(57)【要約】【課題】気液二相冷媒を流した場合であっても、気液二相冷媒の不均一な流れを抑制することができ、熱交換性能を確保できる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器は、気液二相冷媒が流入し熱交換を行うチューブ（１５）と、チューブ（１５）の一端側に繋がっており、流入口（１３１）から気液二相冷媒が流入し、流入した気液二相冷媒が前記チューブに流出するように構成されているタンク（１１）と、を備え、流入口（１３１）とそれに対向するタンク（１１）の対向壁面（１１１）との間に配置される冷媒受け部分（１６１）、及び冷媒受け部分（１６１）に繋がっており冷媒受け部分（１６１）からタンク（１１）の長手方向に延びる冷媒拡散部分（１６２）、を有する冷媒均等部（１６）がタンク（１１）内に設けられている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液二相冷媒を熱交換する熱交換器であって、
気液二相冷媒が流入し熱交換を行うチューブ（１５）と、
前記チューブの一端側に繋がっており、流入口（１３１）から気液二相冷媒が流入し、流入した気液二相冷媒が前記チューブに流出するように構成されているタンク（１１）と、を備え、
前記流入口と前記流入口に対向する前記タンクの対向壁面との間に配置される冷媒受け部分（１６１）、及び前記冷媒受け部分に繋がっており前記冷媒受け部分から前記タンクの長手方向に延びる冷媒拡散部分（１６２）、を有する冷媒均等部（１６）が前記タンク内に設けられている、熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記チューブには、前記タンクの長手方向に沿うように気液二相冷媒の受入口（１７）が設けられている、熱交換器。
【請求項３】
請求項２に記載の熱交換器であって、
前記タンクへの気液二相冷媒の流入方向と、前記チューブへの気液二相冷媒の流入方向とが交わっている、熱交換器。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の熱交換器であって、
前記冷媒均等部は、前記チューブの前記受入口に対応するように、前記タンクの長手方向に沿って設けられている、熱交換器。
【請求項５】
請求項４に記載の熱交換器であって、
前記冷媒受け部分と前記冷媒拡散部分とが、少なくとも一部において同一平面を形成するように繋がっている、熱交換器。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の熱交換器であって、
前記冷媒均等部は、前記チューブの端部によって形成されている、熱交換器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器であって、
前記タンクへの冷媒流入方向が重力方向に沿うように配置される、熱交換器。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器であって、
前記チューブに沿って電池が配置され、前記電池と気液二相冷媒の間で熱交換される、熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、気液二相冷媒を熱交換する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に記載の熱交換器は、扁平形状のチューブに扁平方向に並んだ冷媒流路が設けられている。チューブは、長手方向に延びているタンクに接続されている。チューブの扁平方向とタンクの長手方向とは、互いに沿うように配置されている。タンクに対しては、タンクの長手方向に略直交する方向から冷媒が流入するように冷媒管が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国出願公開第１０１２０１００３２９００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、冷媒として気液二相冷媒を流した場合、タンクの長手方向両端に液冷媒が偏ってしまい、タンク中央側と両端とで気液二相冷媒における液冷媒の比率が偏る現象が起こる可能性がある。この現象が発生すると、チューブに流れ込む冷媒も不均一なものとなり、熱交換性能に影響を与えるおそれがある。
【０００５】
本開示は、気液二相冷媒を流した場合であっても、気液二相冷媒の不均一な流れを抑制することができ、熱交換性能を確保できる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、気液二相冷媒を熱交換する熱交換器であって、気液二相冷媒が流入し熱交換を行うチューブ（１５）と、チューブの一端側に繋がっており、流入口（１３１）から気液二相冷媒が流入し、流入した気液二相冷媒がチューブに流出するように構成されているタンク（１１）と、を備え、流入口と流入口に対向するタンクの対向壁面との間に配置される冷媒受け部分（１６１）、及び冷媒受け部分に繋がっており冷媒受け部分からタンクの長手方向に延びる冷媒拡散部分（１６２）、を有する冷媒均等部（１６）がタンク内に設けられている。
【０００７】
タンクに気液二相冷媒が流入する流入口と、その流入口に対向するタンクの対向壁面との間に冷媒受け部分が設けられているので、流入口から流入した気液二相冷媒が直接対向壁面に向かわずに一旦冷媒受け部分で受け止められ分散する。冷媒受け部分に繋げて冷媒拡散部分が設けられているので、冷媒受け部分で分散された気液二相冷媒の一部をタンクの長手方向に拡散することができる。従って、流入口から流入した気液二相冷媒の一部をタンクの長手方向に広げてから対向壁面側に流す一方で、流入口から流入した気液二相冷媒の一部を対向壁面側に流してから長手方向に流すように構成することができる。先に長手方向に広げてから対向壁面側に流れる気液二相冷媒と、先に対向壁面側に流れてから長手方向に広がる気液二相冷媒とが合流してタンク内に行き渡り、タンクの長手方向において気液二相冷媒が比較的均等に存在することになって、気液二相冷媒の不均一な流れを抑制することができる。
【０００８】
尚、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載した括弧内の符号は、後述する「発明を実施するための形態」との対応関係を示すものであって、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」が、後述する「発明を実施するための形態」に限定されることを示すものではない。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、気液二相冷媒を流した場合であっても、気液二相冷媒の不均一な流れを抑制することができ、熱交換性能を確保できる熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態の熱交換器を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のII-II断面を示す断面図である。
【図３】図３は、図１のIII-III断面を示す断面図である。
【図４】図４は、比較例における気液二相冷媒の拡散状況を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態における気液二相冷媒の拡散状況を説明するための図である。
【図６】図６は、変形例に係る熱交換器を示す断面図である。
【図７】図７は、変形例に係る熱交換器を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１に示されるように、本実施形態に係る熱交換器１０は、例えば、電池２０を冷却するために用いられる。電池２０は、図中ｚ方向に沿って複数の電池が並立した状態となっている。
【００１３】
熱交換器１０は、タンク１１，１２と、チューブ１５と、を備えている。チューブ１５は、タンク１１とタンク１２とを繋ぐように設けられている。タンク１１には、冷媒流入管１３が繋がれている。タンク１２には、冷媒流出管１４が繋がれている。
【００１４】
冷媒流入管１３には、気液二相冷媒が流れており、タンク１１に流入する。タンク１１に流入した気液二相冷媒は、チューブ１５を流れる。チューブ１５を流れる気液二相冷媒は、電池２０と熱交換を行い、電池２０を冷却する。チューブ１５からタンク１２に流れ込んだ冷媒は、冷媒流出管１４に流れ出る。
【００１５】
尚、図１においては、ｘｙｚの座標軸を設定している。ｘ軸は、タンク１１，１２の長手方向に沿った軸である。ｙ軸は、重力方向であって、冷媒流入管１３及び冷媒流出管１４が延びている方向である。ｚ軸は、タンク１２からタンク１１に向かう方向であり、チューブ１５の長手方向であって、電池２０の積層方向でもある。
【００１６】
続いて、図２を参照しながら説明を続ける。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面は、ｙｚ平面であって、冷媒流入管１３の中心線を含む平面での断面である。
【００１７】
冷媒流入管１３は、流入口１３１と、冷媒流路１３２とが設けられている。冷媒流入管１３は、流入口１３１がタンク１１内に臨むように、タンク１１に対して繋がれている。冷媒流路１３２を流れる気液二相冷媒は、流入口１３１からタンク１１内へと流れ込む。
【００１８】
チューブ１５は、冷媒均等部１６と、受入口１７とが設けられている。チューブ１５は、冷媒均等部１６がタンク１１の内部に位置するように、タンク１１に対して挿入されている。冷媒均等部１６が、流入口１３１と、流入口１３１に対向するタンク１１の対向壁面１１１との間に位置するように、チューブ１５はタンク１１に挿入されている。
【００１９】
続いて、図３を参照しながら説明を続ける。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面は、ｘｙ平面であって、タンク１１の中心線を含む平面での断面である。
【００２０】
冷媒均等部１６は、冷媒受け部分１６１と、冷媒拡散部分１６２とを備えている。冷媒受け部分１６１は、流入口１３１と流入口１３１に対向するタンク１１の対向壁面１１１との間に配置されている。冷媒拡散部分１６２は、タンク１１の長手方向（図中ｘ方向）において冷媒受け部分１６１の両側に繋がるように設けられている。冷媒拡散部分１６２は、冷媒受け部分１６１に繋がっており冷媒受け部分１６１からタンク１１の長手方向に延びるように設けられている。
【００２１】
冷媒均等部１６の作用及び効果について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、比較例として冷媒均等部１６を設けていない例を示している。図４の（Ａ）は、図２に対応する断面模式図であり、図４の（Ｂ）は、図３に対応する断面模式図である。図５は、本実施形態を示す図である。図５の（Ａ）は、図２に対応する断面模式図であり、図５の（Ｂ）は、図３に対応する断面模式図である。
【００２２】
図４の（Ａ）に示されるように、冷媒均等部１６を設けていない場合、チューブ１５Ｆの先端部分が、流入口１３１Ｆと対向壁面１１１Ｆとの間に到達しないように、チューブ１５Ｆがタンク１１Ｆに対して挿入されている。流入口１３１Ｆからタンク１１Ｆに流入する気液二相冷媒は、直下の対向壁面１１１Ｆに向かう。
【００２３】
図４の（Ｂ）に示されるように、流入口１３１Ｆからタンク１１Ｆ内に流入した気液二相冷媒は、対向壁面１１１Ｆに直接当たり、タンク１１Ｆの側壁面１１２Ｆに向かって流れる。この流れの慣性によって、気液二相冷媒の液相冷媒が側壁面１１２Ｆに沿って滞留する。従って、受入口１７Ｆからチューブ１５Ｆ内に流れる冷媒に気相成分と液相成分との偏りが発生することになる。
【００２４】
図５の（Ａ）に示されるように、冷媒均等部１６を設けている場合、チューブ１５の先端部分である冷媒均等部１６が、流入口１３１と対向壁面１１１との間に到達するように、チューブ１５がタンク１１に対して挿入されている。図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、流入口１３１からタンク１１Ｆに流入する気液二相冷媒は、少なくともその一部が冷媒受け部分１６１に当たる。
【００２５】
冷媒受け部分１６１に当たった気液二相冷媒は、一部が冷媒拡散部分１６２に沿って流れ、一部はチューブ１５の先端側を経由して対向壁面１１１に向かって流れる。冷媒拡散部分１６２に沿って流れる気液二相冷媒は、タンク１１の側壁面１１２に向かって流れる。側壁面１１２に到達した気液二相冷媒は、対向壁面１１１側に流れ込む。
【００２６】
流入口１３１からチューブ１５の先端側を経由して対向壁面１１１に向かって流れた気液二相冷媒は、タンク１１の側壁面１１２に向かって流れる。このように流れる気液二相冷媒は、冷媒拡散部分１６２から側壁面１１２を経由して対向壁面１１１に向かって流れる気液二相冷媒と合流してタンク１１内に行き渡る。
【００２７】
上記したように本実施形態に係る熱交換器１０は、気液二相冷媒を熱交換する熱交換器であって、気液二相冷媒が流入し熱交換を行うチューブ１５と、チューブ１５の一端側に繋がっており、流入口１３１から気液二相冷媒が流入し、流入した気液二相冷媒がチューブ１５に流出するように構成されているタンク１１と、を備えている。タンク１１内には、流入口１３１と流入口１３１に対向するタンク１１の対向壁面１１１との間に配置される冷媒受け部分１６１、及び冷媒受け部分１６１に繋がっており冷媒受け部分１６１からタンク１１の長手方向に延びる冷媒拡散部分１６２、を有する冷媒均等部１６が設けられている。
【００２８】
タンク１１に気液二相冷媒が流入する流入口１３１と、その流入口１３１に対向するタンク１１の対向壁面１１１との間に冷媒受け部分１６１が設けられているので、流入口１３１から流入した気液二相冷媒が直接対向壁面１１１に向かわずに一旦冷媒受け部分１６１で受け止められ分散する。冷媒受け部分１６１に繋げて冷媒拡散部分１６２が設けられているので、冷媒受け部分１６１で分散された気液二相冷媒の一部をタンク１１の長手方向に拡散することができる。従って、流入口１３１から流入した気液二相冷媒の一部をタンク１１の長手方向に広げてから対向壁面１１１側に流す一方で、流入口１３１から流入した気液二相冷媒の一部を対向壁面１１１側に流してから長手方向に流すように構成することができる。先に長手方向に広げてから対向壁面１１１側に流れる気液二相冷媒と、先に対向壁面１１１側に流れてから長手方向に広がる気液二相冷媒とが合流してタンク１１内に行き渡り、タンク１１の長手方向において気液二相冷媒が比較的均等に存在することになって、気液二相冷媒の不均一な流れを抑制することができる。
【００２９】
また本実施形態では、チューブ１５には、タンク１１の長手方向に沿うように気液二相冷媒の受入口１７が設けられている。冷媒均等部１６の作用によって、タンク１１内に流れ込んだ気液二相冷媒がタンク１１の長手方向に比較的均等に行き渡るので、チューブ１５の受入口１７をタンク１１の長手方向に沿って設けることで、気液二相冷媒を大きな偏り無くチューブ１５に送り出すことができる。
【００３０】
また本実施形態では、タンク１１への気液二相冷媒の流入方向と、チューブ１５への気液二相冷媒の流入方向とが交わっている。タンク１１に流入した気液二相冷媒は、冷媒均等部１６の作用によってタンクの長手方向に比較的均等に行き渡るので、チューブ１５への流入方向をタンク１１への流入方向と交わるように設けることで、タンク１１に流れ込んだ気液二相冷媒が直接ではなく拡散された後にチューブ１５に送り出すことができる。
【００３１】
また本実施形態では、冷媒均等部１６は、チューブ１５の受入口１７に対応するように、タンク１１の長手方向に沿って設けられている。チューブ１５の受入口１７に対応するように設けられた冷媒均等部１６の作用によって、タンク１１内に流れ込んだ気液二相冷媒が受入口１７に対応するように比較的均等に行き渡るので、気液二相冷媒を大きな偏り無くチューブ１５に送り出すことができる。
【００３２】
また本実施形態では、冷媒受け部分１６１と冷媒拡散部分１６２とが、少なくとも一部において同一平面を形成するように繋がっている。流入口１３１から流入した気液二相冷媒が冷媒受け部分１６１で拡散され、少なくとも一部において同一平面を形成する冷媒拡散部分１６２に流れるので、滑らかに気液二相冷媒を拡散し、気液二相冷媒の不均一な流れを抑制することができる。
【００３３】
尚、本実施形態では冷媒受け部分１６１及び冷媒拡散部分１６２を含む冷媒均等部１６が連続して設けられているが、必ずしもこの態様に限られるものではない。冷媒受け部分１６１と冷媒拡散部分１６２との間に隙間が設けられていたり、冷媒受け部分１６１が断続的に設けられていたり、冷媒拡散部分１６２が断続的に設けられていたりしてもよい。流入口１３１から流入した気液二相冷媒をタンク１１の長手方向に拡散することができれば、冷媒受け部分１６１及び冷媒拡散部分１６２を含む冷媒均等部１６は様々な態様を採用し得る。
【００３４】
また本実施形態では、タンク１１への冷媒流入方向が重力方向に沿うように配置される。拡散方向への重力の影響を少なくすることができ、拡散効果をより確実に発揮することができる。
【００３５】
また本実施形態では、冷媒均等部１６は、チューブ１５の端部によって形成されている。簡易な構成で気液二相冷媒の不均一な流れを抑制することができる。
【００３６】
尚、冷媒均等部１６をチューブ１５とは別途に設けることも好ましい態様である。図６を参照しながら説明する。図６に示されるように、タンク１１Ａに対して冷媒流入管１３Ａ及びチューブ１５Ａが挿入されている。冷媒流入管１３Ａでは、冷媒流路１３２Ａを流れる気液二相冷媒が流入口１３１Ａからタンク１１Ａ内に流れ込む。
【００３７】
タンク１１Ａには、チューブ１５Ａの端部に沿うように、折り返し部分が設けられており、冷媒均等部１６Ａを形成している。冷媒均等部１６Ａは、流入口１３１Ａからタンク１１Ａ内に流入する気液二相冷媒の少なくとも一部が当たる位置まで突出するように設けられている。冷媒均等部１６Ａはその先端部分が、流入口１３１Ａと対向壁面１１１Ａとの間に至るように設けられている。冷媒均等部１６Ａには、気液二相冷媒の受入口１７Ａが設けられている。受入口１７Ａから流出する気液二相冷媒は、チューブ１５Ａに流入するように形成されている。
【００３８】
図７に示される態様では、タンク１１Ｂに対して冷媒流入管１３Ｂ及びチューブ１５Ｂが挿入されている。冷媒流入管１３Ｂは、冷媒流路１３２Ｂを流れる気液二相冷媒が流入口１３１Ｂからタンク１１Ｂ内に流れ込む。冷媒流入管１３Ｂは、流入口１３１Ｂから更に拡径した挿入端部１３３Ｂが形成されている。
【００３９】
チューブ１５Ｂは、挿入端部１３３Ｂではなく、流入口１３１Ｂと対向壁面１１１Ｂとの間にその先端部分が臨むように挿入されている。冷媒流路１３２Ｂを流れる気液二相冷媒は、流入口１３１Ｂから対向壁面１１１Ｂに向かって流れ、流入口１３１Ｂよりも拡径している挿入端部１３３Ｂに沿うようには流れない。従って、チューブ１５Ｂを流入口１３１Ｂと対向壁面１１１Ｂとの間にその先端部分が臨むように挿入することで、チューブ１５Ｂの先端部分を冷媒均等部１６Ｂ及び受入口１７Ｂとすることができる。
【００４０】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１１：タンク
１５：チューブ
１６：冷媒均等部
１６１：冷媒受け部分
１６２：冷媒拡散部分
１３１：流入口
【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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