特許 7182483 熱輸送システム、および熱輸送システムの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-24

(45)【発行日】2022-12-02

(54)【発明の名称】熱輸送システム、および熱輸送システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   F28F 27/00 20060101AFI20221125BHJP

   F28D 15/00 20060101ALI20221125BHJP

   F28F 23/02 20060101ALI20221125BHJP

【ＦＩ】

F28F27/00 511D

F28D15/00

F28F23/02 D

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019016726

(22)【出願日】2019-02-01

(65)【公開番号】P2020125851

(43)【公開日】2020-08-20

【審査請求日】2021-06-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100144510

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 真由

(72)【発明者】

【氏名】橋本 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】植田 忠伸

(72)【発明者】

【氏名】山内 崇史

(72)【発明者】

【氏名】布施 卓哉

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５７－０１６２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－１７９３２９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ １５／００－１５／０６

Ｆ２８Ｆ ２３／０２，２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体を用いる熱輸送システムであって、
前記熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる第１熱交換器と、
前記第１熱交換器の下流に配置され、前記第１熱交換器を通過した前記熱輸送流体を放熱させる第２熱交換器と、
前記第２熱交換器を通過した前記熱輸送流体が流入すると共に、前記第１熱交換器へ前記熱輸送流体を供給する第１貯留部と、
前記第１貯留部から供給される前記熱輸送流体を、前記第１熱交換器、前記第２熱交換器の順に経由させて前記第１貯留部に戻すポンプと、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間であって、前記第１熱交換器の下流に配置され、前記第１熱交換器において気化された成分を分離可能な気液分離部と、
前記気液分離部と配管を介して接続され、前記気液分離部において分離された流体を貯留可能な第２貯留部と、
前記第２貯留部内の前記流体を、前記第１貯留部に供給可能に、前記第２貯留部と前記第１貯留部とを接続する接続部と、
前記接続部を制御して、前記第２貯留部に貯留された流体を用いて、前記第１貯留部における前記熱輸送流体の前記不凍液の濃度を変更させる制御部と、
を備える、
熱輸送システム。

【請求項2】

請求項１に記載の熱輸送システムであって、
さらに、
前記熱輸送システムの外気温を計測する外気温計測部を備え、
前記制御部は、
前記外気温計測部による外気温計測値に応じて、前記接続部を制御する、
熱輸送システム。

【請求項3】

請求項２に記載の熱輸送システムであって、
前記制御部は、
前記外気温計測部による外気温計測値が温度閾値より小さい場合は、前記接続部を制御して、前記第２貯留部に貯留された前記流体を、前記第１貯留部に供給させる、
熱輸送システム。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱輸送システムであって、
さらに、
前記第１貯留部から供給される前記熱輸送流体の前記不凍液の濃度を計測する濃度計測部を備え、
前記制御部は、さらに、前記濃度計測部による濃度計測値を用いて、前記接続部を制御する、
熱輸送システム。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱輸送システムにおいて、
さらに、
前記気液分離部と前記第２貯留部とを接続する配管上に設けられる分離成分供給弁を備える、
熱輸送システム。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱輸送システムにおいて、
前記熱輸送流体に含まれる前記不凍液の蒸気圧は、水蒸気圧より大きい、
熱輸送システム。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱輸送システムにおいて、
前記不凍液は、アルコールである、
熱輸送システム。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の熱輸送システムにおいて、
前記第２貯留部は、前記第１貯留部に対して、鉛直上方に配置される、
熱輸送システム。

【請求項9】

不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体を用いる熱輸送システムの制御方法であって、
前記熱輸送システムは、前記熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる第１熱交換器と、
前記第１熱交換器の下流に配置され、前記第１熱交換器を通過した前記熱輸送流体を放熱させる第２熱交換器と、
前記第２熱交換器を通過した前記熱輸送流体が流入すると共に、前記第１熱交換器へ前記熱輸送流体を供給する第１貯留部と、
前記第１貯留部から供給される前記熱輸送流体を、前記第１熱交換器、前記第２熱交換器の順に経由させて前記第１貯留部に戻すポンプと、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間であって、前記第１熱交換器の下流に配置され、前記第１熱交換器において気化された成分を分離可能な気液分離部と、
前記気液分離部と配管を介して接続され、前記気液分離部において分離された成分を貯留可能な第２貯留部と
前記第２貯留部内の前記流体を、前記第１貯留部に供給可能に、前記第２貯留部と前記第１貯留部とを接続する接続部と、
前記熱輸送システムの外気温を計測する外気温計測部と、
を備え、
前記外気温計測部による外気温計測値が温度閾値より小さい場合は、前記接続部を制御して、前記第２貯留部に貯留された前記流体を、前記第１貯留部に供給させる、
熱輸送システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱輸送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車の冷却系等で採用されている、液体の熱輸送流体を用いた熱輸送システムでは、冬季の気温低下による熱輸送流体の凍結を抑制する技術が検討されている。例えば、特許文献１には、熱輸送流体の状態（連続相と分散相）を調整することにより、熱輸送流体の凍結を抑制する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１０６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

また、不凍液を添加することにより、熱輸送流体の凍結を抑制する技術も採用されている。熱輸送システムの使用温度域が、夏季と冬季とで大きく異なるため、冬季の熱輸送流体の凍結抑制のために不凍液を添加した熱輸送流体を用いると、夏季にドライアウトが生じる可能性がある。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体を用いた熱輸送システムにおいて、ドライアウトを抑制する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体を用いる熱輸送システムが提供される。この熱輸送システムは、前記熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる第１熱交換器と、前記第１熱交換器の下流に配置され、前記第１熱交換器を通過した前記熱輸送流体を放熱させる第２熱交換器と、前記第２熱交換器を通過した前記熱輸送流体が流入すると共に、前記第１熱交換器へ前記熱輸送流体を供給する第１貯留部と、前記第１貯留部から供給される前記熱輸送流体を、前記第１熱交換器、前記第２熱交換器の順に経由させて前記第１貯留部に戻すポンプと、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間であって、前記第１熱交換器の下流に配置され、前記第１熱交換器において気化された成分を分離可能な気液分離部と、前記気液分離部と配管を介して接続され、前記気液分離部において分離された流体を貯留可能な第２貯留部と、を備える。

【0008】

この構成によれば、第２貯留部を備えるため、気液分離部において分離された成分を第２貯留部に貯留させることができる。そのため、蒸気圧が水より大きい不凍液を用いる場合、夏季等の気温が高い時に、熱輸送システム内を循環する熱輸送流体に含まれる不凍液を、第２貯留部に貯留させることにより、熱輸送システム内を循環する熱輸送流体の不凍液の濃度を低下させることができる。したがって、熱輸送流体の蒸気圧を低下させ、沸点を上げることにより熱輸送流体の局所沸騰等によるドライアウトを抑制することができる。また、冬季等の気温が低い時期に、貯留部に貯留された不凍液を、第１貯留部に戻すことにより、熱輸送流体の不凍性能を確保することができる。その結果、熱輸送流体の不凍性能と蒸発抑制性能を選択的に向上させることができる。一方、蒸気圧が水以下の不凍液を用いる場合にも、夏季等の気温が高い時に、第１熱交換器において気化された成分を、第２貯留部に貯留させることができる。この場合、第１熱交換器において気化された成分は水濃度が大きい。そのため、熱輸送システムを循環する熱輸送流体の不凍液の濃度を、増大させることができる。その結果、熱輸送流体の蒸気圧を低下させ、沸点を上げることにより、熱輸送流体の局所沸騰等によるドライアウトを抑制することができる。

【0009】

（２）上記形態の熱輸送システムであって、さらに、前記第２貯留部内の前記流体を、前記第１貯留部に供給可能に、前記第２貯留部と前記第１貯留部とを接続する接続部と、を備えてもよい。このようにすると、第２貯留部に貯留された流体を、容易に第１貯留部に戻すことができるため、利用者の利便性を向上させることができる。

【0010】

（３）上記形態の熱輸送システムであって、さらに、前記接続部を制御して、前記第２貯留部に貯留された流体を用いて、前記第１貯留部における前記熱輸送流体の前記不凍液の濃度を変更させる制御部を備えてもよい。このようにすると、制御部による制御によって、第２貯留部に貯留された流体を第１貯留部に戻すことができるため、利用者の利便性を向上させることができる。

【0011】

（４）上記形態の熱輸送システムであって、さらに、前記熱輸送システムの外気温を計測する外気温計測部を備え、前記制御部は、前記外気温計測部による外気温計測値に応じて、前記接続部を制御してもよい。このようにすると、外気温に応じて、熱輸送流体の不凍液の濃度を変更することができるため、より適切に、熱輸送流体の不凍性能と蒸発抑制性能を確保することができる。

【0012】

（５）上記形態の熱輸送システムであって、前記制御部は、前記外気温計測部による外気温計測値が温度閾値より小さい場合は、前記接続部を制御して、前記第２貯留部に貯留された前記流体を、前記第１貯留部に供給させてもよい。このようにすると、例えば、熱輸送流体から不凍液成分を除いた流体の凍結温度に所定の値（例えば、５℃）を加えた値に、閾値を設定すれば、熱輸送流体が凍結しやすい外気温になったときに、熱輸送流体に、第２貯留部に貯留された流体を添加させることができる。初期状態において、熱輸送流体の凍結が抑制される適正濃度に、不凍液濃度を調整しておけば、熱輸送流体が凍結しやすい外気温になったときに、熱輸送流体の不凍液濃度が適正になる。そのため、熱輸送流体の凍結を適切に抑制することができる。

【0013】

（６）上記形態の熱輸送システムであって、さらに、前記第１貯留部から供給される前記熱輸送流体の前記不凍液の濃度を計測する濃度計測部を備え、前記制御部は、さらに、前記濃度計測部による濃度計測値を用いて、前記接続部を制御してもよい。このようにしても、熱輸送流体の不凍液の濃度を変更することができる。

【0014】

（７）上記形態の熱輸送システムであって、さらに、前記気液分離部と前記第２貯留部とを接続する配管上に設けられる分離成分供給弁を備えてもよい。このようにすると、分離成分供給弁を閉状態にすることにより、気液分離部における気化成分の分離を停止させることができる。そのため、例えば、外気温が低い場合には、分離成分供給弁を閉状態にすることにより、熱輸送流体の不凍液の濃度の変化を抑制することができる。

【0015】

（８）上記形態の熱輸送システムであって、前記熱輸送流体に含まれる前記不凍液の蒸気圧は、水蒸気圧より大きくてもよい。不凍液の蒸気圧が水蒸気圧より大きい場合、不凍液の濃度が大きくなるにつれ、沸点が低くなるため、外気温が高い場合に、ドライアウトが生じやすくなる。そのような場合にも、熱輸送流体の不凍性能と蒸発抑制性能を選択的に向上させることができる。

【0016】

（９）上記形態の熱輸送システムであって、前記不凍液は、アルコールでもよい。このようにしても、熱輸送流体の不凍性能と蒸発抑制性能を選択的に向上させることができる。

【0017】

（１０）上記形態の熱輸送システムであって、前記第２貯留部は、前記第１貯留部に対して、鉛直上方に配置されてもよい。このようにすると、貯留部に貯留された流体を、重力により、第１貯留部に供給させることができ、熱輸送システムの構成を簡易にすることができる。

【0018】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、熱輸送システムを備えるシステム、熱輸送システムの制御方法、この制御方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムなどの形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態における熱輸送システムの概略構成を示す説明図である。

【図2】熱輸送処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】冬季モードを概念的に示す説明図である。

【図4】夏季モードを概念的に示す説明図である。

【図5】メタノールー水系のメタノールの液相組成に対する気液平衡時のメタノールの気相組成を示す図である。

【図6】メタノールー水系の気液平衡曲線を示す図である。

【図7】第２実施形態における熱輸送システムの概略構成を示す説明図である。

【図8】第２実施形態における熱輸送処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】第３実施形態における熱輸送システムの概略構成を示す説明図である。

【図10】第３実施形態における熱輸送処理の流れを示すフローチャートである。

【図11】第４実施形態における熱輸送システムの概略構成を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態における熱輸送システム１００の概略構成を示す説明図である。熱輸送システム１００は、不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体（以下、単に「熱輸送流体」とも呼ぶ）を用いて、熱源を放熱させるシステムである。本実施形態では、不凍液としてメタノールを用い、メタノールの液相組成（モル分率）が０．４の熱輸送流体を用いている。

【0021】

熱輸送システム１００は、第１熱交換器１０と、第２熱交換器２０と、気液分離部３０と、第１タンク４１と、第２タンク４２と、ポンプ５０と、制御部８０と、外気温センサ９０と、を備える。第１熱交換器１０と、第２熱交換器２０と、気液分離部３０と、第１タンク４１と、ポンプ５０とは、配管６１～６５を介して環状に接続されている。また、気液分離部３０は、配管７２を介して第２タンク４２と接続され、第２タンク４２は、タンク接続管７４を介して第１タンク４１と接続されている。タンク接続管７４上には、流体供給弁４６が設けられている。流体供給弁４６は、制御部８０に制御されて、第２タンク４２から第１タンク４１への流体の供給の有無を変更する自動弁である。熱輸送流体は、ポンプ５０によって、配管６１～６５を介して、第１熱交換器１０、気液分離部３０、第２熱交換器２０、第１タンク４１の順に循環している。

【0022】

第１熱交換器１０は、熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる。本実施形態では、熱源として、自動車のエンジンを例示する。熱輸送流体は、エンジン内部に設けられたウォータージャケットを流通する。すなわち、ウォータージャケットが、第１熱交換器１０に相当する。

【0023】

第２熱交換器２０は、第１熱交換器１０の下流に配置されており、第１熱交換器１０を通過した熱輸送流体を放熱させる。本実施形態では、第２熱交換器２０としてラジエータを用いている。

【0024】

気液分離部３０は、第１熱交換器１０の下流において、第１熱交換器１０において気化された成分を放出させる。本実施形態では、気液分離部３０として、旋回流式の気液分離器を用いている。

【0025】

第１タンク４１は、内部に熱輸送流体を有する。本実施形態では、上述の通り、不凍液としてメタノールを用いており、初期状態において、メタノールの液相組成（モル分率）は０．４である。

【0026】

第２タンク４２は、空のタンクであり、気液分離部３０にて熱輸送流体から分離された流体を貯留する。また、制御部８０が流体供給弁４６を制御することにより、第２タンク４２に貯留された流体が、第１タンク４１に供給される（後に詳述する）。本実施形態では、不凍液としてメタノールを用いており、メタノールの蒸気圧は、水蒸気圧より大きいため、第１熱交換器１０において気化された成分における不凍液濃度が大きい。そのため、第２タンク４２に貯留される流体に含まれる不凍液濃度は大きく、第２タンク４２に第１熱交換器１０における気化成分が貯留されることにより、熱輸送システム１００を循環する熱輸送流体の不凍液濃度を低下させることができる。

【0027】

制御部８０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、およびＣＰＵを含んで構成されるコンピュータであり、熱輸送システム１００の全体の制御をおこなう。制御部８０は、配管６４上に設けられた熱輸送流体供給弁４４、流体供給弁４６、ポンプ５０、および外気温センサ９０と、電気的に接続される。制御部８０は、外気温センサ９０から出力された測定値に基づいて、流体供給弁４６の制御を行う（後述する）。

【0028】

本実施形態における第１タンク４１を「第１貯留部」、第２タンク４２を「第２貯留部」とも呼ぶ。また、流体供給弁４６、タンク接続管７４を合わせて「接続部」とも呼ぶ。外気温センサ９０を、「外気温計測部」とも呼ぶ。

【0029】

図２～図４を用いて、制御部８０の熱輸送処理について説明する。図２は、熱輸送処理の流れを示すフローチャートである。図３は、後述する冬季モードを概念的に示す説明図である。図４は、後述する夏季モードを概念的に示す説明図である。

【0030】

図２に示すように、制御部８０は、熱輸送システム１００の始動後、まず、熱輸送流体供給弁４４を開状態にするとともに、ポンプ５０を始動させる（ステップＴ１１）。この制御によって、熱輸送流体は、図３に矢印で示すように、配管６１～６５を介して、第１タンク４１、第１熱交換器１０、気液分離部３０、第２熱交換器２０の順に循環する。熱輸送システム１００は、例えば、エンジン始動と同時に始動される。

【0031】

制御部８０は、外気温の外気温センサ９０における外気温の計測値が温度閾値Ｔｈ１より小さい場合には（ステップＴ１２においてＹＥＳ）、流体供給弁４６を開状態にする（ステップＴ１３）。本実施形態において、流体供給弁４６が開状態のモードを、「冬季モード」とも呼ぶ。図３に白抜き矢印で示すように、気液分離部３０において分離された不凍液濃度が高い蒸気は、第２タンク４２に入り、第２タンク４２内の不凍液濃度が高い流体は、タンク接続管７４を介して第１タンク４１に戻される。上述の通り、第２タンク４２は、第１タンク４１に対して鉛直上方に配置されており、流体供給弁４６が開状態であるため、第２タンク４２内の流体は、重力により、タンク接続管７４を介して第１タンク４１に戻すことができる。このように、冬季モードの場合、第１熱交換器１０において気化された不凍液が回収されて、第１タンク４１に戻されるため、熱輸送システム１００において循環される熱輸送流体の不凍液濃度は、略一定に保たれる。

【0032】

制御部８０は、熱輸送処理の終了指示が入力されたことを検出しない場合は（ステップＴ１４において、）、ステップＴ１２に戻る。制御部８０は、外気温の外気温センサ９０における外気温の計測値が温度閾値Ｔｈ１以上の場合には（ステップＴ１２においてＹＥＳ）、流体供給弁４６を閉状態にする（ステップＴ１５）。本実施形態において、流体供給弁４６が閉状態のモードを、「夏季モード」とも呼ぶ。図４に白抜き矢印で示すように、気液分離部３０において分離された不凍液濃度が高い蒸気は、第２タンク４２に入る。夏季モードでは、流体供給弁４６が閉状態であるため、第２タンク４２内に不凍液濃度が高い流体が貯留される。このように、夏季モードの場合、第１熱交換器１０において気化された不凍液が回収されて、第２タンク４２に貯留されるため、熱輸送システム１００において循環される熱輸送流体の不凍液濃度は、冬季モードの場合と比較して薄くなる。

【0033】

制御部８０は、熱輸送処理の終了指示が入力されたことを検出すると（ステップＴ１４において、ＹＥＳ）、ポンプ５０を停止させると共に、熱輸送流体供給弁４４を閉弁させて（ステップＴ１６）、熱輸送処理を終了する。熱輸送処理の終了指示は、例えば、エンジン停止後、所定時間経過後に入力される。

【0034】

このように、制御部８０は、外気温センサ９０における外気温の計測値が温度閾値Ｔｈ１（５℃）より小さい場合には、熱輸送システム１００を冬季モードで運転させ、外気温センサ９０における外気温の計測値が温度閾値Ｔｈ１（５℃）以上の場合には、熱輸送システム１００を夏季モードで運転させる。

【0035】

以上説明したように、本実施形態の熱輸送システム１００によれば、外気温が低い（５℃を下回る）ときには、熱輸送流体の不凍液濃度を、初期状態と略同一に保つ。そのため、初期状態において、第１タンク４１内に充填されている熱輸送流体の不凍液濃度を、熱輸送流体が凍結しない為に十分な濃度に調整することによって、熱輸送流体の不凍性能を確保することができる。

【0036】

ところで、本実施形態における不凍液としてのメタノールは、水に対して蒸気圧が大きい。そのため、不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体において、十分な不凍性能を確保するために、不凍液濃度を高くすると、熱輸送流体の蒸気圧が大きくなり、沸点が下がるため、夏季等の外気温が高いときに、局所沸騰等によるドライアウトが生じる虞がある。これに対し、本実施形態の熱輸送システム１００によれば、外気温が低くない（５℃以上）ときには、熱輸送流体の不凍液濃度を、初期状態より低くする。

【0037】

図５は、メタノールー水系のメタノールの液相組成に対する気液平衡時のメタノールの気相組成を示す図である。図６は、メタノールー水系の気液平衡曲線を示す図である。図５、６は、大江修造 編著「Ｅｘｃｅｌｌによる気液平衡データ集 第２版」（２０１２）により計算したものである。図５、６では、定圧（７６０ｍｍＨｇ）における気液平衡データを示す。図５は、メタノールの液相組成（モル分率）に対する気液平衡時のメタノールの気相組成（モル分率）である。本実施形態では、初期状態において、メタノールの液相組成（モル分率）が０．４の水溶液を、熱輸送流体として用いている。第１熱交換器１０の温度が８０℃の場合、図６に示すように、メタノール組成０．６２の蒸気が発生し、熱輸送システム１００を循環する熱輸送流体のメタノール組成は、０．２３に希釈される。

【0038】

このように、本実施形態の熱輸送処理における夏季モードでは、熱輸送流体の不凍液濃度を低下させて、蒸気圧を低下させることができるため、熱輸送流体の沸点を上昇させることができる。その結果、熱輸送流体の蒸発抑制性能を向上させることができ、熱輸送流体のドライアウトを抑制することができる。

【0039】

すなわち、本実施形態の熱輸送システム１００によれば、外気温に応じて熱輸送流体の不凍液濃度を変更することにより、冬季は熱輸送流体の不凍性能を確保する一方、夏季は熱輸送流体の蒸発抑制性能を確保することができる。

【0040】

また、本実施形態の熱輸送システム１００では、不凍液として、メタノールを用いている。メタノールは、エチレングリコール、グリセリン等の不凍液と比較して、粘性が小さいため、熱輸送流体の流動性の低下を抑制することができる。このように、粘性が小さい不凍液を用いると、流動性の低下を抑制することができる点で好ましい一方、不凍液としてエチレングリコール等の粘性が大きい不凍液を用いる場合と比較して、蒸気圧が大きくなるため、ドライアウトの可能性が高くなる可能性がある。これに対し、上述の通り、本実施形態の熱輸送システム１００によれば、熱輸送流体のドライアウトを抑制することができる。

【0041】

また、本実施形態の熱輸送システム１００によれば、第１熱交換器１０において平衡状態に達して気化した蒸気を回収することにより、熱輸送流体の不凍液濃度を変更しているため、熱輸送システムの構成を簡易化することができる。

【0042】

＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態における熱輸送システム１００Ａの概略構成を示す説明図である。本実施形態の熱輸送システム１００Ａが第１実施形態の熱輸送システム１００と異なる点は、配管６５上に濃度センサ９２が設けられている点である。本実施形態の熱輸送システム１００Ａについて、第１実施形態と同一の構成は、第１実施形態と同一の符号を付し、先行する説明を参照する。本実施形態における濃度センサ９２を「濃度計測部」とも呼ぶ。

【0043】

濃度センサ９２は、第１タンク４１から供給される熱輸送流体の不凍液濃度を検出する。濃度センサ９２は、制御部８０と電気的に接続されており、制御部８０は、外気温センサ９０から取得した外気温計測値と、濃度センサ９２から取得した不凍液濃度計測値を用いて、流体供給弁４６を制御する。

【0044】

図８は、第２実施形態における熱輸送処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態における熱輸送処理が第１実施形態と異なる点は、ステップＴ１２とステップＴ１３との間に、ステップＴ１７が追加された点である。本実施形態の熱輸送処理において、第１実施形態と同一の処理については同一の符号を付し、先行する説明を参照する。制御部８０は、外気温計測値が温度閾値Ｔｈ１より小さい場合（ステップＴ１２においてＹＥＳ）に、ステップＴ１７に進み、濃度センサ９２による計測値（不凍液濃度）が、濃度閾値Ｔｈ２より小さい場合（ステップＴ１７においてＹＥＳ）には、流体供給弁４６を開状態にさせる（ステップＴ１３）。一方、濃度センサ９２による計測値（不凍液濃度）が、濃度閾値Ｔｈ２以上の場合（ステップＴ１７においてＮＯ）には、流体供給弁４６を閉状態にさせる（ステップＴ１５）。すなわち、本実施形態の熱輸送処理によれば、外気温が温度閾値Ｔｈ１より低くても、熱輸送流体の不凍液濃度が濃度閾値Ｔｈ２以上の場合には、流体供給弁４６を閉状態にする。本実施形態では、濃度閾値Ｔｈ２を、０．４（モル分率）に設定している。

【0045】

不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体は、不凍液の粘性が水より高いため、不凍液濃度が高くなると、熱輸送流体の流動性が悪くなる。本実施形態の熱輸送システム１００Ａによれば、濃度センサ９２を備え、熱輸送流体の不凍液濃度を検出可能であり、制御部８０は、外気温が低くても、当該外気温に対する不凍性能を発揮するのに十分な程度の不凍液濃度が確保されている場合には、流体供給弁４６を閉状態にすることができる。そのため、過剰に不凍液濃度を高めることによる熱輸送流体の流動性の低下を抑制することができる。

【0046】

＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態における熱輸送システム１００Ｂの概略構成を示す説明図である。本実施形態の熱輸送システム１００Ｂが第１実施形態の熱輸送システム１００と異なる点は、配管７２上に分離成分供給弁４８が設けられている点である。本実施形態の熱輸送システム１００Ｂについて、第１実施形態と同一の構成は、第１実施形態と同一の符号を付し、先行する説明を参照する。

【0047】

分離成分供給弁４８は、流体供給弁４６と同様の自動弁である。分離成分供給弁４８が開状態のときは、気液分離部３０において分離された不凍液を含む蒸気が第２タンク４２へ供給される。分離成分供給弁４８が閉のときは、第１熱交換器１０において気化された熱輸送流体の蒸気は、分離されず、配管６２に流入する。分離成分供給弁４８は、制御部８０と電気的に接続されており、制御部８０は、外気温センサ９０から出力された測定値に基づいて、分離成分供給弁４８の制御を行う（後述する）。

【0048】

図１０は、第３実施形態における熱輸送処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態における熱輸送処理が第１実施形態と異なる点は、ステップＴ１３に替えてステップＴ１３Ｂ、ステップＴ１５に替えてステップＴ１５Ｂが実行される点である。本実施形態の熱輸送処理において、第１実施形態と同一の処理については同一の符号を付し、先行する説明を参照する。本実施形態において、制御部８０は、外気温計測値が温度閾値Ｔｈ１より小さい場合（ステップＴ１２においてＹＥＳ）、分離成分供給弁４８を閉状態にさせると共に、流体供給弁４６を開状態にさせる（ステップＴ１３Ｂ）。一方、外気温計測値が温度閾値Ｔｈ１以上の場合（ステップＴ１２においてＮＯ）、分離成分供給弁４８を開状態にさせると共に、流体供給弁４６を閉状態にさせる（ステップＴ１５Ｂ）。すなわち、本実施形態の熱輸送処理によれば、冬季モードでは、分離成分供給弁４８が閉状態、流体供給弁４６が開状態になるため、気液分離部３０において不凍液が分離されず、さらに、第２タンク４２に貯留されている不凍液が第１タンク４１に供給される。そのため、外気温が温度閾値Ｔｈ１より低い場合に、より適切に熱輸送流体の不凍液濃度を高く保つことができる。一方、夏季モードでは、分離成分供給弁４８が開状態、流体供給弁４６が閉状態になるため、気液分離部３０において不凍液が分離され、第２タンク４２に貯留される。そのため、外気温が温度閾値Ｔｈ１より高い場合に、第１実施形態と同様に、熱輸送流体の不凍液濃度を低くすることができる。その結果、本実施形態の熱輸送システム１００Ｂによっても、外気温に応じて熱輸送流体の不凍液濃度を変更することにより、冬季は熱輸送流体の不凍性能を確保する一方、夏季は熱輸送流体の蒸発抑制性能を確保することができる。

【0049】

＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態における熱輸送システム１００Ｃの概略構成を示す説明図である。本実施形態の熱輸送システム１００Ｃが第１実施形態の熱輸送システム１００と異なる点は、熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる第１熱交換器１０を複数備える点である。本実施形態では、３つの第１熱交換器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを備え、それぞれを区別しない場合には、第１熱交換器１０とも呼ぶ。本実施形態の熱輸送システム１００Ｃについて、第１実施形態と同一の構成は、第１実施形態と同一の符号を付し、先行する説明を参照する。

【0050】

本実施形態において、電気自動車が熱輸送システム１００Ｃを備える場合を例示する。例えば、熱源Ａがパワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、第１熱交換器１０Ａがインバータ冷却器、熱源Ｂが電動発電機（ＭＧ：Ｍｏｔｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、第１熱交換器１０Ｂがオイルクーラー、熱源Ｃが電池、第１熱交換器１０Ｃが電池冷却器、第２熱交換器２０が冷凍サイクル（チラー）である。この例では、冷凍サイクル（第２熱交換器２０）の熱源に、電気機器（熱源Ａ～熱源Ｃ）の廃熱を利用している。

【0051】

本実施形態の１００Ｃにおいても、第１実施形態と同様に熱輸送処理（図２）を実行する。そのため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、冷凍サイクル（第２熱交換器２０）の熱源に、電気機器（熱源Ａ～熱源Ｃ）の廃熱を利用することができるため、システム全体の熱効率を向上させることができる。

【0052】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0053】

・第１実施形態において、タンク接続管７４および流体供給弁４６を備えない構成にしてもよい。このようにしても、第１熱交換器にて気化された不凍液を回収することができるため、不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体のドライアウトを抑制することができる。また、このようにした場合、例えば、利用者が、第２タンク４２に貯留された不凍液を、適宜（例えば、冬季に）、第１タンク４１に戻すことにより、熱輸送流体の不凍性能を確保することができる。

【0054】

・上記実施形態において、制御部８０を備えない構成にしてもよい。利用者が、手動で、流体供給弁４６を開閉してもよい。例えば、４月～１１月は、流体供給弁４６を閉状態にして、１２月～３月は、流体供給弁４６を開状態にしてもよい。

【0055】

・制御部８０は、外気温によらず、流体供給弁４６を制御してもよい。例えば、４月～１１月は、流体供給弁４６を閉状態にして、１２月～３月は、流体供給弁４６を開状態にする等、日付に応じて流体供給弁４６を制御してもよい。

【0056】

・制御部８０は、外気温に応じて、第２タンク４２から第１タンク４１へ戻す流体の量を変更してもよい。

【0057】

・上記第２実施形態において、配管６５上に濃度センサ９２が設けられているが、濃度センサ９２は、循環経路上に設けられていればよい。例えば、第１タンク４１内に設けられてもよいし、配管６４上に設けられてもよい。

【0058】

・不凍液は、上記実施形態に限定されない。例えば、エタノール、エチレングリコール、グリセリン等、他のアルコールでもよいし、フッ素系等でもよい。但し、メタノール、エタノール等の粘性が小さいアルコールを用いると、熱輸送流体の流動性を確保することができるため、好ましい。例えば、上記第１実施形態において、不凍液としてエチレングリコールを用いた場合、エチレングリコールの蒸気圧が水蒸気圧より小さいため、気液分離部３０にて分離される蒸気は、不凍液濃度が小さくなる。そのため、夏季モードにおいて、気液分離部３０にて気化成分が分離され、第２タンク４２に貯留されると、熱輸送システム１００を循環する熱輸送流体の不凍液濃度が大きくなる。エチレングリコールの蒸気圧が水蒸気圧より小さいため、熱輸送流体の沸点が上がり、熱輸送流体のドライアウトを抑制することができる。

【0059】

・熱源、第１熱交換器、および第２熱交換器は、上記実施形態に限定されない。第１熱交換器が、熱輸送流体を用いて熱源の熱を放熱させ、第２熱交換器が、第１熱交換器にて吸熱した熱輸送流体を放熱させればよい。

【0060】

・上記実施形態において、第２タンク４２が第１タンク４１に対して、鉛直上方に配置される例を示したが、第１タンク４１と第２タンク４２の配置は、上記実施形態に限定されない。第１タンク４１と第２タンク４２とを、水平に配置してもよいし、第２タンク４２を第１タンク４１に対して、鉛直下方に配置してもよい。このようにした場合、ポンプ等を用いて、第２タンク４２から第１タンク４１へ流体を供給可能に構成してもよい。

【0061】

・温度閾値Ｔｈ１、濃度閾値Ｔｈ２は、上記実施形態に限定されない。不凍液の種類、熱輸送流体の組成等に応じて適宜設定することができる。

【0062】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0063】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…第１熱交換器
２０…第２熱交換器
３０…気液分離部
４１…第１タンク
４２…第２タンク
４４…熱輸送流体供給弁
４６…流体供給弁
４８…分離成分供給弁
５０…ポンプ
６１、６２、６３、６４、６５、７２…配管
７４…タンク接続管
８０…制御部
９０…外気温センサ
９２…濃度センサ
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ…熱輸送システム
Ｔｈ１…温度閾値
Ｔｈ２…濃度閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】