WO2020100847A1

WO2020100847A1 - 熱交換器

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Publication number: WO2020100847A1
Application number: PCT/JP2019/044219
Authority: WO
Inventors: 篤加治屋; 建司簑島; 勝一間宮; 伸二大西
Original assignee: Nok株式会社
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2020-05-22
Also published as: CN112654829A; US20210325119A1; JPWO2020100847A1; EP3882551A1

Abstract

熱交換の効率を向上する。　熱交換器（１０）は、加熱流体が流れる加熱流体流路（１７）と、被加熱流体が流れる被加熱流体流路（１８）と、複数の放熱板（１２１，１２２）を厚み方向に積層することにより複数の放熱板（１２１，１２２）の間に加熱流体流路（１７）と連通する放熱流路（１２３）を形成している放熱部（１２）と、放熱部（１２）を形成する放熱板（１２１，１２２）の厚み方向に積層して設けられ、複数の受熱板（１３１，１３２）を厚み方向に積層して複数の受熱板（１３１，１３２）の間に被加熱流体流路（１８）と連通する受熱流路（１３３）を形成している受熱部（１３）と、放熱部（１２）と受熱部（１３）との間の空間（１４１）により形成されている蓄熱部（１４）と、蓄熱部（１４）の内部に充填されている蓄熱材料（１４２）と、を備える。

Description

熱交換器

　本発明は、熱交換器に関する。

　従来、給湯あるいは暖房のような流体を加熱するための熱交換器が知られている。熱交換器は、加熱される流体（以下「被加熱流体」という）と被加熱流体を加熱するために熱を保持している流体（以下「加熱流体」という）との間で熱交換を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－９９５９０号公報特開２００３－３３６９７４号公報

　従来の熱交換器は、例えば特許文献１のように伝熱プレートのような伝熱性の部材を介して加熱流体が保持している熱を被加熱流体に伝熱することにより加熱流体と被加熱流体との間で熱交換を行っていたため、熱交換の効率が上記伝熱性の部材と流体の熱容量とに依存していた。このため、従来の熱交換器は、加熱流体が保持している熱のエネルギーの利用効率が低い、つまり熱交換の効率が低いという課題が生じていた。

　また、従来の熱交換器には、例えば特許文献２のように熱交換を行う２つの流体の間や周囲に蓄熱部を備えたものも知られていたものの、熱交換の効率向上については鑑みられていなかった。

　本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換の効率を向上することができる熱交換器を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明に係る熱交換器は、加熱流体と被加熱流体との間で熱交換を行う熱交換器であり、加熱流体が流れる加熱流体流路と、被加熱流体が流れる被加熱流体流路と、複数の放熱板を厚み方向に積層することにより複数の放熱板の間に加熱流体流路と連通する放熱流路を形成している放熱部と、放熱部を形成する放熱板の厚み方向に積層して設けられ、複数の受熱板を厚み方向に積層して複数の受熱板の間に被加熱流体流路と連通する受熱流路を形成している受熱部と、放熱部と受熱部との間の空間により形成されている蓄熱部と、蓄熱部の内部に充填されている蓄熱材料と、を備える。

　本発明の一態様に係る熱交換器において、放熱板は、複数の凹部及び凸部が設けられている放熱面と、放熱面の外縁に設けられている外縁部と、を備え、放熱部は、複数の放熱板の外縁部を互いにロウ付けして接合することにより形成されている。

　本発明の一態様に係る熱交換器において、受熱板は、複数の凹部及び凸部が設けられている受熱面と、受熱面の外縁に設けられている外縁部と、を備え、受熱部は、複数の受熱板の外縁部を互いにロウ付けして接合することにより形成されている。

　本発明の一態様に係る熱交換器において、放熱部及び受熱部の高さ方向の寸法は、蓄熱部の高さ方向の寸法よりも小さい。

　本発明の一態様に係る熱交換器において、放熱板と受熱板との間を補強する補強板を備える。

　本発明の一態様に係る熱交換器において、蓄熱材料は、二酸化バナジウム系の粉粒体である。

　本発明の一態様に係る熱交換器において、蓄熱部を加熱する加熱部を備える。

　本発明の一態様に係る熱交換器において、蓄熱部を外部から断熱する断熱部を備える。

　本発明の一態様に係る熱交換器において、放熱部、受熱部、蓄熱部、及び蓄熱材料は、熱交換部を構成し、熱交換部を複数備える。

　本発明によれば、熱交換の効率を向上することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の概略構成を示すための、模式図である。図１に示す熱交換器の斜視図である。図１に示す熱交換器の概略構成を示すための、Ａ－Ａ断面図である。図１に示す熱交換器の概略構成を示すための、Ｂ－Ｂ断面図である。図１に示す熱交換器の加熱部の概略構成を示すための、模式図である。図５に示す加熱部の概略構成を示すための、展開図である。図１に示す熱交換器の断熱部の概略構成を示すための、模式図である。図７に示す断熱部の概略構成を示すための、展開図である。本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器の概略構成を示すための、Ａ－Ａ断面図である。図９に示す熱交換器のＢ－Ｂ断面図である。本発明の実施の形態に係る図１に示す熱交換器を備える熱管理システムの概略構成を示すための、機能ブロック図である。図１に示す熱交換器の変形例の概略構成を示すための、Ａ－Ａ断面図である。

　以下、本発明の実施の形態に係る熱交換器について図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係る熱交換器は、例えば給湯用や暖房用の熱交換システムにおいて、熱媒体などの加熱流体と水や冷媒などの被加熱流体との間で熱交換を行うためのものについて説明する。

　［第１の実施の形態］
　まず、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器について説明する。

　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器１０の概略構成を示すための、模式図である。図２は、熱交換器１０の斜視図である。図３は、熱交換器１０の概略構成を示すための、Ａ－Ａ断面図である。図４は、熱交換器１０の概略構成を示すための、Ｂ－Ｂ断面図である。図４において、図３において示した符号の一部を省略している。本実施の形態において、図１及び図２に示す熱交換器１０の長手方向を熱交換器１０の縦方向といい、短手方向を熱交換器１０の横方向という。また、本実施の形態において、熱交換器１０の縦方向及び横方向の双方に直交する方向を熱交換器１０の高さ方向又は厚み方向という。

　本実施の形態に係る熱交換器１０は、加熱流体と被加熱流体との間で熱交換を行う。図１乃至図４に示すように、熱交換器１０は、加熱流体が流れる加熱流体流路１７と、被加熱流体が流れる被加熱流体流路１８とを備える。また、図３及び図４に示すように、熱交換器１０は、複数の放熱板１２１，１２２を厚み方向に積層することにより複数の放熱板１２１，１２２の間に加熱流体流路１７と連通する放熱流路１２３を形成している放熱部１２を備える。また、熱交換器１０は、放熱部１２を形成する放熱板１２１，１２２の厚み方向に積層して設けられ、複数の受熱板１３１，１３２を厚み方向に積層して複数の受熱板１３１，１３２の間に被加熱流体流路１８と連通する受熱流路１３３を形成している受熱部１３を備える。さらに、熱交換器１０は、放熱部１２と受熱部１３との間の空間１４１により形成されている蓄熱部１４と、蓄熱部１４の内部に充填されている蓄熱材料１４２と、を備える。以下、熱交換器１０の構造及び動作を具体的に説明する。

　図１及び図２に示すように、熱交換器１０は、熱交換部１１と、加熱部１５と、断熱部１６と、加熱流体流路１７と、被加熱流体流路１８とを備える。熱交換部１１は、図３及び図４に示すように熱交換器１０において放熱部１２、受熱部１３、及び蓄熱部１４を備える。

　加熱部１５は、蓄熱部１４を外側から加熱するものであり、例えば電熱ヒータである。加熱部１５は、放熱部１２、受熱部１３、及び蓄熱部１４を備える熱交換部１１を外側から覆うように設けられている。断熱部１６は、熱交換部１１と加熱部１５とを外側から覆うように設けられている。断熱部１６は、蓄熱部１４を含めて熱交換部１１を熱交換器１０の外部から断熱する。加熱部１５及び断熱部１６の詳細な構成については後述する。

　次に、熱交換部１１の構成について説明する。図３及び図４に示すように、熱交換部１１は、加熱流体が保持している熱を放熱する放熱部１２と、放熱部１２が放熱した熱を被加熱流体に受熱させる受熱部１３と、放熱部１２と受熱部１３との間に設けられていて放熱部１２から放熱された熱を蓄熱する蓄熱部１４とを備える。熱交換部１１は、放熱部１２、受熱部１３、及び蓄熱部１４を１つの組として、１つの熱交換器１０に対して１又は２以上の複数備えられている。

　放熱部１２は、上述のように複数の放熱板１２１，１２２を厚み方向に重ね合わせる（積層する）ことにより、放熱板１２１，１２２の間に放熱流路１２３が形成されている。また、受熱部１３は、上述のように複数の受熱板１３１，１３２を厚み方向に重ね合わせる（積層する）ことにより、受熱板１３１，１３２の間に受熱流路１３３が形成されている。

　放熱板１２１，１２２は、板状部材に、断面視において複数の凹部及び凸部が連続した波形に形成されている放熱面１２５を有している。放熱面１２５の凹凸形状は、平面視において例えばヘリンボーン形状やコルゲート形状などの伝熱に適した形状を有している。放熱板１２１，１２２は、放熱面１２５の外縁に位置する板状部材の両端部に、板状部材の厚み方向、つまり熱交換器１００の高さ方向に折り曲げられている外縁部１２６を有している。封止部材１２４は、粉粒体の蓄熱材料１４２を空間１４１に封入するために外縁部１２６に設けられた不図示の孔を封止している。放熱板１２１，１２２は、放熱面１２５と外縁部１２６との間に、加熱流体流路１７と放熱流路１２３とを連通させるための開口部１２７を有している。放熱板１２１，１２２は、外縁部１２６の先端に先端部１２８を有する。また、放熱板１２１，１２２は、外縁部１２６における放熱面１２５からの折り曲げ部分付近に根元部１２９を有する。

　受熱板１３１，１３２は、放熱板１２１，１２２と対応した形状を有している。すなわち、受熱板１３１，１３２は、板状部材に、断面視において複数の凹部及び凸部が連続した波形に形成されている受熱面１３５を有している。受熱面１３５の凹凸形状は、平面視において例えばヘリンボーン形状やコルゲート形状などの伝熱に適した形状を有している。受熱板１３１，１３２は、受熱面１３５の外縁に位置する板状部材の両端部に、板状部材の厚み方向、つまり熱交換器１００の高さ方向に折り曲げられている外縁部１３６を有している。封止部材１３４は、粉粒体の蓄熱材料１４２を空間１４１に封入するために外縁部１２６，１３６に設けられた不図示の孔を封止している。受熱板１３１，１３２は、受熱面１３５と外縁部１３６との間に、被加熱流体流路１８と受熱流路１３３とを連通させるための開口部１３７を有している。受熱板１３１，１３２は、外縁部１３６の先端に先端部１３８を有する。また、受熱板１３１，１３２は、外縁部１３６における受熱面１３５からの折り曲げ部分付近に根元部１３９を有する。

　放熱板１２１，１２２及び受熱板１３１，１３２は、加熱流体が保持している熱を効率よく放熱できるように、例えばステンレススチール（ＳＵＳ３１６あるいはＳＵＳ３０４）などの高い熱伝導率を有するとともに加熱流体に対する耐食性を有する素材の板状部材により構成されている。放熱板１２１，１２２及び受熱板１３１，１３２は、このような板状部材をプレス加工や打ち抜き加工などを行うことにより、放熱面１２５、受熱面１３５、外縁部１２６，１３６、及び開口部１２７，１３７などの形状が形成されている。なお、放熱板１２１，１２２及び受熱板１３１，１３２は、高い熱伝導率、耐食性、加工の容易性などの要件を満たすものであれば、上述したステンレススチール以外の材料を用いることができる。

　熱交換部１１は、加熱流体流路１７から放熱流路１２３に流れ込む加熱流体の漏出を防止するために、放熱部１２を構成する放熱板１２１，１２２を互いに接合する必要がある。また、被加熱流体流路１８から受熱流路１３３に被加熱流体の漏出を防止するために、受熱部１３を構成する受熱板１３１，１３２を互いに接合する必要がある。具体的には、放熱部１２の放熱板１２１は、外縁部１２６の内側（蓄熱部１４の空間１４１側）の面が、放熱板１２２の外縁部１２６の外側の面と接合されている。また、受熱部１３の受熱板１３１は、外縁部１３６の内側の面が、受熱板１３２の外縁部１３６の外側の面と接合されている。

　熱交換部１１は、放熱部１２と受熱部１３との間に蓄熱部１４を形成するために、放熱部１２の放熱板１２１，１２２と受熱部１３の受熱板１３１，１３２とを接合する必要がある。放熱部１２は、外縁部１２６の先端部１２８が、受熱部１３の外縁部１３６の根元部１３９と接合されている。熱交換部１１は、放熱板１２１，１２２及び受熱板１３１，１３２が互いにロウ付けにより接合されている。つまり、熱交換部１１は、ブレージングプレート式熱交換器である。熱交換部１１は、ブレージングプレート式熱交換器の構造を採用することにより、放熱面１２５及び受熱面１３５の厚み方向の寸法を小さくすることができるため、熱交換部１１の内部に収容する加熱流体及び被加熱流体の量を少なくすることができる。このように、熱交換部１１は、ブレージングプレート式熱交換器の構造を採用することにより、多管式熱交換器と比較して熱交換の高効率化、小型化、軽量化、堅牢化を図ることができる。

　蓄熱部１４は、上述のように１組の放熱部１２と受熱部１３との間に設けられている空間１４１と、その空間１４１に充填されている蓄熱材料１４２とを備える。空間１４１は、放熱部１２を形成し受熱部１３に面する側の放熱板１２２と、受熱部１３を形成し放熱部１２に面する側の受熱板１３１との間に設けられている。つまり、蓄熱部１４の空間１４１は、熱交換器１０において加熱流体と被加熱流体との熱交換を行う放熱面１２５及び受熱面１３５の間に設けられている。蓄熱部１４は、蓄熱材料１４２が効率よく放熱部１２から受熱して、その熱を受熱部１３に受熱させることができるように、放熱面１２５及び受熱面１３５の裏面を含めて空間１４１の内部において隙間なく充填されているのが望ましい。

　蓄熱材料１４２は、例えば二酸化バナジウム（ＶＯ_２）系の粉粒体の蓄熱材料を用いることができる。二酸化バナジウム系の蓄熱材料は、遷移金属化合物セラミックス、元素置換された強相関電子系遷移金属化合物である。蓄熱材料１４２は、二酸化バナジウム系の材料であるため、体積当たりの蓄熱量が水に近い、熱伝導性が高い、熱応答性に優れる、液相にならず常に固相で使用できるため体積変化が小さい、繰り返し使用可能である、保持温度が選択可能である、などの特性を有している。蓄熱材料１４２は、二酸化バナジウム系であることから以上のような特性を有しているため、密閉された空間１４１の内部に封入するのに適している。また、蓄熱材料１４２は、二酸化バナジウム系の粉粒体であるため、空間１４１の内部において隙間なく封入することができる。蓄熱材料１４２は、放熱部１２を構成する放熱板１２１，１２２、及び受熱部１３を構成する受熱板１３１，１３２を接合して蓄熱部１４の空間１４１が形成された後、上記孔から空間１４１の内部に封入される。蓄熱材料１４２は、封止部材１２４，１３４を用いて上記孔が封止されることにより、空間１４１の内部に封止される。なお、蓄熱材料１４２は、上述の二酸化バナジウム系の蓄熱材料以外の蓄熱材料を用いてもよい。

　蓄熱部１４は、空間１４１の内部に設けられ、放熱部１２を形成する放熱板１２２と受熱部１３を形成する受熱板１３１との間を補強する補強板１４３とを備える。補強板１４３は、放熱部１２と受熱部１３との間の熱の移動が行われる蓄熱部１４の内部に設けられている。このため、補強板１４３は、放熱板１２１，１２２、及び受熱板１３１，１３２と同様に、放熱部１２と受熱部１３との間の熱の移動を阻害しないような素材、例えばステンレススチール（ＳＵＳ３１６あるいはＳＵＳ３０４）などの高い熱伝導率を有するとともに加熱流体に対する耐食性を有する素材の板状部材により構成されている。補強板１４３は、このような板状部材に対してプレス加工などを行うことにより、例えば図３及び図４に示すように蓄熱部１４の空間１４１において放熱板１２２及び受熱板１３１を支持するような凹凸形状に形成されている。なお、熱交換器１０において、補強板１４３の形状は上述のものに限定されない。また、熱交換器１０は、補強板１４３を有しないものであってもよい。

　図３及び図４に示すように、放熱部１２及び受熱部１３の高さ方向の寸法は、蓄熱部１４の空間１４１の高さ方向の寸法よりも小さい。具体的には、空間１４１の高さ方向の寸法は、放熱部１２及び受熱部１３の高さ方向の寸法の１０倍程度である。熱交換器１０は、放熱部１２及び受熱部１３の高さ方向の寸法を蓄熱部１４の高さ方向の寸法よりも小さくすることで、熱交換部１１の内部に収容する加熱流体及び被加熱流体の量を少なくすることができるため、熱交換の効率を向上することができる。

　加熱流体流路１７は、外部機器の冷却システムにおける冷却液の流路など、加熱流体の熱源と放熱部１２の放熱流路１２３との間で加熱流体を循環させるために、熱交換システムにおける不図示の加熱流体の循環回路（以下「加熱流体回路」ともいう）に接続されている管路である。被加熱流体流路１８は、熱交換システムにおける不図示の被加熱流体の循環回路（以下「被加熱流体回路」ともいう）に接続されている管路である。被加熱流体流路１８は、給湯口や空気調和装置におけるＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air Conditioning）ユニットなど被加熱流体を利用するための流路に接続されている。被加熱流体流路１８が給湯口やＨＶＡＣユニットに接続されていることにより、被加熱流体は、熱交換システムにおいて被加熱流体を利用する不図示の構成要素と受熱部１３の受熱流路１３３との間で循環されている。

　図５は、熱交換器１０の加熱部１５の概略構成を示すための、模式図である。また、図６は、加熱部１５の概略構成を示すための、展開図である。図５及び図６に示すように、加熱部１５は、熱交換部１１を構成している面を外側から覆うことができるように、例えば熱交換部１１の外形に対応して略矩形の箱を展開したような形状を有している。加熱部１５は、熱交換部１１を効率よく加熱することができるように、熱交換部１１の外形を構成している面を可能な限り覆うのが望ましい。具体的には、加熱部１５は、略形状の熱交換部１１の下面（加熱流体流路１７及び被加熱流体流路１８が設けられている面）、上面（加熱流体流路１７及び被加熱流体流路１８が設けられている面とは反対側の面）、縦側面、及び横側面の６面を覆うことができるように、下面部１５１、上面部１５２、及び側面部１５３，１５４，１５５，１５６を有している。加熱部１５において、下面部１５１には、加熱流体流路１７及び被加熱流体流路１８を通すことができるように、流路開口部１５７が設けられている。加熱部１５には、電力により熱交換部１１を加熱することができる、例えばシリコーンラバーヒータのような電熱ヒータを用いることができる。シリコーンラバーヒータは、耐熱性が２００℃と高く、耐久性に優れ、成形も容易である。加熱部１５には、電力の供給を受けるための給電ケーブル１９が設けられている。なお、加熱部１５は、熱交換部１１を構成している面を覆うことができれば上述のような箱型を展開したような形状には限定されず、例えば箱型の開口部に蓋を設けたような形状であってもよい。

　図７は、熱交換器１０の断熱部１６の概略構成を示すための、模式図である。また、図８は、断熱部１６の概略構成を示すための、展開図である。図７及び図８に示すように、断熱部１６は、加熱部１５とともに熱交換部１１を構成している面を外側から覆うことができるように、例えば熱交換部１１の外形に対応して略矩形の箱を展開したような形状を有している。断熱部１６は、熱交換部１１と外部との間を効率よく断熱（蓄熱部１４に蓄熱されている熱を効率よく保温）することができるように、熱交換部１１の外形を構成している面を可能な限り覆うのが望ましい。具体的には、断熱部１６は、略形状の熱交換部１１の下面、上面、及び縦側面、及び横側面の６面を覆うことができるように、下面部１６１、上面部１６２、及び側面部１６３，１６４，１６５，１６６を有している。断熱部１６において、下面部１６１には、加熱流体流路１７及び被加熱流体流路１８を通すことができるように、流路開口部１６７が設けられている。断熱部１６は、熱交換部１１を保温することができるように、例えばシリカエアロゲル、ポリプロピレン発泡体、グラスウール、真空断熱材など、高い断熱率を有する断熱材料を用いることができる。なお、加熱部１５と同様に、断熱部１６も、熱交換部１１を構成している面を覆うことができれば上述のような箱型を展開したような形状には限定されず、例えば箱型の開口部に蓋を設けたような形状であってもよい。

　次に、以上説明した熱交換器１０の動作について説明する。図３に示すように、熱交換器１０には、加熱流体が加熱流体流路１７から放熱部１２の放熱流路１２３に流れ込むとともに、被加熱流体が被加熱流体流路１８から受熱部１３の受熱流路１３３に流れ込む。

　放熱面１２５は、放熱流路１２３に流れ込んだ加熱流体が保持している熱を、蓄熱部１４の空間１４１の内部に隙間なく封入されている蓄熱材料１４２に効率よく伝熱する。蓄熱材料１４２は、受け取った熱を保持し、受熱面１３５を介して受熱部１３を温める。受熱部１３は、蓄熱部１４の蓄熱材料１４２から受け取った熱を、受熱流路１３３に流れる被加熱流体に受熱させて被加熱流体を昇温させる。

　加熱部１５は、熱交換器１０の熱交換部１１を外側から加熱することにより、蓄熱部１４の蓄熱材料１４２に蓄熱させることができる。つまり、加熱部１５を有することにより、熱交換器１０は、電気自動車の空気調和装置における熱交換器として用いられる場合に、走行用バッテリの充電時の電力を用いて効率よく蓄熱することができる。また、加熱部１５を有することにより、熱交換器１０は、例えば給湯装置の熱交換器として用いられる場合に、夜間や深夜などの電気料金が廉価な時間帯に給電を受けて効率よく蓄熱部１４に蓄熱させることができる。蓄熱部１４は、被加熱流体を加熱するために、蓄熱した熱を用いることができる。なお、加熱部１５は、少なくとも蓄熱部１４を覆うことにより、上述のような効果を得ることができる。

　断熱部１６は、熱交換器１０の熱交換部１１を外側から覆うことにより、蓄熱部１４の蓄熱材料１４２を保温することができる。つまり、断熱部１６を有することにより、熱交換器１０は、電気自動車の空気調和装置における熱交換器として用いられる場合に、蓄熱した熱を走行用バッテリの充電時及び充電後や電気自動車の停車時に保持し、例えば電気自動車の始動直後の暖房運転の熱源に利用することができる。また、断熱部１６を有することにより、熱交換器１０は、例えば給湯装置の熱交換器として用いられる場合に、蓄熱した熱を保持して寒冷時の給湯の温度上昇を補助することができる。なお、断熱部１６は、少なくとも蓄熱部１４を覆うことにより、上述のような効果を得ることができる。

　［第２の実施の形態］
　次いで、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器について説明する。

　図９は、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器１００の概略構成を示すための、Ａ－Ａ断面図である。また、図１０は、熱交換器１００のＢ－Ｂ断面図である。本実施の形態に係る熱交換器１００は、先に説明した熱交換器１０と外形形状が共通し、後述する熱交換部１１の内部の構成が異なる。このため、熱交換部１１の断面指示位置は、先に説明した熱交換器１０の断面指示位置（Ａ－Ａ及びＢ－Ｂ）と共通している。なお、本実施の形態に係る熱交換器１００において、先に説明した熱交換器１０と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。また、図１０において、図９において示した符号の一部を省略している。

　図９及び図１０に示すように、熱交換器１００は、熱交換部１１における蓄熱部１４の補強板１４４の形状が、先に説明した熱交換器１０の熱交換部１１における蓄熱部１４の補強板１４３の形状と異なる。具体的には、補強板１４４は、図９及び図１０に示すように蓄熱部１４の空間１４１において放熱板１２２及び受熱板１３１を支持するような凹凸形状に形成されている板状部材の両端部に、外縁部１４５を有している。補強板１４４は、先に説明した補強板１４３と同様に、放熱部１２と受熱部１３との間の熱の移動を阻害しないような素材、例えばステンレススチール（ＳＵＳ３１６あるいはＳＵＳ３０４）などの高い熱伝導率を有するとともに加熱流体に対する耐食性を有する素材の板状部材により構成されている。

　外縁部１４５は、板状部材の厚み方向、つまり熱交換器１００の高さ方向に折り曲げられている。外縁部１４５は、放熱部１２の放熱板１２１，１２２及び受熱部１３の受熱板１３１，１３２と接合している。具体的には、外縁部１４５は、外側の面が、補強板１４４が設けられている空間１４１の外側の放熱板１２２及び受熱板１３２の外縁部１２６の内側の面と接合されている。また、外縁部１４５は、内側の面が、補強板１４４が設けられている空間の図９及び図１０における下側の放熱板１２１の根元部１２９及び受熱板１３１の根元部１３９の外側の面と接合されている。熱交換器１００において、熱交換部１１の放熱部１２、受熱部１３、及び蓄熱部１４の接合は、先に説明した熱交換器１０の熱交換部１１における放熱部１２及び受熱部１３の接合と同様にロウ付けが用いられている。

　以上説明したように、熱交換器１００は、熱交換部１１の蓄熱部１４において、補強板１４４の形状が異なることにより、蓄熱部１４を構成する補強板１４４が放熱部１２の放熱板１２１，１２２及び受熱部１３を構成する受熱板１３１，１３２と接合する箇所及び面積が増加することができるため、より堅牢な構造を提供することができる。

　［熱管理システムへの熱交換器の搭載例］
　次いで、以上説明した熱交換器について、熱管理システムへの搭載例を説明する。

　以下の説明において、熱管理システムは、例えば車両や建築物などの室内の熱管理を行う。ここで、以下の説明において、熱管理システムは、熱管理を行う対象である所定の空間として、電気自動車の車室内の空気調和を行うために電気自動車に搭載される、空気調和装置としての例について説明する。

　図１１は、熱交換器を備える熱管理システムの概略構成を示すための、機能ブロック図である。熱管理システム１は、車室内の温度を上昇させるために、その室内の外部にある空気熱を熱源として利用するヒートポンプ方式の暖房システムの一例である。

　図１１に示すように、熱管理システム１は、熱媒体と室外の空気との間で熱交換を行う室外熱交換器２と、室外熱交換器２により熱交換が行われた熱媒体を圧縮する圧縮機５と、圧縮機５で圧縮された熱媒体と室内の空気との間で熱交換を行う室内熱交換器６と、を備える。熱交換器１０は、上述の実施の形態において説明したものであり、室外熱交換器２と室内熱交換器６との間に設けられ外部機器４０が発生した熱と熱媒体との間で熱交換を行う。以下、熱管理システム１の構造及び動作を具体的に説明する。

　熱管理システム１において、室外熱交換器２、熱交換器１０、圧縮機５、及び室内熱交換器６の間には、熱媒体を循環可能な熱媒体回路ＨＭが形成されている。熱媒体は、通常の空気調和装置において、一般に冷媒と称されるものと同様のものを用いることができる。熱媒体回路ＨＭは、流路ＨＭ１１～ＨＭ１４により構成されている。流路ＨＭ１１は、室外熱交換器２と熱交換器１０との間を接続している。流路ＨＭ１２は、熱交換器１０と圧縮機５との間を接続している。流路ＨＭ１３は、圧縮機５と室内熱交換器６との間を接続している。流路ＨＭ１４は、室内熱交換器６と室外熱交換器２との間を接続している。熱管理システム１は、熱媒体回路ＨＭにより、室外熱交換器２、熱交換器１０、圧縮機５、及び室内熱交換器６が順に接続されることで、ヒートポンプ方式の冷凍回路を構成している。

　外部機器４０は、電気自動車の動力用モータ、あるいはモータの制御に用いられるインバータなど、熱管理システム１の外部に設けられている各種熱源である。一般に、電気自動車のモータやインバータの冷却には、冷却液が用いられている。このため、外部機器４０は、外部機器４０を冷却するためのＬＬＣ（Long Life Coolant）などの冷却液を熱交換器１０と外部機器４０との間で循環可能な冷却液回路ＣＬを備える外部機器冷却システム４に組み込まれている。外部機器冷却システム４の冷却液回路ＣＬには、外部機器４０と、外部機器４０と熱交換器１０との間で冷却液を循環させるためのポンプＰと、外部機器４０と熱交換器１０との間の冷却液の流量を制御するためのバルブＶとが接続されている。

　室外熱交換器２は、膨張弁ＴＶにより膨張された熱媒体が流れ込み、熱媒体と室外の空気との間で熱交換を行う。熱管理システム１において、室外熱交換器２は、具体的には室外の空気から熱媒体に対して吸熱する蒸発器として機能する。

　熱交換器１０は、冷却液回路ＣＬに接続している。具体的には、図１などに示す加熱流体流路１７が、冷却液回路ＣＬに接続している。つまり、熱交換器１０は、加熱流体として外部機器冷却システム４で用いられている冷却液が流れる。また、熱交換器１０は、熱媒体回路ＨＭにおいて、室外熱交換器２と室内熱交換器６との間における流路ＨＭ１２に設けられている。具体的には、熱交換器１０は、図１などに示す被加熱流体流路１８が、流路ＨＭ１２に接続している。つまり、熱交換器１０は、被加熱流体として熱媒体回路ＨＭで用いられている熱媒体が流れる。

　図１１に示すように、圧縮機５は、熱管理システム１の熱媒体の流路において、熱交換器１０の後段であり室内熱交換器６の前段に設けられている。圧縮機５は、動力源として電力を用いる。圧縮機５は、熱交換器１０を経由した熱媒体を圧縮する。

　室内熱交換器６は、熱管理システム１の熱媒体の流路において、圧縮機５の後段であり膨張弁ＴＶの前段に設けられている。室内熱交換器６は、具体的には熱管理システム１の熱管理の対象である室内に面していて、熱媒体が保持している熱を室内の空気に放熱する凝縮器として機能する。

　膨張弁ＴＶは、室内熱交換器６と室外熱交換器２との間を接続している熱媒体回路ＨＭ１４に設けられている。膨張弁ＴＶは、室内熱交換器６を通過した熱媒体を蒸発しやすい状態に減圧膨張し、蒸発器内部の最適流量を確保する。

　次いで、以上構造を説明した熱管理システム１の動作について説明する。
　室外熱交換器２は、液体の熱媒体が室外の空気から熱を奪うことにより、通過させる熱媒体の温度を上昇させる。室外熱交換器２を通過した熱媒体は、液体から気体に変化する。

　熱交換器１０は、外部機器冷却システム４の冷却液を介して外部機器４０からの排熱を受熱する。熱交換器１０は、この外部機器４０からの排熱を熱媒体に受熱させることにより、熱媒体の温度をさらに上昇させる。また、熱交換器１０は、放熱部１２と受熱部１３との間に設けられている蓄熱部１４に冷却液からの熱を保持させた後、熱媒体に渡している。つまり、熱交換器１０は、外部機器４０が発生した熱を蓄熱して熱媒体との間で熱交換を行う。

　圧縮機５は、室外熱交換器２及び熱交換器１０により温度が上昇した熱媒体を圧縮して、さらに熱媒体を昇温させる。

　室内熱交換器６は、圧縮機５により温度が上昇した熱媒体を凝縮させて、熱媒体が保持している熱を室内の空気に放熱して、室内の空気を昇温する。熱管理システム１において、放熱した熱媒体は、液化して膨張弁ＴＶにより膨張されて室外熱交換器２に入る、というサイクルを繰り返す。

　以上説明したように熱交換器１０によれば、熱管理システム１に搭載することにより、外部機器４０からの熱を冷却液から受熱して熱媒体を昇温させることができる。つまり、熱交換器１０を搭載する熱管理システム１によれば、放熱部１２と受熱部１３との間に蓄熱部１４が設けられているため、外部機器４０が発した熱を所定時間保持して熱媒体の昇温に利用することができる。

　従って、熱交換器１０を搭載する熱管理システム１によれば、例えば外気温度が－１０℃以下といった室外熱交換器２によっては熱媒体の昇温ができない場合であっても、エネルギー消費量が少ないヒートポンプ方式を用いて車室内の温度を上昇させることができる。

　また、熱管理システム１によれば、例えば電気自動車の走行中に走行用モータ、インバータ、あるいは走行用バッテリなどの外部機器４０から発した熱を蓄熱部１４が保持して始動時に熱媒体の昇温に用いることにより、始動直後の熱媒体の昇温を早めることができる。

　熱交換器１０を搭載する熱管理システム１によれば、一般のヒートポンプ方式の空気調和装置と比較して熱媒体の昇温に用いられる圧縮機５の仕事量を削減することができる。従って、熱管理システム１によれば、熱管理に用いられるエネルギー消費量を抑制することができる。

　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記本発明の実施の形態に係る熱交換器に限定されるものではなく、本発明の概念及び請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における、各構成の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

　例えば、以上説明した実施の形態において、熱交換器は、被加熱流体と加熱流体との間で熱交換を行うものであれば、その用途は上述した給湯あるいは暖房用には限定されない。

　また、以上説明した実施の形態において、熱交換器１０は、厚み方向において、放熱部１２と受熱部１３との間に蓄熱部１４が設けられていたが、本発明においてはこれに限定されない。

　図１２は、変形例の熱交換器１０Ａの概略構成を示すための、Ａ－Ａ断面図である。熱交換器１０Ａにおいて、例えば、熱交換部１１Ａは、先に説明した熱交換部１１と異なり、放熱部１２Ａと受熱部１３Ａとが蓄熱部１４Ａを介さずに配置されているものであってもよい。つまり、熱交換部１１Ａは、放熱部１２Ａと受熱部１３Ａとが厚み方向において隣接して積層されている。放熱部１２Ａと受熱部１３Ａとは、図１２に示すように一部が隣接して配置されていてもよく、また熱交換部１１Ａにおける全ての放熱部１２Ａと受熱部１３Ａが隣接して配置されていてもよい。このように構成されている熱交換部１１Ａを備える熱交換器１０Ａは、先に説明した熱交換器１０と同様に、熱交換の効率を向上することができる。

１…熱管理システム、２…室外熱交換器、４…外部機器冷却システム、５…圧縮機、６…室内熱交換器、７…制御部、１０，１０Ａ…熱交換器、１１…熱交換部、１２…放熱部、１３…受熱部、１４…蓄熱部、１５…加熱部、１６…断熱部、１７…加熱流体流路、１８…被加熱流体流路、１９…給電ケーブル、４０…外部機器、１００…熱交換器、１２１…放熱板、１２２…放熱板、１２３…放熱流路、１２４…封止部材、１２５…放熱面、１２６…外縁部、１２７…開口部、１２８…先端部、１２９…根元部、１３１…受熱板、１３２…受熱板、１３３…受熱流路、１３４…封止部材、１３５…受熱面、１３６…外縁部、１３７…開口部、１３８…先端部、１３９…根元部、１４１…空間、１４２…蓄熱材料、１４３，１４４…補強板、１４５…外縁部、１５１…下面部、１５２…上面部、１５３，１５４，１５５，１５６…側面部、１５７…流路開口部、１６１…下面部、１６２…上面部、１６３，１６４，１６５，１６６…側面部、１６７…流路開口部

Claims

　加熱流体と被加熱流体との間で熱交換を行う熱交換器であり、
　前記加熱流体が流れる加熱流体流路と、
　前記被加熱流体が流れる被加熱流体流路と、
　複数の放熱板を厚み方向に積層することにより前記複数の放熱板の間に前記加熱流体流路と連通する放熱流路を形成している放熱部と、
　前記放熱部を形成する前記放熱板の厚み方向に積層して設けられ、複数の受熱板を厚み方向に積層して前記複数の受熱板の間に前記被加熱流体流路と連通する受熱流路を形成している受熱部と、
　前記放熱部と前記受熱部との間の空間により形成されている蓄熱部と、
　前記蓄熱部の内部に充填されている蓄熱材料と、
　を備える、
　熱交換器。
　前記放熱板は、
　複数の凹部及び凸部が設けられている放熱面と、
　前記放熱面の外縁に設けられている外縁部と、
　を備え、
　前記放熱部は、
　前記複数の放熱板の前記外縁部を互いにロウ付けして接合することにより形成されている、
　請求項１に記載の熱交換器。
　前記受熱板は、
　複数の凹部及び凸部が設けられている受熱面と、
　前記受熱面の外縁に設けられている外縁部と、
　を備え、
　前記受熱部は、
　前記複数の受熱板の前記外縁部を互いにロウ付けして接合することにより形成されている、
　請求項１または２に記載の熱交換器。
　前記放熱部及び前記受熱部の高さ方向の寸法は、前記蓄熱部の高さ方向の寸法よりも小さい、
　請求項１乃至３のいずれかに記載の熱交換器。
　前記蓄熱部の内部に設けられ、前記放熱板と前記受熱板との間を補強する補強板を備える、
　請求項１乃至４のいずれかに記載の熱交換器。
　前記蓄熱材料は、二酸化バナジウム系の粉粒体である、
　請求項１乃至５のいずれかに記載の熱交換器。
　前記蓄熱部を加熱する加熱部を備える、
　請求項１乃至６のいずれかに記載の熱交換器。
　前記蓄熱部を外部から断熱する断熱部を備える、
　請求項１乃至７のいずれかに記載の熱交換器。
　前記放熱部、前記受熱部、前記蓄熱部、及び前記蓄熱材料は、熱交換部を構成し、
　前記熱交換部を複数備える、
　請求項１乃至８のいずれかに記載の熱交換器。