JP2019200039A - プレート積層型の熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換性能を向上させることの可能なプレート積層型の熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器１０は、積層配置される複数のプレート部材２０により構成される熱交換部ＨＵを有する。熱交換部ＨＵは、第１冷媒タンク空間Ｔ１１と、絞り部２２２とを有する。第１冷媒タンク空間Ｔ１１は、プレート積層方向に延びるように形成され、複数の冷媒流路Ｗ１に連通されるとともに、冷媒流入部８２から流入する気相及び液相の２相状態からなる冷媒を複数の冷媒流路Ｗ１に分配する。絞り部２２２は、プレート積層方向に直交する方向における第１冷媒タンク空間Ｔ１１の断面積を部分的に小さくする。【選択図】図４

Description

本開示は、プレート積層型の熱交換器に関する。

従来、この種の熱交換器としては、特許文献１に記載の熱交換器がある。特許文献１に記載の熱交換器は、複数のプレート部材が所定の隙間を隔てて積層配置された構造を有している。隣り合うプレート部材の隙間には、オフセットフィンが配置されている。隣り合うプレート部材の隙間は、冷媒の流れる冷媒流路、及び冷却水の流れる冷却水流路を構成している。冷媒流路及び冷却水流路はプレート部材の積層方向に交互に配置されている。

複数のプレート部材のうち、積層方向の一端側に配置される第１最端プレート部材には、冷却水入口を構成する第１ジョイント、及び冷却水出口を構成する第１冷却水パイプが設けられている。複数のプレート部材のうち、積層方向の他端側に配置される第２最端プレート部材には、冷媒出口を構成する第２ジョイント、及び冷却水入口を構成する第２冷却水パイプが設けられている。複数の板状部材には、第１ジョイントから流入する冷却水を複数の冷却水流路に分配する冷却水用タンク空間、及び第２ジョイントから流入する冷媒を複数の冷媒流路に分配する冷媒用タンク空間が形成されている。

特開２０１５−５９６６９号公報

ところで、特許文献１に記載の熱交換器では、熱交換器に流入する冷媒が液相及び気相の２相状である場合、第２ジョイントから冷媒用タンク空間に流入した液相冷媒は、その慣性により、冷媒用タンク空間の終端の内壁面に衝突して折り返した後に第２ジョイントに向かって戻るように流れる。そのため、冷媒用タンク空間における第２ジョイントの付近の入口部から冷媒流路に分配される液相冷媒の流量、及び冷媒用タンク空間の終端から冷媒流路に分配される液相冷媒の流量が、冷媒用タンク空間のその他の中間部分から冷媒流路に分配される液相冷媒の流量よりも多くなる。このような複数の冷媒流路に分配される液相冷媒の流量の偏りは、特に積層方向の長さが短いプレート積層型の熱交換器に発生し易い。冷媒用タンク空間から複数の冷媒流路に分配される冷媒の流量に偏りが生じると、複数の冷媒流路及び複数の冷却水流路のそれぞれの熱交換量にもばらつきが生じる。これは、熱交換器の熱交換性能を低下させる要因となるため、好ましくない。

本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換性能を向上させることの可能なプレート積層型の熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するプレート積層型の熱交換器（１０）は、隙間を有して積層配置される複数のプレート部材（２０）により構成される熱交換部（ＨＵ）を有するとともに、複数のプレート部材の間に冷媒の流れる複数の第１流路（Ｗ１）、及び所定の流体の流れる複数の第２流路（Ｗ２）が形成され、第１流路及び第２流路をそれぞれ流れる冷媒と所定の流体との間で熱交換が行われる。熱交換部は、タンク空間（Ｔ１１）と、絞り部（２２２，２２５）と、を有する。タンク空間は、複数のプレート部材が積層配置されている方向をプレート積層方向とするとき、プレート積層方向に延びるように形成され、複数の第１流路に連通されるとともに、流入部（８２）から流入する気相及び液相の２相状態からなる冷媒を複数の第１流路に分配する。絞り部は、プレート積層方向に直交する方向におけるタンク空間の断面積を部分的に小さくする。

この構成によれば、流入部からタンク空間に流入した液相冷媒の一部は絞り部によってせき止められるため、絞り部付近において流入部側に配置される第１流路に流入する液相冷媒の流量が増加する。すなわち、タンク空間の中間付近に位置する第１流路に流入する液相冷媒の流量を増加させることができる。これにより、タンク空間から複数の第１流路に分配される液相冷媒の流量分布の偏りを抑制できるため、熱交換性能を向上させることができる。

なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本開示によれば、熱交換性能を向上させることの可能なプレート積層型の熱交換器できる。

図１は、第１実施形態のプレート積層型の熱交換器の正面構造を示す正面図である。 図２は、第１実施形態のプレート積層型の熱交換器の平面構造を示す平面図である。 図３は、第１実施形態のプレート積層型の熱交換器の分解構造を示す分解図である。 図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構造を示す断面図である。 図５は、第１実施形態の絞り部周辺の断面構造を示す断面図である。 図６は、第１実施形態の第１変形例のプレート積層型の熱交換器の断面構造を示す断面図である。 図７は、第１実施形態の第１変形例のプレート積層型の熱交換器の断面構造を示す断面図である。 図８は、第１実施形態の第２変形例のプレート積層型の熱交換器の断面構造を示す断面図である。 図９は、絞り部が設けられていないプレート積層型の熱交換器における冷却水流路の段数と冷却比との関係を示すグラフである。 図１０は、第２実施形態のプレート積層型の熱交換器における冷却水流路の段数と冷却比との関係を示すグラフである。 図１１は、他の実施形態のプレート積層型の熱交換器の断面構造を示す断面図である。

以下、プレート積層型の熱交換器の一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
はじめに、第１実施形態のプレート積層型熱交換器について説明する。図１に示される熱交換器１０は、例えば車両に搭載される蓄電池を冷却するための冷却水と、冷却水よりも温度の低い冷媒との間で熱交換を行うことにより冷却水を冷却する機器として用いられる。この場合、冷却水が、冷媒よりも温度の高い所定の流体に相当する。

図１に示されるように、熱交換器１０は、複数のプレート部材２０がＺ軸方向に積層された熱交換部ＨＵを有している。すなわち、本実施形態では、Ｚ軸方向がプレート積層方向に相当する。以下では、Ｚ軸方向のうちの一方向を「Ｚ１方向」と称し、その逆の方向を「Ｚ２方向」と称する。

各プレート部材２０の内部には、一点鎖線及び二点鎖線で示されるように、冷媒の流れる冷媒流路Ｗ１と、冷却水の流れる冷却水流路Ｗ２とが形成されている。これにより、熱交換器１０の内部には、複数の冷媒流路Ｗ１及び複数の冷却水流路Ｗ２が交互に配置されている。本実施形態では、冷媒流路Ｗ１が第１流路に相当し、冷却水流路Ｗ２が第２流路に相当する。

図２に示されるように、熱交換器１０は、Ｚ軸方向に直交する断面形状が略矩形状に形成されている。以下では、熱交換器１０の長手方向及び短手方向を「Ｘ軸方向」及び「Ｙ軸方向」とそれぞれ称する。また、Ｘ軸方向のうちの一方向を「Ｘ１方向」と称し、その逆の方向を「Ｘ２方向」と称する。

熱交換器１０の４つの隅部のうち、対角線に位置する２つの隅部の内部には、Ｚ軸方向に延びるように第１冷媒タンク空間Ｔ１１及び第２冷媒タンク空間Ｔ１２がそれぞれ形成されている。また、対角線上に位置する残りの２つの隅部の内部には、Ｚ軸方向に延びるように第１冷却水タンク空間Ｔ２１及び第２冷却水タンク空間Ｔ２２がそれぞれ形成されている。

熱交換器１０の上面のＸ２方向側の端部には、第１冷媒タンク空間Ｔ１１に連通される冷媒流入部８２と、第１冷却水タンク空間Ｔ２１に連通される冷却水流出部８３とが設けられている。図１に示されるように、熱交換器１０の底面のＸ１軸方向側の端部には、第２冷媒タンク空間Ｔ１２に連通される冷媒流出部８０と、第２冷却水タンク空間Ｔ２２に連通される冷却水流入部８１とが設けられている。

この熱交換器１０では、気相及び液相の２相状態からなる冷媒が冷媒流入部８２から流入するとともに、冷却水が冷却水流入部８１から流入する。図１に一点鎖線で示されるように、冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に流入した冷媒は、熱交換器１０の内部の複数の冷媒流路Ｗ１に分配される。複数の冷媒流路Ｗ１をそれぞれ流れた冷媒は、第２冷媒タンク空間Ｔ１２にて集められた後、冷媒流出部８０から流出する。また、図１に二点鎖線で示されるように、冷却水流入部８１から第２冷却水タンク空間Ｔ２２に流入した冷却水は、熱交換器１０の内部の複数の冷却水流路Ｗ２に分配される。複数の冷却水流路Ｗ２をそれぞれ流れた冷却水は、第１冷却水タンク空間Ｔ２１にて集められた後、冷却水流出部８３から流出する。熱交換器１０では、冷媒流路Ｗ１を流れる冷媒と、冷却水流路Ｗ２を流れる冷却水との間で熱交換が行われることにより冷却水が冷却される。

次に、熱交換器１０の具体的な構造について説明する。図３に示されるように、熱交換器１０は、プレート部材２０と、冷媒用フィン３０と、冷却水用フィン４０と、第１最外殻プレート５０と、第２最外殻プレート６０とを備えている。これらの部材は、アルミニウム等の金属材料により形成されている。

プレート部材２０は、アウタープレート２１とインナープレート２２とにより構成されている。
アウタープレート２１は、Ｚ軸方向に直交する断面形状が略矩形状に形成された板状の部材からなる。アウタープレート２１の外周縁部には、Ｚ１方向に突出する張出部２１０が形成されている。複数のアウタープレート２１は、それぞれの張出部２１０の先端部がＺ１方向を向くように配置されるとともに、図１に示されるように積層して配置されている。複数のアウタープレート２１のそれぞれの張出部２１０は、互いにろう付けにより接合されている。

図４に示されるように、アウタープレート２１における第１冷媒タンク空間Ｔ１１に相当する位置には、Ｚ軸方向に平行な軸線ｍ１を中心としてＺ２方向に円筒状に突出する突出部２１２が形成されている。突出部２１２の内部空間は、軸線ｍ１に沿ってアウタープレート２１をＺ軸方向に貫通する貫通孔２１１となっている。

インナープレート２２は、Ｚ軸方向に直交する断面形状が略矩形状に形成された板状の部材からなる。図３に示されるように、インナープレート２２は、Ｚ軸方向に隣り合うアウタープレート２１，２１の間の隙間に配置されている。インナープレート２２は、Ｚ軸方向に隣り合うアウタープレート２１，２１にろう付けにより接合されている。図４に示されるように、インナープレート２２は、隣り合うアウタープレート２１，２１の間に形成される空間を、互いに連通されていない独立した冷媒流路Ｗ１と冷却水流路Ｗ２とに区画している。

図４に示されるように、インナープレート２２には、アウタープレート２１の貫通孔２１１に対応する部分に、軸線ｍ１を中心としてＺ１方向に円筒状に突出する突出部２２１が形成されている。突出部２２１には、軸線ｍ１に沿ってアウタープレート２１をＺ軸方向に貫通するバーリング加工孔２２０が形成されている。バーリング加工孔２２０は、熱交換器１０に第１冷媒タンク空間Ｔ１１をバーリング加工する際に形成される。突出部２２１の外周面が、アウタープレート２１の貫通孔２１１の内周面にろう付けにより接合されている。このような接合構造により複数のインナープレート２２の貫通孔２１１がＺ軸方向に連通されることで、第１冷媒タンク空間Ｔ１１が構成されている。すなわち、第１冷媒タンク空間Ｔ１１は、軸線ｍ１に沿って延びるように形成されている。なお、本実施形態の熱交換器１０では、第１冷媒タンク空間Ｔ１１の長さＬが１１０ｍｍ以下に設定されている。

第１冷媒タンク空間Ｔ１１は、インナープレート２２とアウタープレート２１との間に形成された流入口Ｐを通じて複数の冷媒流路Ｗ１に連通されている。アウタープレート２１の突出部２１２とインナープレート２２の突出部２２１との接合構造により第１冷媒タンク空間Ｔ１１と冷却水流路Ｗ２とが仕切られることで、第１冷媒タンク空間Ｔ１１と冷却水流路Ｗ２との連通が遮断されている。すなわち、第１冷媒タンク空間Ｔ１１は、複数の冷媒流路Ｗ１のみに連通されている。

複数のインナープレート２２にそれぞれ形成される突出部２２１のうち、Ｚ軸方向の中間位置よりもＺ２方向にずれた位置に配置される突出部２２１には、Ｚ軸方向に直交する第１冷媒タンク空間Ｔ１１の断面積を部分的に狭くするように絞り部２２２が形成されている。

具体的には、絞り部２２２の形成されていないインナープレート２２のバーリング加工孔２２０では、突出部２２１の先端部にあたる部分で最も狭くなっている。すなわち、Ｚ軸方向に直交するバーリング加工孔２２０の断面積の最小値は、図５に示される「Ｓ１」である。この断面積Ｓ１は、絞り部２２２を除く部分における第１冷媒タンク空間Ｔ１１の断面積の最小値に相当する。これに対し、Ｚ軸方向に直交する絞り部２２２の流通孔２２２ａの断面積Ｓ２は、第１冷媒タンク空間Ｔ１１の断面積の最小値Ｓ１よりも小さい。

なお、第２冷媒タンク空間Ｔ１２、第１冷却水タンク空間Ｔ２１、及び第２冷却水タンク空間Ｔ２２には、絞り部２２２が形成されていない。第２冷媒タンク空間Ｔ１２、第１冷却水タンク空間Ｔ２１、及び第２冷却水タンク空間Ｔ２２は、絞り部２２２が形成されていない点を除けば第１冷媒タンク空間Ｔ１１に類似の構造を有しているため、それらの構造の詳細な説明は割愛する。

図３に示されるように、冷媒用フィン３０は、アウタープレート２１とインナープレート２２との間に形成される複数の冷媒流路Ｗ１にそれぞれ配置されている。冷却水用フィン４０は、アウタープレート２１とインナープレート２２との間に形成される複数の冷却水流路Ｗ２にそれぞれ配置されている。冷媒用フィン３０及び冷却水用フィン４０としては、例えば波状に形成されたコルゲートフィンを用いることができる。冷媒用フィン３０及び冷却水用フィン４０は、伝熱面積を増加させることにより熱交換器１０の熱交換性能を向上させる機能を有している。

図３に示されるように、第１最外殻プレート５０は、Ｚ１方向の最端部に配置されるインナープレート２２にろう付けにより固定されている。第１最外殻プレート５０には、図２に示されるように冷媒流入部８２及び冷却水流出部８３が設けられている。第１最外殻プレート５０は、第２冷媒タンク空間Ｔ１２のＺ１方向の一端部及び第２冷却水タンク空間Ｔ２２のＺ１方向の一端部を閉塞している。図４に示されるように、Ｚ軸方向に直交する冷媒流入部８２の断面積Ｓ３は、第１冷媒タンク空間Ｔ１１の断面積の最小値Ｓ１よりも小さい。

図３に示されるように、第２最外殻プレート６０は、Ｚ２方向の最端部に配置されるアウタープレート２１にろう付けにより固定されている。第２最外殻プレート６０には、図１に示される冷媒流出部８０及び冷却水流入部８１が組み付けられる。第２最外殻プレート６０は、第１冷媒タンク空間Ｔ１１のＺ２方向の一端部及び第１冷却水タンク空間Ｔ２１のＺ１方向の一端部を閉塞している。

次に、本実施形態の熱交換器１０の動作例について説明する。
図４に示されるように、熱交換器１０では、液相及び気相の２相状態からなる冷媒が冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に流入する。液相冷媒が冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に流入する際に流路断面積が拡大する。そのため、液相冷媒は噴流となって第１冷媒タンク空間Ｔ１１に流入する。このとき、図４に矢印Ｆ１で示されるように、噴流となった液相冷媒の一部が絞り部２２２に衝突することにより、一部の液相冷媒の流れが堰き止められる。これにより、絞り部２２２近傍に配置される複数の流入口Ｐのうち、絞り部２２２よりもＺ１方向側に配置される複数の流入部Ｐ１を通じて冷媒流路Ｗ１に液相冷媒が流入する。そのため、流入部Ｐ１から冷媒流路Ｗ１に流入する液相冷媒の流量を増加させることができる。

また、図４に矢印Ｆ２で示されるように、噴流となった液相冷媒の一部は、絞り部２２２の流通孔２２２ａを通過する。この液相冷媒は、慣性よりＺ２方向における第１冷媒タンク空間Ｔ１１の端部に到達して第２最外殻プレート６０に衝突することにより、Ｚ１方向に折り返すように流れる。この折り返すように流れた液相冷媒は、絞り部２２２に到達することにより、その流れが堰き止められる。これにより、絞り部２２２近傍に配置される複数の流入口Ｐのうち、絞り部２２２よりもＺ２方向側に配置される複数の流入部Ｐ２を通じて冷媒流路Ｗ１に液相冷媒が流入する。そのため、流入部Ｐ２から冷媒流路Ｗ１に流入する液相冷媒の流量を増加させることができる。

以上説明した本実施形態のプレート積層型の熱交換器１０によれば、以下の（１）〜（７）に示される作用及び効果を得ることができる。
（１）第１冷媒タンク空間Ｔ１１の中間付近に位置する冷媒流路Ｗ１に流入する液相冷媒の流量を増加させることができるため、第１冷媒タンク空間Ｔ１１の端部付近に位置する冷媒流路Ｗ１に流入する液相冷媒の流量と、第１冷媒タンク空間Ｔ１１の中間付近に位置する冷媒流路Ｗ１に流入する液相冷媒の流量とのバランスを取ることができる。すなわち、第１冷媒タンク空間Ｔ１１から複数の冷媒流路Ｗ１に分配される液相冷媒の流量分布の偏りを抑制できるため、熱交換性能を向上させることができる。

（２）Ｚ軸方向における第１冷媒タンク空間Ｔ１１の長さＬが１１０ｍｍ以下に設定されている。このような構造からなる熱交換器１０では、冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に流入した液相冷媒の一部が第２最外殻プレート６０に衝突し易いため、上記の「発明が解決しようとする課題」で述べたような複数の冷媒流路Ｗ１における流量のばらつきが生じ易い。そのため、本実施形態の熱交換器１０の構造を採用することは有効である。

（３）冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に流入する冷媒の流れ方向が、軸線ｍ１に平行、すなわち第１冷媒タンク空間Ｔ１１の延びる方向に平行である。このような構造からなる熱交換器１０では、冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に流入した液相冷媒の一部が第２最外殻プレート６０に衝突し易いため、上記の「発明が解決しようとする課題」で述べたような複数の冷媒流路Ｗ１における流量のばらつきが生じ易い。そのため、本実施形態の熱交換器１０の構造を採用することは有効である。

（４）Ｚ軸方向に直交する絞り部２２２の断面積Ｓ２は、Ｚ軸方向に直交する第１冷媒タンク空間Ｔ１１の断面積のうち、絞り部２２２を除く部分の断面積の最小値Ｓ１よりも小さい。これにより、冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に流入した液相冷媒の一部が、より確実に絞り部２２２に衝突するようになる。また、第２最外殻プレート６０に衝突することによりＺ１方向に折り返すように流れる液相冷媒も、より確実に絞り部２２２に衝突するようになる。よって、第１冷媒タンク空間Ｔ１１の中間付近に位置する冷媒流路Ｗ１に流入する液相冷媒の流量をより確実に増加させることができるため、複数の冷媒流路Ｗ１に分配される液相冷媒の流量分布の偏りをより的確に抑制することができる。

（５）第１冷媒タンク空間Ｔ１１には、絞り部２２２が一つだけ設けられている。これにより、複数の絞り部２２２を設ける場合と比較すると、製造コストを低減することができる。
（６）絞り部２２２は、プレート部材２０に一体的に形成されている。これにより、部品点数を増加させることなく、第１冷媒タンク空間Ｔ１１に絞り部２２２を設けることができる。

（７）図４に示されるように、第１冷媒タンク空間Ｔ１１及び冷媒流入部８２は同一の軸線ｍ１上に配置されており、Ｚ軸方向に直交する第１冷媒タンク空間Ｔ１１の断面形状の重心の位置と、Ｚ軸方向に直交する冷媒流入部８２の断面形状の重心の位置とが一致している。このような構造からなる熱交換器１０では、冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に流入した液相冷媒の一部が第２最外殻プレート６０に衝突し易いため、上記の「発明が解決しようとする課題」で述べたような複数の冷媒流路Ｗ１における流量のばらつきが生じ易い。そのため、本実施形態の熱交換器１０の構造を採用することは有効である。

（第１変形例）
次に、第１実施形態の熱交換器１０の第１変形例について説明する。
図６に示されるように、本変形例の熱交換器１０では、第１冷媒タンク空間Ｔ１１に複数の絞り部２２２が設けられている。このような構成によれば、第１冷媒タンク空間Ｔ１１の中間付近に位置する冷媒流路Ｗ１に流入する液相冷媒の流量をより確実に増加させることができるため、複数の冷媒流路Ｗ１に分配される液相冷媒の流量分布の偏りをより確実に抑制することができる。

また、第１冷媒タンク空間Ｔ１１に複数の絞り部２２２を設ける場合、各絞り部２２２の流通孔２２２ａの断面積を変化させてもよい。これにより、例えば絞り部２２２の流通孔２２２ａを通過してＺ２方向に流れる冷媒の流量と、絞り部２２２に衝突することでＺ１方向に折り返すように流れる冷媒の流量とのバランスを取ることが可能である。

例えば、図７に示される熱交換器１０では、第１冷媒タンク空間Ｔ１１に、冷媒流入部８２の近くから順に絞り部２２２（１）〜２２２（３）が設けられている。各絞り部２２２（１）〜２２２（３）の流通孔２２２ａの断面積Ｓ２１〜Ｓ２３は「Ｓ２１＞Ｓ２２＞Ｓ２３」の関係を有している。このような構成によれば、冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に流入して絞り部２２２（１）に到達した冷媒の多くが、絞り部２２２（１）に衝突することなく、その流通孔２２２ａを通過して下流側へと流れる。これにより、絞り部２２２（１）よりも下流側に配置される冷媒流路Ｗ１に冷媒を的確に分配させることができる。

また、冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に流入する冷媒の流量が多い場合、冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に冷媒が噴流状に流入する可能性がある。このような場合には、冷媒の噴流の広がりに合わせて、各絞り部２２２（１）〜２２２（３）の流通孔２２２ａの断面積Ｓ２１〜Ｓ２３を「Ｓ２１＜Ｓ２２＜Ｓ２３」の関係となるように設定してもよい。このような構成によれば、冷媒流入部８２から第１冷媒タンク空間Ｔ１１に冷媒が噴流状に流入する場合に各冷媒流路Ｗ１における冷媒の分配性を向上させることができる。

このように、熱交換器１０の構造に合わせて各絞り部２２２（１）〜２２２（３）の流通孔２２２ａの断面積Ｓ２１〜Ｓ２３を適宜変化させれば、各冷媒流路Ｗ１における冷媒の分配性を向上させることができるため、結果として熱交換器１０の熱交換性能を向上させることができる。

（第２変形例）
次に、第１実施形態の熱交換器１０の第２変形例について説明する。
図８に示されるように、本変形例の熱交換器１０は、アウタープレート２１における第１冷媒タンク空間Ｔ１１に相当する部分に、Ｚ軸方向に対して直交する方向に突出する突出部２１３が形成されている。同様に、インナープレート２２における第１冷媒タンク空間Ｔ１１に相当する部分には、Ｚ軸方向に対して直交する方向に突出する突出部２２３が形成されている。アウタープレート２１の突出部２１３におけるＺ１方向の面２１３ａは、インナープレート２２の突出部２２３におけるＺ２方向の面２２３ａに対向している。これらのアウタープレート２１の合わせ面２１３ａ、及びインナープレート２２の合わせ面２２３ａは、ろう付けにより接合されている。アウタープレート２１の合わせ面２１３ａ、及びインナープレート２２の合わせ面２２３ａをそれぞれ貫通するように形成される貫通孔２１４，２２４により第１冷媒タンク空間Ｔ１１が構成されている。

複数のインナープレート２２のうち、少なくとも一つのインナープレート２２には、Ｚ軸方向に直交する第１冷媒タンク空間Ｔ１１の断面積を部分的に狭くするように絞り部２２５が形成されている。
具体的には、Ｚ軸方向に直交する第１冷媒タンク空間Ｔ１１の断面積のうち、絞り部２２５を除く部分では、各プレート２１，２２の突出部２１３，２２３の先端部にあたる部分が最も狭くなっている。すなわち、Ｚ方向に直交する第１冷媒タンク空間Ｔ１１の断面積のうち、絞り部２２５を除く部分の断面積の最小値は、図８に示される「Ｓ１」である。これに対し、Ｚ軸方向に直交する絞り部２２５の孔２２５ａの断面積Ｓ２は、第１冷媒タンク空間Ｔ１１の断面積の最小値Ｓ１よりも小さい。

このような構成であっても、第１実施形態の熱交換器１０と同一又は類似の作用及び効果を得ることが可能である。
なお、本変形例の熱交換器１０では、インナープレート２２の突出部２２３に絞り部２２５を形成する構成について例示したが、絞り部２２５はアウタープレート２１の突出部２１３に形成されていても良い。また、絞り部２２５は、アウタープレート２１の突出部２１３及びインナープレート２２の突出部２２３の両方に形成されていてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、熱交換器１０の第２実施形態について説明する。
発明者らは、絞り部が設けられていない従来の熱交換器では、冷媒タンク空間の中央部付近に配置される冷媒流路を流れる冷媒の流量が他の部分と比較して少なくなり易いことを実験やシミュレーション等を通じて確認している。この実験やシミュレーション等の結果から、各冷媒流路における冷媒の分配性を考慮すると、冷媒タンク空間の中央部付近に絞り部を配置することが好ましい。以下、絞り部の好ましい配置に関して具体的に説明する。

発明者らは、図９に示される、絞り部が設けられていない熱交換器のモデルにおいて、冷媒流入部８２から冷媒を流入させた際に、隣り合う冷媒流路Ｗ１，Ｗ１の間に設けられる冷却水流路を流れる冷却水の冷却度合いを計測した。その計測結果は、図９に示される棒グラフの通りである。棒グラフの横軸は、冷媒流入部８２に最も近い冷却水流路から順に付された冷却水流路の段数を示している。具体的には、冷媒流入部８２に最も近い冷却水流路から順に「１」〜「１４」までの数字が段数として付されている。棒グラフの縦軸は、各冷却水流路における冷却水の冷却度合いの平均値を「１」としたとき、その平均値に対する各冷却水流路における冷却度合いの比を示したものである。例えば冷却比が「１」を超えている冷却水流路は、平均よりも冷却水が冷え易い冷却水流路であることを意味する。逆に、冷却比が「１」未満の冷却水流路は、平均よりも冷却水が冷え難い冷却水流路であることを意味する。

図９のグラフに示されるように、段数「６」〜「１３」の冷却水流路では、冷却比が「１」未満となっている。冷却比が「１」未満の冷却水流路では、隣接している冷媒流路Ｗ１を流れる冷媒の流量が少ないために、平均よりも冷却水が冷え難くなっていることが想定される。例えば段数「１０」の冷却水流路では、それに隣接する冷媒流路Ｗ１ｄ，Ｗ１ｅを流れる冷媒の流量が少ないと考えられる。このような冷媒流路における冷媒の流量を多くすることができれば、熱交換器１０における冷媒の分配性を効率的に向上させることが可能である。具体的には、段数「６」〜「１３」の冷却水流路に対応する冷媒流路Ｗ１ａ〜Ｗ１ｇの冷媒の流量を増やすことが冷媒の分配性を向上させる上で有効であると考えられる。

図１０は、一例として、段数「１０」の冷却水流路に対応する位置に絞り部２２２を設けた場合の各冷却水流路の冷却比を示したものである。図１０に示されるように、絞り部２２２を設けた場合には、段数「１０」の冷却水流路に隣接する冷媒流路Ｗ１ｄ，Ｗ１ｅの冷媒の流量だけでなく、それ以外の冷媒流路Ｗ１ａ〜Ｗ１ｃ，Ｗ１ｆ，Ｗ１ｇの冷媒の流量も増加することが確認できている。

以上の実験及びシミュレーション等の結果を基に、発明者らは、図９に示されるように、プレート積層方向Ｚにおける冷媒タンク空間Ｔ１１の長さを「Ｌ」とし、プレート積層方向Ｚにおける冷媒タンク空間Ｔ１１の冷媒流入部８２からの位置を「ｘ」とするとき、次式ｆ１を満たす位置に絞り部２２２を形成すれば、熱交換器１０における冷媒の分配性を向上させることが可能であるとの知見を得ている。

０．３７×Ｌ≦ｘ≦０．８５×Ｌ （ｆ１）
以上説明した本実施形態のプレート積層型の熱交換器１０によれば、以下の（８）に示される作用及び効果を得ることができる。
（８）熱交換器１０には、上記の式ｆ１を満たすように絞り部２２２が配置されている。このような構成によれば、各冷媒流路Ｗ１における冷媒の分配性を向上させることができるため、結果的に熱交換器１０の熱交換性能を更に向上させることが可能である。

＜他の実施形態＞
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・絞り部２２２は、プレート部材２０とは別体の部品により構成されていてもよい。例えば図１１に示されるように、プレート部材２０とは別体の部材２３に絞り部２２２を形成するとともに、この部材２３をバーリング加工孔２２０の内面にろう付け等により接合してもよい。

・熱交換器１０の上面に、冷媒流出部８０、冷却水流入部８１、冷媒流入部８２、及び冷却水流出部８３の全てが設けられていてもよい。あるいは、熱交換器１０の底面に、冷媒流出部８０、冷却水流入部８１、冷媒流入部８２、及び冷却水流出部８３の全てが設けられていてもよい。

・熱交換器１０において熱交換に用いられる２種類の流体は、蓄電池を冷却するための冷却水、及び冷却水を冷却するための冷媒に限らず、高温の水及び低温の冷媒等、任意の２種類の流体を用いることが可能である。
・各実施形態の熱交換器１０は、任意の熱交換システムに用いることが可能である。例えば、各実施形態の熱交換器１０は、ヒートポンプシステムにおいて、電池やモータジェネレータ、インバータ、基板等を冷却するための冷却水を、冷却水と比較して低温の冷媒を用いて冷却する熱交換器として用いることが可能である。熱交換器が用いられるヒートポンプシステムは、熱交換器で回収された電池等の排熱を水冷コンデンサやヒータコアを通じて車室内の暖房に用いるシステムであっても良いし、上記の排熱を室外機から外気に放熱するシステムであってもよい。

・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

ＨＵ：熱交換部
Ｔ１１：第１冷媒タンク空間
Ｗ１：冷媒流路（第１流路）
Ｗ２：冷却水流路（第２流路）
１０：熱交換器
２０：プレート部材
８２：冷媒流入部
２２０：バーリング加工孔
２２２，２２５：絞り部
２１３ａ，２２３ａ：合わせ面

Claims (11)

1. 隙間を有して積層配置される複数のプレート部材（２０）により構成される熱交換部（ＨＵ）を有するとともに、複数の前記プレート部材の間に冷媒の流れる複数の第１流路（Ｗ１）、及び所定の流体の流れる複数の第２流路（Ｗ２）が形成され、前記第１流路及び前記第２流路をそれぞれ流れる前記冷媒と前記所定の流体との間で熱交換が行われるプレート積層型の熱交換器（１０）であって、
   複数の前記プレート部材が積層配置されている方向をプレート積層方向とするとき、
   前記熱交換部は、
   前記プレート積層方向に延びるように形成され、複数の前記第１流路に連通されるとともに、流入部（８２）から流入する気相及び液相の２相状態からなる前記冷媒を複数の前記第１流路に分配するタンク空間（Ｔ１１）と、
   前記プレート積層方向に直交する方向における前記タンク空間の断面積を部分的に小さくする絞り部（２２２，２２５）と、を有する
   プレート積層型の熱交換器。
2. 前記プレート積層方向における前記タンク空間の長さが、１１０ｍｍ以下に設定されている
   請求項１に記載のプレート積層型の熱交換器。
3. 前記流入部から前記タンク空間に流入する前記冷媒の流れ方向が、前記タンク空間の延びる方向に平行である
   請求項１又は２に記載のプレート積層型の熱交換器。
4. 複数の前記プレート部材には、前記プレート積層方向に貫通するようにバーリング加工孔（２２０）がそれぞれ形成されるとともに、
   前記タンク空間は、複数の前記プレート部材のそれぞれの前記バーリング加工孔を連通させることにより構成され、
   前記プレート積層方向に直交する前記絞り部の断面積は、前記プレート積層方向に直交する前記タンク空間の断面積のうち、前記絞り部を除く部分の断面積の最小値よりも小さい
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のプレート積層型の熱交換器。
5. 前記タンク空間は、隣り合う前記プレート部材の合わせ面（２１３ａ，２２３ａ）を貫通するように形成される貫通孔により構成され、
   前記プレート積層方向に直交する前記絞り部の断面積は、前記プレート積層方向に直交する前記タンク空間の断面積のうち、前記絞り部を除く部分の断面積の最小値よりも小さい
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のプレート積層型の熱交換器。
6. 前記絞り部は、前記タンク空間に一つだけ設けられている
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のプレート積層型の熱交換器。
7. 前記絞り部は、前記タンク空間に複数設けられている
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のプレート積層型の熱交換器。
8. 前記絞り部は、前記プレート部材に一体的に形成されている
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のプレート積層型の熱交換器。
9. 前記プレート積層方向に直交する前記タンク空間の断面形状の重心の位置と、前記プレート積層方向に直交する前記流入部の断面形状の重心の位置とが一致している
   請求項１〜８のいずれか一項に記載のプレート積層型の熱交換器。
10. 前記所定の流体として、前記冷媒よりも温度の高い流体が用いられている
    請求項１〜９のいずれか一項に記載のプレート積層型の熱交換器。
11. 前記プレート積層方向における前記タンク空間の長さをＬとし、前記プレート積層方向における前記タンク空間の前記流入部からの位置をｘとするとき、次式
    ０．３７×Ｌ≦ｘ≦０．８５×Ｌ
    を満たす位置ｘに前記絞り部が配置されている
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の熱交換器。

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