JP2011089729A

JP2011089729A - 複式熱交換器

Info

Publication number: JP2011089729A
Application number: JP2009244653A
Authority: JP
Inventors: Eizo Takahashi; 栄三高橋; Akira Yamanaka; 章山中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-05-06
Anticipated expiration: 2029-10-23
Also published as: JP5402527B2

Abstract

【課題】板チューブを用いるものにおいて、ろう付け時の積層方向の変形を抑制可能とすると共に、チューブ根付部における熱応力の発生を低減可能とする複式熱交換器を提供する。
【解決手段】複式熱交換器１０の第１チューブ１１１は、平板材の中央部が折り曲げられて、端部同士が接合されて、長手方向に直交する断面が扁平状に形成される板チューブ１１１である。第１チューブ１１１の扁平状断面の長辺側で互いに対向する対向面１１１ｂに、第１チューブ１１１の内側にへこみ、第１チューブ１１１の長手方向の一端から他端に連続して延びるリブ１１１ｃをそれぞれ形成し、このリブ１１１ｃを第１チューブ１１１の内側で互いに接合する。更に、リブ１１１ｃを、積層方向から見て、ヘッダ平面部１２１ａの内領域で曲げ部１２１ｂの近傍に配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばラジエータやコンデンサ等の異種の熱交換器を一体化した複式熱交換器に関するものである。

従来の複式熱交換器として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。特許文献１における複式熱交換器は、ハイブリッド車両の電子部品を冷却するラジエータと、冷凍サイクルの高圧冷媒を凝縮するコンデンサとが一体化されたものである。この複式熱交換器は、複数積層されるラジエータチューブ群と、コンデンサチューブ群とが積層方向に隣接するように並べられて、各チューブの長手方向端部がヘッダタンクに接続されて形成されている。

コンデンサチューブは、使用される冷媒の圧力がラジエータの冷却水圧力よりも高いことから、押出し加工によって内部に複数の流路が並ぶ耐圧チューブとして形成されている。一方、ラジエータチューブは、上記のコンデンサチューブよりも使用圧力が低いことに加えて冷却水流通抵抗を低減させるために、一枚の板材を折り曲げ、横断面が扁平状となる板チューブとして形成されている。そして、この板チューブの内部の中央には、板材の折り曲げによって形成されて、扁平状断面の短辺方向に延びる支柱が設けられている。

これにより、ラジエータチューブとして板チューブを使用する場合でも、チューブの短辺方向（積層方向）における強度を向上させることができ、ろう付け時のチューブ短辺方向におけるラジエータチューブの変形を防止できるようにしている。

特開２００１−１７４１９０号公報

上記複式熱交換器の各チューブの積層方向最外部には、ヘッダタンクに接続されて、補強部材として機能するサイドプレートが設けられている。例えば、ラジエータチューブ内に高温の冷却水が流れると、ラジエータチューブは冷却水の温度に応じて温度上昇するが、サイドプレートはこの温度の影響を受けにくいため、ラジエータチューブとサイドプレートとの間に温度差が生じる。つまり、温度の影響の大きいラジエータチューブは温度の影響の少ないサイドプレートに比べて、より大きく熱膨張しようとする（特に長手方向に延びようとする）。よって、サイドプレートによって、ヘッダタンクの位置が拘束される形となり、ラジエータチューブとヘッダタンクとの接合部（以下、チューブ根付部という）において過大な熱応力が発生する。そして、この熱応力の発生が繰り返されると、ラジエータチューブが疲労破壊に至る場合がある。

また、サイドプレートによる拘束がない場合であっても、ラジエータの冷却水と、コンデンサの冷媒との間に温度差があると、ラジエータチューブとコンデンサチューブとの間に相対的に熱膨張差が生じ、ラジエータチューブとコンデンサチューブのうち、相対的に剛性の低いチューブのチューブ根付部に上記と同様の熱応力が発生する。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、板チューブを用いるものにおいて、ろう付け時の積層方向の変形を抑制可能とすると共に、チューブ根付部における熱応力の発生を低減可能とする複式熱交換器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、内部に第１流体が流通し、複数積層される第１チューブ（１１１）と、
内部が複数の流路に区画されて、内部に第１流体よりも高圧の第２流体が流通し、第１チューブ（１１１）の積層方向の一方側に連続して複数積層される第２チューブ（２１１）と、
第１、第２チューブ（１１１、２１１）の積層方向の両最外方に配設されるサイドプレート（１１３、２１３）と、
内部が第１、第２チューブ（１１１、２１１）用の第１、第２空間（１２０Ａ、１２０Ｂ）に区画され、第１、第２チューブ（１１１、２１１）の長手方向端部がそれぞれ第１、第２空間（１２０Ａ、１２０Ｂ）内に連通接続されると共に、サイドプレート（１１３、２１３）の長手方向端部が接続される円筒状の一対のヘッダタンク（１２０）とを備え、
第１、第２チューブ（１１１、２１１）の外部を流通する外部流体と第１流体との間、および外部流体と第２流体との間でそれぞれ熱交換を行う複式熱交換器において、
一対のヘッダタンク（１２０）における互いに対向する部位には、円筒状に対して平面状となるヘッダ平面部（１２１ａ）と、このヘッダ平面部（１２１ａ）から円筒状に移行する曲げ部（１２１ｂ）とが形成されており、
曲げ部（１２１ｂ）は、第１、第２チューブ（１１１、２１１）の外部流体流れ方向の幅寸法内の領域に配置されて、第１、第２チューブ（１１１、２１１）と一対のヘッダタンク（１２０）とが接続されており、
第１チューブ（１１１）は、平板材の中央部が折り曲げられて、端部同士が接合されて、長手方向に直交する断面が扁平状に形成される板チューブ（１１１）であり、
扁平状断面の長辺側で互いに対向する対向面（１１１ｂ）には、第１チューブ（１１１）の内側にへこみ、第１チューブ（１１１）の長手方向の一端から他端に連続して延びるリブ（１１１ｃ）がそれぞれ形成されて、
リブ（１１１ｃ）は、第１チューブ（１１１）の内側で互いに接合されており、
更に、リブ（１１１ｃ）は、積層方向から見て、ヘッダ平面部（１２１ａ）内領域で曲げ部（１２１ｂ）の近傍に配置されていることを特徴としている。

これにより、第１チューブ（１１１）のリブ（１１１ｃ）は、対向面（１１１ｂ）同士を繋ぐ支柱のごとく形成されるので、第１チューブ（１１１）を板チューブとして形成する場合であっても、扁平状断面の短辺方向の剛性を上げることができる。よって、第１チューブ（１１１）および第２チューブ（２１１）を積層して、この積層方向に所定の圧縮力をかけて複式熱交換器（１０）をろう付けする際にも、第１チューブ（１１１）が変形してしまうのを抑制することができる。

また、請求項１に記載の発明では、ヘッダプレート（１２１）にヘッダ平面部（１２１ａ）と曲げ部（１２１ｂ）とが形成されて、曲げ部（１２１ｂ）が第１チューブ（１１１）の幅寸法内の領域に配置されている。このような複式熱交換器（１０）においては、第１チューブ（１１１）とサイドプレート（１１３、２１３）との間に温度差が生じると、サイドプレート（１１３、２１３）に対して第１チューブ（１１１）が熱膨張しようとする（第１チューブ（１１１）が延びようとする）が、第１チューブ（１１１）の熱膨張はサイドプレート（１１３、２１３）によって拘束され、第１チューブ（１１１）は積層方向にたわむように変形力を受け、第１チューブ（１１１）においてはヘッダプレート（１２１）の曲げ部（１２１ｂ）近傍に熱応力が発生しやすくなる。

第１チューブ（１１１）において、この熱応力が発生しやすい部位（曲げ部（１２１ｂ）の近傍）には、リブ（１１１ｃ）を配置すると共に、リブ（１１１ｃ）を第１チューブ（１１１）の長手方向の一端から他端に連続して設けるようにしているので、第１チューブ（１１１）の積層方向の剛性を大きくして、熱応力を分散することができ、熱応力に対して積層方向のたわみの発生（変形量）を抑えることができ、効果的に熱応力を低減することができる。

請求項２に記載の発明では、内部に第１流体が流通し、複数積層される第１チューブ（１１１）と、
内部が複数の流路に区画されて、内部に第１流体よりも高圧の第２流体が流通し、第１チューブ（１１１）の積層方向の一方側に連続して複数積層される第２チューブ（２１１）と、
内部が第１、第２チューブ（１１１、２１１）用の第１、第２空間（１２０Ａ、１２０Ｂ）に区画され、第１、第２チューブ（１１１、２１１）の長手方向端部がそれぞれ第１、第２空間（１２０Ａ、１２０Ｂ）内に連通接続される円筒状の一対のヘッダタンク（１２０）とを備え、
第１、第２チューブ（１１１、２１１）の外部を流通する外部流体と第１流体との間、および外部流体と第２流体との間でそれぞれ熱交換を行う複式熱交換器において、
一対のヘッダタンク（１２０）における互いに対向する部位には、円筒状に対して平面状となるヘッダ平面部（１２１ａ）と、このヘッダ平面部（１２１ａ）から円筒状に移行する曲げ部（１２１ｂ）とが形成されており、
曲げ部（１２１ｂ）は、第１、第２チューブ（１１１、２１１）の外部流体流れ方向の幅寸法内の領域に配置されて、第１、第２チューブ（１１１、２１１）と一対のヘッダタンク（１２０）とが接続されており、
第１チューブ（１１１）は、平板材の中央部が折り曲げられて、端部同士が接合されて、長手方向に直交する断面が扁平状に形成される板チューブ（１１１）であり、
扁平状断面の長辺側で互いに対向する対向面（１１１ｂ）には、第１チューブ（１１１）の内側にへこみ、第１チューブ（１１１）の長手方向の一端から他端に連続して延びるリブ（１１１ｃ）がそれぞれ形成されて、
リブ（１１１ｃ）は、第１チューブ（１１１）の内側で互いに接合されており、
更に、リブ（１１１ｃ）は、積層方向から見て、ヘッダ平面部（１２１ａ）内領域で曲げ部（１２１ｂ）の近傍に配置されていることを特徴としている。

これにより、上記請求項１に記載の発明と同様に、リブ（１１１ｃ）によって、第１チューブ（１１１）の扁平状断面の短辺方向の剛性を上げることができるので、第１チューブ（１１１）および第２チューブ（２１１）を積層して、この積層方向に所定の圧縮力をかけて複式熱交換器（１０）をろう付けする際にも、第１チューブ（１１１）が変形してしまうのを抑制することができる。

また、複式熱交換器（１０）において、第１流体と第２流体との間に温度差があると、第１チューブ（１１１）と第２チューブ（２１１）との間に相対的に熱膨張差が生じ、第１チューブ（１１１）と第２チューブ（２１１）のうち、相対的に剛性の低いチューブ、即ち、第１チューブ（１１１）は第２チューブ（２１１）によって拘束される形となり、ヘッダプレート（１２１）の曲げ部（１２１ｂ）近傍に熱応力が発生しやすくなる。

第１チューブ（１１１）において、この熱応力が発生しやすい部位（曲げ部（１２１ｂ）の近傍）には、リブ（１１１ｃ）を配置すると共に、リブ（１１１ｃ）を第１チューブ（１１１）の長手方向の一端から他端に連続して設けるようにしているので、上記請求項１に記載の発明と同様に、第１チューブ（１１１）の積層方向の剛性を大きくして、熱応力を分散することができ、熱応力に対して積層方向のたわみの発生（変形量）を抑えることができ、効果的に熱応力を低減することができる。

請求項３に記載の発明のように、第１チューブ（１１１）の幅寸法の中心から曲げ部（１２１ｂ）までの距離をＬ、幅寸法の中心からリブ（１１１ｃ）までの距離をＴとした時に、０．３Ｌ≦Ｔ≦０．６７Ｌとすると、後述の実施形態での説明のように、効果的な熱応力の低減が可能となる。

請求項４に記載の発明では、リブ（１１１ｃ）のへこみ形状は、円弧状に形成されたことを特徴としている。

これにより、リブ（１１１ｃ）を外側に向けて拡がる溝とすることができるので、ヘッダタンク（１２０）と第１チューブ（１１１）とをろう付けする際に、チューブ根付部からろう材が毛細管現象によってリブ（１１１ｃ）を伝わって流れ出すのを抑制することができる。

請求項５に記載の発明では、リブ（１１１ｃ）の互いに接合される部位は、平面状に形成されたことを特徴としている。

これにより、対向するリブ（１１１ｃ）同士を安定させて当接することができ、確実な接合が可能となる。

請求項６に記載の発明では、リブ（１１１ｃ）は、曲げ部（１２１ｂ）に対応するように１つの対向面（１１１ｂ）に対して２つ形成されたことを特徴としている。

これにより、最小限のリブ（１１１ｃ）の形成で効果的な熱応力の低減が可能となる。

請求項７に記載の発明では、第１チューブ（１１１）の内側に対応する平板材の表面には、ろう材層（１１１ｇ）と犠牲腐食層（１１１ｈ）とが設けられており、ろう材層（１１１ｇ）によって、リブ（１１１ｃ）は第１チューブ（１１１）の内側で互いに接合されたことを特徴としている。

これにより、第１チューブ（１１１）内部の腐食性を向上させると共に、リブ（１１１ｃ）同士を確実に接合できる。

請求項８に記載の発明では、第１チューブ（１１１）の平板材の端部同士が接合される部位は、平板材が板厚方向に重ねられた重ね部（１１１ｅ）として形成されており、重ね部（１１１ｅ）は、外部流体の上流側を向くように配置されたことを特徴としている。

これにより、外部流体の上流側から異物が第１チューブ（１１１）に衝突しても、重ね部（１１１ｅ）の板厚を実質的に２倍にすることができるので、異物による損傷を低減できる。

請求項９に記載の発明のように、車両エンジンルーム内に配設されて、第１流体は、車両の発熱機器を冷却する冷却水であり、第２流体は、車両の冷凍装置内を循環する高圧側冷媒であり、外部流体は、空気である複式熱交換器に用いて好適である。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

複式熱交換器の全体を示す正面図である。図１におけるII−II部を示す断面図である。ラジエータ用のチューブを示す外観斜視図である。ラジエータ用のチューブの製造方法を示す長手方向から見た外観図である。図４におけるＶ部を示す拡大図である。ラジエータ用のチューブを示す断面図である。複式熱交換器の組立て要領を示す概略図である。リブの位置に対する発生応力比を示すグラフである。チューブの強度の確認要領を示す概略図である。チューブの強度を確認した結果を示すグラフである。その他の実施形態におけるチューブを示す外観図である。更に、その他の実施形態におけるチューブを示す外観図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態における複式熱交換器１０は、ハイブリッド自動車用空調装置の冷凍サイクル（本発明の冷凍装置に対応）内の冷媒を凝縮液化する冷媒凝縮器２００に、走行用モータを制御するインバータ（本発明の発熱機器に対応）を冷却するラジエータ１００が一体的に形成されたものである。以下、図１〜図６を用いて複式熱交換器１０の全体構成について詳細に説明する。

図１、２に示すように、複式熱交換器１０のコア部は、ラジエータ１００用のコア部１１０と、冷媒凝縮器２００用のコア部２１０とを備えており、各コア部１１０、２１０を形成するチューブ１１１、２１１の長手方向（図１の左右方向）両端部が、それぞれ左右のヘッダタンク１２０、１３０に接続されて形成されている。

複式熱交換器１０は、車両のエンジンルーム内の走行風を受け易い場所、通常はエンジン冷却用ラジエータの前方側に位置するように、両ヘッダタンク１２０、１３０に設けられた取付けピン１２３ａ、１２４ａ、１３３ａ、１３４ａを介して車体に取り付けられる。尚、コア部１１０、２１０には、走行時のラム圧および図示しない送風機により図２中の下側から上側に向けて冷却風（本発明における外部流体に対応）が供給される。以下説明する複式熱交換器１０を構成する各部材は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金から成り、嵌合、かしめ、治具固定等により組付けられ、予め各部材表面の必要部位に設けられたろう材により一体でろう付けされている。

コア部１１０は、内部をインバータ冷却用の冷却水（本発明における第１流体に対応）が流通する複数のチューブ１１１（本発明における第１チューブに対応）、および放熱面積を拡大して熱交換性能を向上させる複数のフィン１１２が交互に積層され、上側の最外方のフィン１１２の更に外方（最上方）に強度部材としてのサイドプレート１１３が配設されたものである。

チューブ１１１は、平板材の中央部が折り曲げられて、端部同士が接合され、長手方向に直交する断面が扁平状に形成された板チューブである（図２（ｂ））。本実施形態では、このチューブ１１１に特徴を持たせており、詳細については後述する。

フィン１１２は、薄肉の帯板材からローラ加工によって波形に形成されたコルゲートフィンである。サイドプレート１１３は、一般部において断面がコの字状を呈しており、反チューブ側に開口している。また、長手方向端部は、ヘッダタンク１２０、１３０との接合のために板状となっている。

コア部２１０は、内部を冷凍サイクル内の冷媒（本発明における第２流体に対応）が流通する複数のチューブ（本発明における第２チューブに対応）２１１、および放熱面積を拡大して熱交換性能を向上させる複数のフィン２１２が交互に積層され、下側の最外方のフィン２１２の更に外方（最下方）に強度部材としてのサイドプレート２１３が配設されたものである。

チューブ２１１は、上記チューブ１１１の積層方向（図１の上下方向）の一方側（図１の下側）に連続して積層されるように配置されている。チューブ２１１は、長手方向に直交する断面が扁平状を成して、複数の区画壁により内部流路が複数に区画されたものであり、例えば押出し加工によって形成されている。冷媒によるチューブ２１１内の圧力は、冷却水によるチューブ１１１内の圧力よりも高い設定となっており、チューブ２１１は、板チューブとして形成されたチューブ１１１よりも耐圧性を有する耐圧チューブとなっている。

フィン２１２は、薄肉の帯板材からローラ加工によって波形に形成されたコルゲートフィンである。サイドプレート２１３は、一般部において断面がコの字状を呈しており、反チューブ側に開口している。また、長手方向端部は、ヘッダタンク１２０、１３０との接合のために板状となっている。ここでは、フィン２１２、およびサイドプレート２１３は、上記コア部１１０用のフィン１１２、およびサイドプレート１１３とそれぞれ同一仕様のものを採用している。

更に、コア部２１０は、上側となる凝縮部２１０Ａと下側となる過冷却部２１０Ｂとに分けられている。凝縮部２１０Ａは、複数積層されるチューブ２１１のうち、後述する左ヘッダタンク１２０のセパレータ１２６とセパレータ１２７との間（右ヘッダタンク１３０のセパレータ１３６とセパレータ１３７との間）に配置されるチューブ群より成り、また、過冷却部２１０Ｂは、残りのチューブ群より成る。ここでは、凝縮部２１０Ａが過冷却部２１０Ｂの上側に配置され、過冷却部２１０Ｂのチューブ群の積層本数は、凝縮部２１０Ａのチューブ群の積層本数よりも少ない設定としている。

コア部１１０とコア部２１０との間、即ち、積層されたチューブ１１１と積層されたチューブ２１１との間には、ダミーチューブ３１１（ここでは一本の設定）が介在されている。ダミーチューブ３１１も、チューブ２１１と同一仕様のものを採用している。

上記コア部１１０、およびコア部２１０の左右側には、上下方向に延びる一対のヘッダタンク（右ヘッダタンク１２０と左ヘッダタンク１３０）が設けられている。両ヘッダタンク１２０、１３０は、断面が略円形状を成す筒状体を成しており、板状に形成されたヘッダプレート１２１、１３１と、半円筒状に形成されたタンクプレート１２２、１３２とが接合されて形成されている。

ヘッダプレート１２１、１３１は、一対のヘッダタンク１２０、１３０において互いに対向する側（チューブ側）に配置されており、上下方向に直交する断面がコの字状となるように形成されている。ヘッダプレート１２１、１３１のチューブ１１１、２１１、３１１側の面は、平面状となるヘッダ平面部１２１ａとして形成されている。また、コの字状の開口側は、タンクプレート１２２、１３２側に向けて拡がるようにヘッダ平面部１２１ａから折り曲げられている。この折り曲げられた部位から先端部までの間は、タンクプレート１２２、１３２と共に、筒状体の円周壁を形成している。折り曲げられた部位は、曲げ部１２１ｂとなっている。曲げ部１２１ｂは、ヘッダ平面部１２１ａから筒状体（ヘッダタンク１２０、１３０）の円周壁に移行する部位となっている。

タンクプレート１２２、１３２は、ヘッダプレート１２１、１３１の反チューブ側に配置されており、半円筒状の端部には段部１２２ａが形成されている。そして、この段部１２２ａにヘッダプレート１２１、１３１の開口側先端部が嵌合され、ヘッダプレート１２１、１３１とタンクプレート１２２、１３２とが接合され、各ヘッダタンク１２０、１３０が形成されている。

そして、両ヘッダタンク１２０、１３０の長手方向両端部の開口部には、キャップ１２３、１２４、１３３、１３４が設けられ、両ヘッダタンク１２０、１３０の開口部はキャップ１２３、１２４、１３３、１３４によって閉塞されている。各キャップ１２３、１２４、１３３、１３４には、取付けピン１２３ａ、１２４ａ、１３３ａ、１３４ａが接合されている。

また、両ヘッダタンク１２０、１３０には、内部の空間を仕切るセパレータ１２５、１２６、１２７、１３５、１３６、１３７がそれぞれ設けられている。上記セパレータ１２５、１２６、１２７、１３５、１３６、１３７のうち、セパレータ１２５、１２６、１３５、１３６によって、両ヘッダタンク１２０、１３０内はそれぞれ第１空間１２０Ａ、断熱空間、第２空間１２０Ｂの３つの空間に分割されている。更に、セパレータ１２７、１３７によって、第２空間１２０Ｂがそれぞれ２つの空間に分割されている。

セパレータ１２５、１２６、１３５、１３６は、両ヘッダタンク１２０、１３０の上下方向において、コア部１１０とコア部２１０との境界部に介在されるダミーチューブ３１１を上下方向に挟む位置に対応するように設けられている。そして、キャップ１２３とセパレータ１２５（キャップ１３３とセパレータ１３５）との間の空間は、チューブ１１１と連通するための第１空間１２０Ａとなっている。また、セパレータ１２５とセパレータ１２６（セパレータ１３５とセパレータ１３６）との間の空間は、ダミーチューブ３１１が連通する断熱空間となっている。更に、セパレータ１２６とキャップ１２４（セパレータ１３６とキャップ１３４）との間の空間は、チューブ２１１と連通するための第２空間１２０Ｂとなっている。

また、セパレータ１２７、１３７は、コア部２１０の凝縮部２１０Ａと過冷却部２１０Ｂとの境界部位置に対応するように設けられて、第２空間１２０Ｂをそれぞれ２つの空間に分割している。

両ヘッダタンク１２０、１３０のヘッダプレート１２１、１３１には図示しないチューブ孔が複数穿設されており、各チューブ１１１、２１１、３１１の長手方向両端部がこのチューブ孔に挿入嵌合され、チューブ１１１と第１空間１２０Ａとが互いに連通するように、また、チューブ２１１と第２空間１２０Ｂとが互いに連通するように、更にチューブ３１１と断熱空間とが互いに連通するように接合（連通接続）されている。各チューブ１１１、２１１、３１１とヘッダプレート１２１、１３１のチューブ孔との接合部は、チューブ根付部となる。また、サイドプレート１１３、２１３の長手方向端部も両ヘッダプレート１２１、１３１に設けられたプレート孔（図示せず）に嵌合され、接合されている。

左ヘッダタンク１２０のキャップ１２３とセパレータ１２５との間には出口パイプ１２８が設けられ、出口パイプ１２８は左ヘッダタンク１２０内の第１空間１２０Ａと連通している。また、右ヘッダタンク１３０のキャップ１３３とセパレータ１３５との間には入口パイプ１３８が設けられ、入口パイプ１３８は右ヘッダタンク１３０内の第１空間１２０Ａと連通している。

また、左ヘッダタンク１２０のセパレータ１２６とセパレータ１２７との間には入口ジョイント２３１が設けられ、入口ジョイント２３１は左ヘッダタンク１２０内の第２空間１２０Ｂの上側の空間（凝縮部２１０Ａ）と連通している。また、左ヘッダタンク１２０のヘッダキャップ１２４とセパレータ１２７との間には出口ジョイント２３２が設けられ、出口ジョイント２３２は左ヘッダタンク１２０内の第２空間１２０Ｂの下側の空間（過冷却部２１０Ｂ）と連通している。

尚、セパレータ１２５とセパレータ１２６との間（断熱空間）、およびセパレータ１３５とセパレータ１３６との間（断熱空間）は、共に、冷却水および冷媒のどちらも流れない空間となっている。従って、ダミーチューブ３１１にも冷却水、冷媒は流れずに、空気だけが満たされた状態となっている。

右ヘッダタンク１３０の反チューブ側には、モジュレータ２４０が設けられている。モジュレータ２４０は、凝縮部２１０Ａからの冷媒を気液二相に分離すると共に、気液二相のうち液相冷媒を過冷却部２１０Ｂに流出するレシーバである。即ち、モジュレータ２４０は、円筒状の本体部の長手方向両端部にそれぞれキャップが装着されて形成された容器体であり、モジュレータ２４０内部は、右ヘッダタンク１３０内の第２空間１２０Ｂの上側の空間（凝縮部２１０Ａ）、および第２空間１２０Ｂの下側の空間（過冷却部２１０Ｂ）と連通するように左ヘッダタンク１３０に接続されている。尚、モジュレータ２４０の内部には、冷凍サイクル内に侵入した水分を除去するための乾燥剤、および異物を除去するためのフィルタが設けられている。

次に、本実施形態のチューブ１１１における特徴について説明する。

図２に示すように、チューブ１１１、２１１、３１１の冷却風の流れ方向の寸法（以下、チューブ幅方向）は全て同一の寸法Ａ（以下、チューブ幅寸法Ａ）となっており、このチューブ幅寸法Ａに対してヘッダプレート１２１（１３１）の開口側で拡げられた先端部間の寸法が、チューブ幅寸法Ａと略同等に成るようにして、チューブ１１１、２１１、３１１がヘッダプレート１２１のチューブ孔に接合されている。よって、ヘッダプレート１２１の曲げ部１２１ｂは、チューブ幅寸法Ａの外側ではなくて、チューブ幅寸法Ａ内の領域に位置している。更に、曲げ部１２１ｂは、チューブ幅方向の端部近傍に位置している。チューブ幅方向の中心から曲げ部１２１ｂまでの距離をＬとすると、Ｌ＜Ａ／２となっている。

また、図３、図４に示すように、チューブ１１１は、平板材から形成された断面扁平状の板チューブであり、平板材の中央部が折り曲げられて、端部同士が接合されて形成されている。折り曲げられた部位は、折曲げ部１１１ａとなっており、端部同士で接合される部位は、平板材が板厚方向に重ねられた重ね部１１１ｅとして形成されている。そして、扁平状断面の長辺側で互いに対向する対向面１１１ｂには、リブ１１１ｃが形成されている。

リブ１１１ｃは、チューブ１１１の内側に向けてへこみ、チューブ１１１の長手方向の一端から他端に向けて連続して延びるように形成されている。リブ１１１ｃは、１つの対向面１１１ｂにおいて２本形成されている。リブ１１１ｃのへこみ形状は、図５に示すように、半径Ｒとなる円弧状に形成されている。円弧は２つの円弧から形成されており、両円弧の中心位置は、リブ１１１ｃの幅方向に対してａ寸法だけずれており、それにより、リブ１１１ｃのチューブ１１１内側となる頂部には、ａ寸法に相当する平面部１１１ｄが形成されている。両対向面１１１ｂに形成されたリブ１１１ｃは、チューブ１１１の内側で頂部の平面部１１１ｄ同士が互いに当接して接合されている。リブ１１１ｃはへこみ形状が円弧状に形成されることで、へこみの頂部側から外側に向けて拡がる形となっている。

図６に示すように、チューブ１１１を形成する平板材は、芯材１１１ｆの一方側の面にろう材（ろう材層）１１１ｇと犠牲材（犠牲腐食層）１１１ｈとがクラッドされ、他方側の面に犠牲材（犠牲腐食層）１１１ｉがクラッドされた４層構造となっている。そして、ろう材１１１ｇと犠牲材１１１ｈとがクラッドされた面がチューブ１１１の内側の面となって、チューブ１１１が形成されて、ろう材１１１ｇによってリブ１１１ｃは互いにろう付けされている。尚、重ね部１１１ｅもろう材１１１ｇによって接合されている。

チューブ幅方向におけるリブ１１１ｃの位置は、図２に示すように、ヘッダプレート１２１（１３１）の曲げ部１２１ｂの内側近傍となるようにしている。つまり、チューブ１１１の積層方向から見て（図２）、リブ１１１ｃの位置が、ヘッダ平面部１２１ａをチューブ１１１の長手方向に投影した時の領域（２Ｌ）内に入るようにしている。且つ、リブ１１１ｃの位置が、曲げ部１２１ｂのポイントをチューブ１１１の長手方向に投影した時のライン（図２中の寸法Ｌを示す寸法引き出し線）の近傍となるようにしている。

更に、具体的に説明すると、チューブ幅方向におけるチューブ１１１の中心からリブ１１１ｃまでの距離をＴとし、チューブ１１１の中心から曲げ部１２１ｂまでの距離をＬとした時に、Ｔ＜Ｌとしている。定量的には本実施形態では、チューブ幅寸法Ａを２２ｍｍ、距離Ｌを１０ｍｍ、距離Ｔを６ｍｍとしている。

また、図２に示すように、チューブ１１１の重ね部１１１ｅは、冷却風流れの上流側を向くようにしている。つまり、複式熱交換器１０が車両エンジンルームに搭載された状態で、重ね部１１１ｅが全てグリル側（反エンジン側）を向くようにしている。

次に、本実施形態の複式熱交換器１０の製造方法を簡単に説明する。

まず、サイドプレート２１３を一番下にセットして、フィン２１２（フィン１１２）とチューブ２１１とをそれぞれ所定本数だけ交互に積層していき（積み上げていき）、その上にチューブ３１１を乗せ、更にフィン１１２（フィン２１２）とチューブ１１１とをそれぞれ所定本数だけ交互に積層する（積み上げる）。そして、一番上にサイドプレート１１３をセットする。

次に、図７に示すように、ワイヤ等の保持冶具により、チューブ１１１、２１１、３１１の積層方向に所定の圧縮力を加えて、積層されたサイドプレート１１３、２１３、チューブ１１１、２１１、３１１、およびフィン１１２（２１２）の組立て状態（積層状態）を保持する。

次に、ヘッダプレート１２１（１３１）とタンクプレート１２２（１３２）との間の所定部位にセパレータ１２５、１２６、１２７（１３５、１３６、１３７）を介在させて、ヘッダタンク１２０（１３０）の組立て体を形成して、このタンク組立て体のチューブ孔に、チューブ１１１、２１１、３１１の長手方向端部を挿入し、同時にサイドプレート１１３、２１３の長手方向端部をプレート孔に挿入する。

次に、ヘッダタンク１２０、１３０の所定の部位にキャップ１２３、１２４、１３３、１３４、取付けピン１２３ａ、１２４ａ、１３３ａ、１３４ａ、出口パイプ１２８、入口パイプ１３８、入口ジョイント２３１、出口ジョイント２３２、モジュレータタ２４０（乾燥剤、フィルタは除く）を仮組付けする。

そして、上記仮組付けされた複式熱交換器の組立て体をろう付け炉に投入して、ろう材の融点まで加熱して、各部材の当接部位を一体的にろう付けする。更に、モジュレータ２４０内に乾燥剤とフィルタを装着する。

次に、上記のように構成される複式熱交換器１０の作動および作用効果について説明する。

冷媒凝縮器２００において、入口ジョイント２３１は、図示しない圧縮機の吐出側と接続され、また、出口ジョイント２３２は、図示しない膨張弁と接続されている。圧縮機から吐出された冷媒（例えば６０℃）は、入口ジョイント２３１から左ヘッダタンク１２０の第２空間１２０Ｂ（セパレータ１２７の上側）に流入し、凝縮部２１０Ａを流れ、冷却風と熱交換されて凝縮液化される。

更に、この冷媒は右ヘッダタンク１３０の第２空間１２０Ｂ（セパレータ１３７の上側）に流入し、モジュレータ２４０内に流入する。モジュレータ２４０において冷媒は、気液二相に分離されると共に、気液二相のうち液相冷媒のみが右ヘッダタンク１３０の第２空間１２０Ｂ（セパレータ１３７の下側）を経て、過冷却部２１０Ｂに流入して冷却風により過冷却される。そして、過冷却された冷媒は、左ヘッダタンク１２０の第２空間１２０Ｂ（セパレータ１２７の下側）を経て出口ジョイント２３２から流出し、膨張弁に至る。

一方、ラジエータ１００においては、入口パイプ１３８は、図示しないインバータの冷却水出口部と車両用配管によって接続され、また、出口パイプ１２８は、図示しないインバータの冷却水入口部と車両用配管によって接続されている。冷却水出口部から吐出された冷却水（例えば５０℃）は、車両用配管を経て入口パイプ１３８から右ヘッダタンク１３０の第１空間１２０Ａに流入する。そして、冷却水は、チューブ１１１を流れ、冷却風と熱交換されて冷却される。更に、この冷却水は左ヘッダタンク１２０の第１空間１２０Ａを流れ、出口パイプ１２８から流出して、車両用配管を経て冷却水入口部に至る。

上記冷媒凝縮器２００、およびラジエータ１００での熱交交換においては、チューブ３１１、および両ヘッダタンク１２０、１３０の断熱空間によって、冷媒凝縮器２００とラジエータ１００との熱移動は抑制される。

本実施形態では、チューブ１１１にリブ１１１ｃを設けるようにしている。このリブ１１１ｃは、対向面１１１ｂ同士を繋ぐ支柱のごとく形成されるので、チューブ１１１を板チューブとして形成する場合であっても、扁平状断面の短辺方向の剛性を上げることができる。よって、チューブ１１１、およびチューブ２１１を積層して、この積層方向に所定の圧縮力（図７）をかけて複式熱交換器１０をろう付けする際にも、チューブ１１１が変形してしまうのを抑制することができる。

また、ヘッダプレート１２１（１３１）には、ヘッダ平面部１２１ａと曲げ部１２１ｂとが形成されて、曲げ部１２１ｂがチューブ幅寸法Ａ内の領域に配置されている。このような複式熱交換器１０においては、チューブ１１１内に冷却水が流通して、チューブ１１１とサイドプレート１１３との間に温度差が生じると、サイドプレート１１３に対してチューブ１１１が熱膨張しようとする（チューブ１１１が延びようとする）が、チューブ１１１の熱膨張はサイドプレート１１３によって拘束され、チューブ１１１は積層方向にたわむように変形力を受け、チューブ１１１においてはヘッダプレート１２１の曲げ部１２１ｂの内側近傍に熱応力が発生しやすくなる（チューブ根付部における熱応力）。

この熱応力が発生しやすい曲げ部１２１の内側近傍には、上記のリブ１１１ｃを配置すると共に、リブ１１１ｃをチューブ１１１の長手方向の一端から他端に連続して設けるようにしているので、チューブ１１１の積層方向の剛性を大きくして、熱応力を分散することができ、熱応力に対して積層方向のたわみの発生（変形量）を抑えることができ、効果的に熱応力を低減することができる。

チューブ１１１の中心からリブ１１１ｃまでの距離Ｔ（図２）に対するチューブ１１１での発生熱応力比は、図８に示すようになり、本実施形態での距離Ｔ＝６ｍｍの設定時において、従来技術（リブ設定のないもの）に対して発生熱応力比を約８０％に低減することができた。また、距離Ｔは、３ｍｍ〜６．７ｍｍの範囲が良好であり、発生応力比が１００％以下となることを確認した。

本実施形態では、チューブ幅寸法Ａを２２ｍｍ、曲げ部１２１ａまでの距離Ｌを１０ｍｍとしており、上記好適な距離Ｔを、Ｌとの関係で示すと、Ｔ＝０．６Ｌが好適であり、更に、０．３Ｌ≦Ｔ≦０．６７Ｌとするのが好ましい、と言える。

また、リブ１１１ｃのへこみ形状を円弧状に形成するようにしているので、リブ１１１ｃを外側に向けて拡がる溝とすることができ、ヘッダタンク１２０、１３０とチューブ１１１とをろう付けする際に、チューブ根付部からろう材が毛細管現象によってリブ１１１ｃを伝わって流れ出すのを抑制することができる。ろう材がチューブ根付部から流れ出し、フィン１１２に至ると、ろう材がフィン材に拡散して、フィンの融点が低下して、ろう付け時にフィンが溶けるという不具合が発生するが、上記のようにリブ１１１ｃのへこみ形状を円弧状にすることで、ろう材の流れ出しを抑制して、フィン溶けを抑制することができる。

また、リブ１１１ｃの互いに接合される部位に平面部１１１ｄを設けるようにしているので、対向するリブ１１１ｃ同士を安定させて当接することができ、確実な接合が可能となる。

また、リブ１１１ｃを１つの対向面１１１ｂに対して、曲げ部１２１ｂに対応するように２つ設けるようにしているので、最小限のリブ１１１ｃの形成で効果的な熱応力の低減が可能となる。

また、チューブ１１１の内側の表面には、ろう材１１１ｇと犠牲材１１１ｈとを設け、このろう材１１１ｇによって、リブ１１１ｃがチューブ１１１の内側で互いに接合されるようにしているので、チューブ１１１内部の腐食性を向上させると共に、リブ１１１ｃ同士を確実に接合できる。

また、チューブ１１１の平板材の端部同士が接合される部位を重ね部１１１ｅとして形成すると共に、重ね部１１１ｅが冷却風の上流側を向くように配置するようにしているので、冷却風の上流側から異物がチューブ１１１に衝突しても、重ね部１１１ｅの板厚を実質的に２倍にすることができ、異物による損傷を低減できる。

図９はチューブの強度の確認要領を示す概略図である。チューブ強度の確認要領は、固定台３１０に対して４５度に傾斜させた評価用のコア部１１０（２１０）の上側から筒３２０をガイドにして錘３３０を落下させて、ポンチ３４０によってチューブ穴あき発生に至る錘３３０の落下高さを調べるものである。確認用のチューブは、チューブ１１１、２１１、およびリブ１１１ｃと重ね部１１１ｅとが形成されない従来チューブである。この強度確認においては、図１０に示すように、本実施形態のチューブ１１１の強度は、押出し成形のチューブ２１１と同等の強度が得られた。

（その他の実施形態）
本発明は、上記第１実施形態に限定して解釈されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の対応が可能である。

上記第１実施形態では、一対のヘッダタンク１２０、１３０に接続されるサイドプレート１１３によってチューブ１１１の熱膨張が拘束され、チューブ１１１に熱応力が発生しやすくなる場合に対して、その熱応力の低減を図るものとして説明した。しかしながら、複式熱交換器１０にサイドプレート１１３を設けない場合、あるいはサイドプレート１１３の長手方向端部を両ヘッダタンク１２０、１３０に接続しない場合であっても、ラジエータ１００の冷却水と冷媒凝縮器２００の冷媒との間に温度差があると、チューブ１１１とチューブ２１１との間に相対的に熱膨張差が生じ、チューブ１１１とチューブ２１１のうち、相対的に剛性の低いチューブ、即ち、チューブ１１１はチューブ２１１によって拘束される形となり、ヘッダプレート１２１の曲げ部１２１ｂ近傍に熱応力が発生しやすくなる。

よって、このような場合であっても、チューブ１１１の熱応力が発生しやすい曲げ部１２１ｂの近傍に、リブ１１１ｃを設けることで、上記第１実施形態と同様に、チューブ１１１の積層方向の剛性を大きくして、熱応力を分散することができ、熱応力に対して積層方向のたわみの発生（変形量）を抑えることができ、効果的に熱応力を低減することができる。

また、リブ１１１ｃのへこみ形状は、円弧状に限らず、三角状、矩形状等としても良い。尚、矩形状のリブ１１１ｃにおいては、リブ１１１ｃの幅方向寸法を適宜選定することで、ろう付け時のチューブ根付部からのフィン側へのろう材の流れ出しを抑制できる。

また、リブ１１１ｃの頂部に平面部１１１ｄを設けるようにしたが、対向し合うリブ１１１ｃ同士が良好に当接して接合されれば、この平面部１１１ｄを廃止しても良い。

また、リブ１１１ｃを１つの対向面１１１ｂにおいて２本設けるようにしたが、これに限らず図１１に示すように、３本以上設けるようにしても良い。

また、チューブ１１１（平板材）の犠牲材１１１ｈ、１１１ｉは、複式熱交換器１０が置かれる腐食環境に応じて廃止しても良い。

また、チューブ１１１の重ね部１１１ｅを、冷却風の上流側を向くように配置したが、必ずしもその配置を適用する必要はなく、異物等による穴あきの影響を考慮して決定すれば良い。

また、チューブ１１１の成形にあたっては、重ね部１１１ｅに替えて、図１２に示すように、平板材の端部同士が付き合わせて形成される付き合せ部１１１ｊとしても良い。

また、ダミーチューブ３１１は、両熱交換器１００、２００間の熱影響の度合いに応じて設定するようにすれば良い。

また、複式熱交換器１０として、インバータの冷却水を冷却するラジエータ１００と、冷凍サイクルの冷媒を凝縮液化する冷媒凝縮器２００との組み合わせとしたが、これに限らず、他の熱交換器、例えばエンジン冷却水の冷却用ラジエータ、各種オイルを冷却するオイルクーラ、エンジン吸気を冷却するインタークーラ等の熱交換器の組合せとしても良い。

１０複式熱交換器
１１１チューブ（第１チューブ、板チューブ）
１１１ｂ対向面
１１１ｃリブ
１１１ｅ重ね部
１１１ｇろう材（ろう材層）
１１１ｈ犠牲材（犠牲腐食層）
１１１ｊ付き合せ部
１１３サイドプレート
１２０右ヘッダタンク
１２０Ａ第１空間
１２０Ｂ第２空間
１２１ａヘッダ平面部
１２１ｂ曲げ部
１３０右ヘッダタンク
２１１チューブ（第２チューブ）
２１３サイドプレート

Claims

内部に第１流体が流通し、複数積層される第１チューブ（１１１）と、
内部が複数の流路に区画されて、内部に前記第１流体よりも高圧の第２流体が流通し、前記第１チューブ（１１１）の積層方向の一方側に連続して複数積層される第２チューブ（２１１）と、
前記第１、第２チューブ（１１１、２１１）の積層方向の両最外方に配設されるサイドプレート（１１３、２１３）と、
内部が前記第１、第２チューブ（１１１、２１１）用の第１、第２空間（１２０Ａ、１２０Ｂ）に区画され、前記第１、第２チューブ（１１１、２１１）の長手方向端部がそれぞれ前記第１、第２空間（１２０Ａ、１２０Ｂ）内に連通接続されると共に、前記サイドプレート（１１３、２１３）の長手方向端部が接続される円筒状の一対のヘッダタンク（１２０）とを備え、
前記第１、第２チューブ（１１１、２１１）の外部を流通する外部流体と前記第１流体との間、および前記外部流体と前記第２流体との間でそれぞれ熱交換を行う複式熱交換器において、
前記一対のヘッダタンク（１２０）における互いに対向する部位には、前記円筒状に対して平面状となるヘッダ平面部（１２１ａ）と、このヘッダ平面部（１２１ａ）から前記円筒状に移行する曲げ部（１２１ｂ）とが形成されており、
前記曲げ部（１２１ｂ）は、前記第１、第２チューブ（１１１、２１１）の前記外部流体流れ方向の幅寸法内の領域に配置されて、前記第１、第２チューブ（１１１、２１１）と前記一対のヘッダタンク（１２０）とが接続されており、
前記第１チューブ（１１１）は、平板材の中央部が折り曲げられて、端部同士が接合されて、長手方向に直交する断面が扁平状に形成される板チューブ（１１１）であり、
前記扁平状断面の長辺側で互いに対向する対向面（１１１ｂ）には、前記第１チューブ（１１１）の内側にへこみ、前記第１チューブ（１１１）の長手方向の一端から他端に連続して延びるリブ（１１１ｃ）がそれぞれ形成されて、
前記リブ（１１１ｃ）は、前記第１チューブ（１１１）の内側で互いに接合されており、
更に、前記リブ（１１１ｃ）は、前記積層方向から見て、前記ヘッダ平面部（１２１ａ）内領域で前記曲げ部（１２１ｂ）の近傍に配置されていることを特徴とする複式熱交換器。
内部に第１流体が流通し、複数積層される第１チューブ（１１１）と、
内部が複数の流路に区画されて、内部に前記第１流体よりも高圧の第２流体が流通し、前記第１チューブ（１１１）の積層方向の一方側に連続して複数積層される第２チューブ（２１１）と、
内部が前記第１、第２チューブ（１１１、２１１）用の第１、第２空間（１２０Ａ、１２０Ｂ）に区画され、前記第１、第２チューブ（１１１、２１１）の長手方向端部がそれぞれ前記第１、第２空間（１２０Ａ、１２０Ｂ）内に連通接続される円筒状の一対のヘッダタンク（１２０）とを備え、
前記第１、第２チューブ（１１１、２１１）の外部を流通する外部流体と前記第１流体との間、および前記外部流体と前記第２流体との間でそれぞれ熱交換を行う複式熱交換器において、
前記一対のヘッダタンク（１２０）における互いに対向する部位には、前記円筒状に対して平面状となるヘッダ平面部（１２１ａ）と、このヘッダ平面部（１２１ａ）から前記円筒状に移行する曲げ部（１２１ｂ）とが形成されており、
前記曲げ部（１２１ｂ）は、前記第１、第２チューブ（１１１、２１１）の前記外部流体流れ方向の幅寸法内の領域に配置されて、前記第１、第２チューブ（１１１、２１１）と前記一対のヘッダタンク（１２０）とが接続されており、
前記第１チューブ（１１１）は、平板材の中央部が折り曲げられて、端部同士が接合されて、長手方向に直交する断面が扁平状に形成される板チューブ（１１１）であり、
前記扁平状断面の長辺側で互いに対向する対向面（１１１ｂ）には、前記第１チューブ（１１１）の内側にへこみ、前記第１チューブ（１１１）の長手方向の一端から他端に連続して延びるリブ（１１１ｃ）がそれぞれ形成されて、
前記リブ（１１１ｃ）は、前記第１チューブ（１１１）の内側で互いに接合されており、
更に、前記リブ（１１１ｃ）は、前記積層方向から見て、前記ヘッダ平面部（１２１ａ）内領域で前記曲げ部（１２１ｂ）の近傍に配置されていることを特徴とする複式熱交換器。
前記第１チューブ（１１１）の前記幅寸法の中心から前記曲げ部（１２１ｂ）までの距離をＬ、
前記幅寸法の中心から前記リブ（１１１ｃ）までの距離をＴとした時に、
０．３Ｌ≦Ｔ≦０．６７Ｌであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複式熱交換器。
前記リブ（１１１ｃ）のへこみ形状は、円弧状に形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の複式熱交換器。
前記リブ（１１１ｃ）の互いに接合される部位は、平面状に形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の複式熱交換器。
前記リブ（１１１ｃ）は、前記曲げ部（１２１ｂ）に対応するように１つの前記対向面（１１１ｂ）に対して２つ形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の複式熱交換器。
前記第１チューブ（１１１）の内側に対応する前記平板材の表面には、ろう材層（１１１ｇ）と犠牲腐食層（１１１ｈ）とが設けられており、前記ろう材層（１１１ｇ）によって、前記リブ（１１１ｃ）は前記第１チューブ（１１１）の内側で互いに接合さたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の複式熱交換器。
前記第１チューブ（１１１）の前記平板材の端部同士が接合される部位は、前記平板材が板厚方向に重ねられた重ね部（１１１ｅ）として形成されており、
前記重ね部（１１１ｅ）は、前記外部流体の上流側を向くように配置されたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の複式熱交換器。
車両エンジンルーム内に配設されて、
前記第１流体は、前記車両の発熱機器を冷却する冷却水であり、
前記第２流体は、前記車両の冷凍装置内を循環する高圧側冷媒であり、
前記外部流体は、空気であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の複式熱交換器。