JP3760571B2

JP3760571B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP3760571B2
Application number: JP16747297A
Authority: JP
Inventors: 則昌馬場
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: JPH1114288A; DE19827895A1; GB2326708A; GB2326708B; BR9802048A; GB9812380D0; US5896923A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、並列配置した複数の偏平チューブの両端部をヘッダータンクに接合して、熱交換流体をヘッダータンクを通して偏平チューブに流通させる熱交換器に関するもので、例えば、車両用空調装置における冷媒の凝縮を行う凝縮器に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の熱交換器として、例えば、特開平４−２４０３９８号公報に記載のものがあり、この従来技術では、ヘッダータンクが管状部材で形成されており、この管状のヘッダータンクの円周面の一部に長穴状のチューブ挿入穴を開けて、このチューブ挿入穴に偏平チューブの両端部を挿入して、ヘッダータンクと偏平チューブとを一体に接合する構造になっいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、管状のヘッダータンクに開けた長穴状のチューブ挿入穴に偏平チューブの両端部を挿入し、接合する構造では、ヘッダータンクと偏平チューブとの接合を確実に行って、接合部からの流体（冷媒等）洩れを防止するためには、偏平チューブの両端部を管状のヘッダータンクの内側に挿入する必要がある。その結果、ヘッダータンクの外径は必然的に偏平チューブの幅寸法（偏平断面の長手方向寸法）より大きくなってしまう。
【０００４】
このことから、ヘッダータンクの小型化、ひいては、熱交換器の小型化が阻害される。また、熱交換器の小型化が阻害される結果、熱交換器に収容される流体（冷媒等）の量も減量できない。
また、他の従来例として、図６に示すように、ヘッダータンク１１、１２を第１の凹状部材１１０、１２０と第２の凹状部材１１１、１２１の２部品から構成して、偏平チューブ１４の両端部を接合する構造のものも知られているが、この従来例でも、ヘッダータンク１１、１２の第１の凹状部材１１０、１２０に設けたチューブ挿入穴（図示せず）を通して偏平チューブ１４の両端部を第１の凹状部材１１０、１２０の内側に挿入し、接合する構造であるので、第１の凹状部材１１０、１２０の幅寸法が偏平チューブ１４の断面の長手方向の幅寸法より大きくなってしまい、ヘッダータンクの小型化、ひいては、熱交換器の小型化が阻害される。
【０００５】
そこで、本発明は上記点に鑑み、熱交換器におけるヘッダータンクの小型化を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ヘッダータンクを、チューブ挿入穴を有する第１の凹状部材と、この第１の凹状部材に接合される第２の凹状部材とにより構成するタイプの熱交換器において、第１の凹状部材と偏平チューブとを同一の幅寸法で接合し得る構成とすることにより、上述の目的を達成しようとするものである。
【０００７】
すなわち、請求項１〜４記載の発明では、偏平チューブ（１４）の両端部が接合されるヘッダータンク（１１、１２）を第１の凹状部材（１１０、１２０）と第２の凹状部材（１１１、１２１）とにより構成し、第１の凹状部材（１１０、１２０）を、本体壁部（１１０ａ、１２０ａ）と側面壁部（１１０ｂ、１２０ｂ）とからなる断面略コ字状の形状にするとともに、第１の凹状部材（１１０、１２０）の幅寸法（Ｌ₂）を偏平チューブ（１４）の断面長手方向の幅寸法（Ｌ₁）と同一寸法とし、
第１の凹状部材（１１０、１２０）には、本体壁部（１１０ａ、１２０ａ）から側面壁部（１１０ｂ、１２０ｂ）の途中に至るチューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）を設けて、このチューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）の底部（１１０ｄ、１２０ｄ）を側面壁部（１１０ｂ、１２０ｂ）の途中に位置させ、
チューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）の底部（１１０ｄ、１２０ｄ）と側面壁部（１１０ｂ、１２０ｂ）の端面との間に、第１の凹状部材（１１０、１２０）を一体に連結する連結部（１１０ｅ、１２０ｅ）を形成し、
チューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）の底部（１１０ｄ、１２０ｄ）に当接する位置まで、偏平チューブ（１４）の両端部をチューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）内に挿入して、偏平チューブ（１４）の両端部を第１の凹状部材（１１０、１２０）および第２の凹状部材（１１１、１２１）に接合することを特徴としている。
【０００８】
これによると、熱交換器組付時にチューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）の底部（１１０ｄ、１２０ｄ）に偏平チューブ（１４）を当接させて、偏平チューブ（１４）の位置決めを行うことができるので、偏平チューブ（１４）組付が容易となる。しかも、偏平チューブ（１４）の両端部を第１の凹状部材（１１０、１２０）および第２の凹状部材（１１１、１２１）の両方に接合するから、偏平チューブ（１４）の両端部の接合強度を十分高めることができるとともに、ヘッダータンク内部から外部への流体洩れも確実に防止できる。
【０００９】
さらに、第１の凹状部材（１１０、１２０）の本体壁部（１１０ａ、１２０ａ）から側面壁部（１１０ｂ、１２０ｂ）の途中に至るチューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）内に、偏平チューブ（１４）の両端部をチューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）内に挿入し、第１の凹状部材（１１０、１２０）の幅寸法（Ｌ₂）を偏平チューブ（１４）の断面長手方向の幅寸法（Ｌ₁）と同一寸法にしているから、従来構造に比してヘッダータンクの外形寸法を縮小でき、ヘッダータンクの小型化、ひいては、熱交換器の小型化を達成できる。
【００１０】
また、熱交換器の小型化により熱交換器内に収容される流体（冷媒等）の量も減量できる。
請求項２記載の発明のように、連結部（１１０ｅ、１２０ｅ）の高さ（ｈ）を第１の凹状部材（１１０、１２０）の板厚の１．５倍以上にすれば、チューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）の打ち抜き加工時における連結部の変形を良好に抑制できる。
【００１１】
そして、本発明は請求項３、４に記載の具体的手段の採用により好適に実施できる。
なお、上記各手段および特許請求の範囲に記載の各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明を適用する車両用空調装置における凝縮器１０の全体構造を例示するものであり、凝縮器１０は車両用空調装置の冷凍サイクルにおいて圧縮機（図示せず）から吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒を冷却して凝縮させるものである。また、凝縮器１０は周知のように、車両エンジンルーム内において最前部（エンジン冷却用ラジエータの前方位置）に配置されて、エンジン冷却用ラジエータと共通のクーリングファンにより送風される冷却空気（外気）により冷却される。
【００１３】
凝縮器１０は、所定間隔を開けて配置された一対のヘッダタンク、すなわち、第１、第２ヘッダタンク１１、１２を有し、この第１、第２ヘッダタンク１１、１２は上下方向に略円筒状に延びる形状になっている。この第１、第２ヘッダタンク１１、１２の間に熱交換用のコア部１３を配置している。
本例の凝縮器１０は、一般にマルチフロータイプと称されているものであって、コア部１３は第１、第２ヘッダタンク１１、１２の間で、水平方向に冷媒を流す偏平チューブ１４を上下方向に多数並列配置し、この多数の偏平チューブ１４の間にコルゲートフィン１５を介在して接合している。偏平チューブ１４の一端部は第１ヘッダタンク１１内に連通し、他端部は第２ヘッダタンク１２内に連通している。そして、第２ヘッダタンク１２の上方側に冷媒の入口側配管ジョイント（冷媒入口部）１６を配置し接合している。また、第２ヘッダタンク１２の下方側に冷媒の出口側配管ジョイント（冷媒出口部）１７を配置し接合している。
【００１４】
さらに、本例においては、第２ヘッダタンク１２内において、入口側配管ジョイント１６と出口側配管ジョイント１７との間の部位に１枚のセパレータ１８を配置することにより、第２ヘッダタンク１２の内部を上下方向に２つの空間１２ａ、１２ｂに仕切っている。
これにより、入口側配管ジョイント１６からの冷媒を第２ヘッダタンク１２の上側空間１２ａを通してコア部１３の上側半分の偏平チューブ１４に流入させた後、冷媒を第１ヘッダタンク１１内でＵターンさせてコア部１３の下側半分の偏平チューブ１４に流入させ、しかるのち、第２ヘッダタンク１２の下側空間１２ｂを通して冷媒は出口側配管ジョイント１７へ流れるようになっている。
【００１５】
熱交換用コア部１３の上下両側には、断面コ字形状に成形されたサイドプレート１９、２０が配置され、このサイドプレート１９、２０は最も外側のコルゲートフィン１５および第１、第２ヘッダタンク１１、１２に接合されるものであって、凝縮器１０の車体側への取付部材の役割を果たす。
次に、本発明の特徴とする第１、第２ヘッダタンク１１、１２と偏平チューブ１４の両端部との接合構造を説明する。第１、第２ヘッダタンク１１、１２の具体的構造は基本的には同一構造であり、図２に示すように第１の凹状部材１１０、１２０と第２の凹状部材１１１、１２１とを接合して、略円筒状の中空タンク形状を形成するものである。第１、第２ヘッダタンク１１、１２の上下両端部には円板状のキャップ部材１１２、１２２（図１参照）が接合されて、第１、第２ヘッダタンク１１、１２の上下両端の開口を閉塞している。
【００１６】
第１の凹状部材１１０、１２０はアルミニウムをプレス成形したものであり、図２〜図５に示すように偏平チューブ１４の断面長手方向の幅寸法Ｌ₁と同一の幅寸法Ｌ₂を有する断面略コ字状の形状に成形されている。
そして、第１の凹状部材１１０、１２０は曲率半径の大きい緩やかな円弧状の本体壁部１１０ａ、１２０ａを有しており、この本体壁部１１０ａ、１２０ａは偏平チューブ１４の長手方向と直交する方向に延びる。そして、この本体壁部１１０ａ、１２０ａの幅方向端部の周縁から偏平チューブ１４の長手方向外方へ側面壁部１１０ｂ、１２０ｂが曲げ成形されている。この本体壁部１１０ａ、１２０ａと側面壁部１１０ｂ、１２０ｂとにより前記断面略コ字状の形状を形成している。なお、偏平チューブ１４は、図３（ａ）に示すように多数の冷媒流通用の穴１４ａを並列に形成した多穴偏平チューブであり、アルミニウムの押し出し加工により成形されている。
【００１７】
第１の凹状部材１１０、１２０には、図４に示すように本体壁部１１０ａ、１２０ａを貫通して側面壁部１１０ｂ、１２０ｂの途中に至る長穴状のチューブ挿入穴１１０ｃ、１２０ｃが設けてある。従って、このチューブ挿入穴１１０ｃ、１２０ｃの底部１１０ｄ、１２０ｄは側面壁部１１０ｂ、１２０ｂの途中に位置している。このチューブ挿入穴１１０ｃ、１２０ｃは図１の上下方向（すなわち、チューブ配列方向）に、偏平チューブ１４と同数並列に設けてある。
【００１８】
チューブ挿入穴１１０ｃ、１２０ｃの底部１１０ｄ、１２０ｄと側面壁部１１０ｂ、１２０ｂの端面との間には第１の凹状部材１１０、１２０を一体に連結する連結部１１０ｅ、１２０ｅが形成されている。ここで、連結部１１０ｅ、１２０ｅの高さｈは、第１の凹状部材１１０、１２０の板厚ｔに対して１．５倍以上（高さｈ≧１．５ｔ）に設定するのがよい。このような寸法設定により連結部１１０ｅ、１２０ｅの強度（剛性）を確保して、チューブ挿入穴１１０ｃ、１２０ｃを打ち抜き加工する際に、連結部１１０ｅ、１２０ｅが変形するのを防止して所定形状を維持することができる。なお、具体的寸法としては、例えば、板厚ｔ＝１．２ｍｍで、高さｈ＝２．４ｍｍである。
【００１９】
また、第２の凹状部材１１１、１２１もアルミニウムのプレス成形品であり、第１の凹状部材１１０、１２０の本体壁部１１０ａ、１２０ａに比して十分曲率半径の小さい円弧状の天井壁部１１１ａ、１２１ａを有している。そして、この天井壁部１１１ａ、１２１ａの端部側には、第１の凹状部材１１０、１２０の側面壁部１１０ｂ、１２０ｂの外側に位置して、側面壁部１１０ｂ、１２０ｂと嵌合する嵌合部１１１ｂ、１２１ｂが外側へ屈曲形成されている。
【００２０】
図５において、偏平チューブ１４の断面長手方向の幅寸法Ｌ₁と、第１の凹状部材１１０、１２０の幅寸法Ｌ₂は、前述のごとく同一寸法であり、さらに、嵌合部１１１ｂ、１２１ｂの内壁面の幅寸法Ｌ₃もＬ₁、Ｌ₂と同一寸法であり、その具体的寸法は例えば、１６ｍｍである。但し、嵌合部１１１ｂ、１２１ｂの内側に、偏平チューブ１４および第１の凹状部材１１０、１２０の両者を嵌合配置するため、偏平チューブ１４および第１の凹状部材１１０、１２０の幅寸法Ｌ₁、Ｌ₂の寸法公差は、１６ｍｍに対して例えば、０．２ｍｍ程度のマイナス公差とし、一方、嵌合部１１１ｂ、１２１ｂの内壁面の幅寸法Ｌ₃は、１６ｍｍに対して例えば、０．２ｍｍ程度のプラス公差とするのがよい。
【００２１】
このように、偏平チューブ１４の断面長手方向の幅寸法Ｌ₁と、第１の凹状部材１１０、１２０の幅寸法Ｌ₂を同一寸法にするということは、寸法公差程度の微小な寸法差を包含することはいうまでもない。
なお、第２の凹状部材１１１、１２１の板厚も、第１の凹状部材１１０、１２０の板厚と同程度であり、例えば、１．２ｍｍである。
【００２２】
そして、凝縮器１０の組付に際しては、チューブ挿入穴１１０ｃ、１２０ｃの底部１１０ｄ、１２０ｄに当接する位置まで、偏平チューブ１４の両端部をチューブ挿入穴１１０ｃ、１２０ｃ内に挿入することにより、偏平チューブ１４の組付位置を決定でのるので、組付時に偏平チューブ１４の位置決めを容易に行うことができる。
【００２３】
ところで、冷媒凝縮器１０の各部は、本例ではアルミニュウム材で成形され、一体ろう付けにて組付けられる。第１、第２ヘッダタンク１１、１２を構成する第１の凹状部材１１０、１２０と第２の凹状部材１１１、１２１は、同一材質であり、具体的には芯材：Ａ３１０３の両面に、皮材（ろう材）：Ａ４０５０をクラッドしたアルミニウムクラッド材である。また、偏平チューブ１４はＡ１１９７のアルミニウム押し出し加工品からなるため、ろう材はクラッドされていない。
【００２４】
従って、冷媒凝縮器１０をろう付け加熱炉内でろう付けする際に、偏平チューブ１４の両端部は第１の凹状部材１１０、１２０および第２の凹状部材１１１、１２１から供給されるろう材にて、第１、第２の凹状部材にろう付けされる。
ここで、偏平チューブ１４の両端部は、第１の凹状部材１１０、１２０の本体壁部１１０ａ、１２０ａのチューブ挿入穴１１０ｃ、１２０ｃに挟持されるのみならず、偏平チューブ１４の両端部の偏平面が、第１の凹状部材１１０、１２０の側面壁部１１０ｂ、１２０ｂにおけるチューブ挿入穴１１０ｃ、１２０ｃの壁面で挟持（図３（ｂ）参照）されるのに加えて、偏平チューブ１４の両端部の断面長手方向の端面が第２の凹状部材１１１、１２１の嵌合部１１１ｂ、１２１ｂの内壁面により挟持されるので、偏平チューブ１４の両端部はこれらの三箇所で第１、第２ヘッダタンク１１、１２にろう付けされることになり、ろう付け強度を向上できる。
【００２５】
さらに、以上述べた構成によると、第１の凹状部材１１０、１２０の幅寸法Ｌ₂を偏平チューブ１４の幅寸法Ｌ₁と同一寸法にしているため、第１、第２ヘッダタンク１１、１２の小型化を図ることができる。
コルゲートフィン１５は、例えば、芯材：Ａ３９２３の両面に、皮材（ろう材）：Ａ４３４３をクラッドしたアルミニウムクラッド材で構成され、偏平チューブ１４にろう付けされる。
【００２６】
（他の実施形態）
なお、上述の実施形態では、偏平チューブ１４としてアルミニウムの押し出し成形品を用いているため、偏平チューブ１４側にろう材を設けない場合について説明したが、押し出し成形後に、偏平チューブ１４の外表面にろう材を溶射等の方法で被覆すれば、偏平チューブ１４自身からもろう材を供給できるので、偏平チューブ１４と第１の凹状部材１１０、１２０との間のろう付け性をより一層向上できる。
【００２７】
また、上述の実施形態では、第１の凹状部材１１０、１２０に曲率半径の大きい緩やかな円弧状の本体壁部１１０ａ、１２０ａを形成しているが、この本体壁部１１０ａ、１２０ａを、偏平チューブ１４の長手方向と直交する方向に延びる平坦な平面形状としてもよい。
また、上述の実施形態では車両用空調装置における凝縮器に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は凝縮器に限定されることなく種々な用途の熱交換器一般に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の凝縮器を示す正面図である。
【図２】図１の凝縮器におけるヘッダタンク部の断面図である。
【図３】（ａ）は図２のヘッダタンクにおける第１の凹状部材と偏平チューブとの組付状態を示す一部平面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその断面図である。
【図４】（ａ）は図２のヘッダタンクにおける第１の凹状部材単体の一部平面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその断面図である。
【図５】図２の分解図である。
【図６】従来の凝縮器におけるヘッダタンク部の断面図である。
【符号の説明】
１０…凝縮器、１１、１２…第１、第２ヘッダタンク、１３…コア部、
１４…偏平チューブ、１１０、１２０…第１の凹状部材、
１１１、１２１…第２の凹状部材、１１０ａ、１２０ａ…本体壁部、
１１０ｂ、１２０ｂ…側面壁部、１１０ｃ、１２０ｃ…チューブ挿入穴、
１１０ｄ、１２０ｄ…底部、１１０ｅ、１２０ｅ…連結部、
１１１ａ、１２１ａ…天井壁部、１１１ｂ、１２１ｂ…嵌合部。

Claims

並列配置される多数の偏平チューブ（１４）と、この偏平チューブ（１４）の両端部が接合され、連通するヘッダータンク（１１、１２）とを有する熱交換器において、
前記ヘッダータンク（１１、１２）は、第１の凹状部材（１１０、１２０）と、この第１の凹状部材（１１０、１２０）の端部の周縁部の外側に接合され、この第１の凹状部材（１１０、１２０）とともに中空タンク形状を形成する第２の凹状部材（１１１、１２１）とを有し、
前記第１の凹状部材（１１０、１２０）を、本体壁部（１１０ａ、１２０ａ）と側面壁部（１１０ｂ、１２０ｂ）とからなる断面略コ字状の形状にするとともに、前記第１の凹状部材（１１０、１２０）の幅寸法（Ｌ₂）を前記偏平チューブ（１４）の断面長手方向の幅寸法（Ｌ₁）と同一寸法とし、
前記第１の凹状部材（１１０、１２０）には、前記本体壁部（１１０ａ、１２０ａ）から前記側面壁部（１１０ｂ、１２０ｂ）の途中に至るチューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）を設けて、このチューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）の底部（１１０ｄ、１２０ｄ）を前記側面壁部（１１０ｂ、１２０ｂ）の途中に位置させ、
前記チューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）の底部（１１０ｄ、１２０ｄ）と前記側面壁部（１１０ｂ、１２０ｂ）の端面との間に、前記第１の凹状部材（１１０、１２０）を一体に連結する連結部（１１０ｅ、１２０ｅ）を形成し、
前記チューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）の底部（１１０ｄ、１２０ｄ）に当接する位置まで、前記偏平チューブ（１４）の両端部を前記チューブ挿入穴（１１０ｃ、１２０ｃ）内に挿入して、前記偏平チューブ（１４）の両端部を前記第１の凹状部材（１１０、１２０）および前記第２の凹状部材（１１１、１２１）に接合することを特徴とする熱交換器。
前記連結部（１１０ｅ、１２０ｅ）の高さ（ｈ）は、前記第１の凹状部材（１１０、１２０）の板厚の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記第２の凹状部材（１１１、１２１）は、前記第１の凹状部材（１１０、１２０）の側面壁部（１１０ｂ、１２０ｂ）の外側に位置して、この側面壁部（１１０ｂ、１２０ｂ）と嵌合する嵌合部（１１１ｂ、１２１ｂ）を有し、
この嵌合部（１１１ｂ、１２１ｂ）の内側に前記偏平チューブ（１４）の両端部が位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
前記第１の凹状部材（１１０、１２０）および前記第２の凹状部材（１１１、１２１）は、ろう材をクラッドしたアルミニウムクラッド材からなり、
前記偏平チューブ（１４）は並列形成した多数の穴（１４ａ）を有するアルミニウム押し出し成形品からなり、
前記偏平チューブ（１４）の両端部を前記第１の凹状部材（１１０、１２０）および前記第２の凹状部材（１１１、１２１）にろう付けすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。