(57)【要約】【課題】接続プレートの破損を防止することのできる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器１０は、空気と冷却水との間で熱交換を行う熱交換コア部１００と、熱交換コア部１００への空気の供給を行う入口タンク部２００と、を備える。熱交換コア部１００には、入口タンク部２００の一部を外周側から囲む接続プレート１２０が設けられている。接続プレート１２０には、その縁１２１に沿って並ぶよう、スリット状の開口１３０が複数形成されている。接続プレート１２０は、それぞれの開口１３０と縁１２１との間の部分を、入口タンク部２００側に向けて凹状に変形させる。開口１３０には、他の部分よりも幅寸法の大きくなっている拡幅部１３２が、その第１方向に沿った両端となる位置に形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器（１０）であって、
第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換コア部（１００）と、
前記熱交換コア部に接続され、前記熱交換コア部への前記第１流体の供給、又は前記熱交換コア部からの前記第１流体の排出を行うタンク部（２００，３００）と、を備え、
前記熱交換コア部には、前記タンク部の一部を外周側から囲む接続プレート（１２０）が設けられており、
前記接続プレートには、その縁（１２１）に沿って並ぶよう、スリット状の開口（１３０）が複数形成されており、
前記接続プレートは、それぞれの前記開口と前記縁との間の部分を、前記タンク部側に向けて凹状に変形させることで、前記熱交換コア部と共に前記タンク部に対して固定されるものであり、
前記縁に沿って複数の前記開口が並んでいる方向を第１方向とし、前記開口から前記縁に向かう方向を第２方向としたときに、
少なくとも一部の前記開口には、
第２方向に沿った幅寸法において、当該開口のうちの他の部分よりも大きくなっている拡幅部（１３２）が、その前記第１方向に沿った両端となる位置に形成されている熱交換器。
【請求項２】
前記拡幅部は円弧状に形成されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記拡幅部は、円弧状に形成された第１円弧部と、前記第１円弧部とは中心の異なる円弧状に形成された第２円弧部とを有している、請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記拡幅部は、前記開口のうちの他の部分よりも、前記第２方向に沿って前記縁側に向けて突出している、請求項２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記拡幅部は、前記開口のうちの他の部分よりも、前記第２方向に沿って前記縁側及びその反対側の両方に向けて突出している、請求項２に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記接続プレートのうち前記開口と前記縁との間の部分であって、前記タンク部側に向けて凹状に変形する部分の範囲を変形範囲（１４０）としたときに、
前記変形範囲に対応する前記開口の前記拡幅部は、当該変形範囲よりも、前記第１方向に沿った外側となる位置まで延びている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【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】
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ている。このような熱交換器には、例えば、冷却水から熱を放出させるためのラジエータや、内燃機関に過給される空気の温度を低減するためのインタークーラーや、空調用のヒーターコア等が挙げられる。
【０００３】
このような熱交換器の中には、流体間の熱交換を行う部分である熱交換コア部と、当該熱交換部に一方の流体を供給（又は排出）するためのタンク部と、を互いに接続した構成のものがある。例えば下記特許文献１に記載の熱交換器では、熱交換コア部に接続プレートを設けた上で、この接続プレートを介して、熱交換コア部とタンク部とを互いに接続する構成となっている。
【０００４】
上記の接続プレートは、タンク部の一部を外周側から囲んでいる。接続プレートには、その縁に沿って並ぶよう、スリット状の開口が複数形成されている。接続プレートのうち、それぞれの開口と上記の縁との間の部分は、加締めによってタンク側に向けて凹状に変形している。これにより、接続プレートは、熱交換コア部と共に前記タンク部に対して固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４３３１２０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
車両の走行中においては、熱交換コア部とタンク部との接続部分には振動が加えられる。また、上記接続部分には、内部を流れる流体の圧力が加えられることもある。このため、
接続プレートのうち特に開口が形成された部分には比較的大きな応力集中が発生し、当該部分が破損してしまう可能性がある。接続プレートが破損すると、破損箇所から流体が外部へと漏出し、車両が走行し得ない状態となってしまう可能性もある。
【０００７】
本開示は、接続プレートの破損を防止することのできる熱交換器、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】
【０００８】
本開示に係る熱交換器（１０）は、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換コア部（１００）と、熱交換コア部に接続され、熱交換コア部への第１流体の供給、又は熱交換コア部からの第１流体の排出を行うタンク部（２００，３００）と、を備える。熱交換コア部には、タンク部の一部を外周側から囲む接続プレート（１２０）が設けられている。接続プレートには、その縁（１２１）に沿って並ぶよう、スリット状の開口（１３０）が複数形成されている。接続プレートは、それぞれの開口と縁との間の部分を、タンク側に向けて凹状に変形させることで、熱交換コア部と共にタンク部に対して固定されるものである。縁に沿って複数の開口が並んでいる方向を第１方向とし、開口から縁に向かう方向を第２方向としたときに、少なくとも一部の開口には、第２方向に沿った幅寸法において、当該開口のうちの他の部分よりも大きくなっている拡幅部（１３２）が、その第１方向に沿った両端となる位置に形成されている。
【０００９】
このような構成の熱交換器では、接続プレートに形成された複数の開口のうち少なくとも一部に、拡幅部が形成されている。拡幅部は、当該開口のうちその第１方向に沿った両端となる位置に形成されている。拡幅部では、第２方向に沿った幅寸法において、開口のうちの他の部分よりも大きくなっている。つまり、当該開口においては、その両端の拡幅部における幅寸法が、拡幅部よりも中央側の部分における幅寸法よりも大きくなっている。
【００１０】
このような構成においては、接続プレートにおいて最も応力の生じやすい部分が拡幅部となっており、当該部分の幅寸法が大きくなっている、これにより、接続プレートの狭い範囲に応力が集中してしまうことが、開口の形状によって防止される。その結果、応力集中により接続プレートが破損してしまうような事態を防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、接続プレートの破損を防止することのできる熱交換器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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】図２は、図１の熱交換器の一部を拡大して示す図である。
【図３】図３は、図１の熱交換器の一部を拡大して示す図である。
【図４】図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面の一部を模式的に示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る接続プレートに形成された開口の形状を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る接続プレートの形状を示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る接続プレートに形成された開口の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
第１実施形態について説明する。図１には、本実施形態に係る熱交換器１０の全体構成が示されている。熱交換器１０は、不図示の車両に搭載されるものであって、当該車両の過給機を通り高温となった空気を、内燃機関に供給する前に予め冷却するための所謂インタークーラーとして構成された熱交換器である。熱交換器１０では、上記の空気と冷却水との間で熱交換が行われ、これにより空気が冷却される。熱交換器１０は、熱交換コア部１００と、入口タンク部２００と、出口タンク部３００と、を備えている。
【００１５】
熱交換コア部１００は、空気と冷却水との間で熱交換を行う部分である。熱交換コア部１００は金属（具体的にはアルミニウム）により形成されている。図１に示されるように、熱交換コア部１００は概ね直方体状となっている。熱交換コア部１００の内部には、冷却水の流れる流路を区画する不図示のプレートが積層されている。不図示の供給口から熱交換コア部１００へと供給された冷却水は、上記プレート間の流路を流れる際において、当該流路の外側を通る空気によって加熱される。その後、冷却水は、熱交換コア部１００に設けられた不図示の排出口から外部へと排出される。一方、入口タンク部２００から熱交換コア部１００に供給された高温の空気は、上記流路を流れる冷却水によって冷却された後、出口タンク部３００へと排出され、不図示の内燃機関へと供給される。
【００１６】
このように、熱交換コア部１００では、第１流体である空気と、第２流体である冷却水との間で熱交換が行われる。尚、後に説明する熱交換器１０の構成上の工夫を実施するにあたっては、第１流体及び第２流体として、それぞれ上記とは異なる流体が用いられることとしてもよい。
【００１７】
入口タンク部２００は、熱交換コア部１００への空気の供給を行うためのものである。入口タンク部２００は樹脂により形成されているのであるが、熱交換コア部１００と同様に金属により形成されていてもよい。入口タンク部２００は、熱交換コア部１００の一方側の端部に接続されている。その接続構造については後に説明する。入口タンク部２００には、不図示の過給機を通った空気を受け入れるための開口である入口部２０１が形成されている。
【００１８】
出口タンク部３００は、熱交換コア部１００から熱交換後の空気を受け入れて、これを内燃機関へと導くためのものである。出口タンク部３００は、先に述べた入口タンク２００と共に、本実施形態における「タンク部」に該当する。出口タンク部３００は金属により形成されている。出口タンク部３００は、熱交換コア部１００のうち、入口タンク部２００が接続されている方とは反対側の端部に接続されている。その接続構造は、入口タンク部２００と熱交換コア部１００との接続構造（後述）と同じである。出口タンク部３００は、その下面部分が内燃機関へと接続される。
【００１９】
熱交換器１０が搭載される車両には、過給機が２つ設けられている。これに合わせて、熱交換器１０には、図１に示されるように熱交換コア部１００及び入口タンク部２００がそれぞれ２つずつ設けられている。それぞれの熱交換コア部１００を通った空気は、出口タンク部３００において合流した後で内燃機関へと供給される。熱交換器１０では、一方側の熱交換コア部１００及び入口タンク部２００の構造と、他方側の熱交換コア部１００及び入口タンク部２００の構造とが、互いに対称となっている。
【００２０】
入口タンク部２００と熱交換コア部１００とが互いに接続されている部分の構造について、図２乃至図４を参照しながら説明する。尚、出口タンク部３００と熱交換コア部１００とが互いに接続されている部分の構造は、以下に説明する構造と同じであるから、その説明を省略する。
【００２１】
図２は、熱交換器１０の一部を、図１の矢印Ａに沿って見ながら拡大して示す図である。図３は、熱交換器１０の一部を、図１の矢印Ｂに沿って見ながら拡大して示す図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面の一部を模式的に示す図である。
【００２２】
図２及び図４に示されるように、熱交換コア部１００には接続プレート１２０が設けられている。接続プレート１２０は、図１において熱交換コア部１００と入口タンク部２００とが並んでいる方向に沿って、熱交換コア部１００側から入口タンク部２００側へと突出するように設けられている。
【００２３】
接続プレート１２０は、熱交換コア部１００の端部の全周に亘るように設けられている。入口タンク部２００のうち、熱交換コア部１００側の端部は、接続プレート１２０の内側に挿通されている。換言すれば、入口タンク部２００の一部が、接続プレート１２０によって外周側から囲まれた状態となっている。
【００２４】
接続プレート１２０のうち、熱交換コア部１００側とは反対側の縁（図２において符号１２１が付された部分）のことを、以下では「縁１２１」とも表記する。接続プレート１２０には、上記の縁１２１に沿って並ぶように、複数の開口１３０が形成されている。開口１３０はスリット状となっており、その長手方向は、複数の開口１３０が並んでいる方向に沿っている。複数の開口１３０が並んでいる方向のことを、以下では「第１方向」とも表記する。また、第１方向に対して垂直な方向であって、開口１３０から縁１２１に向かう方向のことを、以下では「第２方向」とも表記する。
【００２５】
接続プレート１２０のうち、それぞれの開口１３０と縁１２１との間の部分は、入口タンク部２００側（図２では紙面奥側）に向かって凹状に変形している。図３に示されるように、入口タンク部２００のうち接続プレート１２０によって囲まれている部分には、接続プレート１２０から遠ざかる方向に凹状に後退している凹部２２０と、それ以外の部分である凸部２１０と、が交互に並ぶように形成されている。
【００２６】
入口タンク部２００において凹部２２０が形成されている位置は、接続プレート１２０のうち開口１３０と縁１２１との間の部分、と重なる位置となっている。このため、接続プレート１２０のうち開口１３０と縁１２１との間に対し、加締めによる力が加えられると、当該部分は変形し、凹部２２０に入り込んだ状態となる。この変形部分が、凹部２２０の底部２２１に当接することで、接続プレート１２０は入口タンク部２００に対して接続され固定される。このように、接続プレート１２０は、それぞれの開口１３０と縁１２１との間の部分を、入口タンク部２００側（又は出口タンク部３００側）に向けて凹状に変形させることで、熱交換コア部１００と共に入口タンク部２００側（又は出口タンク部３００側）に対して固定されるものとなっている。
【００２７】
図４に示されるように、接続プレート１２０と入口タンク部２００との間にはシール材２１５が配置されている。シール材２１５は、例えばゴムによって形成されたパッキンである。シール材２１５によって両者間が水密に塞がれているので、両者間から冷却水が外部に漏出してしまうことが防止されている。
【００２８】
ところで、車両の走行中においては、熱交換コア部１００と入口タンク部２００等との接続部分には振動が加えられる。また、上記接続部分には、内部を流れる冷却水の圧力が加えられることもある。このため、接続プレート１２０のうち特に開口１３０が形成された部分には比較的大きな応力集中が発生し、当該部分が破損してしまう可能性がある。接続プレート１２０が破損すると、破損箇所から冷却水が外部へと漏出し、車両が走行し得ない状態となってしまう可能性もある。
【００２９】
そこで、本実施形態に係る熱交換器１０では、開口１３０の形状を工夫することによって振動等に伴う応力集中を抑制し、接続プレート１２０の破損を防止することとしている。
【００３０】
開口１３０の形状について、図５を参照しながら説明する。開口１３０は、先に述べたようにスリット状となっているのであるが、その幅寸法は開口１３０の全体で一様とはなっておらず、開口１３０の一部において、他の部分よりも幅寸法が大きくなっている。尚、ここでいう「幅寸法」とは、第２方向に沿った開口１３０の寸法のことである。
【００３１】
図５に示されるように、開口１３０では、その第１方向に沿った両端部のそれぞれにおいて、上記の幅寸法が他の部分に比べて大きくなっている。開口１３０のうち幅寸法がこのように大きくなっている部分のことを、以下では「拡幅部１３２」とも表記する。また、上記の「他の部分」、すなわち、拡幅部１３２よりも幅寸法が小さくなっている部分においては、開口１３０の一対の縁が互いに平行となっている。このため、当該部分のことを以下では「平行部１３１」とも表記する。
【００３２】
図５では、平行部１３１と左側の拡幅部１３２との境界が、点線Ｄ３で示されている。
また、平行部１３１と右側の拡幅部１３２との境界が、点線Ｄ４で示されている。
【００３３】
本実施形態では、それぞれの拡幅部１３２が、単一の中心を有する一つの円弧状に形成されている。当該円弧の中心が、図５では符号ＣＴ１によって示されている。このため、拡幅部１３２は、開口１３０のうちの他の部分（つまり平行部１３１）よりも、第２方向に沿って縁１２１側及びその反対側の両方に向けて突出している。
【００３４】
図５に示される点線Ｄ１及び点線Ｄ２は、紙面奥側にある入口タンク部２００（図５では不図示）の、凸部２１０と凹部２２０との境界を示している。凹部２２０は、点線Ｄ１と点線Ｄ２との間となる部分に形成されている。このため、接続プレート１２０のうち開口１３０と縁１２１との間であり、且つ点線Ｄ１と点線Ｄ２との間の部分は、加締めによって入口タンク部２００側（図５では紙面奥側）に向けて凹状に変形する部分、ということができる。接続プレート１２０のうち、このように変形する部分の範囲のことを、以下では「変形範囲１４０」とも表記する。
【００３５】
振動等に伴う応力集中は、接続プレート１２０のうち開口１３０の縁の部分、具体的には、スリット状の開口１３０のうち、その長手方向の端部近傍の部分において特に生じやすい。図５では、このように応力集中が生じやすい領域が点線ＡＲ１で示されている。
【００３６】
本実施形態では、接続プレート１２０において最も応力の生じやすい上記部分が拡幅部１３２となっており、当該部分の幅寸法が大きくなっている。拡幅部１３２が形成されていない場合、例えば、図５において点線Ｄ１０で示されるような形状の場合に比べると、応力の生じやすい部分の曲率半径は大きくなっている。その結果、接続プレート１２０の狭い範囲に応力が集中してしまうことが防止され、応力集中により接続プレート１２０が破損してしまうような事態が防止される。
【００３７】
以上のように、本実施形態では、接続プレート１２０に形成された開口１３０の形状が工夫されている。具体的には、開口１３０には、第２方向に沿った幅寸法において、当該開口１３０のうちの他の部分（つまり平行部１３１）よりも大きくなっている拡幅部１３２が、当該開口１３０の第１方向に沿った両端となる位置に形成されている。これにより、応力集中による接続プレート１２０の破損が防止される。尚、拡幅部１３２は、本実施形態のように全ての開口１３０において形成されていてもよいのであるが、一部の開口１３０においてのみ形成されていてもよい。
【００３８】
本実施形態では、拡幅部１３２は全体が一つの円弧状に形成されているのであるが、拡幅部１３２の形状はこれとは異なっていてもよい。例えば、開口１３０の縁の形状が、直線と曲線とを組み合わせた形状となるように、拡幅部１３２が形成されていることとしてもよい。
【００３９】
先に述べたように、接続プレート１２０のうち、図５における点線Ｄ１と点線Ｄ２の間の範囲は、変形範囲１４０となっている。本実施形態では、拡幅部１３２が、第１方向に沿ってこの変形範囲１４０よりも外側となる位置まで延びている。
【００４０】
加締めによって変形範囲１４０が変形する際には、接続プレート１２０では、変形に伴って応力が生じる、当該応力は、接続プレート１２０のうち、凸部２１０と凹部２２０との境界（凸部２１０の角ともいえる）と接する部分において特に生じやすい。つまり、図５において点線ＡＲ２で示された領域のように、点線Ｄ１や点線Ｄ２と重なる部分において特に応力が生じやすい。
【００４１】
仮に、点線ＡＲ２で示された領域と、点線ＡＲ１で示された領域とが互いに重なるような場合には、加締めによる応力と、振動等に伴う応力とが同じ領域で生じるため、当該領域では重畳的に応力集中が生じてしまう。
【００４２】
そこで、本実施形態では、変形範囲１４０に対応する開口１３０の拡幅部１３２が、当該変形範囲１４０よりも、第１方向に沿った外側となる位置まで延びるように、開口１３０を形成している。これにより、点線ＡＲ２で示された領域と、点線ＡＲ１で示された領域とが互いに重なることが無いので、重畳的な応力集中を防止することができる。
【００４３】
図６に示されるのは、加締めによって変形範囲１４０が変形した状態における接続プレート１２０の形状である。本発明者らが解析により確認したところによれば、走行中の振動等に伴い、点線ＡＲ１で示される領域において最も大きな応力集中が生じることが確認された。ただし、図５の点線Ｄ１０のように拡幅部１３２が形成されていない場合に比べると、生じる応力の最大値は１４％程度軽減されることも確認された。
【００４４】
第２実施形態について、図７を参照しながら説明する。本実施形態では、開口１３０の形状、具体的には拡幅部１３２の形状においてのみ第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。
【００４５】
本実施形態における拡幅部１３２は、やはり円弧状に形成されているのであるが、第１実施形態のように単一の円弧状とはなっていない。本実施形態に係る拡幅部１３２は、円弧状に形成された第１円弧部１３２Ａと、第１円弧部１３２Ａとは中心の異なる円弧状に形成された第２円弧部１３２Ｂとを有している。図７では、第１円弧部１３２Ａの中心が符号ＣＴ１１によって示されており、第２円弧部１３２Ｂの中心が符号ＣＴ１２によって示されている。
【００４６】
第１円弧部１３２Ａは、縁１２１から遠い方の平行部１３１の端部から、符号ＣＴ１１で示される中心の周りを９０度の範囲で囲むように形成された円弧状の部分である。図７では、第１円弧部１３２Ａの範囲が矢印Ａ１により示されている。
【００４７】
第２円弧部１３２Ｂは、縁１２１に近い方の平行部１３１の端部から、符号ＣＴ１２で示される中心の周りを１２０度の範囲で囲むように形成された円弧状の部分である。図７では、第２円弧部１３２Ｂの範囲が矢印Ａ２により示されている。
【００４８】
上記のような形状とした結果、本実施形態における拡幅部１３２は、開口１３０のうちの他の部分（つまり平行部１３１）よりも、第２方向に沿って縁１２１側に向けて突出している一方で、その反対側の両方に向けては突出していない。拡幅部１３２をこのような形状とした場合においても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏することができる。
【００４９】
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】
【００５０】
１０：熱交換器
１００：熱交換コア部
１２０：接続プレート
１２１：縁
１３０：開口
１３２：拡幅部
２００：入口タンク部
３００：出口タンク部
【図１】
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【図２】
2020106200.tif 000004
【図３】
2020106200.tif 000005
【図４】
2020106200.tif 000006
【図５】
2020106200.tif 000007
【図６】
2020106200.tif 000008
【図７】
2020106200.tif 000009