JP2022181051A - 面接触型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電池等の熱交換対象物と熱交換する面接触型熱交換器において、その熱媒体の温度変化を可能かぎり抑制して、各部における熱交換を均一にすること。【解決手段】 第１熱媒体３の流入口と流出口との間に接続され、内部に第２熱媒体５が流通して、前記第１熱媒体３との間に熱交換して循環する一以上の第２熱交換部６と、を具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、面接触型熱交換器であり、その外面に平坦な伝熱面を有し、その伝熱面と電池等の熱交換対象物とを接触させることにより、熱交換するものに関し、特に、伝熱面の各部における温度の差を抑制するものに関する。

図９は、従来型の熱交換器の一例であり、冷却水等の第１熱媒体３と、空調器１６の冷媒等の第２熱媒体５の回路を示す説明図、および、第１熱媒体３の流通に伴う、その温度変化の説明図である。
ここで、第１熱交換器１８の平坦な伝熱面１の表面には熱交換対象物２が載置される。
また、第１熱交換器１８と別体に第２熱交換器１９が配置され、第２熱交換器１９と第１熱交換器１８との間に第１熱媒体３の流路が形成される。さらに、第２熱交換器１９と放熱器２０との間に第２熱媒体５の流路が形成される。

そして、第１熱交換器１８内を流通する第１熱媒体３により、伝熱面１上に配置された熱交換対象物２を冷却する。その第１熱媒体３は、第２熱交換器１９において第２熱媒体５と熱交換され、第１熱交換器１８に戻される。
第１熱交換器１８では、その第１熱媒体３が入口側から出口側に流通する間に、その温度がΔｔ上昇する。

上述の従来型の面接触型熱交換器では、第１熱媒体３が熱交換対象物２から吸熱し、第２熱交換器１９に放熱するまで、各部で温度上昇が起こり、熱交換対象物２の冷却が不均一となる。
そこで、本発明は熱媒体の温度変化を可能かぎり抑制して、各部における熱交換を均一にすることを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、外面に伝熱面１が形成されて、その伝熱面１に熱交換対象物２が接触し、内部に第１熱媒体３が流通して循環し、熱交換対象物２との間に熱交換する第１熱交換部４と、
第１熱媒体３の流入口と流出口との間に接続され、内部に第２熱媒体５が流通して、前記第１熱媒体３との間に熱交換して循環する一以上の第２熱交換部６と、を具備する面接触型熱交換器である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の面接触型熱交換器において、
複数の第２熱交換部６が並んで配置されている面接触型熱交換器である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の面接触型熱交換器において、
複数の第２熱交換部６が一体に形成されている面接触型熱交換器である。

請求項４に記載の発明は、請求項１～請求項３のいずれかに記載の面接触型熱交換器において、
前記熱交換対象物２は電池であり、
第２熱交換部６では、前記第１熱媒体３と、前記第２熱媒体５としての空調用冷媒とが熱交換される面接触型熱交換器である。

請求項１に記載の発明は、伝熱面１の熱交換対象物２と第１熱媒体３の間で熱交換する第１熱交換部４と、第１熱媒体３の流入口と流出口との間に接続され、内部に第２熱媒体５が流通して、第１熱媒体３との間に熱交換して循環する一以上の第２熱交換部６と、を有するものである。
このように、第１熱媒体３の流入口と流出口との間に、第２熱交換部６を配置して両媒体間に熱交換させることにより、面接触型熱交換器の伝熱面１を第１熱媒体３が流通するときの面内の温度差が低減され、熱交換対象物の熱交換の不均一が抑制される。

請求項２に記載の発明は、複数の第２熱交換部６が並んで配置されているものである。
このように、複数の第２熱交換部６が並んで配置されているため、面接触型熱交換器における伝熱面１を、第２熱交換部６に分断されることなく、確保することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、複数の第２熱交換部６が一体に形成されているものである。
これにより、部品点数を削減することが可能になる。

請求項４に記載の発明は、熱交換対象物２が電池であり、第２熱交換部６では、第１熱媒体３と、第２熱媒体５としての空調用冷媒とが熱交換されるものである。
これにより、電池の冷却または加熱の不均一を抑制することができる。

本発明の第１実施例の面接触型熱交換器の分解斜視図。 同面接触型熱交換器の組立状態を示す斜視図（Ａ）、同図（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図（Ｂ）。 同実施例における第１熱媒体３、第２熱媒体５の流路を示すブロック図（Ａ）、その第１熱媒体３の流通に伴う熱媒体の温度変化の説明図（Ｂ）。 本発明の第２実施例の第１熱媒体３、第２熱媒体５の流路を示すブロック図。 本発明の第３実施例の第１熱媒体３、第２熱媒体５の流路を示すブロック図。 本発明の第４実施例の第１熱媒体３、第２熱媒体５の流路を示すブロック図。 同第５実施例の面接触型熱交換器の分解斜視図。 本発明の第６実施例の第１熱媒体３、第２熱媒体５の流路を示すブロック図（Ａ）、その第１熱媒体３の流通に伴う熱媒体の温度変化の説明図（Ｂ）。 従来型面接触型熱交換器における第１熱媒体３、第２熱媒体５の流路を示すブロック図（Ａ）、その第１熱媒体３の流通にともなう温度変化の説明図（Ｂ）。

次に図面に基づいて、本発明の実施の形態につき、熱交換対象物２を冷却する例について、説明する。

図１～図３は、本発明の第１実施例を示し、図１はその分解斜視図であり、図２は同組立図およびＢ－Ｂ矢視断面図、図３は同熱交換器の流路を示す説明図および、第１熱媒体３の流通にともなう温度変化の説明図である。

この面接触型熱交換器は、図２に示す如く、電池セル集合体等の熱交換対象物２を冷却することができるものである。
そして、この例ではエンジン冷却水等の第１熱媒体３の流れに沿って、上流側第２熱交換部６ａと上流側第１熱交換部４ａと、下流側第２熱交換部６ｂと下流側第１熱交換部４ｂが配置されている。

この熱交換器は、皿状の下プレート１０と、そのフランジ部１０ａに接合される上プレート１１とを有し、それぞれの平面は長方形に形成されている。下プレート１０は外周に枠状にフランジ部１０ａが形成されるとともに、フランジ部１０ａの内側に一体に複数の仕切部１０ｂが千鳥状に突設され、その仕切部１０ｂ先端と、外周のフランジ部１０ａとの間に、冷却水の流通部１０ｃを形成する。フランジ部１０ａの面と仕切部１０ｂの面とは同一面である。
そして、図１において、上プレート１１の各伝熱面１ａ、１ｂが、下プレート１０の左端の仕切部１０ｂと中間の仕切部１０ｂとの間の位置および、中間の仕切部１０ｂと右端のフランジ部１０ａとの間の位置に整合するように形成されている。また、下プレート１０の左端の仕切部１０ｂと中間部の仕切部１０ｂとの内面側及び、中間部の仕切部１０ｂと右端のフランジ部１０ａとの間には、多数のディンプル１３が内面側に突設され、それが第１熱媒体３を撹拌する。
そして、下プレート１０の左端のフランジ部１０ａと、それに対向する仕切部１０ｂとの間には、平面Ｖ字状にプレス成型された伝熱向上手段８が形成されている。同様に、中間の一対の仕切部１０ｂ間にも伝熱向上手段８が形成されている。
この伝熱向上手段８は、上プレート１１の長手方向の一端部および中間部にも一対配置され、それぞれの位置に、上流側第２熱交換部６ａ、下流側第２熱交換部６ｂが形成されている。この第２熱交換部６ａ、６ｂは、下プレート１０、上プレート１１、上プレート１１に積層されるプレート９で形成される。

第２熱交換部６ａ、６ｂの伝熱向上手段８として、上下に対向する一方のプレートのＶ字模様は他方に対して、逆向きに形成されている。
各第２熱交換部６ａ、６ｂには、第２熱媒体５として、空調用熱交換器の冷媒が上プレート１１とそれに積層されたプレート９との間に導かれる。そして、上流側第２熱交換部６ａ、下流側第２熱交換部６ｂで、下プレート１０と上プレート１１の間に流通する第１熱媒体３と、第２熱媒体５との間に熱交換が行われる。

そして、上流側第２熱交換部６ａで冷却された第１熱媒体３が、上流側第１熱交換部４ａに導かれ、そこに面接触する熱交換対象物２を冷却する。次いで、下流側第２熱交換部６ｂに導かれ、そこで冷却され、下流側第１熱交換部４ｂの熱交換対象物２の発熱を吸熱して循環する。
図３（Ａ）は、その流路および作用を示し、その（Ｂ）は、第１熱媒体３の移動に伴う冷媒の温度変化を示す。
第１熱媒体３は上流側第１熱交換部４ａの下流端でΔｔの１／２程、温度上昇し、下流側第２熱交換部６ｂで、それがもとの温度に冷却され、下流側第１熱交換部４ｂの下流端で再び１／２程度温度上昇する。
なお、Δｔは図９における従来型熱交換器の温度上昇分である。

次に、図４は本発明の第２実施例の流路を示し、この例が図３の第１実施例と異なる点は、伝熱面１ａ、１ｂと第１熱交換部４ａ、４ｂ、第２熱交換部６ａ、６ｂの配置位置で、両実施例の作用は実質的に同じである。即ち、図４では伝熱面１ａ、１ｂとが並列され、それらの一側にそれぞれ第２熱交換部６ａ、６ｂが並列されたものである。

次に、図５は本発明の第３実施例の流路を示す説明図である。
この実施例の面接触型熱交換器は、同図において上下に伝熱面１ａ、１ｂ、上流側第１熱交換部４ａと下流側第１熱交換部４ｂとが配置され、そこに、それぞれ熱交換対象物２が配置される。さらに、伝熱面１ａ、１ｂに隣接した位置に、一つの第２熱交換部６が配置されている。
そして、エンジン冷却水等の第１熱媒体３が伝熱面１ａ、１ｂを複パスで流通する。
次に、第２熱交換部６では、冷媒等の第２熱媒体５が１パスで流通するとともに、第１熱媒体３が複パスで流通する。
第１熱媒体３は第２熱交換部６で第２熱媒体５と熱交換され、それが伝熱面１ａの上流側第１熱交換部４ａを通過し、次いで伝熱面１ｂの下流側第１熱交換部４ｂに導かれる。次いで、それが第２熱交換部６で第２熱媒体５により再度冷却され、伝熱面１ａの上流側第１熱交換部４ａを介してポンプ１７に戻される。

即ち、第２熱交換部６の図において一端部で第２熱媒体５と熱交換された低温の冷媒が上流側第１熱交換部４ａ、下流側第１熱交換部４ｂを通過し、第２熱交換部６で再び第２熱媒体５によって冷却され、それがポンプ１７に戻される。
そして第１熱媒体３は、伝熱面１ａ、１ｂの上流側第１熱交換部４ａ、下流側第１熱交換部４ｂを複パスで２度流通する。これにより、各伝熱面１ａ、１ｂに配置された熱交換対象物２が吸熱される。即ち、第１熱媒体３は、複パスで流通し、一対の熱交換対象物２からそれぞれ吸熱し、第２熱交換部６で２回熱交換され、ポンプ１７に戻される。

次に、図６は本発明の第４実施例の流路を示す説明図である。
この例が図５の実施例と異なる点は、第１熱媒体３の流通路の違いである。
ポンプ１７を通過した第１熱媒体３は、その直下で２つに分流し、伝熱面１ａ、１ｂをそれぞれ復パスで通過し、それぞれポンプ１７に戻される。すなわち、先ず、ポンプ１７を通過した一方の第１熱媒体３は、図６において伝熱面１ａ、１ｂの外側を流通して、ポンプ１７に戻される。
他方の第１熱媒体３は、図６において伝熱面１ａ、１ｂの内側の回路を流通してポンプ１７に戻される。いずれの第１熱媒体３も第２熱交換部６において、第２熱媒体５と熱交換し、冷却された第１熱媒体３が上流側第１熱交換部４ａ、下流側第１熱交換部４ｂに導かれる。

次に、図７は本発明の第５実施例の分解説明図である。
この例においては、第２熱交換部６として、伝熱面１の一側に上流側第２熱交換部６ａが配置され、他側に下流側第２熱交換部６ｂが配置され、各第２熱交換部６ａ，６ｂは積層型の熱交換部となっている。そして、その積層型熱交換部において、皿状に形成されたプレートの一枚おきに第１熱媒体３と第２熱媒体５とが交互に流通する。
伝熱面１は、第２熱交換部６のプレートより平面の広い方形の下プレート１０と、その外周のフランジ部１０ａに被着される上プレート１１とを有する。下プレート１０のフランジ部１０ａの内側には、それと一体に仕切部１０ｂが配置される。そして、第１熱媒体３が下プレート１０および上プレート１１の冷却水出入口１４から第２熱交換部６の各冷却水流路に流入する。
また、第２熱交換部６の上端に設けた冷媒出入口１５から、図示しない空調用熱交換器の冷媒が第２熱媒体５として内部に導かれ、それが冷媒出入口１５から流出する。そして、冷却水としての第１熱媒体３との間で熱交換される。
なお、図７において、伝熱面１の上面には、図示しない電池セル集合体等の熱交換対象物２が載置され、その発熱を第１熱媒体３が吸熱する。

図８（Ａ）は、本発明の第６実施例の第１熱媒体３、第２熱媒体５の流路を示すブロック図であり、同図（Ｂ）はその第１熱媒体３の流通に伴う熱媒体の温度変化の説明図である。
この例と第１実施例との差異は、第２熱交換部６をさらに２つ追加して配置した点である。図８（Ｂ）に示す如く、第２熱交換部６を追加することにより、従来型熱交換器の温度上昇Δｔを、その１／４程度にまで抑えることができる。

本発明は、電気自動車またはハイブリッド型自動車の駆動用電池の冷却器等の熱交換器として利用できる。

１ 伝熱面
１ａ 伝熱面
１ｂ 伝熱面
２ 熱交換対象物
３ 第１熱媒体
４ 第１熱交換部
４ａ 上流側第１熱交換部
４ｂ 下流側第１熱交換部
５ 第２熱媒体
６ 第２熱交換部
６ａ 上流側第２熱交換部
６ｂ 下流側第２熱交換部
７ 設置面
８ 伝熱向上手段
９ プレート

１０ 下プレート
１０ａ フランジ部
１０ｂ 仕切部
１０ｃ 流通部
１１ 上プレート
１２ パイプ
１３ ディンプル
１４ 冷却水出入口
１５ 冷媒出入口
１６ 空調器
１７ ポンプ
１８ 第１熱交換器
１９ 第２熱交換器
２０ 放熱器

Claims (4)

1. 外面に伝熱面（１）が形成されて、その伝熱面（１）に熱交換対象物（２）が接触し、内部に第１熱媒体（３）が流通して循環し、熱交換対象物（２）との間に熱交換する第１熱交換部（４）と、
   第１熱媒体（３）の流入口と流出口との間に接続され、内部に第２熱媒体（５）が流通して、前記第１熱媒体（３）との間に熱交換して循環する一以上の第２熱交換部（６）と、を具備する面接触型熱交換器。
2. 請求項１に記載の面接触型熱交換器において、
   複数の第２熱交換部（６）が並んで配置されている面接触型熱交換器。
3. 請求項１に記載の面接触型熱交換器において、
   複数の第２熱交換部（６）が一体に形成されている面接触型熱交換器。
4. 請求項１～請求項３のいずれかに記載の面接触型熱交換器において、
   前記熱交換対象物（２）は電池であり、
   第２熱交換部（６）では、前記第１熱媒体（３）と、前記第２熱媒体（５）としての空調用冷媒とが熱交換される面接触型熱交換器。

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