JP2020012593A - 熱交換装置 - Google Patents

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Toru Sakimichi
哲 崎道
杉戸 肇
Hajime Sugito
肇 杉戸
道泰 山本
Michiyasu Yamamoto
道泰 山本
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Abstract

【課題】小型で熱交換性能の高い熱交換装置を提供する。【解決手段】熱交換装置は、内部に熱媒体が流れる熱交換部と、熱交換部と連通しているタンク部31と、タンク部31内を第1タンク部31aと第2タンク部31bとに分割している隔壁35とを備えている。熱交換装置は、タンク部31に形成された連通口32を介して第1タンク部31a及び第2タンク部31bと連通し、第1タンク部31aを流れる熱媒体の流速と第2タンク部31bを流れる熱媒体の流速とを調整する流速調整装置50とを備えている。流速調整装置50は、回転軸を中心に回転することでタンク部31に流れる熱媒体の流路を交互に開閉する開閉弁51と、タンク部に取り付けられた状態において、開閉弁51と連通口32とをタンク部31の外側から覆うカバー部材41とを備えている。このため、小型で熱交換性能の高い熱交換装置を得ることができる。【選択図】図2

Description

この明細書における開示は、熱交換装置に関する。
従来、熱交換器の伝熱チューブを流れる熱媒体を脈動流とすることで、定常流よりも伝熱チューブを介しての熱伝達率が向上するが、定常流よりも圧力損失が大きくなることが知られている。また、ある条件では、熱媒体の流れを脈動流とすることで定常流よりも圧力損失が低減して熱伝達率が向上することも知られている。
熱媒体の流れを脈動流とするための技術として、同一多負荷接続配管系にある熱交換器に対して、各枝管に接続されている流量調整弁を用いる技術が知られている。この技術においては、流量調整弁の開度制御によって配管を流れる流体の流量を周期的に変動させ、流体と管壁との間の摩擦抵抗を低減することでポンプの動力を低減させている。(特許文献1)。
従来技術として挙げられた先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
特開2015−40662号公報
従来技術の構成では、すべての熱交換器に定常流や脈動流を通水するために、複数の流量調整弁が必要である。すなわち、2つの熱交換器に脈動流を通水する場合には、それぞれの熱交換器に対応するように2つの流量調整弁が必要である。あるいは、2つの熱交換器に脈動流を通水する場合には、三方弁と熱交換器とを接続する供給枝管が必要であって、熱源液体の供給システムのサイズが大型になりやすかった。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、熱交換装置にはさらなる改良が求められている。
開示される1つの目的は、小型で熱交換性能の高い熱交換装置を提供することにある。
ここに開示された熱交換装置は、内部に熱媒体が流れる熱交換部(37)と、熱交換部と連通しているタンク部(31)と、タンク部内を第1タンク部(31a)と第2タンク部(31b)とに分割している隔壁(35)と、タンク部に形成されている連通口(32、332)を介して第1タンク部及び第2タンク部と連通するとともに、第1タンク部を流れる熱媒体の流速と第2タンク部を流れる熱媒体の流速とを調整する流速調整装置(50)とを備え、流速調整装置は、回転軸を中心に回転することでタンク部を流れる熱媒体の流路を交互に開閉する開閉弁(51)と、タンク部に取り付けられた状態において、開閉弁と連通口とをタンク部の外側から覆うカバー部材(41)とを備えている。
開示された熱交換装置によると、第1タンク部を流れる熱媒体の流速と第2タンク部を流れる熱媒体の流速とを調整する流速調整装置において、タンク部に取り付けられた状態で開閉弁と連通口とをタンク部の外側から覆うカバー部材が設けられている。このため、流速調整装置で熱媒体の流速を周期的に調整することで脈動流などの流れを生成した場合に、生成した流れを長い配管を介してタンク部まで供給する場合に比べて、分岐して流れる経路を短くできる。よって、脈動流を利用した高熱交換効率の熱交換装置を提供するとともに、熱交換装置としてのサイズを小型化しやすい。言い換えると、小型で熱交換性能の高い熱交換装置を提供できる。
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
熱交換装置の正面図である。 タンク部と流速調整装置とを示す分解図である。 開閉弁を示す分解図である。 開閉弁を示す斜視図である。 第1タンク部の閉状態におけるタンク部と流速調整装置を示す断面図である。 第2タンク部の閉状態におけるタンク部と流速調整装置を示す断面図である。 第2実施形態の流速調整装置を示す分解図である。 第3実施形態のタンク部を示す斜視図である。
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分および/または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および/または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
第1実施形態
熱交換装置1は、車両に搭載されて車両の発熱部品を冷却する冷却装置として用いることができる。例えば電気自動車やハイブリッド自動車などにおいては、熱交換装置1の内部に冷却水を循環させて、発熱部品を冷却する低温ラジエータなどに用いることができる。発熱部品の冷却方法は、熱交換装置1で冷却した空気などの外部流体を発熱部品に対して供給することで冷却を行う間接冷却と、温度の低下した熱交換装置1を発熱部品に直接接触させて冷却を行う直接冷却とのどちらの冷却方式も採用可能である。
発熱部品としては、例えば電池パック、駆動モータ、インバータ、パワーコントロールユニットなどがあげられる。特に、発熱部品が電池パックである場合には、熱交換装置1により電池パックの効率的な冷却を行うことで、電池パックの温度上昇による電池の劣化を低減できる。言い換えると、電池の劣化を抑制して、電池パックの性能を長期間にわたって安定して発揮させることができる。あるいは、熱交換装置1に温度の高い熱媒体を循環させることより電池パックの効率的な加熱を行うことで、電池の使用可能な下限温度を下回ってしまうことを抑制できる。言い換えると、電池パックを適切な温度範囲内で使用可能である。
また、エンジン駆動の車両においては、熱交換装置1の内部にエンジン冷却水を循環させて、エンジンなどの発熱部品を冷却することができる。あるいは、エンジンで加熱されたエンジン冷却水と空気とを熱交換して車内に温風を送る車両用空調装置などにも用いることができる。ただし、熱交換装置1は、車両に搭載される用途以外にも、家庭用の空調装置やサーバの冷却装置などの熱交換を行う装置に対して広く適用可能である。冷却水やエンジン冷却水は、熱媒体を提供する。
図1において、熱交換装置1は、熱交換器30と流速調整装置50とを備えている。熱交換器30は、内部を流れる熱媒体と外部を流れる外部流体との熱交換を行う装置である。流速調整装置50は、熱交換装置1の内部を流れる熱媒体の流速を調整する流速調整機能と、熱媒体の流れる経路を切り替える流路切り替え機能とを有している。
熱交換器30は、ヘッダタンク部31と熱交換部37とレシーバタンク部39とを備えている。熱交換器30としては、マルチフロー型と呼ばれるタイプであって、熱交換部37においては、複数の配管がヘッダタンク部31とレシーバタンク部39とをつなぐように平行に並べられている。熱交換部37は、冷却水の経路である配管の流路面積が小さく平たい扁平管と、扁平管同士の間に配された波形のコルゲートフィンとによって形成されている。熱交換部37は、コア部とも呼ばれる。ヘッダタンク部31と熱交換部37とは連通しており、熱交換部37とレシーバタンク部39とについても連通している。すなわち、熱媒体は、ヘッダタンク部31と熱交換部37とレシーバタンク部39とを流通可能である。
ヘッダタンク部31の外表面の略中央には、流速調整装置50が配置されている。流速調整装置50は、ヘッダタンク部31に隣接した状態で、ヘッダタンク部31に直接取り付けられている。流速調整装置50は、カバー部材41を備えている。カバー部材41は、熱媒体が流入可能な入口管として機能する円筒部を備えている。ただし、入口管は、熱媒体が熱交換装置1内部を逆向きに流れる場合には、出口管として機能することになる。すなわち、円筒部は入口管と出口管との機能を備えた出入口管である。レシーバタンク部39の外表面の略中央には、熱媒体が流出可能な出口として機能する円形の開口が形成されている。
ヘッダタンク部31は、熱交換部37に対する熱媒体の入口として機能する。レシーバタンク部39は、熱交換部37に対する熱媒体の出口として機能する。すなわち、ヘッダタンク部31では、ヘッダタンク部31に流入した熱媒体が熱交換部37をなす複数の配管に分配される。レシーバタンク部39では、熱交換部37をなす複数の配管から流出した熱媒体を集めて熱交換器30の外部へと流出させる。
熱媒体は、熱交換部37を流れる過程で外部流体と熱交換を行う。例えば、熱交換器30を冷凍サイクル装置における蒸発器として用いる場合には、熱媒体である冷媒が外部流体である周囲の空気と熱交換を行って、周囲の空気から熱を奪う。これにより、液体の冷媒が蒸発するとともに、空気が冷却されて発熱部品を冷却するための冷風を作り出すことができる。
熱交換部37は、ヘッダタンク部31及び流速調整装置50の作用により、熱媒体の流れ方の異なる第1熱交換部37aと第2熱交換部37bとの2つの領域に分割されている。第1熱交換部37aは、熱交換部37における上半分の領域である。一方、第2熱交換部37bは、熱交換部37における下半分の領域である。ただし、第1熱交換部37aと第2熱交換部37bとの位置関係は、上下方向に限られない。例えば、熱交換部37をなす扁平管の長手方向を重力方向に沿わせた場合に、熱交換部37を左右方向に分割するなどしてもよい。また、熱交換器30を斜めに配置した場合に、熱交換部37を斜め方向に分割するなどしてもよい。第1熱交換部37aと第2熱交換部37bとは、互いに等しい大きさでなくてもよい。すなわち、第1熱交換部37aを第2熱交換部37bよりも大きな領域としてもよく、その逆としてもよい。
図2において、ヘッダタンク部31の内部には、隔壁35が設けられている。隔壁35は板状の部材であって、ヘッダタンク部31の内側から連続してヘッダタンク部31と一体に設けられている。隔壁35は、ヘッダタンク部31の内部を第1タンク部31aと第2タンク部31bとに分割している。隔壁35は、第1タンク部31aの大きさと第2タンク部31bの大きさとが略等しくなるようにヘッダタンク部31を上下に二分割している。第1タンク部31aと第2タンク部31bとは、隔壁35によって仕切られており、第1タンク部31aと第2タンク部31bとの間での熱媒体の流通が制限されている。
ヘッダタンク部31には、ヘッダタンク部31の内部と外部とを連通している連通口32が形成されている。連通口32は、円形の開口である。連通口32は、第1タンク部31aにおいて内部と外部とを連通している第1連通口32aと、第2タンク部31bにおいて内部と外部とを連通している第2連通口32bとを備えている。
ヘッダタンク部31の外表面には、流速調整装置50を取り付けるための取り付け用ボス33が2箇所に設けられている。取り付け用ボス33は、有底円筒状であって、円筒の内面にらせん状のネジ溝が形成されている。取り付け用ボス33は、第1連通口32aと第2連通口32bとが並ぶ直線上に設けられており、2つの取り付け用ボス33の間に第1連通口32aと第2連通口32bとが位置している。
流速調整装置50は、開閉弁51と、この開閉弁51を覆うカバー部材41とを備えている。流速調整装置50がヘッダタンク部31に適正に装着された状態において、開閉弁51は、第1連通口32aと第2連通口32bとの間に位置することとなる。言い換えると、開閉弁51の回転軸は、第1連通口32aの中心部と第2連通口32bの中心部との中間を通過することとなる。開閉弁51の詳細構造については、後述する。開閉弁51とヘッダタンク部31とはワッシャを介して接触することとなる。
カバー部材41は、内部に開閉弁51を収納して適正に固定するための部材である。流速調整装置50がヘッダタンク部31に適正に装着された状態において、開閉弁51は、カバー部材41とヘッダタンク部31とによって囲まれる内部空間に収納され、外部から接触不可能な状態となる。
カバー部材41は、樹脂製である。ただし、カバー部材41をアルミなどの金属で形成してもよく、樹脂製の部品と金属製の部品とを組み合わせてカバー部材41を構成するようにしてもよい。カバー部材41は、円筒状の入口管を備えている。この入口管の内部には、開閉弁51の回転軸部59を入口管の中心軸と同軸となる位置で保持するための軸保持部が形成されている。カバー部材41は、略半球状に外方に膨出するカバー流路42を備えている。カバー流路42は、入口管を挟んで互いに対向するように2箇所に設けられている。カバー部材41は、取り付け用ネジ43が挿入される円形の取り付け用開口を備えている。取り付け用ボス33に対しては、カバー部材41の取り付け用開口を貫通した状態の取り付け用ネジ43が挿入されることとなる。
流速調整装置50がヘッダタンク部31に適正に装着された状態において、カバー部材41のフランジ部とヘッダタンク部31との間には、シール部材49が位置することとなる。シール部材49は、カバー部材41のフランジ形状に沿った楕円形であって、第1連通口32aと第2連通口32bとの2つの連通口32を楕円形で囲まれる範囲内に収めることのできる大きさである。シール部材49は、例えばゴムなどの弾性部材からなるパッキンである。シール部材49は、ヘッダタンク部31とカバー部材41との隙間から熱媒体が漏出することを防ぐための部材である。
開閉弁51の詳細構造について、以下に説明する。図3において、開閉弁51は、開閉弁51を回転駆動する回転駆動部54と、カバー流路42を開く弁開口56と、カバー流路42を閉じる弁体57と、開閉弁51の回転軸をなす回転軸部59とを備えている。開閉弁51は、弁体57が回転軸部59の周方向に回転することで、熱媒体の経路を開閉する弁装置である。弁体57は、回転軸部59からの径方向の距離が等しくなるように周方向に湾曲した板状の部材である。弁体57は、円盤状の部材の端部に設けられている。弁体57が設けられている同一円周上であって、弁体57が設けられていない部分は、弁開口56として機能する。弁体57は、カバー流路42の入口開口における周方向の長さよりも大きく、第1流路42aから第2流路42bまでの周方向の長さよりも小さい。よって、弁体57は、ある角度ではカバー流路42の入口と重なるとともに、別の角度では第1流路42aと第2流路42bとのどちらにも重ならない大きさである。弁開口56として機能する部分は、弁体57として機能する部分よりも大きい。
回転駆動部54は、熱媒体の流れる方向に対して角度をつけた4枚の羽根車で構成されている。言い換えると、回転駆動部54は、回転軸を中心として板部材をらせん状に形成した形状の回転体である。言い換えると、回転駆動部54は、水車構造である。
回転軸部59は、円柱形状の金属製部材である。回転軸部59は、弁体57の回転軸と回転駆動部54の回転軸とをなしている。すなわち、弁体57の回転軸と回転駆動部54の回転軸とは、同軸である。開閉弁51は、回転軸部59に沿って延びる筒状部を備え、弁体57を有する側の部材と回転駆動部54を有する側の部材とのそれぞれが、筒状部に半円形状の鍵部を備えている。
図4において、弁体57を備えている部材と回転駆動部54を備えている部材とは、筒状部に設けられた半円形状の鍵部で互いにかみ合うことで回転駆動部54の回転駆動力が弁体57を備えている部材に伝達される。すなわち、回転駆動部54と弁体57とが一体に回転することとなる。開閉弁51における筒状部の内周面と回転軸部59の外周面とは接触している。
回転駆動部54は、開閉弁51を流れる熱媒体の流れの力である流体エネルギーを受けて回転駆動部54と連動している弁体57を回転駆動させる。すなわち、熱媒体が速く流れる場合は、回転駆動部54が速く回転することとなり、回転駆動部54と一体の弁体57も速く回転する。一方、熱媒体が遅く流れる場合は、回転駆動部54が遅く回転することとなり、回転駆動部54と一体の弁体57も遅く回転する。
回転駆動部54の板部材の角度を流れ方向に対して大きく傾斜させることで、流れの力を大きく受けることになり、弁体57は速く回転する。また、回転駆動部54の板部材を流れ方向に沿って長く設けることで、より多くの熱媒体と接触して流れの力を受けることになり、弁体57は安定して速く回転する。したがって、弁体57を有する開閉弁51の回転する速さは、回転駆動部54の板部材の形成の仕方によって制御可能である。脈動流の周波数が、2Hz程度になるように回転駆動部54を調整することが好ましい。
図5において、取り付け用ボス33と取り付け用ネジ43とは、カバー部材41をヘッダタンク部31に対して取り付けている。言い換えると、カバー部材41は、取り付け用ネジ43を用いてヘッダタンク部31に締結固定されている。
取り付け用ネジ43の軸方向は、回転軸部59の軸方向に沿った方向である。取り付け用ネジ43がヘッダタンク部31に近づく方向に押し込まれることで、カバー部材41はヘッダタンク部31の適切な位置に固定されることとなる。カバー部材41が適切な位置に固定されることで、カバー部材41の内部に収納されている開閉弁51の回転軸部59についてもヘッダタンク部31とカバー部材41とに対して適切な位置に配置される。すなわち、回転軸部59がヘッダタンク部31の表面から浮いてしまうことを防止している。すなわち、回転軸部59が適切な位置及び角度からずれてしまい、開閉弁51が適正な回転を行えなくなることを防止している。
ヘッダタンク部31へのカバー部材41の取り付け方法は、取り付け用ネジ43を用いた締結固定に限られない。例えば取り付け用クリップを用いてヘッダタンク部31とカバー部材41とを部分的に挟み込んで、取り付けるようにしてもよい。あるいは、異なる種類の取り付け方法を併用するなどしてもよい。
ヘッダタンク部31とカバー部材41との間であって、円形の連通口32よりも外側には、シール部材49が設けられている。ヘッダタンク部31の外表面とカバー部材41とは、シール部材49を介して接触している。シール部材49は、ヘッダタンク部31と密着しているとともに、カバー部材41とも密着している。すなわち、シール部材49は、ヘッダタンク部31とカバー部材41との間の隙間を埋めて、水密な状態を維持している。
図5において、開閉弁51は、第1タンク部31aに流れる熱媒体の経路を閉じて、第2タンク部31bに流れる熱媒体の経路を開いている。すなわち、第1流路42aの閉状態である。第1流路42aの閉状態においては、弁体57は、第1タンク部31aに通じている第1流路42aの入口と重なっている。一方、弁開口56は、第2タンク部31bに通じている第2流路42bの入口と重なっている。
第1流路42aの閉状態において、熱媒体は、カバー部材41の入口管から流入して、回転駆動部54を通過する。回転駆動部54を通過した熱媒体は、弁体57によって塞がれている第1流路42aには流入せず、第2流路42bに流入して第2タンク部31bの内部を広がる。ただし、第1流路42aの熱媒体の流入を完全には停止させず、第1流路42aにも一部の熱媒体が流入する構成としてもよい。
図6において、開閉弁51は、第2タンク部31bに流れる熱媒体の経路を閉じて、第1タンク部31aに流れる熱媒体の経路を開いている。すなわち、第2流路42bの閉状態である。第2流路42bの閉状態においては、弁体57は、第2タンク部31bに通じている第2流路42bの入口と重なっている。一方、弁開口56は、第1タンク部31aに通じている第1流路42aの入口と重なっている。
第2流路42bの閉状態において、熱媒体は、カバー部材41の入口管から流入して、回転駆動部54を通過する。回転駆動部54を通過した熱媒体は、弁体57によって塞がれている第2流路42bには流入せず、第1流路42aに流入して第1タンク部31aの内部を広がる。ただし、第2流路42bの熱媒体の流入を完全には停止させず、第2流路42bにも一部の熱媒体が流入する構成としてもよい。
開閉弁51は、第1流路42aの閉状態と第2流路42bの閉状態以外にも、一連の回転駆動において様々な状態を含んでいる。具体的には、第1流路42aと第2流路42bとを同時に開状態にする状態を含んでいる。また、第1流路42aや第2流路42bを完全に覆うのではなく部分的に覆うことで、開状態よりは流量が少なく、閉状態よりは流量が多い状態とする絞り状態を含んでいる。開閉弁51において、閉状態から開状態に移行する際は絞り状態を経由することとなる。同様に、開状態から閉状態に移行する際についても、絞り状態を経由することとなる。
開閉弁51が熱交換部37における熱媒体の流れに与える影響について以下に説明する。第1流路42aが閉状態から開状態に変化することで第1タンク部31aに流れる熱媒体の量が増加する。これによって、第1熱交換部37aには第1タンク部31aから熱媒体が流入しやすい状態となるため、第1熱交換部37aを流れる熱媒体の流速が増加する。この時、第2流路42bは、開状態から閉状態に変化することで第2タンク部31bに流れる熱媒体の量が減少する。これによって、第2熱交換部37bには第2タンク部31bから熱媒体が流入しにくい状態となるため、第2熱交換部37bを流れる熱媒体の流速が減少する。
その後、第1流路42aが開状態から閉状態に変化することで第1タンク部31aに流れる熱媒体の量が減少する。これによって、第1熱交換部37aには第1タンク部31aから熱媒体が流入しにくい状態となるため、第1熱交換部37aを流れる熱媒体の流速が減少する。この時、第2流路42bは、閉状態から開状態に変化することで第2タンク部31bに流れる熱媒体の量が増加する。これによって、第2熱交換部37bには第2タンク部31bから熱媒体が流入しやすい状態となるため、第2熱交換部37bを流れる熱媒体の流速が増加する。
上述の通り、開閉弁51が絞り状態を経由しながら開状態と閉状態とを周期的に繰り返すことで、第1熱交換部37aと第2熱交換部37bとを流れる熱媒体の流速は、カバー流路42の開閉に合わせて交互に増減を周期的に繰り返すように調整される。言い換えると、開閉弁51を有する流速調整装置50は、流速が一定な定常流ではなく、流速が周期的に変化する脈動流として熱媒体を流す装置として機能する。熱媒体は、熱交換部37を脈動流の状態で流れた後、レシーバタンク部39において、位相の半周期ずれた脈動流同士が合流することで、定常流に近い状態でレシーバタンク部39以降の経路を流れることとなる。
熱交換において熱媒体を脈動流の状態で流すことの作用について以下に説明する。脈動流の状態で熱交換部37の内部に流れ込んだ熱媒体は、配管の内部を層流ではなく乱流となって流れやすい。すなわち、規則正しく流線上を運動する流れである層流ではなく、時間的空間的に不規則に運動する流れである乱流となって流れやすい。乱流のように、流れの乱れが大きくなると、配管と熱交換した熱媒体は配管から遠ざかるように運動し、配管と熱交換していない熱媒体は配管に近づくように運動しやすいため熱伝達が促進される。言い換えると、配管を流れる熱媒体の熱分布が配管からの距離によらず一様になりやすいため、熱伝達効率が向上する。したがって、熱交換部37での熱交換効率を向上させることができる。
第1流路42aが閉状態である場合には、第2流路42bが開状態である。一方、第2流路42bが閉状態である場合には、第1流路42aが開状態である。すなわち、第1流路42aと第2流路42bとが同時に閉状態となることがない。したがって、第1熱交換部37aまたは第2熱交換部37bの少なくともどちらか一方には、熱媒体が流れている状態となる。このため、ポンプなどの熱媒体輸送装置から送られた熱媒体がどこにも流れることができずに、熱交換装置1の内部が局所的に異常な高圧となることを抑制できる。したがって、熱交換装置1の熱交換性能を正常に発揮させやすい。
上述した実施形態によると、流速調整装置50において、ヘッダタンク部31に取り付けられた状態で開閉弁51と連通口32とをヘッダタンク部31の外側から覆うカバー部材41が設けられている。言い換えると、流速調整装置50は、ヘッダタンク部31に隣接して設けられている。このため、流速調整装置50で生成した脈動流を長い配管を介してヘッダタンク部31まで供給する場合に比べて、脈動流の状態で第1流路42aと第2流路42bとに分岐して流れる経路を短くできる。したがって、脈動流を利用した熱交換効率の高い熱交換装置1のサイズを小型化しやすい。また、圧力損失の大きな乱流の状態で熱媒体が流れる距離を短くして、熱交換装置1の全体としての圧力損失を低減できる。よって、ポンプなどの熱媒体輸送装置で消費するエネルギーを低減できる。
第1タンク部31aと第2タンク部31bとのそれぞれに独立した連通口32として、第1連通口32aと第2連通口32bとが互いに離間して形成されている。このため、第1タンク部31aや第2タンク部31bに熱媒体を流入する量を個別に調整しやすい。したがって、第1タンク部31aに流入させるべき熱媒体の一部を誤って第2タンク部31bに流入させてしまうといった事態を抑制しやすい。よって、熱交換装置1としての熱交換性能を安定して発揮させやすい。
開閉弁51の回転軸部59は、ヘッダタンク部31における第1連通口32aと第2連通口32bとの間に位置する部分と接触している。すなわち、開閉弁51は、第1連通口32aと第2連通口32bとの間に位置している。このため、第1連通口32aと第2連通口32bとの2つの連通口32を覆うようにカバー部材41を設けることで、第1連通口32aと第2連通口32bとの間に位置している開閉弁51を含めて覆うことができる。したがって、連通口32と開閉弁51とを覆うカバー部材41の大きさを小さくしやすい。すなわち、カバー部材41を小型化して、熱交換装置1のサイズを小さくしやすい。
流速調整装置50は、流路を流れる熱媒体の流れから力を受けて開閉弁51を回転駆動する回転駆動部54を備えている。このため、開閉弁51を回転駆動するためのモータなどを設ける必要がない。また、開閉弁51を制御部などによって駆動制御する必要がないため、制御用の回路や配線を省略できる。したがって、熱交換装置1を小型化しやすい。
ヘッダタンク部31にカバー部材41を着脱可能に取り付けている。このため、流速調整装置50に異常があった場合に、ヘッダタンク部31からカバー部材41を取り外して修理や交換ができる。したがって、熱交換装置1全体を交換する必要がないため、修理や交換に要するコストを低減できる。また、流速調整装置50の開閉弁51を交換することで、回転駆動部54で受ける流れの力の大きさを変更できる。したがって、熱交換器30の用途や使用環境に応じて脈動流の周波数を適切に調整しやすい。
取り付け用ネジ43の軸方向は、開閉弁51の回転軸の軸方向に沿っている。このため、開閉弁51に対してカバー部材41を取り付けると同時に回転軸部59をヘッダタンク部31に対する適切な位置に配して固定することができる。したがって、開閉弁51をヘッダタンク部31及びカバー部材41に対して適切な位置関係として、流速調整装置50の流速調整機能を適切に発揮させやすい。
ヘッダタンク部31とカバー部材41との間にシール部材49を備えている。このため、ヘッダタンク部31とカバー部材41との間からの熱媒体の漏出を効果的に防ぐことができる。また、シール部材49の弾性変形によって、ヘッダタンク部31とカバー部材41とが接触した状態と離間した状態とが繰り返されて衝突音が発生してしまうことを防止できる。特に、熱交換装置1を振動の大きな車両などの移動体に搭載した場合には、離間した状態が発生しやすい。このため、車両走行時の衝撃を吸収してヘッダタンク部31とカバー部材41との間に隙間が発生することを抑制するシール部材49は、熱交換装置1を車両などに搭載した場合に非常に有用である。
第2実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、流速調整装置50は、インナケース245を備えている。
図7において、流速調整装置50は、開閉弁51とともにカバー部材41に収納されるインナケース245を備えている。インナケース245は有底円筒状であって、筒状をなす壁面の2箇所に切り欠きが形成されている。この2箇所の切り欠きは、第1流路42aと第2流路42bとの2つのカバー流路42に対応する切り欠きであって、カバー流路42に熱媒体が流れ込む際にインナケース245が熱媒体の流れを妨げないように設けられている。
インナケース245は、回転軸部59と連続して一体に形成されている。回転軸部59は、円筒状をなすインナケース245の底部の中心に設けられている。したがって、開閉弁51がインナケース245に適切に収納された状態においては、弁体57がインナケース245の筒状をなす壁面に沿って回転することとなる。ただし、回転している開閉弁51において、弁体57は、インナケース245とは接触しておらず、わずかに隙間が形成されている。これにより、弁体57とインナケース245とが擦れるなどして弁体57が磨耗してしまうことを抑制している。
上述した実施形態によると、開閉弁51の位置を位置決めするためのインナケース245を備えている。このため、開閉弁51が適切な位置からずれてしまい、カバー部材41の内面と開閉弁51とが意図せず接触してしまうといった事態を抑制しやすい。あるいは、開閉弁51が適切な位置からずれてしまい、カバー流路42を適切に塞いで閉状態とすることができなくなるといった事態を抑制しやすい。特に、インナケース245は、カバー部材41に比べて小さな部品であるため、形状のばらつきを抑えて高精度に加工しやすい。言い換えると、弁体57とインナケース245との間に生じる隙間を精密に制御しやすい。このため、インナケース245を用いない場合に比べて、弁体57によってカバー流路42を塞ぎきれずにヘッダタンク部31に漏出する熱媒体の量を低減しやすい。したがって、開状態と閉状態との2つの状態での熱媒体の流れる速度差を大きくして、脈動流による熱交換効率の向上効果を高めやすい。
第3実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、連通口332が、第1タンク部31aに連通する開口と第2タンク部31bに連通する開口とに独立しておらず、連続する1つの開口である。
図8において、連通口332は、2つの取り付け用ボス33の間に位置して、2つの取り付け用ボス33の並び方向に沿う方向を長手方向とする楕円形の開口である。連通口332は、第1タンク部31aと第2タンク部31bとにまたがって設けられている。隔壁35は、連通口332における中央部分に位置している。
流速調整装置50がヘッダタンク部31に対する正規の位置に取り付けられている状態においては、隔壁35に設けられた嵌合凸部がインナケース245の底部に設けられた嵌合凹部と嵌り合っている。したがって、適切に嵌合された状態の隔壁35とインナケース245とによって第1タンク部31aと第2タンク部31bとの間での熱媒体の自由な移動が規制されている。
上述した実施形態によると、連通口332は、第1タンク部31aと第2タンク部31bとの両方に連通している。このため、1つの連通口332を用いて、第1タンク部31aに通じる熱媒体の経路と第2タンク部31bに通じる熱媒体の経路との2つの経路を提供できる。したがって、第1タンク部31aと第2タンク部31bとのそれぞれに連通口32を形成する場合に比べて、ヘッダタンク部31に加工すべき連通口332の数を減らして、製造性を高めやすい。
他の実施形態
流速調整装置50をヘッダタンク部31に設けた場合を例に説明を行ったが、流速調整装置50をヘッダタンク部31に設ける代わりに、レシーバタンク部39に設けてもよい。この場合、熱交換部37の下流側で熱媒体の流れを制御することとなる。
流速調整装置50をヘッダタンク部31に対して着脱不可能に取り付けるようにしてもよい。具体的な取り付け方法としては、ろう付けなどの溶接や接着剤を用いた接着などを採用可能である。これによると、ヘッダタンク部31とカバー部材41とを強固に取り付けて、熱媒体の漏出を防止しやすい。したがって、熱媒体の漏出を防止する目的でシール部材49などの部品を用いる必要がない。
ヘッダタンク部31が第1タンク部31aと第2タンク部31bとの2つの領域に分割される場合を例に説明を行ったが、ヘッダタンク部31を分割する数は、2つに限られない。例えば隔壁35を2つ備えて、ヘッダタンク部31を三分割するなどしてもよい。この場合、開閉弁51は、三分割された各領域において熱媒体の流速を順番に調整することとなる。
開閉弁51が複数の異なる部品から構成されている場合を例に説明を行ったが、連続する同一の部品で開閉弁51を構成してもよい。これによると、開閉弁51をなす部品同士に意図しない隙間が生じることを防止できる。したがって、開閉弁51に動作不良が引き起こされることを低減しやすい。
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、1つの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
1 熱交換装置、 31 ヘッダタンク部(タンク部)、 31a 第1タンク部、 31b 第2タンク部、 32 連通口、 32a 第1連通口、 32b 第2連通口、 33 取り付け用ボス、 35 隔壁、 37 熱交換部、 37a 第1熱交換部、 41 カバー部材、 42 カバー流路、 42a 第1流路、 42b 第2流路、 43 取り付け用ネジ、 49 シール部材、 50 流速調整装置、 51 開閉弁、 54 回転駆動部、 57 弁体、 59 回転軸部、 245 インナケース、 332 連通口

Claims (8)

  1. 内部に熱媒体が流れる熱交換部(37)と、
    前記熱交換部と連通しているタンク部(31)と、
    前記タンク部内を第1タンク部(31a)と第2タンク部(31b)とに分割している隔壁(35)と、
    前記タンク部に形成されている連通口(32、332)を介して前記第1タンク部及び前記第2タンク部と連通するとともに、前記第1タンク部を流れる熱媒体の流速と前記第2タンク部を流れる熱媒体の流速とを調整する流速調整装置(50)とを備え、
    前記流速調整装置は、
    回転軸を中心に回転することで前記タンク部を流れる熱媒体の流路を交互に開閉する開閉弁(51)と、
    前記タンク部に取り付けられた状態において、前記開閉弁と前記連通口とを前記タンク部の外側から覆うカバー部材(41)とを備えている熱交換装置。
  2. 前記連通口は、
    前記第1タンク部と前記流速調整装置とを連通している第1連通口(32a)と、
    前記第2タンク部と前記流速調整装置とを連通している第2連通口(32b)との独立した2つの開口を備えている請求項1に記載の熱交換装置。
  3. 前記回転軸は、前記第1連通口と前記第2連通口との間に位置している請求項2に記載の熱交換装置。
  4. 前記流速調整装置は、流路を流れる熱媒体の流れから力を受けて前記開閉弁を回転駆動する回転駆動部(54)を備えている請求項1から請求項3のいずれかに記載の熱交換装置。
  5. 前記カバー部材は、前記タンク部に対して着脱可能に取り付けられている請求項1から請求項4のいずれかに記載の熱交換装置。
  6. 前記カバー部材は、取り付け用ネジ(43)を用いて前記タンク部に取り付けられており、
    前記取り付け用ネジの軸方向は、前記回転軸の軸方向に沿う方向である請求項5に記載の熱交換装置。
  7. 前記タンク部と前記カバー部材との間にシール部材(49)を備えている請求項5または請求項6に記載の熱交換装置。
  8. 前記流速調整装置は、前記開閉弁の回転軸部(59)を有して、前記流速調整装置における前記開閉弁の位置を位置決めするためのインナケース(245)を備えている請求項1から請求項7のいずれかに記載の熱交換装置。
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