JP6579276B2 - 機器温調装置 - Google Patents
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Description
本出願は、2016年9月9日に出願された日本出願番号2016−176786号に基づくものであって、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、少なくとも1つの温調対象機器の温度を調整可能な機器温調装置に関する。
従来、ループ型のサーモサイフォン方式の冷却装置によって、機器の温度調整するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1には、凝縮器の意図しない温度低下による温調対象の過冷却を抑えるために、蒸発器と凝縮器との間の液管に開閉弁を設け、蒸発器を通過した空気の温度に応じて開閉弁を開閉する技術が開示されている。
本発明者らの詳細な検討の結果、特許文献1に記載の冷却器では、蒸発器と凝縮器との間の液管を開閉弁で閉鎖したとしても、温調対象が過度に冷却されてしまう場合があることが判った。すなわち、特許文献1の如く、蒸発器と凝縮器との間の液管を開閉弁で閉鎖したとしても、蒸発器が液状の冷媒で満たされていると、当該液状の冷媒が蒸発することで、温調対象が過度に冷却されてしまう。
本開示は、温調対象機器の温度調整が不要となる際に温調対象機器が過度に冷却されてしまうことを抑制可能な機器温調装置を提供することを目的とする。
本開示は、少なくとも1つの温調対象機器の温度を調整可能な機器温調装置を対象としている。
本開示の1つの観点によれば、機器温調装置は、
温調対象機器から吸熱して液状の作動流体を蒸発させる機器用熱交換器と、
機器用熱交換器よりも上方に配置され、機器用熱交換器にて蒸発したガス状の作動流体を凝縮させる凝縮器と、
機器用熱交換器にて蒸発したガス状の作動流体を凝縮器に導くガス通路部と、
凝縮器にて凝縮した液状の作動流体を機器用熱交換器に導く液通路部と、
機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量を増減する供給量調整部と、を備える。
温調対象機器から吸熱して液状の作動流体を蒸発させる機器用熱交換器と、
機器用熱交換器よりも上方に配置され、機器用熱交換器にて蒸発したガス状の作動流体を凝縮させる凝縮器と、
機器用熱交換器にて蒸発したガス状の作動流体を凝縮器に導くガス通路部と、
凝縮器にて凝縮した液状の作動流体を機器用熱交換器に導く液通路部と、
機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量を増減する供給量調整部と、を備える。
供給量調整部は、温調対象機器を保温する条件が成立した際に、機器用熱交換器のうち温調対象機器と熱交換する部位よりも下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面を形成するように、機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量を減少させる構成となっている。
これによると、温調対象機器を保温する条件が成立した際に、機器用熱交換器のうち温調対象機器と熱交換する部位の下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面が形成される。そして、温調対象機器は、機器用熱交換器の内部におけるガス状の作動流体が存する部位に近接することになる。このため、本開示の機器温調装置では、温調対象機器の温度調整が不要となる際に、機器用熱交換器の液状の作動流体の蒸発による温調対象機器からの吸熱が抑制されることで、温調対象機器が過度に冷却されてしまうことを充分に抑えることができる。
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。
(第1実施形態)
本実施形態について、図1〜図10を参照して説明する。本実施形態では、本開示の機器温調装置1を車両に搭載された組電池BPの電池温度Tbを調節する装置に適用した例について説明する。図1に示す機器温調装置1を搭載する車両としては、組電池BPを電源とする図示しない走行用電動モータによって走行可能な電気自動車、ハイブリッド自動車等を想定している。
本実施形態について、図1〜図10を参照して説明する。本実施形態では、本開示の機器温調装置1を車両に搭載された組電池BPの電池温度Tbを調節する装置に適用した例について説明する。図1に示す機器温調装置1を搭載する車両としては、組電池BPを電源とする図示しない走行用電動モータによって走行可能な電気自動車、ハイブリッド自動車等を想定している。
組電池BPは、直方体形状の複数の電池セルBCを積層配置した積層体で構成されている。組電池BPを構成する複数の電池セルBCは、電気的に直列に接続されている。組電池BPを構成する各電池セルBCは、充放電可能な二次電池(例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池)で構成されている。なお、電池セルBCは、直方体形状に限らず、円筒形状等の他の形状を有していてもよい。また、組電池BPは、電気的に並列に接続された電池セルBCを含んで構成されていてもよい。
組電池BPは、図示しない電力変換装置およびモータジェネレータに接続されている。電力変換装置は、例えば、組電池BPから供給された直流電流を交流電流に変換し、変換した交流電流を走行用電動モータ等の各種電気負荷に対して供給(すなわち、放電)する装置である。また、モータジェネレータは、車両の回生時に、車両の走行エネルギを電気エネルギに逆変換し、逆変換した電気エネルギを回生電力として電力変換装置等を介して組電池BPに対して供給する装置である。
組電池BPは、車両の走行中の電力供給等を行うと自己発熱することで、組電池BPが過度に高温になることがある。組電池BPが過度に高温になると、図2に示すように、電池セルBCの劣化が促進されることから、自己発熱が少なくなるように出力および入力を制限する必要がある。このため、電池セルBCの出力および入力を確保するためには、所定の温度以下に維持するための冷却手段が必要となる。
また、組電池BPは、夏季における駐車中等にも組電池BPの電池温度Tbが過度に高温となることがある。すなわち、組電池BPを含む蓄電装置は、車両の床下やトランクルームの下側に配置されることが多く、車両の走行中に限らず、夏季における駐車中等にも組電池BPの電池温度Tbが徐々に上昇して、組電池BPが過度に高温となることがある。組電池BPが高温環境下で放置されると、劣化が進行することで電池寿命が大幅に低下することから、車両の駐車中等にも組電池BPの電池温度Tbを所定の温度以下に維持することが望まれている。
さらに、組電池BPは、複数の電池セルBCで構成されているが、各電池セルBCの温度にバラツキがあると、各電池セルBCの劣化の進行度合いに偏りが生じて、組電池BP全体の入出力特性が低下してしまう。これは、組電池BPが電池セルBCの直列接続体を含んでいることで、各電池セルBCのうち、最も劣化が進行した電池セルBCの電池特性に応じて組電池BP全体の入出力特性が決まるからである。このため、組電池BPを長期間、所望の性能を発揮させるためには、各電池セルBCの温度バラツキを低減させる均温化が重要となる。
ここで、組電池BPを冷却する冷却手段としては、送風機による空冷式の冷却手段、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの冷熱を利用した冷却手段が一般的となっている。
ところが、送風機を用いた空冷式の冷却手段は、車室内の空気等を組電池に送風するだけなので、組電池BPを充分に冷却するだけの冷却能力が得られないことがある。
また、冷凍サイクルの冷熱を利用した冷却手段は、組電池BPの冷却能力が高いものの、車両の駐車中に、電力消費量の多い圧縮機等を駆動させることが必要となる。このことは、電力消費量の増大、騒音の増大等を招くことになるため好ましくない。
そこで、本実施形態の機器温調装置1では、圧縮機による冷媒の強制循環ではなく、作動流体の自然循環によって組電池BPの電池温度を調整するサーモサイフォン方式を採用している。
機器温調装置1は、車両に搭載された組電池BPを温調対象機器として、組電池BPの電池温度Tbを調整する装置である。図1に示すように、機器温調装置1は、作動流体が循環する機器用流体回路10および制御装置100を備えている。機器用流体回路10を循環する作動流体としては、蒸気圧縮式の冷凍サイクルで利用される冷媒(例えば、R134a、R1234yf)等を採用することができる。
機器用流体回路10は、作動流体の蒸発および凝縮により熱移動を行うヒートパイプであり、ガス状の作動流体が流れる流路と液状の作動流体が流れる流路とが分離されたループ型のサーモサイフォンとなるように構成されている。
図3に示すように、機器用流体回路10は、機器用熱交換器12、凝縮器14、ガス通路部16、および液通路部18を含んで構成されている。なお、図3に示す矢印DRgは、鉛直線の延びる方向、すなわち鉛直方向を示している。
本実施形態の機器用流体回路10は、機器用熱交換器12、凝縮器14、ガス通路部16、および液通路部18が互いに接続されることによって、閉じられた環状の流体回路として構成されている。機器用流体回路10は、その内部を真空排気した状態で、所定量の作動流体が封入されている。
機器用熱交換器12は、温調対象機器である組電池BPの冷却時に、組電池BPから吸熱して液状の作動流体を蒸発させる蒸発器として機能する熱交換器である。機器用熱交換器12は、組電池BPの底面部側に対向する位置に配置されている。機器用熱交換器12は、厚みの薄い扁平な直方体形状を有している。
機器用熱交換器12は、組電池BPの底面部に近接する機器近接部121が、組電池BPと機器用熱交換器12との間で熱を移動させる伝熱部を構成している。本実施形態では、機器近接部121が、機器用熱交換器12における組電池BPと熱交換する部位を構成する。機器近接部121は、組電池BPを構成する各電池セルBCに温度分布が生じないように、組電池BPの底面部の全域を覆う大きさを有している。
機器用熱交換器12は、組電池BPとの間で熱移動可能なように、機器近接部121が組電池BPの底面部に接触している。なお、機器用熱交換器12は、組電池BPとの間で熱移動可能であれば、機器近接部121が組電池BPの底面部から離れた配置構成となっていてもよい。
ここで、機器用熱交換器12における作動流体の液面が機器用熱交換器12の機器近接部121から離れている場合、組電池BPの熱が、機器用熱交換器12の内部の液状の作動流体に伝わり難くなってしまう。すなわち、機器用熱交換器12における作動流体の液面が機器用熱交換器12の機器近接部121から離れている場合、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体の蒸発が抑制されてしまう。
このため、本実施形態の機器用流体回路10は、組電池BPの熱が機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体に伝達されるように、作動流体の液面が機器用熱交換器12の機器近接部121に接する構成となっている。すなわち、本実施形態の機器用流体回路10は、組電池BPの冷却時において、機器用熱交換器12の内部空間が、気泡を含む液状の作動流体で満たされる構成となっている。
例えば、図4に示すように、機器用熱交換器12が中空状の容器で構成されている場合、組電池BPの冷却時において、機器用熱交換器12の内部に存する作動流体の液面LSが、組電池BPに近接する機器近接部121に接する構成となっている。なお、機器用熱交換器12は、中空状の容器に限らず、熱交換チューブ等により複数の流路が形成される構成となっていてもよい。
図3に戻り、機器用熱交換器12は、ガス通路部16の下方側の端部が接続されるガス出口部122、および液通路部18の下方側の端部が接続される液入口部123を有している。本実施形態の機器用熱交換器12では、ガス出口部122および液入口部123が互いに対向する側面部に設けられている。また、本実施形態の機器用熱交換器12は、ガス出口部122および液入口部123が、鉛直方向DRgにおいて同様の高さとなる位置に設けられている。
機器用熱交換器12は、アルミニウム、銅等の熱伝導性に優れた金属または合金によって構成されている。なお、機器用熱交換器12は、金属以外の材料によって構成することも可能であるが、少なくとも伝熱部を構成する機器近接部121を熱伝導性に優れた材料によって構成することが望ましい。
凝縮器14は、機器用熱交換器12にて蒸発したガス状の作動流体を凝縮させる熱交換器である。凝縮器14は、送風ファンBFから送風された送風空気とガス状の作動流体とを熱交換させて、ガス状の作動流体を凝縮させる空冷式の熱交換器で構成されている。
凝縮器14は、その内部で凝縮した液状の作動流体が自重によって機器用熱交換器12に移動するように、鉛直方向DRgにおいて機器用熱交換器12よりも上方側に配置されている。
凝縮器14は、ガス通路部16の上方側の端部が接続されるガス入口部141、および液通路部18の上方側の端部が接続される液出口部142を有している。本実施形態の凝縮器14では、ガス入口部141および液出口部142が鉛直方向DRgにおいて互いに対向する部位に設けられている。
また、本実施形態の凝縮器14は、鉛直方向DRgにおいてガス入口部141が液出口部142よりも上方側に位置するように設けられている。具体的には、本実施形態の凝縮器14は、ガス入口部141が凝縮器14における上端部に設けられ、液出口部142が凝縮器14における下端部に設けられている。
凝縮器14は、アルミニウム、銅等の熱伝導性に優れた金属または合金によって構成されている。なお、凝縮器14は、金属以外の材料を含んで構成されていてもよいが、少なくとも空気と熱交換する部位については、熱伝導性に優れた材料によって構成することが望ましい。
送風ファンBFは、車室内の空気または車室外の空気を機器用熱交換器12に向けて吹き出す装置である。送風ファンBFは、凝縮器14の内部に存する作動流体の放熱量を調整する放熱量調整部として機能する。送風ファンBFは、通電によって作動する電動ファンで構成されている。送風ファンBFは、制御装置100に接続され、制御装置100からの制御信号に基づいて送風能力が制御される。
ガス通路部16は、機器用熱交換器12にて蒸発したガス状の作動流体を凝縮器14に導くものである。ガス通路部16は、下方側の端部が機器用熱交換器12のガス出口部122に接続され、上方側の端部が凝縮器14のガス入口部141に接続されている。本実施形態のガス通路部16は、内部に作動流体が流通する流路が形成された配管で構成されている。
本実施形態のガス通路部16は、凝縮器14のガス入口部141から上方側に向かって延びる上方側ガス通路部161を含んで構成されている。換言すれば、本実施形態のガス通路部16は、凝縮器14側の部位の一部が凝縮器14のガス入口部141に向かって延びる通路部を含んで構成されている。
本実施形態の上方側ガス通路部161は、鉛直方向DRgに沿って上方に延びている。なお、図面に示すガス通路部16は、あくまでも一例である。ガス通路部16は、車両への搭載性を考慮して適宜変更可能である。
液通路部18は、凝縮器14にて凝縮した液状の作動流体を機器用熱交換器12に導くものである。液通路部18は、下方側の端部が機器用熱交換器12の液入口部123に接続され、上方側の端部が凝縮器14の液出口部142に接続されている。本実施形態の液通路部18は、内部に作動流体が流通する流路が形成された配管で構成されている。
本実施形態の液通路部18は、凝縮器14側の部位が機器用熱交換器12側の部位の上方に位置している。また、本実施形態の液通路部18は、機器用熱交換器12側の部位が機器用熱交換器12の最も下方側の部位と同程度または上方側に位置するように構成されている。なお、図面に示す液通路部18は、あくまでも一例である。液通路部18は、車両への搭載性を考慮して適宜変更可能である。
ところで、サーモサイフォン方式の機器温調装置1では、凝縮器14側に存する作動流体の温度が組電池BPの電池温度Tbよりも高いと、凝縮器14における作動流体の凝縮、および機器用熱交換器12における作動流体の蒸発が殆ど生じない。すなわち、機器温調装置1は、機器用流体回路10における凝縮器14側に作動流体の温度が組電池BPの電池温度Tbよりも高い場合、組電池BPの冷却が実質的に停止される。
一方、サーモサイフォン方式の機器温調装置1では、凝縮器14側に存する作動流体の温度が組電池BPの電池温度Tbよりも低くなると、機器用熱交換器12にて作動流体が蒸発すると共に、凝縮器14にて作動流体が凝縮する。すなわち、機器温調装置1では、機器用流体回路10における凝縮器14側に作動流体の温度が組電池BPの電池温度Tbよりも低いと、組電池BPの電池温度Tbが最適温度範囲にあっても、組電池BPの冷却が継続される。
このため、サーモサイフォン方式の機器温調装置1では、凝縮器14における作動流体の温度が組電池BPの電池温度Tbよりも低い場合に、組電池BPの電池温度Tbが最適温度範囲以下まで低下することがある。
図2に示すように、組電池BPの電池温度Tbが過度に低下すると、組電池BPの内部抵抗が増加することで、組電池BPの入出力特性が低下してしまう。このため、組電池BPが過度に冷却されないように対策を講じる必要がある。
本発明者らは、組電池BPが冷え過ぎてしまう要因について鋭意検討した。この結果、組電池BPの冷え過ぎは、組電池BPの電池温度Tbが最適温度範囲以下となる場合に、機器用熱交換器12の機器近接部121にて液状の作動流体が蒸発することに起因することが判った。
本発明者らは、機器用熱交換器12の機器近接部121における液状の作動流体の蒸発を抑えることで組電池BPの冷え過ぎを抑制可能であると考え、機器用熱交換器12の作動流体を組電池BPの冷え過ぎが抑制される液量に調整可能な構成を案出した。
図1、図3に示すように、機器温調装置1には、機器用熱交換器12の作動流体の液量を調整するために、液通路部18に液通路部18を開閉する液通路開閉弁30が設けられている。液通路開閉弁30は、制御装置100によって制御される電気式の弁機構で構成されている。具体的には、本実施形態の液通路開閉弁30は、通電状態で閉弁し、非通電状態で開弁するノーマルオープン型の電磁弁で構成されている。
機器用熱交換器12は、液通路開閉弁30にて液通路部18が開放されると、凝縮器14にて凝縮した液状の作動流体が供給される。また、機器用熱交換器12は、液通路開閉弁30にて液通路部18が閉鎖されると、凝縮器14にて凝縮した液状の作動流体の供給が停止される。
このため、液通路開閉弁30は、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給量を増減する供給量調整部として機能する。そして、液通路開閉弁30は、組電池BPの温度調整が不要となる条件が成立した際に、機器用熱交換器12の内部の作動流体の液面が機器近接部121の下方側に位置するように、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給量を減少させる構成となっている。つまり、液通路開閉弁30は、組電池BPを保温する条件が成立すると、機器用熱交換器12のうち組電池BPと熱交換する部位よりも下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面を形成するように、機器用熱交換器12への作動流体の供給量を減少させる。なお、組電池BPを保温する条件は、組電池BPの温度調整が不要となる際に成立する条件でもある。
具体的には、本実施形態の液通路開閉弁30は、組電池BPの温度調整が不要となる条件が成立した際に、機器用流体回路10における液通路開閉弁30よりも上方側に位置する部位の一部が貯液部LRとして機能するように、液通路部18を閉鎖する。なお、貯液部LRは、液状の作動流体を貯留するものである。
本実施形態の液通路部18は、凝縮器14と液通路開閉弁30との間に位置する中間液通路部181を含んで構成されている。中間液通路部181は、組電池BPの温度調整が不要となる条件(すなわち、組電池BPを保温する条件)が成立した際に、液状の作動流体を貯留可能なように、凝縮器14に近い部位が、液通路開閉弁30に近い部位よりも上方側に位置するように構成されている。すなわち、本実施形態の中間液通路部181は、凝縮器14との接続部が液通路開閉弁30との接続部よりも上方側に位置するように構成されている。
本実施形態の中間液通路部181には、液通路開閉弁30よりも上方側に、液通路開閉弁30の下方側の部位に比べて、通路断面積が拡大された拡大部182が設けられている。この拡大部182は、組電池BPの温度調整が不要となる条件(すなわち、組電池BPを保温する条件)が成立し、液通路開閉弁30にて液通路部18が閉鎖された際に、液状の作動流体を貯留する貯液部LRとして機能する。
この拡大部182は、液通路部18を構成する配管を拡管した部位で構成されている。なお、拡大部182は、液通路部18を構成する配管を拡管した部位に限らず、例えば、液通路部18を構成する配管と別体のタンク部で構成されていてもよい。
ここで、本実施形態の凝縮器14は、組電池BPの温度調整が不要となる条件(すなわち、組電池BPを保温する条件)が成立した際に、液状の作動流体を貯留可能なように、ガス入口部141が液出口部142よりも上方側に配置されている。すなわち、本実施形態の凝縮器14は、液通路開閉弁30よりも上方側に配置されると共に、ガス入口部141が液出口部142よりも上方側に配置されている。このため、凝縮器14は、組電池BPの温度調整が不要となる条件が成立し、液通路開閉弁30にて液通路部18が閉鎖された際に、液状の作動流体を貯留する貯液部LRとして機能する。
本実施形態の機器用流体回路10では、液通路開閉弁30にて液通路部18が閉鎖された際に、凝縮器14の内部空間、拡大部182を含む中間液通路部181の内部空間が、液状の作動流体を貯留する貯液部LRとして機能する。
貯液部LRは、組電池BPの温度調整が不要となる条件(すなわち、組電池BPを保温する条件)が成立し、機器用熱交換器12の内部の作動流体の液面が、機器近接部121の下方側まで低下した際に、液状の作動流体が溢れない容積となっている。
本実施形態の貯液部LRは、機器用熱交換器12の内部の作動流体の液面が、下方側の壁面に近接する位置まで低下しても、液状の作動流体が溢れない容積となっている。具体的には、貯液部LRは、その内容積が機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体を貯留可能な容積となっている。すなわち、本実施形態の貯液部LRは、図5に示すように、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体を貯留可能なように、その内容積Vc1が機器用熱交換器12の内容積Ve1よりも大きくなっている。
ここで、機器用流体回路10に存する液状の作動流体の全量を貯液部LRに貯留可能な構成では、機器用熱交換器12における組電池BPの冷却の確実に停止させることができる。このため、貯液部LRは、その内容積Vc1が、図6に示すように、機器用流体回路10に封入された作動流体の全てを液化させた際の液量(すなわち全液量Lall)を貯液可能な容積となっていることが望ましい。
続いて、機器温調装置1の電子制御部を構成する制御装置100について図1を参照して説明する。図1に示す制御装置100は、プロセッサ、記憶部(例えば、ROM、RAM)を含むマイクロコンピュータと、その周辺回路から構成されている。なお、制御装置100の記憶部は、非遷移的実体的記憶媒体で構成されている。
制御装置100は、記憶部に記憶された制御プログラムに基づいて、各種演算、処理を行う。制御装置100は、出力側に接続された送風ファンBF、液通路開閉弁30等の各種機器の作動を制御する。
制御装置100は、その入力側に電池温度検出部101および凝縮器温度検出部102を含む各種センサ群が接続されている。
電池温度検出部101は、組電池BPの電池温度Tbを検出する温度センサで構成されている。なお、電池温度検出部101は、複数の温度センサで構成されていてもよい。この場合、電池温度検出部101は、例えば、複数の温度センサの検出値の平均値を制御装置100に出力する構成となっていてもよい。
凝縮器温度検出部102は、凝縮器14の内部に存する作動流体の温度を検出する温度センサで構成されている。凝縮器温度検出部102は、凝縮器14の内部に存する作動流体の温度を直接的に検出する構成に限らず、例えば、凝縮器14の表面温度を凝縮器14の内部に存する作動流体の温度として検出するように構成されていてもよい。
ここで、本実施形態の制御装置100は、その出力側に接続された各種制御機器を制御するハードウェアおよびソフトウェアで構成される複数の制御部を集約した装置である。本実施形態の制御装置100には、送風ファンBFの回転数を制御するファン制御部100a、液通路開閉弁30の開閉状態を制御する弁制御部100b等が集約されている。本実施形態では、制御装置100におけるファン制御部100aおよび弁制御部100bが、供給量調整部および放熱量調整部を制御する制御部を構成している。
次に、本実施形態の機器温調装置1の作動について、図7のフローチャートを参照して説明する。図7に示す制御処理は、車両の走行中に制御装置100によって所定の周期で実行される。勿論、機器温調装置1は、図7に示す制御処理が、駐車中に制御装置100に実行される構成となっていてもよい。なお、図7に示す各制御ステップは、制御装置100が実行する各種機能を実現する機能実現部を構成している。
図7に示すように、制御装置100は、まず、ステップS110にて、各種センサ信号を読み込む。具体的には、ステップS110の処理では、電池温度検出部101で検出された組電池BPの電池温度Tb、および凝縮器温度検出部102で検出された凝縮器14の内部に存する作動流体の温度を読み込む。
続いて、制御装置100は、組電池BPの温度調整(具体的には冷却)が不要となる条件(すなわち、組電池BPを保温する条件)が成立したか否かを判定する。本実施形態では、組電池BPの温度調整が不要となる条件(すなわち、組電池BPを保温する条件)として、組電池BPの電池温度Tbが予め設定された組電池BPの許容下限温度Tbminよりも低い際に成立する条件を採用している。すなわち、制御装置100は、ステップS112にて、組電池BPの電池温度Tbが予め設定された組電池BPの許容下限温度Tbminよりも低いか否かを判定する。許容下限温度Tbminは、例えば、組電池BPの電池温度Tbが低下しても組電池BPの入出力特性が悪化し難い温度(例えば、10℃)に設定される。
ステップS112の判定処理の結果、組電池BPの電池温度Tbが許容下限温度Tbmin以上と判定された場合、制御装置100は、ステップS114にて、組電池BPの電池温度Tbが予め設定された冷却必要温度Tbthよりも高いか否かを判定する。冷却必要温度Tbthは、例えば、組電池BPの電池温度Tbが上昇しても組電池BPの入出力特性が悪化し難い温度(例えば、40℃)に設定される。
ステップS114の判定処理の結果、組電池BPの電池温度Tbが冷却必要温度Tbthよりも高いと判定された場合、機器温調装置1は、組電池BPを冷却する冷却モードに移行する。すなわち、ステップS114の判定処理の結果、組電池BPの電池温度Tbが冷却必要温度Tbthよりも高いと判定された場合、制御装置100は、ステップS116にて液通路開閉弁30を開放状態に制御する。また、制御装置100は、ステップS118にて、送風ファンBFを作動させて、凝縮器14の内部に存する作動流体の放熱を開始する。
機器温調装置1では、冷却モード時に、車両の走行時の自己発熱等によって組電池BPの電池温度Tbが上昇すると、組電池BPの熱が機器用熱交換器12に移動する。機器用熱交換器12では、組電池BPから吸熱することで液状の作動流体の一部が蒸発する。組電池BPは、機器用熱交換器12の内部に存する作動流体の蒸発潜熱によって冷却され、その温度が低下する。
機器用熱交換器12にて蒸発したガス状の作動流体は、機器用熱交換器12のガス出口部122からガス通路部16に流出し、図8の矢印Fcgで示すように、ガス通路部16を介して凝縮器14へ移動する。
凝縮器14では、送風ファンBFからの送風空気に放熱することで、ガス状の作動流体が凝縮する。凝縮器14の内部では、ガス状の作動流体が液化して作動流体の比重が増大する。これにより、凝縮器14の内部で液化した作動流体は、その自重によって凝縮器14の液出口部142に向かって下降する。
凝縮器14で凝縮した液状の作動流体は、凝縮器14の液出口部142から液通路部18に流出し、図8の矢印Fclで示すように、液通路部18を介して機器用熱交換器12へ移動する。そして、機器用熱交換器12では、液通路部18を介して液入口部123から流入した液状の作動流体の一部が組電池BPから吸熱することで蒸発する。
このように、機器温調装置1は、冷却モード時に、作動流体がガス状態と液状態とに相変化しながら機器用熱交換器12と凝縮器14との間を循環し、機器用熱交換器12から凝縮器14に熱が輸送されることで組電池BPが冷却される。
機器温調装置1は、圧縮機等による作動流体の循環に要する駆動力がなくても、機器用流体回路10の内部を作動流体が自然循環する構成となっている。このため、機器温調装置1は、冷凍サイクル等に比べて、電力消費量および騒音の双方を抑えた効率のよい組電池BPの温度調整を実現することができる。
図7に戻り、ステップS114の判定処理の結果、組電池BPの電池温度Tbが冷却必要温度Tbth以下と判定された場合、機器温調装置1は、凝縮器14における作動流体の放熱を停止する。
具体的には、ステップS114の判定処理の結果、組電池BPの電池温度Tbが冷却必要温度Tbth以下と判定された場合、制御装置100は、ステップS120にて液通路開閉弁30を開放状態に制御する。また、制御装置100は、ステップS122にて、送風ファンBFの作動を停止させて、凝縮器14の内部に存する作動流体の放熱を停止する。
機器温調装置1は、送風ファンBFの作動が停止されても、凝縮器14の内部に存する作動流体の温度が、組電池BPの電池温度Tbよりも高い場合、機器用熱交換器12から凝縮器14に熱が輸送されることで組電池BPが冷却される。すなわち、機器温調装置1では、凝縮器14の内部に存する作動流体の温度が、組電池BPの電池温度Tbよりも高いと、冷却モード時と同様に、組電池BPの冷却が維持される。
このため、冬期等に凝縮器14の周囲が低温となり、凝縮器14の温度が低くなる場合、機器温調装置1による組電池BPの冷却が継続されることで、組電池BPの電池温度Tbが許容下限温度Tbminを下回ってしまう可能性がある。
これに対して、本実施形態の機器温調装置1は、組電池BPが過度に冷却されないように、組電池BPの電池温度Tbが許容下限温度Tbminよりも低下すると、過冷却防止モードに移行する。すなわち、ステップS112の判定処理の結果、組電池BPの電池温度Tbが許容下限温度Tbminより低いと判定された場合、制御装置100は、ステップS124にて、液通路開閉弁30によって液通路部18を閉鎖する。また、制御装置100は、ステップS126にて、送風ファンBFの作動を停止させて、凝縮器14の内部に存する作動流体の放熱を停止する。
本実施形態の機器温調装置1は、過冷却防止モード時に、液通路開閉弁30によって液通路部18が閉鎖される。すなわち、本実施形態の機器温調装置1は、過冷却防止モード時に、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給が停止される。
機器温調装置1では、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給が停止されたとしても、凝縮器14の内部に存する作動流体の温度が、組電池BPの電池温度Tbよりも高いと、凝縮器14にてガス状の作動流体が凝縮する。
このため、機器温調装置1では、図9に示すように、凝縮器14にて凝縮された液状の作動流体が、凝縮器14の内部空間、拡大部182を含む中間液通路部181の内部空間にて構成される貯液部LRに貯留される。
機器温調装置1では、貯液部LRに貯留される液状の作動流体が増加するに伴って、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体が減少する。これにより、機器用熱交換器12の内部では、図10に示すように、作動流体の液面LSが機器近接部121の下方側まで低下する。すなわち、機器用熱交換器12の内部では、液状の作動流体よりもガス状の作動流体が機器近接部121に近接することになる。これにより、本実施形態の機器温調装置1では、機器用熱交換器12の作動流体の蒸発による組電池BPからの吸熱が抑制される。
以上説明した本実施形態の機器温調装置1は、組電池BPの温度調整が不要となる条件(すなわち、組電池BPを保温する条件)が成立した際に、機器用熱交換器12の内部の作動流体の液面LSが機器近接部121の下方側まで低下する構成となっている。つまり、機器温調装置1は、組電池BPを保温する条件が成立すると、機器用熱交換器12のうち組電池BPと熱交換する部位よりも下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面を形成するように、機器用熱交換器12への作動流体の供給量を減少させる。このような構成では、組電池BPが機器用熱交換器12の内部におけるガス状の作動流体が存する部位に近接することになる。
このため、本実施形態の機器温調装置1では、機器用熱交換器12の作動流体の蒸発による組電池BPからの吸熱が抑制されるので、組電池BPが過度に冷却されてしまうことを充分に抑えることができる。この結果、本実施形態の機器温調装置1では、組電池BPの内部における化学変化の抑制がもたらす内部抵抗の増加により、入力特性が悪化することを回避可能となる。
具体的には、本実施形態の機器温調装置1は、組電池BPの温度調整が不要となる条件が成立した際に、液通路開閉弁30にて液通路部18を閉鎖して、液通路開閉弁30よりも上方側に位置する部位の一部に液状の作動流体を貯留する構成となっている。
これによれば、組電池BPの温度調整が不要となる条件(すなわち、組電池BPを保温する条件)が成立し、液通路開閉弁30にて液通路部18が閉鎖されると、貯液部LRにおける液状の作動流体の貯液量が増加する。このため、機器用熱交換器12の内部の作動流体の液量を適切に減少させることができる。
また、本実施形態の機器温調装置1は、凝縮器14の内部空間および中間液通路部181を貯液部LRとして機能させている。このように、凝縮器14および液通路部18の一部を貯液部LRとして機能させる構成とすれば、部品を追加することなく、液状の作動流体を貯留するための内容積を充分に確保することができる。
ここで、本実施形態の機器温調装置1は、中間液通路部181の一部に通路断面積が拡大された拡大部182を設け、当該拡大部182を貯液部LRとして機能させている。このように、貯液部LRを中間液通路部181に設けた拡大部182を含んだ構成とすれば、少ない部品によって、液状の作動流体を貯留するための内容積を充分に確保することができる。
また、本実施形態の機器温調装置1は、貯液部LRの内容積が、機器用熱交換器12の内部の作動流体の液面LSが機器近接部121の下方側まで低下した際に、液状の作動流体が溢れない容積となっている。
これによると、機器用熱交換器12の内部の作動流体の液面LSが機器近接部121の下方側まで低下した際に、貯液部LRから機器用熱交換器12に液状の作動流体が流れ出ることがない。これにより、本実施形態の機器温調装置1では、機器用熱交換器12の内部の作動流体の液面LSを機器近接部121の下方側まで低下させた状態に維持することができる。従って、本実施形態の機器温調装置1では、機器用熱交換器12の作動流体の蒸発による組電池BPからの吸熱を充分に抑制することが可能となる。
具体的には、本実施形態の貯液部LRの内容積は、機器用熱交換器12の内容積よりも大きい容積となっている。これによれば、機器温調装置1では、組電池BPの温度調整が不要となる条件が成立した際に、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体を貯液部LRに貯留可能となる。このため、本実施形態の機器温調装置1は、機器用熱交換器12の作動流体の蒸発による組電池BPからの吸熱を充分に抑制することが可能となる。
ここで、前述の如く、貯液部LRの内容積は、機器用流体回路10に充填した作動流体の全てを液化させた際の液量を貯留可能に構成することが望ましい。このような構成では、組電池BPの温度調整が不要となる場合に、機器用熱交換器12に液状の作動流体が残存してしまうことを防止可能となる。
(第1実施形態の変形例)
以下、第1実施形態の機器温調装置1の第1〜第3変形例について、図11〜図14を参照して説明する。なお、本変形例で説明する内容は、特に支障が生じない範囲であれば、後述する第2、第3実施形態の機器温調装置1に適用可能である。
以下、第1実施形態の機器温調装置1の第1〜第3変形例について、図11〜図14を参照して説明する。なお、本変形例で説明する内容は、特に支障が生じない範囲であれば、後述する第2、第3実施形態の機器温調装置1に適用可能である。
(第1変形例)
上述の第1実施形態では、貯液部LRの内容積が、機器用熱交換器12の内容積よりも大きくなっている構成を例示したが、これに限定されない。
上述の第1実施形態では、貯液部LRの内容積が、機器用熱交換器12の内容積よりも大きくなっている構成を例示したが、これに限定されない。
図11に示すように、本変形例の機器温調装置1は、ガス通路部16が、機器用熱交換器12における最も上方に位置する部位Huよりも下方側に位置する下方側ガス通路部162を含んで構成されている。また、本変形例の機器温調装置1は、液通路部18が、機器用熱交換器12における最も上方に位置する部位Huよりも下方側に位置する下方側液通路部183を含んで構成されている。
そして、本変形例の貯液部LRは、その内容積が、液通路開閉弁30によって液通路部18が閉鎖された際に、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体、および機器用熱交換器12に流れ込む可能性がある液状の作動流体を貯留可能な容積となっている。すなわち、本実施形態の貯液部LRは、図12に示すように、その内容積Vc2が、機器用熱交換器12の内容積Ve1、下方側ガス通路部162の内容積Vpg、下方側液通路部183の内容積Vplの総和Ve2よりも大きくなっている。
これによれば、機器温調装置1では、機器用熱交換器12の内部の液状の作動流体に加えて、機器用熱交換器12に流れ込む可能性がある下方側ガス通路部162および下方側液通路部183に存する液状の作動流体も含めて貯液部LRに貯留可能となる。このため、本変形例の機器温調装置1では、組電池BPの温度調整が不要となる場合に機器用熱交換器12における作動流体の液面を充分に低下させることができるので、機器用熱交換器12における組電池BPからの吸熱を充分に抑制することができる。
(第2変形例)
上述の第1実施形態では、凝縮器14の内部に存する作動流体の放熱量を調整する放熱量調整部として送風ファンBFを例示したが、放熱量調整部は、送風ファンBFに限定されない。
上述の第1実施形態では、凝縮器14の内部に存する作動流体の放熱量を調整する放熱量調整部として送風ファンBFを例示したが、放熱量調整部は、送風ファンBFに限定されない。
放熱量調整部は、図13に示すように、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの低温の冷媒が流通する冷媒側熱交換器HECで構成されていてもよい。この場合、冷凍サイクルにおける圧縮機の回転数を増減することで、凝縮器14における放熱量が変化する。なお、図13に示す冷媒側熱交換器HECを放熱量調整部とする場合、圧縮機の回転数を制御する構成が放熱量調整部を制御する制御部を構成することになる。
(第3変形例)
また、放熱量調整部は、図14に示すように、冷却水回路を流れる低温の不凍液が流通する水側熱交換器HELで構成されていてもよい。この場合、冷却水回路における水ポンプの回転数を増減することで、凝縮器14における放熱量が変化する。なお、図14に示す水側熱交換器HELを放熱量調整部とする場合、水ポンプの回転数を制御する構成が放熱量調整部を制御する制御部を構成することになる。
また、放熱量調整部は、図14に示すように、冷却水回路を流れる低温の不凍液が流通する水側熱交換器HELで構成されていてもよい。この場合、冷却水回路における水ポンプの回転数を増減することで、凝縮器14における放熱量が変化する。なお、図14に示す水側熱交換器HELを放熱量調整部とする場合、水ポンプの回転数を制御する構成が放熱量調整部を制御する制御部を構成することになる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について、図15、図16を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1は、図15、図16に示すように、液通路部18の中間液通路部181に拡大部182が設けられていない点が第1実施形態と相違している。すなわち、本実施形態の中間液通路部181は、通路断面積が略一定となる配管で構成されている。
次に、第2実施形態について、図15、図16を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1は、図15、図16に示すように、液通路部18の中間液通路部181に拡大部182が設けられていない点が第1実施形態と相違している。すなわち、本実施形態の中間液通路部181は、通路断面積が略一定となる配管で構成されている。
本実施形態の機器用流体回路10では、凝縮器14の内部空間、中間液通路部181の内部空間が、液通路開閉弁30にて液通路部18が閉鎖された際に、液状の作動流体を貯留する貯液部LRとして機能する。
本実施形態の貯液部LRは、その内容積が機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体を貯留可能な容積となっている。すなわち、本実施形態の貯液部LRは、図16に示すように、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体を貯留可能なように、その内容積Vc3が機器用熱交換器12の内容積Ve3よりも大きくなっている。なお、貯液部LRは、第1実施形態と同様に、その内容積が、機器用流体回路10に封入された作動流体の全てを液化させた際の液量(すなわち全液量Lall)を貯液可能な容積となっていることが望ましい。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。本実施形態の機器温調装置1は、第1実施形態の機器温調装置1と共通の構成から奏される作用効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
本実施形態の機器温調装置1では、中間液通路部181に拡大部182を設けていないので、第1実施形態の機器温調装置1に対して、部品点数を抑えることができる。
(第2実施形態の変形例)
以下、第2実施形態の機器温調装置1の第1〜第6変形例について、図17〜図22を参照して説明する。なお、本変形例で説明する内容は、特に支障が生じない範囲であれば、前述した第1実施形態の機器温調装置1、および後述する第3実施形態の機器温調装置1に適用可能である。
以下、第2実施形態の機器温調装置1の第1〜第6変形例について、図17〜図22を参照して説明する。なお、本変形例で説明する内容は、特に支障が生じない範囲であれば、前述した第1実施形態の機器温調装置1、および後述する第3実施形態の機器温調装置1に適用可能である。
(第1変形例)
上述の第2実施形態では、貯液部LRの内容積が、機器用熱交換器12の内容積よりも大きくなっている構成を例示したが、これに限定されない。
上述の第2実施形態では、貯液部LRの内容積が、機器用熱交換器12の内容積よりも大きくなっている構成を例示したが、これに限定されない。
図17に示すように、本変形例の機器温調装置1は、ガス通路部16が、機器用熱交換器12における最も上方に位置する部位Huよりも下方側に位置する下方側ガス通路部162を含んで構成されている。また、本変形例の機器温調装置1は、液通路部18が、機器用熱交換器12における最も上方に位置する部位Huよりも下方側に位置する下方側液通路部183を含んで構成されている。
そして、本変形例の貯液部LRは、その内容積が、液通路開閉弁30によって液通路部18が閉鎖された際に、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体、および機器用熱交換器12に流れ込む可能性がある液状の作動流体を貯留可能な容積となっている。すなわち、本実施形態の貯液部LRは、図17に示すように、その内容積Vc4が、機器用熱交換器12の内容積Ve3、下方側ガス通路部162の内容積Vpg、下方側液通路部183の内容積Vplの総和Ve4よりも大きくなっている。
これによれば、機器温調装置1では、機器用熱交換器12の内部の液状の作動流体に加えて、機器用熱交換器12に流れ込む可能性がある下方側ガス通路部162および下方側液通路部183に存する液状の作動流体も含めて貯液部LRに貯留可能となる。このため、本変形例の機器温調装置1では、組電池BPの温度調整が不要となる場合に機器用熱交換器12における作動流体の液面を充分に低下させることができるので、機器用熱交換器12における組電池BPからの吸熱を充分に抑制することができる。
(第2変形例)
上述の第2実施形態では、凝縮器14の内部空間および中間液通路部181の内部空間が貯液部LRとして機能する構成を例示したが、これに限定されない。
上述の第2実施形態では、凝縮器14の内部空間および中間液通路部181の内部空間が貯液部LRとして機能する構成を例示したが、これに限定されない。
第1実施形態で説明したように、ガス通路部16は、凝縮器14のガス入口部141から上方側に向かって延びる上方側ガス通路部161を含んで構成されている。この上方側ガス通路部161は、液通路開閉弁30よりも上方側に位置する凝縮器14のガス入口部141に接続されている。このため、上方側ガス通路部161は、組電池BPの温度調整が不要となる際に、液状の作動流体を貯留可能となっている。
そこで、本変形例の機器用流体回路10では、貯液部LRを凝縮器14の内部空間、中間液通路部181の内部空間、および上方側ガス通路部161の内部空間で構成している。
そして、本変形例の貯液部LRは、その内容積が、液通路開閉弁30によって液通路部18が閉鎖された際に、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体、および機器用熱交換器12に流れ込む可能性がある液状の作動流体を貯留可能な容積となっている。すなわち、本実施形態の貯液部LRは、図18に示すように、その内容積Vc5が、機器用熱交換器12の内容積Ve3、下方側ガス通路部162の内容積Vpg、下方側液通路部183の内容積Vplの総和Ve4よりも大きくなっている。
これにより、機器用流体回路10では、組電池BPの温度調整が不要となる際に、ガス通路部16の一部、すなわち上方側ガス通路部161を貯液部LRとして機能させることができ、液状の作動流体を貯留するための内容積を充分に確保することができる。
(第3変形例)
上述の第2実施形態では、ガス通路部16の上方側ガス通路部161が、凝縮器14のガス入口部141から鉛直方向DRgに沿って上方側に延びる部位だけで構成されたものを例示したが、これに限定されない。
上述の第2実施形態では、ガス通路部16の上方側ガス通路部161が、凝縮器14のガス入口部141から鉛直方向DRgに沿って上方側に延びる部位だけで構成されたものを例示したが、これに限定されない。
上方側ガス通路部161は、例えば、図19に示すように、L字状に曲折した形状となっていてもよい。すなわち、上方側ガス通路部161は、鉛直方向DRgに沿って延びる部位161a、161b、鉛直方向DRgに交差する方向に延びる部位161cを含んだ構成となっていてもよい。
これにより、本変形例の機器温調装置1では、上方側ガス通路部161の内容積を増加させることができるので、組電池BPの温度調整が不要となる条件が成立した際の貯液部LRの内容積を充分に確保することができる。
(第4変形例)
上述の第2実施形態では、ガス通路部16の上方側ガス通路部161と液通路部18との間に凝縮器14が接続される配置形態となる構成を例示したが、これに限定されない。
上述の第2実施形態では、ガス通路部16の上方側ガス通路部161と液通路部18との間に凝縮器14が接続される配置形態となる構成を例示したが、これに限定されない。
凝縮器14は、例えば、図20に示すように、ガス入口部141が機器用流体回路10の最上部に位置するように配置される構成となっていてもよい。なお、本変形例の凝縮器14は、鉛直方向DRgにおいて、液出口部142がガス入口部141よりも下方側に位置する配置形態となっている。
(第5変形例)
また、凝縮器14は、例えば、図21に示すように、ガス入口部141および液出口部142の双方が機器用流体回路10の最上部に位置するように配置される構成となっていてもよい。なお、本変形例の凝縮器14は、鉛直方向DRgにおいて、液出口部142がガス入口部141と同様の高さに位置する配置形態となっている。
また、凝縮器14は、例えば、図21に示すように、ガス入口部141および液出口部142の双方が機器用流体回路10の最上部に位置するように配置される構成となっていてもよい。なお、本変形例の凝縮器14は、鉛直方向DRgにおいて、液出口部142がガス入口部141と同様の高さに位置する配置形態となっている。
(第6変形例)
上述の第2実施形態では、単一の凝縮器14にてガス状の作動流体を凝縮させる例について説明したが、これに限定されない。
上述の第2実施形態では、単一の凝縮器14にてガス状の作動流体を凝縮させる例について説明したが、これに限定されない。
機器温調装置1は、凝縮器14を複数備える構成となっていてもよい。機器温調装置1は、例えば、図22に示すように、第1凝縮器14A、第2凝縮器14Bを備える構成となっていてもよい。
この場合には、各凝縮器14A、14Bを異なる放熱量調整部で冷却する構成とすることができる。図22には、第1凝縮器14Aの放熱量調整部を送風ファンBFで構成し、第2凝縮器14Bの放熱量調整部を冷凍サイクルの冷媒側熱交換器HECで構成したものを例示している。
本変形例の機器温調装置1は、複数の凝縮器14A、14Bを備えている。本変形例の機器温調装置1では、複数の凝縮器14A、14Bを貯液部LRとして機能させることができるので、組電池BPの温度調整が不要となる条件が成立した際の貯液部LRの内容積を充分に確保することができる。
さらに、本変形例の機器温調装置1は、複数の凝縮器14A、14Bを備えると共に、各凝縮器14A、14Bを異なる放熱量調整部で冷却する構成となっている。このように、複数の凝縮器14A、14Bにおける作動流体を異なる放熱量調整部で冷却する構成では、機器温調装置1における放熱能力の調整幅を充分に確保することができる。このことは、機器温調装置1のエネルギ効率の向上を図る上で有効となる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について、図23を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1は、過冷却防止モード時の作動が第1実施形態と相違している。
次に、第3実施形態について、図23を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1は、過冷却防止モード時の作動が第1実施形態と相違している。
本実施形態の制御装置100は、過冷却防止モード時に、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給量が減少するように液通路開閉弁30を制御した後、凝縮器14における作動流体の放熱量が増加するように送風ファンBFの作動を制御する。
以下、本実施形態の機器温調装置1の作動について、図23のフローチャートを参照して説明する。図23に示す制御処理は、制御装置100によって実行される。図23に示す制御処理のうち、ステップS110〜S122の処理は、第1実施形態で説明した図7のステップS110〜ステップS122の処理と同様である。このため、本実施形態では、ステップS110〜S122の処理について、その説明を省略、または簡略化して説明する。
図23に示すように、制御装置100は、ステップS112の判定処理の結果、組電池BPの電池温度Tbが許容下限温度Tbminより低いと判定された場合、制御装置100は、ステップS124にて、液通路開閉弁30によって液通路部18を閉鎖する。
また、制御装置100は、ステップS126Aにて、送風ファンBFを作動させて、凝縮器14の内部に存する作動流体の放熱を開始する。すなわち、制御装置100は、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給量が減少するように液通路開閉弁30を制御した後、凝縮器14における作動流体の放熱量が増加するように送風ファンBFの作動を制御する。これにより、機器用流体回路10に存するガス状の作動流体が凝縮器14にて凝縮し、凝縮した液状の作動流体が貯液部LRに貯留される。
続いて、制御装置100は、ステップS128にて、貯液部LRへの液状の作動流体の貯留が完了したか否かを判定する。本実施形態の制御装置100は、ステップS126にて送風ファンBFを作動させた後、所定の基準時間が経過した際に、貯液部LRへの液状の作動流体の貯留が完了したと判定する。
ここで、ステップS128の処理は、ステップS126にて送風ファンBFを作動させてからの経過時間によらず、貯液部LRへの液状の作動流体の貯留が完了したか否かを判定する処理となっていてもよい。例えば、制御装置100は、ステップS126で送風ファンBFを作動させた後、組電池BPの電池温度Tbが所定の温度まで上昇した際に、貯液部LRへの液状の作動流体の貯留が完了したと判定する構成となっていてもよい。また、制御装置100は、実際の貯液部LRへの液状の作動流体の貯液量を監視し、当該貯液量が所定の基準量を上回った際に、貯液部LRへの液状の作動流体の貯留が完了したと判定する構成となっていてもよい。
ステップS128にて貯液部LRへの液状の作動流体の貯留が完了したと判定された場合、制御装置100は、ステップS130にて、送風ファンBFの作動を停止させて、凝縮器14の内部に存する作動流体の放熱を停止する。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。本実施形態の機器温調装置1は、第1実施形態の機器温調装置1と共通の構成から奏される作用効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
本実施形態の機器温調装置1では、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給量を減少させた際に、凝縮器14における作動流体の放熱量を増加させる構成となっている。これによると、組電池BPの温度調整が不要となる条件が成立した際に、機器用熱交換器12の作動流体の液面を機器近接部121の下方側まで早期に低下させることができる。
(第4実施形態)
次に、第5実施形態について、図24〜図26を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1は、液通路部18に機器用熱交換器12の下方側に位置する部位が設けられている点が第1実施形態と相違している。本実施形態では、第1実施形態と相違する部分について主に説明する。
次に、第5実施形態について、図24〜図26を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1は、液通路部18に機器用熱交換器12の下方側に位置する部位が設けられている点が第1実施形態と相違している。本実施形態では、第1実施形態と相違する部分について主に説明する。
図24に示すように、液通路部18は、機器用熱交換器12のうち最も上方に位置する部位よりも下方側に位置する下方側液通路部183Aを含んで構成されている。この下方側液通路部183Aは、最も下方側に位置する最下方部184が、機器用熱交換器12の液入口部123よりも下方となるように構成されている。
具体的には、本実施形態の下方側液通路部183Aは、機器用熱交換器12の液入口部123よりも下方に突き出るU字状の部位を含んで構成されている。なお、下方側液通路部183Aは、最下方部184が、機器用熱交換器12の液入口部123よりも下方となる構成であれば、U字状の部位を有していない構成となっていてもよい。
次に、本実施形態の機器温調装置1の作動について、図25、図26を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1は、図25に示すように、冷却モード時に、液通路開閉弁30が開放状態になった状態で、送風ファンBFが作動する。
これにより、機器温調装置1は、組電池BPから吸熱することで液状の作動流体の一部が蒸発する。組電池BPは、機器用熱交換器12の内部に存する作動流体の蒸発潜熱によって冷却され、その温度が低下する。
機器用熱交換器12にて蒸発したガス状の作動流体は、機器用熱交換器12のガス出口部122からガス通路部16に流出し、図25の矢印Fcgで示すように、ガス通路部16を介して凝縮器14へ移動する。
凝縮器14では、送風ファンBFからの送風空気に放熱することで、ガス状の作動流体が凝縮する。凝縮器14の内部では、ガス状の作動流体が液化して作動流体の比重が増大する。これにより、凝縮器14の内部で液化した作動流体は、その自重によって凝縮器14の液出口部142に向かって下降する。
凝縮器14で凝縮した液状の作動流体は、凝縮器14の液出口部142から液通路部18に流出し、図25の矢印Fclで示すように、液通路部18を介して機器用熱交換器12へ移動する。そして、機器用熱交換器12では、液通路部18を介して液入口部123から流入した液状の作動流体の一部が組電池BPから吸熱することで蒸発する。
このように、機器温調装置1は、冷却モード時に、作動流体がガス状態と液状態とに相変化しながら機器用熱交換器12と凝縮器14との間を循環し、機器用熱交換器12から凝縮器14に熱が輸送されることで組電池BPが冷却される。
ここで、冷却モード時には、機器用熱交換器12にて蒸発したガス状の作動流体の一部が、機器用熱交換器12の液入口部123から液通路部18に流出することがある。液通路部18に流出したガス状の作動流体が凝縮器14に流入すると、液通路部18における水頭を確保することが難くなることで、機器用流体回路10における作動流体の循環が阻害されてしまう。
これに対して、本実施形態では、液通路部18の一部が機器用熱交換器12の液入口部123よりも下方側に位置する構成となっており、ガス状の作動流体が液通路部18を介して凝縮器14に流入し難くなっている。これにより、本実施形態の機器温調装置1は、機器用流体回路10にて作動流体を適切に循環させることが可能となっている。
また、本実施形態の機器温調装置1は、組電池BPを保温する条件が成立すると、過冷却防止モードに移行する。本実施形態の機器温調装置1は、過冷却防止モード時に、送風ファンBFの作動が停止された状態で、液通路開閉弁30によって液通路部18が閉鎖される。すなわち、本実施形態の機器温調装置1は、過冷却防止モード時に、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給が停止される。
機器温調装置1では、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給が停止されたとしても、凝縮器14の内部に存する作動流体の温度が、組電池BPの電池温度Tbよりも高いと、凝縮器14にてガス状の作動流体が凝縮する。
このため、機器温調装置1では、図26に示すように、凝縮器14にて凝縮された液状の作動流体が、凝縮器14の内部空間、拡大部182を含む中間液通路部181の内部空間にて構成される貯液部LRに貯留される。
ここで、本実施形態では、液通路部18の一部が機器用熱交換器12の下方側に位置する構成となっている。このため、過冷却防止モード時には、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体が、液通路部18のうち、機器用熱交換器12の下方側に位置する部位にも貯留される。
これにより、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体が減少することで、機器用熱交換器12の内部では、作動流体の液面LSが機器近接部121の下方側まで低下する。すなわち、機器用熱交換器12の内部では、組電池BPと熱交換する部位よりも下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面が形成される。
以上説明した本実施形態の機器温調装置1は、第1実施形態と共通の構成から奏される作用効果を第1実施形態と同様に得ることができる。特に、本実施形態では、液通路部18の一部が機器用熱交換器12の下方側に位置する構成となっている。これによると、冷却モード時に、機器用流体回路10にて作動流体を適切に循環させることができる。
また、組電池BPを保温する条件が成立した際には、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体が、液通路部18のうち、機器用熱交換器12の下方側に位置する部位にも貯留される。これによると、凝縮器14の内部空間、拡大部182を含む中間液通路部181の内部空間にて構成される貯液部LRの内容積を小さくすることができる。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態について、図27〜図32を参照して説明する。本実施形態では、機器用熱交換器12が組電池BPの側面部に対向する位置に配置される構成となっている点が第1実施形態と相違している。本実施形態では、第1実施形態と相違する部分について主に説明する。
次に、第5実施形態について、図27〜図32を参照して説明する。本実施形態では、機器用熱交換器12が組電池BPの側面部に対向する位置に配置される構成となっている点が第1実施形態と相違している。本実施形態では、第1実施形態と相違する部分について主に説明する。
図27、図28に示すように、本実施形態の機器用熱交換器12は、筒状の上タンク124、筒状の下タンク125、上タンク124と下タンク125とを連通する複数のチューブ126を含んで構成されている。なお、機器用熱交換器12は、複数のチューブ126に代えて、中空状の部材の内側に複数の流路を形成した部材により、上タンク124と下タンク125とが連通する構成となっていてもよい。
機器用熱交換器12を構成する各部材は、例えば、アルミニウム、銅等の熱伝導性の高い金属で構成されている。なお、機器用熱交換器12を構成する各部材は、金属以外の熱伝導性の高い材料で構成されていてもよい。
上タンク124は、機器用熱交換器12のうち、鉛直方向DRgの上側の部位に設けられている。上タンク124には、長手方向の一方側に、ガス通路部16の下方側の端部が接続されるガス出口部122が設けられている。ガス出口部122は、機器用熱交換器12におけるガス通路部16が接続されるガス側接続部を構成している。
下タンク125は、機器用熱交換器12のうち、鉛直方向DRgの下側の部位に設けられている。下タンク125には、長手方向の一方側に、液通路部18の下方側の端部が接続される液入口部123が設けられている。液入口部123は、機器用熱交換器12における液通路部18が接続される液側接続部を構成している。
機器用熱交換器12の外側には、電気絶縁性を有する熱伝導シート13を介して、組電池BPが設置されている。機器用熱交換器12は、熱伝導シート13によって、組電池BPとの絶縁性が確保されると共に、組電池BPとの間の熱抵抗が小さくなっている。
機器用熱交換器12は、鉛直方向DRgに直交する方向において、組電池BPと対向するように配置されている。本実施形態の機器用熱交換器12は、鉛直方向DRgに直交する方向において、組電池BPに対向する部位が、組電池BPと熱交換する部位(すなわち、機器近接部121)を構成する。この機器近接部121は、組電池BPと機器用熱交換器12との間で熱を移動させる伝熱部である。機器近接部121は、組電池BPを構成する各電池セルBCに温度分布が生じないように、組電池BPの側面部の全体を覆う大きさを有している。なお、本実施形態の機器近接部121は、鉛直方向DRgに沿って延びている。
本実施形態の組電池BPは、端子TEが設けられた面の反対側の面が、熱伝導シート13を介して、機器用熱交換器12の機器近接部121に対向するように設置されている。組電池BPを構成する各電池セルBCは、鉛直方向DRgに交差する方向に並べられている。
本実施形態の機器温調装置1には、液通路部18に液通路開閉弁30が設けられている。液通路開閉弁30は、組電池BPを保温する条件が成立した際、機器用熱交換器12のうち組電池BPと熱交換する部位よりも下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面を形成するように、機器用熱交換器12への作動流体の供給量を減少させる。液通路開閉弁30は、第1実施形態と同様に、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給量を増減する供給量調整部として機能する。
本実施形態の機器用流体回路10では、液通路開閉弁30にて液通路部18が閉鎖された際に、凝縮器14の内部空間、拡大部182を含む中間液通路部181の内部空間が、液状の作動流体を貯留する貯液部LRとして機能する。
本実施形態の貯液部LRは、機器用熱交換器12の内部の作動流体の液面が、組電池BPと熱交換する部位である機器近接部121の下端位置まで低下しても、液状の作動流体が溢れない容積となっている。
例えば、図29に示すように、機器温調装置1は、冷却モード時の作動流体の液面LS1が機器用熱交換器12の略中央部分に位置する構成になっていたとする。この場合、貯液部LRは、過冷却防止モード時の作動流体の液面LS2を機器近接部121の下端位置まで低下させることが可能なように、その内容積Vcが設定されている。具体的には、貯液部LRの内容積Vcが、冷却モード時の作動流体の液面LS1の位置と機器近接部121の下端位置との間における機器用熱交換器12の内容積Ve(HX)および液通路部18の内容積Ve(pipe)の合算値Veよりも大きくなっている。
次に、本実施形態の機器温調装置1の作動について、図30〜図32を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1は、図30に示すように、冷却モード時に、液通路開閉弁30が開放状態になった状態で、送風ファンBFが作動する。
これにより、機器温調装置1は、図30に示すように、作動流体がガス状態と液状態とに相変化しながら機器用熱交換器12と凝縮器14との間を循環し、機器用熱交換器12から凝縮器14に熱が輸送されることで組電池BPが冷却される。
また、本実施形態の機器温調装置1は、組電池BPを保温する条件が成立すると、過冷却防止モードに移行する。本実施形態の機器温調装置1は、過冷却防止モード時に、送風ファンBFの作動が停止された状態で、液通路開閉弁30によって液通路部18が閉鎖される。すなわち、本実施形態の機器温調装置1は、過冷却防止モード時に、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給が停止される。
機器温調装置1では、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給が停止されたとしても、凝縮器14の内部に存する作動流体の温度が、組電池BPの電池温度Tbよりも高いと、凝縮器14にてガス状の作動流体が凝縮する。
このため、機器温調装置1では、図31に示すように、凝縮器14にて凝縮された液状の作動流体が、凝縮器14の内部空間、拡大部182を含む中間液通路部181の内部空間にて構成される貯液部LRに貯留される。
これにより、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体が減少することで、機器用熱交換器12の内部では、作動流体の液面LS2が機器近接部121の下方側まで低下する。すなわち、機器用熱交換器12の内部では、組電池BPと熱交換する部位よりも下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面が形成される。
以上説明した本実施形態の機器温調装置1は、組電池BPを保温する条件が成立すると、図32に示すように、機器用熱交換器12のうち組電池BPと熱交換する部位よりも下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面LS2が形成される。このため、本実施形態の機器温調装置1では、機器用熱交換器12の作動流体の蒸発による組電池BPからの吸熱が抑制されるので、組電池BPが過度に冷却されてしまうことを充分に抑えることができる。この結果、本実施形態の機器温調装置1では、組電池BPの内部における化学変化の抑制がもたらす内部抵抗の増加により、入力特性が悪化することを回避可能となる。
ここで、本実施形態では、液通路部18の中間液通路部181に拡大部182が設けられている例について説明したが、これに限定されない。本実施形態の機器温調装置1は、第2実施形態の如く、液通路部18の中間液通路部181に拡大部182が設けられていないものにも適用可能である。
(第6実施形態)
次に、第6実施形態について、図33〜図35を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1は、液通路部18に機器用熱交換器12の下方側に位置する部位が設けられている点が第1実施形態と相違している。本実施形態では、第5実施形態と相違する部分について主に説明する。
次に、第6実施形態について、図33〜図35を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1は、液通路部18に機器用熱交換器12の下方側に位置する部位が設けられている点が第1実施形態と相違している。本実施形態では、第5実施形態と相違する部分について主に説明する。
図33に示すように、液通路部18は、機器用熱交換器12のうち最も上方に位置する部位よりも下方側に位置する下方側液通路部183Aを含んで構成されている。この下方側液通路部183Aは、最も下方側に位置する最下方部184が、機器用熱交換器12の液入口部123よりも下方となるように構成されている。
具体的には、本実施形態の下方側液通路部183Aは、機器用熱交換器12の液入口部123よりも下方に突き出るU字状の部位を含んで構成されている。なお、下方側液通路部183Aは、最下方部184が、機器用熱交換器12の液入口部123よりも下方となる構成であれば、U字状の部位を有していない構成となっていてもよい。
次に、本実施形態の機器温調装置1の作動について、図34、図35を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1は、図34に示すように、冷却モード時に、液通路開閉弁30が開放状態になった状態で、送風ファンBFが作動する。
これにより、機器温調装置1は、図30に示すように、作動流体がガス状態と液状態とに相変化しながら機器用熱交換器12と凝縮器14との間を循環し、機器用熱交換器12から凝縮器14に熱が輸送されることで組電池BPが冷却される。
ここで、冷却モード時には、機器用熱交換器12にて蒸発したガス状の作動流体の一部が、機器用熱交換器12の液入口部123から液通路部18に流出することがある。液通路部18に流出したガス状の作動流体が凝縮器14に流入すると、機器用流体回路10における作動流体の循環が阻害されてしまう。
これに対して、本実施形態では、液通路部18の一部が機器用熱交換器12の下方側に位置する構成となっており、ガス状の作動流体が液通路部18を介して凝縮器14に流入し難くなっている。これにより、本実施形態の機器温調装置1は、機器用流体回路10にて作動流体を適切に循環させることが可能となっている。
また、本実施形態の機器温調装置1は、組電池BPを保温する条件が成立すると、過冷却防止モードに移行する。本実施形態の機器温調装置1は、過冷却防止モード時に、送風ファンBFの作動が停止された状態で、液通路開閉弁30によって液通路部18が閉鎖される。すなわち、本実施形態の機器温調装置1は、過冷却防止モード時に、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給が停止される。
機器温調装置1では、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給が停止されたとしても、凝縮器14の内部に存する作動流体の温度が、組電池BPの電池温度Tbよりも高いと、凝縮器14にてガス状の作動流体が凝縮する。
このため、機器温調装置1では、図35に示すように、凝縮器14にて凝縮された液状の作動流体が、凝縮器14の内部空間、拡大部182を含む中間液通路部181の内部空間にて構成される貯液部LRに貯留される。
ここで、本実施形態では、液通路部18の一部が機器用熱交換器12の下方側に位置する構成となっている。このため、過冷却防止モード時には、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体が、液通路部18のうち、機器用熱交換器12の下方側に位置する部位にも貯留される。
これにより、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体が減少することで、機器用熱交換器12の内部では、作動流体の液面LSが機器近接部121の下方側まで低下する。すなわち、機器用熱交換器12の内部では、組電池BPと熱交換する部位よりも下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面が形成される。
以上説明した本実施形態の機器温調装置1は、第5実施形態と共通の構成から奏される作用効果を第5実施形態と同様に得ることができる。特に、本実施形態では、液通路部18の一部が機器用熱交換器12の下方側に位置する構成となっている。これによると、冷却モード時に、機器用流体回路10にて作動流体を適切に循環させることができる。
また、組電池BPを保温する条件が成立した際には、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体が、液通路部18のうち、機器用熱交換器12の下方側に位置する部位にも貯留される。これによると、凝縮器14の内部空間、拡大部182を含む中間液通路部181の内部空間にて構成される貯液部LRの内容積を小さくすることができる。
(他の実施形態)
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
上述の各実施形態では、液通路開閉弁30を供給量調整部として機能させる例について説明したが、これに限定されない。供給量調整部は、組電池BPの温度調整が不要となる条件(すなわち、組電池BPを保温する条件)が成立した際に、機器用熱交換器12への液状の作動流体の供給量を減少可能な構成であれば、例えば、全閉機能を有していない流量調整弁で構成されていてもよい。
上述の各実施形態では、液通路開閉弁30が電磁弁で構成される例について説明したが、液通路開閉弁30は、例えば、通電によらず作動する弁機構を有する機械式のバルブで構成されていてもよい。
上述の各実施形態の如く、貯液部LRの内容積を機器用熱交換器12の内容積よりも大きい容積とすることが望ましいが、これに限定されない。貯液部LRは、機器用熱交換器12の内部の作動流体の液面が、機器近接部121の下方側まで低下した際に、液状の作動流体が溢れない容積となっていれば、機器用熱交換器12の内容積よりも小さい容積となっていてもよい。
上述の第1〜第4実施形態では、機器用熱交換器12が組電池BPの底面部に対向する位置に配置される例について説明したが、これに限定されない。機器温調装置1は、例えば、機器用熱交換器12が組電池BPの側面部に対向する位置に配置される構成となっていてもよい。この場合、機器用熱交換器12は、その内部に作動流体が存在する限り、作動流体の液面LSが機器近接部121よりも下方側に低下しなくなる可能性がある。このため、機器用熱交換器12が組電池BPの側面部に対向配置される構成では、過冷却防止モード時に、機器用熱交換器12の内部に存する液状の作動流体の全量を貯液部LRに移動させることが望ましい。
上述の各実施形態では、機器用熱交換器12のガス出口部122および液入口部123を互いに対向する側面部に設ける例について説明したが、これに限定されない。ガス出口部122および液入口部123は、例えば、機器用熱交換器12の上面部に設けられていてもよい。
また、機器用熱交換器12のガス出口部122および液入口部123は、互いに鉛直方向DRgにおける高さが異なっていてもよい。この場合、ガス出口部122が液入口部123よりも高い位置となる構成とすることが望ましい。
上述の各実施形態では、機器温調装置1によって単一の組電池BPの温度を調整する例について説明したが、これに限定されない。機器温調装置1は、複数の機器の温度を調整することが可能である。
上述の各実施形態では、組電池BPの温度調整が不要となる条件として、組電池BPの電池温度Tbが予め設定された組電池BPの許容下限温度Tbminよりも低い際に成立する条件を採用しているが、これに限定されない。組電池BPの温度調整が不要となる条件(すなわち、組電池BPを保温する条件)は、例えば、組電池BPの周囲の雰囲気温度が所定の温度以下となる際に成立する条件となっていてもよい。
上述の各実施形態では、本開示の機器温調装置1を車両に搭載された組電池BPの電池温度Tbを調整する装置に適用する例について説明したが、これに限定されない。すなわち、本開示の機器温調装置1の適用対象は、組電池BPに限らず、他の機器の温度を調整する装置に広く適用可能である。
上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。
上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。
(まとめ)
上述の実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、機器温調装置は、機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量を増減する供給量調整部を備えている。そして、供給量調整部は、温調対象機器を保温する条件が成立した際、機器用熱交換器のうち温調対象機器と熱交換する部位よりも下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面を形成するように、機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量を減少させる。
上述の実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、機器温調装置は、機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量を増減する供給量調整部を備えている。そして、供給量調整部は、温調対象機器を保温する条件が成立した際、機器用熱交換器のうち温調対象機器と熱交換する部位よりも下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面を形成するように、機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量を減少させる。
また、第2の観点によれば、機器温調装置は、供給量調整部が、液通路部を開閉する液通路開閉弁で構成されている。また、機器用熱交換器、凝縮器、ガス通路部、および液通路部は、環状の回路である機器用流体回路を構成している。そして、液通路開閉弁は、温調対象機器を保温する条件が成立した際に、機器用流体回路における液通路開閉弁よりも上方側に位置する部位の一部が液状の作動流体を貯留する貯液部として機能するように、液通路部を閉鎖する構成となっている。
これによれば、温調対象機器を保温する条件が成立すると、貯液部における液状の作動流体の貯液量が増加することで、機器用熱交換器の内部に存する液状の作動流体を減少させることができる。
また、第3の観点によれば、機器温調装置の凝縮器は、温調対象機器を保温する条件が成立した際に、液状の作動流体を貯留可能なように、ガス通路部に接続されたガス入口部が、液通路部に接続された液出口部よりも上方側に配置されている。そして、貯液部は、凝縮器を含んで構成されている。
これによると、温調対象機器を保温する条件が成立した際に、凝縮器を貯液部として機能させることができるので、部品を追加することなく、液状の作動流体を貯留するための内容積を充分に確保することができる。
また、第4の観点によれば、機器温調装置の液通路部には、供給量調整部よりも上方側に、供給量調整部よりも下方側の部位に比べて通路部断面積が拡大された拡大部が設けられている。そして、貯液部は、拡大部を含んで構成されている。
このように、貯液部を液通路部における通路部断面積が拡大された拡大部を含んだ構成とすれば、少ない部品によって、液状の作動流体を貯留するための内容積を充分に確保することができる。
また、第5の観点によれば、機器温調装置の液通路部は、凝縮器と供給量調整部との間に位置する中間液通路部を含んで構成されている。この中間液通路部は、温調対象機器を保温する条件が成立した際に、液状の作動流体を貯留可能なように、凝縮器に近い部位が、供給量調整部に近い部位よりも上方側に位置するように構成されている。そして、貯液部は、中間液通路部を含んで構成されている。
これによると、温調対象機器の温度調整が不要となる条件が成立した際に、中間液通路部を貯液部として機能させることができるので、液状の作動流体を貯留するための内容積を充分に確保することができる。
また、第6の観点によれば、機器温調装置のガス通路部は、凝縮器のガス入口部から上方側に向かって延びる上方側ガス通路部を含んで構成されている。また、上方側ガス通路部は、温調対象機器を保温する条件が成立した際に、液状の作動流体を貯留可能となっている。そして、貯液部は、上方側ガス通路部を含んで構成されている。
これによると、温調対象機器を保温する条件が成立した際に、上方側ガス通路部を貯液部として機能させることができるので、液状の作動流体を貯留するための内容積を充分に確保することができる。
第7の観点によれば、機器温調装置の貯液部の内容積が、温調対象機器を保温する条件が成立し、機器用熱交換器の内部の作動流体の液面が機器用熱交換器のうち温調対象機器と熱交換する部位の下方側まで低下しても、液状の作動流体が溢れない容積となっている。
これによると、機器用熱交換器の内部の作動流体の液面が機器用熱交換器のうち温調対象機器と熱交換する部位の下方側まで低下しても、貯液部から機器用熱交換器に液状の作動流体が流れ出ることがない。このため、機器温調装置は、機器用熱交換器内部の作動流体の液面を機器用熱交換器のうち温調対象機器と熱交換する部位の下方側まで低下させた状態に維持することができ、機器用熱交換器の作動流体の蒸発による温調対象機器からの吸熱を充分に抑制可能となる。
また、第8の観点によれば、機器温調装置は、貯液部の内容積が、機器用熱交換器の内容積よりも大きい容積となっている。これによれば、温調対象機器を保温する条件が成立した際に、機器用熱交換器の内部に存する液状の作動流体を貯液部に貯留可能となるので、機器用熱交換器の作動流体の蒸発による温調対象機器からの吸熱を充分に抑制することが可能となる。
また、第9の観点によれば、機器温調装置は、ガス通路部が、機器用熱交換器における最も上方に位置する部位よりも下方側に位置する部位、すなわち下方側ガス通路部を含んで構成されている。また、機器温調装置は、液通路部が機器用熱交換器における最も上方に位置する部位よりも下方側に位置する部位、すなわち下方側液通路部を含んで構成されている。そして、貯液部の内容積は、機器用熱交換器の内容積、下方側ガス通路部の内容積、および下方側液通路部の内容積の総和よりも大きい容積となっている。
これによれば、温調対象機器を保温する条件が成立した際に、機器用熱交換器の内部の液状の作動流体に加えて、機器用熱交換器に流れ込む可能性がある下方側ガス通路部および下方側液通路部に存する液状の作動流体も含めて貯液部に貯留可能となる。このため、本開示の機器温調装置では、機器用熱交換器における液状の作動流体の蒸発による温調対象機器からの吸熱を充分に抑制することができる。
また、第10の観点によれば、機器温調装置は、機器用流体回路に充填した作動流体の全てを液化させた際の液量を全液量としたとき、貯液部の内容積が、全液量を貯留可能な容積となっている。
これによると、貯液部の内容積が、機器用流体回路に充填された作動流体の全量を液化させた際の体積よりも大きくなるので、温調対象機器の温度調整が不要となる場合に、機器用熱交換器に液状の作動流体が残存してしまうことを防止することが可能となる。
また、第11の観点によれば、機器温調装置は、温調対象機器を保温する条件が、温調対象機器の温度が予め設定された温調対象機器の許容下限温度を下回った際に成立する条件となっている。このように、温調対象機器の温度が許容下限温度を下回った際に、貯液部における液状の作動流体の貯液量が増加するように、機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量を減少させる構成とすれば、温調対象機器が過度に冷却されることを充分に抑えることができる。
また、第12の観点によれば、機器温調装置は、凝縮器における作動流体の放熱量を調整する放熱量調整部と、供給量調整部および放熱量調整部を制御する制御部と、を備えている。制御部は、機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量が減少するように供給量調整部を制御した後に、凝縮器における作動流体の放熱量が増加するように放熱量調整部を制御する構成となっている。
これによると、機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量を減少させた際、凝縮器での作動流体の放熱量を増加させるので、機器用熱交換器の内部の作動流体の液面を機器用熱交換器の温調対象機器と熱交換する部位の下方側まで早期に低下させることができる。
これにより、機器用熱交換器の作動流体の蒸発による温調対象機器からの吸熱を早期に抑制することができ、温調対象機器が過度に冷却されてしまうことを充分に抑えることができる。
また、第13の観点によれば、機器温調装置は、温調対象機器が、車両に搭載される組電池で構成されている。これによれば、組電池の電池温度が過度に低下することを抑制できるので、組電池の内部における化学変化の抑制がもたらす組電池の内部抵抗の増加により、入力特性が悪化することを回避可能となる。
Claims (13)
- 少なくとも1つの温調対象機器(BP)の温度を調整可能な機器温調装置であって、
前記温調対象機器から吸熱して液状の作動流体を蒸発させる機器用熱交換器(12)と、
前記機器用熱交換器よりも上方に配置され、前記機器用熱交換器にて蒸発したガス状の作動流体を凝縮させる凝縮器(14、14A、14B)と、
前記機器用熱交換器にて蒸発したガス状の作動流体を前記凝縮器に導くガス通路部(16)と、
前記凝縮器にて凝縮した液状の作動流体を前記機器用熱交換器に導く液通路部(18)と、
前記機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量を増減する供給量調整部(30)と、を備え、
前記供給量調整部は、前記温調対象機器を保温する条件が成立した際に、前記機器用熱交換器のうち前記温調対象機器と熱交換する部位よりも下方側に、ガス状の作動流体を介在させた状態で液面を形成するように、前記機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量を減少させる構成となっている機器温調装置。 - 前記供給量調整部は、前記液通路部を開閉する液通路開閉弁(30)で構成されており、
前記機器用熱交換器、前記凝縮器、前記ガス通路部、および前記液通路部を含んで構成される環状の回路を機器用流体回路(10)としたとき、
前記液通路開閉弁は、前記温調対象機器を保温する条件が成立した際に、前記機器用流体回路における前記液通路開閉弁よりも上方側に位置する部位の一部が液状の作動流体を貯留する貯液部(LR)として機能するように、前記液通路部を閉鎖する構成となっている請求項1に記載の機器温調装置。 - 前記凝縮器は、前記温調対象機器を保温する条件が成立した際に、液状の作動流体を貯留可能なように、前記ガス通路部に接続されたガス入口部(141、141A、141B)が、前記液通路部に接続された液出口部(142、142A、142B)よりも上方側に配置されており、
前記貯液部は、前記凝縮器を含んで構成されている請求項2に記載の機器温調装置。 - 前記液通路部には、前記供給量調整部よりも上方側に、前記供給量調整部よりも下方側の部位に比べて通路部断面積が拡大された拡大部(182)が設けられており、
前記貯液部は、前記拡大部を含んで構成されている請求項2または3に記載の機器温調装置。 - 前記液通路部は、前記凝縮器と前記供給量調整部との間に位置する中間液通路部(181)を含んで構成されており、
前記中間液通路部は、前記温調対象機器を保温する条件が成立した際に、液状の作動流体を貯留可能なように、前記凝縮器に近い部位が、前記供給量調整部に近い部位よりも上方側に位置するように構成されており、
前記貯液部は、前記中間液通路部を含んで構成されている請求項2ないし4のいずれか1つに記載の機器温調装置。 - 前記ガス通路部は、前記凝縮器のガス入口部(141、141A)から上方側に向かって延びる上方側ガス通路部(161)を含んで構成されており、
前記上方側ガス通路部は、前記温調対象機器を保温する条件が成立した際に、液状の作動流体を貯留可能となっており、
前記貯液部は、前記上方側ガス通路部を含んで構成されている請求項2ないし5のいずれか1つに記載の機器温調装置。 - 前記貯液部の内容積は、前記温調対象機器を保温する条件が成立し、前記機器用熱交換器の内部の作動流体の液面が前記機器用熱交換器のうち前記温調対象機器と熱交換する部位の下方側まで低下した際に、液状の作動流体が溢れない容積となっている請求項2ないし6のいずれか1つに記載の機器温調装置。
- 前記貯液部の内容積は、前記機器用熱交換器の内容積よりも大きい容積となっている請求項2ないし7のいずれか1つに記載の機器温調装置。
- 前記ガス通路部のうち前記機器用熱交換器の最も上方に位置する部位よりも下方側に位置する部位を下方側ガス通路部(162)とし、前記液通路部のうち前記機器用熱交換器の最も上方に位置する部位よりも下方側に位置する部位を下方側液通路部(183)としたとき、
前記貯液部の内容積は、前記機器用熱交換器の内容積、前記下方側ガス通路部の内容積、および前記下方側液通路部の内容積の総和よりも大きい容積となっている請求項2ないし8のいずれか1つに記載の機器温調装置。 - 前記機器用流体回路に充填した作動流体の全てを液化させた際の液量を全液量としたとき、
前記貯液部の内容積は、前記全液量を貯留可能な容積となっている請求項2または7に記載の機器温調装置。 - 前記温調対象機器を保温する条件は、前記温調対象機器の温度が予め設定された前記温調対象機器の許容下限温度を下回った際に成立する条件となっている請求項1ないし10のいずれか1つに記載の機器温調装置。
- 前記凝縮器における作動流体の放熱量を調整する放熱量調整部(BF)と、
前記供給量調整部および前記放熱量調整部を制御する制御部(100)と、を備え、
前記制御部は、前記機器用熱交換器への液状の作動流体の供給量が減少するように前記供給量調整部を制御した後に、前記凝縮器における作動流体の放熱量が増加するように前記放熱量調整部を制御する請求項1ないし11のいずれか1つに記載の機器温調装置。 - 前記温調対象機器は、車両に搭載される組電池(BP)で構成されている請求項1ないし12のいずれか1つに記載の機器温調装置。
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