JP7439537B2 - 熱交換器 - Google Patents

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。

例えばヒートポンプシステムに設けられる蒸発器のように、冷媒等の熱媒体との熱交換によって空気から熱を回収する熱交換器では、チューブの内側を通る低温の熱媒体と、チューブの外側を通る空気との間で熱交換が行われる。

熱交換器を通過する空気には水蒸気が含まれている。このため、当該空気がチューブの外側を通る際に冷却されると、空気に含まれる水蒸気が凝縮水となってチューブやフィンの表面に付着する。また、凝縮水が霜となってチューブやフィンの表面に付着することもある。

上記のような凝縮水や、霜が融解して生じた水のことを、以下ではまとめて「凝縮水」と称する。凝縮水は、チューブやフィンの表面に沿って、重力により下方側へと移動して行く。

熱交換器には、複数のチューブ及びフィンを間に挟んで保護するために、板状の部材である補強プレートが設けられることが多い。複数のチューブが水平方向に沿って伸びており、且つ、これらが上下方向に沿って並ぶように配置された構成の熱交換器においては、補強プレートは上下に配置される。具体的には、最も上方側に配置されたチューブの更に上方側、及び、最も下方側に配置されたチューブの更に下方側、のそれぞれに、補強プレートが配置される。

このような構成の熱交換器においては、重力により下方側へと移動した凝縮水が、下方側に配置された補強プレートの上面に滞留してしまうことが懸念される。そこで、下記特許文献１に記載の熱交換器では、下方側の補強プレート（サイドプレート）に、冷却水を下方側に排出するための穴を形成することとしている。

特開２０１３－８３３９２号公報

ところで、補強プレートにはある程度の高い剛性が求められる。このため、本発明者らは、補強プレートに対し、下方側に向けて突出する屈曲部を形成する構成について検討を進めている。このような屈曲部を、補強プレートの長手方向、すなわちチューブの長手方向に沿って伸びるように直線状に形成しておけば、補強プレートの剛性を高めることができる。

このような構成の補強プレートにおいては、凝縮水は屈曲部の内側へと流入しやすい。従って、冷却水を排出するための排出穴を、屈曲部に形成しておくことが考えられる。しかしながら、屈曲部の内側に存在する凝縮水には、これを屈曲部に保持するような表面張力が比較的強く働いてしまう。このため、例えば、単に屈曲部の底面を貫くような排出穴を形成しただけでは、凝縮水を十分に排出することが難しい。一方、凝縮水の排出を促すために、上記特許文献１に記載されているような排水ガイドを別途設けることは、コストの観点から好ましくない。

本開示は、凝縮水の排水を十分に行う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、上下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、チューブのうち最も下方側に配置されたもの、の更に下方側となる位置に配置された板状の部材である補強プレート（４００）と、を備える。補強プレートには、下方側に向けて突出する屈曲部（４３０）が、チューブの長手方向に沿って伸びるように形成されており、屈曲部には、上方側から到達した凝縮水を下方側に向けて排出するための排出穴（４４０）が形成されている。屈曲部のうち、その下端部（４３３）よりも空気の流れ方向に沿って上流側となる領域を上流側領域（４３１）とし、屈曲部のうち、その下端部よりも空気の流れ方向に沿って下流側となる領域を下流側領域（４３２）としたときに、排出穴は、上流側領域において排出穴に向かって上方側から伸びている上流側リブの高さ寸法と、下流側領域において排出穴に向かって上方側から伸びている下流側リブの高さ寸法と、が互いに異なるように形成されている。

このような構成の熱交換器では、チューブの下方側に配置された補強プレートに、下方側に向けて突出する屈曲部が形成されている。また、凝縮水を下方側に向けて排出するための排出穴が、上記の屈曲部に形成されている。これにより、凝縮水は、上方側から屈曲部の内側に入り込んだ後、排出穴から外部へと排出されることとなる。

排出穴は、上流側リブの高さ寸法と、下流側リブの高さ寸法と、が互いに異なるように形成されている。換言すれば、上流側リブ及び下流側リブのうちの一方は、他方に比べて更に下方側に突出しており、この突出部分が、排出穴に対向した状態となっている。このような構成においては、排出穴の近傍で凝縮水に働く表面張力を比較的小さくすることができる。このため、凝縮水は上記の突出部分に沿って下方側に移動しながら、突出部分に対向する排出穴から外部へとスムーズに排出される。

このように、上記構成の熱交換器では、空気の流れ方向に沿った屈曲部の中央に排出穴を形成するのではなく、同方向に沿って屈曲部の中央からずれた位置に排出穴を形成することで、凝縮水の排水を十分に行うことが可能となる。

本開示によれば、凝縮水の排水を十分に行う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のＡ部の構成を拡大して示す図である。 図３は、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、熱交換器が備える補強プレートの構成を示す図である。 図５は、図４のＶ－Ｖ断面を示す図である。 図６は、熱交換器にワイヤーが取り付けられた状態を示す図である。 図７は、図４のＶＩＩ－ＶＩＩ断面を示す図である。 図８は、図４のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面を示す図である。 図９は、変形例に係る熱交換器が備える、補強プレートの構成を示す図である。 図１０は、他の変形例に係る熱交換器が備える、補強プレートの構成を示す図である。 図１１は、他の変形例に係る熱交換器が備える、補強プレートの構成を示す図である。 図１２は、凝縮水に働く力について説明するための図である。 図１３は、凝縮水に働く力について説明するための図である。 図１４は、凝縮水に働く力について説明するための図である。 図１５は、凝縮水に働く力について説明するための図である。 図１６は、凝縮水の移動する経路について説明するための図である。 図１７は、第２実施形態に係る熱交換器の構成を示す図である。 図１８は、第３実施形態に係る熱交換器が備える補強プレート、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。このように、熱交換器１０は、熱媒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。ラジエータ１００においては冷却水が上記の「熱媒体」に該当し、蒸発器２００においては冷媒が上記の「熱媒体」に該当する。

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。

尚、タンク１１０は、蒸発器２００が有するタンク２１０と一体化されている。同様に、タンク１２０は、蒸発器２００が有するタンク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、タンク１１０及びタンク２１０を熱交換器１０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から共有された冷却水は、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から共有された冷却水は、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。

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、上下方向に沿って交互に並ぶように積層されている。図２は、図１のＡ部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、上下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。

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。

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、つまりタンク２１０等の長手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へと共有された冷媒は、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。

上下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、上下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、上下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３００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４００が配置されている。補強プレート３００、４００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２に示されるように、最も下方側に配置されたチューブ１３０、２３０と、補強プレート４００との間にも、フィン１４０が配置されている。

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ＧＰが形成されている。

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。

補強プレート４００の具体的な構成について説明する。先に述べたように、補強プレート４００は、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配置される板状の部材である。補強プレート４００は、細長い板状の部材として形成されており、その長手方向を、チューブ１３０、２３０の長手方向に沿わせた状態で配置されている。図４及び図５に示されるように、補強プレート４００には、平板部４１０と、折り返し部４２０と、屈曲部４３０と、が形成されている。

平板部４１０は平板状に形成された部分であって、補強プレート４００の大部分を占めている。平板部４１０の法線方向は、ｚ軸に沿う方向となっている。

折り返し部４２０は、平板部４１０のうち－ｘ方向側の端部、及び、平板部４１０のうちｘ方向側の端部のそれぞれから、－ｚ方向側に向かって伸びるように形成された概ね平板状の部分である。

屈曲部４３０は、平板部４１０のうちｘ方向における中央となる部分を、下方側、すなわち－ｚ方向側に向けて突出するよう屈曲させることにより形成された部分である。屈曲部４３０は、補強プレート４００やチューブ１３０等の長手方向、すなわちｙ方向に沿って直線状に伸びるように形成されている。

補強プレート３００にも、屈曲部４３０と同様の屈曲部（不図示）が形成されている。このような屈曲部が形成されていることにより、補強プレート３００、４００の剛性が高められている。

熱交換器１０の製造時においては、各部のろう付けが行われる直前において、図６に示されるように、熱交換器１０に複数のワイヤーＷＲが巻き付けられた状態とされる。ワイヤーＷＲにより、ろう付け前における熱交換器１０の形状が維持される。熱交換器１０は、ワイヤーＷＲによって形状が維持された状態のまま炉に投入され、ろう材を含む全体が加熱される。これにより、熱交換器１０の各部のろう付けが行われる。

図６の状態において、熱交換器１０はワイヤーＷＲにより比較的強く締め付けられる。このため、補強プレート３００、４００の剛性が充分でない場合には、ワイヤーＷＲからの締め付け力によって補強プレート３００、４００が変形し、これに応じてチューブ１３０やフィン１４０等も変形してしまうこととなる。このような変形を防止するために、本実施形態では、補強プレート３００、４００に屈曲部４３０を形成し、その剛性を高めることとしている。

尚、ろう付けが完了した後においても、屈曲部４３０により、補強プレート３００、４００の剛性は高く維持される。これにより、熱交換器１０の耐振性等が向上する。

ところで、熱交換器１０をｘ方向に通過する空気には水蒸気が含まれている。このため、当該空気がチューブ２３０の外側を通る際に冷却されると、空気に含まれる水蒸気が凝縮水となってチューブ２３０やフィン１４０の表面に付着する。また、凝縮水が霜となってチューブ２３０やフィン１４０の表面に付着することもある。

上記のような凝縮水や、霜が融解して生じた水のことを、以下ではまとめて「凝縮水」と称する。凝縮水は、チューブ２３０やフィン１４０の表面に沿って、重力により下方側へと移動して行く。最終的には、下方側にある補強プレート４００の上面に到達し、屈曲部４３０の内側へと流入することとなる。

図４、図７、及び図８に示されるように、屈曲部４３０には複数の排出穴４４０が形成されている。排出穴４４０は、補強プレート４００を貫くように形成された貫通穴である。屈曲部４３０に上方側から流入した凝縮水は、いずれかの排出穴４４０を通って外部へと排出される。つまり、排出穴４４０は、上方側から到達した凝縮水を下方側に向けて排出するための穴である。

排出穴４４０の具体的な形状について説明する。説明の便宜のために、屈曲部４３０のうち、その下端部４３３よりも空気の流れ方向に沿って上流側（つまり－ｘ方向側）となる領域のことを、以下では「上流側領域４３１」とも表記する。また、屈曲部４３０のうち、その下端部４３３よりも空気の流れ方向に沿って下流側（つまりｘ方向側）となる領域のことを、以下では「下流側領域４３２」とも表記する。

図７には、図４のＶＩＩ－ＶＩＩ断面が示されている。図４及び図７に示されるように、この位置に形成された排出穴４４０は、下端部４３３からｘ方向側の部分、すなわち、屈曲部４３０のうち下流側領域４３２を貫くように形成されている。このように、ｘ方向側寄りとなる位置に形成された排出穴４４０のことを、以下では「第１排出穴４４１」とも表記する。本実施形態では、第１排出穴４４１の上端は平板部４１０に位置している。また、第１排出穴４４１の下端は、屈曲部４３０の下端部４３３に一致している。

図８には、図４のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面が示されている。図４及び図８に示されるように、この位置に形成された排出穴４４０は、下端部４３３から－ｘ方向側の部分、すなわち、屈曲部４３０のうち上流側領域４３１を貫くように形成されている。このように、－ｘ方向側寄りとなる位置に形成された排出穴４４０のことを、以下では「第２排出穴４４２」とも表記する。本実施形態では、第２排出穴４４２の上端は平板部４１０に位置している。また、第２排出穴４４２の下端は、屈曲部４３０の下端部４３３に一致している。

図４に示されるように、本実施形態に係る補強プレート４００では、屈曲部４３０が伸びるｙ方向に沿って、第１排出穴４４１と第２排出穴４４２とが交互に並ぶように配置されている。

尚、－ｘ方向側寄りもしくはｘ方向側寄りとなる位置に形成される第１排出穴４４１等の形状としては、種々の形状を採用することができる。図９には、第１排出穴４４１の変形例が示されている。

図９の例では、第１排出穴４４１の下端は、図７の例と同様に、屈曲部４３０の下端部４３３に一致している。一方、第１排出穴４４１の上端位置は、平板部４１０よりも下方側の位置となっている。

図９の断面において、屈曲部４３０のうち排出穴４４０を除く部分は、排出穴４４０に向かって上方側から伸びている板状の「リブ」と表現することができる。上流側領域４３１において排出穴４４０に向かって上方側から伸びている上記リブのことを、以下では「上流側リブ４５１」とも表記する。同様に、下流側領域４３２において排出穴４４０に向かって上方側から伸びている上記リブのことを、以下では「下流側リブ４５２」とも表記する。

図９の例では、上流側リブ４５１の高さ寸法、すなわちｚ軸に沿った寸法は、Ｌ１となっている。また、下流側リブ４５２の高さ寸法、すなわちｚ軸に沿った寸法は、Ｌ２となっている。図９の例でも、第１排出穴４４１は、屈曲部４３０においてｘ方向寄りとなる部分を貫くように形成されている。その結果、上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１と、下流側リブ４５２の高さ寸法と、が互いに異なっており、Ｌ１がＬ２よりも大きくなっている。

上流側リブ４５１及び下流側リブ４５２のそれぞれを上記のように定義すると、図７に示される本実施形態の構成は、下流側リブ４５２の高さ寸法であるＬ２が０となっている構成、ということもできる。また、図８に示される構成は、上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１が０となっている構成、ということもできる。いずれにしても、上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１と、下流側リブ４５２の高さ寸法と、が互いに異なっている。このように、「上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１と、下流側リブ４５２の高さ寸法と、が互いに異なっている」構成には、上流側リブ４５１が存在せずＬ１が０となっている構成や、下流側リブ４５２が存在せずＬ２が０となっている構成も含まれる。

図１０には、第１排出穴４４１について、図９とは別の変形例が示されている。この変形例では、第１排出穴４４１のうち一方側の端部が、下端部４３３よりも－ｘ方向側となる位置、すなわち上流側領域４３１の途中となる位置に配置されている。また、第１排出穴４４１のうち他方側の端部が、下端部４３３よりもｘ方向側となる位置、すなわち下流側領域４３２の途中となる位置であって、且つ、上記の一方側の端部よりも高い位置に配置されている。

従って、図１０の変形例においても、上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１と、下流側リブ４５２の高さ寸法であるＬ２と、が互いに異なっており、Ｌ１がＬ２よりも大きくなっている。その結果として、第１排出穴４４１は、屈曲部４３０においてｘ方向寄りとなる部分を貫くように形成されている。

図１１には、第１排出穴４４１について、図９や図１０とは更に別の変形例が示されている。この変形例では、第１排出穴４４１の下端が、下端部４３３よりもｘ方向側となる位置、すなわち下流側領域４３２の途中となる位置に配置されている。また、第１排出穴４４１の上端が、第１排出穴４４１の下端よりも上方側であって、且つ、下流側領域４３２の途中となる位置に配置されている。

従って、図１１の変形例においても、上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１と、下流側リブ４５２の高さ寸法であるＬ２と、が互いに異なっており、Ｌ１がＬ２よりも大きくなっている。その結果として、第１排出穴４４１は、屈曲部４３０においてｘ方向寄りとなる部分を貫くように形成されている。

尚、この変形例のような構成においては、「上流側リブ４５１の高さ寸法」であるＬ１は、図１１に示されるように、－ｚ方向に向けた屈曲部４３０の突出量に一致する。

図９乃至図１１では、Ｌ１がＬ２よりも大きくなっている態様の例を示している。このような態様に替えて、それぞれの変形例の構成を、ｙ－ｚ平面を挟んで対称となるように反転させることにより、Ｌ２がＬ１よりも大きくなっている態様としてもよい。つまり、図８に示される第２排出穴４４２と同様に、屈曲部４３０において－ｘ方向寄りとなる部分を貫くよう、排出穴４４０が形成されている態様としてもよい。いずれにしても、上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１と、下流側リブ４５２の高さ寸法と、は互いに異なることとなる。

先に述べた「第１排出穴４４１」は、複数の排出穴４４０のうち、当該排出穴４４０に対応する下流側リブ４５２の高さ寸法よりも、当該排出穴４４０に対応する上流側リブ４５１の高さ寸法の方が大きいもの、と改めて定義することができる。図９、図１０、図１１のそれぞれに示されるのは、いずれも第１排出穴４４１に該当する。

同様に、先に述べた「第２排出穴４４２」は、複数の排出穴４４０のうち、当該排出穴４４０に対応する上流側リブ４５１の高さ寸法よりも、当該排出穴４４０に対応する下流側リブ４５２の高さ寸法の方が大きいもの、と改めて定義することができる。図９、図１０、図１１に示される構成を、ｙ－ｚ平面を挟んで対称となるように反転させた構成は、いずれも第２排出穴４４２に該当する。本実施形態に係る第２排出穴４４２の形状を、このような変形例に係る構成としてもよい。

本実施形態に係る補強プレート４００では、以上に説明したような各変形例と同様に、上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１と、下流側リブ４５２の高さ寸法と、が互いに異なるよう、それぞれの排出穴４４０が形成されている。このような構成としたことの利点について、図１２を参照しながら説明する。

図１２（Ａ）に示されるのは、比較例に係る補強プレート４００の上面に凝縮水ＷＴが滞留した状態である。この比較例では、補強プレート４００の全体が概ね平板状となっており、本実施形態のような屈曲部４３０が形成されていない。つまり、本実施形態の補強プレート４００において、その全体を平板部４１０としたような形状となっている。この変形例では、補強プレート４００を上下に貫くよう、貫通穴ＨＬが形成されている。

図１２（Ａ）において符号「ＬＮ」が付されているのは、凝縮水ＷＴと、その紙面奥側に存在するフィン１４０と、空気との境界、すなわち、凝縮水ＷＴの濡れ縁となっている線を示すものである。以下では、周囲の構造物に対する凝縮水ＷＴの濡れ縁の長さのことを、「濡れ縁長さＬＮ」とも表記する。また、濡れ縁の部分における凝縮水ＷＴの接触角のことを、以下では「接触角θ」とも表記する。更に、凝縮水ＷＴの表面における表面張力のことを、以下では「表面張力Ｙ」とも表記する。

フィン１４０等の構造物を濡らしている凝縮水ＷＴには、表面張力によって構造物の表面に保持するような力が加えられている。このような力を「保持力」と定義すると、保持力は、以下の式（１）により算出することができる。
（保持力）＝（表面張力Ｙ）×（濡れ縁長さＬＮ）×ｃｏｓθ・・・（１）

上記のように算出される保持力のｚ方向の成分が、重力に抗する力として凝縮水ＷＴに働くこととなる。図１２（Ａ）の例においては、凝縮水ＷＴの大部分が補強プレート４００の上面上に存在しており、その近傍にあるフィン１４０を広く濡らしている。この場合、濡れ縁長さＬＮが大きくなることに伴い、凝縮水ＷＴには比較的大きな保持力が働く。矢印Ｆ３は、凝縮水ＷＴに働く重力を示している。しかしながら、凝縮水ＷＴには、上記のように大きな保持力が働いているので、凝縮水ＷＴは、貫通穴ＨＬを通じて下方側に排出されにくくなってしまっている。

図１２（Ｂ）に示されるのは、もう一つの比較例に係る補強プレート４００の上面に凝縮水ＷＴが滞留した状態である。この比較例では、本実施形態と同様に、補強プレート４００に屈曲部４３０が形成されている。ただし、この比較例では、補強プレート４００の中央を貫くように排出穴４４０が形成されているので、上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１と、下流側リブ４５２の高さ寸法であるＬ２と、が互いに等しくなっている。

このような構成においては、凝縮水ＷＴは重力によって下方側に移動し、屈曲部４３０の内側に入り込む。その後、凝縮水ＷＴは、互いに対向する上流側リブ４５１と下流側リブ４５２との間に挟み込まれた状態となる。尚、図１２（Ｂ）において示される点Ｐは、紙面奥行き方向に沿って伸びる凝縮水ＷＴの濡れ縁を示す点である。図１２（Ｂ）の「Ｆ１」は、補強プレート４００の表面に沿って、表面張力により凝縮水ＷＴに加わっている力、すなわち上記の「保持力」である。図１２（Ｂ）の「Ｆ２」は、保持力であるＦ１のｚ方向の成分である。

図１２（Ｂ）の状態においても、凝縮水ＷＴには、矢印Ｆ３で示される重力が働いている。この場合、凝縮水ＷＴに働く保持力は、図１２（Ａ）の場合に比べると小さい。しかしながら、凝縮水ＷＴには、上流側リブ４５１と下流側リブ４５２との両方に接しており、それぞれから「Ｆ２」で示されるｚ方向の保持力を受けている。このため、凝縮水ＷＴにはやはり大きな保持力が働いているので、凝縮水ＷＴは、排出穴４４０を通じて下方側に排出されにくくなってしまっている。

図１２（Ｃ）に示されるのは、本実施形態に係る補強プレート４００の上面に凝縮水ＷＴが滞留した状態である。図１２（Ｃ）では、図８に示される第２排出穴４４２の近傍部分の断面が模式的に示されている。

この場合も図１２（Ｂ）の場合と同様に、凝縮水ＷＴは重力によって下方側に移動し、屈曲部４３０の内側に入り込む。ただし、本実施形態においては、上流側リブ４５１の高さ寸法が０となっており、下流側リブ４５２の高さ寸法よりも小さくなっているので、凝縮水ＷＴは、その大部分が下流側リブ４５２に接した状態となっている。図１２（Ｂ）の場合のように、上流側リブ４５１と下流側リブ４５２との両方によって均等に挟み込まれた場合に比べると、図１２（Ｃ）の状態においては、凝縮水ＷＴの保持のバランスが崩れやすくなっている。このため、比較的短時間のうちに凝縮水ＷＴのブリッジが切れてしまい、図１２（Ｄ）の状態に移行する。

図１２（Ｄ）の状態では、凝縮水ＷＴは、下流側リブ４５２のみに接している。このため、保持力のｚ成分であるＦ２の力は、図１２（Ｂ）の場合に比べると半分にまで低下している。凝縮水ＷＴに加えられる保持力が小さくなるので、凝縮水ＷＴは、矢印Ｆ３で示される重力によって下方側へ移動し、第２排出穴４４２から外部へとスムーズに排出される。尚、第１排出穴４４１においても、上記と同様に保持力が半分に低下するので、凝縮水ＷＴはスムーズに排出される。

このように、上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１と、下流側リブ４５２の高さ寸法であるＬ２と、が互いに異なるよう、それぞれの排出穴４４０が形成されている構成によれば、凝縮水の排水を十分に行うことが可能となる。このような効果は、本実施形態と同一の構成のみならず、図９乃至図１１を参照しながら説明した各変形例のような構成においても奏することができる。

先に述べたように、本実施形態に係る補強プレート４００には、排出穴４４０として、第１排出穴４４１及び第２排出穴４４２からなる２種類の穴が形成されている。これらのうち、第１排出穴４４１は、第２排出穴４４２に比べて、凝縮水の排出を更にスムーズに行うことが可能となっている。

その理由について説明する。図１３に示される矢印ＡＲ１は、熱交換器１０を通過する空気の流れを示している。また、同図に示される矢印ＡＲ２は、空気の流れによって押し出される凝縮水の流れを示している。矢印ＡＲ２で示されるように、補強プレート４００の上面に滞留していた凝縮水は、空気の流れによる力、所謂「ラム圧」を受けることにより、ｘ方向に向かって移動し、屈曲部４３０の内側に流入する。第１排出穴４４１は、ｘ方向側に向けて広く開口しているので、ｘ方向に向かって移動し屈曲部４３０に到達した凝縮水は、そのｘ方向への運動量を一部保ったまま、第１排出穴４４１を通じてｘ方向側へと排出されることとなる。このため、第２排出穴４４２に比べると、第１排出穴４４１からの凝縮水の排出はよりスムーズに行われることとなる。

図１４に示される矢印ＡＲ１１は、熱交換器１０の下方側、すなわち、補強プレート４００の更に下方側を通過する空気の流れを示している。このような空気の流れは、例えば、熱交換器１０の－ｘ方向側に配置されたシャッターが閉じられており、当該シャッターの外周部から、車速風もしくはファンにより送り出された空気が下流側へと流入することにより生じるものである。矢印ＡＲ１１で示される空気は、補強プレート４００の上方側を通らず、下方側のみを通る。

尚、補強プレート４００の下方側のみを通るような空気の流れは、熱交換器１０の－ｘ方向側にシャッターが配置されていない場合であっても生じることがある。例えば、補強プレート４００のチューブ１３０との間の隙間が、不図示の周辺構造物によって－ｘ方向側から覆われているような場合には、矢印ＡＲ１１で示されるような空気の流れが生じ得る。

矢印ＡＲ１１で示されるような空気の流れが生じると、屈曲部４３０の近傍においては、空気の流れに起因した負圧が生じる。屈曲部４３０の内側に滞留していた凝縮水は、当該負圧によって第１排出穴４４１からｘ方向側へと引き出され、外部へと排出される。図１３においては、このように凝縮水の流れる経路が矢印ＡＲ１２で示されている。本実施形態では、このような第１排出穴４４１を含ませておくことで、凝縮水の排出をよりスムーズに行うことができる。

図１５において点線ＤＬ１で示されるのは、図１２（Ｂ）に示されるような構成、すなわち、上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１と、下流側リブ４５２の高さ寸法であるＬ２と、が互いに等しくなっているような構成において、凝縮水に対しｚ方向に加えられる保持力の大きさを示している。また、図１５に示される棒Ｇ１の高さは、凝縮水に加えられる重力の大きさを示している。棒Ｇ１の高さは、点線ＤＬ１よりも低い。これは、図１２（Ｂ）に示されるような比較例では、保持力の方が重力よりも大きいので、凝縮水が外部に排出されにくいことを示している。

図１５において点線ＤＬ２で示されるのは、本実施形態に係る構成、すなわち、上流側リブ４５１の高さ寸法であるＬ１と、下流側リブ４５２の高さ寸法であるＬ２と、が互いに異なっているような構成において、凝縮水に対しｚ方向に加えられる保持力の大きさを示している。図１２を参照しながら説明したように、本実施形態の構成において凝縮水に加えられる保持力は、図１２（Ｂ）の場合、すなわち点線ＤＬ１に比べると半分にまで低下する。その結果、本実施形態の構成では、点線ＤＬ２で示される保持力が、棒Ｇ１で示される重力よりも小さくなるので、凝縮水がスムーズに排出されるのである。

図１５に示される棒Ｇ２は、棒Ｇ１に対して棒ＯＦを加算したものである。棒ＯＦは、図１３を参照しながら説明した空気の流れによる力、もしくは、図１４を参照しながら説明した負圧による力を、凝縮水を排出する力に換算して模式的に表すものである。このため、棒Ｇ１に棒ＯＦを加算した全体の高さが、本実施形態の構成において、凝縮水を外部に排出する力に該当する。図１５に示されるように、当該力は、保持力である点線ＤＬ２を大きく上回っている。このため、本実施形態では、凝縮水が更にスムーズに排出されるのである。

ところで、凝縮水の排出効率に鑑みれば、全ての排出穴４４０を、第１排出穴４４１とした方がよいようにも思われる。しかしながら、本実施形態ではそのような構成とはせず、排出穴４４０に、第１排出穴４４１と第２排出穴４４２とが含まれた構成としている。その上で、図４に示されるように、これらがチューブ１３０等の長手方向に沿って交互に並ぶような構成となっている。

このような構成においては、熱交換器１０の組立時において、仮に、補強プレート４００が前後逆に組付けられた場合、具体的には、補強プレート４００が、図４の状態からｚ軸の周りに１８０度回転させた状態で誤って組付けられた場合であっても、一部の排出穴４４０を第１排出穴４４１として機能させることができる。上記の「一部の排出穴４４０」とは、補強プレート４００が正常に組付けられた場合には、第２排出穴４４２となる予定だった排出穴４４０のことである。

尚、補強プレート４００が上記のように誤って組付けられた場合でも、完全に同一の排出性能を実現するためには、ｚ軸の周りに１８０度回転させた場合でも補強プレート４００の形が同一となるように、補強プレート４００の形状を対称な形状とした方が好ましい。

本実施形態に係る熱交換器１０が備える複数のチューブには、チューブ１３０とチューブ２３０とが含まれる。チューブ１３０は、上下方向に沿って並ぶように配置された複数のチューブであって、本実施形態における「第１チューブ」に該当する。チューブ２３０は、チューブ１３０よりも空気の流れ方向に沿って下流側となる位置において、上下方向に沿って並ぶように配置された複数のチューブであって、本実施形態における「第２チューブ」に該当する。先に述べたように、空気の流れ方向に沿って互いに隣り合うチューブ１３０とチューブ２３０との間には隙間ＧＰが形成されている。図１６に示されるように、本実施形態における屈曲部４３０は、チューブ１３０とチューブ２３０との間に形成された隙間ＧＰの直下となる位置に形成されている。

このような構成においては、チューブ１３０、チューブ２３０、及びフィン１４０のそれぞれの表面で生じた凝縮水の大部分が、重力により、隙間ＧＰを通って下方側に移動し、隙間ＧＰの直下にある屈曲部４３０の内側へと流入する。その後は、先に述べたように、排出穴４４０から外部へと排出される。図１６においては、上記のように隙間ＧＰを通って下方側に移動する凝縮水の流れが、矢印ＡＲ３で示されている。

このように、本実施形態では、隙間ＧＰの直下に屈曲部４３０が位置するような構成とすることで、凝縮水の排出を更にスムーズに行うことが可能となっている。

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。

本実施形態に係る熱交換器１０は、第１実施形態のようなラジエータ１００を備えておらず、蒸発器２００のみによって構成されている。つまり、複合型の熱交換器ではなく単一の熱交換器として構成されている。このため、図１７に示されるように、ｘ方向に沿った補強プレート４００幅寸法は、同方向に沿ったチューブ２３０の幅寸法と概ね同一となっている。本実施形態においては、当然ながら、第１実施形態のような隙間ＧＰは存在しない。

本実施形態に係る補強プレート４００も、第１実施形態の場合と同様に、平板部４１０のうちｘ方向における中央となる部分に形成されている。このような構成においても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。このように、排水性を向上させるための補強プレート４００の形状は、第１実施形態のような複合型の熱交換器のみならず、上下方向に沿って並ぶチューブ２３０が一列しか存在しない単一の熱交換器においても適用することができる。

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。

本実施形態は、補強プレート４００に形成された排出穴４４０の配置においてのみ第１実施形態と異なっている。図１８に示されるように、本実施形態では、全ての排出穴４４０が、ｘ方向側寄りとなる位置に形成された第１排出穴４４１として形成されており、第２排出穴４４２は形成されていない。それぞれの排出穴４４０の形状は、図７を参照しながら説明した第１実施形態の第１排出穴４４１の形状と同じである。ただし、それぞれの排出穴４４０の形状を、図９、図１０、図１１の何れかに示される変形例のような形状としてもよい。

このように、本実施形態では、複数の排出穴４４０の全てが、当該排出穴４４０に対応する下流側リブ４５２の高さ寸法よりも、当該排出穴４４０に対応する上流側リブ４５１の高さ寸法の方が大きくなるように形成されている。このような構成とすることで、全ての排出穴４４０からの水の排出を、図１３及び図１４を参照しながら説明したように、空気の流れによって促進することが可能となる。このような構成の補強プレート４００は、先に述べた第２実施形態に採用してもよい。

例えば、補強プレート４００の組付け方向の誤りを、何らかの機構によって防止することが可能な場合には、本実施形態のように、全ての排出穴４４０を第１排出穴として構成することで、凝縮水の排出を更に促進し得る構成とすることが望ましい。

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
４００：補強プレート
４３０：屈曲部
４３１：上流側領域
４３２：下流側領域
４４０：排出穴
４５１：上流側リブ
４５２：下流側リブ

Claims (4)

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、上下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、
   前記チューブのうち最も下方側に配置されたもの、の更に下方側となる位置に配置された板状の部材である補強プレート（４００）と、を備え、
   前記補強プレートには、下方側に向けて突出する屈曲部（４３０）が、前記チューブの長手方向に沿って伸びるように形成されており、
   前記屈曲部には、上方側から到達した凝縮水を下方側に向けて排出するための排出穴（４４０）が形成されており、
   前記屈曲部のうち、その下端部（４３３）よりも空気の流れ方向に沿って上流側となる領域を上流側領域（４３１）とし、
   前記屈曲部のうち、その下端部よりも空気の流れ方向に沿って下流側となる領域を下流側領域（４３２）としたときに、
   前記排出穴は、
   前記上流側領域において前記排出穴に向かって上方側から伸びている上流側リブ（４５１）の高さ寸法と、
   前記下流側領域において前記排出穴に向かって上方側から伸びている下流側リブ（４５２）の高さ寸法と、が互いに異なるように形成され、
   前記排出穴は複数形成されており、
   複数の前記排出穴には、
   当該排出穴に対応する前記下流側リブの高さ寸法よりも、当該排出穴に対応する前記上流側リブの高さ寸法の方が大きいものが含まれる熱交換器。
2. 複数の前記排出穴には、
   当該排出穴に対応する前記下流側リブの高さ寸法よりも、当該排出穴に対応する前記上流側リブの高さ寸法の方が大きい第１排出穴（４４１）と、
   当該排出穴に対応する前記上流側リブの高さ寸法よりも、当該排出穴に対応する前記下流側リブの高さ寸法の方が大きい第２排出穴（４４２）と、が含まれており、
   それぞれの前記排出穴は、
   前記チューブの長手方向に沿って、前記第１排出穴と前記第２排出穴とが交互に並ぶように形成されている、請求項１に記載の熱交換器。
3. 複数の前記排出穴の全てが、
   当該排出穴に対応する前記下流側リブの高さ寸法よりも、当該排出穴に対応する前記上流側リブの高さ寸法の方が大きくなるように形成されている、請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記チューブには、
   上下方向に沿って並ぶように配置された複数の第１チューブ（１３０）と、
   前記第１チューブよりも空気の流れ方向に沿って下流側となる位置において、上下方向に沿って並ぶように配置された複数の第２チューブ（２３０）と、が含まれており、
   空気の流れ方向に沿って互いに隣り合う前記第１チューブと前記第２チューブとの間には隙間（ＧＰ）が形成されており、
   前記屈曲部は、前記隙間の直下となる位置に形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換器。

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