WO2020158363A1 - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
熱交換器(10)は、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、を備える。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。
Description
本出願は、2019年1月31日に出願された日本国特許出願2019-015611号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
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。
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と、内部部材から冷媒を排出するための冷媒排出配管と、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。
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)
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。
Claims (7)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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