技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及使用液體的熱介質(zhì)進(jìn)行熱輸送的熱輸送系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在車輛等的能量變換系統(tǒng)中，在能量變換時(shí)產(chǎn)生熱。一般來講，在這樣的系統(tǒng)中，以對(duì)能量變換時(shí)產(chǎn)生的熱進(jìn)行輸送、將該熱從散熱部向體系外散熱的方式構(gòu)成。此時(shí)，作為輸送熱的熱介質(zhì)，多采用液體，該液體具有不凍性是必要的。

以往，公開了通過使用相對(duì)于水加入5成左右的凝固點(diǎn)抑制劑即乙二醇的液體作為熱介質(zhì)，從而確保不凍性的方法(例如參照專利文獻(xiàn)1)。此外，公開了通過在熱介質(zhì)中混合微量的表面活性劑來維持熱介質(zhì)的過冷卻狀態(tài)，從而確保不凍性的方法(例如參照專利文獻(xiàn)2)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:日本特開2014-020280號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2:日本特開2013-032456號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的發(fā)明者們的研究，在如專利文獻(xiàn)1所述的方法那樣，利用凝固點(diǎn)下降現(xiàn)象確保熱介質(zhì)的不凍性時(shí)，作為目的的凝固點(diǎn)越低，越需要提高乙二醇濃度。但是，如果提高乙二醇濃度，則比熱及熱傳導(dǎo)率等熱物性惡化，同時(shí)粘度增大。其結(jié)果是，有散熱部及熱介質(zhì)配管等的體積增大、或用于使熱介質(zhì)流動(dòng)所需的動(dòng)力增大的顧慮。

可是，在液體被冷卻的過程中產(chǎn)生過冷卻狀態(tài)的情況下，由于該過冷卻狀態(tài)為亞穩(wěn)定狀態(tài)，所以發(fā)生因體系內(nèi)的熱的波動(dòng)而生成冰核的可能性高。認(rèn)為該熱的波動(dòng)，例如是基于系統(tǒng)中的機(jī)械的或熱的干擾而發(fā)生的。

因此，如專利文獻(xiàn)2所述的那樣，在通過促進(jìn)過冷卻來確保熱介質(zhì)的不凍性時(shí)，通過干擾解除過冷卻狀態(tài)而使凍結(jié)進(jìn)展的可能性高。其結(jié)果是，有不能充分確保不凍性的顧慮。

本公開鑒于上述問題，提出了一種在采用液體的熱介質(zhì)進(jìn)行熱輸送的熱輸送系統(tǒng)中，能夠一邊抑制熱介質(zhì)的熱物性惡化及粘度增大、一邊充分確保熱介質(zhì)的不凍性的熱輸送系統(tǒng)。

本公開的熱輸送系統(tǒng)具備產(chǎn)生熱的熱源、散熱的散熱部、和對(duì)液體狀的熱介質(zhì)所流通的熱介質(zhì)流路中的熱介質(zhì)的流動(dòng)進(jìn)行控制的流動(dòng)控制部。將來自熱源的熱通過熱介質(zhì)輸送給散熱部。熱介質(zhì)為具有溶劑及至少1種溶質(zhì)的溶液。至少1種溶質(zhì)由下述分子構(gòu)成，所述分子具備：第1部位，其在熱介質(zhì)的溫度達(dá)到預(yù)定的基準(zhǔn)溫度以下時(shí)選擇性地接近溶劑的固液界面；第2部位，其與第1部位連接，并且相對(duì)于溶劑為疏液性。

據(jù)此，在熱介質(zhì)的溫度降低達(dá)到基準(zhǔn)溫度以下時(shí)，溶質(zhì)的第1部位選擇性接近地吸附在溶液的固液界面。由此，通過吸附在溶劑的固液界面上的第1部位阻礙溶劑的凝固核的生長，從而能夠抑制凍結(jié)的進(jìn)展。進(jìn)而，通過相對(duì)于溶劑為疏液性的第2部位，由于可抑制溶劑靠近固液界面，所以能夠進(jìn)一步抑制凍結(jié)的進(jìn)展。

所以，即使熱介質(zhì)中不含乙二醇等凝固點(diǎn)降低劑，也能延遲熱介質(zhì)的凍結(jié)的進(jìn)展，即，能夠降低熱介質(zhì)的凝固點(diǎn)。此外，由于不需要為了降低熱介質(zhì)的凝固點(diǎn)而維持過冷卻狀態(tài)，所以不會(huì)因干擾而解除熱介質(zhì)的過冷卻狀態(tài)、使凍結(jié)進(jìn)展。由此，可在抑制熱介質(zhì)的熱物性惡化及粘度增大的同時(shí)，充分確保熱介質(zhì)的不凍性。

附圖說明

圖1是表示第1實(shí)施方式涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的整體構(gòu)成圖。

圖2是用于說明第1實(shí)施方式中的熱介質(zhì)的構(gòu)成的說明圖。

圖3是表示熱介質(zhì)的溶質(zhì)的分子量與凍結(jié)溫度的關(guān)系的曲線圖。

圖4是表示熱介質(zhì)的溶質(zhì)的濃度與凍結(jié)溫度的關(guān)系的曲線圖。

圖5是表示相對(duì)于冷卻水中的乙二醇濃度的液側(cè)熱傳遞率比及凍結(jié)溫度的關(guān)系的曲線圖。

圖6是表示第2實(shí)施方式涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的整體構(gòu)成圖。

具體實(shí)施方式

以下，基于附圖對(duì)本公開的實(shí)施方式進(jìn)行說明。再者，在以下的各實(shí)施方式彼此中，對(duì)于彼此相同或均等的部分，附圖中賦予同一符號(hào)。

(第1實(shí)施方式)

參照圖1～圖5對(duì)第1實(shí)施方式進(jìn)行說明。本實(shí)施方式是將本公開涉及的熱輸送系統(tǒng)適用于用作混合動(dòng)力汽車的行駛用驅(qū)動(dòng)源之一的發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))的冷卻系統(tǒng)的實(shí)施方式。

如圖1所示的那樣，本實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)為通過散熱器102對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)101的冷卻水進(jìn)行冷卻的系統(tǒng)。也就是說，本實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)是將來自發(fā)動(dòng)機(jī)101的熱通過液體狀的熱介質(zhì)即冷卻水輸送給散熱器102的系統(tǒng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)101是通過能量變換而產(chǎn)生熱的熱源。此外，散熱器102是使通過與發(fā)動(dòng)機(jī)101的廢熱進(jìn)行熱交換而達(dá)到高溫的冷卻水通過與外氣進(jìn)行熱交換進(jìn)行冷卻的熱交換器，換句話講，為散熱部。

發(fā)動(dòng)機(jī)101和散熱器102通過在發(fā)動(dòng)機(jī)101與散熱器102之間形成閉路的冷卻水流路100而連接。在冷卻水流路100中設(shè)有泵103，該泵103由發(fā)動(dòng)機(jī)101的動(dòng)力機(jī)械地驅(qū)動(dòng)，使冷卻水在冷卻水流路100中循環(huán)。然后，冷卻水流路100內(nèi)的冷卻水從發(fā)動(dòng)機(jī)101的冷卻水出口經(jīng)由散熱器102而循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)101的冷卻水入口。

冷卻水流路100為構(gòu)成液體狀的熱介質(zhì)即冷卻水流通的流路的熱介質(zhì)流路。此外，泵103是對(duì)冷卻水流路100中的冷卻水的流動(dòng)進(jìn)行控制的流動(dòng)控制部。

接著，對(duì)本實(shí)施方式涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中所用的冷卻水進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的冷卻水為具有溶劑和至少1種溶質(zhì)40的溶液。

如圖2所示的那樣，冷卻水的溶質(zhì)40由具備第1部位即頭部41和第2部位即尾部42的分子構(gòu)成。頭部41為在冷卻水的溫度達(dá)到預(yù)定的基準(zhǔn)溫度以下時(shí)選擇性地接近溶劑的固液界面50的部位。尾部42是與頭部41連接、且相對(duì)于溶劑為疏液性的部位。

本實(shí)施方式中，使用水作為溶劑。此外，作為溶質(zhì)40的頭部41，可使用季銨基、磺基、酯基、羧基及羥基中的任一種。此外，溶質(zhì)40的尾部42具有由多個(gè)碳構(gòu)成的主鏈。與構(gòu)成主鏈的各碳結(jié)合的親水基為4個(gè)以下。

具體地講，作為本實(shí)施方式的溶質(zhì)40，使用頭部41為三甲基銨基、且尾部42為碳原子數(shù)為16以下的直鏈狀烴基的化合物。具體地講，作為溶質(zhì)40，使用十六烷基三甲基溴化銨(以下也稱為C₁₆TAB)。

再者，作為本實(shí)施方式的溶質(zhì)40，除C₁₆TAB以外，如圖3所示的那樣，還可使用聚氧乙烯(10)辛基苯基醚(Triton(注冊商標(biāo))X-100)、聚氧乙烯(25)辛基十二烷基醚(EMULGEN(注冊商標(biāo))2025G)、油酸聚氧乙烯山梨糖醇酐(Tween(注冊商標(biāo))80)、硬脂酸PEG-150、十四烷基磺基甜菜堿、膽酸鈉。通過使用上述化合物作為溶質(zhì)40，如圖3所示的那樣，能夠降低凍結(jié)溫度。

另外，溶質(zhì)40中，C₁₆TAB不具有親水基，十四烷基磺基甜菜堿具有1個(gè)親水基，膽酸鈉具有3個(gè)親水基。另外，如由圖3的虛線圍成的區(qū)域所示的那樣，凍結(jié)溫度以膽酸鈉、十四烷基磺基甜菜堿、C₁₆TAB的順序降低。所以，越減小親水基的個(gè)數(shù)，越能使凍結(jié)溫度降低。具體地講，如上所述，通過將含在溶質(zhì)40的尾部42中的親水基的個(gè)數(shù)設(shè)定為4個(gè)以下，能夠降低凍結(jié)溫度。

另外，冷卻水中的溶質(zhì)40的濃度小于溶質(zhì)40相對(duì)于水的飽和溶解濃度。由此，能夠抑制溶質(zhì)40發(fā)生再結(jié)晶，冰以該結(jié)晶為晶核而生長。另外，通過將冷卻水中的溶質(zhì)40的濃度設(shè)定在溶質(zhì)40相對(duì)于水的臨界膠束濃度以下，能夠抑制溶質(zhì)40發(fā)生膠束化，冰以該膠束為核而生長。

如圖4所示的那樣，如果使相對(duì)于水的溶質(zhì)40的重量百分比濃度上升，則直到約0.1重量百分比濃度為止，隨著濃度提高，凍結(jié)溫度降低。但是，如果相對(duì)于水的溶質(zhì)40的重量百分比濃度超過約0.1重量百分比濃度，則凍結(jié)溫度緩慢升高。所以，在本實(shí)施方式中，將溶質(zhì)40相對(duì)于水的濃度設(shè)定為0.1重量百分比濃度以下。

這里，圖5中示出了相對(duì)于冷卻水中的乙二醇濃度的液側(cè)熱傳遞率比及凍結(jié)溫度的關(guān)系。再者，所謂圖5的上圖的縱軸所示的液側(cè)熱傳遞比，是將現(xiàn)在通常所使用的LLC(乙二醇濃度：50％)的液側(cè)熱傳遞率比作為100％而表示的液側(cè)熱傳遞率的值。

為了確保JIS K 2234中規(guī)定的不凍液的性能，凍結(jié)溫度為－34℃以下是必要的。因此，在現(xiàn)在通常所使用的LLC中，將相對(duì)于水的乙二醇濃度設(shè)定為50％。

如圖5的上圖所示的那樣，冷卻水中的相對(duì)于水的乙二醇濃度越低，熱傳遞率越提高。但是，如圖5的下圖所示的那樣，冷卻水中的相對(duì)于水的乙二醇濃度越低，凍結(jié)溫度越高。

與此相對(duì)照，在使用重量百分比濃度為0.1％的C₁₆TAB水溶液作為冷卻水時(shí)，凍結(jié)溫度達(dá)到－20℃。此時(shí)，由于冷卻水的乙二醇濃度為0，因此能夠提高熱傳遞率。

但是，如上所述，為了確保JIS K 2234中規(guī)定的不凍液的性能，有必要將凍結(jié)溫度設(shè)定在－34℃以下。因此，本實(shí)施方式中，在冷卻水中，除了第1溶質(zhì)即C₁₆TAB以外，還加入與C₁₆TAB不同的、且通過與水互溶而使水的凝固點(diǎn)下降的第2溶質(zhì)。作為第2溶質(zhì)，可使用醇類。本實(shí)施方式中，作為第2溶質(zhì)，使用乙二醇。

如圖5的下圖所示的那樣，通過在C₁₆TAB水溶液中加入乙二醇，能夠降低凍結(jié)濃度。具體地講，優(yōu)選將乙二醇的相對(duì)于冷卻水的濃度規(guī)定為10重量百分比濃度以上且40重量百分比濃度以下。

更詳細(xì)地講，在如本實(shí)施方式這樣使用重量百分比濃度為0.1％的C₁₆TAB水溶液作為冷卻水時(shí)，通過將乙二醇的重量百分比濃度設(shè)定為大約18％，能夠使凍結(jié)溫度為－34℃。此時(shí)，相對(duì)于現(xiàn)在通常使用的LLC，能夠?qū)醾鬟f率提高大約4成。

如以上說明的那樣，本實(shí)施方式中，冷卻水的溶質(zhì)40具有具備頭部41和尾部42的分子。頭部41在冷卻水溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度以下時(shí)，選擇性地接近溶劑的固液界面50。尾部42與頭部41連接，并且相對(duì)于溶劑為疏液性(具有疏溶劑性)。據(jù)此，在冷卻水的溫度降低而達(dá)到基準(zhǔn)溫度以下時(shí)，溶質(zhì)40的頭部41選擇性接近地吸附在溶液的固液界面。然后，通過吸附在溶劑的固液界面50上的頭部41，阻礙溶劑的冰核(凝固核)的生長，因此能夠抑制凍結(jié)的進(jìn)展。另外，通過相對(duì)于溶劑為疏液性的尾部42，能夠抑制溶劑靠近固液界面50，所以能夠進(jìn)一步抑制凍結(jié)的進(jìn)展。

所以，即使冷卻水中不含凝固點(diǎn)降低劑(乙二醇)，也能使冷卻水的凍結(jié)的進(jìn)展延遲，也就是說，能夠降低冷卻水的凝固點(diǎn)。因此，能夠抑制冷卻水的熱物性惡化及粘度增加。

此外，本實(shí)施方式中，為了降低冷卻水的凝固點(diǎn)，不需要維持過冷卻狀態(tài)。也就是說，本實(shí)施方式的冷卻水的溶質(zhì)40不是促進(jìn)過冷卻，而是如上所述阻礙冰核生長。因此，不會(huì)因干擾而解除冷卻水的過冷卻狀態(tài)從而使凍結(jié)進(jìn)展。

如以上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，可抑制冷卻水的熱物性惡化及粘度增大，同時(shí)可充分確保冷卻水的不凍性。

可是，如圖2所示的那樣，在本實(shí)施方式的冷卻水中，在溶質(zhì)40的頭部41吸附在溶劑的固液界面50上時(shí)，尾部42以頭部41為基點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，相鄰的溶質(zhì)分子的尾部42彼此不接觸。所以，如果溶質(zhì)分子的尾部42的長度過長，則矢徑增大，相鄰的溶質(zhì)分子彼此的距離d變長。其結(jié)果是，難以阻礙溶劑的冰核的生長，使抑制冷卻水的凍結(jié)進(jìn)展的效果下降。

對(duì)此，如上所述，通過將溶質(zhì)分子的尾部42設(shè)定為碳原子數(shù)為16以下的直鏈狀烴基，能夠抑制尾部42的長度過長。因此，能夠縮短相鄰的溶質(zhì)分子彼此的距離d，所以容易阻礙溶劑的冰核的生長，能夠確實(shí)地抑制冷卻水的凍結(jié)的進(jìn)展。

(第2實(shí)施方式)

接著，基于圖6對(duì)第2實(shí)施方式進(jìn)行說明。該第2實(shí)施方式與第1實(shí)施方式相比，不同之處在于熱輸送系統(tǒng)具有相互獨(dú)立的兩個(gè)熱輸送線路1、2。

如圖6所示的那樣，本實(shí)施方式的熱輸送系統(tǒng)中，除了第1實(shí)施方式涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)以外，還具備對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣進(jìn)行冷卻的吸氣冷卻系統(tǒng)。具體地講，本實(shí)施方式的熱輸送系統(tǒng)具備構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的第1熱輸送線路1、和構(gòu)成吸氣冷卻系統(tǒng)的第2熱輸送線路2。

如第1實(shí)施方式中所說明的那樣，在第1熱輸送線路1中設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)101、散熱器102及第1泵103。第1熱輸送線路1以將來自發(fā)動(dòng)機(jī)101的熱通過在第1冷卻水流路100中流通的第1冷卻水輸送給散熱器102的方式構(gòu)成。

第2熱輸送線路2中設(shè)有中間冷卻器201、冷機(jī)202及第2泵203。中間冷卻器201是通過使發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣與在第2冷卻水流路200中流動(dòng)的第2冷卻水熱交換而對(duì)吸氣進(jìn)行冷卻的熱交換器。冷機(jī)202是通過使第2冷卻水與外氣熱交換而對(duì)第2冷卻水進(jìn)行冷卻的熱交換器。第2泵203是控制第2冷卻水流路200中的第2冷卻水的流動(dòng)的泵。而且，第2熱輸送線路2以將來自中間冷卻器201的熱通過在第2冷卻水流路200中流通的第2冷卻水輸送給冷機(jī)202的方式構(gòu)成。

本實(shí)施方式中，作為第1冷卻水及第2冷卻水，采用在第1實(shí)施方式中說明的“冷卻水”。因此，在本實(shí)施方式中，也可得到與第1實(shí)施方式同樣的效果。

(其它實(shí)施方式)

本公開并不限定于上述的實(shí)施方式，可在不脫離本公開的主旨的范圍內(nèi)，按以下進(jìn)行多種變形。

(1)上述實(shí)施方式中，說明了采用發(fā)動(dòng)機(jī)101作為熱源的例子，但熱源并不局限于此。例如，作為熱源也可以采用燃料電池、電池、變換器等。

(2)上述實(shí)施方式中，說明了采用散熱器102作為散熱部的例子，但并不局限于此。例如，作為散熱部，也可以采用通過在冷卻水與空氣調(diào)節(jié)空氣之間進(jìn)行熱交換而對(duì)空氣調(diào)節(jié)空氣進(jìn)行加熱的加熱芯。