(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、内部に熱媒体が流れる熱交換器１０４、１０５と、熱交換器に熱媒体を流すポンプ７と、熱交換器とポンプとを接続して熱媒体を流す流路２０、４０、５０とを備えている。熱交換装置は、流路に設けられて、流路を流れる熱媒体の流速を周期的に増減させる流速調整部５１と、流路に設けられて、流路を流れる熱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とを備えている。熱交換装置は、駆動部の動きを制御して熱交換器に流れ込む熱媒体の流速を制御する流速制御部１０１を備えている。このため、熱交換器における圧力損失は大きいが熱交換効率を高めた脈動流の状態の流れと、熱交換器における熱交換効率は低いが圧力損失の小さな定常流に近い状態の流れとを使い分けることができる。【選択図】図２
2019086221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に熱媒体が流れる熱交換器（１０４、１０５）と、
前記熱交換器に前記熱媒体を流すポンプ（７）と、
前記熱交換器と前記ポンプとを接続して前記熱媒体を流す流路（２０、４０、５０）と、
前記流路に設けられて、前記流路を流れる前記熱媒体の流速を周期的に増減させる流速調整部（５１）と、
前記流路に設けられて、前記流路を流れる前記熱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、
前記駆動部の動きを制御して前記熱交換器に流れ込む前記熱媒体の流速を制御する流速制御部（１０１、４０１、５０１）とを備える熱交換装置。
【請求項２】
前記熱交換器は、並列に接続された第１熱交換部（１０４）と第２熱交換部（１０５）とを備え、
前記流路は、
前記第１熱交換部に前記熱媒体を流す第１流路（４０）と、
前記第２熱交換部に前記熱媒体を流す第２流路（５０）とを備え、
前記流速調整部は、前記第１流路と前記第２流路とに位相が半周期ずれた脈動流を流す請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記流速制御部は、前記熱媒体の温度が所定温度よりも低い場合に、前記熱交換器に前記熱媒体を定常流の状態で流す請求項１または請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記流速制御部は、前記駆動部を停止させる停止装置（１０１、４０１、５０１）である請求項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】
前記停止装置（１０１）は、前記駆動部に設けた凸部（１５３）と前記停止装置とを接触させて前記駆動部を停止させる請求項４に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記停止装置（４０１）は、前記駆動部に設けた凸部（４５３）と前記停止装置との間で発生する摩擦力によって前記駆動部を停止させる請求項４に記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記流速調整部は、前記流路を周期的に開閉する開閉弁であって、
前記開閉弁は、前記停止装置によって停止された状態では、前記流路を閉塞しない位置で停止している請求項４から請求項６のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記停止装置は、前記熱媒体の熱を感知して変位するアクチュエータを用いて前記流速調整部を停止させる請求項４から請求項７のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記流速制御部は、前記駆動部の位置を調整する位置調整装置（５０１）であって、
前記位置調整装置は、前記駆動部が前記熱媒体の流れから力を受ける第１位置と、前記第１位置よりも前記駆動部が前記熱媒体の流れから力を受けにくい第２位置とに前記駆動部の位置を調整する請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項１０】
内部に熱媒体が流れる熱交換器（１０４、１０５）と、
前記熱交換器に前記熱媒体を流すポンプ（７）と、
前記熱交換器と前記ポンプとを接続して前記熱媒体を流す流路（２０、４０、５０、６３０、７３０）と、
前記流路に設けられて、前記流路を流れる前記熱媒体の流速を周期的に増減させる流速調整部（５１）と、
前記流路に設けられて、前記流路を流れる前記熱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、
前記駆動部に流れ込む前記熱媒体の流量、または前記駆動部から前記熱交換器までの間を流れる前記熱媒体の流量を制御して前記熱交換器に流れ込む前記熱媒体の流速を制御する流速制御部（６０１、７０１）とを備える熱交換装置。
【請求項１１】
前記熱交換器は、並列に接続された第１熱交換部（１０４）と第２熱交換部（１０５）とを備え、
前記流路は、
前記第１熱交換部に前記熱媒体を流す第１流路（４０）と、
前記第２熱交換部に前記熱媒体を流す第２流路（５０）と、
前記熱媒体の流れにおいて、前記第１熱交換部と前記第２熱交換部との上流に設けられて、前記第１流路と前記第２流路とをつなぐバイパス流路（６３０、７３０）とを備え、
前記流速制御部は、前記バイパス流路に流れる前記熱媒体の量を調整するバイパス弁（６０１、７０１）である請求項１０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している。ポンプの駆動モータを制御するモータ制御部は、駆動モータの回転数を変更制御することで熱媒体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１つの目的は、ポンプの制御に頼り切ることなく熱交換部における熱交換効率を切り替え可能な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】
【０００７】
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器（１０４、１０５）と、熱交換器に熱媒体を流すポンプ（７）と、熱交換器とポンプとを接続して熱媒体を流す流路（２０、４０、５０）と、流路に設けられて、流路を流れる熱媒体の流速を周期的に増減させる流速調整部（５１）と、流路に設けられて、流路を流れる熱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、駆動部の動きを制御して熱交換器に流れ込む熱媒体の流速を制御する流速制御部（１０１、４０１、５０１）とを備える。
【０００８】
開示された熱交換装置によると、流速調整装置は、熱媒体の流れから力を受ける駆動部によって駆動されて、熱媒体の流速を周期的に増減させる。さらに、流速制御部は、駆動部の動きを制御して熱交換器に流れ込む熱媒体の流速を制御している。このため、熱交換器における圧力損失は大きいが熱交換効率を高めた脈動流の状態の流れと、熱交換器における熱交換効率は低いが圧力損失の小さな定常流に近い状態の流れとを使い分けることができる。したがって、熱交換器で必要となる熱交換の量に応じて圧力損失の大きさを切り替えることができる。
【０００９】
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器（１０４、１０５）と、熱交換器に熱媒体を流すポンプ（７）と、熱交換器とポンプとを接続して熱媒体を流す流路（２０、４０、５０、６３０、７３０）と、流路に設けられて、流路を流れる熱媒体の流速を周期的に増減させる流速調整部（５１）と、流路に設けられて、流路を流れる熱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、駆動部に流れ込む熱媒体の流量、または駆動部から熱交換器までの間を流れる熱媒体の流量を制御して熱交換器に流れ込む熱媒体の流速を制御する流速制御部（６０１、７０１）とを備える。
【００１０】
開示された熱交換装置によると、流速調整装置は、熱媒体の流れから力を受ける駆動部によって駆動されて、熱媒体の流速を周期的に増減させる。さらに、流速制御部は、駆動部に流れ込む熱媒体の流量、または駆動部から流れ出た熱媒体の流量を制御して熱交換器に流れ込む熱媒体の流速を制御している。このため、熱交換器における圧力損失は大きいが熱交換効率を高めた脈動流の状態の流れと、熱交換器における熱交換効率は低いが圧力損失の小さな定常流に近い状態の流れとを使い分けることができる。したがって、熱交換器で必要となる熱交換の量に応じて圧力損失の大きさを切り替えることができる。
【００１１】
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】
【００１２】
【図１】熱交換装置の構成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】開閉弁の停止状態を示す構成図である。
【図８】第２実施形態の開閉弁の駆動状態を示す構成図である。
【図９】第２実施形態の開閉弁の停止状態を示す構成図である。
【図１０】第３実施形態の開閉弁を示す斜視図である。
【図１１】第３実施形態の開閉弁の駆動状態を示す構成図である。
【図１２】第３実施形態の開閉弁の片側通水状態を示す構成図である。
【図１３】第３実施形態の開閉弁の両側通水状態を示す構成図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線における断面を示す断面図である。
【図１５】第４実施形態の開閉弁の駆動状態を示す構成図である。
【図１６】第４実施形態の開閉弁の停止状態を示す構成図である。
【図１７】第５実施形態の開閉弁の第１位置を示す構成図である。
【図１８】第５実施形態の開閉弁の第２位置を示す構成図である。
【図１９】第６実施形態の熱交換装置の構成を示す構成図である。
【図２０】第７実施形態の熱交換装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
第１実施形態
図１において、熱交換装置１は、ラジエータ（ＲＡＤ）３、ポンプ７、開閉弁５１、第１熱交換部１０４、第２熱交換部１０５を備えている。熱交換装置１は、各部品を接続して熱媒体を循環させる冷媒流路を有している。冷媒流路は、共通流路２０と第１流路４０と第２流路５０とを備えている。第１流路４０には、第１熱交換部１０４が設けられている。第２流路５０には、第２熱交換部１０５が設けられている。第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５には、発熱部品５が接続されている。すなわち、発熱部品５に対して第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５とが熱交換可能に設けられている。
【００１５】
ラジエータ３は、内部を流れる熱媒体とラジエータ３の表面を流れる空気などの流体とを熱交換させる装置である。ラジエータ３において、熱媒体が流れる配管の周りには、ラジエータ３の表面積を大きくして熱交換効率を上げるため、複数のフィンが設けられている。
【００１６】
ポンプ７は、出力を制御可能なウォーターポンプである。ポンプ７は、例えば電気的に出力制御を行う電動ウォーターポンプである。ポンプ７は、冷媒流路に熱媒体を循環させる動力源として機能する装置である。ポンプ７は、一定の流速で熱媒体を送り出して循環させる。言い換えると、ポンプ７は、熱媒体を定常流として循環流路に循環させる。
【００１７】
第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５は、熱交換器を構成している。熱交換器は、２つのヘッダー間に複数の冷媒配管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。熱交換器は、熱媒体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。熱交換器は、熱媒体が循環する配管の内部に熱媒体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あってもよい。また、第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５とで１つの熱交換器を構成するのではなく、第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５とが、互い独立した２つの熱交換器を構成するようにしてもよい。第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５とを有する熱交換器は、例えば低温ラジエータである。
【００１８】
熱交換装置１は、発熱部品５よりも温度の低い熱媒体を循環させることで、発熱部品５を冷却する冷却装置として利用可能である。すなわち、ラジエータ３で熱媒体を冷却して、低温となった熱媒体を第１熱交換部１０４および第２熱交換部１０５に循環させることで、発熱部品５を冷却する。一方、発熱部品５よりも温度の高い熱媒体を循環させることで、発熱部品５を加熱する加熱装置として利用可能である。すなわち、ラジエータ３に代えてヒータを備えるなどして熱媒体を加熱して、高温になった熱媒体を第１熱交換部１０４および第２熱交換部１０５に循環させることで、発熱部品５を加熱する。
【００１９】
熱交換装置１は、ラジエータ３とヒータとの両方を備えてもよい。この場合、ラジエータ３により熱媒体を冷却すれば、熱交換装置１を冷却装置として利用できる。一方、ヒータにより熱媒体を加熱すれば、熱交換装置１を加熱装置として利用できる。すなわち、ラジエータ３とヒータとを使い分けることで、発熱部品５の温度を適切な温度領域に維持させる温度調整装置として、熱交換装置１を利用可能である。また、熱媒体を冷却する冷熱源としてペルチェ素子などを用いて熱媒体を冷却するようにしてもよい。
【００２０】
熱交換装置１は、電気自動車やハイブリッド車などの車両に搭載可能である。この場合、発熱部品５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５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。
【００２１】
第１流路４０は、第１熱交換部１０４を備えている。第２流路５０は、第２熱交換部１０５を備えている。第１流路４０と第２流路５０とは、互いに並列な関係にある流路である。すなわち、共通流路２０に設けられた開閉弁５１から先の冷媒流路では、第１流路４０と第２流路５０とに流路が分岐している。第１流路４０と第２流路５０とは、第１熱交換部１０４あるいは第２熱交換部１０５から先の冷媒流路では、再び共通流路２０に流路が合流している。
【００２２】
共通流路２０と第１流路４０と第２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、熱媒体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熱媒体を脈動流に変換する脈動流生成弁である。開閉弁５１は、第１流路４０と第２流路５０との２つの流路への熱媒体の流入を切り替える切り替え機能を有している。
【００２３】
共通流路２０には、温度センサ１１が設けられている。温度センサ１１は、共通流路２０をなす配管の外表面に接触した状態で設けられている。温度センサ１１は、共通流路２０を流れる熱媒体の温度を測定するセンサである。温度センサ１１は、第１熱交換部１０４あるいは第２熱交換部１０５とラジエータ３との間に設けられている。温度センサ１１は、第１熱交換部１０４あるいは第２熱交換部１０５を流れて発熱部品５と熱交換した後の熱媒体の温度を測定している。
【００２４】
熱交換装置１における熱媒体の流れについて説明する。ポンプ７では、熱媒体を一定の出力で送り出す。言い換えると、ポンプ７から送り出された熱媒体は、定常流の状態で共通流路２０を流れる。その後、熱媒体は開閉弁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、熱媒体は、定常流から脈動流に変換されるとともに、第１流路４０と第２流路５０との２つの流路を交互に流れる。開閉弁５１から第１熱交換部１０４または第２熱交換部１０５までの流路において、熱媒体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熱媒体は、最初に第１熱交換部１０４または第２熱交換部１０５に流れ込む。
【００２６】
脈動流の状態で第１熱交換部１０４または第２熱交換部１０５の内部に流れ込んだ熱媒体は、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、配管と熱交換した熱媒体は配管から遠ざかるように内側に向かって移動し、配管と熱交換していない熱媒体は配管に近づくように外側に向かって移動しやすい。すなわち、熱媒体が配管内部で渦を巻くように回転しながら移動しやすいため、全体として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、第１熱交換部１０４および第２熱交換部１０５での熱交換効率を向上させることができる。
【００２７】
第１熱交換部１０４または第２熱交換部１０５を通過した熱媒体は、共通流路２０に流入し、温度センサ１１で熱媒体の温度が測定される。その後、熱媒体は、ラジエータ３に流れ込んで空気との熱交換を行う。この時の熱媒体は、第１熱交換部１０４または第２熱交換部１０５で熱交換を行った後である。このため、熱交換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、熱媒体は、乱流としての高い熱交換効率を一部維持した状態で、ラジエータ３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、第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５とが最も大きく、ラジエータ３での熱交換効率は小さくなる。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熱媒体は、ポンプ７に戻される。ポンプ７に戻った熱媒体は再びポンプ７により定常流で送り出され、一連のサイクルを繰り返す。
【００２９】
図２において、開閉弁５１は、熱媒体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と第１流路４０と第２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。第１流路４０と第２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をなす配管と第１流路４０をなす配管と第２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、樹脂製である。開閉弁５１は、熱媒体の流れの下流側である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。
【００３１】
開閉弁５１は、熱媒体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、熱媒体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、熱媒体の流路は、小径部５３と大径部５５との内径の異なる２つの円筒形状を有する部材で構成されている。
【００３２】
小径部５３は、開閉弁５１の内部に流れ込む熱媒体の入口として機能する。小径部５３に流れ込んだ熱媒体は大径部５５へと流れ込む。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。小径部５３は、小径部５３と一体に形成された凸部１５３を備えている。凸部１５３は、小径部５３から外方に突出する部分である。凸部１５３は、直方体状である。
【００３３】
大径部５５は、開閉弁５１の内部と外部と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。弁開口５６は、開閉弁５１の内部を流れる熱媒体の出口として機能する。弁開口５６は、熱媒体の流れを増やして加速させる。弁蓋５７は、熱媒体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とを用いて熱媒体の加速と減速を行う流速調整部として機能する。開閉弁５１は、流速調整部を提供する。
【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、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、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を流れる熱媒体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、熱媒体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、熱媒体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、より多くの熱媒体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。脈動流の周波数は、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、熱媒体の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４５に収納されている。小径部５３は、共通流路２０をなす配管の内側に支持されている。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】
共通流路２０の配管内側において、開閉弁５１よりも上流側には、停止装置１０１が設けられている。停止装置１０１は、開閉弁５１の回転を停止させる装置である。停止装置１０１は、温度センサ１１で測定した温度に応じて制御される。停止装置１０１は、ストッパー部１０２を開閉弁５１に向けて突出させる量を制御する。ストッパー部１０２は、棒状の部材である。停止装置１０１は、開閉弁５１が回転不可能な状態にする場合には、ストッパー部１０２の突出量を増やして、ストッパー部１０２と凸部１５３とを接触させる。一方、開閉弁５１が回転可能な状態にする場合には、ストッパー部１０２の突出量を減らして、ストッパー部１０２と凸部１５３との接触を解除する。停止装置１０１はソレノイドアクチュエータである。停止装置１０１は、流速制御部を提供する。
【００３９】
停止装置１０１はソレノイドアクチュエータに限られない。例えば、モータでストッパー部１０２の突出量を制御するようにしてもよい。あるいは、エアシリンダーを用いて、気体の圧力変化でストッパー部１０２の突出量を制御するようにしてもよい。
【００４０】
大径部５５は、第１流路４０の入口開口と第２流路５０の入口開口とを開閉する。開閉弁５１は、配管の内側に設けられた凹部内に大径部５５の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から流出する熱媒体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、弁蓋５７は、配管の入口開口よりも大きい範囲を覆っている。開閉弁５１が凹部に収納された状態では、熱媒体が弁蓋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。
【００４１】
開閉弁５１は、第１流路４０を流れる状態と第２流路５０を流れる状態とに、熱媒体の流れる状態を切り替える。すなわち、開閉弁５１は、第１流路４０への流路を閉じている時には第２流路５０への流路を開いている。一方、開閉弁５１は、第２流路５０への流路を閉じている時には第１流路４０への流路を開いている。言い換えると、開閉弁５１は、第１流路４０と第２流路５０との２つの流路に対して、異なるタイミングで熱媒体を流すように流路の切り替えを行っている。
【００４２】
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、第１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、第２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。熱媒体は、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熱媒体の流れの力を受けて矢印Ａ１方向に回転する。
【００４３】
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を通過できる熱媒体が制限された絞り状態である。すなわち、第２流路５０は絞り状態である。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、熱媒体の流れの力を受けて矢印Ａ１方向に回転することで、第２流路５０の流路面積を徐々に増加させる。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、第２流路５０の流路面積を徐々に増加させる。一方、第１流路４０の流路面積を徐々に減少させる。
【００４４】
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熱媒体の量が増加する。すなわち、入口開口を通過した後において、熱媒体の流れる速さが加速され、熱媒体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熱媒体の量が減少する。すなわち、入口開口を通過した後において、熱媒体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熱媒体は加速される。一方、流路面積が減少するほど熱媒体は減速される。
【００４５】
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は各流路を流れる熱媒体の流速を周期的に変化させて、脈動流を生成する。
【００４６】
開閉弁５１は、ポンプ７によって送り出された熱媒体が駆動部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、ポンプ７が停止中などで、駆動部５４を熱媒体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。
【００４７】
また、ポンプ７の出力が高い場合には、流路を流れる熱媒体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、第１流路４０と第２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、ポンプ７の出力が低い場合には、流路を流れる熱媒体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、第１流路４０と第２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熱媒体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、流路を流れる熱媒体の流れに連動して駆動される。
【００４８】
開閉弁５１で第１流路４０と第２流路５０との２つの流路に流れる方向が切り替えられた熱媒体は、第１流路４０の流れと第２流路５０の流れとで脈動流の位相がずれる。第１流路４０が閉状態の時には、第２流路５０が開状態である。一方、第２流路５０が閉状態の時には、第１流路４０が開状態である。すなわち、片方の流路が閉状態であるときには、残りの流路が開状態となる。したがって、第１流路４０を流れる脈動流と第２流路５０を流れる脈動流とは、位相が半周期ずれた状態である。
【００４９】
図７において、温度センサ１１で測定した熱媒体の温度が所定温度未満である場合には、熱負荷が小さい状態とみなして、停止装置１０１を駆動して開閉弁５１が回転不可能な状態とする。すなわち、ストッパー部１０２を開閉弁５１に向かって突出させる突出量を大きくして、ストッパー部１０２と凸部１５３とが接触した状態とする。ストッパー部１０２が凸部１５３と接触した状態においては、凸部１５３が開閉弁５１の回転方向に移動しようとする力に対してストッパー部１０２から凸部１５３に反力が加えられる。すなわち、凸部１５３がストッパー部１０２を押す力と、ストッパー部１０２が凸部１５３を押し返す力とが釣り合う。このため、開閉弁５１は、熱媒体から流れの力を受けても、回転することができない状態である。
【００５０】
停止装置１０１によって回転不可能な状態とされた開閉弁５１は、流速を調整することができない。すなわち、脈動流を生成することができず、共通流路２０を流れた定常流を定常流のまま第１流路４０に流す。また、開閉弁５１は、弁蓋５７が第２流路５０への流路を塞いだ状態で停止している。したがって、熱媒体は第２流路５０に流入することなく、定常流の状態で第１流路４０のみに流入する状態である。すなわち、第１熱交換部１０４のみで発熱部品５と熱媒体とが熱交換を行い、第２熱交換部１０５では熱交換を行わない状態である。ただし、凸部１５３の設置位置を変更することで、停止装置１０１によって開閉弁５１の回転を停止した状態での弁蓋５７の位置を任意に設定可能である。すなわち、停止状態においては、第１流路４０と第２流路５０との両方の流路に熱媒体を流すことができる。あるいは、第２流路５０に熱媒体を流し、第１流路４０には熱媒体を流さないようにすることができる。
【００５１】
定常流の状態で第１熱交換部１０４の内部に流れ込んだ熱媒体は、乱流ではなく層流で流れやすい。すなわち、時間的空間的に不規則に運動する流れである乱流ではなく、規則正しく流線上を運動する流れである層流の状態で流れやすい。層流のように流れの乱れが小さいと、配管から近い位置を流れる熱媒体と配管から遠い位置を流れる熱媒体とが混ざりにくく、配管からの距離が変わらない状態で流れやすい。言い換えると、配管と熱交換を完了した熱媒体が配管付近に留まりやすいため、配管の中心付近の熱媒体は、配管との熱交換を積極的に行えない。したがって、熱伝達効率は脈動流の場合に比べて低くなりやすい。ただし、第１熱交換部１０４をスムーズに流れることができるため、流量を多く確保しやすい。言い換えると、第１熱交換部１０４での流路抵抗が小さくなる分、ポンプ７の消費電力を低減できる。第２熱交換部１０５に定常流が流れる場合についても、第１熱交換部１０４に定常流が流れる場合と同様に流路抵抗の軽減効果が得られる。
【００５２】
温度センサ１１で測定した熱媒体の温度が所定温度以上に高い場合には、熱負荷が大きい状態とみなして、停止装置１０１を駆動して開閉弁５１が回転可能な状態とする。すなわち、ストッパー部１０２を開閉弁５１に向かって突出させる突出量を小さくして、ストッパー部１０２と凸部１５３とが接触していない状態とする。これにより、定常流に比べて熱交換効率の高い脈動流の状態で熱媒体を熱交換部１０４、１０５に流して、発熱部品５を素早く冷却する。停止装置１０１は、開閉弁５１が熱媒体を脈動流として流すか、定常流で流すかを制御する制御装置である。すなわち、停止装置１０１は、熱媒体の温度に応じて熱交換器に流れる熱媒体の流速を制御する流速制御部である。
【００５３】
開閉弁５１を回転可能とするか回転不可能とするかを判断する基準となる熱媒体の所定温度は、必要な熱交換の量に応じて任意に設定可能である。すなわち、熱交換部１０４、１０５での熱交換量を多く確保する必要がある場合には、所定温度を低く設定して脈動流で流す時間を長く確保する。一方、熱交換部１０４、１０５での熱交換量をあまり多く確保する必要がない場合には、所定温度を高く設定して定常流で流す時間を長く確保する。所定温度は、例えば６５℃である。
【００５４】
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。
【００５５】
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つの部品で熱媒体の流路切り替えと、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。
【００５６】
開閉弁５１は、ポンプ７と第１熱交換部１０４および第２熱交換部１０５との間であって、ポンプ７よりも第１熱交換部１０４および第２熱交換部１０５に近い位置に設けられている。このため、ポンプ７から開閉弁５１までは、熱媒体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。
【００５７】
駆動部５４は、流路内部に設けられ、熱媒体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。
【００５８】
第１熱交換部１０４を流れる脈動流と第２熱交換部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、第１熱交換部１０４に熱媒体が流れ込まない時には、第２熱交換部１０５に熱媒体が流れ込む。一方、第２熱交換部１０５に熱媒体が流れ込まない時には、第１熱交換部１０４に熱媒体が流れ込む。このため、熱交換装置１全体に流れる熱媒体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、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。
【００５９】
共通流路２０をなす配管と第１流路４０をなす配管と第２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、第１流路４０が開いた状態と、第２流路５０が開いた状態とで、略等しい量の熱媒体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。
【００６０】
第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５との両方の冷却部のどちらにも熱媒体を流さないタイミングを設けない。言い換えると、ポンプ７が運転している場合、熱媒体は、第１熱交換部１０４、または第２熱交換部１０５、またはその両方の冷却部のいずれかに流れ込む。すなわち、開閉弁５１は、第１流路４０と第２流路５０とを同時に閉塞することがない。このため、ポンプ７の運転中に熱媒体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、熱媒体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。
【００６１】
第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５とは、発熱部品５を冷却する冷却器である。発熱部品５は、例えばパワーコントロールユニットなどのような電子部品である。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。
【００６２】
突出部５２は、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の周りの配管から熱媒体が漏れだすことを防ぐことができる。
【００６３】
弁蓋５７に熱媒体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熱媒体が流れ込むことができる。このため、熱媒体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。
【００６４】
上述した実施形態によると、停止装置１０１は、開閉弁５１が熱交換部１０４、１０５に流す熱媒体を脈動流の状態とするか、定常流の状態とするかを制御している。すなわち、停止装置１０１は、熱交換部１０４、１０５に流れる熱媒体の流速を制御している。このため、脈動流を用いた熱交換効率を高めた流れと、定常流を用いた圧力損失の小さな流れとを使い分けることができる。したがって、必要となる熱交換の量に応じて脈動流と定常流とを切り替えることができる。よって、必要な熱交換量を確保しつつ、ポンプ７の消費電力を低減することができる。また、常に脈動流の状態で流す場合に比べて、熱媒体の循環に伴う振動や音の発生を低減できる。また、常に脈動流の状態で流す場合には、開閉弁５１が常に回転を続けている状態であるが、脈動流と定常流を使い分けることで、開閉弁５１の回転が停止した時間を多く確保できる。したがって、開閉弁５１の軸受け部分における摩耗を低減して、開閉弁５１の機能を安定して長期間にわたって発揮することができる。
【００６５】
停止装置１０１は、温度センサ１１で測定した温度が所定温度よりも低い場合に、開閉弁５１の回転を停止させて、熱交換部１０４、１０５に流れる熱媒体を定常流としている。すなわち、停止装置１０１は、温度センサ１１で測定した温度が所定温度よりも低い場合に、熱交換部１０４、１０５において、熱媒体の流速が低下しにくい状態で熱媒体を循環させている。このため、熱媒体の温度が低い領域では、熱交換部１０４、１０５における圧力損失が小さい状態で循環させることができる。
【００６６】
温度センサ１１で測定した熱媒体の温度に応じて停止装置１０１を切り替えるのではなく、発熱部品５の温度を測定して停止装置１０１の制御を切り替えるようにしてもよい。この場合、発熱部品５の温度が高い場合には熱負荷が大きいと判断して、開閉弁５１を回転可能な状態とし、熱交換部１０４、１０５に脈動流の状態の熱媒体を流す。一方、発熱部品５の温度が低い場合には熱負荷が小さいと判断して、開閉弁５１を停止させて回転不可能な状態とし、熱交換部１０４、１０５に定常流の儒小田井の熱媒体を流す。
【００６７】
停止装置１０１は、凸部１５３と接触して開閉弁５１の回転を停止させる。このため、開閉弁５１の回転を停止させたい場合に、摩擦力を使って停止させる場合などに比べて、速やかに停止させることができる。
【００６８】
開閉弁５１は、停止装置１０１によって停止された状態で、第１流路４０と第２流路５０との２つの流路を同時に閉塞することがない。すなわち、開閉弁５１が停止した状態であっても、熱媒体の流路が確保された状態である。このため、開閉弁５１が停止した状態であっても、熱媒体が流路を循環可能である。したがって、熱媒体が流路を循環できずに、発熱部品５と熱交換を行うことができない状態となることを防止できる。さらに、開閉弁５１の停止状態において、ポンプ７から開閉弁５１までの流路の内部圧力が異常に上昇してしまうことを防止できる。
【００６９】
開閉弁５１は、２つの流路を切り替える弁装置に限られない。すなわち、熱交換部を３つ以上備える熱交換器に対して、それぞれの熱交換部に脈動流を供給するように構成下もよい。また、流路を切り替える機能を備えず、熱媒体を脈動流とするか否かを切り替える弁装置としてもよい。
【００７０】
停止装置１０１および凸部１５３の位置は、開閉弁５１の上流側に限られない。停止装置１０１および凸部１５３を、開閉弁５１の下流側に設けてもよい。この場合、例えば停止装置１０１を第１流路４０の配管内に設け、凸部１５３を弁開口５６の一部に突出するように設ける。開閉弁５１の回転を停止させるには、開閉弁５１の下流側で停止装置１０１を駆動して、ストッパー部１０２と凸部１５３とを接触させる。
【００７１】
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、停止装置１０１が、収納部２２５に収納された状態である。また、ストッパー部２０２の先端が折れ曲がった形状である。
【００７２】
図８において、共通流路２０をなす配管には、内側から外側に膨出する収納部２２５が設けられている。収納部２２５は、熱媒体の流れにおいて、開閉弁５１が設けられている部分よりも上流側に設けられている。収納部２２５には、停止装置１０１が収納されている。停止装置１０１は、収納部２２５に収納された状態で、ストッパー部２０２が収納部２２５から突出した状態である。
【００７３】
停止装置１０１は、ストッパー部２０２を小径部５３の径方向にスライドさせる量を制御する。ストッパー部２０２は、先端が開閉弁５１に向かって折れ曲がった形状の棒状の部材である。
【００７４】
停止装置１０１が収納部２２５に収納された状態において、停止装置１０１は、ストッパー部２０２を除いて、共通流路２０を流れる熱媒体の流路抵抗にならない状態である。すなわち、停止装置１０１が大きな流路抵抗とならない分、熱媒体が共通流路２０をスムーズに流れることができる。
【００７５】
停止装置１０１が開閉弁５１を停止させない状態においては、ストッパー部２０２が凸部１５３と接触していない状態である。すなわち、ストッパー部２０２の先端が凸部１５３の回転軌道上に存在していない状態である。
【００７６】
図９において、温度センサ１１で測定した熱媒体の温度が所定温度未満である場合には、停止装置１０１を駆動して開閉弁５１が回転不可能な状態とする。停止装置１０１が開閉弁５１を停止させる状態においては、ストッパー部２０２が、凸部１５３と接触している状態である。すなわち、ストッパー部２０２の先端が凸部１５３の回転軌道上に存在している状態である。
【００７７】
停止装置１０１は、開閉弁５１が回転不可能な状態にする場合には、ストッパー部２０２を小径部５３の径方向の外側にスライドさせて、ストッパー部２０２と凸部１５３とを接触させる。一方、開閉弁５１が回転可能な状態にする場合には、ストッパー部２０２を径方向の内側にスライドさせて、ストッパー部２０２と凸部１５３との接触を解除する。すなわち、停止装置１０１は、ストッパー部２０２を開閉弁５１に向かって突出させるのではなく、小径部５３の径方向にスライドさせて回転可能な状態と回転不可能な状態とを切り替える。
【００７８】
上述した実施形態によると、収納部２２５に停止装置１０１が収納されているため、共通流路２０において、停止装置１０１が大きな流路抵抗とならず、熱媒体をスムーズに流通させることができる。このため、ポンプ７の消費電力を低減することができる。
【００７９】
停止装置１０１は、小径部５３の径方向にストッパー部２０２をスライド移動させて回転可能な状態と回転不可能な状態とを切り替えている。このため、ストッパー部２０２の突出量が大きすぎることで、ストッパー部２０２が開閉弁５１を押しつけて大きな負荷が加わってしまうことを防止できる。したがって、ストッパー部２０２に大きな負荷が生じにくいため、ストッパー部２０２の破損を抑制し、安定して停止装置１０１としての機能を発揮しやすい。
【００８０】
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、開閉弁５１が、第１凸部３５３ａと第２凸部３５３ｂとを備えている。
【００８１】
図１０において、小径部５３は、小径部５３と一体に形成された第１凸部３５３ａと第２凸部３５３ｂとを備えている。凸部３５３ａ、３５３ｂは、小径部５３から外方に突出する部分である。凸部３５３ａ、３５３ｂは、直方体状である。第１凸部３５３ａは、第２凸部３５３ｂよりも小径部５３における径方向の外側に設けられている。言い換えると、第２凸部３５３ｂは、第１凸部３５３ａよりも小径部５３における径方向の内側に設けられている。第１凸部３５３ａと第２凸部３５３ｂとは、小径部５３における周方向に離れた位置に設けられている。すなわち、第２凸部３５３ｂは、小径部５３の中心と第１凸部３５３ａとを結ぶ直線上には位置しておらず、９０度ずれた位置に設けられている。
【００８２】
図１１において、停止装置１０１は、第１ストッパー部３０２ａと第２ストッパー部３０２ｂとを備えている。第１ストッパー部３０２ａと第２ストッパー部３０２ｂとは、開閉弁５１に向かって突出する突出量が停止装置１０１によって制御される。第１ストッパー部３０２ａは、第２ストッパー部３０２ｂよりも小径部５３における径方向の外側に位置している。
【００８３】
停止装置１０１が開閉弁５１を停止させない状態においては、ストッパー部３０２ａ、３０２ｂが凸部３５３ａ、３５３ｂと接触していない状態である。すなわち、ストッパー部３０２ａ、３０２ｂの先端が凸部３５３ａ、３５３ｂの回転軌道上に存在していない状態である。
【００８４】
図１２において、温度センサ１１で測定した熱媒体の温度が第１所定温度未満である場合には、停止装置１０１を駆動して開閉弁５１が回転不可能な状態とする。すなわち、第１ストッパー部３０２ａを開閉弁５１に向かって突出させる突出量を大きくして、第１ストッパー部３０２ａと第１凸部３５３ａとが接触した状態とする。ここで、第１所定温度は、例えば５０℃である。
【００８５】
第１ストッパー部３０２ａが突出した状態においては、第１ストッパー部３０２ａの先端部は、第１凸部３５３ａの回転軌道上に存在するが、第２凸部３５３ｂの回転軌道上には存在しない。すなわち、第１ストッパー部３０２ａは、突出量を大きくしても第２凸部３５３ｂと接触することがない。
【００８６】
図１３において、温度センサ１１で測定した熱媒体の温度が第１所定温度以上で第２所定温度未満である場合には、停止装置１０１を駆動して開閉弁５１が回転不可能な状態とする。すなわち、第２ストッパー部３０２ｂを開閉弁５１に向かって突出させる突出量を大きくして、第２ストッパー部３０２ｂと第２凸部３５３ｂとが接触した状態とする。ここで、第２所定温度は、例えば６０℃である。
【００８７】
第２ストッパー部３０２ｂが突出した状態においては、第２ストッパー部３０２ｂの先端部は、第２凸部３５３ｂの回転軌道上に存在するが、第１凸部３５３ａの回転軌道上には存在しない。すなわち、第２ストッパー部３０２ｂは、突出量を大きくしても第１凸部３５３ａと接触することがない。
【００８８】
第２ストッパー部３０２ｂで開閉弁５１を停止させた状態においては、第１ストッパー部３０２ａで停止させた状態に比べて９０度多く回転した状態で停止している。すなわち、第１流路４０と第２流路５０との両方の流路を開いた状態で停止している。
【００８９】
図１４において、開閉弁５１は、弁蓋５７が第１流路４０と第２流路５０との両方の流路を開いた状態で停止している。したがって、熱媒体は定常流の状態で第１流路４０と第２流路５０との両方の流路に流入する状態である。すなわち、第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５の両方の熱交換部で、発熱部品５と熱媒体とが熱交換を行う状態である。この状態においては、第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５とのどちらか一方の熱交換部に定常流を流して熱交換を行う場合に比べて、多くの熱を熱交換することができる状態である。一方、第１熱交換部１０４と第２熱交換部１０５との両方の熱交換部に脈動流を流して熱交換を行う場合に比べて、少ないエネルギーで熱媒体を循環できる状態である。
【００９０】
上述した実施形態によると、開閉弁５１は、第１凸部３５３ａと第２凸部３５３ｂとを備え、停止装置１０１は、第１ストッパー部３０２ａと第２ストッパー部３０２ｂとを備えている。このため、第１凸部３５３ａと第１ストッパー部３０２ａとが接触した停止状態と、第２凸部３５３ｂと第２ストッパー部３０２ｂとが接触した停止状態とを使い分けることができる。したがって、１つの開閉弁５１で片側に定常流を流す状態と、両側に定常流を流す状態と、両側に脈動流を流す状態との３つの状態を切り替えることができる。
【００９１】
切り替える状態の数は３つに限られず、それ以上の多くの状態に切り替えるようにしてもよい。また、停止装置１０１を複数箇所に設けて、熱媒体の流れる流路を切り替えるようにしてもよい。また、片側を絞り状態で停止させて、停止位置によってその絞り量を切り替えるなどしてもよい。
【００９２】
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、停止装置４０１として温度に応じて長さが変化するサーモエレメントを用いてストッパー部４０２を移動させる。また、ストッパー部４０２と凸部４５３との摩擦力により、開閉弁５１を停止させる。
【００９３】
図１５において、停止装置４０１は、サーモエレメントを備えている。サーモエレメントは、周囲の温度に応じて長さが変化するアクチュエータである。より具体的には、内部にワックスなどの液相と固相との間で相変化を起こす材料を備え、温度変化に伴う相変化によって生じる体積変化を用いて長さを変化させる素子である。すなわち、周囲の温度が高い場合には、ワックスが体積の大きな液相の状態であり、サーモエレメントの長さが長い状態である。一方、周囲の温度が低い場合には、ワックスが体積の小さな固相の状態であり、サーモエレメントの長さが短い状態である。サーモエレメントは、ダイヤフラムやオイルなどの流動体などを介して最終的にワックスの体積変動をピストンの変位に変換している。サーモエレメントを構成するピストンの先端には、ストッパー部４０２が設けられている。ストッパー部４０２は、傾斜面を有している。停止装置４０１は、流速制御部を提供する。
【００９４】
停止装置４０１は、サーモエレメントを備えたものに限られない。例えば、熱膨張率の異なる２枚の金属板を張り合わせて構成したバイメタルを用いて、バイメタルの反り形状を温度に応じて変化させて開閉弁５１の回転可能状態と回転不可能状態とを切り替えるようにしてもよい。
【００９５】
凸部４５３は、小径部５３の内側から外側にかけて傾斜するすり鉢状である。凸部４５３は、傾斜面を有する円環状である。凸部４５３は、熱媒体の流れにおいて小径部５３の上流側に設けられている。凸部４５３の傾斜面とストッパー部４０２の傾斜面とは対向している。
【００９６】
熱媒体の温度が高い場合には、開閉弁５１を停止させない状態である。停止装置４０１が開閉弁５１を停止させない状態においては、ストッパー部４０２が凸部４５３と接触していない。すなわち、ストッパー部４０２の傾斜面と凸部４５３の傾斜面との間が離間しており、摩擦力が働いていない状態である。
【００９７】
図１６において、温度センサ１１で測定した熱媒体の温度が所定温度未満である場合には、停止装置４０１を駆動して開閉弁５１が回転不可能な状態とする。停止装置４０１が開閉弁５１を停止させる状態においては、ストッパー部４０２が、凸部４５３と接触している状態である。すなわち、ストッパー部４０２の傾斜面が凸部４５３の傾斜面と接触して摩擦力が働いている状態である。
【００９８】
停止装置４０１は、開閉弁５１が回転不可能な状態にする場合には、ストッパー部４０２を小径部５３の径方向の外側にスライドさせて、ストッパー部４０２の傾斜面と凸部４５３の傾斜面とを接触させる。一方、開閉弁５１が回転可能な状態にする場合には、ストッパー部４０２を径方向の内側にスライドさせて、ストッパー部４０２の傾斜面と凸部４５３の傾斜面との接触を解除する。
【００９９】
上述した実施形態によると、停止装置４０１は、サーモエレメントを用いている。このため、温度に応じて自動でストッパー部４０２を移動して開閉弁５１を停止できる。したがって、温度センサ１１で測定した温度で停止装置４０１を制御する必要がないため、停止装置４０１を駆動するための外部動力や制御装置を削減できる。
【０１００】
ストッパー部４０２の傾斜面と凸部４５３の傾斜面とを接触させることで生じる摩擦力で開閉弁５１を停止させている。このため、停止状態に切り替える際に一度に大きな負荷が加わりにくいため、ストッパー部４０２が破損しにくい。すなわち、開閉弁５１を停止させる機能を安定して長期間にわたって発揮することができる。
【０１０１】
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、位置調整装置５０１によって、駆動部５４の位置を調整している。
【０１０２】
図１７において、位置調整装置５０１は、膨出部４５の中に収納されている。位置調整装置５０１は、突出部５２と膨出部４５との間に設けられている。位置調整装置５０１は、棒状部５０２の突出量を制御可能なアクチュエータである。位置調整装置５０１は、棒状部５０２を用いて、突出部５２を膨出部４５側から押して小径部５３を共通流路２０の配管に挿入された状態を維持している。すなわち、開閉弁５１と配管との間にほとんど間隙がない状態である。
【０１０３】
位置調整装置５０１は、感温式のアクチュエータであって、膨出部４５の周囲を流れる熱媒体の温度を感知して、自動で棒状部５０２の突出量を調整する。すなわち、熱媒体の温度が高い場合には棒状部５０２の突出量を増やす。一方、熱媒体の温度が低い場合には棒状部５０２の突出量を減らす。位置調整装置５０１は、流速制御部を提供する。
【０１０４】
位置調整装置５０１が棒状部５０２の突出量を大きくして、開閉弁５１と配管との間にほとんど間隙が無い状態では、熱媒体は駆動部５４を流れる状態である。すなわち、駆動部５４が、熱媒体の流れから力を受けて開閉弁５１を回転させることができる第１位置に配されている状態である。すなわち、共通流路２０を定常流で流れた熱媒体を脈動流に変換して第１流路４０と第２流路５０とに交互に流している。
【０１０５】
図１８において、位置調整装置５０１は、棒状部５０２の突出量を小さくしている。この状態では、開閉弁５１と配管との間に大きな間隙が設けられている。多くの熱媒体は駆動部５４を経由せずに間隙を通過してそれぞれの流路に流れ込む状態である。すなわち、駆動部５４が、熱媒体の流れからほとんど力を受けることができない第２位置に配された状態である。言い換えると、熱媒体の流れから受ける力の大きさが第１位置よりも小さい状態である。この第２位置においては、開閉弁５１を回転させることができない状態である。すなわち、共通流路２０を定常流で流れた熱媒体を定常流のまま第１流路４０と第２流路５０とに流している。
【０１０６】
また、第２位置の状態では、弁開口５６の大部分が膨出部４５によって覆われている状態である。このため、駆動部５４が熱媒体の流れから力を受けて回転した場合であっても、弁開口５６から流れ出る熱媒体の量が少ない。一方、開閉弁５１を経由せずに定常流のままの状態で流れる熱媒体の量が多い。すなわち、第１位置に配された状態に比べて、第１流路４０や第２流路５０に流れる脈動流が定常流に近い状態となる。
【０１０７】
上述した実施形態によると、位置調整装置５０１によって、駆動部５４が開閉弁５１を駆動する状態と駆動しない状態とを切り替えている。すなわち、駆動部５４が開閉弁５１の駆動に必要な力を熱媒体の流れから受ける位置と受けにくい位置とに切り替えている。言い換えると、開閉弁５１と配管との間の間隙の大きさを調整することで熱媒体を定常流で流すか脈動流で流すかを切り替えている。このため、定常流のまま熱媒体を循環させる場合に、多くの熱媒体が駆動部５４を経由せずに循環できる。したがって、駆動部５４を熱媒体が通過する際に発生する圧力損失を低減できる。すなわち、ポンプ７の消費電力を低減できる。
【０１０８】
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、バイパス流路６３０に設けたバイパス弁６０１で熱交換部１０４、１０５を流れる熱媒体の流速を制御する。
【０１０９】
図１９において、開閉弁５１と第１熱交換部１０４とをつなぐ第１流路４０と、開閉弁５１と第２熱交換部１０５とをつなぐ第２流路５０とを接続するバイパス流路６３０を備えている。言い換えると、バイパス流路６３０は、第１流路４０と第２流路５０との熱交換部１０４、１０５よりも上流側を接続している流路である。
【０１１０】
バイパス流路６３０には、バイパス弁６０１が設けられている。バイパス弁６０１は、感温式の開閉弁である。すなわち、バイパス弁６０１は温度に応じて自動で開度が調整されるサーモスタットである。バイパス弁６０１は、熱媒体の温度が所定温度以上に高い場合には、閉状態である。すなわち、バイパス流路６３０を熱媒体が通過できない状態である。一方、熱媒体の温度が所定温度よりも低い場合には、開状態である。すなわち、バイパス流路６３０を熱媒体が通過可能な状態である。バイパス弁６０１は、流速制御部を提供する。
【０１１１】
バイパス弁６０１の閉状態においては、開閉弁５１で脈動流に変換された熱媒体がそのまま第１流路４０と第２流路５０とに流れ込む。すなわち、熱交換部１０４、１０５での熱交換効率が高い状態を維持して流れ込む。
【０１１２】
バイパス弁６０１の開状態においては、開閉弁５１で脈動流に変換された熱媒体のうち一部の熱媒体がバイパス流路６３０に流れ込む。したがって、バイパス流路６３０を通過せずに第１流路４０に流れ込んだ熱媒体と、バイパス流路６３０を通過してから第１流路４０に流れ込んだ熱媒体とが合流した後に第１熱交換部１０４に流れ込むこととなる。一方、バイパス流路６３０を通過せずに第２流路５０に流れ込んだ熱媒体と、バイパス流路６３０を通過してから第２流路５０に流れ込んだ熱媒体とが合流した後に第２熱交換部１０５に流れ込むこととなる。異なるタイミングで流れる脈動流が熱交換部１０４、１０５に流入する前に合流することで、熱媒体は複数の位相の脈動流が重ね合わされることとなる。その結果、周期的に変動する流速の差が小さくなり、脈動流から定常流に近い状態となって熱交換部１０４、１０５に流れ込みやすい。すなわち、熱交換部１０４、１０５での圧力損失が小さくなった状態で流れ込みやすい。
【０１１３】
上述した実施形態によると、バイパス流路６３０に流れる熱媒体の量をバイパス弁６０１で調整している。言い換えると、開閉弁５１の下流側で流路を流れる熱媒体の量を調整している。このため、開閉弁５１を停止させることなく、熱交換部１０４、１０５に流れる熱媒体を定常流に近づけることができる。したがって、開閉弁５１を停止させるために開閉弁５１に対して瞬間的に大きな負荷を加えることがない。すなわち、開閉弁５１が停止操作に伴って破損することを予防できる。言い換えると、開閉弁５１が安定して脈動流生成機能を発揮しやすい。
【０１１４】
第７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、バイパス流路７３０に設けたバイパス弁７０１で熱交換部１０４、１０５を流れる熱媒体の流速を制御する。
【０１１５】
図２０において、バイパス流路７３０は、開閉弁５１を経由することなく共通流路２０と第１流路４０とを接続している。さらに、バイパス流路７３０は、開閉弁５１を経由することなく共通流路２０と第２流路５０とを接続している。
【０１１６】
バイパス流路７３０には、バイパス弁７０１が設けられている。バイパス弁７０１は、感温式の開閉弁である。すなわち、バイパス弁７０１は温度に応じて自動で開度が調整されるサーモスタットである。バイパス弁７０１は、熱媒体の温度が所定温度以上に高い場合には、閉状態である。すなわち、バイパス流路７３０を熱媒体が通過できない状態である。一方、熱媒体の温度が所定温度よりも低い場合には、開状態である。すなわち、バイパス流路７３０を熱媒体が通過可能な状態である。バイパス弁７０１は、流速制御部を提供する。
【０１１７】
バイパス弁７０１の閉状態においては、熱媒体は開閉弁５１を経由することで脈動流に変換された状態で第１流路４０と第２流路５０とに流れ込む。すなわち、熱交換部１０４、１０５には熱交換効率が高い状態の熱媒体が流れ込む。
【０１１８】
バイパス弁７０１の開状態においては、熱媒体が開閉弁５１を経由することなくバイパス流路７３０を通過して熱交換部１０４、１０５に流れ込む。したがって、ポンプ７で送り出された定常流の熱媒体が定常流のまま熱交換部１０４、１０５に流れ込む。
【０１１９】
上述した実施形態によると、バイパス流路７３０に流れる熱媒体の量をバイパス弁７０１で調整している。言い換えると、開閉弁５１の上流側で流路を流れる熱媒体の量を調整している。このため、熱媒体を脈動流の状態で流す必要がない場合には、開閉弁５１を経由させずに定常流のまま循環させることができる。したがって、定常流のまま熱媒体を循環させる際に開閉弁５１が流路抵抗となることがない。すなわち、定常流で熱媒体を循環させる場合に、開閉弁５１を循環させる必要がない分、ポンプ７の消費電力を低減できる。
【０１２０】
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、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】
【０１２１】
１  熱交換装置、  ７  ポンプ、  ２０  共通流路、  ４０  第１流路、  ５０  第２流路、  ５１  開閉弁、  ５４  駆動部、  １０１  停止装置、  １０４  第１熱交換部、  １０５  第２熱交換部、  １５３  凸部、  ３５３ａ  第１凸部、  ３５３ｂ  第２凸部、  ４０１  停止装置、  ４５３  凸部、  ５０１  位置調整装置、  ６０１  バイパス弁、  ６３０  バイパス流路、  ７０１  バイパス弁、  ７３０  バイパス流路
【図１】
2019086221.tif 000003
【図２】
2019086221.tif 000004
【図３】
2019086221.tif 000005
【図４】
2019086221.tif 000006
【図５】
2019086221.tif 000007
【図６】
2019086221.tif 000008
【図７】
2019086221.tif 000009
【図８】
2019086221.tif 000010
【図９】
2019086221.tif 000011
【図１０】
2019086221.tif 000012
【図１１】
2019086221.tif 000013
【図１２】
2019086221.tif 000014
【図１３】
2019086221.tif 000015
【図１４】
2019086221.tif 000016
【図１５】
2019086221.tif 000017
【図１６】
2019086221.tif 000018
【図１７】
2019086221.tif 000019
【図１８】
2019086221.tif 000020
【図１９】
2019086221.tif 000021
【図２０】
2019086221.tif 000022