JP2004003863A

JP2004003863A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004003863A
Application number: JP2003287408A
Authority: JP
Inventors: Soichi Kato; 加藤　宗一; Katsuji Akiyama; 秋山　勝司
Original assignee: Zexel Valeo Climate Control Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】　生産性の向上とコストの低減のためにブレージングシートによってチューブを成形すると共に、ブレージングシートでチューブを成形することによって生じる不具合を解消する。
【解決手段】　ブレージングシートによって形成されるチューブエレメントにおいて、一方のフィン当接側面から他方のフィン当接側面に突出する長手方向に伸びるビードを形成して、チューブエレメントの耐圧性能、熱交換率を向上させると共に、チューブエレメントの両端部をビードを形成しないフラットとして、チューブエレメントの挿着性を向上させる。また、前記ヘッダパイプとビード端部との間の間隔を２ｍｍから１０ｍｍの範囲内として、耐圧とろう付け性との間のバランスを図る。
【選択図】　　　　図２

Description

　この発明は、車両用空調装置等に使用される冷房サイクルの一部を構成する熱交換器に関する。

　従来の熱交換器として、特許文献１に開示される熱交換器は、押出成形によって形成されたチューブと、このチューブの間に配されるフィンと、一対のヘッダによって構成されるものである。この熱交換器は、蒸発器として、或いは蒸発器と凝縮器との間で切り換えられる兼用タイプの熱交換器として使用されるもので、蒸発器として使用した場合に、チューブ表面に付着する結露水の排出を効率よく行うためにチューブ表面に凹状の排水部が形成されたものである。また、排水部をチューブの端部には形成しないようにして、チューブをヘッダに挿着し易いようにしているものである。また、チューブの伝熱性能を向上させるためにチューブを薄く形成することが望ましいが、チューブを薄く形成すると耐圧性能が低下する恐れがある。このため、チューブ内に複数の仕切壁を形成し、チューブの耐圧性能を向上させている。
特開平７−１９０６６１号公報

　しかしながら、最近では生産性の向上とコストの低減を目的として、押出成形ではなく、ブレージングシートによってチューブを成形することが行われており、このため、ブレージングシートにより偏平パイプ状に形成されたチューブの耐圧性能を向上させるためにチューブ内にインナーフィンを挿入してろう付けすることが行われてきた。

　このため、本発明は、生産性の向上とコストの低減のためにブレージングシートによってチューブを成形すると共に、ブレージングシートでチューブを成形することによって生じる不具合を解消した熱交換器を提供することを目的とする。

　したがって、この発明に係る熱交換器は熱交換媒体の流入口及び流出口が形成される一対のヘッダパイプと、この一対のヘッダパイプの間を連痛する複数のチューブエレメントと、複数のチューブエレメントの間に配されるフィンとによって構成される熱交換器において、前記チューブエレメントは、一枚のブレージングシートの中央を折り曲げることにより形成され、前記チューブエレメントの前記フィンが当接する２つの上下側面には、その各々に、他方の側面に向けて突出するろう付することにより他側と接合される複数の流路を形成する複数のビードがチューブエレメント長手方向に連続して形成されると共に、該ビードの形成によりチューブエレメント外周表面にそのチューブエレメント長手方向に連続したビード溝が形成され、チューブエレメントには、両端から所定の範囲に渡って、外形がヘッダパイプのチューブ挿入孔とほぼ同一形状となるように、フラット形状に形成され、前記チューブエレメントを前記ヘッダパイプに挿着した時に、前記ヘッダパイプとビード溝端部との間の間隔が２ｍｍから１０ｍｍの範囲内にあること（請求項１）。またチューブエレメントは、２つの側面の各々の側を形成する２つのブレージングシートにより形成しても良いものである（請求項２）。

　よって、この発明によれば、ブレージングシートによって形成されるチューブエレメントの両端部にはフラット部が形成されるために、チューブエレメントの挿着部分の形状が簡易化することができると共に、ヘッダパイプに形成するチューブエレメントの挿着孔の形状を同様に簡易することができるため、ヘッダパイプへの挿着性を向上させることができる。さらに、各々が側面から突出するビードを一体に成形できることによって、チューブエレメントの耐圧性能を向上させることができ、上記課題を達成することができる。

　また、ビードを突出形成したことによって、冷媒の当接する表面積、言い換えるとチューブエレメントを介して冷媒と空気が接触する面積を増大させることができるため、冷媒の熱交換率を向上させることができる。さらに、前記ヘッダパイプとビード端部との間の間隔を２ｍｍから１０ｍｍの範囲内とすることによって、ビードのないフラット部がチューブエレメント内の流れる冷媒の圧力によって変形することを防止できると共に、ビードが前記ヘッダパイプに近接し過ぎることによるビード溝へロウ流れを防止できるため、チューブエレメントとヘッダパイプとの接合を良好に維持できるものである。尚、実験冷媒圧力６０Ｋｇ／ｃｍ² Ｇで熱交換器の積層方向の変形量を０ｍｍとする範囲は、前記間隔が０ｍｍから５ｍｍの範囲であり、誤差範囲として変形量を２ｍｍとする範囲は、前記間隔が１０ｍｍまでである。また、ビード端部へのろう流れの許容範囲は２ｍｍである。これによって、前記間隔の最適範囲として２ｍｍから１０ｍｍの範囲が設定された。

　また、この発明において、前記チューブエレメントは、一枚のブレージングシートにより一体に形成されたことにある。これによって、一枚のブレージングシートにより連続してチューブエレメントを形成できるために、生産性を向上させることができ、さらにチューブエレメントの一方の側面のろう付け部分を不要とすることができることから、チューブエレメントの耐圧性能を向上させることができる。

　さらに、請求項２番目の発明では、この場合は、ブレージングシートを曲げる工程が不要となるために、各々の側面の形成が容易となり、これによって製造ラインを短くすることができるという利点が生じる。

　　以下、この発明の実施例について図面に基づいて説明する。

　図１に示す熱交換器１は、例えば車両用空調装置の冷房サイクルの一部を構成するコンデンサとして使用されるもので、一対のヘッダパイプ２，３と、この一対のヘッダパイプ２及び３間を連通する複数のチューブエレメント４と、このチューブエレメント４の間に配されるコルゲートフィン５とによって構成されるものである。また、前記一対のヘッダパイプ２，３には、冷媒入口パイプ６及び冷媒出口パイプ７が設けられる。

　この実施例においては、一方のヘッダパイプ２の上部に冷媒入口パイプ６が設けられ、他方のヘッダパイプ３の下部に冷媒出口パイプ７が設けられ、またヘッダパイプ２，３の所定の部分が図示しない仕切りプレートにて仕切られて、複数段（奇数段）の冷媒流路を有する熱交換器１が構成されるものである。尚、図１中において、３０で示されるものは、ヘッダパイプ２及び３の端部を閉塞する蓋であり、３１及び３２は前記チューブエレメント４及びフィン５の積層方向の両端を保持するエンドプレートである。

　上記構成の熱交換器１において、第１の実施例に係るチューブエレメント４は、図２及び図３に示すように、ブレージングシートにより偏平パイプ形状に形成されたもので、フィン５と当接する２つの対向する側面８，９には、チューブエレメント４の長手方向に延設されたビード１０，１１が形成されている。また、前記ビード１０は側面８から側面９に向かって突出形成され、その先端が側面９の内側に当接してろう付けされたもので、前記ビード１１は側面９から側面８に向かって突出形成され、その先端が側面８の内側に当接してろう付けされたものである。尚、この実施の形態においては、前記ビード１０とビード１１とは、所定の間隔を有してずれた位置に配されるものである。

　これによって、チューブエレメント４内の空間はビード１０，１１によって分割され、複数の冷媒流路１３、この実施の形態においては３本の冷媒流路１３が形成されるものである。尚、図２中における１４，１５は、チューブエレメント４の接合側部を形成するろう付け代である。

　さらに、ビード１０，１１が形成されることによって、その端部が対向する側面にろう付けされて固定されることによってチューブエレメント４の耐圧性能を向上させ、またビー１０，１１の側面によって冷媒流路１３を流れる冷媒とチューブエレメント４との接触面積と大きくとることができると共に、チューブエレメント４の表面と空気との接触面積を大きくとることができるために、冷媒の熱交換効率を向上させることができる。

　しかしながら、前記ビード１０，１１をチューブエレメント４の端部まで形成した場合、ヘッダパイプ２，３に形成されるチューブエレメントの挿着孔の形状が複雑になるため、本発明においては、チューブエレメント４の長手方向両端部に、所定範囲に渡って前記ビード１０，１１を形成しないフラット部１２を設けるようにしたものである。これによって、ヘッダパイプ２，３に形成された挿着孔２０を、簡易な形状とすることができると共に、チューブエレメント４の両端部も偏平パイプ形状とすることができるため、チューブエレメント４のヘッダパイプ２，３への挿着作業性を向上させることができるものである。

　また、ヘッダパイプ２，３の端部とビード１０，１１により外周面に形成のビード溝の端部との間の間隔Ａと、熱交換器１の変形量Ｂとの関係は、実験により図４で示す特性が認められた。この特性は、前記熱交換器１に実験圧力６０Ｋｇ／ｃｍ² Ｇの冷媒（通常の流れる冷媒の圧力は、１５〜２０Ｋｇ／ｃｍ² Ｇ）を供給して、前記間隔と、熱交換器の積層方向の変形量、特にフラット部１２の変形量Ｂとの関係を求めたもので、実験圧力による熱交換器の変形量Ｂを０ｍｍとする範囲は、前記間隔Ａが０ｍｍから５ｍｍの範囲であった。また、許容範囲として誤差範囲の変形量Ｂを２ｍｍとして設定した場合、前記間隔Ａの範囲は１０ｍｍまでとなった。

　また、前記間隔Ａを小さくしすぎると、ビード１０，１１により外周面に形成のビード溝の端部がヘッダパイプ２，３とチューブエレメント４とのろう付け部分に接近しすぎるため、接合部分のろうがビード１０，１１により外周面に形成のビード溝に流れ込んで前記接合部分がろう不足となり、接合不良が生じることが懸念される。このため、ろう流れを防止する範囲として間隔Ａを２ｍｍ以上空けることが望まれる。これによって、前記間隔Ａの最適値として２ｍｍから１０ｍｍの範囲を設定するものである。

　以上の構成のチューブエレメント１を成形する方法として、例えば図５に示す方法がある。ドラム４０から該ドラム４０に巻回されたブレージングシート４１が連続して送りだされ、第１のローラ部１００を通過する時に、ブレージングシート４１の送り出し方向（長手方向）にろう付け代１４，１５及びビード１０，１１が連続して形成される。次に、第２のローラ部１１０を通過する時に、前記送り出し方向に所定の間隔で前記ビード１０，１１の打ち戻しが実行され、フラット部１２が形成される。

　そして、第３のローラ部１２０から第４のローラ部１３０にかけて徐々に折り曲げられて偏平パイプ形状に形成され、切断部１４０にて切断されてチューブエレメント４が形成されるものである。尚、この後、チューブエレメント４は、一対のヘッダパイプ２，３に挿着されると共に、該一対のヘッダパイプ２，３の間でフィン５とともに交互に積層されてエンドプレート３１，３２と共に治具で挟持された仮組付けされた後、炉中ろう付けされるものである。

　これによって、チューブエレメント４においては、図６に示すように、前記ろう付け代１４，１５が接着されると共に、前記ビード１０，１１の先端部分と、この先端部分が当接する面との間がろう付けされた複数の冷媒流路１３を形成して、チューブエレメント４の形成が完了すると同時に、前記ヘッダパイプ２，３に形成のチューブエレメントの挿着孔２０とチューブエレメント４との間もろう付けされて、ヘッダパイプ２，３とチューブ４との挿着も完了し、熱交換器１の形成が完了するものである。

　図７に示す第２の実施例に係るチューブエレメント４１は、一方の側面を形成する第１のプレート４２と、他方の側面を形成する第２のプレート４３によって構成される。さらに、前記第１のプレート４２には、長手方向に沿った両側面にろう付け代４７が形成されると共に、第２のプレート側に突出するビード４４が形成され、さらに長手方向両端にはフラット部４９が形成される。同様に、前記第２のプレート４３には、長手方向に沿った両側面にろう付け代４８が形成されると共に、第１のプレート側に突出するビード４５が形成され、さらに長手方向両端にはフラット部４９が形成される。これによって、チューブエレメント４１の内部には、複数の冷媒流路４６が形成されるものである。尚、前記ビード４４とビード４５は、所定の間隔でずれた位置に形成されており、そのビードの頂点は、対向するプレートの内面に当接してろう付けされるものである。この第２の実施の形態に係るチューブエレメント４１の場合、第１及び第２のプレート４２，４３は同一部品として形成するが、対面接合させる場合に部品に方向性が生じる。

　以上のように、第２の実施例に係るチューブエレメント４１においては、第１及び第２のプレート４２，４３を、２枚のブレージングシートにより形成したことによって、前記第１の実施例に係るチューブエレメント４に比べて、ろう付け部分が増えるものの、前記図５で示す製造工程においては、第３及び第４のローラ部による工程、いわゆる曲げ加工の固定を削除できるため、チューブエレメントの形成を簡略化することができる。

　また、図８に示す第３の実施例に係るチューブエレメント５１は、一方の側面を形成する第１のプレート５２と、他方の側面を形成する第２のプレート５２によって構成される。さらに、前記第１のプレート５２には、長手方向に沿った両側面にろう付け代５８が形成されると共に、第２のプレート側に突出するビード５４，５５が形成され、さらに長手方向両端にはフラット部６１が形成される。同様に、前記第２のプレート５３には、長手方向に沿った両側面にろう付け代５９が形成されると共に、第１のプレート側に突出するビード５６，５７が形成され、さらに長手方向両端にはフラット部６１が形成される。尚、前記第１のプレート５２のビード５４は前記第２のプレート５３のビード５６と対面接合され、前記第１のプレート５２のビード５５は前記第２のプレート５３のビード５７と対面接合されるものである。これによって、チューブエレメント５１の内部には、複数の冷媒流路６０が形成されるものである。

　これによって、この第３の実施例に係るチューブエレメント５１においては、同一の部品を対面接合させるだけでよく、特に位置整合による作業性の低下を防止できる。

図１は、本発明の実施例に係る熱交換器を示した正面図である。図２は、ヘッダパイプとチューブエレメントの関係を示した一部拡大斜視図である。図３は、ヘッダパイプとチューブエレメントの関係を示した一部拡大断面図である。実験圧をかけた場合のヘッダパイプとビードの間隔Ａと、熱交換器の積層方向の変形量Ｂとの実験結果を示したグラフ図である。第１の実施例に係るチューブエレメントの製造工程を示した説明図である。第１の実施例に係るチューブエレメントの断面図である。第２の実施例に係るチューブエレメントの断面図である。第３の実施例に係るチューブエレメントの断面図である。

符号の説明

　１　熱交換器
　２，３　ヘッダパイプ
　４，４１，５１　チューブエレメント
　５　フィン
　１０，１１，４４，４５，５４，５５，５６，５７　ビード
　１２，４９，６１　フラット部

Claims

　熱交換媒体の流入口及び流出口が形成される一対のヘッダパイプと、この一対のヘッダパイプの間を連通する複数のチューブエレメントと、複数のチューブエレメントの間に配されるフィンとによって構成される熱交換器において、
　前記チューブエレメントは、一枚のブレージングシートの中央を折り曲げることにより形成され、
　前記チューブエレメントの前記フィンが当接する２つの上下側面には、その各々に、他方の側面に向けて突出するろう付することにより他側と接合される複数の流路を形成する複数のビードがチューブエレメント長手方向に連続して形成されると共に、該ビードの形成によりチューブエレメント外周表面にそのチューブエレメント長手方向に連続したビード溝が形成され、
　チューブエレメントには、両端から所定の範囲に渡って、外形がヘッダパイプのチューブ挿入孔とほぼ同一形状となるように、フラット形状に形成され、前記チューブエレメントを前記ヘッダパイプに挿着した時に、前記ヘッダパイプとビード溝端部との間の間隔が２ｍｍから１０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする熱交換器。
　前記チューブエレメントは、一枚のブレージングプレートに一体に形成されたことに代えて、２つの側面の各々の側を形成する２つのブレージングシートより形成されたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。