JP2022000587A - 温度制御媒体輸送用の管路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に且つ簡単に製造可能な、温度制御媒体輸送用の管路装置を提供する。【解決手段】温度制御媒体輸送用の管路装置であって、ポリマー材料製の基体（２）を含むとともにブロー成形によって製造され、基体（２）内に、温度制御媒体と作用接続する少なくとも１つの機能要素（３）が配置される、管路装置。【選択図】図１

Description

本発明は、温度制御媒体輸送用の管路装置、及び、温度制御回路に関する。本発明は、温度制御媒体輸送用管路装置の製造方法にも関する。

電気を利用した移動手段（Ｅｌｅｋｔｒｏｍｏｂｉｌｉｔａｔ）には温度制御媒体が必要である。電気自動車の電池、特にリチウムイオン電池は、限定された温度範囲内でのみ、最適な能力を発揮する。このため、周囲温度に応じて電池の加熱又は冷却が必要になることがある。よって、電池のセルを所望の温度範囲内で温度制御するために、電気自動車のドライブユニットは、通常、管路装置を有する温度制御回路を備えており、この管路装置を通して、温度制御媒体をセルに導くことができる。設置するスペースが限られているため、温度制御装置はできるかぎりコンパクトでなければならない。

更に、電気自動車のドライブユニット全体の構成要素の温度を制御する、特に冷却することが必要な場合がある。これらの構成要素には、電池のほかに、パワーエレクトロニクス機器（Ｌｅｉｓｔｕｎｇｓｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ）や電気モータが含まれる。充電エレクトロニクス機器（Ｌａｄｅｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ）やこれに関連するプラグ接続部や回路も、温度制御装置によって冷却することができる。高速充電処理に関しては、このことは特に重要である。

また、ドライブユニット内での使用に加えて、車両エレクトロニクス機器（Ｆａｈｒｚｅｕｇｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ）におけるその他の部分、特にセンサ及びオンボードコンピュータに関連する更なる応用分野がある。車両が自動運転用に装備される場合、強力なセンサ及び強力なコンピュータが必要になり、この場合、システムは冗長になる。設置するスペースが限られているため、このシステム内でも温度制御装置による温度制御／冷却が必要とある。

空調システム内でも温度制御媒体が使用される。空調システム、特に移動式空調システムは、温度制御媒体を空調システムの個々の装置間で輸送可能にする管路装置を備える。移動式空調システム、例えば自動車の車内空調用の空調システムでは、管路装置は、比較的複雑な構造を有し、各管が異なる材料で作られていることが多く、例えば、金属製の管、熱可塑性物質製の部分管、ゴム様材料製の部分管を有する。部分管を使用する条件は各要件に最適に適合可能であるが、管路装置は、高価であり且つ組立てが複雑で、再利用が困難である。

本発明は、安価に且つ簡単に製造可能な、温度制御媒体輸送用の管路装置を提供するという目的に基づく。

この目的は、請求項１、８、１０、及び１１の特徴により達成される。これらの請求項を参照する従属請求項は有利な構成を示す。

この目的を達成するために、温度制御媒体輸送用の管路装置は、ブロー成形によって製造され且つポリマー材料製である基体を備え、この基体内に、少なくとも１つの機能要素が配置され、この機能要素は、温度制御媒体と作用接続（Ｗｉｒｋｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ）する。

温度制御回路の管路装置は、空調システムの機能にとって必要な幾つかの機能要素を備える。これらの機能要素としては、例えば、絞り弁、逆止弁、切り換え可能弁、ポンプ、流量センサ、温度センサがある。本発明による管路装置では、これらの機能要素のうちの少なくとも幾つかが基体内に配置され、つまり、温度制御媒体と接触するように管路装置内部に配置される。

管路装置は、ブロー成形によって製造されるポリマー材料製の基体からなる。ブロー成形により、複雑な形状の基体を製造することが可能になる。例えば、基体は１つ又は複数の流路を有することができ、この流路を、湾曲させる等、設置場所に必要な形状に成形することができる。更に、流路内で断面形状を変えて成形することが、特に簡単に行える。例えば、流路の一部を円形にすることができるが、流路の残りの部分は、丸形ではなく、例えば楕円形又は矩形に形成される。これにより、管路装置を、特に省スペースに設計し、且つ、設置場所に適合させることが可能となる。機能要素が直接基体に一体化されるため、組立ては簡易且つ安価になる。

基体は、少なくとも１つの流路を有することができ、この流路に少なくとも１つの機能要素が割り当てられる。これにより、機能要素は、温度制御媒体に直接接触することになり、温度制御媒体の体積流量に直接影響を与えること、又は、温度制御媒体のステータス情報、例えば温度、体積流量又は圧力を直接把握すること、のいずれかが可能となる。機能要素は、冷却器として設計することもでき、この冷却器は、温度制御媒体に接触して温度制御媒体の温度に影響を与える。

基体は、複数の流路を有することができ、これらの流路の間に、流路壁が位置する。これにより、基体は、温度制御回路の、異なる部分管を、例えば蒸発器の前後にある流路区域を収容することができる。流路壁により、両方の体積流量が互いから分離される。

管路装置は、流路の数及び構成に応じて、分配器又はコネクタ又はその両方の機能を果たすこともできる。

機能要素の少なくとも１つは、前記基体（２）から形成されている。特に、機能要素が受動的な機能要素であり可動部品を一切持たない場合に、このことは考えられる。例えば、機能要素を絞り弁となしてもよい。絞り弁又は膨脹弁が流れ断面を局所的に狭めることにより、流れる温度制御媒体の圧力が低減し、同時に温度制御媒体が膨張する。絞り弁は、不規則な絞り弁として設計されており、流路のくびれをなす。絞り弁が基体から直接形成されるため、管路装置は特に安価に且つ簡単に製造することができる。機能要素は、流体分配要素として設計することもできる。機能要素は、接続要素又はコネクタとして設計することも考えられる。これにより、管路装置を、温度制御回路の他の構成要素に接続するように設けることができる。

基体とは別に、少なくとも１つの機能要素を形成することができる。機能要素は、好ましくは基体とは別に形成される。そのため、機能要素は、非熱可塑性材料製の構成要素を有するか又は能動的に制御するか又はその両方が可能である。このような機能要素として、例えば、金属材料製の絞り弁、切り換え可能弁、金属ばね本体を備えた逆止弁、センサ（温度センサ、圧力センサ、流量センサ等）、ポンプ、管路装置を装置等に接続するための接続要素又はコネクタがある。別に設計された機能要素は、基体内に配置される。また、基体は、ブロー成形によって製造され且つポリマー材料製の基体からなり、単一材料で一体に形成されている。別に形成された機能要素は、基体を形成するブランクの内部に置かれた後に、基体がブロー成形工程を用いて形成される。ブロー成形による形成を行った後、流体機能要素は、固定する態様で基体内に配置される。これにより、複雑な幾何学形状を有する機能的な管路装置が、単純な工程で製造可能になる。

本発明におけるある使用において、管路装置は、温度制御回路の一部をなす。

第１実施形態においては、管路装置は、空調システムの空調回路の一部である。空調システムは、特に、移動式空調システムとして設計可能である。また、移動式空調システムは、自動車の一部とすることができ、空調システムは車内の空調に使用される。管路装置の基体は、複雑な幾何学形状を有しているが流体機能要素を幾つか有することができるので、管路装置はそれにも関わらず組立てが簡単であり、有する部品は数個のみである。この点で、本発明による管路装置は、特に自動車の移動式空調システムの複雑さを単純にする。電気駆動式の自動車に関して言えば、電気駆動に電池が必要であるために設置するスペースが非常に限られていることから、このことは特に有利である。利用可能な設置スペースに管路装置を適合させることがブロー成形方法により可能になるので、温度制御媒体の輸送用の流路は、温度制御媒体の最適な輸送が可能になるような大きさにされる。

第２実施形態においては、管路装置は、電気自動車のドライブユニットの温度制御回路の一部である。管路装置は、温度制御されるべきドライブユニットの要素に温度制御媒体を供給し、これらの要素を所望の温度範囲内で温度制御できるようにする。例えば、要件に応じて、電池を加熱又は冷却することができる。更に、温度制御媒体によって、パワーエレクトロニクスの構成要素、ならびにプラグ接続部をも、冷却することができる。高速充電処理では、プラグ接続部の冷却に特に有利であり、これは、高充電電流に起因して高速充電中にプラグ接続部が非常に熱くなり得るからである。管路装置はブロー成形されるため、多種多様な形状に製造することができる。管路装置を供する前述の構成要素の設置するスペースが限られている複雑な形状であることに関して言えば、このことは特に有利である。

温度制御媒体輸送用の管路装置を製造するための本発明による方法では、第１実施形態においては、ポリマー材料製のプリフォームを準備し、このプリフォームをブロー金型内に配置し、ブロー成形工程によって管路装置が成形される。このブロー金型は、少なくとも１つの流体機能要素が管路装置内に成形されるような態様で設計される。本発明による方法は、空調システムの空調回路用の管路装置を提供するのに特に適している。流体機能要素は、管路装置の流路内に直接成形される絞り弁として設計される。

温度制御媒体輸送用の管路装置を製造するための本発明による方法では、第２実施形態においては、まず、ポリマー材料製のプリフォームと、管路装置の内部に配置されるべき少なくとも１つの機能要素とを準備し、この少なくとも１つの機能要素をプリフォームの内部に配置し、このプリフォームを、プリフォーム内に配置された少なくとも１つの機能要素と共にブロー金型内に配置し、ブロー成形工程によって管路装置が成形される。そのため、機能要素は、基体内に配置された後に、ブロー成形工程においてその最終形状を与えられる。基体の材料の塑性変形によって、機能要素を基体の内部にしっかりと組み込むことができる。これにより、この要素は基体内に、脱落しないよう固定された態様で置かれる。機能要素が基体内に直接一体化されることにより、管路装置の組立てが、より簡単になる。更に、機能要素が管路装置の内部に配置されることにより、機能要素が温度制御媒体に直接、作用接続する。

第１機能要素が基体内へブロー成形工程中に直接成形される一方で、成形前にプリフォームの内部に第２機能要素が配置され、ブロー成形工程が完了した後に配置されることも考えられる。この点については、上述した２つの方法が組み合わされる。このことにより、例えば、ブロー成形工程中に管路装置の流路内に絞り弁を形成し、更なる機能要素、例えば逆止弁、センサ、ポンプ、又は接続ブロックを基体内に置くことが可能になる。

以下で、本発明による管路装置の幾つかの実施形態を、図を参照して、より詳細に説明する。

絞り弁が基体内に成形されている管路装置を示す。 幾つかの機能要素が別々に形成されている管路装置を示す。 幾つかの機能要素が別々に形成されている別の管路装置を示す。

図１は、ブロー成形によって製造されるポリマー材料製の基体２を備える、温度制御媒体輸送用の管路装置１を示す。基体２には、温度制御媒体と作用接続する機能要素３が少なくとも１つ配置されている。機能要素３は流路４に配置されており、機能要素３は基体２と一体に形成されている。機能要素３は絞り弁をなしており、流路４の断面を狭くることにより形成されている。

図２は、図１による管路装置１を示す。基体２は、複数の機能要素３を備えており、これらの機能要素３は、基体２とは別に形成されており、基体２の内部に配置されている。また、基体２は、複数の流路４を有し、これらの流路４の間それぞれに流路壁５が存在する。

管路装置１は、幾つかの機能要素３を備え、逆止弁３′、温度センサ、圧力センサ、流量センサ、隣接する装置や管路に管路装置１を接続するための接続ブロック３″の形態のコネクタを備える。更に、管路装置１は、絞り弁３″′を有し、この絞り弁３″′は、流路４に直接成形されており、基体２から単一材料で一体に形成されている。

図３は、図２に示す管路装置１の、代替となる実施形態を示す。逆止弁３′及び幾つかのコネクタ３″″の形態の幾つかの機能要素３が、管路装置１に導入されている。

図１〜図３に示す管路装置１は、空調システムの空調回路の一部をなしており、自動車用の移動式空調システムとして設計されている。更なる実施形態によれば、管路装置１は、電気自動車のドライブユニットの温度制御回路の一部をなしており、管路装置１は、電池のセルや電気制御コンポーネントやプラグ接続部に、温度制御媒体を供給する。

更なる実施形態においては、管路装置１は、温度制御装置の一部をなしており、電気自動車のドライブユニットの構成要素の温度を制御するよう設定されている。これらの構成要素には、電池のほかに、パワーエレクトロニクス機器や電気モータが含まれる。更に、充電エレクトロニクス機器やこれに関連するプラグ接続部や回路を冷却するように、温度制御装置は設定されており、高速充電処理に関連しては、このことは特に有利である。

更に、温度制御装置は、車両エレクトロニクス機器におけるその他の構成要素を温度制御するように、特に冷却するように設定可能である。このような構成要素として、例えば、自動運転用のセンサ及びコンピュータ、オンボードコンピュータがある。

図１における管路装置１の製造方法では、ポリマー材料製のプリフォームを準備し、このプリフォームをブロー金型内に配置し、ブロー成形工程によって管路装置１を成形する。ブロー金型は、機能要素３が管路装置１内に成形されるような態様に設計される。

図２における管路装置１の製造方法では、まず、ポリマー材料製のプリフォームと、管路装置１の内部に配置されるべき少なくとも１つの機能要素３とを準備する。この少なくとも１つの機能要素３は、プリフォームの内部に配置される。このプリフォームは、プリフォーム内に配置された少なくとも１つの機能要素３と共にブロー金型内に配置され、ブロー成形工程によって管路装置１が成形される。また、ブロー成形中において、基体２から絞り弁３″′が形成される。従って、この方法でも同様に、絞り弁３″′の形態の機能要素３が管路装置１内に成形されるような態様で、ブロー金型は設計されている。

Claims (12)

1. 温度制御媒体輸送用の管路装置であって、
   ブロー成形によって製造され且つポリマー材料製である基体（２）を備え、
   前記基体（２）内に、機能要素（３）が少なくとも１つ配置され、
   前記機能要素（３）は、前記温度制御媒体と作用接続する
   管路装置。
2. 請求項１に記載の管路装置であって、
   前記基体（２）は、少なくとも１つの流路（４）を有し、
   前記少なくとも１つの流路（４）に、前記少なくとも１つの機能要素（３）が割り当てられる
   ことを特徴とする管路装置。
3. 請求項１又は２に記載の管路装置であって、
   前記基体（２）は、複数の流路（４）を有し、
   前記複数の流路（４）の間には、流路壁（５）が位置する
   ことを特徴とする管路装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の管路装置であって、
   前記機能要素（３）が少なくとも１つ、前記基体（２）から形成されている
   ことを特徴とする管路装置。
5. 請求項４に記載の管路装置であって、
   前記基体（２）から形成される前記機能要素（３）は、絞り弁（３″′）又は接続要素又はコネクタをなす
   ことを特徴とする管路装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の管路装置であって、
   前記機能要素（３）が少なくとも１つは、前記基体（２）とは別に形成される
   ことを特徴とする管路装置。
7. 請求項６に記載の管路装置であって、
   前記機能要素（３）は、
   弁、絞り弁（３″′）、逆止弁（３′）、センサ、ポンプ、接続要素、コネクタ（３″″）のいずれかとして、前記基体（２）とは別に形成される
   ことを特徴とする管路装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の管路装置（１）を備える温度制御回路。
9. 温度制御回路であって、
   モバイル装置内に配置されている
   温度制御回路。
10. 温度制御媒体輸送用管路装置（１）の製造方法であって、
    ポリマー材料製のプリフォームを準備し、
    前記プリフォームは、ブロー金型内に配置され、
    前記管路装置（１）がブロー成形工程によって成形され、
    前記ブロー金型は、少なくとも１つの機能要素（３）が前記管路装置（１）に成形されるような態様に設計される、
    方法。
11. 温度制御媒体輸送用管路装置（１）の製造方法であって、
    ポリマー材料製のプリフォームと、
    前記管路装置（１）の内部に配置される少なくとも１つの機能要素（３）と
    が最初に準備され、
    前記少なくとも１つの機能要素（３）は、前記プリフォームの内部に配置され、
    前記プリフォームが、該プリフォーム内に配置された前記少なくとも１つの機能要素（３）と共にブロー金型内に配置され、
    前記管路装置（１）がブロー成形工程によって成形される
    方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記管路装置（１）がブロー成形によって成形されるときに、少なくとも１つの機能要素（３）が前記管路装置（１）内に成形されるような態様で、
    前記ブロー金型は設計されている
    ことを特徴とする方法。

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