JP2007170776A - 複合型熱交換器および熱交換器 - Google Patents

複合型熱交換器および熱交換器 Download PDF

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Abstract

【課題】 ボルトの変形およびゆるみを生じさせることなく、複数の熱交換器同士を確実に結合した複合型熱交換器を提供する。
【解決手段】 凝縮器1の気液分離器18および第2冷媒ヘッダタンク15aに第1、2ブラケット20、25を設ける。また、電気部品用ラジエータ2の第1、2冷却水ヘッダタンク34a、35aに第1、2ネジ穴部34b、35bを設ける。この第1ネジ穴部34bの軸は車両前後方向に向け、第2ネジ穴部35bの軸は車両左右方向に向けて設定する。そして、第1、2ブラケット20、25を、第1、2ネジ穴部34b、35bにボルト41、42で締付固定する。これにより、ボルト41、42の軸方向を変更することができるので、ボルト41、42の座面の変形およびゆるみを生じさせることなく、凝縮器1および電気部品用ラジエータ2を確実に結合できる。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数の熱交換器を一体に結合した複合型熱交換器、および他の部品と結合される熱交換器に関する。
従来、特許文献1に、車両用空調装置の冷媒を凝縮させる熱交換器(凝縮器)および走行用電動モータの冷却水を冷却する熱交換器(ラジエータ)の各熱交換部を略同一面状で、空気流れ方向に対して並列に配置して一体に結合した複合型熱交換器が開示されている。
この特許文献1の複合型熱交換器では、各熱交換部を補強するサイドプレート同士を複数のボルトとナットで締付けることで、凝縮器とラジエータとを一体に結合している。
具体的には、上記のサイドプレートは、熱交換部の最外端で熱交換流体の通過するチューブと平行に伸びるように配置され、熱交換部に空気流れ方向と平行に接触する熱交換部接触面と、熱交換部接触面の両端側から熱交換部の外側へ空気流れ方向と垂直方向に伸びるブラケット取付面とを有する断面略コの字の細長形状をしている。
そして、凝縮器およびラジエータのサイドプレートのブラケット取付面同士を重ね合わせ、これらの面を同時に貫通する複数のボルトをナットに締付けることで、凝縮器とラジエータとを一体に結合している。
これにより、凝縮器およびラジエータのサイドプレート同士を、ブラケット等を介さずに直接結合し、複合型熱交換器の小型化を図っている。
特開2005−156067号公報
ところで、本発明者の検討によれば、特許文献1の複合型熱交換器に熱交換部垂直方向の振動をかけると、凝縮器とラジエータとの結合部のボルトとナットに変形およびゆるみが生じて凝縮器とラジエータを一体に結合した状態を維持できなくなることが判った。
そこで、その原因について本発明者が調査したところ、特許文献1の複合型熱交換器では、サイドプレートを貫通する全てのボルトの軸の方向が熱交換部に垂直方向になっていることが原因であると判明した。
その理由は、振動のかかる方向とボルトの軸の方向とが同一方向になると、振動によって生じる振動荷重をボルトとナットの座面のみで受けなければならないので、ボルトとナットの座面に変形が生じやすく、ボルトがゆるみやすくなるからである。
本発明は上記点に鑑み、ボルトの変形およびゆるみを生じさせることなく、複数の熱交換器同士を確実に結合した複合型熱交換器を提供することを第1の目的とする。
さらに、本発明は、ボルトの変形およびゆるみを生じさせることなく、他の部品に確実に結合することができる熱交換器を提供することを第2の目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、第1流体が通過する複数の第1チューブ(11)を有して構成された略矩形状の第1熱交換部(13)と、第1チューブ(11)の長手方向両端側に配置されて第1チューブ(11)と連通する一対の第1ヘッダ部材(14、15)とを有する第1熱交換器(1)と、第2流体が通過する複数の第2チューブ(31)を有して構成された略矩形状の第2熱交換部(33)と、第2チューブ(31)の長手方向両端側に配置されて第2チューブ(31)と連通する一対の第2ヘッダ部材(34、35)とを有する第2熱交換器(2)とを備え、第1熱交換器(1)と第2熱交換器(2)が、第1流体および第2流体と熱交換する第3流体の流れ方向に対して並列に配置される複合型熱交換器であって、一対の第1ヘッダ部材(14、15)のうち一方に設けられた第1ブラケット(20、44)と、一対の第1ヘッダ部材(14、15)のうち他方に設けられた第2ブラケット(25、45)と、一対の第2ヘッダ部材(34、35)のうち一方に設けられた第1ネジ穴部(34b)と、一対の第2ヘッダ部材(34、35)のうち他方に設けられた第2ネジ穴部(35b)とを有し、第1ネジ穴部(34b)の軸と第2ネジ穴部(35b)の軸は、非平行に配置されており、さらに、第1ブラケット(20、44)を貫通して第1ネジ穴部(34b)に締付けるボルト(41)と、第2ブラケット(25、45)を貫通して第2ネジ穴部(35b)に締付けるボルト(42)とを備えて、第1熱交換器(1)と第2熱交換器(2)が結合されている複合型熱交換器を第1の特徴とする。
これによれば、第1ネジ穴部(34b)の軸と第2ネジ穴部(35b)の軸が、非平行に配置されているので、第1ネジ穴部(34b)に締付けるボルト(41)の軸と、第2ネジ穴部(35b)に締付けるボルト(42)の軸とを非平行にすることができる。
そのため、例えば、本発明の複合型熱交換器に、第1ネジ穴部(34b)に締付けるボルト(41)の軸方向の振動がかかっても、第1ネジ穴部(34b)に締付けるボルト(41)の座面のみならず、第2ネジ穴部(35b)に締付けるボルト(42)の軸部によっても振動荷重を受けることができる。これにより、第1ネジ穴部(34b)に締付けるボルト(41)の座面の変形およびゆるみを防止することができる。
同様に、第2ネジ穴部(35b)に締付けるボルト(42)の軸方向に振動がかかっても、第2ネジ穴部(35b)に締付けるボルト(42)の座面の変形およびゆるみを防止することができる。その結果、ボルト(41、42)の座面の変形およびゆるみを生じさせることなく、複数の熱交換器同士を確実に結合することができる。
ところで、従来技術のようにサイドプレート同士をボルトとナットで直接結合する場合は、断面略コの字型のサイドプレートが第1、2チューブ(11、31)と平行に伸びるように配置されるので、全てのボルトの軸が第3流体の流れ方向に対して平行に配置されてしまう。
また、各ボルトの軸の向きを変更するためサイドプレートの形状を変更すると、サイドプレートの強度が低下して、第1、2熱交換部(13、33)を充分に補強することができなくなり、第1、2熱交換器(1、2)の機械的強度が低下してしまう。
これに対して、第1の特徴の複合型熱交換器では、第1ブラケット(20、44)および第2ブラケット(25、45)が剛性の高い第1ヘッダ部材(14、15)に設けられているので、第1熱交換器(1)に第1ブラケット(20、44)および第2ブラケット(25、45)を設けても、第1熱交換器(1)の機械的強度を低下させない。
また、第1ネジ穴部(34b)および第2ネジ穴部(35b)を剛性の高い第2ヘッダ部材(34、35)に設けても、第2熱交換器(2)の機械的強度を低下させない。さらに、第1ネジ穴部(34b)の軸および第2ネジ穴部(35b)の軸を所望の方向に設定できる。
従って、第1の特徴の複合型熱交換器では、第1熱交換器(1)および第2熱交換器(2)の機械的強度を低下させることなく、各ボルト(41、42)の軸を非平行に配置することができる。
また、第1の特徴の熱交換器において、具体的に、一対の第1ヘッダ部材(14、15)のうち一方は、第1チューブ(11)に接続されるヘッダタンク(14a)と、第1流体の気液を分離する気液分離器(18)とを有し、第1ブラケット(20、40)は、気液分離器(18)に設けられていてもよい。
これによれば、第1ブラケット(20、44)が第1ヘッダ部材(14、15)のうち剛性の高い気液分離器(18)に設けられているので、第1熱交換器(1)に第1ブラケット(20、44)を設けても、第1熱交換器(1)の機械的強度を低下させない。
ところで、気液分離器(18)を備えるヘッダ部材(14)では、一般的に、気液分離器(18)は、一方のヘッダタンク(14a)に近接配置され、ヘッダタンク(14a)と同一方向に伸びるように配置される。さらに、十分な気液分離空間を確保するためにヘッダタンク(14a)よりも長手方向が長くなっている。従って、後述する第1実施形態の図1に示すように、気液分離器(18)は第1熱交換部(13)から突出するように配置される。
そこで、気液分離器(18)の第1熱交換部(13)から突出した部位に第1ブラケット(20、44)を設けることで、第1ブラケット(20、44)のボルト締付位置(第1ネジ穴部(34b)設定位置)を第2ブラケットのボルト締付位置(第2ネジ穴部(35b)設定位置)に対して気液分離器(18)長手方向に、容易にずらすことができる。
これにより、第1ブラケット(20、44)のボルト締付位置と第2ブラケット(25、45)のボルト締付位置とを結ぶラインを、流体チューブ(11)長手方向に対して所定角度を有するように配置できる。従って、複合型熱交換器に荷重がかかっても、ボルト締付部のみならず上記のラインに所定角度を有しながら交差する流体チューブ(11)も荷重を受けるので、複合型熱交換器が変形、破損しにくいという効果を得ることもできる。
また、上述の第1の特徴の複合型熱交換器において、第1ネジ穴部(34b)の軸と前記第2ネジ穴部(35b)の軸は、垂直になっていてもよい。
これによれば、第1ネジ穴部(34b)の軸と第2ネジ穴部(35b)の軸が、垂直になっているので、第1ネジ穴部(34b)に締付けるボルト(41)の軸と、第2ネジ穴部(35b)に締付けるボルト(42)の軸とを垂直にすることができる。
そのため、例えば、本発明の複合型熱交換器の第1ネジ穴部(34b)軸方向に振動がかかっても、第2ネジ穴部(35b)に締付けるボルト(42)の軸部が軸方向垂直に振動荷重を受けることができる。従って、第1ネジ穴部(34b)に締付けるボルト(41)の座面が受ける振動荷重を軽減させることができ、より一層、第1ネジ穴部(34b)に締付けるボルトの座面の変形およびゆるみを防止することができる。
同様に、第2ネジ穴部(35b)軸方向に振動がかかっても、より一層、第2ネジ穴部(35b)に締付けるボルト(42)の座面の変形およびゆるみを防止することができる。その結果、第1熱交換器(1)および第2熱交換器(2)を、より一層、確実に結合することができる。
また、上述の第1、2の特徴の複合型熱交換器において、第1ネジ穴部(34b)および第2ネジ穴部(35b)の少なくとも一方は、複数設けられていてもよい。
これによれば、第1熱交換器(1)と第2熱交換器(2)とを複数のボルトで締付けることができ、締付軸力を増加させることができるので、第1熱交換器(1)および第2熱交換器(2)を、より一層、確実に結合することができる。
また、本発明では、流体が通過する複数のチューブ(11)を有して構成された略矩形状の熱交換部(13)と、チューブ(11)の長手方向両端側に配置されてチューブ(11)と連通する一対のヘッダ部材(14、15)と、一対のヘッダ部材(14、15)の一方に設けられた第1ブラケット(20、44)と、一対のヘッダ部材(14、15)の他方に設けられた第2ブラケット(25、45)とを備え、第1ブラケット(20、44)および第2ブラケット(25、45)は、第1ブラケット(20、44)を貫通して締付けられるボルト(41)の軸と第2ブラケット(25、45)を貫通して締付けられるボルト(42)の軸が非平行になるように、配置されている熱交換器を第2の特徴とする。
これによれば、第1、第2ブラケット(20、25、24、45)を介して、第2の特徴の熱交換器を他の部品に取付けた際に、第1ブラケット(20、44)を貫通して締付けられるボルト(41)の軸と第2ブラケット(25、45)を貫通して締付けられるボルト(42)の軸を非平行にできる。
そのため、他の部品に取付られた状態の第2の特徴の熱交換器に、第1ブラケット(20、44)締付用のボルト(41)の軸方向の振動がかかっても、第1ブラケット(20、44)締付用のボルト(41)の座面のみならず、第2ブラケット(25、45)締付用のボルト(42)の軸部によっても振動荷重を受けることができる。
従って、第1ブラケット(20、44)締付用のボルト(41)の座面の変形およびゆるみを防止することができる。同様に、第2ブラケット(25、45)締付用のボルト(42)の軸方向の振動がかかっても、第2ブラケット(25、45)締付用のボルト(42)の座面の変形およびゆるみを防止することができる。
その結果、第1ブラケット(20、44)および第2ブラケット(25、45)締付用の各ボルト(41、42)の座面の変形およびゆるみを生じさせることなく、他の部品に確実に結合することができる。
さらに、第1ブラケット(20、44)および第2ブラケット(25、45)が剛性の高いヘッダ部材(14、15)に設けられているので、熱交換器に第1ブラケット(20、44)および第2ブラケット(25、45)を設けても、第1の特徴の熱交換器と同様に、熱交換器の機械的強度を低下させることもない。
また、第2の特徴の熱交換器において、具体的に、一対のヘッダ部材(14、15)のうち一方は、チューブ(11)に接続されるヘッダタンク(14a)と、流体の気液を分離する気液分離器(18)とを有し、第1ブラケット(20、40)は、気液分離器(18)に設けられていてもよい。
これによれば、第1ブラケット(20、44)がヘッダ部材(14、15)のうち剛性の高い気液分離器(18)に設けられているので、熱交換器に第1ブラケット(20、44)を設けても、熱交換器の機械的強度を低下させない。
また、本発明では、流体が通過する複数のチューブ(31)を有して構成された略矩形状の熱交換部(33)と、チューブ(31)の長手方向両端側に配置されてチューブ(31)と連通する一対のヘッダ部材(34、35)と、ヘッダ部材(34、35)のうち一方に設けられた第1ネジ穴部(34b)と、ヘッダ部材(34、35)のうち他方に設けられた第2ネジ穴部(35b)とを備え、第1ネジ穴部(34b)の軸と第2ネジ穴部(35b)の軸は、非平行に配置されている熱交換器を第3の特徴とする。
これによれば、第1ネジ穴部(34b)の軸と第2ネジ穴部(35b)の軸が、非平行に配置されているので、第1ネジ穴部(34b)に締付けるボルト(41)の軸と、第2ネジ穴部(35b)に締付けるボルト(42)の軸とを非平行にすることができる。
その結果、第2の特徴の熱交換器と同様に、第1、2ネジ穴部(34a、35a)に締付ける各ボルト(41、42)の座面の変形およびゆるみを生じさせることなく、他の部品に確実に結合することができる。
さらに、第1ネジ穴部(34b)および第2ネジ穴部(35b)が剛性の高いヘッダ部材(34、35)に設けられているので、熱交換器に第1ネジ穴部(34b)および第2ネジ穴部(35b)を設けても、熱交換器の機械的強度を低下させない。さらに、第1ネジ穴部(34b)の軸および第2ネジ穴部(35b)の軸を所望の方向に設定できる。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
図1は、本発明の一実施形態であるハイブリッド自動車用の熱交換器の全体正面図である。この熱交換器は、車両用空調装置において圧縮機(図示せず。)から吐出された高温・高圧の冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮器1と、ハイブリッド自動車用の電動モータ、インバータおよび発電機(いずれも図示せず。)等の電気機器部品を冷却するための電気部品用ラジエータ2とが一体に結合された複合型熱交換器である。
従って、本実施形態では、凝縮器1が第1熱交換器であり、電気部品用ラジエータ2が第2熱交換器である。
まず、この熱交換器の車両搭載状態について説明する。この熱交換器は図2に示すように、エンジン用ラジエータ3に結合されて、フード4下方でラジエータグリル5およびバンパー補強材6の車両後方側に搭載される。
さらに、凝縮器1と電気部品用ラジエータ2は略同一平面上に構成されており、空気流れ方向(図2の矢印A方向)に対して並列に配置され、さらに、電気部品用ラジエータ2が凝縮器1の上方側になるように搭載されている。
また、この熱交換器は、エンジン用ラジエータ3に対して空気流れ方向上流側に配置され、空気流れ方向から見たときにエンジン用ラジエータ3と重なるように搭載されている。さらに、エンジン用ラジエータ3の空気流れ下流側には、熱交換器に冷却用の空気を供給するための電動ファン7が配置されている。
次に、凝縮器1および電気部品用ラジエータ2について説明する。なお、以下の説明における上下・前後方向は図2に示す車両搭載状態を基準としている。
まず、凝縮器1は、図1に示すように、内部を冷媒が流れる多数の冷媒チューブ11が積層され、冷媒と空気との熱交換を促進するフィン12が隣接する冷媒チューブ11間に配置されている。この冷媒チューブ11とフィン12により略矩形状のコア部13が構成される。従って、コア部13は本実施形態の第1熱交換部である。
冷媒チューブ11の長手方向両端側には、冷媒チューブ11と連通する冷媒ヘッダ部材14、15が配置される。従って、冷媒ヘッダ部材14、15は本実施形態における第1ヘッダ部材である。まず、一方の冷媒ヘッダ部材14は、冷媒チューブ11からの冷媒の集合を行う第1冷媒ヘッダタンク14aを有し、他方の冷媒ヘッダ部材15は、冷媒チューブ11への冷媒の分配を行う第2冷媒ヘッダタンク15aとを有している。
この第1冷媒ヘッダタンク14aおよび第2冷媒ヘッダタンク15aは、冷媒チューブ11と同数のスリット穴(図示せず。)を有しており、このスリット穴を介して全ての冷媒チューブ11と連通している。
また、第2冷媒ヘッダタンク15aには、冷媒を凝縮器1内部に流入させる冷媒入口配管16および冷媒を凝縮器1外部へ流出させる冷媒出口配管17が設けられ、第1冷媒ヘッダタンク14aの外側(コア部13の反対側)には、気液分離器18が配置されている。この気液分離器18は、気相冷媒と液相冷媒を分離して液相冷媒を貯留しておくことができるレシーバである。
なお、第1冷媒ヘッダタンク14aと気液分離器18とは、取付部材18aを介して結合されるようになっており、さらに、第1冷媒ヘッダタンク14aと気液分離器18とは、2つの貫通穴19a、19bを有するプレート19を介して2箇所で連通している。なお、貫通穴19aは19bに対して上方側に配置されている。
また、第1冷媒ヘッダタンク14a内部の下側寄りの位置には、第1セパレータ14bが配置されるとともに、第2冷媒ヘッダタンク15a内部には、第1セパレータ14bと同一高さに第2セパレータ15bが配置されており、この第1、第2セパレータ14a、15aによってコア部13は2つ熱交換部に分けられている。
まず、コア部13における第1、第2セパレータ14b、15bの上方側部位は、冷媒入口配管16から流入した気相冷媒と空気とを熱交換させて、冷媒を凝縮させる凝縮部13aになっており、凝縮部13aから流出した冷媒は、プレート19の貫通穴19aを通過して気液分離器18に流入するようになっている。
従って、冷媒入口配管16は第2セパレータ15bよりも上方に配置され、貫通穴19aは第1セパレータ14bよりも上方に配置されている。
さらに、コア部13における第1、第2セパレータ14b、15bの下方側部位は、気液分離器18から貫通穴19bを通過して流入した液相冷媒と空気とを熱交換させて液相冷媒を冷却する過冷却部13bになっており、過冷却部13bで冷却された冷媒は冷媒吐出ポート17から流出するようになっている。
従って、冷媒出口配管17は第2セパレータ15bよりも下方に配置され、貫通穴19bは第1セパレータ14bよりも下方に配置されている。
以上の如く、本実施形態における一対の冷媒ヘッダ部材14、15のうち一方の冷媒ヘッダ部材14は、第1冷媒ヘッダタンク14a、第1セパレータ14b、気液分離器18、プレート19および後述するタンクキャップ23等によって構成される。また、他方の冷媒ヘッダ部材15は、第2冷媒ヘッダタンク15a、第2セパレータ15bおよび後述するタンクキャップ23、24等によって構成される。
また、本実施形態の凝縮器1では、凝縮部13aの下方に過冷却部13bが配置され、凝縮部13aおよび過冷却部13bの側方に気液分離器18が配置され、さらに、気液分離器18の上部が凝縮部13aの上端面よりも上方に突出する位置関係となっており、気液分離器18の凝縮部13aの上端面よりも上方に突出した部位には、凝縮器1と電気部品用ラジエータ2とを結合するための第1ブラケット20が設けられている。
この第1ブラケット20には、ボルト貫通穴20aが上下に2箇所設けられている。また、ボルト貫通穴20aの軸(すなわち、ボルト貫通穴20aを貫通して締め付けられるボルト41の軸)は車両前後方向(図1の紙面垂直方向)に向いている。
また、冷媒チューブ11の積層方向両端側には、冷媒チューブ11と平行に延びてコア部13を補強するサイドプレート21が配置されている。冷媒チューブ11の積層方向下端側のサイドプレート21には、本実施形態の複合型熱交換器をエンジン用ラジエータ3に取付けるためのブラケット22が2箇所に設けられている。
また、第2冷媒ヘッダタンク15aおよび第1冷媒ヘッダタンク14aの上端および下端にはタンクキャップ23、24が配置される。まず、タンクキャップ23は、第2冷媒ヘッダタンク15aの下端側、第1冷媒ヘッダタンク14aの上端側および下端側に配置されて、それぞれの冷媒ヘッダタンク端部の閉塞を行うものである。
さらに、タンクキャップ24は、第2冷媒ヘッダタンク15aの上端側に配置されて、第2冷媒ヘッダタンク15aの上端側の閉塞を行うとともに、凝縮器1と電気部品用ラジエータ2とを結合するための第2ブラケット25が結合されるようになっている。
ここで、タンクキャップ24の詳細について、図3により説明する。図3(a)はタンクキャップ24の全体正面図、図3(b)は右側面図である。なお、図3のタンクキャップ24は、第2冷媒ヘッダタンク15aの上端側に配置される前のタンクキャップ24単体の状態を示している。
タンクキャップ24は、第2ブラケット25、タンク閉塞部26およびキャップ延長部27を有しており、タンク閉塞部26とキャップ延長部27は略平板形状で一体に構成されている。タンク閉塞部26は第2冷媒ヘッダタンク15aの上端を閉塞し、キャップ延長部27はタンク閉塞部26からコア部13上端側のサイドプレート21上に重合するように伸びてサイドプレート21と接合される。
また、第2ブラケット25はタンク閉塞部26と結合される結合面部25aと電気部品用ラジエータ2が取付けられる取付面部25bとを有している。結合面部25aと取付面部25bは凝縮器1の側面側で略直角に交わる位置関係になっており、図3(a)に示すように、第2ブラケット25は凝縮器1の前方から見て略L字形状になっている。
この取付面部25bには、ボルト貫通穴25cが上下に2箇所設けられている。また、ボルト貫通穴25cのボルト軸方向は車両左右方向(図1の紙面左右方向)に向いている。
さらに、本実施形態では、タンク閉塞部26はピンかしめ用の貫通穴26aを有し、第2ブラケット25はピンかしめ用の貫通穴25dを有しており、これらの貫通穴26a、25dに挿入されたピン28を上下方向から荷重をかけてかしめることで、第2ブラケット25とタンク閉塞部26とを結合している。
もちろん、第2ブラケット25とタンク閉塞部26とを他の手段で結合してもよい。さらに、切削加工等で第2ブラケット25とタンク閉塞部26とを一体に構成したものを用いてもよい。また、本実施形態の第2ブラケット25は、タンクキャップ24を介して第2ヘッダタンク15aに設けられているが、第2ブラケット25を第2冷媒ヘッダタンク15aに直接結合するように設けてもよい。
凝縮器1は上記のような構成になっており、さらに、本実施形態では凝縮器1の構成部品は全てアルミニウム合金製として、ろう接にて一体に接合されている。
ここで、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」(東京電機大学出版局)に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を融解させないように接合する技術をいう。特に融点が450℃以上の溶加材(ろう材)を用いて接合するときをろう付けといい、融点450℃未満の溶加材(はんだ)を用いて接合するときをはんだ付けという。後述するように本実施形態では、ろう接のうち「ろう付け」によって一体に接合している。
次に、電気部品用ラジエータ2の詳細を図4により説明する。電気部品用ラジエータ2
には、内部を冷却水が流れる多数の冷却水チューブ31が積層され、冷却水と空気との熱交換を促進するフィン32が隣接する冷却水チューブ31間に配置されている。この冷却水チューブ31とフィン32により略矩形状のコア部33が構成される。従って、コア部33は本実施形態の第2熱交換部である。
冷却水チューブ31の長手方向両端側には、冷却水チューブ31と連通する冷却水ヘッダ部材34、35が配置される。従って、冷却水ヘッダ部材34、35は本実施形態における第2ヘッダ部材である。まず、一方の冷却水ヘッダ部材34は、冷媒チューブ11からの冷媒の集合を行う第1冷却水ヘッダタンク34aを有して構成され、他方の冷却水ヘッダ部材35は、冷媒チューブ11への冷媒の分配を行う第2冷却水ヘッダタンク35aを有して構成されている。
この第1冷却水ヘッダタンク34aおよび第2冷却水ヘッダタンク35aは、冷却水チューブ31と同数のスリット穴(図示せず。)を有しており、このスリット穴を介して全ての冷却水チューブ31と連通している。
第1冷却水ヘッダタンク34aには、冷却水を電気部品用ラジエータ2内部に流入させる冷却水入口配管36が設けられ、第2冷却水ヘッダタンク35aには、冷却水を電気部品用ラジエータ2内部から流出させる冷却水出口配管37および空気抜き用バルブ38が設けられている。
さらに、第1冷却水ヘッダタンク34aの下部側で、凝縮器1の気液分離器18に設けられた第1ブラケット20のボルト貫通穴20aに適合する位置に、凝縮器1と電気部品用ラジエータ2とを結合するための第1ネジ穴部34bが上下に2箇所設けられている。また、第1ネジ穴部34bの軸は車両前後方向(図1の紙面垂直方向)に向いている。
この第1ネジ穴部34bは、いわゆる、埋め込みナットによって構成される。埋め込みナットとは、第1冷却水ヘッダタンク34aのボルト貫通穴20aに適合する位置に貫通穴を設け、この貫通穴にネジ穴の設けられた略円筒形状のアルミニウム製ナットを圧入し、この状態で第1冷却水ヘッダタンク34aとナットとをろう付け接合したものである。
また、第2冷却水ヘッダタンク35aの下部側で、凝縮器1の第2冷媒ヘッダタンク15aにタンクキャップ24を介して設けられた第2ブラケット25のボルト貫通穴25cに適合する位置に、凝縮器1と電気部品用ラジエータ2とを結合するための第2ネジ穴部35bが上下に2箇所設けられている。
この第2ネジ穴部35bも、第1ネジ穴部34bと同様に埋め込みナットによって構成されており、第2ネジ穴部35bの軸方向は車両左右方向(図1の紙面左右方向)に向いている。従って、第1ネジ穴部34bの軸と第2ネジ穴部35bの軸とは垂直に配置されている。このように2つのネジ穴部34b、35bの軸は非平行に配置されている。
冷却水チューブ31の積層方向両端側には、冷却水チューブ31と平行に延びてコア部33を補強するサイドプレート39が配置されている。冷却水チューブ31の積層方向上端側のサイドプレート39には、電気部品用ラジエータ2をエンジン用ラジエータ3に取付けるための取付けブラケット40が2つ設けられている。
第1冷却水ヘッダタンク34aおよび第2冷却水ヘッダタンク35aの上端部および下端部には、それぞれのヘッダタンク両端側を閉塞するタンクキャップ(図示せず。)が配置される。
電気部品用ラジエータ2は上記のような構成になっており、さらに、本実施形態では電気部品用ラジエータ2の構成部品は全てアルミニウム合金製として、凝縮器1と同様にろう接にて一体に接合されている。後述するように本実施形態では、ろう接のうち「ろう付け」によって一体に接合している。
そして、凝縮器1と電気部品用ラジエータ2は、図1に示すように、凝縮器1の第1ブラケット20を貫通するボルト41を第1冷却水ヘッダタンク34aの第1ネジ穴部34bに締付け、さらに、第2ブラケット25を貫通するボルト42を第2冷却水ヘッダタンク35aの第2ネジ穴部35bに締付けることで一体に結合されている。
上記のような構成の熱交換器を図2のように車両に搭載し、電動ファン7を作動させてラジエータグリル5から空気をエンジンルームに流入させると、流入した空気は凝縮器1および電気部品用ラジエータ2を通過する。
その際、凝縮器1は圧縮機から吐出した高温・高圧の冷媒と空気とを熱交換させて冷媒を冷却し凝縮させ、電気部品用ラジエータ2は電気機器部品を冷却して温度が上昇した冷却水と空気とを熱交換して冷却水を冷却させることができる。
次に、熱交換器の製造工程について説明する。凝縮器1と電気部品用ラジエータ2は別々に製造された後に、前述のように一体に結合される。
このように凝縮器1と電気部品用ラジエータ2とを別々に製造した後に結合する理由は以下に示すとおりである。凝縮器1と電気部品用ラジエータ2では、その構造および大きさ等に相違があるため、ろう接時の熱変化による変形量が異なる。このため、同一の治具で仮固定した状態でろう接すると、凝縮器1および電気部品用ラジエータ2が異常変形して、冷媒や冷却水が漏れるといった不具合を生じるからである。
凝縮器1の製造工程では、まず、多数の冷媒チューブ11を、第2冷媒ヘッダタンク15aおよび第1冷媒ヘッダタンク14aに設けられたスリット穴に挿入するとともに、冷媒チューブ11の間にフィン12を介設して、凝縮器1を組立てる。
そして、最上段の冷媒チューブ11の上側にフィン12を介してサイドプレート21を配置するとともに、最下段の冷媒チューブ11の下側にフィン12を介してサイドプレート21を配置して、ワイヤで上下方向に縛るように仮固定する。
さらに、第1冷媒ヘッダタンク14aには、第1冷媒ヘッダタンク14aに予め設けられた連通穴位置に適合するようにプレート19がかしめ仮固定され、第1ブラケット20がかしめ仮固定された気液分離器18が取付部材18aを介してかしめ仮固定される。また、第1冷媒ヘッダタンク14a内部の所定の位置に第1セパレータ14bが仮固定される。
第2冷媒ヘッダタンク15aには、第2冷媒ヘッダタンク15aに予め設けられた連通穴位置に冷媒入口配管16および冷媒出口配管17がかしめ仮固定される。また、第2冷媒ヘッダタンク15a内部の所定の位置に第2セパレータ15bが仮固定される。さらに、下端側のサイドプレート21には、エンジン用ラジエータ3に取付けるためのブラケット22がかしめ仮固定される。
この状態で、全体を左右両側から専用治具で固定してずれないようにする。そして、タンクキャップ23を第1冷媒ヘッダタンク14a上下端部および第2冷媒ヘッダタンク15a下端部にかしめ仮固定し、第2ブラケット25を有するタンクキャップ24第2冷媒ヘッダタンク15a上端部にかしめ仮固定する。
そして、このように仮固定された凝縮器1全体を加熱手段によって約600℃程度に加熱して、各構成部品表面に予めクラッドされたろう材を融解させる。そして、再びろう材が凝固するまで冷却することで、構成部品が一体にろう付けされて凝縮器1が製造される。
次に、電気部品用ラジエータ2の製造工程では、凝縮器1の製造工程と同様に、多数の冷却水チューブ31を第1冷却水ヘッダタンク34aおよび第2冷却水ヘッダタンク35aに設けられたスリット穴に挿入するとともに、冷却水チューブ31の間にフィン32を介設して、電気部品用ラジエータ2を組立てる。
さらに、最上段の冷却水チューブ31の上側にフィン32を介してサイドプレート39を配置するとともに、最下段の冷却水チューブ31の下側にフィン32を介してサイドプレート39を配置して、これらを凝縮器1と同様にワイヤで固定して上下方向にずれないようにする。
また、第1冷却水ヘッダタンク34aには、第1冷却水ヘッダタンク34aに予め設けられた連通穴位置に冷却水入口配管36がかしめ仮固定され、第2冷却水ヘッダタンク35aには、第2冷却水ヘッダタンク35aに予め設けられた連通穴位置に冷却水出口配管37および空気抜き用バルブ38がかしめ仮固定される。
また、前述の如く、第1、第2冷却水ヘッダタンク34a、35aのブラケット20、25に適合する位置に設けられた貫通穴に、埋め込みナットを構成するナットが圧入されて仮固定される。さらに、上端側のサイドプレート39には、エンジン用ラジエータ3に取付けるためのブラケット22がかしめ仮固定される。この状態で左右両側から専用治具で固定してずれないようにする。
そして、第1、第2冷却水ヘッダタンク34a、35a用のタンクキャップを第1、第2冷却水ヘッダタンク34a、35aの上下端部に仮固定する。この状態で、凝縮器1と同様に、各構成部品がろう付けされて電気部品用ラジエータ2が製造される。
次に、上述のように別々に製造された凝縮器1と電気部品用ラジエータ2とを、凝縮器1の第1ブラケット20を貫通するボルト41を第1冷却水ヘッダタンク34aの第1ネジ穴部34bに締付け、さらに、第2ブラケット25を貫通するボルト42を第2冷却水ヘッダタンク35aの第2ネジ穴部35bに締付けることで一体化して、本実施形態の熱交換器が製造される。
本実施形態の複合型熱交換器では、上述の如く、第1ネジ穴部34bの軸と第2ネジ穴部35bの軸が、垂直になっているので、第1ブラケット20を貫通して第1ネジ穴部34bに締付けるボルト41の軸方向と、第2ブラケット25を貫通して第2ネジ穴部35bに締付けるボルト42の軸方向とを垂直にすることができる。
これにより、例えば、ボルト41の軸方向の振動がかかっても、ボルト41の座面のみならず、ボルト42の軸部によって振動荷重を受けることができるので、ボルト41の座面の変形およびゆるみを防止することができる。同様に、ボルト42の軸方向に振動がかかっても、ボルト42の座面の変形およびゆるみを防止することができる。
その結果、ボルト41、42の座面の変形およびゆるみを生じさせることなく、複数の熱交換器同士を確実に結合することができる。
さらに、本実施形態では、第1ブラケット20が剛性の高い冷媒ヘッダ部材14の気液分離器18に設けられ、第2ブラケット25が剛性の高い冷媒ヘッダ部材15の第2冷媒ヘッダタンク15aに設けられているので、凝縮器1に第1ブラケット20および第2ブラケット25を設けても、凝縮器1の機械的強度を低下させない。
同様に、第1ネジ穴部34bおよび第2ネジ穴部35bが剛性の高い冷却水ヘッダ部材34、35の第1、2冷却水ヘッダタンク34a、35aに設けられているので、電気部品用ラジエータ2に第1ネジ穴部34bおよび第2ネジ穴部35bを設けても、電気部品用ラジエータ2の機械的強度を低下させない。
さらに、第1、第2ネジ穴部34a、35aを埋め込みナットによって構成することができるので、第1、第2ネジ穴部34a、35aの軸を容易に所望の方向に設定できる。その結果、凝縮器1および電気部品用ラジエータ2の機械的強度を低下させることなく、ボルト41、42の軸を容易に変更することができる。
さらに、本実施形態では、第1ブラケット20を、気液分離器18の凝縮部13aの上端面よりも上方に突出した部位に配置しているので、第1ブラケット20のボルト締付位置(第1ネジ穴部34b設定位置)を第2ブラケット25のボルト締付位置(第2ネジ穴部35b設定位置)に対して気液分離器18の長手方向に、容易にずらすことができる。
これにより、第1ブラケット20のボルト締付位置と第2ブラケット25のボルト締付位置とを結ぶラインを、冷却水チューブ31長手方向に対して所定角度を有するように配置できる。従って、複合型熱交換器に荷重がかかっても、ボルト締付部のみならず上記のラインに所定角度を有しながら交差する冷却水チューブ31によっても荷重を受けることができるので、複合型熱交換器が変形、破損しにくい。
(第2実施形態)
第1実施形態では、2つボルト貫通穴20aを有する第1ブラケット20を採用しているが、本実施形態では、図5に示すように1つのボルト貫通穴44aを有する第1ブラケット44を採用している。さらに、第1冷却水ヘッダタンク34aの下部側に設けられる第1ネジ穴部34bも、ボルト貫通穴44aに適合する位置に1つ設けられている。
そして、一本のボルト41を第1ブラケット44を貫通させて第1ネジ穴部34bに締付けている。その他の構成および製造方法は第1実施形態と全く同様である。
本実施形態の複合型熱交換器においても、ボルト41の径や締付軸力を調整することで、第1実施形態と全く同様の効果を得ることができ、凝縮器1および電気部品用ラジエータ2の機械的強度を低下させることなく、軸方向の異なるボルト41、42によって凝縮器1および電気部品用ラジエータ2を確実に結合することができる。
さらに、第2ブラケット44の小型化およびボルト41の本数を低減できるので、複合型熱交換器の軽量化を図ることができる。
(第3実施形態)
第1実施形態では、2つボルト貫通穴25cを有する第2ブラケット25を採用しているが、本実施形態では、図6に示すように1つのボルト貫通穴を有する第2ブラケット45を採用している。さらに、第2冷却水ヘッダタンク35aの下部側に設けられる第2ネジ穴部35bも、第2ブラケット45のボルト貫通穴に適合する位置に1つ設けられている。
そして、一本のボルト42を第2ブラケット45を貫通させて第1ネジ穴部35aに締付けている。その他の構成および製造方法は第1実施形態と全く同様である。
本実施形態の複合型熱交換器においても、ボルト42の径や締付軸力を調整することで、第1実施形態と全く同様の効果を得ることができ、凝縮器1および電気部品用ラジエータ2の機械的強度を低下させることなく、軸方向の異なるボルト41、42によって凝縮器1および電気部品用ラジエータ2を確実に結合することができる。
さらに、第2ブラケット45の小型化およびボルト42の本数を低減できるので、複合型熱交換器の軽量化を図ることができる。
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。
(1)上述の第2、第3実施形態で採用した第1ブラケット44および第2ブラケット46を同時に採用してもよい。つまり、一本のボルト41を第1ブラケット44を貫通させて第1ネジ穴部34bに締付け、一本のボルト42を第2ブラケット45を貫通させて第1ネジ穴部35aに締付ける。このような構成であって、第2〜3実施形態と同様の効果を得ることができる。
(2)上述の実施形態では、第1、2ブラケット20、25および第1、2ネジ穴部34b、35bによって凝縮器1と電気部品用ラジエータ2を結合しているが、第1、2ブラケット20、25および第1、2ネジ穴部34b、35bを、他の部品や車両に直接結合するために用いてもよい。
これによれば、熱交換器(凝縮器1、電気部品用ラジエータ2)の機械的強度を低下させることなく、軸方向の異なるボルトによって熱交換器を他の部品に確実に結合することができる。
(3)上述の実施形態では、凝縮器1は液相冷媒を過冷却するサブクールタイプの凝縮器を採用しているが、過冷却部13bおよび気液分離器18を有していない凝縮器を用いてもよい。この場合は、第2ブラケット25と同様に、タンクキャップ24を介して第1冷媒ヘッダタンク14aに第1ブラケット20を設ければよい。
(4)上述の実施形態では、第1ネジ穴部34bの軸を車両左右方向(図1の紙面左右方向)とし、第2ネジ穴部35bの軸を車両前後方向(図1の紙面垂直方向)としているが、第1、2ネジ穴部34b、35bの軸の方向はこれに限定されない。複合型熱交換器の搭載状態が変化すると振動条件も変化するので、搭載状態を考慮して第1、2ネジ穴部34b、35bの軸の方向を変化させてもよい。
いずれの態様においても、2つのネジ穴部34b、35bの軸は、それらに入れられるボルトの締付方向が互いに異なる方向を指向し、平行とならないように配置される。例えば、2つのネジ穴部34b、35bの軸は直交、あるいは交差する方向へ伸びるように配置される。
(5)上述の実施形態では、凝縮器1と電気部品用ラジエータ2と結合させた複数の熱交換器を一体化した熱交換器の例を説明したが、複数の熱交換器の組合せはこれに限定されない。例えば、凝縮器1とオイルを冷却するオイルクーラを一体化した熱交換器でもよい。
(6)上述の実施形態では、例えば冷媒入口配管16、冷媒出口配管17等の構成部品を仮固定した後に一体にろう付けしているが、構成部品は上記実施形態に用いたものに限定されない。熱交換器の種類や用途によって必要となる構成部品であって、ろう付け可能な構成部品をかしめ等で仮固定した後に一体にろう付けしてもよい。
(7)上述の実施形態では、本発明を車両用の熱交換器に適用した例を示したが、本発明の趣旨に合致するものであれば、車両用に限定されず熱交換器一般に適用可能である。
第1実施形態の複合型熱交換器の全体構成図である。 第1実施形態の複合型熱交換器の車両搭載状態を示す側面図である。 (a)は第1実施形態のタンクキャップ24と第2ブラケット25の正面図であり、(b)は(a)の右側面図である。 第1実施形態の電気部品用ラジエータの全体構成図である。 第2実施形態の複合型熱交換器の全体構成図である。 第3実施形態の複合型熱交換器の全体構成図である。
符号の説明
1…凝縮器、2…電気部品用ラジエータ、11…冷媒チューブ、
13、33…コア部、14、15…冷媒ヘッダ部材、
14a…第1冷媒ヘッダタンク、15a…第2冷媒ヘッダタンク、18…気液分離器
20、44…第1ブラケット、25、45…第2ブラケット、
31…冷却水チューブ、34、35…冷却水ヘッダ部材、
34a…第1冷却水ヘッダタンク、35a…第2冷却水ヘッダタンク、
34b…第1ネジ穴部、35b…第2ネジ穴部、41、42…ボルト

Claims (7)

  1. 第1流体が通過する複数の第1チューブ(11)を有して構成された略矩形状の第1熱交換部(13)と、前記第1チューブ(11)の長手方向両端側に配置されて前記第1チューブ(11)と連通する一対の第1ヘッダ部材(14、15)とを有する第1熱交換器(1)と、
    第2流体が通過する複数の第2チューブ(31)を有して構成された略矩形状の第2熱交換部(33)と、前記第2チューブ(31)の長手方向両端側に配置されて前記第2チューブ(31)と連通する一対の第2ヘッダ部材(34、35)とを有する第2熱交換器(2)とを備え、
    前記第1熱交換器(1)と前記第2熱交換器(2)が、前記第1流体および前記第2流体と熱交換する第3流体の流れ方向に対して並列に配置される複合型熱交換器であって、
    前記一対の第1ヘッダ部材(14、15)のうち一方に設けられた第1ブラケット(20、44)と、
    前記一対の第1ヘッダ部材(14、15)のうち他方に設けられた第2ブラケット(25、45)と、
    前記一対の第2ヘッダ部材(34、35)のうち一方に設けられた第1ネジ穴部(34b)と、
    前記一対の第2ヘッダ部材(34、35)のうち他方に設けられた第2ネジ穴部(35b)とを有し、
    前記第1ネジ穴部(34b)の軸と前記第2ネジ穴部(35b)の軸は、非平行に配置されており、
    さらに、前記第1ブラケット(20、44)を貫通して前記第1ネジ穴部(34b)に締付けるボルト(41)と、前記第2ブラケット(25、45)を貫通して前記第2ネジ穴部(35b)に締付けるボルト(42)とを備えて、前記第1熱交換器(1)と前記第2熱交換器(2)が結合されていることを特徴とする複合型熱交換器。
  2. 前記一対の第1ヘッダ部材(14、15)のうち一方は、前記第1チューブ(11)に接続されるヘッダタンク(14a)と、前記第1流体の気液を分離する気液分離器(18)とを有し、
    前記第1ブラケット(20、40)は、前記気液分離器(18)に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の複合型熱交換器。
  3. 前記第1ネジ穴部(34b)の軸と前記第2ネジ穴部(35b)の軸は、垂直になっていることを特徴とする請求項1または2に記載の複合型熱交換器。
  4. 前記第1ネジ穴部(34b)および前記第2ネジ穴部(35b)の少なくとも一方は、複数設けられていることを特徴とする1ないし3のいずれか1つに記載の複合型熱交換器。
  5. 流体が通過する複数のチューブ(11)を有して構成された略矩形状の熱交換部(13)と、
    前記チューブ(11)の長手方向両端側に配置されて前記チューブ(11)と連通する一対のヘッダ部材(14、15)と、
    前記一対のヘッダ部材(14、15)の一方に設けられた第1ブラケット(20、44)と、
    前記一対のヘッダ部材(14、15)の他方に設けられた第2ブラケット(25、45)とを備え、
    前記第1ブラケット(20、44)および前記第2ブラケット(25、45)は、前記第1ブラケット(20、44)を貫通して締付けられるボルト(41)の軸と前記第2ブラケット(25、45)を貫通して締付けられるボルト(42)の軸が非平行になるように、配置されていることを特徴とする熱交換器。
  6. 前記一対のヘッダ部材(14、15)のうち一方は、前記チューブ(11)に接続されるヘッダタンク(14a)と、前記流体の気液を分離する気液分離器(18)とを有し、
    前記第1ブラケット(20、40)は、前記気液分離器(18)に設けられていることを特徴とする請求項5に記載の熱交換器。
  7. 流体が通過する複数のチューブ(31)を有して構成された略矩形状の熱交換部(33)と、
    前記チューブ(31)の長手方向両端側に配置されて前記チューブ(31)と連通する一対のヘッダ部材(34、35)と、
    前記ヘッダ部材(34、35)のうち一方に設けられた第1ネジ穴部(34b)と、
    前記ヘッダ部材(34、35)のうち他方に設けられた第2ネジ穴部(35b)とを備え、
    前記第1ネジ穴部(34b)の軸と前記第2ネジ穴部(35b)の軸は、非平行に配置されていることを特徴とする熱交換器。
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