JP2005291660A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ろう材が流動しやすい形状の仕切り部材を形成させることで接合不良および製造コストの低減が図れる熱交換器を実現する。
【解決手段】 ヘッダタンク１３には、仕切り板２０を取り付けるための嵌合孔部１５が設けられ、仕切り板２０は、嵌合孔部１５に嵌め合わされる鍔部２２とヘッダタンク１３の内部形状に応じて形成された外形部２１とから構成され、外形部２１は、その外周にヘッダタンク１３の内壁面に密接する少なくとも二つ以上の密接部２３と、その密接部２３の間に、凹状の曲面部２４が形成される。これにより、接合不良および製造コストの低減が図れる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ヘッダタンク内に仕切り部材を備える熱交換器に関するものであり、特に、仕切り部材の接合不良の低減に関する。

従来、この種の熱交換器として、例えば、特許文献１では、仕切り部材の接合不良を検出するために、ヘッダタンクには内部と外部とを連通する孔部が設けられ、仕切り部材はその孔部に嵌め合わされる鍔部が形成されるとともに、ヘッダタンクに接する面に、上記孔部を介してヘッダタンクの外部と連通する溝を備えているものが知られている。

そして、ヘッダタンク内に気体や液体などの検査用流体を供給して仕切り部材の接合不良の検査するようにしている。因みに、ヘッダタンクと仕切り部材との間に、接合不良による隙間があると、検査用の流体が隙間、溝を通ってヘッダタンクの孔部より流出することで接合不良の検出ができるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

また、例えば、特許文献２では、仕切り部材をヘッダタンクに確実に仮組み付けを行なうことができるように、仕切り部材が配設される部位のヘッダタンクの内面で、かつ孔部の近傍に凹部を形成して、仕切り部材には、その凹部に対応する部位に突部を形成している。そして、ろう付け接合する前に、この突部が凹部に嵌合することで、仕切り部材をヘッダタンクに確実に仮止めできるようにして接合不良の低減を図っている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平５−１５７４８６号公報 特開平９−２５０８９６号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、接合後の検査工程は最終段階であって、この時点で接合不良による不良品を検出しても、容易に手直しができないため完成品を廃棄せざるを得ない。しかも、接合不良検出のための検査工程が必須となることで製造コストの上昇を招く問題がある。

また、上記特許文献２によれば、ろう付け工程のときに、ヘッダタンクの所定箇所に仕切り部材が確実に接合できることで仕切り部材のずれによる接合不良の低減が図れるが、仕切り部材の外形とヘッダタンクの内壁面との間の接合不良を改善したものではない。

例えば、仕切り部材の外形形状をヘッダタンクの内部形状に応じて形成しても、ヘッダタンクや仕切り部材の成形加工における形状のばらつきで、すべての外周がヘッダタンクの内部形状に合致するよりも概して隙間が生ずる場合が多い。この隙間が生ずると仕切り部材が傾いて接合されヘッダタンクの内壁面と仕切り部材との間で接合不良を発生する問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、ろう材が流動しやすい形状の仕切り部材を形成させることで接合不良および製造コストの低減が図れる熱交換器を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項９に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、複数のチューブ（１１）の端部に接合されるヘッダタンク（１３）と、このヘッダタンク（１３）の内部を区画する仕切り部材（２０）とを備える熱交換器において、
ヘッダタンク（１３）には、仕切り部材（２０）を取り付けるための嵌合孔部（１５）が設けられ、仕切り部材（２０）は、嵌合孔部（１５）に嵌め合わされる鍔部（２２）とヘッダタンク（１３）の内部形状に応じて形成された外形部（２１）とから構成され、外形部（２１）は、その外周にヘッダタンク（１３）の内壁面に密接する少なくとも二つ以上の密接部（２３）が形成されることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、ろう付け接合のときに、各密接部（２３）がヘッダタンク（１３）に接触しているため、この密接部（２３）を起点としてろう材が溶け始めて順次、周辺に向けて溶け出すようにろう付け接合が進行することでろう付け性が良好となるとともに、ろう材の流動も良くなって確実に接合させることができる。これにより、接合不良の低減が図れるとともに、仕切り部材（２０）に接合不良を検出する機能を有することもないことで製造コストの安い仕切り部材（２０）を形成できる。

請求項２に記載の発明では、外形部（２１）は、二つの密接部（２３）との間に、凹状の曲面部（２４）が形成されることを特徴としている。請求項２に記載の発明によれば、より具体的に、密接部（２３）間に隙間が形成されることで、密接部（２３）を起点として、曲面部（２４）の中央に向けてろう付け接合が進行することでろう付け性が良好とな隙間をろう材で埋めることができる。これにより、接合不良が低減できる。

請求項３に記載の発明では、曲面部（２４）は、ヘッダタンク（１３）の内壁面と外形部（２１）との隙間が好ましくは０．５ｍｍ程度以下、もしくはより好ましくは０．３ｍｍ程度以下に形成されることを特徴としている。請求項３に記載の発明によれば、より具体的には、隙間が最大０．５ｍｍ程度以下であれば、隙間を形成しないときに比べてろう材の流動性が良好となることで接合不良を大幅に低減できる。

請求項４に記載の発明では、仕切り部材（２０）は、鍔部（２２）の外周と外形部（２１）の外周とが繋がれる部位に凹状の溝部（２５）が形成されることを特徴としている。請求項４に記載の発明によれば、鍔部（２２）の外周と外形部（２１）の外周とが繋がれる部位は、凹状の溝部（２５）を形成しないときはヘッダタンク（１３）の内面に当接することで、ヘッダタンク（１３）の内壁面と外形部（２１）との隙間が拡大されて接合不良を発生しやすい。そこで、凹状の溝部（２５）を形成することで当接がなくなることで接合不良の発生を防止できる。

請求項５に記載の発明では、溝部（２５）は、その面積が最大０．０８ｃｍ^２程度以下に形成されることを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、より具体的に、最大０．０８ｃｍ^２程度以下の隙間であれば、溝部（２５）における接合不良を発生させることはないため仕切り部材（２０）の接合不良を低減できる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における熱交換器を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は本発明の熱交換器を冷凍サイクルの冷媒凝縮器に適用した一例であり、本実施形態における熱交換器の全体構成を示す正面図である。図２は本発明の要部を示す（ａ）分解断面図と（ｂ）断面図であり、図３は図２に示すＡ部拡大図である。

本実施形態の冷媒凝縮器１は、図１に示すように、大別して複数のチューブ１１、波状フィン１２、ヘッダタンク１３から構成される。チューブ１１は内部を流れる冷媒と、チューブ１１の間を通過する空気と熱交換を行なう扁平な管であり、内部に複数の通路が形成されている。波状フィン１２は各チューブ１１の間に挟まれた状態でチューブ１１に接合され、チューブ１１の内部を流れる冷媒と、チューブ１１の間を流れる空気との熱交換効率の向上させるものである。

因みに、この波状フィン１２は帯状で極薄の板材を波状に曲折して形成したもので、通常、熱交換効率の向上を図るために多数のルーバが形成されている。ヘッダタンク１３は、複数のチューブ１１の両端にそれぞれ接合されたタンクである。本実施形態のヘッダタンク１３は、図２に示すように、略半楕円状からなるタンクヘッダ１３ａと略浅皿状からなるプレートヘッダ１３ｂとの二つの分割体を接合して設けている。プレートヘッダ１３ｂには図示しないがチューブ孔が設けられており、そのチューブ孔に複数のチューブ１１が接続される。

また、ヘッダタンク１３の両端には端板１４により閉塞され、一方のヘッダタンク１３に入口継手１６が設けられ、他方のヘッダタンク１３に出口継手１７が設けられ、さらに、双方のヘッダタンク１３内部の所定箇所には、仕切り部材である仕切り板２０が設けられている。そして、入口継手１６と出口継手１７との間で、熱交換媒体が複数回蛇行して流通される。

なお、複数のチューブ１１および波状フィン１２の上下端側にはコの字状のサイドプレート１８が設けられている。さらに、チューブ１１、波状フィン１２、ヘッダタンク１３、端板１４、入口継手１６、出口継手１７、サイドプレート１８、および仕切り板２０はアルミニウムのクラッド材で形成しろう付け接合により一体構成される。

次に、本実施形態の仕切り板２０は図２および図３に基づいて説明する。仕切り板２０は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、平板状の板材からなり、突起状の鍔部２２と、ヘッダタンク１３の内部形状に応じて形成された外形部２１とから構成されている。この鍔部２２は仕切り板２０をヘッダタンク１３の所定箇所に位置決めするためのものであり、タンクヘッダ１３ａには、鍔部２２が嵌め合わされる嵌合孔部１５が形成されている。

そして、外形部２１の外周には、プレートヘッダ１３ｂの内壁面に密接する二つの密接部２３と、この二つの密接部２３の間に凹状の曲面部２４とが形成されている。密接部２３および曲面部２４は、仕切り板２０がヘッダタンク１３内に接合させるろう付け加工のときに、密着部２３で溶け始めたろう材が曲面部２４中央に向けて溶けやすくさせて隙間をろう材で埋めることによりそれらを接合させている。

因みに、発明者らの研究によると、曲面部２４とプレートヘッダ１３ｂとの内壁面との隙間δを、一般的な隙間なしと比べてみると、隙間なしよりも適宜な隙間δを形成した方が接合不良を大幅に低減できることを見出した。より具体的には、この隙間δを好ましくは最大０．５ｍｍ程度以下、より好ましくは０．３ｍｍ程度以下であれば接合不良が低減できるものである。

さらに、鍔部２２の外周と外形部２１の外周とが繋がれる部位には、図２および図３に示すように、凹状の溝部２５が左右に形成されている。この溝部２５は、仕切り板２０がヘッダタンク１３内に挿入したときに、ヘッダタンク１３に形成された嵌合孔部１５内周端が当接するのを防止したものである。因みに、発明者らの研究によると、溝部２５の面積が最大０．０８ｃｍ^２以下であれば、溝部２５をろう材で埋めることができることを見出した。

次に、以上の構成による熱交換器の製造方法を説明する。まず、上記各構成部品を組付けて仮組付工程を行なう。この仮組付は、上記各部品のうち、プレートヘッダ１３ｂ、チューブ１１、波状フィン１２およびサイドプレート１８でコア部を組み付ける。具体的には、チューブ１１と波状フィン１２とを交互に積層し、その積層体の上下端にサイドプレート１８を組み付け、その後、これらの組付体にプレートヘッダ１３ｂをチューブ１１の両端に組付ける。

そして、仕切り板２０、タンクヘッダ１３ａ 、端板１４、入口継手１６、および出口継手１７の順に組付けて図１に示すような組付体の仮組付工程が完了する。次に、この仮組付体のままで、ろう付け性を良好にするフラックスを塗布する工程を経た後に、加熱炉内にてろう材の融点以上の所定温度に加熱することで組付体全体を一体ろう付けする工程を終え、熱交換器構造が完成する。

このろう付けのときに、ヘッダタンク１３内の仕切り板２０は、二つの密接部２３がプレートヘッダ１３ｂに接触しているため、この密接部２３を起点としてろう付材が溶け始めて順次、曲面部２４の中央に向けて溶け出すようにろう付け接合が進行することでろう付け性が良好となるとともに、隙間δによりろう材の流動性も良くなって隙間δを確実にろう材で埋めることができる。これにより、接合不良の低減が図れる。

以上の第１実施形態による熱交換器によれば、仕切り板２０の外形形状をその外周にヘッダタンク１３の内壁面に密接する少なくとも二つ以上の密接部２３が形成されることにより、ろう付け接合のときに、各密接部２３がヘッダタンク１３に接触しているため、この密接部２３を起点としてろう材が溶け始めて順次、周辺に向けて溶け出すようにろう付け接合が進行することでろう付け性が良好とすることができる。これにより、接合不良の低減が図れる。

より具体的には、二つの密接部２３との間に、凹状の曲面部２４が形成されることにより、二つの密接部２３を起点として、曲面部２４の中央に向けてろう付け接合が進行することでろう付け性が良好となって隙間をろう材で埋めることができる。さらに、ヘッダタンク１３や仕切り板２０の成形加工における形状のばらつきによりろう付け性が左右されることがなくなる。これにより、接合不良の低減が図れるとともに、仕切り板２０に接合不良を検出する機能を有する必要もなく製造コストの安い仕切り板２０が形成できる。

なお、上記曲面部２４は、ヘッダタンク１３の内壁面と外形部２１との隙間が具体的に、好ましくは最大０．５ｍｍ程度以下、より好ましくは０．３ｍｍ程度以下に形成されることにより、隙間を形成しないときに比べてろう材の流動性が良好となることで接合不良を大幅に低減できる。

また、仕切り板２０には、鍔部２２の外周と外形部２１の外周とが繋がれる部位に凹状の溝部２５が形成されることにより、鍔部２２の外周と外形部２１の外周とが繋がれる部位は、凹状の溝部２５を形成しないときはヘッダタンク１３の内面に当接することで、ヘッダタンク１３の内壁面と外形部２１との隙間が拡大されて接合不良を発生しやすい。

そこで、凹状の溝部２５を形成することで当接がなくなることで接合不良の発生を防止できる。なお、この溝部２５は、その面積が最大０．０８ｃｍ^２程度以下に形成されることにより、溝部２５における接合不良を発生させることはないため仕切り板２０の接合不良を低減できる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、ヘッダタンク１３がタンクヘッダ１３ａとプレートヘッダ１３ｂとの二つの分割体を組み合わせて構成することで、突合せ面の内側に隙間が生ずる。本実施形態では、仕切り板２０の外形部２１にその隙間を埋めるための突出部２６を形成したものである。

具体的には、図４に示すように、タンクヘッダ１３ａとプレートヘッダ１３ｂとの突合せ面に対応する部位に二つの突出部２６が形成されている。この突出部２６は、密接部２３と同じように、ヘッダタンク１３に密接することができることで、この部位がろう付けの起点となる。これにより、図に示すａ部の外形形状をヘッダタンク１３の内部形状に応じて精度よく形成させることもなく、僅かな隙間が生ずるように形成しても良い。これにより、ヘッダタンク１３や仕切り板２０の成形加工における形状のばらつきによりろう付け性が左右されることがなくなる。

（第３実施形態）
以上の実施形態では、ヘッダタンク１３を２分割に形成して仕切り板２０をタンクヘッダ１３ａとプレートヘッダ１３ｂとを挟むように構成したが、これに限らず、板材をロール成形などにより筒状に形成したヘッダタンク１３に外部から仕切り板２０を組み込むように構成しても良い。

具体的には、図５に示すように、仕切り板２０の外形部２１をヘッダタンク１３の内面に沿った外形に形成するとともに、その外形部２１に二つの密接部２３と曲面部２４を形成し、鍔部２２をヘッダタンク１３の断面形状の外周面に沿った外形に形成している。そして、以上の実施形態と同じように、鍔部２２の外周と外形部２１の外周とが繋がれる部位は、凹状の溝部２５を形成している。

一方、ヘッダタンク１３には、図６に示すように、鍔部２２が嵌め合わされる嵌合孔部１５が形成されている。これにより、仕切り板２０をヘッダタンク１３の外部から組み付けすることができる。以上の構成によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、本発明を冷凍サイクルの冷媒凝縮器に適用させた例を示したが、冷媒凝縮器の他に、冷媒蒸発器はもちろん、ヒータコア、ラジエータ、オイルクーラ、インタークーラなど、気体―気体熱交換器、気体―液体熱交換器、液体―液体熱交換器に適用が可能である。

本発明を適用した冷媒凝縮器１の全体構成を示す正面図である。 本発明の第１実施形態における（ａ）はヘッダタンク１３および仕切り板２０の全体構成を示す分解断面図、（ｂ）は縦断面図である。 図２に示すＡ部拡大図である。 本発明の第２実施形態における仕切り板２０の全体構成を示す正面図である。 本発明の第３実施形態におけるヘッダタンク１３および仕切り板２０の全体構成を示す部分断面図である。 本発明の第３実施形態における仕切り板２０、ヘッダタンク１３の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１１…チューブ
１３…ヘッダタンク
１５…嵌合孔部
２０…仕切り板（仕切り部材）
２１…外形部
２２…鍔部
２３…密接部
２４…曲面部
２５…溝部

Claims (5)

1. 複数のチューブ（１１）の端部に接合されるヘッダタンク（１３）と、
   前記ヘッダタンク（１３）の内部を区画する仕切り部材（２０）とを備える熱交換器において、
   前記ヘッダタンク（１３）には、前記仕切り部材（２０）を取り付けるための嵌合孔部（１５）が設けられ、
   前記仕切り部材（２０）は、前記嵌合孔部（１５）に嵌め合わされる鍔部（２２）と前記ヘッダタンク（１３）の内部形状に応じて形成された外形部（２１）とから構成され、前記外形部（２１）は、その外周に前記ヘッダタンク（１３）の内壁面に密接する少なくとも二つ以上の密接部（２３）が形成されることを特徴とする熱交換器。
2. 前記外形部（２１）は、二つの前記密接部（２３）との間に、凹状の曲面部（２４）が形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記曲面部（２４）は、前記ヘッダタンク（１３）の内壁面と前記外形部（２１）との隙間が好ましくは０．５ｍｍ程度以下、もしくはより好ましくは０．３ｍｍ程度以下に形成されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記仕切り部材（２０）は、前記鍔部（２２）の外周と前記外形部（２１）の外周とが繋がれる部位に凹状の溝部（２５）が形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記溝部（２５）は、その面積が最大０．０８ｃｍ^２程度以下に形成されることを特徴と請求項４に記載の熱交換器。

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