JP2001201276A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JP2001201276A
JP2001201276A JP2000005321A JP2000005321A JP2001201276A JP 2001201276 A JP2001201276 A JP 2001201276A JP 2000005321 A JP2000005321 A JP 2000005321A JP 2000005321 A JP2000005321 A JP 2000005321A JP 2001201276 A JP2001201276 A JP 2001201276A
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JP
Japan
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tube
header pipe
heat exchanger
refrigerant
passage
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Yuji Kawamura
裕司 河村
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Valeo Thermal Systems Japan Corp
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Zexel Valeo Climate Control Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二酸化炭素等を冷媒とする耐圧が要求される
冷媒サイクルに用いられる熱交換器において、ヘッダパ
イプの重量を増加させることなく、耐圧強度を高めて、
ヘッダパイプの破損を防止する。 【解決手段】 前記ヘッダパイプ2、3にチューブ挿入
孔7をチューブ4、5の長手方向に沿って複数に分割形
成すると共に、前記チューブ4、5の端部に前記ヘッダ
パイプ2、3のチューブ挿入孔7と対応した挿入部9を
複数に分岐して突出形成することにより、各チューブ挿
入孔7の長手方向幅は短縮されるので、各チューブ挿入
孔7の長手方向中央部において、その短手方向に広がろ
うとする応力に対する強度は向上する。

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、二酸化炭素等を
冷媒とする冷凍サイクルのように、耐圧が必要とされる
熱交換器であって、特にサーペンタイン型の熱交換器に
関する。
【0002】
【従来の技術】二酸化炭素を冷媒として用いる場合に
は、従来のフロン等に比べて著しく冷凍サイクル内の冷
媒圧力が高くなり、このため冷凍サイクルを構成する熱
交換器にあっても耐圧の点から設計変更を余儀なくされ
ており、このような高圧に耐えられる熱交換器として
は、発明者らの研究によりサーペンタイン型の熱交換器
が有望視されている。
【0003】サーペンタイン型の熱交換器の最も一般的
な構成としては、特開平1−206084号公報などに
示されるように、冷媒を流入する冷媒通路が形成された
流入側ヘッダパイプと、冷媒を流出する冷媒通路が形成
された流出側ヘッダパイプと、複数段に折り返して前記
流入側ヘッダパイプと流出側ヘッダパイプとの間を連通
する少なくとも一つのサイペンタイン状のチューブと、
前記折り返された前記チューブの対向する外周面間に介
在するフィンとを有して構成され、前記ヘッダパイプの
周面に前記チューブを挿入するチューブ挿入孔が形成さ
れ、このチューブ挿入孔にチューブが挿入接合されるよ
うになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サーペ
ンタイン型の熱交換器は、チューブが押出成形によって
形成されてチューブ自体は接合代を有していないことか
ら、耐圧性に優れた構成であるが、二酸化炭素等を冷媒
とする冷凍サイクルに用いられる場合には、チューブは
ともかく、チューブの端部とヘッダパイプの挿入孔との
挿着部分が破損して冷媒が漏洩することが懸念されてい
る。
【0005】すなわち、図6に示されるように、チュー
ブの端部が挿入接合されているヘッダパイプ101を拡
大してみると、ヘッダパイプ内部からかかる冷媒圧力に
よってチューブの端部を挿入するチューブ挿入孔102
には、このチューブ挿入孔102を押し広げようとする
応力Fが作用し、該チューブ挿入孔102の長手方向中
央部に最も応力が集中してしまい、最悪の場合には、こ
の部分を中心に変形し、これに伴ってチューブ挿入孔1
02が図6(a)に示すように押し広げられ、ここにろ
う付け等によって接合しているチューブも裂けてしまう
ことが実験により確認されている。
【0006】このような事態を避けるには、ヘッダパイ
プの厚みを充分に厚くすることも考えられるが、肉厚に
すればするほどヘッダパイプの重量、ひいては熱交換器
の重量が大きくなり、軽量化の要請に反するものとな
る。また、肉厚にすれば、それだけヘッダパイプも大き
なものとなり、熱交換器の省スペース化の要請にも反す
る。
【0007】そこで、この発明においては、二酸化炭素
等を冷媒とする耐圧が要求される冷媒サイクルに用いら
れる熱交換器において、ヘッダパイプの重量を増加させ
ることなく、耐圧強度を高めて、ヘッダパイプの破損を
防止するようにした熱交換器を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】しかして、この発明に係
る熱交換器は、冷媒が流入する冷媒通路が形成された流
入側ヘッダパイプと、冷媒が流出する冷媒通路が形成さ
れた流出側ヘッダパイプと、複数段に折り返して前記流
入側ヘッダパイプ及び流出側ヘッダパイプと接続され、
且つ複数の通路を有する少なくとも一つのサイペンタイ
ン状のチューブと、前記折り返された前記チューブの対
向する外周面間に介在するフィンとを有する熱交換器に
おいて、前記ヘッダパイプに、チューブ挿入孔を当該チ
ューブの長手方向に沿って複数に分割形成すると共に、
前記チューブの端部に前記ヘッダパイプのチューブ挿入
孔と対応した挿入部を複数に分岐して突出形成したこと
を特徴とする(請求項1)。前記チューブの挿入部のヘ
ッダパイプ側面に前記通路が開口し、前記チューブの挿
入部間のヘッダパイプ側面に前記通路が開口していない
ものとしても(請求項2)、又、前記チューブの挿入部
のヘッダパイプ側面及び前記チューブの挿入部間のヘッ
ダパイプ側面に前記通路が開口しているが、このチュー
ブの挿入部間のヘッダパイプ側面に開口する通路の径
は、前記チューブの挿入部のヘッダパイプ側面に開口す
る通路と同径又は若干小さくなっているものとしても良
い(請求項3)。ここで、例えば、ヘッダパイプのチュ
ーブ挿入孔の数を2個又は3個とすると共に、これに対
応してチューブの挿入部の数も2つ又は3つとすること
が考えられる。
【0009】このような構成によれば、ヘッダパイプの
チューブ挿入孔は、その長手方向において複数に分割さ
れる関係上、各チューブ挿入孔の長手方向幅は短縮され
るので、各チューブ挿入孔の長手方向中央部において、
その短手方向に広がろうとする応力に対する強度は向上
することとなる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面により説明する。
【0011】図1において、サーペインタイン型熱交換
器の一例が示され、この熱交換器1は、コア本体の上部
中央側に配されて冷媒が流入する通風方向下流側に開口
している冷媒通路が形成された流入側ヘッダパイプ2
と、コア本体の下部両端に配されて冷媒が流出する通風
方向下流側に開口している冷媒通路が形成された流出側
ヘッダパイプ3、3と、流入側ヘッダパイプ2と一方の
流出側ヘッダパイプ3とを連通するサーペンタイン状の
第1チューブ4と、前記流入側ヘッダパイプ2と他方の
流出側ヘッダパイプ3とを連通するサペインタイン状の
第2チューブ5と、チューブ4、5の対向しあう外周面
の間に介在されるコルゲート状のフィン6とで少なくと
も構成されている。
【0012】このうち、流出側ヘッダパイプ3は、内部
の冷媒通路の内径が例えば6mmのもので、図2に示さ
れるように、チューブ4、5の端部側が挿入されるチュ
ーブ挿入孔7が当該ヘッダパイプ3の外周面に形成され
ている。チューブ挿入孔7は、この実施形態では、チュ
ーブ挿入孔7は、流出側ヘッダパイプ3の長手方向に沿
って2個縦列に並設されたもので、その短手方向幅が例
えば2mm、チューブ挿入孔7とチューブ挿入孔7との
間が例えば5mmから6mmとなっている。流入側ヘッ
ダパイプ2は、図示されていなが、その外観形態、その
冷媒通路の内径については略同様であると共に、チュー
ブ4の端部側が挿入されるチューブ挿入孔とチューブ5
が挿入されるチューブ挿入孔とが形成される一方で、そ
の各チューブ挿入孔の短手方向寸法、チューブ挿入孔間
の寸法は、図2で示される流出側ヘッダパイプ3のチュ
ーブ挿入孔7と略同じものである。
【0013】これに対し、チューブ4、5は、押し出し
成形にて形成され内部に多数の円状の冷媒通路8を有す
る扁平チューブをサーペンタイン状に幾段にも折り返し
て形成されているもので、その通風方向幅は、例えば6
0mmであり、また、冷媒通路8の径は0.8mmから
1.0mmである。チューブ4の端部側には、図2に示
される様に、チューブ挿入孔7の個数に対応して2つヘ
ッダパイプ挿入部9が延出しており、チューブ5の端部
側にも、図示しないが同様にヘッダパイプ挿入部9が延
出している。
【0014】このヘッダパイプ挿入部9、9間の凹部に
位置するヘッダパイプ側面10は、この実施形態では、
ヘッダパイプ3のチューブ挿入孔7、7間の外周面と密
着可能なように円弧状をなしている。そして、このヘッ
ダパイプ側面10には、図3に示されるように、冷媒通
路が全く形成されないものとしても、チューブの軽量化
のため及び押し出し成形の際にねじれて出てくるのを防
止するために冷媒通路11が形成されるようにしても良
い。そして、冷媒通路11が形成される場合には、その
冷媒通路11の径は、ヘッダパイプ挿入部9のヘッダパ
イプ側面に開口する冷媒通路8と同じ径としても良い
が、チューブの剛性を保持するために、図4に示される
ように、冷媒通路8,8間のピッチと同じにしつつ当該
冷媒通路8よりも若干小径としても良い。
【0015】しかるに、以上の構成の熱交換器1によれ
ば、外部から流入パイプ12を介して流入側ヘッダパイ
プ2の冷媒通路に流入した冷媒は、第1チューブ4、5
の冷媒通路8内を蛇行しつつ流出側ヘッダパイプ3、3
側に移行し、その際にフィン6を介してこの熱交換器1
のコアを通過する空気と熱交換した後、流出側ヘッダパ
イプ3、3の冷媒通路から流出パイプ13を介して外部
に流出するフローが構成される。その一方で、流出側ヘ
ッダパイプ3と第1チューブ4、5の端部とは、2個の
チューブ挿入孔7に2つのヘッダパイプ挿入部9が挿着
され、これは流入側ヘッダパイプ2と第1チューブ4、
5の端部とについても同様であるため、各チューブ挿入
孔7のヘッダパイプ2、3の長手方向に沿った長さは短
縮されるので、チューブ挿入孔7の短手方向両側におい
て当該チューブ挿入孔7を広げようとする応力に対する
強度が向上する。
【0016】ところで、これまで、ヘッダパイプ2、3
に形成されるチューブ挿入孔7の個数及びチューブ4、
5のヘッダパイプ挿入部9の数を2つして説明してきた
が必ずしもこれに限定されず、例えば、図5に示される
ように、ヘッダパイプ2、3に形成されるチューブ挿入
孔7の数を3個とし、これに対応させてチューブ4、5
のヘッダパイプ挿入部9の数を3つとしても良い。尚、
これまで説明してきた構成と同様の構成については、同
一の符号を付して説明を省略する。
【0017】また、図1に示される熱交換器1以外の熱
交換器、例えば、図示しないが、流入側ヘッダパイプと
流出側ヘッダパイプとが1つずつで、この流入側ヘッダ
パイプと流出側ヘッダパイプとを連通するサーペンタイ
ン状のチューブとから成るより単純な構造のサーペンタ
イン型熱交換器にも、この発明の構成をそのまま用いて
も良い。
【0018】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
ヘッダパイプの各チューブ挿入孔の長手方向幅が短縮さ
れるため、各チューブ挿入孔の長手方向中央部における
短手方向に広がろうとする応力に対する強度は向上する
ので、熱交換器の重量を増加させることなくヘッダパイ
プの破壊に対する強度を向上させることができる。
【0019】そして、特に請求項3に記載の発明によれ
ば、チューブの挿入部間のヘッダパイプ側面に通路を開
口させることにより、チューブの軽量化及びチューブ押
し出し成形の際のねじれを防止しつつ上記した効果を得
ることができ、しかも、チューブの挿入部間のヘッダパ
イプ側面に開口する通路の径を、前記チューブの挿入部
のヘッダパイプ側面に開口する通路より若干小さくする
ことにより、チューブの剛性をも保持することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明に用いられるサーペンタイン
型の熱交換器の全体構成図を示す斜視図である。
【図2】図2は、同上のチューブの端部をヘッダパイプ
のチューブ挿入孔に挿入する状態を示す要部拡大図であ
る。
【図3】図3は、同上のチューブの端部について、その
通路開口側から見た状態を示す端面図である。
【図4】図4は、図3とは異なる冷媒通路の構成をなす
チューブについて、その通路開口側から見た状態を示す
端面図である。
【図5】図5は、図2とは異なる構成のチューブの端部
の形状を示す要部拡大図である。
【図6】図6は、従来のサーペンタイン型熱交換器に用
いられるヘッダパイプを示し、図6(a)はチューブを
挿入するチューブ挿入孔が見えるように側方から見た図
であり、図6(b)は図6(a)のI−I線で切断した
断面図である。
【符号の説明】
1 熱交換器 2 流入側ヘッダパイプ 3 流出側ヘッダパイプ 4 第1チューブ 5 第2チューブ 6 フィン 7 チューブ挿入孔 8 冷媒通路 9 ヘッダパイプ挿入部 10 チューブのヘッダパイプ側面 11 冷媒通路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷媒が流入する冷媒通路が形成された流
    入側ヘッダパイプと、冷媒が流出する冷媒通路が形成さ
    れた流出側ヘッダパイプと、複数段に折り返して前記流
    入側ヘッダパイプ及び流出側ヘッダパイプと接続され、
    且つ複数の通路を有する少なくとも一つのサイペンタイ
    ン状のチューブと、前記折り返された前記チューブの対
    向する外周面間に介在するフィンとを有する熱交換器に
    おいて、 前記ヘッダパイプにチューブ挿入孔を当該チューブの長
    手方向に沿って複数に分割形成すると共に、前記チュー
    ブの端部に前記ヘッダパイプのチューブ挿入孔と対応し
    た挿入部を複数に分岐して突出形成したことを特徴とす
    る熱交換器。
  2. 【請求項2】 前記チューブの挿入部のヘッダパイプ側
    面に前記通路が開口し、前記チューブの挿入部間のヘッ
    ダパイプ側面に前記通路が開口していないことを特徴と
    する請求項1に記載の熱交換器。
  3. 【請求項3】 前記チューブの挿入部のヘッダパイプ側
    面及び前記チューブの挿入部間のヘッダパイプ側面に前
    記通路が開口しているが、このチューブの挿入部間のヘ
    ッダパイプ側面に開口する通路の径は、前記チューブの
    挿入部のヘッダパイプ側面に開口する通路と同径又は若
    干小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載の
    熱交換器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1298401A2 (en) 2001-09-29 2003-04-02 Halla Climate Control Corporation Heat exchanger
FR2933179A1 (fr) * 2008-06-26 2010-01-01 Valeo Systemes Thermiques Echangeur de chaleur

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EP1298401A2 (en) 2001-09-29 2003-04-02 Halla Climate Control Corporation Heat exchanger
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