JP2002168582A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い信頼性を有すると共に、軽量コンパクト
化、及び、低コスト化を図ることができる熱交換器の提
供。 【解決手段】 熱交換器１を構成する複数のチューブエ
レメント１０．１０Ａ，１０Ｂは、第１サイドタンク部
１１，１１Ａ、第２サイドタンク部１２，１２Ａ，１２
Ｂ、及び、両者同士を連通させる連通路１５，１５Ｂを
備える。各第１サイドタンク部１１，１１Ａは、順次連
通させられて冷媒流路１７を画成し、各第２サイドタン
ク部１２，１２Ａ，１２Ｂは、順次連通させられて冷媒
流路１９を画する。冷媒流路１９の下端側は、封鎖部材
としてのエンドプレート６によって封鎖されている。そ
して、エンドプレート６には、冷媒流路１９と対向する
ように波状部６ｃが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器に関し、
特に、複数のチューブエレメントを積層させた積層型の
熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、このような分野の技術として
は、特開平７−２９４１７６号公報によって開示された
ものが知られている。この公報に記載された従来の熱交
換器は、自動車用の空調装置に適用されるものであり、
複数のチューブエレメントと複数のフィンとを有する。
チューブエレメントとフィンとは、交互に積層させら
れ、ろう付等の手法によって一体化されている。

【０００３】各チューブエレメントには、一対のタンク
と、当該一対のタンクを互いに連通させるＵ字状の連通
路とが設けられている。一対のタンク群は、それぞれ、
チューブエレメントの積層方向に順次連通させられ、冷
媒流路を画成している。また、積層方向の略中央部に配
置された何れか一のチューブエレメントには、一対のタ
ンク群のうち、一方の側のタンク群によって画成された
冷媒流路を第１の連通領域と第２の連通領域とに区画す
る仕切部が設けられている。

【０００４】更に、この熱交換器の一方の端部には、冷
媒入口と冷媒出口とを有する冷媒出入口フランジ部が高
さ方向の略中央に位置するように取り付けられている。
冷媒入口は、熱交換器の端面に沿って延びる入口通路に
接続されており、入口通路は、熱交換器の底面に沿うよ
うに配置された連通パイプに接続されている。そして、
連通パイプは、仕切部の冷媒出入口フランジ部から遠い
側に配置された何れか一のチューブエレメントに設けら
れている拡大タンクに接続されている。また、仕切部の
冷媒出入口フランジ部に近い側に配置されているタンク
群によって画成される冷媒流路（第２の連通領域）は、
熱交換器の端面に沿って延びる出口通路を介して冷媒出
入口フランジ部の冷媒出口に接続されている。

【０００５】これにより、この熱交換器では、冷媒出入
口フランジ部の冷媒入口に所定の冷媒を供給すれば、冷
媒は、入口通路、連通パイプ、及び、拡大タンクを介し
て、仕切部によって区画された第１の連通領域を画成す
る各タンクに流れ込む。各タンク内の冷媒は、連通路を
介して、反対側の各タンクによって画成された冷媒流路
に流れ込む。更に、冷媒は、当該冷媒流路を冷媒出入口
フランジ部側に向けて移動し、仕切部よりも冷媒出入口
フランジ部に近い側に位置する各チューブエレメントの
連通路を介して、第２の連通領域を画成する各タンクに
流れ込む。そして、冷媒は、第２の連通領域から出口通
路を介して冷媒出入口フランジ部の冷媒出口に達する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように構成された従来の熱交換器には、次のような問
題点が存在していた。すなわち、図８に示すように、従
来の熱交換器において、冷媒出入口フランジが設けられ
ていない側の端部に位置するチューブエレメントＡは、
タンク半部（タンク形成用膨出部）Ｂ１を有する成形プ
レートＢと、エンドプレートＣ（平板）とを接合させる
ことにより構成されている。この場合、各チューブエレ
メントＡのタンク部によって画成される第１の連通領
域、及び、反対側の各タンクによって画成された冷媒流
路に冷媒が流れ込むことによって、エンドプレートＣに
は、図８に示すように、内圧Ｐが作用する。

【０００７】このため、エンドプレートＣは、図８にお
いて破線で示すように、外方に膨らんだ状態に変形す
る。従って、上述したように構成された従来の熱交換器
では、内圧ＰがエンドプレートＣに繰り返し作用するこ
とによって、図８において二点鎖線で示す成形プレート
ＢとエンドプレートＣとの接合部に亀裂等が生じること
があった。そして、熱交換器の作動時間が長期間にわた
ると、成形プレートＢとエンドプレートＣとの接合部が
破断してしまうおそれがあったことから、従来の熱交換
器は、強度や信頼性の面で問題を有していた。このよう
な問題を解消するためには、成形プレートＢやエンドプ
レートＣの肉厚を増加させることが考えられるが、これ
では、熱交換器の軽量コンパクト化、低コスト化という
要請に反する結果を招いてしまう。

【０００８】そこで、本発明は、高い信頼性を有すると
共に、軽量コンパクト化、及び、低コスト化を図ること
ができる熱交換器の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
による熱交換器は、複数のチューブエレメントを積層さ
せた熱交換器において、各チューブエレメントに設けら
れた第１タンク部と、各チューブエレメントに設けられ
た第２タンク部と、各チューブエレメントに設けられて
おり、第１タンク部と第２タンク部とを連通させる連通
路と、各第１タンク部及び第２タンク部のうち、一方の
少なくとも一部を順次連通させることによって画成され
る冷媒流路と、冷媒流路の一端側を封鎖する封鎖部材
と、冷媒流路と対向するように封鎖部材に設けられた波
状部とを備えることを特徴とする。

【００１０】この熱交換器は、複数のチューブエレメン
トを積層させたものである。各チューブエレメントは、
第１タンク部、第２タンク部、及び、第１タンク部と第
２タンク部とを連通させる連通路とを有する。各チュー
ブエレメントの第１タンク部と第２タンク部とのうち、
一方の少なくとも一部は順次連通させられ、冷媒流路を
画成する。また、この熱交換器は、例えば一端側に、封
鎖部材を有しており、この封鎖部材によって、各チュー
ブエレメントの第１タンク部と第２タンク部とのうち、
一方の少なくとも一部によって画成される冷媒流路が封
鎖される。このように構成された熱交換器では、冷媒
は、各チューブエレメントの連通路や、第１タンク部、
又は、第２タンク部を連通させることにより画成される
冷媒流路を流通する。

【００１１】この場合、冷媒流路に冷媒が流れ込むこと
により、封鎖部材には内圧が作用することになるが、こ
の熱交換器の封鎖部材には、冷媒流路と対向するように
波状部が設けられている。これにより、封鎖部材の強度
を高めることができるので、冷媒による内圧が封鎖部材
（波状部）に繰り返し作用しても、封鎖部材が過剰に変
形してしまったり、応力が過剰に発生してしまうことを
防止することができる。すなわち、この熱交換器によれ
ば、封鎖部材周辺における強度を容易に向上させること
ができるので、熱交換器全体の信頼性を向上させること
ができる。更に、封鎖部材等を薄肉化することができる
ので、熱交換器全体の軽量コンパクト化、及び、低コス
ト化を図ることが可能となる。

【００１２】また、封鎖部材は、冷媒流路を画成するタ
ンク半部を備えた成形プレートと共に、各チューブエレ
メントのうちの最外方に位置するチューブエレメントを
構成するエンドプレートであり、このエンドプレートに
は、タンク半部と対向するように波状部が設けられてい
ると好ましい。

【００１３】このような構成を採用すれば、エンドプレ
ートの強度を容易に高めることができるので、冷媒によ
る内圧がエンドプレートに繰り返し作用しても、エンド
プレートが過剰に変形してしまったり、応力が過剰に発
生してしまうことを防止することができる。従って、最
外方に位置するチューブエレメントを構成する成形プレ
ートとエンドプレートとの接合部に、亀裂等が発生して
しまうことを効果的に防止することが可能となり、熱交
換器の信頼性をより向上させることができる。加えて、
成形プレートやエンドプレートを薄肉化することができ
るので、熱交換器全体の軽量コンパクト化、及び、低コ
スト化を図ることが可能となる。

【００１４】更に、最外方に位置するチューブエレメン
トの更に外方には、フィンとサイドプレートとが積層さ
れており、このサイドプレートは、波状部側に延出され
ると共に、エンドプレートに接合されていると好まし
い。

【００１５】このような構成を採用すれば、エンドプレ
ートの強度をより一層高めることができる。従って、最
外方に位置するチューブエレメントを構成する成形プレ
ートとエンドプレートとの接合部に、亀裂等が発生して
しまうことを極めて効果的に防止することが可能とな
り、熱交換器の信頼性をより向上させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による熱
交換器の好適な実施形態について詳細に説明する。

【００１７】図１は、本発明による熱交換器を示す側面
図である。同図に示す熱交換器１は、例えば、自動車用
の空調装置に適用すると好適なものであり、複数のチュ
ーブエレメント１０，１０Ａ，１０Ｂと複数のフィン２
とを有する。チューブエレメント１０，１０Ａ，１０Ｂ
とフィン２とは、交互に積層させられ、ろう付等の手法
によって一体化されている。また、図１において、最下
端（最外方）に位置するチューブエレメント１０Ｂの下
方（外方）には、フィン２とサイドプレート９とが積層
されており、当該フィン２及びサイドプレート９も他の
チューブエレメント１０等と共に、ろう付等の手法によ
って一体化されている。

【００１８】各チューブエレメント１０は、２枚の成形
プレート３，４を互いに接合させることにより構成され
ている。また、熱交換器１の図１における上端に位置す
るチューブエレメント１０Ａは、成形プレート４とエン
ドプレート５とを互いに接合させることにより構成され
ている。更に、熱交換器１の図１における下端に位置す
るチューブエレメント１０Ｂは、成形プレート３とエン
ドプレート６とを接合させることにより構成されてい
る。

【００１９】図２に示すように、各成形プレート３の一
端部には、それぞれ、第１タンク半部３ａ、第２タンク
半部３ｂ、及び、両者の間に位置する中間タンク半部３
ｃが形成されている。また、各成形プレート３には、各
タンク半部３ａ，３ｂ，３ｃよりも他端側に位置するよ
うに、各タンク半部３ａ〜３ｃよりも浅く、かつ、略U
字状を呈する凹部３ｄが形成されている。同様に、各成
形プレート４の一端部にも、成形プレート３の各タンク
半部３ａ〜３ｃと対向するように、第１タンク半部４
ａ、第２タンク半部４ｂ、及び、両者の間に位置する中
間タンク半部４ｃが形成されている。また、各成形プレ
ート４にも、成形プレート３の凹部と対向するように、
各タンク半部４ａ〜４ｃよりも浅く、かつ、略U字状を
呈する凹部４ｄが形成されている。

【００２０】これにより、図３に示すように、２枚の成
形プレート３，４同士を接合させれば、各チューブエレ
メント１０には、各成形プレート３，４の第１タンク半
部３ａ，４ａによって第１サイドタンク部（第１タンク
部）１１が形成され、第２タンク半部３ｂ，４ｂによっ
て第２サイドタンク部（第２タンク部）１２が形成され
る。そして、第１サイドタンク部１１と第２サイドタン
ク部１２との間には、中間タンク半部３ｃ，４ｃによっ
て中間タンク部１４が形成される。また、成形プレート
３，４の凹部３ｄ，４ｄ同士によって、互いに対をなす
第１サイドタンク部１１と第２サイドタンク部１２とを
連通させる略Ｕ字状の連通路１５（図２参照）が形成さ
れる。

【００２１】更に、成形プレート４とエンドプレート５
とを接合させることにより、チューブエレメント１０Ａ
には、第１サイドタンク部１１Ａ、第２サイドタンク部
１２Ａ、中間タンク部１４Ａ、及び、両者を連通させる
連通路（図示省略）が形成される。これに対して、図４
に示すように、チューブエレメント１０Ｂを構成するエ
ンドプレート６には、成形プレート３の第１タンク半部
３ａ、及び、中間タンク半部３ｃの双方と対向するよう
に、両者よりも深い凹部６ａが形成されている。また、
エンドプレート６には、成形プレート３の第２タンク半
部３ｂと対向するように、浅い凹部６ｂが形成されると
共に、成形プレート３に形成されているU字状の凹部３
ｄと対向するように、ごく浅いU字状の凹部６ｄが形成
されている。

【００２２】これにより、成形プレート３とエンドプレ
ート６とを接合させることにより、チューブエレメント
１０Ｂには、成形プレート３の第１タンク半部３ａ、中
間タンク半部３ｃ、及び、エンドプレート６の凹部６ａ
によって折返しタンク部１６が形成される。また、チュ
ーブエレメント１０Ｂには、成形プレート３の第２タン
ク半部３ｂとエンドプレート６の凹部６ｂとによって第
２サイドタンク部１２Ｂが形成される。更に、チューブ
エレメント１０Ｂには、成形プレート３に形成されたＵ
字状の凹部３ｄと、エンドプレート６に形成されたＵ字
状の凹部６ｄとによってＵ字状の連通路１５Ｂ（図４参
照）が形成される。

【００２３】また、図３に示すように、各成形プレート
３の第１タンク半部３ａ、第２タンク半部３ｂ、及び、
中間タンク半部３ｃには、それぞれ開口部３ｅが形成さ
れている。更に、各成形プレート４の第１タンク半部４
ａ、第２タンク半部４ｂ、及び、中間タンク半部４ｃに
は、それぞれ開口部４ｅが形成されている。従って、各
チューブエレメント１０，１０Ａ，１０Ｂを積層させる
と、各チューブエレメント１０の第１サイドタンク部１
１，１１Ａは順次連通し合って冷媒流路１７を画成す
る。同様に、各チューブエレメント１０、１０Ａの中間
タンク部１４，１４Ａは順次連通し合って冷媒流路１８
を画成する。そして、冷媒流路１７と冷媒流路１８と
は、図１おいてに下端側に位置するチューブエレメント
１０Ｂの折返しタンク部１６を介して互いに連通する。
また、各チューブエレメント１０，１０Ａ，１０Ｂの第
２サイドタンク部１２，１２Ａ，１２Ｂは、順次連通し
合って冷媒流路１９を画成する。

【００２４】ここで、各チューブエレメント１０，１０
Ａ，１０Ｂの第２サイドタンク部１２，１２Ａ，１２Ｂ
によって画成される冷媒流路１９の一端側（図１におけ
る下端側）は、図３に示すように、チューブエレメント
１０Ｂを構成するエンドプレート６の凹部６ｂによって
封鎖される。すなわち、エンドプレート６は、冷媒流路
１９を封鎖する封鎖部材として機能する。そして、エン
ドプレート６の凹部６ｂには、図５及び図６に示すよう
に、ビード加工が施されている。この結果、エンドプレ
ート６は、冷媒流路１９と対向する波状部６ｃを有する
ことになる。なお、図５及び図６に示す例では、エンド
プレート６の長手方向と直交する方向に沿ってビード加
工を施すことにより波状部６ｃを形成しているが、これ
に限られるものではなく、ビード加工を施す方向は任意
に採用可能である。

【００２５】一方、図１に示すように、熱交換器１の図
中左端に位置するチューブエレメント１０Ａには、中間
プレート７を介してフロントプレート８が固定されてい
る。中間プレート７は、中間チャンバ７ａと中間チャン
バ７ｂとを有する。中間チャンバ７ａは、開口部７ｃ、
及び、エンドプレート５に形成された開口部５ｃを介し
て、各中間タンク部１４，１４Ａによって画成された冷
媒流路１８と連通している。また、中間チャンバ７ｂ
は、開口部７ｄ、及び、エンドプレート５に形成された
開口部５ｂを介して、各第２サイドタンク部１２，１２
Ａ，１２Ｂによって画成された冷媒流路１９と連通して
いる。更に、フロントプレート８には、冷媒入口２１と
冷媒出口２２とを有する冷媒出入口フランジ部２３が取
り付けられている。そして、冷媒入口２１は、中間チャ
ンバ７ｂと連通しており、冷媒出口は、中間チャンバ７
ａと連通している。

【００２６】このように構成された熱交換器１では、冷
媒入口２１に供給された冷媒は、中間プレート７の中間
チャンバ７ａを介して、まず、チューブエレメント１０
Ａの第２サイドタンク部１２Ａに流れ込む。そして、冷
媒は、各チューブエレメント１０，１０Ａ，１０Ｂの各
第２サイドタンク部１２，１２Ａ，１２Ｂによって画成
された冷媒流路１９を図３に示すように下降すると共
に、各チューブエレメント１０，１０Ａ，１０Ｂの連通
路１５，１５Ｂを介して、各第１サイドタンク１１，１
１Ａによって画成される冷媒流路１７側に達する。

【００２７】この場合、冷媒流路１９を冷媒が流通（下
降）することにより、冷媒流路１９の封鎖部材として機
能するエンドプレート６には内圧が作用することになる
が、エンドプレート６の凹部６ｂには、冷媒流路１９と
対向するように波状部６ｃが設けられている。これによ
り、封鎖部材であるエンドプレート６の強度を容易に高
めることができるので、冷媒による内圧が繰り返し作用
しても、エンドプレート６（凹部６ｂ）が過剰に変形し
てしまったり、応力が過剰に発生してしまうことを防止
することができる。本発明者らの研究結果によれば、エ
ンドプレート６の凹部６にビード加工を施して波状部６
ｃを設けることにより、波状部を設けない場合と比較し
て、応力を最大でおよそ３０％程度、低減可能であるこ
とが判明している。

【００２８】従って、熱交換器１によれば、最下端（最
外方）に位置するチューブエレメント１０Ｂを構成する
成形プレート３とエンドプレート６との接合部に、亀裂
等が発生してしまうことを効果的に防止することが可能
となり、熱交換器１の信頼性をより向上させることがで
きる。加えて、成形プレート３、エンドプレート６、更
には、フィン２を薄肉化することができるので、熱交換
器１全体の軽量コンパクト化、及び、低コスト化を図る
ことが可能となる。

【００２９】各チューブエレメント１０，１０Ａの第１
サイドタンク部１１，１１Ａによって画成される冷媒流
路１７に流れ込んだ冷媒は、折返しタンク部１６を介し
て、各チューブエレメント１０，１０Ａの中間タンク部
１４，１４Ａによって画成される冷媒流路１８に流れ込
む。更に、冷媒流路１８に流れ込んだ冷媒は、中間プレ
ート７の中間チャンバ７ａを介して冷媒出口２２に導か
れる。そして、このように冷媒が熱交換器１の冷媒流路
１９，連通路１５、冷媒流路１７，１９を流通する間
に、所定の熱交換が行なわれることになる。

【００３０】図７に、本発明による熱交換器の他の実施
形態を示す。図７は、最下端（最外方）に位置するチュ
ーブエレメント１０Ｂの更に外方に積層されたサイドプ
レート９を、エンドプレート６の波状部６ｃ側に延出す
ると共に、エンドプレート６に接合させた例を示す。す
なわち、図７に示す例では、サイドプレート９の一端側
に延出部９ａ、９ｂが形成されている。そして、延出部
９ａは、エンドプレート６の凹部６ａの外表面に、延出
部９ｂは、エンドプレート６の凹部６ｂ（波状部６ｃ）
の外表面に接合されている。

【００３１】このような構成を採用すれば、エンドプレ
ート６の強度をより一層高めると共に、応力の発生を極
めて効果的に防止することができる。本発明者らの研究
結果によれば、エンドプレート６の凹部６にビード加工
を施して波状部６ｃを設けると共にサイドプレート９を
延出してエンドプレート６に接合させることにより、波
状部を設けない場合と比較して、応力を最大でおよそ５
０％程度、低減可能であることが判明している。従っ
て、最下端（最外方）に位置するチューブエレメント１
０Ｂを構成する成形プレート３とエンドプレート６との
接合部に、亀裂等が発生してしまうことを極めて効果的
に防止することが可能となり、熱交換器１の信頼性をよ
り一層向上させることができる。

【００３２】なお、上述した熱交換器１は、各チューブ
エレメント１０，１０Ａ，１０Ｂが、一端側（図１にお
ける右端側）に第１サイドタンク部１１，１１Ａ、第２
サイドタンク部１２，１２Ａ，１２Ｂ、中間タンク部１
４，１４Ａ、及び、折返しタンク部１６を有するものと
して説明したが、これに限られるものでない。すなわ
ち、本発明は、中間タンク部を有さないチューブエレメ
ントや、両端にタンク部を有するチューブエレメント等
を積層させた他の熱交換器に適用することも可能であ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明による熱交換器は、以上説明した
ように構成されているため、次のような効果を得る。す
なわち、熱交換器を構成する各チューブエレメントの第
１タンク部及び第２タンク部のうち、一方の少なくとも
一部を順次連通させる冷媒流路を画成すると共に、この
冷媒流路の一端側を封鎖する封鎖部材に、冷媒流路と対
向するように波状部を設けることにより、高い信頼性を
有すると共に、軽量コンパクト化、及び、低コスト化を
図ることができる熱交換器の実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱交換器を示す側面図である。

【図２】図１の熱交換器のチューブエレメントを構成す
る成形プレートを示す概略構成図である。

【図３】図１におけるIII−III線についての断面図であ
る。

【図４】図１の熱交換器のチューブエレメントを構成す
るエンドプレートを示す概略構成図である。

【図５】図４に示すエンドプレートの要部拡大図であ
る。

【図６】図５におけるVI−VI線についての断面図であ
る。

【図７】本発明による熱交換器の他の実施形態を説明す
るための要部拡大図である。

【図８】従来の熱交換器における問題点を説明するため
の模式図である。

【符号の説明】 １…熱交換器、２…フィン、３，４…成形プレート、３
ａ，４ａ…第１タンク半部、３ｂ，４ｂ…第２タンク半
部、３ｃ，４ｃ…中間タンク半部、３ｅ，４ｅ…開口
部、５，６…エンドプレート、６ａ，６ｂ，６ｄ…凹
部、６ｃ…波状部、７…中間プレート、８…フロントプ
レート、９…サイドプレート、９ａ，９ｂ…延出部、１
０，１０Ａ，１０Ｂ…チューブエレメント、１１，１１
Ａ…第１サイドタンク部、１２，１２Ａ，１２Ｂ…第２
サイドタンク部、１４，１４Ａ…中間タンク部、１５，
１５Ｂ…連通路、１６…折返しタンク部、１７，１８，
１９…冷媒流路、２１…冷媒入口、２２…冷媒出口、２
３…冷媒出入口フランジ部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のチューブエレメントを積層させた
   熱交換器において、 前記各チューブエレメントに設けられた第１タンク部
   と、 前記各チューブエレメントに設けられた第２タンク部
   と、 前記各チューブエレメントに設けられており、前記第１
   タンク部と前記第２タンク部とを連通させる連通路と、 前記各第１タンク部及び前記第２タンク部のうち、一方
   の少なくとも一部を順次連通させることによって画成さ
   れる冷媒流路と、 前記冷媒流路の一端側を封鎖する封鎖部材と、 前記冷媒流路と対向するように前記封鎖部材に設けられ
   た波状部とを備えることを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 前記封鎖部材は、冷媒流路を画成するタ
   ンク半部を備えた成形プレートと共に、前記各チューブ
   エレメントのうちの最外方に位置するチューブエレメン
   トを構成するエンドプレートであり、このエンドプレー
   トには、前記タンク半部と対向するように前記波状部が
   設けられている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】 前記最外方に位置するチューブエレメン
   トの更に外方には、フィンとサイドプレートとが積層さ
   れており、このサイドプレートは、前記波状部側に延出
   されると共に、前記エンドプレートに接合されているこ
   とを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。