JP7035774B2 - 冷却装置 - Google Patents
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Description
被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
凝縮部から少なくとも1つ以上の蒸発部へ液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
少なくとも1つ以上の蒸発部から凝縮部へ気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
ガス冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続される第1接続部(24a)と、液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続され、かつ第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
液相冷媒の沸騰に伴って少なくとも1つ以上の蒸発部内の液相冷媒から発生する気泡が液相冷媒を凝縮部側に移動させる際に、この移動した液相冷媒が凝縮部に到達する前に液相冷媒を連通配管を通して第1接続部から第2接続部に移動させ、
調整部は、第1接続部および第2接続部の間に形成される冷媒流路の断面積を調整して連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
液冷媒配管内の液相冷媒の液面が高くなるほど冷媒流路の断面積を小さくするように弁を制御し、液面が低くなるほど冷媒流路の断面積を大きくするように弁を制御する流量制御部(S100~S130)をさらに備える冷却装置である。
また、請求項2に記載の発明は、冷媒が循環し、冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
凝縮部から少なくとも1つ以上の蒸発部へ液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
少なくとも1つ以上の蒸発部から凝縮部へ気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
ガス冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続される第1接続部(24a)と、液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続され、かつ第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
液相冷媒の沸騰に伴って少なくとも1つ以上の蒸発部内の液相冷媒から発生する気泡が液相冷媒を凝縮部側に移動させる際に、この移動した液相冷媒が凝縮部に到達する前に液相冷媒を連通配管を通して第1接続部から第2接続部に移動させ、
調整部は、第1接続部および第2接続部の間に形成される冷媒流路の断面積を調整して連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
液冷媒配管内の液相冷媒の液面が閾値よりも高いか否かを判定する判定部(S100A)と、
液面が閾値よりも高いと判定部が判定したときには、液面が閾値よりも低いと判定部が判定したときに比べて、冷媒流路の断面積を小さくするように弁を制御する流量制御部(S140、S141)と、をさらに備える冷却装置である。
また、請求項3に記載の発明は、冷媒が循環し、冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
凝縮部から少なくとも1つ以上の蒸発部へ液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
少なくとも1つ以上の蒸発部から凝縮部へ気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
ガス冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続される第1接続部(24a)と、液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続され、かつ第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
液相冷媒の沸騰に伴って少なくとも1つ以上の蒸発部内の液相冷媒から発生する気泡が液相冷媒を凝縮部側に移動させる際に、この移動した液相冷媒が凝縮部に到達する前に液相冷媒を連通配管を通して第1接続部から第2接続部に移動させ、
調整部は、第1接続部および第2接続部の間に形成される冷媒流路の断面積を調整して連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
蒸発部内において被冷却対象を冷却するのに必要である液相冷媒の冷媒量が不足しているか否かを判定する不足判定部(S200、S200A)と、
蒸発部内における冷媒量が不足していると不足判定部が判定したときには、蒸発部内における冷媒量が不足していないと不足判定部が判定したときに比べて冷媒流路の断面積を大きくするように弁を制御する流量制御部(S211)と、をさらに備える冷却装置である。
また、請求項4に記載の発明は、冷媒が循環し、冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
凝縮部から少なくとも1つ以上の蒸発部へ液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
少なくとも1つ以上の蒸発部から凝縮部へ気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
ガス冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続される第1接続部(24a)と、液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続され、かつ第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
液相冷媒の沸騰に伴って少なくとも1つ以上の蒸発部内の液相冷媒から発生する気泡が液相冷媒を凝縮部側に移動させる際に、この移動した液相冷媒が凝縮部に到達する前に液相冷媒を連通配管を通して第1接続部から第2接続部に移動させ、
調整部は、第1接続部および第2接続部の間に形成される冷媒流路の断面積を調整して連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
調整部に対して第1接続部側に設けられて、連通配管内の液相冷媒を加熱して気相冷媒に相変化させる加熱部(60)をさらに備える冷却装置である。
また、請求項5に記載の発明は、冷媒が循環し、冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
凝縮部から少なくとも1つ以上の蒸発部へ液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
少なくとも1つ以上の蒸発部から凝縮部へ気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
液相冷媒の沸騰に伴って少なくとも1つ以上の蒸発部内の液相冷媒から発生する気泡が液相冷媒を凝縮部側に移動させる際に、この移動した液相冷媒が凝縮部に到達する前に液相冷媒を捕獲する液冷媒捕獲部(22)と、
液冷媒捕獲部に接続される第1接続部(24a)と、液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続され、かつ第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
連通配管は、液冷媒捕獲部で捕獲される液相冷媒を少なくとも1つ以上の蒸発部又は液冷媒配管に戻し、
調整部は、少なくとも1つ以上の蒸発部又は液冷媒配管と液冷媒捕獲部との間に形成される冷媒流路の断面積を調整して連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
液冷媒配管内の液相冷媒の液面が高くなるほど冷媒流路の断面積を小さくするように弁を制御し、液面が低くなるほど冷媒流路の断面積を大きくするように弁を制御する流量制御部(S100~S130)をさらに備える冷却装置である。
また、請求項6に記載の発明は、冷媒が循環し、冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
凝縮部から少なくとも1つ以上の蒸発部へ液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
少なくとも1つ以上の蒸発部から凝縮部へ気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
液相冷媒の沸騰に伴って少なくとも1つ以上の蒸発部内の液相冷媒から発生する気泡が液相冷媒を凝縮部側に移動させる際に、この移動した液相冷媒が凝縮部に到達する前に液相冷媒を捕獲する液冷媒捕獲部(22)と、
液冷媒捕獲部に接続される第1接続部(24a)と、液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続され、かつ第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
連通配管は、液冷媒捕獲部で捕獲される液相冷媒を少なくとも1つ以上の蒸発部又は液冷媒配管に戻し、
調整部は、少なくとも1つ以上の蒸発部又は液冷媒配管と液冷媒捕獲部との間に形成される冷媒流路の断面積を調整して連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
液冷媒配管内の液相冷媒の液面が閾値よりも高いか否かを判定する判定部(S100A)と、
液面が閾値よりも高いと判定部が判定したときには、液面が閾値よりも低いと判定部が判定したときに比べて、冷媒流路の断面積を小さくするように弁を制御する流量制御部(S140、S141)と、をさらに備える冷却装置である。
また、請求項7に記載の発明は、冷媒が循環し、冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
凝縮部から少なくとも1つ以上の蒸発部へ液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
少なくとも1つ以上の蒸発部から凝縮部へ気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
液相冷媒の沸騰に伴って少なくとも1つ以上の蒸発部内の液相冷媒から発生する気泡が液相冷媒を凝縮部側に移動させる際に、この移動した液相冷媒が凝縮部に到達する前に液相冷媒を捕獲する液冷媒捕獲部(22)と、
液冷媒捕獲部に接続される第1接続部(24a)と、液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続され、かつ第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
連通配管は、液冷媒捕獲部で捕獲される液相冷媒を少なくとも1つ以上の蒸発部又は液冷媒配管に戻し、
調整部は、少なくとも1つ以上の蒸発部又は液冷媒配管と液冷媒捕獲部との間に形成される冷媒流路の断面積を調整して連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
蒸発部内において被冷却対象を冷却するのに必要である液相冷媒の冷媒量が不足しているか否かを判定する不足判定部(S200、S200A)と、
蒸発部内における冷媒量が不足していると不足判定部が判定したときには、蒸発部内における冷媒量が不足していないと不足判定部が判定したときに比べて冷媒流路の断面積を大きくするように弁を制御する流量制御部(S211)と、をさらに備える冷却装置である。
また、請求項8に記載の発明は、冷媒が循環し、冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
凝縮部から少なくとも1つ以上の蒸発部へ液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
少なくとも1つ以上の蒸発部から凝縮部へ気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
液相冷媒の沸騰に伴って少なくとも1つ以上の蒸発部内の液相冷媒から発生する気泡が液相冷媒を凝縮部側に移動させる際に、この移動した液相冷媒が凝縮部に到達する前に液相冷媒を捕獲する液冷媒捕獲部(22)と、
液冷媒捕獲部に接続される第1接続部(24a)と、液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の蒸発部に接続され、かつ第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
連通配管は、液冷媒捕獲部で捕獲される液相冷媒を少なくとも1つ以上の蒸発部又は液冷媒配管に戻し、
調整部は、少なくとも1つ以上の蒸発部又は液冷媒配管と液冷媒捕獲部との間に形成される冷媒流路の断面積を調整して連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
調整部に対して第1接続部側に設けられて、連通配管内の液相冷媒を加熱して気相冷媒に相変化させる加熱部(60)をさらに備える冷却装置である。
図1に示す本実施形態の冷却装置10は、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両に搭載される。そして、本実施形態では、冷却装置10は、その電動車両に搭載される二次電池12を冷却する。すなわち、冷却装置10が冷却する被冷却対象は二次電池12である。
側面を通じて蒸発器14の側面141a、141bへ熱が伝わり、その熱によって蒸発器14内の液相冷媒が沸騰する。
(a)液相冷媒が蒸発器14からガス冷媒配管20を通して凝縮器16に上昇することに伴って、冷媒を循環させるのに必要となるエネルギーの損失が生じる。
(b)ガス冷媒配管20内に気相冷媒と液相冷媒が流入することにより、気相冷媒および液相冷媒のうち気相冷媒のみがガス冷媒配管20内に流入する場合に比べて、ガス冷媒配管20内において気相冷媒流路の断面積が小さくなる。このため、気相冷媒がガス冷媒配管20を流れる際に生じる圧力損失が大きくなる。
(c)ガス冷媒配管20ではその内表面に沿って液相冷媒が下降し、液相冷媒のうち径方向内側を気相冷媒が上昇するため、気相冷媒の上昇が液相冷媒の上昇が阻害される。このため、気相冷媒がガス冷媒配管20を流れる際に生じる圧力損失が大きくなる。
これに加えて、冷媒を循環させるのに必要となるエネルギーの損失が小さくなる。
本第2実施形態では、上記第1実施形態において、連通配管24が削除された例について図6を参照して説明する。
本第3実施形態では、上記第1実施形態において、液冷媒捕獲部22が削除された例について図7を参照して説明する。
上記第3実施形態では、連通配管24のうちガス冷媒配管20に接続される接続部24aを凝縮器16よりも上下方向DR1下側に配置した例について説明した。しかし、これに代えて、本第4実施形態では、連通配管24のうちガス冷媒配管20に接続される接続部24aを凝縮器16よりも上下方向DR1上側に配置する例について図8を参照して説明する。
上記第3実施形態では、連通配管24のうちガス冷媒配管20に接続される接続部24aは、蒸発器14よりも上下方向DR1上側に配置されている例について説明した。しかし、これに代えて、連通配管24のうちガス冷媒配管20に接続される接続部24aは、蒸発器14のタンク14eとほぼ同一の高さ(すなわち、重力方向GR1の同一位置)に配置されている例について図9を参照して説明する。
上記第5実施形態では、連通配管24のうちガス冷媒配管20に接続される接続部24aが、蒸発器14のタンク14eとほぼ同一の高さに配置されている例について説明した。しかし、これに代えて、凝縮器16の最下部と最上部との間の高さに連通配管24のうちガス冷媒配管20に接続される接続部24aを配置した例について図10を参照して説明する。
上記第1~6実施形態では、ガス冷媒配管20と液冷媒配管18との間に連通配管24を配置した例について説明した。しかし、これに代えて、蒸発器14のタンク14d、14eの間に連通配管24を配置した本第7実施形態について図11を参照して説明する。
上記第1実施形態では、蒸発器14に対して上下方向DR1上側に凝縮器16を配置した例について説明したが、これに代えて、蒸発器14と凝縮器16とを同一の高さに配置した本第8実施形態について図12を参照して説明する。
上記第8実施形態では、ガス冷媒配管20および液冷媒配管18の間に連通配管24を配置した例について説明したが、これに代えて、タンク14d、14eの間に連通配管24を配置した本第9実施形態について図13を参照して説明する。
本第10実施形態では、上記第1実施形態において、流量調整弁30を追加した例について図14を参照して説明する。
流量調整弁30は、連通配管24を流れる液相冷媒量の流れを調整する調整部である。流量調整弁30は、接続部24a、24bの間の連通流路の断面積を複数段に調整可能に構成される電動弁である。
本第11実施形態では、上記第10実施形態において、液冷媒捕獲部22を削除した例について図17を参照して説明する。
上記第10実施形態では、連通流路断面積を無段階に調整する流量調整弁30を用いた例について説明したが、これに代えて、連通配管24を開閉する開閉弁30Aを用いた本第12実施形態について図18を参照して説明する。
本第13実施形態では、上記第12実施形態において、液冷媒捕獲部22を削除した例について図20を参照して説明する。
上記第10実施形態では、液冷媒配管18から連通配管24を通して液冷媒捕獲部22に液相冷媒が吹き上がることを防ぐために、流量調整弁30を用いた例について説明した。しかし、これに代えて、逆止弁30Bを用いた本第14実施形態について図21を参照して説明する。
本第15実施形態では、上記第12実施形態において、液冷媒捕獲部22で捕獲される液相冷媒を一時的に貯める貯液部50を設けた例について図22を参照して説明する。
上記第15実施形態において、連通配管24の連通流路を開閉する開閉弁30Aを用いた例について説明したが、これに代えて、逆止弁30Bを用いる本第16実施形態について図23を参照して説明する。
本第17実施形態では、上記第14実施形態において、貯液部50と加熱部60とを追加した例について図24を参照して説明する。
上記第17実施形態では、加熱部60を制御して貯液部50内の液相冷媒を再循環させる例について説明した。しかし、これに代えて、流量調整弁30を制御して貯液部50内の液相冷媒を再循環させる第18実施形態について図27を参照して説明する。
上記第18実施形態では、蒸発器14の上部14Aの温度と下部14Bの温度の差分に応じて流量調整弁30を制御した例について説明した。しかし、これに代えて、蒸発器14の過熱度に応じて流量調整弁30を制御する本第19実施形態について図30、図31等を用いて説明する。
上記第17実施形態では、温度センサ21a、21bの温度差に応じて加熱部60を制御して貯液部50内の液相冷媒を再循環させる例について説明した。しかし、これに代えて、蒸発器14の上部14Aの過熱度に応じて加熱部60を制御して貯液部50内の液相冷媒を再循環させる本第20実施形態について図32等を参照して説明する。
上記第17実施形態では、冷媒が上下方向DR1上側から下側に移動する蒸発器14を用いた例について説明したが、これに代えて、冷媒が水平方向DR3に移動する蒸発器14を用いた本第21実施形態について図35を参照して説明する。
上記第17実施形態では、加熱部60によって貯液部50内の液相冷媒を加熱する例について説明したが、これに代えて、連通配管24内の液相冷媒を加熱部60によって加熱する本第22実施形態について図36を参照して説明する。
上記第17実施形態では、下側ガス配管20aを流れる液相冷媒を液冷媒捕獲部22で捕獲して連通配管24に導く例について説明した。しかし、これに代えて、液冷媒捕獲部22が削除され、下側ガス配管20aを流れる液相冷媒が連通配管24に流れるようにした本第23実施形態について図37を参照して説明する。
上記第1実施形態では、冷媒の流速を減速させるタンクを液冷媒捕獲部22として構成した例について説明した。しかし、これに代えて、ガス冷媒配管20内に液相冷媒を堰き止める堰部を液冷媒捕獲部22として構成した本第24実施形態について図38~図41を参照して説明する。
上記第24実施形態では、ガス冷媒分岐配管20c内の下側に液冷媒捕獲部22としての堰部を構成した例について説明した。しかし、これに代えて、ガス冷媒分岐配管20c内において環状に形成されている堰部を液冷媒捕獲部22として構成した本第25実施形態について図43、図44を参照して説明する。
上記第24、25実施形態では、ガス冷媒分岐配管20cに液冷媒捕獲部22としての堰部を構成した例について説明した。しかし、これに代えて、ガス冷媒分岐配管20cに液冷媒捕獲部22としての絞り部を構成した例について図45、図46を参照して説明する。
液冷媒捕獲部22は、ガス冷媒分岐配管20cのうち冷媒流れ方向上流側120よりも冷媒流路の断面積が小さい絞り部を構成する。液冷媒捕獲部22は、ガス冷媒分岐配管20cのうち冷媒流れ方向下流側123よりも冷媒流路の断面積が小さくなっている。
ガス冷媒分岐配管20cに接続される接続部を接続部201eとし、ガス冷媒本配管20Aのうちガス冷媒分岐配管20cに接続される接続部を接続部202eとする。
本第25実施形態では、ガス冷媒分岐配管20cに液冷媒捕獲部22としての堰部を構成した例について説明した。しかし、これに代えて、本第27実施形態では、図47に示すように、ガス冷媒分岐配管20cにおいて冷媒の流れの向きを上下方向DR1上側に曲げる曲げ部を液冷媒捕獲部22として構成する。
本第25実施形態では、ガス冷媒分岐配管20cに液冷媒捕獲部22を構成した例について説明した。しかし、これに代えて、本第28実施形態では、図51に示すように、タンク14e内に複数の液冷媒捕獲部22を設けた例について説明する。
本第25実施形態では、ガス冷媒分岐配管20cに液冷媒捕獲部22としての堰部を構成した例について説明した。これに代えて、本第29実施形態では、図52に示すように、ガス冷媒分岐配管20cの一部において、冷媒流路の断面積が入口22a、出口22bよりも大きくなるタンク状に形成されている液冷媒捕獲部22を設けてもよい。
上記第1実施形態では、蒸発器14の出口14cから吹き上がる気液混合流を減速させて気相冷媒と液相冷媒とを分離する液冷媒捕獲部22を用いた例について説明した。しかし、これに代えて、気液混合流を渦状に流して気相冷媒と液相冷媒とを遠心力によって分離させる液冷媒捕獲部22を用いる本第30実施形態について図53、図54について説明する。
(1)上記第1実施形態では、複数の電池セル121の電極121a、121bが水平方向に配置した二次電池12を用いた例について説明したが、これに代えて、(a)(b)のように二次電池12を用いてもよい。
(2)上記第1~30実施形態では、被冷却対象として二次電池12を用いた例について説明したが、これに代えて、二次電池12以外のものを被冷却対象としてもよい。
(3)上記第1~30実施形態では、本発明の冷却装置を自動車に適用した例について説明したが、これに代えて、本発明の冷却装置を自動車以外の列車、飛行機、船等の移動体に適用してもよい。或いは、本発明の冷却装置を設置型の機器に適用してもよい。
(4)上記第19、第20実施形態では、蒸発器14の上部14Aの冷媒の過熱度が閾値よりも大きいか否かを判定することにより、蒸発器14において二次電池12を冷却する際に必要となる液相冷媒量が不足しているか否かを判定した例について説明した。
(5)上記第24、第25実施形態では、複数のガス冷媒分岐配管20cのそれぞれに液冷媒捕獲部22を構成した例について説明した。しかし、これに代えて、複数のガス冷媒分岐配管20cのうち少なくとも1つ以上のガス冷媒分岐配管20cに液冷媒捕獲部22を構成してもよい。
(6)上記第24~第27実施形態では、ガス冷媒分岐配管20cに液冷媒捕獲部22を構成した例について説明したが、これに代えて、液冷媒捕獲部22を、複数の蒸発器14から出た冷媒が合流した後であるガス冷媒本配管20Aに構成してもよい。或いは、液冷媒捕獲部22を、ガス冷媒本配管20Bに構成してもよい。
(7)上記第15実施形態では、貯液部50および開閉弁30Aを用いて冷却装置10を構成した例について説明したが、これに代えて、貯液部50および開閉弁30Aのうち貯液部50のみを用いて冷却装置10を構成してもよい。
(8)上記第16実施形態では、逆止弁30Bおよび貯液部50を用いて冷却装置10を構成した例について説明したが、これに代えて、逆止弁30Bおよび貯液部50のうち貯液部50のみを用いて冷却装置10を構成してもよい。
(9)上記第18実施形態では、流量調整弁30および貯液部50を用いて冷却装置10を構成した例について説明したが、これに代えて、流量調整弁30および貯液部50のうち貯液部50のみを用いて冷却装置10を構成してもよい。
(10)上記第28実施形態においては、各チューブ141の間に液冷媒捕獲部22が設置されているが、全てのチューブ141間に設置しなくてもよい。例えば、チューブ141に対して1つおきに液冷媒捕獲部22を設置してもよい。
(11)なお、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。
(まとめ)
上記第1~第30実施形態、および他の実施形態の一部または全部に記載された第1の観点によれば、冷媒が循環し、冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象を冷却する冷却装置である。
冷却装置は、被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部と、気相冷媒から熱を放出させることにより気相冷媒を凝縮させる凝縮部とを備える。
冷却装置は、凝縮部から少なくとも1つ以上の蒸発部へ液相冷媒を流通させる液冷媒配管と、少なくとも1つ以上の蒸発部から凝縮部へ気相冷媒を流通させるガス冷媒配管とを備える。
冷却装置は、液相冷媒の沸騰に伴って少なくとも1つ以上の蒸発部内の液相冷媒から発生する気泡が液相冷媒を凝縮部側に移動させる際に、この移動した液相冷媒が凝縮部に到達する前に液相冷媒を捕獲する液冷媒捕獲部を備える。
冷却装置は、被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させて気相冷媒を発生させる蒸発部と、気相冷媒から熱を放出させることにより気相冷媒を凝縮して液相冷媒を発生させる凝縮部とを備える。
熱交換コアで発生した気相冷媒をガス冷媒配管に導くガス流路部とを備える。
14 蒸発器
16 凝縮器
18 液冷媒配管
20 ガス冷媒配管
22 液冷媒捕獲部
24 連通配管
Claims (17)
- 冷媒が循環し、前記冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
前記被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより前記液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより前記気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
前記凝縮部から前記少なくとも1つ以上の蒸発部へ前記液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
前記少なくとも1つ以上の蒸発部から前記凝縮部へ前記気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
前記ガス冷媒配管又は前記少なくとも1つ以上の蒸発部に接続される第1接続部(24a)と、前記液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の前記蒸発部に接続され、かつ前記第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
前記連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
前記液相冷媒の沸騰に伴って前記少なくとも1つ以上の蒸発部内の前記液相冷媒から発生する気泡が前記液相冷媒を前記凝縮部側に移動させる際に、この移動した前記液相冷媒が前記凝縮部に到達する前に前記液相冷媒を前記連通配管を通して前記第1接続部から前記第2接続部に移動させ、
前記調整部は、前記第1接続部および前記第2接続部の間に形成される冷媒流路の断面積を調整して前記連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
前記液冷媒配管内の液相冷媒の液面が高くなるほど前記冷媒流路の断面積を小さくするように前記弁を制御し、前記液面が低くなるほど前記冷媒流路の断面積を大きくするように前記弁を制御する流量制御部(S100~S130)をさらに備える冷却装置。 - 冷媒が循環し、前記冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
前記被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより前記液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより前記気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
前記凝縮部から前記少なくとも1つ以上の蒸発部へ前記液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
前記少なくとも1つ以上の蒸発部から前記凝縮部へ前記気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
前記ガス冷媒配管又は前記少なくとも1つ以上の蒸発部に接続される第1接続部(24a)と、前記液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の前記蒸発部に接続され、かつ前記第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
前記連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
前記液相冷媒の沸騰に伴って前記少なくとも1つ以上の蒸発部内の前記液相冷媒から発生する気泡が前記液相冷媒を前記凝縮部側に移動させる際に、この移動した前記液相冷媒が前記凝縮部に到達する前に前記液相冷媒を前記連通配管を通して前記第1接続部から前記第2接続部に移動させ、
前記調整部は、前記第1接続部および前記第2接続部の間に形成される冷媒流路の断面積を調整して前記連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
前記液冷媒配管内の液相冷媒の液面が閾値よりも高いか否かを判定する判定部(S100A)と、
前記液面が閾値よりも高いと前記判定部が判定したときには、前記液面が閾値よりも低いと前記判定部が判定したときに比べて、前記冷媒流路の断面積を小さくするように前記弁を制御する流量制御部(S140、S141)と、をさらに備える冷却装置。 - 冷媒が循環し、前記冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
前記被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより前記液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより前記気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
前記凝縮部から前記少なくとも1つ以上の蒸発部へ前記液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
前記少なくとも1つ以上の蒸発部から前記凝縮部へ前記気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
前記ガス冷媒配管又は前記少なくとも1つ以上の蒸発部に接続される第1接続部(24a)と、前記液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の前記蒸発部に接続され、かつ前記第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
前記連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
前記液相冷媒の沸騰に伴って前記少なくとも1つ以上の蒸発部内の前記液相冷媒から発生する気泡が前記液相冷媒を前記凝縮部側に移動させる際に、この移動した前記液相冷媒が前記凝縮部に到達する前に前記液相冷媒を前記連通配管を通して前記第1接続部から前記第2接続部に移動させ、
前記調整部は、前記第1接続部および前記第2接続部の間に形成される冷媒流路の断面積を調整して前記連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
前記蒸発部内において前記被冷却対象を冷却するのに必要である前記液相冷媒の冷媒量が不足しているか否かを判定する不足判定部(S200、S200A)と、
前記蒸発部内における前記冷媒量が不足していると前記不足判定部が判定したときには、前記蒸発部内における前記冷媒量が不足していないと前記不足判定部が判定したときに比べて前記冷媒流路の断面積を大きくするように前記弁を制御する流量制御部(S211)と、をさらに備える冷却装置。 - 冷媒が循環し、前記冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
前記被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより前記液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより前記気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
前記凝縮部から前記少なくとも1つ以上の蒸発部へ前記液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
前記少なくとも1つ以上の蒸発部から前記凝縮部へ前記気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
前記ガス冷媒配管又は前記少なくとも1つ以上の蒸発部に接続される第1接続部(24a)と、前記液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の前記蒸発部に接続され、かつ前記第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
前記連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
前記液相冷媒の沸騰に伴って前記少なくとも1つ以上の蒸発部内の前記液相冷媒から発生する気泡が前記液相冷媒を前記凝縮部側に移動させる際に、この移動した前記液相冷媒が前記凝縮部に到達する前に前記液相冷媒を前記連通配管を通して前記第1接続部から前記第2接続部に移動させ、
前記調整部は、前記第1接続部および前記第2接続部の間に形成される冷媒流路の断面積を調整して前記連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
前記調整部に対して前記第1接続部側に設けられて、前記連通配管内の前記液相冷媒を加熱して前記気相冷媒に相変化させる加熱部(60)をさらに備える冷却装置。 - 冷媒が循環し、前記冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
前記被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより前記液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより前記気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
前記凝縮部から前記少なくとも1つ以上の蒸発部へ前記液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
前記少なくとも1つ以上の蒸発部から前記凝縮部へ前記気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
前記液相冷媒の沸騰に伴って前記少なくとも1つ以上の蒸発部内の前記液相冷媒から発生する気泡が前記液相冷媒を前記凝縮部側に移動させる際に、この移動した前記液相冷媒が前記凝縮部に到達する前に前記液相冷媒を捕獲する液冷媒捕獲部(22)と、
前記液冷媒捕獲部に接続される第1接続部(24a)と、前記液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の前記蒸発部に接続され、かつ前記第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
前記連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
前記連通配管は、前記液冷媒捕獲部で捕獲される液相冷媒を前記少なくとも1つ以上の蒸発部又は前記液冷媒配管に戻し、
前記調整部は、前記少なくとも1つ以上の蒸発部又は前記液冷媒配管と前記液冷媒捕獲部との間に形成される冷媒流路の断面積を調整して前記連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
前記液冷媒配管内の液相冷媒の液面が高くなるほど前記冷媒流路の断面積を小さくするように前記弁を制御し、前記液面が低くなるほど前記冷媒流路の断面積を大きくするように前記弁を制御する流量制御部(S100~S130)をさらに備える冷却装置。 - 冷媒が循環し、前記冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
前記被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより前記液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより前記気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
前記凝縮部から前記少なくとも1つ以上の蒸発部へ前記液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
前記少なくとも1つ以上の蒸発部から前記凝縮部へ前記気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
前記液相冷媒の沸騰に伴って前記少なくとも1つ以上の蒸発部内の前記液相冷媒から発生する気泡が前記液相冷媒を前記凝縮部側に移動させる際に、この移動した前記液相冷媒が前記凝縮部に到達する前に前記液相冷媒を捕獲する液冷媒捕獲部(22)と、
前記液冷媒捕獲部に接続される第1接続部(24a)と、前記液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の前記蒸発部に接続され、かつ前記第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
前記連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
前記連通配管は、前記液冷媒捕獲部で捕獲される液相冷媒を前記少なくとも1つ以上の蒸発部又は前記液冷媒配管に戻し、
前記調整部は、前記少なくとも1つ以上の蒸発部又は前記液冷媒配管と前記液冷媒捕獲部との間に形成される冷媒流路の断面積を調整して前記連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
前記液冷媒配管内の液相冷媒の液面が閾値よりも高いか否かを判定する判定部(S100A)と、
前記液面が閾値よりも高いと前記判定部が判定したときには、前記液面が閾値よりも低いと前記判定部が判定したときに比べて、前記冷媒流路の断面積を小さくするように前記弁を制御する流量制御部(S140、S141)と、をさらに備える冷却装置。 - 冷媒が循環し、前記冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
前記被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより前記液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより前記気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
前記凝縮部から前記少なくとも1つ以上の蒸発部へ前記液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
前記少なくとも1つ以上の蒸発部から前記凝縮部へ前記気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
前記液相冷媒の沸騰に伴って前記少なくとも1つ以上の蒸発部内の前記液相冷媒から発生する気泡が前記液相冷媒を前記凝縮部側に移動させる際に、この移動した前記液相冷媒が前記凝縮部に到達する前に前記液相冷媒を捕獲する液冷媒捕獲部(22)と、
前記液冷媒捕獲部に接続される第1接続部(24a)と、前記液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の前記蒸発部に接続され、かつ前記第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
前記連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
前記連通配管は、前記液冷媒捕獲部で捕獲される液相冷媒を前記少なくとも1つ以上の蒸発部又は前記液冷媒配管に戻し、
前記調整部は、前記少なくとも1つ以上の蒸発部又は前記液冷媒配管と前記液冷媒捕獲部との間に形成される冷媒流路の断面積を調整して前記連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
前記蒸発部内において前記被冷却対象を冷却するのに必要である前記液相冷媒の冷媒量が不足しているか否かを判定する不足判定部(S200、S200A)と、
前記蒸発部内における前記冷媒量が不足していると前記不足判定部が判定したときには、前記蒸発部内における前記冷媒量が不足していないと前記不足判定部が判定したときに比べて前記冷媒流路の断面積を大きくするように前記弁を制御する流量制御部(S211)と、をさらに備える冷却装置。 - 冷媒が循環し、前記冷媒の液相と気相との相変化によって被冷却対象(12)を冷却する冷却装置であって、
前記被冷却対象から液相冷媒へ熱を移動させることにより前記液相冷媒を沸騰させる少なくとも1つ以上の蒸発部(14)と、
気相冷媒から熱を放出させることにより前記気相冷媒を凝縮させる凝縮部(16)と、
前記凝縮部から前記少なくとも1つ以上の蒸発部へ前記液相冷媒を流通させる液冷媒配管(18)と、
前記少なくとも1つ以上の蒸発部から前記凝縮部へ前記気相冷媒を流通させるガス冷媒配管(20)と、
前記液相冷媒の沸騰に伴って前記少なくとも1つ以上の蒸発部内の前記液相冷媒から発生する気泡が前記液相冷媒を前記凝縮部側に移動させる際に、この移動した前記液相冷媒が前記凝縮部に到達する前に前記液相冷媒を捕獲する液冷媒捕獲部(22)と、
前記液冷媒捕獲部に接続される第1接続部(24a)と、前記液冷媒配管又は少なくとも1つ以上の前記蒸発部に接続され、かつ前記第1接続部に対して重力方向下側に位置する第2接続部(24b)とを有する連通配管(24)と、
前記連通配管を流れる液相冷媒の流れを調整する調整部(30、30A、30B)と、
を備え、
前記連通配管は、前記液冷媒捕獲部で捕獲される液相冷媒を前記少なくとも1つ以上の蒸発部又は前記液冷媒配管に戻し、
前記調整部は、前記少なくとも1つ以上の蒸発部又は前記液冷媒配管と前記液冷媒捕獲部との間に形成される冷媒流路の断面積を調整して前記連通配管を流れる液相冷媒の冷媒流量を調整する弁(30、30A)であって、
前記調整部に対して前記第1接続部側に設けられて、前記連通配管内の前記液相冷媒を加熱して前記気相冷媒に相変化させる加熱部(60)をさらに備える冷却装置。 - 前記蒸発部内において前記被冷却対象を冷却するのに必要である前記液相冷媒の冷媒量が不足しているか否かを判定する不足判定部(S200A、S200)と、
前記蒸発部内における前記冷媒量が不足していると前記不足判定部が判定したときには、前記加熱部を制御して前記連通配管内の前記液相冷媒を加熱する加熱制御部(S210)と、
を備える請求項4または8に記載の冷却装置。 - 前記少なくとも1つ以上の蒸発部は、
前記液冷媒配管からの前記液相冷媒と前記被冷却対象との間で熱交換する熱交換コア(14f)と、
前記熱交換コアで発生した前記気相冷媒を前記ガス冷媒配管に導くガス流路部(14e)と、を備え、
前記不足判定部(S200A)は、前記ガス流路部内の冷媒または前記ガス冷媒配管内の冷媒の過熱度が閾値以上であるか否かを判定する請求項3、7、9のうちいずれか1つに記載の冷却装置。 - 前記不足判定部(S200)は、前記少なくとも1つ以上の蒸発部において冷媒流れ上流側(14B)の冷媒温度と冷媒流れ下流側(14A)の冷媒温度との差分が閾値以上であるか否かを判定する請求項3、7、9のうちいずれか1つに記載の冷却装置。
- 前記連通配管は、前記液相冷媒を一時的に貯める貯液部(50)を備える請求項1ないし11のいずれか1つに記載の冷却装置。
- 前記貯液部は、前記調整部に対して前記第1接続部側に配置されている請求項12に記載の冷却装置。
- 前記ガス冷媒配管は、前記凝縮部へ流れる前記気相冷媒の流れの向きを重力方向上側に曲げる曲げ部(22)を備え、
前記曲げ部は、前記液冷媒捕獲部を構成する請求項5ないし8のいずれか1つに記載の冷却装置。 - 前記液冷媒捕獲部は、前記液相冷媒および前記気相冷媒の流速を減速させて前記液相冷媒と前記気相冷媒とを分離する気液分離器を構成する請求項5ないし8のいずれか1つに記載の冷却装置。
- 前記液冷媒捕獲部は、遠心力によって前記液相冷媒および前記気相冷媒を分離する遠心式気液分離器を構成する請求項5ないし8のいずれか1つに記載の冷却装置。
- 前記被冷却対象は、車載用電池である請求項1ないし16のいずれか1つに記載の冷却装置。
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