JP2016023893A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性を十分に確保できるプレート型の熱交換器を提供すること。【解決手段】プレート型の熱交換器１０は、互いに対向して熱交換流路４１を形成する第１ジャケット部１１及び第２ジャケット部２１と、第１ジャケット部１１及び第２ジャケット部２１のまわりにそれぞれ延びて互いに接合する第１フランジ部１２及び第２フランジ部２２と、第１フランジ部１１及び第２フランジ部２２から筒状に延びるチューブ部３１と、を備える。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、対象物との間で熱交換をする媒体が流れる熱交換器に関する。

蓄電装置や電子部品などを冷却する冷却装置として、媒体が流れるプレート型の熱交換器（冷却器）を備えるものがある。

特許文献１には、冷媒によって単電池を冷却する冷却部材（熱交換器）が開示されている。

上記冷却部材は、銅などの金属によって形成され、略直方体形状をなしている。冷却部材の内部には、冷媒が流れる流通路が形成されている。

特開２０１２−１５６１２４号公報

しかしながら、このような従来の熱交換器（冷却部材）にあっては、金属板を成形して薄いプレート型に形成される場合に、その剛性を確保することが難しいという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、剛性を十分に確保できるプレート型の熱交換器を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、扁平な熱交換流路を流れる媒体が対象物との間で熱交換をするプレート型の熱交換器であって、互いに対向して熱交換流路を形成する第１ジャケット部及び第２ジャケット部と、第１ジャケット部及び第２ジャケット部のまわりにそれぞれ延びて互いに接合する第１フランジ部及び第２フランジ部と、第１フランジ部及び第２フランジ部から筒状に延びるチューブ部と、を備えることを特徴とする熱交換器が提供される。

上記態様によれば、筒状のチューブ部が第１フランジ部及び第２フランジ部の両方から延びるように形成されることにより、チューブ部によって第１フランジ部及び第２フランジ部の剛性が高められ、プレート型の熱交換器の剛性を十分に確保することができる。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。 図１Ａの一部を拡大した斜視図である。 熱交換器を製造する工程を示す斜視図である。 熱交換器を製造する工程を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。 図４Ａの一部を拡大した斜視図である。 熱交換器を製造する工程を示す斜視図である。 熱交換器を製造する工程を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１Ａは、本実施形態に係る熱交換器１０を示す斜視図である。熱交換器１０は、車両に搭載される蓄電装置７０の下側に設置され、蓄電装置７０の温度を調整する温度調整装置として設けられる。車両には、蓄電装置７０及び熱交換器１０を収容するハウジング（図示省略）が設置される。

蓄電装置７０（蓄電モジュール）は、複数の蓄電セル（図示省略）が並んで設けられる。蓄電セルは、化学反応により充電及び放電を行う二次電池であり、リチウムイオン電池が用いられる。なお、蓄電セルは、これに限らず、他の電池であってもよい。また、蓄電セルは、静電容量により電荷を蓄えるキャパシタ（コンデンサ）であっても良い。

以下、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定して、熱交換器１０の構造を説明する。

図１Ａに示すように、熱交換器１０は、蓄電装置７０の下面に沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向に延びる薄いプレート型をしており、Ｚ軸方向について蓄電装置７０と重なるように並んで配置される。本実施形態では、熱交換器１０は、１つの蓄電装置７０の下方に配置されるが、２つの蓄電装置７０の間に挟まれるように配置される構成としてもよい。

熱交換器１０は、図中矢印Ａで示すように媒体を導く入口４２と、図中矢印Ｂで示すように媒体が流れる熱交換流路４１と、図中矢印Ｃで示すように媒体を導く出口４３と、を備える。熱交換流路４１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延びる扁平なプレート状の空間として形成される。熱交換器１０では、熱交換流路４１を流れる媒体が蓄電装置７０との間で熱交換をするようになっている。

熱交換器１０を製造する際には、１枚の板材９（本体）を図２に示すようにプレス加工する工程と、図３に示すように成形された板材９を曲げる工程と、曲げられた板材９を接合する工程と、が行われる。

図２に示すように、板材９は、プレス加工によって熱交換器１０を展開した状態に成形される。板材９は、アルミ材や銅材などの熱伝導率が高い金属板が用いられる。

板材９には、立体形状の第１ジャケット部１１及び第２ジャケット部２１と、第１ジャケット部１１及び第２ジャケット部２１のまわりにそれぞれ延びる第１フランジ部１２及び第２フランジ部２２と、第１フランジ部１２及び第２フランジ部２２から延びる半筒状のチューブ湾曲部３０と、が成形される。

第１ジャケット部１１は、浅い箱型に成形され、平板状の第１フランジ部１２に対して膨らむ立体形状を有している。第１ジャケット部１１は、第１フランジ部１２からＺ軸に対して傾斜方向に延びるジャケット側壁部１１Ｂと、ジャケット側壁部１１ＢからＸ軸方向及びＹ軸方向に延びる矩形の平板状をしたジャケット伝熱壁部１１Ａと、を有する。ジャケット伝熱壁部１１Ａは、蓄電装置７０に対向するよう配置される。

第１フランジ部１２は、Ｘ軸方向に延びる側辺部１２Ａ、１２Ｂと、Ｙ軸方向に延びる端辺部１２Ｃ、１２Ｄと、を有する。

前端端辺部１２Ｃは、入口４２を形成する半円筒状の入口側湾曲部１２Ｅと、出口４３を形成する半円筒状の出口側湾曲部１２Ｆと、を有する。

第２ジャケット部２１は、第１ジャケット部１１と対称形状となる浅い箱型をしている。第２ジャケット部２１は、第２フランジ部２２からＺ軸に対して傾斜方向に延びるジャケット側壁部２１Ｂと、ジャケット側壁部２１ＢからＸ軸方向及びＹ軸方向に延びる矩形の平板状をしたジャケット背後壁部２１Ａと、を有する。

第２フランジ部２２は、四角い帯板をしており、Ｘ軸方向に延びる側辺部２２Ａ、２２Ｂと、Ｙ軸方向に延びる端辺部２２Ｃ、２２Ｄと、を有する。

前端辺部２２Ｃは、入口４２を形成する半円筒状の入口側湾曲部２２Ｅと、出口４３を形成する半円筒状の出口側湾曲部２２Ｆと、を有する。

半筒状のチューブ湾曲部３０は、Ｙ軸方向に延びる直線を中心とする円弧状に湾曲した断面形状を有する。チューブ湾曲部３０の両縁部は、後端辺部１２Ｄ、後端辺部２２Ｄにそれぞれ連接している。

こうして、板材９は、第１ジャケット部１１及び第２ジャケット部２１、第１フランジ部１２及び第２フランジ部２２、チューブ湾曲部３０がそれぞれ展開した形状にプレス加工される。

続いて、板材９を図３に矢印で示すように曲げる工程が行われる。この工程では、チューブ湾曲部３０をＹ軸方向に延びる直線を中心として折り曲げることにより、第１フランジ部１２と第２フランジ部２２とが互いに当接するとともに、チューブ湾曲部３０の両縁部が互いに当接することで中空の筒状をしたチューブ部３１（図１Ａ、図１Ｂ参照）が形成される。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、チューブ部３１は、環状に湾曲した断面形状を有し、その内側に円柱状の空間（孔）を形成する。

チューブ部３１には、円柱状の補強部材６３が挿入される。補強部材６３は、チューブ部３１の内側を貫通するように設けられる。

続いて、曲げられた板材９が補強部材６３と共にロウ付けにより接合される。これにより、第１フランジ部１２と第２フランジ部２２とが互いに接合されるとともに、チューブ部３１の内周と補強部材６３の外周とが互いに接合される。

上記各工程を順に行うことにより、Ｚ軸方向に薄いプレート型の熱交換器１０が製造される。

熱交換器１０は、筒状のチューブ部３１が第１フランジ部１２及び第２フランジ部２２の両方から延びるように形成されることにより、第１フランジ部１２及び第２フランジ部２２の剛性が高められる。

さらに、チューブ部３１は、その内側に介装される補強部材６３の肉厚などを任意に設定することによって、必要な剛性を確保することができる。

熱交換器１０の入口４２及び出口４３には、媒体を導く配管（図示省略）がそれぞれ接続される。

熱交換器１０を流れる媒体は、図１Ａに矢印Ａで示すように、入口４２にＸ軸方向から熱交換流路４１に流入する。熱交換流路４１に流入した媒体は、熱交換流路４１を矢印Ｂで示すように流れる過程で、ジャケット伝熱壁部１１Ａを介して蓄電装置７０との間で熱交換する。熱交換流路４１を通過した媒体は、矢印Ｃで示すように出口４３からＸ軸方向に流出する。

入口４２及び出口４３は、第１フランジ部１２及び第２フランジ部２２の間に形成されることにより、熱交換流路４１に対して十分な流路断面積が確保される。

蓄電装置７０が充電または放電を行い、蓄電装置７０の温度が高くなる場合には、ラジエータなどによって媒体の放熱が行われ、温度が低くなった媒体が熱交換器１０に流入する。これにより、熱交換器１０を循環する媒体が蓄電装置７０の熱を持ち去り、蓄電装置７０が冷却される。

蓄電装置７０の温度が低くなっている状態から蓄電装置７０で充電または放電を行う場合には、ヒータなどによって媒体が加熱され、温度が高くなった媒体が熱交換器１０に流入する。これにより、熱交換器１０を循環する媒体が蓄電装置７０を加熱し、蓄電装置７０がすばやく温められる。

熱交換器１０では、媒体として冷却水が用いられるが、これに限らず、媒体として他の流体を用いてもよい。また、車両の空調装置を循環するガスが熱交換器１０に導かれる構成としてもよい。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、熱交換器１０は、互いに対向して熱交換流路４１を形成する第１ジャケット部１１及び第２ジャケット部２１と、第１ジャケット部１１及び第２ジャケット部２１のまわりにそれぞれ延びて互いに接合する第１フランジ部１２及び第２フランジ部２２と、を備える。筒状のチューブ部３１が第１フランジ部１２及び第２フランジ部２２の両方から延びるように形成されることにより、チューブ部３１によって第１フランジ部１２及び第２フランジ部２２の剛性が高められる。これにより、プレート型の熱交換器１０は、剛性を十分に確保しつつ薄型化を図ることができる。

また、チューブ部３１は、第１フランジ部１２と第２フランジ部２２の間で半筒状に成形されたチューブ湾曲部３０を曲げて形成される。これにより、熱交換器１０を１枚の板材９から形成することが可能となり、構造の簡素化が図れる。

また、熱交換器１０は、チューブ部３１の内側に介装される補強部材６３によってチューブ部３１の剛性がさらに高められ、熱交換器１０の強度の向上が図れる。さらに、チューブ部３１と補強部材６３とは、共に円筒状に形成されることにより、互いに全周にわたって接合することが可能となり、両者の接合強度を高められる。

また、熱交換器１０は、媒体を導く入口４２及び出口４３が第１フランジ部１２と第２フランジ部２２との間にそれぞれ形成されることにより、入口４２及び出口４３の流路断面積が熱交換流路４１に対して十分に確保される。これにより、媒体が入口４２及び出口４３を通じて熱交換流路４１に円滑に導かれ、媒体の流れに生じる圧力損失を低減できる。

＜第２実施形態＞
次に、図４Ａ〜図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第１実施形態に係る熱交換器１０と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態に係る熱交換器１０は、媒体を導く入口４２及び出口４３が第１フランジ部１２と第２フランジ部２２との間にそれぞれ形成されている。これに対して、第２実施形態に係る熱交換器１００は、図４Ａに示すように、媒体を導く入口１４２及び出口１４３がチューブ部１３１の両端にそれぞれ形成される。

図５に示すように、板材９は、プレス加工によって熱交換器１００を展開した状態に成形される。

板材９には、第１ジャケット部１１及び第２ジャケット部２１のまわりにそれぞれ延びる第１フランジ部１１２及び第２フランジ部１２２と、第１フランジ部１１２及び第２フランジ部２２から延びる半筒状のチューブ湾曲部１３０と、が成形される。

第１フランジ部１１２は、四角い帯板状をしており、Ｘ軸方向に延びる側辺部１１２Ａ、１１２Ｂと、Ｙ軸方向に延びる端辺部１１２Ｃ、１１２Ｄと、を有する。

後端辺部１１２Ｃは、入口１４２に連通する入口連通流路１５２を形成する半円筒状の入口側湾曲部１１２Ｅと、出口１４３に連通する出口連通流路１５３を形成する半円筒状の出口側湾曲部１１２Ｆと、を有する。

第２フランジ部１２２は、四角い帯板をしており、Ｘ軸方向に延びる側辺部１２２Ａ、１２２Ｂと、Ｙ軸方向に延びる端辺部１２２Ｃ、１２２Ｄと、を有する。

後端辺部１２２Ｄは、入口連通流路１５２を形成する半円筒状の入口側湾曲部１２２Ｅと、出口連通流路１５３を形成する半円筒状の出口側湾曲部１２２Ｆと、を有する。

半筒状のチューブ湾曲部１３０は、Ｙ軸方向に延びる直線を中心とする円弧状に湾曲した断面形状を有する。チューブ湾曲部１３０は、後端辺部１１２Ｄ、入口側湾曲部１１２Ｅ、出口側湾曲部１１２Ｆ、後端辺部１２２Ｄ、入口側湾曲部１２２Ｅ、及び出口側湾曲部１２２Ｆのそれぞれに連接している。

こうして、板材９は、第１ジャケット部１１及び第２ジャケット部２１、第１フランジ部１１２及び第２フランジ部１２２、チューブ湾曲部１３０がそれぞれ展開した形状にプレス加工される。

続いて、板材９を図６に矢印で示すように曲げる工程が行われる。この工程では、チューブ湾曲部３０をＹ軸方向に延びる直線を中心として曲げることにより、第１フランジ部１１２と第２フランジ部１２２とが互いに当接するとともに、チューブ湾曲部１３０の両縁部が互いに当接することで筒状のチューブ部１３１（図４Ａ、図４Ｂ参照）が形成される。

図４Ａ、図４Ｂに示すように、チューブ部１３１は、環状に湾曲した断面形状を有し、その内側に円柱状の空間（孔）を形成する。

図４Ａに示すように、チューブ部１３１の一端に形成される入口１４２には媒体を導く流入パイプ１６１が挿入される。チューブ部１３１の他端に形成される出口１４３には媒体を導く流出パイプ１６２が挿入される。チューブ部１３１の中程には円柱状の補強部材１６３が挿入される。補強部材１６３は、入口連通流路１５２と出口連通流路１５３の間に配置される。

続いて、曲げられた板材９が流入パイプ１６１、流出パイプ１６２、及び補強部材１６３と共にロウ付けにより接合される。これにより、第１フランジ部１１２と第２フランジ部１２２とが互いに接合されるとともに、チューブ部１３１の内周と流出パイプ１６２、及び補強部材１６３の外周とが互いに接合される。チューブ部１３１の内側の空間は、中実の補強部材１６３によって入口連通流路１５２と出口連通流路１５３の間で閉塞される。

上記各工程を順に行うことにより、Ｚ軸方向に薄いプレート型の熱交換器１００が製造される。

熱交換器１００は、筒状のチューブ部１３１が第１フランジ部１１２及び第２フランジ部１２２の両方から延びるように形成されることにより、第１フランジ部１１２及び第２フランジ部１２２の剛性が高められる。

さらに、チューブ部１３１は、その内側に介装される流入パイプ１６１、流出パイプ１６２、補強部材１６３の肉厚などを任意に設定することによって、必要な剛性を確保することができる。

熱交換器１０の流入パイプ１６１、流出パイプ１６２には、媒体を導く回路（図示省略）を構成する配管がそれぞれ接続される。回路を循環する媒体は、図１Ａに矢印Ｆで示すように、流入パイプ１６１を介して入口１４２、入口連通流路１５２を通じて熱交換流路４１に流入する。熱交換流路４１に流入した媒体は、熱交換流路４１を矢印Ｇで示すように流れる過程で、ジャケット伝熱壁部１１Ａを介して蓄電装置７０との間で熱交換する。熱交換流路４１を通過した媒体は、出口連通流路１５３、出口１４３を通じて流出パイプ１６２から矢印Ｈで示すように流出する。

続いて、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、チューブ部１３１の内側に入口１４２及び出口１４３が形成されることにより、入口１４２及び出口１４３の流路断面積が十分に確保される。これにより、媒体が入口１４２及び出口１４３を通じて熱交換流路４１に円滑に導かれ、媒体の流れに生じる圧力損失を低減できる。

また、熱交換器１００は、チューブ部１３１の内側に介装される流入パイプ１６１、流出パイプ１６２、及び補強部材１６３によってチューブ部１３１の剛性がさらに高められ、熱交換器１００の強度の向上が図れる。さらに、チューブ部１３１に介装される補強部材１６３によって入口１４２と出口１４３の間が閉塞されることにより、媒体が入口１４２から入口連通流路１５２へと導かれるとともに、媒体が出口１４３から出口連通流路１５３へと導かれる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態の熱交換器１０、１００では、ジャケット伝熱壁部１１Ａの外表面に蓄電装置７０が接触するように設置される。これに限らず、ジャケット伝熱壁部１１Ａの外表面と蓄電装置７０との間に伝熱部材を介装してもよい。あるいは、両者の間に伝熱空間（間隙）を設けてもよい。

上記実施形態の熱交換器１０、１００では、第１ジャケット部１１及び第２ジャケット部２１が共に箱型（立体形状）を有している。これに限らず、第１ジャケット部１１と第２ジャケット部２１の一方を平板状に形成してもよい。

本発明は、車両に搭載される蓄電装置の熱交換器として好適であるが、車両に搭載される電子部品の熱交換器に適用してもよい。また、本発明は、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。

９ 板材
１０、１００ 熱交換器
１１ 第１ジャケット部
１２ 第１フランジ部
２１ 第２ジャケット部
２２ 第２フランジ部
３０ チューブ湾曲部
３１、１３１ チューブ部
４１ 熱交換流路
４２、１４２ 入口
４３、１４３ 出口
６３、１６３ 補強部材
７０ 蓄電装置（対象物）
１６１ 流入パイプ
１６２ 流出パイプ

Claims (6)

1. 扁平な熱交換流路を流れる媒体が対象物との間で熱交換をするプレート型の熱交換器であって、
   互いに対向して前記熱交換流路を形成する第１ジャケット部及び第２ジャケット部と、
   前記第１ジャケット部及び前記第２ジャケット部のまわりにそれぞれ延びて互いに接合する第１フランジ部及び第２フランジ部と、
   前記第１フランジ部及び前記第２フランジ部から筒状に延びるチューブ部と、を備えることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器であって、
   前記チューブ部は、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部の間にわたって半筒状に成形されたチューブ湾曲部を曲げて筒状に形成されることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１または２に記載の熱交換器であって、
   前記チューブ部の内側に介装される補強部材を備えることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
   前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との間に媒体を導く入口及び出口が形成されることを特徴とする熱換器。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
   前記チューブ部の両端の内側に媒体を導く入口及び出口がそれぞれ形成されることを特徴とする熱換器。
6. 請求項５に記載の熱交換器であって、
   前記チューブ部の前記入口に媒体を導く流入パイプが介装され、
   前記チューブ部の前記出口に媒体を導く流出パイプが介装され、
   前記チューブ部の中程に前記入口と前記出口の間を閉塞する補強部材が介装されることを特徴とする熱交換器。