JP6766601B2 - 濃度調節装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、濃度調節装置に関する。

特許文献１は、発熱機器としての燃料電池の放熱ないし冷却をするために、熱輸送装置を利用している。熱輸送装置は、水を主成分とする熱輸送媒体を利用する。熱輸送媒体には、凝固点を降下させるために凝固点降下剤が用いられている。凝固点降下剤としては、エチレングリコール、またはグリセリンなどの高分子が利用される。凝固点降下剤は、熱輸送媒体の凝固点、すなわち凍結温度を下げる。しかし、熱輸送媒体の基本的な性質を悪くすることがある。例えば、凝固点降下剤の濃度が上がると、熱伝導率が低下する傾向がある。また、凝固点降下剤の濃度が上がると、動粘性係数が高くなる傾向がある。

そこで、特許文献１では、水分離膜を利用して凝固点降下剤の濃度を調節する濃度調節装置を利用している。

特開２００３−１１４０８３号公報

従来技術の構成では、２つの不凍液容器と、２つの圧力調整手段とを用いて、水分離膜を透過する水の量を制御している。このため、圧力調整のために装置が大型化するという欠点がある。また、水分離膜には、双方向に水を透過させる必要がある。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、濃度調節装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、簡単な構成で凝固点降下剤の濃度を調節可能な濃度調節装置を提供することである。

開示される他のひとつの目的は、凝固点降下剤の濃度を下げることができる濃度調節装置を提供することである。

開示される濃度調節装置は、少なくとも凝固点降下剤と水とを含む熱輸送媒体における凝固点降下剤の濃度を調節する濃度調節装置において、下部タンク（２１）と、下部タンクよりも重力方向に関して上に位置づけられた上部タンク（２２）と、上部タンク内を加圧する加圧ポンプ（３５２）と、下部タンクと上部タンクとの間に配置され、重力に加えて、ポンプによる加圧によって、上部タンク内の熱輸送媒体から水を透過させて下部タンクへ供給し、凝固点降下剤を上部タンクに残す水分離膜（２３）と、上部タンクに残された凝固点降下剤を、上部タンクから下部タンクへ水分離膜を通すことなく供給する添加機構（４０）とを備える。

開示される熱輸送装置によると、熱輸送媒体は、重力に加えて、ポンプによる加圧によって、水分離膜に作用する。水分離膜は、重力に加えて、ポンプによる加圧によって水を透過させ、上部タンクから下部タンクへ水を供給する。これにより、熱輸送媒体における凝固点降下剤の濃度が下げられる。一方、水分離膜は、上部タンクの中に、凝固点降下剤を残す。添加機構は、上部タンクに残された凝固点降下剤を、上部タンクから下部タンクへ水分離膜を通すことなく供給する。水分離膜によって凝固点降下剤の濃度が下がる場合よりも、速く、添加機構によって凝固点降下剤の濃度は復帰する。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る熱輸送装置のブロック図である。 バルブの開閉特性を示すグラフである。 熱輸送装置の導入モードを示すブロック図である。 熱輸送装置の水透過モードを示すブロック図である。 熱輸送装置の低濃度モードを示すブロック図である。 熱輸送装置の復帰モードを示すブロック図である。 熱輸送装置の制御を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る熱輸送装置を示すブロック図である。 第３実施形態に係る熱輸送装置を示すブロック図である。 第４実施形態に係る熱輸送装置を示すブロック図である。 第５実施形態に係る熱輸送装置を示すブロック図である。 第６実施形態に係る熱輸送装置を示すブロック図である。 熱輸送装置の制御を示すフローチャートである。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１において、熱輸送装置１が示されている。熱輸送装置１は、少なくとも凝固点降下剤と水とを含む混合媒体を熱輸送媒体としている。凝固点降下剤は、混合媒体の凝固点、すなわち凍結温度を、水の凍結温度よりも低下させる。凝固点降下剤としては、エチレングリコール、グリセリンなどの高分子液体が利用される。

熱輸送装置１は、放熱装置１０と、濃度調節装置２０とを有する。放熱装置１０は、例えば、循環系統、または放熱系統とも呼ばれる。放熱装置１０は、熱輸送媒体を循環させる。濃度調節装置２０は、放熱装置１０に流れる熱輸送媒体における凝固点降下剤の濃度を調節する。濃度調節装置２０は、凝固点降下剤を回収することが望ましい回収条件が成立すると活性化される。回収条件は、凝固点降下剤の濃度を低下させることが望ましい条件でもある。濃度調節装置２０は、凝固点降下剤を添加することが望ましい添加条件が成立すると活性化される。添加条件は、凝固点降下剤の濃度を上昇させることが望ましい条件でもある。濃度調節装置２０は、導入機構３０と、添加機構４０とを有している。

放熱装置１０は、発熱機器（ＨＤ）１１と、循環通路１２と、ポンプ１３とを有する。循環通路１２は、熱交換器１４を通る主通路と、熱交換器１４を迂回するバイパス通路１５とを有する。主通路とバイパス通路１５とは、サーモスタット弁１６によって選択的に切り換えられる。

発熱機器１１は、作動時に発熱し、放熱を必要とする機器である。例えば、内燃機関、回転電機、インバータ回路素子などが発熱機器１１である。循環通路１２は、図示される複数の要素、および管路によって提供されている。ポンプ１３は、電動、または、発熱機器１１が内燃機関である場合には、内燃機関によって駆動される。ポンプ１３は、循環通路１２の中に熱輸送媒体を循環させる。

熱交換器１４は、熱輸送媒体と大気との熱交換を提供する空気熱交換器である。熱交換器１４は、熱輸送媒体から放熱する放熱器として機能する。バイパス通路１５は、熱交換器１４を迂回する通路を提供する。熱輸送媒体がバイパス通路１５を流れるとき、熱交換器１４からの放熱が停止される。サーモスタット弁１６は、２位置３方弁である。サーモスタット弁１６は、熱輸送媒体を熱交換器１４に流す第１位置と、熱輸送媒体をバイパス通路１５に通す第２位置とに切り換えられる。

濃度調節装置２０は、下部タンク２１と、上部タンク２２とを有する。重力の方向に関して、下部タンク２１と上部タンク２２との間には、水分離膜２３が設けられている。下部タンク２１は、重力方向に関して、上部タンク２２より下にある。上部タンク２２は、重力方向に関して、下部タンク２１より上に液体を溜めるように、下部タンク２１より上にある。

下部タンク２１は、水分離膜２３を透過した水または水に富む熱輸送媒体を受ける受け皿でもある。下部タンク２１は、放熱装置１０に連通している。この実施形態では、下部タンク２１は循環通路１２の一部を提供している。下部タンク２１は、循環通路１２から熱輸送媒体を受け入れ、再び循環通路１２に熱輸送媒体を流し出すように形成されている。

上部タンク２２は、熱輸送媒体を受け入れる容器である。上部タンク２２は、熱輸送媒体の重さを水分離膜に作用させるように位置づけられている。すなわち、上部タンク２２は、水分離膜２３の上に設けられている。上部タンク２２は、下部タンク２１よりも重力方向に関して上に位置づけられている。上部タンク２２は、熱輸送媒体を受け入れて熱輸送媒体を溜めるか、または残留した熱輸送媒体を溜める。残留した熱輸送媒体は、凝固点降下剤、または凝固点降下剤に富む熱輸送媒体である。

水分離膜２３は、下部タンク２１と上部タンク２２との間に配置されている。水分離膜２３は、下部タンク２１と上部タンク２２との間に、それらの間を仕切るように広がっている。水分離膜２３は、下部タンク２１の天井面の少なくとも一部を提供している。水分離膜２３は、上部タンク２２の底面の少なくとも一部を提供している。

水分離膜２３は、水分の透過を許し、凝固点降下剤の透過を阻止する。水分離膜２３は、重力方向に沿って、上から下へ、水または水に富む熱輸送媒体を通す。ここで、「富む」の語は、水分離膜２３を透過する液体と、水分離膜２３を透過せずに残される液体との相対的な濃度差を指している。以下の説明において、水分離膜２３を透過した液体成分は水と呼ばれるが、水または水に富む熱輸送媒体を含むことがある。また、水分離膜２３を透過せずに残された液体成分は凝固点降下剤と呼ばれるが、凝固点降下剤または凝固点降下剤に富む熱輸送媒体を含むことがある。

水分離膜２３は、水のみを選択的に通す。水分離膜２３は、合成樹脂膜である。水分離膜２３は、水透過膜、または限外濾過膜とも呼ばれる。水分離膜２３は、熱輸送媒体に含まれる水または水に富む熱輸送媒体を通すことで、凝固点降下剤、または凝固点降下剤に富む熱輸送媒体を残す。水分離膜２３は、重力により上部タンク２２内の熱輸送媒体から水を透過させて下部タンク２１へ供給する。

導入機構３０は、上部タンク２２へ凝固点降下剤を回収するための系統である。導入機構３０は、放熱装置１０の熱輸送媒体の少なくとも一部を上部タンク２２へ導入する。導入機構３０は、熱輸送媒体を間欠的に導入してもよいし、熱輸送媒体を連続的に導入してもよい。導入機構３０による間欠的または連続的な熱輸送媒体の上部タンク２２への導入量は、水分離膜２３の分離能力を上回ることがないように設定されるとよい。

以下に述べる実施形態では、導入機構３０は、間欠的な導入を提供する。この実施形態では、導入機構３０は、放熱装置１０の熱輸送媒体の一部だけを上部タンク２２へ導入する。導入機構３０は、上部タンク２２へ一定量の熱輸送媒体を導入した後、透過時間が経過するまで、新たな熱輸送媒体の導入を停止する。

導入機構３０は、導入通路３１と、切換弁３２と、制御装置（ＥＣＵ）３３と、液面センサ３４とを備える。導入通路３１は、循環通路１２から熱輸送媒体を上部タンク２２に導入する通路を提供する。導入通路３１の一端は、上部タンク２２の上部に連通している。その連通位置は、液面センサ３４より上である。導入通路３１の他端は、切換弁３２に接続されている。切換弁３２は、２位置３方弁である。切換弁３２は、通路を切換える切換機構を提供する。導入機構３０は、上部タンク２２へ熱輸送媒体を導入する導入通路３１に設けられた切換機構を備える。導入機構３０は、切換機構により上部タンク２２へ熱輸送媒体を導入する。切換弁３２は、循環通路１２を下部タンク２１に連通させる第１位置と、循環通路１２を導入通路３１に連通させる第２位置とに切り換え可能である。切換弁３２は、制御装置３３により電磁的に駆動される。制御装置３３は、液面センサ３４により検出される液位まで、上部タンク２２に熱輸送媒体を導入するように、切換弁３２を制御する。

上部タンク２２の熱輸送媒体から、水または水に富む熱輸送媒体が水分離膜２３に浸透する。水分離膜２３は、導入機構３０により上部タンク２２へ導入された熱輸送媒体の水分を透過させる。水分離膜２３を透過した水は、下部タンク２１に滴下される。下部タンク２１に入った水は、循環通路１２内の熱輸送媒体における凝固点降下剤の濃度を徐々に低下させる。下部タンク２１に入った水は、放熱装置１０に戻る。水分離膜２３による水の透過は、連続的な導入と同時に進行してもよいし、間欠的な導入と同時に進行してもよい。

一方で、水分離膜２３は、上部タンク２２内に、凝固点降下剤を残す。よって、水分離膜２３による水の透過が進行するにつれて、上部タンク２２内における凝固点降下剤の濃度が徐々に上昇する。

制御装置３３は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置３３は、制御システムを提供する。制御システムは、少なくともひとつの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくともひとつのメモリ装置（ＭＭＲ）とを有する。制御システムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置３３は、ひとつのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御システムによって実行されることによって、制御システムをこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御システムを機能させる。

制御システムは、入力される情報を示す信号を供給する複数の信号源を入力装置として有する。制御システムは、情報をメモリ装置に格納することにより、情報を取得する。制御システムは、挙動が制御される複数の制御対象物を出力装置として有する。制御システムは、メモリ装置に格納された情報を信号に変換して制御対象物に供給することにより制御対象物の挙動を制御する。

制御システムは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、機能を実行するためのブロックと呼ぶことができる。別の観点では、それらの要素の少なくとも一部は、構成として解釈されるモジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、要素は、意図的な場合にのみ、その機能を実現する手段ともよぶことができる。

制御システムが提供する手段および／または機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御システムがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

添加機構４０は、凝固点降下剤を下部タンク２１は、すなわち放熱装置１０へ添加するための系統である。添加機構４０は、水分離膜２３を通すことなく、上部タンク２２から下部タンク２１へ凝固点降下剤を添加する。下部タンク２１は、放熱装置１０または循環通路１２の一部でもある。よって、添加機構４０は、水分離膜２３を通すことなく、上部タンク２２から放熱装置１０へ凝固点降下剤を添加してもよい。

添加機構４０は、バルブ４１を有している。バルブ４１は、少なくとも開弁状態と閉弁状態とに駆動される。バルブ４１は、水分離膜２３を通すことなく、上部タンク２２内と下部タンク２１内とを連通する。バルブ４１が閉じているとき、上部タンク２２内と下部タンク２１内とは、水分離膜２３を通して間接的に連通している。バルブ４１が開いているとき、上部タンク２２内と下部タンク２１内とは、バルブ４１を通して直接的に連通している。バルブ４１は、上部タンク２２の最下部に開口するように配置されている。よって、バルブ４１は、上部タンク２２内に溜められた凝固点降下剤を残さず流すことができる。添加機構４０は、上部タンク２２に残された凝固点降下剤を、上部タンク２２から下部タンク２１へ水分離膜２３を通すことなく供給する。

添加機構４０は、バルブ４１を開閉するための駆動装置として、感温部材を備える。感温部材は、環境温度を感知してサイズが変化するか、操作部を移動させる部材である。この実施形態では、感温部材としてサーモワックス４２を備える。サーモワックス４２は、環境温度に応答して、バルブ４１を駆動する。

図２に図示されるように、サーモワックス４２は、環境温度（ＴＥＭＰ）に応答する。環境温度として、外気温度、上部タンク２２の温度などの種々の温度を利用することができる。サーモワックス４２は、低温環境においてバルブ４１を開く。サーモワックス４２は、高温環境においてバルブ４１を閉じる。サーモワックス４２は、ヒステリシス特性を有している。バルブ４１は、環境温度が高温から低温になると、閉弁状態から開弁状態に制御され、上部タンク２２に残された凝固点降下剤を供給する。

例えば、環境温度が下限温度ＴＬを下回ると、バルブ４１は開く。環境温度が上限温度ＴＨを上回ると、バルブ４１は閉じる。下限温度ＴＬは、上限温度ＴＨより低い。下限温度ＴＬと上限温度ＴＨとの間において、バルブ４１の開閉は、ヒステリシス特性に従っている。下限温度ＴＬと上限温度ＴＨとは、環境温度によって熱輸送媒体が凍結しないように設定されている。下限温度ＴＬと上限温度ＴＨとは、水の凝固点、すなわち凍結温度より所定温度だけ高い温度である。所定温度は、例えば、気温変化があったとしても循環通路１２の中で熱輸送媒体が凍結しないように設定されている。下限温度ＴＬと上限温度ＴＨとは、例えば、摂氏５度から摂氏１０度が設定される。

図１に戻り、熱輸送装置１は、標準運転では、循環通路１２の中の熱輸送媒体は、高濃度の凝固点降下剤を含んでいる。標準運転は、高濃度運転とも呼ばれる。このとき、切換弁３２は、循環通路１２を閉回路として閉じる第１位置に駆動される。季節が冬季であると、サーモワックス４２は、バルブ４１を開く。発熱機器１１が発熱すると、発熱機器１１の熱は、熱輸送媒体で輸送される。熱は、熱交換器１４から放熱される。このため、発熱機器１１の温度が抑制される。一方、サーモスタット弁１６が切り換えられると、熱交換器１４がバイパスされる。この状態では、熱輸送媒体の温度低下が抑制され、発熱機器１１の温度低下も抑制される。さらに、環境温度が低下しても、高濃度の凝固点降下剤は、熱輸送媒体の凝固、すなわち凍結を抑制する。このため、環境温度が低下しても、熱輸送装置１の運転を継続することができる。例えば、冬季においても、熱輸送装置１の運転を継続することができる。

図３および図４において、熱輸送装置１は、凝固点降下剤を回収するための回収運転を実行する。冬季であれば、サーモワックス４２は、バルブ４１を開く。このため、上部タンク２２には、熱輸送媒体が溜められない。季節が冬季ではないと、サーモワックス４２は、バルブ４１を閉じる。これにより、上部タンク２２は、熱輸送媒体などを溜めることができる。

図３において、導入運転が図示されている。導入運転は、回収運転の一部である。導入機構３０は、上部タンク２２内に熱輸送媒体を導入する。制御装置３３は、例えば、熱輸送媒体が液面センサ３４の位置まで導入されるまで、切換弁３２を第２位置に駆動する。第２位置において、切換弁３２は、循環通路１２を導入通路３１に連通させる。これにより、上部タンク２２の中には、熱輸送媒体が導入される。上部タンク２２内に所定量の熱輸送媒体が導入されたことを液面センサ３４が検出すると、制御装置３３は、切換弁３２を第１位置に駆動する。

図４において、水透過運転が図示されている。水透過運転は、回収運転の一部である。導入機構３０は、導入運転によって上部タンク２２に所定量の熱輸送媒体を導入した後、一定時間の待ち時間に入る。水分離膜２３は、上部タンク２２に溜められた熱輸送媒体から水を透過させる。水分離膜２３を透過した水は、下部タンク２１に滴下される。水分離膜２３は、上部タンク２２の中に凝固点降下剤を残す。

下部タンク２１に入った水は、循環通路１２の中の熱輸送媒体の中における凝固点降下剤の濃度を低下させる。これにより、凝固点降下剤に起因する性質低下が改善される。例えば、熱輸送媒体による熱伝達率が向上する。例えば、熱輸送媒体の動粘度係数が低下する。これらは、放熱装置１０の消費動力の低減に貢献する。例えば、熱伝達率の向上は、少ない流量での放熱を可能にする。この結果、ポンプ１３での消費動力が抑制される。また、動粘度係数の低下は、放熱装置１０全体での熱輸送媒体の流れやすさを高める。この結果、ポンプ１３での消費動力が抑制される。

図５において、低濃度運転が図示されている。低濃度運転は、回収運転の後に、上部タンク２２に凝固点降下剤を溜めたまま実行される。冬季であれば、サーモワックス４２はバルブ４１を開くから、低濃度運転が実施されない。冬季でない場合、サーモワックス４２はバルブ４１を閉じるから、低濃度運転が実施される。低濃度運転では、上部タンク２２に凝固点降下剤が溜められる。低濃度運転では、循環通路１２内には、凝固点降下剤の濃度が低い熱輸送媒体が満たされる。

図６において、復帰運転が図示されている。復帰運転は、低濃度運転から高濃度運転、すなわち標準運転への遷移段階として実行される。復帰運転は、低濃度運転の後に実行される。気温が低下する場合、サーモワックス４２はバルブ４１を閉弁状態から開弁状態へ切換える。このとき、復帰運転が発生する。バルブ４１が閉弁状態から開弁状態へ切換えられると、上部タンク２２に溜められていた凝固点降下剤が下部タンク２１へ、すなわち放熱装置１０へ供給される。これにより、凝固点降下剤の濃度が高い熱輸送媒体が循環通路１２の中に満たされる。凝固点降下剤の濃度が高い熱輸送媒体は、循環通路１２の中での凍結、熱交換器１４の中での凍結を含む、を抑制する。

図７は、熱輸送装置１の作動を示すフローチャートである。制御装置３３は、回収運転のための制御処理１８０を実行する。ステップ１８１では、凝固点降下剤を回収するか否かを判定する。ステップ１８１における判定は、利用者による手動スイッチの操作、または環境温度の条件に基いて行うことができる。例えば、環境温度が、所定の閾値温度を上回る場合に、回収運転が実行される。ステップ１８１において、回収運転が判定されると、ステップ１８２へ進む。ステップ１８１において、回収運転が判定されない場合、高濃度運転、低濃度運転、または復帰運転が実施される。なお、これらの運転は、バルブ４１によって切り換えられる。つまり、サーモワックス４２が、運転状態の切り換えを行う。

ステップ１８２では、回収運転のための処理が実行される。ステップ１８３では、導入運転が行われる。導入運転では、切換弁３２が切り換えられ、上部タンク２２に熱輸送媒体が導入される。ステップ１８４では、上部タンク２２内の熱輸送媒体の液面が所定の水準にまで上昇したか否かが判定される。ステップ１８４は、上部タンク２２内の熱輸送媒体の液面が所定の水準に到達するまで継続される。ステップ１８５では、水分離膜２３による水の分離に要する時間だけ、待ち処理が実行される。待ち処理は、所定時間、または液面が所定の水準まで下がるために要する期間である。待ち時間は、実際の液面の水準に応じて設定されてもよい。

ステップ１８６では、一連の回収運転のためのシーケンスが終了したか否かが判定される。すなわち、ステップ１８３−１８５の処理は、１回だけ、または複数回繰り返して実行されてもよい。ステップ１８３−１８５が１回だけ実行される場合、上部タンク２２の中には、所定の残量の凝固点降下剤が残される。ステップ１８３−１８５が繰り返して実行された場合、上部タンク２２の中には、累積的な残量の凝固点降下剤が残される。一連の回収運転のためのシーケンスが終了するまで、ステップ１８３−１８５が繰り返される。一連の回収運転のためのシーケンスが終了すると、処理１８０は終了する。

この実施形態の熱輸送装置１は、標準的に高濃度運転を提供する。高濃度運転は、発熱機器１１の温度上昇を抑制し、同時に、熱輸送媒体の凍結を抑制する。

回収運転が判定されると、回収運転が実行される。回収運転により、上部タンク２２には、熱輸送媒体が導入される。この回収運転の間、水分離膜２３は、重力によって、水を透過させる。この結果、上部タンク２２には、凝固点降下剤が残される。放熱装置１０は、高濃度運転から、回収運転を経て、低濃度運転へと遷移する。よって、回収運転は、放熱装置１０内の熱輸送媒体における凝固点降下剤の濃度を低下させる遷移状態において提供される。回収運転に要する時間は、水分離膜２３の分離能力に依存している。言い換えると、回収運転の期間は、相当程度に長い。

環境温度が凍結のおそれがある低温になると、サーモワックス４２は、バルブ４１を開く。バルブ４１が開くと、上部タンク２２に溜められている凝固点降下剤が、バルブ４１を経由して、下部タンク２１へ戻される。このとき、凝固点降下剤は、水分離膜２３を通ることなく、バルブ４１を通して落下する。これにより、放熱装置１０内の熱輸送媒体における凝固点降下剤の濃度が上昇する。放熱装置１０は、低濃度運転から、復帰運転を経て、高濃度運転へと遷移する。よって、復帰運転は、放熱装置１０内の熱輸送媒体における凝固点降下剤の濃度を上昇させる遷移状態において提供される。復帰運転に要する期間は、凝固点降下剤がバルブ４１を通過するために要する期間であるから、短い。復帰運転に要する期間は、回収運転に要する期間とくらべて、格段に短い。よって、短い時間で、凝固点降下剤の濃度を上昇させることができる。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、回収運転における導入運転の期間が、制御装置３３と液面センサ３４とにより制御されている。これに代えて、上部タンク２２への熱輸送媒体の導入量は、機械的な構成により制御されてもよい。例えば、排出管２５１が設けられる。なお、排出管２５１は、先行する実施形態において、または後続の実施形態において追加的に利用可能である。

図８に図示されるように、上部タンク２２内には、液面の最高水準を設定するための排出管２５１が設けられている。排出管２５１は、水分離膜２３を貫通している。排出管２５１は、上部タンク２２の中に立てられている。排出管２５１の一方の端部は、上部タンク２２の中の液面水準の上限に相当する上部に位置づけられている。排出管２５１の一方の端部は、バルブ４１より上に位置づけられている。排出管２５１の他方の端部は、下部タンク２１の中に液体を排出するように位置づけられている。上部タンク２２に熱輸送媒体が導入される場合、熱輸送媒体は、排出管２５１の入口まで溜められる。排出管２５１は、上部タンク２２内の上部に開口し、上部タンク２２と下部タンク２１とを連通する。

回収運転が実行される場合、制御装置３３は、排出管２５１の入口を上回る液面に相当する量の熱輸送媒体を上部タンク２２に導入する。例えば、制御装置３３は、一定時間だけ切換弁３２を第２位置に切換える。過剰な量の熱輸送媒体は、排出管２５１を通して下部タンク２１に排出される。

この実施形態によると、上部タンク２２に導入される熱輸送媒体の量が、排出管２５１によって制限される。このため、制御装置３３の制御処理を簡単化できる。

第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、重力だけを利用して、水分離膜２３は、水を透過させる。これに加えて、上部タンク２２の中を加圧することにより、圧力も利用して、水を透過させてもよい。

図９に図示されるように、濃度調節装置２０は、ポンプ３５２と、リリーフ弁３５３と、逆止弁３５４とを備える。ポンプ３５２は、上部タンク２２に連通している。ポンプ３５２は、上部タンク２２の中を加圧する。ポンプ３５２は、加圧ポンプとも呼ばれる。ポンプ３５２による上部タンク２２内の加圧は、リリーフ弁３５３により制限されている。リリーフ弁３５３は、過剰な圧力を逃がす。逆止弁３５４は、上部タンク２２の圧力が導入通路３１を経由して循環通路１２に影響することを阻止する。

制御装置３３は、回収運転において、特に水透過運転において、ポンプ３５２を作動させる。ポンプ３５２は、上部タンク２２の中を加圧し、水分離膜２３における水の透過を促進する。水分離膜２３は、重力に加えて、ポンプ３５２による加圧によって、水を透過する。この実施形態によると、重力による透過に加えて、上部タンク２２への加圧によって、水が水分離膜２３を透過する。この結果、回収運転における期間が短縮される。

第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態に加えて、下部タンク２１内の圧力が調節されてもよい。例えば、下部タンク２１内の圧力を低下させる圧力調節弁４５５が設けられてもよい。

図１０に図示されるように、濃度調節装置２０は、圧力調節弁４５５を有する。圧力調節弁４５５は、下部タンク２１の気体空洞に連通している。圧力調節弁４５５は、下部タンク２１内の圧力を調節し、低下させる。制御装置３３は、回収運転において、特に水透過運転において、圧力調節弁４５５を開弁させる。下部タンク２１内の圧力が低下することにより、水分離膜２３における水の透過が促進される。この実施形態によると、重力による透過に加えて、下部タンク２１の減圧によって、水が水分離膜２３を透過する。言い換えると、重力による透過に加えて、上部タンク２２と下部タンク２１との圧力差によって、水が水分離膜２３を透過する。

第５実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、放熱装置１０のための主たるポンプ１３を用いて、熱輸送媒体を上部タンク２２に導入している。これに代えて、熱輸送媒体を上部タンク２２に導入するための導入ポンプ５３５が設けられてもよい。

図１１に図示されるように、下部タンク２１、上部タンク２２、および導入通路３１が提供する通路は、循環通路１２に対して並列的に設けられている。下部タンク２１は、ひとつの通路で、循環通路１２に連通している。導入通路３１は、循環通路１２に連通している。導入通路３１の中には、導入ポンプ５３５が設けられている。導入ポンプ５３５は、制御装置３３によって作動と停止とに切り換え制御される。この実施形態では、上部タンク２２へ熱輸送媒体を導入する期間に、導入ポンプ５３５が活性化させられる。

この実施形態では、導入機構３０は、上部タンク２２へ熱輸送媒体を導入する導入通路３１と、導入通路３１に設けられた導入ポンプ５３５とを備える。導入機構３０は導入、ポンプ５３５の運転により上部タンク２２へ熱輸送媒体を導入する。この実施形態によると、放熱装置１０の主たるポンプ１３に依存することなく、導入ポンプ５３５の作動により、上部タンク２２へ熱輸送媒体が導入される。

第６実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、サーモワックス４２によりバルブ４１を開閉している。これに代えて、バルブ４１は、駆動装置として、電磁的なアクチュエータ６４２により開閉されてもよい。よって、上記実施形態では、復帰運転は、サーモワックス４２により実行されていたが、この実施形態では、復帰運転の実施が制御装置３３により制御される。

図１２に図示されるように、サーモワックス４２に代えて、電磁的なアクチュエータ６４２が用いられる。これにより、制御装置３３は、バルブ４１を開閉することができる。バルブ４１は、制御装置３３によって閉弁状態から開弁状態に制御される。バルブ４１は、上部タンク２２に残された凝固点降下剤を供給する。

図１３は、この実施形態における制御処理６８０を示す。この実施形態では、添加運転のために、ステップ６９１、６９２、および６９３が追加されている。この実施形態では、先行する実施形態のサーモワックス４２に代えて、制御装置３３と電磁的なアクチュエータ６４２とによる制御によって添加運転が開始される。ステップ６９１では、凝固点降下剤を添加するか否かが判定される。凝固点降下剤を添加しない場合、処理を終了する。この場合、高濃度運転、または低濃度運転が実行される。凝固点降下剤が添加される場合、ステップ６９２に進む。ステップ６９２は、添加運転のための処理である。ステップ６９３では、添加運転のためにアクチュエータ６４２が制御され、バルブ４１が開かれる。これにより、凝固点降下剤が放熱装置１０に添加される。

この実施形態によると、添加運転の開始条件が制御装置３３によって制御される。このため、環境温度だけに応答することなく、制御装置３３によって復帰運転を実行できる。例えば、ポンプ１３が停止する前にバルブ４１を開き、循環通路１２の中の熱輸送媒体における凝固点降下剤の濃度を高くすることができる。しかも、復帰運転は水分離膜２３を通すことなく、バルブ４１によって実現されている。このため、回収運転の期間より短い復帰運転の期間を実現可能である。例えば、ポンプ１３が停止している間に環境温度が低下する場合でも、停止期間中に熱輸送媒体が凍結する事態を回避できる。

他の実施形態
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

上記実施形態では、切換弁として、２位置３方弁が利用されているが、Ｔ字型の通路と２つの開閉弁とによって同様の切換機構が提供される。切換機構は、図示の実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、添加運転をサーモワックス４２または制御装置３３により制御した。添加運転の実施は、種々の要素に応答して実施してもよい。例えば、発熱機器１１が内燃機関である場合に、内燃機関の運転開始に応答して、回収運転を実行し、内燃機関の運転中は、低濃度運転を実施してもよい。また、内燃機関の停止直前に添加運転を実行し、内燃機関の停止中は放熱装置１０の中の熱輸送媒体における凝固点降下剤の濃度を高くしてもよい。

上記実施形態では、サーモワックス４２は、気温に応答する。これに代えて、サーモワックス４２は、下部タンク２１、または上部タンク２２の壁温度、または熱輸送媒体の温度に応答してもよい。また、制御装置３３によってアクチュエータ６４２が制御される場合、温度に加えて、発熱機器１１の発熱状態、放熱装置１０の運転状態、圧力、時刻など、多様な変数に応答してもよい。

１ 熱輸送装置、１０ 放熱装置、１１ 発熱機器、
１２ 循環通路、１３ ポンプ、１４ 熱交換器、
１５ バイパス通路、１５ サーモスタット弁、
２０ 濃度調節装置、２１ 下部タンク、２２ 上部タンク、２３ 水分離膜、
３０ 導入機構、３１ 導入通路、３２ 切換弁、
３３ 制御装置、３４ 液面センサ、
４０ 添加機構、４１ バルブ、４２ サーモワックス、
２５１ 排出管、３５２ ポンプ、３５３ リリーフ弁、３５４ 逆止弁、
４５５ 圧力調節弁、５３５ 導入ポンプ、６４２ アクチュエータ。

Claims (6)

1. 少なくとも凝固点降下剤と水とを含む熱輸送媒体における前記凝固点降下剤の濃度を調節する濃度調節装置において、
   下部タンク（２１）と、
   前記下部タンクよりも重力方向に関して上に位置づけられた上部タンク（２２）と、
   前記上部タンク内を加圧する加圧ポンプ（３５２）と、
   前記下部タンクと前記上部タンクとの間に配置され、重力に加えて、前記ポンプによる加圧によって、前記上部タンク内の熱輸送媒体から水を透過させて前記下部タンクへ供給し、前記凝固点降下剤を前記上部タンクに残す水分離膜（２３）と、
   前記上部タンクに残された前記凝固点降下剤を、前記上部タンクから前記下部タンクへ前記水分離膜を通すことなく供給する添加機構（４０）とを備える濃度調節装置。
2. 前記熱輸送媒体は、発熱する発熱機器（１１）から熱交換器（１４）へ熱を輸送する請求項１に記載の濃度調節装置。
3. 前記上部タンク内の上部に開口し、前記上部タンクと前記下部タンクとを連通する排出管（２５１）を備える請求項１または請求項２に記載の濃度調節装置。
4. 前記上部タンク内の過剰な圧力を排出するリリーフ弁（３５３）を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の濃度調節装置。
5. 前記下部タンクの圧力を調節する圧力調節弁（４５５）を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の濃度調節装置。
6. 前記添加機構は、
   少なくとも開弁状態と閉弁状態とに駆動されるバルブ（４１）と、
   環境温度に応答して、前記バルブを駆動する感温部材（４２）とを備え、
   前記環境温度が高温から低温になると、前記閉弁状態から前記開弁状態に制御され、前記上部タンクに残された前記凝固点降下剤を添加する請求項１から請求項５のいずれかに記載の濃度調節装置。

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