(57)【要約】【課題】チューブとは別に保護部材を設けること無く、固形物の衝突による損傷発生を低減できる熱交換器を提供する。【解決手段】チューブ（２２）は、フィン（２４）に接触する一対の接触側面（２２ａ，２２ｂ）と、一対の接触側面（２２ａ，２２ｂ）を繋ぐ一対の非接触側面（２２ｃ，２２ｄ）と、を有しており、非接触側面（２２ｃ）には、流路の流れ方向における中央部から離隔した位置に外端部（２２１）が設けられており、外端部（２２１）から中央部に接近するように屈曲された凹部（２２２）が、一対の外端部（２２１）に挟まれるように形成されている【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器であって、
空気との間で熱交換を行う流体を受け入れる受入側タンク（１８）と、
熱交換後の流体を送り出す送出側タンク（２０）と、
前記受入側タンクと前記送出側タンクとを繋ぐように複数設けられ、流体を通す流路が内部に形成されているチューブ（２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ）と、
隣接する前記チューブの間に設けられているフィン（２４）と、を備え、
前記チューブは、前記フィンに接触する一対の接触側面（２２ａ，２２ｂ）と、一対の前記接触側面を繋ぐ一対の非接触側面（２２ｃ，２２Ａｃ，２２ｄ，２２Ｂｄ）と、を有しており、
前記非接触側面には、前記流路の流れ方向における中央部から離隔した位置に外端部（２２１，２２１Ａｎ，２２１Ａｗ）が設けられており、
一対の前記非接触側面の少なくとも一方に、前記外端部から前記中央部に接近するように屈曲された凹部（２２２，２２２Ａｎ，２２２Ａｗ）が、一対の前記外端部に挟まれるように形成されている、熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記凹部は、前記チューブの長手方向において前記外端部と交互に複数設けられている、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、
一対の前記非接触側面の少なくとも一方は、前記外端部が形成されている外端部領域と、前記凹部が形成されている凹部領域とを有し、
前記外端部領域と前記凹部領域との前記チューブの長手方向における長さ専有比が、４：６から６：４になるように構成されている、熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器であって、
一対の前記非接触側面（２２Ａｃ）の少なくとも一方は、隣接する前記凹部（２２２Ａｎ）の間隔が第１ピッチである近接領域と、隣接する前記凹部（２２２Ａｗ）の間隔が第２ピッチである離隔領域とを有し、前記第１ピッチよりも前記第２ピッチが大きい、熱交換器。
【請求項５】
請求項４に記載の熱交換器であって、
前記近接領域は一対の前記離隔領域に挟まれるように設けられ、一対の離隔領域はそれぞれ前記受入側タンク側と前記送出側タンク側とに分けて設けられている、熱交換器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器であって、
前記凹部は、一対の前記非接触側面（２２ｃ，２２Ｂｄ）の双方に形成されている、熱交換器。
【請求項７】
請求項６に記載の熱交換器であって、
一方の前記非接触側面に形成されている前記凹部の位置と、他方の前記非接触側面に形成されている前記凹部の位置とが対応するように設けられている、熱交換器。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器であって、
更に、前記チューブの流路内において、一方の前記接触側面と他方の前記接触側面とを前記非接触側面に近接した位置で繋ぐように設けられているインナーフィン（２２３）を備える、熱交換器。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換器であって、
前記凹部の平均厚みよりも前記外端部の平均厚みが厚くなるように前記非接触側面が形成されている、熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換用のチューブを備えた熱交換器においては、熱交換器のチューブ周りを流れる空気に混じり、細かい固形物がチューブに向けて飛来し、その固形物がチューブに当たる場合がある。例えば、熱交換器が車両のエンジンルーム内に搭載されている場合には、車両の走行により跳ね上げられた小石などの固形物が熱交換器のチューブに衝突することによりそのチューブが損傷するという解決すべき課題がある。
【０００３】
この課題を解決するため、下記特許文献１に記載の熱交換器では、チューブに対し専ら固形物が飛来してくる側である空気流れ上流側に、チューブを保護する保護部材を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−５９７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、チューブとは別に保護部材が必ず必要となるため、構造が複雑となり、重量も増加するという新たな解決すべき課題がある。
【０００６】
本開示は、チューブとは別に保護部材を設けること無く、固形物の衝突による損傷発生を低減できる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、熱交換器であって、空気との間で熱交換を行う流体を受け入れる受入側タンク（１８）と、熱交換後の流体を送り出す送出側タンク（２０）と、受入側タンクと送出側タンクとを繋ぐように複数設けられ、流体を通す流路が内部に形成されているチューブ（２２）と、隣接するチューブの間に設けられているフィン（１４）と、を備えている。チューブは、フィンに接触する一対の接触側面（２２ａ，２２ｂ）と、一対の接触側面を繋ぐ一対の非接触側面（２２ｃ，２２ｄ）と、を有している。非接触側面には、流路の流れ方向における中央部（ＣＬ）から離隔した位置に外端部（２２１）が設けられており、一対の非接触側面の少なくとも一方に、外端部から中央部に接近するように屈曲された凹部（２２２）が、一対の外端部に挟まれるように形成されている。
【０００８】
本開示における熱交換器では、例えば車両に搭載するにあたっては、チューブ間に空気を通しやすくするため一方の非接触側面を風上側である車両前方に向けて搭載することになり、走行中に固形物が衝突する可能性がある。そこで、少なくとも一方の非接触側面に、外端部に挟まれ外端部からチューブの中央部に接近するように屈曲された凹部を設けることで、剛性増加及び応力分散を図り、非接触側面にかかる衝突エネルギを緩和し、チューブの変形や破壊を抑制することができる。
【０００９】
尚、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載した括弧内の符号は、後述する「発明を実施するための形態」との対応関係を示すものであって、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」が、後述する「発明を実施するための形態」に限定されることを示すものではない。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、チューブとは別に保護部材を設けること無く、固形物の衝突による損傷発生を低減できる熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態における熱交換器の全体構成を説明するための正面図である。
【図２】図２は、本実施形態における熱交換器のチューブ近傍を拡大した斜視図である。
【図３】図３は、図２のIII-III断面を示す断面図である。
【図４】図４は、図２のIV-IV断面を示す断面図である。
【図５】図５は、チューブ先端近傍を拡大した斜視図である。
【図６】図６は、チューブ先端近傍を拡大した平面図である。
【図７】図７は、変形例のチューブ先端近傍を拡大した平面図である。
【図８】図８は、チューブ全体を示す斜視図である。
【図９】図９は、変形例としてのチューブ全体を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、変形例において図２のIII-III断面に相当する断面を示す断面図である。
【図１１】図１１は、変形例において図２のIV-IV断面に相当する断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、本実施形態における熱交換器１０の全体構成図である。熱交換器１０は、車両において、車室外であるエンジンルームに搭載されている。熱交換器１０は、エンジンを冷却するエンジン冷却水と外気とを熱交換させることによりエンジン冷却水の熱を外気へ放出させる。熱交換器１０は車両用のラジエータであり、エンジン冷却水が熱媒体として用いられている。熱交換器１０の冷却水の循環は、例えば不図示のウォータポンプによって行われる。
【００１４】
図１においては、熱交換器１０が搭載される車両の幅方向に沿って、進行方向に向かって右側から左側に向かう方向を正方向としてｘ軸を設定している。熱交換器１０が搭載される車両の上下方向に沿って、上向きを正方向としてｙ軸を設定している。熱交換器１０が搭載される車両の前後方向に沿って、進行方向後方から前方に向かう方向を正方向としてｚ軸を設定している。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸はそれぞれ直交している。図２以降においても、このように設定したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を設定して説明する。
【００１５】
熱交換器１０は、コア部１６と、受入側タンク１８と、送出側タンク２０と、を備えている。コア部１６は、チューブ２２と、フィン２４と、を有している。チューブ２２は、ｘ軸に沿って複数本設けられている。
【００１６】
隣接するチューブ２２の間に、フィン２４が設けられている。チューブ２２は、アルミニウム合金製の管である。フィン２４は、アルミニウム合金製の薄板を曲げて形成されている。フィン２４は、隣接するチューブ２２をつなぐように、ろう付けなどによって接合されている。フィン２４は、ｚ軸方向から見た形状が波状になっており、隣接するチューブ２２の間をうねるように設けられている。
【００１７】
受入側タンク１８と、送出側タンク２０とは、コア部１６の両端部にそれぞれ配置されている。受入側タンク１８には、受入口１８１が設けられている。送出側タンク２０には、送出口２０１が設けられている。
【００１８】
受入側タンク１８には、全てのチューブ２２の一端側がそれぞれ接続されている。受入側タンク１８は、複数のチューブ１２の積層方向であるｙ軸方向に沿って長手方向が形成されている。受入側タンク１８には、内部空間が形成されている。内部空間は、すべてのチューブ２２と連通している。
【００１９】
送出側タンク２０には、全てのチューブ２２の多端側がそれぞれ接続されている。送出側タンク２０は、複数のチューブ２２の積層方向であるｙ軸方向に沿って長手方向が形成されている。送出側タンク２０には、内部空間が形成されている。内部空間は、すべてのチューブ２２と連通している。
【００２０】
エンジンを冷却して高温となったエンジン冷却水は、受入口１８１から受入側タンク１８内に導入される。受入側タンク１８内に導入されたエンジン冷却水は、複数のチューブ２２に分配され、チューブ２２内の流路を送出側タンク２０に向かって流れる。
【００２１】
チューブ２２内を流れるエンジン冷却水は、ｘ軸方向に沿って流れ、チューブ２２近傍を流れる空気は、ｚ軸方向に沿って流れる。エンジン冷却水は、チューブ２２内を流れる間に、チューブ２２の周囲を流れる空気と熱交換を行って冷却される。
【００２２】
冷却されたエンジン冷却水は、送出側タンク２０内に流れ込む。送出側タンク２０に集約されたエンジン冷却水は、送出口２０１からエンジンに向けて還流する。
【００２３】
続いて、図２を参照しながら、チューブ２２及びフィン２４について説明を加える。チューブ２２は、フィン２４に接触する一対の接触側面２２ａと接触側面２２ｂとを有している。チューブ２２は、接触側面２２ａと接触側面２２ｂとを繋ぐ、一対の非接触側面２２ｃ及び非接触側面２２ｄ（図２においては明示せず）を有している。チューブ２２は、一対の接触側面２２ａ，２２ｂと一対の非接触側面２２ｃ，２２ｄとによって流路が内部に形成された筒状態を形成している。
【００２４】
車載時に前方側となる非接触側面２２ｃには、外端部２２１と凹部２２２とが形成されている。外端部２２１及び凹部２２２について、図３，４，５を参照しながら説明する。
【００２５】
図３は、図２のIII-III断面を示す断面図であって、凹部２２２を通る断面を示している。図４は、図２のIV-IV断面を示す断面図であって、外端部２２１を通る断面を示している。図５は、外端部２２１及び凹部２２２近傍を車載時前方からみた斜視図である。
【００２６】
図３，４に示されるように、外端部２２１は、チューブ２２の流路流れ方向の中央部ＣＬから離隔した位置に設けられている。外端部２２１は、凹部２２２よりも中央部ＣＬから離隔した位置に設けられている。
【００２７】
図５に示されるように、凹部２２２は、外端部２２１から中央部ＣＬに接近するように屈曲形成されている。凹部２２２は、一対の外端部２２１に挟まれるように設けられている。
【００２８】
上記したように本実施形態における熱交換器１０は、空気との間で熱交換を行う流体を受け入れる受入側タンク１８と、熱交換後の流体を送り出す送出側タンク２０と、受入側タンク１８と送出側タンク２０とを繋ぐように複数設けられ、流体を通す流路が内部に形成されているチューブ２２と、隣接するチューブの間に設けられているフィン２４と、を備えている。チューブ２２は、フィン２４に接触する一対の接触側面２２ａ，２２ｂと、一対の接触側面２２ａ，２２ｂを繋ぐ一対の非接触側面２２ｃ，２２ｄと、を有している。非接触側面２２ｃ，２２ｄには、流路の流れ方向における中央部ＣＬから離隔した位置に外端部２２１が設けられている。一対の非接触側面２２ｃ，２２ｄの少なくとも一方に、外端部２２１から中央部ＣＬに接近するように屈曲された凹部２２２が、一対の外端部２２１に挟まれるように形成されている。
【００２９】
本実施形態における熱交換器１０では、例えば車両に搭載するにあたっては、チューブ２２の間に空気を通しやすくするため一方の非接触側面２２ｃを風上側である車両前方に向けて搭載することになり、走行中に固形物が衝突する可能性がある。そこで、少なくとも一方の非接触側面２２ｃに、外端部２２１に挟まれ外端部２２１からチューブの中央部ＣＬに接近するように屈曲された凹部２２２を設けることで、剛性増加及び応力分散を図り、非接触側面２２ｃにかかる衝突エネルギを緩和し、チューブ２２の変形や破壊を抑制することができる。
【００３０】
また本実施形態において凹部２２２は、チューブ２２の長手方向であるｘ軸方向において外端部２２１と交互に複数設けられている。
【００３１】
本実施形態では、外端部２２１と凹部２２２とをチューブ２２の長手方向において交互に複数設けることで、長手方向における剛性増加及び応力分散を図り、チューブ２２の変形や破壊を抑制する効果をより高めることができる。
【００３２】
図６に示されるように、一対の非接触側面２２ｃ，２２ｄの少なくとも一方は、外端部２２１が形成されている外端部領域Ｚａと、凹部２２２が形成されている凹部領域Ｚｂとを有している。外端部領域Ｚａと凹部領域Ｚｂとのチューブの長手方向であるｘ軸方向における長さ専有比が、４：６から６：４になるように構成されている。
【００３３】
外端部領域Ｚａのｘ軸方向における専有長さは、少なくとも２以上形成される外端部２２１の平坦面長さの総和として求められる。凹部領域Ｚｂのｘ軸方向における専有長さは、少なくとも１以上形成される凹部２２２の屈曲が始まる部分から終わる部分までのｘ軸方向に沿った長さの総和として求められる。外端部領域Ｚａと凹部領域Ｚｂとのチューブの長手方向であるｘ軸方向における長さ専有比は、外端部領域Ｚａの専有長さと凹部領域Ｚｂの専有長さの比として求められる。
【００３４】
本実施形態では、外端部領域Ｚａと凹部領域Ｚｂとの長さ専有比が４：６から６：４となるように、外端部２２１及び凹部２２２を形成しているので、外端部２２１と凹部２２２との形成バランスを良好に保つことができ、チューブ２２の長手方向における剛性増加及び応力分散を図り、チューブ２２の変形や破壊を抑制する効果をより高めることができる。
【００３５】
図６に示されるように、チューブ２２では、隣接する外端部２２１の中央部同士の間隔であるピッチＰａが等しくなるように構成されている。同様に、隣接する凹部２２２のピッチＰｂも等しくなるように構成されている。ピッチＰａもピッチＰｂも１０ｍｍ程度である。
【００３６】
一方、図７に示されるようなチューブ２２Ａを用いることもできる。チューブ２２Ａにおいて、非接触側面２２Ａｃに、外端部２２１Ａｎ及び外端部２２１Ａｗと、凹部２２２Ａｎ及び凹部２２２Ａｗと、が形成されている。
【００３７】
外端部Ａｎと凹部２２２Ａｎとは、近接領域Ｚｎに形成されている。隣接する外端部２２１Ａｎの中央部同士の間隔である第１ピッチＰａｎが互いに等しくなるように構成されている。同様に、隣接する凹部２２２Ａｎの中央部同士の間隔である第１ピッチＰｂｎが互いに等しくなるように構成されている。
【００３８】
外端部Ａｗと凹部２２２Ａｗとは、離隔領域Ｚｗに形成されている。隣接する外端部２２１Ａｗの中央部同士の間隔である第２ピッチＰａｗが互いに等しくなるように構成されている。同様に、隣接する凹部２２２Ａｗの中央部同士の間隔である第２ピッチＰｂｗが互いに等しくなるように構成されている。
【００３９】
本実施形態では、近接領域Ｚｎにおける外端部２２１Ａｎの間隔である第１ピッチＰａｎよりも、離隔領域Ｚｗにおける外端部２２１Ａｗの間隔である第２ピッチＰａｗが大きくなるように構成されている。同様に、近接領域Ｚｎにおける凹部２２２Ａｎの間隔である第１ピッチＰｂｎよりも、離隔領域Ｚｗにおける凹部２２２Ａｗの間隔である第２ピッチＰｂｗが大きくなるように構成されている。
【００４０】
このように、一対の非接触側面の少なくとも一方の非接触側面２２Ａｃは、隣接する凹部２２２Ａｎの間隔が第１ピッチＰｂｎである近接領域Ｚｎと、隣接する凹部２２２Ａｗの間隔が第２ピッチＰｂｗである離隔領域Ｚｗとを有し、第１ピッチＰｂｎよりも前記第２ピッチＰｂｗが大きい。
【００４１】
近接領域Ｚｎは、隣接する凹部２２２Ａｎの間隔である第１ピッチＰｂｎが、離隔領域Ｚｗにおける凹部２２２Ａｗの間隔である第２ピッチＰｂｗよりも狭いので、離隔領域Ｚｗよりも剛性を高めることができる。近接領域Ｚｎと離隔領域Ｚｗとを設けることで、より強度が必要となる部分の剛性を高めることができ、チューブ２２Ａの変形や破壊をより効果的に抑制することができる。
【００４２】
近接領域Ｚｎは一対の離隔領域Ｚｗに挟まれるように設けられ、一対の離隔領域Ｚｗはそれぞれ受入側タンク１８側と送出側タンク２０側とに分けて設けられている。
【００４３】
チューブ２２は、受入側タンク１８及び送出側タンク２０から離れた中央近傍が変形しやすい。そこで、受入側タンク１８及び送出側タンク２０に比較的近い部位には離隔領域Ｚｗを形成し、中央近傍に近接領域Ｚｎを形成することで、より強度が必要となる中央近傍の剛性を高めることができる。
【００４４】
図８に示されるように、チューブ２２においては、一方の非接触側面２２ｃにのみ、外端部２２１及び凹部２２２が設けられている。走行中に飛んでくる固形物は前方からのみであるので、車載時に非接触側面２２ｃ側が前方になるように搭載すれば、チューブ２２の破損防止の観点からは非接触側面２２ｃにのみ凹部２２２が設けられていれば足りる。
【００４５】
一方、図９に示されるチューブ２２Ｂのように、一方の非接触側面２２ｃのみならず、他方の非接触側面２２Ｂｄにも外端部２２１及び凹部２２２が設けられていてもよい。
【００４６】
このように、凹部２２２が、一対の非接触側面２２ｃ，２２Ｂｄの双方に形成されることも好ましい。一対の非接触側面２２ｃ，２２Ｂｄの双方に凹部２２２を形成することで、チューブ２２Ｂ内における流体の流れが円滑なものとなる。
【００４７】
また本実施形態において、一方の非接触側面２２ｃに形成されている凹部２２２の位置と、他方の非接触側面２２Ｂｄに形成されている凹部２２２の位置とが対応するように設けられていてもよい。一方の非接触側面２２ｃに形成されている凹部２２２の位置と、他方の非接触側面２２Ｂｄに形成されている凹部２２２の位置とを対応させることで、チューブ２２Ｂ内部における流体の流れがより円滑なものとなる。また、チューブ２２Ｂのｚ軸方向における前後の方向性が無くなるので、製品管理や組付けが容易なものとなる。
【００４８】
本実施形態におけるチューブ２２，２２Ａ，２２Ｂは、非接触側面２２ｃに固形物が当たった場合の破損を抑制しつつ、追加の部材を必要としないものである。この技術的思想を前提として、更に破損抑制効果を高めるものとして、図１０及び図１１に例示するチューブ２２Ｃがある。
【００４９】
図１０は、チューブ２２Ｃにおいて図３に相当する断面を示す断面図である。図１１は、チューブ２２Ｃにおいて図４に相当する断面を示す断面図である。
【００５０】
チューブ２２Ｃは、流路内において、一方の接触側面２２ａと他方の接触側面２２ｂとを非接触側面２２ｃ，２２ｄに近接した位置で繋ぐように設けられているインナーフィン２２３を備えている。
【００５１】
非接触側面２２ｃ，２２ｄに近接した位置で、インナーフィン２２３が一方の接触側面２２ａと他方の接触側面２２ｂとを繋いでいるので、非接触側面２２ｃ，２２ｄに固形物が衝突した場合であっても、非接触側面２２ｃ，２２ｄが変形し一方の接触側面２２ａと他方の接触側面２２ｂとが離れてしまうのを抑制することができ、チューブ２２Ｃの破損をより効果的に抑制することができる。
【００５２】
本実施形態におけるチューブ２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃにおいては、凹部２２２，２２２Ａｎ，２２２Ａｗの平均厚みより外端部２２１，２２１Ａｎ，２２１Ａｗの平均厚みが厚くなるように非接触側面２２ｃ，２２Ａｃ，２２ｄ，２２Ｂｄが形成されていてもよい。
【００５３】
走行中においては前方から固形物が飛んでくる可能性が高いため、凹部２２２，２２２Ａｎ，２２２Ａｗよりも外端部２２１，２２１Ａｎ，２２１Ａｗに固形物が衝突する可能性が高くなる。これに対応するため、外端部２２１，２２１Ａｎ，２２１Ａｗの平均厚みを凹部２２２，２２２Ａｎ，２２２Ａの平均厚みよりも厚くすることで、チューブ２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの変形や破壊をより効果的に抑制することができる。
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
１８：受入側タンク
２０：送出側タンク
２２：チューブ
２２ａ，２２ｂ：接触側面
２２ｃ，２２ｄ：非接触側面
２２１：外端部
２２２：凹部
２４：フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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