(57)【要約】【課題】熱交換器の軽量化を目的とする。【解決手段】冷却水とエンジンオイルとの間で熱交換を行う熱交換器１は、ステンレス鋼によって形成され、内周を冷却水が流通する複数のマイクロチューブ２１と、複数のマイクロチューブを収容するタンク部３と、ステンレス鋼によって形成され、マイクロチューブ２１が挿通する貫通孔２２ｂ，２３ｂが複数開口し、冷却水と熱交換するエンジンオイルの流路をタンク部３に画成する第一及び第二保持部材２２，２３と、を備え、第一及び第二保持部材２２，２３の厚みはマイクロチューブ２１の外径よりも薄い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の流体と第二の流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
ステンレス鋼によって形成され、内周を第一の流体が流通する複数のマイクロチューブと、
前記複数のマイクロチューブを収容するタンク部と、
ステンレス鋼によって形成され、前記マイクロチューブが挿通する貫通孔が複数開口し、第一の流体と熱交換する第二の流体の流路を前記タンク部内に画成する第一保持部材及び第二保持部材と、を備え、
前記第一保持部材及び前記第二保持部材の厚みは前記マイクロチューブの外径よりも薄い、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
複数の前記貫通孔は、隣り合う前記貫通孔どうしの距離を前記第一保持部材及び前記第二保持部材の厚みで除算した値が、１以上２以下の値となるように互いに間隔をあけて形成される、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
前記タンク部は、
ステンレス鋼によって形成され、前記複数のマイクロチューブとの間に前記第二の流体の流路を画成する収容部材と、
ステンレス鋼によって形成され、前記収容部材との間に前記第一保持部材と前記第二保持部材とを各々挟み込む一対の蓋部材と、を備える、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記マイクロチューブの外径は０．３から１．０ｍｍの範囲内である、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記マイクロチューブと前記マイクロチューブが挿通する前記貫通孔とを接続するロウ付け部を備える、
ことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の伝熱管と、伝熱管の両端に配置された一対のヘッダと、を備えるフィンレス熱交換器が開示されている。
【０００３】
このフィンレス熱交換器では、一対のヘッダは、伝熱管を保持する穴あきブロックを有する。穴あきブロックは、伝熱管の端部を保持する複数の溝を有する板状部材が複数個積層されて形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−０５３５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、板状部材は、伝熱管を保持するために伝熱管の長手方向に厚みが必要であった。そのため、熱交換器の軽量化が困難であった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換器の軽量化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によれば、第一の流体と第二の流体との間で熱交換を行う熱交換器は、ステンレス鋼によって形成され、内周を第一の流体が流通する複数のマイクロチューブと、前記複数のマイクロチューブを収容するタンク部と、ステンレス鋼によって形成され、前記マイクロチューブが挿通する貫通孔が複数開口し、第一の流体と熱交換する第二の流体の流路を前記タンク部内に画成する第一保持部材及び第二保持部材と、を備え、前記第一保持部材及び前記第二保持部材の厚みは前記マイクロチューブの外径よりも薄い。
【発明の効果】
【０００８】
上記態様では、第一及び第二保持部材は、厚みがマイクロチューブの外径よりも薄い。そのため、第一及び第二保持部材を軽量化できる。したがって、熱交換器を軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器の正面図である。
【図２】図２は、図１に示す熱交換器の一部を断面で示した図である。
【図３】図３は、熱交換部の斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、熱交換部の第一及び第二保持部材の側面の模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、熱交換部の正面の模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、熱交換部のマイクロチューブの配置間隔について説明する概念図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、熱交換部のマイクロチューブの配置間隔を決めるための解析結果図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る熱交換器１について説明する。
【００１１】
まず、図１から図３を参照して、熱交換器１の全体構成について説明する。
【００１２】
熱交換器１は、例えば、車両（図示省略）に適用され、冷却水と熱交換を行いエンジン（図示省略）内を循環する潤滑油（以下、「エンジンオイル」と称する。）の暖機や冷却を行う水冷式オイルクーラである。ここでは、第一の流体は冷却水であり、第二の流体はエンジンオイルである。
【００１３】
熱交換器１は、図２に示すように、熱交換部２と、タンク部３と、を備える。
【００１４】
熱交換部２は、冷却水とエンジンオイルとの間で熱交換を行う。熱交換部２は、互いに間隔をあけて並べられる複数のマイクロチューブ２１と、マイクロチューブ２１の一端部近傍を保持する第一保持部材２２と、マイクロチューブ２１の他端部近傍を保持する第二保持部材２３と、ロウなどによってマイクロチューブ２１と第一及び第二保持部材２２，２３とを接合するロウ付け部２４と、を備える。
【００１５】
マイクロチューブ２１と第一保持部材２２と第二保持部材２３と、はそれぞれステンレス鋼によって形成される。
【００１６】
各々のマイクロチューブ２１の内周には、第一の流体の流路として、冷却水が流通する冷却水流路２８が形成される。複数のマイクロチューブ２１間には、第二の流体の流路として、エンジンオイルが流通するオイル流路２９が形成される。
【００１７】
マイクロチューブ２１は、円環状の断面を有する円筒形に形成される。これに限らず、マイクロチューブ２１を、多角形状の断面を有するように形成してもよい。マイクロチューブ２１の外径は、０．３から１．０ｍｍの範囲内である。なお、図２及び図３では、理解を容易にするために、マイクロチューブ２１の外径を実際よりも大きく示している。
【００１８】
第一保持部材２２及び第二保持部材２３は、複数のマイクロチューブ２１を互いに間隔をあけて保持する。第一保持部材２２及び第二保持部材２３は、タンク部３内にオイル流路２９を画成する。第一保持部材２２及び第二保持部材２３の構成については、後で詳細に説明する。
【００１９】
タンク部３は、熱交換部２を収容して内側にエンジンオイルが流通する。タンク部３は、図１に示すように、収容部材としてのタンク本体３１と、蓋部材としての一対のヘッダ部材３２，３３と、を有する。
【００２０】
タンク本体３１と一対のヘッダ部材３２，３３とは、ステンレス鋼によって形成される。
【００２１】
タンク本体３１は、円弧状の断面形状を有する一対のシェル３１ａ，３１ｂを有する。タンク本体３１は、シェル３１ａとシェル３１ｂとの間に、熱交換部２を挟み込むようにシェル３１ａとシェル３１ｂとが突き合わされて、略円筒状に形成される。
【００２２】
タンク本体３１は、熱交換部２の外周に臨み、複数のマイクロチューブ２１を収容する。タンク本体３１は、図１及び図２に示すように、外部から熱交換部２に供給されるエンジンオイルが流通する流入通路３１ｃと、熱交換部２にて冷却水によって冷却され外部に排出されるエンジンオイルが流通する流出通路３１ｄと、を備える。
【００２３】
ヘッダ部材３２は、熱交換部２よりも冷却水の流れ方向上流側に設けられる。ヘッダ部材３２は、図１に示すように、タンク本体３１のフランジ部３１ｅにロウ付けや溶接等によって取り付けられるフランジ部３２ａを有する。ヘッダ部材３２は、ラジエータ（図示省略）から導かれる冷却水を、複数のマイクロチューブ２１に分散させる。
【００２４】
ヘッダ部材３３は、熱交換部２よりも冷却水の流れ方向下流側に設けられる。ヘッダ部材３３は、図１に示すように、タンク本体３１のフランジ部３１ｆにロウ付けや溶接等によって取り付けられるフランジ部３３ａを有する。ヘッダ部材３３は、複数のマイクロチューブ２１を流通してエンジンオイルを冷却した冷却水を合流させ、再びラジエータに導く。
【００２５】
次に図４Ａから図５Ｂを参照して、第一保持部材２２及び第二保持部材２３について説明する。
【００２６】
図４Ａに示すように、第一保持部材２２は、第一保持部本体２２ａと、複数の貫通孔２２ｂと、外周縁部２２ｃと、を備える。同様に、第二保持部材２３は、第二保持部材本体２３ａと、複数の貫通孔２３ｂと、外周縁部２３ｃと、を備える。第二保持部材２３は、第一保持部材２２と同様に構成されるので、ここでは第一保持部材２２についてのみ説明し、第二保持部材２３については説明を省略する。
【００２７】
第一保持部本体２２ａは、ステンレス鋼によって形成される略円形状の板部材である。第一保持部本体２２ａの厚みは、マイクロチューブ２１の外径よりも薄い。
【００２８】
これにより、第一及び第二保持部材２２，２３の厚みが薄くなるので、第一及び第二保持部材２２，２３を軽量化することができる。したがって、熱交換器１を軽量化することができる。
【００２９】
さらに、第一及び第二保持部材２２，２３の厚みが薄くなることにより、第一保持部材２２の貫通孔２２ｂ、第二保持部材２３の貫通孔２３ｂを、化学薬品によるエッチング加工、又はプレス加工によって形成することができる。
【００３０】
これにより、貫通孔２２ｂ，２３ｂを一斉に形成することが可能になるため、第一及び第二保持部材２２，２３の製造効率が向上する。したがって、熱交換器１の製造コストを低減させることができる。
【００３１】
また、複数のマイクロチューブ２１と第一及び第二保持部材２２，２３とは、チューブの外径と保持部材の厚みが近い値になる。
【００３２】
これにより、複数のマイクロチューブ２１と第一及び第二保持部材２２，２３との、昇温速度が近くなるため、ロウ付けなど部材接合の場合の温度管理が容易になり、熱交換部２の製造効率が向上する。
【００３３】
第一保持部材２２の外径は、ヘッダ部材３２のフランジ部３２ａ、及びタンク本体３１のフランジ部３１ｅと略同一に形成される。
【００３４】
第一保持部本体２２ａには、マイクロチューブ２１が挿通する貫通孔２２ｂが複数形成される。貫通孔２２ｂに挿通するマイクロチューブ２１は、ロウ付け部２４によって第一保持部材２２に接合される。
【００３５】
貫通孔２２ｂは、マイクロチューブ２１の外径と同じ若しくはマイクロチューブ２１の外径よりもやや大径に形成される。複数の貫通孔２２ｂは、第一保持部本体２２ａの側面部に一定の間隔で形成される。
【００３６】
第一保持部本体２２ａにおいて、ヘッダ部材３２のフランジ部３２ａ及びタンク本体３１のフランジ部３１ｅと当接する範囲には、貫通孔２２ｂが形成されない外周縁部２２ｃが形成される。
【００３７】
第一保持部材２２の外周縁部２２ｃは、タンク本体３１のフランジ部３１ｅとヘッダ部材３２のフランジ部３２ａとの間に挟み込まれる。タンク本体３１のフランジ部３１ｅとヘッダ部材３２のフランジ部３２ａとの接合部は、例えばロウ付けや溶接等で接合される。
【００３８】
同様に、第二保持部材２３の外周縁部２３ｃは、タンク本体３１のフランジ部３１ｆとヘッダ部材３３のフランジ部３３ａとの間に挟み込まれる。タンク本体３１のフランジ部３１ｆとヘッダ部材３３のフランジ部３３ａとの接合部は、例えばロウ付けや溶接等で接合される。
【００３９】
これにより、第一及び第二保持部材２２，２３の厚みが薄くても、タンク部３内に固定するのが容易になると共に、第一及び第二保持部材２２，２３を補強することができる。そのため、第一及び第二保持部材２２，２３は、強度を確保した上で、厚みをさらに薄くすることができる。したがって、熱交換器１のさらなる軽量化を図ることができる。
【００４０】
以下、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、貫通孔２２ｂの間隔について説明する。
【００４１】
図５Ａは、マイクロチューブ２１の配置間隔について説明する概念図である。ここでは、オイル流路２９に流入するときのエンジンオイルの温度をＴｉｎ、エンジンオイルの圧力をＰｉｎ、オイル流路２９から流出するときのエンジンオイルの温度をＴｏｕｔ、エンジンオイルの圧力をＰｏｕｔとする。オイル流路２９の通過前後でのエンジンオイルの温度差、即ちＴｉｎ−ＴｏｕｔをΔＴとする。オイル流路２９の通過前後でのエンジンオイルの圧力差、即ちＰｉｎ−ＰｏｕｔをΔＰとする。
【００４２】
そして、図５Ａに矢印で示す流体の流れ方向に対して平行に並ぶ複数のマイクロチューブ２１において、マイクロチューブ２１の外周から隣り合うマイクロチューブ２１の外周までの距離を、マイクロチューブ間距離Ｄとする。
【００４３】
図５Ｂは、マイクロチューブ２１間を流れるエンジンオイルの温度と圧力と応力の、通過するマイクロチューブ間距離Ｄの違いによる変化を解析した結果である。なお、ここでは、マイクロチューブ間距離Ｄは、第一及び第二保持部材２２，２３の厚みを考慮するために、マイクロチューブ間距離Ｄを保持部材厚ｔで割った値に置き換えている。
【００４４】
図５Ｂでは、縦軸は、タンク部３内の温度変化と圧力変化と応力変化を総合して判断するための指標としてのΔＴ比率／（ΔＰ比率×応力比率）であり、横軸は、保持部材厚ｔを考慮したマイクロチューブ間距離Ｄの指標としてのマイクロチューブ間距離／保持部材厚である。
【００４５】
マイクロチューブ間距離／保持部材厚＝１のとき、即ちマイクロチューブ間距離Ｄが保持部材厚ｔと等しいときを基準にして、マイクロチューブ間距離Ｄを変化させたときのΔＴ比率／（ΔＰ比率×応力比率）を解析した。
【００４６】
その結果、図５Ｂに示すように、マイクロチューブ間距離／保持部材厚の値が１以上２以下の範囲内であるとき、ΔＴ比率／（ΔＰ比率×応力比率）は、基準であるマイクロチューブ間距離／保持部材厚＝１の場合以上になる。
【００４７】
以上より、貫通孔２２ｂは、マイクロチューブ間距離／保持部材厚の値が１以上２以下の範囲内になるマイクロチューブ間距離Ｄの間隔で、複数形成されることが望ましい。
【００４８】
これにより、第一及び第二保持部材２２，２３は、厚みが薄くても、複数のマイクロチューブ２１によって、タンク部３内の圧力や応力に耐えることができる。そのため、第一及び第二保持部材２２，２３を軽量化することができる。したがって、熱交換器１を軽量化することができる。
【００４９】
貫通孔２２ｂは、第一保持部本体２２ａに、化学薬品によるエッチング加工で形成してもよいし、プレス加工で形成してもよい。
【００５０】
これにより、貫通孔２２ｂ，２３ｂを一斉に形成することが可能になるため、第一及び第二保持部材２２，２３の製造効率が向上する。したがって、熱交換器１の製造コストを低減させることができる。
【００５１】
第一保持部本体２２ａの複数の貫通孔２２ｂには、各々マイクロチューブ２１の一端部が挿通する。貫通孔２２ｂとマイクロチューブ２１の一端部の接合箇所は、ロウ付け部２４によって接合される。これにより、図４Ｂに示すように、複数のマイクロチューブ２１の一端部は、第一保持部材２２に保持される。
【００５２】
同様に、複数のマイクロチューブ２１の他端部は、第二保持部材２３に保持される。
【００５３】
以上のように、熱交換部２は、互いに間隔をあけて保持される複数のマイクロチューブ２１と、マイクロチューブ２１の一端部近傍を保持する第一保持部材２２と、マイクロチューブ２１の他端部近傍を保持する第二保持部材２３と、がロウ付け部２４によって接続されている。
【００５４】
これにより、複数のマイクロチューブ２１を第一及び第二保持部材２２，２３に固定する際に複数のマイクロチューブ２１を一斉に固定できるようになるため、熱交換器１の製造効率が向上し、熱交換器１の製造コストを低減させることができる。さらに、ロウ付けによる接合によって、マイクロチューブ２１が第一及び第二保持部材２２，２３の貫通孔２２ｂ，２３ｂから抜けづらくなるため、熱交換器１の耐久性が向上する。
【００５５】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００５６】
冷却水とエンジンオイルとの間で熱交換を行う熱交換器１は、ステンレス鋼によって形成され、内周を冷却水が流通する複数のマイクロチューブ２１と、複数のマイクロチューブ２１を収容するタンク部３と、ステンレス鋼によって形成され、マイクロチューブ２１が挿通する貫通孔２２ｂ，２３ｂが複数開口し、冷却水と熱交換するエンジンオイルのオイル流路２９をタンク部３内に画成する第一保持部材２２及び第二保持部材２３と、を備え、第一保持部材２２及び第二保持部材２３の厚みはマイクロチューブ２１の外径よりも薄い。
【００５７】
これにより、第一及び第二保持部材２２，２３の厚みが薄くなるので、第一及び第二保持部材２２，２３を軽量化することができる。したがって、熱交換器１を軽量化することができる。
【００５８】
さらに、第一及び第二保持部材２２，２３の厚みが薄くなることにより、第一保持部材２２の貫通孔２２ｂ、第二保持部材２３の貫通孔２３ｂを、化学薬品によるエッチング加工、又はプレス加工によって形成することができる。
【００５９】
これにより、貫通孔２２ｂ，２３ｂを一斉に形成することが可能になるため、第一及び第二保持部材２２，２３の製造効率が向上する。したがって、熱交換器１の製造コストを低減させることができる。
【００６０】
また、第一及び第二保持部材２２，２３に形成される複数の貫通孔２２ｂ，２３ｂは、マイクロチューブ２１の外周から隣り合うマイクロチューブ２１の外周までの距離であるマイクロチューブ間距離Ｄを、第一及び第二保持部材２２，２３の保持部材厚ｔで除算した値が１以上２以下の値になるように互いに間隔をあけて形成される。
【００６１】
これにより第一及び第二保持部材２２，２３は、厚みが薄くても、複数のマイクロチューブ２１によって、タンク部３内の圧力や応力に耐えることができるため、第一及び第二保持部材２２，２３を軽量化することができる。したがって、熱交換器１を軽量化することができる。
【００６２】
また、タンク部３は、ステンレス鋼によって形成され、複数のマイクロチューブ２１との間にオイル流路２９を覚醒するタンク本体３１と、ステンレス鋼によって形成され、タンク本体３１との間に第一保持部材２２と第二保持部材２３とを各々挟み込む一対のヘッダ部材３２，３３と、を備える。
【００６３】
これにより、第一及び第二保持部材２２，２３の厚みが薄くても、タンク部３内に固定するのが容易になると共に、第一及び第二保持部材２２，２３を補強することができる。そのため、第一及び第二保持部材２２，２３は、強度を確保した上で、厚みをさらに薄くすることができる。したがって、熱交換器１のさらなる軽量化を図ることができる。
【００６４】
また、マイクロチューブ２１の外径は、０．３から１．０ｍｍの範囲内である。
【００６５】
これにより、マイクロチューブ２１と第一及び第二保持部材２２，２３とは、チューブの外径と保持部材の厚みが近い値になる。
【００６６】
そのため、マイクロチューブ２１と第一及び第二保持部材２２，２３との昇温速度が近くなり、ロウ付けなど部材接合の場合の温度管理が容易になる。したがって、熱交換器１の製造効率が向上する。
【００６７】
また、貫通孔２２ｂとマイクロチューブ２１の一端部との接合箇所、及び貫通孔２３ｂとマイクロチューブ２１の他端部との接合箇所は、それぞれ、ロウ付け部２４によって接合される。
【００６８】
これにより、複数のマイクロチューブ２１を第一及び第二保持部材２２，２３に固定する際に複数のマイクロチューブ２１を一斉に固定できるようになるため、熱交換器１の製造効率が向上し、熱交換器１の製造コストを低減させることができる。
【００６９】
さらに、ロウ付けによる接合によって、マイクロチューブ２１が第一及び第二保持部材２２，２３の貫通孔２２ｂ，２３ｂから抜けづらくなるため、熱交換器１の耐久性が向上する。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００７１】
例えば、上記実施形態では、熱交換器１がオイルクーラである場合について説明した。しかしながら、熱交換器１は、ラジエータ等の他の熱交換器であってもよい。
【００７２】
また、上記実施形態の、冷却水流路２８に冷却水が流れ、オイル流路２９にエンジンオイルが流れる場合について説明した。しかしながら、冷却水流路２８にエンジンオイルが流れ、オイル流路２９に冷却水が流れる構成にしてもよい。
【００７３】
また、熱交換部２における冷却水の流れ方向中央近傍に、流入通路３１ｃから供給されたエンジンオイルがオイル流路２９の一部に偏って流れることを防止するディバイドプレート（図示省略）を設けてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１        熱交換器
２        熱交換部
３        タンク
２１      マイクロチューブ
２２      第一保持部材
２３      第二保持部材
２４      ロウ付け部
２８      冷却水流路（第一の流体の流路）
２９      オイル流路（第二の流体の流路）
３１      タンク本体（収容部材）
３２      ヘッダ部材（蓋部材）
【図１】
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【図２】
2020003189.tif 000004
【図３】
2020003189.tif 000005
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2020003189.tif 000007
【図５Ａ】
2020003189.tif 000008
【図５Ｂ】
2020003189.tif 000009