JP2020122630A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の圧力が上昇した場合であっても、冷却水の循環経路まで破損してしまうことのない熱交換器、を提供する。【解決手段】熱交換器１０は、内側を冷媒が流れるように構成された内部部材２００と、内側に内部部材２００を収容する容器であって、内部部材の周囲の空間を冷却水が流れるように構成されたケース１００と、を備える。ケース１００には、内部部材２００に冷媒を供給するための冷媒供給配管１１と、内部部材２００から冷媒を排出するための冷媒排出配管１２と、がそれぞれ接続されている。冷媒が流れる部分のうち、その表面が外気に露出している部分の一部には、冷媒の圧力が上昇した際において内部部材２００よりも先に破損する部分、である優先破損部が設けられている。【選択図】図２

Description

本開示は熱交換器に関する。

車両には、流体間で熱交換を行うための熱交換器が複数設けられる。このような熱交換器としては、例えば、冷媒との熱交換によって冷却水の温度を低下させるための冷却用熱交換器等が挙げられる。冷却水によって冷却される対象は、例えば内燃機関や電池等である。

下記特許文献１には、上記のような熱交換器の一例が示されている。当該熱交換器では、タンクに接続された複数のチューブが、タンクと共にケースの内部に収容されている。熱交換の対象となる一方の流体である冷媒は、外部からタンク内へと供給された後、タンクの長手方向に沿って流れながらそれぞれのチューブへと分配される。また、熱交換の対象となるもう一方の流体である冷却水は、ケース内へと供給された後、タンク及びチューブの外側の空間を流れる。これにより、チューブの内側を通る冷媒と、チューブの外側を通る冷却水との間で熱交換が行われる。

このような熱交換器では、冷媒が流れる流路と、冷却水が流れる流路との間が、チューブ等を構成する一枚の金属板によって隔てられている。

独国特許出願公開第１０２０１５１１１３９３号明細書

冷凍サイクルを循環する冷媒の圧力は、冷却水の圧力に比べて高くなっていることが多い。冷凍サイクルの一部、例えば膨張弁等において動作不良が生じると、これに起因して冷媒の圧力が更に上昇する可能性がある。チューブやタンクの内側を流れる冷媒の圧力が、外側を流れる冷却水の圧力に比べて大きくなり過ぎると、圧力差によってチューブ等が破損してしまう。チューブ等が破損すると、破損箇所から漏出した冷媒により、冷却水の循環経路の圧力も上昇するので、当該循環経路においても圧力による破損が生じてしまう。その結果、電池等の機器を適切に冷却することができなくなってしまう。

本開示は、冷媒の圧力が上昇した場合であっても、冷却水の循環経路まで破損してしまうことのない熱交換器、を提供することを目的とする。

本開示に係る熱交換器は、冷媒と冷却水との間で熱交換を行う熱交換器（１０）であって、内側を冷媒が流れるように構成された内部部材（２００）と、内側に内部部材を収容する容器であって、内部部材の周囲の空間を冷却水が流れるように構成されたケース（１００）と、を備える。ケースには、内部部材に冷媒を供給するための冷媒供給配管（１１）と、内部部材から冷媒を排出するための冷媒排出配管（１２）と、がそれぞれ接続されている。冷媒が流れる部分のうち、その表面が外気に露出している部分の一部には、冷媒の圧力が上昇した際において内部部材よりも先に破損する部分、である優先破損部（１２１，１２，１３０Ａ，１４０，１５０）が設けられている。

このような構成の熱交換器では、冷媒の圧力が上昇すると、内部部材を構成するチューブ等よりも先に優先破損部が破損する。優先破損部は、冷媒が流れる部分のうち、その表面が外気に露出している部分の一部に設けられている。

優先破損部が破損した際には、冷媒は優先破損部から外気側へと漏出するので、冷却水が流れる流路には冷媒は流入しない。冷却水の循環経路における圧力が、漏出した冷媒によって上昇することが無いので、冷却水の循環経路まで破損してしまうことが防止される。

本開示によれば、冷媒の圧力が上昇した場合であっても、冷却水の循環経路まで破損してしまうことのない熱交換器、が提供される。

図１は、第１実施形態に係る熱交換器の外観を示す斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る熱交換器の内部構成を示す分解組立図である。 図３は、第１実施形態に係る熱交換器のうち、冷媒排出配管及びその近傍の構成を示す図である。 図４は、第１実施形態に係る熱交換器のうち、冷媒排出配管及びその近傍の構成を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る熱交換器のうち、冷媒排出配管及びその近傍の構成を示す図である。 図６は、第３実施形態に係る熱交換器のうち、冷媒排出配管及びその近傍の構成を示す図である。 図７は、第３実施形態に係る熱交換器のうち、冷媒排出配管及びその近傍の構成を示す図である。 図８は、第４実施形態に係る熱交換器のうち、冷媒排出配管及びその近傍の構成を示す図である。 図９は、第５実施形態に係る熱交換器のうち、冷媒排出配管及びその近傍の構成を示す図である。 図１０は、第６実施形態に係る熱交換器のうち、冷媒排出配管及びその近傍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。

第１実施形態について説明する。本実施形態に係る熱交換器１０は、不図示の車両に搭載されるものである。熱交換器１０は、当該車両を循環する冷媒と冷却水との間で熱交換を行うための熱交換器として構成されている。

熱交換の対象となる一方の流体である冷媒は、車両に搭載された不図示の空調用冷凍サイクルを循環するものである。冷媒としては、本実施形態ではＲ１２３４ｙｆのような空調用冷媒が用いられるのであるが、冷媒としてＲ７４４のような二酸化炭素が用いられることとしてもよい。冷媒は、冷凍サイクルに設けられた不図示の膨張弁を通りその温度及び圧力を低下させた後、冷却用の流体として熱交換器１０に供給される。冷媒は、熱交換器１０を通る際において蒸発し、液相から気相へと変化する。つまり、本実施形態における熱交換器１０は、冷媒を蒸発させるための蒸発器として機能する。

熱交換の対象となるもう一方の流体である冷却水は、車両の内燃機関を通る経路で循環するものである。冷却水としては、本実施形態ではＬＬＣが用いられるのであるが、冷却水として水が用いられることとしてもよい。また、冷却水による冷却対象は、内燃機関ではなくモータジェネレータやインバータ等であってもよい。冷却水は、内燃機関等を通りその温度を上昇させた後に熱交換器１０に供給される。

熱交換器１０では、低温の冷媒と、高温の冷却水との間で熱交換が行われる。熱交換器１０は、冷媒との熱交換によって冷却水の温度を低下させるための冷却用熱交換器として構成されている。

図１及び図２に示されるように、熱交換器１０は、ケース１００と内部部材２００とを備えている。

先ず、ケース１００の構成について説明する。ケース１００は、その全体が概ね直方体となるように形成された容器である。外部から供給された冷媒及び熱交換器は、いずれもケース１００の内側へと供給される。冷媒と冷却水との間の熱交換はケース１００の内側において行われる。熱交換が行われた後の冷媒及び冷却水は、それぞれケース１００から外部へと排出される。

ケース１００は、容器部材１０２と板状部材１０１とを有している。容器部材１０２は、ケース１００の概ね全体をなす部分であって、本実施形態では樹脂によって形成されている。容器部材１０２は、概ね直方体の容器として形成されており、その一側面側が開放されている。板状部材１０１は、この開放された側面を塞ぐように設けられた板状の部材である。本実施形態では、板状部材１０１はアルミニウムによって形成されている。

板状部材１０１は、その一部が加締められており、これにより容器部材１０２に対して固定されている。このような態様に換えて、例えばボルト等によって板状部材１０１が容器部材１０２に対して締結固定されているような態様であってもよい。

図２に示されるように、板状部材１０１と容器部材１０２との間には環状のシール部材ＯＲが挟み込まれている。シール部材ＯＲは、例えばゴムによって形成されたパッキンである。シール部材ＯＲによって、板状部材１０１と容器部材１０２との間が水密に塞がれている。

尚、図１及び図２においては、水平な方向であって板状部材１０１側から容器部材１０２側へと向かう方向、がｘ方向となっており、同方向に沿ってｘ軸が設定されている。また、ｘ方向に対して垂直な方向であって、容器部材１０２の開口の長辺に沿って紙面手前側から奥側へと向かう方向、がｙ方向となっており、同方向に沿ってｙ軸が設定されている。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、下方側から上方側に向かう方向がｚ方向となっており、同方向に沿ってｚ軸が設定されている。以降においては、上記のように定義されたｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向を用いて説明を行う。図１や図２以外の図を参照する場合においても同様である。

ケース１００の一部である板状部材１０１には、冷媒供給配管１１と、冷媒排出配管１２と、冷却水供給配管２１と、冷却水排出配管２２と、がそれぞれ設けられている。

冷媒供給配管１１は、後述の内部部材２００に冷媒を供給するための配管であって、冷媒の入口として設けられている。冷媒排出配管１２は、内部部材２００から冷媒を排出するための配管であって、冷媒の出口として設けられている。冷媒供給配管１１から流入した冷媒は、内部部材２００の内側、具体的にはタンク２１０の内側へと流入し、内部部材２００を構成する各部材の内側を通って流れる。その後、冷媒は、内部部材２００が有するタンク２２０から、冷媒排出配管１２を通って外部へと排出される。

冷媒供給配管１１及び冷媒排出配管１２はいずれも、板状部材１０１、すなわちケース１００のうち−ｘ方向側の側面から、−ｘ方向側に向けて突出するように設けられている。本実施形態では、冷媒供給配管１１及び冷媒排出配管１２はいずれもブロック１３０を介して板状部材１０１に接続されている。このような態様に換えて、冷媒供給配管１１及び冷媒排出配管１２が、ブロック１３０を介さず板状部材１０１の表面に直接接続されているような態様であってもよい。

ブロック１３０は、アルミニウムにより形成された略直方体状の部材であり、板状部材１０１の表面に接合されている。ブロック１３０の内側には、冷媒供給配管１１から内部部材２００へと向かう冷媒の通る流路と、内部部材２００から冷媒排出配管１２へと向かう冷媒の通る流路と、がそれぞれ形成されている。ブロック１３０は、本実施形態における「接続部材」に該当する。上記のような態様に換えて、冷媒供給配管１１及び冷媒排出配管１２のうちの一方のみが、接続部材であるブロック１３０を介してケース１００に接続されているような態様であってもよい。

冷媒供給配管１１及び冷媒排出配管１２は、板状部材１０１のうち、ｙ方向に沿った中央よりも−ｙ方向側寄りとなる位置に設けられている。また、冷媒供給配管１１は、冷媒排出配管１２の−ｚ方向側となる位置に設けられている。冷媒供給配管１１の位置は、内部部材２００が有するタンク２１０と対応する位置となっている。冷媒排出配管１２の位置は、内部部材２００が有するタンク２２０と対応する位置となっている。

冷却水供給配管２１は、ケース１００に冷却水を供給するための配管であって、冷却水の入口として設けられている。冷却水排出配管２２は、ケース１００から冷却水を排出するための配管であって、冷却水の出口として設けられている。冷却水供給配管２１から流入した冷却水は、ケース１００の内側であって、且つ内部部材２００の周囲の空間へと流入する。冷却水は当該空間を流れた後、冷却水排出配管２２を通って外部へと排出される。

冷却水供給配管２１及び冷却水排出配管２２は、板状部材１０１、すなわちケース１００のうち−ｘ方向側の側面から、−ｘ方向側に向けて突出するように設けられている。本実施形態では、冷却水供給配管２１及び冷却水排出配管２２はいずれも、板状部材１０１の表面に直接接続されている。このような態様に換えて、冷却水供給配管２１及び冷却水排出配管２２が、冷媒供給配管１１等と同様にブロック１３０を介して板状部材１０１に接続されている態様であってもよい。

冷却水供給配管２１は、板状部材１０１のうち、ｙ方向に沿った中央よりも−ｙ方向側寄りとなる位置に設けられている。また、冷却水排出配管２２は、板状部材１０１のうち、ｙ方向に沿った中央よりもｙ方向側寄りとなる位置に設けられている。

続いて、図２を参照しながら内部部材２００の構成について説明する。内部部材２００は、先に述べたように、その内側を冷媒が流れるように構成された部材である。内部部材２００は、３つのタンク２１０、２２０、２３０と、チューブ２４０と、フィン２５０と、を有している。これらはいずれもアルミニウムによって形成されており、互いにろう接されることで一体となっている。

タンク２１０、２２０、２３０は、それぞれ細長い形状の容器として形成されている。タンク２１０、２２０、２３０は、いずれも、その長手方向をｘ方向に沿わせた状態で配置されており、その−ｘ方向側の端部において板状部材１０１に対しろう接されている。

タンク２１０は、板状部材１０１のうち冷媒供給配管１１が設けられた部分に対し、ｘ方向側から接続されている。冷媒供給配管１１から供給される冷媒は、その全てがタンク２１０の内部へと流入し、タンク２１０の長手方向、すなわちｘ方向に向かって流れる。当該冷媒は、後述の各チューブ２４０へと分配されていく。

タンク２２０は、板状部材１０１のうち冷媒排出配管１２が設けられた部分に対し、ｘ方向側から接続されている。タンク２２０には、各チューブ２４０を通り熱交換が行われた後の冷媒が流入する。当該冷媒は、タンク２２０から冷媒排出配管１２に向かって流れて、冷媒排出配管１２から外部へと排出される。

タンク２３０は、板状部材１０１のうち中央よりもｙ方向側寄りとなる部分に対し、ｘ方向側から接続されている。タンク２３０には、タンク２１０からチューブ２４０を通った冷媒が流入する。当該冷媒は、タンク２３０において折り返した後、再びチューブ２４０を通ってタンク２２０に流入する。

チューブ２４０は、その断面が扁平形状となるように形成された管状の部材である。チューブ２４０は複数設けられており、これらがタンク２１０等の長手方向、すなわちｘ方向に沿って複数並ぶように配置されている。互いに隣り合うチューブ２４０の間には一定の隙間が形成されており、当該隙間に後述のフィン２５０が配置されている。それぞれのチューブ２４０は、その長手方向をｙ方向に沿わせた状態で配置されている。つまり、チューブ２４０の長手方向は、タンク２１０、２２０、２３０のそれぞれの長手方向に対して垂直となっている。

チューブ２４０のうち−ｙ方向側の端部は、タンク２１０及びタンク２２０に対して接続されている。また、チューブ２４０のうちｙ方向側の端部はタンク２３０に対して接続されている。

それぞれのチューブ２４０の内部空間は、ｚ方向に沿った中央となる位置において区切られている。これにより、チューブ２４０には、冷媒の通る流路が２つ形成されており、これらがｚ方向に沿って２つ並んでいる。これらのうち−ｚ方向側の流路は、タンク２１０とタンク２３０との間を繋いでいる。また、ｚ方向側の流路は、タンク２２０とタンク２３０との間を繋いでいる。

内部部材２００が以上のように構成されていることにより、冷媒供給配管１１からタンク２１０へと流入した冷媒は、チューブ２４０のうち−ｚ方向側の部分に形成された流路を通ってタンク２３０に流入する。当該冷媒は、チューブ２４０のうちｚ方向側の部分に形成された流路を通ってタンク２２０に流入し、冷媒排出配管１２から外部へと排出される。このような冷媒の流れを実現するための構成として、例えば、タンク２１０とタンク２２０が一体となっており、それぞれの内部空間の間が壁によって区切られているような構成を採用してよい。

フィン２５０は、金属板を折り曲げることによって形成された所謂コルゲートフィンである。フィン２５０は複数設けられており、互いに隣り合うチューブ２４０同士の各隙間に配置されているのであるが、図２においては一つのフィン２５０のみが図示されている。フィン２５０は、ｘ方向側に突出する部分である山部２５１と、−ｘ方向側に突出する部分である谷部２５２とが、ｚ方向に沿って交互に並ぶように形成されている。山部２５１及び谷部２５２はいずれも、ｙ方向に沿って直線状に伸びるように形成されている。このような形状のフィン２５０がチューブ２４０間の隙間に設けられていることにより、冷却水との間の接触面積が大きくなっている。これにより、冷媒と冷却水との間の熱交換がより効率的に行われる。

以上に説明したように、本実施形態に係る熱交換器１０は、内側を冷媒が流れるように構成された内部部材２００と、内側に内部部材２００を収容する容器であって、内部部材２００の周囲の空間を冷却水が流れるように構成されたケース１００と、を備える。

内部部材２００は、その長手方向に沿って内側を冷媒が流れるタンク２１０、２２０、２３０と、複数のチューブ２４０とを備える。それぞれのチューブ２４０は、その長手方向がタンク２１０、２２０、２３０の長手方向に対して垂直となるように、タンク２１０、２２０、２３０に対して接続された管状の部材である。また、それぞれのチューブ２４０は、タンク２１０、２２０、２３０の長手方向に沿って並ぶように互いに間隔を空けて積層されている。

熱交換器１０による熱交換が行われているときには、冷媒供給配管１１には、不図示の冷媒用コンプレッサにより送り出された冷媒が供給される。また、冷却水供給配管２１には、不図示の冷却水用コンプレッサにより送り出された冷却水が供給される。

冷凍サイクルを循環する冷媒の圧力は、冷却水の圧力に比べて高くなっていることが多い。冷凍サイクルの一部、例えば膨張弁等において動作不良が生じると、これに起因して冷媒の圧力が更に上昇する可能性がある。チューブ２４０やタンクの２１０等の内側を流れる冷媒の圧力が、外側を流れる冷却水の圧力に比べて大きくなり過ぎると、圧力差によってチューブ２４０等が破損してしまう。チューブ２４０等が破損すると、破損箇所から漏出した冷媒により、冷却水の循環経路の圧力も上昇するので、当該循環経路においても圧力による破損が生じてしまう。その結果、冷却対象である内燃機関等を適切に冷却することができなくなってしまう。

そこで、本実施形態に係る熱交換器１０では、冷媒排出配管１２の形状を工夫することによって上記の問題を解決している。当該工夫について、図３及び図４を参照しながら説明する。

図３には、冷媒排出配管１２及びブロック１３０をｘｙ平面に沿って切断し、これをｚ方向側から見た場合における断面が示されている。図４には、冷媒排出配管１２及びブロック１３０をｙ方向側から見た場合の外観が示されている。

図３に示されるように、ブロック１３０には、冷媒の通る流路１３１がｘ方向に沿って伸びるように形成されている。ブロック１３０のうち、流路１３１の−ｘ方向側の端部となる位置には、その内径が流路１３１の内径よりも大きな座繰り部１３２が形成されている。冷媒排出配管１２は、座繰り部１３２に対して−ｘ方向側から挿入されており、座繰り部１３２の内面に対してろう接されている。

冷媒排出配管１２のうちｙ方向側の外側面には、凹部１２１が形成されている。凹部１２１は、−ｙ方向側に向かって凹状に後退するように形成された円形の窪みである。このため、凹部１２１においては冷媒排出配管１２の板厚が局所的に小さくなっている。その結果、冷媒排出配管１２の内側を通る冷媒の圧力が高くなった際においては、冷媒排出配管１２のうち凹部１２１の位置が最も破損しやすい位置となっている。

本実施形態では、熱交換器１０のうち冷媒の流れる部分の全体において、凹部１２１が、冷媒の圧力により最も破損しやすい箇所となっている。このため、冷媒の圧力が上昇した際には、内部部材２００を構成するいずれの部品よりも、冷媒排出配管１２の凹部１２１が先に破損することとなる。換言すれば、内部部材２００を構成するチューブ２４０やタンク２１０等よりも凹部１２１が先に破損するように、凹部１２１における板厚が決定されている。このような凹部１２１は、上記のように、冷媒の圧力が上昇した際において内部部材２００よりも先に破損する部分であって、本実施形態における「優先破損部」に該当する。

優先破損部である凹部１２１が設けられている位置は、冷媒が流れる部分のうち、その表面が外気露出している部分となっている。このため、冷媒の圧力が上昇した際に、凹部１２１が破損すると、冷媒は破損箇所から外気側へと漏出することとなる。漏出した冷媒は、冷却水の循環経路に流入することなく熱交換器１０の外側へと排出されるので、冷却水の循環経路が上昇することが無い。このため、冷媒の圧力が上昇した場合であっても、冷却水の循環経路まで破損してしまうことが防止される。

優先破損部である凹部１２１は、本実施形態のように冷媒排出配管１２の一部に設けられていてもよいのであるが、冷媒供給配管１１の一部に設けられていてもよい。また、優先破損部である凹部１２１が、冷媒供給配管１１及び冷媒排出配管１２の両方に設けられていてもよい。優先破損部が設けられる位置は、冷媒が流れる部分のうち、その表面が外気に露出している部分の一部であればよい。

図３の点線ＤＬ１で示される断面は、冷媒の流れる方向に対して垂直な面であり、且つ優先破損部である凹部１２１を通る面となっている。ここで、当該断面の位置における凹部１２１の板厚をＴｅとする。また、上記断面の位置における相当直径、すなわち、凹部１２１を含む部分の相当直径をＤｅとする。更に、凹部１２１を構成する材料の引張強度をσｅとする。尚、上記の板厚には、後述の優先腐食層ＳＬの厚さは含まれないものとする。

また、タンク２１０の板厚をＴｈとし、タンク２１０の相当直径をＤｈとし、タンク２１０を構成する材料の引張強度をσｈとする。更に、チューブ２４０の板厚をＴｔとし、チューブ２４０の相当直径をＤｔとし、チューブ２４０を構成する材料の引張強度をσｔとする。

上記のようにＴｅ等の各種パラメータを定義した場合において、本実施形態に係る熱交換器１０は以下の式（１）及び式（２）のいずれをも満たすように構成されている。
Ｔｈ・σｈ／Ｄｈ＞Ｔｅ・σｅ／Ｄｅ・・・・（１）
Ｔｔ・σｔ／Ｄｔ＞Ｔｅ・σｅ／Ｄｅ・・・・（２）

式（１）及び式（２）は、図３の点線ＤＬ１が凹部１２１を通る限り、点線ＤＬ１のｘ座標によることなく成立する。また、式（１）は、タンク２１０の板厚等の測定位置によることなく成立し、Ｔｈ、Ｄｈ、σｈを、タンク２１０ではなくタンク２２０又はタンク２３０のものとした場合においても成立する。同様に、式（２）は、チューブ２４０の板厚等の測定位置によることなく成立する。

式（１）及び式（２）のいずれをも満たすように熱交換器１０が構成されていれば、冷媒の圧力が上昇した際において、内部部材２００よりも先に凹部１２１が破損することがより確実なものとなる。これにより、冷却水の循環経路への影響を確実に防止することが可能となる。

その他の工夫点について説明する。図３に示されるように、冷媒排出配管１２の外表面は優先腐食層ＳＬにより覆われている。優先腐食層ＳＬは、冷媒排出配管１２を構成する材料よりも優先的に腐食する材料により形成された層である。本実施形態では、優先腐食層ＳＬが、アルミニウムよりも優先的に腐食しやすい材料である亜鉛により形成されている。このような優先腐食層ＳＬは、例えば亜鉛の溶射や、亜鉛を含有する塗料を塗布すること等によって形成することができる。優先腐食層ＳＬは、凹部１２１を覆うようには形成されておらず、凹部１２１の周囲全体を覆うように形成されている。

冷媒排出配管１２の腐食は、優先腐食層ＳＬにおいて優先的に生じる。このため、優先腐食層ＳＬが残存している間は、冷媒排出配管１２の各部における板厚が材料の腐食により変化してしまうことが無い。このため、凹部１２１よりも更に板厚の小さい箇所が生じてしまったり、凹部１２１の板厚が更に小さくなってしまったりすることが防止される。これにより、凹部１２１を、長期間に亘って優先破損部として機能させることが可能となる。

第２実施形態について、図５を参照しながら説明する。本実施形態では、冷媒排出配管１２の態様においてのみ第１実施形態と異なっている。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５には、冷媒排出配管１２及びブロック１３０をｘｙ平面に沿って切断し、これをｚ方向側から見た場合における断面が示されている。同図に示されるように、本実施形態では、冷媒排出配管１２に第１実施形態のような凹部１２１が形成されていない。本実施形態では、冷媒排出配管１２の板厚が、その全体において第１実施形態よりも小さくなっている。これにより、本実施形態の冷媒排出配管１２は、その全体が、冷媒の圧力が上昇した際において内部部材２００よりも先に破損する部分となっている。つまり、本実施形態では、冷媒排出配管１２の全体が「優先破損部」に該当する。このような態様でも、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。

図５の点線ＤＬ２で示される断面は、冷媒の流れる方向に対して垂直な面であり、且つ優先破損部である冷媒排出配管１２を通る面となっている。当該断面の位置における冷媒排出配管１２の板厚をＴｅとし、上記断面の位置における相当直径をＤｅとし、冷媒排出配管１２を構成する材料の引張強度をσｅとする。Ｔｅ、Ｄｅ、σｅを以上のように定義すると、本実施形態でも、先に述べた式（１）及び式（２）を満たすように熱交換器１０が構成されている。尚、上記の板厚には、優先腐食層ＳＬの厚さは含まれないものとする。

式（１）は、図５の点線ＤＬ２が冷媒排出配管１２を通る限り、点線ＤＬ２のｘ座標によることなく成立する。また、式（１）は、タンク２１０の板厚等の測定位置によることなく成立し、Ｔｈ、Ｄｈ、σｈを、タンク２１０ではなくタンク２２０又はタンク２３０のものとした場合においても成立する。同様に、式（２）は、チューブ２４０の板厚等の測定位置によることなく成立する。

第３実施形態について、図６及び図７を参照しながら説明する。本実施形態では、冷媒排出配管１２及びブロック１３０の態様においてのみ第１実施形態と異なっている。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には、冷媒排出配管１２及びブロック１３０をｘｚ平面に沿って切断し、これを−ｙ方向側から見た場合における断面が示されている。図７には、冷媒排出配管１２及びブロック１３０をｚ方向側から見た場合の外観が示されている。

本実施形態においては、冷媒排出配管１２には凹部１２１が形成されていない。本実施形態では、ブロック１３０の内部に、流路１３１に加えて流路１３１Ａが形成されている。流路１３１Ａは、流路１３１Ａの途中から分岐しており、ｚ方向に沿って伸びるように形成されている。流路１３１Ａのうちｚ方向側の端部は、封止部材１４０によって塞がれている。封止部材１４０は、アルミニウムによって形成された円板状の部材であって、ブロック１３０に対してろう接されている。

封止部材１４０の板厚は、その周囲におけるブロック１３０の板厚よりも小さい。これにより、封止部材１４０は、冷媒の圧力が上昇した際において内部部材２００よりも先に破損する部分となっている。また、封止部材１４０は、大気に露出しているブロック１３０の一部に設けられている。つまり、本実施形態では、ブロック１３０の一部である封止部材１４０が「優先破損部」に該当する。このように、接続部材であるブロック１３０の一部に優先破損部が設けられた態様でも、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。

図６の点線ＤＬ３で示される断面は、流路１３１を冷媒の流れる方向に対して垂直な面であり、且つ優先破損部である封止部材１４０を通る面となっている。当該断面の位置における封止部材１４０の板厚をＴｅとし、上記断面の位置における相当直径をＤｅとし、封止部材１４０を構成する材料の引張強度をσｅとする。Ｔｅ、Ｄｅ、σｅを以上のように定義すると、本実施形態でも、先に述べた式（１）及び式（２）を満たすように熱交換器１０が構成されている。

式（１）は、図６の点線ＤＬ３が封止部材１４０を通る限り、点線ＤＬ３のｘ座標によることなく成立する。また、式（１）は、タンク２１０の板厚等の測定位置によることなく成立し、Ｔｈ、Ｄｈ、σｈを、タンク２１０ではなくタンク２２０又はタンク２３０のものとした場合においても成立する。同様に、式（２）は、チューブ２４０の板厚等の測定位置によることなく成立する。

尚、封止部材１４０の材料は、本実施形態のようにブロック１３０と同一の材料であってもよく、ブロック１３０と異なる材料であってもよい。

本実施形態では、ブロック１３０のうちｚ方向側の表面、すなわち封止部材１４０の周囲の表面を覆うように、優先腐食層ＳＬが形成されている。優先腐食層ＳＬが形成されていることの効果は第１実施形態で説明したものと同じである。このような態様に換えて、優先腐食層ＳＬがブロック１３０の表面でなく、封止部材１４０の表面を覆うように形成されているような態様であってもよい。また、ブロック１３０及び封止部材１４０のそれぞれの表面を覆うように優先腐食層ＳＬが形成されているような態様であってもよい。

第４実施形態について、図８を参照しながら説明する。本実施形態では、冷媒排出配管１２及びブロック１３０の態様においてのみ第１実施形態と異なっている。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８には、冷媒排出配管１２及びブロック１３０をｘｚ平面に沿って切断し、これを−ｙ方向側から見た場合における断面が示されている。

本実施形態においては、冷媒排出配管１２には凹部１２１が形成されていない。本実施形態では、冷媒排出配管１２のうちｘ方向側の端部近傍となる部分に、他の部分よりも外径の小さい小径部１２２が設けられている。本実施形態では、小径部１２２がブロック１３０の座繰り部１３２に挿通されており、且つろう接されている。

ブロック１３０のうち、流路１３１よりもｚ方向側の部分は、他の部分に比べてその板厚が小さくなっている。図８では、当該部分に符号「１３０Ａ」が付されている。以下では、当該部分のことを「薄肉部１３０Ａ」とも称する。

本実施形態では、上記の薄肉部１３０Ａが、冷媒の圧力が上昇した際において内部部材２００よりも先に破損する部分となっている。また、薄肉部１３０Ａは、大気に露出しているブロック１３０の一部に設けられている。つまり、本実施形態では、ブロック１３０の一部である薄肉部１３０Ａが「優先破損部」に該当する。このような態様でも、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。

図８の点線ＤＬ４で示される断面は、流路１３１を冷媒の流れる方向に対して垂直な面であり、且つ優先破損部である薄肉部１３０Ａを通る面となっている。当該断面の位置における薄肉部１３０Ａの板厚をＴｅとし、上記断面の位置における相当直径をＤｅとし、薄肉部１３０Ａを構成する材料の引張強度をσｅとする。Ｔｅ、Ｄｅ、σｅを以上のように定義すると、本実施形態でも、先に述べた式（１）及び式（２）を満たすように熱交換器１０が構成されている。尚、上記の板厚には、優先腐食層ＳＬの厚さは含まれないものとする。

式（１）は、図８の点線ＤＬ４が薄肉部１３０Ａを通る限り、点線ＤＬ４のｘ座標によることなく成立する。また、式（１）は、タンク２１０の板厚等の測定位置によることなく成立し、Ｔｈ、Ｄｈ、σｈを、タンク２１０ではなくタンク２２０又はタンク２３０のものとした場合においても成立する。同様に、式（２）は、チューブ２４０の板厚等の測定位置によることなく成立する。

本実施形態では、ブロック１３０のうちｚ方向側の表面、すなわち薄肉部１３０Ａの表面を覆うように、優先腐食層ＳＬが形成されている。優先腐食層ＳＬが形成されていることの効果は第１実施形態で説明したものと同じである。

第５実施形態について、図９を参照しながら説明する。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９には、熱交換器１０のうち、冷媒供給配管１１、冷媒排出配管１２、及びこれらの近傍の部分をｘｚ平面に沿って切断し、これを−ｙ方向側から見た場合における断面が示されている。

本実施形態においては、冷媒排出配管１２には凹部１２１が形成されていない。また、本実施形態ではブロック１３０が設けられておらず、代わりに接続板１５０が設けられている。

接続板１５０は、一部にバーリング加工が施された概ね平板状の部材であって、本実施形態ではアルミニウムにより形成されている。図９では、接続板１５０のうちバーリング加工が施されている部分に符号１５１、１５２が付されている。以下では、それぞれの部分のことを「バーリング加工部１５１」及び「バーリング加工部１５２」とも称する。

バーリング加工部１５１及びバーリング加工部１５２は、いずれも−ｘ方向側に突出しており、それぞれの先端には円形の開口が形成されている。バーリング加工部１５１の開口には冷媒供給配管１１のｘ方向側端部が挿通されており、且つろう接されている。バーリング加工部１５１が形成されている位置は、ケース１００の内部に配置されたタンク２１０に対応する位置である。図９では、冷媒供給配管１１とタンク２１０とを繋ぐものとして、板状部材１０１に形成された流路１０１Ａが示されている。

同様に、バーリング加工部１５２の開口には冷媒排出配管１２のｘ方向側端部が挿通されており、且つろう接されている。バーリング加工部１５２が形成されている位置は、ケース１００の内部に配置されたタンク２２０に対応する位置である。図９では、冷媒排出配管１２とタンク２２０とを繋ぐものとして、板状部材１０１に形成された流路１０１Ｂが示されている。

以上のように、本実施形態では、冷媒供給配管１１及び冷媒排出配管１２のそれぞれが、バーリング加工の施された接続板１５０を介してケース１００に接続されている。接続板１５０は、本実施形態における「接続部材」に該当する。

本実施形態では、接続板１５０の全体の板厚が、その周囲にある冷媒供給配管１１等の板厚に比べて小さくなっている。これにより、接続板１５０は、冷媒の圧力が上昇した際において内部部材２００よりも先に破損する部分となっている。また、接続板１５０は、その全体が大気に露出している部分となっている。つまり、本実施形態では、接続板１５０が「優先破損部」に該当する。このように、バーリング加工が施された板状の部材である接続板１５０を接続部材として用いて、当該接続部材を優先破損部とした態様でも、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。

図９の点線ＤＬ５で示される断面は、冷媒の流れる方向に対して垂直な面であり、且つ優先破損部である接続板１５０を通る面となっている。当該断面の位置における接続板１５０の板厚をＴｅとし、上記断面の位置における相当直径をＤｅとし、接続板１５０を構成する材料の引張強度をσｅとする。Ｔｅ、Ｄｅ、σｅを以上のように定義すると、本実施形態でも、先に述べた式（１）及び式（２）を満たすように熱交換器１０が構成されている。尚、上記の板厚には、優先腐食層ＳＬの厚さは含まれないものとする。

式（１）は、図９の点線ＤＬ５が接続板１５０を通る限り、点線ＤＬ５のｘ座標によることなく成立する。また、式（１）は、タンク２１０の板厚等の測定位置によることなく成立し、Ｔｈ、Ｄｈ、σｈを、タンク２１０ではなくタンク２２０又はタンク２３０のものとした場合においても成立する。同様に、式（２）は、チューブ２４０の板厚等の測定位置によることなく成立する。

本実施形態では、接続板１５０のうち−ｘ方向側の表面、すなわち板状部材１０１とは反対側の表面を覆うように、優先腐食層ＳＬが形成されている。優先腐食層ＳＬが形成されていることの効果は第１実施形態で説明したものと同じである。尚、接続板１５０のうちｘ方向側の表面は、冷媒供給配管１１や冷媒排出配管１２、及び板状部材１０１に対してろう接されている。

第６実施形態について、図１０を参照しながら説明する。本実施形態では、接続部材として設けられた接続板１５０の態様においてのみ上記の第５実施形態と異なっている。以下では、第５実施形態と異なる点について主に説明し、第５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１０には、熱交換器１０のうち、冷媒供給配管１１、冷媒排出配管１２、及びこれらの近傍の部分をｘｚ平面に沿って切断し、これを−ｙ方向側から見た場合における断面が示されている。

本実施形態では、バーリング加工部１５１及びバーリング加工部１５２のそれぞれが、ｘ方向側に突出するように形成されている。冷媒供給配管１１は、ｘ方向側に突出するバーリング加工部１５１に対し、−ｘ方向側から挿通されており、且つろう接されている。バーリング加工部１５１のうちｘ方向側の先端の部分は、板状部材１０１のうち流路１０１Ａの内周面、及びタンク２１０の内周面のそれぞれに対して挿通されており、且つろう接されている。

同様に、冷媒排出配管１２は、ｘ方向側に突出するバーリング加工部１５２に対し、−ｘ方向側から挿通されており、且つろう接されている。バーリング加工部１５２のうちｘ方向側の先端の部分は、板状部材１０１のうち流路１０１Ｂの内周面、及びタンク２２０の内周面のそれぞれに対して挿通されており、且つろう接されている。

本実施形態でも、接続板１５０の全体の板厚が、その周囲にある冷媒供給配管１１等の板厚に比べて小さくなっている。これにより、接続板１５０は、冷媒の圧力が上昇した際において内部部材２００よりも先に破損する部分となっている。また、また、接続板１５０は、その略全体が大気に露出している部分となっている。つまり、本実施形態でも、接続板１５０が「優先破損部」に該当する。

図１０の点線ＤＬ６で示される断面は、冷媒の流れる方向に対して垂直な面であり、且つ優先破損部である接続板１５０を通る面となっている。当該断面の位置における接続板１５０の板厚をＴｅとし、上記断面の位置における相当直径をＤｅとし、接続板１５０を構成する材料の引張強度をσｅとする。Ｔｅ、Ｄｅ、σｅを以上のように定義すると、本実施形態でも、先に述べた式（１）及び式（２）を満たすように熱交換器１０が構成されている。尚、上記の板厚には、優先腐食層ＳＬの厚さは含まれないものとする。

式（１）は、図１０の点線ＤＬ６が接続板１５０を通る限り、点線ＤＬ６のｘ座標によることなく成立する。また、式（１）は、タンク２１０の板厚等の測定位置によることなく成立し、Ｔｈ、Ｄｈ、σｈを、タンク２１０ではなくタンク２２０又はタンク２３０のものとした場合においても成立する。同様に、式（２）は、チューブ２４０の板厚等の測定位置によることなく成立する。

本実施形態では、接続板１５０のうちｘ方向側の表面、すなわち板状部材１０１側の表面を覆うように、優先腐食層ＳＬが形成されている。優先腐食層ＳＬが形成されていることの効果は第１実施形態で説明したものと同じである。尚、接続板１５０のうち−ｘ方向側の表面は、冷媒供給配管１１や冷媒排出配管１２に対してろう接されている。また、接続板１５０のうちｘ方向側の表面は、板状部材１０１やタンク２１０、タンク２２０に対してろう接されている。

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：熱交換器
１００：ケース
１１：冷媒供給配管
１２：冷媒排出配管
１２１：凹部
１３０Ａ：薄肉部
１４０：封止部材
１５０：接続板
２００：内部部材

Claims (7)

1. 冷媒と冷却水との間で熱交換を行う熱交換器（１０）であって、
   内側を前記冷媒が流れるように構成された内部部材（２００）と、
   内側に前記内部部材を収容する容器であって、前記内部部材の周囲の空間を前記冷却水が流れるように構成されたケース（１００）と、を備え、
   前記ケースには、
   前記内部部材に前記冷媒を供給するための冷媒供給配管（１１）と、
   前記内部部材から前記冷媒を排出するための冷媒排出配管（１２）と、がそれぞれ接続されており、
   前記冷媒が流れる部分のうち、その表面が外気に露出している部分の一部には、
   前記冷媒の圧力が上昇した際において前記内部部材よりも先に破損する部分、である優先破損部（１２１，１２，１３０Ａ，１４０，１５０）が設けられている熱交換器。
2. 前記内部部材は、
   その長手方向に沿って内側を前記冷媒が流れるタンク（２１０，２２０，２３０）と、
   その長手方向が前記タンクの長手方向に対して垂直となるように、前記タンクに対して接続された管状の部材であって、前記タンクの長手方向に沿って並ぶように互いに間隔を空けて積層された複数のチューブ（２４０）と、を有するものである、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記タンクの板厚をＴｈとし、前記タンクの相当直径をＤｈとし、前記タンクを構成する材料の引張強度をσｈとし、
   前記チューブの板厚をＴｔとし、前記チューブの相当直径をＤｔとし、前記チューブを構成する材料の引張強度をσｔとし、
   前記優先破損部の板厚をＴｅとし、前記優先破損部を含む部分の相当直径をＤｅとし、前記優先破損部を構成する材料の引張強度をσｅとしたときに、
   Ｔｈ・σｈ／Ｄｈ＞Ｔｅ・σｅ／Ｄｅ、及び、
   Ｔｔ・σｔ／Ｄｔ＞Ｔｅ・σｅ／Ｄｅ、のいずれをも満たすように構成されている、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記ケースには、
   前記冷媒供給配管及び前記冷媒排出配管のうちの少なくとも一方が接続部材（１３０，１５０）を介して接続されており、
   前記優先破損部は前記接続部材に設けられている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記接続部材（１５０）は、バーリング加工が施された板状の部材である、請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記優先破損部は、前記冷媒供給配管及び前記冷媒排出配管のうち少なくとも一方に設けられている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記優先破損部又はその周囲の部分が、
   優先的に腐食する材料により形成された優先腐食層（ＳＬ）によって覆われている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱交換器。

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