(57)【要約】【課題】望ましい特性をもつ熱交換装置を提供する。【解決手段】熱交換装置は、内部に熱交換媒体が流れる熱交換器と、熱交換媒体を流す流体輸送装置と、熱交換媒体が流れる流路４０、５０とを備える。熱交換装置は、流路を流れる熱交換媒体の流速を周期的に増減させる流速調整部５１と、流路４０、５０を流れる熱交換媒体の流れから力を受けて流速調整部５１を駆動する駆動部５４とを備える。熱交換器には、流速調整部５１により流速が周期的に増減された脈動流の状態で熱交換媒体が流入する。このため、熱交換装置としての望ましい特性を得ることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に熱交換媒体が流れる熱交換器（３、１０４、１０５、１０６、４０４、４０５）と、
前記熱交換器に前記熱交換媒体を流す流体輸送装置（７）と、
前記熱交換器と前記流体輸送装置とを接続して前記熱交換媒体が流れる流路（２０、４０、５０、２４０、２５０、２６０、４４０、４５０）と、
前記流路に設けられて、前記流路を流れる前記熱交換媒体の流速を周期的に増減させる流速調整部（５１、５５１、６５１）と、
前記流路に設けられて、前記流路を流れる前記熱交換媒体の流れから力を受けて前記流速調整部を駆動する駆動部（５４）とを備えている熱交換装置。
【請求項２】
前記流速調整部は、前記流体輸送装置と前記熱交換器との間であって、前記流体輸送装置よりも前記熱交換器に近い位置に設けられている請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記流速調整部は、前記流路を開閉する開閉弁（５５１、６５１）であって、前記開閉弁と前記駆動部とは、別部品である請求項１または請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記流速調整部は、前記流路を開閉する開閉弁（５１）であって、前記駆動部は、前記開閉弁に一体に設けられている請求項１または請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記開閉弁は、
前記熱交換媒体の流れを加速させる弁開口（５６）と、
前記熱交換媒体の流れを減速させる弁蓋（５７）とを備え、
前記駆動部は、前記流路を流れる前記熱交換媒体の流れから力を受けて回転するとともに、前記開閉弁を回転駆動させる請求項３または請求項４に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記駆動部の回転軸と前記開閉弁の回転軸とを同軸とする回転軸部（５５９）を備えている請求項５に記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記熱交換器は、並列に接続された第１熱交換器（１０４、４０４）と第２熱交換器（１０５、４０５）とを備え、
前記流路は、
前記第１熱交換器と接続する第１流路（４０、２４０、４４０）と、
前記第２熱交換器と接続する第２流路（５０、２５０、４５０）とを備え、
前記開閉弁は、前記第１流路を流れる状態と前記第２流路を流れる状態とに前記熱交換媒体の流れる状態を切り替える請求項３から請求項６のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記開閉弁は、前記第１熱交換器を通過する流れと前記第２熱交換器を通過する流れとを互いに半周期ずれた位相とする請求項７に記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記開閉弁は、前記第１流路と前記第２流路とを同時に閉塞することが無い請求項７または請求項８に記載の熱交換装置。
【請求項１０】
前記駆動部は、前記熱交換媒体の流れから力を受けて回転する水車構造である請求項１から請求項９のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項１１】
前記熱交換器は、電子部品（４、５、６）を冷却する冷却器（１０４、１０５、１０６）である請求項１から請求項１０のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項１２】
前記流路にエンジン（２）を冷却するエンジン冷却器（４０２）を備え、
前記エンジン冷却器に流れる前記熱交換媒体の流速を一定とし、前記熱交換器に流れる前記熱交換媒体の流速を周期的に増減させる請求項１から請求項１１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】
特許文献１は、熱交換を行う流体を脈動させることで乱流を引き起こし、熱交換効率を高めた熱交換器を開示する。ポンプの駆動モータを制御するモータ制御部は、回転数を変更制御することで冷却水に脈動を生成させている。
【０００３】
特許文献２は、熱輸送システムにおいて、熱媒体を脈動させる目的で２台のポンプを備え、それらのポンプを制御して脈動流を生成させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２１７５６４号公報
【特許文献２】特開２０１５−４５４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の構成では、脈動流を生成するためにポンプの駆動モータを様々な回転数に変更制御している。あるいは、脈動流を生成するために複数のポンプを備え、それらのポンプの駆動モータを別々の回転数に変更制御している。これらの場合、脈動流を生成するために複雑な制御が必要である。また、脈動流を生成するために制御用の配線などの複雑な構成が必要である。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。
【０００６】
開示されるひとつの目的は、簡単な構成で熱交換器の熱交換効率を向上させることができる熱交換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示された熱交換装置は、内部に熱交換媒体が流れる熱交換器（３、１０４、１０５、１０６、４０４、４０５）と、熱交換器に熱交換媒体を流す流体輸送装置（７）と、熱交換器と流体輸送装置とを接続して熱交換媒体を流す流路（２０、４０、５０、２４０、２５０、２６０、４４０、４５０）と、流路に設けられて、流路を流れる熱交換媒体の流速を周期的に増減させる流速調整部（５１、５５１、６５１）と、流路に設けられて、流路を流れる熱交換媒体の流れから力を受けて流速調整部を駆動する駆動部（５４）とを備える。
【０００８】
開示される熱交換装置によると、流路内部に設けられた駆動部が熱交換媒体の流れから力を受けて流速調整部を駆動して熱交換媒体の流速を周期的に増減させる。これにより、駆動部の制御用の配線などのない簡単な構成で、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【０００９】
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】
【００１０】
【図１】熱交換装置を示す構成図である。
【図２】配管に装着された状態における開閉弁を示す構成図である。
【図３】開閉弁を示す斜視図である。
【図４】開閉弁を示す正面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線における断面を示す断面図である。
【図６】絞り状態における開閉弁を示す断面図である。
【図７】第２実施形態の熱交換装置を示す構成図である。
【図８】第３実施形態の熱交換装置を示す構成図である。
【図９】第３実施形態の開閉弁の絞り状態を示す断面図である。
【図１０】第４実施形態の熱交換装置を示す構成図である。
【図１１】配管に装着された状態における第５実施形態の開閉弁５１を示す構成図である。
【図１２】第５実施形態の開閉弁を示す分解図である。
【図１３】第５実施形態の開閉弁を示す斜視図である。
【図１４】第５実施形態の開閉弁の周辺構造を示す分解図である。
【図１５】第５実施形態の開閉弁の周辺構造を示す断面斜視図である。
【図１６】第６実施形態の開閉弁を示す分解図である。
【図１７】第６実施形態の開閉弁を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
第１実施形態
図１において、熱交換装置１は、ラジエータ３、モータ４、インバータ５、バッテリー６、循環ポンプ７、およびそれらをつなぐ流路を備えている。熱交換装置１は、電気自動車などの乗り物に搭載されている車両用熱交換装置である。熱交換装置１は、熱交換媒体である冷却水を循環させて、発熱部品である熱源と冷却水との熱交換を行う。すなわち、熱交換装置１は、熱交換により対象物の冷却や加熱を行う。モータ４、インバータ５、バッテリー６は、車両の走行に用いられる電子部品である。
【００１３】
熱交換装置１は、冷却水の流路である共通流路２０と、モータ流路４０と、インバータ流路５０との３つの流路を備え、各流路が接続されて環状に冷却水を循環している。モータ流路４０とインバータ流路５０とは、互いに並列な関係にある流路である。言い換えると、共通流路２０を流れた冷却水は、モータ流路４０とインバータ流路５０とのどちらかの流路を流れて再び共通流路２０に戻り循環されることとなる。
【００１４】
熱交換装置１は、冷却水の流路である共通流路２０を備えている。共通流路２０には、循環ポンプ７が設けられている。循環ポンプ７は、電気的に出力を制御可能な電動ウォーターポンプである。循環ポンプ７は、一定の流速で冷却水を送り出して循環させる。言い換えると、循環ポンプ７は、冷却水を定常流として循環させる。循環ポンプ７は、流体輸送装置を提供する。ただし、熱交換装置１は、冷却水などの液体を用いて熱交換させる装置に限られず、空気などの気体を循環させて熱交換を行う装置でもよい。この場合、流体輸送装置としては、送風機などを用いることができる。
【００１５】
共通流路２０には、水温センサ１１が設けられている。水温センサ１１は、循環ポンプ７の近傍に配設されている。水温センサ１１は、循環ポンプ７から送り出された直後の冷却水の温度を測定するセンサである。水温センサ１１の温度に応じて循環ポンプ７で送り出す冷却水の循環量を制御する。水温センサ１１の温度が高い場合には、循環量を増加させる。一方、水温センサ１１の温度が低い場合には、循環量を減少させる。
【００１６】
共通流路２０には、ラジエータ３が設けられている。ラジエータ３の内部には冷却水が流れる。ラジエータ３は、冷却水と空気とを熱交換して冷却水を冷やす熱交換器である。ラジエータ３は、車両の走行に伴い発生する走行風を受ける。ラジエータ３は、ラジエータ３に対向して設けられているラジエータファンの送風により冷却風を受ける。
【００１７】
共通流路２０には、バッテリー冷却器１０６を介してバッテリー６が設けられている。バッテリー６は、外部に熱を放出する熱源である。バッテリー６は、モータ４などの電動部品を駆動する動力源となる電力を蓄える装置である。バッテリー６は、リチウムイオン電池である。バッテリー冷却器１０６の内部には、冷却水が流れる。バッテリー冷却器１０６は、冷却水とバッテリー６との熱交換を行い、バッテリー６の温度を低下させる。言い換えると、バッテリー冷却器１０６は、バッテリー６を冷却する熱交換器として機能する。
【００１８】
また、外気温が低い場合において、バッテリー冷却器１０６は、他の発熱部品との熱交換により温度上昇した冷却水とバッテリー６との熱交換を行い、バッテリー６の温度を上昇させる。言い換えると、バッテリー冷却器１０６は、バッテリー６を加熱する熱交換器として機能する。
【００１９】
モータ４は、外部に熱を放出する熱源である。モータ４は、電力を動力に変換して電気自動車を駆動する動力源として機能する。モータ４には、モータ冷却器１０４が接続されている。モータ冷却器１０４は、モータ流路４０を介して共通流路２０と接続されている。モータ冷却器１０４の内部には冷却水が流れる。モータ冷却器１０４は、冷却水とモータ４との熱交換を行い、モータ４の温度を低下させる。言い換えると、モータ冷却器１０４は、モータ４を冷却する熱交換器として機能する。モータ冷却器１０４は、第１熱交換器に相当する。モータ流路４０は、第１流路に相当する。
【００２０】
インバータ５は、外部に熱を放出する熱源である。インバータ５は、モータ４を駆動するために直流電流を交流電流に変換する装置である。インバータ５は、交流電流への変換に伴い、モータ４に流す電流量と周波数を制御する。インバータ５には、インバータ冷却器１０５が接続されている。インバータ冷却器１０５は、インバータ流路５０を介して共通流路２０と接続されている。インバータ冷却器１０５の内部には冷却水が流れる。インバータ冷却器１０５は、冷却水とインバータ５との熱交換を行い、インバータ５の温度を低下させる。言い換えると、インバータ冷却器１０５は、インバータ５を冷却する熱交換器として機能する。インバータ冷却器１０５は第２熱交換器に相当する。インバータ流路５０は、第２流路に相当する。
【００２１】
モータ４およびモータ冷却器１０４とインバータ５およびインバータ冷却器１０５とは、並列に接続されている。言い換えると、共通流路２０を流れた冷却水は、モータ冷却器１０４とインバータ冷却器１０５とのどちらかの冷却器を流れて再び共通流路２０に戻り循環されることとなる。インバータ５は、昇圧コンバータなどのモータ４の制御に用いる装置と一体化されたパワーコントロールユニットであってもよい。
【００２２】
熱交換器３、１０４、１０５、１０６は、２つのヘッダー間に複数の冷却水流路が平行に形成されたパラレルフロー型の熱交換器である。熱交換器３、１０４、１０５、１０６は、冷却水の流路である配管の流路面積が小さく平たい扁平管である。扁平管のように内径の小さな管を流れる流体はレイノルズ数が小さくなるため、層流の状態で流れやすい。熱交換器３、１０４、１０５、１０６は、冷却水が循環する配管の内部に冷却水との接触面積を増加させるインナーフィンが形成されている。熱交換器３、１０４、１０５、１０６は、パラレルフロー型の熱交換器に限られない。例えばフィンチューブ型の熱交換器やサーペンタイン型の熱交換器を用いてもよい。
【００２３】
共通流路２０とモータ流路４０とインバータ流路５０との接続箇所には、開閉弁５１が設けられている。開閉弁５１の詳細については後述する。開閉弁５１は、冷却水の流れを周期的に減速させて流速の増減を繰り返す流れを生成する機能を有している。言い換えると、開閉弁５１は、脈動流生成機能を有している。言い換えると、開閉弁５１は、定常流で流れている冷却水を脈動流に変換する。開閉弁５１は、モータ流路４０とインバータ流路５０との２つの流路への冷却水の流入を切り替える切り替え機能を有している。
【００２４】
熱交換装置１における冷却水の流れについて説明する。循環ポンプ７から送り出された冷却水は、定常流の状態で共通流路２０を流れる。共通流路２０では、水温センサ１１により冷却水の温度が測定される。その後、冷却水は開閉弁５１に流れ込む。
【００２５】
開閉弁５１では脈動流を生成するとともに流路の切り替えが行われる。すなわち、冷却水は、定常流から脈動流に変換されるとともに、モータ流路４０とインバータ流路５０との２つの流路を交互に流れる。開閉弁５１からモータ冷却器１０４またはインバータ冷却器１０５までの流路において、冷却水の流通を阻害する部品は配置されていない。言い換えると、開閉弁５１で脈動流に変換された冷却水は、最初にモータ冷却器１０４またはインバータ冷却器１０５に流れ込む。
【００２６】
脈動流の状態でモータ冷却器１０４またはインバータ冷却器１０５の内部に流れ込んだ冷却水は、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、配管と熱交換した冷却水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冷却水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、配管を流れる冷却水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、モータ冷却器１０４およびインバータ冷却器１０５での熱交換効率を向上させることができる。
【００２７】
モータ冷却器１０４またはインバータ冷却器１０５を通過した冷却水は、共通流路２０に流入し、バッテリー冷却器１０６、ラジエータ３の順に熱交換を行う。この時の冷却水は、モータ冷却器１０４またはインバータ冷却器１０５で熱交換を行った後である。このため、冷却器内部や配管での通水抵抗により、脈動流から定常流に近づいた状態となる。しかしながら、冷却水は、乱流としての高い熱交換効率を一部維持した状態で、バッテリー冷却器１０６とラジエータ３とを流れて熱交換を行う。脈動流による熱交換効率の向上の寄与は、モータ冷却器１０４とインバータ冷却器１０５が最も大きく、次にバッテリー冷却器１０６が大きく、ラジエータ３での熱交換効率が最も小さくなる。すなわち、脈動流の生成装置である開閉弁５１からの距離が近いほど、脈動流による熱交換効率の向上の寄与が大きくなり、開閉弁５１からの距離が遠いほど寄与が小さくなる。
【００２８】
ラジエータ３で空気との熱交換により温度が低下した冷却水は、循環ポンプ７に戻される。循環ポンプ７に戻った冷却水は再び循環ポンプ７により定常流で送り出される。
【００２９】
図２において、開閉弁５１は、冷却水の流路をなす配管の内部に備えられた状態である。共通流路２０とモータ流路４０とインバータ流路５０との３つの流路が交差して接続されている配管内部に開閉弁５１が設けられている。モータ流路４０とインバータ流路５０とは、互いに対向して逆方向に配管が延びるように設けられている。共通流路２０をなす配管とモータ流路４０をなす配管とインバータ流路５０をなす配管とは、互いに流路面積が略等しい面積である。
【００３０】
図３において、開閉弁５１は、有底円筒状である。開閉弁５１は、樹脂製である。開閉弁５１は、底面から外方に突出している突出部５２を有している。突出部５２は、開閉弁５１が回転駆動する際の中心軸として機能する。開閉弁５１は、内部に冷却水が流れる。
【００３１】
開閉弁５１は、冷却水の流れの上流側に内径の小さな小径部５３を有している。小径部５３の内径は、共通流路２０をなす配管の内径よりも小さい。すなわち、小径部５３の流路面積は、共通流路２０をなす配管の流路面積よりも小さい。開閉弁５１は、冷却水の流れの下流側に内径の大きな大径部５５を有している。大径部５５の内径は、小径部５３の内径よりも大きい。すなわち、大径部５５の流路面積は、小径部５３の流路面積よりも大きい。言い換えると、開閉弁５１において、冷却水の流路は、小径部５３と大径部５５との内径の異なる２つの円筒形状で構成されている。
【００３２】
小径部５３は、開閉弁５１の内部に流れ込む冷却水の入口として機能する。小径部５３に流れ込んだ冷却水は大径部５５へと流れる。小径部５３は、内側に駆動部５４を備えている。駆動部５４によって小径部５３の内部は、４つの領域に区切られている。
【００３３】
大径部５５は、開閉弁５１の内部と外部を連通する開口である弁開口５６を有している。大径部５５は、断面が円弧状の弁蓋５７を有している。弁蓋５７は、大径部５５において壁面をなしている。言い換えると、大径部５５においては、弁開口５６と弁蓋５７とが半分ずつの領域で形成されている。弁開口５６は、開閉弁５１の内部を流れる冷却水の出口として機能する。弁開口５６は、冷却水の流れを増やして加速させる。弁蓋５７は、冷却水の流れを制限して減速させる。言い換えると、開閉弁５１は、弁開口５６と弁蓋５７を用いて冷却水の加速と減速を行う流速調整部として機能する。
【００３４】
流速調整部である開閉弁５１と駆動部５４とは、一体に設けられている。言い換えると、駆動部５４は、開閉弁５１を構成する一部分として設けられている。開閉弁５１と駆動部５４とは、一体でなくてもよい。すなわち、開閉弁５１と駆動部５４とを別部品で備え、それらの部品をギアなどの連結部品を用いて連動して動作するように構成することで一体としてもよい。あるいは、開閉弁５１と駆動部５４とを別部品で備え、それらの部品をねじ止めするなどして一体としてもよい。
【００３５】
図４において、駆動部５４は、冷却水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、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、駆動部５４は、水車構造である。駆動部５４は、開閉弁５１を流れる冷却水の流れの力である流体エネルギーを受けて駆動部５４と一体である開閉弁５１を回転駆動させる。すなわち、冷却水が速く流れる場合は、駆動部５４が速く回転することとなり、駆動部５４と一体の開閉弁５１も速く回転する。一方、冷却水が遅く流れる場合は、駆動部５４が遅く回転することとなり、駆動部５４と一体の開閉弁５１も遅く回転する。
【００３６】
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、開閉弁５１は速く回転する。また、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、より多くの冷却水と接触して流れの力を受けることになり、開閉弁５１は安定して速く回転する。したがって、開閉弁５１の回転する速さは、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程度になるように駆動部５４を調整することが好ましい。
【００３７】
図２において、突出部５２は、冷却水流路をなす配管の内側から外側に向かって膨出した膨出部内に収納されている。小径部５３は、共通流路２０の内側に接続されている。開閉弁５１は、突出部５２と小径部５３とがそれぞれ配管に支持されて、配管内部で回転可能に設けられている。
【００３８】
大径部５５は、モータ流路４０の入口開口またはインバータ流路５０の入口開口を開閉する。大径部５５は、配管の内側に設けられた凹部内に外縁が位置した状態で収納されている。弁開口５６の開口高さは、配管の内径と略等しい大きさである。すなわち、開閉弁５１が凹部に収納された状態では、弁開口５６から流出する冷却水が段差のない状態でスムーズに配管の内部に流れこむ。一方、弁蓋５７の高さは、配管の内径よりも大きい。すなわち、開閉弁５１が凹部に収納された状態では、冷却水が弁蓋５７と配管との隙間を通過して逆流することが防止されている。
【００３９】
開閉弁５１は、モータ流路４０を流れる状態とインバータ流路５０を流れる状態とに、冷却水の流れる状態を切り替える。すなわち、開閉弁５１は、モータ流路４０への流路を開いている時にはインバータ流路５０への流路を閉じている。一方、開閉弁５１は、モータ流路４０への流路を閉じている時にはインバータ流路５０への流路を開いている。言い換えると、開閉弁５１は、モータ流路４０とインバータ流路５０との２つの流路に対して、異なるタイミングで冷却水を流すように流路の切り替えを行っている。
【００４０】
図５において、配管の入口開口と弁開口５６とが重なっている状態は、開閉弁５１が開いている開状態である。すなわち、モータ流路４０は開状態である。一方、配管の入口開口と弁蓋５７とが重なっている状態は、開閉弁５１が閉じている閉状態である。すなわち、インバータ流路５０は閉状態である。弁蓋５７と配管との間には、わずかなクリアランスが設けられているが略隙間のない状態である。閉状態においても一定量の流れが確保できるように弁蓋５７と配管との間のクリアランスを大きく確保してもよい。冷却水は、駆動部５４を流れることで開閉弁５１を回転させる。すなわち、開閉弁５１は、紙面奥側から手前側に向かう向きに流れる冷却水の流れの力を受けて矢印Ａ１方向に回転する。
【００４１】
図６において、入口開口に対して弁開口５６と弁蓋５７との両方が重なった状態は、開閉弁５１を通過できる冷却水が制限された絞り状態である。言い換えると、流路面積が開状態に比べて減少した状態である。言い換えると、流路面積が閉状態に比べて増加した状態である。開閉弁５１は、冷却水の流れの力を受けて矢印Ａ１方向に回転することで、モータ流路４０の流路面積を徐々に減少させる。一方、インバータ流路５０の流路面積を徐々に増加させる。モータ流路４０が閉状態となった時には、インバータ流路５０は開状態となる。その後、開閉弁５１は、さらに矢印Ａ１方向への回転を続けることで、モータ流路４０の流路面積を徐々に増加させる。一方、インバータ流路５０の流路面積を徐々に減少させる。
【００４２】
開閉弁５１が開状態にある場合、閉状態に比べて入口開口へ流れ込むことができる冷却水の量が増加する。すなわち、入口開口を通過した後において、冷却水の流れる速さが加速され、冷却水がひと固まりの状態で流れる。一方、開閉弁５１が閉状態にある場合、開状態に比べて入口開口へ流れ込むことができる冷却水の量が減少する。すなわち、入口開口を通過した後において、冷却水が配管内部を流れる速さが減速される。開閉弁５１が絞り状態にある場合、開閉弁５１の流路面積が増加するほど冷却水は加速される。一方、流路面積が減少するほど冷却水は減速される。
【００４３】
開閉弁５１は、配管の内部を回転することで、各流路の入口開口において開状態と絞り状態と閉状態との３つの状態に周期的に推移させる。すなわち、開閉弁５１は各流路を流れる冷却水の流速を周期的に変化させて、脈動流を生成する。
【００４４】
開閉弁５１は、循環ポンプ７によって送り出された冷却水が駆動部５４を通過することにより流れの力を受けて回転する。一方、循環ポンプ７が停止中などで、駆動部５４を冷却水が流れていない状態では、流れの力を受けることができないため、開閉弁５１も回転せず停止した状態である。
【００４５】
また、循環ポンプ７の出力が高い場合には、流路を流れる冷却水の流速が速くなるため駆動部５４を通過する流れも速くなる。したがって、開閉弁５１の回転も速くなり、モータ流路４０とインバータ流路５０との流路の切り替えも速く行われる。すなわち、開閉弁５１で生成される脈動流の周波数が高くなる。一方、循環ポンプ７の出力が低い場合には、流路を流れる冷却水の流速が遅くなるため駆動部５４を通過する流れも遅くなる。したがって、開閉弁５１の回転も遅くなり、モータ流路４０とインバータ流路５０との流路の切り替えもゆっくりと行われる。すなわち、開閉弁５１で生成される脈動流の周波数が低くなる。このように、開閉弁５１は、実際に流路を流れている冷却水の流速に応じて開閉の駆動が変更される。言い換えると、開閉弁５１は、流路の冷却水流れに連動して駆動される。
【００４６】
開閉弁５１でモータ流路４０とインバータ流路５０との２つの流路に流れる方向が切り替えられた冷却水は、モータ流路４０の流れとインバータ流路５０の流れとで脈動流の位相がずれる。すなわち、モータ流路４０が開状態の時には、インバータ流路５０が閉状態である。一方、モータ流路４０が閉状態の時には、インバータ流路５０が開状態である。したがって、モータ流路４０を流れる脈動流とインバータ流路５０を流れる脈動流とは、周期が半分ずれた逆位相の状態である。
【００４７】
上述した実施形態によると、開閉弁５１が脈動流を生成する機能を有しているため、熱交換器の形状や材料を変更することなく熱交換効率を向上させることができる。あるいは、脈動流の作用により熱交換効率が向上する分、熱交換の能力を維持して熱交換器を小型化することができる。
【００４８】
開閉弁５１が脈動流を生成する機能を備えている。このため、１つの部品で冷却水の流路切り替えと、脈動流の生成を行うことができる。したがって、部品点数を削減し、熱交換装置１を小型化および軽量化できる。言い換えると、簡単な構成で脈動流を生成できる。
【００４９】
開閉弁５１は、循環ポンプ７とモータ冷却器１０４およびインバータ冷却器１０５との間であって、循環ポンプ７よりもモータ冷却器１０４およびインバータ冷却器１０５に近い位置に設けられている。このため、循環ポンプ７から開閉弁５１までは、冷却水を定常流としてスムーズに循環しやすい。したがって、高い熱交換効率が求められない配管部分での流量を多く確保できる。
【００５０】
駆動部５４は、流路内部に設けられ、冷却水の流れから力を受けて開閉弁５１を駆動している。このため、開閉弁５１の制御をするために駆動用モータや配線などを設ける必要がない。したがって、熱交換装置１を小型にできる。また、開閉弁５１を制御する必要がないため、制御フローを簡略化できる。
【００５１】
モータ冷却器１０４を流れる脈動流とインバータ冷却器１０５を流れる脈動流とは、異なる位相の脈動流である。言い換えると、モータ冷却器１０４に冷却水が流れ込まない時には、インバータ冷却器１０５に冷却水が流れ込む。一方、インバータ冷却器１０５に冷却水が流れ込まない時には、モータ冷却器１０４に冷却水が流れ込む。このため、熱交換装置１全体に流れる冷却水の流量を維持しやすい。したがって、流路全体に流れる最大流量が大きく変動しないため、循環ポンプ７の出力を細かく制御する必要がない。また、流路の切り替えにともなう水撃効果での衝撃発生を予防、あるいは衝撃を低減できる。このため、開閉弁５１付近において、水撃効果による配管や開閉弁５１の破損を予防することができる。
【００５２】
共通流路２０をなす配管とモータ流路４０をなす配管とインバータ流路５０をなす配管とは、互いに流路面積が略等しい面積である。このため、モータ流路４０が開いた状態と、インバータ流路５０が開いた状態とで、略等しい量の冷却水を循環させることができる。このため、流路の切り替えに伴う圧力変動を小さくし、開閉弁５１付近において水撃効果による配管や開閉弁５１の破損を予防することができる。
【００５３】
モータ冷却器１０４とインバータ冷却器１０５との両方の冷却器のどちらにも冷却水を流さないタイミングを設けない。言い換えると、循環ポンプ７が運転している場合、冷却水は、モータ冷却器１０４、またはインバータ冷却器１０５、またはその両方の冷却器のいずれかに流れ込む。すなわち、開閉弁５１は、モータ流路４０とインバータ流路５０とを同時に閉塞することがない。このため、循環ポンプ７の運転中に冷却水がどこにも循環しない状態となることを防ぐことができる。したがって、冷却水の流れが遮断されて、駆動部５４を回転させる動力がなくなることを防止できる。
【００５４】
モータ冷却器１０４とインバータ冷却器１０５とバッテリー冷却器１０６とは、電子部品を冷却する冷却器である。このため、小型化により接触面積を大きく確保することが困難な電子部品に対して、小さなスペースであっても効率的に冷却できる。したがって、熱交換装置１を含む車両全体を小型化および軽量化できる。
【００５５】
突出部５２は、冷却水配管の内側から外側に膨出した膨出部内に収納されている。このため、開閉弁５１や開閉弁５１と接続される部品が配管の外に露出しない。したがって、突出部５２の周りの配管から冷却水が漏れだすことを防ぐことができる。
【００５６】
弁蓋５７に冷却水が通過可能な開口やスリットを設けるなどしてもよい。これによると、弁蓋５７が入口開口を閉塞した状態であっても開口やスリットを通過して冷却水が流れ込むことができる。このため、冷却水の流れが遮断されることによって駆動部５４を回転させる動力がなくなることをより確実に防止できる。言い換えると、信頼性が高い状態で熱交換器による冷却を行うことができる。
【００５７】
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、熱交換器として機能する３つの装置が並列にならんでおり、それぞれの熱交換器に冷却水が脈動流の状態で供給される。
【００５８】
図７において、モータ４およびモータ冷却器１０４と、インバータ５およびインバータ冷却器１０５と、バッテリー６およびバッテリー冷却器１０６とは、互いに並列に接続されている。モータ冷却器１０４は、モータ流路２４０を介して共通流路２０と接続されている。インバータ冷却器１０５は、インバータ流路２５０を介して共通流路２０と接続されている。バッテリー冷却器１０６は、バッテリー流路２６０を介して共通流路２０と接続されている。モータ流路２４０をなす配管と、インバータ流路２５０をなす配管と、バッテリー流路２６０をなす配管とは、共通流路２０をなす配管よりも流路面積が小さい。すなわち、各流路２４０、２５０、２６０をなす配管の内径が共通流路２０の配管の内径よりも小さい。
【００５９】
熱交換装置１は、冷却水の流路である共通流路２０と、モータ流路２４０と、インバータ流路２５０とバッテリー流路２６０の４つの流路を備え、各流路が接続されて環状に冷却水を循環している。モータ流路２４０とインバータ流路２５０とバッテリー流路２６０とは、互いに並列な関係にある流路である。言い換えると、共通流路２０を流れた冷却水は、モータ流路２４０とインバータ流路２５０とバッテリー流路２６０とのいずれかの流路を流れて再び共通流路２０に戻り循環されることとなる。
【００６０】
モータ冷却器１０４と、インバータ冷却器１０５と、バッテリー冷却器１０６との上流であって、共通流路２０とモータ流路２４０とインバータ流路２５０とバッテリー流路２６０との接続箇所には、開閉弁５１が設けられている。開閉弁５１は、冷却水の流れを周期的に減速させて流速の増減を繰り返す流れを生成する脈動流生成機能を備えている。言い換えると、開閉弁５１は、定常流の冷却水流れを脈動流に変換する。開閉弁５１は、モータ流路２４０とインバータ流路２５０とバッテリー流路２６０との３つの流路への冷却水の流入を切り替える切り替え機能を有している。
【００６１】
開閉弁５１は、駆動部５４で冷却水の流れの力を受けて回転することで、モータ流路２４０とインバータ流路２５０とバッテリー流路２６０との３つの流路に対して、順番に開状態と絞り状態と閉状態との３つの状態に推移させる。これにより各流路に流れる冷却水の流量を周期的に変化させる。言い換えると、開閉弁５１は、モータ流路２４０とインバータ流路２５０とバッテリー流路２６０との３つの流路に対して冷却水を脈動させた状態で供給する。
【００６２】
上述した実施形態によると、モータ冷却器１０４とインバータ冷却器１０５とバッテリー冷却器１０６との３つの熱交換器に対して冷却水を脈動流の状態で送ることができる。このため、複数の熱交換器に対して一様に熱交換効率を向上させることができる。
【００６３】
モータ流路２４０をなす配管と、インバータ流路２５０をなす配管と、バッテリー流路２６０をなす配管とは、共通流路２０をなす配管よりも流路面積が小さい。このため、モータ冷却器１０４、インバータ冷却器１０５、バッテリー冷却器１０６のそれぞれの熱交換器に対して、冷却水の供給が不足してしまうことを引き起こしにくい。言い換えると、それぞれの熱交換器に対して冷却水を安定して供給しやすい。
【００６４】
冷却対象である熱交換器の数は、３つに限られない。すなわち、４つ以上の熱交換器を並列に並べるなどしてもよい。
【００６５】
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、熱交換器として機能する４つの装置が直列にならんでおり、それぞれの熱交換器に冷却水が脈動流の状態で供給される。
【００６６】
図８において、モータ冷却器１０４とインバータ冷却器１０５とバッテリー冷却器１０６とラジエータ３とがこの順番で直列にならんでいる。言い換えると、４つの熱交換器は流路が枝分かれすることなく、一本の共通流路２０上に並んで設けられている。開閉弁５１は、モータ冷却器１０４よりも上流に位置して設けられている。開閉弁５１の下流において、流路をなす配管と開閉弁５１とを接続する入口開口が１つである。すなわち、開閉弁５１を出た冷却水は、モータ冷却器１０４につながる共通流路２０へと流れ込み、それ以外の流路は形成されていない。
【００６７】
開閉弁５１で定常流から脈動流に変換された冷却水は、モータ冷却器１０４、インバータ冷却器１０５、バッテリー冷却器１０６の順に共通流路２０を流れ、最後にラジエータ３を流れる。言い換えると、脈動流による熱交換効率向上の寄与はモータ冷却器１０４が最も大きく、インバータ冷却器１０５、バッテリー冷却器１０６の順に小さくなり、ラジエータ３での寄与が最も小さくなる。
【００６８】
図９において、開閉弁５１は、冷却水の共通流路２０をなす配管の内部に備えられた状態である。共通流路２０をなす配管において、開閉弁５１よりも上流側に位置する配管と開閉弁５１よりも下流側に位置する配管とは、直交して接続されている。言い換えると、共通流路２０をなす配管は、開閉弁５１を中心にＬ字型に折れ曲がった形状である。共通流路２０をなす配管において、開閉弁５１よりも上流側と下流側とでは、流路面積が略等しい面積である。
【００６９】
開閉弁５１は、流れを制限する２つの弁蓋３５７を備えている。それぞれの弁蓋３５７は、開閉弁５１の回転軸を中心にして互いに対向して一対で設けられている。弁蓋３５７の数は２つに限られず、３つ以上の弁蓋３５７を備えてもよい。
【００７０】
弁蓋３５７の大きさは、共通流路２０の入口開口よりも小さい。すなわち、入口開口と弁蓋３５７とが最も多く重なった状態であっても、弁蓋３５７は入口開口を完全に塞ぐことがない。言い換えると、弁蓋３５７は、閉状態を経ることなく開状態と絞り状態とを周期的に繰り返して脈動流を生成する。
【００７１】
上述した実施形態によると、熱交換器を直列に並べて配置している。このため、熱交換器を配置する順番によって脈動流の生成装置である開閉弁５１からの距離を調整できる。したがって、熱交換器ごとに熱交換効率を高める割合を変えることができる。言い換えると、熱交換効率を高めたい熱交換器を開閉弁５１の近くに配置することで、脈動流による熱交換効率の向上による寄与を大きく受けることができる。一方、流速の高い状態で冷却水を流したい熱交換器を開閉弁５１から遠くに配置することで、定常流に近い流れを用いて流量を多く確保することができる。
【００７２】
開閉弁５１に複数の弁蓋３５７を備えている。このため、開閉弁５１の１回転に対して２周期分の脈動流を生成できる。したがって、熱交換器に対して送る冷却水の脈動流の周期を調整できる。よって、熱交換器での熱交換効率を効率的に向上させることができる。
【００７３】
弁蓋３５７が共通流路２０の入口開口よりも小さい。このため、循環ポンプ７の運転中に入口開口が完全に塞がれる状態となることを防ぐことができる。したがって、冷却水の流れが遮断され、駆動部５４を回転させる動力がなくなることを防止できる。
【００７４】
第４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。この実施形態では冷却対象としてエンジン２を備えており、メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とにエンジン冷却水が脈動流の状態で供給される。
【００７５】
図１０において、熱交換装置１は、エンジン２、ラジエータ３、メイン熱交換器４０４、サブ熱交換器４０５およびそれらをつなぐ流路を備えている。熱交換装置１は、自動車などの乗り物に搭載されている車両用熱交換装置である。熱交換装置１は、内部に熱交換媒体であるエンジン冷却水を循環して熱交換を行う。熱交換により対象物の冷却や加熱を行う。
【００７６】
エンジン２は、外部に熱を放出する熱源である。エンジン２は、エンジン冷却水を用いて冷却されるエンジン冷却器４０２を備えている。エンジン冷却器４０２における流路面積は、ラジエータ３などの熱交換器に比べて大きい。すなわち、レイノルズ数が大きく、内部を流れるエンジン冷却水が乱流になりやすい熱交換器である。エンジン冷却器４０２は、共通流路２０を備えている。共通流路２０は、エンジン２の冷却に用いる熱交換媒体であるエンジン冷却水が流れる流路である。
【００７７】
共通流路２０には、循環ポンプ７が設けられている。共通流路２０には、水温センサ１１が設けられている。水温センサ１１は、エンジン冷却器４０２のエンジン冷却水出口の近傍に配設されている。水温センサ１１は、エンジン冷却器４０２を通過後のエンジン冷却水の温度を測定するセンサである。水温センサ１１で測定した水温が高い場合には循環ポンプ７の出力を上げて、エンジン冷却水の冷却を促進する。
【００７８】
エンジン２とラジエータ３とは、共通流路２０と冷却流路３０とで環状につながれている。ラジエータ３は、エンジン冷却水と空気とを熱交換してエンジン冷却水を冷やす熱交換器である。共通流路２０と冷却流路３０との接続箇所にはサーモスタット（Ｔ／Ｓ）８が設けられている。
【００７９】
サーモスタット８は、エンジン冷却水の温度に基づいて冷却流路３０に流れるエンジン冷却水の量を調整する。すなわち、暖機完了前などのエンジン冷却水の温度が低い状態では冷却流路３０にエンジン冷却水を循環させず、早期に暖機を実現させる。一方、暖機完了後などのエンジン冷却水の温度が高い状態では冷却流路３０にエンジン冷却水を流す。これにより、ラジエータ３でエンジン冷却水の温度を低下させて、エンジン２が冷却不足によるオーバーヒートの状態になることを防ぐ。
【００８０】
エンジン２とメイン熱交換器４０４とは、共通流路２０とメイン暖房流路４４０とで環状につながれている。エンジン２とサブ熱交換器４０５とは、共通流路２０とサブ暖房流路４５０とで環状につながれている。メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とは、互いに並列に接続された状態である。言い換えると、共通流路２０を流れた冷却水は、メイン暖房流路４４０とサブ暖房流路４５０とのどちらかの流路を流れて再び共通流路２０に戻り循環されることとなる。メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とは、加熱されたエンジン冷却水と空調用に送風された送風空気とを熱交換して加熱する熱交換器である。言い換えると、メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とは、暖房に用いられる熱交換器である。
【００８１】
メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とは、パラレルフロー型の熱交換器である。メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とは、冷却水の流路である配管が扁平管である。メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とにおける流路面積は、エンジン冷却器４０２に比べて小さい。流路面積の小さな管を流れる流体はレイノルズ数が小さくなるため、層流の状態で流れやすい。メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とは、冷却水が循環する配管の内部にインナーフィンが形成されている。メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とは、パラレルフロー型の熱交換器に限られない。例えばフィンチューブ型の熱交換器やサーペンタイン型の熱交換器でもよい。
【００８２】
メイン暖房流路４４０とサブ暖房流路４５０との上流に位置して、共通流路２０とメイン暖房流路４４０とサブ暖房流路４５０との接続箇所には開閉弁５１が設けられている。開閉弁５１は、エンジン冷却器４０２と熱交換器４０４、４０５との間に設けられている。言い換えると、開閉弁５１は、エンジン冷却器４０２の下流であって、熱交換器４０４、４０５の上流に位置して設けられている。開閉弁５１は、エンジン冷却器４０２よりも熱交換器４０４、４０５に近い位置に設けられている。
【００８３】
開閉弁５１は、エンジン冷却水の流路をなす配管の内部に備えられている。開閉弁５１は、共通流路２０とメイン暖房流路４４０とサブ暖房流路４５０との３つの流路が交差して接続されている配管内部に設けられている。メイン暖房流路４４０とサブ暖房流路４５０とは、互いに対向して逆方向に配管が延びるように設けられている。共通流路２０をなす配管とメイン暖房流路４４０をなす配管とサブ暖房流路４５０をなす配管とは、互いに流路面積が略等しい面積である。
【００８４】
開閉弁５１は、メイン暖房流路４４０を流れる状態とサブ暖房流路４５０を流れる状態とに、冷却水の流れる状態を切り替える。すなわち、開閉弁５１は、メイン暖房流路４４０への流路を開いている時にはサブ暖房流路４５０への流路を閉じている。一方、開閉弁５１は、メイン暖房流路４４０への流路を閉じている時にはサブ暖房流路４５０への流路を開いている。言い換えると、開閉弁５１は、メイン暖房流路４４０とサブ暖房流路４５０との２つの流路に対して、異なるタイミングで冷却水を流すように流路の切り替えを行っている。
【００８５】
メイン暖房流路４４０をなす配管の入口開口と、サブ暖房流路４５０をなす配管の入口開口とにおいて、開閉弁５１の回転駆動により流路が開閉される。言い換えると、開状態と閉状態と絞り状態との３つの状態を周期的に繰り返すこととなる。
【００８６】
開閉弁５１が閉状態から絞り状態を経て開状態に推移する場合、冷却水が配管内部を流れる速さは開状態に近づくにつれて加速される。一方、開閉弁５１が開状態から絞り状態を経て閉状態に推移する場合、冷却水が配管内部を流れる速さは閉状態に近づくにつれて減速される。こうして、開閉弁５１が配管内部を回転することで、各流路の入口開口を開状態と絞り状態と閉状態との３つの状態に周期的に推移させる。すなわち、各流路を流れる冷却水の流速を周期的に変化させて、脈動流を生成する。
【００８７】
開閉弁５１は、メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とにエンジン冷却水を脈動流の状態で供給する。開閉弁５１は、メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とに異なる位相の脈動流を供給する。言い換えると、メイン熱交換器４０４にエンジン冷却水が流れ込まない時には、サブ熱交換器４０５にエンジン冷却水が流れ込む。一方、サブ熱交換器４０５にエンジン冷却水が流れ込まない時には、メイン熱交換器４０４にエンジン冷却水が流れ込む。すなわち、メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とには逆位相の脈動流が供給される。
【００８８】
メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５との両方の熱交換器のどちらにもエンジン冷却水を循環しないタイミングを設けない。言い換えると、循環ポンプ７が運転している場合、エンジン冷却水は、メイン熱交換器４０４、またはサブ熱交換器４０５、またはその両方のいずれかに流れる。すなわち、開閉弁５１は、メイン暖房流路４４０とサブ暖房流路４５０とを同時に閉塞することがない。
【００８９】
上述した実施形態によると、開閉弁５１は、エンジン冷却器４０２と熱交換器４０４、４０５との間であって、エンジン冷却器４０２よりも熱交換器４０４、４０５に近い位置に設けられている。このため、循環ポンプ７から送り出されたエンジン冷却水は、定常流の状態でエンジン冷却器４０２の内部を流れる。したがって、高い熱交換効率が求められないエンジン冷却器４０２や配管部分でのエンジン冷却水の流量を多く確保できる。
【００９０】
開閉弁５１は、メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とに異なる位相の脈動流を供給する。このため、熱交換装置１の全体でのエンジン冷却水の流量を一定に維持しやすい。
【００９１】
メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５との両方の熱交換器のどちらにもエンジン冷却水を循環しないタイミングを設けていない。このため、循環ポンプ７の運転中にエンジン冷却水がどこにも循環しない状態となることを防ぐことができる。したがって、エンジン冷却水の流れが遮断されて、駆動部５４を回転させる動力がなくなることを防止できる。
【００９２】
メイン熱交換器４０４とサブ熱交換器４０５とは、別々の熱交換器でなくてもよい。すなわち、同一の熱交換器に対してエンジン冷却水の流路を２つ設けてもよい。この場合、それぞれの流路に位相が半周期ずれた脈動流の状態で供給される。これによると１つの熱交換器に対して、脈動流による熱交換効率の向上の寄与を２箇所で享受できる。このため、熱交換器を小型化できる。同一の熱交換器におけるエンジン冷却水の流路は２つに限られず、３つ以上に分けて脈動流を流入させてもよい。
【００９３】
第５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、駆動部５４を備えた回転駆動体５５３と開閉弁５５１とが互いに分離可能な別部品である。また、開閉弁５５１と駆動部５４とは、回転軸部５５９を中心軸として回転する部品である。
【００９４】
図１１において、共通流路２０とモータ流路４０とインバータ流路５０との接続箇所には、駆動部５４を有する回転駆動体５５３と開閉弁５５１とを備えている。回転駆動体５５３は、回転駆動体５５３の回転軸に沿って延びる駆動部側筒部５５３ａを備えている。駆動部側筒部５５３ａの端部には、駆動部側鍵部５５３ｂが形成されている。開閉弁５５１は、開閉弁５５１の回転軸に沿って延びる開閉弁側筒部５５１ａを備えている。開閉弁側筒部５５１ａの端部には、開閉弁側鍵部５５１ｂが形成されている。
【００９５】
回転駆動体５５３と開閉弁５５１とは別部品であって、回転駆動体５５３に設けた駆動部側鍵部５５３ｂと開閉弁５５１に設けた開閉弁側鍵部５５１ｂとがかみ合うことで、回転駆動体５５３と開閉弁５５１とが接続されている。冷却水などの流体の流れにおいて、回転駆動体５５３は、開閉弁５５１よりも上流に位置している。
【００９６】
回転駆動体５５３と開閉弁５５１とは、回転軸部５５９によって貫かれた状態である。回転軸部５５９は、回転駆動体５５３と開閉弁５５１とが回転する際の回転軸を提供している。すなわち、回転駆動体５５３と開閉弁５５１とは、どちらも回転軸部５５９を回転軸として回転する回転体である。したがって、駆動部５４を有する回転駆動体５５３と開閉弁５５１とは、回転における回転軸が同軸である。
【００９７】
モータ流路４０とインバータ流路５０とにまたがって、カバー５４５が設けられている。カバー５４５は、回転駆動体５５３や開閉弁５５１といった部品を冷却水の流路内部に設置するために流路に設けられた開口を、外側から覆って冷却水の漏出を防ぐためのカバー部材である。カバー５４５には、回転軸部５５９を保持するための凹み部が形成されている。また、共通流路２０には、回転軸部５５９を保持するための軸保持部５５８が形成されている。軸保持部５５８は、内部に回転軸部５５９を挿入して保持可能な筒形状である。回転軸部５５９は、回転軸部５５９の長手方向の一方の端部が共通流路２０に設けられた軸保持部５５８によって保持され、他方の端部がカバー５４５に設けられた凹み部によって保持されている。
【００９８】
図１２において、開閉弁５５１は、回転軸からの距離が等しくなるように湾曲した板状の弁蓋５７を備えている。弁蓋５７は、開閉弁５５１と連続した一体物である。また、弁蓋５７は、回転駆動体５５３とは分離した別体である。
【００９９】
回転軸部５５９は、円柱形状である。開閉弁側筒部５５１ａは、回転軸部５５９に沿って延びる円筒形状である。回転軸部５５９の外径と開閉弁側筒部５５１ａの内径は略等しい大きさである。開閉弁側鍵部５５１ｂにおいては、円筒形状ではなく半円形状に形成されている。
【０１００】
回転駆動体５５３は、駆動部５４の周りに円環形状の環状部を備えている。回転駆動体５５３において、環状部と駆動部５４とは連続して一体に形成されている。駆動部側筒部５５３ａは、回転軸部５５９に沿って延びる円筒形状である。回転軸部５５９の外径と駆動部側筒部５５３ａの内径は略等しい大きさである。駆動部側鍵部５５３ｂにおいては、円筒形状ではなく半円形状に形成されている。
【０１０１】
図１３において、回転軸部５５９は、開閉弁側筒部５５１ａと駆動部側筒部５５３ａとに挿入されている。回転軸部５５９は、開閉弁５５１と回転駆動体５５３とを貫いた状態で、両端部が外側に突出している。弁蓋５７の一部は、回転駆動体５５３の径方向の外側に位置している。
【０１０２】
開閉弁側鍵部５５１ｂと駆動部側鍵部５５３ｂとは、互いの半円形状がかみ合っている。この状態においては、開閉弁５５１と回転駆動体５５３とが係合した状態である。すなわち、冷却水の流れの力を受けて駆動部５４で発生した回転する力が開閉弁５５１に伝達されている状態である。
【０１０３】
ただし、駆動部５４の力を開閉弁５５１に伝達する方法は、駆動部側鍵部５５３ｂと開閉弁側鍵部５５１ｂとの係合に限られない。例えば、回転駆動体５５３と開閉弁５５１との間に駆動力を伝達する駆動力伝達部を別部品で設けるようにしてもよい。これによると、回転軸部５５９と接触して磨耗の進みやすい部分を耐摩耗性の良い金属などの別部品で構成することができる。また、開閉弁側鍵部５５１ｂ及び駆動部側鍵部５５３ｂの形状は半円形状に限られない。例えば、歯車のように複数の凹凸をかみ合わせるように設けてもよい。あるいは、ねじのように螺旋状の溝形状と螺旋状の凸形状とを設けて、開閉弁５５１と回転駆動体５５３とを回転させて螺合してもよい。
【０１０４】
駆動部５４及び開閉弁５５１の熱交換装置１への設置方法について以下に説明する。図１４において、共通流路２０とモータ流路４０とインバータ流路５０との接続箇所に対して、回転軸部５５９を挿入する。回転軸部５５９は、共通流路２０に設けられた軸保持部５５８に挿入する。軸保持部５５８に適切に保持された回転軸部５５９は、円筒形状の共通流路２０の中心軸と略等しい位置に配置される。
【０１０５】
その後、回転駆動体５５３、開閉弁５５１、ワッシャの順に回転軸部５５９に挿入する。回転駆動体５５３と開閉弁５５１とはともに、回転軸部５５９によって回転軸が提供される。言い換えると、回転駆動体５５３の回転軸と開閉弁５５１の回転軸とは、同軸である。全ての部品が適切に配置されていることを確認した後に、カバー５４５を最も外側から被せてねじ止めを行う。ここで、カバー５４５と配管との間にリング状のシール部材を設けるなどして、冷却水が熱交換装置１から漏出することをより精度よく防止するように構成してもよい。
【０１０６】
図１５は、駆動部５４及び開閉弁５５１が正規の位置に設置された状態である。回転軸部５５９の一方の端部は、軸保持部５５８に対して隙間なく挿入されている。また、回転軸部５５９の他方の端部は、カバー５４５に対して隙間なく挿入されている。すなわち、回転軸部５５９は、両端部が強固に保持されて、正規の位置から動かない状態で固定されている。
【０１０７】
回転駆動体５５３は、共通流路２０をなす配管と隙間なく接触した状態である。このため、冷却水は、配管と回転駆動体５５３との間である回転駆動体５５３の外側を通ることができず、回転駆動体５５３の内側を流れる。言い換えると、冷却水は、駆動部５４と接触して駆動部５４を回転させるように力を加えながら流れる。
【０１０８】
駆動部側鍵部５５３ｂと開閉弁側鍵部５５１ｂとは、適切にかみ合って係合した状態である。すなわち、駆動部側筒部５５３ａの先端面と開閉弁側筒部５５１ａの先端面とが重なって互いに接触した状態である。この状態においては、回転駆動体５５３が冷却水の流れの力を受けて回転することで、開閉弁５５１も一体となって回転する。
【０１０９】
駆動部側筒部５５３ａと回転軸部５５９との間には、わずかな隙間が形成されている。また、開閉弁側筒部５５１ａと回転軸部５５９との間には、わずかな隙間が形成されている。したがって、回転駆動体５５３と開閉弁５５１とが一体となって回転している状態では、回転軸部５５９は回転しない。ただし、回転軸部５５９と駆動部側筒部５５３ａとの隙間や回転軸部５５９と開閉弁側筒部５５１ａとの隙間を形成しなくてもよい。この場合、回転軸部５５９の両端を軸保持部５５８とカバー５４５とで強固に保持するのではなく、わずかに隙間を設けて支持する軸受けとして機能するように構成する。これにより、回転駆動体５５３と開閉弁５５１とが一体となって回転する場合に、回転軸部５５９が回転駆動体５５３及び開閉弁５５１と一体となって回転することとなる。
【０１１０】
開閉弁５５１とカバー５４５との間にはワッシャが配置されている。また、開閉弁５５１とカバー５４５との間であって、ワッシャが配置されていない部分については、隙間が形成されている。このため、開閉弁５５１が回転する際に開閉弁５５１とカバー５４５とが直接接触することがない。
【０１１１】
開閉弁側筒部５５１ａにおいて、開閉弁側鍵部５５１ｂをなす半円形状の部分は、弁蓋５７とは反対側に設けられている。言い換えると、開閉弁側筒部５５１ａは、弁蓋５７が設けられている側よりも弁蓋５７が設けられている側の反対側の方が回転軸部５５９に沿って長く延びている。一方、駆動部側筒部５５３ａにおいては、弁蓋５７に近い側に駆動部側鍵部５５３ｂをなす半円形状の部分が設けられて、駆動部側筒部５５３ａが回転軸部５５９に沿って長く延びている。開閉弁側筒部５５１ａと回転軸部５５９との接触面積は、駆動部側筒部５５３ａと回転軸部５５９との接触面積よりも大きい。特に、弁蓋５７とは反対側に位置する部分においては、開閉弁側筒部５５１ａと回転軸部５５９との接触面積が、駆動部側筒部５５３ａと回転軸部５５９との接触面積よりも大きくなるように構成されている。
【０１１２】
開閉弁５５１がモータ流路４０やインバータ流路５０を閉じる際に、弁蓋５７で冷却水の流れを制限しているため、弁蓋５７の近傍において冷却水の流れの上流側が下流側に比べて一時的に圧力が高くなる。すなわち、弁蓋５７が配管壁面に押し付けられる方向に力を受ける。言い換えると、弁蓋５７を有する開閉弁５５１が、回転軸部５５９から弁蓋５７に向かう方向に力を受ける。それに対して、開閉弁側筒部５５１ａは、回転軸部５５９から弁蓋５７に向かう力とは反対向きの力である反力を回転軸部５５９から受ける。これにより、開閉弁５１は２つの力がつり合った状態で、正規の位置を維持して回転を続ける。ここで、開閉弁側筒部５５１ａに発生する反力は、開閉弁側筒部５５１ａにおいて弁蓋５７とは反対側に位置している部分に集中して発生する。このため、弁蓋５７とは反対側における開閉弁側筒部５５１ａと回転軸部５５９との接触面積を大きく確保するために、開閉弁側筒部５５１ａを回転軸部５５９に対して長く沿わせることが有用である。
【０１１３】
上述した実施形態によると、開閉弁５５１と駆動部５４とは、別部品である。このため、開閉弁５５１を回転させるのに必要な駆動力に応じて駆動部５４を有する回転駆動体５５３を交換することで、開閉弁５５１での回転数などを調整可能である。また、開閉弁５５１と駆動部５４とを一括に一体成形しないため、部品をシンプルな構造にしやすい。すなわち、１つ１つの部品の形状を簡単な形状として製造コストを低減しやすい。
【０１１４】
駆動部５４の回転軸と開閉弁５５１の回転軸とを同軸とする回転軸部５５９を備えている。このため、駆動部５４の回転をそのまま開閉弁５５１に伝達して開閉弁５５１を回転させることができる。したがって、開閉弁５５１の回転軸と駆動部５４の回転軸とを同軸ではない位置に設けて、駆動部５４の回転による力をギアなどの別部品を用いて開閉弁５５１に伝達する場合に比べて、部品点数を削減できる。よって、熱交換装置１を小型化しやすい。
【０１１５】
また、回転軸部５５９を備えない場合に比べて、開閉弁５５１と回転駆動体５５３の回転を安定させることができる。このため、開閉弁５５１と回転駆動体５５３とにおける回転を安定させて、回転に伴う配管壁面との接触による開閉弁５５１や回転駆動体５５３の磨耗を低減しやすい。さらに、回転に伴う配管壁面との接触による摩擦を低減できるため、小さな駆動力で開閉弁５５１を回転させることができる。したがって、駆動部５４を小型化して冷却水の流れにおいて駆動部５４によって生じる流路抵抗を小さくすることができる。
【０１１６】
開閉弁５５１は、回転軸部５５９に沿って延びる開閉弁側筒部５５１ａを備えている。このため、開閉弁５５１の正規の位置を維持するために、開閉弁５５１と回転軸部５５９との間で発生する力を開閉弁側筒部５５１ａで受けることができる。すなわち、開閉弁側筒部５５１ａが形成されていない場合に比べて、開閉弁５５１と回転軸部５５９との接触面積を大きく確保できるため、回転軸部５５９と開閉弁５５１との間で発生する力を広い面積で分散させて受けることができる。したがって、開閉弁５５１に対して局所的に大きな力が加わることで引き起こされる開閉弁５５１の破損や、局所的な激しい磨耗の進行を抑制できる。よって、開閉弁５５１の回転による周期的な流速の増減機能を安定して発揮させやすい。
【０１１７】
回転軸部５５９の外径を位置によって異なるようにしてもよい。例えば、開閉弁側筒部５５１ａと接触する部分の外径を、駆動部側筒部５５３ａと接触する部分の外径よりも大きくした段付き形状としてもよい。これによると、回転軸部５５９と開閉弁側筒部５５１ａとの接触面積を大きく確保しやすい。したがって、開閉弁５５１に発生する反力を、開閉弁側筒部５５１ａにおいて広い面積で受けることができる。このため、反力を狭い面積で受ける場合に比べて局所的に激しい磨耗が引き起こされることを抑制できる。よって、開閉弁５５１を長期間にわたって安定して使用できる。
【０１１８】
第６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、駆動部５４を有する回転駆動体６５３と開閉弁６５１とが互いに分離可能な別部品である。
【０１１９】
図１６において、回転駆動体６５３は、駆動部５４を内部に備えた円筒形状である。回転駆動体６５３の端部には、嵌合凹部６５３ａが４箇所に設けられている。
【０１２０】
開閉弁６５１は、円環形状の環状凹部６５１ｂを備えている。環状凹部６５１ｂの外径と回転駆動体６５３の嵌合凹部６５３ａが設けられた側の端部における外径とは略等しい大きさである。環状凹部６５１ｂには、嵌合凸部６５１ａが４箇所に設けられている。
【０１２１】
図１７において、環状凹部６５１ｂに対して回転駆動体６５３の一部が挿入されて、開閉弁６５１と回転駆動体６５３とが一体となっている。開閉弁６５１と回転駆動体６５３とが一体となった状態においては、嵌合凸部６５１ａと嵌合凹部６５３ａとが嵌め合わされている。この状態においては、嵌合凸部６５１ａや嵌合凹部６５３ａは、外表面に露出していない状態である。
【０１２２】
駆動部５４が冷却水の流れから力を受けて回転すると、駆動部５４と連続する一体部品である回転駆動体６５３が回転する。回転駆動体６５３が回転すると、嵌合状態にある嵌合凹部６５３ａから嵌合凸部６５１ａに回転する力が伝達される。嵌合凸部６５１ａに伝達された力により、嵌合凸部６５１ａと連続する一体部品である開閉弁６５１が回転する。これにより、開閉弁６５１は、冷却水の流速を増減させる機能を発揮する。
【０１２３】
上述した実施形態によると、複数設けられた嵌合凸部６５１ａと複数設けられた嵌合凹部６５３ａとの嵌合により駆動部５４が受けた力を伝達する。このため、特定の１箇所のみに力が伝達される場合に比べて、力が集中する箇所を分散させやすい。したがって、力が集中することによって開閉弁６５１や回転駆動体６５３の特定の箇所が破損するといった事態を防ぎやすい。
【０１２４】
他の実施形態
この明細書における開示は、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、ひと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。
【０１２５】
駆動部５４は、冷却水の流れの力を受ける水車構造に限られない。すなわち、循環ポンプ７の駆動に伴う回転エネルギーを取り出すようにしてもよい。例えば、循環ポンプ７の外部に露出して設けられ、循環ポンプ７の駆動に連動する歯車であるポンプ歯車を設けてもよい。この場合、ポンプ歯車からほかの歯車やシャフトなどの動力伝達部品を用いて開閉弁５１まで駆動力を伝達する。これによると、循環ポンプ７の駆動と開閉弁５１の駆動を共通化できる。言い換えると、流れを作る循環ポンプ７と脈動流に変換する開閉弁５１との駆動を連動させることができる。このため、開閉弁５１を独立に制御する場合に比べて制御フローを簡略化できる。
【０１２６】
開閉弁５１は、冷却水の流れ方向と平行な方向に回転軸を持つ弁に限られない。例えば、冷却水の流れ方向と直交する方向に回転軸を持つバタフライバルブでもよい。
【０１２７】
開閉弁５１は、円筒状の弁蓋５７により入口開口を開閉する弁に限られない。内部に流路を形成した球体の弁を回転させて入口開口を開閉するボールバルブでもよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１  燃料貯蔵装置、  ３  ラジエータ、  ４  モータ、  ５  インバータ、  ６  バッテリー、  ７  循環ポンプ（流体輸送装置）、  ４０  モータ流路、  ５０  インバータ流路、  ５１  開閉弁、  ５４  駆動部、  ５６  弁開口、  ５７  弁蓋、  １０４  モータ冷却器、  １０５  インバータ冷却器、  １０６  バッテリー冷却器、  ２４０  モータ流路、  ２５０  インバータ流路、  ２６０  バッテリー流路、  ３５７  弁蓋、  ４０２  エンジン冷却器、  ４０４  メイン熱交換器、  ４０５  サブ熱交換器、  ４４０  メイン暖房流路、  ４５０  サブ暖房流路、  ５５１  開閉弁、  ５５１ａ  開閉弁側筒部、  ５５１ｂ  開閉弁側鍵部、  ５５３  回転駆動体、  ５５３ａ  駆動部側筒部、  ５５３ｂ  駆動部側鍵部、  ５５９  回転軸部、  ６５１  開閉弁、  ６５３  回転駆動体。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018204939.tif 000013
【図１２】
2018204939.tif 000014
【図１３】
2018204939.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2018204939.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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