特開 2024-78130 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024078130

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 3/12 20060101AFI20240603BHJP

   F28F 3/04 20060101ALI20240603BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240603BHJP

   H01M 10/613 20140101ALN20240603BHJP

   H01M 10/625 20140101ALN20240603BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALN20240603BHJP

【ＦＩ】

F28F3/12 C

F28F3/04 A

H05K7/20 M

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6556

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022190512

(22)【出願日】2022-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】391002498

【氏名又は名称】フタバ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】金森 真弥

(72)【発明者】

【氏名】宇野 貴昭

【テーマコード（参考）】

5E322

5H031

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AA05

5E322AB02

5E322DA04

5E322EA10

5E322FA04

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】熱交換媒体の流速を高めつつ、部品点数を低減できる熱交換器を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、第１板と、第１板に重ね合わされると共に、第１板から離れる方向に凹んだ少なくとも１つの凹条部を有する第２板と、第１板と第２板との間に設けられた媒体流路と、を備える熱交換器である。媒体流路は、少なくとも１つの凹条部によって画定されると共に、曲がり部を有する複数の主流路と、複数の主流路のうち、隣接する２つの主流路の曲がり部同士を連結する少なくとも１つのバイパス流路と、を有する。少なくとも１つのバイパス流路は、一方の曲がり部の曲げの外側領域と、他方の曲がり部の曲げの内側領域とに接続される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１板と、
前記第１板に重ね合わされると共に、前記第１板から離れる方向に凹んだ少なくとも１つの凹条部を有する第２板と、
前記第１板と前記第２板との間に設けられた媒体流路と、
を備え、
前記媒体流路は、
前記少なくとも１つの凹条部によって画定されると共に、曲がり部を有する複数の主流路と、
前記複数の主流路のうち、隣接する２つの主流路の前記曲がり部同士を連結する少なくとも１つのバイパス流路と、
を有し、
前記少なくとも１つのバイパス流路は、一方の曲がり部の曲げの外側領域と、他方の曲がり部の曲げの内側領域とに接続される、熱交換器。

【請求項2】

請求項１に記載の熱交換器であって、
前記少なくとも１つのバイパス流路における熱交換媒体の流れ方向と直交する断面積は、前記複数の主流路における熱交換媒体の流れ方向と直交する断面積よりも小さい、熱交換器。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の熱交換器であって、
前記媒体流路は、前記少なくとも１つのバイパス流路としての複数のバイパス流路を有し、
前記複数のバイパス流路は、１つの前記曲がり部の前記外側領域及び前記内側領域のいずれか一方のみに接続される、熱交換器。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載の熱交換器であって、
前記第２板は、
前記少なくとも１つの凹条部としての複数の凹条部と、
前記第１板から離れる方向に凹むと共に、前記複数の凹条部のうち、隣接する２つの凹条部を連結する補助凹部と、
を有する、熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

熱交換媒体を用いた熱交換器において、板材に取り付けられたフィンで複数の主流路を構成すると共に、フィンの開口によってバイパス流路を構成した構成が公知である（特許文献１及び特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－２０５８０２号公報

【特許文献2】特開２０１９－１０２５０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の熱交換器では、バイパス流路によって熱交換媒体の流速が高められる。しかしながら、熱交換器の構成部品として、少なくとも複数のフィンと複数のフィンを挟む２つの板材とが必要となり、部品点数の増加が避けられない。

【0005】

本開示の一局面は、熱交換媒体の流速を高めつつ、部品点数を低減でき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】

本開示の一態様は、第１板と、第１板に重ね合わされると共に、第１板から離れる方向に凹んだ少なくとも１つの凹条部を有する第２板と、第１板と第２板との間に設けられた媒体流路と、を備える熱交換器である。媒体流路は、少なくとも１つの凹条部によって画定されると共に、曲がり部を有する複数の主流路と、複数の主流路のうち、隣接する２つの主流路の曲がり部同士を連結する少なくとも１つのバイパス流路と、を有する。少なくとも１つのバイパス流路は、一方の曲がり部の曲げの外側領域と、他方の曲がり部の曲げの内側領域とに接続される。

【0007】

このような構成によれば、第１板と第２板との接合によって、主流路及びバイパス流路を有する媒体流路を形成することができる。また、バイパス流路が隣接する２つの曲がり部それぞれの外側領域と内側領域とに接続されることで、バイパス流路における流速を高めることができる。その結果、熱交換媒体の流速を高めて熱交換器の効率を向上させつつ、熱交換器の部品点数を低減できる。

【0008】

本開示の一態様では、少なくとも１つのバイパス流路における熱交換媒体の流れ方向と直交する断面積は、複数の主流路における熱交換媒体の流れ方向と直交する断面積よりも小さくてもよい。このような構成によれば、バイパス流路における流速の向上効果が促進される。

【0009】

本開示の一態様では、媒体流路は、少なくとも１つのバイパス流路としての複数のバイパス流路を有してもよい。複数のバイパス流路は、１つの曲がり部の外側領域及び内側領域のいずれか一方のみに接続されてもよい。このような構成によれば、複数のバイパス流路が１つの曲がり部の両側に接続されることによる流速の低下を抑制できる。

【0010】

本開示の一態様では、第２板は、少なくとも１つの凹条部としての複数の凹条部と、第１板から離れる方向に凹むと共に、複数の凹条部のうち、隣接する２つの凹条部を連結する補助凹部と、を有してもよい。このような構成によれば、第１板に凹凸を設ける必要がなくなるため、第１板の発熱体との接触面積を大きくできる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１Ａは、実施形態における熱交換器の模式的な斜視図であり、図１Ｂは、図１ＡのＩＢ－ＩＢ線での模式的な断面図である。

【図2】図２は、図１Ａの熱交換器における第２板の模式的な平面図である。

【図3】図３Ａは、図２のＩＩＩＡ－ＩＩＩＡ線での模式的な断面図であり、図３Ｂは、図２のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での模式的な断面図である。

【図4】図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、図２の第２板における溶接線を示す模式的な平面図である。

【図5】図５Ａは、図２とは異なる実施形態における第２板の模式的な平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＶＢ－ＶＢ線での模式的な断面図である。

【図6】図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、図３Ｂとは異なる実施形態における第２板の模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１Ａ及び図１Ｂに示す熱交換器１は、冷却水等の熱交換媒体を用いて発熱体１００を冷却する。熱交換器１は、例えば、自動車の電池モジュールの冷却に用いられる。熱交換器１は、第１板２と、第２板３と、媒体流路４とを備える。

【0013】

＜第１板＞
第１板２は、発熱体１００に接触し、発熱体１００と熱交換を行う熱交換面を有する。第１板２は、例えばステンレス、銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で構成されている。

【0014】

第１板２は、表面に凹凸を有しない平板形状である。熱交換面は、第１板２の２つの板面のうち、第２板３とは反対側の板面（つまり媒体流路４とは反対側の板面）で構成されており、平坦な面である。第１板２には、熱交換媒体の供給口５と、熱交換媒体の排出口６とが接続されている。なお、第１板２は、熱交換面のうち、発熱体１００と接触しない領域において凹凸を有してもよい。

【0015】

＜第２板＞
第２板３は、厚み方向において第１板２に重ね合わされている。第２板３は、第１板２と共に、媒体流路４を画定している。第２板３は、第１板２と同質の金属（例えばステンレス）で構成されている。

【0016】

図２に示すように、第２板３は、複数の凹条部３１と、複数の補助凹部３２とを有する。凹条部３１は、第２板３を構成する板材を厚み方向に突出するように変形させた部位であり、第１板２から離れる方向に凹んでいる。

【0017】

複数の凹条部３１は、それぞれ媒体流路４の主流路４１を構成している。凹条部３１の側面及び底面は、それぞれ主流路４１の側面及び底面を構成する。凹条部３１は、平面視で（つまり第１板２の厚み方向と平行視で）、Ｓ字が連続した波状に湾曲している。

【0018】

複数の補助凹部３２は、それぞれ媒体流路４のバイパス流路４２を構成している。補助凹部３２は、第１板２から離れる方向に凹むと共に、複数の凹条部３１のうち隣接する２つの凹条部３１を連結している。

【0019】

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、補助凹部３２の深さ（つまり底面の第１板２からの距離）は、凹条部３１の深さよりも小さい。補助凹部３２は、２つの凹条部３１の間の領域を厚み方向にオフセット変形させた部位である。

【0020】

第２板３の板厚は限定されないが、プレス加工が可能な板厚が好ましい。プレス加工により、容易に複数の凹条部３１と複数の補助凹部３２とを有する第２板３を成形することができる。

【0021】

＜媒体流路＞
図１Ｂに示すように、媒体流路４は、第１板２と第２板３との間に設けられている。具体的には、媒体流路４は、第１板２と第２板３との間に存在する空間で構成されている。

【0022】

図２に示すように、媒体流路４は、複数の主流路４１と、複数のバイパス流路４２と、入口部４３と、出口部４４とを有する。

【0023】

複数の主流路４１は、それぞれ、入口部４３と出口部４４とに連結されている。換言すれば、媒体流路４は、入口部４３で複数の主流路４１に分岐し、出口部４４で複数の主流路４１が合流する。入口部４３には、供給口５が接続され、出口部４４には、排出口６が接続されている。

【0024】

各主流路４１は、複数の円弧状の曲がり部４１１，４１２を有する。各主流路４１において、平面視で第２板３の図２における右側（つまり、入口部４３から出口部４４に向かう方向と交差する方向）に突出した第１曲がり部４１１と、左側（つまり、第１曲がり部４１１とは反対側）に突出した第２曲がり部４１２とが熱交換媒体の流れ方向に沿って交互に配置されている。

【0025】

図３Ａに示すように、主流路４１は、第２板３の複数の凹条部３１と、第１板２の板面とによって画定されている。複数の主流路４１の熱交換媒体の流れ方向と直交する断面積は、互いに等しい。

【0026】

図２に示すように、複数のバイパス流路４２は、それぞれ、複数の主流路４１のうち、隣接する２つの主流路４１を連結している。具体的には、バイパス流路４２は、隣接する２つの主流路４１の第１曲がり部４１１同士、又は第２曲がり部４１２同士を連結している。

【0027】

また、バイパス流路４２は、一方の第１曲がり部４１１又は第２曲がり部４１２の曲げの外側領域と、他方の第１曲がり部４１１又は第２曲がり部４１２の曲げの内側領域とに接続されている。バイパス流路４２は、１つの曲がり部４１１，４１２に対し、最も近接する他の主流路４１の曲がり部４１１，４１２を最短距離で連結している。

【0028】

ここで、「曲げの外側領域」とは、曲がり部４１１，４１２の平面視における２つの外縁のうち、熱交換媒体の流れに沿った長さが大きい外縁を含む領域であり、「曲げの内側領域」とは、曲げの外側領域とは反対側の外縁を含む領域である。

【0029】

さらに、各バイパス流路４２は、１つの第１曲がり部４１１及び第２曲がり部４１２の外側領域及び内側領域のいずれか一方のみに接続される。つまり、外側領域にバイパス流路４２が接続された曲がり部４１１，４１２の内側領域には、他のバイパス流路４２は接続されていない。同様に、内側領域にバイパス流路４２が接続された曲がり部４１１，４１２の外側領域には、他のバイパス流路４２は接続されていない。

【0030】

換言すれば、平面視で左右２つの主流路４１に挟まれた主流路４１（例えば図２の左から２番目の主流路４１）では、左隣の主流路４１と連結されたバイパス流路４２と、右隣の主流路４１と連結されたバイパス流路４２とが、熱交換媒体の流れ方向において交互に配置されている。

【0031】

図３Ｂに示すように、バイパス流路４２は、第２板３の複数の補助凹部３２と、第１板２の板面とによって画定されている。複数のバイパス流路４２の熱交換媒体の流れ方向と直交する断面積は、互いに等しい。また、バイパス流路４２における熱交換媒体の流れ方向と直交する断面積は、主流路４１における熱交換媒体の流れ方向と直交する断面積よりも小さい。

【0032】

＜第１板と第２板との接合＞
第１板２と第２板３とは、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合される。図４Ａに示すように、溶接線Ｗ（つまり、溶接ビード）は、平面視で凹条部３１及び補助凹部３２の側壁と重なる位置に設けられるとよい。つまり、凹条部３１及び補助凹部３２の外縁に沿って溶接が行われるとよい。これにより、流路の封止性能が向上する。

【0033】

さらに、図４Ｂに示すように、溶接の始点と終点とが、溶接線Ｗで囲まれた領域の内側に位置するとよい。これにより、溶接の始点及び終点における割れによる封止性能の低下を抑制できる。なお、図４Ｃに示すように、溶接線Ｗは、必ずしも閉じていなくてもよく、例えば直線状であってもよい。

【0034】

さらに、第１板２と第２板３とは、ロウなどの接着剤によって接合されてもよい。接着剤を用いる場合は、第２板３の凹条部３１及び補助凹部３２以外の領域（つまり平坦領域）の全体を接合面とすることで、熱交換器１の剛性が高められる。

【0035】

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）第１板２と第２板３との接合によって、主流路４１及びバイパス流路４２を有する媒体流路４を形成することができる。また、バイパス流路４２が隣接する２つの曲がり部４１１，４１２それぞれの外側領域と内側領域とに接続されることで、バイパス流路４２における流速を高めることができる。その結果、熱交換媒体の流速を高めて熱交換器１の効率を向上させつつ、熱交換器１の部品点数を低減できる。

【0036】

（１ｂ）バイパス流路４２の断面積が主流路４１の断面積よりも小さいことで、バイパス流路４２における流速の向上効果が促進される。

【0037】

（１ｃ）バイパス流路４２が１つの曲がり部４１１，４１２の外側領域及び内側領域のいずれか一方のみに接続されることで、複数のバイパス流路４２が１つの曲がり部４１１，４１２の両側に接続されることによる流速の低下を抑制できる。

【0038】

（１ｄ）第２板３が２つの凹条部３１を連結する補助凹部３２を有することで、第１板２に凹凸を設ける必要がなくなるため、第１板２の発熱体１００との接触面積を大きくできる。

【0039】

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0040】

（２ａ）上記実施形態の熱交換器において、バイパス流路は、必ずしも１つの曲がり部の外側領域及び内側領域のいずれか一方のみに接続されなくてもよい。例えば、図５Ａ及び５Ｂに示すように、１つの曲がり部の外側領域及び内側領域の双方にバイパス流路４２が接続されてもよい。

【0041】

（２ｂ）上記実施形態の熱交換器において、図６Ａに示すように、第２板３の凹条部３１及び補助凹部３２は、第２板３を構成する板材の切削、又は鋳造によって形成されてもよい。

【0042】

また、第２板は、必ずしも補助凹部を有しなくてもよい。例えば、図６Ｂに示すように、２つの主流路４１及びバイパス流路４２が、１つの凹条部３１と、１つの凸部２１とによって画定されてもよい。

【0043】

凸部２１は、凹条部３１内において、第１板２から第２板３に向かって第１板２の厚み方向に突出した部位である。凸部２１のうち、バイパス流路４２を構成する部位は、第２板３から離れている。図６Ｃに示すように、凸部２１のうち、バイパス流路４２を構成しない部位は、第２板３に接合されることで、２つの主流路４１を隔離している。

【0044】

（２ｃ）上記実施形態の熱交換器において、主流路の曲がり部は、必ずしも円弧状でなくてもよい。曲がり部は、例えば角を有する屈曲形状であってもよい。

【0045】

（２ｄ）上記実施形態の熱交換器は、発熱体を冷却する用途に替えて、被加熱体を加熱する用途にも使用可能である。この場合、熱交換器には、熱交換媒体として被加熱体よりも温度の高い流体が供給される。

【0046】

（２ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【符号の説明】

【0047】

１…熱交換器、２…第１板、３…第２板、４…媒体流路、５…供給口、６…排出口、
２１…凸部、３１…凹条部、３２…補助凹部、４１…主流路、４２…バイパス流路、
４３…入口部、４４…出口部、１００…発熱体、４１１…第１曲がり部、
４１２…第２曲がり部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】