JP2020125856A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】コアプレートに生じる歪みを抑制することのできる熱交換器、を提供する。【解決手段】熱交換器１０は、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７００と、それぞれのチューブ７００が接続されたコアプレート１００、を有するタンク３００と、を備える。タンク３００には、冷却水を貯えるための空間であって互いに分離された第１空間ＳＰ１と第２空間ＳＰ２とが、積層方向に沿って並ぶように形成されている。コアプレート１００には、それぞれのチューブ７００が挿通される挿通穴１１０が積層方向に沿って並ぶように形成されている。コアプレート１００には、単一又は複数の挿通穴１１０と重なるように、コアプレート１００の剛性を高めるための剛性部１５０が設けられている。【選択図】図９

Description

本開示は、流体と空気との間で熱交換を行う熱交換器に関する。

車両には、流体と空気との間で熱交換を行う熱交換器が設けられる。このような熱交換器としては、例えば、内燃機関等を通過して高温となった冷却水を、空気との熱交換によって冷却するラジエータが挙げられる。

下記特許文献１に記載されている熱交換器では、タンクと、当該タンクに接続された複数のチューブと、を備えた構成となっている。タンクの内側には２つの空間が形成されている。一方の空間である第１タンク室には、内燃機関を通った高温の冷却水が供給される。他方の空間である第２タンク室には、電動モータ等を通った低温の冷却水が供給される。

この熱交換器では、複数のチューブが、第１タンク室及び第２タンク室のいずれかに接続されている。第１タンク室に接続されたチューブには、高温の冷却水が流れる。第２タンク室に接続されたチューブには、低温の冷却水が流れる。この熱交換器では、互いに温度の異なる２種類の冷却水を、それぞれ空気との熱交換によって冷却することが可能となっている。

特開２０１２−２１５３６６号公報

上記特許文献１に記載されている熱交換器では、タンクは、それぞれのチューブが接続されるコアプレートを備えている。コアプレートには、チューブを挿通しろう接するための挿通穴が複数形成されている。上記特許文献１に記載された構成の熱交換器では、高温の冷却水が流れる複数のチューブと、低温の冷却水が流れる複数のチューブとが、単一のコアプレートに対して接続されている。

高温の冷却水が流れるチューブでは、その長手方向に沿った寸法が熱膨張によって比較的大きく増加しようとする。これに対し、低温の冷却水が流れるチューブでは、その長手方向に沿った寸法が熱膨張によって大きくは増加しない。このため、熱膨張するチューブからコアプレートが受ける力は、場所によって大きく異なってしまう。

コアプレートのうち、上記の第１タンク室と第２タンク室との境界に対向する部分を「境界部」とすると、境界部やその近傍においては、上記のようなチューブの熱膨張に伴って大きな歪みが生じる傾向がある。その結果、当該部分に接合された一部のチューブが破損してしまう可能性がある。

本開示は、コアプレートに生じる歪みを抑制することのできる熱交換器、を提供することを目的とする。

本開示に係る熱交換器は、流体と空気との間で熱交換を行う熱交換器（１０）であって、内部を流体が流れる管状の部材であって、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（７００）と、それぞれのチューブが接続されたコアプレート（１００）、を有するタンク（３００）と、を備える。タンクには、流体を貯えるための空間であって互いに分離された第１空間（ＳＰ１）と第２空間（ＳＰ２）とが、積層方向に沿って並ぶように形成されている。コアプレートには、それぞれのチューブが挿通される挿通穴（１１０）が積層方向に沿って並ぶように形成されている。コアプレートのうち、第１空間と第２空間との境界に対向する部分を境界部（ＢＤ）としたときに、コアプレートには、境界部側となる位置に形成されている単一又は複数の挿通穴と重なるように、コアプレートの剛性を高めるための剛性部（１５０）が設けられている。

上記構成の熱交換器では、コアプレートの剛性を高めるための剛性部が設けられている。この剛性部は、境界部側となる位置に形成されている単一又は複数の挿通穴と重なるように設けられている。つまり、チューブとコアプレートとの接合部分のうち、チューブの熱膨張に起因した歪みが最も生じやすい部分と重なるように剛性部が設けられており、当該部分の剛性が剛性部によって高められている。これにより、コアプレートに生じる歪みを、剛性部によって抑制することが可能となる。

本開示によれば、コアプレートに生じる歪みを抑制することのできる熱交換器、が提供される。

図１は、第１実施形態に係る熱交換器の全体構成を示す図である。 図２は、図１におけるＡ部の内部構造を示す図である。 図３は、図１の熱交換器が有するコアプレートの構成を示す図である。 図４は、図１の熱交換器が有するコアプレートの構成を示す図である。 図５は、図３のＶ−Ｖ断面を示す図である。 図６は、図３のＶＩ−ＶＩ断面を示す図である。 図７は、図１の熱交換器が有するコアプレートの構成を示す図である。 図８は、図１の熱交換器が有するコアプレート、及びコアプレートに挿通されたチューブの構成を示す図である。 図９は、コアプレートに形成された剛性部の構成を示す図である。 図１０は、剛性部の形状と、歪みの最大値との関係を示すグラフである。 図１１は、剛性部の形状と、歪みの最大値との関係について説明するための図である。 図１２は、第２実施形態に係る熱交換器、が有するコアプレートの構成を示す図である。 図１３は、第３実施形態に係る熱交換器、が有するコアプレートの構成を示す図である。 図１４は、第４実施形態に係る熱交換器、が有するコアプレートの構成を示す図である。 図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ断面を示す図である。 図１６は、第５実施形態に係る熱交換器、が有するコアプレートの構成を示す図である。 図１７は、図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ断面を示す図である。

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って、当該車両の内燃機関等を冷却するためのラジエータとして構成された熱交換器である。熱交換器１０には、内燃機関を通り温度の上昇した流体と、上記車両に搭載された電動モータや電力変変換器を通り温度の上昇した流体と、がそれぞれ供給される。熱交換器１０では、上記それぞれの流体が空気との熱交換により冷却され、その温度を低下させる。このように、熱交換器１０は、流体と空気との間で熱交換を行う熱交換器として構成されている。上記の流体としては、本実施形態ではＬＬＣからなる冷却水が用いられるのであるが、他の流体が用いられてもよい。

図１に示されるように、熱交換器１０は、タンク３００と、タンク６００と、チューブ７００と、フィン８００と、を備えている。

タンク３００は、外部から供給された冷却水を受け入れるための容器である。タンク３００は、熱交換器１０のうち上方側部分に配置されている。タンク３００は、コアプレート１００とタンク部材２００とを有している。コアプレート１００は、金属からなる板状の部材である。コアプレート１００には後述のチューブ７００が接続されている。コアプレート１００の具体的な形状については後に説明する。

タンク部材２００は、冷却水を貯えるための空間が内部に形成された部材であって、本実施形態では樹脂により形成されている。タンク部材２００は、その下方側部分が開放された形状となっており、当該開放された部分を覆うように上記のコアプレート１００が設けられている。コアプレート１００は、タンク部材２００との間にシール部材３０１を介在させた状態で、タンク部材２００に対して加締めにより固定されている。尚、シール部材３０１は、その一部のみが図２において示されている。

タンク６００は、チューブ７００を通った冷却水を受け入れて、これを外部へと排出するための容器である。タンク６００は、熱交換器１０のうち下方側部分に配置されている。タンク６００の形状は、タンク３００の形状に対して概ね上下対称な形状となっている。
タンク６００は、コアプレート４００とタンク部材５００とを有している。コアプレート４００は、金属からなる板状の部材である。コアプレート４００にはチューブ７００が接続されている。

タンク部材５００は、冷却水を貯えるための空間が内部に形成された部材であって、本実施形態では樹脂により形成されている。タンク部材２００は、その上方側部分が開放された形状となっており、当該開放された部分を覆うように上記のコアプレート４００が設けられている。コアプレート４００は、タンク部材５００との間に不図示のシール部材を介在させた状態で、タンク部材５００に対して加締めにより固定されている。

チューブ７００は、内部を冷却水が流れる管状の部材である。チューブ７００は複数設けられており、これらが図１における左右方向に沿って並ぶように積層配置されている。複数のチューブ７００が並んでいる方向のことを、以下では「積層方向」とも称する。

それぞれのチューブ７００は、その長手方向を鉛直方向に沿わせた状態で配置されている。チューブ７００の上端はコアプレート１００に接続されており、下端はコアプレート４００に接続されている。タンク３００の内部空間と、タンク６００の内部空間との間は、それぞれのチューブ７００によって連通されている。タンク３００に供給された冷却水は、それぞれのチューブ７００の内側を通ってタンク６００へと到達する。その際、チューブ７００の内側を通る高温の冷却水と、チューブ７００の外側を通る低温の空気との間で熱交換が行われ、冷却水はその温度を低下させる。

フィン８００は、金属板を折り曲げることにより形成されたコルゲートフィンである。フィン８００は、それぞれのチューブ７００の間の空間全体に亘るように配置されているのであるが、図１においてはその一部のみが図示されている。フィン８００は、その左右両側にあるチューブ７００に対してろう接されている。フィン８００が設けられていることにより、空気との接触面積が大きくなっており、冷却水と空気との間における熱交換の効率が高められている。

図１においては、熱交換器１０を空気が通過する方向であって、紙面手前側から奥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、複数のチューブ７００が並ぶ方向であって、左側から右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。ｙ方向は、上記の積層方向に等しい。図１においては更に、チューブ７００の長手方向に沿って下方側から上方側へと向かう方向が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。

熱交換器１０のうち、複数のチューブ７００及びフィン８００が積層されている部分は、冷却水と空気との間で熱交換が行われる部分であって、所謂「熱交換コア部」とも称される部分である。熱交換コア部のうち積層方向に沿った両側は、一対のサイドプレート９１０、９２０によって挟み込まれている。サイドプレート９１０、９２０は、いずれも金属からなる板状の部材であって、熱交換コア部を補強するための部材として設けられている。

サイドプレート９１０は、熱交換コア部の−ｙ方向側となる位置に設けられている。サイドプレート９１０の上端はコアプレート１００に接続されており、下端はコアプレート４００に接続されている。サイドプレート９２０は、熱交換コア部のｙ方向側となる位置に設けられている。サイドプレート９２０の上端はコアプレート１００に接続されており、下端はコアプレート４００に接続されている。先に述べたフィン８００は、サイドプレート９１０とチューブ７００との間となる位置、及び、サイドプレート９２０とチューブ７００との間となる位置にも設けられている。

図１及び図２を参照しながら、タンク部材２００等の具体的な構成について説明する。タンク部材２００には、第１部分２１０と、第２部分２２０と、第３部分２３０と、が設けられている。第１部分２１０は、タンク部材２００のうち−ｙ方向側の端部から、ｙ方向に沿った中央よりもｙ方向側となる位置まで伸びている。第２部分２２０は、タンク部材２００のうちｙ方向側の端部から−ｙ方向側へと伸びている。第３部分２３０は、第１部分２１０と第２部分２２０との間となる位置に設けられている。

図２に示されるように、第１部分２１０の内側には第１空間ＳＰ１が形成されており、第２部分２２０の内側には第２空間ＳＰ２が形成されており、第３部分２３０の内側には第３空間ＳＰ３が形成されている。これら３つの空間は互いに分離された空間となっており、ｙ方向、すなわち積層方向に沿って並ぶように形成されている。

第１空間ＳＰ１及び第２空間ＳＰ２は、いずれも内部に冷却水を貯えるための空間となっている。一方、第３空間ＳＰ３は、開口２３１を介して外気に繋がった空間となっており、第３空間ＳＰ３には冷却水が供給されない。図２に示されるように、第３空間ＳＰ３には一本のチューブ７００Ａが接続されている。チューブ７００Ａは、他のチューブ７００と同一の形状を有するものではあるが、内部を冷却水の流れない「ダミーチューブ」として設けられている。チューブ７００Ａのことを、以下では「ダミーチューブ７００Ａ」とも表記する。

タンク部材５００にも、上記と同様の第１部分５１０、第２部分５２０、及び第３部分５３０が設けられている。第１部分５１０は、第１部分２１０の−ｚ方向側となる位置に設けられた部分である。第２部分５２０は、第２部分２２０の−ｚ方向側となる位置に設けられた部分である。第３部分５３０は、第３部分２３０の−ｚ方向側となる位置に設けられた部分である。

第１部分２１０には、第１供給部２１１が設けられている。第１供給部２１１は、内燃機関を通った後の冷却水を受け入れる部分である。第１供給部２１１に供給された冷却水は、第１空間ＳＰ１に繋がる複数のチューブ７００の内側を通った後、タンク６００の第１部分５１０へと供給される。第１部分５１０には、第１排出部５１１が設けられている。第１排出部５１１は、第１部分５１０から外部へと冷却水を排出するための部分である。第１排出部５１１から排出された冷却水は、再び内燃機関へと供給されて、内燃機関の冷却に供される。

第２部分２２０には、第２供給部２２１が設けられている。第２供給部２２１は、電動モータや電力変変換器を通った後の冷却水を受け入れる部分である。第２供給部２２１に供給された冷却水は、第２空間ＳＰ２に繋がる複数のチューブ７００の内側を通った後、タンク６００の第２部分５２０へと供給される。第２部分５２０には、第２排出部５２１が設けられている。第２排出部５２１は、第２部分５２０から外部へと冷却水を排出するための部分である。第２排出部５２１から排出された冷却水は、再び電動モータや電力変変換器へと供給されて、電動モータ等の冷却に供される。

このように、熱交換器１０が備えるタンク３００には、冷却水を貯えるための空間であって互いに分離された第１空間ＳＰ１と第２空間ＳＰ２とが、積層方向に沿って並ぶように形成されている。第１空間ＳＰ１に供給される冷却水の温度は、第２空間ＳＰ２に供給される冷却水の温度に比べて高くなっている。タンク６００においても同様である。

コアプレート１００の構成について、図３乃至図９を主に参照しながら説明する。尚、タンク６００が有するコアプレート４００の形状は、コアプレート１００と上下対称な形状である。このため、以下においてはコアプレート１００の構成についてのみ説明し、コアプレート４００については説明を省略する。

図３は、コアプレート１００のうちチューブ７００Ａが接続される部分及びその近傍の構成を、ｚ方向側から見て描いた図である。また、図４は、当該部分をｙ−ｚ平面で切断した場合の模式的に断面を描いた図である。図５は、図３のＶ−Ｖ断面を示す図であり、図６は、図３のＶＩ−ＶＩ断面を示す図である。図７は、コアプレート１００のうち概ね図２に示されている部分を斜視図として描いた図である。図８は、コアプレート１００及びこれに接続された１本のチューブ７００を斜視図として描いた図である。

コアプレート１００の外周側端部からは、ｚ方向側に向かって伸びるように延在部１６０が形成されている。図３のようにｚ方向側から見た場合において、延在部１６０は、コアプレート１００の外周全体に沿って形成されている。延在部１６０は、その内側にタンク部材２００を収容した状態で加締められ、タンク部材２００に対して固定される部分となっている。

コアプレート１００のうちｚ方向側の表面には、上記の延在部１６０の近傍に沿って、シール部材３０１を当接させるためのシール面ＳＬ１が形成されている。シール部材３０１は、延在部１６０に沿って配置される概ね環状の部材であって、例えばゴムによって形成されている。シール部材３０１によってコアプレート１００とタンク部材２００との間が水密にシールされる。

コアプレート１００には挿通穴１１０が複数形成されている。これらの挿通穴１１０は、それぞれのチューブ７００が挿通される貫通穴であり、積層方向に沿って並ぶように形成されている。図４や図７等に示されるように、コアプレート１００には、それぞれのチューブ７００に対応するように突出部１２０が形成されている。突出部１２０においては、コアプレート１００がｚ方向側に向けて突出している。挿通穴１１０は、突出部１２０の先端をｚ方向に沿って貫くように形成されている。挿通穴１１０に挿通されたチューブ７００は、突出部１２０の内面に対してろう接されており、突出部１２０によって支持されている。

尚、図３等においては、複数の挿通穴１１０のうち特にチューブ７００Ａが挿通されるものに、符号「１１０Ａ」が付してある。以下では、当該挿通穴１１０のことを「挿通穴１１０Ａ」とも表記する。同様に、図３においては、複数の突出部１２０のうち特に挿通穴１１０Ａが形成されているものに、符号「１２０Ａ」が付してある。以下では、当該突出部１２０のことを「突出部１２０Ａ」とも表記する。

図３及び図６に示されるように、コアプレート１００のｚ方向側の表面のうち、突出部１２０Ａの周囲の部分は、シール面ＳＬ１と同一の高さを有するシール面ＳＬ０となっている。シール部材３０１は、延在部１６０に沿って配置される環状の部分の他、その途中からｘ方向に沿って直線状に伸びる部分も有している。これにより、第３空間ＳＰ３やチューブ７００Ａに対する冷却水の流入が防止されている。シール面ＳＬ０は、シール部材３０１のうち、上記のようにｘ方向に沿って直線状に伸びる部分が当接する部分となっている。

コアプレート１００のうち、シール面ＳＬ０や突出部１２０Ａが形成されている部分、すなわち第３空間ＳＰ３と対向する部分は、第１空間ＳＰ１と第２空間ＳＰ２との境界に対向する部分、ということができる。このため、当該部分のことを以下では「境界部ＢＤ」とも表記する。

コアプレート１００のうちシール面ＳＬ１の内側の部分であって、図３や図４等において符号１０１が付されている部分は、シール面ＳＬ１やシール面ＳＬ０と同じ高さの面となっている。当該部分のことを、以下では「第１平面部１０１」とも表記する。ｙ方向に沿って境界部ＢＤの両側に形成された第１平面部１０１のそれぞれには、突出部１２０が３つずつ形成されている。

コアプレート１００のうちシール面ＳＬ１の内側の部分であって、図３や図４等において符号１０２が付されている部分は、第１平面部１０１よりもｚ方向側に突出した面となっている。当該部分のことを、以下では「第２平面部１０２」とも表記する。それぞれの第２平面部１０２には単一の突出部１２０が形成されている。

コアプレート１００のうちシール面ＳＬ１の内側の部分であって、図３や図４等において符号１０３が付されている部分は、第２平面部１０２よりも更にｚ方向側に突出した面となっている。当該部分のことを、以下では「第３平面部１０３」とも表記する。それぞれの第３平面部１０３には、残り全ての突出部１２０が形成されている。第３平面部１０３には、複数のリブ１７０が形成されている。リブ１７０は、第３平面部１０３のうち、互いに隣り合う突出部１２０の間となる部分を、−ｚ方向に向けて突出するように変形させたものである。このようなリブ１７０が形成されていることで、コアプレート１００の全体の剛性が向上している。

以上のような形状を有するコアプレート１００は、例えば、金属板に対して複数回のプレス加工を施すことによって形成することができる。

先に述べたように、第１空間ＳＰ１及びこれに繋がるチューブ７００では、内燃機関を通過した後の比較的高温の冷却水が流れる。このため、当該チューブ７００は熱膨張によってｚ方向に沿った寸法が拡大するのであるが、その拡大量は比較的大きくなっている。図７においては、当該チューブ７００の熱膨張による拡大量が矢印ＡＲ１で示されている。

一方、第２空間ＳＰ２及びこれに繋がるチューブ７００では、電動モータ等を通過した後の比較的低温の冷却水が流れる。このため、当該チューブ７００も熱膨張によってｚ方向に沿った寸法が拡大するのであるが、その拡大量は比較的小さくなっている。図７においては、当該チューブ７００の熱膨張による拡大量が矢印ＡＲ２で示されている。

境界部ＢＤの近傍においては、境界部ＢＤよりも−ｙ方向側の部分が、チューブ７００から矢印ＡＲ１に沿った力を受けることによりｚ方向側へと大きく変位しようとする。一方、境界部ＢＤよりもｙ方向側の部分は、チューブ７００から矢印ＡＲ２に沿った力を受けることによりｚ方向側へと小さく変位しようとする。このため、コアプレート１００のうち境界部ＢＤやその近傍においては、チューブ７００の熱膨張に伴って大きな歪みが生じる傾向がある。その結果、当該部分に接合された一部のチューブ７００が破損し、冷却水が外部へと漏出てしまう可能性がある。

そこで、本実施形態に係る熱交換器１０は、コアプレート１００の形状を工夫することにより、コアプレート１００に生じる歪みを抑制することとしている。

図３や図５、図７、図８等に示されるように、本実施形態に係るコアプレート１００には剛性部１５０が形成されている。剛性部１５０においては、コアプレート１００がｚ方向側に向けて、すなわちタンク３００の内側に向けて凹状に後退している。剛性部１５０は、ｙ方向に沿って直線状に伸びるように形成されている。図３のようにｚ方向側から見た場合において、剛性部１５０は、第１平面部１０１に形成された３つの挿通穴１１０と重なるように形成されている。このような剛性部１５０が形成されることで、当該部分においてはコアプレート１００の曲げに対する剛性が高められている。このため、図７の矢印ＡＲ１や矢印ＡＲ２に示される方向の力が、各チューブ７００からコアプレート１００に対し加えられても、コアプレート１００に生じる歪みは、剛性部１５０が形成されていない従来の場合に比べて小さくなっている。

このように本実施形態では、境界部ＢＤ側となる位置に形成されている複数の挿通穴１１０と重なるように、コアプレート１００の剛性を高めるための剛性部１５０が設けられている。「境界部ＢＤ側となる位置に形成されている複数の挿通穴１１０」とは、第１空間ＳＰ１又は第２空間ＳＰ２の一方に形成された一群の挿通穴１１０のうち、最も境界部ＢＤ寄りとなる位置にある挿通穴１１０を含む複数の挿通穴１１０のことである。剛性部１５０と重なる挿通穴１１０の数が多くなる程、コアプレート１００に生じる歪みは小さくなる。

剛性部１５０は、コアプレート１００のうち第１空間ＳＰ１と対向する部分、及び、コアプレート１００のうち第２空間ＳＰ２と対向する部分、のそれぞれに設けられている。つまり、境界部ＢＤを間に挟んで両側となる位置に剛性部１５０が設けられている。コアプレート１００のうち歪みが生じやすい部分の全体をカバーするように剛性部１５０が設けられているので、境界部ＢＤの一方側にのみ剛性部１５０が設けられている場合に比べて、コアプレート１００に生じる歪みを更に抑制することが可能となっている。

本実施形態では更に、第１空間ＳＰ１側において剛性部１５０と重なる挿通穴１１０の数と、第２空間ＳＰ２側において剛性部１５０と重なる挿通穴１１０の数と、が互いに等しく、いずれも３となっている。その結果、境界部ＢＤの−ｙ方向側とｙ方向側の両側で、剛性部１５０による歪みの抑制がバランスよく均等に行われるので、コアプレート１００で生じる歪みが更に抑制されるという効果が得られる。

尚、第１空間ＳＰ１側において生じる歪みの大きさと、第２空間ＳＰ２側において生じる歪みの大きさとが極端に違うような場合には、第１空間ＳＰ１側において剛性部１５０と重なる挿通穴１１０の数と、第２空間ＳＰ２側において剛性部１５０と重なる挿通穴１１０の数と、を互いに異ならせてもよい。

先に述べたように、境界部ＢＤには、内部を流体の流れないダミーチューブ７００Ａが接続されている。剛性部１５０は、コアプレート１００のうち、ダミーチューブ７００Ａが挿通される挿通穴１１０Ａと重ならない位置に設けられている。挿通穴１１０Ａは、本実施形態における「ダミー挿通穴」に該当するものである。

剛性部１５０が上記のような位置に設けられることで、境界部ＢＤのうち挿通穴１１０と挿通穴１１０Ａとの間となる部分には、シール部材３０１を当接させるための平坦なシール面ＳＬ０を形成することが可能となっている。

本実施形態では、１つの第１平面部１０１において２つの剛性部１５０が形成されている。それぞれの剛性部１５０は、挿通穴１１０のうちｙ方向に沿った端部と重なるように設けられている。ここでいう「ｙ方向」は、チューブ７００の長手方向及び積層方向のいずれに対しても垂直な方向であって、挿通穴１１０の「幅方向」に該当する。

挿通穴１１０の幅方向における端部は、チューブ７００の熱膨張に伴う影響を受けやすく、挿通穴１１０近傍の中でも最も大きな歪みが生じやすい部分となっている。本実施形態では、このように歪みが生じやすい部分と重なるように剛性部１５０が形成されているので、効率よく歪みを抑制することが可能となっている。

図９には、コアプレート１００のうち剛性部１５０が形成されている部分をｘ−ｚ平面に沿って切断し、これを−ｙ方から見た場合における断面が模式的に描かれている。当該断面の位置は、図３においてＶ−Ｖで示される断面の位置と同じである。図９に描かれているチューブ７００は、第１平面部１０１に接続された３つのチューブ７００のうち、最も境界部ＢＤ側となる位置に配置されたチューブ７００である。このため、当該チューブ７００よりも更に紙面奥側となる位置においては剛性部１５０が設けられておらず、突出部１２０からシール面ＳＬ０へと繋がっている。

先に述べたように、剛性部１５０においては、コアプレート１００がｚ方向側に向けて凹状に後退している。図９では、このようにｚ方向に後退している部分の同方向に沿った寸法、すなわち後退量が、Ｈとして示されている。本実施形態では、タンク３００の内側における剛性部１５０の高さが、第２平面部１０２や第３平面部１０３の高さよりも低くなるように、上記のＨが設定されている。

本発明者らが実験等を行って確認したところによれば、図９のＨで示される後退量の大きさに応じて、コアプレート１００において生じる歪みの最大値が変化するという知見が得られている。図１０には、Ｈで示される後退量と、歪みの最大値との関係が示されている。

同図に示されるように、後退量が０から大きくなって行くに従って、歪の最大値は小さくなって行く。後退量が０．５以上になると、歪の最大値は概ね一定の値となっている。その後、後退量を更に大きくして行くと、歪の最大値は再び大きくなる傾向がある。具体的には、後退量が１．５ｍｍを超えると歪の最大値が大きくなっている。

その理由について、図１１を参照しながら説明する。図１１に示されるのは、コアプレート１００のうち、図９に示されるチューブ７００が接続されている部分を、ｙ−ｚ平面に沿って切断した場合の断面である。同図においてチューブ７００よりも−ｙ方向側の部分では、剛性部１５０が形成されている。このため、チューブ７００よりもｙ方向側の部分に比べて、コアプレート１００の高さが高くなっている。このように、最も境界部ＢＤ側となる位置に配置されたチューブ７００の近傍においては、チューブ７００の両側にあるコアプレート１００の形状が非対称となっている。

図１１においては、チューブ７００とコアプレート１００との間を接合するためのろう材ＦＬ１、ＦＬ２が示されている。ろう材ＦＬ１は、コアプレート１００のうちチューブ７００よりもｙ方向側の部分と、チューブ７００を接合しているろう材である。ろう材ＦＬ２は、コアプレート１００のうちチューブ７００よりも−ｙ方向側の部分と、チューブ７００を接合しているろう材である。コアプレート１００とチューブ７００との間では、ろう材ＦＬ１等によるフィレットが形成されている。

チューブ７００の両側にあるコアプレート１００の形状が非対称となっているので、図１１の断面においては、ろう材ＦＬ１及びろう材ＦＬ２のそれぞれのフィレット形状は互いに異なっている。しかしながら、これらのろう材は全体では一つであり、チューブ７００の周囲を囲むように配置されている。このため、図１１の紙面奥側及び紙面手前側のそれぞれにおいては、互いに高さや形状の異なるろう材ＦＬ１とろう材ＦＬ２とが繋がっている。その結果、ろう材の接続部分では、ろう材の形状が歪なものとなり、応力集中が生じやすくなっている。

剛性部１５０の後退量Ｈが大きくなるほど、ろう材ＦＬ１及びろう材ＦＬ２の形状の差が大きくなるので、上記の応力集中も大きくなる。その結果、図１０に示されるように、後退量Ｈが１．５ｍｍを超えると歪の最大値が大きくなってしまうのである。以上に鑑みれば、後退量Ｈは、０．５ｍｍ以上且つ１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。そこで、本実施形態では、剛性部１５０のうち、最もダミーチューブ７００Ａ側となる位置に形成された挿通穴１１０と重なっている部分においては、コアプレート１００が、タンク３００の内側に向けて０．５ｍｍ以上且つ１．５ｍｍ以下の範囲で後退するように、剛性部１５０が形成されている。これにより、コアプレート１００で生じる歪みを確実に抑制することとしている。

ところで、コアプレート１００の歪みを抑制するための剛性部１５０の形状は、本実施形態とは異なるものとしてもよい。例えば、剛性部１５０の位置において、コアプレート１００の板厚を厚くすることとしてもよい。しかしながら、その場合には一部が厚くなった板状部材を用いてコアプレート１００を形成する必要がある。その結果、部品コストが上昇してしまう。部品コストを抑制するという観点からは、本実施形態のように、コアプレート１００をｚ方向側に後退させることにより剛性部１５０を形成した方が好ましい。

本実施形態のように、コアプレート１００をｚ方向側に後退させることにより剛性部１５０を形成することのもう一つの利点について、引き続き図９を参照しながら説明する。

熱膨張するチューブ７００からの力は、ろう接による接合部においてコアプレート１００へと働くこととなる。図９においては、チューブ７００の幅方向における中央における接合部の位置が、符号Ｂで示されている。熱膨張するチューブ７００からの力は、その大部分が、符号Ｂで示される位置のｚ座標において、コアプレート１００へと働く。

本実施形態では、コアプレート１００をｚ方向側に後退させることにより剛性部１５０が形成されている。このため、剛性部１５０が形成されている部分における接合部の位置は、図９において符号Ｃで示される位置となる。当該位置は、符号Ｂで示される位置よりもｚ方向側の位置となっている。

つまり、本実施形態では、挿通穴１１０のうち幅方向端部、すなわち熱膨張による歪が最も生じやすい部分において、チューブ７００からの力を受ける接合部の位置が、符号Ｂで示される他の部分に比べてｚ方向側へと遠ざけられている。これにより、チューブ７００から受ける力に起因して生じる歪みを、挿通穴１１０の幅方向端部において特に抑制することが可能となっている。

本実施形態では、タンク３００の内側における剛性部１５０の先端の位置が、第２平面部１０２や第３平面部１０３の内側表面の位置よりも低くなっている。つまり、剛性部１５０の先端のｚ座標が、第２平面部１０２等のｚ方向側表面のｚ座標よりも小さくなっている。第２平面部１０２や第３平面部１０３は、コアプレート１００のうち、「剛性部１５０と重なっていない挿通穴１１０が形成されている平面部」ということができる。このような構成においては、コアプレート１００を、金属板に対して複数回のプレス加工を施すことによって容易に形成することが可能となる。尚、上記における「第２平面部１０２や第３平面部１０３の内側表面の位置」とは、第２平面部１０２のうち、突出部１２０や挿通穴１１０が形成された部分を除く平坦面の位置、すなわち、ｚ軸に対して垂直な平面部分の位置のことである。

第２実施形態について、図１２を参照しながら説明する。本実施形態では、コアプレート１００の形状においてのみ第１実施形態と異なっており、その他については第１実施形態と同じである。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。

本実施形態では、第１平面部１０１に形成された挿通穴１１０の数が１となっている。その結果、剛性部１５０は、最も境界部ＢＤ側となる位置に形成されている単一の挿通穴１１０と重なるように設けられている。例えば、熱交換器１０に供給される２つの冷却水の温度差が小さく、コアプレート１００において生じる歪みの大きさが小さい場合には、このような構成であっても歪みを十分に抑制することができる。このように、剛性部１５０と重なる挿通穴１１０の数は、冷却水の温度差やチューブ７００の形状等に応じて、適宜調整すればよい。

第３実施形態について、図１３を参照しながら説明する。本実施形態では、コアプレート１００の形状においてのみ第１実施形態と異なっており、その他については第１実施形態と同じである。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。

本実施形態では、挿通穴１１０Ａが２つ形成されており、これらがｙ方向に沿って並ぶように形成されている。それぞれの挿通穴１１０Ａには、内部を冷却水の流れないダミーチューブ７００Ａが挿通され接合される。例えば、熱交換器１０に供給される２つの冷却水の温度差が大きく、コアプレート１００において生じる歪みの大きさが大きい場合には、このようにダミーチューブ７００Ａの本数を増やして、境界部ＢＤを広く確保することが有効である。

第４実施形態について、図１４及び図１５を参照しながら説明する。本実施形態では、コアプレート１００の形状においてのみ第１実施形態と異なっており、その他については第１実施形態と同じである。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１４は、本実施形態に係るコアプレート１００を、図３と同様の視点で描いた図である。図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ断面を示す図である。

本実施形態では、１つの第１平面部１０１において３つの剛性部１５０が形成されており、これらがｘ方向に沿って並ぶように形成されている。これらのうち、ｘ方向に沿った両側端部に配置された一対の剛性部１５０は、図３の第１実施形態と同じものであり、挿通穴１１０の幅方向における端部と重なっている。ｘ方向に沿った中央となる位置に配置された剛性部１５０は、本実施形態において追加されたものであり、挿通穴１１０の幅方向における中央部分と重なっている。３つの剛性部１５０のそれぞれの形状は互いに同じである。

このように、本実施形態では、剛性部１５０が、第１空間ＳＰ１側及び第２空間ＳＰ２側のそれぞれにおいて複数ずつ設けられている。これらのうち一部の剛性部１５０が、挿通穴１１０のうち幅方向に沿った端部と重なるように設けられている。このような態様であっても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。尚、挿通穴１１０のうち幅方向に沿った端部と重なるように設けられた剛性部１５０の数は適宜変更することができる。ただし、少なくとも１つの剛性部１５０が、挿通穴１１０のうち幅方向に沿った端部と重なるように設けられることが好ましい。

第５実施形態について、図１６及び図１５を参照しながら説明する。本実施形態では、コアプレート１００の形状においてのみ第１実施形態と異なっており、その他については第１実施形態と同じである。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１６は、本実施形態に係るコアプレート１００を、図３と同様の視点で描いた図である。図１７は、図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ断面を示す図である。

本実施形態では、第１平面部１０１の略全体が、タンク３００の内側に向けて凹状に後退しており、これにより剛性部１５０が形成されている。つまり、本実施形態の剛性部１５０は、複数の挿通穴１１０の全体と重なるように設けられている。このような態様であっても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。

本実施形態では、１つの第１平面部１０１に形成されている挿通穴１１０の数、すなわち、剛性部１５０と重なる挿通穴１１０の数は３となっている。このような態様に換えて、１つの第１平面部１０１に形成されている挿通穴１１０の数を、図１２の第２実施形態のように１としてもよい。つまり、剛性部１５０が、単一の挿通穴１１０の全体と重なるように設けられている態様としてもよい。

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：コアプレート
１１０：挿通穴
１５０：剛性部
ＢＤ：境界部
３００：タンク
ＳＰ１：第１空間
ＳＰ２：第２空間
７００：チューブ

Claims (12)

1. 流体と空気との間で熱交換を行う熱交換器（１０）であって、
   内部を流体が流れる管状の部材であって、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（７００）と、
   それぞれの前記チューブが接続されたコアプレート（１００）、を有するタンク（３００）と、を備え、
   前記タンクには、流体を貯えるための空間であって互いに分離された第１空間（ＳＰ１）と第２空間（ＳＰ２）とが、前記積層方向に沿って並ぶように形成されており、
   前記コアプレートには、それぞれのチューブが挿通される挿通穴（１１０）が前記積層方向に沿って並ぶように形成されており、
   前記コアプレートのうち、前記第１空間と前記第２空間との境界に対向する部分を境界部（ＢＤ）としたときに、
   前記コアプレートには、前記境界部側となる位置に形成されている単一又は複数の前記挿通穴と重なるように、前記コアプレートの剛性を高めるための剛性部（１５０）が設けられている熱交換器。
2. 前記剛性部は、前記コアプレートのうち前記第１空間と対向する部分、及び、前記コアプレートのうち前記第２空間と対向する部分、のそれぞれに設けられている、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第１空間側において前記剛性部と重なる前記挿通穴の数と、
   前記第２空間側において前記剛性部と重なる前記挿通穴の数と、が互いに等しい、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記剛性部においては、前記コアプレートが前記タンクの内側に向けて凹状に後退している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記剛性部は、前記境界部側となる位置に形成されている複数の前記挿通穴と重なるように設けられている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 前記境界部には、内部を流体の流れないダミーチューブ（７００Ａ）が接続されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記剛性部は、前記コアプレートのうち、前記ダミーチューブが挿通されるダミー挿通穴（１１０Ａ）と重ならない位置に設けられている、請求項６に記載の熱交換器。
8. 前記剛性部のうち、最も前記ダミーチューブ側となる位置に形成された前記挿通穴と重なっている部分においては、
   前記コアプレートが、前記タンクの内側に向けて０．５ｍｍ以上且つ１．５ｍｍ以下の範囲で後退している、請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記剛性部においては、前記コアプレートが前記タンクの内側に向けて凹状に後退しており、
   前記タンクの内側における前記剛性部の先端の位置は、
   前記コアプレートのうち、前記剛性部と重なっていない前記挿通穴が形成されている平面部、よりも低い位置となっている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の熱交換器。
10. 前記チューブの長手方向及び前記積層方向のいずれに対しても垂直な方向を幅方向としたときに、
    前記剛性部は、前記挿通穴のうち前記幅方向に沿った端部と重なるように設けられている、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱交換器。
11. 前記剛性部は、前記第１空間側及び前記第２空間側のそれぞれにおいて複数ずつ設けられており、
    少なくとも一つの前記剛性部が、前記挿通穴のうち前記幅方向に沿った端部と重なるように設けられている、請求項１０に記載の熱交換器。
12. 前記剛性部は、
    単一又は複数の前記挿通穴の全体と重なるように設けられている、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱交換器。

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