JP2019121533A - 流体加熱モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発熱量が互いに異なる複数の発熱体を用いる構成としながらも、それぞれの発熱体を適切に冷却することのできる流体加熱モジュール、を提供する。【解決手段】流体加熱モジュール１０は、第１発熱体（ヒーター４１０）と、第１発熱体よりも発熱量の小さい第２発熱体（スイッチング素子４２０）と、第１発熱体及び第２発熱体を個別に挟み込んだ状態で、積層方向に沿って並ぶように配置された複数のチューブ２００と、互いに隣り合うチューブ２００の間を接続するように配置された複数の連結管３００と、を備える。一部の連結管３００又はその接続部分における構成が、他の連結管３００又はその接続部分における構成と異なっていることにより、それぞれの構成が互いに異なっていない場合に比べて、第２発熱体からこれに隣接するチューブ２００への放熱量が小さくなっている。【選択図】図１

Description

本開示は、流体を加熱する流体加熱モジュールに関する。

下記特許文献１には、複数の半導体モジュールを、流体（冷媒）との熱交換によって冷却する構成の電力変換装置が記載されている。当該装置は、流体の流れる流路が内部に形成されたチューブ（冷却管）と、冷却対象である半導体モジュールと、を積層方向に沿って交互に積層した構成となっている。

半導体モジュールは、チューブ内を流れる流体との熱交換によって冷却される。一方、チューブ内を流れる流体は、半導体モジュールで生じた熱によって加熱され、その温度を上昇させる。本発明者らは、このような構成の装置を、流体を加熱するための「流体加熱モジュール」として用いることについて検討を進めている。例えば、半導体モジュールの代わりに電気ヒーター等の発熱体をチューブ間に配置すれば、発熱体で生じた熱によって流体を加熱することができる。これにより、例えば車両の暖機時において冷却水の温度を迅速に上昇させたり、車室内の暖房を行ったりすることが可能となる。

特開２０１７−０９３２７１号公報

ところで、流体加熱モジュールの熱源である発熱体として、発熱量が互いに異なる複数種類の発熱体を用いたい場合がある。例えば、電気ヒーターに供給される電力の大きさを調整するためのスイッチング素子は、動作中に発熱するので、電気ヒーターと共に流体加熱用の発熱体として用いることができる。電気ヒーターに比べればスイッチング素子の発熱量は小さいのであるが、スイッチング素子で生じた熱をも有効に利用することにより、流体の加熱をより効率的に行うことが可能となる。

発熱量が大きい方の発熱体のことを、以下では「第１発熱体」とも称する。また、発熱量が小さい方の発熱体のことを、以下では「第２発熱体」とも称する。

上記特許文献１に記載されているような電力変換装置において、一部の半導体モジュールを第１発熱体に置き換えて、他の半導体モジュールを第２発熱体に置き換えた場合には、第１発熱体及び第２発熱体は、それぞれの発熱量が互いに異なっているにもかかわらず、チューブ内を流れる流体によって概ね均等に冷却されることとなる。このため、発熱量の小さい第２発熱体においては、流体による冷却が過剰に行われてしまうことにより、その寿命が短くなってしまう等の問題が生じる可能性がある。

本開示は、発熱量が互いに異なる複数の発熱体を用いる構成としながらも、それぞれの発熱体を適切に冷却することのできる流体加熱モジュール、を提供することを目的とする。

本開示に係る流体加熱モジュール（１０）は、第１発熱体（４１０）と、第１発熱体よりも発熱量の小さい第２発熱体（４２０）と、内部を流体が流れるように形成された管状の部材であって、第１発熱体及び第２発熱体を個別に挟み込んだ状態で、積層方向に沿って並ぶように配置された複数のチューブ（２００）と、内部を流体が流れるように形成された管状の部材であって、互いに隣り合うチューブの間を接続するように配置された複数の連結管（３００）と、を備える。この流体加熱モジュールでは、一部の連結管又はその接続部分における構成が、他の連結管又はその接続部分における構成と異なっていることにより、それぞれの構成が互いに異なっていない場合に比べて、第２発熱体からこれに隣接するチューブへの放熱量が小さくなっている。

このような構成の流体加熱モジュールでは、一部の連結管又はその接続部分における構成を他と異ならせることにより、構成を他と異ならせない場合（つまり、連結管やその接続部分における構成が全体で一様である場合）に比べて、第２発熱体からこれに隣接するチューブへの放熱量が小さくなっている。

第２発熱体からチューブへの放熱量が上記のように調整され低減されていることにより、第１発熱体及び第２発熱体のそれぞれが適切に冷却される。その結果、発熱量の小さい第２発熱体が過剰に冷却されてしまうような事態が防止される。

本開示によれば、発熱量が互いに異なる複数の発熱体を用いる構成としながらも、それぞれの発熱体を適切に冷却することのできる流体加熱モジュール、が提供される。

図１は、第１実施形態に係る流体加熱モジュールの構成を示す図である。 図２は、図１のＡ部における内部の構成を示す部分断面図である。 図３は、図１のＢ部における内部の構成を示す部分断面図である。 図４は、第２実施形態に係る流体加熱モジュールの構成を示す図である。 図５は、図４のＣ部における内部の構成を示す部分断面図である。 図６は、第３実施形態に係る流体加熱モジュールの構成を示す図である。 図７は、図６の流体加熱モジュールを側方から見て描いた図である。 図８は、図６の流体加熱モジュールの構成を説明するための分解組立図である。 図９は、第１比較例に係る流体加熱モジュールの構成を示す図である。 図１０は、第２比較例に係る流体加熱モジュールの構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る流体加熱モジュール１０の構成について、主に図１を参照しながら説明する。流体加熱モジュール１０は、不図示の車両に搭載される装置であって、当該車両の暖機時等において冷却水（ＬＬＣ）を加熱するためのものである。尚、流体加熱モジュール１０によって加熱される対象の流体は、本実施形態のように冷却水であってもよいが、他の流体（例えば空調用の冷媒等）であってもよい。

図１に示されるように、流体加熱モジュール１０は、ケース１００と、チューブ２００と、連結管３００と、ヒーター４１０と、スイッチング素子４２０と、加圧部６００と、を備えている。

ケース１００は、流体加熱モジュール１０の外形を概ね区画する容器であって、その内側には後述のヒーター４１０等が収容されている。ケース１００の形状は概ね直方体となっている。ケース１００の外側における一面には、入口配管５１０と出口配管５２０とが設けられている。入口配管５１０は、外部から供給される冷却水を受け入れるための配管である。入口配管５１０は、本実施形態における「流体入口部」に該当する。出口配管５２０は、流体加熱モジュール１０において加熱された冷却水を、外部に排出するための配管である。入口配管５１０及び出口配管５２０はいずれも、ケース１００の一面から、当該面に対して垂直な方向に向けて伸びるように設けられている。

直方体であるケース１００を構成する複数の壁のうち、上記の入口配管５１０及び出口配管５２０が設けられている壁のことを、以下では「壁１１０」と表記する。また、壁１１０と対向する壁のことを、以下では「壁１２０」と表記する。更に、壁１１０及び壁１２０のそれぞれに対して垂直な壁であって、壁１１０と壁１２０とを繋いでいる一対の壁のことを、それぞれ「壁１３１」及び「壁１３２」と表記する。図１に示されるように、壁１３１は入口配管５１０が設けられている方の壁であり、壁１３２は出口配管５２０が設けられている方の壁である。

図１では、壁１１０から壁１２０に向かう方向をｘ方向としており、同方向に沿ってｘ軸を設定している。また、壁１３２から壁１３１に向かう方向をｙ方向としており、同方向に沿ってｙ軸を設定している。更にｘ方向及びｙ方向のいずれに対しても垂直な方向であって、図１において紙面奥側から手前側に向かう方向をｚ方向としており、同方向に沿ってｚ軸を設定している。以降の図においても同様である。

チューブ２００は、内部を冷却水が流れるように形成された管状の部材であって、流体加熱モジュール１０において複数（本実施形態では５個）設けられている。それぞれのチューブ２００は扁平な形状となっており、その平坦面の法線方向をｘ軸に沿わせた状態で配置されている。チューブ２００はｙ軸に沿って伸びるように形成されている。チューブ２００の内側には、冷却水の流れる流路ＦＰ（図１では不図示。図２を参照）が形成されている。それぞれのチューブ２００に供給された冷却水は、流路ＦＰを−ｙ方向に向かって流れる。

複数のチューブ２００は、それぞれの平坦面を互いに対向させた状態で、ｘ軸に沿って並ぶように配置されている。複数のチューブ２００が並んでいる方向（つまりｘ方向又は−ｘ方向）のことを、以下では「積層方向」とも称する。

互いに隣り合うチューブ２００の間には隙間が形成されている。当該隙間の一部には後述のヒーター４１０が挟み込まれており、当該隙間の他の一部には又はスイッチング素子４２０が挟み込まれている。このように、複数のチューブ２００は、ヒーター４１０及びスイッチング素子４２０を個別に挟み込んだ状態で、積層方向に沿って並ぶように配置されている。尚、上記における「個別に挟み込んだ状態」とは、ヒーター４１０が挟み込まれている隙間と、スイッチング素子４２０が挟み込まれている隙間とが、互いに異なっていることを意味するものである。１つの隙間に、ヒーター４１０又はスイッチング素子４２０のうちの一方が複数個挟み込まれているような態様を除外するものではない。

連結管３００は、内部を流体が流れるように形成された円管状の部材であって、互いに隣り合うチューブ２００の間を接続するように設けられている。互いに隣り合うチューブ２００の間において、連結管３００は、チューブ２００のうちｙ方向側の端部近傍と、−ｙ方向側の端部近傍とにそれぞれ設けられている。それぞれの連結管３００の内部空間は、チューブ２００内の流路ＦＰと連通されている。このため、それぞれのチューブ２００内の流路ＦＰは、連結管３００を介して互いに並列に繋がっている。後に説明するように、それぞれの連結管３００は、チューブ２００を構成する板材の一部を突出させることによって形成されている。

それぞれの連結管３００は、上記のように互いに隣り合うチューブ２００の間に設けられているのであるが、一部の連結管３００は、−ｘ方向側の端部に配置されたチューブ２００から、更に−ｘ方向側に向けて伸びるようにも設けられている。

このように設けられた連結管３００のうち、ｙ方向側に配置されているものは、壁１１０に形成された貫通穴１１２に挿通されている。貫通穴１１２は、壁１１０をｘ軸に沿って貫くように形成された貫通穴である。貫通穴１１２には、上記の連結管３００がｘ方向側から挿通されているとともに、先に述べた入口配管５１０が−ｘ方向側から挿通されている。このため、入口配管５１０から供給される冷却水は、貫通穴１１２を介して上記の連結管３００に流入することとなる。

同様に、−ｘ方向側の端部に配置されたチューブ２００から−ｘ方向側に伸びる連結管３００のうち、−ｙ方向側に配置されているものは、壁１１０に形成された貫通穴１１３に挿通されている。貫通穴１１３は、貫通穴１１２と同様に、壁１１０をｘ軸に沿って貫くように形成された貫通穴である。貫通穴１１３には、上記の連結管３００がｘ方向側から挿通されているとともに、先に述べた出口配管５２０が−ｘ方向側から挿通されている。このため、流体加熱モジュール１０によって加熱された冷却水は、上記の連結管３００から、貫通穴１１３を介して出口配管５２０から排出されることとなる。

チューブ２００のｙ方向側の部分に設けられたそれぞれの連結管３００は、その中心軸を互いに一致させた状態で、入口配管５１０と共にｘ軸に沿って直線状に並んでいる。同様に、チューブ２００の−ｙ方向側の部分に設けられたそれぞれの連結管３００は、その中心軸を互いに一致させた状態で、出口配管５２０と共にｘ軸に沿って直線状に並んでいる。

ヒーター４１０は、電力の供給を受けて発熱する電気ヒーターである。ヒーター４１０は、冷却水の加熱を行う際の熱源の一つとなるものであり、本実施形態における「第１発熱体」に該当する。ヒーター４１０は複数個（本実施形態では３個）設けられている。図１に示されるように、それぞれのヒーター４１０は、互いに隣り合う一対のチューブ２００の間となる位置において、それぞれのチューブ２００に挟み込まれた状態で保持されている。本実施形態では、５つのチューブ２００の間に形成された４つの隙間のうち、−ｘ方向側に形成されている３つの隙間のそれぞれに、ヒーター４１０が１つずつ挟み込まれている。ヒーター４１０としては、例えばＰＴＣ素子やセラミックヒーター素子を用いることができる。

ヒーター４１０に電力が供給されると、ヒーター４１０で生じた熱によって各チューブ２００が加熱され、チューブ２００内を通る冷却水も加熱される。ヒーター４１０に供給される電力の大きさは、次に述べるスイッチング素子４２０の動作によって調整される。

スイッチング素子４２０は、それぞれのヒーター４１０に供給される電力の大きさを調整するための素子である。このようなスイッチング素子４２０としては、例えばＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴ等を用いることができる。スイッチング素子４２０の開閉動作は、不図示の電子基板によって制御される。電子基板は、スイッチング素子４２０のデューティを調整することにより、ヒーター４１０の発熱量を調整する。本実施形態では、５つのチューブ２００の間に形成された４つの隙間のうち、最もｘ方向側に形成されている１つの隙間に、１つのスイッチング素子４２０が挟み込まれている。

このように、本実施形態では、積層方向に沿って流体入口部側（つまり−ｘ方向側）となる位置にヒーター４１０が配置されており、積層方向に沿って流体入口部とは反対側（つまりｘ方向側）となる位置にスイッチング素子４２０が配置されている。ヒーター４１０及びスイッチング素子４２０は、それぞれ上記とは異なる位置に配置されていてもよい。

本実施形態では、ヒーター４１０のｘ軸に沿った寸法（つまり厚さ）が、全てのヒーター４１０について互いに同一となっている。図１では、当該寸法がＬ１として示されている。また、本実施形態では、スイッチング素子４２０のｘ軸に沿った寸法（つまり厚さ）が、上記のＬ１よりも短くなっている。図１では、当該寸法がＬ２として示されている。

互いに隣り合うチューブ２００の間を繋いでいる連結管３００の、ｘ軸に沿った寸法（つまり長さ）は、同じ隙間に挟み込まれているヒーター４１０又はスイッチング素子４２０の長さに等しい。このため、スイッチング素子４２０が挟み込まれている隙間に配置された連結管３００（図１では「符号３００Ａ」を付してある）の長さはＬ２に等しく、他の位置に配置された連結管の長さ（Ｌ１）よりも短くなっている。

加圧部６００は、壁１２０とチューブ２００との間に配置されている。加圧部６００は、複数のチューブ２００、ヒーター４１０、及びスイッチング素子４２０に対し、積層方向に沿って圧縮力を加えるためのものである。加圧部６００は、例えば板バネのような不図示の弾性部材を有している。加圧部６００によって加えられる圧縮力により、ヒーター４１０とチューブ２００との間、及びスイッチング素子４２０とチューブ２００との間、のそれぞれにおいて隙間が生じてしまうことが防止されている。これにより、各チューブ２００との当接部における熱抵抗が低減されている。

尚。壁１１０のうち内側の面には、ｘ方向側に向けて突出する突出部１１１が形成されている。突出部１１１の先端は、最も−ｘ方向側に配置されたチューブ２００に対して−ｘ方向側から当接している。このため、チューブ２００、ヒーター４１０、及びスイッチング素子４２０は、加圧部６００と突出部１１１との間に挟まれることによって上記の圧縮力を受けている。

引き続き図１を参照しながら、流体加熱モジュール１０の動作について説明する。既に述べたように、外部から供給される冷却水は、入口配管５１０から流体加熱モジュール１０に供給される。当該冷却水は、ｙ方向側に配置されたそれぞれの連結管３００をｘ方向に向かって流れながら、それぞれのチューブ２００へと分配される。これにより、それぞれのチューブ２００に形成された流路ＦＰでは、冷却水が−ｙ方向に向かって流れる。ヒーター４１０で生じた熱によってチューブ２００は高温となっているので、冷却水はチューブ２００を通る際において加熱され、その温度を上昇させる。

それぞれのチューブ２００を通った冷却水は、−ｙ方向側に配置されたそれぞれの連結管３００において合流し、これら連結管３００を−ｘ方向側に向かって流れる。その後、冷却水は出口配管５２０を通って外部へと排出される。

このとき、それぞれのスイッチング素子４２０は、スイッチング動作に伴って発熱している。スイッチング素子４２０で生じた熱は、スイッチング素子４２０を挟み込むチューブ２００へと伝えられ、当該チューブ２００の流路ＦＰを流れる冷却水へと伝達される。

つまり、本実施形態におけるスイッチング素子４２０は、ヒーター４１０と共に、冷却水の加熱を行う際の熱源の一つとなっている。スイッチング素子４２０は、本実施形態における「第２発熱体」に該当する。第２発熱体であるスイッチング素子４２０の発熱量は、第１発熱体であるヒーター４１０の発熱量よりも小さい。しかしながら、流体加熱モジュールでは、スイッチング素子４２０で生じた熱をも無駄にすることなく有効に利用することにより、流体の加熱をより効率的に行うことが可能となっている。

ところで、発熱量の大きなヒーター４１０と、発熱量の小さなスイッチング素子４２０とが、各チューブ２００を流れる冷却水によって概ね均等に冷却されてしまうと、スイッチング素子４２０の冷却が過剰に行われてしまうことにより、スイッチング素子４２０の寿命が短くなってしまう等の問題が生じる可能性がある。そこで、本実施形態に係る流体加熱モジュール１０では、ヒーター４１０の冷却と、スイッチング素子４２０の冷却とがそれぞれ適切に行われように、各チューブ２００を流れる冷却水の流量が調整されている。

このための具体的な構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、図１のＡ部における内部の構成を示す部分断面図である。図３は、図１のＢ部における内部の構成を示す部分断面図である。それぞれの部分断面図においては、チューブ２００及び連結管３００の内部の構成が示されている。

図２及び図３に示されるように、チューブ２００は、第１板材２１０と、第２板材２２０と、中間板材２３０とによって構成されている。これらはいずれもアルミニウムによって形成された板状の部材である。

第１板材２１０は、チューブ２００のうちｘ方向側の部分を形成する板材である。第２板材２２０は、チューブ２００のうち−ｘ方向側の部分を形成する板材である。第１板材２１０及び第２板材２２０は、後述の中間板材２３０を間に挟み込んだ状態で、その外周部分をかしめることによって一体とされている。第１板材２１０と第２板材２２０との間、すなわちチューブ２００の内側には、冷却水の流れる流路ＦＰが形成されている。

第１板材２１０のうちｙ方向側の端部近傍には、ｘ方向に向けて突出する円管部２１１が形成されている。また、第２板材２２０のうちｙ方向側の端部近傍には、−ｘ方向に向けて突出する円管部２２１が形成されている。円管部２１１の外径は、円管部２２１の内径に概ね等しい、円管部２１１の先端部近傍は、円管部２２１の内側に挿通され嵌め込まれている。本実施形態では、このように組み合わされた円管部２１１と円管部２２１とによって、連結管３００が構成されている。チューブ２００のうち−ｙ方向側の端部近傍に形成された連結管３００についても同様である。

このような態様に替えて、チューブ２００を構成する部材とは別の部材によって、それぞれの連結管３００が構成されているような態様であってもよい。

尚、最もｘ方向側に配置されたチューブ２００の第１板材２１０には、上記の円管部２１１が形成されていない。また、最も−ｘ方向側に配置されたチューブ２００から伸びる円管部２２１は、他のチューブ２００の円管部２１１には接続されておらず、壁１１０の貫通穴１１２、１１３に挿通されている。

中間板材２３０は、第１板材２１０と第２板材２２０との間に挟み込まれた平板状の部材である。流路ＦＰは、この中間板材２３０によって２つに分けられている。中間板材２３０のうち、ｘ軸に沿って連結管３００と対向する部分には、円形の開口２３１が形成されている。このため、連結管３００を通ってチューブ２００の内部に流入した冷却水は、その一部が中間板材２３０よりも−ｘ方向側の流路ＦＰを流れて、他の一部が中間板材２３０よりもｘ方向側の流路ＦＰを流れる。中間板材２３０が設けられていることにより、流路ＦＰを流れる冷却水と、外部との間の熱交換が効率的に行われる。

本実施形態においては、第１板材２１０及び第２板材２２０のそれぞれが、外力を受けることによって変形しやすい「ダイアフラム」として構成されている。流体加熱モジュール１０の製造時においては、上記構成のチューブ２００、ヒーター４１０、及びスイッチング素子４２０が、予め隙間を空けた状態で積層方向に沿って並べられた後、その全体が積層方向に沿って圧縮される。その際、チューブ２００の一部は、積層方向に沿った圧縮力を連結管３００から受けることによって変形し、上記の隙間が次第に小さくなって行く。最終的には隙間が０となることにより、ヒーター４１０やスイッチング素子４２０がチューブ２００に当接し押し付けられた状態となる。

本実施形態では、スイッチング素子４２０の厚さが比較的小さいので、スイッチング素子４２０に隣接するチューブ２００の変形量は大きくなる。図２では、当該変形量がＤＦ２として示されている。図２に示されるように、チューブ２００を構成する第１板材２１０又は第２板材２２０の変形は、流路ＦＰの入口における流路断面積を狭くする方向に生じる。図２では、変形により狭くなった流路ＦＰの入口、のｘ軸に沿った寸法（具体的には、変形部分の頂点から中間板材１３０までの距離）がＧ２として示されている。

ヒーター４１０に隣接するチューブ２００においても、製造時には上記と同様の変形が生じる。本実施形態では、ヒーター４１０の厚さがスイッチング素子４２０の厚さよりも大きいので、ヒーター４１０に隣接するチューブ２００の変形量は比較的小さくなる。図３では、当該変形量がＤＦ１として示されている。本実施形態では、スイッチング素子４２０に隣接するチューブ２００の変形量（ＤＦ２）が、ヒーター４１０に隣接するチューブの変形量（ＤＦ１）よりも大きくなっている。

図３では、変形により狭くなった流路ＦＰの入口、のｘ軸に沿った寸法（具体的には、変形部分の頂点から中間板材１３０までの距離）がＧ１として示されている。上記の通りＤＦ２がＤＦ１よりも大きいので、図３に示されるＧ１は、図２に示されるＧ２よりも大きくなっている。つまり、ヒーター４１０に隣接するチューブ２００の入口における流路断面積は、スイッチング素子４２０に隣接するチューブ２００の入口における流路断面積よりも大きくなっている。

このため、スイッチング素子４２０に隣接するチューブ２００を流れる流体の流量は、ヒーター４１０に隣接するチューブ２００を流れる流体の流量よりも小さくなる。また、スイッチング素子４２０に隣接するチューブ２００を流れる流体の流速は、ヒーター４１０に隣接するチューブ２００を流れる流体の流速よりも遅くなる。その結果、発熱量の小さなスイッチング素子４２０に対するチューブ２００の冷却性能は、発熱量の大きなヒーター４１０に対するチューブ２００の冷却性能よりも小さくなっている。これにより、ヒーター４１０が過剰に冷却されてしまうような事態が防止されている。

以上のように、本実施形態に係る流体加熱モジュール１０では、一部の連結管３００の接続部分（具体的には、円管部２１１や円管部２２１の根元部分）における構成が、他の連結管３００の接続部分における構成と異なっていることにより、スイッチング素子４２０（第２発熱体）に隣接するチューブ２００を流れる流体の流量及び流速が、ヒーター４１０（第１発熱体）に隣接するチューブ２００を流れる流体の流量及び流速よりも小さくなっている。その結果、一部の連結管３００の接続部分における構成を、他の連結管３００の接続部分における構成と異ならせない場合（つまり全体を一様な構成とした場合）に比べて、スイッチング素子４２０からこれに隣接するチューブ２００への放熱量が小さくなっている。これにより、流体加熱モジュール１０では、発熱量が互いに異なる複数の発熱体を用いる構成としながらも、それぞれの発熱体を適切に冷却することが可能となっている。尚、スイッチング素子４２０（第２発熱体）に隣接するチューブ２００を流れる流体は、その流量及び流速のうち少なくとも一方のみが、スイッチング素子４１０（第１発熱体）に隣接するチューブ２００を流れる流体の流量等よりも小さくなっていればよい。

第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

図４に示されるように、本実施形態に係る流体加熱モジュール１０では、スイッチング素子４２０のｘ軸に沿った寸法（図４ではＬ１２として示してある）が、ヒーター４１０の同法に沿った寸法（図４ではＬ１１として示してある）よりも大きくなっている。このため、スイッチング素子４２０を間に挟み込む一対のチューブ２００、の間を接続している連結管３００（図４では「符号３００Ｂ」を付してある）の長さ（Ｌ１２）は、他の連結管３００の長さ（Ｌ１１）よりも長くなっている。

その結果、スイッチング素子４２０を間に挟み込む一対のチューブ２００、の間を接続している連結管３００の流路抵抗は、他の連結管３００の流路抵抗に比べて大きくなっている。

本実施形態でも図１の第１実施形態と同様に、積層方向に沿って流体入口部とは反対側（ｘ方向側）となる位置にスイッチング素子４２０が配置されている。このような位置に配置されたスイッチング素子４２０に隣接するチューブ２００、に繋がる連結管３００の流路抵抗が大きくなっているので、当該チューブ２００に流入する冷却水の流量は、他のチューブ２００に流入する冷却水の流量に比べて小さくなる。

つまり、本実施形態では、一部の連結管３００における構成（具体的には長さ）が、他の連結管における構成と異なっていることにより、スイッチング素子４２０に隣接するチューブ２００を流れる流体の流量が、ヒーター４１０に隣接するチューブ２００を流れる流体の流量よりも小さくなっている。その結果、全ての連結管３００の構成が互いに異なっていない場合に比べて、スイッチング素子４２０からこれに隣接するチューブ２００への放熱量が小さくなっている。このような態様でも、第１実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。

図５は、図４のＣ部における内部の構成を示す部分断面図である。図５では、チューブ２００及び連結管３００の内部の構成が示されている。本実施形態では、第１板材２１０及び第２板材２２０のそれぞれがダイアフラムとしては構成されていない。このため、第１板材２１０や第２板材２２０においては、第１実施形態で説明したような変形、すなわち、連結管３００から積層方向に沿った圧縮力を受けることによる変形が生じていない。尚、「変形が生じていない」というのは、微少な変形についても全く生じていないという意味ではなく、チューブ２００に流入する冷却水の流量に影響を及ぼす程度の変形が生じていない、という意味である。

このような構成においては、ヒーター４１０やスイッチング素子４２０に対して、チューブ２００が十分には密着していない可能性がある。そこで、本実施形態では、チューブ２００とヒーター４１０との間、及びチューブ２００とスイッチング素子４２０との間、のそれぞれに、グリースＧＲを介在させてある。これにより、各当接部における熱抵抗が低減されている。尚、発熱量の小さなスイッチング素子４２０が過剰に冷却されないように、チューブ２００とスイッチング素子４２０との間に塗布されたグリースＧＲの厚さが適宜調整されていてもよい。

第３実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

図６及び図７に示されるように、本実施形態に係る流体加熱モジュール１０では、電子基板７００と、バルブ固定板８００と、流体導入バルブ８１０と、流体排出バルブ８２０と、がそれぞれ設けられている。尚、図８の分解組立図では、図６の状態から電子基板７００を取り外した上で、バルブ固定板８００を取り外して−ｘ方向側に移動させた状態が示されている。

電子基板７００は、スイッチング素子４２０の開閉動作を制御するものである。電子基板７００は概ね矩形の板状に形成されており、ケース１００に収容されたスイッチング素子４２０やチューブ２００等を、ｚ方向側から覆うように配置されている。電子基板７００は、不図示のバスバーを介してスイッチング素子４２０と接続されている。

電子基板７００には複数のボルト穴７０１が形成されている。また、ケース１００のうちボルト穴７０１と対応する箇所のそれぞれには、ボルト穴１０２が形成されている。図８に示されるように、それぞれのボルト穴１０２は、ケース１００の内側面から突出する突出部１０１に形成されている。電子基板７００は、それぞれのボルト穴７０１をボルト穴１０２に重ね合わせるように配置されている。それぞれのボルト穴７０１及びボルト穴１０２には、不図示のボルトが挿入され締結されている。これにより、電子基板７００がケース１００に対して固定されている。

バルブ固定板８００は、後述の流体導入バルブ８１０及び流体排出バルブ８２０を固定するための板状の部材である。壁１１０には、−ｘ方向側の面からｘ方向側に向けて後退するように凹部１１５が形成されている。バルブ固定板８００は、この凹部１１５の内側に収容されている。図７に示されるように、バルブ固定板８００は、４つのボルト８３１によって壁１１０に締結固定されている。それぞれのボルト８３１は、バルブ固定板８００に形成された貫通穴８０１（図８を参照）に挿通されている。

図６に示されるように、壁１１０と壁１３１との接続部近傍、及び壁１１０と壁１３２との接続部近傍には、ケース１００の内側に向けて突出する肉厚部１４０が形成されている。電子基板７００の一部は、これら肉厚部１４０との干渉を避けるために切り欠かれている。

それぞれの肉厚部１４０には、ボルト８３１を受け入れるボルト穴１４１が、ｘ軸に沿って伸びるように形成されている。ｙ方向側に形成されたボルト穴１４１のｙ座標と、ｙ方向側に形成されたボルト穴１０２のｙ座標とは、概ね同一となっている。同様に、−ｙ方向側に形成されたボルト穴１４１のｙ座標と、−ｙ方向側に形成されたボルト穴１０２のｙ座標とは、概ね同一となっている。ただし、ボルト穴１０２は肉厚部１４０よりもｘ方向側となる位置に設けられているので、ボルト穴１０２に挿入される不図示のボルトと、ボルト穴１４１に挿入されるボルト８３１とが、互いに干渉してしまうことは無い。

流体導入バルブ８１０は、第１実施形態における入口配管５１０に代わるものであって、外部から供給される冷却水を受け入れる部分である。流体導入バルブ８１０は、本実施形態における「流体入口部」に該当する。流体導入バルブ８１０は、壁１１０の−ｘ方向側の面から、更に−ｘ方向側に向けて突出するように設けられている。流体導入バルブ８１０は、外部からの冷却水が内側の連結管３００等に供給される状態と、供給されない状態（つまり入口が遮断された状態）とを切り換えることができる。

流体排出バルブ８２０は、第１実施形態における出口配管５２０に代わるものであって、流体加熱モジュール１０において加熱された冷却水を外部に排出する部分である。流体排出バルブ８２０は、壁１１０の−ｘ方向側の面から、更に−ｘ方向側に向けて突出するように設けられている。流体排出バルブ８２０は、加熱された冷却水が外部に排出される状態と、排出されない状態（つまり出口が遮断された状態）とを切り換えることができる。

ケース１００に肉厚部１４０が設けられていることの効果を説明するために、比較例に係る流体加熱モジュール１０Ａ、１０Ｂの構成について説明する。

図９に示されるように、第１比較例に係る流体加熱モジュール１０Ａでは、壁１１０のｘ方向に沿った寸法（厚さ）がボルト８３１の長さよりも大きく確保されている。これにより、ボルト穴１０２に挿入される不図示のボルトと、ボルト穴１４１に挿入されるボルト８３１との干渉が防止されている。

また、図１０に示されるように、第２比較例に係る流体加熱モジュール１０Ｂでは、壁１３１、１３２の厚さがそれぞれ第１実施形態よりも大きくなっている。その上で、それぞれのボルト穴１４１が、ボルト穴１０２の位置よりもｘ軸に沿って外側となる位置に形成されている。これにより、ボルト穴１０２に挿入される不図示のボルトと、ボルト穴１４１に挿入されるボルト８３１との干渉が防止されている。

図９に示される第１比較例では、壁１１０の厚さを大きくしたことにより、流体加熱モジュール１０Ａのｘ軸に沿った寸法が大きくなっている。また、図１０に示される第２比較例では、壁１３１、１３２の厚さを大きくしたことにより、流体加熱モジュール１０Ｂのｙ軸に沿った寸法が大きくなっている。しかしながら、車両への搭載性に鑑みれば、流体加熱モジュールの寸法が大きくなるのは好ましくない。

これに対し、本実施形態に係る流体加熱モジュール１０（図６）では、ボルト穴１４１を肉厚部１４０に形成したことによって、ボルト穴１０２に挿入される不図示のボルトと、ボルト穴１４１に挿入されるボルト８３１との干渉が防止されている。これにより、図９や図１０に示される比較例に比べて、流体加熱モジュール１０の寸法が小型化されている。また、特開２０１７−０９３２７１号公報に記載されているような、支承部を設けた構成とした場合に比べても、流体加熱モジュール１０を小型化することが可能となっている。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０：流体加熱モジュール
２００：チューブ
３００：連結管
４１０：ヒーター
４２０：スイッチング素子

Claims (7)

1. 流体を加熱する流体加熱モジュール（１０）であって、
   第１発熱体（４１０）と、
   前記第１発熱体よりも発熱量の小さい第２発熱体（４２０）と、
   内部を流体が流れるように形成された管状の部材であって、前記第１発熱体及び前記第２発熱体を個別に挟み込んだ状態で、積層方向に沿って並ぶように配置された複数のチューブ（２００）と、
   内部を流体が流れるように形成された管状の部材であって、互いに隣り合う前記チューブの間を接続するように配置された複数の連結管（３００）と、を備え、
   一部の前記連結管又はその接続部分における構成が、他の前記連結管又はその接続部分における構成と異なっていることにより、
   それぞれの構成が互いに異なっていない場合に比べて、前記第２発熱体からこれに隣接する前記チューブへの放熱量が小さくなっている流体加熱モジュール。
2. 前記第２発熱体に隣接する前記チューブを流れる流体の流量又は流速が、前記第１発熱体に隣接する前記チューブを流れる流体の流量又は流速よりも小さくなっている、請求項１に記載の流体加熱モジュール。
3. それぞれの前記チューブは、前記連結管から前記積層方向に沿った圧縮力を受けることによって変形しており、
   前記第２発熱体に隣接する前記チューブの変形量が、前記第１発熱体に隣接する前記チューブの変形量よりも大きくなっている、請求項１又は２に記載の流体加熱モジュール。
4. 外部から供給される流体の入口である流体入口部（５１０，８１０）を更に備え、
   前記第１発熱体は、前記積層方向に沿って前記流体入口部側となる位置に配置されており、
   前記第２発熱体は、前記積層方向に沿って前記流体入口部とは反対側となる位置に配置されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流体加熱モジュール。
5. 前記第２発熱体を間に挟み込む一対の前記チューブ、の間を接続している前記連結管の長さが、他の連結管の長さよりも長い、請求項４に記載の流体加熱モジュール。
6. 前記第２発熱体を間に挟み込む一対の前記チューブでは、前記連結管から前記積層方向に沿った圧縮力を受けることによる変形が生じていない、請求項５に記載の流体加熱モジュール。
7. 前記第１発熱体は、電力の供給を受けて発熱するヒーターであり、
   前記第２発熱体は、前記第１発熱体に供給される電力の大きさを調整するためのスイッチング素子である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流体加熱モジュール。

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