発明の名称 ： 冷却システム

関連出願の相互参照

[0001 ] 本出願は、 2 0 1 9年2月 2 6日に出願された日本国特許出願 2 0 1 9—

0 3 2 9 5 6号と、 2 0 2 0年 1月 2 3日に出願された日本国特許出願 2 0 2 0 - 0 0 9 4 3 1号と、 に基づくものであって、 その優先権の利益を主張 するものであり、 その特許出願の全ての内容が、 参照により本明細書に組み 込まれる。

技術分野

[0002] 本開示は、 冷却システムに関する。

背景技術

[0003] 従来、 下記の特許文献 1 に記載の電池冷却器がある。 特許文献 1 に記載の 電池冷却器は、 内部に流路を有するプレート部材を備えてい る。 プレート部 材の外面には、 電池を設置することが可能となっている。 この電池冷却器で は、 プレート部材の外面に設置される電池と、 プレート部材の内部の流路を 流れる冷媒との間で熱交換が行われることに より、 電池を冷却することが可 能となっている。

先行技術文献

特許文献

[0004] 特許文献 1 :特開 2 0 1 3 _ 2 6 2 2 8号公報

発明の概要

[0005] 多数の電池を冷却するための方法の一つとし て、 複数の冷却器を並列に配 置した上で、 それらの冷却器に冷媒を流す方法が考えられ る。 しかしながら 、 複数の冷却器を並列に配置した場合、 各冷却器の冷媒の分配量にばらつき が生じる可能性がある。 各冷却器に液相冷媒が供給されている場合、 各冷却 器の液相冷媒の分配量にばらつきが生じると 、 流量の少ない冷却器内で液相 冷媒がドライアウトすることにより、 冷却器の下流側で気相冷媒が存在し易 〇 2020/175325 2 卩（：171? 2020 /006866

くなり、 電池を冷却し難くなる。 これにより、 電池の寿命が短くなったり、 最悪の場合には電池に異常が生じたりする可 能性がある。

［0006］ 本開示の目的は、 複数の電池の冷却を可能としつつ、 電池の劣化を抑制す ることが可能な冷却システムを提供すること にある。

［0007］ 本開示の一態様による冷却システムは、 複数の冷却器と、 冷媒供給流路と 、 を備える。 冷却器は、 内部を流れる冷媒と電池との熱交換により電 池を冷 却する熱交換部を有する。 冷媒供給流路は、 複数の冷却器に冷媒を供給する 。 冷媒供給流路には、 冷媒が流れる主流路と、 主流路から分岐して複数の冷 却器のそれぞれに冷媒を分配する複数の分岐 流路とが形成される。 複数の分 岐流路に冷却器がそれぞれ配置されることに より複数の冷却器に冷媒が並列 に供給される。 冷媒供給流路において主流路から分岐流路に 分岐している部 分を分岐部とするとき、 分岐部から熱交換部までの部分に絞り部が設 けられ ている。

［0008］ この構成によれば、 複数の冷却器のそれぞれにより電池を冷却す ることに より、 複数の電池を冷却することができる。 また、 複数の冷却器の熱交換部 にそれぞれ供給される冷媒の流量が絞り部に より調整されるため、 各熱交換 部の冷媒の分配量のばらつきが抑制される。 これにより、 より均一に複数の 電池を冷却することが可能となるため、 電池の劣化を抑制することができる

図面の簡単な説明

［0009］ ［図 1］図 1は、 第 1実施形態の冷却システムの概略構成を示す� �ロック図であ る。

［図 2］図 2は、 第 1実施形態の第 1変形例の冷却システムの概略構成を示すブ ロック図である。

［図 3］図 3は、 第 1実施形態の第 2変形例の冷却システムの概略構成を示すブ ロック図である。

［図 4］図 4は、 第 2実施形態の冷却システムの概略構成を示す� �ロック図であ る。 〇 2020/175325 3 卩（：171? 2020 /006866

［図 5］図 5は、 第 3実施形態の冷却システムの概略構成を示す� �ロック図であ る。

［図 6］図 6は、 第 4実施形態の冷却システムの概略構成を示す� �ロック図であ る。

発明を実施するための形態

［0010］ 以下、 冷却システムの実施形態について図面を参照 しながら説明する。 説 明の理解を容易にするため、 各図面において同一の構成要素に対しては可 能 な限り同一の符号を付して、 重複する説明は省略する。

＜第 1実施形態＞

はじめに、 図 1 に示される第 1実施形態の冷却システム 1 0について説明 する。 図 1 に示される冷却システム 1 0は、 例えば車両に搭載される。 車両 には、 走行用のモータや各種電子機器に電力を供給 するための複数の電池 2 0が搭載されている。 冷却システム 1 0は、 これらの電池 2 0を冷却するた めのシステムである。 図 1 に示されるように、 冷却システム 1 0は、 複数の 冷却器 3 0〜 3 3と、 コンブレッサ 4 0と、 コンデンサ 5 0とを備えている 。 冷却器 3 0〜 3 3、 コンブレッサ 4 0、 及びコンデンサ 5 0は冷媒流路 1 0を通じて環状に接続されている。 冷却器 3 0〜 3 3、 コンブレッサ 4 0 、 及びコンデンサ 5 0には、 冷媒流路 1 0を通じて冷媒が循環している。 ［001 1］ コンブレッサ 4 0は冷媒を圧縮して吐出する。 コンブレッサ 4 0により圧 縮された高温高圧の気相冷媒はコンデンサ 5 0に供給される。

コンデンサ 5 0は、 その内部を流れる高温高圧の気相冷媒と、 その外部を 流れる空気との間で熱交換を行うことにより 、 気相冷媒を冷却して凝縮させ る。 コンデンサ 5 0において凝縮された液相冷媒は、 冷媒流路 1 0の一部 を構成する冷媒供給流路\^/ 2 0を通じて各冷却器 3 0〜 3 3に供給される。 ［0012］ 冷媒供給流路\^/ 2 0は、 コンデンサ 5 0にて凝縮された液相冷媒が流れる

冷媒を各冷却器 3〇〜 3 3に分配する。 図中の分岐部？ は、 冷媒供給流路 〇 2020/175325 4 卩（：171? 2020 /006866

0において主流路\^/2 1から分岐流路 22 &〜\^22 に分岐してい る部分を示している。 複数の分岐流路

3がそれぞれ配置されることにより冷却器 3〇〜 33に冷媒が並列に供給さ れる。

[0013] 冷却器 30は、 熱交換部 300と、 絞り部 301 とを有している。

熱交換部 300には、 分岐流路\^/22 ₃ を通じて液相冷媒が供給される。 熱交換部 300の内部には、 液相冷媒が流れる流路 302が形成されている 。 熱交換部 300の上面には、 複数の電池 20が設置されている。 熱交換部 300では、 その内部の流路 302を流れる冷媒と、 電池 20との間で熱交 換が行われることにより、 電池 20が冷却される。 流路 302では、 電池 2 〇との熱交換により冷媒の温度が上昇する。 そのため、 流路 302の上流側 から下流側に向かって、 液相冷媒が、 気相及び液相が混合した 2相状態の冷 媒に変化する。

[0014] 絞り部 301は、 熱交換部 300に一体的に設けられている。 絞り部 30

1は、 分岐流路\^/22 ₃ と熱交換部 300との間に設けられている。 絞り部 301は、 その絞り開度が一定の開度に固定されている 固定絞り弁からなる 。 絞り部 301は、 液相冷媒の流れる流路を絞ることにより、 分岐流路

2 ₃ から熱交換部 300に流入する液相冷媒の流量を調整する。 熱交換部 3 00には、 絞り部 301 を通じて減圧された液相冷媒が流入する。

[0015] 冷却器 3 1〜 33は、 冷却器 30と同様に、 熱交換部 3 1 0, 320, 3

30と、 絞り部 3 1 1 , 32 1 , 33 1 とをそれぞれ有している。 熱交換部 3 1〜 33では、 その内部に形成される流路 3 1 2, 322, 332を流れ る冷媒と、 電池 20との間で熱交換が行われることにより電池 20が冷却さ れる。 絞り部 3 1 1 , 32 1 , 33 1は、 分岐流路\^/22匕~22 から熱 交換部 3 1〜 33に流入する液相冷媒の流量を調整する。

[0016] 各冷却器 30〜 33から排出される冷媒は、 冷媒流路 \^/1 0の一部を構成 する冷媒排出流路\^/30を通じてコンブレッサ 40へと流れる。 冷媒排出流 路\^/30は、 主流路\^/32とを有している 〇 2020/175325 5 卩（：171? 2020 /006866

。 冷却器 30〜 33の熱交換部 300,

3 1 0, 320, 330から排出される冷媒がそれぞれ流れる。 主流路\^/3 2は、 を流れる冷媒を合流させてコンブレッサ

40へと導く。

[0017] なお、 主流路\^/32には、 冷却器 30〜 33から排出される 2相冷媒を液 相冷媒と気相冷媒とに分離して余剰冷媒を蓄 えるアキュームレータが設けら れていてもよい。 これにより、 アキュームレータで分離された気相冷媒をコ ンプレッサ 40に供給することができる。

以上説明した本実施形態の冷却システム 1 0によれば、 以下の (1 ) 〜 ( 3) に示される作用及び効果を得ることができる 。

[0018] (1 ) 複数の冷却器 30〜 33のそれぞれにより電池 20を冷却すること ができるため、 複数の電池 20を冷却することができる。 また、 複数の冷却 器 30〜 33の熱交換部 300, 3 1 0, 320, 330にそれぞれ供給さ れる冷媒の流量が絞り部 301 , 3 1 1 , 32 1 , 33 1 により調整される ため、 各熱交換部 300, 3 1 0, 320, 330の冷媒の分配量のばらつ きが抑制される。 これにより、 より均一に複数の電池 20を冷却することが 可能となるため、 電池 20の劣化を抑制することができる。

[0019] (2) 絞り部 301 , 3 1 1 , 32 1 , 33 1は、 全ての冷却器 30〜 3

3のそれぞれの熱交換部 300, 3 1 0, 320, 330に対して設けられ ている。 このような構成によれば、 全ての熱交換部 300, 3 1 0, 320 , 330の冷媒の分配量を調整することができるた め、 より的確に各冷却器 30〜 33の冷媒の分配量のばらつきを抑制すること� ��できる。 よって、 よ り均一に複数の電池 20を冷却することが可能となる。

[0020] (3) 絞り部 301 , 3 1 1 , 32 1 , 33 1は固定絞り弁である。 この ような構成によれば、 簡素な構造で各熱交換部 300, 3 1 0, 320, 3 30の冷媒の分配量のばらつきを抑制すること� ��できる。

(第 1変形例)

次に、 第 1実施形態の冷却システム 1 0の第 1変形例について説明する。 〇 2020/175325 6 卩（：171? 2020 /006866

[0021] 図 2に示されるように、 本変形例の冷却システム 1 0では、 絞り部 301 , 3 1 1 , 32 1 , にそれぞれ配置さ れている。 すなわち、 絞り部 301 , 3 1 1 , 32 1 , 33 1は、 冷却器 3 〇〜 33とは別体として設けられている。 このような構成であっても、 第 1 実施形態の冷却システム 1 〇と同一又は類似の作用及び効果を得ること が可 能である。

[0022] （第 2変形例）

次に、 第 2実施形態の冷却システム 1 0の第 2変形例について説明する。 図 3に示されるように、 本変形例の冷却システム 1 0では、 分岐流路 2

23と分岐流路 2213との接続部分 1から分岐部 までの間に絞り部 60が設けられている。 絞り部 60は、 冷却器 30, 3 1のそれぞれの熱交 換部 300, 3 1 0に流入する液相冷媒の流量を調整する。 また、 分岐流路 22〇と分岐流路 22 との接続部分 2から分岐部 までの間にも 絞り部 6 1が設けられている。 絞り部 6 1は、 冷却器 32, 33のそれぞれ の熱交換部 320, 330に流入する液相冷媒の流量を調整する。 絞り部 6 0, 6 1は固定絞り弁である。 本変形例では、 絞り部 60が、 冷却器 30,

3 1 により共用される絞り部に相当し、 絞り部 6 1が、 冷却器 32, 33に より共用される絞り部に相当する。 このような構成であっても、 各熱交換部

300, 3 1 0, 320, 330の冷媒の分配量のばらつきを抑制すること が可能である。

[0023] なお、 絞り部は、 分岐部 匕から熱交換部 300, 3 1 0, 320, 33

0までの間の任意の部分に配置することが可� �である。

＜第 2実施形態＞

次に、 冷却システム 1 0の第 2実施形態について説明する。 以下、 第 1実 施形態の冷却システム 1 〇との相違点を中心に説明する。

[0024] 図 4に示されるように、 本実施形態の冷却システム 1 0では、 冷媒排出流 路 30の主流路 32に絞り部 70が設けられている。 絞り部 70は電気 式絞り弁からなる。 絞り部 70は、 冷媒排出流路\^/30を絞ることにより、 〇 2020/175325 7 卩（：171? 2020 /006866

冷却器 30〜 33のそれぞれの熱交換部 300, 3 1 0, 320, 330を 流れる冷媒の流量を調整する。 結果的に、 各熱交換部 300, 3 1 0, 32 0, 330を流れる冷媒の圧力を調整できるため、 熱交換部 300, 3 1 0 , 320, 330を流れる冷媒の温度を、 液相冷媒の蒸発を抑制することが 可能な温度に管理することが可能となってい る。

[0025] 本実施形態では、 絞り部 301 , 3 1 1 , 32 1 , 33 1が第 1絞り部に 相当し、 絞り部 70が第 2絞り部及び電池用電気式絞り弁に相当する� � 以上説明した本実施形態の冷却システム 1 0によれば、 以下の (4) に示 される作用及び効果を得ることができる。

[0026] (4) 熱交換部 300, 3 1 0, 320, 330では、 流路 302 , 3 1

2, 322, 332の下流側に向かうほど、 電池 20との熱交換により冷媒 の温度が上昇するため、 気相冷媒が生成され易い。 熱交換部 300 , 3 1 0 , 320, 330の下流側に存在する気相冷媒の量が多くな ると、 その部分 で熱交換部 300, 3 1 0, 320, 330の熱交換効率が低下するため、 複数の電池 20を均一に冷却することが困難になる。 この点、 本実施形態の 冷却システム 1 0では、 絞り部 70により熱交換部 300, 3 1 0, 320 , 330における液相冷媒の蒸発を抑制することが できるため、 熱交換部 3 00, 3 1 0, 320, 330において気相冷媒が生成され難くなる。 その ため、 より均一に複数の電池 20を冷却することが可能となる。

[0027] ＜第 3実施形態＞

次に、 冷却システム 1 0の第 3実施形態について説明する。 以下、 第 2実 施形態の冷却システム 1 〇との相違点を中心に説明する。

図 5に示されるように、 本実施形態の冷却システム 1 0では、 絞り部 30 1 , 3 1 1 , 32 1 , 33 1 として、 固定式絞り弁に代えて、 冷却器 30〜 33とは別に設けられる機械式絞り弁が用いら� ��ている。

[0028] 絞り部 301は、 冷却器 30を流れる冷媒の温度に応じて絞り度合いが� �� 化する機能を有している。 絞り部 301は、 弁部 301 ₃ と、 駆動部 301 とを有している。 〇 2020/175325 8 卩（：171? 2020 /006866

弁部 301 ₃ は、 熱交換部 300に供給される冷媒が流れる分岐流路 2

23の途中に設けられ、 分岐流路\^/223の流路断面積を絞る部分である 。 弁部 301 3を通過した冷媒は熱交換部 300の一端部から、 その内部の流 路 302に流入する。 熱交換部 300の流路 302は、 熱交換部 300の一 端部から他端部まで延びるように形成される とともに、 熱交換部 300の他 端部で折り返して、 熱交換部 300の他端部から一端部まで延びるように形 成されている。 熱交換部 300の一端部では、 熱交換部 300の内部流路 3 02から分岐流路\^/3 1 ₃ に冷媒が排出される。

[0029] 駆動部 301 匕は分岐流路\^/3 1 3の途中に設けられている。 駆動部 30

1 匕は、 ダイアフラムにより仕切られた感温室と、 ダイアフラム及び弁部 3 01 3を連結する連結軸とを有している。 感温室にはガスが充填されている 。 駆動部 301 では、 分岐流路\^/3 1 3を流れる冷媒の温度に応じて感温 室内のガスの圧力が変化することによりダイ アフラムが変位する。 このダイ アフラムの変位が連結軸を介して弁部 301 3に伝達されることにより弁部

301 3が変位し、 弁部 301 3による分岐流路 223の絞り度合いが変 化する。 基本的には、 分岐流路\^/3 1 3を流れる冷媒の温度が高くなるほど 、 弁部 301 3が開弁方向に変化するため、 絞り部 301の絞り度合いが小 さくなる。

[0030] なお、 他の絞り部 3 1 1 , 32 1 , 33 1は、 絞り部 301 と同一又は類 似の構造を有しているため、 それらの詳細な説明は割愛する。

以上説明した本実施形態の冷却システム 1 0によれば、 以下の (5) 及び (6) に示される作用及び効果を更に得ることがで きる。

[0031] (5) 図 1 に示される第 1実施形態の冷却システム 1 0では、 熱交換部 3

00の出口側付近で冷媒のほとんどが気相状態� ��なると、 熱交換部 300の 出口付近に配置される電池 20の冷却が不足する可能性がある。 この点、 図 5に示される本実施形態の冷却システム 1 0では、 熱交換部 300から排出 される冷媒の温度が高くなると、 すなわち分岐流路\^/3 1 3を流れる冷媒の 温度が高くなると、 絞り部 301の弁部 301 3が開弁方向に変化して、 絞 〇 2020/175325 9 卩（：171? 2020 /006866

り部 3 0 1の絞り度合いが小さくなる。 これにより、 弁部 3 0 1 3を通じて 熱交換部 3 0 0に供給される冷媒の圧力が上昇するため、 熱交換部 3 0 0の 出口付近の冷媒が液相の状態を維持し易くな る。 結果的に、 熱交換部 3 0 0 の出口付近に配置される電池をより的確に冷 却することが可能となる。 なお 、 同様の作用及び効果は熱交換部 3 1 0 , 3 2 0 , 3 3 0でも奏することが 可能である。

[0032] ( 6 ) 本実施形態の冷却システム 1 0では、 分岐流路 3 1 3を流れる冷 媒の温度が低くなると、 すなわち熱交換部 3 0 0から排出される冷媒の温度 が低くなると、 絞り部 3 0 1の弁部 3 0 1 3が閉弁方向に変化して、 絞り部 3 0 1の絞り度合いが大きくなる。 分岐流路\^/ 3 1 ₃ を流れる冷媒の温度が 低いのであれば、 電池 2 0の冷却能力が確保できている状況であるた� �、 絞 り部 3 0 1の弁部 3 0 1 3の絞り度合いを大きく しても、 電池 2 0の冷却状 態を維持することができる。 また、 絞り部 3 0 1の弁部 3 0 1 3の絞り度合 いが大きくなれば、 コンブレッサ 4 0の出力を下げることができるため、 コ ンプレッサ 4 0の消費電力を低減することができる。 なお、 同様の作用及び 効果は熱交換部 3 1 0 , 3 2 0 , 3 3 0でも奏することが可能である。

[0033] ＜第 4実施形態＞

次に、 冷却システム 1 0の第 4実施形態について説明する。 以下、 第 3実 施形態の冷却システム 1 〇との相違点を中心に説明する。

図 6に示されるように、 本実施形態の冷却システム 1 0には、 冷却器 3 2 , 3 3に代えて、 車両の空調装置に用いられる冷凍サイクルの 構成要素であ る絞り部 8 0及びエバポレータ 8 1が設けられている。 空調装置は、 加熱又 は冷却した空調空気を車室内に送風すること により車室内の冷房又は暖房を 行う装置である。 冷凍サイクルは、 コンブレッサ 4 0、 コンデンサ 5 0、 膨 張弁としての絞り部 8 0、 及びエバポレータ 8 1 により構成される。

[0034] 絞り部 8 0及びエバポレータ 8 1は分岐流路\^/ 2 2 6に設けられている。

分岐流路 2 2 6は、 主流路\^/ 2 1から分岐し、 且つ電池 2 0の冷却のための \^/ 3 1 匕に対して並列に設けられている。 〇 2020/175325 10 卩（：171? 2020 /006866

絞り部 8 0には、 コンデンサ 5 0にて凝縮された液相冷媒が主流路 2 1 及び分岐流路 2 2 ₆ を通じて供給される。 絞り部 8 0は、 コンデンサ 5 0 にて凝縮された液相冷媒を膨張させてエバポ レータ 8 1 に供給する。 絞り部 8 0は、 電気式絞り弁からなり、 その絞り度合いを電気的に調整することに より、 エバポレータ 8 1 に供給される冷媒の流量を調整することも可 能であ る。

[0035] エバポレータ 8 1は、 車両の空調装置に用いられる冷凍サイクルに おいて 、 車室内に送風される空調空気を冷却する部分 として機能する。 具体的には 、 エバポレータ 8 1は、 空調空気が流れる空調ダクト内に配置されて いる。 エバポレータ 8 1は、 その内部を流れる冷媒と、 空調ダクト内を流れる空調 空気との間で熱交換を行うことにより空調空 気の熱を冷媒に吸収させて空調 空気を冷却する。 エバポレータ 8 1 により冷却された空調空気が空調ダクト を通じて車室内に送風されることにより車室 内の冷房が行われる。 エバポレ —夕 8 1 において空調空気の熱を吸収することにより 蒸発した気相冷媒、 又 は気相及び液相が混合した 2相冷媒は、 分岐流路\^/ 3 1 6を通じて主流路 3 2を流れる冷媒に合流した後、 コンブレッサ 4 0に吸入される。

[0036] なお、 主流路\^/ 3 2には、 冷却器 3 0 , 3 1及びエバポレータ 8 1から排 出される 2相冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して� �剰冷媒を蓄えるアキ ュームレータが設けられていてもよい。 これにより、 アキュームレータで分 離された気相冷媒をコンブレッサ 4 0に供給することができる。

[0037] 本実施形態では、 分岐流路 2 2 3 , \N 2 2 bが電池用分岐流路に相当し 、 分岐流路\^/ 2 2 ₆ が空調用分岐流路に相当する。 また、 絞り部 8 0が空調 用電気式絞り弁に相当する。

以上説明した本実施形態の冷却システム 1 0によれば、 以下の ( 7 ) に示 される作用及び効果を更に得ることができる 。

[0038] ( 7 ) 絞り部 7 0 , 8 0のそれぞれの絞り度合いを電気的に調整す� �こと ができる。 これにより、 電池 2 0の冷却能力とエバポレータ 8 1の冷却能力 とを任意に調整できるため、 結果的に電池 2 0の冷却制御と車両の空調制御 〇 2020/175325 11 卩（：171? 2020 /006866

とを協調させるような制御を実現すること ができる。

[0039] <他の実施形態 >

なお、 上記実施形態は、 以下の形態にて実施することもできる。 第 1実施形態の絞り部 301 , 3 1 1 , 32 1 , 33 1、 第 1実施形態 の第 1変形例の絞り部 301 , 3 1 1 , 32 1 , 33 1、 及び第 1実施形態 の変形例の絞り部 60, 6 1は、 固定絞り弁に限らず、 電気式絞り弁等であ ってもよい。 第 2実施形態の絞り部 70は、 電気式絞り弁に限らず、 固定絞 り弁等であってもよい。

[0040] 第 3実施形態の冷却システム 1 0では、 一つの冷却器 30のみが設けら れていてもよい。 また、 第 3実施形態の冷却システム 1 0では、 絞り部 80 が固定絞り弁であってもよい。

本開示は上記の具体例に限定されるものでは ない。 上記の具体例に、 当 業者が適宜設計変更を加えたものも、 本開示の特徴を備えている限り、 本開 示の範囲に包含される。 前述した各具体例が備える各要素、 及びその配置、 条件、 形状等は、 例示したものに限定されるわけではなく適宜 変更すること ができる。 前述した各具体例が備える各要素は、 技術的な矛盾が生じない限 り、 適宜組み合わせを変えることができる。