WO2016152127A1 - タンク、および熱交換器 - Google Patents

Abstract

　タンクは、流通部（１５１）が形成されるタンク本体部（１５０）、複数のチューブ（１１０）が接合されるプレート部（１６０）、中間プレート部（１７０）を備える。タンク本体部は、流通部を形成する空間形成部（１５２）と、中間プレート部に接合されるタンク接合部（１５３）と、を有している。複数のチューブの長手方向および積層方向の双方に直交する方向を幅方向とする。空間形成部とタンク接合部との接続部のうち、複数のチューブに最も近い部位を接続端部（１５８）とする。タンク本体部の空間形成部における頂部（１５７）を通る内接円の直径をＤ１とする。タンク本体部における、幅方向に隣り合う接続端部同士の距離をＤ２とする。流通部における積層方向の長さをＬとする。複数のチューブの流路断面積の総和をＡ１とする。タンク本体部は、Ｄ１＞Ｄ２、かつ、Ｄ２×Ｌ≧Ａ１の関係を満たすように構成されている。

Description

タンク、および熱交換器 関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１５年３月２０日に出願された日本特許出願２０１５－０５７４７０号、および２０１６年３月１５日に出願された日本特許出願２０１６－０５１１７５号を基にしている。

　本開示は、内部に流体が流通するタンク、およびタンクを備える熱交換器に関する。

　従来、二酸化炭素を冷媒として採用した冷凍サイクルが知られている。このような冷凍サイクルでは、サイクル内の圧力が高くなるため、冷媒放熱器（放熱用の熱交換器）を構成する各部品（チューブやタンク等）において、耐圧性が必要となる。特にタンクは、冷媒放熱器において最も流路断面積が大きくなるため、特許文献１に記載されているように、より高い耐圧性が要求される。

　これに対し、タンクを、冷媒が流通するタンク本体部、チューブが接合されるプレート部、およびタンク本体部とプレート部との間に配置される板状の中間プレート部の３部品を接合することにより構成した熱交換器が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この３部品構造によれば、各部品同士の接合面積を確保しやすくなり、タンク全体として耐圧性の向上を狙うことができる。

特開２００３－３１４９８７号公報 特開２００７－２７８５５６号公報

　ところで、本開示の発明者らによる検討によると、上記特許文献１に記載のタンクにおいて、タンク本体部をプレス加工により形成することが考えられる。この場合、タンク本体部における中間プレートとの接合部の角部に断面円弧状のダレ部が形成される。このようなタンク本体部を有するタンクにおいて、内圧が上昇した際には、タンク本体部のダレ部に応力が集中し、高い耐圧性を確保できない可能性がある。

　この応力集中を低減するためには、タンク本体部にダレ部が形成されてしまうことを抑制する必要がある。例えば、特許文献１のタンク本体部では、接合部の角部の断面形状を直角状に近づける必要がある。しかしながら、プレス加工にて、ダレ部が形成されてしまうことを抑制するためには、複数回のプレス工程が必要となる。その結果、加工工数が増大して、生産性が悪化するおそれがある。

　本開示は上記点に鑑みて、生産性を向上させつつ、耐圧性を確保することができるタンクを提供することを目的とする。

　また、生産性を向上させつつ、耐圧性を確保することが可能なタンクを備える熱交換器を提供することを別の目的とする。

　本開示の第１態様に係るタンクは、流体が流通する流通部を備え、流体が流通するとともに積層方向に積層された複数のチューブの内部と、流通部とが、互いに連通している。

　タンクは、タンク本体部、プレート部、および中間プレート部を備える。タンク本体部には、流通部が形成される。プレート部には、複数のチューブが接合される。中間プレート部は、板状を有し、タンク本体部とプレート部との間に配置される。流通部と複数のチューブの長手方向の端部との間には、流通部とチューブの長手方向の端部とを連通させる連通部が設けられている。積層方向から見た流通部の断面形状は、少なくとも複数のチューブから遠い側の天井部側が円形状に形成されている。タンク本体部は、流通部を形成する空間形成部と、板状に形成されるとともに中間プレート部に接合されるタンク接合部とを有している。

　複数のチューブの長手方向および積層方向の双方に直交する方向を幅方向とする。タンク接合部は、空間形成部における幅方向の両端部に接続されている。空間形成部における流通部側の面である内壁面うち、複数のチューブから最も遠い部位を頂部とする。積層方向から見たタンク本体部における、空間形成部とタンク接合部との接続部のうち、複数のチューブに最も近い部位を接続端部とする。積層方向から見たタンク本体部の空間形成部における頂部を通る内接円の直径をＤ１とする。積層方向から見たタンク本体部における、幅方向に隣り合う接続端部同士の距離をＤ２とする。流通部における積層方向の長さをＬとする。複数のチューブの流路断面積の総和をＡ１とする。タンク本体部は、Ｄ１＞Ｄ２、かつ、Ｄ２×Ｌ≧Ａ１の関係を満たすように構成されている。

　これによれば、タンク本体部を、Ｄ１＞Ｄ２、かつ、Ｄ２×Ｌ≧Ａ１の関係を満たすように構成しているので、空間形成部とタンク接合部との接続部、すなわちタンク本体部における中間プレート部との接合部の角部に、応力が集中することを抑制できる。このとき、空間形成部とタンク接合部との接続部を直角状に近づけるためにプレス加工を施す必要がないので、製造工数を低減できる。したがって、生産性を向上させつつ、耐圧性を確保することが可能となる。

　また、本開示の第２態様に係るタンクは、流体が流通する流通部を備え、流体が流通するとともに積層方向に積層された複数のチューブの内部と、流通部とが、互いに連通している。

　タンクは、タンク本体部、プレート部、中間プレート部を備える。タンク部には、流通部が形成される。プレート部には、複数のチューブが接合される。中間プレート部は、板状を有し、タンク本体部とプレート部との間に配置される。流通部と複数のチューブの長手方向の端部との間には、流通部と複数のチューブの長手方向の端部とを連通させる連通部が設けられている。積層方向から見た流通部の断面形状は、少なくとも複数のチューブから遠い側の天井部側が円形状に形成されている。タンク本体部は、流通部を形成する空間形成部と、板状に形成されるとともに中間プレート部に接合されるタンク接合部とを有している。

　複数のチューブの長手方向および積層方向の双方に直交する方向を幅方向とする。タンク接合部は、空間形成部における幅方向の両端部に接続されている。積層方向から見たタンク本体部における、空間形成部とタンク接合部との接続部の流通部側の面である接続端面は、流通部側に向かって突出する円弧状に形成されている。中間プレート部における接続端面と対応する部位には、接続端面に接合されるとともに、接続端面の円弧状に対応する円弧状に形成された受面が設けられている。

　これによれば、中間プレート部に、接続端面の円弧状に対応する円弧状に形成された受面を設けることで、タンク本体部の内壁面と中間プレート部の内壁面とを滑らかに接続することができる。このため、空間形成部とタンク接合部との接続部、すなわちタンク本体部における中間プレート部との接合部の角部に、応力が集中することを抑制できる。このとき、空間形成部とタンク接合部との接続部を直角状に近づけるためにプレス加工を施す必要がないので、製造工数を低減できる。したがって、生産性を向上させつつ、耐圧性を確保することが可能となる。

　本開示の第３態様に係る熱交換器は、複数のチューブ、一対のタンク、流入口、および流出口を有している。複数のチューブは、内部に流体が流通する流路が形成され、積層方向に積層して配置されている。一対のタンクは、積層方向に延び、複数のチューブと接続される。流入口は、一対のタンクのうち少なくとも一方のタンクに流体を流入させる。流出口は、一対のタンクのうち少なくとも一方のタンクから流体を流出させる。

　一対のタンクはそれぞれ、プレート部、タンク本体部、および中間プレート部を備える。プレオート部には、複数のチューブの一端が接続される。タンク本体部は、プレート部に接合されるとともに、積層方向に延びる流通部を有する。中間プレート部は、板状を有し、タンク本体部とプレート部との間に配置される。

　タンク本体部は、空間形成部、タンク接合部、および開口部を有している。空間形成部には、積層方向から見た断面形状の少なくとも一部が円弧形状を有するように流通路が形成されている。タンク接合部は、積層方向から見たときに、複数のチューブの長手方向および積層方向の双方に直交する方向である幅方向に延びるとともに、空間形成部の幅方向における両端部側に形成されて、中間プレート部に接合されている。開口部は、幅方向においてタンク接合部の間に形成され、複数のチューブの内部と流通路とを連通させる。

　積層方向から見た流通部の断面における最大の内接円の直径をＤ１とする。幅方向における開口部の幅をＤ２とする。少なくとも一方のタンクのうち、流入口から流入した流体を複数のチューブに分配する部位を入口側タンク部とする。入口側タンク部の流通部における積層方向の長さをＬとする。入口側タンク部に接続された複数のチューブのうちのチューブ１本あたりの流路断面積をＡとする。入口側タンク部に接続された複数のチューブの本数をｎとする。本開示の第３態様では、Ｄ１＞Ｄ２、かつ、Ｄ２×Ｌ≧Ａ×ｎの関係が満たされている。

　これによれば、生産性を向上させつつ、耐圧性を確保することが可能なタンクを備える熱交換器を提供することができる。

　本開示の第４態様に係る熱交換器は、複数のチューブと一対のタンクを有する。複数のチューブは、内部に流体が流通する流路が形成され、積層方向に積層して配置されている。一対のタンクは、積層方向に延び、複数のチューブが接続される。

　一対のタンクはそれぞれ、プレート部、タンク本体部、および中間プレート部を備える。プレート部には、複数のチューブの一端が接続される。タンク本体部は、プレート部に接合されるとともに、積層方向に延びる流通部を有する。中間プレート部は、板状を有し、タンク本体部とプレート部との間に配置される。

　タンク本体部は、空間形成部、タンク接合部、および開口部を有する。空間形成部は、積層方向から見た断面形状の少なくとも一部が円弧形状を有するように流通路が形成されている。タンク接合部は、積層方向から見たときに、複数のチューブの長手方向および積層方向の双方に直交する方向である幅方向に延びるとともに、空間形成部の幅方向における両端部側に形成されて、中間プレート部に接合される。開口部は、幅方向においてタンク接合部の間に形成され、複数のチューブの内部と流通路とを連通させる。中間プレート部には、複数のチューブと流通部とを連通させるプレート孔が形成されている。

　積層方向から見た流通部の断面における最大の内接円の直径をＤ１とする。幅方向における開口部の幅をＤ２とする。プレート孔の積層方向の厚み寸法をｔ１とする。入口側タンク部に接続された複数のチューブのうちのチューブ１本あたりの流路断面積をＡとする。本開示の第４態様では、Ｄ１＞Ｄ２、かつ、Ｄ２×ｔ１≧Ａの関係が満たされている。

　これによれば、生産性を向上させつつ、耐圧性を確保することが可能なタンクを備える熱交換器を提供することができる。

　本開示の第５態様に係る熱交換器は、複数のチューブと一対のタンクを有している。複数のチューブは、内部に流体が流通する流路が形成され、積層方向に積層して配置されている。一対のタンクは、積層方向に延び、複数のチューブが接続される。

　一対のタンクはそれぞれ、プレート部、タンク本体部、および中間プレート部を備える。プレート部には、複数のチューブの一端が接続される。タンク本体部は、プレート部に接合されるとともに、積層方向に延びる流通部を有する。中間プレート部は、板状を有し、タンク本体部とプレート部との間に配置される。

　タンク本体部は、空間形成部とタンク接合部を有している。空間形成部には、積層方向から見た断面形状の少なくとも一部が円弧形状を有するように流通路が形成されている。タンク接合部は、積層方向から見たときに、複数のチューブの長手方向および積層方向の双方に直交する方向である幅方向に延びるとともに、空間形成部の幅方向における両端部側に形成されて、中間プレート部に接合される。

　積層方向から見たタンク本体部における、空間形成部とタンク接合部との接続部の流通部側の面である接続端面は、流通部側に向かって突出する円弧状に形成されている。中間プレート部における接続端面と対応する部位には、接続端面に接合されるとともに、接続端面の円弧状に対応する円弧状に形成された受面が設けられている。

　これによれば、生産性を向上させつつ、耐圧性を確保することが可能なタンクを備える熱交換器を提供することができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第１実施形態における冷媒放熱器を示す正面図である。 第１実施形態におけるチューブの長手方向垂直断面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。 第１実施形態におけるチューブおよびヘッダタンクを示す分解斜視図である。 第１実施形態におけるタンク本体部をチューブ積層方向から見た断面図である。 第２実施形態におけるタンク本体部および中間プレート部をチューブ積層方向から見た分解断面図である。 第３実施形態におけるタンク本体部および中間プレート部をチューブ積層方向から見た分解断面図である。 第４実施形態におけるヘッダタンクの断面図である。 第５実施形態におけるタンク本体部および中間プレート部をチューブ積層方向から見た分解断面図である。 他の実施形態（１）におけるチューブおよびヘッダタンクをチューブ積層方向からみた断面図である。

　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

　（第１実施形態）
　第１実施形態について図１～図６に基づいて説明する。本実施形態では、本開示のタンクを、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を採用した超臨界冷凍サイクルの冷媒放熱器のヘッダタンクに適用している。超臨界冷凍サイクルとは、上記二酸化炭素の他にエチレン、エタン、酸化窒素等を冷媒とする冷凍サイクルであって、高圧側圧力が冷媒の臨界圧力以上になるものを言う。

　図１に示すように、冷媒放熱器１００は、チューブ１１０の内部を流通する冷媒とチューブ１１０の外部を流通する空気との間で熱交換を行う熱交換器である。なお、本実施形態では、冷媒が流体に相当し、空気が他の流体に相当している。

　冷媒放熱器１００は、コア部１０１および一対のヘッダタンク１４０備えている。コア部１０１およびヘッダタンク１４０を構成する各部材は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金により構成されている。また、コア部１０１およびヘッダタンク１４０を構成する各部材は、嵌合、治具固定等により組み付けられ、各部材表面の必要部位に予め設けられたろう材により一体でろう付けされている。

　コア部１０１は、内部を冷媒が流通する断面扁平状の複数のチューブ１１０、および波状に形成された複数のフィン１２０を有している。複数のチューブ１１０、および複数のフィン１２０は、交互に積層配置されている。

　以下、チューブ１１０の長手方向を、チューブ長手方向という。また、チューブ１１０およびフィン１２０の積層方向を、チューブ積層方向という。また、チューブ長手方向およびチューブ積層方向の双方に直交する方向を、幅方向という。

　チューブ１１０は、その内部に扁平状の長辺方向に並んだ複数の流通路１１０ａを有している。より具体的には、本実施形態のチューブ１１０は、図２の断面図に示すように、９つの断面円形状の流通路１１０ａを有している。従って、１本のチューブ１１０の流路断面積Ａは、それぞれの流通路１１０ａの通路断面積の合計値となる。１つの流通路が形成されたチューブを採用する場合、１つの流通路の通路断面積が、１本のチューブの流路断面積Ａとなる。チューブ１１０は、押出成形により形成されている。

　コア部１０１おけるチューブ積層方向の両端部には、図１に示すように、コア部１０１を補強するサイドプレート１３０が設けられている。サイドプレート１３０は、チューブ長手方向と平行に延びてその両端部がヘッダタンク１４０に接続されている。

　ヘッダタンク１４０は、チューブ長手方向の両端部にてチューブ長手方向と直交する方向（すなわち、チューブ積層方向）に延びて複数のチューブ１１０と連通するものである。本実施形態では、ヘッダタンク１４０は、チューブ１１０の左右端に配置されており、鉛直方向に延びて複数のチューブ１１０と連通している。

　より詳細には、ヘッダタンク１４０とチューブ１１０とは、ヘッダタンク１４０の内部に設けられた流通部１５１とチューブ１１０の内部とが互いに連通するようにろう付けされている。そして、ヘッダタンク１４０の長手方向端部（チューブ積層方向の端部）には、エンドキャップ１８０がろう付けされている。このエンドキャップ１８０により、ヘッダタンク１４０の流通部１５１によって形成される開口部が閉塞されている。

　一対のヘッダタンク１４０のうち、一方（図１の紙面左側）のヘッダタンク１４０内には、内部の流通部１５１を仕切るセパレータ１４１がろう付けにより接合されている。また、一方のヘッダタンク１４０のセパレータ１４１よりも上側には、流通部１５１に冷媒を流入させる流入口を形成する入口ジョイント１９１がろう付けにより接合されている。一方のヘッダタンク１４０のセパレータ１４１よりも下側には、流通部１５１から冷媒を流出させる流出口を形成する出口ジョイント１９２がろう付けにより接合されている。

　続いて、本実施形態のヘッダタンク１４０について詳細に説明する。図３、図４および図５に示すように、ヘッダタンク１４０は、冷媒が流通する流通部１５１が形成されるタンク本体部１５０、チューブ１１０が接合されるプレート部１６０、および、タンク本体部１５０とプレート部１６０との間に配置される中間プレート部１７０の３部品を有している。

　タンク本体部１５０は、流通部１５１を形成する空間形成部１５２と、中間プレート部１７０およびプレート部１６０に接合されるタンク接合部１５３とを有している。

　図３および図４に示すように、空間形成部１５２は、チューブ積層方向から見た断面形状が略円弧形状となるように形成されている。すなわち、空間形成部１５２は、その内壁面（流通部１５１側の面）の少なくとも一部が略円弧形状となるように形成されている。このため、チューブ積層方向から見た流通部１５１の断面形状は、少なくともチューブ１１０から遠い側の天井部１５４側が円形状に形成されている。

　空間形成部１５２のチューブ１１０側（中間プレート部１７０側）には、開口部１５５が形成されている。この開口部１５５を介して、チューブ１１０の長手方向の端部（以下、チューブ端部１１１という）と流通部１５１とが連通している。

　タンク接合部１５３は、板状に形成されるとともに、空間形成部１５２における幅方向の両端部側に接続されている。換言すれば、タンク接合部１５３は、空間形成部１５２の幅方向の一端部および他端部のそれぞれに接続されている。従って、開口部１５５は、チューブ積層方向から見たときに、２つのタンク接合部１５３同士の間に形成されている。タンク接合部１５３は、空間形成部１５２と一体に形成されている。

　このように構成された空間形成部１５２およびタンク接合部１５３を有するタンク本体部１５０は、表面に予めろう材がクラッド（被覆）された平板部材にプレス加工を施すことにより形成されている。ろう材は、当該平板部材におけるチューブ１１０側の面にクラッドされている。なお、ろう材は、当該平板部材の両面にクラッドされていてもよい。

　プレート部１６０は、チューブ積層方向から見た断面が、互いに同方向に折り曲げられた２つの折り曲げ部を有する形状（いわゆる、略Ｕ字形状）に形成されている。より詳細には、プレート部１６０は、長方形の平板状に形成された平板部１６１と、平板部１６１における幅方向の両端部に接続されたリブ１６２とを有している。平板部１６１とリブ１６２とは、一体に形成されている。

　プレート部１６０の平板部１６１には、チューブ端部１１１が挿入接合されるチューブ挿入孔１６３が形成されている。また、プレート部１６０は、表面及び裏面の双方に予めろう材がクラッドされた平板部材にプレス加工を施すことにより形成されている。

　中間プレート部１７０は、長方形の平板状に形成されている。中間プレート部１７０におけるチューブ端部１１１に対応する部位には、中間プレート部１７０の表裏を貫通するプレート孔１７１が形成されている。図５に示すように、プレート孔１７１の長手方向端部には、板厚の途中でチューブ端部１１１の位置を規制する位置規制部としての段部１７２が設けられている。

　さらに、プレート孔１７１の厚み寸法（チューブ積層方向の長さ）ｔ１は、チューブ１１０の厚さ寸法ｔ２よりも大きい。厚さ寸法ｔ２は、換言すれば、チューブ１１０の扁平断面の短辺方向の寸法、あるいはチューブ積層方向におけるチューブ１１０の長さである。本実施形態では、寸法ｔ１は寸法ｔ２の約２倍に設定されている。また、中間プレート部１７０は、タンク本体部１５０およびプレート部１６０とは異なり、表面にろう材がクラッドされていないベア材により形成されている。

　上述のように構成されたタンク本体部１５０、中間プレート部１７０、プレート部１６０およびチューブ１１０は、図３および図４に示すように組み付けられる。このとき、チューブ端部１１１の先端位置１１２は、中間プレート部１７０のプレート孔１７１の段部１７２によって、流通部１５１の外側の領域に規制される。さらに、チューブ端部１１１は、プレート孔１７１の空間内に配置されることになる。

　そして、タンク本体部１５０の開口部１５５と中間プレート部１７０のプレート孔１７１とによって、流通部１５１とチューブ端部１１１とを連通させる連通部が形成される。また、タンク本体部１５０およびプレート部１６０に設けられたろう材によって、各部材１５０、１７０、１６０、１１０は一体にろう付けされる。

　続いて、本実施形態のタンク本体部１５０について、図６を用いて詳細に説明する。以下、チューブ積層方向から見たタンク本体部１５０における、空間形成部１５２とタンク接合部１５３との接続部の流通部１５１側の面を、接続端面１５６という。

　接続端面１５６は、チューブ長手方向におけるチューブ１１０に対して遠い側から近い側（図６の紙面上側から下側）に向かって、幅方向の外側から内側（図６の紙面外側から内側）に傾斜している。本実施形態では、接続端面１５６は、幅方向の外側に向けて凹んだ円弧状に形成されている。より詳細には、接続端面１５６は、空間形成部１５２の略円弧状の内壁面と同一円弧上に位置している。このため、接続端面１５６と空間形成部１５２の内壁面（円弧面）は、滑らかに接続されている。

　ここで、タンク本体部１５０の空間形成部１５２の内壁面のうち、チューブ端部１１１から最も遠い部位を頂部１５７という。また、チューブ積層方向から見たタンク本体部１５０における、空間形成部１５２とタンク接合部１５３との接続部のうち、チューブ端部１１１に最も近い部位を接続端部１５８という。本実施形態では、接続端面１５６が円弧状を有しているため、接続端部１５８は接続端面１５６の幅方向の一方側と他方側のそれぞれに形成される。

　また、チューブ積層方向から見たタンク本体部１５０の空間形成部１５２における頂部１５７を通る内接円（図６における破線参照）の直径をＤ１とする。換言すると、Ｄ１は、チューブ積層方向から見た流通部１５１の断面における最大の内接円の直径である。

　また、チューブ積層方向から見たタンク本体部１５０における、幅方向に隣り合う接続端部１５８同士の幅方向の距離をＤ２とする。つまり、Ｄ２は、幅方向の一方側の接続端部１５８と他方側の接続端部１５８との間の距離である。換言すると、Ｄ２は、開口部１５５の幅である。

　また、流通部１５１におけるチューブ積層方向の長さをＬとする。より詳細には、ヘッダタンク１４０のうち、入口ジョイント１９１から流入した冷媒をチューブ１１０に分配する部位を、入口側タンク部１４０ａとする。本実施形態では、一方のヘッダタンク１４０のセパレータ１４１よりも上側の部位が入口側タンク部１４０ａとなる。そして、図１に示すように、入口側タンク部１４０ａの流通部１５１におけるチューブ積層方向の長さをＬとする。

　また、複数のチューブ１１０の流路断面積の総和をＡ１とする。より詳細には、流路断面積の総和Ａ１は、複数のチューブ１１０のうちの１本あたりの流路断面積Ａに、入口側タンク部１４０ａに接続されたチューブ１１０の本数ｎを乗算した値、すなわち、Ａ×ｎである。このとき、本実施形態のタンク本体部１５０は、Ｄ１＞Ｄ２、かつ、Ｄ２×Ｌ≧Ａ１（すなわち、Ｄ２×Ｌ≧Ａ×ｎ）の関係を満たすように構成されている。

　以上説明したように、本実施形態では、タンク本体部１５０を、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たすように構成されている。

　このため、空間形成部１５２とタンク接合部１５３との接続部、すなわちタンク本体部１５０における中間プレート部１７０との接合部の角部に、ダレ部が形成されてしまうことを抑制することができる。従って、ヘッダタンク１４０の内圧が上昇しても、ダレ部に応力が集中してしまうことを抑制することができる。

　また、タンク本体部１５０をプレス加工で形成する際に、空間形成部１５２とタンク接合部１５３との接続部を直角状に近づけるために、複数回のプレス工程を必要としない。それゆえ、生産性が悪化してしまうことを抑制することができる。したがって、本実施形態のヘッダタンク１４０によれば、生産性を向上させつつ、耐圧性を確保することができる。

　さらに、タンク本体部１５０を、上記Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たすように構成することにより、内圧によって接続端部１５８に中間プレート部１７０を押さえつける向きの応力が加わる。接続端部１５８に中間プレート部１７０を押さえつける向きとは、換言すれば、流通部１５１の破線で示す内接円の径方向に広がる向きである。これにより、タンク本体部１５０と中間プレート部１７０とのろう付けが完全にされなかった場合でも、タンク本体部１５０と中間プレート部１７０とが分断されることを抑制できる。したがって、耐圧性をより確実に確保することが可能となる。

　ところで、チューブ積層方向から見たタンク本体部１５０における幅方向に隣り合う接続端部１５８同士の幅方向の距離（Ｄ２）を小さくしすぎると、タンク本体部１５０の開口部１５５の面積が小さくなる。これにより、流通部１５１に対して流入または流出する流体の圧力損失が増大するおそれがある。

　これに対し、本実施形態では、タンク本体部１５０を、Ｄ２×Ｌ≧Ａ１の関係を満たすように構成している。このため、タンク本体部１５０における流通部１５１への出入口部分である開口部１５５の流路面積（Ｄ２×Ｌ）を、複数のチューブ１１０の流路断面積の総和（Ａ１）以上とすることができる。これにより、流通部１５１に対して流入または流出する流体の圧力損失が増大することを抑制できる。

　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態について図７に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、タンク本体部１５０および中間プレート部１７０の構成が異なる。

　図７に示すように、タンク本体部１５０の空間形成部１５２は、チューブ積層方向から見た断面形状が略Ｕ字状となるように形成されている。また、タンク本体部１５０の接続端面１５６は、流通部１５１側に向かって突出する円弧状に形成されている。

　中間プレート部１７０における接続端面１５６と対応する部位には、タンク本体部１５０側（図７の紙面上側）に向かって突出する凸部１７３が設けられている。凸部１７３は、チューブ積層方向から見た断面形状が略三角形状となるように形成されている。凸部１７３は、タンク本体部１５０の接続端面１５６に接合される受面１７４と、幅方向に対して垂直な垂直面１７５とを有している。

　受面１７４は、接続端面１５６の円弧状に対応する円弧状に形成されている。すなわち、受面１７４は、円弧状の接続端面１５６と同一円弧状に形成されている。

　垂直面１７５は、受面１７４におけるタンク本体部１５０側の端部に接続されている。垂直面１７５は、空間形成部１５２の内壁面に滑らかに接続されている。すなわち、垂直面１７５と空間形成部１５２の内壁面とが、連続した同一平面を構成している。換言すると、垂直面１７５と空間形成部１５２の内壁面とが、いわゆる面一の状態となっている。

　以上説明したように、本実施形態では、中間プレート部１７０の凸部１７３に、タンク本体部１５０の接続端面１５６の円弧状に対応する円弧状に形成された受面１７４を設けている。これによれば、タンク本体部１５０の内壁面と中間プレート部１７０の内壁面とを滑らかに接続することができる。

　このため、空間形成部１５２とタンク接合部１５３との接続部、すなわちタンク本体部１５０における中間プレート部１７０との接合部の角部に、接合不良部が形成されてしまうことを抑制することができる。従って、ヘッダタンク１４０の内圧が上昇した際に、タンク本体部１５０における中間プレート部１７０との接合部の角部に応力が集中してしまうことを抑制することができる。

　さらに、空間形成部１５２とタンク接合部１５３との接続部を直角状に近づけるためにプレス加工を施す必要がないので、製造工数を低減できる。したがって、本実施形態のヘッダタンク１４０によれば、生産性を向上させつつ、耐圧性を確保することができる。

　（第３実施形態）
　次に、第３実施形態について図８に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第２実施形態と比較して、中間プレート部１７０の構成が異なるものである。

　図８に示すように、本実施形態の中間プレート部１７０は、タンク本体部１５０のタンク接合部１５３に接合される中間接合部１７６と、中間接合部１７６よりもタンク本体部１５０の天井部１５４に近い側に配置される突出部１７７とを有している。中間接合部１７６および突出部１７７は、ともに、チューブ長手方向に直交する方向に延びる板状に形成されている。また、中間接合部１７６は、突出部１７７と一体に形成されている。

　突出部１７７には、プレート孔１７１が形成されている。すなわち、突出部１７７には、流通部１５１とチューブ端部１１１とを連通させる連通部が形成されている。

　中間接合部１７６は、突出部１７７における幅方向の両端部に接続されている。中間接合部１７６と突出部１７７との接続部におけるタンク本体部１５０側の面は、タンク本体部１５０の接続端面１５６に接合されている。したがって、本実施形態における中間接合部１７６と突出部１７７との接続部におけるタンク本体部１５０側の面は、タンク本体部１５０の接続端面１５６に接合される受面１７４を構成している。

　以上説明したように、本実施形態では、中間プレート部１７０における中間接合部１７６と突出部１７７との接続部に、タンク本体部１５０の接続端面１５６の円弧状に対応する円弧状に形成された受面１７４を設けている。これによれば、タンク本体部１５０の内壁面と中間プレート部１７０の内壁面とを滑らかに接続することができるので、上記第２実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

　（第４実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態のヘッダタンク１４０に対して、さらに、図９に示すタンク本体部１５０の接続端部１５８同士の幅方向の距離Ｄ２、プレート孔１７１の厚み寸法ｔ１、および１本のチューブ１１０の流路断面積Ａの関係を規定している。なお、図９は、第１実施形態で説明した図３のＩＸ－ＩＸ線における断面図に対応している。

　より詳細には、本実施形態のヘッダタンク１４０は、Ｄ２×ｔ１≧Ａの関係を満たすように構成されている。つまり、本実施形態のヘッダタンク１４０は、Ｄ１＞Ｄ２、かつ、Ｄ２×Ｌ≧Ａ×ｎ、かつ、Ｄ２×ｔ１≧Ａの関係を満たすように構成されている。その他の冷媒放熱器１００の構成は、第１実施形態と同様である。

　従って、本実施形態のヘッダタンク１４０、および冷媒放熱器１００においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

　さらに、本実施形態では、連通部１５５、１７１のうち１本のチューブ１１０が接続される部位の開口面積（すなわち、Ｄ２×ｔ１）を、１本のチューブ１１０の流路断面積Ａよりも大きくすることができる。これにより、冷媒がチューブ１１０から流通部１５１へ流入する際に生じる圧力損失、あるいは、冷媒が流通部１５１からチューブ１１０へ流入する際に生じる圧力損失の増大をより一層抑制することができる。

　（第５実施形態）
　本実施形態では、第３実施形態のヘッダタンク１４０に対して、中間プレート部１７０の構成を変更した例を説明する。

　より詳細には、本実施形態の中間プレート部１７０の突出部１７７は、図１０に示すように、チューブ積層方向から見たときに、受面１７４の流通部１５１側の端部から、さらに流通部１５１側へ突出している。そして、突出部１７７の幅方向における両側面には、空間形成部１５２の内壁面に、ろう付け接合される平坦面１７４ａが形成されている。なお、図１０は、第３実施形態で説明した図８に対応する断面図である。

　平坦面１７４ａは、チューブ積層方向およびチューブ長手方向に平行に広がっている。さらに、空間形成部１５２の内壁面には、平坦面１７４ａが接合される平坦面１５６ａが形成されている。その他の冷媒放熱器１００の構成は、第１実施形態と同様である。

　従って、本実施形態のヘッダタンク１４０、および冷媒放熱器１００においても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

　さらに、本実施形態では、タンク本体部１５０のタンク接合部１５３と中間プレート部１７０の中間接合部１７６が接合されるだけでなく、突出部１７７の平坦面１７４ａと空間形成部１５２の内壁面が接合される。そして、これらの接合部によって、プレス加工によるダレ部が形成されやすい接続端面１５６を覆うことができる。その結果、ヘッダタンク１４０の内圧が上昇した際に、タンク本体部１５０における中間プレート部１７０との接合部の角部に応力が集中してしまうことを、より一層効果的に抑制することができる。

　（他の実施形態）
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、例えば以下のように種々変形可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本開示の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本開示の範囲は、本開示における記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

　（１）上記実施形態では、ヘッダタンク１４０を構成する３部品（タンク本体部１５０、プレート部１６０および中間プレート部１７０）を、嵌合、治具固定等により組み付けた（仮固定した）後、当該３部品１５０、１６０、１７０をろう付けにより接合した例について説明した。しかしながら、３部品１５０、１６０、１７０の接合方法はこれに限定されない。

　例えば、図１１に示すように、プレート部１６０のリブ１６２にカシメ部としての爪部１６４を設けるとともに、この爪部１６４によって当該３部品１５０、１６０、１７０をカシメにより仮固定した後、３部品１５０、１６０、１７０をろう付けにより接合してもよい。

　（２）上記第１実施形態では、タンク本体部１５０をプレス加工により形成した例について説明した。しかしながら、タンク本体部１５０を押出加工により形成してもよい。

　（３）上記実施形態では、ヘッダタンク１４０の流通部１５１を、ヘッダタンク１４０の幅方向に１列設けた例について説明した。しかしながら、流通部１５１をチューブ１１０とともに複数列設けてもよい。

　（４）上記実施形態では、本開示のタンクを、超臨界冷凍サイクルの冷媒放熱器１００に適用した例について説明した。しかしながら、本開示のタンクを、冷媒を蒸発させる蒸発器に適用してもよい。さらに、二酸化炭素を冷媒とする超臨界冷凍サイクルに限らず通常の冷凍サイクルや、その他車両エンジン等に用いられる熱交換器に、本開示のタンクを適用してもよい。また、熱交換器以外の製品に、本開示のタンクを適用してもよい。

　（５）上記実施形態では、同一のヘッダタンク１４０に、入口ジョイント１９１および出口ジョイント１９２の双方を接合した例を説明した。しかしながら、一方のヘッダタンク１４０に入口ジョイント１９１を接合し、他方のヘッダタンク１４０に出口ジョイント１９２を接合してもよい。すなわち、入口ジョイント１９１および出口ジョイント１９２を異なるヘッダタンク１４０に接合してもよい。

 

Claims (11)

1. 　流体が流通する流通部（１５１）を備え、
   　前記流体が流通するとともに積層方向に積層された複数のチューブ（１１０）の内部と、前記流通部（１５１）とが、互いに連通しているタンクであって、
   　前記流通部（１５１）が形成されるタンク本体部（１５０）と、
   　前記複数のチューブ（１１０）が接合されるプレート部（１６０）と、
   　前記タンク本体部（１５０）と前記プレート部（１６０）との間に配置される板状の中間プレート部（１７０）とを備え、
   　前記流通部（１５１）と前記複数のチューブ（１１０）の長手方向の端部（１１１）との間には、前記流通部（１５１）と前記複数のチューブ（１１０）の長手方向の端部（１１１）とを連通させる連通部（１５５、１７１）が設けられており、
   　前記積層方向から見た前記流通部（１５１）の断面形状は、少なくとも前記複数のチューブ（１１０）から遠い側の天井部（１５４）側が円形状に形成されており、
   　前記タンク本体部（１５０）は、
   　　前記流通部（１５１）を形成する空間形成部（１５２）と、
   　　板状に形成されるとともに前記中間プレート部（１７０）に接合されるタンク接合部（１５３）と、を有しており、
   　前記チューブ（１１０）の長手方向および前記積層方向の双方に直交する方向を幅方向としたとき、
   　前記タンク接合部（１５３）は、前記空間形成部（１５２）における前記幅方向の両端部に接続されており、
   　前記空間形成部（１５２）における前記流通部（１５１）側の面である内壁面うち、前記複数のチューブ（１１０）から最も遠い部位を頂部（１５７）とし、
   　前記積層方向から見た前記タンク本体部（１５０）における、前記空間形成部（１５２）と前記タンク接合部（１５３）との接続部のうち、前記複数のチューブ（１１０）に最も近い部位を接続端部（１５８）とし、
   　前記積層方向から見た前記タンク本体部（１５０）の前記空間形成部（１５２）における前記頂部（１５７）を通る内接円の直径をＤ１とし、
   　前記積層方向から見た前記タンク本体部（１５０）における、前記幅方向に隣り合う前記接続端部（１５８）同士の距離をＤ２とし、
   　前記流通部（１５１）における前記積層方向の長さをＬとし、
   　前記複数のチューブ（１１０）の流路断面積の総和をＡ１としたとき、
   　前記タンク本体部（１５０）は、Ｄ１＞Ｄ２、かつ、Ｄ２×Ｌ≧Ａ１の関係を満たすように構成されているタンク。
2. 　流体が流通する流通部（１５１）を備え、
   　前記流体が流通するとともに積層方向に積層された複数のチューブ（１１０）の内部と、前記流通部（１５１）とが、互いに連通しているタンクであって、
   　前記流通部（１５１）が形成されるタンク本体部（１５０）と、
   　前記複数のチューブ（１１０）が接合されるプレート部（１６０）と、
   　前記タンク本体部（１５０）と前記プレート部（１６０）との間に配置される板状の中間プレート部（１７０）と、を備え、
   　前記流通部（１５１）と前記複数のチューブ（１１０）の長手方向の端部（１１１）との間には、前記流通部（１５１）と前記複数のチューブ（１１０）の長手方向の端部（１１１）とを連通させる連通部（１５５、１７１）が設けられており、
   　前記積層方向から見た前記流通部（１５１）の断面形状は、少なくとも前記複数のチューブ（１１０）から遠い側の天井部（１５４）側が円形状に形成されており、
   　前記タンク本体部（１５０）は、
   　　前記流通部（１５１）を形成する空間形成部（１５２）と、
   　　板状に形成されるとともに前記中間プレート部（１７０）に接合されるタンク接合部（１５３）と、を有しており、
   　前記複数のチューブ（１１０）の長手方向および前記積層方向の双方に直交する方向を幅方向としたとき、
   　前記タンク接合部（１５３）は、前記空間形成部（１５２）における前記幅方向の両端部に接続されており、
   　前記積層方向から見た前記タンク本体部（１５０）における、前記空間形成部（１５２）と前記タンク接合部（１５３）との接続部の前記流通部（１５１）側の面である接続端面（１５６）は、前記流通部（１５１）側に向かって突出する円弧状に形成されており、
   　前記中間プレート部（１７０）における前記接続端面（１５６）と対応する部位には、前記接続端面（１５６）に接合されるとともに、前記接続端面（１５６）の円弧状に対応する円弧状に形成された受面（１７４）が設けられているタンク。
3. 　前記中間プレート部（１７０）における前記接続端面（１５６）と対応する部位には、前記タンク本体部（１５０）側に向かって突出する凸部（１７３）が設けられており、
   　前記受面（１７４）は、前記凸部（１７３）に形成されている請求項２に記載のタンク。
4. 　前記中間プレート部（１７０）は、
   　　板状に形成されるとともに、前記タンク本体部（１５０）の前記タンク接合部（１５３）に接合される中間接合部（１７６）と、
   　　板状に形成されるとともに、前記中間接合部（１７６）よりも前記天井部（１５４）に近い側に配置される突出部（１７７）と、を有しており、
   　前記突出部（１７７）には、前記連通部（１７１）が形成されており、
   　前記受面（１７４）は、前記中間接合部（１７６）と前記突出部（１７７）との接続部に形成されている請求項２に記載のタンク。
5. 　前記複数のチューブ（１１０）の内部を流通する前記流体と前記チューブ（１１０）の外部を流通する他の流体との間で熱交換を行う熱交換器に適用した請求項１ないし４のいずれか１つに記載のタンク。
6. 　前記タンク本体部（１５０）、前記プレート部（１６０）および前記中間プレート部（１７０）を仮固定するカシメ部（１６４）をさらに備え、
   　前記タンク本体部（１５０）、前記プレート部（１６０）および前記中間プレート部（１７０）は、ろう付けにより接合されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載のタンク。
7. 　内部に流体が流通する流路が形成され、積層方向に積層して配置された複数のチューブ（１１０）と、
   　前記積層方向に延び、前記複数のチューブ（１１０）が接続される一対のタンク（１４０）と、
   　前記一対のタンク（１４０）のうち少なくとも一方のタンクに前記流体を流入させる流入口（１９１）と、
   　前記一対のタンク（１４０）のうち少なくとも一方のタンクから前記流体を流出させる流出口（１９２）と、を有する熱交換器であって、
   　前記一対のタンク（１４０）はそれぞれ、
   　　前記複数のチューブ（１１０）の一端が接続されるプレート部（１６０）と、
   　　前記プレート部（１６０）に接合されるとともに、前記積層方向に延びる流通部（１５１）を有するタンク本体部（１５０）と、
   　　前記タンク本体部（１５０）と前記プレート部（１６０）との間に配置される板状の中間プレート部（１７０）と、を備え、
   　前記タンク本体部（１５０）は、
   　　前記積層方向から見た断面形状の少なくとも一部が円弧形状を有するように流通路が形成された空間形成部（１５２）と、
   　　前記積層方向から見たときに、前記チューブ（１１０）の長手方向および前記積層方向の双方に直交する方向である幅方向に延びるとともに、前記空間形成部（１５２）の前記幅方向における両端部側に形成されて、前記中間プレート部（１７０）に接合されるタンク接合部（１５３）と、
   　　前記幅方向において前記タンク接合部（１５３）の間に形成され、前記複数のチューブ（１１０）の内部と前記流通路とを連通させる開口部（１５５）と、を有し、
   　前記積層方向から見た前記流通部（１５１）の断面における最大の内接円の直径をＤ１とし、
   　前記幅方向における前記開口部（１５５）の幅をＤ２とし、
   　前記少なくとも一方のタンクのうち、前記流入口（１９１）から流入した流体を前記複数のチューブ（１１０）に分配する部位を入口側タンク部（１４０ａ）とし、前記入口側タンク部（１４０ａ）の前記流通部（１５１）における前記積層方向の長さをＬとし、
   　前記入口側タンク部に接続された前記複数のチューブ（１１０）のうちのチューブ１本あたりの流路断面積をＡとし、
   　前記入口側タンク部に接続された前記複数のチューブ（１１０）の本数をｎとしたときに、
   　Ｄ１＞Ｄ２、かつ、Ｄ２×Ｌ≧Ａ×ｎの関係を満たす熱交換器。
8. 　前記中間プレート部（１７０）には、前記複数のチューブ（１１０）と前記流通部（１５１）とを連通させるプレート孔（１７１）が形成されており、
   　前記プレート孔（１７１）の前記積層方向の厚み寸法をｔ１としたときに、
   　さらに、Ｄ２×ｔ１≧Ａの関係を満たす請求項７に記載の熱交換器。
9. 　内部に流体が流通する流路が形成され、積層方向に積層して配置された複数のチューブ（１１０）と、
   　前記積層方向に延び、前記複数のチューブ（１１０）が接続される一対のタンク（１４０）と、を有する熱交換器であって、
   　前記一対のタンク（１４０）はそれぞれ、
   　　前記チューブ（１１０）の一端が接続されるプレート部（１６０）と、
   　　前記プレート部（１６０）に接合されるとともに、前記積層方向に延びる流通部（１５１）を有するタンク本体部（１５０）と、
   　　前記タンク本体部（１５０）と前記プレート部（１６０）との間に配置される板状の中間プレート部（１７０）と、を備え、
   　前記タンク本体部（１５０）は、
   　　前記積層方向から見た断面形状の少なくとも一部が円弧形状を有するように流通路が形成された空間形成部（１５２）と、
   　　前記積層方向から見たときに、前記複数のチューブ（１１０）の長手方向および前記積層方向の双方に直交する方向である幅方向に延びるとともに、前記空間形成部（１５２）の前記幅方向における両端部側に形成されて、前記中間プレート部（１７０）に接合されるタンク接合部（１５３）と、
   　　前記幅方向において前記タンク接合部（１５３）の間に形成され、前記チューブの内部と前記流通路とを連通させる開口部（１５５）と、を有し、
   　前記中間プレート部（１７０）には、前記複数のチューブ（１１０）と前記流通部（１５１）とを連通させるプレート孔（１７１）が形成されており、
   　前記積層方向から見た前記流通部（１５１）の断面における最大の内接円の直径をＤ１とし、
   　前記幅方向における前記開口部（１５５）の幅をＤ２とし、
   　前記プレート孔（１７１）の前記積層方向の厚み寸法をｔ１とし、
   　前記一対のタンク（１４０）の少なくとも一方のうち、流入口（１９１）から流入した流体を前記複数のチューブ（１１０）に分配する部位を入口側タンク部（１４０ａ）とし、
   　前記入口側タンク部（１４０ａ）に接続された前記複数のチューブ（１１０）のうちのチューブ１本あたりの流路断面積をＡとしたときに、
   　Ｄ１＞Ｄ２、かつ、Ｄ２×ｔ１≧Ａの関係を満たす熱交換器。
10. 　内部に流体が流通する流路が形成され、積層方向に積層して配置された複数のチューブ（１１０）と、
    　前記積層方向に延び、前記複数のチューブ（１１０）が接続される一対のタンク（１４０）と、を有する熱交換器であって、
    　前記タンク（１４０）は、
    　　前記複数のチューブ（１１０）の一端が接続されるプレート部（１６０）と、
    　　前記プレート部（１６０）に接合されるとともに、前記積層方向に延びる流通部（１５１）を有するタンク本体部（１５０）と、
    　　前記タンク本体部（１５０）と前記プレート部（１６０）との間に配置される板状の中間プレート部（１７０）と、を備え、
    　前記タンク本体部（１５０）は、
    　　前記積層方向から見た断面形状の少なくとも一部が円弧形状を有するように流通路が形成された空間形成部（１５２）と、
    　　前記積層方向から見たときに、前記チューブ（１１０）の長手方向および前記積層方向の双方に直交する方向である幅方向に延びるとともに、前記空間形成部（１５２）の前記幅方向における両端部側に形成されて、前記中間プレート部（１７０）に接合されるタンク接合部（１５３）と、を有し、
    　前記積層方向から見た前記タンク本体部（１５０）における、前記空間形成部（１５２）と前記タンク接合部（１５３）との接続部の前記流通部（１５１）側の面である接続端面（１５６）は、前記流通部（１５１）側に向かって突出する円弧状に形成されており、
    　前記中間プレート部（１７０）における前記接続端面（１５６）と対応する部位には、前記接続端面（１５６）に接合されるとともに、前記接続端面（１５６）の円弧状に対応する円弧状に形成された受面（１７４）が設けられている熱交換器。
11. 　前記中間プレート部（１７０）は、
    　　板状に形成されるとともに、前記タンク本体部（１５０）の前記タンク接合部（１５３）に接合される中間接合部（１７６）と、
    　　板状に形成されるとともに、前記中間接合部（１７６）よりも前記流通部（１５１）側に突出する突出部（１７７）と、を有しており、
    　前記受面（１７４）は、前記中間接合部（１７６）と前記突出部（１７７）との接続部に形成されており、
    　前記突出部（１７７）の前記幅方向における両側面には、前記空間形成部（１５２）の内壁面に接合される平坦面（１７４ａ）が形成されている請求項１０に記載の熱交換器。
    
     

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