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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-02
(54)【発明の名称】熱交換器
(51)【国際特許分類】
F28D 9/02 20060101AFI20230726BHJP
【ＦＩ】
F28D9/02
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023500405
(86)(22)【出願日】2021-07-09
(85)【翻訳文提出日】2023-01-05
(86)【国際出願番号】 KR2021008806
(87)【国際公開番号】W WO2022010313
(87)【国際公開日】2022-01-13
(31)【優先権主張番号】10-2020-0085035
(32)【優先日】2020-07-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0088959
(32)【優先日】2021-07-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】516011246
【氏名又は名称】ハンオン システムズ
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】チェ， ジ フン
(72)【発明者】
【氏名】シン， ソン ホン
【テーマコード（参考）】
3L103
【Ｆターム（参考）】
3L103AA05
3L103BB37
3L103CC02
3L103CC18
3L103CC30
3L103DD55
(57)【要約】
【課題】互いに異なる２種の流体およびさらに他の１種の流体が互いに熱交換することができるように形成される、すなわち、結果的に、３種の流体が互いに熱交換することができるように形成される熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器１００Ａ、１００Ｂは、複数個のプレートが積層されて形成されるプレート式熱交換器であって、第１流体が流動する第１流動部Ｖ１を含む第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂと、長さ方向の一側および他側に隔壁１２５によって区画され、第２流体および第３流体が互いに隔離されて流動する第２流動部Ｖ２を含む第２プレート１２０Ａ、１２０Ｂとを含み、第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂおよび第２プレート１２０Ａ、１２０Ｂが交互に積層される。
隔壁１２５は、隣接した第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂと接合される面上に少なくとも一つの隔壁孔１２５Ｈが形成される。
【選択図】図３
【解決手段】熱交換器１００Ａ、１００Ｂは、複数個のプレートが積層されて形成されるプレート式熱交換器であって、第１流体が流動する第１流動部Ｖ１を含む第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂと、長さ方向の一側および他側に隔壁１２５によって区画され、第２流体および第３流体が互いに隔離されて流動する第２流動部Ｖ２を含む第２プレート１２０Ａ、１２０Ｂとを含み、第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂおよび第２プレート１２０Ａ、１２０Ｂが交互に積層される。
隔壁１２５は、隣接した第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂと接合される面上に少なくとも一つの隔壁孔１２５Ｈが形成される。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数個のプレートが積層されて形成されるプレート式熱交換器であって、第１流体が流動する第１流動部を含む第１プレートと、
長さ方向の一側および他側に隔壁によって区画され、第２流体および第３流体が互いに隔離されて流動する第２流動部を含む第２プレートとを含み、
前記第１プレートおよび前記第２プレートが交互に積層されることを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
前記熱交換器は、第１流体がそれぞれ流入および排出される第１流入孔および第１排出孔が形成され、
前記第１流入孔および前記第１排出孔は、互いに長さ方向に離隔して長さ方向の両端に配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記熱交換器は、前記第１流入孔および前記第１排出孔の仮想の連結線上に前記第１流動部に向かって突出して第１流体の流動を分配する流体分配構造が形成されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記流体分配構造は、前記第１流入孔または前記第１排出孔に近いほど突出面積が小さくなるように形成されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記流体分配構造は、前記第２プレートに形成される前記隔壁と対応しない位置に形成されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項6】
前記流体分配構造は、突出した部分が三角形または円弧を含む形態に形成されることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項7】
前記熱交換器は、前記第１流入孔および前記第１排出孔が幅方向の中央に配置されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項8】
前記熱交換器は、第２流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔および第２排出孔、
第３流体がそれぞれ流入および排出される第３流入孔および第３排出孔が形成され、
前記第２流入孔および前記第２排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の一側端部に配置され、
前記第３流入孔および前記第３排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の他側端部に配置されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項9】
前記流体分配構造は、前記第１プレートの中央に形成され、
前記第１流入孔または前記第１排出孔の方が円弧であり、中央の方が直線部である半円形に形成され、且つ隣接した前記第２プレートに形成された前記隔壁に対応される位置を回避するように互いに離隔配置される一対の半円リブであることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項10】
前記熱交換器は、前記第２プレートの前記第２流入孔と前記第２排出孔との間を区画するように、前記第２プレートの一側側壁から長さ方向に延びる第２案内壁が備えられ、
前記第２プレートの前記第３流入孔と前記第３排出孔との間を区画するように、前記第２プレートの他側側壁から長さ方向に延びる第３案内壁が備えられることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項11】
前記熱交換器は、第２流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔および第２排出孔、
第３流体がそれぞれ流入および排出される第３流入孔および第３排出孔が形成され、
前記第２流入孔および前記第２排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の中央で一側に偏って配置され、
前記第３流入孔および前記第３排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の中央から他側に偏って配置されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項12】
前記流体分配構造は、前記第１流入孔または前記第１排出孔に隣接形成され、
前記第１流入孔または前記第１排出孔の方が頂点であり、中央の方が直線部である三角形に形成される一対の三角リブであることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項13】
前記熱交換器は、前記第２プレートの前記第２流入孔と前記第２排出孔との間を区画するように、前記隔壁から長さ方向に延びる第２案内壁が備えられ、
前記第２プレートの前記第３流入孔と前記第３排出孔との間を区画するように、前記隔壁から長さ方向に延びる第３案内壁が備えられることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項14】
前記熱交換器は、前記第１プレートおよび前記第２プレート上に複数個のビードが形成されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項15】
前記熱交換器は、前記第１プレートに形成されたビードの密度が前記第２プレートに形成されたビードの密度より低く形成されることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器。
【請求項16】
前記熱交換器は、前記第１プレートに形成されたビードおよび前記第２プレートに形成されたビードの位置が互いにずれるように形成されることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器。
【請求項17】
前記熱交換器は、第１流体がそれぞれ流入および排出される第１流入孔および第１排出孔が形成され、
前記第１流入孔および前記第１排出孔が前記隔壁によって区画された長さ方向の一側または他側から選択されるいずれか一方に形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項18】
前記熱交換器は、第１流体、第２流体、第３流体がいずれもＵフローを形成しながら流動することを特徴とする請求項１７に記載の熱交換器。
【請求項19】
前記熱交換器は、前記第１流入孔および前記第１排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の一側端部に配置され、
前記第１プレートの前記第１流入孔と前記第１排出孔との間を区画するように、前記第１プレートの一側側壁から中間まで長さ方向に延びる第１案内壁が備えられることを特徴とする請求項１８に記載の熱交換器。
【請求項20】
前記熱交換器は、第２流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔および第２排出孔、第３流体がそれぞれ流入および排出される第３流入孔および第３排出孔が形成され、
前記第２流入孔および前記第２排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の他側端部に配置され、前記第３流入孔および前記第３排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の中間に配置され、
前記第２プレートの前記第２流入孔と前記第２排出孔との間を区画するように、前記第２プレートの他側側壁から中間まで長さ方向に延びる第２案内壁が備えられ、
前記第２プレートの前記第３流入孔と前記第３排出孔との間を区画するように、前記隔壁から中間まで長さ方向に延びる第３案内壁が備えられることを特徴とする請求項１８に記載の熱交換器。
【請求項21】
複数個のプレートが積層されて形成されるプレート式熱交換器であって、第１流体が流動する第１流動部を含む第１プレートと、
第２流体または第３流体から選択されるいずれか一つの流体が流動する第２流動部を含む第２プレートと、
前記第２流動部を含むが第２流体および第３流体の積層方向への流通を遮断する隔膜プレートとを含み、
前記第１プレートおよび前記第２プレートが交互に積層され、
積層された前記第２プレートのうち一つが前記隔膜プレートに代替され、前記隔膜プレートの位置を基準に、一側には第１、２流体が流通し、他側には第１、３流体が流通するように形成されることを特徴とする熱交換器。
【請求項22】
前記第１プレートおよび前記第２プレートは、第１流体がそれぞれ流入および排出される第１流入孔および第１排出孔、
第２流体または第３流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔および第２排出孔が形成されることを特徴とする請求項２１に記載の熱交換器。
【請求項23】
前記熱交換器は、前記第１流入孔および前記第１排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の一側端部に配置され、
前記第２流入孔および前記第２排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の他側端部に配置されることを特徴とする請求項２２に記載の熱交換器。
【請求項24】
前記熱交換器は、前記隔膜プレートの前記第２流入孔の位置と前記第２排出孔の位置との間を区画するように、前記隔膜プレートの他側側壁から中間まで長さ方向に延びる隔膜案内壁が備えられることを特徴とする請求項２３に記載の熱交換器。
【請求項25】
前記熱交換器は、前記第１プレートの前記第１流入孔と前記第１排出孔との間を区画するように、前記第１プレートの一側側壁から中間まで長さ方向に延びる第１案内壁が備えられることを特徴とする請求項２３に記載の熱交換器。
【請求項26】
前記熱交換器は、前記第２プレートの前記第２流入孔と前記第２排出孔との間を区画するように、前記第２プレートの他側側壁から中間まで長さ方向に延びる第２案内壁が備えられることを特徴とする請求項２３に記載の熱交換器。
【請求項27】
前記熱交換器は、電気自動車またはハイブリッドカーに備えられ、
第１流体が冷媒であり、第２流体および第３流体のいずれか一つがバッテリ冷却用冷却水であり、残りの一つがモータ冷却用冷却水であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項28】
前記隔壁は、隣接した前記第１プレートと接合される面上に少なくとも一つの隔壁孔が形成されることを特徴とする請求項１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、熱交換器に関し、より詳しくは、互いに異なる２種の流体およびさらに他の１種の流体が互いに熱交換することができるように形成される、すなわち、結果的に３種の流体が互いに熱交換することができるように形成される熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、車両のエンジンルーム内には、エンジンなどの駆動のための部品だけでなく、エンジンなどの車内の各部品を冷却するか、または車両室内の空気の温度を調節するためのラジエータ、インタークーラ、蒸発器、凝縮器などの様々な熱交換器が備えられる。このような熱交換器は、一般的に、内部に熱交換媒体が流通し、熱交換器内部の熱交換媒体と熱交換器外部の空気が互いに熱交換することで、冷却または放熱が行われる。このように、１種の熱交換媒体が外部空気と熱交換する方式の熱交換器を空冷式熱交換器と称することがある。
【0003】
多くの場合、熱交換器には、１種の熱交換媒体が流通するが、必要に応じて２種の熱交換媒体が流通する熱交換器が一体に形成されることもある。例えば、自動車のラジエータおよびオイルクーラの場合、ラジエータには、エンジンを冷却するための冷却水が流通し、オイルクーラには、エンジンオイル、ミッションオイルなどのオイルが流通する。もちろん、これらがそれぞれ別の装置として形成されることもあるが、エンジンルームの空間活用性を高める目的や、冷却水を用いてオイルを冷却する水冷式オイルクーラ構造が導入されるなどのように、これらが一体型に形成されることも多い。２種の熱交換媒体が流通する場合、２種の熱交換媒体が外部空気と熱交換してそれぞれ冷却される方式もあり、このような場合も空冷式熱交換器に該当するが、２種の熱交換媒体が互いに熱交換する方式もあり、特に、２種の熱交換媒体のうち一つが冷却水である場合、水冷式熱交換器と称することがある。２種の熱交換媒体が互いに熱交換する方式の熱交換器は、単純にある１種の熱交換媒体が流れる空間内に他の１種の熱交換媒体が流れるパイプなどの構造物が挿入されている形態になることもあり、またはプレート式熱交換器の形態として各層ごとに互いに異なる種の熱交換媒体が流れるように形成されることで、各層の境界で熱交換が行われるようにする形態になることもあるなど、様々な実施形態が存在する。
【0004】
韓国登録特許第１５４５６４８号公報（「プレート式熱交換器」、２０１５年０８月１２日、以下「先行文献」）には、２種の熱交換媒体が流通しながら互いに熱交換する方式を有する熱交換器技術が開示されている。図１は、従来の２種流体熱交換器の分解斜視図である。図１に図示しているように、プレート式熱交換器は、２種のプレートが交互に積層された形態からなり、図１において、「冷媒」、「冷却水」と表示されているように、互いに異なる２種の流体がそれぞれ流出入するように４個の入出口を有する。図１の例示において、第１、２プレート５００ａ、５００ｂは、いずれも下側に陥没して流体流通空間を形成する。第１プレート５００ａは、冷媒入口および冷媒出口と連結される連通孔５１０、５２０の縁部が流体流通空間の反対側、すなわち、下側に突出し、冷却水入口および冷却水出口と連結される連通孔５３０、５４０の縁部が流体流通空間側、すなわち、上側に突出する。第２プレート５００ｂの連通孔は、これとは反対の構造を有する。第２プレート５００ｂおよび第１プレート５００ａが順に積層される場合、下側の第１プレート５００ａの冷却水側の連通孔５３０、５４０の縁部は上側に突出し、上側の第２プレート５００ｂの冷却水側の連通孔５３０、５４０の縁部は下側に突出して互いに当接する。これにより、第２プレート５００ｂおよび第１プレート５００ａが順に積層されて形成される空間、すなわち、図１において、濃い矢印に沿って流体が流通することに表示されている空間では、（冷却水側の連通孔の縁部が互いに当接して詰まるため）冷却水が流れ込むことができなくなり、当該空間には、冷媒のみが流通する。逆に、第１プレート５００ａおよび第２プレート５００ｂが順に積層される場合、第１プレート５００ａおよび第２プレート５００ｂが順に積層されて形成される空間、すなわち、図１において、薄い矢印に沿って流体が流通することに表示されている空間には、冷却水だけが流通する。上述のように、前記プレート式熱交換器は、第１、２プレート５００ａ、５００ｂが交互に積層された形態からなるため、結果的に、冷媒流通空間および冷却水流通空間が交互に積層される。したがって、プレート板面を介して冷却水および冷媒が互いに熱交換することができる。このように、冷却水および冷媒が互いに熱交換して冷媒を冷却するように形成される熱交換器を特にチラー（ｃｈｉｌｌｅｒ）と称することがある。一般的なチラーは、図１の例示のように、１種の冷却水と１種の冷媒が互いに熱交換するようになる。
【0005】
一方、最近、環境汚染問題が次第に深刻になるにつれて、内燃機関車に対する規制が深化しており、特定の国の場合、今後数十年内に内燃機関車自体の生産が禁止される見込みがあるほどの状況である。そのため、ハイブリッドカーまたは電気自動車の需要が大きく増加しており、関連研究も非常に活発になされている。
【0006】
電気自動車は、基本的に、バッテリに貯蔵された電力を用いてモータを駆動して移動が行われる形態を有する。この際、バッテリやモータでは相当な熱が発生し、内燃機関車でエンジンを冷却水で冷却することと同様に、バッテリ、モータも冷却水で冷却するようにする構造が導入され使用されている。この際、バッテリとモータで発生する熱量が異なるため、バッテリを冷却して高温になった冷却水とモータを冷却して高温になった冷却水の温度が互いに異なることは当然である。上述のチラーは、このように高温になった冷却水を冷媒と熱交換させて冷却する熱交換器であり、上述のように、２種の冷却水（バッテリ冷却用冷却水、モータ冷却用冷却水）の間の温度領域の差がひどい場合、単純に冷却水を混合して一つのチラーで冷却する場合、冷却して出た冷却水が相対的に低温の部品の冷却水として再使用するに十分な程度の低温を形成できないなど、冷却効率を低下させることが多い。
【0007】
このような問題を解消するための解決策として、最も単純には、バッテリ用チラーおよびモータ用チラーを別に形成する方式があり得る。しかし、このようにする場合、チラーを２個備える必要があり、エンジンルーム内の空間活用性が大きく不良になり、車両の重量が増加することでシステム効率が低下し、冷媒を２個のチラーに分配して供給することによって発生する装置複雑性および漏出危険性が増加するなど、多数の問題が発生する。
【0008】
したがって、一つの熱交換器で３種の熱交換媒体を熱交換することができる熱交換器、特に、２種の流体（媒体自体は同様に冷却水であっても温度領域が異なる場合、２種とみなすことができ、上述の例において、バッテリ冷却用冷却水およびモータ冷却用冷却水に該当する）を他の１種の流体（上述の例において、冷媒に該当する）と熱交換することができる熱交換器構造の開発が緊急の課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】韓国登録特許第１５４５６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明が目的とするところは、互いに異なる２種の流体およびさらに他の１種の流体が互いに熱交換することができるように形成される、すなわち、結果的に、３種の流体が互いに熱交換することができるように形成される熱交換器を提供することである。より具体的には、例えば、電気自動車において、バッテリ冷却用冷却水およびモータ冷却用冷却水のように、互いに温度領域が異なる２種の冷却水および１種の冷媒を一つの熱交換器で熱交換させることができるように形成される熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
熱交換器１００Ａ、１００Ｂは、複数個のプレートが積層されて形成されるプレート式熱交換器であって、第１流体が流動する第１流動部Ｖ１を含む第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂと、長さ方向の一側および他側に隔壁１２５によって区画され、第２流体および第３流体が互いに隔離されて流動する第２流動部Ｖ２を含む第２プレート１２０Ａ、１２０Ｂとを含み、第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂおよび第２プレート１２０Ａ、１２０Ｂが交互に積層されることができる。
【0012】
ここで、隔壁１２５は、隣接した第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂと接合される面上に少なくとも一つの隔壁孔１２５Ｈが形成されることができる。
【0013】
熱交換器１００Ａは、第１流体がそれぞれ流入および排出される第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２が形成され、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２は、互いに長さ方向に離隔して長さ方向の両端に配置されることができる。
【0014】
また、熱交換器１００Ａは、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２の仮想の連結線上に第１流動部Ｖ１に向かって突出して第１流体の流動を分配する流体分配構造が形成されることができる。
【0015】
また、前記流体分配構造は、第１流入孔Ｈ１または第１排出孔Ｈ２に近いほど突出面積が小さくなるように形成されることができる。より具体的には、前記流体分配構造は、突出した部分が三角形または円弧を含む形態に形成されることができる。
【0016】
また、前記流体分配構造は、第２プレート１２０Ａに形成される隔壁１２５と対応しない位置に形成されることができる。
【0017】
また、熱交換器１００Ａは、第１流入孔Ｈ１および－第１排出孔Ｈ２が幅方向の中央に配置されることができる。
【0018】
熱交換器１００Ａは、第２流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４、第３流体がそれぞれ流入および排出される第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が形成され、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が互いに幅方向に離隔して長さ方向の一側端部に配置され、第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が互いに幅方向に離隔して長さ方向の他側端部に配置されることができる。
【0019】
ここで、前記流体分配構造は、第１プレート１１０Ａの中央に形成され、第１流入孔Ｈ１または第１排出孔Ｈ２の方が円弧であり、中央の方が直線部である半円形に形成され、且つ隣接した第２プレート１２０Ａに形成された隔壁１２５に対応する位置を回避するように互いに離隔配置される一対の半円リブ１１２Ａであることができる。
【0020】
また、熱交換器１００Ａは、第２プレート１２０Ａの第２流入孔Ｈ３と第２排出孔Ｈ４との間を区画するように、第２プレート１２０Ａの一側側壁から長さ方向に延びる第２案内壁１２１Ａが備えられ、第２プレート１２０Ａの第３流入孔Ｈ５と第３排出孔Ｈ６との間を区画するように、第２プレート１２０Ａの他側側壁から長さ方向に延びる第３案内壁１２２Ａが備えられることができる。
【0021】
熱交換器１００Ａは、第２流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４、第３流体がそれぞれ流入および排出される第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が形成され、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が互いに幅方向に離隔して長さ方向の中央から一側に偏って配置され、第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が互いに幅方向に離隔して長さ方向の中央から他側に偏って配置されることができる。
【0022】
ここで、前記流体分配構造は、第１流入孔Ｈ１または第１排出孔Ｈ２に隣接形成され、第１流入孔Ｈ１または第１排出孔Ｈ２の方が頂点であり、中央の方が直線部である三角形に形成される一対の三角リブ１１３Ａであることができる。
【0023】
また、熱交換器１００Ａは、第２プレート１２０Ａの第２流入孔Ｈ３と第２排出孔Ｈ４との間を区画するように、隔壁１２５から長さ方向に延びる第２案内壁１２１Ａが備えられ、第２プレート１２０Ａの第３流入孔Ｈ５と第３排出孔Ｈ６との間を区画するように、隔壁１２５から長さ方向に延びる第３案内壁１２２Ａが備えられることができる。
【0024】
また、熱交換器１００Ａは、第１プレート１１０Ａおよび第２プレート１２０Ａ上に複数個のビードが形成されることができる。
【0025】
ここで、熱交換器１００Ａは、第１プレート１１０Ａに形成されたビードの密度が第２プレート１１０Ｂに形成されたビードの密度より低く形成されることができる。
【0026】
また、熱交換器１００Ａは、第１プレート１１０Ａに形成されたビードおよび第２プレート１１０Ｂに形成されたビードの位置が互いにずれるように形成されることができる。
【0027】
熱交換器１００Ｂは、第１流体がそれぞれ流入および排出される第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２が形成され、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２が隔壁１２５によって区画された長さ方向の一側または他側から選択されるいずれか一方に形成されることができる。
【0028】
また、熱交換器１００Ｂは、第１流体、第２流体、第３流体がいずれもＵフローを形成しながら流動することができる。
【0029】
また、熱交換器１００Ｂは、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２が互いに幅方向に離隔して長さ方向の一側端部に配置され、第１プレート１１０Ｂの第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２の間を区画するように、第１プレート１１０Ｂの一側側壁から中間まで長さ方向に延びる第１案内壁１１１Ｂが備えられることができる。
【0030】
また、熱交換器１００Ｂは、第２流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４、第３流体がそれぞれ流入および排出される第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が形成され、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が互いに幅方向に離隔して長さ方向の他側端部に配置され、第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が互いに幅方向に離隔して長さ方向の中間に配置され、第２プレート１２０Ｂの第２流入孔Ｈ３と第２排出孔Ｈ４との間を区画するように、第２プレート１２０Ｂの他側側壁から中間まで長さ方向に延びる第２案内壁１２１Ｂが備えられ、第２プレート１２０Ｂの第３流入孔Ｈ５と第３排出孔Ｈ６との間を区画するように、隔壁１２５から中間まで長さ方向に延びる第３案内壁１２２Ｂが備えられることができる。
【0031】
熱交換器１００Ｃは、複数個のプレートが積層されて形成されるプレート式熱交換器であって、第１流体が流動する第１流動部Ｖ１を含む第１プレート１１０Ｃと、第２流体または第３流体から選択されるいずれか一つの流体が流動する第２流動部Ｖ２を含む第２プレート１２０Ｃと、第２流動部Ｖ２を含み、第２流体および第３流体の積層方向への流通を遮断する隔膜プレート１３０とを含み、第１プレート１１０Ｃおよび第２プレート１２０Ｃが交互に積層され、積層された第２プレート１２０Ｃのうち一つが隔膜プレート１３０に代替されて前記隔膜プレート１３０の位置を基準に、一側には第１、２流体が流通し、他側には第１、３流体が流通するように形成されることができる。
【0032】
ここで、第１プレート１１０Ｃおよび第２プレート１２０Ｃは、第１流体がそれぞれ流入および排出される第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２、第２流体または第３流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が形成されることができる。
【0033】
また、熱交換器１００Ｃは、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２が互いに幅方向に離隔して長さ方向の一側端部に配置され、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が互いに幅方向に離隔して長さ方向の他側端部に配置されることができる。
【0034】
また、熱交換器１００Ｃは、第１プレート１１０Ｃの第１流入孔Ｈ１と第１排出孔Ｈ２との間を区画するように、第１プレート１１０Ｃの一側側壁から中間まで長さ方向に延びる第１案内壁１１１Ｃが備えられることができる。
【0035】
また、熱交換器１００Ｃは、第２プレート１２０Ｃの第２流入孔Ｈ３と第２排出孔Ｈ４との間を区画するように、第２プレート１２０Ｃの他側側壁から中間まで長さ方向に延びる第２案内壁１２１Ｃが備えられることができる。
【0036】
また、熱交換器１００Ｃは、隔膜プレート１３０の第２流入孔Ｈ３位置と第２排出孔Ｈ４位置との間を区画するように、隔膜プレート１３０の他側側壁から中間まで長さ方向に延びる隔膜案内壁１３１が備えられることができる。
【0037】
熱交換器１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、電気自動車またはハイブリッドカーに備えられ、第１流体が冷媒であり、第２流体および第３流体のいずれか一つがバッテリ冷却用冷却水であり、残りの一つがモータ冷却用冷却水であることができる。
【発明の効果】
【0038】
本発明によると、互いに異なる２種の流体およびさらに他の１種の流体が互いに熱交換することができるように形成され、すなわち、結果的に、３種の流体が一つの熱交換器によって互いに熱交換することができるようにする効果がある。従来、このような３種の流体を冷却効率またはシステム効率の低減を防止しながら熱交換するために、２個の熱交換器、すなわち、２種の流体のうち一つとさらに他の１種の流体との間の熱交換する一つの熱交換器および２種の流体のうち他の一つとさらに他の１種の流体との間に熱交換する他の一つの熱交換器を別に備えられる必要があり、そのため、エンジンルーム内の空間活用性の低下、車両の重量増加によるシステム効率の低下、冷媒分配供給による装置複雑性および漏出危険性の増加などの様々な問題があった。しかし、本発明によると、３種の流体が一つの熱交換器によって互いに熱交換することができるようにすることで、このような問題を最初から排除する大きな効果を得ることができる。
【0039】
特に、本発明によると、このような構造を電気自動車のチラーとして活用することで、活用性を極大化することができる。電気自動車の場合、バッテリ冷却用冷却水およびモータ冷却用冷却水の温度領域が異なるように形成され、そのため、冷媒で冷却水を冷却するチラーで上述の２種の冷却水を同時に冷却することが難しいことがあった。一方、本発明の熱交換器は、互いに異なる２種の流体およびさらに他の１種の流体が互いに熱交換することができるように形成され、本発明の熱交換器をこのようなチラーに適用するのに非常に好適である。すなわち、本発明の熱交換器の適用時に、一つの熱交換器上でバッテリ冷却用冷却水およびモータ冷却用冷却水が互いに別の出入口で流通し、さらに他の別の出入口で流通する冷媒とはそれぞれ独立して熱交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】従来の２種流体熱交換器の分解斜視図である。
【図2】本発明の熱交換器の第１－１実施形態の組立斜視図である。
【図3】本発明の熱交換器の第１－１実施形態の分解斜視図である。
【図4】本発明の熱交換器の第１－１実施形態の第１、２プレートである。
【図5】本発明の熱交換器の第１－１実施形態の第１、２プレートの詳細図である。
【図6】本発明の熱交換器の第１－１実施形態の第１、２プレートの詳細図である。
【図7】本発明の熱交換器の第１－１実施形態の第１、２プレートの詳細図である。
【図8】本発明の熱交換器の隔壁の様々な実施形態である。
【図9】本発明の熱交換器の第１－２実施形態の組立斜視図である。
【図10】本発明の熱交換器の第１－２実施形態の分解斜視図である。
【図11】本発明の熱交換器の第１－２実施形態の第１、２プレートである。
【図12】本発明の熱交換器の第１－２実施形態の第１、２プレートの詳細図である。
【図13】本発明の熱交換器の第１－２実施形態の第１、２プレートの詳細図である。
【図14】本発明の熱交換器の第１－２実施形態の第１、２プレートの詳細図である。
【図15】本発明の熱交換器の第２実施形態の組立斜視図である。
【図16】本発明の熱交換器の第２実施形態の分解斜視図である。
【図17】本発明の熱交換器の第２実施形態の第１、２プレートである。
【図18】本発明の熱交換器の第３実施形態の組立斜視図である。
【図19】本発明の熱交換器の第３実施形態の第１、３流体側の分解斜視図である。
【図20】本発明の熱交換器の第３実施形態の第２、３流体側の分解斜視図である。
【図21】本発明の熱交換器の第３実施形態の隔膜側の分解斜視図である。
【図22】本発明の熱交換器の第３実施形態の第１、２プレートおよび隔膜プレートである。
【発明を実施するための形態】
【0041】
以下、上述のような構成を有する本発明による熱交換器について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0042】
本発明の熱交換器
本発明の熱交換器は、基本的に、上記図１および先行文献で説明したような２種流体熱交換器と同様に、互いに熱交換しようとする流体が流通する空間が高さ方向に交互に積層配置されるようにしたプレート式熱交換器の形態である。より具体的に説明すると、従来の２種流体熱交換器は、第１流体が流通する空間および第２流体の流通する空間が高さ方向に交互に積層配置され、第１流体および第２流体が互いに熱交換するようにする。本発明の熱交換器は、一つの装置で第１流体および第２流体が互いに熱交換するとともに、第１流体および第３流体が互いに熱交換するようにする。このために、簡単に説明すると、本発明の熱交換器は、従来の２種流体熱交換器を長さ方向または高さ方向に区画し、区画した一部には、従来と同様に第２流体が流通するようにし、残りの一部には、第２流体の代わりに第３流体が流通するようにする。このようにすることで、区画した一部では第１流体と第２流体との間の熱交換が、残りの一部では第１流体と第３流体との間の熱交換が行われ、一つの熱交換器で３種の流体が同時に熱交換することができる。
本発明の熱交換器は、基本的に、上記図１および先行文献で説明したような２種流体熱交換器と同様に、互いに熱交換しようとする流体が流通する空間が高さ方向に交互に積層配置されるようにしたプレート式熱交換器の形態である。より具体的に説明すると、従来の２種流体熱交換器は、第１流体が流通する空間および第２流体の流通する空間が高さ方向に交互に積層配置され、第１流体および第２流体が互いに熱交換するようにする。本発明の熱交換器は、一つの装置で第１流体および第２流体が互いに熱交換するとともに、第１流体および第３流体が互いに熱交換するようにする。このために、簡単に説明すると、本発明の熱交換器は、従来の２種流体熱交換器を長さ方向または高さ方向に区画し、区画した一部には、従来と同様に第２流体が流通するようにし、残りの一部には、第２流体の代わりに第３流体が流通するようにする。このようにすることで、区画した一部では第１流体と第２流体との間の熱交換が、残りの一部では第１流体と第３流体との間の熱交換が行われ、一つの熱交換器で３種の流体が同時に熱交換することができる。
【0043】
このような熱交換器は、温度領域が異なる冷却水が発生する電気自動車またはハイブリッドカーで非常に有効に活用することができる。すなわち、前記熱交換器において、第１流体が冷媒であり、第２流体が冷却水であり、第３流体が第２流体とは温度領域が異なる冷却水であることができる。より具体的には、前記熱交換器は、電気自動車またはハイブリッドカーに備えられるものであって、第２流体および第３流体のいずれか一つがバッテリ冷却用冷却水であり、残りの一つがモータ冷却用冷却水であることができる。上述のように、従来、温度領域が異なる冷却水を別に冷却するように別のチラーを備える必要があり、そのため、エンジンルーム内の空間活用性の低下、車両の重量増加によるシステム効率の低下、冷媒分配供給による装置複雑性および漏出危険性の増加などの様々な問題があった。 しかし、本発明によると、３種の流体が一つの熱交換器によって互いに熱交換することができるようにすることで、このような問題を最初から排除することができる。
【0044】
図１および先行文献で説明したような２種流体熱交換器と同様、本発明の熱交換器もプレート上に上側または下側に突出して流体の流動に乱流を形成する複数個のビードが形成されることができる。このようなビードによって乱流が形成されることで、熱交換性能が向上することは、周知の事実であり、ビードの形状、配置形態、配置密度などに様々な変更を実施することで、熱交換性能がより向上することができる。一方、以下の実施形態の説明のための図面では、図面の簡略化のためにビードを省略して図示しているが、これによって本発明が限定されるものではない。上述のように、ビード形成の趣旨および構造は、熱交換器技術分野において周知であり、様々な先行研究が行われているところ、本発明の熱交換器にもいくらでもビード形成構成を採用できることは言うまでもない。
【0045】
本発明の熱交換器は、第１、２実施形態では、第２、３流体の区画が長さ方向に行われ、第３実施形態では、第２、３流体の区画が高さ方向に行われる。以降、長さ方向に区画される第１、２実施形態および高さ方向に区画される第３実施形態それぞれについて説明する前に、第１、２、３実施形態において共通の事項、すなわち、厳密には、従来の２種流体熱交換器と類似の構造からなる部分について先ず説明する。
【0046】
図２～図１４は本発明の熱交換器の第１実施形態を説明するための図であり、図１５～図１７は本発明の熱交換器の第２実施形態を説明するための図であり、図１８～図２２は本発明の熱交換器の第３実施形態を説明するための図である。各実施形態の組立斜視図である図２、図１５、図１８から分かるように、前記熱交換器は、複数個のプレートが積層されて形成されるプレート式熱交換器形態からなる熱交換器として、第１、２、３実施形態が、共通して、第１流体入口１４１および第１流体出口１４２、第２流体入口１４３および第２流体出口１４４、第３流体入口１４５および第３流体出口１４６、また、高さ方向に積層される複数個のプレートを含む。
【0047】
本発明の熱交換器１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃに含まれるプレートは、一般的なプレート式熱交換器に使用されるプレートと同様、層別に異なる流体が交互に流動する。本発明のすべての実施形態において、第１流体が流動する第１流動部Ｖ１を含むプレートを第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃと称し、第２流体および／または第３流体が流動する第２流動部Ｖ２を含むプレートを第２プレート１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃと称する。すなわち、本発明の熱交換器１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、すべての実施形態において、第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃおよび第２プレート１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃが交互に積層される形態からなる。
【0048】
本発明の熱交換器１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃに含まれるプレートは、いずれもそれぞれの流体入口および流体出口と連通する流入孔および排出孔を有する。第１、２実施形態の場合、第２、３流体の区画が長さ方向に行われるため、すべてのプレートにすべての流体の流入孔および排出孔が形成される。すなわち、各プレートごとに６個の孔が形成される。一方、第３実施形態の場合、第２、３流体の区画が高さ方向に行われるため、一般的な２種流体プレート式熱交換器と同様に、各プレートごとに４個の孔だけ形成される。具体的には、第１、２実施形態の場合、第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂおよび第２プレート１２０Ａ、１２０Ｂは、第１流体がそれぞれ流入および排出される第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２、第２流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４、第３流体がそれぞれ流入および排出される第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が形成される。この際、第１流動部Ｖ１への第２流体および第３流体の流通を遮断するように、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２の周縁に第２流動部Ｖ２方向に突出する第１接合部Ｒ１、Ｒ１’が形成され、第２流動部Ｖ２への第１流体の流通を遮断するように、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４の周縁に第１流動部Ｖ１方向に突出する第２接合部Ｒ２、Ｒ２’が形成され、第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６の周縁に第１流動部Ｖ１方向に突出する第３接合部Ｒ３、Ｒ２’が形成されることは言うまでもない。一方、第３実施形態の場合、第１プレート１１０Ｃおよび第２プレート１２０Ｃは、第１流入／排出孔Ｈ１、Ｈ２、第２流入／排出孔Ｈ３、Ｈ４のみ形成される。流体が流動する空間である第１、２流動部Ｖ１、Ｖ２は、プレートの周縁が上側に突出することで、上側内部に形成される。第１、２、３実施形態は、共通して、前記プレートは、高さ方向に複数個が積層され、この際、隣り合う第１接合部Ｒ１、Ｒ１’が互いに接合し、隣り合う第２接合部Ｒ２、Ｒ２’が互いに接合し、隣り合う第３接合部Ｒ３、Ｒ３’が互いに接合するようになる。このように各接合部が接合されることで、それぞれ［第１流体］と［第２流体および／または第３流体］が交互に流動する第１流動部Ｖ１および第２流動部Ｖ２が形成される。
【0049】
複数の図面において、接合部Ｒ１～Ｒ３’は、上側プレートから下側に流動空間の高さの一部だけ突出し、下側プレートから上側に流動空間の高さの残りの一部だけ突出し、これらが接合されることで、互いに異なる流体が交互に異なる層に流れることができる流路を形成できるように図示している。しかし、これによって本発明が限定されるものではなく、例えば、接合部が各プレートから流動空間の高さだけ突出すると、接合部同士が接合されるものではなく、接合部およびプレートが接合されることで流路を形成するようにすることもできる。このような変更実施は、必要に応じて適宜適用されることができ、本発明の図面に限定されないことは言うまでもない。
【0050】
第１、２実施形態の場合、長さ方向に区画が行われるため、図２～図１４または図１５～図１７に図示しているように、第３流体入口１４５および第３流体出口１４６が、第１、２流体入口１４１、１４３および第１、２流体出口１４２、１４４と同じ面に備えられることができる。第１実施形態の場合、第２流体入口／出口１４３、１４４対が幅方向に離隔して長さ方向の一側に配置され、第３流体入口／出口１４５、１４６対がまた幅方向に離隔して長さ方向の他側に配置され、且つ第１流体入口１４１は、第２流体入口／出口１４３、１４４対の間に配置され、第１流体出口１４２は、第３流体入口／出口１４５、１４６の間に配置されるように長さ方向に両端に離隔配置される。第２実施形態の場合、第１、２、３流体入口／出口１４１～１４６対がいずれも幅方向に離隔し、且つ第１、２流体入口／出口１４１～１４４対が長さ方向に両端に離隔配置され、第３流体入口／出口１４５、１４６対は、これらの間に、すなわち、長さ方向に中間に配置される。第１、２実施形態の場合には、すべての流体出入口１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６がいずれも同一方向に突出するように形成することができ、エンジンルーム内の空間活用性をより向上させることができるという利点がある。
【0051】
第３実施形態の場合、高さ方向に区画が行われるため、図１８～図２１に図示しているように、第１、２流体入口／出口１４１～１４４対が長さ方向に両端に離隔配置され、且つ第３流体入口／出口１４５、１４６対は、第２流体入口／出口１４３、１４４対に対応する位置且つ反対側に形成される。第３実施形態の場合、従来の２種流体熱交換器とほぼ同じ構造からなるが、（以降、より詳細に説明するが）部品一つだけを追加することで、熱交換器に変えることができるという点で互換性が高いという利点がある。
【0052】
本発明のすべての実施形態において、複数個の前記第２流動部Ｖ２のうち一部が区画されて第３流体入口１４５および第３流体出口１４６と連通することで第３流体が流通するように形成され、第１流体と第２流体との間の熱交換および第１流体と第３流体との間の熱交換が同時に行われるように形成される。以下、各実施形態についてより詳細に説明する。
【0053】
本発明の熱交換器の第１実施形態
図２および図９はそれぞれ本発明の熱交換器の第１実施形態の組立斜視図として、第１実施形態は、第２、３流体入口／出口の位置の変更によって第１－１実施形態および第１－２実施形態に分けられることができる。第１実施形態において、熱交換器１００Ａは、第２プレート１２０Ａが長さ方向の一側および他側に隔壁１２５によって区画され、第２流動部Ｖ２内で第２流体および第３流体が互いに隔離されて流動する。これにより、一側および他側から選択される一方の第２流動部Ｖ２は、第２流体が流通する第２流体領域Ｍ１を形成し、残りの一方の第２流動部Ｖ２は、第３流体が流通する第３流体領域Ｍ２を形成する。図２および図９では、例示的に、一側が前記第２流体領域Ｍ１を、他側が第３流体領域Ｍ２を形成するようにしている。
図２および図９はそれぞれ本発明の熱交換器の第１実施形態の組立斜視図として、第１実施形態は、第２、３流体入口／出口の位置の変更によって第１－１実施形態および第１－２実施形態に分けられることができる。第１実施形態において、熱交換器１００Ａは、第２プレート１２０Ａが長さ方向の一側および他側に隔壁１２５によって区画され、第２流動部Ｖ２内で第２流体および第３流体が互いに隔離されて流動する。これにより、一側および他側から選択される一方の第２流動部Ｖ２は、第２流体が流通する第２流体領域Ｍ１を形成し、残りの一方の第２流動部Ｖ２は、第３流体が流通する第３流体領域Ｍ２を形成する。図２および図９では、例示的に、一側が前記第２流体領域Ｍ１を、他側が第３流体領域Ｍ２を形成するようにしている。
【0054】
第１実施形態は、熱交換器１００Ａにおいて、第２、３流体の区画が長さ方向に行われ、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２が隔壁１２５によって区画された長さ方向の一側および他側のそれぞれに形成される実施形態である。第１実施形態において、第２流入／排出孔Ｈ３、Ｈ４および第３流入／排出孔Ｈ５、Ｈ６は、隔壁１２５を基準に両方に形成され、長さ方向両側端部に配置されるかまたは長さ方向の中心付近に配置されるかによって、第１－１実施形態および第１－２実施形態が分けられる。
【0055】
第１－１実施形態および第１－２実施形態とも、すなわち、第１実施形態の全体で共通した部分について先ず説明すると、以下のとおりである。第１実施形態では、上述のように、隔壁１２５によって第２流動部Ｖ２で第２、３流体の区画が長さ方向に行われ、区画された両方にそれぞれ第１流入／排出孔Ｈ１、Ｈ２が形成される。ここで、第１実施形態の熱交換器１００Ａでは、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２の仮想の連結線上に第１流動部Ｖ１に向かって突出して第１流体の流動を分配する流体分配構造が形成されるようにする。
【0056】
第１流動部Ｖ１および第２流動部Ｖ２は、交互に積層されるように配置されるのに対し、第２流動部Ｖ２は、隔壁１２５によって長さ方向に区画されているため、第１流体は、長さ方向に直線に流れる一方、第２、３流体は長さ方向の両側でＵフローを形成しながら流れる。ここで、第２、３流体がＵターン（Ｕ－ｔｕｒｎ）する区間ではどうしても流動速度が遅くなり、長さ方向に流れる時に流動速度が速くなる。このような点を考慮すると、第１流体と第２流体／第１流体と第３流体が最大限によく熱交換することができるようにするためには、長さ方向に第１流体をより集中させることが好ましい。前記流体分配構造は、まさにこのために備えられるものであり、第２、３流体のＵフローのうち長さ方向に流れる部分と接する第１流体の流量を増やすことで、結果的に、熱交換性能を向上させることができる。
【0057】
一方、上述のような熱交換性能の観点から見ると、第１流体が幅方向のいずれか一方に集中する場合、全体的な熱交換性能が当然低下する。このような問題を避けるために、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２が互いに長さ方向に離隔して長さ方向の両端に配置され、且つ幅方向には中央に配置されるようにすることが好ましい。流体分配構造は、第１流入孔Ｈ１から第１排出孔Ｈ２までの延長線上に存在するため、結果的に、流体分配構造は、幅方向の中央に配置される。
【0058】
以下、第１－１実施形態および第１－２実施形態について説明しながら、前記流体分配構造のより具体的な構成について詳細に説明する。
【0059】
図２は本発明の熱交換器の第１－１実施形態の組立斜視図であり、図３は本発明の熱交換器の第１－１実施形態の分解斜視図である。また図４は本発明の熱交換器の第１－１実施形態の第１、２プレートを斜視図形態として別に図示したものであり、図５～図７は本発明の熱交換器の第１－１実施形態の第１、２プレートを上面図形態としてより詳細に図示したものである。
【0060】
図９は本発明の熱交換器の第１－２実施形態の組立斜視図であり、図１０は本発明の熱交換器の第１－２実施形態の分解斜視図である。また図１１は本発明の熱交換器の第１－２実施形態の第１、２プレートを斜視図形態として別に図示したものであり、図１２～図１４は本発明の熱交換器の第１－２実施形態の第１、２プレートを上面図形態としてより詳細に図示したものである。
【0061】
先ず、図５～図７に示すとおり、第１－１実施形態の前記熱交換器１００Ａにおいて、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が互いに幅方向に離隔して長さ方向の一側端部に配置され、第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が互いに幅方向に離隔して長さ方向の他側端部に配置される。すなわち、前記第２流入／排出孔Ｈ３、Ｈ４対および前記第３流入／排出孔Ｈ５、Ｈ６対が長さ方向の両端に配置される。ここで、第２プレート１２０Ａには、それぞれの流入／排出孔を介して流通する第２、３流体が孔の近くでのみ流れず、最大限に多くの面積を通過しながら流れるように、Ｕフローの形成のための案内壁が備えられる。具体的には、第２プレート１２０Ａの第２流入孔Ｈ３と第２排出孔Ｈ４との間を区画するように、第２プレート１２０Ａの一側側壁から中間まで長さ方向に延びる第２案内壁１２１Ａが備えられて第２流体のＵフローを形成し、第２プレート１２０Ａの第３流入孔Ｈ５と第３排出孔Ｈ６との間を区画するように、第２プレート１２０Ａの他側側壁から中間まで長さ方向に延びる第３案内壁１２２Ａが備えられて第３流体のＵフローを形成する。
【0062】
一方、図１２～図１４に示すとおり、第１－２実施形態の熱交換器１００Ａにおいて、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が互いに幅方向に離隔して長さ方向の中央から一側に偏って配置され、第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が互いに幅方向に離隔して長さ方向の中央から他側に偏って配置される。すなわち、第２流入／排出孔Ｈ３、Ｈ４対および第３流入／排出孔Ｈ５、Ｈ６対が長さ方向の中央に近く配置される。ここで、第２プレート１２０Ａには、第１－１実施形態と同様に案内壁が備えられ、この場合、孔の位置が第１－１実施形態とは反対であり、案内壁の位置も第１－１実施形態と反対になる。すなわち、第２プレート１２０Ａの第２流入孔Ｈ３と第２排出孔Ｈ４との間を区画するように、隔壁１２５から中間まで長さ方向に延びる第２案内壁１２１Ａが備えられて第２流体のＵフローを形成し、第２プレート１２０Ａの第３流入孔Ｈ５と第３排出孔Ｈ６との間を区画するように、隔壁１２５から中間まで長さ方向に延びる第３案内壁１２２Ａが備えられて第３流体のＵフローを形成する。
【0063】
図５～図７、図１２～図１４に示すとおり、第１－１実施形態および第１－２実施形態のいずれにも、第１流体は、第１流入孔Ｈ１から第１排出孔Ｈ２まで直線に流れる。前記流体分配構造は、上述のように、第１流入孔Ｈ１から第１排出孔Ｈ２まで流れる第１流体の流動を適宜分配するためである。
【0064】
ここで、第１流体がよく分配されて流れるように、前記流体分配構造は、第１流入孔Ｈ１または第１排出孔Ｈ２に近いほど突出面積が小さくなるように形成されることが好ましい。このような形状の例示として、前記流体分配構造は、第１－１実施形態である図５～図７に図示しているように、円弧を含む形態に形成されることもでき、第１－２実施形態である図１２～図１４に図示しているように、三角形に形成されることもできる。
【0065】
一方、第１流体が流動する空間は、第１流動部Ｖ１、すなわち、第１プレート１１０Ａ上に形成された空間であるため、隔壁１２５とは関係なく、第１流体は、第１流入孔Ｈ１から第１排出孔Ｈ２までよく流れることができる。しかし、隔壁１２５は、第２流動部Ｖ２の方に突出するように、第２プレート１２０Ａ上に形成される構造物であり、第１流動部Ｖ１および第２流動部Ｖ２は、交互に積層されるように配置されるため、第１流動部Ｖ１の方から見る時に、隔壁１２５の位置は、上側に陥没した空間を形成する。このような陥没空間を介して隔壁１２５によって区画された流体が一側から他側に（または他側から一側に）移動する内部リーク（ｌｅａｋ）を引き起こす恐れがある。このように、隔壁１２５の位置で内部リークが発生される問題を防止するために、前記流体分配構造は、第２プレート１２０Ａに形成される隔壁１２５と対応しない位置に形成されることが好ましい。
【0066】
さらに、隔壁１２５についてより詳細に説明すると、以下のとおりである。図８は本発明の熱交換器の隔壁の様々な実施形態を図示したものである。図８の上側図は、図７の下側図面に図示している第１－１実施形態の第２プレート１２０Ａの斜視図と同じ図である。隔壁１２５は、上述のように、第２流動部Ｖ２を区画して、いずれか一方には第２流体が、他の一方には第３流体が互いに隔離されて流動するようにするための構造物である。ここで、第２、３流体は、互いに作動温度の範囲が異なる流体であることができるが（例示的に、いずれか一つはバッテリ冷却用冷却水、他の一つはモータ冷却用冷却水）、ここで、隔壁１２５は、実質的に、一つの板材がプレスされて曲げられた形態に形成される構造物であるため、隔壁１２５に沿って第２、３流体の間に好ましくない熱伝逹が発生する恐れがある。このような問題を防止するために、隔壁１２５には、図８の下側図に図示しているような少なくとも一つの隔壁孔１２５Ｈが形成されることができる。具体的に説明すると、隔壁孔１２５Ｈは、隔壁１２５の隣接した第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂと接合される面上に形成される。隔壁孔１２５Ｈが形成されることで、上述のように、隔壁１２５に沿って発生する熱伝逹の熱伝逹面積を減少させることで、第２、３流体の間の好ましくない熱伝逹を低減する効果を得ることができる。同様に、隔壁１２５が隣接した第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂと完全に接合しない場合、隔壁孔１２５Ｈを介して内部リークが発生し得るため、隔壁孔１２５Ｈは、内部リークがあるか確認するためにも使用されることができる。
【0067】
上述のような条件をすべて考慮すると、第１－１実施形態および第１－２実施形態での前記流体分配構造は、最適化のためには、その位置や形状が互いに少し相違することができる。
【0068】
先ず、第１－１実施形態での前記流体分配構造は、図５～図７に図示している半円リブ１１２Ａの形態に形成されることが好ましい。より具体的には、半円リブ１１２Ａは、第１プレート１１０Ａの中央に形成され、第１流入孔Ｈ１または第１排出孔Ｈ２の方が円弧であり、中央の方が直線部である半円形に形成される。第１－１実施形態での前記流体分配構造が三角形に形成されてもよいが、第１－１実施形態の場合、第１流体の大きな流れを中央から分離しなければならないため、よりスムースで緩やかに流体の流れを分配するように形成されることが好ましく、したがって、三角形ではなく、半円状に形成することが有利である。
【0069】
また、第１－１実施形態では、前記流体分配構造が第１プレート１１０Ａの中央に形成されるため、また、第２プレート１２０Ａの中央に形成される隔壁１２５とその位置が対応する恐れがあり、したがって、隣接した第２プレート１２０Ａに形成された隔壁１２５に対応する位置を回避するようにした一対の半円リブ１１２Ａが互いに適切な間隔で離隔配置されるようにすることが好ましい。
【0070】
一方、第１－２実施形態での前記流体分配構造は、図１２～図１４に図示している三角リブ１１３Ａの形態に形成されることが好ましい。より具体的には、三角リブ１１３Ａは、第１流入孔Ｈ１または第１排出孔Ｈ２に隣接形成され、第１流入孔Ｈ１または第１排出孔Ｈ２の方が頂点であり、中央の方が直線部である三角形に形成されることが好ましい。第１－２実施形態での前記流体分配構造が半円形に形成されてもよいが、第１－２実施形態の場合、第１流体が第１流入孔Ｈ１に流入された直後または第１排出孔Ｈ２で排出される直前の小さな流れを分離しなければならないため、多少鋭く流体の流れを分配するように形成されることが好ましく、したがって、半円形ではなく、三角形に形成することが有利である。
【0071】
また、第１－２実施形態では、前記流体分配構造が第１流入孔Ｈ１または第１排出孔Ｈ２に隣接形成されるため、第２プレート１２０Ａの中央に形成される隔壁１２５とはすでにその位置がかなり離れているため、隔壁１２５との干渉の恐れはない。ただし、第２プレート１２０Ａには、隔壁１２５だけでなく、（第２流体のＵフロー形成のための）第１、２案内壁１２１Ａ１２２Ａが形成されており、これらとの干渉も考慮しなければならないため、三角リブ１１３Ａは、第１、２案内壁１２１Ａ１２２Ａと重ならない位置に形成されるようにすることが好ましい。
【0072】
第１実施形態の様々な図面のうち、図２～図４、図９～図１１では、全体的な構造をよりよく示すために、第１プレート１１０Ａおよび第２プレート１２０Ａ上にビードを図示していないが、上述のように、プレート式熱交換器に含まれるプレートには、一般的に、ビードを形成して、熱交換性能をより向上する技術が公知となっている。本発明においても、ビードの図示が省略されていても、プレート上にビードを形成することができることは言うまでもない。すなわち、熱交換器１００Ａにおいて、第１プレート１１０Ａおよび第２プレート１２０Ａ上に複数個のビードが形成されることができる。
【0073】
図５～図７、図１２～図１４は、それぞれ、第１－１実施形態および第１－２実施形態での第１、２プレート１１０Ａ、１２０Ａの上面図として、これにはビードを具体的に図示している。第１－１実施形態の図５および第１－２実施形態の図１２では、第１、２プレート１１０Ａ、１２０Ａに形成されたビードの密度が同一である例示を示す。ここで、「ビードの密度」とは、所定のプレート面積に形成されたビードの個数を意味する。ただし、第１、２プレート１１０Ａ、１２０Ａに形成されたビードが互いにいずれも同じ位置に形成される場合、干渉によって流体の流れ特性が不良になる恐れがあるため、図示しているように、第１プレート１１０Ａに形成されたビードおよび第２プレート１１０Ｂに形成されたビードの位置が互いにずれるように形成されることが好ましい。
【0074】
一方、第１、２、３流体の作動温度の範囲や粘度などによってそれぞれのプレート上のビードの密度が同様に形成される構造が最適であり得る。しかし、上記で、具体的な例示として、第１流体は冷媒、第２、３流体はバッテリ用／モータ用冷却水であり得ると説明している。このような場合、冷媒と冷却水の粘度に差があるため、ビードの密度を同様にするより相違するようにすることが、熱交換性能をより向上させることができる。第１－１実施形態の図６および第１－２実施形態の図１３では、第２プレート１２０Ａにサブディンプルを追加することで、第１プレート１１０Ａに形成されたビードの密度が第２プレート１１０Ｂに形成されたビードの密度より低く形成されるようにする例示を示す。サブディンプルが追加されると、熱交換面積が増加するため、熱交換性能が向上する傾向があるが、冷媒の場合、抵抗が大きくなることよって冷媒温度が高くなり、かえって熱交換性能に悪い影響を及ぼす恐れがある。したがって、第１流体が冷媒／第２、３流体が冷却水である場合、第２プレート１２０Ａにのみサブディンプルが追加されるようにすることが好ましい。
【0075】
第１－１実施形態の図７および第１－２実施形態の図１４では、第２プレート１２０Ａにサブディンプルを追加するとともに、第１プレート１１０Ａに形成されたビードの密度をより下げた例示を示す。冷媒の場合、抵抗が小さくなるほど冷媒温度が低くなり、冷却水との温度差をより大きくすることで熱交換性能を高めることができ、したがって、図７および図１４のように、第１プレート１１０Ａに形成されたビードの密度をより下げるようにすることもできる。ただし、ビードの密度が過剰に低くなると、耐圧性に問題が生じることがあり、このような事項および冷媒の粘度などを考慮して、ビードの密度が適切な水準に決定されることができる。
【0076】
本発明の熱交換器の第２実施形態
図１５は本発明の熱交換器の第２実施形態の組立斜視図である。第２実施形態において、熱交換器１００Ｂは、第１実施形態と同様、第２プレート１２０Ａが長さ方向の一側および他側に隔壁１２５によって区画され、第２流動部Ｖ２内で第２流体および第３流体が互いに隔離されて流動する。これにより、一側および他側から選択される一方の第２流動部Ｖ２は、第２流体が流通する第２流体領域Ｍ１を形成し、残りの一方の第２流動部Ｖ２は、第３流体が流通する第３流体領域Ｍ２を形成する。図１５では、例示的に、他側が第２流体領域Ｍ１を、一側が第３流体領域Ｍ２を形成するようにしている。
図１５は本発明の熱交換器の第２実施形態の組立斜視図である。第２実施形態において、熱交換器１００Ｂは、第１実施形態と同様、第２プレート１２０Ａが長さ方向の一側および他側に隔壁１２５によって区画され、第２流動部Ｖ２内で第２流体および第３流体が互いに隔離されて流動する。これにより、一側および他側から選択される一方の第２流動部Ｖ２は、第２流体が流通する第２流体領域Ｍ１を形成し、残りの一方の第２流動部Ｖ２は、第３流体が流通する第３流体領域Ｍ２を形成する。図１５では、例示的に、他側が第２流体領域Ｍ１を、一側が第３流体領域Ｍ２を形成するようにしている。
【0077】
第２実施形態は、熱交換器１００Ｂにおいて、第２、３流体の区画が長さ方向に行われ、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２が隔壁１２５によって区画された長さ方向の一側または他側から選択されるいずれか一方に形成される実施形態である。第１実施形態の場合、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２が隔壁１２５の一側および他側のそれぞれに備えられるのに対し、第２実施形態の場合、一側または他側のいずれか一方に集中して形成されるという点で第１実施形態とは相違する。
【0078】
第２実施形態では、一般的な２種流体熱交換器と同様に、第１流動部Ｖ１では第１流体がＵフローを形成しながら流れ、第２流動部Ｖ２は、隔壁１２５によって長さ方向の一側および他側に区画されて、それぞれ、第２、３流体がそれぞれＵフローを形成しながら流れる。このような流れを実現するために、第２実施形態での熱交換器１００Ｂは、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２が互いに幅方向に離隔して長さ方向の一側端部に配置され、前記第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が互いに幅方向に離隔して長さ方向の他側端部に配置され、第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が互いに幅方向に離隔して長さ方向の中間に配置されるようにする。
【0079】
一方、図面上に図示していないが、上記第１実施形態での隔壁孔１２５Ｈが第２実施形態での隔壁１２５にも形成され得ることは言うまでもない。隔壁孔１２５Ｈにより、第２、３流体の間の好ましくない熱伝逹を遮断し、必要に応じて内部リークを確認することもできることは、第１実施形態と同様である。
【0080】
図１６は本発明の熱交換器の第２実施形態の分解斜視図であり、図１７は本発明の熱交換器の第２実施形態の第１、２プレートを別に図示したものである。これにより、本発明の熱交換器の第２実施形態、特に、前記プレートの具体的な構成について詳細に説明する。
【0081】
図１６および図１７に図示しているように、第２実施形態において、前記プレートは、第１プレート１１０Ｂおよび第２プレート１２０Ｂの２種で構成される。また、前記プレートは、第３流体入口１４５および第３流体出口１４６と連通するようにそれぞれ中空され、その周縁が第１接合部Ｒ１、Ｒ１’と反対方向に突出する第３接合部Ｒ３、Ｒ３’が形成される第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が形成される。したがって、前記プレートが高さ方向に複数個が積層されると、隣り合う第３接合部Ｒ３、Ｒ３’が互いに接合される。以下、より詳細に説明するが、第３接合部Ｒ３、Ｒ３’の突出方向は、第２接合部Ｒ２、Ｒ２’と同様（すなわち、第１接合部Ｒ１、Ｒ１’とは反対に）に形成される。
【0082】
第１プレート１１０Ｂでは、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２の周縁に下側に突出する第１接合部Ｒ１’が形成され、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４の周縁に上側に突出する第２接合部Ｒ２が形成され、第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６の周縁に上側に突出する第３接合部Ｒ３が形成される。これにより、第１プレート１１０Ｂの上側内部の流体流動空間で、第２接合部Ｒ２および隣り合うプレートから下側に突出する第２接合部Ｒ２’が互いに接合されて第２流体の流通を閉鎖し、第３接合部Ｒ３および隣り合うプレートから下側に突出する第３接合部Ｒ３’が互いに接合されて第３流体の流通を閉鎖し、これにより、前記流体流動空間が第１流体が流通する第１流動部Ｖ１を形成する。
【0083】
第２プレート１２０Ｂでは、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２の周縁に上側に突出する第１接合部Ｒ１が形成され、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４の周縁に下側に突出する第２接合部Ｒ２’が形成され、第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６の周縁に下側に突出する第３接合部Ｒ３’が形成される。また、第２プレート１２０Ｂには、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４と第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６との間を区画するように、幅方向の全体にわたり延びる隔壁１２５が形成される。隔壁１２５は、また、上側に突出して、その上面が隣り合う上側プレートの底面と接するように形成される。これにより、前記プレートが高さ方向に積層される場合、隔壁１２５の一側および他側空間は、隔壁１２５によって完全に隔離される。このような構造により、第２プレート１２０Ｂの上側内部の流体流動空間において、第１接合部Ｒ１および隣り合うプレートから下側に突出する第１接合部Ｒ１’が互いに接合されて第１流体の流通を閉鎖し、これにより、前記流体流動空間が前記隔壁１２５によって区画された一部に第２流体が流通し、残りの一部に第３流体が流通する第２流動部Ｖ２を形成する。
【0084】
このように、第２実施形態において、熱交換器１００Ｂは、隔壁１２５によって第２流体領域Ｍ１および第３流体領域Ｍ２が長さ方向に区画されるように形成される。図１５～図１７では、第３流体領域Ｍ２が第２流体領域Ｍ１よりも相当大きく形成される形態に図示しているが、これは、一つの例示であって、必要に応じて、隔壁１２５の位置を調節することで、第２、３流体の流量を希望通りに調節できることは言うまでもない。
【0085】
さらに、第１、２プレート１１０Ｂ、１２０Ｂは、内部で流体がよりスムーズに流通するようにするために、それぞれ、第１、２、３案内壁１１１Ｂ、１２１Ｂ、１２２Ｂを含む。それぞれの案内壁は、ほぼ類似の役割をするが、明確にするために、それぞれについて具体的に詳細に説明すると、以下のとおりである。
【0086】
第１案内壁１１１Ｂは、第１プレート１１０Ｂの第１流入孔Ｈ１と第１排出孔Ｈ２との間を区画するように、第１プレート１１０Ｂの一側側壁から中間まで長さ方向に延びる。また、第１案内壁１１１Ｂは、上側に突出して、その上面が隣り合う上側プレートの底面と接するように形成される。これにより、第１流動部Ｖ１では、第１流入孔Ｈ１を介して一側から流入された第１流体が、第１案内壁１１１Ｂによって他側に案内されて流通し、他側から第１案内壁１１１Ｂによって一側に案内され、第１排出孔Ｈ２を介して排出される流体経路が形成される。
【0087】
第２案内壁１２１Ｂは、第２プレート１２０Ｂの第２流入孔Ｈ３と第２排出孔Ｈ４との間を区画するように、第２プレート１２０Ｂの他側側壁から中間まで長さ方向に延びる。また、第２案内壁１２１Ｂは、上側に突出して、その上面が隣り合う上側プレートの底面と接するように形成される。これにより、第２流動部Ｖ２の他側区画空間では、第２流入孔Ｈ３を介して他側から流入された第２流体および第３流体のいずれか一つ（図１６では第２流体）が、第２案内壁１２１Ｂによって一側に案内されて流通し、一側から第２案内壁１２１Ｂによって他側に案内され、第２排出孔Ｈ４を介して排出される流体経路が形成される。
【0088】
第３案内壁１２２Ｂは、第２プレート１２０Ｂの第３流入孔Ｈ５と第３排出孔Ｈ６との間を区画するように、隔壁１２５から中間まで長さ方向に延びる。また、第３案内壁１２２Ｂは、上側に突出して、その上面が隣り合う上側プレートの底面と接するように形成される。これにより、第２流動部Ｖ２の一側区画空間では、第３流入孔Ｈ５を介して他側から流入された第２流体および第３流体のうち残りの一つが、第３案内壁１２２Ｂによって一側に案内されて流通し、一側から第３案内壁１２２Ｂによって他側に案内され、第３排出孔Ｈ６を介して排出される流体経路が形成される。
【0089】
本発明の熱交換器の第３実施形態
図１８は本発明の熱交換器の第３実施形態の組立斜視図である。第３実施形態において、熱交換器１００Ｃは、第２プレート１２０Ｃで（第１、２実施形態において、２種の流体が流動することとは異なり）第１プレート１１０Ｃと類似の単一流体のみが流動する。すなわち、第２プレート１２０Ｃに形成される第２流動部Ｖ２には、第２流体または第３流体から選択されるいずれか一つの流体が流動する。一方、第３実施形態において、熱交換器１００Ｃは、高さ方向に積層された複数個の第２流動部Ｖ２が高さ方向に区画される。このために、熱交換器１００Ｃは、第２流動部Ｖ２を含むが第２流体および第３流体の積層方向への流通を遮断する隔膜プレート１３０を含む。具体的に説明すると、熱交換器１００Ｃは、積層された第２プレート１２０Ｃのうち一つが隔膜プレート１３０に代替されて、隔膜プレート１３０の位置を基準に、一側（図１８の例示では上側）には第１、２流体が流通し、他側（図１８の例示では下側）には第１、３流体が流通するように形成される。これにより、上側または下側一部の第２流動部Ｖ２は、第２流体が流通する第２流体領域Ｍ１を形成し、残りの一部の第２流動部Ｖ２は、第３流体が流通する第３流体領域Ｍ２を形成する。図１８では、例示的に上側が第２流体領域Ｍ１を、下側が第３流体領域Ｍ２を形成するようにしているが、これによって本発明が限定されないことは言うまでもない。
図１８は本発明の熱交換器の第３実施形態の組立斜視図である。第３実施形態において、熱交換器１００Ｃは、第２プレート１２０Ｃで（第１、２実施形態において、２種の流体が流動することとは異なり）第１プレート１１０Ｃと類似の単一流体のみが流動する。すなわち、第２プレート１２０Ｃに形成される第２流動部Ｖ２には、第２流体または第３流体から選択されるいずれか一つの流体が流動する。一方、第３実施形態において、熱交換器１００Ｃは、高さ方向に積層された複数個の第２流動部Ｖ２が高さ方向に区画される。このために、熱交換器１００Ｃは、第２流動部Ｖ２を含むが第２流体および第３流体の積層方向への流通を遮断する隔膜プレート１３０を含む。具体的に説明すると、熱交換器１００Ｃは、積層された第２プレート１２０Ｃのうち一つが隔膜プレート１３０に代替されて、隔膜プレート１３０の位置を基準に、一側（図１８の例示では上側）には第１、２流体が流通し、他側（図１８の例示では下側）には第１、３流体が流通するように形成される。これにより、上側または下側一部の第２流動部Ｖ２は、第２流体が流通する第２流体領域Ｍ１を形成し、残りの一部の第２流動部Ｖ２は、第３流体が流通する第３流体領域Ｍ２を形成する。図１８では、例示的に上側が第２流体領域Ｍ１を、下側が第３流体領域Ｍ２を形成するようにしているが、これによって本発明が限定されないことは言うまでもない。
【0090】
第３実施形態は、熱交換器１００Ｃにおいて、第２、３流体の区画が高さ方向で行われる実施形態である。すなわち、上述のように、流入／排出孔Ｈ１～Ｈ４の個数および位置は、従来の２種流体プレート式熱交換器と同様であり、ただし、高さ方向の区画のための隔膜プレートがさらに構成される。
【0091】
第３実施形態では、一般的な２種流体熱交換器と同様、第１流動部Ｖ１では第１流体がＵフローを形成しながら流れ、第２流動部Ｖ２では第２流体または第３流体から選択されるいずれか一つがＵフローを形成しながら流れる。このような流れを実現するために、第３実施形態での熱交換器１００Ｃは、一般的な２種流体熱交換器と同様、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２が互いに幅方向に離隔して長さ方向の一側端部に配置され、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が互いに幅方向に離隔して長さ方向の他側端部に配置されるようにする。
【0092】
図１９は本発明の熱交換器の第３実施形態の第１、３流体側の分解斜視図であり、図２０は本発明の熱交換器の第３実施形態の第２、３流体側の分解斜視図であり、図２１は本発明の熱交換器の第３実施形態の隔膜側の分解斜視図である。図２２は本発明の熱交換器の第３実施形態の第１、２プレートおよび隔膜プレートのみを別に図示したものである。これにより、本発明の熱交換器の第３実施形態、特に、前記プレートの具体的な構成について詳細に説明する。
【0093】
【0094】
第１プレート１１０Ｃでは、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２の周縁に下側に突出する第１接合部Ｒ１’が形成され、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４の周縁に上側に突出する第２接合部Ｒ２が形成される。これにより、第１プレート１１０Ｃの上側内部の流体流動空間で、第２接合部Ｒ２および隣り合うプレートから下側に突出する第２接合部Ｒ２’が互いに接合されて第２流体または第３流体の流通を閉鎖し、これにより、前記流体流動空間が第１流体が流通する第１流動部Ｖ１を形成する。
【0095】
第２プレート１２０Ｃでは、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２の周縁に上側に突出する第１接合部Ｒ１が形成され、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４の周縁に下側に突出する第２接合部Ｒ２’が形成される。これにより、第２プレート１２０Ｃの上側内部の流体流動空間で、第１接合部Ｒ１および隣り合うプレートで下側に突出する第１接合部Ｒ１’が互いに接合されて第１流体の流通を閉鎖し、これにより、前記流体流動空間が第２流体または第３流体が流通する第２流動部Ｖ２を形成する。
【0096】
第３実施形態において、熱交換器１００Ｃは、第１プレート１１０Ｃおよび第２プレート１１０Ｂが高さ方向に交互に積層されて形成される。ここで、熱交換器１００Ｃは、第２流体領域Ｍ１と第３流体領域Ｍ２との間で第２プレート１２０Ｃの代わりに配置される隔膜プレート１３０をさらに含む。隔膜プレート１３０は、第２プレート１２０Ｃの代わりに配置されるだけ、基本的には、第２プレート１２０Ｃの構造とほぼ同じ構造を有する。ただし、図２２によく図示しているように、隔膜プレート１３０は、第２プレート１２０Ｃの構造において第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が隔膜によって閉鎖された構造に形成される。これにより、隔膜プレート１３０の上側と下側との間には、図２１に明示的に図示しているように、第２、３流体の流通が行われなくなる。すなわち、第３実施形態において、熱交換器１００Ｃは、隔膜プレート１３０によって第２流体領域Ｍ１および第３流体領域Ｍ２が高さ方向に区画されるように形成される。
【0097】
また、第１、２、隔膜プレート１１０Ｃ、１２０Ｃ、１３０は、（上述の第１実施形態の案内壁と同様に）内部で流体がよりスムーズに流通するようにするために、それぞれ、第１、２、隔膜案内壁１１１Ｃ、１２１Ｃ、１３１を含む。それぞれの案内壁は、ほぼ類似の役割をするが、明確にするために、それぞれについて具体的に詳細に説明すると、以下のとおりである。
【0098】
第１案内壁１１１Ｃは、第１プレート１１０Ｃの第１流入孔Ｈ１と第１排出孔Ｈ２との間を区画するように、第１プレート１１０Ｃの一側側壁から中間まで長さ方向に延びる。また、第１案内壁１１１Ｃは、上側に突出して、その上面が隣り合う上側プレートの底面と接するように形成される。これにより、第１流動部Ｖ１では、第１流入孔Ｈ１を介して一側から流入された第１流体が、第１案内壁１１１Ｃによって他側に案内されて流通し、他側から前記第１案内壁１１１Ｃによって一側に案内され、第１排出孔Ｈ２を介して排出される流体経路が形成される。
【0099】
第２案内壁１２１Ｃは、第２プレート１２０Ｃの第２流入孔Ｈ３と第２排出孔Ｈ４との間を区画するように、第２プレート１２０Ｃの他側側壁から中間まで長さ方向に延びる。また、第２案内壁１２１Ｃは、上側に突出して、その上面が隣り合う上側プレートの底面と接するように形成される。これにより、第２流動部Ｖ２では、第２流入孔Ｈ３を介して他側から流入された第２流体または第３流体が第２案内壁１２１Ｃによって一側に案内されて流通し、一側から第２案内壁１２１Ｃによって他側に案内され、第２排出孔Ｈ４を介して排出される流体経路が形成される。
【0100】
隔膜案内壁１３１は、実質的に、第２案内壁１２１Ｃと同じ構造からなるが、明確にするために再度説明すると、以下のとおりである。隔膜案内壁１３１は、隔膜プレート１３０の第２流入孔Ｈ３の位置と第２排出孔Ｈ４の位置との間を区画するように、隔膜プレート１３０の他側側壁から中間まで長さ方向に延びる。また、隔膜案内壁１３１は、上側に突出し、その上面が隣り合う上側プレートの底面と接するように形成される。
【0101】
隔膜プレート１３０上には、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が形成されていないが、隣り合うプレートには形成されているため、隣り合うプレートの第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４を介して第２流体または第３流体の一つ（図２１の例示では第２流体）が隔膜プレート１３０の流体流動空間内に流れ込むことができる。すなわち、結果的に、隔膜プレート１３０の流体流動空間は、（隔膜によって第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４が塞がっているにもかかわらず）第２流動部Ｖ２を形成することができる。このように、隔膜プレート１３０に形成された第２流動部Ｖ２では、隣り合うプレートの第２流入孔Ｈ３を介して他側から流入された第２流体または第３流体が第２案内壁１２１Ｃによって一側に案内されて流通し、一側から第２案内壁１２１Ｃによって他側に案内され、隣り合うプレートの第２排出孔Ｈ４を介して排出される流体経路が形成される。
【0102】
本発明は、上述の実施形態に限定されず、適用範囲が様々であることは言うまでもなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱することなく、当該本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば、誰でも様々な変形実施が可能なことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0103】
本発明によると、互いに異なる２種の流体およびさらに他の１種の流体が互いに熱交換することができるように形成され、すなわち、結果的に、３種の流体が一つの熱交換器によって互いに熱交換することができるようにし、特に、このような構造を電気自動車のチラーとして活用することで、活用性を極大化することができる。
【符号の説明】
【0104】
１００Ａ 熱交換器（第１実施形態）
１１０Ａ 第１プレート
１１１Ａ 第１案内壁
１１２Ａ 半円リブ
１１３Ａ 三角リブ
１２０Ａ 第２プレート
１２５ 隔壁
１２１Ａ 第２案内壁
１２２Ａ 第３案内壁
１２５Ｈ 隔壁孔
１００Ｂ 熱交換器（第２実施形態）
１１０Ｂ 第１プレート
１１１Ｂ 第１案内壁
１２０Ｂ 第２プレート
１２５ 隔壁
１２１Ｂ 第２案内壁
１２２Ｂ 第３案内壁
１４１ 第１流体入口
１４２ 第１流体出口
１４３ 第２流体入口
１４４ 第２流体出口
１４５ 第３流体入口
１４６ 第３流体出口
１００Ｃ 熱交換器（第３実施形態）
１１０Ｃ 第１プレート
１１１Ｃ 第１案内壁
１２０Ｃ 第２プレート
１２１Ｃ 第２案内壁
１３０ 隔膜プレート
１３１ 隔膜案内壁
１４１ 第１流体入口
１４２ 第１流体出口
１４３ 第２流体入口
１４４ 第２流体出口
１４５ 第３流体入口
１４６ 第３流体出口
Ｈ１ 第１流入孔
Ｈ２ 第１排出孔
Ｈ３ 第２流入孔
Ｈ４ 第２排出孔
Ｈ５ 第３流入孔
Ｈ６ 第３排出孔
Ｒ１、Ｒ１’ 第１接合部
Ｒ２、Ｒ２’ 第２接合部
Ｒ３、Ｒ３’ 第３接合部
１１０Ａ 第１プレート
１１１Ａ 第１案内壁
１１２Ａ 半円リブ
１１３Ａ 三角リブ
１２０Ａ 第２プレート
１２５ 隔壁
１２１Ａ 第２案内壁
１２２Ａ 第３案内壁
１２５Ｈ 隔壁孔
１００Ｂ 熱交換器（第２実施形態）
１１０Ｂ 第１プレート
１１１Ｂ 第１案内壁
１２０Ｂ 第２プレート
１２５ 隔壁
１２１Ｂ 第２案内壁
１２２Ｂ 第３案内壁
１４１ 第１流体入口
１４２ 第１流体出口
１４３ 第２流体入口
１４４ 第２流体出口
１４５ 第３流体入口
１４６ 第３流体出口
１００Ｃ 熱交換器（第３実施形態）
１１０Ｃ 第１プレート
１１１Ｃ 第１案内壁
１２０Ｃ 第２プレート
１２１Ｃ 第２案内壁
１３０ 隔膜プレート
１３１ 隔膜案内壁
１４１ 第１流体入口
１４２ 第１流体出口
１４３ 第２流体入口
１４４ 第２流体出口
１４５ 第３流体入口
１４６ 第３流体出口
Ｈ１ 第１流入孔
Ｈ２ 第１排出孔
Ｈ３ 第２流入孔
Ｈ４ 第２排出孔
Ｈ５ 第３流入孔
Ｈ６ 第３排出孔
Ｒ１、Ｒ１’ 第１接合部
Ｒ２、Ｒ２’ 第２接合部
Ｒ３、Ｒ３’ 第３接合部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【手続補正書】
【提出日】2023-01-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数個のプレートが積層されて形成されるプレート式熱交換器であって、第１流体が流動する第１流動部を含む第１プレートと、
長さ方向の一側および他側に隔壁によって区画され、第２流体および第３流体が互いに隔離されて流動する第２流動部を含む第２プレートとを含み、
前記第１プレートおよび前記第２プレートが交互に積層されることを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
前記熱交換器は、第１流体がそれぞれ流入および排出される第１流入孔および第１排出孔が形成され、
前記第１流入孔および前記第１排出孔は、互いに長さ方向に離隔して長さ方向の両端に配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記熱交換器は、前記第１流入孔および前記第１排出孔の仮想の連結線上に前記第１流動部に向かって突出して第１流体の流動を分配する流体分配構造が形成されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記流体分配構造は、前記第１流入孔または前記第１排出孔に近いほど突出面積が小さくなるように形成されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記流体分配構造は、前記第２プレートに形成される前記隔壁と対応しない位置に形成されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項6】
前記流体分配構造は、突出した部分が三角形または円弧を含む形態に形成されることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項7】
前記熱交換器は、前記第１流入孔および前記第１排出孔が幅方向の中央に配置されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項8】
前記熱交換器は、第２流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔および第２排出孔、
第３流体がそれぞれ流入および排出される第３流入孔および第３排出孔が形成され、
前記第２流入孔および前記第２排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の一側端部に配置され、
前記第３流入孔および前記第３排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の他側端部に配置されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項9】
前記流体分配構造は、前記第１プレートの中央に形成され、
前記第１流入孔または前記第１排出孔の方が円弧であり、中央の方が直線部である半円形に形成され、且つ隣接した前記第２プレートに形成された前記隔壁に対応される位置を回避するように互いに離隔配置される一対の半円リブであることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項10】
前記熱交換器は、前記第２プレートの前記第２流入孔と前記第２排出孔との間を区画するように、前記第２プレートの一側側壁から長さ方向に延びる第２案内壁が備えられ、
前記第２プレートの前記第３流入孔と前記第３排出孔との間を区画するように、前記第２プレートの他側側壁から長さ方向に延びる第３案内壁が備えられることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項11】
前記熱交換器は、第２流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔および第２排出孔、
第３流体がそれぞれ流入および排出される第３流入孔および第３排出孔が形成され、
前記第２流入孔および前記第２排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の中央で一側に偏って配置され、
前記第３流入孔および前記第３排出孔が互いに幅方向に離隔して長さ方向の中央から他側に偏って配置されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項12】
前記流体分配構造は、前記第１流入孔または前記第１排出孔に隣接形成され、
前記第１流入孔または前記第１排出孔の方が頂点であり、中央の方が直線部である三角形に形成される一対の三角リブであることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項13】
前記熱交換器は、前記第２プレートの前記第２流入孔と前記第２排出孔との間を区画するように、前記隔壁から長さ方向に延びる第２案内壁が備えられ、
前記第２プレートの前記第３流入孔と前記第３排出孔との間を区画するように、前記隔壁から長さ方向に延びる第３案内壁が備えられることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項14】
前記熱交換器は、前記第１プレートおよび前記第２プレート上に複数個のビードが形成されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項15】
前記熱交換器は、前記第１プレートに形成されたビードの密度が前記第２プレートに形成されたビードの密度より低く形成されることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器。
【請求項16】
前記熱交換器は、前記第１プレートに形成されたビードおよび前記第２プレートに形成されたビードの位置が互いにずれるように形成されることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器。
【請求項17】
前記熱交換器は、第１流体がそれぞれ流入および排出される第１流入孔および第１排出孔が形成され、
前記第１流入孔および前記第１排出孔が前記隔壁によって区画された長さ方向の一側または他側から選択されるいずれか一方に形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項18】
前記隔壁は、隣接した前記第１プレートと接合される面上に少なくとも一つの隔壁孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0046】
図２～図１４は本発明の熱交換器の第１実施形態を説明するための図であり、図１５～図１７は本発明の熱交換器の第２実施形態を説明するための図であり、図１８～図２２は本発明の熱交換器の第３実施形態を説明するための図である。各実施形態の組立斜視図である図２、図１５、図１８から分かるように、前記熱交換器は、複数個のプレートが積層されて形成されるプレート式熱交換器形態からなる熱交換器として、第１、２、３実施形態が、共通して、第１流体入口１４１および第１流体出口１４２、第２流体入口１４３および第２流体出口１４４、第３流体入口１４５および第３流体出口１４６、また、高さ方向に積層される複数個のプレートを含む。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0048】
本発明の熱交換器１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃに含まれるプレートは、いずれもそれぞれの流体入口および流体出口と連通する流入孔および排出孔を有する。第１、２実施形態の場合、第２、３流体の区画が長さ方向に行われるため、すべてのプレートにすべての流体の流入孔および排出孔が形成される。すなわち、各プレートごとに６個の孔が形成される。一方、第３実施形態の場合、第２、３流体の区画が高さ方向に行われるため、一般的な２種流体プレート式熱交換器と同様に、各プレートごとに４個の孔だけ形成される。具体的には、第１、２実施形態の場合、第１プレート１１０Ａ、１１０Ｂおよび第２プレート１２０Ａ、１２０Ｂは、第１流体がそれぞれ流入および排出される第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２、第２流体がそれぞれ流入および排出される第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４、第３流体がそれぞれ流入および排出される第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６が形成される。この際、第１流動部Ｖ１への第２流体および第３流体の流通を遮断するように、第１流入孔Ｈ１および第１排出孔Ｈ２の周縁に第２流動部Ｖ２方向に突出する第１接合部Ｒ１、Ｒ１’が形成され、第２流動部Ｖ２への第１流体の流通を遮断するように、第２流入孔Ｈ３および第２排出孔Ｈ４の周縁に第１流動部Ｖ１方向に突出する第２接合部Ｒ２、Ｒ２’が形成され、第３流入孔Ｈ５および第３排出孔Ｈ６の周縁に第１流動部Ｖ１方向に突出する第３接合部Ｒ３、Ｒ３’が形成されることは言うまでもない。一方、第３実施形態の場合、第１プレート１１０Ｃおよび第２プレート１２０Ｃは、第１流入／排出孔Ｈ１、Ｈ２、第２流入／排出孔Ｈ３、Ｈ４のみ形成される。流体が流動する空間である第１、２流動部Ｖ１、Ｖ２は、プレートの周縁が上側に突出することで、上側内部に形成される。第１、２、３実施形態は、共通して、前記プレートは、高さ方向に複数個が積層され、この際、隣り合う第１接合部Ｒ１、Ｒ１’が互いに接合し、隣り合う第２接合部Ｒ２、Ｒ２’が互いに接合し、隣り合う第３接合部Ｒ３、Ｒ３’が互いに接合するようになる。このように各接合部が接合されることで、それぞれ［第１流体］と［第２流体および／または第３流体］が交互に流動する第１流動部Ｖ１および第２流動部Ｖ２が形成される。
【国際調査報告】