JP2015210015A

JP2015210015A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2015210015A
Application number: JP2014091419A
Authority: JP
Inventors: 圭俊野田; Yoshitoshi Noda; 浅井田　康浩; Yasuhiro Asaida; 康浩浅井田; 秀明濱田; Hideaki Hamada; 満博池田; Mitsuhiro Ikeda; 健太朗黒田; Kentaro Kuroda
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2034-04-25
Also published as: JP6315191B2; EP3136034A4; EP3136034A1; EP3136034B1; US20170038151A1; WO2015162936A1

Abstract

【課題】レシーバタンクが一体化された熱交換器において、少なくとも設計時に、レシーバタンクの容量の調整および熱交換部の面積の調整を低コストに行うこと。
【解決手段】積層された複数のプレートを有し、積層された複数のプレートの間に冷媒の通路と冷却液の通路とが構成される第１積層部１１０と、積層された複数のレシーバ構成要素を有し、積層された複数のレシーバ構成要素の内部に第１積層部１００の冷媒の通路に通じる冷媒保持部１２２が構成され、且つ、複数のプレートの積層方向と同じ方向に第１積層部１１０に積み重ねられた第２積層部１２０と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に関する。

従来、冷媒と冷却液との間で熱交換を行う熱交換器に、レシーバタンクを一体的に設けた構成が提案されている（特許文献１を参照）。レシーバタンクは、冷媒の気液分離および冷媒量の調整を行う。

特許文献１の熱交換器は、複数のプレートを積層した構造を有している。プレートの積層により冷却液の通路と冷媒の通路とが層状に交互に形成される。これらの通路が冷却液と冷媒との熱交換部となる。レシーバタンクは、熱交換部の横方に形成される。複数のプレートの各々には、冷却液または冷媒の通路となる部分の横方に、レシーバタンクの構成要素が設けられている。これらが積層されることで、レシーバタンクが熱交換部と一体的に形成される。

特許文献１に示されるように、熱交換器にレシーバタンクを一体的に設けることで、レシーバタンクと熱交換器とを連結する配管を省略することができる。これにより、冷媒漏れの要因の低減、部品点数の低減、配置スペースの低減等、を図ることができる。

特開２０１３−１１９３７３号公報

熱交換部は、ヒートポンプシステムの性能ならびに配置スペースの制約等に応じて適切な大きさに設計されることが求められる。複数のプレートを積層した構造を有する熱交換器では、設計時に、プレートの積層数を変更することで、熱交換部の大きさを増減できる。

レシーバタンクは、ヒートポンプシステムの性能ならびに配置スペースの制約等に応じて適切な大きさに設計されることが求められる。特許文献１の構成では、熱交換器の設計時に、プレートの積層数を変更することで、レシーバタンクの容量を増減できる。

しかしながら、特許文献１の構成では、熱交換部の大きさおよびレシーバタンクの容量は、プレートの積層数の選択により、独立して調整することができないという課題があった。プレートの積層数の変更は、低い製造コストで行うことができる。しかしながら、プレート形状の変更は、型枠の変更を伴うため、コストの高騰を招く。

本発明の目的は、レシーバタンクが一体化された熱交換器において、少なくとも設計時に、レシーバタンクの容量の調整および熱交換部の面積の調整を低コストに行うことのできる構造を提供することである。

本発明の一態様に係る熱交換器は、積層された複数のプレートを有し、前記積層された複数のプレートの間に冷媒の通路と冷却液の通路とが構成される第１積層部と、積層された複数のレシーバ構成要素を有し、前記積層された複数のレシーバ構成要素の内部に前記第１積層部の冷媒の通路に通じる冷媒保持部が構成され、且つ、前記複数のプレートの積層方向と同じ方向に前記第１積層部に積み重ねられた第２積層部と、を有する構成を採る。

本発明によれば、レシーバタンクが一体化された熱交換器において、少なくとも設計時に、レシーバタンクの容量の調整および熱交換部の面積の調整を低コストに行うことができる。

本発明の一実施の形態に係る熱交換器の構成を示す斜視図本発明の一実施の形態に係る熱交換器の構成を示す分解斜視図本発明の一実施の形態に係る熱交換器を冷媒流入口および冷媒排出口の箇所で切断した縦断面図本発明の一実施の形態に係る熱交換器を冷却水流入口および冷却水排出口の箇所で切断した縦断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る熱交換器１００の構成を示す斜視図であり、図２は、図１の熱交換器１００を構成する複数のプレートを分解した斜視図である。また、図３は、図１の熱交換器１００を冷媒流入口および冷媒排出口の箇所で切断した縦断面図であり、図４は、図１の熱交換器１００を冷却水流入口および冷却水排出口の箇所で切断した縦断面図である。

熱交換器１００は、冷媒と冷却水との間で熱交換させる熱交換器である。熱交換器１００は、主に、第１積層部１１０と、第２積層部１２０と、第３積層部１３０とから構成される。

第１積層部１１０の上部には、上部カバー１４０が装着され、第３積層部１３０の下部には、下部カバー１５０が装着される。

上部カバー１４０には、コンプレッサにより圧縮された高圧の冷媒を第１積層部１１０へ流入させる冷媒流入口１４１と、冷却液を流入させる冷却液流入口１４２と、熱交換後の冷却液を排出させる冷却液排出口１４３と、が形成される。また、下部カバー１５０には、第３積層部１３０から熱交換後の冷媒を排出させる冷媒排出口１５１が形成される。

第１積層部１１０は、コンデンサ（凝縮器）であって、コンプレッサから送られる高温高圧の冷媒と、冷却液との間で熱交換を行うことにより、冷媒を凝縮させる。冷却液は、例えばＬＬＣ（Long Life Coolant）などの不凍液であり、熱を輸送するための液体である。

図２に示すように、第１積層部１１０は、積層された複数のコンデンサプレート１１１を有する。第１積層部１１０において、積層された複数のコンデンサプレート１１１の間に冷媒の通路（冷媒通路）と、冷却液の通路（冷却液通路）とが構成される。具体的には、図２に示すように、形状の異なるコンデンサプレート１１１ａ〜ｆが積層されることにより、複数のコンデンサプレート１１１の間には、冷媒通路と冷却液通路とが交互に形成される。冷媒及び冷却液は、混合されることなく、それぞれ冷媒通路及び冷却液通路を通過する。冷媒及び冷却液は、互いに反対方向に、冷媒通路及び冷却液通路を通過する。このように、第１積層部１１０では、冷媒が冷媒通路を通過し、冷却液が冷却液通路を通過することにより、冷媒と冷却液との熱交換が行われ、冷媒が凝縮される。

なお、図２では、冷媒及び冷却液が互いに反対方向に冷媒通路及び冷却液通路を通過する場合について例示しているが、これに限定されず、冷媒及び冷却液が同一方向に冷媒通路及び冷却液通路を通過する構成であってもよい。

熱交換器１００の設計段階において、コンデンサプレート１１１ｃとコンデンサプレート１１１ｄとの積層枚数を調整することにより、第１積層部１１０の大きさ（熱交換部の面積）が調整される。

第２積層部１２０は、レシーバタンクであって、第１積層部１１０から流入される冷媒を保持して、冷媒の気液分離および、冷媒量の調整を行う。

図２に示すように、第２積層部１２０は、積層された複数のレシーバプレート１２１を有する。レシーバプレート１２１は、中央に穴を有する窓枠状をしている。複数のレシーバプレート１２１は、複数のコンデンサプレート１１１に連続して積層される。これにより、第２積層部１２０は、コンデンサプレート１１１の積層方向と同じ方向に、第１積層部１１０に積み重ねられる。

また、図２に示すように、第２積層部１２０において、積層された複数のレシーバプレート１２１の内部には、第１積層部１１０の冷媒の通路に通じる冷媒保持部１２２が構成される。すなわち、積層された複数のレシーバプレート１２１によって冷媒保持部１２２の側面が構成され、第１積層部１１０の最下部のプレート（コンデンサプレート１１１ｆ）によって冷媒保持部１２２の上面が構成され、後述する第３積層部１３０の最上部のプレート（サブクールプレート１３１ａ）によって冷媒保持部１２２の底面が構成される。第１積層部１１０から送られる冷媒は、第２積層部１２０の冷媒通過口１２４を通過して、第２積層部１２０の最下部から冷媒保持部１２２へ流入される。

第１積層部１１０（コンデンサ）から流入される冷媒には、液相冷媒に加えて気相冷媒が混合されている場合がある。冷媒保持部１２２は、冷媒の気液分離を行い、気相冷媒を鉛直上方に移動させ、液相冷媒を鉛直下方に移動させる。よって、冷媒保持部１２２の下部が液相冷媒の保持部となる。

第１積層部１１０を通過した冷却液は、冷却液通路１２３を介して、第２積層部１２０を通過して、第３積層部１３０へ流入される。

複数のコンデンサプレート１１１の各々と、複数のレシーバプレート１２１の各々とは、積層方向の寸法が同一である。また、複数のコンデンサプレート１１１の各々と、複数のレシーバプレート１２１の各々とは、積層方向に垂直な面に正射影された輪郭線および寸法が同一である。

熱交換器１００の設計段階において、レシーバプレート１２１の積層数を調整することにより、第２積層部１２０の大きさ（レシーバタンクの容量）が調整される。

第３積層部１３０は、サブクール部であって、第２積層部１２０（レシーバタンク）から流入される冷媒と、第１積層部１１０から流入される冷却液との間で熱交換が行われる。これにより、第３積層部１３０は、第１積層部１１０において凝縮された液相の冷媒を、追加的に冷却する。

図２に示すように、第３積層部１３０は、積層された複数のサブクールプレート１３１を有する。複数のサブクールプレート１３１は、複数のコンデンサプレート１１１及び複数のレシーバプレート１２１と連続して積層される。これにより、第３積層部１３０はコンデンサプレート１１１及びレシーバプレート１２１積層方向と同じ方向に、第２積層部１２０に積み重ねられる。第３積層部１３０において、積層された複数のサブクールプレート１３１の間に、サブクール用の冷媒通路と冷却液通路とが構成される。具体的には、図２に示すように、形状の異なるサブクールプレート１３１ａ〜ｄが積層されることにより、複数のサブクールプレート１３１の間には、サブクール用の冷媒通路と冷却液通路とが交互に形成される。冷媒及び冷却液は、混合されることなく、それぞれ冷媒通路及び冷却液通路を、通過する。冷媒及び冷却液は、冷媒通路及び冷却液通路を、互いに反対方向に通過する。このように、第３積層部１３０では、冷媒が冷媒通路を通過し、冷却液が冷却液通路を通過することにより、冷媒と冷却液との熱交換が行われ、液相の冷媒がさらに冷却される。

熱交換器１００の設計段階において、サブクールプレート１３１ｃとサブクールプレート１３１ｄとを交互に積層させる枚数を調整することにより、第３積層部１３０の大きさ（熱交換部の面積）が調整される。

このように、熱交換器１００では、第１積層部１１０、第２積層部１２０、第３積層部１３０は、この順番で、積み重ねられる。また、第１積層部１１０の冷媒の通路が第２積層部１２０の冷媒保持部１２２に通じ、冷媒保持部１２２の中の液相冷媒の保持部が第３積層部１３０の冷媒の通路に通じている。

すなわち、図３に示すように、冷媒流入口１４１から流入される冷媒は、第１積層部１１０において冷却液通路と交互に形成される冷媒通路を通過して凝縮され、第２積層部１２０（レシーバタンク）に流入される。第２積層部１２０の冷媒保持部１２２に流入される冷媒に対して液相分離及び冷媒量の調整が行われる。そして、液相冷媒は、第３積層部１３０に流入されて、冷却液通路と交互に形成される冷媒通路を通過して更に冷却されて、冷媒排出口１５１から排出される。

一方、図４に示すように、冷却液流入口１４２から流入される冷却液は、第１積層部１１０（コンデンサ）、及び、冷却液通路１２３の通過先である第３積層部１３０（サブクール部）において、冷媒通路と交互に形成される冷却液通路を通過して冷媒から熱を吸収し、冷却液排出口１４３から排出される。

以上のように、本実施の形態に係る熱交換器１００では、複数のコンデンサプレート１１１、複数のレシーバプレート１２１、及び、複数のサブクールプレート１３１の各々が同一の積層方向に連続して積み重ねられることにより、コンデンサ（第１積層部１１０）とレシーバタンク（第２積層部１２０）とサブクール部（第３積層部１３０）とがそれぞれ構成される。

このような構造を有する熱交換器１００は、ヒートポンプシステムの性能ならびに配置スペースの制約等に応じて、コンデンサプレート１１１及びサブクールプレート１３１の積層数をそれぞれ調整することにより、コンデンサ及びサブクール部（熱交換部）の大きさを調整することができる。

また、熱交換器１００は、ヒートポンプシステムの性能ならびに配置スペースの制約等に応じて、レシーバプレート１２１の積層数を調整することにより、レシーバタンクの容量を調整することができる。

すなわち、熱交換器１００は、コンデンサプレート１１１、レシーバプレート１２１及びサブクールプレート１３１の各々の積層数を個別に調整することにより、熱交換部の大きさおよびレシーバタンクの容量を独立して調整することができる。

例えば、車両の車種によって異なる仕様要求（ヒートポンプシステムの性能及びレシーバタンクの容量など）であっても、各プレートの積層数を異ならせることにより、各種の仕様要求に応じた熱交換器１００を構成することができる。このように、熱交換器１００では、プレートの積層数を変化させることで熱交換器１００の構造を調整できるので、例えば、プレートの金型などの共通化を図ることができ、製造コストを抑えることができる。

また、熱交換器１００では、コンデンサプレート１１１の各々とレシーバプレート１２１の各々とは、積層方向の寸法が同一である。また、プレート形状も同一である。よって、一般的なプレート型熱交換器の製造方法によって、熱交換器１００を低コストに製造することができる。

更に、熱交換器１００は、コンデンサとレシーバタンクとサブクール部とが一体的に構成されるので、これらを互いに連結するための配管、シーリングなどを除去することができ、継ぎ手部分での漏れの懸念が無く、かつ、製造コストを抑えることができる。

よって、本実施の形態によれば、レシーバタンクが一体化された熱交換器において、少なくとも設計時に、レシーバタンクの容量の調整および熱交換部の面積の調整を独立して、且つ、低コストに行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。

なお、本実施の形態では、図２に示すようにレシーバプレート１２１に形成された穴によって冷媒保持部１２２を構成する場合について説明した。しかし、レシーバプレート１２１は、必ずしも穴が形成された窓枠状の形態とする必要はない。レシーバプレート１２１は、コンデンサプレート１１１又はサブクールプレート１３１のように穴が形成されていないプレート状の形態としてもよい。穴が形成されていない場合、複数のレシーバプレート１２１の間に冷媒を流す通路を形成し、この通路で冷媒を保持することができる。

また、図１では、上部カバー１４０を鉛直上方に向け、下部カバー１５０を鉛直下方に向けた熱交換器１００の配置の状態を例示しているが、熱交換器１００の使用時の配置はこれに限定されない。例えば、熱交換器１００は、冷却液流入口１４２および冷媒排出口１５１を鉛直上方に向け、冷媒流入口１４１および冷却液排出口１４３を鉛直下方に向けた配置にして使用されてもよい。

また、本実施の形態では、レシーバプレート１２１がコンデンサプレート１１１又はサブクールプレート１３１と積層方向の寸法が同じ場合について説明した。しかし、第２積層部１２０を構成するレシーバ構成要素は、必ずしも横幅に比べて厚みが十分に小さいプレート状又は窓枠状である必要はなく、厚みの大きな形態であってもよい。そして、複数の厚みの大きなレシーバ構成要素が積層されて第２積層部１２０が構成されてもよい。

本発明は、車両に搭載される冷暖房装置に適用できる。

１００熱交換器
１１０第１積層部
１１１コンデンサプレート
１２０第２積層部
１２１レシーバプレート
１２２冷媒保持部
１２３冷却液通路
１３０第３積層部
１３１サブクールプレート
１４０上部カバー
１４１冷媒流入口
１４２冷却液流入口
１４３冷却液排出口
１５０下部カバー
１５１冷媒排出口

Claims

積層された複数のプレートを有し、前記積層された複数のプレートの間に冷媒の通路と冷却液の通路とが構成される第１積層部と、
積層された複数のレシーバ構成要素を有し、前記積層された複数のレシーバ構成要素の内部に前記第１積層部の冷媒の通路に通じる冷媒保持部が構成され、且つ、前記複数のプレートの積層方向と同じ方向に前記第１積層部に積み重ねられた第２積層部と、
を有する熱交換器。
前記複数のレシーバ構成要素の各々は、プレート状、或いは、窓枠状である、
請求項１記載の熱交換器。
前記複数のプレートの各々と、前記複数のレシーバ構成要素の各々とは、積層方向の寸法が同一である、
請求項２記載の熱交換器。
前記複数のプレートの各々と、前記複数のレシーバ構成要素の各々とは、積層方向に垂直な面に正射影された輪郭線の形状および寸法が同一である、
請求項２記載の熱交換器。
積層された複数のサブクールプレートを有し、前記積層された複数のサブクールプレートの間にサブクール用の冷媒の通路と冷却液の通路とが構成され、且つ、積み重ねられた前記第１積層部および前記第２積層部に、更に積み重ねられたサブクール用の第３積層部と、
を有する請求項１記載の熱交換器。
前記第１積層部、前記第２積層部、前記第３積層部は、この順番で、積み重ねられ、前記第１積層部の冷媒の通路が前記冷媒保持部に通じ、前記冷媒保持部の中の液相冷媒の保持部が前記第３積層部の冷媒の通路に通じている、
請求項５記載の熱交換器。