(57)【要約】【課題】小型で熱交換性能の高い熱交換装置を提供する。【解決手段】熱交換装置は、内部に熱媒体が流れる熱交換部と、熱交換部と連通しているタンク部３１と、タンク部３１内を第１タンク部３１ａと第２タンク部３１ｂとに分割している隔壁３５とを備えている。熱交換装置は、タンク部３１に形成された連通口３２を介して第１タンク部３１ａ及び第２タンク部３１ｂと連通し、第１タンク部３１ａを流れる熱媒体の流速と第２タンク部３１ｂを流れる熱媒体の流速とを調整する流速調整装置５０とを備えている。流速調整装置５０は、回転軸を中心に回転することでタンク部３１に流れる熱媒体の流路を交互に開閉する開閉弁５１と、タンク部に取り付けられた状態において、開閉弁５１と連通口３２とをタンク部３１の外側から覆うカバー部材４１とを備えている。このため、小型で熱交換性能の高い熱交換装置を得ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に熱媒体が流れる熱交換部（３７）と、
前記熱交換部と連通しているタンク部（３１）と、
前記タンク部内を第１タンク部（３１ａ）と第２タンク部（３１ｂ）とに分割している隔壁（３５）と、
前記タンク部に形成されている連通口（３２、３３２）を介して前記第１タンク部及び前記第２タンク部と連通するとともに、前記第１タンク部を流れる熱媒体の流速と前記第２タンク部を流れる熱媒体の流速とを調整する流速調整装置（５０）とを備え、
前記流速調整装置は、
回転軸を中心に回転することで前記タンク部を流れる熱媒体の流路を交互に開閉する開閉弁（５１）と、
前記タンク部に取り付けられた状態において、前記開閉弁と前記連通口とを前記タンク部の外側から覆うカバー部材（４１）とを備えている熱交換装置。
【請求項２】
前記連通口は、
前記第１タンク部と前記流速調整装置とを連通している第１連通口（３２ａ）と、
前記第２タンク部と前記流速調整装置とを連通している第２連通口（３２ｂ）との独立した２つの開口を備えている請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記回転軸は、前記第１連通口と前記第２連通口との間に位置している請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記流速調整装置は、流路を流れる熱媒体の流れから力を受けて前記開閉弁を回転駆動する回転駆動部（５４）を備えている請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記カバー部材は、前記タンク部に対して着脱可能に取り付けられている請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記カバー部材は、取り付け用ネジ（４３）を用いて前記タンク部に取り付けられており、
前記取り付け用ネジの軸方向は、前記回転軸の軸方向に沿う方向である請求項５に記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記タンク部と前記カバー部材との間にシール部材（４９）を備えている請求項５または請求項６に記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記流速調整装置は、前記開閉弁の回転軸部（５９）を有して、前記流速調整装置における前記開閉弁の位置を位置決めするためのインナケース（２４５）を備えている請求項１から請求項７のいずれかに記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱交換器の伝熱チューブを流れる熱媒体を脈動流とすることで、定常流よりも伝熱チューブを介しての熱伝達率が向上するが、定常流よりも圧力損失が大きくなることが知られている。また、ある条件では、熱媒体の流れを脈動流とすることで定常流よりも圧力損失が低減して熱伝達率が向上することも知られている。
【０００３】
熱媒体の流れを脈動流とするための技術として、同一多負荷接続配管系にある熱交換器に対して、各枝管に接続されている流量調整弁を用いる技術が知られている。この技術においては、流量調整弁の開度制御によって配管を流れる流体の流量を周期的に変動させ、流体と管壁との間の摩擦抵抗を低減することでポンプの動力を低減させている。（特許文献１）。
【０００４】
従来技術として挙げられた先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−４０６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の構成では、すべての熱交換器に定常流や脈動流を通水するために、複数の流量調整弁が必要である。すなわち、２つの熱交換器に脈動流を通水する場合には、それぞれの熱交換器に対応するように２つの流量調整弁が必要である。あるいは、２つの熱交換器に脈動流を通水する場合には、三方弁と熱交換器とを接続する供給枝管が必要であって、熱源液体の供給システムのサイズが大型になりやすかった。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、熱交換装置にはさらなる改良が求められている。
【０００７】
開示される１つの目的は、小型で熱交換性能の高い熱交換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示された熱交換装置は、内部に熱媒体が流れる熱交換部（３７）と、熱交換部と連通しているタンク部（３１）と、タンク部内を第１タンク部（３１ａ）と第２タンク部（３１ｂ）とに分割している隔壁（３５）と、タンク部に形成されている連通口（３２、３３２）を介して第１タンク部及び第２タンク部と連通するとともに、第１タンク部を流れる熱媒体の流速と第２タンク部を流れる熱媒体の流速とを調整する流速調整装置（５０）とを備え、流速調整装置は、回転軸を中心に回転することでタンク部を流れる熱媒体の流路を交互に開閉する開閉弁（５１）と、タンク部に取り付けられた状態において、開閉弁と連通口とをタンク部の外側から覆うカバー部材（４１）とを備えている。
【０００９】
開示された熱交換装置によると、第１タンク部を流れる熱媒体の流速と第２タンク部を流れる熱媒体の流速とを調整する流速調整装置において、タンク部に取り付けられた状態で開閉弁と連通口とをタンク部の外側から覆うカバー部材が設けられている。このため、流速調整装置で熱媒体の流速を周期的に調整することで脈動流などの流れを生成した場合に、生成した流れを長い配管を介してタンク部まで供給する場合に比べて、分岐して流れる経路を短くできる。よって、脈動流を利用した高熱交換効率の熱交換装置を提供するとともに、熱交換装置としてのサイズを小型化しやすい。言い換えると、小型で熱交換性能の高い熱交換装置を提供できる。
【００１０】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】熱交換装置の正面図である。
【図２】タンク部と流速調整装置とを示す分解図である。
【図３】開閉弁を示す分解図である。
【図４】開閉弁を示す斜視図である。
【図５】第１タンク部の閉状態におけるタンク部と流速調整装置を示す断面図である。
【図６】第２タンク部の閉状態におけるタンク部と流速調整装置を示す断面図である。
【図７】第２実施形態の流速調整装置を示す分解図である。
【図８】第３実施形態のタンク部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００１３】
第１実施形態
熱交換装置１は、車両に搭載されて車両の発熱部品を冷却する冷却装置として用いることができる。例えば電気自動車やハイブリッド自動車などにおいては、熱交換装置１の内部に冷却水を循環させて、発熱部品を冷却する低温ラジエータなどに用いることができる。発熱部品の冷却方法は、熱交換装置１で冷却した空気などの外部流体を発熱部品に対して供給することで冷却を行う間接冷却と、温度の低下した熱交換装置１を発熱部品に直接接触させて冷却を行う直接冷却とのどちらの冷却方式も採用可能である。
【００１４】
発熱部品としては、例えば電池パック、駆動モータ、インバータ、パワーコントロールユニットなどがあげられる。特に、発熱部品が電池パックである場合には、熱交換装置１により電池パックの効率的な冷却を行うことで、電池パックの温度上昇による電池の劣化を低減できる。言い換えると、電池の劣化を抑制して、電池パックの性能を長期間にわたって安定して発揮させることができる。あるいは、熱交換装置１に温度の高い熱媒体を循環させることより電池パックの効率的な加熱を行うことで、電池の使用可能な下限温度を下回ってしまうことを抑制できる。言い換えると、電池パックを適切な温度範囲内で使用可能である。
【００１５】
また、エンジン駆動の車両においては、熱交換装置１の内部にエンジン冷却水を循環させて、エンジンなどの発熱部品を冷却することができる。あるいは、エンジンで加熱されたエンジン冷却水と空気とを熱交換して車内に温風を送る車両用空調装置などにも用いることができる。ただし、熱交換装置１は、車両に搭載される用途以外にも、家庭用の空調装置やサーバの冷却装置などの熱交換を行う装置に対して広く適用可能である。冷却水やエンジン冷却水は、熱媒体を提供する。
【００１６】
図１において、熱交換装置１は、熱交換器３０と流速調整装置５０とを備えている。熱交換器３０は、内部を流れる熱媒体と外部を流れる外部流体との熱交換を行う装置である。流速調整装置５０は、熱交換装置１の内部を流れる熱媒体の流速を調整する流速調整機能と、熱媒体の流れる経路を切り替える流路切り替え機能とを有している。
【００１７】
熱交換器３０は、ヘッダタンク部３１と熱交換部３７とレシーバタンク部３９とを備えている。熱交換器３０としては、マルチフロー型と呼ばれるタイプであって、熱交換部３７においては、複数の配管がヘッダタンク部３１とレシーバタンク部３９とをつなぐように平行に並べられている。熱交換部３７は、冷却水の経路である配管の流路面積が小さく平たい扁平管と、扁平管同士の間に配された波形のコルゲートフィンとによって形成されている。熱交換部３７は、コア部とも呼ばれる。ヘッダタンク部３１と熱交換部３７とは連通しており、熱交換部３７とレシーバタンク部３９とについても連通している。すなわち、熱媒体は、ヘッダタンク部３１と熱交換部３７とレシーバタンク部３９とを流通可能である。
【００１８】
ヘッダタンク部３１の外表面の略中央には、流速調整装置５０が配置されている。流速調整装置５０は、ヘッダタンク部３１に隣接した状態で、ヘッダタンク部３１に直接取り付けられている。流速調整装置５０は、カバー部材４１を備えている。カバー部材４１は、熱媒体が流入可能な入口管として機能する円筒部を備えている。ただし、入口管は、熱媒体が熱交換装置１内部を逆向きに流れる場合には、出口管として機能することになる。すなわち、円筒部は入口管と出口管との機能を備えた出入口管である。レシーバタンク部３９の外表面の略中央には、熱媒体が流出可能な出口として機能する円形の開口が形成されている。
【００１９】
ヘッダタンク部３１は、熱交換部３７に対する熱媒体の入口として機能する。レシーバタンク部３９は、熱交換部３７に対する熱媒体の出口として機能する。すなわち、ヘッダタンク部３１では、ヘッダタンク部３１に流入した熱媒体が熱交換部３７をなす複数の配管に分配される。レシーバタンク部３９では、熱交換部３７をなす複数の配管から流出した熱媒体を集めて熱交換器３０の外部へと流出させる。
【００２０】
熱媒体は、熱交換部３７を流れる過程で外部流体と熱交換を行う。例えば、熱交換器３０を冷凍サイクル装置における蒸発器として用いる場合には、熱媒体である冷媒が外部流体である周囲の空気と熱交換を行って、周囲の空気から熱を奪う。これにより、液体の冷媒が蒸発するとともに、空気が冷却されて発熱部品を冷却するための冷風を作り出すことができる。
【００２１】
熱交換部３７は、ヘッダタンク部３１及び流速調整装置５０の作用により、熱媒体の流れ方の異なる第１熱交換部３７ａと第２熱交換部３７ｂとの２つの領域に分割されている。第１熱交換部３７ａは、熱交換部３７における上半分の領域である。一方、第２熱交換部３７ｂは、熱交換部３７における下半分の領域である。ただし、第１熱交換部３７ａと第２熱交換部３７ｂとの位置関係は、上下方向に限られない。例えば、熱交換部３７をなす扁平管の長手方向を重力方向に沿わせた場合に、熱交換部３７を左右方向に分割するなどしてもよい。また、熱交換器３０を斜めに配置した場合に、熱交換部３７を斜め方向に分割するなどしてもよい。第１熱交換部３７ａと第２熱交換部３７ｂとは、互いに等しい大きさでなくてもよい。すなわち、第１熱交換部３７ａを第２熱交換部３７ｂよりも大きな領域としてもよく、その逆としてもよい。
【００２２】
図２において、ヘッダタンク部３１の内部には、隔壁３５が設けられている。隔壁３５は板状の部材であって、ヘッダタンク部３１の内側から連続してヘッダタンク部３１と一体に設けられている。隔壁３５は、ヘッダタンク部３１の内部を第１タンク部３１ａと第２タンク部３１ｂとに分割している。隔壁３５は、第１タンク部３１ａの大きさと第２タンク部３１ｂの大きさとが略等しくなるようにヘッダタンク部３１を上下に二分割している。第１タンク部３１ａと第２タンク部３１ｂとは、隔壁３５によって仕切られており、第１タンク部３１ａと第２タンク部３１ｂとの間での熱媒体の流通が制限されている。
【００２３】
ヘッダタンク部３１には、ヘッダタンク部３１の内部と外部とを連通している連通口３２が形成されている。連通口３２は、円形の開口である。連通口３２は、第１タンク部３１ａにおいて内部と外部とを連通している第１連通口３２ａと、第２タンク部３１ｂにおいて内部と外部とを連通している第２連通口３２ｂとを備えている。
【００２４】
ヘッダタンク部３１の外表面には、流速調整装置５０を取り付けるための取り付け用ボス３３が２箇所に設けられている。取り付け用ボス３３は、有底円筒状であって、円筒の内面にらせん状のネジ溝が形成されている。取り付け用ボス３３は、第１連通口３２ａと第２連通口３２ｂとが並ぶ直線上に設けられており、２つの取り付け用ボス３３の間に第１連通口３２ａと第２連通口３２ｂとが位置している。
【００２５】
流速調整装置５０は、開閉弁５１と、この開閉弁５１を覆うカバー部材４１とを備えている。流速調整装置５０がヘッダタンク部３１に適正に装着された状態において、開閉弁５１は、第１連通口３２ａと第２連通口３２ｂとの間に位置することとなる。言い換えると、開閉弁５１の回転軸は、第１連通口３２ａの中心部と第２連通口３２ｂの中心部との中間を通過することとなる。開閉弁５１の詳細構造については、後述する。開閉弁５１とヘッダタンク部３１とはワッシャを介して接触することとなる。
【００２６】
カバー部材４１は、内部に開閉弁５１を収納して適正に固定するための部材である。流速調整装置５０がヘッダタンク部３１に適正に装着された状態において、開閉弁５１は、カバー部材４１とヘッダタンク部３１とによって囲まれる内部空間に収納され、外部から接触不可能な状態となる。
【００２７】
カバー部材４１は、樹脂製である。ただし、カバー部材４１をアルミなどの金属で形成してもよく、樹脂製の部品と金属製の部品とを組み合わせてカバー部材４１を構成するようにしてもよい。カバー部材４１は、円筒状の入口管を備えている。この入口管の内部には、開閉弁５１の回転軸部５９を入口管の中心軸と同軸となる位置で保持するための軸保持部が形成されている。カバー部材４１は、略半球状に外方に膨出するカバー流路４２を備えている。カバー流路４２は、入口管を挟んで互いに対向するように２箇所に設けられている。カバー部材４１は、取り付け用ネジ４３が挿入される円形の取り付け用開口を備えている。取り付け用ボス３３に対しては、カバー部材４１の取り付け用開口を貫通した状態の取り付け用ネジ４３が挿入されることとなる。
【００２８】
流速調整装置５０がヘッダタンク部３１に適正に装着された状態において、カバー部材４１のフランジ部とヘッダタンク部３１との間には、シール部材４９が位置することとなる。シール部材４９は、カバー部材４１のフランジ形状に沿った楕円形であって、第１連通口３２ａと第２連通口３２ｂとの２つの連通口３２を楕円形で囲まれる範囲内に収めることのできる大きさである。シール部材４９は、例えばゴムなどの弾性部材からなるパッキンである。シール部材４９は、ヘッダタンク部３１とカバー部材４１との隙間から熱媒体が漏出することを防ぐための部材である。
【００２９】
開閉弁５１の詳細構造について、以下に説明する。図３において、開閉弁５１は、開閉弁５１を回転駆動する回転駆動部５４と、カバー流路４２を開く弁開口５６と、カバー流路４２を閉じる弁体５７と、開閉弁５１の回転軸をなす回転軸部５９とを備えている。開閉弁５１は、弁体５７が回転軸部５９の周方向に回転することで、熱媒体の経路を開閉する弁装置である。弁体５７は、回転軸部５９からの径方向の距離が等しくなるように周方向に湾曲した板状の部材である。弁体５７は、円盤状の部材の端部に設けられている。弁体５７が設けられている同一円周上であって、弁体５７が設けられていない部分は、弁開口５６として機能する。弁体５７は、カバー流路４２の入口開口における周方向の長さよりも大きく、第１流路４２ａから第２流路４２ｂまでの周方向の長さよりも小さい。よって、弁体５７は、ある角度ではカバー流路４２の入口と重なるとともに、別の角度では第１流路４２ａと第２流路４２ｂとのどちらにも重ならない大きさである。弁開口５６として機能する部分は、弁体５７として機能する部分よりも大きい。
【００３０】
回転駆動部５４は、熱媒体の流れる方向に対して角度をつけた４枚の羽根車で構成されている。言い換えると、回転駆動部５４は、回転軸を中心として板部材をらせん状に形成した形状の回転体である。言い換えると、回転駆動部５４は、水車構造である。
【００３１】
回転軸部５９は、円柱形状の金属製部材である。回転軸部５９は、弁体５７の回転軸と回転駆動部５４の回転軸とをなしている。すなわち、弁体５７の回転軸と回転駆動部５４の回転軸とは、同軸である。開閉弁５１は、回転軸部５９に沿って延びる筒状部を備え、弁体５７を有する側の部材と回転駆動部５４を有する側の部材とのそれぞれが、筒状部に半円形状の鍵部を備えている。
【００３２】
図４において、弁体５７を備えている部材と回転駆動部５４を備えている部材とは、筒状部に設けられた半円形状の鍵部で互いにかみ合うことで回転駆動部５４の回転駆動力が弁体５７を備えている部材に伝達される。すなわち、回転駆動部５４と弁体５７とが一体に回転することとなる。開閉弁５１における筒状部の内周面と回転軸部５９の外周面とは接触している。
【００３３】
回転駆動部５４は、開閉弁５１を流れる熱媒体の流れの力である流体エネルギーを受けて回転駆動部５４と連動している弁体５７を回転駆動させる。すなわち、熱媒体が速く流れる場合は、回転駆動部５４が速く回転することとなり、回転駆動部５４と一体の弁体５７も速く回転する。一方、熱媒体が遅く流れる場合は、回転駆動部５４が遅く回転することとなり、回転駆動部５４と一体の弁体５７も遅く回転する。
【００３４】
回転駆動部５４の板部材の角度を流れ方向に対して大きく傾斜させることで、流れの力を大きく受けることになり、弁体５７は速く回転する。また、回転駆動部５４の板部材を流れ方向に沿って長く設けることで、より多くの熱媒体と接触して流れの力を受けることになり、弁体５７は安定して速く回転する。したがって、弁体５７を有する開閉弁５１の回転する速さは、回転駆動部５４の板部材の形成の仕方によって制御可能である。脈動流の周波数が、２Ｈｚ程度になるように回転駆動部５４を調整することが好ましい。
【００３５】
図５において、取り付け用ボス３３と取り付け用ネジ４３とは、カバー部材４１をヘッダタンク部３１に対して取り付けている。言い換えると、カバー部材４１は、取り付け用ネジ４３を用いてヘッダタンク部３１に締結固定されている。
【００３６】
取り付け用ネジ４３の軸方向は、回転軸部５９の軸方向に沿った方向である。取り付け用ネジ４３がヘッダタンク部３１に近づく方向に押し込まれることで、カバー部材４１はヘッダタンク部３１の適切な位置に固定されることとなる。カバー部材４１が適切な位置に固定されることで、カバー部材４１の内部に収納されている開閉弁５１の回転軸部５９についてもヘッダタンク部３１とカバー部材４１とに対して適切な位置に配置される。すなわち、回転軸部５９がヘッダタンク部３１の表面から浮いてしまうことを防止している。すなわち、回転軸部５９が適切な位置及び角度からずれてしまい、開閉弁５１が適正な回転を行えなくなることを防止している。
【００３７】
ヘッダタンク部３１へのカバー部材４１の取り付け方法は、取り付け用ネジ４３を用いた締結固定に限られない。例えば取り付け用クリップを用いてヘッダタンク部３１とカバー部材４１とを部分的に挟み込んで、取り付けるようにしてもよい。あるいは、異なる種類の取り付け方法を併用するなどしてもよい。
【００３８】
ヘッダタンク部３１とカバー部材４１との間であって、円形の連通口３２よりも外側には、シール部材４９が設けられている。ヘッダタンク部３１の外表面とカバー部材４１とは、シール部材４９を介して接触している。シール部材４９は、ヘッダタンク部３１と密着しているとともに、カバー部材４１とも密着している。すなわち、シール部材４９は、ヘッダタンク部３１とカバー部材４１との間の隙間を埋めて、水密な状態を維持している。
【００３９】
図５において、開閉弁５１は、第１タンク部３１ａに流れる熱媒体の経路を閉じて、第２タンク部３１ｂに流れる熱媒体の経路を開いている。すなわち、第１流路４２ａの閉状態である。第１流路４２ａの閉状態においては、弁体５７は、第１タンク部３１ａに通じている第１流路４２ａの入口と重なっている。一方、弁開口５６は、第２タンク部３１ｂに通じている第２流路４２ｂの入口と重なっている。
【００４０】
第１流路４２ａの閉状態において、熱媒体は、カバー部材４１の入口管から流入して、回転駆動部５４を通過する。回転駆動部５４を通過した熱媒体は、弁体５７によって塞がれている第１流路４２ａには流入せず、第２流路４２ｂに流入して第２タンク部３１ｂの内部を広がる。ただし、第１流路４２ａの熱媒体の流入を完全には停止させず、第１流路４２ａにも一部の熱媒体が流入する構成としてもよい。
【００４１】
図６において、開閉弁５１は、第２タンク部３１ｂに流れる熱媒体の経路を閉じて、第１タンク部３１ａに流れる熱媒体の経路を開いている。すなわち、第２流路４２ｂの閉状態である。第２流路４２ｂの閉状態においては、弁体５７は、第２タンク部３１ｂに通じている第２流路４２ｂの入口と重なっている。一方、弁開口５６は、第１タンク部３１ａに通じている第１流路４２ａの入口と重なっている。
【００４２】
第２流路４２ｂの閉状態において、熱媒体は、カバー部材４１の入口管から流入して、回転駆動部５４を通過する。回転駆動部５４を通過した熱媒体は、弁体５７によって塞がれている第２流路４２ｂには流入せず、第１流路４２ａに流入して第１タンク部３１ａの内部を広がる。ただし、第２流路４２ｂの熱媒体の流入を完全には停止させず、第２流路４２ｂにも一部の熱媒体が流入する構成としてもよい。
【００４３】
開閉弁５１は、第１流路４２ａの閉状態と第２流路４２ｂの閉状態以外にも、一連の回転駆動において様々な状態を含んでいる。具体的には、第１流路４２ａと第２流路４２ｂとを同時に開状態にする状態を含んでいる。また、第１流路４２ａや第２流路４２ｂを完全に覆うのではなく部分的に覆うことで、開状態よりは流量が少なく、閉状態よりは流量が多い状態とする絞り状態を含んでいる。開閉弁５１において、閉状態から開状態に移行する際は絞り状態を経由することとなる。同様に、開状態から閉状態に移行する際についても、絞り状態を経由することとなる。
【００４４】
開閉弁５１が熱交換部３７における熱媒体の流れに与える影響について以下に説明する。第１流路４２ａが閉状態から開状態に変化することで第１タンク部３１ａに流れる熱媒体の量が増加する。これによって、第１熱交換部３７ａには第１タンク部３１ａから熱媒体が流入しやすい状態となるため、第１熱交換部３７ａを流れる熱媒体の流速が増加する。この時、第２流路４２ｂは、開状態から閉状態に変化することで第２タンク部３１ｂに流れる熱媒体の量が減少する。これによって、第２熱交換部３７ｂには第２タンク部３１ｂから熱媒体が流入しにくい状態となるため、第２熱交換部３７ｂを流れる熱媒体の流速が減少する。
【００４５】
その後、第１流路４２ａが開状態から閉状態に変化することで第１タンク部３１ａに流れる熱媒体の量が減少する。これによって、第１熱交換部３７ａには第１タンク部３１ａから熱媒体が流入しにくい状態となるため、第１熱交換部３７ａを流れる熱媒体の流速が減少する。この時、第２流路４２ｂは、閉状態から開状態に変化することで第２タンク部３１ｂに流れる熱媒体の量が増加する。これによって、第２熱交換部３７ｂには第２タンク部３１ｂから熱媒体が流入しやすい状態となるため、第２熱交換部３７ｂを流れる熱媒体の流速が増加する。
【００４６】
上述の通り、開閉弁５１が絞り状態を経由しながら開状態と閉状態とを周期的に繰り返すことで、第１熱交換部３７ａと第２熱交換部３７ｂとを流れる熱媒体の流速は、カバー流路４２の開閉に合わせて交互に増減を周期的に繰り返すように調整される。言い換えると、開閉弁５１を有する流速調整装置５０は、流速が一定な定常流ではなく、流速が周期的に変化する脈動流として熱媒体を流す装置として機能する。熱媒体は、熱交換部３７を脈動流の状態で流れた後、レシーバタンク部３９において、位相の半周期ずれた脈動流同士が合流することで、定常流に近い状態でレシーバタンク部３９以降の経路を流れることとなる。
【００４７】
熱交換において熱媒体を脈動流の状態で流すことの作用について以下に説明する。脈動流の状態で熱交換部３７の内部に流れ込んだ熱媒体は、配管の内部を層流ではなく乱流となって流れやすい。すなわち、規則正しく流線上を運動する流れである層流ではなく、時間的空間的に不規則に運動する流れである乱流となって流れやすい。乱流のように、流れの乱れが大きくなると、配管と熱交換した熱媒体は配管から遠ざかるように運動し、配管と熱交換していない熱媒体は配管に近づくように運動しやすいため熱伝達が促進される。言い換えると、配管を流れる熱媒体の熱分布が配管からの距離によらず一様になりやすいため、熱伝達効率が向上する。したがって、熱交換部３７での熱交換効率を向上させることができる。
【００４８】
第１流路４２ａが閉状態である場合には、第２流路４２ｂが開状態である。一方、第２流路４２ｂが閉状態である場合には、第１流路４２ａが開状態である。すなわち、第１流路４２ａと第２流路４２ｂとが同時に閉状態となることがない。したがって、第１熱交換部３７ａまたは第２熱交換部３７ｂの少なくともどちらか一方には、熱媒体が流れている状態となる。このため、ポンプなどの熱媒体輸送装置から送られた熱媒体がどこにも流れることができずに、熱交換装置１の内部が局所的に異常な高圧となることを抑制できる。したがって、熱交換装置１の熱交換性能を正常に発揮させやすい。
【００４９】
上述した実施形態によると、流速調整装置５０において、ヘッダタンク部３１に取り付けられた状態で開閉弁５１と連通口３２とをヘッダタンク部３１の外側から覆うカバー部材４１が設けられている。言い換えると、流速調整装置５０は、ヘッダタンク部３１に隣接して設けられている。このため、流速調整装置５０で生成した脈動流を長い配管を介してヘッダタンク部３１まで供給する場合に比べて、脈動流の状態で第１流路４２ａと第２流路４２ｂとに分岐して流れる経路を短くできる。したがって、脈動流を利用した熱交換効率の高い熱交換装置１のサイズを小型化しやすい。また、圧力損失の大きな乱流の状態で熱媒体が流れる距離を短くして、熱交換装置１の全体としての圧力損失を低減できる。よって、ポンプなどの熱媒体輸送装置で消費するエネルギーを低減できる。
【００５０】
第１タンク部３１ａと第２タンク部３１ｂとのそれぞれに独立した連通口３２として、第１連通口３２ａと第２連通口３２ｂとが互いに離間して形成されている。このため、第１タンク部３１ａや第２タンク部３１ｂに熱媒体を流入する量を個別に調整しやすい。したがって、第１タンク部３１ａに流入させるべき熱媒体の一部を誤って第２タンク部３１ｂに流入させてしまうといった事態を抑制しやすい。よって、熱交換装置１としての熱交換性能を安定して発揮させやすい。
【００５１】
開閉弁５１の回転軸部５９は、ヘッダタンク部３１における第１連通口３２ａと第２連通口３２ｂとの間に位置する部分と接触している。すなわち、開閉弁５１は、第１連通口３２ａと第２連通口３２ｂとの間に位置している。このため、第１連通口３２ａと第２連通口３２ｂとの２つの連通口３２を覆うようにカバー部材４１を設けることで、第１連通口３２ａと第２連通口３２ｂとの間に位置している開閉弁５１を含めて覆うことができる。したがって、連通口３２と開閉弁５１とを覆うカバー部材４１の大きさを小さくしやすい。すなわち、カバー部材４１を小型化して、熱交換装置１のサイズを小さくしやすい。
【００５２】
流速調整装置５０は、流路を流れる熱媒体の流れから力を受けて開閉弁５１を回転駆動する回転駆動部５４を備えている。このため、開閉弁５１を回転駆動するためのモータなどを設ける必要がない。また、開閉弁５１を制御部などによって駆動制御する必要がないため、制御用の回路や配線を省略できる。したがって、熱交換装置１を小型化しやすい。
【００５３】
ヘッダタンク部３１にカバー部材４１を着脱可能に取り付けている。このため、流速調整装置５０に異常があった場合に、ヘッダタンク部３１からカバー部材４１を取り外して修理や交換ができる。したがって、熱交換装置１全体を交換する必要がないため、修理や交換に要するコストを低減できる。また、流速調整装置５０の開閉弁５１を交換することで、回転駆動部５４で受ける流れの力の大きさを変更できる。したがって、熱交換器３０の用途や使用環境に応じて脈動流の周波数を適切に調整しやすい。
【００５４】
取り付け用ネジ４３の軸方向は、開閉弁５１の回転軸の軸方向に沿っている。このため、開閉弁５１に対してカバー部材４１を取り付けると同時に回転軸部５９をヘッダタンク部３１に対する適切な位置に配して固定することができる。したがって、開閉弁５１をヘッダタンク部３１及びカバー部材４１に対して適切な位置関係として、流速調整装置５０の流速調整機能を適切に発揮させやすい。
【００５５】
ヘッダタンク部３１とカバー部材４１との間にシール部材４９を備えている。このため、ヘッダタンク部３１とカバー部材４１との間からの熱媒体の漏出を効果的に防ぐことができる。また、シール部材４９の弾性変形によって、ヘッダタンク部３１とカバー部材４１とが接触した状態と離間した状態とが繰り返されて衝突音が発生してしまうことを防止できる。特に、熱交換装置１を振動の大きな車両などの移動体に搭載した場合には、離間した状態が発生しやすい。このため、車両走行時の衝撃を吸収してヘッダタンク部３１とカバー部材４１との間に隙間が発生することを抑制するシール部材４９は、熱交換装置１を車両などに搭載した場合に非常に有用である。
【００５６】
第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、流速調整装置５０は、インナケース２４５を備えている。
【００５７】
図７において、流速調整装置５０は、開閉弁５１とともにカバー部材４１に収納されるインナケース２４５を備えている。インナケース２４５は有底円筒状であって、筒状をなす壁面の２箇所に切り欠きが形成されている。この２箇所の切り欠きは、第１流路４２ａと第２流路４２ｂとの２つのカバー流路４２に対応する切り欠きであって、カバー流路４２に熱媒体が流れ込む際にインナケース２４５が熱媒体の流れを妨げないように設けられている。
【００５８】
インナケース２４５は、回転軸部５９と連続して一体に形成されている。回転軸部５９は、円筒状をなすインナケース２４５の底部の中心に設けられている。したがって、開閉弁５１がインナケース２４５に適切に収納された状態においては、弁体５７がインナケース２４５の筒状をなす壁面に沿って回転することとなる。ただし、回転している開閉弁５１において、弁体５７は、インナケース２４５とは接触しておらず、わずかに隙間が形成されている。これにより、弁体５７とインナケース２４５とが擦れるなどして弁体５７が磨耗してしまうことを抑制している。
【００５９】
上述した実施形態によると、開閉弁５１の位置を位置決めするためのインナケース２４５を備えている。このため、開閉弁５１が適切な位置からずれてしまい、カバー部材４１の内面と開閉弁５１とが意図せず接触してしまうといった事態を抑制しやすい。あるいは、開閉弁５１が適切な位置からずれてしまい、カバー流路４２を適切に塞いで閉状態とすることができなくなるといった事態を抑制しやすい。特に、インナケース２４５は、カバー部材４１に比べて小さな部品であるため、形状のばらつきを抑えて高精度に加工しやすい。言い換えると、弁体５７とインナケース２４５との間に生じる隙間を精密に制御しやすい。このため、インナケース２４５を用いない場合に比べて、弁体５７によってカバー流路４２を塞ぎきれずにヘッダタンク部３１に漏出する熱媒体の量を低減しやすい。したがって、開状態と閉状態との２つの状態での熱媒体の流れる速度差を大きくして、脈動流による熱交換効率の向上効果を高めやすい。
【００６０】
第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、連通口３３２が、第１タンク部３１ａに連通する開口と第２タンク部３１ｂに連通する開口とに独立しておらず、連続する１つの開口である。
【００６１】
図８において、連通口３３２は、２つの取り付け用ボス３３の間に位置して、２つの取り付け用ボス３３の並び方向に沿う方向を長手方向とする楕円形の開口である。連通口３３２は、第１タンク部３１ａと第２タンク部３１ｂとにまたがって設けられている。隔壁３５は、連通口３３２における中央部分に位置している。
【００６２】
流速調整装置５０がヘッダタンク部３１に対する正規の位置に取り付けられている状態においては、隔壁３５に設けられた嵌合凸部がインナケース２４５の底部に設けられた嵌合凹部と嵌り合っている。したがって、適切に嵌合された状態の隔壁３５とインナケース２４５とによって第１タンク部３１ａと第２タンク部３１ｂとの間での熱媒体の自由な移動が規制されている。
【００６３】
上述した実施形態によると、連通口３３２は、第１タンク部３１ａと第２タンク部３１ｂとの両方に連通している。このため、１つの連通口３３２を用いて、第１タンク部３１ａに通じる熱媒体の経路と第２タンク部３１ｂに通じる熱媒体の経路との２つの経路を提供できる。したがって、第１タンク部３１ａと第２タンク部３１ｂとのそれぞれに連通口３２を形成する場合に比べて、ヘッダタンク部３１に加工すべき連通口３３２の数を減らして、製造性を高めやすい。
【００６４】
他の実施形態
流速調整装置５０をヘッダタンク部３１に設けた場合を例に説明を行ったが、流速調整装置５０をヘッダタンク部３１に設ける代わりに、レシーバタンク部３９に設けてもよい。この場合、熱交換部３７の下流側で熱媒体の流れを制御することとなる。
【００６５】
流速調整装置５０をヘッダタンク部３１に対して着脱不可能に取り付けるようにしてもよい。具体的な取り付け方法としては、ろう付けなどの溶接や接着剤を用いた接着などを採用可能である。これによると、ヘッダタンク部３１とカバー部材４１とを強固に取り付けて、熱媒体の漏出を防止しやすい。したがって、熱媒体の漏出を防止する目的でシール部材４９などの部品を用いる必要がない。
【００６６】
ヘッダタンク部３１が第１タンク部３１ａと第２タンク部３１ｂとの２つの領域に分割される場合を例に説明を行ったが、ヘッダタンク部３１を分割する数は、２つに限られない。例えば隔壁３５を２つ備えて、ヘッダタンク部３１を三分割するなどしてもよい。この場合、開閉弁５１は、三分割された各領域において熱媒体の流速を順番に調整することとなる。
【００６７】
開閉弁５１が複数の異なる部品から構成されている場合を例に説明を行ったが、連続する同一の部品で開閉弁５１を構成してもよい。これによると、開閉弁５１をなす部品同士に意図しない隙間が生じることを防止できる。したがって、開閉弁５１に動作不良が引き起こされることを低減しやすい。
【００６８】
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、１つの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【符号の説明】
【００６９】
１  熱交換装置、  ３１  ヘッダタンク部（タンク部）、  ３１ａ  第１タンク部、  ３１ｂ  第２タンク部、  ３２  連通口、  ３２ａ  第１連通口、  ３２ｂ  第２連通口、  ３３  取り付け用ボス、  ３５  隔壁、  ３７  熱交換部、  ３７ａ  第１熱交換部、  ４１  カバー部材、  ４２  カバー流路、  ４２ａ  第１流路、  ４２ｂ  第２流路、  ４３  取り付け用ネジ、  ４９  シール部材、  ５０  流速調整装置、  ５１  開閉弁、  ５４  回転駆動部、  ５７  弁体、  ５９  回転軸部、  ２４５  インナケース、  ３３２  連通口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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