(57)【要約】【課題】  冷却水を循環させるウォーターポンプの負荷等を軽減する熱交換器を提供する。【解決手段】  熱交換用チューブ１３及びフィン２３を交互に並設した入口側コア９及び出口側コア１１からなるコアと、該コア９，１１の一端側に設けられた入口タンク３及び出口タンク５と、前記コア９，１１の他端側に設けられた中間タンク７とを備え、前記入口タンク３に入口パイプ１７を設け、中間タンク７に第１出口パイプ２９を設け、出口タンク５に第２出口パイプ２１を設け、前記中間タンク７の第１出口パイプ２９と出口タンク５の第２出口パイプ２１のそれぞれに、各出口パイプ２１，２９の開口部３５，５１を開閉させる第１流路切換えバルブ装置３３及び第２流路切換えバルブ装置４３を設けている。【選択図】      図１
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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通する熱交換用チューブ及びフィンを交互に並設したコアと、該コアの一端側に設けられ、熱交換用チューブに接続された入口タンク及び出口タンクと、前記コアの他端側に設けられ、熱交換用チューブに接続された中間タンクとを備え、前記入口タンクに入口パイプを設け、中間タンク及び出口タンクにそれぞれ第１出口パイプ及び第２出口パイプを設けてなり、前記入口パイプから流入した熱交換媒体を入口タンクから熱交換用チューブを介して中間タンクに送給したのち、熱交換用チューブと出口タンクを介して出口パイプから流出させるようにした熱交換器であって、
前記中間タンクの第１出口パイプと出口タンクの第２出口パイプの各々に、それぞれのパイプを開閉する第１流路切換え手段及び第２流路切換え手段を設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記熱交換器内を流通する熱交換媒体が所定温度範囲内のときは、前記第１流路切換え手段を作動させて第１出口パイプを開成すると共に第２流路切換え手段を作動させて第２出口パイプを閉成することにより、前記入口パイプから流入した熱交換媒体を、入口タンクから熱交換用チューブを介して中間タンクに送給したのち、第１出口パイプから流出させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記熱交換器内を流通する熱交換媒体の温度が特定温度以上のときは、前記第１流路切換え手段を作動させて第１出口パイプを閉成すると共に第２流路切換え手段を作動させて第２出口パイプを開成することにより、前記入口パイプから流入した熱交換媒体を、入口タンクから中間タンクを介して出口タンクに送給したのち、第２出口パイプから流出させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
外気の温度に応じて、前記第１流路切換え手段と第２流路切換え手段とによるパイプの開閉を行うように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記入口パイプ、第１出口パイプ及び第２出口パイプを燃料電池の冷却流路に接続し、前記燃料電池の出力変化の値に応じて前記第１流路切換え手段と第２流路切換え手段とによるパイプの開閉を行うように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の熱交換器に関し、更に詳しくは、主として燃料電池車両等の大きな放熱性能を必要とするものに適用されるＵターン型（複パス型）熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、自動車には、エンジン冷却用のラジエータや空調用のコンデンサ、オートマチック車用トランスミッションオイル冷却用のオイルクーラ（ＡＴＦクーラ）やエンジンオイル冷却用のオイルクーラ等、数々の熱交換器が配設されている。また、近年においては、例えば、燃料電池車両に搭載された燃料電池の冷却水やエンジン冷却水を冷却するために、Ｕターン型（複パス型）熱交換器が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３０３４９８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来のＵターン型熱交換器においては、通常の熱交換器よりも熱交換用チューブの本数が多く、熱交換用チューブ長も長く形成されている。また、燃料電池車両に搭載された場合は、燃料電池などの出力値に関係なく、全ての熱交換用チューブに熱交換媒体である冷却水を流通させている。
【０００４】
このため、熱交換用チューブ内を流通する冷却水の通水抵抗が大きく、冷却水を循環させるウォーターポンプの負荷が増大して消費電力増による燃費の低下を引き起こしたり、ウォーターポンプ作動による騒音が増大するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、冷却水を循環させるウォーターポンプ等の負荷を軽減する熱交換器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明に係る熱交換器は、熱交換用チューブ及びフィンを交互に並設した入口側コア及び出口側コアからなるコアと、該コアの一端側に設けられ、熱交換用チューブの一端に連通された入口タンク及び出口タンクと、前記コアの他端側に設けられ、熱交換用チューブの他端に連通された中間タンクとを備え、前記入口タンクに入口パイプを設け、中間タンクに第１出口パイプを設け、出口タンクに第２出口パイプを設けてなり、前記入口パイプから流入した熱交換媒体を入口タンクから熱交換用チューブを介して中間タンクに送給したのち、熱交換用チューブと出口タンクを介して出口パイプから流出させるように構成した熱交換器であって、前記中間タンクの第１出口パイプと出口タンクの第２出口パイプのそれぞれに、各出口パイプの開口部を開閉させる第１流路切換え手段及び第２流路切換え手段を設けた構成としてある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る熱交換器によれば、冷却媒体を冷却する際に、必要とする冷却性能の大きさに応じて第１流路切換え手段及び第２流路切換え手段を選択的に作動できるため、冷却媒体を循環させるウォータポンプ等の循環装置の負荷を軽減させることができる。従って、消費電力を必要最小限度に抑制することによって燃費を向上させることができ、循環装置の作動時における騒音も低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態による熱交換器１を示す斜視図である。この図１に示すように、本実施形態による熱交換器１は、上部側に配置された入口タンク３及び出口タンク５と、下部側に配置された中間タンク７と、これらの入口タンク３及び出口タンク５と中間タンク７との間を連結する前後２列のコア９，１１とから構成されている。このコアは、前方側に配置された入口側コア９及び後方側に配置された出口側コア１１とからなる。
【００１０】
前記入口タンク３は、入口側コア９の上方に配置されて左右方向に細長く延びており、図示しないが、入口タンク３の内部は、入口側コア９を構成する熱交換用チューブ１３に連通している。また、入口タンク３の側壁１５の端部には、入口パイプ１７が配設されており、図示しない燃料電池の冷却流路に接続されている。
【００１１】
そして、入口タンク３の後方側には、入口タンク３に沿ってほぼ平行に出口タンク５が並設されている。この出口タンク５も左右方向に細長く形成されており、入口タンク３よりも高く形成されている。そして、出口タンク５の側壁１９には、入口タンク３の入口パイプ１７とは反対側の端部に第２出口パイプ２１が突設され、図外の燃料電池の冷却流路に接続されている。
【００１２】
さらに、入口タンク３及び出口タンク５の下部側に設けられた入口側コア９及び出口側コア１１においては、上下方向に沿って延びる熱交換用チューブ１３と、該熱交換用チューブ１３にろう付け等によって接合された波状のフィン２３とが交互に並設されている。前記熱交換用チューブ１３は、内部が中空に形成されており、後述する図４などに示すように、この熱交換用チューブ１３の内部に熱交換用媒体としての冷却水２５が流通している。
【００１３】
また、コア９，１１の下部側には中間タンク７が配設されている。この中間タンク７の内部は、前記入口側コア９及び出口側コア１１の双方の熱交換用チューブ１３に連通しており、中間タンク７の側壁２７の端部には、第１出口パイプ２９が突設されている。
【００１４】
なお、前記入口タンク３及び出口タンク５の下部には、チューブプレート３１が配設され、中間タンク７の上部にはチューブプレート３２が配設されており、これらのチューブプレート３１，３２を介して、熱交換用チューブ１３の上下端が前記入口タンク３及び出口タンク５と中間タンク７とに連通されている。
【００１５】
図２は、図１における中間タンク７を示す斜視図であり、第１流路切換え手段である第１流路切換えバルブ装置３３を実線で、他の部分は二点鎖線で示している。図２に示すように、中間タンク７の側壁２７には略真円状の開口部３５が形成され、該開口部３５から第１出口パイプ２９が突設されている。また、中間タンク７の内方には、開口部３５を開閉する第１流路切換え手段である第１流路切換えバルブ装置３３が設けられている。この第１流路切換えバルブ装置３３は、中間タンク７の底面に配設された電動アクチュエータ３７と、該電動アクチュエータ３７に回転自在に支持された回転軸３９と、該回転軸３９に固定された略円板状の弁体４１とからなり、前記電動アクチュエータ３７を作動させて回転軸３９を回転させると、該回転軸３９に固定された弁体４１も回転して、前記開口部３５を開閉する。
【００１６】
さらに、図３に示すように、出口タンク５に設けた第２流路切換え手段である第２流路切換えバルブ装置４３も、前記第１流路切換えバルブ装置３３と同様に、出口タンク５の上面に設けた電動アクチュエータ４５と、該電動アクチュエータ４５に回転自在に支持された回転軸４７と、該回転軸４７に固定された略円板状の弁体４９とからなり、前記電動アクチュエータ４５を作動させて回転軸４７を回転させると、該回転軸４７に固定された弁体４９も回転して、開口部５１を開閉させる。
【００１７】
そして、図２〜図４に示すように、中間タンク７の第１流路切換えバルブ装置３３を開成し、出口タンク５の第２流路切換えバルブ装置４３を閉成すると、入口パイプ１７から流入した冷却水２５は、入口タンク３から入口側コア９の熱交換用チューブ１３を介して中間タンク７に送給され、第１出口パイプ２９から排出される。
【００１８】
また、図２、図３及び図５に示すように、中間タンク７の第１流路切換えバルブ装置３３を閉成し、出口タンク５の第２流路切換えバルブ装置４３を開成すると、入口パイプ１７から流入した冷却水２５は、入口タンク３から入口側コア９の熱交換用チューブ１３を介して中間タンク７に送給されたのち、出口側コア１１の熱交換用チューブ１３内を上昇して出口タンク５に流入し、第２出口パイプ２１から排出される。
【００１９】
前記熱交換器１の作動について、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、この熱交換器１には、前述したように、燃料電池が接続されており、該燃料電池を冷却する冷却水が入口パイプ１７から流入し、コア９，１１の熱交換用チューブ１３内を流通する際に冷却され、第１出口パイプ２９又は第２出口パイプ２１から燃料電池に送給されるように構成されている。
【００２０】
まず、燃料電池の冷却水温度Ｔｗを測定し、このＴｗがＴ１とＴ２との間にあると判断した場合は（Ｓ１）、外気温Ｔａ及び燃料電池の出力変化ｄＰｃ／ｄｔを測定する。
【００２１】
この外気温ＴａがＴ３未満で（Ｓ２）、かつ出力変化ｄＰｃ／ｄｔがα未満の場合は（Ｓ３）、第１流路切換えバルブ装置３３を作動させて第１出口パイプ２９を開成すると共に第２流路切換えバルブ装置４３を作動させて第２出口パイプ２１を閉成する（Ｓ４）。すると、図４で説明したように、燃料電池から入口パイプ１７に流入した冷却水２５は入口側コア９を流通したのち第１出口パイプ２９から排出されて燃料電池に戻される。
【００２２】
一方、燃料電池の冷却水温度ＴｗがＴ２よりも大きい場合は（Ｓ５）、第１流路切換えバルブ装置３３を作動させて第１出口パイプ２９を閉成すると共に第２流路切換えバルブ装置４３を作動させて第２出口パイプ２１を開成する（Ｓ６）。すると、図５で説明したように、燃料電池から入口パイプ１７に流入した冷却水２５は入口側コア９から中間タンク７を流通したのち、出口側コア１１を上昇して第２出口パイプ２１から排出されて燃料電池に戻される。
【００２３】
なお、燃料電池の冷却水温度ＴｗがＴ１未満の場合は、第１流路切換えバルブ装置３３を作動させて第１出口パイプ２９を閉成すると共に第２流路切換えバルブ装置４３を作動させて第２出口パイプ２１も閉成する（Ｓ７）。この場合は、冷却水２５の温度が十分に低温であるため、冷却する必要がなく、燃料電池から送給された冷却水２５は熱交換器内を流通しない。
【００２４】
以下に、本実施形態による熱交換器１の作用効果について説明する。
【００２５】
前記熱交換器１内を流通する冷却水２５の温度ＴｗがＴ１からＴ２という所定の温度範囲内のときは、前記第１出口パイプ２９を開成すると共に第２出口パイプ２１を閉成することによって、入口側コア９のみを作動させるため、必要とする冷却熱量に応じて冷却水２５の流通経路を調整することができる。特にこのような冷却能力をあまり大きくする必要がない場合に、コアの一部に相当する入口側コア９のみを作動させれば足りるため、冷却水２５を送給するウォータポンプ等の負荷を軽減させることができる。
【００２６】
また、熱交換器１内を流通する冷却水２５の温度ＴｗがＴ２以上のときは大きな冷却能力を必要とするため、前記第１出口パイプ２９を閉成すると共に第２出口パイプ２１を開成することによって、入口側コア９及び出口側コア１１の双方に冷却水２５を流通させ、効率的に冷却水２５を冷却することができる。
【００２７】
そして、外気温Ｔａが所定値Ｔ３未満で、かつ燃料電池の出力変化ｄＰｃ／ｄｔが所定値α未満の場合も、冷却能力をあまり大きくする必要がないため、コアの一部に相当する入口側コア９のみに冷却水２５を流通させることにより、冷却水２５を送給するウォータポンプ等の負荷を軽減させることができる。
【００２８】
このように、本実施形態によれば、Ｕターン型熱交換器１内を流通する冷却水２５の経路を、冷却水２５の温度Ｔｗ、外気温Ｔａ、及び燃料電池の出力変化の値に応じて適宜切り換えることができ、ウォーターポンプ等の負荷を低減させることができる。
【００２９】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変更及び変形が可能である。
【００３０】
例えば、前記実施形態においては、燃料電池の冷却流路に熱交換器を接続したが、燃料電池以外の各種ユニットを冷却する場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態による熱交換器を示す斜視図である。
【図２】図１の中間タンクを示す斜視図である。
【図３】図１の入口タンク及び出口タンクを示す斜視図である。
【図４】第１出口パイプを開成して第２出口パイプを閉成した場合における熱交換器内の冷却水の流れを示す斜視図である。
【図５】第１出口パイプを閉成して第２出口パイプを開成した場合における熱交換器内の冷却水の流れを示す斜視図である。
【図６】第１出口パイプ及び第２出口パイプの開閉動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
Ｔａ…外気温
Ｔｗ…冷却水温度
ｄＰｃ／ｄｔ…出力変化
１…熱交換器
３…入口タンク
５…出口タンク
７…中間タンク
９，１１…コア
１３…熱交換用チューブ
１７…入口パイプ
２１…第２出口パイプ
２３…フィン
２５…冷却水（熱交換媒体）
２９…第１出口パイプ
３３…第１流路切換えバルブ装置（第１流路切換え手段）
４３…第２流路切換えバルブ装置（第２流路切換え手段）
【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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