JP2023153604A - 熱伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱媒体で発生する気泡に起因して不都合が生じることを抑制するができる技術を提供する。【解決手段】熱伝達装置は、液体の熱媒体が流れる流路であって前記熱媒体の入口と出口を備える流路と、前記流路を流れる前記熱媒体に接触しており、発熱体から発せられる熱を前記熱媒体に伝達する固体の熱伝達体と、を備えている。前記流路は、前記入口から前記出口まで下降することなく常に上昇している。【選択図】図１

Description

本明細書に開示する技術は、熱伝達装置に関する。

特許文献１には、液体熱輸送媒体用の流路と、流路の加熱部分の熱輸送媒体を加熱するための電気加熱ユニットとを備える加熱デバイスが開示されている。

特開２０１７－９５０９９号公報

特許文献１の加熱デバイスでは、流路を流れる熱輸送媒体で気泡が発生することがある。また、発生した気泡が周囲の部材の表面に付着した状態で滞留することがある。これにより、例えば、気泡が付着した部分にホットスポットが発生し、その結果、気泡が付着した部分にひび割れが生じることがある。また、電気加熱ユニットから熱輸送媒体への熱伝達が妨げられることがある。そこで本明細書は、熱媒体で発生する気泡に起因して不都合が生じることを抑制するができる技術を提供する。

本技術の第１の態様では、熱伝達装置は、液体の熱媒体が流れる流路であって前記熱媒体の入口と出口を備える流路と、前記流路を流れる前記熱媒体に接触しており、発熱体から発せられる熱を前記熱媒体に伝達する固体の熱伝達体と、を備えていてもよい。前記流路は、前記入口から前記出口まで下降することなく常に上昇していてもよい。

熱伝達装置では、流路を流れる熱媒体が加熱されると熱媒体で気泡が発生することがある。熱媒体で発生した気泡は、浮力により熱媒体中を上昇してゆく。上記の構成によれば、熱媒体で気泡が発生したとしても、その気泡が熱媒体中を上昇してゆき流路の出口から排出される。このとき、流路が常に上昇しているので、気泡が途中で滞留することなく流路の出口から排出される。これにより、熱媒体で発生する気泡に起因する不都合が生じることを抑制するができる。例えば、熱媒体で発生した気泡が熱伝達体の表面に付着した状態で滞留することによりホットスポットが発生することを抑制するができる。これにより、熱伝達体が損傷することや、熱の伝達が妨げられることを抑制することができる。

第２の態様の熱伝達装置では、上記第１の態様において、前記熱伝達体が前記熱媒体と接触する接触面の少なくとも一部がセラミックスから構成されていてもよい。

この構成によれば、セラミックスの接触面にホットスポットが発生することを抑制するができ、熱伝達体が損傷することや、熱伝達が妨げられることを抑制することができる。

第３の態様では、上記第１又は第２の態様において、熱伝達装置は、前記熱伝達体を介して前記流路と反対側に設けられている収容体を備えていてもよい。前記収容体の下端部に排水口が設けられていてもよい。

熱伝達装置では、例えば電子基板等を収容するために、熱伝達体を介して流路と反対側に収容体が設けられていることがある。上記の構成によれば、発熱体の非発熱時に収容体の温度が低下することにより収容体内で凝縮水が発生したとしても、収容部の下端部に設けられている排水口を通じて凝縮水を排水することができる。

第４の態様では、上記第１から第３の態様のいずれか一つにおいて、前記熱伝達体は、鉛直方向において前記流路の下側に配置されていてもよい。

この構成によれば、熱媒体で気泡が発生したとしても、その気泡が浮力により熱媒体中を上昇してゆくので、気泡が熱伝達体の表面に付着することを抑制することができる。

第１実施例の熱伝達装置の縦断面図。 第１実施例の熱伝達装置の横断面図（図１のII－II断面図）。 第２実施例の熱伝達装置の縦断面図。 変形例の熱伝達装置の縦断面図。

（第１実施例）
実施例の熱伝達装置２について図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、熱伝達装置２は、本体４と、本体４に固定されている収容体４０とを備えている。熱伝達装置２は、例えば、電気自動車、ガソリン自動車、又はハイブリッド自動車等の車両に搭載される。熱伝達装置２は、水平面Ｈに対して所定の角度θ（例えば、４５°）で傾斜した状態で車両に搭載される。熱伝達装置２は、車両が水平面Ｈを走行するときに、水平面Ｈに対して傾斜した状態になる。所定の角度θは、例えば、０°から９０°の角度であり、３０°から６０°の角度であってもよい。

熱伝達装置２の本体４は、熱媒体が流れる流路１０と、熱を発する発熱体２０と、発熱体２０の熱を熱媒体に伝達する熱伝達体３０とを備えている。熱媒体は、例えば、水やＬＬＣ（Long Life Coolant）等の液体である。ＬＬＣは、例えば、エチレングリコールやプロピレングリコール等である。熱媒体は、熱伝達装置２から熱輸送先（例えば、車内を暖房するエアコンの熱交換器）へ熱を輸送するための液体である。

熱媒体が流れる流路１０は、例えば、本体４の筐体４ａと熱伝達体３０とにより囲まれた範囲に設けられている。筐体４ａと熱伝達体３０で囲まれることにより流路１０が構成されている。流路１０は、熱媒体の入口１２と出口１４を備えている。流路１０の入口１２には流入管５０が接続されており、流路１０の出口１４には流出管５２が接続されている。熱媒体が流入管５０から入口１２を通じて流路１０に流入する。流路１０を流れた熱媒体は、出口１４を通じて流出管５２に流出する。

流路１０の出口１４は、鉛直方向において入口１２よりも上側に設けられている。流路１０の下端部に入口１２が設けられており、流路１０の上端部に出口１４が設けられている。流路１０は、入口１２から出口１４まで下降することなく常に上昇している。流路１０は、上側から下側へ折り返されることなく、下流側の部分が上流側の部分よりも常に高い方に位置している。流路１０を流れる熱媒体は、常に低い方から高い方へ流れる。流路１０は、断面視において入口１２から出口１４まで略直線状に延びている。流路１０は、車両が水平面Ｈを走行するときに、水平面Ｈに対して傾斜した状態になる。

流路１０の入口１２に接続されている流入管５０の他端部は、熱輸送先（例えば、車内を暖房するエアコンの熱交換器）に接続されている。同様に、流路１０の出口１４に接続されている流出管５２の他端部も、熱輸送先に接続されている。流路１０の出口１４から流出管５２に流出した熱媒体が流出管５２を通じて熱輸送先に送られる。熱輸送先において熱消費された熱媒体が流入管５０を通じて熱伝達装置２に戻されて入口１２から流路１０に流入する。

流路１０を流れる熱媒体は、発熱体２０の熱により加熱される。発熱体２０は、例えば、通電により発熱する電気式のヒータである。発熱体２０は、例えば、車両の補機バッテリに電気的に接続されており、補機バッテリの電力により発熱する。発熱体２０は、熱伝達体３０を挟んで流路１０と反対側に配置されている。発熱体２０は、熱伝達体３０を介して、流路１０を流れる熱媒体を加熱する。

熱伝達体３０は、例えば、セラミックス等の固体から構成されている。熱伝達体３０は、例えば板状に構成されており、発熱体２０と流路１０の間に配置されている。熱伝達体３０は、発熱体２０から発せられる熱を、流路１０を流れる熱媒体に伝達する。熱伝達体３０は、鉛直方向において流路１０の上側に配置されている。熱伝達体３０は、流路１０を流れる熱媒体に接触する接触面３２を備えている。熱伝達体３０は、接触面３２が下側を向くように配置されている。接触面３２は、例えば、セラミックスから構成されている。接触面３２は、略平面状に構成されており、流路１０を流れる熱媒体の流れ方向に沿って延びている。接触面３２は、流路１０の入口１２側から出口１４側に向けて下降することなく常に上昇している。接触面３２は、上側から下側へ折り返されることなく、出口１４側の部分が入口１２側の部分よりも常に高い方に位置している。熱伝達体３０は、水平面Ｈに対して傾斜した状態で配置されている。そのため、接触面３２は、車両が水平面Ｈを走行するときに、水平面Ｈに対して傾斜した状態になる。

熱伝達装置２では、発熱体２０の発熱時に熱媒体が加熱されることにより熱媒体で気泡が発生することがある。熱媒体で発生した気泡は、浮力により熱媒体中を上昇してゆき、流路１０の出口１４から流出管５２に排出される。熱媒体で発生した気泡は、例えば、熱伝達体３０の接触面３２に沿って熱媒体中を上昇してゆく。

次に、収容体４０について説明する。収容体４０は、熱伝達体３０及び発熱体２０を挟んで流路１０と反対側に配置されている。収容体４０は、発熱体２０に固定されている。収容体４０は、鉛直方向において発熱体２０の上側に配置されている。収容体４０は、電子基板９０を収容するための収容空間４６を備えている。また、収容体４０は、排水口４２と排気口４４を備えている。収容空間４６に配置される電子基板９０は、例えば、車両のモータを駆動するインバータ回路等を備えている。電子基板９０は、例えば、収容体４０の発熱体２０側の部分に固定されている。

収容体４０の排水口４２には排水管６０が接続されており、排気口４４には排気管６２が接続されている。収容体４０の排水口４２は、鉛直方向において排気口４４よりも下側に設けられている。収容体４０の下端部に排水口４２が設けられており、収容体４０の上端部に排気口４４が設けられている。収容空間４６は、排水口４２から排気口４４まで下降することなく常に上昇している（即ち、排気口４４から排水口４２まで上昇することなく常に下降している）。収容空間４６は、上側から下側へ折り返されることなく、排水口４２側の部分が排気口４４側の部分がよりも常に低い方に位置している。収容体４０は、水平面Ｈに対して傾斜した状態で配置されている。そのため、収容空間４６は、車両が水平面Ｈを走行するときに、水平面Ｈに対して傾斜した状態になる。

熱伝達装置２では、発熱体２０の非発熱時に収容空間４６の温度が低下することにより収容空間４６で凝縮水が発生することがある。収容空間４６で発生する凝縮水は、排水口４２を通じて排水管６０に排出され、排水管６０を通じて外部に排出される。また、熱伝達装置２では、発熱体２０の発熱時に収容空間４６の温度が上昇することにより収容空間４６の気体が膨張することがある。収容空間４６の気体は、排気口４４を通じて排気管６２に排出され、排気管６２を通じて外部に排出される。なお、収容空間４６の気体の一部は、排水口４２を通じて排出されてもよい。

（効果）
以上、実施例の熱伝達装置２について説明した。以上のように、熱伝達装置２は、液体の熱媒体が流れる流路１０と、流路１０を流れる熱媒体に接触している熱伝達体３０とを備えている。熱伝達体３０は、発熱体２０から発せられる熱を熱媒体に伝達する。流路１０は、入口１２から出口１４まで下降することなく常に上昇している。

この構成によれば、流路１０を流れる熱媒体で気泡が発生したとしても、その気泡が熱媒体中を上昇してゆき、流路１０の出口１４から排出される。このとき、流路１０が常に上昇しているので、気泡が途中で滞留することなく流路１０の出口１４から排出される。これにより、熱媒体で発生する気泡に起因する不都合が生じることを抑制するができる。例えば、熱媒体で発生した気泡が熱伝達体３０の接触面３２に付着した状態で滞留することによりホットスポットが発生することを抑制するができる。これにより、熱伝達体３０が損傷することや、熱の伝達が妨げられることを抑制することができる。

熱伝達装置２では、熱伝達体３０の接触面３２がセラミックスから構成されている。この構成によれば、セラミックスの接触面３２にホットスポットが発生することを抑制するができ、熱伝達体３０が損傷することや、熱の伝達が妨げられることを抑制することができる。

熱伝達装置２は、熱伝達体３０を介して流路１０と反対側に配置されている収容体４０を備えている。収容体４０の下端部には排水口４２が設けられている。この構成によれば、発熱体２０の非発熱時に収容体４０内で凝縮水が発生したとしても、収容体４０の下端部に設けられている排水口４２を通じて凝縮水を排水することができる。

（第２実施例）
上記の第１実施例では、熱伝達体３０が鉛直方向において流路１０の上側に配置されていたが、この構成に限定されない。第２実施例では、図３に示すように、熱伝達体３０が鉛直方向において流路１０の下側に配置されていてもよい。熱伝達体３０は、接触面３２が上側を向くように配置されている。発熱体２０及び収容体４０が鉛直方向において熱伝達体３０の下側に配置されていてもよい。この構成によれば、熱媒体で気泡が発生したとしても、その気泡が熱伝達体３０の接触面３２に付着することを抑制することができる。

（変形例）
（１）変形例では、図４に示すように、熱伝達体３０が流路１０内に配置されていてもよい。また、発熱体２０が熱伝達体３０内に配置されていてもよい。この構成によれば、熱伝達体３０が熱媒体に接触する接触面３２を大きくすることができ、熱媒体を効率良く加熱することができる。

（２）上記の実施例では、熱伝達体３０が熱媒体と接触する接触面３２の全部がセラミックスから構成されていたが、この構成に限定されない。変形例では、接触面３２の一部がセラミックスから構成されており、残りの一部が、例えば、金属等から構成されていてもよい。即ち、接触面３２の少なくとも一部がセラミックスから構成されていてもよい。また、他の実施例では、接触面３２の全部が金属等から構成されていてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：熱伝達装置、４：本体、４ａ：筐体、１０：流路、１２：入口、１４：出口、２０：発熱体、３０：熱伝達体、３２：接触面、４０：収容体、４２：排水口、４４：排気口、４６：収容空間、５０：流入管、５２：流出管、６０：排水管、６２：排気管、９０：電子基板、Ｈ：水平面

Claims (4)

1. 液体の熱媒体が流れる流路であって前記熱媒体の入口と出口を備える流路と、
   前記流路を流れる前記熱媒体に接触しており、発熱体から発せられる熱を前記熱媒体に伝達する固体の熱伝達体と、を備え、
   前記流路は、前記入口から前記出口まで下降することなく常に上昇している、熱伝達装置。
2. 請求項１に記載の熱伝達装置であって、
   前記熱伝達体が前記熱媒体と接触する接触面の少なくとも一部がセラミックスから構成されている、熱伝達装置。
3. 請求項１又は２に記載の熱伝達装置であって、
   前記熱伝達体を介して前記流路と反対側に配置されている収容体を備え、
   前記収容体の下端部に排水口が設けられている、熱伝達装置。
4. 請求項１又は２に記載の熱伝達装置であって、
   前記熱伝達体は、鉛直方向において前記流路の下側に配置されている、熱伝達装置。
   

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