JP2016521649A

JP2016521649A - 熱放散器および関連した熱管理回路

Info

Publication number: JP2016521649A
Application number: JP2016514338A
Authority: JP
Inventors: カメル、アズーズ; ジョルジュ、ド、プルスメーカー
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2016-07-25
Also published as: FR3006044B1; FR3006044A1; WO2014187734A1; EP2999937A1; US20160159195A1; EP2999937B1; KR20160013087A; ES2625410T3

Abstract

本発明は、第１の熱伝達流体内に含まれた熱エネルギーを放散させるための、自動車両の熱管理回路（１）内に配置するように企図された熱放散器（７）に関する。当該熱放散器（７）は、第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器（７０）と、第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの出口容器と、第１の熱伝達流体用と第２の熱伝達流体との間の熱交換面（７２）とを備えている。第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器（７０）および／または少なくとも１つの出口容器が、相変化材料（１５）を備えている。

Description

本発明は、自動車両用、特にエンジン用や客室用の熱管理回路に関する。より特定的には、本発明は、熱管理ループ内に配置される放散器型の熱交換器に関する。

自動車の分野においては、熱管理回路が２つの熱調整ループを備え得る。高温（ＨＴ）ループと呼ばれる、８０℃から１２０℃程度の平均高温を有する循環熱伝達流体を伴った第１のループと、低温（ＢＴ）ループと呼ばれる、３０℃から８０℃程度の平均低温を有する循環熱伝達流体を伴った第２のループである。

一般的に言えば、一つの熱調整ループは２つの熱交換器：
− 熱源の熱エネルギーを捕捉して、それを第１の熱伝達流体へ伝えるために、熱源の所に配置される第１の熱交換器と、
− 第１の熱伝達流体から第２の熱伝達流体（一般的には車外の空気）へと熱エネルギーを放出する放散器としての役目を果たす第２の熱交換器と、
を備えている。

高温ループの場合、第１の交換器は内燃エンジンの所に配置され、放散器としての役目を果たす第２の熱交換器は、放熱器（ラジエータ）であって、同様に車両の前面に配置される。

低温ループの場合、第１の熱交換器は、給気冷却器（ＲＡＳ）、および／または空調（空気調節）システムの水分凝縮器であってよい。一方、放散器としての役目を果たす第２の熱交換器は、車両の客室へ進入する空気の流れの中に配置され、ＲＡＳおよび／または水分凝縮器に接続される。

熱放散器は、自動車製造業者によって課される仕様による極限条件の下で、十分な熱に耐えて、これを放散させるために、標準よりも大型化されるのが一般的である。かくして放散器は、理論最大要求熱量を満たすために寸法が決められるが、その理論最大要求熱量は、それらの放散器が通常取り組む、部分出力でのいわゆる標準条件の下で作用する要求熱量を遙かに超えている。

かくして、これらの仕様のせいで放散器は、多大な空間を取り、多大な重量を占めてしまうのである。

従って本発明の目的の１つは、先行技術の欠点を少なくとも部分的に改善し、より小さな寸法でありながら同様に効率的な、改良された熱放散器を提案することである。

かくして本発明は、第１の熱伝達流体内に含まれた熱エネルギーを放散させるための、自動車両の熱管理回路内に配置するように企図された熱放散器であって、第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器と、第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの出口容器と、第１の熱伝達流体用と第２の熱伝達流体との間の熱交換面とを備えた熱放散器において、第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器および／または少なくとも１つの出口容器が、相変化材料を備えている熱放散器に関する。

熱放散器における相変化材料の使用によって、その放散器の効率を向上させることができ、より小さい寸法でありながら、他のより大きい寸法のものと同様の効率を有した熱放散器を得ることが可能となる。

本発明の一態様によれば、相変化材料は、第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器および／または少なくとも１つの出口容器の壁の中に組み込まれている。

本発明の別の態様によれば、相変化材料は、第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器および／または少なくとも１つの出口容器内に配置される相変化材料のカプセルの形態である。

第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器および／または少なくとも１つの出口容器内への相変化材料の組込みによって、熱放散器の寸法の増大を回避することが可能となる。

本発明の別の態様によれば、相変化材料のカプセルを備えた第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器および／または少なくとも１つの出口容器は、第１の熱伝達流体用の当該入口容器および／または当該出口容器内で当該相変化材料のカプセルを保持するための手段を備えている。

本発明の別の態様によれば、保持手段は、交換面の入口および／または出口の所、並びに、第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器の入口の所、および／または、第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの出口容器の出口の所に配置されている。

本発明の別の態様によれば、第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器および／または少なくとも１つの出口容器内で前記相変化材料のカプセルを保持するための手段はグリッドである。

本発明の別の態様によれば、第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器および／または少なくとも１つの出口容器内で前記相変化材料のカプセルを保持するための手段はフィルタである。

本発明の別の態様によれば、相変化材料のカプセルは、撥油性および／または撥水性の表面処理を備えている。

本発明の別の態様によれば、相変化材料は２８０ｋＪ／ｍ^３以上の潜熱を有している。

本発明の別の態様によれば、相変化材料は４７℃から５５℃の間の相変化温度を有している。

本発明の別の態様によれば、相変化材料は８０℃から１１０℃の間の相変化温度を有している。

本発明はまた、上述したような熱放散器を備えた熱管理回路であって、熱伝達流体が３０℃から８０℃の間の平均温度を有している低温ループとして知られた熱調整ループ内に熱放散器が配置されている、熱管理回路に関する。

本発明はまた、上述したような熱放散器を備えた熱管理回路であって、熱伝達流体が８０℃から１２０℃の間の平均温度を有している高温ループとして知られた熱調整ループ内に熱放散器が配置されている、熱管理回路に関する。

本発明のその他の特徴や利点は、非限定的な例示として与えられる以下の説明、および添付図面を読み取ることで、よりはっきりと明らかになるであろう。

高温ループの模式図。低温ループの模式図。熱放散器の断面模式図。熱放散器の拡大した斜視模式図。様々な型式の給気冷却器の出口における給気温度の段階的変化を示す曲線。

種々の図において、同等の要素には同じ参照符号が付けられている。

図１は、熱管理回路１の第１例、より特定的は高温ループの模式図を示している。

高温ループは、この場合には内燃エンジン３である熱源を備えている。そのエンジン３上には、当該内燃エンジン３の熱エネルギーを捕捉する熱交換器４が備え付けられている。それは、その熱エネルギーを第１の熱伝達流体（例えば冷却液）へ伝えるためである。第１の熱伝達流体は、高温調節ループ内を熱放散器７の方へと循環する。熱放散器７の所で、第１の熱伝達流体は、第２の熱伝達流体（一般的には車外の空気）へ熱エネルギーを伝える。それから第１の熱伝達流体は、熱交換器４の方へ戻る。ポンプ５が、高温ループ内での第１の熱伝達流体の循環を可能とする。

この型式の高温ループにおいて、第１の熱伝達流体は、８０℃から１２０℃の間の平均温度を有し得る。

図２は、熱管理回路１の第２例、より特定的は低温ループの模式図を示している。

熱管理回路１のこの例において、熱源は例えば、給気冷却器（ＲＡＳ）８および／または、空調回路（図示せず）に接続された水分凝縮器９であり得る。熱放散器７は、低温ループの場合、２つの通路７ａ，７ｂを備えている。一般的にはグリコール化水である第１の熱伝達流体は、ＲＡＳ８の所で給気に由来する熱エネルギーを捕捉して、この熱エネルギーの一部を第２の熱伝達流体、一般的には車外の空気へと放出するために、熱放散器７の第１通路７Ａの所を通過する。

第１の熱伝達流体はそれから、空調回路（図示せず）と熱エネルギーをもう一度交換するために、水分凝縮器９内へと通過する。第１の熱伝達流体は、熱放散器７の所をもう一度通過するが、ＲＡＳ８へと戻る前に熱エネルギーをもう一度第２の熱伝達流体へと放出するために、第２通路７ｂの所を通過する。低温ループ内における第１の熱伝達流体の循環は、ポンプ５によって確保される。

この型式の低温ループにおいて、第１の熱伝達流体は、３０℃から８０℃の間の平均温度を有し得る。

図３および図４に示すように、熱放散器７はまた、第１の熱伝達流体用の、少なくとも１つの入口容器７０を備えている。その入口容器７０内には、第１の熱伝達流体が、当該第１の熱伝達流体と第２の熱伝達流体との間での熱交換面７２同士の間に分散されるために到来する。熱放散器７はまた、各熱交換面７２からの出口の所に、第１の熱伝達流体用の、少なくとも１つの出口容器（図示せず）を備えている。

この第１の熱伝達流体用の出口容器は、各熱交換面７２からやって来る冷却された流体を集めて、その流体を当該熱放散器７の出口へと案内する。

低温ループの場合、熱放散器７は、第１の熱伝達流体用の入口容器７０と第１の熱伝達流体用の出口容器とを、各通路７ａ，７ｂについて備えていてもよい。

各熱交換面７２は、特に、第１の熱伝達流体が内部を通過する扁平管７２であってよい。一方、第２の熱伝達流体は、当該扁平管７２同士の間の空間７４内を循環する。

熱放散器７はまた、第１の熱伝達流体用の、その少なくとも１つの入口容器７０、および／または、その少なくとも１つの出口内に、相変化材料（ＭＣＰ）１５を備えている。ＭＣＰ１５は、第１の熱伝達流体に由来する熱エネルギーの吸収を可能とする。このＭＣＰ１５によって吸収された熱エネルギーは、温度ピークが存在するときに、もはや熱放散器７によって放散されるべきものではない。かくして、当該熱放散器は、より小さい寸法でありながら同様に効率的であり得る。第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器７０および／または少なくとも１つの出口容器内へのＭＣＰ１５の組込みによって、熱放散器７の寸法の増大を回避することが可能となるのである。

このことは特に、ＲＡＳ８の出口における空気温度の段階的変化を、時間の関数として、また熱放散器７の様々な型式の関数として描くグラフを表す図５に示されている。低温ループ内での熱放散器７の効率は、ＲＡＳ８の出口における給気の冷却に対するその放散器の影響を測ることによって測定され得る。

１番目の曲線５０は、従来の先行技術の熱放散器７に接続されたＲＡＳ８の出口における空気温度の（時間ｔの関数としての）段階的変化を示している。温度曲線における４つの特定区域が存在することに気付くであろう：
− ターボチャージャー（ターボ式過給機）が作動中ではなく、ＲＡＳ８の出口における空気温度が一定である、ｔ＝０ｓからｔ＝５００ｓの安定温度区域。試験条件下では、この値は４８℃程度である。この温度値は、もちろん外部温度条件や取入れ空気の温度の関数として変化しやすいものである。かくして、寒冷な気象条件下では、この値はもっと低くなり得る。
− 高温の圧縮された給気をＲＡＳ８へと運ぶターボチャージャーの起動に対応した、ｔ＝５００ｓからｔ＝６００ｓの間における温度の急上昇の区域。
− 給気からの熱エネルギーの放散によるＲＡＳ８の作用の効果に対応した、ｔ＝６００ｓからｔ＝８５０ｓの間における６０℃程度の値での給気温度の安定化の区域。この温度値は、もちろん低温ループの効率の、従って熱放散器７の効率の関数である。
− ターボチャージャーの作動停止による、ｔ＝８５０ｓからｔ＝１０００ｓの間の、最初の区域と同じＲＡＳ８の出口における空気温度の安定温度への帰還の区域。

一方、２番目の曲線５２は、前述の熱放散器と同じ寸法でＭＣＰ１５を備えた熱放散器８に接続されたＲＡＳ８の出口における空気温度の段階的変化に対応している。ほんの僅かな相違で、同様の特定の各区域が存在している：
− 熱エネルギーを吸収して熱放散器７の効率を向上させるＭＣＰ１５の作用によって、５４℃から５７℃程度の、より低い温度で安定化区域が生じている。
− ＭＣＰ１５によって吸収された熱エネルギーの漸進的な放散によって、ターボチャージャーの作動停止後における空気温度の安定温度への帰還の区域が、ｔ＝８５０ｓからｔ＝１４００ｓまでと、より長く漸進的なものとなっている。

３番目の曲線５４は、ＭＣＰ１５を備えているが、前述の放散器よりも約３０％だけ小型の熱放散器７に接続されたＲＡＳ８の出口における空気温度の段階的変化に対応している。かくして、以下のことに気付くであろう：
− 安定化区域は、曲線５０によって示されたＭＣＰ１５無しの１番目の熱放散器７のものと同様である。
− ＭＣＰ１５によって吸収された熱エネルギーの漸進的な放散によって、ターボチャージャーの作動停止後における空気温度の安定温度への帰還の区域が、ｔ＝８５０ｓからｔ＝１１００ｓまでの間の、同様に漸進的なものとなっている。

かくして、ＭＣＰ１５を付加したおかげで、より小さな寸法で、他のより大きな寸法のものと同様な効率の熱放散器７を得ることが可能である。

ＭＣＰ１５は例えば、給気用の少なくとも１つの入口容器および／または少なくとも１つの出口容器における実際の壁の中へ組み込まれていてもよい。

ＭＣＰ１５はまた、重合材料の保護層で覆われた相変化材料のカプセルの形態であってもよい。この型式のＭＣＰのカプセル１５は、当業者に非常によく知られたものである。用いられるＭＣＰ１５は特に、重合材料の保護層で覆われた、例えば球状、半球状、または無定形状などのランダム形状の、押出成形式や重合型のＭＣＰ１５であってよい。ＭＣＰのカプセル１５は、０．５ｍｍから８ｍｍの間の直径を有していることが好ましい。第１の熱伝達流体が液体、即ち低温ループ用のグリコール化水や高温ループ用の冷却液であるという事実のために、ＭＣＰのカプセル１５は更に、自らの抗酸化性を向上させるように撥油性および／または撥水性の表面処理を備えていてもよい。

高温ループ型の熱管理回路１における使用温度範囲の理由から、用いられるＭＣＰ１５は特に８０℃から１１０℃の間の相変化温度を有していてよい。同様に、低温ループ型の熱管理回路１においては、用いられるＭＣＰ１５は特に４７℃から５５℃の間の相変化温度を有していてよい。

更に、用いられるＭＣＰ１５は２８０ｋＪ／ｍ^３以上の潜熱を有していることが、最適な効率をもたらすためには有利である。

ＭＣＰ１５がカプセルの形態にある場合には、図３および図４に示すように、ＭＣＰ１５を備えた、給気用の少なくとも１つの入口容器７０および／または少なくとも１つの出口容器が、当該ＭＣＰのカプセル１５を給気用の当該入口容器７０および／または当該出口容器内に保持するための手段７６を具備している。

保持手段７６は、ＭＣＰのカプセル１５が交換面７２同士の間に進入しないように、また給気の流れを遮ったり妨げたりしないようにするために、これらの交換面７２の入口および／または出口の所に配置されることが好ましい。保持手段７６はまた、ＲＡＳ８とターボチャージャー３との間の導管内へと、或いは燃焼シリンダ５の方へと、カプセルが脱出しないように、給気用の少なくとも１つの入口容器７０の入口の所および／または給気用の少なくとも１つの出口容器の出口の所に配置される。

保持手段７６は例えば、ＭＣＰのカプセル１５の直径よりも小さいメッシュを有したグリッドか、或いは多孔質拡散型のフィルタであってもよい。

各交換面７２の入口および／または出口の所で、保持手段７６は、図３に示す第１実施形態により、給気用の少なくとも１つの入口容器７０および／または少なくとも１つの出口容器の各交換面７２との間の全面を覆っていてもよい。図４に示す第２実施形態によれば、保持手段７６は、給気が内部を循環する空間７３だけを覆っている。

かくして、本発明による熱放散器７は、内部の相変化材料１５の存在により給気の冷却を向上させることを可能とする、ということを容易に分かることができる。本発明による熱放散器７はかくして、従来の熱放散器７と同等なほど効率的でありながら、より寸法が小さくなり得るのである。

Claims

第１の熱伝達流体内に含まれた熱エネルギーを放散させるための、自動車両の熱管理回路（１）内に配置するように企図された熱放散器（７）であって、
前記第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器（７０）と、前記第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの出口容器と、前記第１の熱伝達流体用と第２の熱伝達流体との間の熱交換面（７２）とを備えた熱放散器（７）において、
前記第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器（７０）および／または少なくとも１つの出口容器が、相変化材料（１５）を備えていることを特徴とする熱放散器（７）。
前記相変化材料（１５）は、前記第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器（７０）および／または少なくとも１つの出口容器の壁の中に組み込まれていることを特徴とする前記請求項に記載の熱放散器（７）。
前記相変化材料（１５）は、前記第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器（７０）および／または少なくとも１つの出口容器内に配置される相変化材料のカプセル（１５）の形態であることを特徴とする請求項１記載の熱放散器（７）。
前記相変化材料のカプセル（１５）を備えた前記第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器（７０）および／または少なくとも１つの出口容器は、前記第１の熱伝達流体用の当該入口容器（７０）および／または当該出口容器内で当該相変化材料のカプセル（１５）を保持するための手段（７６）を備えていることを特徴とする前記請求項に記載の熱放散器（７）。
前記保持手段（７６）は、前記交換面（７２）の入口および／または出口の所、並びに、前記第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器（７０）の入口の所、および／または、前記第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの出口容器の出口の所に配置されていることを特徴とする前記請求項に記載の熱放散器（７）。
前記第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器（７０）および／または少なくとも１つの出口容器内で前記相変化材料のカプセル（１５）を保持するための前記手段（７６）はグリッドであることを特徴とする請求項４および５のいずれか一項に記載の熱放散器（７）。
前記第１の熱伝達流体用の少なくとも１つの入口容器（７０）および／または少なくとも１つの出口容器内で前記相変化材料のカプセル（１５）を保持するための前記手段（７６）はフィルタであることを特徴とする請求項４および５のいずれか一項に記載の熱放散器（７）。
前記相変化材料のカプセル（１５）は、撥油性および／または撥水性の表面処理を備えていることを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載の熱放散器（７）。
前記相変化材料（１５）は２８０ｋＪ／ｍ^３以上の潜熱を有していることを特徴とする前記請求項のうちいずれか一項に記載の熱放散器（７）。
前記相変化材料（１５）は４７℃から５５℃の間の相変化温度を有していることを特徴とする前記請求項に記載の熱放散器（７）。
前記相変化材料（１５）は８０℃から１１０℃の間の相変化温度を有していることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の熱放散器（７）。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の熱放散器（７）を備えた熱管理回路（１）であって、前記第１の熱伝達流体が３０℃から８０℃の間の平均温度を有している低温ループとして知られた熱調整ループ内に前記熱放散器（７）が配置されている熱管理回路（１）。
請求項１から９および１１のいずれか一項に記載の熱放散器（７）を備えた熱管理回路（１）であって、前記第１の熱伝達流体が８０℃から１２０℃の間の平均温度を有している高温ループとして知られた熱調整ループ内に前記熱放散器（７）が配置されている熱管理回路（１）。