(57)【要約】  内部に発熱体を収納するための収納部と、酸化還元可能な活物質を含む作動流体が流通する流通経路と、前記流通経路内を流通する前記作動流体の流れを調整する送液部と、前記発熱体からの熱を前記流通経路を介して前記作動流体が受け取る受熱部と、前記作動流体を放熱する放熱部と、前記流通経路と接続し、前記作動流体に含まれる前記活物質を反応させるセル部と、を備える冷却装置。
2019012714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発熱体を収納するための収納部と、
酸化還元可能な活物質を含む作動流体が流通する流通経路と、
前記流通経路内を流通する前記作動流体の流れを調整する送液部と、
前記発熱体からの熱を前記流通経路を介して前記作動流体が受け取る受熱部と、
前記作動流体を放熱する放熱部と、
前記流通経路と接続し、前記作動流体に含まれる前記活物質を反応させるセル部と、
を備える冷却装置。
【請求項２】
発熱体と、
酸化還元可能な活物質を含む作動流体が流通する流通経路と、
前記流通経路内を流通する前記作動流体の流れを調整する送液部と、
前記発熱体からの熱を前記流通経路を介して前記作動流体が受け取る受熱部と、
前記作動流体を放熱する放熱部と、
前記流通経路と接続し、前記作動流体に含まれる前記活物質を反応させるセル部と、
を備える冷却装置。
【請求項３】
前記冷却装置は車両に取り付けられ、
前記流通経路内を流通する前記作動流体は、前記車両における前記発熱体の冷却、及び前記セル部での蓄電に用いられる請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記受熱部における前記流通経路の熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記流通経路の少なくとも一部は、前記作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料を含む請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記受熱部以外の少なくとも一部において、前記流通経路は、前記作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料を含む請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料は、塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、ニトリル樹脂、シリコーン樹脂、エチレンプロピレン樹脂、クロロプレン樹脂、アクリル樹脂、ブチルゴム樹脂、ウレタン樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂、エピクロルヒドリンゴム樹脂、天然ゴム樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、及びポリアセタール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種である請求項５又は請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記受熱部において、前記流通経路はニッケル合金、ライニング鋼、ステンレス鋼、チタン、シリコン及びグラッシーカーボンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記流通経路は、内壁面の少なくとも一部に、前記活物質を含む前記作動流体に対して耐食性を有するコーティング層を備える請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記コーティング層は、ガラス、酸化アルミニウム、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、カーボン、シリコン、シリコーン樹脂、窒化ホウ素、窒化ケイ素、亜鉛、鉛、銅及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記流通経路の少なくとも一部の電気抵抗率が１２Ω・ｍ〜１０４３Ω・ｍである請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記セル部は、正極及び負極を備え、
前記正極及び前記負極の少なくとも一方は炭素電極である請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記炭素電極は、カーボンフェルト電極又はカーボンペーパー電極である請求項１２に記載の冷却装置。
【請求項１４】
前記セル部は、前記正極と前記負極との間にセパレータを備える請求項１２又は請求項１３に記載の冷却装置。
【請求項１５】
前記流通経路内を流通する前記作動流体の流量を調整する調整弁を備える請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１６】
前記発熱体の温度を検知する温度センサを備える請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１７】
前記活物質は、Ｖ２＋、Ｖ３＋、Ｖ４＋、Ｖ５＋、ＶＯ２＋、ＶＯ２＋、Ｖ（ａｃａｃ）３、Ｖ−（ＥＤＴＡ）錯体イオン、Ｂｒ−、Ｂｒ３−、臭素、Ｃｌ−、Ｃｌ３−、塩素、Ｉ−、Ｉ３−、ヨウ素、フェロシアン化物イオン、フェリシアン化物イオン、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｆｅ３＋−（ＥＤＴＡ）錯体、Ｆｅ２＋−（ＥＤＴＡ）錯体、Ｃｒ３＋、Ｃｒ４＋、Ｃｒ５＋、Ｃｅ３＋、Ｃｅ４＋、Ｚｎ金属、Ｌｉ金属、Ｎａ金属、Ｚｎ２＋、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｐｂ金属、Ｐｂ２＋、ＰｂＳＯ４，ＰｂＯ２、Ｍｎ３＋、Ｍｎ４＋、Ｔｉ３＋、Ｔｉ４＋、Ｃｕ＋、Ｃｕ２＋、Ｃｏ３＋、Ｃｏ４＋、ポリスルフィド、キノン化合物、アントラキノン化合物、アロキサジン化合物、フラビン化合物、リボフラビン化合物、リボフラビン燐酸エステル、ビオロゲン化合物、ニトロキシラジカル化合物、ヘテロポリ酸、フェロセン化合物、これらの錯体、酸素及び水素からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１８】
前記作動流体は、前記活物質を液状媒体に溶解又は分散させたものであり、
前記液状媒体は、水及びイオン液体からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１９】
前記活物質は、少なくともバナジウムイオンを含む請求項１〜請求項１８のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２０】
前記受熱部における前記流通経路の熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、かつ、前記受熱部以外の少なくとも一部において、前記流通経路の電気抵抗率は前記作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍である請求項１〜請求項１９のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２１】
前記作動流体は前記受熱部及び前記セル部の順に供給され、
前記受熱部に前記作動流体が供給される前、又は前記セル部に前記作動流体が供給された後に前記作動流体が前記放熱部に供給される請求項１〜請求項２０のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２２】
充電反応及び放電反応を行う際の前記作動流体の平均温度差が１０℃以上である請求項１〜請求項２１のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２３】
充電反応及び放電反応を行う際の前記作動流体の平均温度差が２０℃以上である請求項１〜請求項２２のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２４】
前記流通経路内を流通する前記作動流体における複数箇所での温度の差を利用してエネルギーを取り出す熱電変換素子を更に備える請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２５】
前記流通経路内を流通する温度の異なる前記作動流体の間に多孔質膜が配置され、浸透圧の差を利用してエネルギーを取り出す請求項１〜請求項２４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２６】
前記作動流体の流通方向において、前記放熱部は前記受熱部の上流又は前記セル部の下流に位置し、
前記流通経路における前記受熱部の作動流体流入側から前記セル部の作動流体流入側までの部分が、前記セル部の作動流体流入側に向かって鉛直上方向に傾斜している請求項１〜請求項２５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２７】
前記受熱部はオリフィスを有する請求項１〜請求項２６のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２８】
前記受熱部は前記受熱部以外の前記流通経路と分離可能である請求項１〜請求項２７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項２９】
前記セル部は、充電反応又は放電反応の一方を行う第一セル部であり、
前記流通経路と接続し、前記作動流体に含まれる前記活物質を反応させて充電反応又は放電反応の他方を行う第二セル部を更に備え、
作動流体の流通方向において、前記第一セル部、前記放熱部、及び前記第二セル部の順に位置し、前記第一セル部に供給される前記作動流体の温度は、前記第二セル部に供給される前記作動流体の温度よりも高い請求項１〜請求項２８のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項３０】
請求項１〜請求項２９のいずれか１項に記載の冷却装置と、
前記発熱体の冷却及び前記セル部の充放電の少なくとも一方を制御する制御部と、
を備える冷却システム。
【請求項３１】
発電装置を更に備える請求項３０に記載の冷却システム。
【請求項３２】
請求項１〜請求項２９のいずれか１項に記載の冷却装置を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置、冷却システム及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
データセンタ等に設置されるサーバーなどの電子機器は熱を発する。その熱はサーバーの故障の原因となるため、サーバー周辺の温度は５０℃以下に抑えることが推奨されている（例えば、非特許文献１参照）。そのため、サーバー周辺の温度を５０℃以下、例えば、２８℃付近とするために空調を使用しているが、空調の消費電力が大きく、コスト面及び環境面で課題がある。
また、サーバー等の電子機器を収納するコンテナ内部の気温を一定範囲に維持するために、水媒体を用いるコンテナ型データセンタが知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、フロー電池は、大規模蓄電装置として有望であり、特にバナジウムイオンを活物物質に用いたフロー電池は実証試験されている。５価のバナジウムイオンは高温、例えば５０℃にてＶ２Ｏ５として析出するため、電解液の温度を管理すること、電解液が５０℃を超えないように冷却する装置を備えること等が推奨されている（例えば、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）。この温度上昇は、電池抵抗によるジュール熱等によって引き起こされる。フロー電池としては、例えば、電解液の流路が放熱部を有し、温度が上昇した電解液を放熱部にて冷却し、流路周辺の空気の温度が上昇する構成がある。これは、オイルヒーター等と同じような原理で、流路の表面積を増やす等の工夫をしている。【０００４】
また、ガソリン自動車に搭載されるエンジンは、ガソリン燃料の燃焼過程における発熱を冷却するラジエータにより、オーバーヒートが抑制されている。また、電気自動車は高出力のモータ、高容量の電池等が搭載されており、モータを冷却したり、電池、例えばリチウムイオン二次電池の高温での劣化を抑制するために高温にさらされないようにしたりする冷却システムが必要である（例えば、特許文献５及び特許文献６参照）。また、ハイブリッド車及び電気自動車では、直流電流を交流に変換してモータに供給するインバータの冷却が必要になる（例えば、特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−６０４８５号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３６９１号公報
【特許文献３】特開２０１３−３７７７６号公報
【特許文献４】特開２０１３−２０６５６６号公報
【特許文献５】特開２００７−２５３６９１号公報
【特許文献６】特開２０１３−２８３２３号公報
【特許文献７】特開２０１６−２０８６８７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“Ｆａｉｌｕｒｅ  Ｔｒｅｎｄｓ  ｉｎ  ａ  Ｌａｒｇｅ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ  Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ５ｔｈ  ＵＳＥＮＩＸ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｆｉｌｅ  ａｎｄ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  （ＦＡＳＴ’０７），  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２００７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
サーバー周辺の温度を調整する際、空調の消費電力を効率的に抑える等によりコストを削減できる冷却装置が求められている。【０００８】
特許文献１のようにコンテナ内部の冷却に水媒体を用いる場合、水媒体としては、雨水、川水、海水、水道水、下水等を利用することが一般的である。このように外部からの水を利用する場合、ろ過装置が必要になり、また、使用後の水を川、海等に戻す場合、生態系を破壊しないために洗浄装置、温度調節等が必要となり、コスト増加の原因となる。【０００９】
特許文献２、特許文献３及び特許文献４では、電池の性能維持のために電解液の温度上昇を防ぐための手段が提案されている。しかし、放熱された熱の用途、冷却された電解液を利用して蓄電すること等が提示されているに過ぎない。【００１０】
また、特許文献５〜７では、車両における発熱体を冷却する場合、水、ポリエチレングリコール等をクーラント冷媒に用いており、クーラント冷媒を循環させるため、ポンプ、冷媒タンク、配管等が必要となる。特に電気自動車では軽量化及び小型化が求められており、冷却装置の軽量化及び小型化を図ることが望ましい。【００１１】
本発明の一形態は、蓄電機能及び冷却機能を有する冷却装置、並びにそれを備える冷却システムを提供することを目的とする。
また、本発明の他の形態では、蓄電機能及び冷却機能を有し、かつ車両に搭載した際に軽量化及び小型化が可能な冷却装置、並びにそれを備える冷却システム及び車両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】
【００１２】
上記課題を解決するための具体的な手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞  内部に発熱体を収納するための収納部と、酸化還元可能な活物質を含む作動流体が流通する流通経路と、前記流通経路内を流通する前記作動流体の流れを調整する送液部と、前記発熱体からの熱を前記流通経路を介して前記作動流体が受け取る受熱部と、前記作動流体を放熱する放熱部と、前記流通経路と接続し、前記作動流体に含まれる前記活物質を反応させるセル部と、を備える冷却装置。
＜２＞  発熱体と、酸化還元可能な活物質を含む作動流体が流通する流通経路と、前記流通経路内を流通する前記作動流体の流れを調整する送液部と、前記発熱体からの熱を前記流通経路を介して前記作動流体が受け取る受熱部と、前記作動流体を放熱する放熱部と、前記流通経路と接続し、前記作動流体に含まれる前記活物質を反応させるセル部と、を備える冷却装置。
＜３＞  前記冷却装置は車両に取り付けられ、前記流通経路内を流通する前記作動流体は、前記車両における前記発熱体の冷却、及び前記セル部での蓄電に用いられる＜２＞に記載の冷却装置。
＜４＞  前記受熱部における前記流通経路の熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜５＞  前記流通経路の少なくとも一部は、前記作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料を含む＜１＞〜＜４＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜６＞  前記受熱部以外の少なくとも一部において、前記流通経路は、前記作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料を含む＜１＞〜＜５＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜７＞  前記作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料は、塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、ニトリル樹脂、シリコーン樹脂、エチレンプロピレン樹脂、クロロプレン樹脂、アクリル樹脂、ブチルゴム樹脂、ウレタン樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂、エピクロルヒドリンゴム樹脂、天然ゴム樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、及びポリアセタール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種である＜５＞又は＜６＞に記載の冷却装置。
＜８＞  前記受熱部において、前記流通経路はニッケル合金、ライニング鋼、ステンレス鋼、チタン、シリコン及びグラッシーカーボンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む＜１＞〜＜７＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜９＞  前記流通経路は、内壁面の少なくとも一部に、前記活物質を含む前記作動流体に対して耐食性を有するコーティング層を備える＜１＞〜＜８＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜１０＞  前記コーティング層は、ガラス、酸化アルミニウム、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、カーボン、シリコン、シリコーン樹脂、窒化ホウ素、窒化ケイ素、亜鉛、鉛、銅及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む＜９＞に記載の冷却装置。
＜１１＞  前記流通経路の少なくとも一部の電気抵抗率が１２Ω・ｍ〜１０４３Ω・ｍである＜１＞〜＜１０＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜１２＞  前記セル部は、正極及び負極を備え、前記正極及び前記負極の少なくとも一方は炭素電極である＜１＞〜＜１１＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜１３＞  前記炭素電極は、カーボンフェルト電極又はカーボンペーパー電極である＜１２＞に記載の冷却装置。
＜１４＞  前記セル部は、前記正極と前記負極との間にセパレータを備える＜１２＞又は＜１３＞に記載の冷却装置。
＜１５＞  前記流通経路内を流通する前記作動流体の流量を調整する調整弁を備える＜１＞〜＜１４＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜１６＞  前記発熱体の温度を検知する温度センサを備える＜１＞〜＜１５＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜１７＞  前記活物質は、Ｖ２＋、Ｖ３＋、Ｖ４＋、Ｖ５＋、ＶＯ２＋、ＶＯ２＋、Ｖ（ａｃａｃ）３、Ｖ−（ＥＤＴＡ）錯体イオン、Ｂｒ−、Ｂｒ３−、臭素、Ｃｌ−、Ｃｌ３−、塩素、Ｉ−、Ｉ３−、ヨウ素、フェロシアン化物イオン、フェリシアン化物イオン、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｆｅ３＋−（ＥＤＴＡ）錯体、Ｆｅ２＋−（ＥＤＴＡ）錯体、Ｃｒ３＋、Ｃｒ４＋、Ｃｒ５＋、Ｃｅ３＋、Ｃｅ４＋、Ｚｎ金属、Ｌｉ金属、Ｎａ金属、Ｚｎ２＋、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｐｂ金属、Ｐｂ２＋、ＰｂＳＯ４，ＰｂＯ２、Ｍｎ３＋、Ｍｎ４＋、Ｔｉ３＋、Ｔｉ４＋、Ｃｕ＋、Ｃｕ２＋、Ｃｏ３＋、Ｃｏ４＋、ポリスルフィド、キノン化合物、アントラキノン化合物、アロキサジン化合物、フラビン化合物、リボフラビン化合物、リボフラビン燐酸エステル、ビオロゲン化合物、ニトロキシラジカル化合物、ヘテロポリ酸、フェロセン化合物、これらの錯体、酸素及び水素からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む＜１＞〜＜１６＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜１８＞  前記作動流体は、前記活物質を液状媒体に溶解又は分散させたものであり、前記液状媒体は、水及びイオン液体からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む＜１＞〜＜１７＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜１９＞  前記活物質は、少なくともバナジウムイオンを含む＜１＞〜＜１８＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜２０＞  前記受熱部における前記流通経路の熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、かつ、前記受熱部以外の少なくとも一部において、前記流通経路の電気抵抗率は前記作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍である＜１＞〜＜１９＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜２１＞  前記作動流体は前記受熱部及び前記セル部の順に供給され、前記受熱部に前記作動流体が供給される前、又は前記セル部に前記作動流体が供給された後に前記作動流体が前記放熱部に供給される＜１＞〜＜２０＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜２２＞  充電反応及び放電反応を行う際の前記作動流体の平均温度差が１０℃以上である＜１＞〜＜２１＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜２３＞  充電反応及び放電反応を行う際の前記作動流体の平均温度差が２０℃以上である＜１＞〜＜２２＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜２４＞  前記流通経路内を流通する前記作動流体における複数箇所での温度の差を利用してエネルギーを取り出す熱電変換素子を更に備える＜１＞〜＜２３＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜２５＞  前記流通経路内を流通する温度の異なる前記作動流体の間に多孔質膜が配置され、浸透圧の差を利用してエネルギーを取り出す＜１＞〜＜２４＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜２６＞  前記作動流体の流通方向において、前記放熱部は前記受熱部の上流又は前記セル部の下流に位置し、前記流通経路における前記受熱部の作動流体流入側から前記セル部の作動流体流入側までの部分が、前記セル部の作動流体流入側に向かって鉛直上方向に傾斜している＜１＞〜＜２５＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜２７＞  前記受熱部はオリフィスを有する＜１＞〜＜２６＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜２８＞  前記受熱部は前記受熱部以外の前記流通経路と分離可能である＜１＞〜＜２７＞のいずれか１つに記載の冷却装置。
＜２９＞  前記セル部は、充電反応又は放電反応の一方を行う第一セル部であり、前記流通経路と接続し、前記作動流体に含まれる前記活物質を反応させて充電反応又は放電反応の他方を行う第二セル部を更に備え、作動流体の流通方向において、前記第一セル部、前記放熱部、及び前記第二セル部の順に位置し、前記第一セル部に供給される前記作動流体の温度は、前記第二セル部に供給される前記作動流体の温度よりも高い＜１＞〜＜２８＞のいずれか１つに記載の冷却装置。【００１３】
＜３０＞  ＜１＞〜＜２９＞のいずれか１つに記載の冷却装置と、前記発熱体の冷却及び前記セル部の充放電の少なくとも一方を制御する制御部と、を備える冷却システム。
＜３１＞  発電装置を更に備える＜３０＞に記載の冷却システム。【００１４】
＜３２＞  ＜１＞〜＜２９＞のいずれか１つに記載の冷却装置を備える車両。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一形態によれば、蓄電機能及び冷却機能を有する冷却装置、並びにそれを備える冷却システムを提供することができる。
また、本発明の他の形態によれば、蓄電機能及び冷却機能を有し、かつ車両に搭載した際に軽量化及び小型化が可能な冷却装置、並びにそれを備える冷却システム及び車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の冷却装置の例１を示す構成図である。
【図２】本開示の冷却装置の例２を示す構成図である。
【図３】セル部の構成例を表す断面図である。
【図４】流通経路の構成例を表す断面図である。
【図５】流通経路の他の構成例を表す断面図である。
【図６】流通経路の形状例である。
【図７】オリフィスの例を示す断面図である。
【図８】分離可能な受熱部を示す模式図である。
【図９】分離可能な受熱部を示す模式図である。
【図１０Ａ】正極活物質／負極活物質がバナジウム／バナジウム系である場合において、作動流体（正極電解液及び負極電解液）の温度と、充電状態（ＳＯＣ）５０％における電池開回路電圧の関係を示すグラフである。
【図１０Ｂ】正極活物質／負極活物質が鉄／クロム系である場合において、作動流体（正極電解液及び負極電解液）の温度と、充電状態５０％における電池開回路電圧の関係を示すグラフである。
【図１０Ｃ】正極活物質／負極活物質が鉄／バナジウム系である場合において、作動流体（正極電解液及び負極電解液）の温度と、充電状態５０％における電池開回路電圧の関係を示すグラフである。
【図１１Ａ】充電反応及び放電反応にて作動流体の温度が等しい場合における容量と電圧との関係を示すグラフである。
【図１１Ｂ】充電反応及び放電反応にて作動流体の温度を最適化した場合における容量と電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】本開示の冷却装置の例３を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
【００１８】
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率は、特に断らない限り、当該複数種の物質の合計の含有率を意味する。
また、本開示において、「含有率」とは、特に断らない限り、作動流体の全量を１００質量％としたときの、各成分の質量％を表す。
また、本開示に記載された具体的かつ詳細な内容の一部又は全てを利用せずとも本発明を実施可能であることは、当業者には明らかである。また、本発明をあいまいにすることを避けるべく、公知の点については詳細な説明又は図示を省略する場合もある。
【００１９】
＜第一実施形態＞
［冷却装置］
本開示の第一実施形態に係る冷却装置は、内部に発熱体を収納するための収納部と、酸化還元可能な活物質を含む作動流体が流通する流通経路と、前記流通経路内を流通する前記作動流体の流れを調整する送液部と、前記発熱体からの熱を前記流通経路を介して前記作動流体が受け取る受熱部と、前記作動流体を放熱する放熱部と、前記作動流体に含まれる前記活物質を反応させるセル部と、を備える。
【００２０】
本開示の冷却装置では、発熱体の冷媒としての機能のみを有していた作動流体が酸化還元可能な活物質を含むこと、及びセル部を備えることにより、作動流体に蓄電機能が付与されている。これにより、本開示の冷却装置は蓄電機能及び発熱体の冷却機能を有する。更に、冷媒としての作動流体の流通に使用されていたスペースを、蓄電にも利用することができるため、省スペース化が可能である。
【００２１】
冷媒としての作動流体は、ポンプ等の送液部によって配管等の流通経路内を流通し、受熱部にて電子機器等の発熱体からの熱を流通経路を介して受け取ることにより発熱体を冷却し、かつ、ラジエータ等の放熱部にて放熱される。
【００２２】
本開示の冷却装置では、セル部の正極に正極活物質を含む作動流体（正極電解液）が供給され、セル部の負極に負極活物質を含む作動流体（負極電解液）が供給される２液系の構成であってもよい。この場合、正極活物質を含む作動流体及び負極活物質を含む作動流体が別々の流通経路内を流通し、正極活物質を含む作動流体及び負極活物質を含む作動流体の少なくとも一方が受熱部にて発熱体からの熱を受け取り、発熱体の冷媒として機能すればよい。また、正極活物質を含む作動流体及び負極活物質を含む作動流体の両方が、受熱部にて発熱体からの熱を受け取り、発熱体の冷媒として機能してもよい。
【００２３】
正極活物質及び負極活物質の両方を含む作動流体（１液系の作動流体）を用いる場合、この作動流体が正極及び負極が配置されたセル部に供給されたとき、正極側に正極活物質が集まり、かつ負極側に負極活物質が集まるように、正極及び負極を配置することが好ましい。
【００２４】
放熱部にて放熱された熱は、コジェネレーションに利用してもよい。
【００２５】
（収納部）
本開示の冷却装置は、内部に発熱体を収納するための収納部を備える。発熱体は、作動時に熱を発生する電子機器等であればよく、より具体的には、データセンタ等に設置されるサーバーであってもよい。収納部内の発熱体からの熱を、受熱部にて流通経路を介して作動流体が受け取ることにより、収納部内及び発熱体が冷却される。また、作動流体による冷却機能をモニタリングする点から、発熱体の温度を検知する温度センサを備えていてもよい。また、温度センサの温度に基づき、流通経路内を流通する作動流体の流量を調整してもよい。温度センサは収納部内に配置されていればよい。なお、収納部は、電子機器等の発熱体を配置する電子機器ラックを内部に備えていてもよく、後述する受熱部、セル部等を内部に備えていてもよい。
【００２６】
（流通経路）
本開示の冷却装置は、酸化還元可能な活物質を含む作動流体が流通する流通経路を備える。流通経路は、受熱部、放熱部及びセル部に作動流体を供給可能な構成であればよく、例えば、配管等であってもよい。また、流通経路は循環経路であることが好ましい。
【００２７】
流通経路は、作動流体を流すことができれば特に制限されない。流通経路の材質としては、作動流体に対して安定であることが好ましい。流通経路は、塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、ニトリル樹脂、シリコーン樹脂、エチレンプロピレン樹脂、クロロプレン樹脂、アクリル樹脂、ブチルゴム樹脂、ウレタン樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂、エピクロルヒドリンゴム樹脂、天然ゴム樹脂、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼、アルミニウム、チタン、ハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、シリコン、特殊ステンレス鋼（オーステナイト系、フェライト系）、炭素鋼、銅、ライニング鋼、グラッシーカーボンなどを含んでいればよく、これらを２種以上含んでいてもよい。なお、流通経路の詳細については、後述する。
【００２８】
（送液部）
本開示の冷却装置は、流通経路内を流通する作動流体の流れを調整する送液部を備える。送液部により、流通経路内を流通する作動流体の流れが調整され、受熱部、放熱部、セル部等に供給される作動流体の流量を調整することができる。送液部としては、ポンプが挙げられる。
【００２９】
（受熱部）
本開示の冷却装置は、発熱体からの熱を流通経路を介して作動流体が受け取る受熱部を備える。受熱部は、発熱体と作動流体との間で熱交換が生じる構成、すなわち、発熱体からの熱を作動流体が受け取ることにより、発熱体及び収納部内が冷却される構成であればよい。受熱部は、発熱体からの熱を作動流体が受け取ることができれば、その配置は特に制限されず、例えば、収納部内に配置されていてもよく、発熱体の周囲に配置されていてもよい。
【００３０】
受熱部は、公知の水冷式パーソナルコンピュータのように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）チップ、マザーボード等の周辺に、又はこれらに接触して配置され、これらを冷却する構成であってもよい。
【００３１】
（放熱部）
本開示の冷却装置は、作動流体を放熱する放熱部を備える。放熱部は、収納部内の発熱体からの熱を受け取った作動流体を放熱する構成であれば特に限定されない。放熱部としては、ラジエータ等の熱交換器、熱交換器と当該熱交換器を冷却するファンとの組み合わせなどが挙げられる。
【００３２】
ラジエータ等の熱交換器は、内部と外部との熱交換速度を上げるため、表面積の大きい構造にすることが好ましい。
【００３３】
以下、流通経路の好ましい態様について説明する。
受熱部における流通経路の熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが更に好ましく、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが特に好ましい。前述の熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることにより、流通経路を介して十分速い速度で作動流体が熱を受け取ることができ、発熱体及び収納部内の冷却性能に優れる傾向にある。例えば、フロー電池の配管として一般的であるゴム、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、熱伝導率が０．１９Ｗ／（ｍ・Ｋ））等のフッ素樹脂などのチューブを受熱部における流通経路として用いた場合よりも、発熱体及び収納部内の冷却性能に優れる傾向にある。
なお、受熱部における流通経路にて、熱伝導率が前述した数値範囲を満たしていることが好ましい。一方、流通経路におけるそれ以外の位置にて、熱伝導率が前述した数値範囲を満たしていてもよく、満たしていなくてもよい。
【００３４】
本開示において、流通経路の熱伝導率は、熱線法、周期加熱法、パルス加熱法、同心円筒絶対法、保護熱板法等によって測定することができる。流通経路の熱伝導率は、例えば、ＪＩＳ  Ａ  １４１２−１：２０１６に記載の方法に従い、流通経路（例えば、配管）を板状に切り出して測定することができる。
【００３５】
受熱部における流通経路は、ニッケル合金、ライニング鋼、ステンレス鋼、チタン、シリコン及びグラッシーカーボンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。これにより、流通経路を介して十分速い速度で作動流体が熱を受け取ることができ、発熱体及び収納部内の冷却性能に優れる傾向にある。
【００３６】
受熱部では、例えば、流通経路が受熱部内に配置されていてもよく、流通経路が受熱部と接触するように配置されていてもよい。また、流通経路の少なくとも一部が受熱部であってもよく、流通経路において、その熱伝導率が前述した数値範囲を満たす部分が受熱部であってもよい。また、流通経路において、収納部内に配置された部分が受熱部であってもよい。
【００３７】
また、流通経路の少なくとも一部が放熱部を兼ねていてもよい。例えば、流通経路内を流通する作動流体が外気と熱交換することにより、作動流体が放熱される構成であってもよい。この場合、作動流体が外気と熱交換する位置にて、流通経路の熱伝導率は高いことが好ましく、例えば、前述した数値範囲を満たすことが好ましい。
【００３８】
流通経路の少なくとも一部は、作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料を含むことが好ましく、作動流体の電気抵抗率の２倍〜１０１３倍の電気抵抗率を示す材料を含むことがより好ましい。流通経路として電気抵抗率の低い材料を用いると、漏れ電流が大きくなり、セル部にて充電をしても自己放電が大きく、１サイクルの充放電過程における電流効率が約３０％以下となる場合がある。この理由は、流通経路内にて離れた位置にある充電状態の作動流体と、放電状態の作動流体とが、電気抵抗率の低い材料を通してつながっている（導通している）場合、自己放電が起きる、つまり、充電状態の作動流体と放電状態の作動流体が反応してしまうため、と考えられる。一方、流通経路の少なくとも一部が作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料を含むことにより、流通経路における前述の材料を含む位置にて漏れ電流を抑制でき、自己放電をより効果的に抑制することができる。
【００３９】
漏れ電流を抑制するための流通経路の構成例を図４に示す。図４に示すように、電気抵抗率を規定しない流通経路７ａ（例えば、作動流体の電気抵抗率の１．２倍未満の電気抵抗率を示す材料を含む流通経路７ａ）と、作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料を含む流通経路７ｂとを組み合わせることにより、流通経路７ａから流通経路７ｂへの漏れ電流を抑制でき、自己放電を抑えることができる。
【００４０】
流通経路７ｂの長さに特に制限はなく、例えば、１ｍｍ以上であれば、漏れ電流を好適に抑制できる傾向にあり好ましい。ここでいう、流通経路とは、漏れ電流が抑制できれば特に形状に制限はなく、パッキン、Ｏリング等の形状であってもよい。
【００４１】
また、受熱部以外の少なくとも一部（好ましくは、受熱部以外の全ての部分）において、流通経路は、作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料を含むことが好ましく、作動流体の電気抵抗率の２倍〜１０１３倍の電気抵抗率を示す材料を含むことがより好ましい。これにより、漏れ電流をより効果的に抑制できる。
【００４２】
作動流体の電気抵抗率は、例えば、１０−７Ω・ｍ〜１０Ω・ｍであればよい。
【００４３】
前記材料の電気抵抗率は、漏れ電流を抑制する点から、１２Ω・ｍ〜１０４３Ω・ｍであることが好ましく、１０２Ω・ｍ〜１０４２Ω・ｍであることがより好ましく、１０３Ω・ｍ〜１０４０Ω・ｍであることが更に好ましく、１０４Ω・ｍ〜１０１２Ω・ｍであることが特に好ましい。
【００４４】
また、流通経路の少なくとも一部の電気抵抗率は、漏れ電流を抑制する点から、１２Ω・ｍ〜１０４３Ω・ｍであることが好ましく、１０２Ω・ｍ〜１０４２Ω・ｍであることがより好ましく、１０３Ω・ｍ〜１０４０Ω・ｍであることが更に好ましく、１０４Ω・ｍ〜１０１２Ω・ｍであることが特に好ましい。受熱部以外の少なくとも一部、好ましくは受熱部以外の全ての部分にて、流通経路の電気抵抗率は、前述の数値範囲を満たすことが好ましい。
【００４５】
作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料としては、樹脂が挙げられ、より具体的には、塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、ニトリル樹脂、シリコーン樹脂、エチレンプロピレン樹脂、クロロプレン樹脂、アクリル樹脂、ブチルゴム樹脂、ウレタン樹脂、クロロスルホン化ポリエチレン樹脂、エピクロルヒドリンゴム樹脂、天然ゴム樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ポリアミド樹脂、及びポリアセタール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種が挙げられる。このような材料としては、中でも、塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂及びポリスチレン樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種であることがより好ましく、塩化ビニル樹脂であることが更に好ましい。
【００４６】
なお、受熱部における流通経路は、作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍の電気抵抗率を示す材料を含んでいてもよく、作動流体の電気抵抗率の２倍〜１０１３倍の電気抵抗率を示す材料を含んでいてもよい。
【００４７】
前述の材料の電気抵抗率及び流通経路の電気抵抗率は、長さ方向の２点間の電気抵抗率、内側及び外側の２点間の電気抵抗率等を、テスター等により測定して求められる。
なお、本開示において、電気抵抗率は２５℃にて測定したときの値をいう。
【００４８】
本開示の冷却装置では、発熱体及び収納部内の冷却性能に優れる点並びに自己放電の抑制の点から、受熱部における流通経路の熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、かつ、受熱部以外の全ての部分において、流通経路の電気抵抗率は作動流体の電気抵抗率の１．２倍〜１０５０倍であることが好ましい。
【００４９】
漏れ電流を抑制でき、かつ発熱体及び収納部内を好適に冷却できる流通経路の構成例を図５に示す。例えば、図５に示すように、受熱部２１（例えば、受熱部と接触する位置、受熱部内等）にて、ＳＵＳ等の熱伝導率に優れる材料を含む流通経路７ｄを用い、それ以外の位置にて、塩化ビニル等の電気抵抗率の高い材料を含む流通経路７ｃを用いてもよい。
【００５０】
発熱体及び収納部内を好適に冷却できる流通経路の構成例を図６に示す。例えば、図６に示すように、受熱部（例えば、受熱部と接触する位置、受熱部内等）にて、流通経路７の表面積が大きくなる形状（例えば、スパイラル形状）であってもよい。また、図６に示す形状の流通経路７を収納部内の側壁に配置したり、ファンを配置して図６に示す形状の流通経路７に収納部内の熱を送り込んだりしてもよい。
【００５１】
流通経路は、内壁面の少なくとも一部に、活物質を含む作動流体に対して耐食性を有するコーティング層を備えていてもよい。これにより、流通経路が、活物質を含む作動流体により腐食しやすい材料を含む場合であっても、流通経路の腐食が抑制される傾向にある。
【００５２】
また、流通経路の腐食を好適に抑制する点から、流通経路がライニング鋼及びステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む場合、その位置において、内壁面にコーティング層を備えることが好ましい。
【００５３】
コーティング層は、ガラス、酸化アルミニウム、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、カーボン、シリコン、シリコーン樹脂、窒化ホウ素、窒化ケイ素、亜鉛、鉛、銅及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
【００５４】
コーティング層は、例えば、ＳＵＳ等を含む流通経路の内壁面を、チタン、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂等でコーティングしたり、ＳＵＳ等を含む流通経路の内壁面を、亜鉛、チタン、鉛、銅等の金属によりめっきしたりして形成される。あるいは、コーティング層は、ゾルゲル法によりガラスコーティングしたり、蒸着処理等によりシリコン、窒化ホウ素、窒化ケイ素等でコーティングしたりして形成される。
【００５５】
受熱部における流通経路がコーティング層を有する場合、コーティング層を含む流通経路の熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが更に好ましく、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが特に好ましい。
【００５６】
＜活物質＞
作動流体に含まれる酸化還元可能な活物質としては、酸化還元反応を示せば、特に制限はない。より具体的には、バナジウムイオン（Ｖ２＋、Ｖ３＋、Ｖ４＋、Ｖ５＋、ＶＯ２＋、ＶＯ２＋、Ｖ（ａｃａｃ）３、Ｖ−（ＥＤＴＡ）錯体イオン等）、臭素イオン（Ｂｒ−、Ｂｒ３−等）、臭素（Ｂｒ２）、塩素イオン（Ｃｌ−、Ｃｌ３−等）、塩素（Ｃｌ２）、ヨウ素イオン（Ｉ−、Ｉ３−等）、ヨウ素（Ｉ２）、フェロシアン錯体（フェロシアン化物イオンともいう、[Ｆｅ（ＣＮ）６]４−）、フェリシアン錯体（フェリシアン化物イオンともいう、[Ｆｅ（ＣＮ）６]３−）、鉄イオン（Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋等）、Ｆｅ３＋−（ＥＤＴＡ）錯体、Ｆｅ２＋−（ＥＤＴＡ）錯体、クロムイオン（Ｃｒ３＋、Ｃｒ４＋、Ｃｒ５＋等）、セリウムイオン（Ｃｅ３＋、Ｃｅ４＋等）、Ｚｎ金属、Ｌｉ金属、Ｎａ金属、Ｚｎ２＋、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｐｂ金属、Ｐｂ２＋、ＰｂＳＯ４、ＰｂＯ２、マンガンイオン（Ｍｎ３＋、Ｍｎ４＋等）、チタンイオン（Ｔｉ３＋、Ｔｉ４＋等）、銅イオン（Ｃｕ＋、Ｃｕ２＋等）、コバルトイオン（Ｃｏ３＋、Ｃｏ４＋等）、ポリスルフィド、キノン化合物、アントラキノン化合物、アロキサジン化合物、フラビン化合物、リボフラビン化合物、リボフラビン燐酸エステル、ビオロゲン化合物、ニトロキシラジカル化合物、ヘテロポリ酸、フェロセン化合物、これらの錯体、これらのイオン、これらの塩、酸素、水素などが挙げられる。例えば、活物質としては、バナジウムイオンを含んでいてもよい。
なお、ａｃａｃはアセチルアセトナートを指し、ＥＤＴＡはエチレンジアミン四酢酸を指す。
【００５７】
キノン化合物、アントラキノン化合物、アロキサジン化合物、フラビン化合物、リボフラビン化合物、リボフラビン燐酸エステル、ビオロゲン化合物、ニトロキシラジカル化合物、ヘテロポリ酸及びフェロセン化合物は官能基を有していてもよい。官能基としては、例えば、水酸基、スルホン酸基、カルボシキル基、アルキルアンモニウム基及びアンモニウム基が挙げられる。これらの官能基を付与することで、これらの活物質の溶解度が向上したり、可逆性が向上したりする傾向にある。
【００５８】
前述の官能基は、作動流体が水を含む場合、作動流体のｐＨに応じて適切に選ばれることが好ましい。作動流体のｐＨが３以下である場合、官能基はスルホン酸基、水酸基及びアルキルアンモニウム基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。作動流体のｐＨが３を超え１０未満である場合、官能基は水酸基、アルキルアンモニウム基及びアンモニウム基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。作動流体のｐＨが１０以上である場合、官能基は水酸基、アンモニウム基及びカルボキシル基からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
【００５９】
正極活物質を含む作動流体及び負極活物質を含む作動流体を用いる場合、正極活物質としては、反応系の標準酸化還元電位が負極の標準酸化還元電位よりも高い物質であればよく、負極活物質としては、反応系の標準酸化還元電位が正極の標準酸化還元電位よりも低い物質であればよい。正極活物質及び負極活物質としては、前述の活物質から適宜選択すればよい。
【００６０】
作動流体は、活物質の酸化状態及び還元状態の少なくとも一方が液状媒体に溶解又は分散されたものであることが好ましい。液状媒体とは、室温付近（５℃〜５０℃）において液体の状態の媒体をいう。液状媒体としては、活物質を分散又は溶解可能な媒体であれば特に限定されない。なお、活物質として、酸素、水素、金属等を用いる場合、酸素、水素、金属等は、液状媒体に溶解していなくてもよい。
【００６１】
＜液状媒体＞
液状媒体としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチル−ｎ−ブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ペンチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサノン、２，４−ペンタンジオン、アセトニルアセトン等のケトン系溶剤；ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチル−ｎ−プロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジ−ｎ−プロピルエーテル、エチレングリコールジ−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−ｎ−プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチル−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ−ｎ−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−ｎ−ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−ｎ−ブチルエーテル、トリエチレングリコールジ−ｎ−ブチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−ｎ−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−ｎ−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールジ−ｎ−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−ｎ−ヘキシルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジ−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールジ−ｎ−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−ｎ−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−ｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールジ−ｎ−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−ｎ−ヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−ｎ−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールジ−ｎ−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−ｎ−ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチルエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−ｎ−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールジ−ｎ−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−ｎ−ヘキシルエーテル等のエーテル系溶剤；プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート系溶剤；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｓｅｃ−ブチル、酢酸ｎ−ペンチル、酢酸ｓｅｃ−ペンチル、酢酸３−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸２−エチルブチル、酢酸２−エチルヘキシル、酢酸２−（２−ブトキシエトキシ）エチル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸ジエチレングリコールメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリエチレングリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ｎ−ブチル、プロピオン酸イソアミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−ｎ−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ｎ−ブチル、乳酸ｎ−アミル、エチレングリコールメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のエステル系溶剤；アセトニトリル、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−エチルピロリジノン、Ｎ−プロピルピロリジノン、Ｎ−ブチルピロリジノン、Ｎ−ヘキシルピロリジノン、Ｎ−シクロヘキシルピロリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶剤；メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール、ｎ−ペンタノール、イソペンタノール、２−メチルブタノール、ｓｅｃ−ペンタノール、ｔ−ペンタノール、３−メトキシブタノール、ｎ−ヘキサノール、２−メチルペンタノール、ｓｅｃ−ヘキサノール、２−エチルブタノール、ｓｅｃ−ヘプタノール、ｎ−オクタノール、２−エチルヘキサノール、ｓｅｃ−オクタノール、ｎ−ノニルアルコール、ｎ−デカノール、ｓｅｃ−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、ｓｅｃ−テトラデシルアルコール、ｓｅｃ−ヘプタデシルアルコール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等のアルコール系溶剤；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｎ−ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノ−��−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールモノエーテル系溶剤；α−テルピネン、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、α−ピネン、β−ピネン、ターピネオール、カルボン、オシメン、フェランドレン等のテルペン系溶剤；水；イオン液体などが挙げられる。液状媒体は１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００６２】
≪イオン液体≫
イオン液体の組成については特に制限はない。例えば、カチオンとして、アンモニウムイオン、ピリジニウムイオン、ピロリジニウムイオン、ピロリウムイオン、オキサゾリウムイオン、オキサゾリニウムイオン、イミダゾリウムイオン、ホスホニウムイオン及びスルホニウムイオンが挙げられる。また、アニオンとしては、例えば、Ｎ（ＳＯ２Ｆ）２−、Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２−（ＴＦＳＡ）、Ｎ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２−、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＣＦ３ＳＯ３−、ＣＦ３ＣＯ２−及びジシアンアミドイオンが挙げられる。イオン液体としては、これらのカチオンとアニオンとを組み合わせたものを用いることができる。イオン液体は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらのアニオンの中でも、特に疎水性のアニオンであるＮ（ＳＯ２Ｆ）２−、Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２−、Ｎ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２−、ＣＦ３ＳＯ３−又はＣＦ３ＣＯ２−、ジシアンアミドイオンが好ましい。
【００６３】
疑似的なイオン液体として、リチウム塩（例えば、Ｌｉ−ＴＦＳＡ）、ナトリウム塩（例えば、Ｎａ−ＴＦＳＡ）、亜鉛塩（例えば、Ｚｎ−（ＴＦＳＡ）２、ＺｎＣｌ２）等と、グライム（例えば、トリグライム、テトラグライム）との混合物を用いてもよい。
【００６４】
液状媒体としては、水及びイオン液体からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましく、少なくとも水を含むことがより好ましい。水を用いることで作動流体を低粘度化でき、セル部を高出力化できる傾向にある。
【００６５】
＜支持電解質＞
作動流体は、更に支持電解質を含んでいてもよい。支持電解質は、作動流体のイオン伝導率を高めるための助剤である。作動流体が支持電解質を含むことで、作動流体のイオン伝導率が高まり、作動流体の抵抗が低減する傾向にある。
【００６６】
支持電解質としては、液状媒体中で解離してイオンを形成する化合物であれば特に制限されない。支持電解質としては、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌＯ４、ＮａＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＣｌＯ４、ＫＣｌ、Ｋ２ＳＯ４、ＫＣｌＯ４、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ、ＫＯＨ、アルキルアンモニウム塩、アルキルイミダゾリウム塩、アルキルピペリジニウム塩、アルキルピロリジニウム塩等が挙げられる。支持電解質は１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００６７】
＜ｐＨ緩衝剤＞
作動流体は、更にｐＨ緩衝剤を含んでいてもよい。ｐＨ緩衝剤としては、酢酸緩衝液、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、酒石酸緩衝液、トリス緩衝液等が挙げられる。
【００６８】
＜導電材＞
作動流体は、更に導電材を含んでいてもよい。導電材としては、炭素材料、金属材料、有機導電性材料等が挙げられる。炭素材料及び金属材料は、粒子状であっても繊維状であってもよい。
炭素材料としては、活性炭（水蒸気賦活又はアルカリ賦活）；アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック；天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛；カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンファイバー、ハードカーボン、ソフトカーボンなどが挙げられる。
金属材料としては、銅、銀、ニッケル、アルミニウム等の粒子又は繊維が挙げられる。
有機導電性材料としては、ポリフェニレン誘導体等が挙げられる。
【００６９】
これらの導電材は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、導電材としては、炭素材料粒子が好ましく、活性炭粒子がより好ましい。作動流体が導電材として活性炭粒子を含むことで、活性炭粒子表面における電気二重層形成によるエネルギーの貯蔵及び放出が可能となり、セル部のエネルギー密度及び出力密度が向上する傾向にある。
【００７０】
＜作動流体の調製方法＞
作動流体は、活物質と必要に応じてその他の成分とを液状媒体に加えることにより調製することができる。作動流体を調製する際には、必要に応じて加熱を行ってもよい。
【００７１】
＜作動流体の組成＞
作動流体における活物質の含有率は、１質量％〜８０質量％であることが好ましく、３質量％〜７０質量％であることがより好ましく、５質量％〜５０質量％であることが更に好ましい。これら活物質の含有率を１質量％以上とすることで、作動流体が持つ電気量が高くなる傾向にある。
【００７２】
作動流体に含まれる白金族元素及び白金族元素イオンの合計濃度が１０質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。白金族元素及び白金族元素イオンの合計濃度が１０質量ｐｐｍ以下とすることで、酸化還元反応に伴う水素発生、酸素発生等を抑制することができる。白金族元素が水の分解の触媒として機能することが抑制されるためである。
【００７３】
（セル部）
本開示の冷却装置は、作動流体に含まれる活物質を反応させるセル部を備える。セル部にて活物質を酸化還元反応させることにより、充放電が可能となる。
【００７４】
＜正極及び負極＞
セル部は、正極及び負極を備え、正極及び負極に活物質を含む作動流体が供給される構成であってもよい。正極及び負極としては、従来公知の電池（二次電池、フロー電池等）に用いられる正極及び負極を用いてもよい。
【００７５】
正極及び負極としては、使用する電位範囲において電気化学的に安定な材質を用いることが好ましい。正極及び負極の形状としては、特に限定されず、メッシュ、多孔体、パンチングメタル、平板等が挙げられる。正極及び負極としては、カーボンフェルト、グラファイトフェルト、カーボンペーパー等の炭素電極；カーボンブラックとバインダを用いて平板としたカーボンプラスチック電極；ステンレス鋼、アルミニウム、銅、亜鉛、チタン、ニッケル等の金属又は合金からなる金属板、金属メッシュ等の金属電極；などが挙げられる。中でも、正極及び負極の少なくとも一方は、炭素電極が好ましく、カーボンフェルト電極又はカーボンペーパー電極がより好ましい。
また、ガラス基材上又は高分子基材上に、ＩｎＳｎＯ２、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ等の導電材、フッ素ドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｆ）、Ｓｂドープ酸化錫（ＳｎＯ２：Ｓｂ）、Ｓｎドープ酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎ）、Ａｌドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、Ｇａドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）等の不純物がドープされた導電材などを含有する少なくとも１つの層を形成した積層体を、正極及び負極として用いることもできる。
【００７６】
正極及び負極の少なくとも一方は、それらの表面積を増やすため、金属電極の表面にカーボンフェルト、グラファイトフェルト等を配置したものであってもよい。また、正極及び負極の少なくとも一方に作動流体が透過可能な孔が設けられ、この孔を介して電子の授受が行われるようにしてもよい。
【００７７】
グラファイトフェルト等の炭素電極を用いる場合、表面に溝を形成してもよい。溝の形状として、Ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ形状、Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ形状等が挙げられる（例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  ３０２  （２０１６）  ３６９−３７７を参照）。
【００７８】
炭素電極表面に触媒を付与してもよい。触媒としては、ＣｏＯ、Ｎｉ、ＮｉＯ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ３Ｃｏ、Ｐｔ３Ｆｅ、Ｆｅ、ＦｅＯ等が挙げられる。
【００７９】
＜セパレータ＞
セル部は、正極と負極との間にセパレータを更に備えていてもよい。この場合、正極に活物質として正極活物質を含む作動流体が供給され、負極に活物質として負極活物質を含む作動流体が供給される。セパレータとしては、使用条件に耐え得る膜であれば特に制限されず、イオン伝導性高分子膜、イオン伝導性固体電解質膜、ポリオレフィン多孔質膜、セルロース多孔質膜等が挙げられる。
【００８０】
イオン伝導性高分子膜としては、例えば、カチオン交換膜及びアニオン交換膜が挙げられる。市販のカチオン交換膜としては、例えば、商品名Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、アルドリッチ社）及び商品名Ｆｕｍａｓｅｐ（登録商標、Ｆｕｍａｔｅｃｈ社）が挙げられ、市販のアニオン交換膜としては、例えば、商品名セレミオン（旭硝子株式会社）及びネオセプタ（株式会社アストム）が挙げられる。
【００８１】
（その他の構成）
本開示の冷却装置は、前述した構成以外のその他の構成を備えていてもよい。例えば、作動流体を貯留する貯留部（例えば、貯留タンク）、流通経路内を流通する作動流体の流量を調整する調整弁（例えば、電磁弁）等を備えていてもよい。冷却装置が貯留部を備えることにより、多量の作動流体を流通させることができ、エネルギー容量を高めることができる。また、冷却装置が調整弁を備えることにより、流通経路内を流通する作動流体の流量を調整できる。
【００８２】
液密性の点からセル部内の部材をシールするためのガスケットを配置してもよい。ガスケットの材質としては特に制限はなく、フッ素系ゴム（バイトン、ハイパロン等）、エチレンプロピレンゴム、ノープレン（ネオプレン）ゴム、クロロプレン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。
【００８３】
セル部内に作動流体を流すためのフレームの材料に特に制限はなく、塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。
【００８４】
（冷却装置の例１）
以下、冷却装置の例１を図１に示す。図１に示すように、冷却装置は、サーバー等の電子機器を収容する電子機器ラック２とセル部９とを有するモジュール１（収納部）を備える。また、正極活物質を含む作動流体が第一の流通経路７内を流通して電子機器ラック２内に配置された受熱部（図示せず）及びセル部９の正極（図示せず）に供給され、負極活物質を含む作動流体が第二の流通経路８内を流通して電子機器ラック２内に配置された受熱部（図示せず）及びセル部９の負極（図示せず）に供給される構成となっている。電気ケーブル１０を通じてセル部９から電気エネルギーが電子機器ラック２内の電子機器に供給される。
【００８５】
更に、冷却装置は、正極活物質を含む作動流体を貯蔵する第一の貯留タンク３（貯留部）、負極活物質を含む作動流体を貯蔵する第二の貯留タンク４（貯留部）を備える。第一の貯留タンク３及び第二の貯留タンク４にそれぞれ貯留された作動流体は、第一の送液ポンプ５（送液部）及び第二の送液ポンプ６（送液部）を駆動させることで第一の流通経路７内及び第二の流通経路８内をそれぞれ流通する。第一の貯留タンク３及び第二の貯留タンク４は、モジュール１内に設置されていてもよい。正極活物質を含む作動流体は熱交換器１１（放熱部）にて冷却され、負極活物質を含む作動流体は熱交換器１２（放熱部）にて冷却される。
【００８６】
図１では、電子機器ラック２及びセル部９が並列に配置されているが、この構成に限定されず、電子機器ラック２及びセル部９が直列に配置されていてもよい。
【００８７】
活物質を含む作動流体が、受熱部、放熱部及びセル部に供給されながら循環する構成が好ましく、このとき、受熱部、放熱部及びセル部の配置順は特に制限されない。例えば、セル部での充放電におけるエネルギー効率を向上させる点から、活物質を含む作動流体は受熱部に供給された後、セル部に供給される構成（例えば、放熱部、受熱部及びセル部の配置順、又は受熱部、セル部及び放熱部の配置順）が好ましい。これにより、受熱部にて発熱体及び収納部内が冷却されて作動流体の温度が上がり、温度が上がった作動流体がセル部に供給されることになる。作動流体の温度が上がることにより、作動流体の粘度が下がり、作動流体中の活物質の拡散が促進されて拡散速度が向上し、また、支持電解質由来のイオンの拡散速度も向上し、作動流体のイオン伝導率は向上する傾向にある。その結果、セル部のオーミック抵抗が下がり、セル充放電におけるエネルギー効率が向上すると考えられる。
なお、本開示の冷却装置では、受熱部とセル部との間に放熱部を配置してもよい。
【００８８】
（冷却装置の例２）
以下、冷却装置の例２を図２に示す。なお、図１と共通する構成についてはその説明を省略する。図２に示すように、冷却装置は、受熱部としてラジエータ１３を備え、第一の流通経路７及び第二の流通経路８を通じて作動流体がラジエータ１３に供給され、ラジエータ１３及び空調ファン１４によりモジュール１内及び電子機器ラック２を冷却することができる。すなわち、空調ファン１４を用いてラジエータ１３周辺の冷却された空気をモジュール１内にて送風することにより、効果的にモジュール１内及び電子機器ラック２を冷却することができる。また、電気ケーブル１０を通じてセル部９から電気エネルギーが照明１５に供給される構成となっているが、電気エネルギーが第一の送液ポンプ５、第二の送液ポンプ６、空調ファン１４等に供給される構成であってもよい。
【００８９】
図２に示すように、作動流体は受熱部であるラジエータ１３に供給された後にセル部９に供給され、その後、放熱部である熱交換器１１、１２に供給される構成が好ましい。なお、ラジエータ１３とセル部９との間に熱交換器１１、１２を配置してもよい。
【００９０】
（セル部の一例）
以下、セル部の一例について図３を用いて説明する。図３に示すように、セル部９は電源１６、正極集電体１８ａ、負極集電体１８ｂ、双極板１７ａ、１７ｂ、正極電極１９ａ、負極電極１９ｂ及びセパレータ２０を備えている。セル部９では、正極活物質を含む作動流体が第一の流通経路７を通じて正極電極１９ａに供給され、負極活物質を含む作動流体が第二の流通経路８を通じて負極電極１９ｂに供給される。セル部９では、正極活物質及び負極活物質を酸化還元反応させることで充放電することができる。
【００９１】
＜第二実施形態＞
本開示の第二実施形態に係る冷却装置は、発熱体と、酸化還元可能な活物質を含む作動流体が流通する流通経路と、前記流通経路内を流通する前記作動流体の流れを調整する送液部と、前記発熱体からの熱を前記流通経路を介して前記作動流体が受け取る受熱部と、前記作動流体を放熱する放熱部と、前記流通経路と接続し、前記作動流体に含まれる前記活物質を反応させるセル部と、を備える。
なお、前述の第一実施形態と共通する事項についてはその説明を省略する。
【００９２】
第二実施形態の冷却装置では、発熱体の冷媒としての機能のみを有していた作動流体が酸化還元可能な活物質を含むこと、及びセル部を備えることにより、作動流体に蓄電機能が付与されている。これにより、冷却装置は蓄電機能及び発熱体の冷却機能を有する。更に、冷媒としての作動流体の流通に使用されていたスペースを、蓄電にも併用することができるため、省スペース化が可能である。そのため、冷却装置を車両に搭載した際に軽量化及び小型化が可能となる。
そのため、冷却装置は車両に取り付けられ、流通経路内を流通する作動流体は、車両における発熱体の冷却、及びセル部での蓄電の両方に用いられる構成であってもよい。このとき、車両において、流通経路内を流通する作動流体は、発熱体の冷媒であるとともに、蓄電機能を有する。
【００９３】
発熱体としては、前述の第一実施形態にて記載した発熱体の他、特に冷却装置が車両に配置される場合、エンジン、モータ、インバータ、リチウムイオン二次電池等の二次電池等が挙げられる。
本開示において、車両とは、車輪を備える移動体を指す。車両の具体例としては、自動二輪車、自動三輪車、自動四輪車及び５つ以上の車輪を備える移動体が挙げられる。
【００９４】
（好ましい構成例）
以下、本開示の冷却装置の好ましい構成例について説明する。
【００９５】
作動流体の流通方向において、放熱部は受熱部の上流又はセル部の下流に位置し、流通経路は、受熱部の作動流体流入側からセル部の作動流体流入側までの部分にて、セル部の作動流体流入側に向かって鉛直上方向に傾斜していてもよい。これにより、受熱部にて流通経路内を流通する作動流体が熱を受け取ることにより、作動流体が昇温されて鉛直方向に上向流が生じるため、この上向流を、セル部への作動流体の供給に有効に利用できる。これにより、本開示の冷却装置では、作動流体を流通させる際に、ポンプ等の送液部の動力を低減できる傾向にある。
【００９６】
また、受熱部の作動流体流入側からセル部の作動流体流入側までの部分の傾斜角度は、水平面に対して０°を超え９０°以下であればよい。また、前述の傾斜角度は、一定であっても、一定でなくてもよい。前述の傾斜角度が一定でない場合、もっとも傾斜の小さい領域における傾斜角度が水平面に対して０°を超えていればよい。
【００９７】
≪オリフィス≫
受熱部はオリフィスを有していてもよい。これにより、オリフィスでの作動流体の流速が大きくなり、受熱部にて作動流体が受熱する効率を高めることができる傾向にあり、発熱体の冷却効率にも優れる傾向にある。
なお、オリフィスは、その上流側の経路よりも断面積が減少している部分をいう。
【００９８】
オリフィスは、分岐経路であってもよく、分岐経路における断面積の合計がオリフィスの上流側の経路の断面積よりも小さければよい。例えば、図７に示すように、分岐した経路における断面積の合計Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４が、オリフィス２２の上流側の経路の断面積Ｓよりも小さければよい（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４＜Ｓ）。
【００９９】
受熱部は受熱部以外の流通経路と分離可能であることが好ましい。例えば、受熱部をＳＵＳ配管等の熱伝導率に優れる構成とし、かつ受熱部以外の流通経路を塩化ビニル配管等の電気抵抗率の高い構成とした場合、受熱部が活物質を含む作動流体により腐食されて劣化してしまうといった問題が考えられる。このような問題に対処するため、受熱部を分離可能な構成とし、必要に応じて受熱部以外の流通経路と分けて受熱部を交換可能とすることが好ましい。
【０１００】
受熱部を受熱部以外の流通経路と分離して交換する具体的な方法としては、図８に示すように、流通経路３１における受熱部３０の上流側及び下流側に開閉弁３２、３３を設け、開閉弁３２、３３を閉じて作動流体の循環を停止させた後、受熱部３０を交換する方法がある。
【０１０１】
受熱部を受熱部以外の流通経路と分離して交換する他の方法について、図９を用いて説明する。図９に示すように、流通経路３１における２つの受熱部３０、４０の上流側及び下流側に三方弁３４、３５を設ける。まずは、受熱部３０に作動流体が供給され、かつ受熱部４０に作動流体が供給されないように三方弁３４、３５を開閉する。そして、受熱部３０を交換するときに、受熱部３０に作動流体が供給されず、かつ受熱部４０に作動流体が供給されるように三方弁３４、３５を開閉した後、受熱部３０を交換すればよい。
【０１０２】
なお、受熱部を交換するタイミングとしては、特に限定されず、セル部を作動させてから一定時間経過後に受熱部を交換してもよく、受熱部が劣化していると判断された後に受熱部を交換してもよい。受熱部が劣化しているか否かは、例えば、セル部、流通経路等に作動流体の温度を測定する温度測定部を配置し、温度測定部にて測定された温度によって判断してもよい。
【０１０３】
（逆止弁）
本開示の冷却装置は、作動流体の逆流を抑制する観点から、逆止弁を備えていてもよい。逆止弁の位置は特に限定されず、例えば、逆止弁は、作動流体の流通方向において、流通経路における受熱部とセル部との間に配置されていてもよい。
【０１０４】
（第二セル部）
本開示の冷却装置は、前述のセル部であり、充電反応又は放電反応の一方を行う第一セル部とともに、充電反応又は放電反応の他方を行う第二セル部を備えていてもよい。第二セル部は、流通経路と接続しており、正極及び負極が配置され、かつ活物質を含む作動流体が供給される。第二セル部の好ましい構成は、前述のセル部の好ましい構成と同様である。
なお、「充電反応又は放電反応の他方」とは、第一セル部が充電反応を行う場合、第二セルが放電反応を行うこと、及び、第一セルが放電反応を行う場合、第二セルが充電反応を行うことを意味する。
【０１０５】
本開示の冷却装置は、前述のセル部である第一セル部とともに、第二セル部を備えることにより、充電反応を行うセル部と放電反応を行うセル部を相違させてもよい。更に、本開示の冷却装置が、作動流体の流通方向において、第一セル部と第二セル部との間に前述の放熱部を備えることにより、第一セル部に供給される作動流体の温度を、第二セル部に供給される作動流体の温度よりも高くすることができる。これにより、第一セル部にて作動流体の温度がより高い状態にて充電又は放電の一方が可能であり、かつ、第二セル部にて作動流体の温度がより低い状態にて充電又は放電の他方が可能となり、活物質の種類によっては、二次電池としても機能する冷却装置の電圧効率を向上させることが可能となる。
【０１０６】
本開示の冷却装置では、第一セル部及び第二セル部の間に前述の放熱部が位置していてもよい。このとき、作動流体の流通方向において、第一セル部、放熱部、及び第二セル部の順に配置され、第一セル部に供給される作動流体の温度は、第二セル部に供給される作動流体の温度よりも高くなることが好ましい。また、本開示の冷却装置は、前述の受熱部を備えることが好ましく、作動流体の流通方向において、受熱部、第一セル部、放熱部及び第二セル部がこの順に配置されることが好ましい。
【０１０７】
例えば、正極活物質及び負極活物質の組み合わせ（正極活物質／負極活物質）が、バナジウム／バナジウム系、鉄／クロム系、鉄／バナジウム系等である場合、第一セル部は充電反応を行い、かつ第二セル部は放電反応を行うことが好ましい。これにより、第一セル部にて作動流体の温度がより高い状態にて充電反応が行われ、かつ第二セル部にて作動流体の温度がより低い状態にて放電反応が行われる。
【０１０８】
前述の正極活物質及び負極活物質の組み合わせでは、作動流体の温度がより高い状態にて充電反応が行われ、かつ作動流体の温度がより低い状態にて放電反応が行われることにより、冷却装置の電圧効率が向上する傾向にある。図１０Ａ〜図１０Ｃは、正極活物質／負極活物質が、バナジウム／バナジウム系、鉄／クロム系、及び鉄／バナジウム系である冷却装置において、作動流体の温度と、充電状態（ＳＯＣ、Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）５０％における電池開回路電圧の関係を示すグラフである。
【０１０９】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、いずれの系においても作動流体の温度が高いほど、電池開回路電圧（ＯＣＶ）が低くなる傾向にある。電圧効率は、平均放電電圧を平均充電電圧で割った値、すなわち、電圧効率＝平均放電電圧／平均充電電圧である。また、全体のエネルギー効率は電圧効率と電流効率とを掛け合わせ、かつ１００を掛けた値、すなわち、エネルギー効率（％）＝電圧効率×電流効率×１００である。よって、本開示の冷却装置にて、前述の正極活物質及び負極活物質の組み合わせを用いる場合、作動流体の温度が高い状態にて充電反応を行い、かつ、作動流体の温度が低い状態にて放電反応を行うことにより、電圧効率が向上する傾向にあり、その結果、エネルギー効率も高くなる傾向にある。
【０１１０】
また、作動流体の温度が高い状態にて充電反応を行い、かつ、作動流体の温度が低い状態にて放電反応を行うことにより、電圧効率が向上する傾向にあることを図１１Ａ及び図１１Ｂを用いて示す。図１１Ａは、充電反応及び放電反応にて作動流体の温度が等しい場合における容量と電圧との関係を示すグラフである。図１１Ｂは、充電反応及び放電反応にて作動流体の温度を最適化した場合、例えば、バナジウム／バナジウム系にて作動流体の温度が高い状態にて充電反応を行い、かつ、作動流体の温度が低い状態にて放電反応を行う場合における容量と電圧との関係を示すグラフである。
【０１１１】
図１１Ａに示すように、充電反応及び放電反応にて作動流体の温度が等しい場合、平均放電電圧は平均充電電圧よりも低くなる。これは、オーミック抵抗成分が原因であり、電圧効率が１００％を超えることは通常では起こらない。
【０１１２】
一方、図１１Ｂに示すように、例えば、バナジウム／バナジウム系にて作動流体の温度が高い状態にて充電反応を行い、かつ、作動流体の温度が低い状態にて放電反応を行う場合、平均放電電圧が平均充電電圧よりも高くなり、電圧効率が向上すると推測される。これは、図１０Ａに示すように、より高温では電池開回路電圧が低く、より低温では電池開回路電圧が高いという性質を利用している。
【０１１３】
以下、一例として正極活物質／負極活物質が、バナジウム／バナジウム系である構成について説明する。まず、以下の式（１）に示す正極及び負極での放電反応のエンタルピー（ΔＨ）は負であるため、式（１）に示す放電反応は発熱反応であり、式（１）の逆反応である充電反応は吸熱反応である。
ＶＯ２＋＋２Ｈ＋＋Ｖ２＋→ＶＯ２＋＋Ｈ２Ｏ＋Ｖ３＋    ΔＨ＝−１５６．１ｋＪ／ｍｏｌ・・・式（１）
【０１１４】
そのため、作動流体が第一セル部に供給され、充電反応が行われると作動流体の温度が低下する。その後、第一セル部から排出された作動流体が放熱部に供給されて放熱される。そして、温度が更に低下した作動流体が第二セル部に供給され、放電反応が行われる。このように充電反応時と放電反応時の作動流体の温度差が大きくなるように、第一セル部、冷却部及び第二セル部を配置し、かつこの順で作動流体を供給することにより、冷却装置のエネルギー効率が高まると推測される。また、冷却装置のエネルギー効率をより高める点から、流通経路の一部が受熱部であり、受熱部にて温度が上昇した作動流体が第一セル部に供給される構成が好ましい。
【０１１５】
本開示の冷却装置は、流通経路内を流通する作動流体の温度の差を利用してエネルギーを取り出す熱電変換素子を備えていてもよい。例えば、熱電変換素子は、受熱部にて熱を受け取った高温の作動流体、受熱部にて熱を受け取る前の作動流体、放熱部にて放熱された低温の作動流体、放熱部にて放熱される前の作動流体等における温度差を利用して電気エネルギーを取り出す構成であってもよい。ここで、熱電変換素子とは、２種類の異なる金属又は半導体を接合して、接合した金属及び半導体の両端に温度差を生じさせると起電力が生じるゼーベック効果を利用してエネルギーを取り出す素子である。熱電変換素子としては、ビスマス−テルル合金、鉛−テルル合金、シリコン−ゲルマニウム合金等の無機物系、Ｐｏｌｙ（４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ（ＰＥＤＯＴ）とｐｅｒｙｌｅｎｅ  ｄｉｉｍｉｄｅとの組み合わせ等の有機物系などが挙げられる。
【０１１６】
本開示の冷却装置は、流通経路内を流通する温度の異なる作動流体の間に多孔質膜を配置し、浸透圧の差を利用してエネルギーを取り出す構成を有していてもよい。このような構成は、Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  ｌｏｗ−ｇｒａｄｅ  ｈｅａｔ  ｅｎｅｒｇｙ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅｒｍｏ−ｏｓｍｏｔｉｃ  ｖａｐｏｕｒ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｎａｎｏｐｏｒｏｕｓ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ，  Ｎａｔｕｒｅ  Ｅｎｅｒｇｙ，  １６０９０  （２０１６）等の文献に記載されている。
【０１１７】
前述のように、作動流体の温度差を利用してエネルギーを取り出すことにより、冷却装置のエネルギー効率を高めることができ、省エネ、地球温暖化抑制、気候変動抑制等に貢献することが可能である。
【０１１８】
また、本開示の冷却装置において、充電反応及び放電反応を行う際の作動流体の平均温度差は、温度差を利用する熱電変換素子等によりエネルギーを好適に取り出す点から、１０℃以上であることが好ましく、２０℃以上であることがより好ましい。また、セル部での酸化還元反応に寄与しない生成物の発生を抑制する点から、充電反応及び放電反応を行う際の作動流体の平均温度差は５０℃以下であってもよく、４０℃以下であってもよい。
なお、充電反応及び放電反応を行う際の作動流体の平均温度差は、例えば、正極活物質／負極活物質が、バナジウム／バナジウム系、鉄／クロム系、又は鉄／バナジウム系である場合、充電反応を行う際の作動流体の平均温度と、放電反応を行う際の作動流体の平均温度との差（充電反応時の平均温度−放電反応時の平均温度）であることが好ましい。
【０１１９】
（冷却装置の例３）
以下、冷却装置の例３を図１２に示す。図１２に示すように、冷却装置２００は、流通経路４１、充電反応を行う第一セル部４３Ａ、放電反応を行う第二セル部４３Ｂ、貯留タンク４４、放熱部４５を備える。図１２中、流通経路４１内を流通する作動流体は、矢印Ｚ方向に流通する。また、流通経路４１の一部が受熱部４２である。なお、図１２では１液系の作動流体が流通する流通経路を図示しているが、冷却装置は図１及び図２に示すように正極活物質を含む作動流体が流通する第一の流通経路７、及び負極活物質を含む作動流体が流通する第二の流通経路８をそれぞれ備える構成（２液系の構成）であってもよい。
【０１２０】
冷却装置２００は、第一セル部４３Ａ及び第二セル部４３Ｂの間に流通経路４１から供給された作動流体を冷却する放熱部４５を備えており、第一セル部４３Ａにて作動流体の温度がより高い状態にて充電反応が行われ、かつ第二セル部４３Ｂにて作動流体の温度がより低い状態にて放電反応が行われる。このような構成とすることにより、例えば、バナジウムイオンを活物質として含む作動流体を用いた場合に、冷却装置２００のエネルギー効率が高まる傾向にある。
【０１２１】
［冷却システム］
本開示の冷却システムは、前述の冷却装置と、発熱体の冷却及びセル部の充放電の少なくとも一方を制御する制御部と、を備える。制御部は、例えば、前述の温度センサに基づいて作動流体の流量を調節する等により、発熱体の冷却を制御したり、セル部における充電電圧、正極及び負極の充電電位等を制御したりする構成であってもよい。
【０１２２】
本開示の冷却システムは、発電装置を備えていてもよい。二次電池の機能を有する冷却システムが発電装置を備えることにより、電力変動を平準化及び安定化したり、電力の需給を安定化したりすることができる。
【０１２３】
発電装置としては、特に制限されず、再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置、水力発電装置、火力発電装置、原子力発電装置等が挙げられ、中でも再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置が好ましい。
【０１２４】
再生可能エネルギーを用いた発電装置は、気象条件等によって発電量が大きく変動するが、冷却システムと組み合わせることで変動する発電電力を平準化して電力系統に平準化した電力を供給することができる。
【０１２５】
再生可能エネルギーとしては、風力、太陽光、波力、潮力、流水、潮汐、地熱等が挙げられ、風力又は太陽光が好ましい。
【０１２６】
風力、太陽光等の再生可能エネルギーを用いて発電した発電電力は、高電圧の電力系統に供給する場合がある。通常、風力発電及び太陽光発電は、風向、風力、天気等の気象によって影響を受けるため、発電電力は一定とならず、大きく変動する傾向にある。一定ではない発電電力を高電圧の電力系統にそのまま供給すると、電力系統の不安定化を助長するため好ましくない。本開示の冷却システムは、例えば、充放電波形を発電電力波形に重畳させることで、目標とする電力変動レベルまで発電電力波形を平準化させることができる。
【０１２７】
［車両］
本開示の車両は、前述の冷却装置を備える。これにより、車両は蓄電機能及び発熱体の冷却機能を有しており、更に、冷媒としての作動流体の流通に使用されていたスペースを、蓄電にも併用することができるため、蓄電機能を持たせつつ小型化が可能となる。
【０１２８】
本開示の車両は、前述の冷却装置とともに、発熱体の冷却及びセル部の充放電の少なくとも一方を制御する制御部と、を備えていてもよい。制御部は、例えば、発熱体周辺に配置された温度センサに基づいて作動流体の流量を調節する等により、発熱体の冷却を制御したり、セル部における充電電圧、正極及び負極の充電電位等を制御したりする構成であってもよい。
また、本開示の車両は、太陽電池等の発電装置を備えていてもよい。
【０１２９】
２０１７年７月１３日に出願された日本国特許出願２０１７−１３７４１２の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【符号の説明】
【０１３０】
１  モジュール（収納部）
２  電子機器ラック
３  第一の貯留タンク（貯留部）
４  第二の貯留タンク（貯留部）
５  第一の送液ポンプ（送液部）
６  第二の送液ポンプ（送液部）
７  第一の流通経路
７ａ〜７ｄ、４１  流通経路
８  第二の流通経路
９  セル部
１０  電源ケーブル
１１、１２  熱交換器（放熱部）
１３  ラジエータ（受熱部）
１４  空調ファン
１５  照明
１６  電源
１７ａ  双極板
１７ｂ  双極板
１８ａ  正極集電体
１８ｂ  負極集電体
１９ａ  正極電極
１９ｂ  負極電極
２０  セパレータ
２１、３０、４０、４２  受熱部
２２  オリフィス
３２、３３  開閉弁
３４、３５  三方弁
４３Ａ  第一セル部
４３Ｂ  第二セル部
４４  貯留タンク
４５  放熱部
２００  冷却装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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