JP2006505759A - 自動車用のマルチ通路熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器において、長手方向コンパートメントを通過することなく、ある長手方向コンパートメントから別のコンパートメントへ流体が通過できるようにする。
【解決手段】 チューブ（１２、１４）の少なくとも１列の端部が嵌合されたマニホールド（１８）と、前記マニホールドをカバーすると共に長手方向パーティション（４０）を有するマニホールドボックス（２０）とを備え、前記長手方向パーティション（４０）は、前記マニホールドに接触し、第１コンパートメント（５０）および第２コンパートメント（５２）を構成しており、これらコンパートメントに、前記チューブ（１２）（１４）の少なくとも一部が、それぞれ連通している。前記マニホールド（１８）は、少なくとも１つの変形部（５６）を有し、この変形部は、前記第１コンパートメント（５０）と前記第２コンパートメント（５２）との間に、少なくとも１つの連通通路（５６）を形成している。用途は、特に自動車用熱交換器である。

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に自動車用熱交換器に関する。

より詳細には、本発明は、チューブの少なくとも１列の端部が嵌合されたマニホールドと、前記マニホールドをカバーすると共に長手方向パーティションを有するマニホールドボックスとを備え、前記長手方向パーティションの自由エッジは、前記マニホールドに接触し、第１コンパートメントおよび第２コンパートメントを構成しており、これらコンパートメントに、前記チューブの少なくとも一部が連通しているタイプの熱交換器に関する。

このタイプの熱交換器では、チューブの列がチューブの束を形成し、このチューブの束は、熱交換表面、例えば波形をしたインサートと通常関連している。

熱交換器は、チューブの束の第１端部に位置する第１マニホールドとマニホールドボックスとのアセンブリと、チューブの束の第２端部に位置する第２マニホールドとマニホールドボックスとのアセンブリとを備えていることが、最も一般的である。

かかる熱交換器は、例えば第１のチューブ列と第２のチューブ列とを備え、第１のチューブ列は、第１コンパートメントに連通し、第２のチューブ列は、第２コンパートメントに連通している。

チューブの束を流れる流体は、向流状態でチューブの第１列内の多数のパス（通路）を通常循環し、次に第２のチューブ列に達し、この第２のチューブ列でも、更に向流状態で多数の通路を通常循環する。

従って、１つの長手方向コンパートメントから、隣接する長手方向コンパートメントへの流体の通路を生じさせ、もって、第１層から別の層への通路を形成できるようにしなければならない。

変形例では、熱交換器は単一のチューブ列を備え、各チューブは、複数の流体循環ダクトの境界を定めている。この場合、各チューブのダクトの第１部分および第２部分は、それぞれ第１コンパートメントおよび第２コンパートメントに連通する。

この場合に生じる問題は、流体が、１つの長手方向コンパートメントから、別の長手方向コンパートメントへ通過してしまうことである。

公知の熱交換器では、例えば米国特許公開第2002/0066553号公報が教示するように、長手方向コンパートメント内に製造された１つ以上の開口部を介して、この通過動作が通常行われている。

層の変化機能に対応する、ある長手方向コンパートメントから別の長手方向コンパートメントへ通過する動作は、長手方向コンパートメントを貫通するように形成された開口部により長手方向コンパートメントを通して行われる。ここで、「層」なる用語は、（通常、単一チューブ列を有する熱交換器の場合の）１つの列のチューブのダクトの一部として、（通常多数のチューブ列を有する熱交換器における）１つのチューブ列も、同じように含むことが理解されると思う。

従って、この公知の解決案では、開口部を製造するのに追加作業が必要となる。

本発明の目的は、特にこの欠点を解消することにある。

本発明は、長手方向コンパートメントを通過することなく、ある長手方向コンパートメントから、別のコンパートメントへ流体が通過できるようにする、別のより簡単な解決案を提供しようとするものである。

本発明による解決策は、熱交換器が単一チューブ列を有する熱交換器であるか、２つのチューブ列を有する熱交換器であるか、または３つ以上のチューブ列を有する熱交換器であるかにかかわらず、種々のタイプの熱交換器に適用できる。

この目的のため、本発明は、マニホールドが、第１コンパートメントと前記第２コンパートメントとの間に少なくとも１つの連通通路を形成するように、少なくとも１つの変形部を有する、上記熱交換器を提案するものである。

マニホールドの変形部は、種々の形態をとり得る。しかし、この変形部は、長手方向パーティションの自由エッジから離間する少なくとも１つのリセス領域から成っていることが好ましい。

このような特徴により、一体的な長手方向パーティションを使用することが可能となり、これによって、前記パーティションに孔開けするための特殊な工具を使用しなくてもよくなる。

従って、マニホールドの特殊な構造により、マニホールドのこのリセス付き領域とパーティションとの間に延びる連通通路が形成され、これによって、流体は長手方向パーティションを通過することなく、この長手方向パーティションの下を通過できるようになる。

このような解決案は、特に有利である。その理由は、簡単に得られるマニホールドの構造部を通過するように、この連通通路を製造できるからである。

コンパートメントの端部領域に、少なくとも１つの連通通路を設けることが好ましい。

本発明の別の特徴によれば、少なくとも１つの連通通路は、較正された流れ断面を構成している。

この構成により、この断面を通過する流体の圧力損失を最小にすることができる。

本発明の第１の一般的な実施例では、マニホールドとマニホールドボックスは、２つの別個の部品から形成される。

その場合、リセス付き領域がスタンピング加工によって形成された金属プレートとして、マニホールドを製造することが好ましい。

この場合、マニホールドボックスは、長手方向パーティションを内蔵する一定横断面を有する形状とすることが好ましい。このような形状は、好ましくは金属材料を押し出すか、またはスタンピング加工することにより、もしくはプラスチックを成形することによって得られる。

本発明の第２の一般的な実施例では、マニホールドおよびマニホールドボックスは、単一部品として形成される。この場合、マニホールドおよびマニホールドボックスは、マニホールドを形成する中心部分を有する板金から形成されており、中心部分は、リセス付き領域および２つのマージン部分を含み、マージン部分は、中心部分に向かって折り曲げられ、コンパートメントの境界を定め、かつこれに長手方向パーティションを形成するのを助ける。

本発明のこの第２実施例では、板金の中心部分をスタンピング加工することにより、マニホールドのリセス付き領域が形成される。

本発明は、例えば第１コンパートメントおよび第２コンパートメントにそれぞれ合流する第１チューブ列と第２チューブ列とを備える熱交換器にも実施できる。

更に、例えばチューブの単一列を備え、各チューブは、複数の流体循環ダクトの境界を定めており、各チューブのダクトの第１部分と第２部分とは、それぞれ第１コンパートメントおよび第２コンパートメントに連通している。

本発明は、特にチューブが平であり、更にチューブに接触する波形インサートを含む熱交換器にも実施できる。

本発明の熱交換器は、自動車用空調回路のための蒸発器とすることが好ましい。当然ながら、このような用途は、本発明を限定するものではなく、この熱交換器は、空調用凝縮器、または自動車のエンジンを冷却するためのラジエータ、または自動車の車室を暖房するためのラジエータを構成するのにも使用できる。

単なる説明として記載する次の説明では、添付図面を参照する。

図１に示す熱交換器は、（本例では前方を向いた）第１層を構成するチューブ１２の第１列と、（本例では後方を向いた）第２層を構成するチューブ１４の第２列とによって形成されたチューブの束１０を備えている。これら平らなチューブは、互いに平行に配置されており、第１列の各チューブは、第２列の対応するチューブと整合している。熱交換表面を形成する波形インサート１６は、２つのチューブ列のうちのそれぞれのチューブに、機械的かつ熱的に接触している。

この例では、金属材料、好ましくはアルミをベースとする金属を押し出すことによって、チューブ１２および１４が製造されており、これらチューブの各々は、流体を循環させるための多数の内側ダクト（図２ではより詳細に示されている）を有している。

この熱交換器は、特に空調回路のための蒸発器とすることができ、この場合、チューブを通って流れる流体は、冷却流体となる。

チューブ１２および１４の端部は、一方で、マニホールドボックス２０によってカバーされた（本例では上方部分にある）マニホールド１８に嵌合され、他方で、マニホールドボックス２４によってカバーされた（本例では下方部分にある）マニホールド２２に嵌合されている。このマニホールド１８は、ほぼ平らなベース２６を含むほぼ長方形の金属プレートであり、ベース２６は、高くなった２つのエッジ２８および３０を形成するように、２つの端部が折り曲げられている。

マニホールドのベース２６には、チューブ１２および１４の端部が、それぞれ嵌合される適当な形状の開口部が設けられている。マニホールドのベース２６は、（図１の左側にて）束１０を越えて突出し、交換器内を循環する流体のための入口オリフィス３２および出口オリフィス３４が形成された連続部を構成している。これら２つのオリフィス３２と３４とは、横方向に離間しており、オリフィス３２は、チューブ１２の列と同じ側に位置し、オリフィス３４は、チューブ１４の列と同じ側に位置している。

カバーを形成するマニホールドボックス２０は、本例では、好ましくは金属材料、例えばアルミニウムをベースとする金属材料から製造された押し出し成形プロフィルとなっている。このプロフィルは、二重のＵ字形をした一定の横断面を有している。このＵ字形は、チューブ１２と同じ側に位置する第１Ｕ字形壁３６と、チューブ１４と同じ側に位置する第２Ｕ字形壁３８とから成っている。

２つの壁の間の接合部は、自由エッジ４２を有するパーティション４０を形成し、このパーティション４０は、チューブ列１２とチューブ列１４との間に含まれる領域において、マニホールドのベース２６に流体を漏らさない状態で接触できる。この接触ゾーンは、４４で示されている。

マニホールド１８にマニホールドボックス２０を組み立てると、アセンブリは、２つの長手方向チャンバを構成する。このチャンバは、パーティション４０の片側に１つずつ設けられており、第１チャンバは、チューブ１２と連通し、第２チャンバはチューブ１４と連通している。

これら２つの長手方向チャンバは、横方向パーティション４６によって、それ自身長手方向に分割されている。従って、２つの長手方向チャンバは、４つのコンパートメントに分割されている。すなわち（１５本のチューブから成る）チューブ１２の部分Ｐ１が連通するコンパートメント４８と、（１５本のチューブ１２から成る）チューブ１２の第２部分Ｐ２が連通するコンパートメント５０と、これに対応し、壁３８と横方向パーティション４６とによって構成される（１５本の）チューブ１４のうちの一部が連通するコンパートメント５２と、（１５本の）チューブ１４のうちの別の部分が連通するコンパートメント５４とに分割している。

マニホールド２２をカバーするマニホールドボックス２４は、マニホールドボックス２０と類似しているので、同一タイプのプロフィルを使用することが可能となっている。従って、このマニホールドボックスは、２つの長手方向チャンバを構成し、これら長手方向チャンバは、上部マニホールドボックス２０と異なり、横方向パーティションによっては分割されていない。

図１の熱交換器では、流体は、入口オリフィス３２を通って、コンパートメント４８に進入し、部分Ｐ１のチューブ１２内を循環し、マニホールドボックス２４の第１長手方向チャンバに達し、部分Ｐ２のうちのチューブ１２に到達する。これらチューブから、流体はコンパートメント５０に到達し、次に、後述する特殊な構造により横方向にコンパートメント５２へ到達する。流体は、チューブ１４の部分を循環し、マニホールドボックス２４の第２長手方向チャンバに達し、次に、チューブ１４の別の部分を循環し、コンパートメント５４に達する。最後に流体は、出口オリフィス３４を通って熱交換器を離れる。

既に述べたように、従来は、所定の構造、例えばパーティション４０内に開口部を設けることにより、コンパートメント５０とコンパートメント５２とを連通することが可能であった。

本発明は、マニホールドボックスのベース２６の特別な構造により、この解決案の採用を回避することができる。図２に細部がより明瞭に示されているように、マニホールドのベース２６は、変形した領域、本ケースではリセス５６を有する。このリセスは、皿状となっており、実質的に四角形の輪郭を有し、高くなったエッジ３０の近くに位置している。

この例では、このリセスの設けられた領域内に、７本のチューブ１２と、７本のチューブ１４とが連通している。その結果、この領域では、パーティションの自由エッジ４２は、マニホールドのベースとは接触せず、図２に矢印Ｆによって示すように、コンパートメント５０と５２との連通通路５８が構成されている。この連通通路５８により、特にリセスの設けられた領域５６から、パーティション４０の自由エッジ４２を分離する距離により、較正された流れ部分が設けられている。

図１および図２の熱交換器は、適当な鑞付け炉内の１回の作業により鑞付けできる金属部品から形成されている。この目的のために、金属部品は、当技術分野で周知のように、鑞付け材料によってメッキされている。

変形例では、適当な手段により、例えばマニホールドから生じ、マニホールドボックスのエッジに支持接触するタブにより、マニホールド１８に、マニホールドボックス２０をクリンプ留めすることができる。マニホールドボックスは、変形例ではプラスチック製とすることができる。

マニホールド１８とマニホールドボックス２０とのアセンブリを、１つの部品として製造することを考え付くこともできる。この目的のために、図３に示すように、マニホールドを形成するようになっている中心部分６２と、この中心部分に向かって折り曲げられるようになっている２つのマージン部分６４とを有する板金６０を使用できる。

これら２つのマージン部分は、それぞれの自由エッジ６６お有し、これら自由エッジは、共に中心パーティション４０を形成するように中心部分６２に当接するようになっている。中心部分６２は、好ましくはリセス付き領域５６を構成するように、従って、２つの隣接するコンパートメントを連通させる連通通路５８を構成するように、好ましくはスタンプ加工により変形されている。

このように、全体が長方形をした平らな板金からスタートすることにより、マニホールドとマニホールドボックスとのアセンブリを製造できる。まず第１に、中心部分にチューブが貫通する開口部を形成し、次に、長手方向の一部にわたってこの中心部分をスタンプ加工し、リセス付き領域５６を構成する。その後の工程で、中心部分に向かって２つのマージン部分６４を折り曲げ、コンパートメントを構成し、共に長手方向パーティションを形成する。

図４および図５に示す熱交換器は、図１および図２に示した熱交換器と類似しているが、この熱交換器は、単一のチューブ列７０を有し、平らなチューブの間に波形インサート１２が配列されている点が異なっている。

各チューブ７０は、互いに平行に延びる複数の流体循環ダクト７２を構成しているので、マルチダクトチューブと称す。これらのチューブは、押し出しによって製造されており、各チューブ７０のダクト７２は、２つの部分Ｎ１とＮ２とに分割されており、これらは、同じ数のダクトを有する。これら２つの部分Ｎ１とＮ２とは、デバイダ７４により分離されており、デバイダは、チューブのほぼ中心に位置し、デバイダには、ダクトは設けられていない。

マニホールド１８には、図１および図２に示したマニホールドボックスと類似するマニホールドボックス２０が設けられている。マニホールドボックスをマニホールドに使用すると、パーティションの自由エッジ４２が、チューブ７０のそれぞれのデバイダ７４に当接し、チューブ７０は、リセス付き領域５６に連通している。

従って、チューブ７０の第１部分Ｎ１とチューブ７０の第２部分Ｎ２とは、それぞれ２つの層を構成し、これら２つの層は、図１および図２を参照して説明したコンパートメントと類似するコンパートメント５０および５２に、それぞれ連通している。こうして流体は、リセス付き領域５６を通って、第１層から第２層へ、またはこの逆に、第２層から第１層へ通過できる。

本発明は、多数の種々の実施例を含んでいる。各マニホールドとマニホールドボックスとのアセンブリは、上記のように、２つの部品から形成してもよいし、または単一部品として形成してもよい。この熱交換器は、３つ以上のチューブ列を有し、同じマニホールドとマニホールドボックスとのアセンブリ内に、多数の連通通路を設けるようにすることもできる。

特に本発明は、自動車用熱交換器に実施できる。この点に関し、好ましい用途の１つは、空調回路用の蒸発器である。しかしながら、この技術を使って、他の熱交換器を製造することもできる。

本発明に係わる２つのチューブ列を有する熱交換器の一部分解斜視図である。 図１の拡大詳細図である。 本発明の別の実施例に係わるマニホールドとマニホールドボックスとのアセンブリの断面図である。 本発明に係わる単一のチューブ列を有する熱交換器の部分分解斜視図である。 図４の熱交換器の拡大端面図である。

符号の説明

１２ 第１チューブ列
１４ 第２チューブ列
１６ 波形インサート
１８ マニホールド
２０ マニホールドボックス
２２ マニホールド
２４ マニホールドボックス
２６ ベース
２８ エッジ
３０ エッジ
３２ 入口オリフィス
３４ 出口オリフィス
３６ 第１Ｕ字形壁
３８ 第２Ｕ字形壁
４０ パーティション
４２ 自由エッジ
４４ 接触ゾーン
４６ 横方向パーティション
４８、５０、５２、５４ コンパートメント
５６ リセス付き領域
５８ 連通通路
６０ 板金
６２ 中心部分
６４ マージン部分
７０ 単一チューブ列

Claims (18)

1. チューブ（１２）（１４）；（７０）の少なくとも１列の端部が嵌合されたマニホールド（１８）と、前記マニホールドをカバーすると共に長手方向パーティション（４０）を有するマニホールドボックス（２０）とを備え、前記長手方向パーティション（４０）の自由エッジ（４２）が前記マニホールドに接触し、第１コンパートメント（５０）および第２コンパートメント（５２）を構成しており、これらコンパートメントに、前記チューブ（１２）（１４）；（７０）の少なくとも一部がそれぞれ連通しているタイプの熱交換器において、
   前記マニホールド（１８）が、前記第１コンパートメント（５０）と前記第２コンパートメント（５２）との間に少なくとも１つの連通通路（５６）を形成するように、少なくとも１つの変形部（５６）を有することを特徴とする熱交換器。
2. 前記長手方向パーティション（４０）が、一体的であることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
3. 前記マニホールド（１８）の前記変形部（５６）が、前記長手方向パーティション（４０）の自由エッジ（４２）から離間した少なくとも１つのリセス付き領域（５６）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記コンパートメント（５０）（５２）の端部領域内に、少なくとも１つの連通通路（５６）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 少なくとも１つの連通通路（５６）が、較正された流れ断面（５８）を構成していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 前記マニホールド（１８）および前記マニホールドボックス（２０）が、２つの別個の部品から形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
7. 前記マニホールド（１８）が、板金製であり、スタンピング加工により、前記板金内にリセス付き領域（５６）が形成されていることを特徴とする、請求項５記載の熱交換器。
8. 前記マニホールドボックス（２０）が、前記長手方向パーティション（４０）を含む一定の断面を有する形状となっていることを特徴とする、請求項６または７に記載の熱交換器。
9. 金属材料を押し出すことにより、前記マニホールドボックス（２０）が形成されていることを特徴とする、請求項８記載の熱交換器。
10. 金属材料をスタンプ加工することにより、前記マニホールドボックス（２０）が形成されていることを特徴とする、請求項８記載の熱交換器。
11. プラスチックを成形することにより、前記マニホールドボックス（２０）が形成されていることを特徴とする、請求項８記載の熱交換器
12. 前記マニホールド（１８）および前記マニホールドボックス（２０）が、単一部品として形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
13. 前記マニホールド（１８）および前記マニホールド本体（２０）が、マニホールドを形成する中心部分（６２）を有する板金（６０）から形成されており、前記中心部分（６２）が、リセス付き領域（５６）および２つのマージン部分（６４）を含み、前記マージン部分が、前記中心部分に向かって折り曲げられ、前記コンパートメント（５０）（５２）の境界を定め、かつこれに長手方向パーティション（４０）を形成するのを助けていることを特徴とする、請求項１２記載の熱交換器。
14. 前記板金（６０）の前記中心部分（６２）をスタンプ加工することにより、前記マニホールドのリセス付き領域（５６）が形成されていることを特徴とする、請求項１３記載の熱交換器。
15. チューブ（１２）の第１列およびチューブ（１４）の第２列を備え、前記第１チューブ列が、第１コンパートメント（５０）に連通し、前記第２チューブ列が、前記第２コンパートメント（５２）に連通していることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の熱交換器。
16. チューブ（７０）の単一列を備え、各チューブが、複数の流体循環ダクト（７２）の境界を定めており、各チューブのダクトの第１部分（Ｎ１）と第２部分（Ｎ２）とが、それぞれ第１コンパートメント（５０）および第２コンパートメント（５２）に連通していることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の熱交換器。
17. 前記チューブ（１２）（１４）；（７０）が、平らなチューブであり、前記チューブに接触する波形インサート（１６）を更に含むことを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載の熱交換器。
18. 自動車用空調回路のための蒸発器を構成していることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載の熱交換器。

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