WO2020110492A1 - サーモサイフォン装置 - Google Patents

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WO2020110492A1
WO2020110492A1 PCT/JP2019/040578 JP2019040578W WO2020110492A1 WO 2020110492 A1 WO2020110492 A1 WO 2020110492A1 JP 2019040578 W JP2019040578 W JP 2019040578W WO 2020110492 A1 WO2020110492 A1 WO 2020110492A1
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WO
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working fluid
condensing
phase
forming member
passage forming
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Application number
PCT/JP2019/040578
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English (en)
French (fr)
Inventor
康光 大見
功嗣 三浦
義則 毅
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/06Control arrangements therefor

Definitions

  • thermosiphon device and is suitable for use in a temperature adjustment device.
  • Patent Document 1 discloses a thermosiphon device used as a temperature adjusting device for cooling a battery mounted in an electric vehicle or the like.
  • thermosiphon device of Patent Document 1 has a heat input part and a heat dissipation part.
  • the heat input section is an evaporation section that evaporates a liquid-phase working fluid to cool the battery.
  • the heat dissipation part is a condensing part that condenses the vapor-phase working fluid evaporated in the evaporating part.
  • Patent Document 1 also discloses that a connecting portion that connects the evaporating portion and the condensing portion is formed of a heat insulating material.
  • thermosiphon device of Patent Document 1 forming the connection part with a heat insulating material is effective for suppressing so-called heat damage.
  • the heat damage is a phenomenon in which, when the working fluid in the liquid phase condensed in the condensing part flows through the connection part, it absorbs heat from an external fluid (for example, outside air) outside the connection part and evaporates again. ..
  • an external fluid for example, outside air
  • connection part is made of a heat insulating material
  • the working fluid cannot be condensed at the connection part even if the temperature of the external fluid is lower than that of the working fluid flowing through the connection part.
  • forming the connection part with a heat insulating material is effective in suppressing a decrease in the cooling capacity in the evaporating section, it is rather an obstacle to further improving the cooling capacity in the evaporating section. I will end up.
  • the present disclosure has an object to provide a thermosiphon device capable of both suppressing heat damage and efficiently condensing a working fluid.
  • thermosyphon device includes an evaporation unit, a condensation unit, and a connection unit.
  • the evaporation unit evaporates the working fluid in the liquid phase.
  • the condenser unit condenses the vapor-phase working fluid evaporated in the evaporation unit.
  • the connection part connects the condensation part and the evaporation part.
  • a passage forming member is arranged inside the connection part.
  • the passage forming member forms a liquid phase fluid passage through which the working fluid in the liquid phase condensed in the condensing section is circulated.
  • the passage forming member is formed of a heat insulating material that suppresses heat transfer between the external fluid outside the connecting portion and the working fluid flowing through the liquid phase fluid passage.
  • the passage forming member forms a liquid phase fluid passage in a part of the internal space of the connecting portion.
  • the passage forming member is formed of the heat insulating material, the working fluid in the liquid phase condensed in the condensing portion absorbs heat from the external fluid and evaporates again when flowing through the liquid phase fluid passage. It can be suppressed. Therefore, heat damage to the working fluid in the liquid phase condensed in the condenser can be suppressed.
  • the liquid-phase fluid passage is formed in a part of the internal space of the connection part, the vapor-phase working fluid can flow into the remaining space and exchange heat with the external fluid.
  • the vapor-phase working fluid in the residual space can be cooled and condensed. That is, the working fluid can be condensed not only in the condensing part but also in the connecting part.
  • thermosiphon device that can both suppress heat damage and efficiently condense the working fluid.
  • thermosiphon device includes an evaporation part, a first condensing part, a second condensing part, and a passage forming member.
  • the evaporation unit evaporates the working fluid in the liquid phase.
  • the first condenser section condenses the vapor-phase working fluid evaporated in the evaporation section.
  • the second condensing unit condenses the vapor-phase working fluid by exchanging heat between the vapor-phase working fluid vaporized in the evaporator and the external fluid.
  • the passage forming member forms a liquid-phase fluid passage through which the liquid-phase working fluid condensed in the first condensing unit flows.
  • the passage forming member is made of a heat insulating material that suppresses heat transfer between the external fluid and the working fluid flowing through the liquid phase fluid passage.
  • the passage forming member is arranged inside the second condenser.
  • the passage forming member is formed of the heat insulating material
  • the working fluid in the liquid phase condensed in the first condensing portion absorbs heat from the external fluid and evaporates again when flowing through the liquid phase fluid passage. It can be suppressed. Therefore, heat damage to the working fluid in the liquid phase condensed in the first condenser can be suppressed.
  • the liquid-phase fluid passage is arranged inside the second condensing part, the gas-phase working fluid can flow into the second condensing part.
  • the second condenser can cool and condense the working fluid. That is, the working fluid can be condensed not only in the first condenser section but also in the second condenser section.
  • thermosiphon device that can both suppress heat damage and efficiently condense the working fluid.
  • thermosiphon device of a 1st embodiment It is an axial direction sectional view of the 2nd condensation part of a 1st embodiment.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. It is explanatory drawing for demonstrating the operation state of the thermosiphon apparatus of 1st Embodiment. It is explanatory drawing for demonstrating another operation state of the thermosiphon device of 1st Embodiment. It is explanatory drawing for demonstrating another operation state of the thermosiphon device of 1st Embodiment. It is an axial sectional view showing the modification of the 2nd condensation part. It is an axial sectional view showing another modification of the 2nd condensation part.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along line XX of FIG. 9. It is an axial sectional view of the 2nd condensation part of a 3rd embodiment.
  • FIG. 12 is a sectional view taken along line XII-XII of FIG. 11. It is a typical whole block diagram of the thermosiphon device of 4th Embodiment. It is a typical axial direction sectional view of the condensation part of a 5th embodiment.
  • FIG. 15 is a sectional view taken along line XV-XV in FIG. 14. It is sectional drawing corresponding to FIG. 15 in the condensation part of a comparative example. It is a typical whole block diagram of the thermosiphon device of other embodiments.
  • thermosiphon device 10 of the present embodiment is mounted on an electric vehicle 1 that obtains a driving force for traveling from an electric motor.
  • the thermosiphon device 10 is used as a temperature adjustment device that cools a battery 2 that supplies electric power to an electric motor or the like in an electric vehicle 1.
  • the battery 2 is an assembled battery formed by electrically connecting a plurality of battery cells in series or in parallel.
  • the battery cell is a rechargeable secondary battery (a lithium ion battery in this embodiment).
  • Each battery cell is formed in a flat and substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the respective battery cells are stacked and arranged in a predetermined direction with their flat surfaces adjacent to each other. Therefore, the battery 2 as a whole is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the battery 2 is less likely to undergo a chemical reaction at low temperatures, and its output is likely to decrease. Further, the battery 2 generates heat during operation (that is, during charging/discharging). Further, the battery 2 is likely to deteriorate when the temperature becomes high. Therefore, the temperature of the battery 2 is maintained within an appropriate temperature range (15° C. or higher and 55° C. or lower in the present embodiment) in which the charge/discharge capacity of the battery 2 can be fully utilized. Is desirable.
  • the battery 2 is arranged under the floor in the passenger compartment 3 in which passengers board.
  • the thermosiphon device 10 is arranged in both the vehicle interior 3 and the drive device compartment 4. It should be noted that the up, down, front, and rear arrows in FIG. 1 indicate the up, down, front, and back directions when the battery 2, the thermosiphon device 10, and the like are mounted on the vehicle. This also applies to other drawings.
  • the drive device room 4 forms a space in which at least a part of a drive device (for example, an electric motor) for outputting a driving force for traveling is arranged.
  • the drive device compartment 4 is arranged on the front side of the vehicle compartment 3. Further, a grill for introducing outside air into the drive device chamber 4 is formed at the frontmost portion of the drive device chamber 4 in the vehicle. For this reason, the space in the drive device room 4 becomes the vehicle exterior space into which the outside air is introduced.
  • the car compartment 3 and the drive unit room 4 are separated by a partition wall 5.
  • the partition wall 5 is a partition wall member arranged for soundproofing and fireproofing in the vehicle interior 3. That is, the partition wall 5 is similar to what is called a dash panel or a firewall in an ordinary engine vehicle that obtains a driving force for vehicle traveling from an internal combustion engine (that is, an engine).
  • thermosiphon device 10 transfers heat by evaporating or condensing the working fluid enclosed inside.
  • the working fluid absorbs the exhaust heat of the battery 2 to evaporate the working fluid. Further, the heat of the evaporated working fluid is radiated to the outside to condense the working fluid. Thereby, the exhaust heat of the battery 2 is moved to the outside to cool the battery 2.
  • thermosiphon device 10 of the present embodiment a so-called single pipe type thermosiphon having one tubular member 11 with both ends closed is formed.
  • the tubular member 11 is a piping member having a circular cross section formed of a material having high thermal conductivity (aluminum in this embodiment).
  • one end side of the tubular member is arranged above the other end side. Further, in the single-tube thermosiphon, the liquid-phase working fluid and the gas-phase working fluid flow in the interior of one tubular member so as to face each other.
  • thermosiphon device 10 is arranged in both the vehicle interior 3 and the drive device compartment 4 through a through hole formed in the partition wall 5. Further, the thermosiphon device 10 employs a CFC-based refrigerant (specifically, R1234yf) used in a vapor compression refrigeration cycle as the working fluid.
  • a CFC-based refrigerant specifically, R1234yf
  • thermosiphon device 10 the tubular member 11 is roughly classified into a first condensing part 12, a second condensing part 13, a connecting part 14, and an evaporating part 15 according to its function. Further, the thermosiphon device 10 includes a temperature adjusting unit 16.
  • the first condenser 12, the second condenser 13, and the evaporator 15 are arranged in this order from the upper side to the lower side in the vertical direction as shown in FIG. More specifically, the first condensing part 12 is provided at the uppermost part on one end side of the tubular member 11 forming the thermosiphon device 10. The evaporation part 15 is provided at the lowest part of the tubular member 11 on the other end side.
  • the working fluid is filled so that the inside of the first condenser 12 is filled with the working fluid in the vapor phase when the thermosiphon device 10 is not operating. Further, the working fluid is filled so that the inside of the evaporation portion 15 is filled with the working fluid in the liquid phase when the thermosiphon device 10 is not in operation.
  • thermosiphon device 10 the first condensing part 12 and the second condensing part 13 are arranged in the drive device chamber 4. Further, the evaporation unit 15 is arranged in the vehicle interior 3.
  • the evaporator 15 is a part that causes the exhaust heat of the battery 2 to be absorbed by the liquid-phase working fluid to evaporate the working fluid.
  • the evaporation part 15 is formed in a linear shape.
  • the evaporator 15 is arranged such that one end side is positioned higher than the other end side.
  • An evaporation heat diffusion plate 15 a is arranged between the evaporation unit 15 and the side surface of the battery 2.
  • the evaporative heat diffusion plate 15a is formed of a material having high thermal conductivity (aluminum in this embodiment).
  • a heat conduction sheet (not shown) is arranged between the evaporation unit 15 and the evaporation heat diffusion plate 15a.
  • a similar heat conductive sheet is arranged between the battery 2 and the evaporation heat diffusion plate 15a.
  • the heat conductive sheet is formed of a silicone resin having both electric insulation and high heat conductivity. As a result, the evaporator 15 and the battery 2 are thermally connected.
  • the exhaust heat of the battery 2 is efficiently transferred to the working fluid in the evaporation unit 15. ing. Then, the evaporation unit 15 uniformly and efficiently absorbs the exhaust heat of the plurality of battery cells forming the battery 2 in the liquid-phase working fluid.
  • the first condensing unit 12 is a condensing unit that cools and condenses the vapor-phase working fluid evaporated in the evaporation unit 15 by the cold heat generated in the temperature adjusting unit 16.
  • the 1st condensing part 12 is formed in the shape of a straight line.
  • the 1st condensation part 12 is arrange
  • the temperature adjusting unit 16 adjusts the condensing temperature of the working fluid in the first condensing unit 12.
  • the temperature adjusting unit 16 employs an evaporating unit that evaporates the refrigerant in a vapor compression refrigeration cycle (not shown). Therefore, the temperature adjusting unit 16 can lower the condensation temperature of the working fluid in the first condensing unit 12 below the ambient temperature.
  • a condensation heat diffusion plate 12 a is arranged between the first condensing unit 12 and the temperature adjusting unit 16.
  • the basic configuration of the condensation heat diffusion plate 12a is the same as that of the evaporation heat diffusion plate 15a.
  • a heat conduction sheet (not shown) is arranged between the first condenser 12 and the condensation heat diffusion plate 12a.
  • a similar heat conductive sheet is arranged between the temperature adjusting unit 16 and the condensation heat diffusion plate 12a.
  • the condensation heat diffusion plate 12a and the heat conduction sheet between the first condensing unit 12 and the temperature adjusting unit 16 the cold heat of the temperature adjusting unit 16 is transferred to the working fluid in the first condensing unit 12. To efficiently transfer heat. Then, the first condensing unit 12 is configured to efficiently condense the vapor-phase working fluid.
  • the temperature adjusting unit 16 and the first condensing unit 12 of the present embodiment perform heat exchange between the low-pressure refrigerant of the refrigeration cycle and the working fluid in the gas phase, evaporating the low-pressure refrigerant and condensing the working fluid.
  • the temperature adjusting unit 16 and the first condensing unit 12 of the present embodiment perform heat exchange between the low-pressure refrigerant of the refrigeration cycle and the working fluid in the gas phase, evaporating the low-pressure refrigerant and condensing the working fluid.
  • the connecting portion 14 is a portion of the tubular member 11 forming the thermosiphon device 10 that connects the inlet/outlet portion of the working fluid of the first condensing portion 12 and the inlet/outlet portion of the working fluid of the evaporation portion 15.
  • the second condensing unit 13 is provided in the connecting unit 14.
  • the second condensing unit 13 causes the vapor-phase working fluid evaporated in the evaporating unit 15 to exchange heat with the external fluid existing in the outside of the connecting unit 14 (in the present embodiment, the outside air in the drive device chamber 4). It is an auxiliary condenser part that cools and condenses.
  • the second condenser section 13 is arranged below the first condenser section 12.
  • the second condensing part 13 is provided in the connection part 14 at a downstream side in the flow direction of the liquid-phase working fluid condensed in the first condensing part 12 (the liquid flow direction in FIG. 2 ). ..
  • the portion of the connecting portion 14 where the second condensing portion 13 is provided is linearly formed.
  • the 2nd condensation part 13 is arrange
  • a passage forming member 131 is arranged inside the portion of the connecting portion 14 where the second condensing portion 13 is provided.
  • the passage forming member 131 is formed of a tubular member having a circular cross section that extends linearly.
  • the passage forming member 131 forms therein a liquid phase fluid passage 13a through which the liquid phase working fluid condensed in the first condenser 12 flows.
  • the passage forming member 131 is formed of a heat insulating material that suppresses heat transfer between the working fluid flowing through the liquid phase fluid passage 13 a and the external fluid existing outside the connecting portion 14.
  • the passage forming member 131 is formed of a resin having a low thermal conductivity (for example, nylon 6, nylon 66, polypropylene, ABS resin).
  • the outer diameter of the passage forming member 131 is smaller than the inner diameter of the portion of the connecting portion 14 where the second condensing portion 13 is provided. Therefore, the portion of the connecting portion 14 in which the second condensing portion 13 is arranged has a double pipe structure. Therefore, a clearance space 13b having an annular cross section is formed between the outer peripheral surface of the passage forming member 131 and the inner peripheral surface of the connecting portion 14.
  • the upper end of the passage forming member 131 is expanded so as to come into contact with the inner peripheral surface of the connecting portion 14 over the entire circumference. Therefore, when the liquid-phase working fluid condensed in the first condensing unit 12 flows into the liquid-phase fluid passage 13a, the gap space 13b is formed from the gap between the upper end of the passage forming member 131 and the connecting portion 14. There is no inflow to.
  • a plurality of (four in the present embodiment) protrusions 131 a protruding toward the outer peripheral side are formed at equal angular intervals at the lower end of the passage forming member 131. ing. Therefore, a gap is formed between the lower end of the passage forming member 131 and the inner peripheral surface of the connecting portion 14.
  • the vapor-phase working fluid evaporated in the evaporation unit 15 can flow into the clearance space 13b from the lower side through the clearance. Further, the liquid-phase working fluid condensed in the gap space 13b can be made to flow out to the lower side (that is, the evaporation section 15 side).
  • the spine fins 132 that promote heat exchange between the working fluid in the gap space 13b and the external fluid existing outside the connecting portion 14. are arranged.
  • the spine fin 132 is formed by bending a thin plate member and spirally winding and joining the thin plate member to the outer surface of the connecting portion 14.
  • the spine fins 132 are made of a material having high thermal conductivity (aluminum in this embodiment).
  • the second condensing portion 13 is formed by the gap space 13b, the connecting portion 14, and the spine fins 132. Then, in the second condenser section 13, the working fluid flowing into the gap space 13b and the outside air in the drive device chamber 4 can be heat-exchanged. In other words, the second condensing portion 13 is provided on the outer peripheral side of the passage forming member 131.
  • thermosiphon device 10 of the present embodiment First, the linear tubular member 11 forming the thermosiphon device 10 is prepared. Then, the passage forming member 131 is inserted into the tubular member 11 and arranged at a predetermined position (passage forming member arrangement step).
  • the passage forming member 131 is fixed in the tubular member 11 (passage forming member fixing step).
  • the tubular member 11 is subjected to a diameter reducing process (in other words, a spinning process), and the diameter reducing portions 14a are formed at two locations on the upper side and the lower side of the passage forming member 131.
  • the passage forming member 131 is suppressed from being displaced in the longitudinal direction of the tubular member 11. Further, since the reduced diameter portion 14a is formed on the upper side of the passage forming member 131, the inner peripheral surface of the connection portion 14 and the upper end portion of the passage forming member 131 are in contact with each other over the entire circumference.
  • the tubular member 11 is bent into a desired shape to form a portion corresponding to the first condensing section 12, the evaporating section 15, etc. (condensing section/evaporating section forming step). Further, in the condensing portion/evaporating portion forming step, the spine fins 132 are joined to a portion of the tubular member corresponding to the outer peripheral side of the passage forming member 131.
  • thermosiphon device 10 is manufactured.
  • the working fluid sealing step may be performed with one end of one of the tubular members 11 closed, and then the other end may be closed.
  • thermosiphon device 10 when the battery 2 generates heat, the refrigeration cycle is operated to generate cold heat in the temperature adjusting unit 16. Then, when the battery 2 generates heat, the liquid-phase working fluid in the evaporator 15 absorbs the heat generated by the battery 2 and evaporates. Thereby, the battery 2 is cooled and the temperature rise of the battery 2 is suppressed.
  • the vapor-phase working fluid evaporated in the evaporator 15 moves upward in the connecting portion 14 due to the density difference between the vapor-phase working fluid and the liquid-phase working fluid. At that time, a part of the vapor-phase working fluid passes through the space above the liquid-phase fluid passage 13a formed on the inner peripheral side of the passage forming member 131 and flows into the first condensing unit 12. Another part of the vapor-phase working fluid flows into the gap space 13b on the outer peripheral side of the passage forming member 131, that is, the second condensing portion 13.
  • the vapor-phase working fluid that has flowed into the first condensing unit 12 is cooled and condensed by the cold heat generated by the temperature adjusting unit 16 as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the liquid-phase working fluid condensed in the first condenser 12 flows through the lower side of the liquid-phase fluid passage 13a of the passage forming member 131 and the lower side of the connecting portion 14, and returns to the evaporator 15 side.
  • the vapor-phase working fluid that has flowed into the second condensing unit 13 exchanges heat with the external fluid (that is, the outside air in the drive device chamber 4).
  • the working fluid flowing into the second condensing unit 13 is changed as shown in FIG. Cools and condenses.
  • the liquid-phase working fluid condensed in the second condensing unit 13 flows through the lower side of the gap space 13b and the lower side of the connection unit 14 and returns to the evaporator 15 side.
  • the working fluid flowing into the second condenser 13 is condensed as shown in FIG. do not do. Therefore, the working fluid in the liquid phase does not flow out from the clearance space 13b.
  • the liquid-phase working fluid that returns to the evaporator 15 via the connection portion 14 absorbs the heat generated by the battery 2 in the evaporator 15 and evaporates again.
  • FIGS. 4 and 5 the shapes of the first condensing portion 12 and the second condensing portion 13 are simplified for clarity of illustration.
  • illustration of the condensation heat diffusion plate 12a and the temperature adjusting unit 16 arranged adjacent to the first condenser unit 12 is omitted.
  • illustration of the spine fins 132 of the second condenser 13 is omitted.
  • FIG. 4 and FIG. 5 the region in which the condensed liquid-phase working fluid is distributed is schematically shown by hatching. The hatching is the same in the following drawings.
  • thermosiphon device 10 the working fluid is naturally circulated and the exhaust heat of the battery 2 is continuously moved to the outside without the need for a working fluid transport device such as a compressor or a pump. be able to. That is, according to the thermosiphon device 10, the battery 2 can be cooled efficiently and continuously.
  • the passage forming member 131 is made of a heat insulating material. According to this, the liquid-phase working fluid (that is, the liquid-phase working fluid condensed in the first condenser 12) flowing through the liquid-phase fluid passage 13a is prevented from absorbing heat from the external fluid and evaporating again. be able to. Therefore, heat damage can be suppressed.
  • the liquid-phase fluid passage 13a is arranged inside the second condensing portion 13
  • the vapor-phase working fluid can flow into the gap space 13b of the second condensing portion 13. Therefore, when the temperature of the external fluid is lower than the temperature of the working fluid in the gas phase flowing into the gap space 13b, the working fluid flowing into the gap space 13b is condensed as described with reference to FIG. Can be made That is, the working fluid can be condensed not only in the first condenser 12 but also in the second condenser 13.
  • thermosiphon device 10 of the present embodiment both heat damage can be suppressed and the working fluid can be efficiently condensed. Furthermore, since the thermosiphon device 10 of the present embodiment includes the second condensing unit 13 that is the auxiliary condensing unit, the second condensing unit 13 can efficiently condense the working fluid.
  • thermosiphon device 10 including the second condensing unit 13 has been described, but even if the second condensing unit 13 is eliminated, the same effect as the above-described effect can be obtained.
  • thermosiphon device 10 of the present embodiment even if the spine fins 132 forming the second condensing part 13 are eliminated, it is possible to achieve both suppression of heat damage and realization of efficient condensation of the working fluid. ..
  • the working fluid in the liquid phase flowing through the liquid phase fluid passage 13a is external. It does not absorb heat from the fluid. Therefore, heat damage can be suppressed.
  • the liquid-phase fluid passage 13a is formed in a part of the internal space of the connecting portion 14, the vapor-phase working fluid can flow into the remaining space (in this embodiment, the clearance space 13b). Therefore, when the temperature of the external fluid is lower than the temperature of the vapor-phase working fluid that has flowed into the clearance space 13b, the working fluid that has flowed into the clearance space 13b can be condensed. That is, the working fluid can be condensed not only in the first condensing portion 12 but also in the gap space 13b in the connecting portion 14.
  • the condensation temperature of the working fluid in the first condenser 12 and the condensation temperature of the working fluid in the second condenser 13 are the same.
  • the working fluid can be condensed at the same temperature in both the first condenser section 12 and the second condenser section 13. Therefore, it can be considered that the 1st condensation part 12 and the 2nd condensation part 13 are integrated as one condensation part.
  • the working fluid condensed in the first condensing unit 12 flows through the liquid phase fluid passage 13a inside the second condensing unit 13. Therefore, the working fluid condensed in the first condensing unit 12 narrows the region (that is, the condensing area in the cross section) in the gap space 13b of the second condensing unit 13 where the working fluid can be effectively condensed. There is no.
  • the first condensing part 12 and the second condensing part 13 of the present embodiment can improve the condensing efficiency even if they are integrated as one condensing part.
  • thermosiphon device 10 of the present embodiment since the passage forming member 131 is formed in a tubular shape, the gap space 13b of the second condensing portion 13 is formed in the outer peripheral surface of the passage forming member 131 and the inner peripheral surface of the connecting portion 14. It can be easily formed between and.
  • thermosiphon device 10 of the present embodiment includes the temperature adjusting section 16, the first condensing section 12 can easily adjust the condensing temperature of the working fluid in the gas phase. Therefore, when the battery 2 generates heat, an appropriate amount of the liquid-phase working fluid can be reliably supplied to the evaporation unit 15.
  • the working fluid and the external fluid are heat-exchanged to condense the working fluid. Therefore, the amount of working fluid condensed in the second condenser 13 changes depending on the temperature of the external fluid.
  • the amount of condensation of the working fluid can be adjusted by adjusting the cooling capacity of the temperature controller 16.
  • the refrigeration cycle is stopped and the first fluid is cooled as shown in FIG.
  • the working fluid may not be condensed in the condenser 12. According to this, the energy consumption for generating cold heat in the temperature adjustment unit 16 can be suppressed, so that the battery 2 can be cooled more efficiently.
  • the passage forming member fixing step in the method of manufacturing the thermosiphon device 10 described above, an example in which the two reduced diameter portions 14a are formed in the tubular member 11 has been described, but the passage forming member fixing step is not limited to this.
  • the passage forming member fixing step As a modified example of the passage forming member fixing step, as shown in FIG. 7, as the passage forming member 131, an annular groove portion 131b into which a seal member such as an O ring 133 is fitted is formed on the upper end side. To do. Then, in the passage forming member fixing step, the passage forming member 131 may be fixed to the tubular member 11 by forming the reduced diameter portion 14a so as to come into contact with the O ring 133 in the groove portion 131b.
  • the liquid-phase working fluid condensed in the first condensing unit 12 may flow into the gap space 13b from the gap between the upper end of the passage forming member 131 and the connecting portion 14. It can be surely suppressed. Further, since the reduced diameter portion 14a required for fixing the passage forming member 131 is one, the passage forming member 131 can be easily fixed.
  • seal member a gasket or the like formed of an elastomer may be adopted instead of the O-ring 133. Further, the sealing member may be omitted, and the reduced diameter portion 14a may be formed so that the tip end side of the reduced diameter portion 14a directly contacts the inner peripheral surface of the groove portion 131b.
  • a groove portion 131b is formed on the upper end side, and a plurality of claw portions 131c engaged with the reduced diameter portion 14a are formed on the upper end portion. Adopt what was done.
  • the passage forming member fixing step the passage forming member 131 may be fixed to the tubular member 11 by engaging the reduced diameter portion 14a while elastically deforming the claw portion 131c toward the inner peripheral side.
  • FIG. 9 is a drawing corresponding to FIG. 2 described in the first embodiment. Further, in FIG. 9, the bellows portion 134 is indicated by a broken line for convenience of illustration.
  • the passage forming member 131 of this embodiment has a bellows portion 134.
  • the bellows portion 134 has a bellows structure in which a small diameter portion 134a and a large diameter portion 134b are repeatedly formed. Therefore, the bellows portion 134 can be deformed according to the shape of the connection portion 14. Further, as shown in FIG. 10, the small diameter portion 134a of the bellows portion 134 of the present embodiment is formed in a circular cross section. On the other hand, the large diameter portion 134b is formed in a polygonal cross section.
  • the polygonal shape of the present embodiment is not limited to a so-called convex polygonal shape in which all apex angles project outward, but also includes a so-called non-convex polygonal shape having an apex angle projecting inward.
  • the cross-sectional shape of the large-diameter portion of the bellows portion 134 of the present embodiment is formed in a so-called star shape in which a plurality of apex angles protruding outward and a plurality of apex angles protruding inward are provided. Therefore, the clearance space 13b is also formed on the outer peripheral side of the bellows portion 134.
  • thermosiphon device 10 of the present embodiment the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, it is possible to achieve both suppression of heat damage and efficient condensation of the working fluid.
  • the passage forming member 131 of the present embodiment has the bellows portion 134, the passage forming member 131 can be bent together with the tubular member 11 into a desired shape during the condensing/evaporating portion forming step. Therefore, the degree of freedom in designing the range in which the passage forming member 131 is arranged can be improved. Also, the passage forming member 131 of the present embodiment can be fixed inside the tubular member 11 as in the first embodiment.
  • the second condensing part 13 of the present embodiment can be provided on the outer peripheral side of the bellows part 134 of the passage forming member 131. Therefore, a structure corresponding to the spine fins 132 (that is, a heat exchange promoting member that promotes heat exchange between the working fluid and the external fluid) is provided on a portion of the outer surface of the connecting portion 14 that corresponds to the outer peripheral side of the bellows portion 134. You may arrange.
  • FIG. 11 is a drawing corresponding to FIG. 2 described in the first embodiment.
  • the passage forming member 135 is formed in a shape in which a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction has a portion protruding downward. Specifically, the passage forming member 135 of the present embodiment is formed such that the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction is a semi-arc shape protruding downward.
  • the liquid-phase fluid passage 13a is formed inside the portion protruding downward of the connection portion 14 like a gutter.
  • a gap space 13b is formed above the liquid phase fluid passage 13a. Therefore, the second condensing part 13 of the present embodiment is provided above the passage forming member 131.
  • a fixing portion 135a having an annular cross section is formed on both ends of the passage forming member 135.
  • the outer diameter of the fixed portion 135a is larger than the inner diameter of the connection portion 14. Further, as shown in FIG. 12, the fixing portion 135a is not formed in a perfect annular shape.
  • the fixing portion 135a is formed with a cutout portion 135b that partially separates the fixing portion 135a in the circumferential direction.
  • the passage forming member 135 of this embodiment can be inserted into the connecting portion 14 in a state where the diameter of the fixing portion 135a is reduced. Then, by expanding the diameter of the fixing portion 135a in a state where the passage forming member 135 is arranged at a desired position, a radial load is generated similarly to the so-called C ring, and the passage forming member 135 is placed inside the connecting portion 14. Can be fixed.
  • thermosiphon device 10 of the present embodiment the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, it is possible to achieve both suppression of heat damage and efficient condensation of the working fluid.
  • the second condensing part 13 of the present embodiment is provided above the passage forming member 131. Therefore, the configuration corresponding to the spine fins 132 (that is, the heat exchange promoting member that promotes heat exchange between the working fluid and the external fluid) also corresponds to the upper side of the passage forming member 131 on the outer surface of the connecting portion 14. It may be placed at the site.
  • thermosiphon device 10a of the present embodiment As shown in FIG. 13, a so-called loop having a liquid-phase connection part 141 that allows a liquid-phase working fluid to flow therethrough and a gas-phase connection part 142 that allows a gas-phase working fluid to flow therethrough. Molded thermosiphon is formed.
  • the liquid phase connecting portion 141 is a piping member that guides the liquid phase working fluid flowing out from the working fluid passage 121 a of the condensation heat exchanger 121 to the lower tank 151 a of the evaporation heat exchanger 151.
  • the vapor phase connecting portion 142 is a piping member that guides the vapor phase working fluid flowing out from the upper tank 151b of the evaporation heat exchanger 151 to the working fluid passage 121a of the condensing heat exchanger 121.
  • the liquid phase connection part 141 and the gas phase connection part 142 are formed of a material having the same high thermal conductivity as the tubular member 11 described in the first embodiment.
  • the evaporation heat exchanger 151 is a tank-and-tube heat exchanger having a lower tank 151a, an upper tank 151b, and a plurality of working fluid tubes 151c.
  • the working fluid tube 151c is a flat tube having a flat cross section.
  • the working fluid tube 151c extends in the vertical direction.
  • the plurality of working fluid tubes 151c are arranged side by side so that their flat surfaces (that is, flat surfaces) are arranged on the same plane.
  • the evaporation heat diffusion plate and the heat conduction sheet similar to those of the first embodiment are arranged. Thereby, the plurality of working fluid tubes 151c and the battery 2 are thermally connected.
  • the lower tank 151a is arranged below the plurality of working fluid tubes 151c.
  • the lower tank 151a is a working fluid tank for distributing a working fluid in a liquid phase to the plurality of working fluid tubes 151c.
  • the upper tank 151b is arranged above the plurality of working fluid tubes 151c.
  • the upper tank 151b is a working fluid tank that collects the vapor-phase working fluid flowing out from the plurality of working fluid tubes 151c.
  • the condensing heat exchanger 121 has a working fluid passage 121a into which a vapor-phase working fluid flowing out from the evaporation heat exchanger 151 flows, and a low-pressure refrigerant passage 121b into which a low-pressure refrigerant of the refrigeration cycle flows.
  • the condensing heat exchanger 121 is a heat exchanger that heat-exchanges the working fluid flowing through the working fluid passage 121a with the low-pressure refrigerant flowing through the low-pressure refrigerant passage 121b to evaporate the low-pressure refrigerant and condense the working fluid. .
  • the working fluid passage 121a of the condensing heat exchanger 121 corresponds to the first condensing unit 12 described in the first embodiment.
  • the low-pressure refrigerant passage 121b of the condensing heat exchanger 121 corresponds to the temperature adjusting unit 16 described in the first embodiment.
  • the condensing heat exchanger 121 is a heat exchanger in which the first condensing unit 12 and the temperature adjusting unit 16 described in the first embodiment are integrated.
  • the second condensing part 13 is arranged in the liquid phase connecting part 141 of the thermosiphon device 10a as in the first embodiment.
  • the upper side of the gap space forming the second condensing portion 13 is closed by the passage forming member. Therefore, also in the thermosiphon device 10a of the present embodiment, a single-tube thermosiphon is formed in a part of the range from the second condenser 13 to the heat exchanger 151 for evaporation.
  • both the liquid phase connecting portion 141 and the vapor phase connecting portion 142 are arranged so that one end side is positioned higher than the other end side.
  • the condensing heat exchanger 121 is connected to the uppermost part on one end side of the liquid phase connecting part 141 and the gas phase connecting part 142. Further, the heat exchanger for evaporation 151 is connected to the lowest part on the other end side of the liquid phase connection part 141 and the gas phase connection part 142.
  • the working fluid is enclosed so that the inside of the working fluid passage 121a of the heat exchanger 121 for condensation is filled with the working fluid in the vapor phase when the thermosiphon device 10a is not operating. Further, when the thermosiphon device 10a is not operated, the working fluid is sealed so that substantially the entire area of the lower tank 151a and the working fluid tube 151c of the heat exchanger 151 for evaporation is filled with the working fluid in the liquid phase.
  • Other configurations are similar to those of the first embodiment.
  • thermosiphon device 10a having the above configuration.
  • the basic operation of the thermosiphon device 10a is the same as that of the thermosiphon device 10 described in the first embodiment. That is, when the battery 2 generates heat, the working fluid in the liquid phase in the working fluid tube 151c of the evaporation heat exchanger 151 absorbs the heat generated by the battery 2 and evaporates. Thereby, the battery 2 is cooled and the temperature rise of the battery 2 is suppressed.
  • the vapor-phase working fluid evaporated in the working-fluid tube 151c of the evaporation heat exchanger 151 collects in the upper tank 151b.
  • the vapor-phase working fluid collected in the upper tank 151b flows into the working fluid passage 121a of the condensation heat exchanger 121 via the vapor-phase connecting portion 142.
  • the gas-phase working fluid that has flowed into the condensing heat exchanger 121 exchanges heat with the low-pressure refrigerant of the refrigeration cycle flowing through the low-pressure refrigerant passage 121b and condenses.
  • the liquid-phase working fluid condensed in the condensing heat exchanger 121 returns to the lower tank 151a of the evaporating heat exchanger 151 via the liquid-phase connecting portion 141.
  • the liquid phase working fluid condensed in the condensation heat exchanger 121 does not occupy the entire area in the passage. Therefore, the gas-phase working fluid in the liquid phase connecting portion 141 flows through the upper side in the liquid phase connecting portion 141 and flows into the second condensing portion 13. The gas-phase working fluid that has flowed into the second condensing unit 13 exchanges heat with the external fluid (that is, the outside air in the drive device chamber 4).
  • the working fluid that has flowed into the second condensing unit 13 is the same as in the first embodiment. Cools and condenses.
  • the liquid-phase working fluid condensed in the second condensing unit 13 returns to the lower tank 151a of the evaporation heat exchanger 151 via the liquid-phase connecting unit 141.
  • the liquid-phase working fluid that has returned to the lower tank 151a of the evaporation heat exchanger 151 is distributed to the working fluid tube 151c, absorbs the heat generated by the battery 2, and evaporates again.
  • the working fluid flowing into the second condenser 13 is the same as in the first embodiment. Does not condense. Further, similarly to the first embodiment, it is also suppressed that the liquid-phase working fluid condensed in the condensation heat exchanger 121 absorbs heat from the external fluid in the second condenser 13 and evaporates again.
  • thermosiphon device 10a forming a loop-type thermosiphon, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, it is possible to achieve both suppression of heat damage and efficient condensation of the working fluid.
  • thermosiphon device 10 of the present embodiment As shown in FIG. 14, an example in which the first condensing unit 12 and the second condensing unit 13 are integrated into one condensing unit will be described.
  • the first condensing part 12 and the second condensing part 13 of the present embodiment are linearly and continuously formed on one end side of the tubular member 11.
  • the first condensing portion 12 is on one end side of the tubular member 11 and on the upstream side (that is, the upper side) in the liquid flow direction with respect to the passage forming member 131.
  • the second condensing portion 13 is a region on one end side of the tubular member 11 in which the passage forming member 131 is arranged.
  • the 1st condensing part 12 and the 2nd condensing part 13 are thermally connected to the temperature control part 16 via the condensation heat diffusion plate 12a and the heat conductive sheet similarly to the 1st condensing part 12 of 1st Embodiment. There is. Therefore, in the thermosyphon device 10 of the present embodiment, the condensing temperature of the working fluid in the first condenser 12 and the condensing temperature of the working fluid in the second condenser 13 are always the same.
  • thermosiphon device 10 Other configurations and operations of the thermosiphon device 10 are similar to those of the first embodiment. Therefore, also in the thermosiphon device 10 of the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, it is possible to achieve both suppression of heat damage and efficient condensation of the working fluid.
  • thermosiphon device 10 of the present embodiment as shown in FIG. 15, a region (that is, a gap in a cross section) in which the working fluid can be effectively condensed as compared with the condensing part of the comparative example shown in FIG.
  • the condensation area in the space 13b) can be expanded. Therefore, the efficiency of condensation of the working fluid in the second condenser 13 can be improved.
  • the comparative example shown in FIG. 16 shows a cross section of the same portion as FIG. 15 in the case where the passage forming member 131 is not arranged.
  • thermosiphon device 10 or 10a according to the present disclosure is applied to an electric vehicle
  • the application of the thermosiphon device 10 or 10a is not limited to this.
  • the driving force for traveling may be applied to a hybrid vehicle that obtains both an internal combustion engine and an electric motor, and may be used for a temperature adjusting device that cools the battery 2.
  • the temperature adjusting device may be used in a temperature adjusting device that adjusts the temperature of devices other than the battery that generate heat during operation (specifically, an inverter that supplies electric power to the electric motor, a charger that charges the battery with electric power, etc.).
  • the temperature adjusting device is not limited to the in-vehicle device, and may be used in a temperature adjusting device for adjusting the temperature of the CPU of a computer.
  • thermosiphon devices 10 and 10a are not limited to the one disclosed in the above-described embodiment.
  • the first condensing unit 12, the condensing heat exchanger 121, and the second condensing unit 13 are arranged in the drive device chamber 4 that is the vehicle exterior space. Not limited to. At least one of the first condensing unit 12, the condensing heat exchanger 121, and the second condensing unit 13 may be arranged in the vehicle interior 3.
  • thermosiphon device 10 the evaporation part 15 and the evaporation heat diffusion plate 15a are brazed and joined to each other within a range that does not impair the productivity so that the working fluid directly absorbs the exhaust heat of the battery 2. Good.
  • the first condenser 12 and the condensation heat diffusion plate 12a are brazed and joined to each other within a range that does not impair the productivity so that the working fluid directly absorbs the exhaust heat of the battery 2. Good. The same applies to the first condenser 12 and the condensation heat diffusion plate 12a.
  • the connecting portion 14 and the like may have a flat cross section, an elliptical shape, or a polygonal shape.
  • the cross-sectional shape of the passage forming member 131 may be changed according to the cross-sectional shape of the connecting portion 14 and the like. According to this, it is possible to form the gap space 13b having a shape that promotes heat exchange between the working fluid and the external fluid.
  • a heat insulating material 144 that suppresses heat exchange between the external fluid and the working fluid may be arranged on the outer peripheral side of the portion of the connecting portion 14 where the second condensing portion 13 is not provided. Good.
  • a heat insulating material 144 a resin having a low thermal conductivity similar to that of the passage forming member 131 can be adopted.
  • the same heat insulating material 144 may be applied to the liquid phase connecting portion 141 described in the third embodiment.
  • thermoelectric unit 16 generates cold heat by evaporating the low-pressure refrigerant of the refrigeration cycle
  • present invention is not limited to this.
  • a Peltier element or the like may be used as the temperature adjusting unit 16 as long as the working fluid that has flowed into the first condensing unit 12 can be cooled and condensed.
  • the working fluid may be condensed by bringing a portion of the connecting portion 14 and the liquid phase connecting portion 141 forming the second condensing portion 13 into contact with the vehicle body. Further, the working fluid may be condensed by exchanging heat with the drain water (condensed water) of the refrigeration cycle device for the air conditioner. That is, in the second condensing unit 13, the working fluid may be condensed by the cold heat that cannot adjust the condensation temperature of the working fluid, that is, the cold heat that changes in temperature in a random manner.
  • the sectional shape of the passage forming member 135 is not limited to this. It suffices that the passage forming member 135 has a cross-sectional shape having a portion protruding downward so that the liquid phase fluid passage 13a can be formed like a gutter.
  • the cross-sectional shape may be formed into a shape having a corner portion formed by combining a plurality of straight lines (for example, a V shape or a W shape).
  • the cross-sectional shape may be formed by combining a plurality of curves and straight lines (for example, a U-shape).
  • the second condensing portion 13 is formed by the gap space formed between the outer surface of the passage forming member 135 and the inner peripheral surface of the connecting portion 14. You can
  • thermosiphon devices 10 and 10a an example in which R1234yf is used as the working fluid of the thermosiphon devices 10 and 10a has been described, but the working fluid is not limited to this.
  • the working fluid another CFC refrigerant (for example, R134a) may be adopted.
  • the heat medium is not limited to the chlorofluorocarbon refrigerant, and a heat medium such as propane or alcohol may be used.
  • each of the above embodiments may be appropriately combined within a practicable range.
  • the passage forming members 131 and 135 described in the second and third embodiments may be applied to the second condenser section 13 of the thermosiphon device 10a described in the fourth embodiment.

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Abstract

サーモサイフォン装置は、蒸発部(15、151)と、凝縮部(12、121a)と、接続部(14、141)と、を備える。接続部(14、141)は、凝縮部(12、121a)と蒸発部(15、151)とを接続する。接続部(14、141)の内部には、通路形成部材(131、135)が配置されている。通路形成部材(131、135)は、接続部(14、141)の内部空間の一部に、凝縮部(12、121a)にて凝縮させた液相の作動流体を流通させる液相流体通路を形成している。通路形成部材(131、135)は、接続部(14、141)の外部の外部流体と液相流体通路(13a)を流通する作動流体との熱移動を抑制する断熱材で形成されている。

Description

サーモサイフォン装置 関連出願の相互参照
 本出願は、2018年11月28日に出願された日本特許出願2018-222054号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、サーモサイフォン装置に関し、温度調整装置に用いて好適である。
 従来、特許文献1に、電気自動車等に搭載された電池を冷却する温度調整装置に用いられたサーモサイフォン装置が開示されている。
 特許文献1のサーモサイフォン装置は、入熱部および放熱部を有している。入熱部は、液相の作動流体を蒸発させて電池を冷却する蒸発部である。放熱部は、蒸発部にて蒸発させた気相の作動流体を凝縮させる凝縮部である。さらに、特許文献1には、蒸発部と凝縮部とを接続する接続部を断熱材で形成することも開示されている。
特開2014-220087号公報
 特許文献1のサーモサイフォン装置のように、接続部を断熱材で形成することは、いわゆる熱害を抑制するために有効である。熱害とは、凝縮部にて凝縮させた液相の作動流体が接続部を流通する際に、接続部の外部の外部流体(例えば、外気)から吸熱して再び蒸発してしまう現象である。このような熱害が生じると、凝縮部から蒸発部へ戻る液相の作動流体の量が減少して、蒸発部における冷却能力が低下してしまう。
 その一方で、接続部を断熱材で形成すると、接続部を流通する作動流体よりも外部流体の温度が低くなっていても、接続部にて作動流体を凝縮させることができない。つまり、接続部を断熱材で形成することは、蒸発部における冷却能力の低下を抑制するためには有効であるものの、蒸発部における冷却能力の更なる向上を図るためには却って妨げとなってしまう。
 本開示は、上記点に鑑み、熱害を抑制すること、および作動流体を効率的に凝縮させることを両立可能なサーモサイフォン装置を提供することを目的とする。
 本開示の第1の態様のサーモサイフォン装置は、蒸発部と、凝縮部と、接続部と、を備える。蒸発部は、液相の作動流体を蒸発させる。凝縮部は、蒸発部にて蒸発させた気相の作動流体を凝縮させる。接続部は、凝縮部と蒸発部とを接続する。
 接続部の内部には、通路形成部材が配置されている。通路形成部材は、凝縮部にて凝縮させた液相の作動流体を流通させる液相流体通路を形成する。通路形成部材は、接続部の外部の外部流体と液相流体通路を流通する作動流体との熱移動を抑制する断熱材で形成されている。通路形成部材は、接続部の内部空間の一部に液相流体通路を形成している。
 これによれば、通路形成部材が断熱材で形成されているので、凝縮部にて凝縮させた液相の作動流体が液相流体通路を流通する際に外部流体から吸熱して再び蒸発してしまうことを抑制することができる。従って、凝縮部にて凝縮させた液相の作動流体の熱害を抑制することができる。
 さらに、液相流体通路が接続部の内部空間の一部に形成されているので、残余の空間に気相の作動流体を流入させて、外部流体と熱交換させることができる。
 従って、残余の空間内の気相の作動流体の温度が、外部流体の温度よりも高くなっている際には、残余の空間内の気相の作動流体を冷却して凝縮させることができる。つまり、凝縮部のみならず、接続部においても、作動流体を凝縮させることができる。
 その結果、熱害を抑制すること、および作動流体を効率的に凝縮させることを両立可能なサーモサイフォン装置を提供することができる。
 また、本開示の第2の態様のサーモサイフォン装置は、蒸発部と、第1凝縮部と、第2凝縮部と、通路形成部材と、を備える。蒸発部は、液相の作動流体を蒸発させる。第1凝縮部は、蒸発部にて蒸発させた気相の作動流体を凝縮させる。第2凝縮部は、蒸発部にて蒸発させた気相の作動流体と外部流体とを熱交換させることによって、気相の作動流体を凝縮させる。通路形成部材は、第1凝縮部にて凝縮させた液相の作動流体を流通させる液相流体通路を形成する。
 通路形成部材は、外部流体と液相流体通路を流通する作動流体との熱移動を抑制する断熱材で形成されている。通路形成部材は、第2凝縮部の内部に配置されている。
 これによれば、通路形成部材が断熱材で形成されているので、第1凝縮部にて凝縮させた液相の作動流体が液相流体通路を流通する際に外部流体から吸熱して再び蒸発してしまうことを抑制することができる。従って、第1凝縮部にて凝縮させた液相の作動流体の熱害を抑制することができる。
 さらに、液相流体通路が第2凝縮部の内部に配置されているので、第2凝縮部へ気相の作動流体を流入させることができる。
 従って、第2凝縮部へ流入した気相の作動流体の温度が、外部流体の温度よりも高くなっている際には、第2凝縮部にて作動流体を冷却して凝縮させることができる。つまり、第1凝縮部のみならず、第2凝縮部においても、作動流体を凝縮させることができる。
 その結果、熱害を抑制すること、および作動流体を効率的に凝縮させることを両立可能なサーモサイフォン装置を提供することができる。
第1実施形態のサーモサイフォン装置の模式的な全体構成図である。 第1実施形態の第2凝縮部の軸方向断面図である。 図2のIII-III断面図である。 第1実施形態のサーモサイフォン装置の作動状態を説明するための説明図である。 第1実施形態のサーモサイフォン装置の別の作動状態を説明するための説明図である。 第1実施形態のサーモサイフォン装置の別の作動状態を説明するための説明図である。 第2凝縮部の変形例を示す軸方向断面図である。 第2凝縮部の別の変形例を示す軸方向断面図である。 第2実施形態の第2凝縮部の軸方向断面図である。 図9のX-X断面図である。 第3実施形態の第2凝縮部の軸方向断面図である。 図11のXII-XII断面図である。 第4実施形態のサーモサイフォン装置の模式的な全体構成図である。 第5実施形態の凝縮部の模式的な軸方向断面図である。 図14のXV-XV断面図である。 比較例の凝縮部における図15に対応する断面図である。 他の実施形態のサーモサイフォン装置の模式的な全体構成図である。
 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実施形態を説明する。各実施形態において先行する実施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。各実施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他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士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、明示していなくとも実施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)
 図1~図6を用いて、本開示に係るサーモサイフォン装置の第1実施形態を説明する。本実施形態のサーモサイフォン装置10は、図1に示すように、電動モータから走行用の駆動力を得る電気自動車1に搭載されている。サーモサイフォン装置10は、電気自動車1において、電動モータ等へ電力を供給するバッテリ2を冷却する温度調整装置に用いられている。
 バッテリ2は、複数の電池セルを電気的に直列的あるいは並列的に接続することによって形成された組電池である。電池セルは、充放電可能な二次電池(本実施形態では、リチウムイオン電池)である。それぞれの電池セルは、扁平な略直方体形状に形成されている。それぞれの電池セルは、平坦面同士を隣接させた状態で、所定の方向へ積層配置されている。このため、バッテリ2全体としても、略直方体形状に形成されている。
 バッテリ2は、低温になると化学反応が進行しにくく出力が低下しやすい。また、バッテリ2は、作動時(すなわち、充放電時)に発熱を伴う。さらに、バッテリ2は、高温になると劣化が進行しやすい。このため、バッテリ2の温度は、バッテリ2の充放電容量を充分に活用することのできる適切な温度範囲内(本実施形態では、15℃以上、かつ、55℃以下)に維持されていることが望ましい。
 バッテリ2は、図1に示すように、乗員が搭乗する車室3内の床下側に配置されている。サーモサイフォン装置10は、車室3内および駆動装置室4内の双方に亘って配置されている。なお、図1の上下前後の各矢印は、バッテリ2、サーモサイフォン装置10等を車両に搭載した状態における上下および前後の各方向を示している。このことは、他の図面においても同様である。
 駆動装置室4は、走行用の駆動力を出力するための駆動用装置(例えば、電動モータ)の少なくとも一部が配置される空間を形成している。駆動装置室4は、車室3の前方側に配置されている。さらに、駆動装置室4の車両最前部には、駆動装置室4内に外気を導入するグリルが形成されている。このため、駆動装置室4内の空間は、外気が導入される車室外空間となる。
 車室3と駆動装置室4は、隔壁5によって仕切られている。隔壁5は、車室3内の防音防火等のために配置された隔壁部材である。つまり、隔壁5は、車両走行用の駆動力を内燃機関(すなわち、エンジン)から得る通常のエンジン車両において、ダッシュパネル、あるいはファイアウォールと呼ばれるものと同様である。
 サーモサイフォン装置10は、内部に封入された作動流体を蒸発あるいは凝縮させることによって熱を移動させる。本実施形態のサーモサイフォン装置10では、作動流体にバッテリ2の排熱を吸熱させて、作動流体を蒸発させる。さらに、蒸発させた作動流体の有する熱を外部に放熱させて、作動流体を凝縮させる。これにより、バッテリ2の排熱を外部に移動させて、バッテリ2を冷却する。
 本実施形態のサーモサイフォン装置10では、両端部が閉塞された一本の管状部材11を有する、いわゆる単管型のサーモサイフォンが形成されている。管状部材11は、高い熱伝導性を有する材料(本実施形態では、アルミニウム)で形成された断面円形状の配管部材である。
 単管型のサーモサイフォンでは、管状部材の一端側が他端側よりも上方に配置される。さらに、単管型のサーモサイフォンでは、一本の管状部材の内部を、液相の作動流体と気相の作動流体が対向して流れる。
 サーモサイフォン装置10は、隔壁5に形成された貫通穴を介して、車室3内および駆動装置室4内の双方に亘って配置されている。また、サーモサイフォン装置10では、作動流体として、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに用いられるフロン系冷媒(具体的には、R1234yf)を採用している。
 サーモサイフォン装置10において、管状部材11は、その機能によって第1凝縮部12、第2凝縮部13、接続部14、および蒸発部15に大別される。さらに、サーモサイフォン装置10は、温度調整部16を備えている。
 第1凝縮部12、第2凝縮部13、蒸発部15は、図1に示すように、この順序で鉛直方向上方側から下方側へ配置されている。より詳細には、第1凝縮部12は、サーモサイフォン装置10を形成する管状部材11の一端側の最上位部に設けられている。蒸発部15は、管状部材11の他端側の最下位部に設けられている。
 本実施形態では、サーモサイフォン装置10の非作動時に、第1凝縮部12の内部が気相の作動流体で満たされるように作動流体が封入されている。さらに、サーモサイフォン装置10の非作動時に、蒸発部15の内部が液相の作動流体で満たされるように作動流体が封入されている。
 また、サーモサイフォン装置10では、第1凝縮部12および第2凝縮部13が、駆動装置室4内に配置されている。さらに、蒸発部15が、車室3内に配置されている。
 蒸発部15は、バッテリ2の排熱を液相の作動流体に吸熱させて、作動流体を蒸発させる部位である。蒸発部15は、直線状に形成されている。蒸発部15は、一端側が他端側よりも上方に位置付けられるように配置されている。蒸発部15とバッテリ2の側面との間には、蒸発熱拡散板15aが配置されている。蒸発熱拡散板15aは、高い熱伝導性を有する材料(本実施形態では、アルミニウム)で形成されている。
 蒸発部15と蒸発熱拡散板15aとの間には、図示しない熱伝導シートが配置されている。バッテリ2と蒸発熱拡散板15aとの間には、同様の熱伝導シートが配置されている。熱伝導シートは、電気絶縁性と高い熱伝導性とを兼ね備えるシリコーン樹脂で形成されている。これにより、蒸発部15とバッテリ2が熱的に接続されている。
 本実施形態では、蒸発部15とバッテリ2との間に、蒸発熱拡散板15aおよび熱伝導シートを配置することによって、バッテリ2の排熱を蒸発部15内の作動流体に効率良く伝熱させている。そして、蒸発部15にて、液相の作動流体にバッテリ2を形成する複数の電池セルの排熱を均等に、かつ、効率的に吸熱させている。
 第1凝縮部12は、蒸発部15にて蒸発させた気相の作動流体を、温度調整部16にて生成された冷熱によって冷却して凝縮させる凝縮部である。第1凝縮部12は、直線状に形成されている。第1凝縮部12は、一端側が他端側よりも上方に位置付けられるように配置されている。
 温度調整部16は、第1凝縮部12における作動流体の凝縮温度を調整する。本実施形態では、温度調整部16として、図示しない蒸気圧縮式の冷凍サイクルにおいて冷媒を蒸発させる蒸発部を採用している。従って、温度調整部16では、第1凝縮部12における作動流体の凝縮温度を外気温よりも低下させることができる。
 第1凝縮部12と温度調整部16との間には、凝縮熱拡散板12aが配置されている。凝縮熱拡散板12aの基本的構成は、蒸発熱拡散板15aと同様である。第1凝縮部12と凝縮熱拡散板12aとの間には、図示しない熱伝導シートが配置されている。また、温度調整部16と凝縮熱拡散板12aとの間には、同様の熱伝導シートが配置されている。これにより、第1凝縮部12と温度調整部16が熱的に接続されている。
 本実施形態では、第1凝縮部12と温度調整部16との間に凝縮熱拡散板12aおよび熱伝導シートを配置することによって、温度調整部16の冷熱を第1凝縮部12内の作動流体に効率良く伝熱させている。そして、第1凝縮部12にて、気相の作動流体を効率的に凝縮させるようにしている。
 つまり、本実施形態の温度調整部16および第1凝縮部12は、冷凍サイクルの低圧冷媒と気相の作動流体とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させるとともに作動流体を凝縮させる熱交換器を形成するように一体化されている。
 接続部14は、サーモサイフォン装置10を形成する管状部材11のうち、第1凝縮部12の作動流体の出入口部と蒸発部15の作動流体の出入口部とを接続する部位である。接続部14には、第2凝縮部13が設けられている。
 第2凝縮部13は、蒸発部15にて蒸発させた気相の作動流体を、接続部14の外部に存在する外部流体(本実施形態では、駆動装置室4内の外気)と熱交換させて冷却して凝縮させる補助凝縮部である。
 第2凝縮部13は、第1凝縮部12の下方側に配置されている。換言すると、第2凝縮部13は、接続部14のうち第1凝縮部12にて凝縮した液相の作動流体の流れ方向(図2の液流れ方向)の下流側の部位に設けられている。接続部14のうち第2凝縮部13が設けられている部位は、直線状に形成されている。第2凝縮部13は、一端側が他端側よりも上方に位置付けられるように配置されている。
 第2凝縮部13の詳細構成については、図2を用いて説明する。接続部14のうち第2凝縮部13が設けられる部位の内部には、通路形成部材131が配置されている。通路形成部材131は、直線状に延びる断面円形状の管状部材で形成されている。通路形成部材131は、内部に第1凝縮部12にて凝縮させた液相の作動流体を流通させる液相流体通路13aを形成している。
 通路形成部材131は、液相流体通路13aを流通する作動流体と接続部14の外部に存在する外部流体との間の熱移動を抑制する断熱材で形成されている。通路形成部材131は、熱伝導率が低い樹脂(例えば、ナイロン6、ナイロン66、ポリプロピレン、ABS樹脂)で形成されている。
 通路形成部材131の外径は、接続部14のうち第2凝縮部13が設けられる部位の内径よりも小さい。従って、接続部14のうち第2凝縮部13が配置された部位は、二重管構造となっている。このため、通路形成部材131の外周面と接続部14の内周面との間には、断面円環状の隙間空間13bが形成される。
 通路形成部材131の上方側の端部は、全周に亘って接続部14の内周面に接触するように拡径されている。このため、第1凝縮部12にて凝縮した液相の作動流体が液相流体通路13aへ流入する際に、通路形成部材131の上方側の端部と接続部14との隙間から隙間空間13bへ流入してしまうことはない。
 一方、通路形成部材131の下方側の端部には、図3に示すように、外周側に向かって突出する複数(本実施形態では、4つ)の突出部131aが等角度間隔に形成されている。このため、通路形成部材131の下方側の端部と接続部14の内周面との間に隙間が形成される。
 そして、隙間を介して、蒸発部15にて蒸発させた気相の作動流体を、下方側から隙間空間13bへ流入させることができる。さらに、隙間空間13b内で凝縮した液相の作動流体を下方側(すなわち、蒸発部15側)へ流出させることができる。
 また、接続部14のうち第2凝縮部13が設けられる部位の外周側には、隙間空間13b内の作動流体と接続部14の外部に存在する外部流体との熱交換を促進するスパインフィン132が配置されている。スパインフィン132は、薄板状部材を折り曲げて、接続部14の外表面に螺旋状に巻き付けて接合したものである。スパインフィン132は、高い熱伝導性を有する材料(本実施形態では、アルミニウム)で形成されている。
 つまり、第2凝縮部13は、隙間空間13b、接続部14、およびスパインフィン132によって形成されている。そして、第2凝縮部13では、隙間空間13bへ流入した作動流体と駆動装置室4内の外気とを熱交換させることができる。換言すると、第2凝縮部13は、通路形成部材131の外周側に設けられている。
 次に、本実施形態のサーモサイフォン装置10の製造方法について説明する。まず、サーモサイフォン装置10を形成する直線状の管状部材11を用意する。そして、管状部材11の内部に通路形成部材131を挿入して予め定めた位置に配置する(通路形成部材配置工程)。
 通路形成部材配置工程の終了後、通路形成部材131を管状部材11内に固定する(通路形成部材固定工程)。通路形成部材固定工程では、管状部材11に縮径加工(換言すると、スピニング加工)を施し、通路形成部材131の上方側および下方側の2箇所に、縮径部14aを形成する。
 これにより、図2に示すように、通路形成部材131が管状部材11の長手方向に変位することが抑制される。さらに、通路形成部材131の上方側に縮径部14aが形成されることによって、接続部14の内周面と通路形成部材131の上方側の端部が全周に亘って接触する。
 通路形成部材固定工程の終了後、管状部材11を所望の形状に折り曲げて、第1凝縮部12、蒸発部15等に対応する部位を形成する(凝縮部・蒸発部形成工程)。さらに、凝縮部・蒸発部形成工程では、管状部材の通路形成部材131の外周側に対応する部位にスパインフィン132を接合する。
 凝縮部・蒸発部形成工程の終了後、管状部材11内を真空引きし、予め定めた規定量の作動流体を管状部材11内に封入する(作動流体封入工程)。作動流体封入工程の終了後、管状部材11の両端部を閉塞する。これにより、サーモサイフォン装置10が製造される。もちろん、管状部材11のいずれかの一方の端部を閉塞した状態で作動流体封入工程を行い、その後、他方の端部を閉塞してもよい。
 次に、上記構成のサーモサイフォン装置10の作動について説明する。サーモサイフォン装置10では、バッテリ2の発熱時に、冷凍サイクルを作動させて温度調整部16にて冷熱を発生させる。そして、バッテリ2が発熱すると、蒸発部15内の液相の作動流体がバッテリ2の発生させた熱を吸熱して蒸発する。これにより、バッテリ2が冷却されて、バッテリ2の温度上昇が抑制される。
 蒸発部15にて蒸発した気相の作動流体は、液相の作動流体との密度差によって、接続部14を上方側へ移動する。その際、一部の気相の作動流体は、通路形成部材131の内周側に形成された液相流体通路13aの上方側の空間を通過して、第1凝縮部12へ流入する。また、別の一部の気相の作動流体は、通路形成部材131の外周側の隙間空間13b、すなわち第2凝縮部13へ流入する。
 第1凝縮部12へ流入した気相の作動流体は、図4、図5に示すように、温度調整部16が発生させた冷熱によって冷却されて凝縮する。第1凝縮部12にて凝縮した液相の作動流体は、通路形成部材131の液相流体通路13aの下方側および接続部14内の下方側を流通して、蒸発器15側へ戻る。
 また、第2凝縮部13へ流入した気相の作動流体は、外部流体(すなわち、駆動装置室4内の外気)と熱交換する。この際、第2凝縮部13へ流入した気相の作動流体の温度が外部流体の温度よりも高くなっている場合は、図4に示すように、第2凝縮部13へ流入した作動流体が冷却されて凝縮する。第2凝縮部13にて凝縮した液相の作動流体は、隙間空間13bの下方側および接続部14の下方側を流通して、蒸発器15側へ戻る。
 一方、第2凝縮部13へ流入した気相の作動流体の温度が外部流体の温度よりも低くなっている場合は、図5に示すように、第2凝縮部13へ流入した作動流体は凝縮しない。従って、隙間空間13bから液相の作動流体が流出することはない。接続部14を介して蒸発器15へ戻った液相の作動流体は、蒸発器15にてバッテリ2の発生させた熱を吸熱して再び蒸発する。
 ここで、図4、図5では、図示の明確化のために、第1凝縮部12の形状、第2凝縮部13の形状を簡略化している。例えば、第1凝縮部12に隣接配置される凝縮熱拡散板12aおよび温度調整部16の図示を省略している。例えば、第2凝縮部13のスパインフィン132の図示を省略している。また、図4、図5では、凝縮した液相の作動流体が分布している領域を模式的に網掛けハッチングで示している。網掛けハッチングについては、以下の図面においても同様である。
 以上の如く、サーモサイフォン装置10では、圧縮機やポンプのような作動流体の輸送装置を必要とすることなく、作動流体を自然循環させて、バッテリ2の排熱を連続的に外部に移動させることができる。すなわち、サーモサイフォン装置10によれば、効率的かつ連続的に、バッテリ2の冷却を行うことができる。
 ところで、図5を用いて説明したように、第2凝縮部13へ流入した気相の作動流体の温度が外部流体の温度よりも低くなっていると、第2凝縮部13へ流入した作動流体は凝縮しない。
 さらに、この場合には、第1凝縮部12から流出した液相の作動流体が第2凝縮部13の内部を流通する際に、外部流体から吸熱して再び蒸発してしまう、いわゆる熱害が生じる可能性がある。このような熱害が生じると、蒸発部15へ戻る液相の作動流体の量が減少して、蒸発部15における冷却能力の低下を招いてしまう。
 これに対して、本実施形態のサーモサイフォン装置10では、通路形成部材131が断熱材で形成されている。これによれば、液相流体通路13aを流通する液相の作動流体(すなわち、第1凝縮部12にて凝縮した液相の作動流体)が外部流体から吸熱して再び蒸発することを抑制することができる。従って、熱害を抑制することができる。
 さらに、液相流体通路13aが第2凝縮部13の内部に配置されているので、第2凝縮部13の隙間空間13bへ気相の作動流体を流入させることができる。従って、隙間空間13bへ流入した気相の作動流体の温度よりも外部流体の温度が低くなっている際には、図4を用いて説明したように、隙間空間13bへ流入した作動流体を凝縮させることができる。つまり、第1凝縮部12のみならず、第2凝縮部13においても、作動流体を凝縮させることができる。
 その結果、本実施形態のサーモサイフォン装置10によれば、熱害を抑制すること、および作動流体を効率的に凝縮させることを両立させることができる。さらに、本実施形態のサーモサイフォン装置10では、補助凝縮部である第2凝縮部13を備えているので、第2凝縮部13にて、作動流体を効率的に凝縮させることができる。
 ここで、本実施形態では、第2凝縮部13を備えるサーモサイフォン装置10について説明したが、第2凝縮部13を廃止しても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。例えば、本実施形態のサーモサイフォン装置10において、第2凝縮部13を形成するスパインフィン132を廃止しても、熱害の抑制と作動流体の効率的な凝縮の実現とを両立させることができる。
 つまり、第2凝縮部13を廃止しても、接続部14内に配置された通路形成部材131が断熱材で形成されているので、液相流体通路13aを流通する液相の作動流体が外部流体から吸熱してしまうことがない。従って、熱害を抑制することができる。
 さらに、液相流体通路13aが接続部14の内部空間の一部に形成されているので、残余の空間(本実施形態では、隙間空間13b)へ気相の作動流体を流入させることができる。従って、隙間空間13bへ流入した気相の作動流体の温度よりも外部流体の温度が低くなっている際には、隙間空間13bへ流入した作動流体を凝縮させることができる。つまり、第1凝縮部12のみならず、接続部14内の隙間空間13bにおいても、作動流体を凝縮させることができる。
 次に、第1凝縮部12における作動流体の凝縮温度と第2凝縮部13における作動流体の凝縮温度が同等となっている場合について検討する。この場合は、第1凝縮部12および第2凝縮部13の双方で作動流体を同等の温度で凝縮させることができる。従って、第1凝縮部12および第2凝縮部13が1つの凝縮部として一体化されていると考えることができる。
 さらに、本実施形態の第1凝縮部12および第2凝縮部13では、第1凝縮部12にて凝縮した作動流体が第2凝縮部13の内側の液相流体通路13aを流通する。従って、第1凝縮部12にて凝縮した作動流体が、第2凝縮部13の隙間空間13bのうち作動流体を有効に凝縮させることのできる領域(すなわち、断面における凝縮面積)を狭めてしまうことがない。
 つまり、本実施形態の第1凝縮部12および第2凝縮部13は、1つの凝縮部として一体化されていても凝縮効率を向上させることができる。
 また、本実施形態のサーモサイフォン装置10では、通路形成部材131が管状に形成されているので、第2凝縮部13の隙間空間13bを通路形成部材131の外周面と接続部14の内周面との間に容易に形成することができる。
 また、本実施形態のサーモサイフォン装置10では、温度調整部16を備えているので、第1凝縮部12にて気相の作動流体の凝縮温度を容易に調整することができる。従って、バッテリ2の発熱時に、適切な量の液相の作動流体を確実に蒸発部15へ供給することができる。
 より詳細には、第2凝縮部13では、作動流体と外部流体とを熱交換させることによって、作動流体を凝縮させる。このため、第2凝縮部13における作動流体の凝縮量は、外部流体の温度によって変化してしまう。これに対して、第1凝縮部12では、温度調整部16の冷却能力を調整することによって、作動流体の凝縮量を調整することができる。
 従って、外部流体の温度が充分に低く、第2凝縮部13にて充分な量の作動流体を凝縮させることができる場合には、図6に示すように、冷凍サイクルを停止させて、第1凝縮部12にて作動流体を凝縮させないようにしてもよい。これによれば、温度調整部16にて冷熱を発生させるためのエネルギ消費を抑制することができるので、より一層効率的に、バッテリ2の冷却を行うことができる。
 ここで、上述したサーモサイフォン装置10の製造方法における通路形成部材固定工程では、管状部材11に2つの縮径部14aを形成した例を説明したが、通路形成部材固定工程はこれに限定されない。
 例えば、通路形成部材固定工程の変形例として、図7に示すように、通路形成部材131として、上端側にOリング133等のシール部材が嵌め込まれる円環状の溝部131bが形成されたものを採用する。そして、通路形成部材固定工程において、溝部131b内のOリング133に当接するように縮径部14aを形成することによって、通路形成部材131を管状部材11に固定してもよい。
 これによれば、第1凝縮部12にて凝縮させた液相の作動流体が、通路形成部材131の上方側の端部と接続部14との隙間から隙間空間13bへ流入してしまうことを確実に抑制することができる。さらに、通路形成部材131を固定するために必要な縮径部14aが1つとなるので、通路形成部材131を容易に固定することができる。
 また、シール部材として、Oリング133に代えて、エラストマーで形成されたガスケット等を採用してもよい。さらに、シール部材を廃止して、縮径部14aの先端側が溝部131bの内周面に直接当接するように縮径部14aを形成してもよい。
 また、通路形成部材固定工程の変形例として、図8に示すように、上端側に溝部131bが形成されているとともに、上端部に縮径部14aに係合される複数の爪部131cが形成されたものを採用する。そして、通路形成部材固定工程では、爪部131cを内周側に弾性変形させながら縮径部14aに係合させることによって、通路形成部材131を管状部材11に固定してもよい。
 これによれば、通路形成部材固定工程を実行する前に、予め管状部材11の所望の位置に縮径部14aを形成しておくことができるので、通路形成部材131の位置決めが容易となる。さらに、通路形成部材配置工程と通路形成部材固定工程とを同時に完了させることができる。なお、図7、図8は、図2に対応する図面である。
 (第2実施形態)
 本実施形態では、第1実施形態に対して、図9に示すように、通路形成部材131を変更した例を説明する。なお、図9は、第1実施形態で説明した図2に対応する図面である。また、図9では、図示の都合上、蛇腹部134を破線で示している。
 具体的には、本実施形態の通路形成部材131は、蛇腹部134を有している。蛇腹部134は、小径部134aと大径部134bが繰り返し形成されるベローズ構造になっている。このため、蛇腹部134は、接続部14の形状に応じて変形することができる。さらに、図10に示すように、本実施形態の蛇腹部134の小径部134aは、断面円形状に形成されている。一方、大径部134bは、断面多角形状に形成されている。
 ここで、本実施形態の多角形状には、全ての頂角が外側に突出となる、いわゆる凸多角形状に限定されず、内側に突出する頂角を有する、いわゆる非凸多角形状も含まれる。本実施形態の蛇腹部134の大径部の断面形状は、外側に突出する頂角と内側に突出する頂角が複数設けられた、いわゆる星形形状に形成されている。このため、蛇腹部134の外周側にも、隙間空間13bが形成される。
 その他の構成は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のサーモサイフォン装置10においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、熱害を抑制すること、および作動流体を効率的に凝縮させることを両立させることができる。
 さらに、本実施形態の通路形成部材131では、蛇腹部134を有しているので、凝縮部・蒸発部形成工程時に、通路形成部材131を管状部材11とともに所望の形状に折り曲げることができる。従って、通路形成部材131を配置する範囲の設計自由度を向上させることができる。また、本実施形態の通路形成部材131についても、第1実施形態と同様に管状部材11内に固定することができる。
 なお、本実施形態の第2凝縮部13は、通路形成部材131の蛇腹部134の外周側に設けることができる。従って、接続部14の外表面のうち蛇腹部134の外周側に対応する部位に、スパインフィン132に対応する構成(すなわち、作動流体と外部流体との熱交換を促進する熱交換促進部材)を配置してもよい。
 (第3実施形態)
 本実施形態では、第1実施形態に対して、図11、図12に示すように、通路形成部材135を採用した例を説明する。なお、図11は、第1実施形態で説明した図2に対応する図面である。
 通路形成部材135は、長手方向に垂直な断面形状が、下方側に突出する部位を有する形状に形成されている。具体的には、本実施形態の通路形成部材135は、長手方向に垂直な断面形状が、下方側に突出する半円弧状に形成されている。
 このため、通路形成部材135では、樋(とい)のように、接続部14の下方側に突出した部位の内部に液相流体通路13aが形成される。そして、液相流体通路13aの上方側には、隙間空間13bが形成されている。従って、本実施形態の第2凝縮部13は、通路形成部材131の上方側に設けられている。
 通路形成部材135の両端側には、断面円環状に形成された固定部135aが形成されている。固定部135aの外径は、接続部14の内径よりも大きくなっている。また、図12に示すように、固定部135aは完全な円環状に形成されていない。固定部135aには、その一部を周方向に離間させる切欠部135bが形成されている。
 このため、本実施形態の通路形成部材135は、固定部135aを縮径させた状態で接続部14内に挿入することができる。そして、通路形成部材135を所望の位置に配置した状態で固定部135aを拡径させることによって、いわゆるCリングと同様に径方向の荷重を発生させて、通路形成部材135を接続部14内に固定することができる。
 その他の構成は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のサーモサイフォン装置10においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、熱害を抑制すること、および作動流体を効率的に凝縮させることを両立させることができる。
 なお、本実施形態の第2凝縮部13は、通路形成部材131の上方側に設けられる。従って、スパインフィン132に対応する構成(すなわち、作動流体と外部流体との熱交換を促進する熱交換促進部材)についても、接続部14の外表面のうち通路形成部材131の上方側に対応する部位に配置すればよい。
 (第4実施形態)
 本実施形態のサーモサイフォン装置10aでは、図13に示すように、液相の作動流体を流通させる液相接続部141、および気相の作動流体を流通させる気相接続部142を有する、いわゆるループ型のサーモサイフォンが形成されている。
 液相接続部141は、凝縮用熱交換器121の作動流体通路121aから流出した液相の作動流体を蒸発用熱交換器151の下方側タンク151aへ導く配管部材である。気相接続部142は、蒸発用熱交換器151の上方側タンク151bから流出した気相の作動流体を凝縮用熱交換器121の作動流体通路121aへ導く配管部材である。液相接続部141および気相接続部142は、第1実施形態で説明した管状部材11と同じ高い熱伝導性を有する材料で形成されている。
 蒸発用熱交換器151は、下方側タンク151a、上方側タンク151b、および複数の作動流体チューブ151cを有するタンクアンドチューブ型の熱交換器である。作動流体チューブ151cは、断面扁平状の扁平チューブである。作動流体チューブ151cは
、上下方向に延びている。複数の作動流体チューブ151cは、その扁平面(すなわち、平坦面)が同一の平面上に配置されるように、並べて配置されている。
 複数の作動流体チューブ151cの扁平面が配置された面と、バッテリ2との間には、第1実施形態と同様の蒸発熱拡散板および熱伝導シートが配置されている。これにより、複数の作動流体チューブ151cとバッテリ2が熱的に接続されている。
 下方側タンク151aは、複数の作動流体チューブ151cの下方側に配置されている。下方側タンク151aは、複数の作動流体チューブ151cに対して液相の作動流体を分配する作動流体用タンクである。上方側タンク151bは、複数の作動流体チューブ151cの上方側に配置されている。上方側タンク151bは、複数の作動流体チューブ151cから流出した気相の作動流体を集合させる作動流体用タンクである。
 凝縮用熱交換器121は、蒸発用熱交換器151から流出した気相の作動流体を流入させる作動流体通路121aと、冷凍サイクルの低圧冷媒を流入させる低圧冷媒通路121bとを有している。凝縮用熱交換器121は、作動流体通路121aを流通する作動流体と低圧冷媒通路121bを流通する低圧冷媒とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて作動流体を凝縮させる熱交換器である。
 つまり、凝縮用熱交換器121の作動流体通路121aは、第1実施形態で説明した第1凝縮部12に対応している。一方、凝縮用熱交換器121の低圧冷媒通路121bは、第1実施形態で説明した温度調整部16に対応している。つまり、凝縮用熱交換器121は、第1実施形態で説明した第1凝縮部12および温度調整部16を一体化させた熱交換器である。
 さらに、サーモサイフォン装置10aの液相接続部141には、第1実施形態と同様に第2凝縮部13が配置されている。ここで、第1実施形態で説明したように、第2凝縮部13を形成する隙間空間の上方側は通路形成部材によって閉塞されている。このため、本実施形態のサーモサイフォン装置10aにおいても、第2凝縮部13から蒸発用熱交換器151へ至る範囲の一部では、単管型のサーモサイフォンが形成されている。
 また、液相接続部141および気相接続部142は、図13に示すように、いずれも一端側が他端側よりも上方に位置付けられるように配置されている。そして、凝縮用熱交換器121は、液相接続部141および気相接続部142の一端側の最上位部に接続されている。また、蒸発用熱交換器151は、液相接続部141および気相接続部142の他端側の最下位部に接続されている。
 本実施形態では、サーモサイフォン装置10aの非作動時に、凝縮用熱交換器121の作動流体通路121aの内部が気相の作動流体で満たされるように作動流体が封入されている。さらに、サーモサイフォン装置10aの非作動時に、蒸発用熱交換器151の下方側タンク151aおよび作動流体チューブ151cの略全域が、液相の作動流体で満たされるように作動流体が封入されている。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
 次に、上記構成のサーモサイフォン装置10aの作動について説明する。サーモサイフォン装置10aの基本的作動は、第1実施形態で説明したサーモサイフォン装置10と同様である。すなわち、バッテリ2が発熱すると、蒸発用熱交換器151の作動流体チューブ151c内の液相の作動流体がバッテリ2の発生させた熱を吸熱して蒸発する。これにより、バッテリ2が冷却されて、バッテリ2の温度上昇が抑制される。
 蒸発用熱交換器151の作動流体チューブ151cにて蒸発した気相の作動流体は、上方側タンク151bに集合する。上方側タンク151bに集合した気相の作動流体は、気相接続部142を介して、凝縮用熱交換器121の作動流体通路121aへ流入する。凝縮用熱交換器121へ流入した気相の作動流体は、低圧冷媒通路121bを流通する冷凍サイクルの低圧冷媒と熱交換して凝縮する。
 凝縮用熱交換器121にて凝縮した液相の作動流体は、液相接続部141を介して、蒸発用熱交換器151の下方側タンク151aへ戻る。
 ここで、サーモサイフォン装置10aの作動時であっても、液相接続部141では、凝縮用熱交換器121にて凝縮した液相の作動流体が通路内の全域を占めている訳ではない。このため、液相接続部141内の気相の作動流体が液相接続部141内の上方側を流通して、第2凝縮部13へ流入する。第2凝縮部13へ流入した気相の作動流体は、外部流体(すなわち、駆動装置室4内の外気)と熱交換する。
 そして、第2凝縮部13へ流入した気相の作動流体の温度が外部流体の温度よりも高くなっている場合は、第1実施形態と同様に、第2凝縮部13へ流入した作動流体が冷却されて凝縮する。
 第2凝縮部13にて凝縮した液相の作動流体は、液相接続部141を介して、蒸発用熱交換器151の下方側タンク151aへ戻る。蒸発用熱交換器151の下方側タンク151aへ戻った液相の作動流体は、作動流体チューブ151cに分配されて、バッテリ2の発生させた熱を吸熱して再び蒸発する。
 一方、第2凝縮部13へ流入した気相の作動流体の温度が外部流体の温度よりも低くなっている場合は、第1実施形態と同様に、第2凝縮部13へ流入した作動流体は凝縮しない。さらに、第1実施形態と同様に、凝縮用熱交換器121にて凝縮した液相の作動流体が第2凝縮部13にて外部流体から吸熱して再び蒸発することも抑制される。
 その結果、ループ型のサーモサイフォンを形成するサーモサイフォン装置10aであっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、熱害を抑制すること、および作動流体を効率的に凝縮させることを両立させることができる。
 (第5実施形態)
 本実施形態のサーモサイフォン装置10では、図14に示すように、第1凝縮部12および第2凝縮部13を、1つの凝縮部として一体化させた例を説明する。
 本実施形態の第1凝縮部12および第2凝縮部13は、管状部材11の一端側に、直線状かつ連続的に形成されている。具体的には、管状部材11の一端側であって、通路形成部材131よりも液流れ方向上流側(すなわち、上方側)が第1凝縮部12となっている。さらに、管状部材11の一端側であって、通路形成部材131が配置された範囲が第2凝縮部13となっている。
 第1凝縮部12および第2凝縮部13は、第1実施形態の第1凝縮部12と同様に、凝縮熱拡散板12aおよび熱伝導シートを介して温度調整部16に熱的に接続されている。このため、本実施形態のサーモサイフォン装置10では、第1凝縮部12における作動流体の凝縮温度と第2凝縮部13における作動流体の凝縮温度は、常に同等となる。
 その他のサーモサイフォン装置10の構成および作動は、第1実施形態と同様である。従って、本実施形態のサーモサイフォン装置10においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、熱害を抑制すること、および作動流体を効率的に凝縮さ
せることを両立させることができる。
 さらに、本実施形態のサーモサイフォン装置10によれば、図15に示すように、図16に示す比較例の凝縮部よりも、作動流体を有効に凝縮させることのできる領域(すなわち、断面における隙間空間13b内の凝縮面積)を拡大させることができる。従って、第2凝縮部13における作動流体の凝縮効率を向上させることができる。なお、図16に示す比較例は、通路形成部材131が配置されていない場合の図15と同一箇所の断面を示している。
 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、以下のように種々変形可能である。
 上述の実施形態では、本開示に係るサーモサイフォン装置10、10aを、電気自動車に適用した例を説明したが、サーモサイフォン装置10、10aの適用は、これに限定されない。例えば、走行用の駆動力を内燃機関および電動モータの双方から得るハイブリッド車両に適用して、バッテリ2を冷却する温度調整装置に用いてもよい。
 もちろん、バッテリ以外の作動時に自己発熱を伴う機器(具体的には、電動モータへ電力を供給するインバータやバッテリに電力を充電する充電機等)の温度調整を行う温度調整装置に用いてもよい。さらに、車載機器に限定されることなく、コンピュータのCPU等の温度調整を行う温度調整装置に用いてもよい。
 また、サーモサイフォン装置10、10aの各構成機器は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。
 具体的には、上述の実施形態では、第1凝縮部12、凝縮用熱交換器121および第2凝縮部13を車室外空間である駆動装置室4内に配置した例を説明したが、これに限定されない。第1凝縮部12、凝縮用熱交換器121および第2凝縮部13の少なくとも一方を車室3内に配置してもよい。
 上述の実施形態では、蒸発部15とバッテリ2との間等に蒸発熱拡散板および熱伝導シートを介在させた例を説明したが、これに限定されない。例えば、サーモサイフォン装置10では、生産性を損なわない範囲で、蒸発部15と蒸発熱拡散板15aとをロウ付け接合して、作動流体にバッテリ2の排熱を直接的に吸熱させるようにしてもよい。第1凝縮部12と凝縮熱拡散板12aについても同様である。
 上述の実施形態では、接続部14、液相接続部141として、断面円形状の配管部材を採用した例を説明したが、これに限定されない。接続部14等は、断面扁平形状、楕円形状、多角形状であってもよい。さらに、接続部14等の断面形状に応じて、通路形成部材131の断面形状を変化させてもよい。これによれば、作動流体と外部流体との熱交換を促進する形状の隙間空間13bを形成することができる。
 上述の実施形態では、接続部14のうち第2凝縮部13が設けられている部位の外周側にスパインフィン132を配置した例を説明したが、これに限定されない。さらに、図17の太線で示すように、接続部14のうち第2凝縮部13が設けられない部位の外周側に外部流体と作動流体との熱交換を抑制する断熱材144を配置してもよい。
 これによれば、第2凝縮部13が設けられていない部位おける外部熱影響(すなわち、熱害)を抑制することができる。このような断熱材144としては、通路形成部材131と同様の熱伝導率が低い樹脂を採用することができる。もちろん、第3実施形態で説明した液相接続部141に同様の断熱材144を適用してもよい。
 上述の実施形態では、温度調整部16にて、冷凍サイクルの低圧冷媒を蒸発させることによって冷熱を発生させる例を説明したが、これに限定されない。第1凝縮部12へ流入した作動流体を冷却して凝縮させることが可能であれば、温度調整部16として、ペルチェ素子等を採用してもよい。
 上述の実施形態では、第2凝縮部13にて、気相の作動流体を外部流体と熱交換させて凝縮させる例を説明したが、これに限定されない。
 例えば、接続部14および液相接続部141のうち第2凝縮部13を形成する部位を車両ボデーに接触させて作動流体を凝縮させてもよい。また、空調装置用の冷凍サイクル装置のドレン水(凝縮水)と熱交換させて作動流体を凝縮させるようにしてもよい。つまり、第2凝縮部13では、作動流体の凝縮温度を調整することができない冷熱、すなわち、成り行き的に温度変化する冷熱によって作動流体を凝縮させればよい。
 上述の第3実施形態では、断面形状が半円弧状に形成された通路形成部材135を採用した例を説明したが、通路形成部材135の断面形状はこれに限定されない。通路形成部材135の断面形状は、下方側に突出する部位を有する形状になっていることによって、樋のように液相流体通路13aを形成することができる形状になっていればよい。
 例えば、断面形状が複数の直線を組み合わせた角部を有する形状(例えば、V字形状やW字形状)に形成されていてもよい。他にも、断面形状が複数の曲線および直線を組み合わせた形状(例えば、U字形状)で形成されていてもよい。この場合は、通路形成部材135の上方側に加えて、通路形成部材135の外表面と接続部14の内周面との間に形成される隙間空間によって、第2凝縮部13を形成することができる。
 上述の実施形態では、サーモサイフォン装置10、10a作動流体として、R1234yfを採用した例を説明したが、作動流体はこれに限定されない。作動流体として、別のフロン系冷媒(例えば、R134a)を採用してもよい。さらに、フロン系冷媒に限定されることなく、プロパン、アルコール等の熱媒体を採用してもよい。
 また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。例えば、第4実施形態で説明したサーモサイフォン装置10aの第2凝縮部13に、第2、第3実施形態で説明した通路形成部材131、135を適用してもよい。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (6)

  1.  液相の作動流体を蒸発させる蒸発部(15、151)と、
     前記蒸発部にて蒸発させた気相の前記作動流体を凝縮させる凝縮部(12、121a)と、
     前記凝縮部と前記蒸発部とを接続する接続部(14、141)と、を備え、
     前記接続部の内部には、前記凝縮部にて凝縮させた液相の前記作動流体を流通させる液相流体通路(13a)を形成する通路形成部材(131、135)が配置されており、
     前記通路形成部材は、前記接続部の外部の外部流体と前記液相流体通路を流通する前記作動流体との熱移動を抑制する断熱材で形成されているとともに、前記接続部の内部空間の一部に前記液相流体通路を形成しているサーモサイフォン装置。
  2.  さらに、前記接続部のうち前記凝縮部よりも液相の前記作動流体の流れ方向下流側の部位に設けられて気相の前記作動流体を凝縮させる補助凝縮部(13)を備え、
     前記通路形成部材は、前記補助凝縮部が設けられた前記接続部内に配置されている請求項1に記載のサーモサイフォン装置。
  3.  前記通路形成部材(131)は、管状に形成されており、
     前記補助凝縮部(13)は、前記通路形成部材の外周側に設けられている請求項2に記載のサーモサイフォン装置。
  4.  前記通路形成部材(135)は、長手方向に垂直な断面形状が下方側に突出する部位を有する形状に形成されており、
     前記補助凝縮部(13)は、少なくとも前記通路形成部材の上方側に設けられている請求項2に記載のサーモサイフォン装置。
  5.  液相の作動流体を蒸発させる蒸発部(15、151)と、
     前記蒸発部にて蒸発させた気相の前記作動流体を凝縮させる第1凝縮部(12、121a)と、
     前記蒸発部にて蒸発させた気相の前記作動流体と外部流体とを熱交換させることによって、気相の前記作動流体を凝縮させる第2凝縮部(13)と、
     前記第1凝縮部にて凝縮させた液相の前記作動流体を流通させる液相流体通路(13a)を形成する通路形成部材(131、135)と、を備え、
     前記通路形成部材は、前記外部流体と前記液相流体通路を流通する前記作動流体との熱移動を抑制する断熱材で形成されているとともに、前記第2凝縮部の内部に配置されているサーモサイフォン装置。
  6.  さらに、前記第1凝縮部における前記作動流体の凝縮温度を調整する温度調整部(16、121b)を備える請求項5に記載のサーモサイフォン装置。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0449497Y2 (ja) * 1985-06-20 1992-11-20
JPH06257417A (ja) * 1993-03-08 1994-09-13 Fujikura Ltd ヒートパイプタービン
JPH0731023B2 (ja) * 1991-06-12 1995-04-10 工業技術院長 ループ型ヒートパイプ
WO2018055944A1 (ja) * 2016-09-26 2018-03-29 株式会社デンソー 機器温調装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0449497Y2 (ja) * 1985-06-20 1992-11-20
JPH0731023B2 (ja) * 1991-06-12 1995-04-10 工業技術院長 ループ型ヒートパイプ
JPH06257417A (ja) * 1993-03-08 1994-09-13 Fujikura Ltd ヒートパイプタービン
WO2018055944A1 (ja) * 2016-09-26 2018-03-29 株式会社デンソー 機器温調装置

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