热传输介质及热传输系统的制作方法

1.本发明涉及一种热传输介质及热传输系统。
2.相关申请的相互参照
3.本技术基于2019年2月8日提出的日本专利申请2019
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21281号，将其记载内容援用于此。


背景技术：

4.专利文献1中记载了一种装置，通过冷机来使制冷循环的制冷剂与低温冷却水回路的低温冷却水进行热交换，冷却低温冷却水。在该装置中，使用乙二醇水溶液等作为低温冷却水。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2017
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110898号公报
8.然而，由于乙二醇水溶液在低温时粘度变高，因此低温冷却水回路的压力损失变大。因此，导致用于使低温冷却水循环的泵动力增大。另外，乙二醇水溶液随着使用而导电率上升，因此，在用于传输由电池那样的电气设备产生的热时，为了防止漏电，需要大规模的绝缘对策。


技术实现要素：

9.鉴于上述问题，本发明的目的在于，抑制热传输介质在低温下的粘度增大，进而确保热传输介质的低导电性。
10.在本发明的第一方式是一种热传输介质，用于热传输系统，该热传输系统具备制冷循环装置以及设置有电气设备的热传输介质回路。热传输介质在热传输介质通路循环，与制冷剂进行热交换而被冷却，并从电气设备吸热。热传输介质是不含水的无水类液体，且由极性比水低的物质构成。
11.本发明的第二的方式是一种热传输系统，具备：热传输介质回路，该热传输介质回路供第一方式的热传输介质循环；制冷循环装置，该制冷循环装置供制冷剂循环；热交换器，该热交换器使所述制冷剂与所述热传输介质进行热交换，从而冷却所述热传输介质；以及电气设备，该电气设备设置于所述热传输介质回路，并被所述热传输介质吸热。制冷循环装置供制冷剂循环。冷却用热交换器使制冷剂与热传输介质进行热交换，并冷却热传输介质。电气设备设置于热传输介质回路，并被热传输介质吸热。
12.由此，能够确保低温时热传输介质的低粘度。因此，即使在低温环境下，也能够抑制热传输介质回路中的压力损失增大，能够抑制泵动力增大。
13.另外，使用不含水的无水类液体作为热传输介质，由此，能够抑制热传输介质的导电性由于使用而上升。该结果是，不需要对热传输系统实施大规模的绝缘对策。
14.另外，热传输介质具备绝缘性，由此，能够使热传输介质与电气设备直接接触，通
过热传输介质直接冷却电气设备。由此，能够提高电气设备与低温侧热传输介质的热交换效率，能够降低热的移动阻力。
附图说明
15.图1是表示本发明的实施方式的热传输系统的结构的图。
16.图2是表示热传输系统的变形例的图。
17.图3是表示热传输系统的变形例的图。
18.图4是表示热传输系统的变形例的图。
具体实施方式
19.以下，基于附图对应用了本发明的热传输系统的最优选的实施方式进行说明。
20.本实施方式的热传输系统1搭载于从行驶用电动机获得车辆行驶用的驱动力的电动汽车。热传输系统1也可以搭载于从发动机(换言之，内燃机)和行驶用电动机获得车辆行驶用的驱动力的混合动力汽车。本实施方式的热传输系统1作为进行车室内空间的温度调整的空调装置发挥功能，作为对搭载于车辆的电池33等进行温度调整的调温装置发挥功能。
21.如图1所示，热传输系统1具有制冷循环装置10、高温介质回路20以及低温介质回路30。在高温介质回路20和低温介质回路30中，通过热传输介质进行热的传输。低温介质回路30的热传输介质的温度比高温介质回路20的热传输介质低。因此，也将高温介质回路20的热传输介质称为高温侧热传输介质，将低温介质回路30的热传输介质称为低温侧热传输介质。另外，低温介质回路30相当于热传输介质回路。
22.制冷循环装置10是蒸汽压缩式冷冻机，具有供制冷剂循环的制冷剂循环流路11。制冷循环装置10作为将低温介质回路30的低温侧热传输介质的热汲取至制冷剂的热泵发挥作用。
23.在本实施方式的制冷循环装置10中，使用氟利昂类制冷剂作为制冷剂，构成高压侧制冷剂压力不超过制冷剂的临界压力的亚临界制冷循环。在制冷剂循环流路11中，配置有压缩机12、冷凝器13、膨胀阀14以及热传输介质用蒸发器15。
24.压缩机12是被从电池33供给的电力驱动的电动压缩机，吸入制冷剂，压缩并排出制冷剂。冷凝器13是通过使从压缩机12排出的高压侧制冷剂与高温介质回路20的热传输介质进行热交换来使高压侧制冷剂冷凝的高压侧热交换器。在冷凝器13中，通过制冷循环装置10的高压侧制冷剂来加热高温介质回路20的热传输介质。
25.膨胀阀14是使从冷凝器13流出的液相制冷剂减压膨胀的减压部。膨胀阀14具有感温部，是通过膜片等机械性机构来驱动阀芯的机械式的温度式膨胀阀。
26.热传输介质用蒸发器15是通过使流出膨胀阀14的低压制冷剂与低温介质回路30的热传输介质进行热交换来使低压制冷剂蒸发的低压侧热交换器。在热传输介质用蒸发器15蒸发后的气相制冷剂被吸入至压缩机12并被压缩。
27.热传输介质用蒸发器15是通过制冷循环装置10的低压制冷剂来冷却低温介质回路30的热传输介质的冷机。在热传输介质用蒸发器15中，低温介质回路30的热传输介质的热被制冷循环装置10的制冷剂吸热。另外，热传输介质用蒸发器15相当于热交换器。
28.高温介质回路20具有供高温侧热传输介质循环的高温侧循环流路21。能够使用乙二醇类的防冻液(llc)等作为高温侧热传输介质。高温侧热传输介质被封入在构成高温侧循环流路21的配管内。本实施方式的高温介质回路20是未设置当高温侧热传输介质的压力在规定值以上时开放的压力调整阀的密闭式。
29.在高温侧循环流路21中，配置有高温侧泵22、加热器芯23以及冷凝器13。
30.高温侧泵22将在高温侧循环流路21循环的热传输介质吸入并排出。高温侧泵22是电动式的泵。高温侧泵22调整在高温介质回路20循环的热传输介质的流量。
31.加热器芯23是使高温介质回路20的热传输介质与向车室内吹送的空气进行热交换从而加热向车室内吹送的空气的空气加热用热交换器。在加热器芯23中，通过热传输介质来加热向车室内吹送的空气。
32.在加热器芯23被加热的空气向车室内供给，进行车室内的制热。通过加热器芯23进行的制热主要在冬季进行。在本实施方式的热传输系统中，被低温介质回路30的低温侧热传输介质吸热的外气的热通过制冷循环装置10而被汲取至高温介质回路20的高温热传输介质，用于室内的制热。
33.低温介质回路30具有供低温侧热传输介质循环的低温侧循环流路31。低温侧热传输介质被封入在构成低温侧循环流路31的配管内。本实施方式的低温介质回路30是未设置当低温侧热传输介质的压力在规定值以上时开放的压力调整阀的密闭式。另外，后述低温侧热传输介质。
34.在低温侧循环流路31中，配置有低温侧泵32、热传输介质用蒸发器15、电池33、逆变器34、电动发电机35以及室外热交换器36。在图1所示的例中，在低温侧热传输介质的流动方向上，电池33、逆变器34、电动发电机35、室外热交换器36、低温侧泵32依次连接，但并不限于该连接顺序。另外，在图1所示的例中，电池33、逆变器34、电动发电机35、室外热交换器36以及低温侧泵32串联连接，但也可以是这些设备中的一个以上的设备与其他设备并联连接。
35.低温侧泵32将在低温侧循环流路31循环的热传输介质吸入并排出。低温侧泵32是电动式的泵。低温侧泵32调整在低温介质回路30循环的热传输介质的流量。
36.电池33是能够充放电的二次电池，能够使用例如锂离子电池。能够使用由多个电池单元构成的电池组作为电池33。
37.在车辆停车时，从外部电源(换言之，商用电源)供给的电力能够对电池33充电。存储于电池33的电力不仅供给至行驶用电动机，还供给至以构成热传输系统1的电动式构成设备为首的各种车载设备。
38.逆变器34将从电池33供给的直流电转换为交流电而输出至电动发电机35。电动发电机35利用从逆变器34输出的电力而产生行驶用驱动力，并且在减速期间、下坡期间产生再生电力。
39.室外热交换器36使低温介质回路30的热传输介质与外气进行热交换。通过未图示的室外送风机，外气被吹送至室外热交换器36。
40.电池33、逆变器34以及电动发电机35是使用电而工作的电气设备，在工作时发热。电池33、逆变器34以及电动发电机35是被低温侧热传输介质冷却的冷却对象设备。
41.在本实施方式中，电池33收纳于第一冷却容器37，逆变器34收纳于第二冷却容器
38，电动发电机35收纳于第三冷却容器39。供低温侧循环流路31循环的低温侧热传输介质在冷却容器37～39的内部流通。因此，电池33、逆变器34、电动发电机35分别在冷却容器37～39的内部成为浸渍于低温侧热传输介质的状态。即，冷却容器37～39是直冷式的冷却器，低温侧热传输介质与电池33、逆变器34、电动发电机35直接接触而进行热交换。
42.在冷却容器37～39中，进行从作为冷却对象设备的电池33、逆变器34以及电动发电机35向低温侧热传输介质的吸热。在室外热交换器36中，进行从外气向低温侧热传输介质的吸热。即，电池33、逆变器34、电动发电机35以及室外热交换器36是进行向低温侧热传输介质的吸热的被吸热设备。
43.接着，对低温侧热传输介质进行说明。低温侧热传输介质优选低温时的粘性低、冷却性能高。另外，低温侧热传输介质优选热容大、沸点比使用环境下的最高温度高、凝固点比使用环境下的最低温度低、化学稳定性高。
44.在本实施方式中，使用不含水的无水类液体且极性比水低的物质作为低温侧热传输介质。作为无水类液体，能够使用无水醇类液体、无水酰胺类液体、无水酯类液体、无水硅酮类液体、无水氟类液体的任意一种。这些无水类液体具有低温时的粘性低，并且绝缘性高的性质。
45.无水醇类液体、无水酰胺类液体以及无水酯类液体在作为低温侧热传输介质使用的情况下，在粘性、热容、沸点、凝固点的方面特别优秀。无水硅酮类液体和无水氟类液体在作为低温侧热传输介质使用的情况下，在化学稳定性、绝缘性的方面特别优秀。另外，无水硅酮类液体和无水氟类液体具备润滑性。
46.作为无水醇类液体，能够甲醇、乙醇、丙醇的任意一种，甲醇、乙醇、丙醇是碳原子数为1～3的醇。丙醇包含普通丙醇(npa)和异丙醇(ipa)。
47.甲醇的熔点为
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97℃，沸点为64.5℃。乙醇的熔点为
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114℃，沸点为78.3℃。普通丙醇的熔点为
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126℃，沸点为97.2℃。异丙醇的熔点为
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89.5℃，沸点为82.4℃。
48.可以根据使用环境等，在这些碳原子数为1～3的醇中适当选择具有适当的性质的醇。作为本实施方式的低温侧热传输介质，能够优选使用普通丙醇或异丙醇。
49.无水醇类液体通过将醇的碳原子数的上限设为3，从而能够确保在低温时的低粘性。甲醇在
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20℃时的运动粘度为1.35mm2/s，在
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35℃时的运动粘度为1.80mm2/s。另外，普通丙醇在
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20℃时的运动粘度为8.05mm2/s，在
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35℃时的运动粘度为13.1mm2/s。作为比较例的乙二醇类防冻液(llc)在
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20℃时的运动粘度为29.6mm2/s，在
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35℃时的运动粘度为89.5mm2/s。这样，本实施方式的无水醇类液体能够确保在低温时的低粘度。
50.作为无水酰胺类液体，例如能够使用二甲基甲酰胺(dmf)。二甲基甲酰胺的熔点为
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61℃，沸点为153℃。二甲基甲酰胺在
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20℃时的运动粘度为1.63mm2/s，在
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35℃时的运动粘度为2.25mm2/s。这样，本实施方式的无水酰胺类液体能够确保在低温时的低粘度。
51.作为无水酯类液体，例如能够使用碳酸酯、羧酸酯。作为羧酸，能够使用例如甲酸、醋酸。作为与碳酸、羧酸结合的醇，例如能够使用碳原子数为1～3的醇(即甲醇、乙醇、丙醇)。
52.作为无水硅酮类液体，例如能够使用硅油，硅油是具有硅氧烷键的直链状聚合物。在硅油中，能够适当使用二甲基硅油作为低温热传输介质。硅油的化学稳定性和绝缘性优秀。另外，硅油具备润滑性。
53.作为无水氟类液体，例如能够使用碳氟化合物。碳氟化合物是将烃中含有的氢的一部分置换为氟的物质，已知fluorinert(3m公司的商标)。碳氟化合物的化学稳定性、绝缘性优秀。另外，碳氟化合物具备润滑性。
54.根据以上说明的本实施方式，通过使用无水类液体作为低温侧热传输介质，与乙二醇类防冻液相比，能够抑制在低温环境下的粘度增大。因此，即使在低温环境下，也能够抑制低温侧热传输介质在低温介质回路30流动时的压力损失增大，能够抑制低温侧泵32的动力增大。
55.另外，由于能够抑制低温侧热传输介质在低温介质回路30流动时的压力损失增大，因此，在室外热交换器36中，容易使低温侧热传输介质的流路变窄等而进行小型化，能够提高设计的自由度。进而，由于通过室外热交换器36的低温侧热传输介质的流速提高，因此能够抑制向室外热交换器36结霜。
56.另外，由于能够抑制在低温环境下的低温侧热传输介质的粘度增大，因此，与乙二醇类防冻液相比，能够增大低温侧热传输介质的流量。其结果是，能够使低温侧热传输介质的流速上升，能够进一步提高低温侧热传输介质的传热率。更进一步地，通过提高低温侧热传输介质的传热率，从而能够提高包含室外热交换器36的设备整体的传热速率。
57.另外，使用不含水的无水类液体作为低温侧热传输介质，由此，能够抑制低温侧热传输介质的导电性由于使用而上升。其结果是，不需要对热传输系统1实施大规模的绝缘对策。
58.另外，低温侧热传输介质具备绝缘性，由此，能够使低温侧热传输介质与电气设备33～35直接接触，通过低温侧热传输介质直接冷却电气设备33～35。由此，能够提高电气设备33～35与低温侧热传输介质的热交换效率，能够降低热的移动阻力。
59.另外，在使用无水醇类液体、无水酰胺类液体或无水酯类液体作为低温侧热传输介质的情况下，能够提供粘性、热容、沸点、凝固点优秀的热传输介质。
60.另外，在使用无水硅酮类液体或无水氟类液体作为低温侧热传输介质的情况下，能够提供化学稳定性、绝缘性优秀的热传输介质。
61.另外，在使用具备润滑性的无水硅酮类液体、无水氟类液体作为低温侧热传输介质的情况下，低温侧热传输介质能够兼作电动发电机35等的润滑油。
62.本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行如以下那样的各种变形。另外，上述各实施方式中公开的方法也可以在能够实施的范围内适当组合。
63.例如，在上述实施方式中，将电池33、逆变器34以及电动发电机35分别单独收纳于冷却容器，但也可以将两个以上的电气设备收纳于同一冷却容器。
64.例如，如图2所示，可以将电池33和逆变器34收纳于同一冷却容器37，如图3所示，也可以将逆变器34和电动发电机35收纳于同一冷却容器38。另外，如图4所示，也可以将电池33、逆变器34以及电动发电机35收纳于同一冷却容器37。
65.本发明以实施例为基准进行了记述，但应当理解，本发明不限于该实施例、结构。本发明也包括各种变形例、均等范围内的变形。除此之外，各种组合、方式、甚至仅包括一个要素、其以上、或其以下的其他组合、方式也落入本发明的范畴或思想范围。