(57)【要約】【課題】  液体−気体間で容易に状態変換可能な特性を有する冷媒を用いる場合であっても、十分高い冷却効果を得ることができる熱交換器を提供する。【解決手段】  熱交換器1は、車両を走行させる電動駆動源に電力を供給する電気部品を冷却水で冷却する。このため、複数のプレート21、22を交互に積層してこれら間に冷却水が流れる冷却水室23および気体―液体間で状態変化可能な冷媒が流れる冷媒室24を交互に形成して冷却水と冷媒との間で熱交換を行うコア部2と、このコア部2の中央部分位置で上下方向に伸びる貫通部9aと、コア部2の上下端部側をそれぞれ覆う２つの蓋部材3、4と、を備える。冷媒は上側蓋部材3の貫通部9aより外側の部分からコア部2へ流入させて貫通部9aから重力に逆らって排出させる。冷却水は上側蓋部材側3の別の外側の部分からコア部2を経由して流出入させ、重力に逆らって流出させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を走行させる電動駆動源に電力を供給する電気部品を冷却水で冷却する熱交換器であって、
複数のプレートを交互に積層して該プレート間に冷却水が流れる冷却水室および気体―液体間で状態変化可能な冷媒が流れる冷媒室を交互に形成して冷却水と冷媒との間で熱交換を行うように構成されたコア部と、
該コア部の中央部分位置で上下方向に伸びる貫通部と、
前記コア部の上下端部側をそれぞれ覆う２つの蓋部材と、
を備え、
前記冷媒は、前記２つの蓋部材のうちの上側蓋部材の前記貫通部より外側の部分から前記コア部へ流入させた後に前記貫通部から重力に逆らって排出し、
前記冷却水は、前記上側蓋部材側の別の外側の部分から前記コア部を経由して流出入させ、重力に逆らって流出するようにした、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
前記２つの蓋部材のうちの下側蓋部材に形成した前記底部ターン通路を介して前記コア部から前記貫通路へと方向を変換させ、
前記冷媒は、前記コア部で冷却水と熱交換を行った後、前記底部ターン通路を通過する際に前記下側蓋部材との間で熱交換されてから、前記貫通部との間で熱交換されるようにした、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の熱交換器において、
前記冷媒は、車両用空調装置の冷媒である、
ことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されたバッテリやインバータ等の電気部品を冷却する冷却システムで使用する冷却水と、他の冷却システムで使用する冷媒と、の間で熱交換を可能として、冷媒で冷却水を冷却するようにした熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、異なる冷却媒体のうち、一方の冷却媒体で他方の冷却媒体を冷却するようにした熱交換器としては、特許文献１に記載のものが知られている。
この従来の熱交換器は、冷却水とオイルとの間で熱交換を行うようにしたオイル・クーラであって、このコア部の中央に貫通孔を有し、このコア部が、複数のプレートを交互に積層し、これらプレート間に冷却室およびオイル室を交互に形成して、これらの室を複数の冷却水通路およびオイル通路により連通し、オイル通路の一部を所定の蓋部材で閉塞することで構成されている。
【０００３】
貫通孔の一側（上方側）および他側（下方側）は蓋部材でそれぞれ密封されるとともに、一側蓋部材にはオイル流出部またはオイル流入部が配置され、他側蓋部材にはターン部が設けられてコア部の他側のオイル通路が貫通孔に連通されるようにされている。
このような構成にあって、オイルは、貫通孔の一側方のオイル流入管から下方へ向かう間に上下各位置に渡って貫通孔の他側方のオイル通路へ流れ込む。この際、オイルは、プレート間のオイル室を通るとき、隣接する冷却室の冷却水により冷却された後、このオイル通路の下端部からターン部を通って貫通孔下端からこの貫通孔の内部に入り、この中を上昇してコア部の一側蓋部材に設けたオイル流出部から流出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７７１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の熱交換器と同様の構成にて、異なる冷却媒体間での冷却に適用しようとすると、以下に説明するような問題がある。
すなわち、上記従来の熱交換器にあっては、熱交換を行うのは冷却水とオイルである。
これに対し、上記従来の熱交換器を使用する冷却媒体が異なるシステムで用いる場合、冷却媒体によっては、その物性や状態が異なることから、一方の冷却媒体で他方の冷却媒体を十分冷却を行うことができない場合がある。
【０００６】
すなわち、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されたバッテリやインバータ等の電気部品を冷却する冷却システムでは冷却水を使用する一方、他の冷却システム、たとえば空調システムでは気体−液体間で容易に状態変換可能な冷媒（たとえばHFC-134a）を使用し、これら冷却水と冷却媒体との間で熱交換を行う。このような場合、空調システムの冷媒は、気体と液体とが混合された状態で熱交換器に入ることになる。
そうすると、気体と液体が混合した冷媒が、熱交換器の中央に配置した貫通孔の周りにあるコア部を下方へ流れながらコア部を流れる冷却水との間で熱交換を行い、底部で貫通孔の下端口から上昇してその上端口から排出される。
【０００７】
スペース上や熱効率上から熱交換器とエキスパンション・バルブとを一体に取り付けた場合、冷媒の熱交換器への出入り口を同じ側に設けてその反対側で冷媒をターンさせることになる。冷媒でなくオイルの場合には、上記従来技術のように、オイルを、熱交換器のコア部の上方面側から下方に流入させて下方面側でターンさせ、中央の貫通孔をこの下端口から上端口へ向けて上方へ流出させるようにしても、オイルと冷却水とは、コア部全体で熱交換が行われるが、気体と液体が混在した状態の冷媒では、相対的に軽い気体がコア部の上方部分に溜まってとどまりやすく、相対的に重い液体は下方へ容易に流れ、ターンして貫通孔から排出される。
【０００８】
この場合、エキスパンション・バルブから出た冷媒は、冷媒の流速が早く、また熱交換器では入口側では液体であったものが、出口側では容易に気体へ状態変化するため、上記のように熱交換器のコア部の上方部分にはさらに気体がたまりやすく、その下方側には液体がたまりやすいといった偏った分布になってしまう。
この結果、従来の熱交換器では、熱交換器のコア部の上方側部分、さらに冷媒の入口がある側面側とは反対側の側面側の内部ではその底部近くに至る部分まで、冷媒が十分流れず、熱交換効率が低下して所望の冷却効果が得られないといった問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、上記のように液体−気体間で容易に状態変換可能な特性を有する冷媒を用いる場合であっても、冷却水との間で十分高い冷却効果を得て冷媒を順次低温化することで、気体冷媒を気液二層の冷媒あるいは液体冷媒にすることができるようにした熱交換器を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的のため、請求項１に記載の本発明による熱交換器は、
車両を走行させる電動駆動源に電力を供給する電気部品を冷却水で冷却する熱交換器であって、
複数のプレートを交互に積層してこれらのプレート間に冷却水が流れる冷却水室および気体―液体間で状態変化可能な冷媒が流れる冷媒室を交互に形成して冷却水と冷媒との間で熱交換を行うように構成されたコア部と、
このコア部の中央部分位置で上下方向に伸びる貫通部と、
コア部の上下端部側をそれぞれ覆う２つの蓋部材と、
を備え、
冷媒を、２つの蓋部材のうちの上側蓋部材の貫通部より外側の部分からコア部へ流入させた後に貫通部から重力に逆らって排出し、
冷却水を、上側蓋部材側の別の外側の部分からコア部を経由して流出入させ、重力に逆らって流出するようにした、
ことを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、冷媒は、  ２つの蓋部材のうちの下側蓋部材に形成した底部ターン通路を介してコア部から貫通路へと方向を変換させ、
冷媒がコア部で冷却水と熱交換を行った後、底部ターン通路を通過する際に下側蓋部材との間で熱交換されてから、貫通部との間で熱交換されるようにした、
ことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明による熱交換器は、
請求項１または２に記載の熱交換器において、
冷媒を、車両用空調装置の冷媒とした、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の熱交換器においては、高温で流入される冷媒が貫通部に入る前にコア部の冷媒室へ流れ込み、コア部の冷却水室を流れる冷却水との間で効率よく熱交換され、その後、貫通部との間で熱交換を行いながら重力に逆らって排出されるので、気液間で状態変化する冷媒を、たとえばバッテリやインバータ等の電気部品を冷却する冷却水にて効率よく順次冷却して、気液二層の冷媒または液体冷媒にすることが可能となる。
【００１４】
また、冷媒を、  ２つの蓋部材のうちの下側蓋部材に形成した底部ターン通路を介してコア部から貫通路へと方向を変換させ、冷媒がコア部で冷却水と熱交換を行った後、底部ターン通路を通過する際に下側蓋部材との間で熱交換されてから、貫通部との間で熱交換されるようにしたので、底部ターン部を設けた下側蓋部材を介して外側との間で、冷媒をさらに冷却することが可能であり、熱交換器自体もコンパクトに構成することができる。
【００１５】
また、冷媒を車両用空調装置の冷媒としたので、車両用空調装置の冷却性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係る熱交換器を示す斜視図である。
【図２】実施例１の熱交換器であって冷媒の流れが見える面での断面図である。
【図３】実施例１の熱交換器であって冷却水の流れが見える面での断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１に係る熱交換器は、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されたバッテリやインバータ等の電気部品を冷却する冷却水回路と、図示しない空調システムの冷媒回路とにそれぞれ接続され、冷却水回路の冷却水と空調システムの冷媒との間で熱交換を行うようにしたものである。
【００１９】
実施例１の熱交換器の構成について、図１〜図３に基づいて説明する。
図１において、熱交換器1は、コア部2と、上側蓋部材3と、下側蓋部材4と、冷却水流入管5と、冷却水流出管6と、冷媒流入部７と、冷媒流出部8と、を備えている。
コア部2の上端には上側蓋部材3が、またその下端には下側蓋部材4がろう付等でそれぞれ固定されている。  コア部2の中央には、円筒状の補強部材9が配置されて、この補強部材9の内部を貫通し上端側および下端側が開口する貫通孔9aが形成されている。
なお、貫通孔9aを有する補強部材9は、本発明の貫通部に相当する。
【００２０】
図１〜図３に示すように、上側蓋部材3に、冷却水流入管5と、冷却水流出管6と、冷媒流入部7および冷媒流出部8が形成されたブロック部材10と、が、固着される。
すなわち、冷却水流入管5が上側蓋部材3の一方の外周側部分に、また冷却水流出管6が一側方と１８０度反対側の他方の外周側部分にそれぞれ固着されて、これらの流出入管5、6同士は、コア部2の冷却水室23を介して連通させられている。
【００２１】
また、冷媒流入部7が冷却水流入管5と冷却水流出管6を結ぶ線に対して９０度ずれた上側蓋部材3の外周側部分に固着されて、コア部2内の第１冷媒通路12および冷媒室24に連通され、冷媒流出部8がコア部2の中心に設けられた補強部材9の貫通孔9aに、それぞれ連通されるとともに、これらの流出入部7、8同士は、第１冷媒通路12の反対側で冷媒室24に連続する第２冷媒通路13と貫通孔9aとを結ぶ底部ターン通路14を介して連通させられている。
なお、冷媒流入部7は、空調システムの図示しないエキスパンション・バルブに接続し、冷媒流出部8は、その圧縮機に接続される
【００２２】
一方、コア部2の下端側には、下側蓋部材4が固着される。
下側蓋部材4は、図２、図３に示すように、重ね合わせた2枚のプレート4a、4bからなり、上側のプレート4aがコア部2の下端側に、また下側のプレート4bが上側のプレート4aに、それぞれろう付け等で固着されている。
【００２３】
下側蓋部材4の一部は下方へ突出されてこの内側に底部ターン通路14が形成されて、貫通孔9aの下端側開口を、コア部2の図２中の右側方に設けた第２冷媒通路13の下端側開口に連通する。
なお、第１冷媒通路12の下端側開口は下側蓋部材4で閉塞され、第２冷媒通路13の上端側開口は上側蓋部材3で閉塞される。
【００２４】
コア部2の図２中の左側側面には、第１冷媒通路12が形成されて、上下方向に積層され、かつ周方向に連通された冷媒室24により、第２冷媒通路13に連通されている。
【００２５】
上記コア部2の詳細構造について、以下に説明する。
コア部2は、ろう材をクラッドしたアルミニウムからなる第１プレート21と第２プレート22とを交互に複数組積層して構成されている。第１プレート21と第２プレート22との間には、環状の冷却水室23と冷媒室24とが上下方向に沿って交互に形成されている。また、冷媒室24内には、インナ・フィン25が介在している。
【００２６】
コア部2は、この内部を、補強部材9を中心とする対称位置にあってそれぞれ上下方向に伸びる円柱状の上記第１冷媒通路12と第２冷媒通路13が貫通し、また、これらの第１、第２冷媒通路12、13と９０度をなす周方向位置で補強部材9を中心とする対称位置にあってそれぞれ上下方向に伸びる円柱状の第１冷却水通路15と第２冷却水通路16が貫通する。
【００２７】
図３に示すように、第１冷却水通路15の上端側開口は冷却水流入管5に接続され、その下側開口は下側蓋部材4で閉塞される。また、第１冷却水通路15のコア部2の中心側部分は、コア部2の冷却水室23に連通している。また、冷却水室23は、貫通孔9aに対し第１冷却水通路15とは反対側の部分が第２冷却水路16に連通している。この第２冷却水路16は、この下端側開口が下側プレート4bを介して下側蓋部材4で閉塞され、その上端側開口が冷却水流出間6に接続されている。
したがって、冷却水は、第１冷却水通路15から補強部材9の周周りに流れて第２冷却水通路16へ流れるようにしてある。
【００２８】
次に、実施例１の熱交換器1の作用を説明する。
図示しない電源がONになり、空調システムが稼働状態にされると、空調システム内を循環する冷媒は、気体―液体間で状態変化する。この冷媒は、エキスパンション・バルブを出た略液体の状態で、熱交換器1の冷媒流入部7を介して第１冷媒通路12に流入し、図２中に矢印Aで示すように、その上方端側からその下方端側へ向かう。
【００２９】
この際、第１冷媒通路12の下端側開口が下端側蓋部材4により塞がれているので、第１冷媒通路12内の冷媒は、上下方向に沿って配置されたコア部2の冷媒室24にいずれかに流入し、図２中に矢印Bで示すように、コア部2の中心にある補強部材9の周りを、周方向に流れ補強部材9に対し冷媒流入部7とは反対側にある冷媒室24まで移動した後、第２冷媒通路13へ流れ込む。
【００３０】
第２冷媒通路13は、この上端側開口が下方側蓋部材3により塞がれており、その下方端側開口が底部ターン通路14に連通しているため、第２冷媒通路13に流れ込んだ冷媒は、第２冷媒通路13内をこの上方側からその下方側へと、図２および図４に矢印Cで示すように下降し、図２中に矢印Dで示すように、底部ターン通路14を通って補強部材9の貫通孔9aの上端側開口から貫通孔9aの内部に流れ込む。
この冷媒は、貫通孔9a内を重力に逆らって上昇し、その上端側開口につながる冷媒流出部8を通じて熱交換器1の外側にある圧縮機へ排出される。
【００３１】
一方、図示しないバッテリやインバータ等の電気部品を冷却する冷却水回路内を流れる冷却水は、熱交換器1の冷却水流入管5を通じて第１冷却水通路15内に流れ込み、この上端側開口からその下端側開口に向かって、図３中に矢印Fで示すように、下降するが、その間、第１冷却水通路15の周りに上下方向に沿って配置されたコア部2の冷却水室23のそれぞれに流れ出て行く。
この冷却水は、図３中に矢印Gで示すように、冷却水室23内を、補強部材9の周りを回って第２冷却水通路16に流れ込む。第２冷却水通路16に入った冷却水は、ここを図３中に矢印Hで示すように、重力に逆らって上昇し、冷却水流出管6を通じて熱交換器1の外へ排出され、図外の車両用バッテリやインバータ等の電気部品を冷却する。
【００３２】
上記のように、冷媒と冷却水とが、熱交換器1内を通過するが、この際、冷媒室24内を流れる冷媒と冷却水室23内を流れる冷却水との間、冷却水室23内を流れる冷却水と補強部材9の貫通孔9a内を流れる冷媒との間、第１、第２冷却水通路15、16と冷媒室24との間、そして下側蓋部材4を介して外側と冷媒との間で、それぞれ熱交換が行われる。
【００３３】
この場合、冷媒流入部７から流入して来た冷媒は、最初に第１冷媒通路12に入るため、すぐにコア部2の冷媒室24に流入して、この冷媒室24に隣接する冷却水室23を流れる冷却水との間で熱交換を行う。
ここで、冷媒流入部７から第１冷媒通路12を経て冷媒室24へ直に流入して来た冷媒は、熱をほとんど奪われることがなく高い温度状態にあり、一方、冷却水流入管5から第１冷却水通路15を経てコア部2の冷却水室23に直に流入して来た冷却水はほとんど温められることもなく低い温度である。
したがって、コア部2の冷媒室24と冷却水室23が隣接しているので、温度差が大きい冷媒と冷却水との間では、大量の熱交換が行われることになり、冷媒は強く冷却される。
【００３４】
もし、上記冷媒の流れを変えて、貫通孔9aの上方から冷媒を下方に向けて流入させてから、側部ターン通路14を通って第２冷媒通路13へ流し込み、その後でコア部2の冷媒室24を通って冷却水室23との間で熱交換を行い、第１冷媒通路12を上昇させて熱交換器1から流出されるようにしたとすると、コア部2からの熱伝導により冷媒同士の温度差によって熱交換されてしまい、冷却水との熱交換が阻害されることとなって、冷却効率が悪化する。
これに対し、実施例１の熱交換器1にあっては、上記説明のように高効率で冷媒を冷却することが可能となる。
【００３５】
以上説明したように、実施例１の熱交換器1にあっては、以下の効果が得られる。
すなわち、実施例１の熱交換器1では、車両を走行させる電動駆動源に電力を供給する電気部品を冷却水で冷却する熱交換器であって、複数のプレート21、22を交互に積層してこれらのプレート21、22間に冷却水が流れる冷却水室23および気体―液体間で状態変化可能な冷媒が流れる冷媒室24を交互に形成して冷却水と冷媒との間で熱交換を行うように構成されたコア部2と、このコア部2の中央部分位置で上下方向に伸びる貫通孔9aと、コア部2の上下端部側をそれぞれ覆う２つの蓋部材3、4と、を備え、冷媒が２つの蓋部材3、4のうちの上側蓋部材3の貫通孔9aより外側の部分からコア部2へ流入させて貫通孔9aから重力に逆らって排出し、冷却水が上側蓋部材側3の別の外側の部分からコア部2を経由して流出入させ、重力に逆らって流出するようにしたので、高温で流入される冷媒が貫通孔9aに入る前にコア部2の冷媒室24へ流れ込み、コア部2の冷却水室23を流れる冷却水との間で効率よく熱交換され、その後、貫通孔9aとの間で熱交換を行いながら重力に逆らって排出されることとなり、気液間で状態変化する冷媒を、バッテリやインバータ等の電気部品を冷却する冷却水にて効率よく順次冷却して、気液二層の冷媒または液体冷媒にすることが可能となる。
【００３６】
また、下側蓋部材4に形成した底部ターン通路14を介してコア部から貫通路9aへと方向を変換させ、冷媒がコア部2で冷却水と熱交換を行った後、底部ターン通路14を通過する際に下側蓋部材4との間で熱交換されてから、貫通孔9aとの間で熱交換されるようにしたので、底部ターン部14を設けた下側蓋部材4を介して外側との間で、冷媒をさらに冷却することが可能であり、また熱交換器1自体もコンパクトに構成することができる。
【００３７】
また、冷媒を車両用空調装置の冷媒としたので、車両用空調装置の冷却性能を向上させることが可能となる。
【００３８】
以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
1      熱交換器
2      コア部
3      上側蓋部材
3a      フランジ部
3b      取付孔
4      下側蓋部材
5      冷却水流入管
6      冷却水流出管
7      冷媒流入部
8      冷媒流出部
9      補強部材（貫通部）
9a     貫通孔(貫通部)
10     ブロック材
12     第１冷媒通路
13     第２冷媒通路
14     底部ターン通路
15     第１冷却水通路
16     第２冷却水通路
21     第１プレート
22     第２プレート
23     冷却水室
24     冷媒室
25     インナ・フィン
【図１】
2014194319.tif 000003
【図２】
2014194319.tif 000004
【図３】
2014194319.tif 000005