JP2021127868A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】チューブの接合部分における歪みを低減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、複数のチューブ１３０と、それぞれのチューブ１３０が接続されたタンク１１０と、を備える。チューブ１３０は、平板状に形成された一対の平板部１３１と、それぞれの平板部１３１の端部同士を繋ぐ湾曲部１３２と、を有する。
タンク１１０のプレート部材３００は、その法線方向がチューブ１３０の長手方向に沿っている第１部分３１０と、空気の流れる方向に沿った第１部分３１０の端部から、容器部材４００に向かって伸びている第２部分３２０と、を有している。チューブ１３０の積層方向に沿って見た場合においては、第１部分３１０と第２部分３２０との境界が、平板部１３１と湾曲部１３２との境界、よりも平板部１３１側となる位置に配置されている。
【選択図】図１

Description

本開示は、熱媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器に関する。

例えばラジエータや蒸発器等のような熱交換器は、熱媒体の通る金属製のチューブを複数本備えている。熱交換器では、チューブの内側を通る熱媒体と、チューブの外側を通る空気との間で熱交換が行われる。

下記特許文献１に記載されているように、複数のチューブは、タンクの一部を構成する金属製のプレート部材に挿通された状態で、当該プレート部材に対してろう接されていることが多い。このような構成の熱交換器においては、熱媒体の温度に起因した熱膨張もしくは収縮に伴って、チューブとプレート部材との接合部分に歪みが生じる傾向がある。

特許第３６７４１２０号公報

熱交換が効率的に行われるように、チューブの板厚は比較的薄くしておく必要がある。このため、チューブとプレート部材との接合部分において上記のような歪みが生じると、チューブの一部が破損してしまう可能性がある。上記特許文献１に記載されているような、チューブの断面が扁平形状となっている熱交換器においては、チューブのうち平板部と湾曲部との境界となる位置において、歪みに起因した破損が特に生じやすい。

本開示は、チューブの接合部分における歪みを低減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、熱媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器（１０）である。この熱交換器は、内部を熱媒体が通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（１３０，２３０）と、それぞれのチューブが接続されたタンク（１１０，２１０，１２０，２２０）と、を備える。チューブは、互いに対向する一対の平板状に形成された平板部（１３１，２３１）と、それぞれの平板部の端部同士を繋ぐように湾曲している湾曲部（１３２，２３２）と、を有し、平板部の法線方向が積層方向に沿うように配置されたものである。タンクは、チューブを挿通するための挿通穴（３０１）が複数形成された板状のプレート部材（３００）と、熱媒体を貯えるための空間が内側に形成された容器部材（４００）と、を有するものである。プレート部材は、その法線方向がチューブの長手方向に沿っている第１部分（３１０）と、空気の流れる方向に沿った第１部分の端部から、容器部材に向かって伸びている第２部分（３２０）と、を有している。積層方向に沿って見た場合においては、第１部分と第２部分との境界が、チューブのうち、平板部と湾曲部との境界、よりも平板部側となる位置に配置されている。

本発明者らが行った実験等によれば、積層方向に沿って見た場合において、プレート部材のうち第１部分と第２部分との境界が、チューブのうち平板部と湾曲部との境界、もしくはそれよりも湾曲部側に配置されているような構成においては、熱膨張時もしくは収縮時におけるチューブの歪みが比較的大きくなりやすいという知見が得られている。

これは、プレート部材のうち第１部分と第２部分との境界が、チューブの熱膨張時等におけるプレート部材の変形の起点となり、当該変形に伴う歪みがチューブの湾曲部に集中してしまうためと考えられる。

そこで、上記構成の熱交換器では、積層方向に沿って見た場合において、プレート部材のうち第１部分と第２部分との境界が、チューブのうち平板部と湾曲部との境界、よりも平板部側となる位置に配置された構成としている。このような構成においては、第１部分と第２部分との境界を起点として生じるプレート部材の変形を、チューブの湾曲部ではなく平板部で受けることとなる。これにより、チューブで生じる歪みの最大値を従来よりも低減することが可能となる。

本開示によれば、チューブの接合部分における歪みを低減することのできる熱交換器が提供される。

図１は、本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の熱交換器の一部を拡大して示す図である。 図３は、図１の熱交換器が備えるフィン、及びその上下に配置されたチューブを示す図である。 図４は、チューブの構成と、チューブの接合部分で生じる歪みの大きさとを示す図である。 図５は、図１の熱交換器が備えるプレート部材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。

本実施形態に係る熱交換器１０の構成について説明する。熱交換器１０は、不図示の車両に搭載される熱交換器である。図１に示されるように、熱交換器１０は、ラジエータ１００と蒸発器２００とを組み合わせて一体化した複合型の熱交換器として構成されている。

ラジエータ１００は、不図示の発熱体を通り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ための熱交換器である。ここでいう「発熱体」とは、上記車両に搭載され冷却を必要とする機器のことであって、例えば内燃機関、インタークーラ、モーター、インバーター、バッテリ等のことである。蒸発器２００は、車両に搭載される不図示の空調装置の一部であって、空気との熱交換によって液相の冷媒を蒸発させるための熱交換器である。

先ず、ラジエータ１００の構成について説明する。ラジエータ１００は、一対のタンク１１０、１２０と、チューブ１３０と、フィン１４０と、を備えている。尚、図１においてはフィン１４０の図示が省略されている。

タンク１１０、１２０はいずれも、熱媒体である冷却水を一時的に貯えるための金属製の容器である。これらは略円柱形状の細長い容器として形成されており、その長手方向を上下方向に沿わせた状態で配置されている。タンク１１０、１２０は、水平方向に沿って互いに離間した位置に配置されており、両者の間には後述のチューブ１３０及びフィン１４０が配置されている。

タンク１１０は、プレート部材３００と容器部材４００とを有しており、これらを組み合わせて互いにろう接することにより形成されている。プレート部材３００は板状の部材であって、チューブ１３０を挿通するための挿通穴３０１が複数形成されている。容器部材４００は、冷却水を貯えるための空間が内側に形成された部材である。容器部材４００のうちチューブ１３０側の面は全体が開口しており、当該開口がプレート部材３００によって水密に塞がれている。

図１に示されるように、タンク１１０を構成するプレート部材３００は、その一部が、蒸発器２００が有するタンク２１０を構成する部材ともなっている。このような構成は、タンク１１０を構成するプレート部材３００と、タンク２１０を構成するプレート部材３００とが、一体となるように接続されている構成、ということもできる。

また、タンク１１０を構成する容器部材４００は、その一部がタンク２１０を構成する部材ともなっている。このような構成は、タンク１１０を構成する容器部材４００と、タンク２１０を構成する容器部材４００とが、一体となるように接続されている構成、ということもできる。

上記構成により、タンク１１０はタンク２１０と一体化されている。これと同様の構成、すなわち、プレート部材３００と容器部材４００とを互いに接合した構成により、タンク１２０はタンク２２０と一体化されている。図１においては、タンク１１０及びタンク２１０の内部の構成を示すため、容器部材４００をプレート部材３００から取り外した状態が示されている。

タンク１１０には、受入部１１１、１１２が形成されている。これらはいずれも、上記の発熱体を通った後の冷却水を受け入れるための部分として設けられている。受入部１１１は、タンク１１０のうち上方側となる位置に設けられている。受入部１１２は、タンク１１０のうち下方側となる位置に設けられている。

図１に示されるように、タンク１１０の内部空間は、セパレータＳ３によって上下２つに分けられている。受入部１１１から供給された冷却水は、タンク１１０の内部空間のうちセパレータＳ３よりも上方側の部分に流入する。受入部１１２から供給された冷却水は、タンク１１０の内部空間のうちセパレータＳ３よりも下方側の部分に流入する。

タンク１２０には、排出部１２１、１２２が形成されている。これらはいずれも、熱交換に供された後の冷却水を外部へと排出するための部分として設けられている。排出部１２１は、タンク１２０のうち上方側となる位置に設けられている。排出部１２２は、タンク１２０のうち下方側となる位置に設けられている。

タンク１２０の内部には、セパレータＳ３と同じ高さとなる位置に、セパレータＳ３と同様のセパレータが配置されている。タンク１２０の内部空間は、当該セパレータによって上下２つに分けられている。タンク１２０のうち当該セパレータよりも上方側の内部空間に流入した冷却水は、排出部１２１から外部へと排出される。タンク１２０のうち当該セパレータよりも下方側の内部空間に流入した冷却水は、排出部１２２から外部へと排出される。

チューブ１３０は、内部を冷却水が通る管状の部材であって、ラジエータ１００に複数本備えられている。それぞれのチューブ１３０は細長い直線状の管となっており、水平方向に沿って伸びるように配置されている。チューブ１３０は、その一端がタンク１１０に接続されており、その他端がタンク１２０に接続されている。これにより、タンク１１０の内部空間は、それぞれのチューブ１３０を介して、タンク１２０の内部空間と連通されている。

それぞれのチューブ１３０は、上下方向、つまりタンク１１０等の長手方向に沿って並ぶように配置されている。尚、上下方向に沿って互いに隣り合うチューブ１３０の間にはフィン１４０が配置されているのであるが、先に述べたように、図１においてはフィン１４０の図示が省略されている。複数のチューブ１３０が並んでいる方向、すなわち本実施形態では上下方向のことを、以下では「積層方向」とも称する。

外部からタンク１１０に供給された冷却水は、それぞれのチューブ１３０の内側を通ってタンク１２０へと流入する。冷却水は、チューブ１３０の内側を通る際において、チューブ１３０の外側を通過する空気によって冷却されその温度を低下させる。尚、当該空気が通過する方向は、タンク１１０の長手方向及びチューブ１３０の長手方向のいずれに対しても垂直な方向であって、ラジエータ１００から蒸発器２００へと向かう方向となっている。熱交換器１０の近傍には、上記の方向に空気を送り出すための不図示のファンが設けられている。

フィン１４０は、金属板を波状に折り曲げることによって形成されたコルゲートフィンである。上記のように、フィン１４０は、上下方向において互いに隣り合うチューブ１３０の間となる位置に配置されている。つまり、ラジエータ１００では、フィン１４０とチューブ１３０とが、積層方向に沿って交互に並ぶように積層されている。図２は、ラジエータ１００を空気の流れる方向に沿って見た上で、フィン１４０及びその近傍の構成を拡大して示す図である。図２に示されるように、波状に形成されたフィン１４０のそれぞれの頂部は、積層方向において隣り合うチューブ１３０の表面に当接しており、且つろう接されている。

チューブ１３０の内側を冷却水が通っているときにおいては、冷却水の熱がチューブ１３０を介して空気に伝達されるほか、チューブ１３０及びフィン１４０を介しても空気に伝達される。つまり、空気との接触面積がフィン１４０によって大きくなっており、これにより空気と冷却水との熱交換が効率的に行われる。

再び図１を参照しながら、蒸発器２００の構成について説明する。蒸発器２００は、一対のタンク２１０、２２０と、チューブ２３０と、フィン１４０と、を備えている。

タンク２１０、２２０はいずれも、熱媒体である冷媒を一時的に貯えるための容器である。これらは略円柱形状の細長い容器として形成されており、その長手方向を上下方向に沿わせた状態で配置されている。タンク２１０、２２０は、水平方向に沿って互いに離間した位置に配置されており、両者の間にはチューブ２３０及びフィン１４０が配置されている。

タンク２１０、２２０は、先に述べたタンク１１０、１２０と同様の構成を有している。先に述べたように、タンク２１０は、ラジエータ１００が有するタンク１１０と一体化されており、プレート部材３００と容器部材４００とを互いに接合することによって構成されている。同様に、タンク２２０は、ラジエータ１００が有するタンク１２０と一体化されており、プレート部材３００と容器部材４００とを互いに接合することによって構成されている。

タンク２１０には、受入部２１１と排出部２１２とが形成されている。受入部２１１は、空調装置を循環する冷媒を受け入れるための部分である。受入部２１１には、空調装置が備える不図示の膨張弁を通過した後の、低温の液相冷媒が供給される。受入部２１１は、タンク２１０のうち上方側の端部近傍となる位置に設けられている。排出部２１２は、熱交換に供された後の冷媒を外部へと排出するための部分である。蒸発器２００における熱交換によって蒸発した気相の冷媒は、排出部２１２から外部へと排出された後、空調装置が備える不図示の圧縮機へと供給される。排出部２１２は、タンク２１０のうち下方側の端部近傍となる位置に設けられている。

図１に示されるように、タンク２１０の内部空間は、セパレータＳ１、Ｓ２によって上下３つに分けられている。受入部２１１は、上方側のセパレータＳ１よりも更に上方側となる位置に設けられている。排出部２１２は、下方側のセパレータＳ２よりも更に下方側となる位置に設けられている。

タンク２２０の内部空間は、不図示のセパレータによって上下２つに分けられている。当該セパレータが設けられている位置は、セパレータＳ１よりも低く、且つセパレータＳ２よりも高い位置となっている。

チューブ２３０は、内部を冷媒が通る管状の部材であって、蒸発器２００に複数本備えられている。それぞれのチューブ２３０は細長い直線状の管となっており、水平方向に沿って伸びるように配置されている。チューブ２３０は、その一端がタンク２１０に接続されており、その他端がタンク２２０に接続されている。これにより、タンク２１０の内部空間は、それぞれのチューブ２３０を介して、タンク２２０の内部空間と連通されている。

それぞれのチューブ２３０は、上下方向、つまり積層方向に沿って並ぶように配置されている。本実施形態では、それぞれのチューブ２３０が、空気の流れる方向に沿ってチューブ１３０と隣り合う位置に配置されている。つまり、チューブ２３０は、チューブ１３０と同じ数だけ設けられており、それぞれのチューブ１３０と同じ高さとなる位置に配置されている。

外部から受入部２１１へと供給された冷媒は、タンク２１０の内部空間のうちセパレータＳ１よりも上方側の部分に流入する。当該冷媒は、セパレータＳ１よりも上方側に配置されたチューブ２３０の内側を通り、タンク２２０の内部空間のうち不図示のセパレータよりも上方側の部分に流入する。その後、冷媒は、当該セパレータよりも上方側であり且つセパレータＳ１よりも下方側に配置されたチューブ２３０の内側を通り、タンク２１０の内部空間のうちセパレータＳ１とセパレータＳ２との間の部分に流入する。

更にその後、冷媒は、セパレータＳ２よりも上方側であり且つタンク２２０内のセパレータよりも下方側に配置されたチューブ２３０の内側を通り、タンク２２０の内部空間のうちセパレータよりも下方側の部分に流入する。当該冷媒は、セパレータＳ２よりも下方側に配置されたチューブ２３０の内側を通り、タンク２２０の内部空間のうちセパレータＳ２よりも下方側の部分に流入した後、排出部２１２から外部へと排出される。

冷媒は、上記のように各チューブ２３０の内側を通る際において、チューブ２３０の外側を通過する空気によって加熱されて蒸発し、液相から気相へと変化する。当該空気は、ラジエータ１００を通過して温度が上昇した後の空気である。空気は、チューブ２３０の外側を通過する際において熱を奪われるため、その温度を低下させる。

積層方向に沿って互いに隣り合うチューブ２３０の間には、図１においては不図示のフィン１４０が配置されている。このフィン１４０は、先に述べたラジエータ１００が備えるフィン１４０である。図３に示されるように、それぞれのフィン１４０は、ラジエータ１００が備えるチューブ１３０の間から、蒸発器２００が備えるチューブ２３０の間まで伸びるように配置されている。つまり、ラジエータ１００と蒸発器２００との間では、それぞれのフィン１４０が共有されている。

このため、蒸発器２００では、図２を参照しながら説明したラジエータ１００と同様に、フィン１４０とチューブ２３０とが、積層方向に沿って交互に並ぶように積層されている。波状に形成されたフィン１４０のそれぞれの頂部は、積層方向において隣り合うチューブ２３０の表面に当接しており、且つろう接されている。

チューブ２３０の内側を冷媒が通っているときにおいては、空気の熱がチューブ２３０を介して冷媒に伝達されるほか、チューブ２３０及びフィン１４０を介しても冷媒に伝達される。つまり、空気との接触面積がフィン１４０によって大きくなっており、これにより空気と冷媒との熱交換が効率的に行われる。

本実施形態では更に、チューブ１３０の内側を通る冷却水の熱が、フィン１４０を介した熱伝導によっても、チューブ２３０の内側を通る冷媒へと伝えられる。蒸発器２００では、空気からの熱に加えて冷却水からの熱も回収されるので、空調装置の動作効率が更に高くなっている。

図１に示されるように、最も上方側に配置されたチューブ１３０、２３０の更に上方側となる位置には、板状の部材である補強プレート１１が配置されている。また、最も下方側に配置されたチューブ１３０、２３０の更に下方側となる位置には、板状の部材である補強プレート１２が配置されている。補強プレート１１、１２は、チューブ１３０等を補強してその変形を防止するために設けられた金属板である。

図１においては、ラジエータ１００から蒸発器２００へと向かう方向、すなわち、これらを通るように空気が流れる方向が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、タンク１２０からタンク１１０に向かう方向、すなわちチューブ１３０等の長手方向が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、すなわちタンク１１０等の長手方向が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３には、一つのフィン１４０と、その上下両側に配置されたチューブ１３０、２３０の断面とが示されている。同図に示されるように、チューブ１３０、２３０は、いずれもｘ方向に沿って伸びるような扁平形状の断面を有している。チューブ１３０の内部には冷却水の通る流路ＦＰ１が形成されている。流路ＦＰ１にはインナーフィンＩＦ１が配置されている。同様に、チューブ２３０の内部には冷媒の通る流路ＦＰ２が形成されている。流路ＦＰ２にはインナーフィンＩＦ２が配置されている。同じ高さとなる位置に配置されたチューブ１３０とチューブ２３０との間には隙間が形成されている。

図２及び図３に示されるように、フィン１４０には複数のルーバー１４１が形成されている。ルーバー１４１は、フィン１４０の一部を切り起こすことによって形成されたものである。具体的には、フィン１４０のうち平板状の部分に対し、ｚ方向に沿って伸びる直線状の切り込みを、ｘ方向に沿って並ぶように複数形成した上で、互いに隣り合う切り込みの間の部分を捩じることによってルーバー１４１が形成されている。ルーバー１４１の近傍に形成された隙間を空気が通過することで、空気との間における熱交換が更に効率的に行われる。尚、このようなルーバー１４１の形状としては、従来のフィンに形成されるルーバーと同様の形状を採用することができる。

チューブ１３０の具体的な形状について、図４を参照しながら説明する。図４に示されるように、チューブ１３０は、一枚の金属板を曲げ加工した上で、その端部同士をろう接することにより形成された管状の部材である。既に述べたように、チューブ１３０は、ｘ方向に沿って伸びるような扁平形状の断面を有している。当該断面において、チューブ１３０は、平板部１３１と、湾曲部１３２と、を有している。

平板部１３１は平板状に形成された部分であって、その法線をｚ軸に沿わせた状態で配置されている。換言すれば、それぞれのチューブ１３０は、平板部１３１の法線方向が積層方向に沿うように配置されている。平板部１３１は２つ設けられており、これらが上下方向に対向するように配置されている。このような平板部１３１は、チューブ１３０のうち、互いに対向する一対の平板状に形成された部分、ということができる。

湾曲部１３２は、上下に並ぶ平板部１３１の端部同士を繋ぐように湾曲している部分である。湾曲部１３２は、平板部１３１よりもｘ方向側の部分と、平板部１３１よりも−ｘ方向側の部分と、に１つずつ設けられている。図４に示される点線ＤＬ１、ＤＬ２は、平板部１３１と湾曲部１３２との境界を示すものである。

本実施形態では、ｘ方向側にある湾曲部１３２の形状と、−ｘ方向側にある湾曲部１３２の形状とが、互いに同一とはなっていない。このような態様に替えて、それぞれの湾曲部１３２の形状が互いに同一となっており、ｙ−ｚ平面を挟んで対称となるように配置された態様であってもよい。

尚、チューブ２３０の形状は、以上のようなチューブ１３０の形状と概ね同一であるから、その具体的な図示については省略する。チューブ２３０のうち平板部１３１に対応する部分のことを、以下では「平板部２３１」とも称する。同様に、チューブ２３０のうち湾曲部１３２に対応する部分のことを、以下では「湾曲部２３２」とも称する。

図４の下方側部分に示されるグラフは、チューブ１３０において熱膨張が生じた際に、チューブ１３０とプレート部材３００との接合部分において生じる歪みの大きさを模式的に示すものである。上記の「接合部分」とは、チューブ１３０のうち、挿通穴３０１の縁に対して接合されている部分のことである。

上記のような歪みは、プレート部材３００に対するろう接により拘束された状態のチューブ１３０が、熱媒体の温度によって膨張又は収縮した際に生じるものである。例えば、チューブ１３０の内部を高温の冷却水が通り、且つ、チューブ２３０の内側を低温の冷媒が通っているときには、チューブ１３０とチューブ２３０との熱膨張差に伴ってプレート部材３００が変形し、当該変形に伴って、チューブ１３０とプレート部材３００との接合部分において歪みが生じる。また、冷却水の温度が、複数のチューブ１３０のそれぞれにおいて異なっている場合にも、チューブ１３０毎の熱膨張差に伴う歪みが生じる。同様の歪みは、チューブ１３０のみならずチューブ２３０の接合部分においても生じ得る。

図４に示されるように、接合部分で生じる歪みは、点線ＤＬ１、ＤＬ２で示される境界の位置において最も大きくなる傾向がある。これは、湾曲部１３２においてはチューブ１３０の剛性が大きくなっていることに伴って、熱膨張等が生じた際の応力が湾曲部１３２に集中しやすいためと考えられる。このため、歪みに伴うチューブ１３０の破損は、上記の境界、もしくはそれよりも湾曲部１３２側となる部分において特に生じやすい傾向がある。チューブ２３０についても同様である。

そこで、本実施形態に係る熱交換器１０では、プレート部材３００の形状を工夫することによって上記の歪みを低減し、チューブ１３０、２３０の破損を防止し得るように構成されている。

図５を参照しながら、プレート部材３００の形状について説明する。図５は、タンク１１０及びタンク２１０が有するプレート部材３００及びその近傍の構成を示す断面図である。図５においては容器部材４００の図示が省略されている。尚、タンク１２０及びタンク２２０が有するプレート部材３００の形状は、図５に示されるプレート部材３００の形状と同じであるから、その説明は省略する。

図５に示されるように、プレート部材３００は、第１部分３１０と、第２部分３２０と、第３部分３３０と、第４部分３４０と、第５部分３５０と、を有している。

第１部分３１０は概ね平板状に形成された部分であって、その法線方向はチューブ１３０等の長手方向、すなわちｙ方向に沿っている。第１部分３１０は、ｘ軸に沿った中央となる位置を挟んで、プレート部材３００の両側にそれぞれ１つずつ形成されている。中央よりも−ｘ方向側となる位置に形成された方の第１部分３１０は、チューブ１３０を挿通するための挿通穴３０１が複数形成されている部分である。中央よりもｘ方向側となる位置に形成された方の第１部分３１０は、チューブ２３０を挿通するための挿通穴３０１が複数形成されている部分である。

尚、第１部分３１０は、上記のように概ね平板状に形成されているのであるが、完全な平板状でなくてもよい。例えば、挿通穴３０１の近傍部分にバーリング加工が施されており、当該部分が局所的にｙ方向側、もしくは−ｙ方向側に突出していてもよい

第２部分３２０は、空気の流れる方向に沿った第１部分３１０の端部から、容器部材４００側、すなわちｙ方向側に向かって伸びるように形成された部分である。第２部分３２０は、第１部分３１０のｘ方向側と、−ｘ方向側との両方に設けられている。図５においては、第１部分３１０と第２部分３２０との間の境界が点線ＤＬ１１、ＤＬ１２によって示されている。尚、挿通穴３０１は、その大部分が第１部分３１０に形成されているのであるが、その一部は第２部分３２０にも重なっている。

第１部分３１０のｘ方向側に設けられた第２部分３２０は、ｘ方向側に行くほどｙ方向側に近づくよう傾斜した部分として設けられている。第１部分３１０の−ｘ方向側に設けられた第２部分３２０は、−ｘ方向側に行くほどｙ方向側に近づくよう傾斜した部分として設けられている。

第３部分３３０は、全部で４つある第２部分３２０のうち、プレート部材３００の中央側に設けられている一対の第２部分３２０のそれぞれから、ｙ方向側に伸びるように形成された部分である。第３部分３３０は、上記一対の第２部分３２０のうち、第１部分３１０とは反対側の端部から、第１部分３１０の法線方向に沿って直線状に伸びるように形成されている。このように形成された一対の第３部分３３０は、いずれも平板状となっている。第３部分３３０の内面側に形成された平坦な面は、容器部材４００を当接させて接合するための面となっている。図５においては、第２部分３２０と第３部分３３０との間の境界が点線ＤＬ１３によって示されている。

第４部分３４０は、それぞれの第３部分３３０のうち、第２部分３２０とは反対側の端部同士を繋ぐように湾曲している部分である。つまり、一対の第３部分３３０の、ｙ方向側の端部同士を第４部分３４０が繋いでいる。プレート部材３００は、第４部分３４０において円弧状に折り曲げられている。図５においては、第３部分３３０と第４部分３４０との間の境界が点線ＤＬ１４によって示されている。

図５に示されるように、一対の第３部分３３０とその間にある第４部分３４０は、ラジエータ１００が備えるプレート部材３００と、蒸発器２００が備えるプレート部材３００との間を接続し、それぞれのプレート部材３００を一体化するものとして機能している。このため、一対の第３部分３３０とその間にある第４部分３４０のことを、以下では「接続部３６０」とも称する。

複合型の熱交換器として構成された熱交換器１０においては、タンク１１０、タンク１２０、チューブ１３０、及びフィン１４０により構成されたラジエータ１００が「第１熱交換部」に該当し、第１熱交換部を通る冷却水が「第１熱媒体」に該当する。また、タンク２１０、タンク２２０、チューブ２３０、及びフィン１４０により構成された蒸発器２００が「第２熱交換部」に該当し、第２熱交換部を通る冷媒が「第２熱媒体」に該当する。熱交換器１０では、第１熱交換部と第２熱交換部とが空気の流れる方向に沿って並ぶように配置されており、第１熱交換部が備えるプレート部材３００と、第２熱交換部が備えるプレート部材３００とが、上記の接続部３６０を介して一体となるように接続されている。

尚、本実施形態の接続部３６０は、ｚ方向に沿ったその全体において第４部分３４０が連続的に形成されている。このような態様に替えて、ｚ方向に沿った一箇所又は複数個所において、第４部分３４０が途切れているような態様としてもよい。

第５部分３５０は、全部で４つある第２部分３２０のうち、ｘ軸に沿った外側となる位置にある一対の第２部分３２０のそれぞれから、ｙ方向側に伸びるように形成された部分である。第５部分３５０は、上記一対の第２部分３２０のうち、第１部分３１０とは反対側の端部から、第１部分３１０の法線方向に沿って直線状に伸びるように形成されている。

それぞれの第５部分３５０は、空気の流れる方向に沿って第３部分３３０と対向するように配置されている。第５部分３５０の内面側に形成された平坦な面は、容器部材４００を当接させて接合するための面となっている。このような第５部分３５０は、空気の流れる方向に沿って第３部分３３０と対向するように配置され、第３部分３３０と共に容器部材４００に対して接合されるよう、第１部分３１０の法線方向に沿って伸びるように形成された部分、ともいうことができる。図５においては、第２部分３２０と第５部分３５０との間の境界が点線ＤＬ１５によって示されている。

図５においては、プレート部材３００の挿通穴３０１に挿通されているチューブ１３０も併せて図示されている。点線ＤＬ２１及び点線ＤＬ２２は、それぞれ図４の点線ＤＬ１及び点線ＤＬ２と同様に、平板部１３１と湾曲部１３２との境界や、平板部２３１と湾曲部２３２との境界を示すものである。

図５のように、積層方向すなわちｚ方向に沿ってラジエータ１００を見た場合においては、第１部分３１０と第２部分３２０との境界（ＤＬ１１、ＤＬ１２）が、チューブ１３０のうち、平板部１３１と湾曲部１３２との境界（ＤＬ２１、ＤＬ２２）、よりも平板部１３１側となる位置に配置されている。同様に、積層方向すなわちｚ方向に沿って見た場合に沿って蒸発器２００を見た場合においては、第１部分３１０と第２部分３２０との境界（ＤＬ１１、ＤＬ１２）が、チューブ２３０のうち、平板部２３１と湾曲部２３２との境界（ＤＬ２１、ＤＬ２２）、よりも平板部２３１側となる位置に配置されている。

本発明者らが行った実験等によれば、図５のように積層方向に沿って見た場合において、プレート部材３００のうち第１部分３１０と第２部分３２０との境界が、チューブ１３０のうち平板部１３１と湾曲部１３２との境界、もしくはそれよりも湾曲部１３２側に配置されているような構成においては、熱膨張時もしくは収縮時におけるチューブ１３０の歪みが比較的大きくなりやすいという知見が得られている。同様に、第１部分３１０と第２部分３２０との境界が、チューブ２３０のうち平板部２３１と湾曲部２３２との境界、もしくはそれよりも湾曲部２３２側に配置されているような構成においては、熱膨張時もしくは収縮時におけるチューブ２３０の歪みが比較的大きくなりやすいという知見が得られている。

これは、プレート部材３００のうち第１部分３１０と第２部分３２０との境界が、チューブ１３０等の熱膨張時等におけるプレート部材３００の変形の起点となり、当該変形に伴う歪みが、チューブ１３０の湾曲部１３２やチューブ２３０の湾曲部２３２に集中してしまうためと考えられる。

これに対し、本実施形態に係る熱交換器１０のラジエータ１００では、積層方向に沿って見た場合において、プレート部材３００のうち第１部分３１０と第２部分３２０との境界が、チューブ１３０のうち平板部１３１と湾曲部１３２との境界、よりも平板部１３１側となる位置に配置された構成としている。同様に、蒸発器２００では、プレート部材３００のうち第１部分３１０と第２部分３２０との境界が、チューブ２３０のうち平板部２３１と湾曲部２３２との境界、よりも平板部２３１側となる位置に配置された構成としている。

このような構成においては、第１部分３１０と第２部分３２０との境界を起点として生じるプレート部材３００の変形を、湾曲部１３２、２３２ではなく平板部１３１、２３１で受けることとなる。これにより、歪みが接合部分の広い範囲に拡散されるので、チューブ１３０、２３０で生じる歪みの最大値を従来よりも低減することが可能となっている。上記の「歪みの最大値」とは、図４の下のグラフで示される歪みのピーク値のことである。

本実施形態では、互いに隣り合う一対の第３部分３３０の間の隙間が概ね０となるように、接続部３６０が形成されている。これにより、ラジエータ１００と蒸発器２００との間が近接しており、ｘ方向に沿ったフィン１４０の長さが比較的短くなっている。その結果、フィン１４０を介した冷却水と冷媒との間の熱伝導が効率よく行われるのであるが、その背反として、チューブ１３０、２３０の熱膨張等に伴う歪みは、フィン１４０が長い場合に比べると大きくなってしまう。

しかしながら、本実施形態では、上記のようにプレート部材３００の形状の工夫によって接合部分の歪みが抑制される。このため、熱伝導を考慮してフィン１４０を短くした構成においても、歪に伴うチューブ１３０等の破損を防止することができる。

ところで、チューブ１３０、２３０の熱膨張等が生じた場合におけるプレート部材３００の変形は、先に述べたように、第１部分３１０と第２部分３２０との境界を起点として生じる。例えば、図５において点線ＤＬ１１で示される境界を起点として、第２部分３２０がｘ方向側もしくは−方向側へと傾く方向に、プレート部材３００が変形しようとする。本実施形態では、当該変形の大部分が第２部分３２０によって吸収され、接合部分への影響が低減されるように、第２部分３２０の形状が工夫されている。

図５に示されるように、それぞれの第２部分３２０は、タンク１１０等の外側に向かって凸となるように、その全体が概ね円弧状に湾曲した形状となっている。ただし、符号「３２０」が付されている部分においては、第２部分３２０は局所的にタンク１１０等の内側に向けて突出している。このように、局所的にタンク１１０等の内側に向けて突出している部分のことを、以下では「屈曲部３２１」とも称する。屈曲部３２１は、４つの第２部分３２０のそれぞれに１つずつ形成されている。屈曲部３２１が形成されている位置は、第２部分３２０のうち、チューブ１３０等の接合部分とは重ならない位置である。具体的には、チューブ１３０の先端よりも更に容器部材４００側となる位置である。

このような屈曲部３２１が形成されているので、第２部分３２０には、歪みを吸収する「板ばね」としての機能が付与される。屈曲部３２１を含む全体において第２部分３２０が変形しやすくなっているので、チューブ１３０、２３０の熱膨張等に起因した歪みが、チューブ１３０、２３０との接合部分に集中してしまうことが防止される。その結果、歪みの最大値がより低減される。このように、本実施形態では、第２部分３２０に、タンク１１０等の内側に向けて突出するように屈曲部３２１が形成されている構成とすることで、歪みを更に低減している。

屈曲部３２１の曲率半径は、第４部分３４０の曲率半径よりも大きい方が好ましい。尚、この場合における「曲率半径」とは、図５のような断面において、円弧状に突出している方の表面における曲率半径のことである。

本実施形態では、第３部分３３０及び第５部分３５０のそれぞれの内面が、容器部材４００を当接させてろう接するための面となっている。図５に示されるように、第３部分３３０の内面のｙ方向に沿った長さを「Ｌ１」とし、第５部分３５０の内面のｙ方向に沿った長さを「Ｌ２」とした場合においては、Ｌ１＜Ｌ２となるように、各部の寸法が設定されている。尚、上記における「ｙ方向に沿った長さ」とは、第１部分３１０の法線方向に沿った長さに該当する。

プレート部材３００は、その構造上、接続部３６０が形成されている中央部付近の剛性が比較的高くなっている一方で、第５部分３５０が形成されている端部近傍の剛性が比較的低くなっている。そこで、本実施形態では上記のようにＬ１＜Ｌ２とし、第５部分３５０における接合面積を、第３部分３３０における接合面積よりも大きくしている。これにより、第５部分３５０が形成されている端部近傍の剛性が高められるので、プレート部材３００の各部の剛性のバランスを均等に近づけることができる。その結果として、プレート部材３００で生じる歪みの最大値を更に低減することができる。

このように、本実施形態では、第１部分３１０の法線方向に沿った第５部分３５０の長さを、同方向に沿った第３部分３３０の長さよりも長くすることで、歪の最大値を低減する構成となっている。尚、第１部分３１０の法線方向に沿った第３部分３３０の長さ（Ｌ１）は、０．８ｍｍ以上確保しておくことが好ましい。

また、第３部分３３０及び第５部分３５０は、いずれも、その全体がチューブ１３０，２３０の先端よりも容器部材４００側に配置されている構成とした方が好ましい。つまり、第３部分３３０及び第５部分３５０は、両者の間にチューブ１３０，２３０を挟まないような位置に配置されることが好ましい。

以上の説明においては、熱交換器１０が、ラジエータ１００と蒸発器２００とを組み合わせた複合型の熱交換器として構成されている場合の例について説明した。しかしながら、以上に説明したような歪みを低減するための工夫は、複合型ではない単体の熱交換器に対しても適用することができる。例えば、ラジエータ１００のみからなる単体の熱交換器１０とした場合には、図５に示されるプレート部材３００のうち、−ｘ方向側にある第１部分３１０、第２部分３２０、第３部分３３０、及び第５部分３５０のみを有するような形状となるように、プレート部材３００を構成すればよい。

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
１３０，２３０：チューブ
１３１，２３１：平板部
１３２，２３２：湾曲部
１１０，２１０，１２０，２２０：タンク
３００：プレート部材
３０１：挿通穴
３１０：第１部分
３２０：第２部分
４００：容器部材

Claims (7)

1. 熱媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器（１０）であって、
   内部を熱媒体が通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（１３０，２３０）と、
   それぞれの前記チューブが接続されたタンク（１１０，２１０，１２０，２２０）と、を備え、
   前記チューブは、互いに対向する一対の平板状に形成された平板部（１３１，２３１）と、それぞれの前記平板部の端部同士を繋ぐように湾曲している湾曲部（１３２，２３２）と、を有し、前記平板部の法線方向が前記積層方向に沿うように配置されたものであり、
   前記タンクは、前記チューブを挿通するための挿通穴（３０１）が複数形成された板状のプレート部材（３００）と、前記熱媒体を貯えるための空間が内側に形成された容器部材（４００）と、を有するものであり、
   前記プレート部材は、
   その法線方向が前記チューブの長手方向に沿っている第１部分（３１０）と、
   空気の流れる方向に沿った前記第１部分の端部から、前記容器部材に向かって伸びている第２部分（３２０）と、を有しており、
   前記積層方向に沿って見た場合においては、
   前記第１部分と前記第２部分との境界が、前記チューブのうち、前記平板部と前記湾曲部との境界、よりも前記平板部側となる位置に配置されている熱交換器。
2. 複数の前記チューブ及び前記タンクにより構成され、第１熱媒体と空気との間で熱交換を行う部分である第１熱交換部（１００）と、
   複数の前記チューブ及び前記タンクにより構成され、第２熱媒体と空気との間で熱交換を行う部分である第２熱交換部（２００）とが、空気の流れる方向に沿って並ぶように配置されており、
   前記第１熱交換部が備える前記プレート部材と、前記第２熱交換部が備える前記プレート部材とが、接続部（３６０）を介して一体となるように接続されている、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記接続部は、
   互いに隣り合う一対の前記第２部分のうち、前記第１部分とは反対側の端部から、前記第１部分の法線方向に沿って伸びるように形成された一対の第３部分（３３０）と、
   それぞれの前記第３部分のうち、前記第２部分とは反対側の端部同士を繋ぐように湾曲している第４部分（３４０）と、を有している、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第１部分の法線方向に沿った前記第３部分の長さが、０．８ｍｍ以上である、請求項３に記載の熱交換器。
5. それぞれの前記プレート部材には、
   空気の流れる方向に沿って前記第３部分と対向するように配置され、前記第３部分と共に前記容器部材に対して接合されるよう、前記第１部分の法線方向に沿って伸びるように形成された第５部分（３５０）、が更に形成されている、請求項３又は４に記載の熱交換器。
6. 前記第１部分の法線方向に沿った前記第５部分の長さが、同方向に沿った前記第３部分の長さよりも長い、請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記第２部分には、前記タンクの内側に向けて突出するように屈曲部（３２１）が形成されている、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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