JP2001153585A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層型の熱交換器として、小型化及び軽量化
に適し、ヘッダータンク部における冷媒分配性が良好で
冷媒側の圧力損失も少なく、設計の自由度が大きく設備
コストを低減でき、仮組みした構成部材を炉中ロウ付け
で一括して接合一体化してもコア部の寸法安定性に優れ
るものを提供する。 【解決手段】 多数の偏平チューブ１…が相互間に蛇行
状フィン２…を介して平行配置してコア部３を形成し、
コア部３の両側に各偏平チューブ１の端部と連通接続す
るヘッダータンク部４を備え、各偏平チューブ１の両端
側には偏平面１ｂに臨む開口部７が形成され、隣合う各
偏平チューブ１，１間に両端を開口部７に吻合する短筒
体８が固着され、これら短筒体８…が偏平チューブ１…
の積層方向に直列してヘッダータンク部４を構成してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車用、家庭
用、業務用等のエアコンにおける蒸発器や凝縮器に利用
される積層型の熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、積層型の熱交換器は、熱交換
管路をなす多数の偏平チューブが相互間に蛇行状フィン
を介して平行配置してコア部を形成し、このコア部の両
側に各偏平チューブに連通するヘッダータンク部を備え
ており、冷媒がヘッダータンク部を介してコア部の偏平
チューブに分配されて流れる過程で外気と熱交換するよ
うになされている。

【０００３】そして、このような熱交換器として、上記
のヘッダータンク部に円筒状のヘッダー管を用い、その
周面に設けたスリット状開口部に各偏平チューブの端部
を挿嵌した構造のものや、一対の皿状プレートを重ね合
わせたチューブエレメントの両端部に膨出状のタンク部
が一体形成され、隣接するチューブエレメントのタンク
部同士の連通によってヘッダータンク部を構成したもの
がある。また、特に蒸発器に多用される複式熱交換器と
して、上記のようにコア部の両側にヘッダータンク部を
設けた複数の熱交換モジュールを空気流通方向に重ねて
配置したものもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
円筒状のヘッダー管を用いた熱交換器では、ヘッダー管
の外径が偏平チューブの幅よりも大きくなるから、その
分だけコア部より前後に膨出して場所をとると共に、ヘ
ッダー管は耐圧性を確保する上で径大になるほど厚肉化
して重量が増すため、小型化及び軽量化を図る上で問題
があった。特に複式熱交換器では、例えば図７に示すよ
うに、複数の熱交換モジュール（31）…をヘッダー管
（32）（32）同士が接するように配置しても、隣合う熱
交換モジュール（31）（31）の偏平チューブ（33）（3
3）間に余分な隙間（ｄ）ができ、全体としての体積が
大きくなる。また、ヘッダー管（32）においては、その
内部に各偏平チューブ（31）の端部が突入しているた
め、流路断面積が減少して冷媒の分配性が悪い上に、冷
媒側の圧力損失を増加させるという難点もあった。

【０００５】更に、このような熱交換器では、その組立
製作に際し、構成部材同士の接合部にロウ材を用い、こ
れら構成部材を仮組み状態として炉中ロウ付けによって
接合一体化する手段を採用した場合、偏平チューブと蛇
行状フィンとの各接合部でロウ材が溶けて積層方向に寸
法を縮小しようとするが、両側のヘッダー管には縮みが
ないので、コア部の中央側ほど寸法が縮んだ歪な仕上が
り状態になるという不具合もあった。

【０００６】一方、両端部に膨出状のタンク部を備えた
チューブエレメントによって偏平チューブ及びヘッダー
タンク部を構成する熱交換器では、チューブエレメント
を形成する一対のプレートを金属板のプレス成形によっ
て製作するから、コア部の大きさ（チューブエレメント
の長さ）がプレス成形の金型によって決定され、熱交換
器の設計仕様に制約がある上、コア部の大きさの違いに
対応して多くの金型を準備する必要があり、設備コスト
が高く付くという問題があった。

【０００７】この発明は、上述の事情に鑑みて、積層型
の熱交換器として、構造的に小型化及び軽量化に適する
上、ヘッダータンク部における冷媒分配性がよいと共に
冷媒側の圧力損失も少なく、また設計の自由度が大きく
設備コストを低減でき、加えて組立製作時に構成部材を
炉中ロウ付けによって一括して接合一体化してもコア部
の寸法安定性に優れるものを提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明に係る熱交換器は、熱交換管路をな
す複数の偏平チューブが相互間に蛇行状フィンを介して
平行配置してコア部を形成し、このコア部の両側に各偏
平チューブの端部と連通接続するヘッダータンク部を備
えてなる熱交換器において、各偏平チューブの両端側に
は偏平面に臨む開口部が形成され、隣合う各偏平チュー
ブ間には両端を前記開口部に吻合する短筒体が固着さ
れ、これら短筒体が偏平チューブの積層方向に直列して
前記ヘッダータンク部を構成していることを特徴として
いる。

【０００９】このような熱交換器では、ヘッダータンク
部の外径が偏平チューブの幅内に収まり、それだけ設置
スペースが小さく済むと共に、ヘッダータンク部の短筒
体は径小で薄肉でよいから、熱交換器全体が軽量にな
る。また、ヘッダータンク部は、短筒体の両端開口部と
両側の偏平チューブの開口部とを合致させればよいか
ら、全長にわたって一定した流路断面積となり、冷媒の
分配性が向上して冷媒側の圧力損失も低減される。更
に、偏平チューブは、開口部を設けて両端を封止するだ
けでよいから、長尺のチューブ原材を必要とするコア部
の大きさに対応する長さに切断して用いることができ
る。しかして、熱交換器の組立製作において、構成部材
を仮組みして炉中ロウ付けにて一括して接合一体化した
際、ロウ材の溶融による縮みが蛇行状フィンのあるコア
部と両側のヘッダータンク部とで偏平チューブの積層方
向に略均等になされる。

【００１０】請求項２の発明では、上記請求項１の熱交
換器において、前記短筒体は、その両端周縁に形成され
た鍔部において両側の偏平チューブの開口部周縁にロウ
付けされてなる構成としている。この場合、熱交換器の
各構成部材を仮組みして炉中ロウ付けによって一括に接
合一体化できる上、各短筒体が両端の鍔部で両側の偏平
チューブに接合するから、その仮組みが容易であると共
に、接合部を確実に封止できる。

【００１１】請求項３の発明では、上記請求項１又は２
の熱交換器において、前記偏平チューブは中空押出材を
所要長さに切断して両端を封止したものとしているか
ら、該チューブを容易に且つ安価に製作できる。

【００１２】請求項４の発明では、上記請求項１〜３の
いずれかの熱交換器を熱交換モジュールとして、複数の
熱交換モジュールが互いの各偏平チューブの側縁を接し
てコア部に対する外気の流通方向に並列配置されてなる
構成としているから、複式熱交換器として全体の体積が
小さくなる。

【００１３】請求項５の発明では、上記請求項４の熱交
換器において、複数の熱交換モジュールが偏平チューブ
を垂直にして並列配置され、各偏平チューブの両側縁が
アール状をなすと共に、コア部の蛇行状フィンが前記複
数の熱交換モジュール間にわたる幅を有してなるものと
している。この構成では、複式熱交換器の隣合う熱交換
モジュールの偏平チューブ同士の接合した側縁部間に縦
溝ができ、この縦溝が蛇行状フィンの折り返し縁に対し
て隙間を持って上下に連続し、結露水の排水溝として機
能する。また、蛇行状フィンが複数の熱交換モジュール
にわたる共通部材となるから、各熱交換モジュール毎に
独立した蛇行状フィンを用いる場合に比べて部品点数が
大幅に少なくなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る熱交換器の
実施例について、図面を参照して具体的に説明する。図
１〜図３は第一実施例、図４は第二実施例、図５及び図
６は第３実施例をそれぞれ示す。

【００１５】第一実施例の熱交換器は、図１（Ａ）
（Ｂ）で示すように、垂直状態で平行配置した多数の偏
平チューブ（１）…と、これら偏平チューブ（１）…の
各隣接間に介在する蛇行状フィン（２）…とでコア部
（３）を形成し、このコア部（３）の上下両側に各偏平
チューブ（１）の上下各端部と連通接続するヘッダータ
ンク部（４）を備えており、冷媒入口（５）から下側の
ヘッダータンク部（４）に流入した冷媒が偏平チューブ
（１）…に分配され、コア部（３）を通る過程で蛇行状
フィン（２）…の間を通る外気と熱交換し、上側のヘッ
ダータンク部（４）で合流して冷媒出口（６）から流出
するようになっている。

【００１６】偏平チューブ（１）は、図２及び図３で示
すように、アルミニウム合金の中空押出材からなる長尺
のチューブ原材を所要長さに切断し、その両端（１ａ）
（１ａ）を圧潰して封止したものであり、コア部（３）
の左右最側端に位置するものを除いて、上下両端側にそ
れぞれ両側の偏平面（１ｂ）（１ｂ）の幅方向中央に臨
んで円形の開口部（７）（７）が対向形成されている。

【００１７】そして、隣合う各偏平チューブ（１）
（１）間の上下位置には、それぞれ円筒形の短筒体
（８）が開放した両端を各々両側の当該偏平チューブ
（１）の開口部（７）に合致させ、且つ両端周縁に形成
された鍔部（８ａ）を開口部（７）周縁にロウ付けして
固着されており、これら短筒体（８）…が水平方向つま
り偏平チューブ（１）…の積層方向に直列して連通する
ことにより、上下のヘッダータンク部（４）（４）を構
成している。なお、偏平チューブ（１）の開口部（７）
の径は、短筒体（８）の内径に等しく設定されている。

【００１８】偏平チューブ（１）…のうちでコア部
（３）の左右最側端に位置するものは、上下の一方側が
ヘッダータンク部（４）の閉止端となるため、短筒体
（８）を接合する片側の偏平面（１ｂ）のみに前記開口
部（７）を備えるが、上下の他方側では図１（Ａ）に示
す冷媒入口（５）又は冷媒出口（６）の筒状部材を接合
する必要から、両側の偏平面（１ｂ）（１ｂ）に開口部
（７）が対向形成される。しかして、冷媒入口（５）及
び冷媒出口（６）側の開口部（７）の径は、当該入口
（５）又は出口（６）の内径に対応することは言うまで
もない。

【００１９】上記構成の熱交換器にあっては、ヘッダー
タンク部（４）の外径が偏平チューブ（１）の幅内に収
まるから、従来のヘッダー管を用いた熱交換器に比較
し、前後方向の設置スペースが小さくて済む上、ヘッダ
ータンク部（４）の短筒体（８）…は径小であって薄肉
でも耐圧性を確保できるため、該短筒体（８）…を薄肉
にして熱交換器全体の軽量化を図り得る。また、ヘッダ
ータンク部（４）は、各短筒体（８）…の内径と各偏平
チューブ（１）の開口部（７）の径とが等しく、全長に
わたって一定した流路断面積となるから、冷媒の分配性
が良好であると共に、従来のヘッダー管を用いた熱交換
器に比較して冷媒側の圧力損失が著しく低減され、もっ
て熱交換効率が向上する。

【００２０】更に、この熱交換器における各偏平チュー
ブ（１）は、既述のように中空押出材よりなる長尺のチ
ューブ原材を切断して用いるから、熱交換器の機種によ
って必要とするコア部（３）の大きさ（この場合は縦方
向の長さ）に対応したチューブ長さに設定できると共
に、その製作を容易に且つ低コストで行える。しかし
て、チューブ原材より切断後の両端の封止については、
前記のように圧潰する前に内側にロウ材を介在させてお
き、熱交換器の組立製作時の炉中ロウ付けによって確実
に密封することが望ましい。

【００２１】熱交換器の組立製作においては、その構成
部材つまり偏平チューブ（１）…、蛇行状フィン（２）
…、短筒体（８）…、冷媒入口（５）及び冷媒出口
（６）の筒状部材を、相互の接合部にロウ材を介在させ
て仮組みし、この仮組み状態で炉中ロウ付けを行うこと
により、全部の接合部を一括して接合固着して一体の製
品形態とする。このように接合部にロウ材を介在させる
には、ロウ材として独立したものを使用することも可能
であるが、一般的には、偏平チューブ（１）として予め
外周面にロウ材層を形成したものを用い、また蛇行状フ
ィン（２）にはブレージングシートを用いればよい。な
お、この実施例の構成では、短筒体（８）を両端の鍔部
（８ａ）（８ａ）で両側の偏平チューブ（１）（１）に
接合させるから、その仮組みが容易であると共に、接合
部の面積が大きくなるために確実な封止を行える。

【００２２】また、上記の炉中ロウ付けにおいては、従
来のヘッダー管を用いた熱交換器の場合では既述のよう
にコア部の中央側ほど寸法が縮んだ歪な仕上がり状態に
なるのに対し、この発明の熱交換器では、隣合う偏平チ
ューブ（１）（１）間の上下両端側で短筒体（８）が両
端でロウ付けされると共に、中間部でも蛇行状フィン
（２）が両側の折り返し縁でロウ付けされるから、ロウ
材の溶融による縮みが蛇行状フィン（２）…のあるコア
部（３）と両側のヘッダータンク部（４）（４）とで偏
平チューブ（１）…の積層方向に略均等になされ、もっ
てコア部（８）が歪な仕上がり状態になることはない。

【００２３】上記の第一実施例では偏平チューブ（１）
の両端を圧潰と要すればロウ付けによって封止している
が、他の封止手段も採用可能である。例えば、図４に示
す第二実施例の熱交換器では、各偏平チューブ（１）は
長尺のチューブ原材より切断した状態の両端にキャップ
（９）を嵌装してロウ付けして封止する構成としている
から、炉中ロウ付けの前に該キャップ（９）を被せる手
間だけで前記の圧潰等の二次加工を省略できるという利
点がある。無論、工数増加を厭わなければ、偏平チュー
ブ（１）の両端に第一実施例のような圧潰やサイジング
を施した上で、更に適合する形状のキャップを被せてロ
ウ付けして封止することもできる。

【００２４】なお、冷媒がコア部（３）を蛇行状に流れ
る複数パス方式の熱交換器とする場合は、上下のヘッダ
ータンク部（４）（４）の一方又は両方の要所を仕切る
ことになるが、この仕切りのためには該当位置にある偏
平チューブ（１）として短筒体（８）との接合位置に開
口部（７）のないものを用いればよい。また、上記の熱
交換器は偏平チューブ（１）…が垂直に配置した縦型で
あるが、その縦横を逆にした横型に設定してもよい。

【００２５】図５及び図６で示す第三実施例は、この発
明を複式熱交換器に適用したものである。この複式熱交
換器は、前記第一実施例のようにコア部（３）の上下両
側のヘッダータンク部（４）が隣合う偏平チューブ
（１）（１）間に介在する短筒体（８）…群によって構
成される熱交換器を熱交換モジュール（10）として、そ
の複数（図では３基）の熱交換モジュール（10）…が、
偏平チューブ（１）…を垂直とする向きで、且つ互いの
各偏平チューブ（１）（１）の側縁を接してコア部
（３）に対する外気流通方向に並列配置されている。そ
して、図示を省略しているが、一般的な複式熱交換器と
同様に、隣接する熱交換モジュール（10）（10）間で上
下一方のヘッダータンク部（４）（４）同士が一端側で
連通しており、冷媒入口から流入した冷媒が複数の熱交
換モジュール（10）…の各コア部（３）を順次流通して
冷媒出口から流出するようになっている。

【００２６】この複式熱交換器におけるコア部（３）の
蛇行状フィン（21）は、並列配置した熱交換モジュール
（10）…間にわたる幅を有しており、これら複数の熱交
換モジュール（10）…に対する共用部材となっている。
しかして、各熱交換モジュール（10）の偏平チューブ
（１）は両側縁部（１ｃ）（１ｃ）がアール状をなすた
め、図５に示すように、隣合う熱交換モジュール（10）
（10）の偏平チューブ（１）（１）同士の接合した両側
縁部（１ｃ）（１ｃ）間に縦溝（12）が構成され、この
縦溝（12）は蛇行状フィン（21）の各折り返し縁（21
ａ）で遮られずに上下に連続することになる。

【００２７】このような構成の複式熱交換器では、複数
の熱交換モジュール（10）…が図６に示すように相互の
偏平チューブ（１）（１）間に余分な隙間のない状態で
並列しているため、全体としての体積が小さくなると共
に、蛇行状フィン（21）が複数の熱交換モジュール（1
0）…の共用部材であることから、各熱交換モジュール
（10）毎に独立した蛇行状フィン（２）（図１参照）を
用いる場合に比べて部品点数が大幅に少なくなり、それ
だけ組立製作が容易である。また、隣合う熱交換モジュ
ール（10）（10）の偏平チューブ（１）（１）同士の接
合部に構成される縦溝（12）が排水溝として機能し、熱
交換に伴って生成する結露水を能率よく流下させること
ができるから、結露水の滞留による熱交換効率の低下や
腐食劣化が抑制される。

【００２８】なお、この発明の熱交換器は、偏平チュー
ブ（１）の配列数及び配列間隔、冷媒回路の構成、冷媒
出入口（５）（６）の形態と位置、複式熱交換器におけ
る熱交換モジュール（10）の数等について適宜設定でき
る。しかして、ヘッダータンク部（４）の断面形状、つ
まり偏平チューブ（１）の開口部（７）の形状と短筒体
（８）の断面形状は、特に制約されないが、耐圧性の面
より円形ないしこれに近い形状がが望ましい。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、積層型の熱交
換器として、ヘッダータンク部の外径が熱交換管路とす
る偏平チューブの幅内に収まり、構造的に小型化及び軽
量化に適する上、ヘッダータンク部が全長にわたって一
定した流路断面積となり、冷媒分配性がよいと共に冷媒
側の圧力損失も少なく、もって熱交換効率に優れ、また
偏平チューブとして長尺のチューブ原材からの切断品を
利用できるから、コア部の大きさを任意に設定でき、設
計の自由度が大きく且つ製作に要する設備コストを低減
できるものが提供される。しかも、この熱交換器の組立
製作においては、構成部材を仮組みして炉中ロウ付けに
よって接合一体化した際、コア部に歪などの変形を生じ
ず、全体に安定した仕上がり寸法になるという利点があ
る。

【００３０】請求項２の発明によれば、上記の熱交換器
として、その組立製作を前記の炉中ロウ付けによって行
う際に、特にヘッダータンク部における構成部材の仮組
みが容易であると共に接合部の封止をより確実に行える
ものが提供される。

【００３１】請求項３の発明によれば、上記の熱交換器
において、偏平チューブとして中空押出材を所要長さに
切断して両端を封止したものを用いることから、該偏平
チューブを容易に且つ安価に製作できるという利点があ
る。

【００３２】請求項４の発明によれば、上記のような積
層型の熱交換器を熱交換モジュールとして、その複数の
熱交換モジュールをコア部に対する外気の流通方向に並
列配置させた複式の熱交換器において、隣合う熱交換モ
ジュールが各偏平チューブ同士の側縁を接して相互間に
余分な隙間を生じない配置構造となり、もって全体の体
積を小さくできるという利点がある。

【００３３】請求項５の発明によれば、上記の複式熱交
換器において、各熱交換モジュールの偏平チューブが垂
直状態に配置し、隣合う熱交換モジュールの偏平チュー
ブ同士の接合した側縁部間に形成される縦溝を結露水の
排水溝として、熱交換に伴って生成する結露水を能率よ
く流下させることができるから、結露水の滞留による熱
交換効率の低下や腐食劣化が抑制され、またコア部の蛇
行状フィンが前記複数の熱交換モジュール間にわたる共
通部材をなすため、各熱交換モジュール毎に独立した蛇
行状フィンを用いる場合に比べて部品点数が大幅に少な
くなるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第一実施例に係る熱交換器を示
し、（Ａ）図は正面図、（Ｂ）図は平面図である。

【図２】 同熱交換器のヘッダータンク部近傍の縦断正
面図である。

【図３】 同ヘッダータンク部の組立構成を示す分解斜
視図である。

【図４】 この発明の第二実施例に係る熱交換器のヘッ
ダータンク部近傍の縦断正面図である。

【図５】 この発明の第三実施例に係る複式熱交換器の
要部の一部破断平面図である。

【図６】 同複式熱交換器のヘッダータンク部近傍の縦
断側面図である。

【図７】 従来の複式熱交換器におけるヘッダータンク
部近傍の縦断側面図である。

【符号の説明】

１，１１・・・・偏平チューブ １ａ・・・・・・端 １ｂ・・・・・・偏平面 １ｃ・・・・・・側縁部 ２，２１・・・・蛇行状フィン ３・・・・・・・コア部 ４・・・・・・・ヘッダータンク部 ５・・・・・・・冷媒入口 ６・・・・・・・冷媒出口 ７・・・・・・・開口部 ８・・・・・・・短筒体 ８ａ・・・・・・鍔部 １０・・・・・・熱交換モジュール １２・・・・・・縦溝

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換管路をなす多数の偏平チューブが
   相互間に蛇行状フィンを介して平行配置してコア部を形
   成し、このコア部の両側に各偏平チューブの端部と連通
   接続するヘッダータンク部を備えてなる熱交換器におい
   て、 各偏平チューブの両端側には偏平面に臨む開口部が形成
   され、隣合う各偏平チューブ間には両端を前記開口部に
   吻合する短筒体が固着され、これら短筒体が偏平チュー
   ブの積層方向に直列して前記ヘッダータンク部を構成し
   ていることを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 前記短筒体は、その両端周縁に形成され
   た鍔部において両側の偏平チューブの開口部周縁にロウ
   付けされてなる請求項１記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記偏平チューブは、中空押出材を所要
   長さに切断して両端を封止したものからなる請求項１又
   は２に記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換
   器を熱交換モジュールとして、複数の熱交換モジュール
   が互いの各偏平チューブの側縁を接してコア部に対する
   外気の流通方向に並列配置されてなる熱交換器。
5. 【請求項５】 複数の熱交換モジュールが偏平チューブ
   を垂直にして並列配置され、各偏平チューブの両側縁が
   アール状をなすと共に、コア部の蛇行状フィンが前記複
   数の熱交換モジュール間にわたる幅を有してなる請求項
   ４記載の熱交換器。