WO2016047017A1 - 熱輸送システム - Google Patents

Abstract

　熱輸送システムは、第１熱媒体が循環する第１回路（１）と、第２熱媒体が循環する第２回路（２、３）とを備える。第１回路は、熱を発生させる第１熱源（１１）と、熱を系外へ放出する第１放熱部（１２）とを有している。第２回路は、第２熱媒体の蒸発により冷熱を生成する蒸発部（２４、３１）と、蒸発した気体状の第２熱媒体から熱を放出する第２放熱部（２２、３２、３６）とを有している。第２放熱部では、第２熱媒体から放出された熱によって、第１熱媒体を加熱する。第１熱媒体は、少なくとも１種類の溶質（６０）を含む溶液により構成されている。当該溶質は、熱媒体の温度が予め定めた基準温度以下になった場合に、溶媒の固液界面に選択的に近接する第１部位（６１）と、第１部位（６１）に接続されるとともに、溶媒に対して疎溶媒性である第２部位（６２）とを備える分子により構成されている。

Description

熱輸送システム 関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１４年９月２４日に出願された日本特許出願２０１４－１９３３３７号を基にしている。

　本開示は、液体の熱媒体を用いて熱輸送を行う熱輸送システムに関するものである。

　車両等には、エネルギ変換の際に発生した熱を輸送して、その熱を放熱部から系外へ放熱する熱輸送システムが設けられている。この熱輸送システムにおいては、異なる温度帯毎に複数の冷却回路が設けられている場合が多い。

　例えば、車両に搭載される熱輸送システムは、冷却回路として、高温用の第１回路と、低温用の第２回路とを備えている。第１回路では、インバータやエンジン等で発生した熱が、第１熱媒体を介してラジエータに輸送される。第２回路では、車両用空調装置の蒸発器で吸熱した熱が、第２熱媒体を介して凝縮器に輸送される。これにより、１つのシステムにおいて、機器冷却と空調の双方を達成することができる。

　このような熱輸送システムでは、第１熱媒体としては液体が用いられることが多いが、この液体は不凍性を有している必要がある。このため、第１熱媒体として、凝固点降下剤であるエチレングリコールを水に対して５割程度加えた液体を用いることにより、不凍性を確保している（例えば、特許文献１参照）。

　また、このような熱輸送システムでは、第１回路および第２回路の双方、すなわちラジエータおよび凝縮器の双方において、外気に対して放熱を行っている。このとき、ラジエータおよび凝縮器を外気流れに対して直列に配置することで、ラジエータおよび凝縮器の双方にて熱媒体と外気との熱交換が行われるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－０２０８０号公報

　しかしながら、上記特許文献１に記載のシステムのように、ラジエータおよび凝縮器を外気流れに対して直列に配置すると、車両搭載スペースが増大し、エンジンルーム内の他部品の搭載スペースを圧迫する恐れがある。これにより、他部品の設計自由度が低くなってしまう。

　これに対して、第２回路から第１回路へ熱を放出するという手法が考えられる。これにより、ラジエータと直列に凝縮器を配置する必要がなくなるので、エンジンルーム内の搭載スペースを縮小することができる。

　しかしながら、上記特許文献１に記載のシステムでは、第１熱媒体の比熱や熱伝導率等の熱物性が悪いため、ラジエータの体格が大きくなり、結局は搭載スペースが増大し、エンジンルーム内の他部品の搭載スペースを圧迫してしまう。

　本開示は上記点に鑑みて、複数の熱媒体回路を備えるとともに、系外へ熱を放出する放熱部の搭載スペースを確実に減少させることができる熱輸送システムを提供することを目的とする。

　本開示の熱輸送システムは、液体状の第１熱媒体が循環する第１回路と、第２熱媒体が循環する第２回路とを備える。第１回路は、熱を発生させる第１熱源と、熱を系外へ放出する第１放熱部とを有している。第２回路は、液体状の第２熱媒体の蒸発により冷熱を生成する蒸発部と、蒸発部にて蒸発した気体状の第２熱媒体から熱を放出する第２放熱部とを有している。

　第２放熱部は、第２熱媒体から第１熱媒体へ熱を放出して、第１熱媒体を加熱する。第１回路は、第２放熱部において加熱された第１熱媒体の有する熱を第１放熱部から系外へ放出させる。第１熱媒体は、溶媒と少なくとも１種類の溶質とを有する溶液により構成されている。少なくとも１種類の溶質は、熱媒体の温度が予め定めた基準温度以下になった場合に、溶媒の固液界面に選択的に近接する第１部位と、第１部位に接続されるとともに、溶媒に対して疎溶媒性である第２部位とを備える分子により構成されている。

　これによれば、第２放熱部において、第２熱媒体が第１熱媒体へ熱を放出するので、第２放熱部から第２熱媒体の有する熱を系外へ放出するために、第２放熱部を第１放熱部と直列に配置する必要がなくなる。

　そして、本開示では、第１熱媒体は、溶媒と少なくとも１種類の溶質とを有する溶液により構成されている。また、少なくとも１種類の溶質は、熱媒体の温度が予め定めた基準温度以下になった場合に、溶媒の固液界面に選択的に近接する第１部位と、第１部位に接続されるとともに、疎溶媒性の第２部位とを備える分子により構成されている。

　このため、第１熱媒体の温度が低下して基準温度以下になった場合に、溶質の第１部位が溶液の固液界面に選択的に近接して吸着する。これにより、溶媒の固液界面に吸着した第１部位により、溶媒の凝固核の成長が阻害されるため、凍結の進行を抑制できる。さらに、疎溶媒性の第２部位により、溶媒が固液界面に近づくことが抑制されるので、凍結の進行をより抑制できる。

　このため、熱媒体にエチレングリコール等の凝固点降下剤を含有させなくても、第１熱媒体の凍結の進行を遅らせることができる。これにより、第１熱媒体の熱物性悪化および粘度増大を抑制しつつ、不凍性能を充分に確保することが可能となる。

　したがって、第１熱媒体の有する熱を系外へ放熱する第１放熱部の体格を小型化することができるので、第１放熱部の搭載スペースを確実に減少させることが可能となる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第１実施形態に係る熱輸送システムを示す全体構成図である。 第１実施形態における冷却水の構成を説明するための説明図である。 第２実施形態に係る熱輸送システムを示す全体構成図である。 第３実施形態に係る熱輸送システムを示す全体構成図である。 第４実施形態に係る熱輸送システムを示す全体構成図である。 第５実施形態に係る熱輸送システムを示す全体構成図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

　（第１実施形態）
　第１実施形態について図１および図２に基づいて説明する。本実施形態は、本開示に係る熱輸送システムを、ハイブリッド自動車に搭載したものである。

　図１に示すように、本実施形態の熱輸送システムは、インバータ１１を冷却する冷却システムの冷却水が流通する冷却水回路１と、車両用空調装置を構成する蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒が流通する冷媒回路２とを備えている。ここで、本実施形態の冷却水が本開示の第１熱媒体に相当しており、本実施形態の冷却水回路が本開示の第１回路に相当している。また、本実施形態の冷媒が本開示の第２熱媒体に相当しており、本実施形態の冷媒回路が本開示の第２回路に相当している。

　冷却システムは、インバータ１１の冷却水をラジエータ１２にて冷却するシステムとなっている。すなわち、本実施形態の冷却システムは、インバータ１１からの熱を、冷却水を介してラジエータ１２へ輸送するシステムとなっている。

　インバータ１１は、エネルギ変換により熱を発生するものであり、本開示の第１熱源に相当している。また、ラジエータ１２は、インバータ１１の排熱と熱交換して高温となった冷却水と、送風ファン１２ａにより送風された外気と熱交換させて、冷却水の有する熱を系外へ放出する熱交換器である。ラジエータ１２は、本開示の第１放熱部に相当している。

　インバータ１１とラジエータ１２は、インバータ１１とラジエータ１２との間で閉回路を形成する冷却水回路１によって接続されている。冷却水回路１には、冷却水を吸入して吐出する流体機械であるポンプ１３が設けられている。ポンプ１３は、電動モータによって駆動される電動ポンプであり、冷却水回路１における冷却水の流動を制御する流動制御部である。そして、冷却水回路１内の冷却水は、インバータ１１の冷却水出口からラジエータ１２を経由してインバータ１１の冷却水入口に循環する。

　蒸気圧縮式冷凍サイクルは、空調対象空間である車室内へ送風される空気を冷却する機能を果たす。冷凍サイクルの冷媒回路２には、圧縮機２１、凝縮部２２、膨張弁２３、および蒸発部２４が設けられている。

　圧縮機２１は、冷凍サイクルにおいて冷媒を吸入し、圧縮して吐出するものである。本実施形態の圧縮機２１は、 吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータに
て駆動する電動圧縮機として構成されている。

　凝縮部２２は、圧縮機２１から吐出した高圧冷媒と、冷却水回路１を流れる冷却水とを熱交換させて、高圧冷媒を凝縮させる熱交換器であり、本開示の第２放熱部に相当している。凝縮部２２は、高圧冷媒（気相冷媒）を凝縮させる際に生じる凝縮熱を冷却水に放出する。

　本実施形態の凝縮部２２では、圧縮機２１から吐出した高圧冷媒と、冷却水回路１を流れる冷却水とが直接熱交換する。また、本実施形態の凝縮部２２は、冷却水回路１におけるインバータ１１の出口側とラジエータ１２の入口側との間に配置されている。

　膨張弁２３は、凝縮部２２から流出した液相冷媒を減圧膨張させる減圧部である。蒸発部２４は、膨張弁２３で減圧膨張された低圧冷媒と車室内へ送風される空気（第３熱媒体）とを熱交換させることによって低圧冷媒を蒸発させる熱交換器である。蒸発部２４は、低圧冷媒（液相冷媒）の蒸発により冷熱を生成し、その冷熱を当該空気に放出する。蒸発部２４で蒸発した気相冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮される。

　次に、本実施形態に係る冷却システムで用いられる冷却水について説明する。本実施形態の冷却水は、溶媒と少なくとも１種類の溶質６０とを有する溶液により構成されている。

　図２に示すように、冷却水の溶質６０は、第１部位であるヘッド６１と、第２部位であるテール６２とを備える分子により構成されている。ヘッド６１は、冷却水の温度が予め定めた基準温度以下になった場合に、溶媒の固液界面７０に選択的に近接する部位である。テール６２は疎溶媒性の部位であり、ヘッド６１に接続される。

　本実施形態では、溶媒として水が採用されている。すなわち、テール６２は疎水性を有する。また、溶質６０のヘッド６１として、第４級アンモニウム基、スルホ基、エステル基、カルボキシル基およびヒドロキル基のうちのいずれかが採用されている。また、溶質６０のテール６２として、複数の炭素を主鎖とするとともに、各炭素と結合される親水基が４個以下であるものが採用されている。

　具体的には、本実施形態の溶質６０として、ヘッド６１がトリメチルアンモニウム基であるとともに、テール６２が炭素数１６以下の直鎖状炭化水素基である化合物を採用している。具体的には、溶質６０として、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム（以下、Ｃ₁₆ＴＡＢともいう）を採用している。

　なお、本実施形態の溶質６０としては、Ｃ₁₆ＴＡＢの他に、ポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ－１００）、ポリオキシエチレン（２５）オクチルドデシルエーテル（エマルゲン（登録商標）２０２５Ｇ）、オレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン（Ｔｗｅｅｎ（登録商標）８０）、ステアリン酸ＰＥＧ－１５０、ミリスチルスルホベタイン、コール酸ナトリウムを採用することができる。

　以上説明したように、本実施形態では、凝縮部２２において、冷媒が冷却水へ熱を放出する。このため、凝縮部２２から冷媒の有する熱を系外へ放出するために、エンジンルーム内において凝縮部２２をラジエータ１２と直列に配置する必要がなくなる。これにより、エンジンルームにおける放熱用熱交換器の搭載スペースを減少させることができる。

　そして、本実施形態では、冷却水の溶質６０を、冷却水温度が基準温度以下になった場合に、水の固液界面７０に選択的に近接するヘッド６１と、ヘッド６１に接続されるとともに、疎水性のテール６２とを備える分子により構成している。

　これによれば、冷却水の温度が低下して基準温度以下になった場合に、溶質６０のヘッド６１が水の固液界面７０に選択的に近接して吸着する。そして、水の固液界面７０に吸着したヘッド６１により、水の氷核（凝固核）の成長が阻害されるため、凍結の進行を抑制できる。さらに、疎水性のテール６２により、水が固液界面７０に近づくことが抑制されるので、凍結の進行をより抑制できる。

　このため、冷却水に凝固点降下剤（チレングリコール）を含有させなくても、冷却水の凍結の進行を遅らせる、すなわち冷却水の凝固点を低下させることができる。これにより、冷却水の熱物性悪化および粘度増加を抑制しつつ、冷却水の不凍性能を充分に確保することできる。

　したがって、冷却水回路１を流通する冷却水として、本実施形態の冷却水を用いることで、冷却水の有する熱を系外へ放熱するラジエータ１２の体格を小型化することができる。これにより、エンジンルームにおけるラジエータ１２の搭載スペースを確実に減少させることが可能となる。

　また、冷却水の粘度増加が抑制されているので、ポンプ１３の動力を低減させることができる。

　ところで、図２に示すように、本実施形態の冷却水において、溶質６０のヘッド６１が水の固液界面７０に吸着した際に、テール６２はヘッド６１を基点として運動する。このとき、隣り合う溶質分子のテール６２同士が接触しないようになっている。したがって、溶質分子のテール６２の長さが長すぎると動径も大きくなり、隣り合う溶質分子同士の距離ｄが長くなるので、氷核の成長を阻害し難くなる。これにより、冷却水の凍結の進行抑制効果が低下してしまう。

　これに対し、上述したように、溶質分子のテール６２を、炭素数１６以下の直鎖状炭化水素基とすることで、テール６２の長さが長くなりすぎることを抑制できる。このため、隣り合う溶質分子同士の距離ｄを短くすることができるので、氷核の成長を阻害し易くなり、冷却水の凍結の進行を確実に抑制することができる。

　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態について図３に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、蒸気圧縮式冷凍サイクルに代えて、ケミカルヒートポンプサイクルを用いた点が異なるものである。

　図３に示すように、本実施形態の熱輸送システムは、ケミカルヒートポンプサイクルの熱媒流体が流通する熱媒流体回路３を備えている。ここで、本実施形態の熱媒流体が本開示の第２熱媒体に相当しており、本実施形態の熱媒流体回路３が本開示の第２回路に相当している。

　ケミカルヒートポンプサイクルの熱媒流体回路３には、蒸発部３１、反応部３２および第１バルブ３３が設けられている。

　蒸発部３１は、熱媒流体回路３を流れる熱媒流体と車室内へ送風される空気とを熱交換させることによって熱媒流体を蒸発させる熱交換器である。蒸発部３１は、熱媒流体の蒸発により冷熱を生成し、その冷熱を当該空気に放出する。

　反応部３２には、蒸発部３１にて蒸発した熱媒流体と化学反応する反応媒体が収容されている。反応部３２は、気相熱媒流体および反応媒体を反応させて化合物を生成する際に生じる反応熱により、冷却水回路１を流れる冷却水を加熱する。このため、本実施形態の反応部３２が、本開示の第２放熱部に相当している。

　本実施形態の反応部３２では、気相熱媒流体と冷却水とが直接熱交換する。また、本実施形態の反応部３２は、冷却水回路１におけるインバータ１１の出口側とラジエータ１２の入口側との間に配置されている。

　第１バルブ３３は、熱媒流体回路３における蒸発部３１と反応部３２との間に設けられている。第１バルブ３３は、熱媒流体回路３の開度を調整する第１開度調整部である。

　ここで、熱媒流体としては、複数の分子間にて水素結合が発現する流体を採用することができる。反応媒体としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属と、ハロゲンまたは酸素とを有する固体を採用することができる。本実施形態では、熱媒流体として、冷却水回路１を流通する冷却水と同様の構成の流体を採用するとともに、反応媒体として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を採用している。

　すなわち、本実施形態では熱媒流体を、溶媒と１種類の溶質６０とを有する溶液により構成している。そして、熱媒流体の溶質６０を、熱媒流体温度が基準温度以下になった場合に、水の固液界面７０に選択的に近接するヘッド６１と、ヘッド６１に接続されるとともに、疎水性のテール６２とを備える分子により構成している。このため、本実施形態では、熱媒流体の熱物性悪化および粘度増加を抑制しつつ、不凍性能を充分に確保することができる。

　その他の構成は、上記第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態の熱輸送システムによれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

　（第３実施形態）
　次に、第３実施形態について図４に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第２実施形態と比較して、ケミカルヒートポンプサイクルの構成が異なるものである。

　図４に示すように、本実施形態の反応部３２は、反応本体部３２１および凝縮部３２２を有して構成されている。

　反応本体部３２１には、反応媒体が収容されている。反応本体部３２１では、気相熱媒流体および反応媒体が反応して化合物を生成する。また、反応本体部３２１は、系外にて発生する熱である外部熱によって化合物を気相熱媒流体および反応媒体に分離、すなわち再生させる。

　反応本体部３２１は、冷却水回路１におけるラジエータ１２の入口側に接続されている。具体的には、反応本体部３２１は、冷却水回路１におけるインバータ１１の出口側とラジエータ１２の入口側との間に配置されている。

　凝縮部３２２は、反応本体部３２１に接続されている。凝縮部３２２は、反応本体部３２１において発生した気相熱媒流体を凝縮させる熱交換器である。凝縮部３２２は、気相熱媒流体を凝縮させる際に生じる凝縮熱により、冷却水回路１を流れる冷却水を加熱する。本実施形態の凝縮部３２２では、気相熱媒流体と冷却水とが直接熱交換する。

　本実施形態の凝縮部３２２は、冷却水回路１におけるラジエータ１２の出口側に接続されている。具体的には、凝縮部３２２は、冷却水回路１におけるラジエータの出口側とポンプ１３の吸入側との間に配置されている。

　熱媒流体回路３における反応本体部３２１の出口側と凝縮部３２２の入口側との間には、第２バルブ３４が設けられている。第２バルブ３４は、熱媒流体回路３の開度を調整する第２開度調整部である。

　熱媒流体回路３は、凝縮部３２２の出口側と蒸発部３１の入口側とを接続する接続流路３５を有している。これにより、熱媒流体回路３は、環状に構成されている。

　ところで、本実施形態では、反応本体部３２１内の化合物を加熱する外部熱として、エンジン（内燃機関）４１の排熱が採用されている。

　エンジン４１は、第１熱源であるインバータ１１が発生させる熱よりも高温の熱を発生させる第２熱源である。エンジン４１は、当該高温の熱を高温冷却水に放出する。

　本実施形態の熱輸送システムは、エンジン４１と反応本体部３２１とを接続するとともに、高温冷却水が流通する高温冷却水回路４を備えている。ここで、本実施形態の高温冷却水が本開示の第４熱媒体に相当し、本実施形態の高温冷却水回路４が本開示の第３回路に相当している。

　反応本体部３２１は、高温冷却水回路４を流通する高温冷却水との間で熱の授受を行う。また、反応本体部３２１は、高温冷却水の有する熱によって化合物を気相熱媒流体および反応媒体に分離させる。

　高温冷却水回路４には、冷却水を、反応本体部３２１を迂回するように流すバイパス流路４２が設けられている。高温冷却水回路４とバイパス流路４２との分岐点には、バイパス流路４２に流れる高温冷却水流量を調整するための流路切替弁４３が設けられている。

　次に、本実施形態に係る熱輸送システムの作動を説明する。

　ケミカルヒートポンプサイクルの駆動時、すなわち車室内へ送風される空気を冷却する際には、第１バルブ３３を開放するとともに、第２バルブ３４を閉塞する。さらに、流路切替弁４３を、反応本体部３２１側を閉じてバイパス流路４２側を開くように切り替える。

　これにより、図４の実線矢印に示すように、蒸発部３１において、熱媒流体と車室内へ送風される空気との間で熱交換が行われ、熱媒流体が蒸発する。このとき、蒸発部３１において、熱媒流体の蒸発により生成された冷熱が車室内へ送風される空気に放出され、当該空気が冷却される。

　そして、蒸発部３１にて蒸発した気相熱媒流体は反応本体部３２１に流入する。これにより、反応本体部３２１において、気相熱媒流体および反応媒体が反応して化合物が生成される。このとき、反応本体部３２１にて発生した反応熱は、冷却水回路１を流通する冷却水に放出され、冷却水が加熱される。反応本体部３２１にて加熱された冷却水の有する熱は、ラジエータ１２を介して外気に放出される。

　一方、ケミカルヒートポンプサイクルの停止時、すなわち反応本体部３２１内の化合物の再生時には、第１バルブ３３を閉塞するとともに、第２バルブ３４を開放する。さらに、流路切替弁４３を、反応本体部３２１側を開いてバイパス流路４２側を閉じるように切り替える。

　これにより、図４の破線矢印に示すように、反応本体部３２１に高温冷却水が流通し、高温冷却水の有する熱により化合物が加熱される。そして、化合物が、気相熱媒流体および反応媒体に分離する。

　反応本体部３２１にて発生した気相熱媒流体は、凝縮部３２２に流入する。そして、凝縮部３２２において、凝縮部３２２に流入した気相熱媒流体と冷却水回路１を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、熱媒流体が凝縮する。このとき、凝縮部３２２にて発生した凝縮熱は、冷却水回路１を流通する冷却水に放出され、冷却水が加熱される。凝縮部３２２にて加熱された冷却水の有する熱は、ラジエータ１２を介して外気に放出される。

　そして、凝縮部３２２にて凝縮した液相熱媒流体は、接続流路３５を介して、蒸発部３１に流入する。

　ここで、本実施形態では、高温冷却水として、冷却水回路１を流通する冷却水と同様の構成の流体を採用している。すなわち、本実施形態では高温冷却水を、溶媒と１種類の溶質６０とを有する溶液により構成している。そして、熱媒流体の溶質６０を、熱媒流体温度が基準温度以下になった場合に、水の固液界面７０に選択的に近接するヘッド６１と、ヘッド６１に接続されるとともに、疎水性のテール６２とを備える分子により構成している。このため、本実施形態では、高温冷却水の熱物性悪化および粘度増加を抑制しつつ、不凍性能を充分に確保することができる。

　その他の構成は、上記第２実施形態と同様である。したがって、本実施形態の熱輸送システムによれば、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、反応本体部３２１において、エンジン１の排熱、すなわち高温冷却水の有する熱により化合物が加熱されることで、化合物の再生を行うことができる。

　（第４実施形態）
　次に、第４実施形態について図５に基づいて説明する。本第４実施形態は、上記第２実施形態と比較して、ケミカルヒートポンプサイクルに代えて、吸収式ヒートポンプサイクルを用いた点が異なるものである。すなわち、本第４実施形態は、上記第２実施形態の反応部３２に代えて、吸収部３６を設けたものであり、その他の構成は第２実施形態と同様である。

　図５に示すように、本実施形態の熱輸送システムは、吸収式ヒートポンプサイクルの熱媒流体が流通する熱媒流体回路３を備えている。ここで、本実施形態の熱媒流体が本開示の第２熱媒体に相当しており、本実施形態の熱媒流体回路３が本開示の第２回路に相当している。

　吸収式ヒートポンプサイクルの熱媒流体回路３には、蒸発部３１、吸収部３６および第１バルブ３３が設けられている。

　吸収部３６には、蒸発部３１にて蒸発した熱媒流体を吸収する吸収媒体が収容されている。吸収部３６は、気相熱媒流体を吸収媒体に吸収させる際に生じる吸収熱により、冷却水回路１を流れる冷却水を加熱する。このため、本実施形態の吸収部３６が、本開示の第２放熱部に相当している。

　本実施形態の吸収部３６では、気相熱媒流体と冷却水とが直接熱交換する。また、本実施形態の吸収部３６は、冷却水回路１におけるインバータ１１の出口側とラジエータ１２の入口側との間に配置されている。

　本実施形態の第１バルブ３３は、熱媒流体回路３における蒸発部３１と吸収部３６との間に設けられている。第１バルブ３３は、熱媒流体回路３の開度を調整する第３開度調整部である。

　本実施形態では、熱媒流体として水を採用するとともに、吸収媒体として臭化リチウムを採用している。また、熱媒流体としてアンモニアを採用するとともに、吸収媒体として水を採用してもよい。

　なお、熱媒流体として、冷却水回路１を流通する冷却水と同様の構成の流体を用いてもよい。これによれば、熱媒流体の熱物性悪化および粘度増加を抑制しつつ、不凍性能を充分に確保することができる。

　その他の構成は、上記第２実施形態と同様である。したがって、本実施形態の熱輸送システムによれば、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

　（第５実施形態）
　次に、第５実施形態について図６に基づいて説明する。本第５実施形態は、上記第３実施形態と比較して、ケミカルヒートポンプサイクルに代えて、吸収式ヒートポンプサイクルを用いた点が異なるものである。すなわち、本第５実施形態は、上記第３実施形態の反応本体部３２１に代えて、吸収本体部３６１を設けたものであり、その他の構成は第３実施形態と同様である。

　図６に示すように、本実施形態の吸収部３６は、吸収本体部３６１および凝縮部３２２を有して構成されている。

　吸収本体部３６１には、吸収媒体が収容されている。吸収本体部３６１では、気相熱媒流体が吸収媒体に吸収される。また、吸収本体部３６１において、系外にて発生する熱である外部熱によって、熱媒流体を吸収した吸収媒体が気相熱媒流体および吸収媒体に分離される。すなわち、吸収媒体が再生する。

　吸収本体部３６１は、冷却水回路１におけるラジエータ１２の入口側に接続されている。具体的には、吸収本体部３６１は、冷却水回路１におけるインバータ１１の出口側とラジエータ１２の入口側との間に配置されている。

　本実施形態の第２バルブ３４は、熱媒流体回路３における吸収本体部３６１の出口側と凝縮部３２２の入口側との間に設けられている。第２バルブ３４は、熱媒流体回路３の開度を調整する第４開度調整部である。

　ところで、本実施形態では、吸収本体部３６１内の熱媒流体を吸収した吸収媒体を加熱する外部熱として、エンジン４１の排熱が採用されている。

　本実施形態の熱輸送システムは、エンジン４１と吸収本体部３６１とを接続するとともに、高温冷却水が流通する高温冷却水回路４を備えている。吸収本体部３６１は、高温冷却水回路４を流通する高温冷却水の有する熱によって、熱媒流体を吸収した吸収媒体を気相熱媒流体および反応媒体に分離させる。ここで、本実施形態の高温冷却水が本開示の第４熱媒体に相当し、本実施形態の高温冷却水回路４が本開示の第３回路に相当している。

　次に、本実施形態に係る熱輸送システムの作動を説明する。

　吸収式ヒートポンプサイクルの駆動時、すなわち車室内へ送風される空気を冷却する際には、第１バルブ３３を開放するとともに、第２バルブ３４を閉塞する。さらに、流路切替弁４３を、吸収本体部３６１側を閉じてバイパス流路４２側を開くように切り替える。

　これにより、図６の実線矢印に示すように、蒸発部３１において、熱媒流体と車室内へ送風される空気との間で熱交換が行われ、熱媒流体が蒸発する。このとき、蒸発部３１において、熱媒流体の蒸発により生成された冷熱が車室内へ送風される空気に放出され、当該空気が冷却される。

　そして、蒸発部３１にて蒸発した気相熱媒流体は吸収本体部３６１に流入する。これにより、吸収本体部３６１において、気相熱媒流体が吸収媒体に吸収される。このとき、吸収本体部３６１にて発生した吸収熱は、冷却水回路１を流通する冷却水に放出され、冷却水が加熱される。吸収本体部３６１にて加熱された冷却水の有する熱は、ラジエータ１２を介して外気に放出される。

　一方、吸収式ヒートポンプサイクルの停止時、すなわち吸収本体部３６１内の熱媒流体を吸収した吸収媒体の再生時には、第１バルブ３３を閉塞するとともに、第２バルブ３４を開放する。さらに、流路切替弁４３を、吸収本体部３６１側を開いてバイパス流路４２側を閉じるように切り替える。

　これにより、図６の破線矢印に示すように、吸収本体部３６１に高温冷却水が流通し、高温冷却水の有する熱により、熱媒流体を吸収した吸収媒体が加熱される。そして、熱媒流体を吸収した吸収媒体が、気相熱媒流体および吸収媒体に分離する。

　吸収本体部３６１にて発生した気相熱媒流体は、凝縮部３２２に流入する。そして、凝縮部３２２において、凝縮部３２２に流入した気相熱媒流体と冷却水回路１を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、熱媒流体が凝縮する。このとき、凝縮部３２２にて発生した凝縮熱は、冷却水回路１を流通する冷却水に放出され、冷却水が加熱される。凝縮部３２２にて加熱された冷却水の有する熱は、ラジエータ１２を介して外気に放出される。

　そして、凝縮部３２２にて凝縮した液相熱媒流体は、接続流路３５を介して、蒸発部３１に流入する。

　その他の構成は、上記第３実施形態と同様である。したがって、本実施形態の熱輸送システムによれば、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

　（他の実施形態）
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、例えば以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された特徴は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

　（１）上記第１実施形態では、凝縮部２２を、高圧冷媒と冷却水とが直接熱交換するように構成した例について説明した。しかしながら、例えば、凝縮部２２を、高圧冷媒と冷却水とが他の熱媒体を介して熱交換するように構成してもよい。

　同様に、上記第２実施形態において、反応部３２を、気相熱媒流体と冷却水とが他の熱媒体を介して熱交換するように構成してもよい。また、上記第３、第５実施形態において、凝縮部３２２を、気相熱媒流体と冷却水とが他の熱媒体を介して熱交換するように構成してもよい。また、上記第４実施形態において、吸収部３６を、気相熱媒流体と冷却水とが他の熱媒体を介して熱交換するように構成してもよい。

　（２）上記実施形態では、第１熱源としてインバータ１１を採用した例について説明したが、第１熱源はこれに限定されない。例えば、第１熱源として、燃料電池、バッテリ等を採用してもよい。

 

Claims (14)

1. 　液体状の第１熱媒体が循環する第１回路（１）と、第２熱媒体が循環する第２回路（２、３）とを備え、
   　前記第１回路（１）は、熱を発生させる第１熱源（１１）と、熱を系外へ放出する第１放熱部（１２）とを有しており、
   　前記第２回路（２、３）は、液体状の前記第２熱媒体の蒸発により冷熱を生成する蒸発部（２４、３１）と、前記蒸発部（２４、３１）にて蒸発した気体状の前記第２熱媒体から熱を放出する第２放熱部（２２、３２、３６）とを有している熱輸送システムであって、
   　前記第２放熱部（２２、３２、３６）では、前記第２熱媒体から前記第１熱媒体へ放出された熱によって、前記第１熱媒体を加熱し、
   　前記第１回路（１）では、前記第２放熱部（２２、３２、３６）において加熱された前記第１熱媒体の有する熱が前記第１放熱部（１２）から系外へ放出され、
   　前記第１熱媒体は、溶媒と少なくとも１種類の溶質（６０）とを有する溶液により構成されており、
   　前記少なくとも１種類の溶質（６０）は、
   　　前記熱媒体の温度が予め定めた基準温度以下になった場合に、前記溶媒の固液界面（７０）に選択的に近接する第１部位（６１）と、
   　　前記第１部位（６１）に接続されるとともに、前記溶媒に対して疎溶媒性である第２部位（６２）とを備える分子により構成されている熱輸送システム。
2. 　前記第２放熱部は、前記気体状の熱媒体を凝縮させる際に生じる凝縮熱を前記第１熱媒体に放出する凝縮部（２２）である請求項１に記載の熱輸送システム。
3. 　前記第２放熱部は、前記気体状の熱媒体を化学反応させる際に生じる反応熱を前記第１熱媒体に放出する反応部（３２）である請求項１に記載の熱輸送システム。
4. 　前記第２放熱部は、前記気体状の熱媒体を吸収させる際に生じる吸収熱を前記第１熱媒体に放出する吸収部（３６）である請求項１に記載の熱輸送システム。
5. 　前記第２回路（２）における前記蒸発部（２４）の出口側と前記凝縮部（２２）の入口側との間には、前記第２熱媒体を圧縮して吐出する圧縮機（２１）が設けられており、
   　前記第２回路（２）における前記凝縮部（２２）の出口側と前記蒸発部（２４）の入口側との間には、前記凝縮部（２２）から流出した前記第２熱媒体を減圧させる減圧部（２３）が設けられており、
   　前記凝縮部（２２）は、前記圧縮機（２１）から吐出された高圧の前記第２熱媒体と前記第１熱媒体とを熱交換させて前記高圧の第２冷媒を凝縮させ、
   　前記蒸発部（２４）は、前記減圧部（２３）にて減圧された低圧の前記第２熱媒体と第３熱媒体とを熱交換させて前記低圧の第２熱媒体を蒸発させる請求項２に記載の熱輸送システム。
6. 　前記反応部（３２）は、前記第２熱媒体および反応媒体を反応させて化合物を生成する際に生じる反応熱により前記第１熱媒体を加熱し、
   　前記第２回路（３）における前記蒸発部（３１）と前記反応部（３２）との間には、前記第２回路（３）の開度を調整する第１開度調整部（３３）が設けられている請求項３に記載の熱輸送システム。
7. 　前記反応部（３２）は、
   　　系外にて発生する熱である外部熱によって前記化合物を気体状の前記第２熱媒体および前記反応媒体に分離させる反応本体部（３２１）と、
   　　前記反応本体部（３２１）において発生した気体状の前記第２熱媒体を凝縮させる凝縮部（３２２）とを有しており、
   　前記凝縮部（３２２）は、前記気体状の第２熱媒体を凝縮させる際に生じる凝縮熱により前記第１熱媒体を加熱し、
   　前記反応本体部（３２１）は、前記第１回路（１）における前記第１放熱部（１２）の入口側に接続されており、
   　前記凝縮部（３２２）は、前記第１回路（１）における前記第１放熱部（１２）の出口側に接続されており、
   　前記第２回路（３）における前記反応本体部（３２１）の出口側と前記凝縮部（３２２）の入口側との間には、前記第２回路（３）の開度を調整する第２開度調整部（３４）が設けられており、
   　前記第２回路（３）は、前記凝縮部（３２２）の出口側と前記蒸発部（３１）の入口側とを接続する接続流路（３５）を有している請求項６に記載の熱輸送システム。
8. 　前記第１熱源（１１）が発生させる熱よりも高温の熱を第４熱媒体に放出する第２熱源（４１）と前記反応本体部（３２１）とを接続するとともに、前記第３熱媒体が流通する第３回路（４）をさらに備え、
   　前記反応本体部（３２１）は、前記第３回路（４）を流通する前記第４熱媒体との間で熱の授受を行い、
   　前記反応本体部（３２１）は、前記第４熱媒体の有する熱によって前記化合物を気体状の前記第２熱媒体および前記反応媒体に分離させる請求項７に記載の熱輸送システム。
9. 　前記第２熱媒体は、複数の分子間にて水素結合が発現する流体であり、
   　前記反応媒体は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属と、ハロゲンまたは酸素とを有する固体である請求項６ないし８のいずれか１つに記載の熱輸送システム。
10. 　前記第２熱媒体は、溶媒と少なくとも１種類の溶質（６０）とを有する溶液により構成されており、
    　前記少なくとも１種類の溶質（６０）は、
    　　前記熱媒体の温度が予め定めた基準温度以下になった場合に、前記溶媒の固液界面（７０）に選択的に近接する第１部位（６１）と、
    　　前記第１部位（６１）に接続されるとともに、前記溶媒に対して疎溶媒性である第２部位（６２）とを備える分子により構成されている請求項９に記載の熱輸送システム。
11. 　前記吸収部（３６）は、前記第２熱媒体を吸収媒体に吸収させる際に生じる吸収熱により前記第１熱媒体を加熱し、
    　前記第２回路（３）における前記蒸発部（３１）と前記吸収部（３６）との間には、前記第２回路（３）の開度を調整する第３開度調整部（３３）が設けられている請求項４に記載の熱輸送システム。
12. 　前記吸収部（３６）は、
    　　系外にて発生する熱である外部熱によって、前記第２熱媒体を吸収した吸収媒体を、気体状の前記第２熱媒体および前記吸収媒体に分離させる吸収本体部（３６１）と、
    　　前記吸収本体部（３６１）において発生した気体状の前記第２熱媒体を凝縮させる凝縮部（３２２）とを有しており、
    　前記凝縮部（３２２）は、前記気体状の第２熱媒体を凝縮させる際に生じる凝縮熱により前記第１熱媒体を加熱し、
    　前記吸収本体部（３６１）は、前記第１回路（１）における前記第１放熱部（１２）の入口側に接続されており、
    　前記凝縮部（３２２）は、前記第１回路（１）における前記第１放熱部（１２）の出口側に接続されており、
    　前記第２回路（３）における前記吸収本体部（３６１）の出口側と前記凝縮部（３２２）の入口側との間には、前記第２回路（３）の開度を調整する第４開度調整部（３４）が設けられており、
    　前記第２回路（３）は、前記凝縮部（３２２）の出口側と前記蒸発部（３１）の入口側とを接続する接続流路（３５）を有している請求項１１に記載の熱輸送システム。
13. 　前記第１熱源（１１）が発生させる熱よりも高温の熱を第４熱媒体に放出する第２熱源（４１）と前記吸収本体部（３６１）とを接続するとともに、前記第４熱媒体が流通する第３回路（４）をさらに備え、
    　前記吸収本体部（３６１）は、前記第３回路（４）を流通する前記第４熱媒体との間で熱の授受を行い、
    　前記吸収本体部（３６１）は、前記第２熱媒体を吸収した吸収媒体を、前記第４熱媒体の有する熱によって、気体状の前記第２熱媒体および前記反応媒体に分離させる請求項１２に記載の熱輸送システム。
14. 　前記第４熱媒体は、溶媒と少なくとも１種類の溶質（６０）とを有する溶液により構成されており、
    　前記少なくとも１種類の溶質（６０）は、
    　　前記熱媒体の温度が予め定めた基準温度以下になった場合に、前記溶媒の固液界面（７０）に選択的に近接する第１部位（６１）と、
    　　前記第１部位（６１）に接続されるとともに、前記溶媒に対して疎溶媒性である第２部位（６２）とを備える分子により構成されている請求項８または１３に記載の熱輸送システム。
    
     

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