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公開番号2020193792
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201203
出願番号2019101545
出願日20190530
発明の名称熱交換器
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人ゆうあい特許事務所
主分類F28D 15/02 20060101AFI20201106BHJP(熱交換一般)
要約【課題】冷却の効率を向上させることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器30は、冷媒が流れる冷媒側熱交換部27と、サーモサイフォン10の作動流体が流れる管の一部で構成される凝縮部14と、冷媒側熱交換部27の内部に配置されたガイド部材31とを備える。冷媒側熱交換部27は、冷凍サイクルの膨張弁で減圧された後であって、冷凍サイクルの圧縮機に吸入される前の冷媒が流れる冷媒配管26の一部で構成される。凝縮部14は、冷媒側熱交換部27に対して熱伝導可能に連結される。ガイド部材31は、冷媒側熱交換部27の上流側から冷媒側熱交換部27の内部のうち中心側の部分に向かう冷媒流れを、冷媒側熱交換部27の内部のうち中心側の部分よりも外側の部分に導く。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
冷凍サイクルの冷媒との熱交換によって流体を冷却する熱交換器であって、
冷凍サイクルの膨張弁で減圧された後であって、冷凍サイクルの圧縮機に吸入される前の冷媒が流れる冷媒配管(26、29)の一部で構成される冷媒側熱交換部(27)と、
前記冷媒側熱交換部に対して熱伝導可能に連結され、前記流体が流れる管の一部で構成される相手側熱交換部(14)と、
前記冷媒側熱交換部の内部に配置され、前記冷媒側熱交換部の上流側から前記冷媒側熱交換部の内部のうち中心側の部分に向かう冷媒流れを、前記冷媒側熱交換部の内部のうち前記中心側の部分よりも外側の部分に導くガイド部材(31)と、を備える、熱交換器。
続きを表示(約 1,800 文字)【請求項2】
前記冷媒側熱交換部は、前記冷媒配管のうち前記冷媒側熱交換部の隣りの部分であって前記相手側熱交換部と非接触の部分に対して、継ぎ目なく連続している、請求項1に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記ガイド部材または前記冷媒側熱交換部は、前記ガイド部材と前記冷媒側熱交換部の壁との間に旋回流を形成する旋回流形成部(34、35、36、27a、27b)を有する、請求項1または2に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記冷媒側熱交換部と前記ガイド部材との間を流れる冷媒の流路において、冷媒流れ下流側での流路断面積(A1)は、冷媒流れ上流側での流路断面積(A2)よりも大きい、請求項1または2に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記ガイド部材は、前記冷媒側熱交換部または前記冷媒配管のうち前記冷媒側熱交換部を除く部位に形成された位置決め部(26a)によって、前記冷媒配管の内部における前記ガイド部材の長手方向での位置が決められている、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の熱交換器。
【請求項6】
前記ガイド部材は、前記ガイド部材の内部に形成されたバイパス流路(41a、42a)を有し、
前記バイパス流路は、前記冷媒側熱交換部に流入する冷媒の一部を、前記冷媒側熱交換部の内面に面する冷媒の流路のうち冷媒流れの上流側の流路を迂回させて、前記冷媒の流路のうち前記上流側の流路よりも冷媒流れの下流側の流路に導く流路である、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の熱交換器。
【請求項7】
前記ガイド部材は、前記冷媒側熱交換部の流路抵抗を調整する抵抗調整部(45、46、72)を有し、
前記抵抗調整部は、前記ガイド部材よりも冷媒流れの上流側の冷媒と前記ガイド部材よりも冷媒流れの下流側の冷媒との圧力差が所定値よりも大きい場合に、前記圧力差が前記所定値よりも小さい場合と比較して、前記流路抵抗を低減させる、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の熱交換器。
【請求項8】
前記ガイド部材は、前記ガイド部材の内部に形成されたバイパス流路(43a)と、前記バイパス流路を流れる冷媒の流量を調整するバイパス調整部(45、46)とを有し、
前記バイパス流路は、前記冷媒側熱交換部に流入する冷媒の一部を、前記冷媒側熱交換部の内面に面する冷媒の流路のうち冷媒流れの上流側の流路を迂回させて、前記冷媒の流路のうち前記上流側の流路よりも冷媒流れの下流側の流路に導く流路であり、または、前記冷媒側熱交換部に向かって流れる冷媒の一部を、前記冷媒側熱交換部を迂回させて、前記冷媒配管のうち前記冷媒側熱交換部よりも冷媒流れの下流側の部分に導く流路であり、
前記バイパス調整部は、前記ガイド部材よりも冷媒流れ上流側の冷媒と前記ガイド部材よりも冷媒流れ下流側の冷媒との圧力差が所定値よりも大きい場合に、前記圧力差が前記所定値よりも小さい場合と比較して、前記バイパス流路を流れる冷媒の流量を増大させる、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の熱交換器。
【請求項9】
前記ガイド部材は、前記ガイド部材の内部に形成されたバイパス流路(61a)と、前記バイパス流路を流れる冷媒の流量を調整するバイパス調整部(63、64、66)とを有し、
前記バイパス流路は、前記冷媒側熱交換部に流入する冷媒の一部を、前記冷媒側熱交換部の内面に面する冷媒の流路のうち冷媒流れの上流側の流路を迂回させて、前記冷媒の流路のうち前記上流側の流路よりも冷媒流れの下流側の流路に導く流路であり、または、前記冷媒側熱交換部に向かって流れる冷媒の一部を、前記冷媒側熱交換部を迂回させて、前記冷媒配管のうち前記冷媒側熱交換部よりも冷媒流れの下流側の部分に導く流路であり、
前記バイパス調整部は、前記冷媒配管のうち前記冷媒側熱交換部よりも冷媒流れ下流側を流れる冷媒の温度が所定温度よりも高い場合に、前記温度が前記所定温度よりも低い場合と比較して、前記バイパス流路を流れる冷媒の流量を増大させる、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の熱交換器。
【請求項10】
前記相手側熱交換部は、サーモサイフォン(10)の凝縮部(14)である、請求項1ないし9のいずれか1つに記載の熱交換器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、熱交換器に関するものである。
続きを表示(約 6,200 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1に、ヒートパイプで構成された冷却装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2014−220087号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明者は、ヒートパイプの管の一部で構成される凝縮部と、冷凍サイクルの低圧配管の一部で構成される冷媒側熱交換部とが熱伝導可能に連結され、冷凍サイクルの冷媒との熱交換によって、ヒートパイプの作動流体を冷却する熱交換器を検討した。冷凍サイクルの低圧配管は、膨張弁で減圧された後であって、圧縮機に吸入される前の冷媒が流れる冷媒配管である。
【0005】
しかし、冷媒側熱交換部の内部のうち中心側の部分を流れる冷媒は、冷媒側熱交換部の壁から離れているため、ヒートパイプの作動流体と熱交換せずに、冷媒側熱交換部を通過する。このため、冷媒による作動流体の冷却の効率が低いという課題が生じることが、発明者によって見出された。
【0006】
なお、この課題は、ヒートパイプの作動流体を冷却する場合に限らず、ヒートパイプの作動流体以外の流体を冷却する場合においても生じる。
【0007】
本発明は上記点に鑑みて、冷却の効率を向上させることができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明によれば、
冷凍サイクルの冷媒との熱交換によって流体を冷却する熱交換器は、
冷凍サイクルの膨張弁で減圧された後であって、冷凍サイクルの圧縮機に吸入される前の冷媒が流れる冷媒配管(26)の一部で構成される冷媒側熱交換部(27)と、
冷媒側熱交換部に対して熱伝導可能に連結され、流体が流れる管の一部で構成される相手側熱交換部(14)と、
冷媒側熱交換部の内部に配置され、冷媒側熱交換部の上流側から冷媒側熱交換部の内部のうち中心側の部分に向かう冷媒流れを、冷媒側熱交換部の内部のうち中心側の部分よりも外側の部分に導くガイド部材(31)と、を備える、熱交換器。
【0009】
これによれば、熱交換器がガイド部材を有していない場合と比較して、冷媒側熱交換部の内面の近傍を流れる冷媒の流量および流速を増大させることができる。このため、冷媒側熱交換部の壁と冷媒との間の熱移動量を増大させることができる。よって、冷媒と流体との間の熱交換量を増大させることができる。冷却の効率を向上させることができる。
【0010】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0011】
第1実施形態における冷却システムの全体構成を示す模式図である。
図1中の熱交換器の縦断面図である。
図2のIII−III断面図である。
図2中のガイド部材の斜視図である。
図2のV−V断面図である。
図2のVI−VI断面図である。
図3の変形例を示す冷媒側熱交換部および凝縮部の横断面図である。
図3の変形例を示す冷媒側熱交換部および凝縮部の横断面図である。
図3の変形例を示す冷媒側熱交換部および凝縮部の横断面図である。
第2実施形態における熱交換器の縦断面図である。
図10のXI−XI断面図である。
第3実施形態における熱交換器の縦断面図である。
図12のXIII−XIII断面図である。
第4実施形態における熱交換器の縦断面図である。
図14のXV−XV断面図である。
図14のXVI−XVI断面図である。
第4実施形態における熱交換器の斜視図である。
第5実施形態における熱交換器の縦断面図である。
図18のXIX−XIX断面図である。
図18のXX−XX断面図である。
第6実施形態における熱交換器の縦断面図である。
第7実施形態における熱交換器の縦断面図である。
図22のXXIII−XXIII断面図である。
第8実施形態における熱交換器の縦断面図である。
第8実施形態における熱交換器の縦断面図である。
第9実施形態における熱交換器の縦断面図である。
第9実施形態における熱交換器の縦断面図である。
第10実施形態における熱交換器の縦断面図である。
第10実施形態における熱交換器の縦断面図である。
第11実施形態における熱交換器の縦断面図である。
第11実施形態におけるガイド部材の斜視図である。
図30のXXXII−XXXII断面図である。
図32の変形例を示す冷媒側熱交換部の横断面図である。
図32の変形例を示す冷媒側熱交換部の横断面図である。
他の実施形態における冷却システムの車両搭載例を示す車両の断面模式図である。
他の実施形態における冷却システムの車両搭載例を示す車両の断面模式図である。
他の実施形態における冷却システムの全体構成を示す模式図である。
他の実施形態における冷却システムの全体構成を示す模式図である。
他の実施形態における冷却システムの全体構成を示す模式図である。
他の実施形態における熱交換器の横断面図である。
他の実施形態における熱交換器の横断面図である
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【0013】
(第1実施形態)
まず、図1に示すサーモサイフォン10と冷凍サイクル20とを含む冷却システムの全体構成について説明する。
【0014】
サーモサイフォン10は、車両に搭載される。サーモサイフォン10は、車両に搭載される組電池BPを冷却する。すなわち、サーモサイフォン10により冷却される対象機器は、組電池BPである。車両としては、組電池BPを電源とする図示しない走行用電動モータによって走行可能な電気自動車、または、ハイブリッド自動車等が想定される。
【0015】
組電池BPは、直方体形状の複数の電池セルを有している。そして、組電池BPは、その複数の電池セルを積層配置した積層体で構成されている。複数の電池セルは、電気的に直列に接続されている。各電池セルは、充放電可能な二次電池(例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池)で構成されている。なお、各電池セルは、直方体形状に限らず、円筒形状等の他の形状を有していてもよい。また、組電池BPは、電気的に並列に接続された電池セルを含んで構成されていてもよい。
【0016】
サーモサイフォン10は、密閉容器11と、作動流体12とを備える。サーモサイフォン10は、密閉容器11の内部に封入された作動流体12の液相と気相の相変化により熱移動を行うヒートパイプの一種である。図1の密閉容器11の内部の実線の矢印は、液相の作動流体12の流れを示している。図1の密閉容器11の内部の破線の矢印は、気相の作動流体12の流れを示している。なお、実線の矢印と破線の矢印が示すことは、他の図においても同様である。
【0017】
密閉容器11は、1本の管で構成されている。密閉容器11は、蒸発部13と凝縮部14とを含む。蒸発部13は、組電池BPと熱伝導可能に連結されている。蒸発部13は、組電池BPから作動流体12に吸熱させることによって、蒸発部13の内部の作動流体12を蒸発させるとともに、組電池BPを冷却する。凝縮部14は、作動流体12を放熱させることによって、作動流体12を凝縮させる。サーモサイフォン10では、凝縮部14で凝縮した液相の作動流体は、重力を利用して、蒸発部13に還流する。作動流体12としては、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに用いられるR134a、R1234yf等の冷媒が用いられる。作動流体12としては、冷凍サイクル20と同じ種類の冷媒が用いられる。なお、作動流体としては、冷凍サイクル20と異なる種類の冷媒が用いられてもよい。
【0018】
冷凍サイクル20は、車両空調装置に用いられる蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。冷凍サイクル20は、圧縮機21と、放熱器22と、膨張弁23と、蒸発器24と、冷媒配管25、26とを備える。
【0019】
圧縮機21は、冷媒吸入口21bから吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した高圧の冷媒を冷媒吐出口21aから吐出する。放熱器22は、圧縮機21から吐出された冷媒を放熱させる。膨張弁23は、放熱器22から流出した冷媒を減圧させ、膨張させる。蒸発器24は、膨張弁23で減圧された冷媒と、車室内に送られる空気と冷媒との熱交換によって、冷媒を蒸発させるとともに、空気を冷却する。蒸発器24を流出した冷媒は、圧縮機21の冷媒吸入口21bから吸入される。
【0020】
冷媒配管25、26は、圧縮機21、放熱器22、膨張弁23および蒸発器24等の冷凍サイクル20の構成部品をつなぐ管である。冷媒配管25、26は、主としてアルミニウム合金等の金属材料で構成されている。冷媒配管25、26は、高圧配管25と低圧配管26とを含む。高圧配管25は、圧縮機21の冷媒吐出口21aから吐出され、膨張弁23で減圧される前の高圧の冷媒が流れる配管である。低圧配管26は、膨張弁23で減圧された後であって、冷凍サイクル20の圧縮機21の冷媒吸入口21bから吸入される前の冷媒が流れる配管である。低圧配管26は、円筒状である。冷媒としては、R134a、R1234yf等が用いられる。
【0021】
次に、図1、2に示す本実施形態の熱交換器30について説明する。
【0022】
熱交換器30は、冷凍サイクル20の冷媒との熱交換によってサーモサイフォン10の作動流体を冷却する。熱交換器30は、冷凍サイクル20の冷媒側熱交換部27と、サーモサイフォン10の凝縮部14とを備える。冷媒側熱交換部27は、低圧配管26の一部で構成される。低圧配管26の一部は、低圧配管26のうち蒸発器24と圧縮機21の冷媒吸入口21bとの間に位置する。凝縮部14は、作動流体12が流れる管の一部で構成される作動流体側熱交換部である。作動流体側熱交換部は、相手側熱交換部に相当する。冷媒側熱交換部27および凝縮部14は、どちらも上下方向に延伸しており、互いに並行に延伸している。
【0023】
冷媒側熱交換部27と凝縮部14とは、熱伝導可能に連結されている。具体的には、図3に示すように、凝縮部14は、円筒状である。冷媒側熱交換部27は、凝縮部14の外面と面接触するように、凝縮部14の外面に対応した凹形状の凹部271を有する。冷媒側熱交換部27の凹部271と凝縮部14とは、直に接した状態で、ろう付け、溶接等の接合によって連結されている。なお、冷媒側熱交換部27の凹部271と凝縮部14とは、クリップやクランプ等の機械的な締結によって連結されてもよい。また、冷媒側熱交換部27の凹部271と凝縮部14とは、熱伝導グリスまたは熱伝導シート等の介在物を介して、接した状態であってもよい。
【0024】
図2に示すように、冷媒側熱交換部27は、低圧配管26のうち凝縮部14と熱伝導可能に連結されている部分である。冷媒側熱交換部27は、低圧配管26の蒸発器24と圧縮機21との間の部分のうち冷媒側熱交換部27の隣りに位置する冷媒側熱交換部以外の部分と継ぎ目なく連続している。冷媒側熱交換部以外の部分は、凝縮部14と非接触の部分である。
【0025】
図2、3、4に示すように、熱交換器30は、冷媒側熱交換部27の内部に配置されたガイド部材31を備える。ガイド部材31は、ガイド部材31と冷媒側熱交換部27の内面との間に冷媒流路を形成するように配置される。
【0026】
ガイド部材31は、冷媒流れを調整するための部材である。ガイド部材31は、冷媒側熱交換部27の上流側から冷媒側熱交換部27の内部のうち中心側の部分に向かう冷媒流れを、冷媒側熱交換部27の内部のうち中心側の部分よりも外側の部分に導く。ガイド部材31は、熱交換器30がガイド部材31を有していない場合と比較して、冷媒側熱交換部27の中心部の流量および流速を抑制し、冷媒側熱交換部27の内面近傍の流量および流速を増大させる。
【0027】
図2、図3、図4、図5、図6に示すように、ガイド部材31は、本体部32と複数の突出部33とを有する。本体部32は、横断面形状が半円の中実形状である。複数の突出部33は、本体部32から突出している。各突出部33は、冷媒側熱交換部27の内面に接することで、ガイド部材31と冷媒側熱交換部27の内面との間に、冷媒流路となる空間を形成するスペーサである。
【0028】
ガイド部材31は、主として合成樹脂で構成されている。本実施形態では、ガイド部材31の全部が合成樹脂で構成されている。しかしながら、ガイド部材31の一部のみが合成樹脂で構成され、ガイド部材31の他の一部が合成樹脂以外の材料で構成されていてもよい。
【0029】
図2に示すように、低圧配管26のうち冷媒側熱交換部27を除く部位には、位置決め部26aが形成されている。低圧配管26のうち冷媒側熱交換部27を除く部位は、低圧配管26のうち冷媒側熱交換部27よりも下側の部分である。換言すると、低圧配管26のうち冷媒側熱交換部27を除く部位は、低圧配管26のうち冷媒側熱交換部27よりも冷媒流れ下流側の部分である。
【0030】
位置決め部26aは、低圧配管26の内部におけるガイド部材31の長手方向での位置を決める。ガイド部材31の長手方向は、低圧配管26の軸線方向と同じ意味である。位置決め部26aは、低圧配管26の外面が凹まされて、低圧配管26の内面が突出した突出部である。すなわち、位置決め部26aは、低圧配管26の外面の凹みに対応する位置で、低圧配管26の内面が凸となっている部分である。なお、位置決め部26aは、低圧配管26とは別体の部材で構成されてもよい。また、ガイド部材31の下端部が冷媒側熱交換部27の内部に位置する場合、冷媒側熱交換部27に、位置決め部26aが形成されてもよい。
(【0031】以降は省略されています)

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