JP6992411B2 - 機器冷却装置 - Google Patents
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Description
作動流体の蒸発潜熱により対象機器を冷却する冷却器(11)と、
冷却器で蒸発した作動流体を冷凍サイクルを循環する低温低圧の冷媒の冷熱を利用して放熱させ、作動流体を凝縮させる冷熱源式熱交換器(12)と、
冷却器で蒸発した作動流体を外気の冷熱を利用して放熱させ、作動流体を凝縮させる空冷式熱交換器(13)と、
冷却器で蒸発した作動流体を冷熱源式熱交換器および空冷式熱交換器へ導くガス配管(14)と、
冷熱源式熱交換器および空冷式熱交換器で凝縮した作動流体を冷却器へ導く液配管(15)と、
外気温度を検出する外気温度検出部(16)と、
冷却器、冷熱源式熱交換器、空冷式熱交換器、ガス配管および液配管を含んで構成されるサーモサイフォン回路を循環する作動流体の飽和温度を検出する飽和温度検出部(17)と、
作動流体の飽和温度が外気温度より高くなるように、冷熱源式熱交換器を流れる作動流体の放熱量を調整する放熱量調整部(18、20、31、33、38、41、321、322)と、を備える。
作動流体の蒸発潜熱により対象機器を冷却する冷却器(11)と、
冷却器で蒸発した作動流体を放熱させ、作動流体を凝縮させる作動流体熱交換器(19)と、
冷却器にて蒸発した作動流体を作動流体熱交換器へ導くガス配管(14)と、
作動流体熱交換器で凝縮した作動流体を冷却器へ導く液配管(15)と、
作動流体熱交換器を流れる作動流体と熱交換する冷却水が流れる冷却水回路(40)と、
冷却水回路に設けられ、冷却水回路を循環する冷却水と外気との熱交換を行う空気放熱器(43)と、
冷却水回路に設けられ、冷却水回路を循環する冷却水と冷凍サイクルを循環する低温低圧の冷媒との熱交換を行う水-冷媒熱交換器(42)と、
外気温度を検出する外気温度検出部(16)と、
前記冷却水回路を循環する冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部(47)と、
前記冷却水回路を循環する冷却水の温度が外気温度より高くなるように、前記水-冷媒熱交換器を流れる冷却水の放熱量を調整する放熱量調整部(20、31、33、38、41、321、322)と、を備える。
作動流体の蒸発潜熱により対象機器を冷却する冷却器(11)と、
冷却器で蒸発した作動流体を放熱させ、作動流体を凝縮させる作動流体熱交換器(19)と、
冷却器にて蒸発した作動流体を作動流体熱交換器へ導くガス配管(14)と、
作動流体熱交換器で凝縮した作動流体を冷却器へ導く液配管(15)と、
作動流体熱交換器を流れる作動流体と熱交換する冷却水が流れる冷却水回路(40)と、
冷却水回路に設けられ、冷却水回路を循環する冷却水と外気との熱交換を行う空気放熱器(43)と、
外気温度を検出する外気温度検出部(16)と、
冷却器、作動流体熱交換器、ガス配管および液配管を含んで構成されるサーモサイフォン回路を循環する作動流体の飽和温度を検出する飽和温度検出部(17)と、
作動流体の飽和温度が外気温度より高くなるように、作動流体熱交換器を流れる作動流体の放熱量を調整する放熱量調整部(20、31、33、38、41、321、322)と、を備え、
作動流体熱交換器は、その作動流体熱交換器を流れる作動流体と、冷凍サイクルを循環する冷温低圧の冷媒と、冷却水回路を循環する冷却水とが熱交換するように構成されている。
第1実施形態について、図1~図6を参照して説明する。第1実施形態の機器冷却装置1は、電気自動車、プラグインハイブリッド車またはハイブリッド車などの電動車両(以下、単に「車両」という)に搭載される。第1実施形態の機器冷却装置1が冷却を行う対象機器は、車両に搭載される二次電池(以下、「組電池2」という)である。
(1)第1実施形態では、放熱量調整部は、作動流体の飽和温度が外気温度より高くなるように、冷熱源式熱交換器12を流れる作動流体の放熱量を調整する。これによれば、作動流体の飽和温度が外気温度より高くなることで、空冷式熱交換器13と冷熱源式熱交換器12の両方で作動流体の凝縮が行われる。そのため、空冷式熱交換器13が作動流体の凝縮に外気の冷熱を利用する分、冷熱源式熱交換器12が作動流体の凝縮に利用する冷凍サイクル30の冷熱量を少なくすることが可能である。したがって、この機器冷却装置1は、冷凍サイクル30が冷熱を作るために消費するエネルギ消費量を低減することができる。その結果、機器冷却装置1は、電動車両の車両走行用モータによる走行距離を延ばすことができる。
第2実施形態について説明する。第2実施形態は、第1実施形態に対して放熱量調整部の構成を具体的に説明するものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第3実施形態について説明する。第3実施形態も、第1実施形態に対して放熱量調整部の構成を具体的に説明するものであり、その他については第1実施形態と同様である。
第4実施形態について説明する。第4実施形態も、第1実施形態に対して放熱量調整部の構成を具体的に説明するものであり、その他については第1実施形態と同様である。
第5実施形態について説明する。第5実施形態も、第1実施形態に対して放熱量調整部の構成を具体的に説明するものであり、その他については第1実施形態と同様である。
第6実施形態について説明する。第6実施形態も、第1実施形態に対して放熱量調整部の構成を具体的に説明するものであり、その他については第1実施形態と同様である。
第7実施形態について説明する。第7実施形態は、第1~第6実施形態に対して、冷凍サイクル30の構成と、放熱量調整部の構成を変更したものであり、その他については第1~第6実施形態と同様である。
機器冷却用膨張弁38の作動方法に関して、流路面積を間欠的にほぼ0とする時間と冷媒を流す時間を交互に繰り返し、その0とする時間割合を増やすことで流量比を調整してもよい。また、上記のような作動をする際は、前述の温度自動膨張弁と開閉弁を直列に接続し、開閉弁を開と作動する時間割合を調整することで、流量比を調整してもよい。
第8実施形態について説明する。第8実施形態は、第7実施形態に対して、冷却水回路を備え、且つ、放熱量調整部の構成を変更したものであり、その他については第7実施形態と同様である。
第9実施形態について説明する。第9実施形態は、第8実施形態に対して放熱量調整部の構成を変更したものであり、その他については第8実施形態と同様である。
第10実施形態について説明する。第10実施形態は、上述した第1~第9実施形態に対してサーモサイフォン回路10および冷却水回路40等の構成を変更したものである。
第11実施形態について説明する。第11実施形態は、上述した第1~第10実施形態に対してサーモサイフォン回路10および冷却水回路40等の構成を変更したものである。
第12実施形態について説明する。第12実施形態は、上述した第1~第11実施形態で説明した構成において、機器冷却装置1が備える制御装置20が実行する制御方法について説明するものである。
第13実施形態について説明する。第13実施形態も、上述した第1~第11実施形態で説明した構成において、機器冷却装置1が備える制御装置20が実行する制御方法について説明するものである。
第14実施形態について説明する。第14実施形態は、上述した第13実施形態で説明した制御方法の変形例である。
第15実施形態について説明する。第15実施形態は、上述した第13および第14実施形態で説明した制御方法の変形例である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、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。また、上記各実施形態において、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るものではない。また、上記各実施形態において、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る
ものではない。
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、機器冷却装置は、冷凍サイクルの冷熱および外気の冷熱を利用するサーモサイフォン回路により対象機器を冷却するものである。この機器冷却装置は、冷却器、冷熱源式熱交換器、空冷式熱交換器、ガス配管、液配管、外気温度検出部、飽和温度検出部および放熱量調整部を備える。冷却器は、作動流体の蒸発潜熱により対象機器を冷却する。冷熱源式熱交換器は、冷却器で蒸発した作動流体を冷凍サイクルを循環する低温低圧の冷媒の冷熱を利用して放熱させ、作動流体を凝縮させる。空冷式熱交換器は、冷却器で蒸発した作動流体を外気の冷熱を利用して放熱させ、作動流体を凝縮させる。ガス配管は、冷却器で蒸発した冷媒を冷熱源式熱交換器および空冷式熱交換器へ導く。液配管は、冷熱源式熱交換器および空冷式熱交換器で凝縮した冷媒を冷却器へ導く。外気温度検出部は、外気温度を検出する。飽和温度検出部は、冷却器、冷熱源式熱交換器、空冷式熱交換器、ガス配管および液配管を含んで構成されるサーモサイフォン回路を循環する作動流体の飽和温度を検出する。放熱量調整部は、作動流体の飽和温度が外気温度より高くなるように、冷熱源式熱交換器を流れる作動流体の放熱量を調整する。
2 組電池
10 サーモサイフォン回路
11 冷却器
12 冷熱源式熱交換器
13 空冷式熱交換器
16 外気温度検出部
17 飽和温度検出部
18、20、31、33、38、41、321、322 放熱量調整部
30 冷凍サイクル
Claims (21)
- 冷凍サイクル(30)の冷熱および外気の冷熱を利用するサーモサイフォン回路(10)により対象機器(2)を冷却する機器冷却装置であって、
作動流体の蒸発潜熱により前記対象機器を冷却する冷却器(11)と、
前記冷却器で蒸発した作動流体を前記冷凍サイクルを循環する低温低圧の冷媒の冷熱を利用して放熱させ、作動流体を凝縮させる冷熱源式熱交換器(12)と、
前記冷却器で蒸発した作動流体を外気の冷熱を利用して放熱させ、作動流体を凝縮させる空冷式熱交換器(13)と、
前記冷却器で蒸発した作動流体を前記冷熱源式熱交換器および前記空冷式熱交換器へ導くガス配管(14)と、
前記冷熱源式熱交換器および前記空冷式熱交換器で凝縮した作動流体を前記冷却器へ導く液配管(15)と、
外気温度を検出する外気温度検出部(16)と、
前記冷却器、前記冷熱源式熱交換器、前記空冷式熱交換器、前記ガス配管および前記液配管を含んで構成される前記サーモサイフォン回路を循環する作動流体の飽和温度を検出する飽和温度検出部(17)と、
作動流体の飽和温度が外気温度より高くなるように、前記冷熱源式熱交換器を流れる作動流体の放熱量を調整する放熱量調整部(18、20、31、33、38、41、321、322)と、を備える機器冷却装置。 - 前記冷熱源式熱交換器は、前記冷凍サイクルを循環する低温低圧の冷媒と、前記冷熱源式熱交換器を流れる作動流体とが熱交換するように構成された熱交換器である、請求項1に記載の機器冷却装置。
- 前記冷凍サイクルを循環する低温低圧の冷媒の冷熱により冷却される冷却水が循環する冷却水回路(40)をさらに備え、
前記冷熱源式熱交換器は、前記冷却水回路を循環する冷却水と、前記サーモサイフォン回路を循環する作動流体とが熱交換するように構成された熱交換器である、請求項1に記載の機器冷却装置。 - 前記冷凍サイクルを循環する低温低圧の冷媒の冷熱により冷却される冷却水が循環する冷却水回路をさらに備え、
前記冷熱源式熱交換器は、前記冷却水回路を循環する冷却水と、前記サーモサイフォン回路を循環する作動流体とが熱交換するように構成された熱交換器であり、
前記放熱量調整部は、前記冷却水回路を循環する冷却水の流量を調整するポンプ(41)である、請求項1または3に記載の機器冷却装置。 - 前記機器冷却装置は、車両に搭載されるものであり、
前記冷凍サイクルは、車室内の空気調和を行う空調装置の冷熱供給源として用いられる空調用蒸発器(36)と、前記サーモサイフォン回路を循環する作動流体の凝縮に用いられる前記冷熱源式熱交換器とが並列に接続されるように構成されている、請求項1または2に記載の機器冷却装置。 - 前記機器冷却装置は、車両に搭載されるものであり、
前記冷凍サイクルは、車室内の空気調和を行う空調装置の冷熱供給源として用いられる空調用蒸発器(36)と、前記サーモサイフォン回路を循環する作動流体の凝縮に用いられる前記冷熱源式熱交換器とが並列に接続されるように構成されており、
前記放熱量調整部は、前記冷熱源式熱交換器に流れる冷媒の流量を調整可能な機器冷却用膨張弁(38)である、請求項1、2または5に記載の機器冷却装置。 - 前記機器冷却装置は、車両に搭載されるものであり、
前記冷凍サイクルを循環する低温低圧の冷媒の冷熱により冷却される冷却水が循環する冷却水回路をさらに備え、
前記冷凍サイクルは、車室内の空気調和を行う空調装置の冷熱供給源として用いられる空調用蒸発器(36)と、前記冷却水回路を循環する冷却水を冷却する水-冷媒熱交換器(42)とが並列に接続されており、
前記放熱量調整部は、前記水-冷媒熱交換器に流れる前記冷凍サイクルの冷媒の流量を調整可能な機器冷却用膨張弁(38)である、請求項3または4に記載の機器冷却装置。 - 前記冷熱源式熱交換器と前記空冷式熱交換器とは、前記ガス配管と前記液配管によって並列に接続されており、
前記放熱量調整部は、前記サーモサイフォン回路に設けられ、前記冷熱源式熱交換器に流れる作動流体の流量を調整可能な流量調整弁(18)である、請求項1ないし7のいずれか1つに記載の機器冷却装置。 - 前記放熱量調整部は、前記冷凍サイクルを循環する冷媒の流量または温度を調整することで、前記冷熱源式熱交換器を流れる作動流体の放熱量を調整するものである、請求項1ないし8のいずれか1つに記載の機器冷却装置。
- 前記冷凍サイクルは、
冷媒を圧縮する圧縮機(31)と、
前記圧縮機により圧縮された冷媒を外気との熱交換により凝縮させる冷媒凝縮器(32)と、
前記冷媒凝縮器から流出した冷媒を減圧膨張させる膨張弁(33)と、
前記膨張弁から流出した冷媒に作動流体の凝縮熱を吸熱させ、冷媒を蒸発させる冷媒蒸発器(34)と、を有しており、
前記放熱量調整部は、前記圧縮機の回転数の低下、前記膨張弁の流路面積の縮小、または、前記冷媒凝縮器を通過する空気の通風量の減少により、前記冷熱源式熱交換器を流れる作動流体の放熱量が小さくなるように調整するものである、請求項1ないし9のいずれか1つに記載の機器冷却装置。 - 冷凍サイクル(30)の冷熱および外気の冷熱を利用するサーモサイフォン回路(10)により対象機器(2)を冷却する機器冷却装置であって、
作動流体の蒸発潜熱により前記対象機器を冷却する冷却器(11)と、
前記冷却器で蒸発した作動流体を放熱させ、作動流体を凝縮させる作動流体熱交換器(19)と、
前記冷却器にて蒸発した作動流体を前記作動流体熱交換器へ導くガス配管(14)と、
前記作動流体熱交換器で凝縮した作動流体を前記冷却器へ導く液配管(15)と、
前記作動流体熱交換器を流れる作動流体と熱交換する冷却水が流れる冷却水回路(40)と、
前記冷却水回路に設けられ、前記冷却水回路を循環する冷却水と外気との熱交換を行う空気放熱器(43)と、
前記冷却水回路に設けられ、前記冷却水回路を循環する冷却水と前記冷凍サイクルを循環する低温低圧の冷媒との熱交換を行う水-冷媒熱交換器(42)と、
外気温度を検出する外気温度検出部(16)と、
前記冷却水回路を循環する冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部(47)と、
前記冷却水回路を循環する冷却水の温度が外気温度より高くなるように、前記水-冷媒熱交換器を流れる冷却水の放熱量を調整する放熱量調整部(20、31、33、38、41、321、322)と、を備える機器冷却装置。 - 前記冷却器、前記作動流体熱交換器、前記ガス配管および前記液配管を含んで構成される前記サーモサイフォン回路を循環する作動流体の飽和温度を検出する飽和温度検出部(17)をさらに備え、
前記放熱量調整部は、前記サーモサイフォン回路を循環する作動流体の飽和温度が外気温度より高くなるように、前記作動流体熱交換器を流れる作動流体の放熱量を調整するものである、請求項11に記載の機器冷却装置。 - 前記機器冷却装置は、車両に搭載されるものであり、
前記冷凍サイクルは、車室内の空気調和を行う空調装置の冷熱供給源として用いられる空調用蒸発器(36)と前記水-冷媒熱交換器とが並列に接続されるように構成されており、
前記放熱量調整部は、前記水-冷媒熱交換器に流れる前記冷凍サイクルの冷媒の流量を調整可能な機器冷却用膨張弁(38)である、請求項11または12に記載の機器冷却装置。 - 冷凍サイクル(30)の冷熱および外気の冷熱を利用するサーモサイフォン回路(10)により対象機器(2)を冷却する機器冷却装置であって、
作動流体の蒸発潜熱により前記対象機器を冷却する冷却器(11)と、
前記冷却器で蒸発した作動流体を放熱させ、作動流体を凝縮させる作動流体熱交換器(19)と、
前記冷却器にて蒸発した作動流体を前記作動流体熱交換器へ導くガス配管(14)と、
前記作動流体熱交換器で凝縮した作動流体を前記冷却器へ導く液配管(15)と、
前記作動流体熱交換器を流れる作動流体と熱交換する冷却水が流れる冷却水回路(40)と、
前記冷却水回路に設けられ、前記冷却水回路を循環する冷却水と外気との熱交換を行う空気放熱器(43)と、
外気温度を検出する外気温度検出部(16)と、
前記冷却器、前記作動流体熱交換器、前記ガス配管および前記液配管を含んで構成される前記サーモサイフォン回路を循環する作動流体の飽和温度を検出する飽和温度検出部(17)と、
作動流体の飽和温度が外気温度より高くなるように、前記作動流体熱交換器を流れる作動流体の放熱量を調整する放熱量調整部(20、31、33、38、41、321、322)と、を備え、
前記作動流体熱交換器は、その作動流体熱交換器を流れる作動流体と、前記冷凍サイクルを循環する冷温低圧の冷媒と、前記冷却水回路を循環する冷却水とが熱交換するように構成されている、機器冷却装置。 - 前記機器冷却装置は、車両に搭載されるものであり、
前記冷凍サイクルは、車室内の空気調和を行う空調装置の冷熱供給源として用いられる空調用蒸発器(36)と前記作動流体熱交換器とが並列に接続されるように構成されており、
前記放熱量調整部は、前記作動流体熱交換器に流れる前記冷凍サイクルの冷媒の流量を減少させることで、前記作動流体熱交換器による作動流体の放熱量が小さくなるように調整する機器冷却用膨張弁(38)である、請求項14に記載の機器冷却装置。 - 前記放熱量調整部は、前記冷凍サイクルを循環する冷媒の流量または温度を調整することで、前記作動流体熱交換器を流れる作動流体の放熱量を調整するものである、請求項11ないし15のいずれか1つに記載の機器冷却装置。
- 前記冷凍サイクルは、
冷媒を圧縮する圧縮機(31)と、
前記圧縮機により圧縮された冷媒を外気との熱交換により凝縮させる冷媒凝縮器(32)と、
前記冷媒凝縮器から流出した冷媒を減圧膨張させる膨張弁(33)と、
前記膨張弁から流出した冷媒に作動流体の凝縮熱を吸熱させ、冷媒を蒸発させる冷媒蒸発器(34)と、を有しており、
前記放熱量調整部は、前記圧縮機の回転数の低下、前記膨張弁の流路面積の縮小、または、前記冷媒凝縮器を通過する空気の通風量の減少により、前記作動流体熱交換器を流れる作動流体の放熱量が小さくなるように調整する、請求項11ないし16のいずれか1つに記載の機器冷却装置。 - 前記放熱量調整部を制御する制御装置(20)をさらに備え、
前記制御装置は、
前記放熱量調整部を制御し、作動流体の飽和温度を外気温度より高くする省動力冷却モードと、
前記放熱量調整部を制御し、作動流体の飽和温度を外気温度より低くする急速冷却モードと、を選択して実行する、請求項1ないし17のいずれか1つに記載の機器冷却装置。 - 前記制御装置は、所定の第1閾値(Th1)と、第1閾値より低い所定の第2閾値(Th2)が設定されており、
前記対象機器の温度が第1閾値より高い場合、前記対象機器の温度が第2閾値以下になるまで前記急速冷却モードを実行し、
前記急速冷却モードが実行されておらず、前記対象機器の温度が第1閾値より低い場合、前記省動力冷却モードを実行する、請求項18に記載の機器冷却装置。 - 前記放熱量調整部を制御する制御装置(20)をさらに備え、
前記制御装置は、作動流体の飽和温度から外気温度を引いた値が所定の温度(ΔT)以上になるように、前記放熱量調整部を制御する、請求項1ないし19のいずれか1つに記載の機器冷却装置。 - 前記冷却器が冷却する前記対象機器は、電動車両に搭載され、車両走行用モータを駆動する電力を蓄電する組電池である、請求項1ないし20のいずれか1つに記載の機器冷却装置。
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