以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
(第1実施形態)
第1実施形態の機器温調装置1について、図1~図12を参照して説明する。機器温調装置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。機器温調装置1は、車両に搭載される二次電池(以下、「電池」という)を冷却または暖機し、電池の温度を調節するものである。
まず、機器温調装置1が温度調整を行う対象機器としての電池2について説明する。車両に設置される大型の電池2は、複数の電池セル3が組み合わされた電池モジュール2a、2b、2cが複数格納された電池パック(すなわち蓄電装置)として、車両の座席下またはトランクルームの下などに搭載される。電池2に蓄えた電力は、インバータなどを介して車両走行用モータに供給される。電池2は車両走行中などに電力供給等を行うと自己発熱する。電池2は高温になると、十分な機能を発揮できないだけでなく、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。そのため、電池2の出力および入力を確保するためには、電池2を所定の温度以下に維持するための冷却装置が必要となる。
また、夏季などの外気温が高い季節では、車両走行中だけでなく、駐車放置中などにも電池2の温度は上昇する。また、電池2は車両の床下やトランクルーム下などに配置されることが多く、電池2に与えられる単位時間当たりの熱量は小さいものの、長時間の放置により電池2の温度は徐々に上昇する。電池2を高温状態で放置すると電池2の寿命が短くなるので、車両の駐車中等にも電池2の温度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、電池2は、複数の電池セル3により構成されている。電池2は、各電池セル3の温度にばらつきがあると電池セル3の劣化に偏りが生じ、蓄電性能が低下してしまう。これは、電池2が、複数の電池セル3が直列または並列の組み合わせにより電気的に接続された構成であり、最も劣化した電池セル3の特性に合わせて電池2の入出力特性が決まるからである。そのため、長期間にわたって電池2に所望の性能を発揮させるためには、複数の電池セル3の相互間の温度ばらつきを低減させる均温化が重要となる。
また、一般に、電池2を冷却する他の冷却装置として、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である。しかし、送風機による空冷式の冷却手段は、車室内の空気を送風するだけなので、冷却能力は低い。また、送風機による送風は、空気の顕熱で電池2を冷却するので、空気流れの上流と下流との間で温度差が大きくなり、複数の電池セル3同士の温度ばらつきを十分に抑制できない。また、冷凍サイクルの冷熱を利用した冷却手段は、冷却能力は高いものの、車両の駐車中に、電力消費量の多いコンプレッサ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は、作動流体をコンプレッサにより強制循環させることなく、作動流体の自然循環によって電池2の温度を調整するサーモサイフォン方式を採用している。
次に、機器温調装置1の構成について説明する。図1に示すように、機器温調装置1は、複数の熱交換器11A、11B、11Cと、複数の凝縮器20A、20Bと、ガス配管30と、液配管40とを備える。複数の熱交換器11A、11B、11C、複数の凝縮器20A、20B、ガス配管30および液配管40は、気相の作動流体が流れる流路と液相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回路を形成している。サーモサイフォン回路には、所定量の作動流体が封入されている。作動流体として、例えば、HFO-1234yfまたはHFC-134aなどのフロン系冷媒が用いられる。なお、図面の両矢印で示す上、下は、車両等に機器温調装置1が搭載された状態における重力方向の上側と下側を示している。
本実施形態では、複数の熱交換器11A、11B、11Cとして、第1熱交換器11A、第2熱交換器11Bおよび第3熱交換器11Cの3つの熱交換器11A、11B、11Cが用いられている。複数の熱交換器11A、11B、11Cの構成は、同じである。複数の熱交換器11A、11B、11Cは、一方向で第1熱交換器11A、第2熱交換器11B、第3熱交換器11Cの順に配置されている。
図2、3に示すように、各熱交換器11A、11B、11Cは、筒状の上ヘッダタンク111a、111b、111cと、筒状の下ヘッダタンク112a、112b、112cと、熱交換コア部113a、113b、113cにより構成されている。各上ヘッダタンク111a、111b、111cは、各熱交換器11A、11B、11Cのうち重力方向上側となる位置に設けられる。各上ヘッダタンク111a、111b、111cは、各熱交換コア部113a、113b、113cから流出した作動流体が流れる流路を内部に形成している。各下ヘッダタンク112a、112b、112cは、各熱交換器11A、11B、11Cのうち重力方向下側となる位置に設けられる。各下ヘッダタンク112a、112b、112cは、各熱交換コア部113a、113b、113cに流入する作動流体が流れる流路を内部に形成している。各熱交換コア部113a、113b、113cは、対象機器の冷却時に液相の作動流体が蒸発するように対象機器と熱交換可能に構成されている。各熱交換コア部113a、113b、113cは、各上ヘッダタンク111a、111b、111c内の流路と各下ヘッダタンク112a、112b、112c内の流路とを連通する複数のチューブを有している。各熱交換コア部113a、113b、113cは、板状の部材の内側に複数の流路を形成したものであってもよい。
第1熱交換器11A、第2熱交換器11B、第3熱交換器11Cの各熱交換コア部を、それぞれ、第1熱交換コア部113a、第2熱交換コア部113b、第3熱交換コア部113cと呼ぶ。第1熱交換器11A、第2熱交換器11B、第3熱交換器11Cの各上ヘッダタンクを、それぞれ、第1上ヘッダタンク111a、第2上ヘッダタンク111b、第3上ヘッダタンク111cと呼ぶ。第1熱交換器11A、第2熱交換器11B、第3熱交換器11Cの各下ヘッダタンクを、それぞれ、第1下ヘッダタンク112a、第2下ヘッダタンク112b、第3下ヘッダタンク112cと呼ぶ。
各熱交換器11A、11B、11Cの各構成部材は、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、各熱交換器11A、11B、11Cの各構成部材は、金属以外の熱伝導性の高い材料により構成することも可能である。
各熱交換コア部113a、113b、113cの外側には、電気絶縁性の熱伝導シート114a、114b、114cを介して、電池モジュール2a、2b、2cが設置される。各熱伝導シート114a、114b、114cにより、各熱交換コア部113a、113b、113cと各電池モジュール2a、2b、2cとの間の絶縁が保障される。さらに、各熱交換コア部113a、113b、113cと各電池モジュール2a、2b、2cとの間の熱抵抗が小さいものとなる。
本実施形態では、各電池モジュール2a、2b、2cを構成する複数の電池セル3は、重力方向に交差する方向に並べられている。図3に示すように、各電池モジュール2a、2b、2cは、端子4が設けられた面5とは反対側の面6が、各熱伝導シート114a、114b、114cを介して、各熱交換コア部113a、113b、113cに設置されている。なお、各熱伝導シート114a、114b、114cを省略して、各電池モジュール2a、2b、2cと各熱交換コア部113a、113b、113cとを直接接続することも可能である。
各電池モジュール2a、2b、2cは、各熱交換コア部113a、113b、113cの内部の作動流体と熱交換可能である。複数の電池セル3が発熱すると、各熱交換コア部113a、113b、113cの内部の液相の作動流体が蒸発する。これにより、複数の電池セル3は、作動流体の蒸発潜熱により均等に冷却される。
図2に示すように、各上ヘッダタンク111a、111b、111cの長手方向の端部には、作動流体が流出する流出口115a、115b、115cが設けられている。各下ヘッダタンク112a、112b、112cの長手方向の端部には、作動流体が流入する流入口116a、116b、116cが設けられている。
図1に示すように、本実施形態では、複数の凝縮器20A、20Bとして、第1凝縮器20Aおよび第2凝縮器20Bの2つの凝縮器20A、20Bが用いられている。複数の凝縮器20A、20Bは、複数の熱交換器11A、11B、11Cで蒸発した気相の作動流体を放熱させて凝縮させる。複数の凝縮器20A、20Bは、気相の作動流体と所定の受熱媒体とを熱交換させる熱交換器である。この所定の受熱媒体としては、空気、冷却水回路を循環する冷却水、冷凍サイクルを循環する冷媒等が挙げられる。
複数の凝縮器20A、20Bは、気相の作動流体が流入する流入口22A、22Bと、液相の作動流体が流出する流出口24A、24Bとを有する。流入口22A、22Bは、流出口24A、24Bよりも重力方向上側に設けられる。
複数の凝縮器20A、20Bは、複数の熱交換器11A、11B、11Cより重力方向上側に配置される。複数の凝縮器20A、20Bは、図示しない車両の前方のエンジンルーム内に設置される。
ガス配管30は、複数の熱交換器11A、11B、11Cの内部で蒸発した気相の作動流体を複数の凝縮器20A、20Bに導くための流路を内部に形成している。液配管40は、複数の凝縮器20A、20Bの内部で凝縮した液相の作動流体を複数の熱交換器11A、11B、11Cに導くための流路を内部に形成している。ガス配管30および液配管40は、複数の熱交換器11A、11B、11Cを並列に接続している。
ガス配管30は、各熱交換器11A、11B、11Cの出口側に接続されている。ガス配管30は、各熱交換器11A、11B、11Cの出口側同士を連通させている。ガス配管30は、複数の凝縮器20A、20Bの入口側に接続されている。ガス配管30は、複数の凝縮器20A、20Bの入口側同士を連通させている。
具体的には、ガス配管30は、第1出口配管302と、第2出口配管304と、第3出口配管306と、第1出口接続部308と、第2出口接続部310と、第3出口接続部312と、第1出口連結配管314と、第2出口連結配管316と、第1流入側配管318と、第2流入側配管320とを含む。
第1出口配管302の一方側の端部は、第1熱交換器11Aの流出口115aに接続されている。第2出口配管304の一方側の端部は、第2熱交換器11Bの流出口115bに接続されている。第3出口配管306の一方側の端部は、第3熱交換器11Cの流出口115cに接続されている。
第1出口接続部308で、第1出口配管302の他方側の端部と、第1出口連結配管314の一方側の端部とが接続されている。第2出口接続部310で、第2出口配管304の他方側の端部と、第1出口連結配管314の他方側の端部と、第2出口連結配管316の一方側の端部とが接続されている。第3出口接続部312で、第3出口配管306の他方側の端部と、第2出口連結配管316の他方側の端部とが接続されている。
第1出口連結配管314は、第1出口接続部308と第2出口接続部310とを連結している。第2出口連結配管316は、第2出口接続部310と第3出口接続部312とを連結している。
第1流入側配管318の一方側の端部は、第1凝縮器20Aの流入口22Aに接続されている。第1流入側配管318の他方側の端部は、第1出口接続部308に接続されている。第2流入側配管320の一方側の端部は、第2凝縮器20Bの流入口22Bに接続されている。第2流入側配管320の他方側の端部は、第2出口連結配管316の途中に設けられた第4出口接続部322に接続されている。
液配管40は、各熱交換器11A、11B、11Cの入口側に接続されている。液配管40は、各熱交換器11A、11B、11Cの入口側同士を連通させている。液配管40は、複数の凝縮器20A、20Bの出口側に接続されている。液配管40は、複数の凝縮器20A、20Bの入口側同士を連通させている。
具体的には、液配管40は、第1入口配管402と、第2入口配管404と、第3入口配管406と、第1入口接続部408と、第2入口接続部410と、第3入口接続部412と、第1入口連結配管414と、第2入口連結配管416と、第1流出側配管418と、第2流出側配管420とを含む。
第1入口配管402の一方側の端部は、第1熱交換器11Aの流入口116aに接続されている。第2入口配管404の一方側の端部は、第2熱交換器11Bの流入口116bに接続されている。第3入口配管406の一方側の端部は、第3熱交換器11Cの流入口116cに接続されている。
第1入口接続部408で、第1入口配管402の他方側の端部と、第1入口連結配管414の一方側の端部とが接続されている。第2入口接続部410で、第2入口配管404の他方側の端部と、第1入口連結配管414の他方側の端部と、第2入口連結配管416の一方側の端部とが接続されている。第3入口接続部412で、第3入口配管406の他方側の端部と、第2入口連結配管416の他方側の端部とが接続されている。
第1入口連結配管414は、第1入口接続部408と第2入口接続部410とを連結している。第2入口連結配管416は、第2入口接続部410と第3入口接続部412とを連結している。
第1流出側配管418の一方側の端部は、第1凝縮器20Aの流出口24Aに接続されている。第1流出側配管418の他方側の端部は、第1入口接続部408に接続されている。第2流出側配管420の一方側の端部は、第2凝縮器20Bの流出口24Bに接続されている。第2流出側配管420の他方側の端部は、第2入口連結配管416の途中に設けられた第4入口接続部422に接続されている。
なお、ガス配管30と液配管40の形状等は、車両への搭載性を考慮して適宜変更可能である。
次に、機器温調装置1の作動について、図1を用いて説明する。
電池2の冷却時、各熱交換コア部113a、113b、113cでは、液相の作動流体は、各電池モジュール2a、2b、2cと熱交換することにより蒸発する。この過程で、各電池モジュール2a、2b、2cは、作動流体の蒸発潜熱により冷却される。その後、気相となった作動流体は、各熱交換コア部113a、113b、113cから流出する。
第1熱交換コア部113aから流出した作動流体は、第1上ヘッダタンク111a、第1出口配管302、第1出口接続部308、第1流入側配管318を順に流れた後、第1凝縮器20Aに流入する。第3熱交換コア部113cから流出した作動流体は、第3上ヘッダタンク111c、第3出口配管306、第3出口接続部312、第4出口接続部322、第2流入側配管320を順に流れた後、第2凝縮器20Bに流入する。
第2熱交換コア部113bから流出した作動流体は、第2上ヘッダタンク111b、第2出口配管304を流れた後、第2出口接続部310で分岐する。第2出口接続部310で分岐した一方の作動流体は、第1出口連結配管314、第1出口接続部308、第1流入側配管318を順に流れた後、第1凝縮器20Aに流入する。第2出口接続部310で分岐した他方の作動流体は、第4出口接続部322、第2流入側配管320を順に流れた後、第2凝縮器20Bに流入する。
複数の凝縮器20A、20Bでは、気相の作動流体と所定の受熱媒体との熱交換が行われる。これにより、複数の凝縮器20A、20Bで凝縮して液相となった作動流体は、複数の凝縮器20A、20Bから流出する。
第1凝縮器20Aから流出した作動流体は、自重により第1流出側配管418を流下する。第1流出側配管418を流下した作動流体は、第1入口接続部408で分岐する。第1入口接続部408で分岐した一方の作動流体は、第1入口配管402、第1下ヘッダタンク112aを順に流れた後、第1熱交換コア部113aに流入する。第1入口接続部408で分岐した他方の作動流体は、第1入口連結配管414、第2入口接続部410、第2入口配管404、第2下ヘッダタンク112bを順に流れた後、第2熱交換コア部113bに流入する。
第2凝縮器20Bから流出した作動流体は、自重により第2流出側配管420を流下する。第2流出側配管420を流下した作動流体は、第4入口接続部422で分岐する。第4入口接続部422で分岐した一方の作動流体は、第3入口接続部412、第3入口配管406、第3下ヘッダタンク112cを順に流れた後、第3熱交換コア部113cに流入する。第4入口接続部422で分岐した他方の作動流体は、第2入口接続部410、第2入口配管404、第2下ヘッダタンク112bを順に流れた後、第2熱交換コア部113bに流入する。このように、機器温調装置1は、作動流体の液相と気相との相変化により電池2の温度を調整する。
本実施形態では、ガス配管30と各上ヘッダタンク111a、111b、111cとが、気相の作動流体を複数の凝縮器20A、20Bへ導くための気相流路を構成している。液配管40と各下ヘッダタンク112a、112b、112cとが、液相の作動流体を複数の熱交換コア部113a、113b、113cに導くための液相流路を構成している。そして、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、複数の凝縮器20A、20B、気相流路および液相流路は、複数の熱交換コア部113a、113b、113cのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとが気相流路と液相流路とを介して互いに連通する1つの作動流体の回路を形成している。
第1熱交換コア部113aは、複数の熱交換コア部113a、113b、113cのうち第1凝縮器20Aからの気相流路に沿った距離が最も短い熱交換コア部である。第3熱交換コア部113cは、複数の熱交換コア部113a、113b、113cのうち第1凝縮器20Aからの気相流路に沿った距離が最も長い熱交換コア部である。また、第3熱交換コア部113cは、複数の熱交換コア部113a、113b、113cのうち第1熱交換コア部113aから最も離れた位置に配置された熱交換コア部である。
また、本実施形態では、第1上ヘッダタンク111a、第1出口配管302、第1出口接続部308、第1出口連結配管314、第2出口接続部310、第2出口配管304および第2上ヘッダタンク111bが、第1熱交換コア部113aと第2熱交換コア部113bとを連結する第1連結流路を構成している。第2出口連結配管316、第3出口接続部312、第3出口配管306および第3上ヘッダタンク111cが、第1連結流路と第3熱交換コア部113cとを連結する第2連結流路を構成している。
第1凝縮器20Aは、第1出口接続部308に接続されている。このため、第1凝縮器20Aは、気相流路の第1連結流路に接続されている。第2凝縮器20Bは、第2出口連結配管316に接続されている。このため、第2凝縮器20Bは、気相流路の第2連結流路に接続されている。
第1下ヘッダタンク112a、第1入口配管402、第1入口接続部408、第1入口連結配管414、第2入口接続部410、第2入口配管404および第2下ヘッダタンク112bが、第1熱交換コア部113aと第2熱交換コア部113bとを連結する第3連結流路を構成している。第2入口連結配管416、第3入口接続部412、第3入口配管406および第3下ヘッダタンク112cが、第3連結流路と第3熱交換コア部113cとを連結する第4連結流路を構成している。
第1凝縮器20Aは、第1入口接続部408に接続されている。このため、第1凝縮器20Aは、液相流路の第3連結流路に接続されている。第2凝縮器20Bは、第2入口連結配管416に接続されている。このため、第2凝縮器20Bは、液相流路の第4連結流路に接続されている。
換言すると、本実施形態では、気相流路は、第1熱交換コア部113aと第1凝縮器20Aとを接続する第1流路を含む。第1熱交換コア部113aが複数の熱交換コア部のうち1つの熱交換コア部に相当する。第1凝縮器20Aが複数の凝縮器のうち1つの凝縮器に相当する。第1上ヘッダタンク111a、第1出口配管302および第1流入側配管318が第1流路に相当する。
さらに、気相流路は、第1流路に設けられた第1出口接続部308と第3熱交換コア部113cとを接続する第2流路を含む。第1出口接続部308が気相側接続部に相当する。第3熱交換コア部113cが複数の熱交換コア部のうち他の1つの熱交換コア部に相当する。第3上ヘッダタンク111c、第3出口配管306、第2出口連結配管316および第1出口連結配管314が、第2流路に相当する。
さらに、気相流路は、第1出口接続部308を通らずに、第3熱交換コア部113cから流出した作動流体を第2凝縮器20Bへ導くための第3流路を含む。第2凝縮器20Bが、複数の凝縮器のうち他の1つの凝縮器に相当する。第2流入側配管320が第3流路に相当する。
そして、図1に示すように、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL1は、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL2よりも短い。最短長さL1は、第3熱交換コア部113cのうち第3上ヘッダタンク111cの流出口115c側の端部から第2凝縮器20Bの流入口22Bまでの長さである。最短長さL2は、第3熱交換コア部113cのうち第3上ヘッダタンク111cの流出口115c側の端部から第1凝縮器20Aの流入口22Aまでの長さである。
また、液相流路は、第1熱交換コア部113aと第1凝縮器20Aとを接続する第4流路を含む。第1下ヘッダタンク112a、第1入口配管402および第1流出側配管418が第4流路に相当する。
さらに、液相流路は、第4流路に設けられた第1入口接続部408と第3熱交換コア部113cとを接続する第5流路を含む。第1入口接続部408が液相側接続部に相当する。第3下ヘッダタンク112c、第3入口配管406、第2入口連結配管416および第1入口連結配管414が第5流路に相当する。
さらに、液相流路は、第1入口接続部408を通らずに、第2凝縮器20Bから流出した作動流体を第3熱交換コア部113cへ導くための第6流路を含む。第2流出側配管420が第6流路に相当する。
そして、図1に示すように、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL3は、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL4よりも短い。最短長さL3は、第3熱交換コア部113cのうち第3下ヘッダタンク112cの流入口116c側の端部から第2凝縮器20Bの流出口24Bまでの長さである。最短長さL4は、第3熱交換コア部113cのうち第3下ヘッダタンク112cの流入口116c側の端部から第1凝縮器20Aの流出口24Aまでの長さである。
次に、本実施形態の機器温調装置1が奏する効果について、図4に示す比較例1の機器温調装置J1と対比して説明する。比較例1の機器温調装置J1は、上記した検討例の機器温調装置である。比較例1の機器温調装置J1は、第2凝縮器20B、第2流入側配管320および第2流出側配管420を有していない点で、本実施形態の機器温調装置1と異なる。比較例1の機器温調装置J1の他の構成は、本実施形態の機器温調装置1と同じである。
図4に示すように、比較例1の機器温調装置J1では、第3熱交換コア部113cから流出した作動流体は、第2出口連結配管316を流れた後、第2出口接続部310で、第2熱交換コア部113bから流出した作動流体と合流する。第2出口接続部310で合流した作動流体は、第1出口連結配管314を流れた後、第1出口接続部308で第1熱交換コア部113aから流出した作動流体と合流する。第1出口接続部308で合流した作動流体は、第1流入側配管318を流れた後、第1凝縮器20Aに流入する。
第1凝縮器20Aから流出した作動流体は、第1流出側配管418を流れた後、第1入口接続部408で分岐する。第1入口接続部408で分岐した一方の作動流体は、第1熱交換コア部113aに流入する。第1入口接続部408で分岐した他方の作動流体は、第1入口連結配管414を流れた後、第2入口接続部410で分岐する。第2入口接続部410で分岐した一方の作動流体は、第2熱交換コア部113bに流入する。第2入口接続部410で分岐した他方の作動流体は、第2入口連結配管416、第3入口接続部412を順に流れた後、第3熱交換コア部113cに流入する。
このように、比較例1の機器温調装置J1では、第1出口接続部308で、複数の熱交換コア部113a、113b、113cから流出した作動流体の全部が合流する。合流した作動流体は、第1凝縮器20Aから流出した後、第1入口接続部408で分岐する。
ここで、各熱交換コア部113a、113b、113cを作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113cから流出する作動流体の流量の合計をGrとする。
この場合、第2出口連結配管316を流れる作動流体の流量は、(1/3)Grである。第1出口連結配管314を流れる作動流体の流量は、(2/3)Grである。第1流入側配管318および第1流出側配管418を流れる作動流体の流量は、Grである。第1入口連結配管414を流れる作動流体の流量は、(2/3)Grである。第2入口連結配管416を流れる作動流体の流量は、(1/3)Grである。
また、比較例1の機器温調装置J1において、各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路を比較する。各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路とは、各熱交換コア部113a、113b、113cと第1凝縮器20Aとの間を作動流体が循環して流れるときの作動流体の経路である。
第3熱交換コア部113cの循環経路および第2熱交換コア部113bの循環経路には、第1出口連結配管314と第1入口連結配管414とが含まれる。すなわち、第3熱交換コア部113cの循環経路および第2熱交換コア部113bの循環経路には、作動流体の流量が(2/3)Grである部分が含まれる。一方、第1熱交換コア部113aの循環経路には、第1出口連結配管314と第1入口連結配管414とが含まれない。すなわち、第1熱交換コア部113aの循環経路には、作動流体の流量が(2/3)Grである部分が含まれない。
流路断面積が一定である場合、流路を流れる作動流体の流量が多いほど、作動流体の流速が大きくなる。一般的に、流体の圧力損失は、流速の1~2乗に比例する。このため、第3熱交換コア部113cの循環経路および第2熱交換コア部113bの循環経路での作動流体の圧力損失は、少なくとも作動流体の流量が(2/3)Grである部分で生じる圧力損失の分、第1熱交換コア部113aの循環経路での作動流体の圧力損失よりも大きい。
なお、第3熱交換コア部113cの循環経路での作動流体の圧力損失には、作動流体の流量が(1/3)Grである部分で生じる圧力損失の分が加わる。このため、第3熱交換コア部113cの循環経路での作動流体の圧力損失が最も大きい。
このように、第3熱交換コア部113cの循環経路および第2熱交換コア部113bの循環経路に、作動流体の流量が(2/3)Grである部分が含まれることが、各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路で作動流体の圧力損失の差が大きくなる理由の1つである。なお、第1流入側配管318および第1流出側配管418を流れる作動流体の流量が最も多い。しかしながら、第1流入側配管318および第1流出側配管418は、各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路に共通する流路である。このため、第1流入側配管318および第1流出側配管418を流れる作動流体の流量は、各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路で作動流体の圧力損失の差に影響しない。
図5に示すように、各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路で作動流体の圧力損失の差により、各熱交換コア部113a、113b、113cの内部の液面の高さh1、h2、h3にばらつきが発生する。なお、各熱交換コア部113a、113b、113cの内部では、液がガス化して吹き上がっており、液面を観察することができない。このため、本明細書でいう液面とは、圧力バランスより規定される理論上の等価液面のことである。また、図5では、第1熱交換コア部113aを通る作動流体の経路と、第3熱交換コア部113cを通る作動流体の経路とを、矢印で示している。
ここで、第1熱交換コア部113aを流れる作動流体に生じる圧力損失の大きさΔP1とする。第3熱交換コア部113cを流れる作動流体に生じる圧力損失の大きさをΔP3とする。液相の作動流体の密度をρとする。重力加速度をgとする。このとき、流体のエネルギーの保存の法則から次の式(1)が成立する。式(1)より、式(2)が導かれる。
ΔP3+ρ×g×h3=ΔP1×ρ×g×h1・・・(1)
ΔP1-ΔP3=ρ×g×(h1-h3)・・・(2)
式(2)に示されるように、圧力損失の差は、液面の差として表れる。
図6に示すように、熱交換コア部の冷却能力は、液面の高さに大きく依存する。液面が高い場合、熱交換コア部の上下方向の全体に液があるため、冷却能力は高い。液面が低い場合、熱交換コア部の上部が冷えないため、冷却能力は低い。液面が図6に示す「中」の高さの場合、気泡により液が吹き上がり、熱交換コア部の上部の内面が濡れる。このため、冷却能力は高い。
したがって、図7に示すように、液面の高さが高いほど、熱交換コア部の冷却能力が高くなる。なお、図7のグラフの横軸は、熱交換コア部のチューブの下面の位置を0とし、チューブの上面の位置を10とした場合の液面の高さを示している。図7の縦軸は、熱抵抗、すなわち、冷却能力を示している。熱抵抗は、冷却対象物と作動流体の温度差である。熱抵抗が小さいほど、冷却能力が高い。ただし、液面の高さがある程度の高さ以上になると、すなわち、液面が図6に示す「中」の高さ以上になると、冷却能力はサチュレートとする。
このため、液面のばらつきが起因となって、各熱交換コア部113a、113b、113cの冷却能力のばらつきが発生する。この場合、図8に示すように、圧力損失が大きな第3熱交換コア部113cでは、所望の冷却能力を確保するためのめやすの液面高さよりも、液面の高さが低くなる。このため、第3熱交換コア部113cでは、所望の冷却能力が得られないという課題が本発明者によって見出された。
特に、本実施形態のように、機器温調装置1が電動車両に搭載される場合に、上記の課題が顕著に現れる。本実施形態のように、複数の熱交換器11A、11B、11Cが、車両走行用の電力を供給する電池2を冷却する場合、電池2は、上述の通り、複数の電池セル3が組み合わされた電池モジュール2a、2b、2cが複数個接続されて構成される。このため、各電池モジュール2a、2b、2cに設置された熱交換器間の距離が長くなる。各熱交換器11A、11B、11Cを流れる作動流体の経路に差が生じ、各熱交換器11A、11B、11Cを流れる作動流体の圧力損失差が大きくなる。そうなると、上述のように、冷却能力のばらつきが発生することで、図9に示すように、電池モジュール2a、2b、2c間で、電池セル3の温度ばらつきが発生する。この結果、電池2の全体での性能が低下してしまう。
本実施形態では、上述の通り、図10中の矢印のように、作動流体が流れることが可能となっている。すなわち、本実施形態では、複数の熱交換コア部113a、113b、113cのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部113a、113b、113cから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。
ここで、各熱交換コア部113a、113b、113cを作動流体が均等に流れると仮定する。第2熱交換コア部113bから流出した作動流体が、第2出口接続部310で均等に分岐すると仮定する。すなわち、複数の凝縮器20A、20を作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113cを流れる作動流体の流量の合計をGrとする。
この場合、図10に示すように、第2出口接続部310から第1出口接続部308に向かって第1出口連結配管314を流れる作動流体の流量は、(1/6)Grである。第1流入側配管318および第1流出側配管418を流れる作動流体の流量は、(1/2)Grである。第1入口連結配管414を流れる作動流体の流量は、(1/6)Grである。
第2出口接続部310から第4出口接続部322に向かって第2出口連結配管316を流れる作動流体の流量は、(1/6)Grである。第3出口接続部312から第4出口接続部322に向かって第2出口連結配管316を流れる作動流体の流量は、(1/3)Grである。第2流入側配管320および第2流出側配管420を流れる作動流体の流量は、(1/2)Grである。第4入口接続部422から第2入口接続部410に向かって第2入口連結配管416を流れる作動流体の流量は、(1/6)Grである。第4入口接続部422から第3入口接続部412に向かって第2入口連結配管416を流れる作動流体の流量は、(1/3)Grである。
本実施形態では、各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路において、作動流体の流量が最大となる部分での流量は、(1/2)Grである。各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路とは、各熱交換コア部113a、113b、113cと複数の凝縮器20A、20Bのいずれかとの間を作動流体が循環して流れるときの作動流体の経路である。第1熱交換コア部113aの循環経路は、第1熱交換コア部113aと第1凝縮器20Aとの間を作動流体が循環する経路である。第3熱交換コア部113cの循環経路は、第3熱交換コア部113cと第2凝縮器20Bとの間を作動流体が循環する経路である。第2熱交換コア部113bの循環経路には、第2熱交換コア部113bと第1凝縮器20Aとの間を作動流体が循環する経路と、第2熱交換コア部113bと第2凝縮器20Bとの間を作動流体が循環する経路との2つの循環経路が含まれる。
上記した作動流体の流量が最大となる部分での流量は、比較例1における第1出口連結配管314と第1入口連結配管414での流量である(2/3)Grよりも少ない。この(2/3)Grは、熱交換コア部の数をNとするときのGr×(N-1)/Nに相当する。本実施形態では、Nが3である。
これにより、本実施形態の機器温調装置1によれば、比較例1の機器温調装置J1と比較して、各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路を流れる作動流体の圧力損失の差を抑制することができる。
このため、図11に示すように、各熱交換コア部113a、113b、113cの液面高さのばらつきを抑制することができる。したがって、各熱交換コア部113a、113b、113cの冷却能力のばらつきを抑制することができる。換言すると、図11に示すように、各熱交換コア部113a、113b、113cの液面高さを、所望の液面高さ以上にすることができる。したがって、各熱交換コア部113a、113b、113cの冷却能力を、所望の性能以上にすることができる。この結果、図12に示すように、電池モジュール2a、2b、2c間で発生する電池セル3の温度ばらつきを抑制することができる。
また、本実施形態では、各熱交換コア部113a、113b、113cは、気相流路を介して、第1凝縮器20Aと第2凝縮器20Bとのそれぞれに連通している。このため、第1凝縮器20Aと第2凝縮器20Bとの一方に作動流体が流れない場合が発生しても、第1凝縮器20Aと第2凝縮器20Bとの他方で作動流体を凝縮させることができる。
(第2実施形態)
図13に示すように、本実施形態では、第2凝縮器20Bは、第2流入側配管320を介して、第3出口接続部312に接続されている。第2凝縮器20Bは、第2流出側配管420を介して、第3入口接続部412に接続されている。機器温調装置1の他の構成は、第1実施形態と同じである。
第1実施形態に記載の通り、第3出口接続部312は、気相流路の第2連結流路の一部である。第3入口接続部412は、液相流路の第4連結流路の一部である。したがって、本実施形態においても、第2凝縮器20Bは、気相流路の第2連結流路に接続されている。第2凝縮器20Bは、液相流路の第4連結流路に接続されている。
また、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、気相流路は、第1流路と、第2流路と、第3流路とを含む。本実施形態においても、第2流入側配管320が第3流路に相当する。そして、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL1は、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL2よりも短い。
また、第1実施形態と同様に、液相流路は、第4流路と、第5流路と、第6流路とを含む。本実施形態においても、第2流出側配管420が第6流路に相当する。そして、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL3は、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL4よりも短い。
本実施形態では、図13中の矢印のように、作動流体が流れることが可能となっている。本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113cのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部113a、113b、113cから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。
ここで、各熱交換コア部113a、113b、113cを作動流体が均等に流れると仮定する。第2熱交換コア部113bから流出した作動流体が、第2出口接続部310で均等に分岐すると仮定する。すなわち、複数の凝縮器20A、20を作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113cを流れる作動流体の流量の合計をGrとする。この場合、作動流体の流量は、図13に示す通りである。
本実施形態では、各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路において、作動流体の流量が最大となる部分での流量は、(1/2)Grである。この流量は、比較例1における第1出口連結配管314と第1入口連結配管414での流量である(2/3)Grよりも少ない。このため、第1実施形態と同様の効果が得られる。
(第3実施形態)
図14に示すように、本実施形態では、第1凝縮器20Aは、第1流入側配管318を介して、第1出口連結配管314に設けられた第5出口接続部324に接続されている。第1凝縮器20Aは、第1流出側配管418を介して、第1入口連結配管414に設けられた第5入口接続部424に接続されている。機器温調装置1の他の構成は、第1実施形態と同じである。
第1実施形態に記載の通り、第1出口連結配管314は、気相流路の第1連結流路の一部である。第1流出側配管418は、液相流路の第3連結流路の一部である。したがって、本実施形態においても、第1凝縮器20Aは、気相流路の第1連結流路に接続されている。第1凝縮器20Aは、液相流路の第3連結流路に接続されている。
また、本実施形態では、気相流路は、第1熱交換コア部113aと第1凝縮器20Aとを接続する第1流路を含む。第1熱交換コア部113aが複数の熱交換コア部のうち1つの熱交換コア部に相当する。第1凝縮器20Aが複数の凝縮器のうち1つの凝縮器に相当する。図14に示さない第1上ヘッダタンク111a、第1出口配管302、図14に示す第1出口連結配管314のうち第1出口接続部308から第5出口接続部324までの部分および第1流入側配管318が、第1流路に相当する。
さらに、気相流路は、第1流路に設けられた第5出口接続部324と第3熱交換コア部113cとを接続する第2流路を含む。第5出口接続部324が気相側接続部に相当する。第3熱交換コア部113cが複数の熱交換コア部のうち他の1つの熱交換コア部に相当する。図14に示さない第3上ヘッダタンク111c、第3出口配管306、図14に示す第2出口連結配管316および第1出口連結配管314のうち第2出口接続部310から第5出口接続部324までの部分が、第2流路に相当する。
さらに、気相流路は、第5出口接続部324を通らずに、第3熱交換コア部113cから流出した作動流体を第2凝縮器20Bへ導くための第3流路を含む。第2凝縮器20Bが、複数の凝縮器のうち他の1つの凝縮器に相当する。第1流入側配管318が第3流路に相当する。そして、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL1は、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL2よりも短い。
また、液相流路は、第1熱交換コア部113aと第1凝縮器20Aとを接続する第4流路を含む。図14に示さない第1下ヘッダタンク112a、第1入口配管402、図14に示す第1入口連結配管414のうち第1入口接続部408から第5入口接続部424までの部分および第1流出側配管418が第4流路に相当する。
さらに、液相流路は、第4流路に設けられた第5入口接続部424と第3熱交換コア部113cとを接続する第5流路を含む。第5入口接続部424が液相側接続部に相当する。図14に示さない第3下ヘッダタンク112c、第3入口配管406、図14に示す第2入口連結配管416、第1入口連結配管414のうち第2入口接続部410から第5入口接続部424までの部分が第5流路に相当する。
さらに、液相流路は、第5入口接続部424を通らずに、第2凝縮器20Bから流出した作動流体を第3熱交換コア部113cへ導くための第6流路を含む。第2流出側配管420が第6流路に相当する。そして、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL3は、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL4よりも短い。
本実施形態では、図14中の矢印のように、作動流体が流れることが可能となっている。本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113cのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部113a、113b、113cから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。
ここで、各熱交換コア部113a、113b、113cを作動流体が均等に流れると仮定する。第2熱交換コア部113bから流出した作動流体が、第2出口接続部310で均等に分岐すると仮定する。すなわち、複数の凝縮器20A、20を作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113cを流れる作動流体の流量の合計をGrとする。この場合、作動流体の流量は、図14に示す通りである。
本実施形態では、各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路において、作動流体の流量が最大となる部分での流量は、(1/2)Grである。この流量は、比較例1における第1出口連結配管314と第1入口連結配管414での流量である(2/3)Grよりも少ない。このため、第1実施形態と同様の効果が得られる。
(第4実施形態)
図15に示すように、本実施形態では、第2凝縮器20Bは、第2流入側配管320を介して、第1出口連結配管314に設けられた第5出口接続部324に接続されている。第2凝縮器20Bは、第2流出側配管420を介して、第1入口連結配管414に設けられた第5入口接続部424に接続されている。機器温調装置1の他の構成は、第1実施形態と同じである。
第1実施形態に記載の通り、第1出口連結配管314は、気相流路の第1連結流路の一部である。第1流出側配管418は、液相流路の第3連結流路の一部である。したがって、本実施形態では、第1凝縮器20Aと第2凝縮器20Bの両方は、気相流路の第1連結流路に接続されている。第1凝縮器20Aと第2凝縮器20Bの両方は、液相流路の第3連結流路に接続されている。
本実施形態においても、第1実施形態と同様に、気相流路は、第1流路と、第2流路と、第3流路とを含む。本実施形態においても、第2流入側配管320が第3流路に相当する。そして、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL1は、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL2よりも短い。
液相流路は、第1実施形態と同様に、第4流路と、第5流路と、第6流路とを含む。本実施形態においても、第2流出側配管420が第6流路に相当する。そして、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL3は、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL4よりも短い。
本実施形態では、図15中の矢印のように、作動流体が流れることが可能となっている。本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113cのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部113a、113b、113cから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。
各熱交換コア部113a、113b、113cを作動流体が均等に流れると仮定する。複数の凝縮器20A、20を作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113cを流れる作動流体の流量の合計をGrとする。この場合、作動流体の流量は、図15に示す通りである。
本実施形態では、各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路において、作動流体の流量が最大となる部分は、第1出口連結配管314のうち第2出口接続部310と第5出口接続部324との間の部分と、第1入口連結配管414のうち第5入口接続部424と第2入口接続部410との間の部分とである。これらの部分での流量は、比較例1における第1出口連結配管314と第1入口連結配管414での流量である(2/3)Grと同じである。しかしながら、本実施形態によれば、比較例1と比較して、作動流体の流量が最大となる部分の長さを短くすることができる。これにより、各熱交換コア部113a、113b、113cの循環経路を流れる作動流体に生じる圧力損失の差を抑制することができる。よって、各熱交換コア部113a、113b、113cの冷却能力のばらつきを抑制することができる。
(第5実施形態)
図16に示すように、本実施形態では、複数の熱交換器として、第1熱交換器11Aおよび第2熱交換器11Bの2つの熱交換器11A、11Bが用いられている。第1熱交換器11Aと、第2熱交換器11Bと、第1凝縮器20Aとは、第1実施形態と同様に接続されている。第2凝縮器20Bは、第2流入側配管320を介して、第2出口接続部310に接続されている。第2凝縮器20Bは、第2流出側配管420を介して、第2入口接続部410に接続されている。機器温調装置1の他の構成は、第1実施形態と同じである。
本実施形態では、気相流路は、第1熱交換コア部113aと第1凝縮器20Aとを接続する第1流路を含む。第1熱交換コア部113aが複数の熱交換コア部のうち1つの熱交換コア部に相当する。第1凝縮器20Aが複数の凝縮器のうち1つの凝縮器に相当する。図16に示されない第1上ヘッダタンク111a、第1出口配管302および図16に示す第1流入側配管318が第1流路に相当する。
さらに、気相流路は、第1流路に設けられた第1出口接続部308と第2熱交換コア部113bとを接続する第2流路を含む。第1出口接続部308が気相側接続部に相当する。第2熱交換コア部113bが複数の熱交換コア部のうち他の1つの熱交換コア部に相当する。図16に示されない第2上ヘッダタンク111b、第2出口配管304および図16に示す第1出口連結配管314が、第2流路に相当する。
さらに、気相流路は、第1出口接続部308を通らずに、第2熱交換コア部113bから流出した作動流体を第2凝縮器20Bへ導くための第3流路を含む。第2凝縮器20Bが、複数の凝縮器のうち他の1つの凝縮器に相当する。第2流入側配管320が第3流路に相当する。そして、第1実施形態と同様に、気相流路のうち第2熱交換コア部113bから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL1は、気相流路のうち第2熱交換コア部113bから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL2よりも短い。
また、液相流路は、第1熱交換コア部113aと第1凝縮器20Aとを接続する第4流路を含む。図16に示されない第1下ヘッダタンク112a、第1入口配管402および図16に示す第1流出側配管418が第4流路に相当する。
さらに、液相流路は、第4流路に設けられた第1入口接続部408と第2熱交換コア部113bとを接続する第5流路を含む。第1入口接続部408が液相側接続部に相当する。図16に示されない第2下ヘッダタンク112b、第2入口配管404および図16に示す第1入口連結配管414が第5流路に相当する。
さらに、液相流路は、第1入口接続部408を通らずに、第2凝縮器20Bから流出した作動流体を第2熱交換コア部113bへ導くための第6流路を含む。第2流出側配管420が第6流路に相当する。そして、第1実施形態と同様に、液相流路のうち第2熱交換コア部113bから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL3は、液相流路のうち第2熱交換コア部113bから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL4よりも短い。
次に、本実施形態の機器温調装置1が奏する効果について、図17に示す比較例2の機器温調装置J2と対比して説明する。比較例2の機器温調装置J2は、第2凝縮器20B、第2流入側配管320および第2流出側配管420を有していない点で、本実施形態の機器温調装置1と異なる。比較例2の機器温調装置J2の他の構成は、本実施形態の機器温調装置1と同じである。
比較例2の機器温調装置J2では、図17中の矢印のように、作動流体が流れる。ここで、各熱交換コア部113a、113b、113cを作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113cから流出する作動流体の流量の合計をGrとする。この場合、第1出口連結配管314および第1入口連結配管414を流れる作動流体の流量は、(1/2)Grである。第1流入側配管318および第1流出側配管418を流れる作動流体の流量は、Grである。
比較例2の機器温調装置J2において、各熱交換コア部113a、113bの循環経路を比較する。第2熱交換コア部113bの循環経路には、第1出口連結配管314と第1入口連結配管414とが含まれる。すなわち、第2熱交換コア部113bの循環経路には、作動流体の流量が(1/2)Grである部分が含まれる。一方、第1熱交換コア部113aの循環経路には、第1出口連結配管314と第1入口連結配管414とが含まれない。すなわち、第1熱交換コア部113aの循環経路には、作動流体の流量が(1/2)Grである部分が含まれない。
このため、第2熱交換コア部113bの循環経路での作動流体の圧力損失は、少なくとも作動流体の流量が(1/2)Grである部分で生じる圧力損失の分、第1熱交換コア部113aの循環経路での作動流体の圧力損失よりも大きい。このように、第2熱交換コア部113bの循環経路に、作動流体の流量が(1/2)Grである部分が含まれることが、各熱交換コア部113a、113bの循環経路で作動流体の圧力損失の差が大きくなる理由の1つである。なお、第1流入側配管318および第1流出側配管418を流れる作動流体の流量が最も多い。しかしながら、第1流入側配管318および第1流出側配管418は、各熱交換コア部113a、113bの循環経路に共通する流路である。このため、第1流入側配管318および第1流出側配管418を流れる作動流体の流量は、各熱交換コア部113a、113bの循環経路で作動流体の圧力損失の差に影響しない。
これに対して、本実施形態では、図16中の矢印のように、作動流体が流れることが可能となっている。本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113bのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部113a、113bから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。
各熱交換コア部113a、113bを作動流体が均等に流れると仮定する。第1熱交換コア部113aから流出した作動流体の全部が第1凝縮器20Aに流入すると仮定する。第2熱交換コア部113bから流出した作動流体の全部が第2凝縮器20Bに流入すると仮定する。すなわち、複数の凝縮器20A、20を作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113bを流れる作動流体の流量の合計をGrとする。
この場合、作動流体の流量は、図16に示す通りである。第1出口連結配管314および第1入口連結配管414を流れる作動流体の流量は、0である。したがって、第1出口連結配管314および第1入口連結配管414を流れる作動流体の流量は、比較例2の同じ部分での作動流体の流量である(1/2)Grよりも少ない。この(1/2)Grは、熱交換コア部の数をNとするときのGr×(N-1)/Nに相当する。本実施形態では、Nが2である。
これにより、本実施形態の機器温調装置1によれば、比較例2の機器温調装置J2と比較して、各熱交換コア部113a、113bの循環経路を流れる作動流体の圧力損失の差を抑制することができる。このため、第1実施形態と同様の効果が得られる。
換言すると、第1熱交換コア部113aの循環経路の一部である第1流入側配管318は、第2熱交換コア部113bの循環経路の一部である第2流入側配管320に対応する。第1熱交換コア部113aの循環経路の一部である第1流出側配管418は、第2熱交換コア部113bの循環経路の一部である第2流出側配管420に対応する。第1流入側配管318、第1流出側配管418、第2流入側配管320、第2流出側配管420を流れる作動流体の流量は同じである。このため、本実施形態の機器温調装置1によれば、比較例2の機器温調装置J2と比較して、各熱交換コア部113a、113bの循環経路を流れる作動流体の圧力損失の差を抑制することができる。
(第6実施形態)
図18に示すように、本実施形態では、第5実施形態と同様に、複数の熱交換器として、2つの熱交換器11A、11Bが用いられている。第2凝縮器20Bは、第2流入側配管320を介して、第1出口連結配管314に設けられた第5出口接続部324に接続されている。第2凝縮器20Bは、第2流出側配管420を介して、第1入口連結配管414に設けられた第5入口接続部424に接続されている。機器温調装置1の他の構成は、第5実施形態と同じである。
本実施形態においても、第5実施形態と同様に、気相流路は、第1流路と、第2流路と、第3流路とを含む。本実施形態においても、第2流入側配管320が第3流路に相当する。そして、気相流路のうち第2熱交換コア部113bから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL1は、気相流路のうち第2熱交換コア部113bから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL2よりも短い。
液相流路は、第4流路と、第5流路と、第6流路とを含む。本実施形態においても、第2流出側配管420が第6流路に相当する。そして、液相流路のうち第2熱交換コア部113bから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL3は、液相流路のうち第2熱交換コア部113bから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL4よりも短い。
本実施形態では、図18中の矢印のように、作動流体が流れることが可能となっている。本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113bのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部113a、113bから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。
各熱交換コア部113a、113bを作動流体が均等に流れると仮定する。複数の凝縮器20A、20を作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113bを流れる作動流体の流量の合計をGrとする。この場合、作動流体の流量は、図18に示す通りである。
第1出口連結配管314のうち第5出口接続部324と第1出口接続部308との間の部分および第1入口連結配管414のうち第1入口接続部408と第5入口接続部424との間の部分を流れる作動流体の流量は、0である。したがって、この2つの部分を流れる作動流体の流量は、比較例2の第1出口連結配管314と第1入口連結配管414での作動流体の流量である(1/2)Grよりも少ない。この(1/2)Grは、熱交換コア部の数をNとするときのGr×(N-1)/Nに相当する。本実施形態では、Nが2である。
これにより、本実施形態の機器温調装置1によれば、比較例2の機器温調装置J2と比較して、各熱交換コア部113a、113bの循環経路を流れる作動流体の圧力損失の差を抑制することができる。このため、第1実施形態と同様の効果が得られる。
換言すると、第2熱交換コア部113bの循環経路の一部である、第1出口連結配管314のうち第2出口接続部310と第5出口接続部324との間の部分と第2流入側配管320とは、第1熱交換コア部113aの循環経路の一部である、第1流入側配管318に対応している。これらを流れる作動流体の流量は同じである。また、第2熱交換コア部113bの循環経路の一部である、第1入口連結配管414のうち第2入口接続部410と第5入口接続部424との間の部分と第2流出側配管420とは、第1熱交換コア部113aの循環経路の一部である、第1流出側配管418に対応している。これらを流れる作動流体の流量は同じである。このため、本実施形態の機器温調装置1によれば、比較例2の機器温調装置J2と比較して、各熱交換コア部113a、113bの循環経路を流れる作動流体の圧力損失の差を抑制することができる。
(第7実施形態)
図19に示すように、本実施形態では、複数の熱交換器として、第1熱交換器11A、第2熱交換器11B、第3熱交換器11Cおよび第4熱交換器11Dの4つの熱交換器が用いられている。本実施形態では、第1実施形態の機器温調装置1に対して、第2熱交換器11Bと第3熱交換器11Cとの間に、第4熱交換器11Dが追加されている。このため、複数の熱交換器11A、11B、11C、11Dは、一方向で第1熱交換器11A、第2熱交換器11B、第4熱交換器11D、第3熱交換器11Cの順に配置されている。したがって、本実施形態においても、第3熱交換コア部113cは、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113dのうち第1熱交換コア部113aから最も離れた位置に配置された熱交換コア部である。
第4熱交換器11Dの構成は、第1熱交換器11Aと同じである。第4熱交換器11Dは、図示しない第4上ヘッダタンクと、図示しない第4下ヘッダタンクと、第4熱交換コア部113dとを有する。
ガス配管30は、図示しない第4出口配管と、第4出口接続部313と、第3出口連結配管317とを含む。第4出口接続部313は、第4出口配管を介して、第4上ヘッダタンクに接続されている。第2出口連結配管316は、第3出口接続部312と第4出口接続部313とを連結している。第3出口連結配管317は、第2出口接続部310と第4出口接続部313とを連結している。
液配管40は、図示しない第4入口配管と、第4入口接続部413と、第3入口連結配管417とを含む。第4入口接続部413は、第4入口配管を介して、第4下ヘッダタンクに接続されている。第2入口連結配管416は、第3入口接続部412と第4入口接続部413とを連結している。第3入口連結配管417は、第2入口接続部410と第4入口接続部413とを連結している。
機器温調装置1の他の構成は、第1実施形態と同じである。
本実施形態では、図19に示す第3出口連結配管317、第2出口連結配管316、第3出口接続部312、図19に示されない第3出口配管306および第3上ヘッダタンク111cが、第1連結流路と第3熱交換コア部113cとを連結する第2連結流路を構成している。第2凝縮器20Bは、第2出口連結配管316に接続されている。このため、第2凝縮器20Bは、気相流路の第2連結流路に接続されている。
また、図19に示す第3入口連結配管417、第2入口連結配管416、第3入口接続部412、図19に示されない第3入口配管406および第3下ヘッダタンク112cが、第3連結流路と第3熱交換コア部113cとを連結する第4連結流路を構成している。第2凝縮器20Bは、第2入口連結配管416に接続されている。このため、第2凝縮器20Bは、液相流路の第4連結流路に接続されている。
換言すると、本実施形態では、第1実施形態と同様に、第1流路と、第2流路と、第3流路とを含む。ただし、本実施形態では、図19に示されない第3上ヘッダタンク111c、第3出口配管306、図19に示される第2出口連結配管316、第3出口連結配管317および第1出口連結配管314が、第2流路に相当する。本実施形態においても、第2流入側配管320が第3流路に相当する。そして、第1実施形態と同様に、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL1は、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL2よりも短い。
また、第1実施形態と同様に、液相流路は、第4流路と、第5流路と、第6流路とを含む。ただし、本実施形態では、図19に示されない第3下ヘッダタンク112c、第3入口配管406、図19に示される第2入口連結配管416、第3入口連結配管417および第1入口連結配管414が第5流路に相当する。本実施形態においても、第2流出側配管420が第6流路に相当する。そして、第1実施形態と同様に、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL3は、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL4よりも短い。
次に、本実施形態の機器温調装置1が奏する効果について、図20に示す比較例3の機器温調装置J3と対比して説明する。比較例3の機器温調装置J3は、第2凝縮器20B、第2流入側配管320および第2流出側配管420を有していない点で、本実施形態の機器温調装置1と異なる。比較例3の機器温調装置J3の他の構成は、本実施形態の機器温調装置1と同じである。
比較例3の機器温調装置J3では、図20中の矢印のように、作動流体が流れる。ここで、各熱交換コア部113a、113b、113c、113dを作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113c、113dから流出する作動流体の流量の合計をGrとする。この場合、第1出口連結配管314を流れる作動流体の流量は、(3/4)Grである。第1入口連結配管414を流れる作動流体の流量は、(3/4)Grである。
比較例3の機器温調装置J3において、各熱交換コア部113a、113b、113c、113dの循環経路を比較する。第1熱交換コア部113aを除く他の熱交換コア部113b、113c、113dの循環経路には、第1出口連結配管314と第1入口連結配管414とが含まれる。すなわち、他の熱交換コア部113b、113c、113dの循環経路には、作動流体の流量が(3/4)Grである部分が含まれる。一方、第1熱交換コア部113aの循環経路には、第1出口連結配管314と第1入口連結配管414とが含まれない。すなわち、第1熱交換コア部113aの循環経路には、作動流体の流量が(3/4)Grである部分が含まれない。
このため、他の熱交換コア部113b、113c、113dの循環経路での作動流体の圧力損失は、少なくとも作動流体の流量が(3/4)Grである部分で生じる圧力損失の分、第1熱交換コア部113aの循環経路での作動流体の圧力損失よりも大きい。このように、他の熱交換コア部113b、113c、113dの循環経路に、作動流体の流量が(3/4)Grである部分が含まれることが、各熱交換コア部113a、113b、113c、113dの循環経路で作動流体の圧力損失の差が大きくなる理由の1つである。
これに対して、本実施形態では、図19中の矢印のように、作動流体が流れることが可能となっている。本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113dのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113dから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。
各熱交換コア部113a、113b、113c、113dを作動流体が均等に流れると仮定する。複数の凝縮器20A、20Bを作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113c、113dを流れる作動流体の流量の合計をGrとする。
この場合、作動流体の流量は、図19に示す通りである。第2出口接続部310から第1出口接続部308に向かって第1出口連結配管314を流れる作動流体の流量は、(1/4)Grである。第1流入側配管318および第1流出側配管418を流れる作動流体の流量は、(1/2)Grである。第1入口接続部408から第2入口接続部410に向かって第1入口連結配管414を流れる作動流体の流量は、(1/4)Grである。
第4出口接続部313から第4出口接続部322に向かって第2出口連結配管316を流れる作動流体の流量は、(1/4)Grである。第3出口接続部312から第4出口接続部322に向かって第2出口連結配管316を流れる作動流体の流量は、(1/4)Grである。第2流入側配管320および第2流出側配管420を流れる作動流体の流量は、(1/2)Grである。第4入口接続部422から第4入口接続部413に向かって第2入口連結配管416を流れる作動流体の流量は、(1/4)Grである。第4入口接続部422から第3入口接続部412に向かって第2入口連結配管416を流れる作動流体の流量は、(1/4)Grである。
本実施形態では、各熱交換コア部113a、113b、113c、113dの循環経路において、作動流体の流量が最大となる部分での流量は、(1/2)Grである。この流量は、比較例3における第1出口連結配管314と第1入口連結配管414での流量である(3/4)Grよりも少ない。この(3/4)Grは、熱交換コア部の数をNとするときのGr×(N-1)/Nに相当する。本実施形態では、Nが4である。
これにより、本実施形態の機器温調装置1によれば、比較例3の機器温調装置J3と比較して、各熱交換コア部113a、113b、113c、113dの循環経路を流れる作動流体の圧力損失の差を抑制することができる。このため、第1実施形態と同様の効果が得られる。
(第8実施形態)
図21に示すように、本実施形態では、第7実施形態と同様に、複数の熱交換器として、4つの熱交換器が用いられている。第2凝縮器20Bは、第2流入側配管320を介して、第3出口接続部312に接続されている。第2凝縮器20Bは、第2流出側配管420を介して、第3入口接続部412に接続されている。機器温調装置1の他の構成は、第7実施形態と同じである。
本実施形態では、気相流路は、第1実施形態に記載の第1連結流路と、第7実施形態に記載の第2連結流路とを含む。第2凝縮器20Bは、第3出口接続部312に接続されている。このため、第2凝縮器20Bは、第2連結流路に接続されている。
液相流路は、第1実施形態に記載の第3連結流路と、第7実施形態に記載の第4連結流路とを含む。第2凝縮器20Bは、第3入口接続部412に接続されている。このため、第2凝縮器20Bは、第4連結流路に接続されている。
換言すると、本実施形態では、気相流路は、第7実施形態に記載の第1流路と、第2流路と、第3流路とを含む。本実施形態においても、第2流入側配管320が第3流路に相当する。そして、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL1は、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL2よりも短い。
また、液相流路は、第7実施形態に記載の第4流路と、第5流路と、第6流路とを含む。本実施形態においても、第2流出側配管420が第6流路に相当する。そして、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL3は、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL4よりも短い。
本実施形態では、図21中の矢印のように、作動流体が流れることが可能となっている。本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113dのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113dから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。
各熱交換コア部113a、113b、113c、113dを作動流体が均等に流れると仮定する。複数の凝縮器20A、20を作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113c、113dを流れる作動流体の流量の合計をGrとする。
この場合、作動流体の流量は、図21に示す通りである。第2出口接続部310から第1出口接続部308に向かって第1出口連結配管314を流れる作動流体の流量は、(1/4)Grである。第1流入側配管318および第1流出側配管418を流れる作動流体の流量は、(1/2)Grである。第1入口接続部408から第2入口接続部410に向かって第1入口連結配管414を流れる作動流体の流量は、(1/4)Grである。
第4出口接続部313から第3出口接続部312に向かって第2出口連結配管316を流れる作動流体の流量は、(1/4)Grである。第2流入側配管320および第2流出側配管420を流れる作動流体の流量は、(1/2)Grである。第3入口接続部412から第4入口接続部413に向かって第2入口連結配管416を流れる作動流体の流量は、(1/4)Grである。
本実施形態では、各熱交換コア部113a、113b、113c、113dの循環経路において、作動流体の流量が最大となる部分での流量は、(1/2)Grである。これにより、本実施形態の機器温調装置1によれば、比較例3の機器温調装置J3と比較して、各熱交換コア部113a、113b、113c、113dの循環経路を流れる作動流体の圧力損失の差を抑制することができる。このため、第1実施形態と同様の効果が得られる。
(第9実施形態)
図22に示すように、本実施形態では、第7実施形態と同様に、複数の熱交換器として、4つの熱交換器が用いられている。第2凝縮器20Bは、第2流入側配管320を介して、第1出口連結配管314に設けられた第5出口接続部324に接続されている。第2凝縮器20Bは、第2流出側配管420を介して、第1入口連結配管414に設けられた第5入口接続部424に接続されている。機器温調装置1の他の構成は、第7実施形態と同じである。
本実施形態では、気相流路は、第1実施形態に記載の第1連結流路と、第7実施形態に記載の第2連結流路とを含む。第2凝縮器20Bは、第1出口連結配管314に接続されている。このため、第2凝縮器20Bは、第1連結流路に接続されている。
液相流路は、第1実施形態に記載の第3連結流路と、第7実施形態に記載の第4連結流路とを含む。第2凝縮器20Bは、第1入口連結配管414に接続されている。このため、第2凝縮器20Bは、第3連結流路に接続されている。
換言すると、本実施形態では、気相流路は、第7実施形態に記載の第1流路と、第2流路と、第3流路とを含む。本実施形態においても、第2流入側配管320が第3流路に相当する。そして、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL1は、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL2よりも短い。
また、液相流路は、第7実施形態に記載の第4流路と、第5流路と、第6流路とを含む。本実施形態においても、第2流出側配管420が第6流路に相当する。そして、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL3は、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL4よりも短い。
本実施形態では、図22中の矢印のように、作動流体が流れることが可能となっている。本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113dのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113dから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。
各熱交換コア部113a、113b、113c、113dを作動流体が均等に流れると仮定する。複数の凝縮器20A、20を作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113c、113dを流れる作動流体の流量の合計をGrとする。
この場合、作動流体の流量は、図22に示す通りである。本実施形態では、各熱交換コア部113a、113b、113c、113dの循環経路において、作動流体の流量が最大となる部分は、第1出口連結配管314のうち第2出口接続部310と第5出口接続部324との間の部分と、第1入口連結配管414のうち第5入口接続部424と第2入口接続部410との間の部分とである。これらの部分での流量は、比較例3における第1出口連結配管314と第1入口連結配管414での流量である(3/4)Grと同じである。しかしながら、本実施形態によれば、比較例3と比較して、作動流体の流量が最大となる部分の長さを短くすることができる。これにより、各熱交換コア部113a、113b、113c、113dの循環経路を流れる作動流体に生じる圧力損失の差を抑制することができる。よって、各熱交換コア部113a、113b、113c、113dの冷却能力のばらつきを抑制することができる。
(第10実施形態)
図23に示すように、本実施形態の機器温調装置1は、第3出口連結配管317を有していない点で、図21の第8実施形態の機器温調装置1と異なる。機器温調装置1の他の構成は、第8実施形態と同じである。本実施形態では、図23に示すように、作動流体は、第8実施形態と同様に流れる。このため、本実施形態によれば、第8実施形態と同様の効果が得られる。
このように、ガス配管30が複数の熱交換コア部のうち一部の隣り合う熱交換コア部を連通させていなくてもよい。この場合、液配管40が各熱交換コア部同士を連通させている。この結果、本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113dのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとが気相流路と液相流路とを介して互いに連通する1つの作動流体の回路が形成される。
ただし、各熱交換コア部113a、113b、113c、113dの循環経路において、作動流体の流量が最大となる部分での流量が、熱交換コア部の数をNとするときのGr×(N-1)/Nよりも少なくなるように、回路を形成することが必要である。熱交換コア部の数が4の場合、本実施形態のように、複数の熱交換コア部のうち第1熱交換コア部113aから数えて2番目と3番目の熱交換コア部113b、113d同士がガス配管30によって連通していてなくてもよい。
また、本実施形態と異なり、液配管40が複数の熱交換コア部のうち一部の隣り合う熱交換コア部を連通させていなくてもよい。この場合、ガス配管30が各熱交換コア部同士を連通させる。この場合においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113dのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとが気相流路と液相流路とを介して互いに連通する1つの作動流体の回路が形成される。
(第11実施形態)
図24に示すように、本実施形態では、複数の熱交換器として、5つの熱交換器が用いられている。本実施形態では、図21に示す第8実施形態の機器温調装置1に対して、第2熱交換器11Bと第4熱交換器11Dとの間に、第5熱交換器11Eが追加されている。このため、複数の熱交換器11A、11B、11C、11D、11Eは、一方向で第1熱交換器11A、第2熱交換器11B、第5熱交換器11E、第4熱交換器11D、第3熱交換器11Cの順に配置されている。したがって、本実施形態においても、第3熱交換コア部113cは、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eのうち第1熱交換コア部113aから最も離れた位置に配置された熱交換コア部である。
第5熱交換器11Eの構成は、第1熱交換器11Aと同じである。第5熱交換器11Eは、図示しない第5上ヘッダタンクと、図示しない第5下ヘッダタンクと、第5熱交換コア部113eとを有する。
ガス配管30は、図示しない第5出口配管と、第5出口接続部315と、第4出口連結配管319とを含む。第5出口接続部315は、第5出口配管を介して、第5上ヘッダタンクに接続されている。第3出口連結配管317は、第4出口接続部313と第5出口接続部315とを連結している。第4出口連結配管319は、第2出口接続部310と第5出口接続部315とを連結している。
液配管40は、図示しない第5入口配管と、第5入口接続部415と、第4入口連結配管419とを含む。第5入口接続部415は、第5入口配管を介して、第5下ヘッダタンクに接続されている。第3入口連結配管417は、第4入口接続部413と第5入口接続部415とを連結している。第4入口連結配管419は、第2入口接続部410と第5入口接続部415とを連結している。
上記以外の機器温調装置1の他の構成は、第8実施形態と同じである。
本実施形態では、気相流路は、第1実施形態に記載の第1連結流路を含む。さらに、気相流路は、第1連結流路と第3熱交換コア部113cとを連結する第2連結流路を含む。図24に示す第4出口連結配管319、第3出口連結配管317、第2出口連結配管316、第3出口接続部312、図24に示さない第3出口配管306および第3上ヘッダタンク111cが、第2連結流路を構成している。第2凝縮器20Bは、第3出口接続部312に接続されている。このため、第2凝縮器20Bは、第2連結流路に接続されている。
また、液相流路は、第1実施形態に記載の第3連結流路を含む。さらに、液相流路は、第3連結流路と第3熱交換コア部113cとを連結する第4連結流路を含む。図24に示す第4入口連結配管419、第3入口連結配管417、第2入口連結配管416、第3入口接続部412、図24に示さない第3入口配管406および第3下ヘッダタンク112cが、第4連結流路を構成している。第2凝縮器20Bは、第3入口接続部412に接続されている。このため、第2凝縮器20Bは、第4連結流路に接続されている。
換言すると、本実施形態においても、気相流路は、第1実施形態と同様に、第1流路と、第2流路と、第3流路とを含む。ただし、本実施形態では、図24に示されない第3上ヘッダタンク111c、第3出口配管306、図24に示される第2出口連結配管316、第3出口連結配管317、第4出口連結配管319および第1出口連結配管314が、第2流路に相当する。本実施形態においても、第2流入側配管320が第3流路に相当する。そして、第1実施形態と同様に、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL1は、気相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL2よりも短い。
また、液相流路は、第1実施形態と同様に、第4流路と、第5流路と、第6流路とを含む。ただし、本実施形態では、図24に示されない第3下ヘッダタンク112c、第3入口配管406、図24に示される第2入口連結配管416、第3入口連結配管417、第4入口連結配管419および第1入口連結配管414が第5流路に相当する。本実施形態においても、第2流出側配管420が第6流路に相当する。そして、第1実施形態と同様に、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第2凝縮器20Bまでの部分の最短長さL3は、液相流路のうち第3熱交換コア部113cから第1凝縮器20Aまでの部分の最短長さL4よりも短い。
次に、本実施形態の機器温調装置1が奏する効果について、図25に示す比較例4の機器温調装置J4と対比して説明する。比較例4の機器温調装置J4は、第2凝縮器20B、第2流入側配管320および第2流出側配管420を有していない点で、本実施形態の機器温調装置1と異なる。比較例4の機器温調装置J4の他の構成は、本実施形態の機器温調装置1と同じである。
比較例4の機器温調装置J4では、図25中の矢印のように、作動流体が流れる。ここで、各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eを作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eから流出する作動流体の流量の合計をGrとする。この場合、第1出口連結配管314を流れる作動流体の流量は、(4/5)Grである。第1入口連結配管414を流れる作動流体の流量は、(4/5)Grである。
比較例4の機器温調装置J4において、各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eの循環経路を比較する。第1熱交換コア部113aを除く他の熱交換コア部113b、113c、113d、113eの循環経路には、第1出口連結配管314と第1入口連結配管414とが含まれる。すなわち、他の熱交換コア部113b、113c、113d、113eの循環経路には、作動流体の流量が(4/5)Grである部分が含まれる。一方、第1熱交換コア部113aの循環経路には、第1出口連結配管314と第1入口連結配管414とが含まれない。すなわち、第1熱交換コア部113aの循環経路には、作動流体の流量が(4/5)Grである部分が含まれない。
このため、他の熱交換コア部113b、113c、113d、113eの循環経路での作動流体の圧力損失は、少なくとも作動流体の流量が(4/5)Grである部分で生じる圧力損失の分、第1熱交換コア部113aの循環経路での作動流体の圧力損失よりも大きい。このように、他の熱交換コア部113b、113c、113d、113eの循環経路に、作動流体の流量が(4/5)Grである部分が含まれることが、各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eの循環経路で作動流体の圧力損失の差が大きくなる理由の1つである。
これに対して、本実施形態では、図24中の矢印のように、作動流体が流れることが可能となっている。本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。
各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eを作動流体が均等に流れると仮定する。複数の凝縮器20A、20Bを作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eを流れる作動流体の流量の合計をGrとする。
この場合、作動流体の流量は、図24に示す通りである。第5出口接続部315から第2出口接続部310に向かって第4出口連結配管319を流れる作動流体の流量は、(1/10)Grである。第2出口接続部310から第1出口接続部308に向かって第1出口連結配管314を流れる作動流体の流量は、(3/10)Grである。第1流入側配管318および第1流出側配管418を流れる作動流体の流量は、(1/2)Grである。第1入口接続部408から第2入口接続部410に向かって第1入口連結配管414を流れる作動流体の流量は、(3/10)Grである。第2入口接続部410から第5入口接続部415に向かって第4入口連結配管419を流れる作動流体の流量は、(1/10)Grである。
第5出口接続部315から第4出口接続部313に向かって第3出口連結配管317を流れる作動流体の流量は、(1/10)Grである。第4出口接続部313から第3出口接続部312に向かって第2出口連結配管316を流れる作動流体の流量は、(3/10)Grである。第2流入側配管320および第2流出側配管420を流れる作動流体の流量は、(1/2)Grである。第3入口接続部412から第4入口接続部413に向かって第2入口連結配管416を流れる作動流体の流量は、(3/10)Grである。第4入口接続部413から第5入口接続部415に向かって第3入口連結配管417を流れる作動流体の流量は、(1/10)Grである。
本実施形態では、各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eの循環経路において、作動流体の流量が最大となる部分での流量は、(1/2)Grである。これは、比較例4における第1出口連結配管314と第1入口連結配管414での流量である(4/5)Grよりも少ない。これにより、各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eの循環経路を流れる作動流体に生じる圧力損失の差を抑制することができる。よって、各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eの冷却能力のばらつきを抑制することができる。
(第12実施形態)
図26に示すように、本実施形態の機器温調装置1は、第3出口連結配管317を有していない点で、図24の第11実施形態の機器温調装置1と異なる。機器温調装置1の他の構成は、第11実施形態の機器温調装置1と同じである。本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとが気相流路と液相流路とを介して互いに連通する1つの作動流体の回路が形成される。
本実施形態では、図26中の矢印のように、作動流体が流れることが可能となっている。本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。
各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eを作動流体が均等に流れると仮定する。各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eを流れる作動流体の流量の合計をGrとする。この場合、作動流体の流量は、図26に示す通りである。
本実施形態では、各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eの循環経路のうち作動流体の流量が最大となる部分での流量は、(3/5)Grである。これは、比較例4における第1出口連結配管314と第1入口連結配管414での流量である(4/5)Grよりも少ない。よって、第1実施形態と同様の効果が得られる。
このように、ガス配管30が複数の熱交換コア部のうち一部の隣り合う熱交換コア部を連通させていなくてもよい。ただし、各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113eの循環経路において、作動流体の流量が最大となる部分での流量が、熱交換コア部の数をNとするときのGr×(N-1)/Nよりも少なくなるように、回路を形成することが必要である。
また、本実施形態と異なり、液配管40が複数の熱交換コア部のうち一部の隣り合う熱交換コア部を連通させていなくてもよい。この場合、ガス配管30が各熱交換コア部同士を連通させる。
(第13実施形態)
図27に示すように、本実施形態では、複数の凝縮器として、第1凝縮器20A、第2凝縮器20Bおよび第3凝縮器20Cの3つの凝縮器が用いられている。本実施形態では、図10の第1実施形態の機器温調装置1に対して、第3凝縮器20Cが追加されている。第3凝縮器20Cの流入側は、第3流入側配管326を介して、第1出口連結配管314に接続されている。第3凝縮器20Cの流出側は、第3流出側配管426を介して、第1入口連結配管414に接続されている。機器温調装置1の他の構成は、第1実施形態の機器温調装置1と同じである。本実施形態によれば、第1実施形態と共通の構成によって、第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、第3凝縮器20Cの流入側は、第3出口接続部312に接続されてもよい。第3凝縮器20Cの流出側は、第3入口接続部412に接続されてもよい。
また、本実施形態の機器温調装置1に対して、第4凝縮器がさらに追加されてもよい。この場合、第4凝縮器の流入側は、第3出口接続部312に接続される。第4凝縮器の流出側は、第3入口接続部412に接続される。これらのように、複数の凝縮器は3つ以上であってもよい。
(第14実施形態)
図28に示すように、本実施形態では、第2実施形態の機器温調装置1に対して、3つの熱交換器が追加されている。3つの熱交換器は、第4熱交換器11D、第5熱交換器11Eおよび第6熱交換器11Fである。第4熱交換器11Dは、第1熱交換器11Aに対して第1熱交換器11Aの長手方向で対向している。第5熱交換器11Eは、第2熱交換器11Bに対して第2熱交換器11Bの長手方向で対向している。第6熱交換器11Fは、第3熱交換器11Cに対して第3熱交換器11Cの長手方向で対向している。各熱交換器11D、11E、11Fは、第1熱交換器11Aと同様の構成である。第4熱交換器11D、第5熱交換器11E、第6熱交換器11Fの各熱交換コア部を、それぞれ、第4熱交換コア部113d、第5熱交換コア部113e、第6熱交換コア部113fと呼ぶ。
ガス配管30は、第4出口配管302aと、第5出口配管304aと、第6出口配管306aとを含む。第4出口配管302aは、第4熱交換器11Dの出口側につながっている。第4出口配管302aは、第1出口接続部308に接続されている。第5出口配管304aは、第5熱交換器11Eの出口側につながっている。第5出口配管304aは、第2出口接続部310に接続されている。第6出口配管306aは、第6熱交換器11Fの出口側につながっている。第6出口配管306aは、第3出口接続部312に接続されている。
液配管40は、第4入口配管402aと、第5入口配管404aと、第6入口配管406aとを含む。第4入口配管402aは、第4熱交換器11Dの入口側につながっている。第4入口配管402aは、第1入口接続部408に接続されている。第5入口配管404aは、第5熱交換器11Eの入口側につながっている。第5入口配管404aは、第2入口接続部410に接続されている。第6入口配管406aは、第6熱交換器11Fの入口側につながっている。第6入口配管406aは、第3入口接続部412に接続されている。
機器温調装置1の上記以外の構成は、第2実施形態の機器温調装置1と同じである。
本実施形態によれば、第2実施形態と同様の理由により、機器温調装置1が第2凝縮器20Bを備えていない場合と比較して、各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113e、113fの循環経路で、作動流体の流量が最大となる部分での流量を少なくすることができる。よって、各熱交換コア部113a、113b、113c、113d、113e、113fの循環経路を流れる作動流体の圧力損失の差を抑制することができる。
(第15実施形態)
図29に示すように、本実施形態では、第5実施形態に対して各熱交換器11A、11Bの並び方向が変更されている。各熱交換器11A、11Bは、各熱交換器11A、11Bの長手方向に並んでいる。すなわち、各熱交換コア部113a、113bは、各熱交換コア部113a、113bの長手方向に並んでいる。
各上ヘッダタンク111a、111bの長手方向の一方側の端部には、作動流体が流出または流入する第1流出入口115a、115bが設けられている。各上ヘッダタンク111a、111bの長手方向の他方側の端部には、作動流体が流出または流入する第2流出入口117a、117bが設けられている。
各下ヘッダタンク112a、112bの長手方向の一方側の端部には、作動流体が流出または流入する第3流出入口116a、116bが設けられている。各下ヘッダタンク112a、112bの長手方向の他方側の端部には、作動流体が流出または流入する第4流出入口118a、118bが設けられている。
ガス配管30は、第1出口連結配管330と、第1流入側配管318と、第2流入側配管320とを含む。第1出口連結配管330は、第1上ヘッダタンク111aの第2流出入口117aと第2上ヘッダタンク111bの第1流出入口115bとを連結している。第1流入側配管318は、第1上ヘッダタンク111aの第1流出入口115aに接続されている。第2流入側配管320は、第2上ヘッダタンク111bの第2流出入口117bに接続されている。
液配管40は、第1入口連結配管430と、第1流出側配管418と、第2流出側配管420とを含む。第1入口連結配管430は、第1下ヘッダタンク112aの第4流出入口118aと第2下ヘッダタンク112bの第3流出入口116bとを連結している。第1流出側配管418は、第1下ヘッダタンク112aの第3流出入口116aに接続されている。第2流出側配管420は、第2下ヘッダタンク112bの第4流出入口118bに接続されている。
本実施形態においても、ガス配管30および液配管40は、複数の熱交換器11A、11Bを並列に接続している。機器温調装置1の上記以外の構成は、第5実施形態の機器温調装置1と同じである。本実施形態では、作動流体は、第5実施形態と同様に流れることが可能となっている。このため、本実施形態によれば、第5実施形態と同様の効果が得られる。
なお、第1~第4実施形態および第7~第13実施形態等において、3つ以上の熱交換器が本実施形態のように接続されていてもよい。
(第16実施形態)
図30に示すように、本実施形態では、図29の第15実施形態の機器温調装置1に対して、2つの熱交換器が追加されている。追加された2つの熱交換器は、第3熱交換器11Cおよび第4熱交換器11Dである。第3熱交換器11Cおよび第4熱交換器11Dは、各熱交換器11C、11Dの長手方向に一列に並んでいる。第3熱交換器11Cおよび第4熱交換器11Dは、第1熱交換器11Aと第2熱交換器11Bの並び方向に対して交差する方向に並んでいる。すなわち、本実施形態では、複数の熱交換器は2列に並んでいる。
ガス配管30は、第2出口連結配管332と、第3出口連結配管334と、第4出口連結配管336とを含む。第2出口連結配管332は、第3上ヘッダタンク111cの第2流出入口117cと第4上ヘッダタンク111dの第1流出入口115dとを連結している。第3出口連結配管334は、第1上ヘッダタンク111aの第1流出入口115aと第3上ヘッダタンク111cの第1流出入口115cとを連結している。第4出口連結配管336は、第2上ヘッダタンク111bの第2流出入口117bと第4上ヘッダタンク111dの第2流出入口117dとを連結している。第1流入側配管318は、第3出口連結配管334の途中に接続されている。第2流入側配管320は、第4出口連結配管336の途中に接続されている。
液配管40は、第2入口連結配管432と、第3入口連結配管434と、第4入口連結配管436とを含む。第2入口連結配管432は、第3下ヘッダタンク112cの第4流出入口118cと第4下ヘッダタンク112dの第3流出入口116dとを連結している。第3入口連結配管434は、第1下ヘッダタンク112aの第3流出入口116aと第3下ヘッダタンク112cの第3流出入口116cとを連結している。第4入口連結配管436は、第2下ヘッダタンク112bの第4流出入口118bと第4下ヘッダタンク112dの第4流出入口118dとを連結している。第1流出側配管418は、第3入口連結配管434の途中に接続されている。第2流出側配管420は、第4入口連結配管436の途中に接続されている。
機器温調装置1の上記以外の構成は、第15実施形態の機器温調装置1と同じである。
本実施形態では、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113dのそれぞれと複数の凝縮器20A、20Bのそれぞれとを作動流体が流れるときに、次のように作動流体が流れる。第1熱交換コア部113aおよび第3熱交換コア部113cから流出した作動流体が、第1凝縮器20Aに流入する。第1凝縮器20Aから流出した作動流体が、第1熱交換コア部113aおよび第3熱交換コア部113cに流入する。第2熱交換コア部113bおよび第4熱交換コア部113dから流出した作動流体が、第2凝縮器20Bに流入する。第2凝縮器20Bから流出した作動流体が、第2熱交換コア部113bおよび第4熱交換コア部113dに流入する。
このように、本実施形態においても、複数の熱交換コア部113a、113b、113c、113dから流出した作動流体の全部が合流しないように、作動流体の回路は構成されている。したがって、本実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
(他の実施形態)
(1)上記各実施形態では、各電池モジュール2a、2b、2cは、図1~3に示すように設置されていた。しかしながら、各電池モジュール2a、2b、2cの設置方法として、他の方法を採用することができる。例えば、図示しないが、端子4が設けられた面5が重力方向上側に向くように、複数の電池セル3が並べられていてもよい。また、図示しないが、複数の電池セル3の下側に、各熱交換器11A、11B、11Cが配置されていてもよい。
(2)上記各実施形態では、機器温調装置1が温度を調整する対象機器は電池2であった。しかしながら、対象機器は、例えばモータ、インバータまたは充電器など、冷却または暖機が必要な他の機器でもよい。
(3)上記各実施形態では、機器温調装置1が対象機器を冷却する機能を有する構成について説明した。これに対し、他の実施形態では、機器温調装置1は、対象機器を暖機する機能を備えていてもよい。
(4)上記各実施形態では、作動流体としてフロン系冷媒が採用されていた。しかしながら、作動流体として、プロパン、水等の他の流体が採用されてもよい。
(5)上記各実施形態では、複数の凝縮器20A、20Bは、複数の熱交換器11A、11B、11Cより重力方向上側に配置されていた。しかしながら、作動流体の循環が可能であれば、複数の凝縮器20A、20Bは、複数の熱交換器11A、11B、11Cと重力方向で同じ位置に配置されていてもよい。
(6)上記各実施形態では、流路配管は直緯線形状であったが、搭載の都合上、他の部品や部材を迂回するように配置されていてもよい。また、上記各実施形態では、複数の熱交換器は、上下方向で同じ位置に配置されていたが、搭載の都合により、上下方向で異なる位置に配置されてもよい。同様に、上記各実施形態では、複数の凝縮器は、上下方向で同じ位置に配置されていたが、搭載の都合により、上下方向で異なる位置に配置されてもよい。
(7)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り、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。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、構成要素等の材質、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材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
(まとめ)
上記各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、複数の熱交換コア部と、複数の凝縮器と、気相流路と、液相流路とを備える。複数の熱交換コア部、複数の凝縮器、気相流路および液相流路は、複数の熱交換コア部のそれぞれと複数の凝縮器それぞれとが気相流路と液相流路とを介して互いに連通する1つの作動流体の回路を形成している。複数の熱交換コア部のそれぞれと複数の凝縮器のそれぞれとを作動流体が流れるときに、複数の熱交換コア部から流出した作動流体の全部が合流しないように、回路は構成されている。
また、第2の観点によれば、機器温調装置は、複数の熱交換コア部と、複数の凝縮器と、気相流路と、液相流路とを備える。複数の熱交換コア部、複数の凝縮器、気相流路および液相流路は、複数の熱交換コア部のそれぞれと複数の凝縮器それぞれとが気相流路と液相流路とを介して互いに連通する1つの作動流体の回路を形成している。気相流路は、第1流路と、第2流路と、第3流路とを含む。第1流路は、複数の熱交換コア部のうち1つの熱交換コア部と複数の凝縮器のうち1つの凝縮器とを接続する。第2流路は、第1流路に設けられた気相側接続部と複数の熱交換コア部のうち他の1つの熱交換コア部とを接続する。第3流路は、気相側接続部を通らずに、他の1つの熱交換コア部から流出した作動流体を複数の凝縮器のうち他の1つの凝縮器へ導くための流路である。
第1の観点の具体的な構成として、第2の観点の構成を採用することができる。
また、第3の観点によれば、液相流路は、第4流路と、第5流路と、第6流路とを含む。第4流路は、1つの熱交換コア部と1つの凝縮器とを接続する。第5流路は、第4流路に設けられた液相側接続部と他の1つの熱交換コア部とを接続する。第6流路は、液相側接続部を通らずに、他の1つの凝縮器から流出した作動流体を他の1つの熱交換コア部へ導くための流路である。
第2の観点において、さらに、第3の観点の構成を採用することができる。
また、第4の観点によれば、機器温調装置は、複数の熱交換コア部と、複数の凝縮器と、気相流路と、液相流路とを備える。複数の熱交換コア部、複数の凝縮器、気相流路および液相流路は、複数の熱交換コア部のそれぞれと複数の凝縮器それぞれとが気相流路と液相流路とを介して互いに連通する1つの作動流体の回路を形成している。複数の熱交換コア部は、第1熱交換コア部と、第2熱交換コア部と、第3熱交換コア部とを含む。複数の凝縮器は、第1凝縮器と、第2凝縮器とを含む。気相流路は、第1熱交換コア部と第2熱交換コア部とを連結する第1連結流路と、第1連結流路と第3熱交換コア部とを連結する第2連結流路とを含む。第1凝縮器は、第1連結流路に接続される。第2凝縮器は、第2連結流路に接続される。
第1の観点の具体的な構成として、第4の観点の構成を採用することができる。これによれば、各熱交換コア部と複数の凝縮器との間を作動流体が循環する各循環経路において、作動流体の流量が最大となる部分での作動流体の流量を、検討例の機器温調装置における上記の2つの部分での作動流体の流量よりも少なくすることができる。
また、第5の観点によれば、液相流路は、第1熱交換コア部と第2熱交換コア部とを連結する第3連結流路と、第3連結流路と第3熱交換コア部とを連結する第4連結流路とを含む。第1凝縮器は、第3連結流路に接続される。第2凝縮器は、第4連結流路に接続される。
第4の観点において、さらに、第5の観点の構成を採用することができる。
また、第6の観点によれば、機器温調装置は、車両に搭載される。対象機器は、車両走行用の電力を供給する電池である。このように、第1-第5の観点の機器温調装置を、車両走行用の電力を供給する電池の温度を調整する機器温調装置に適用することができる。