JP2008145021A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】ジョイントパイプの位置ずれを防止でき、かつ小型化が可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】複数積層されて、内部に流体を流通させる扁平チューブ２２と、扁平チューブ２２の積層方向の外方に配置されたサイドプレート２３と、扁平チューブ２２に連通された筒状体３３と、筒状体３３の開口端部に被せられて接合される接合部４１を有し、他の配管に接続可能なジョイントパイプ４０とを備える熱交換器において、接合部４１に、サイドプレート２３と係合する係合部４２、４３を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体間の熱交換を行う熱交換器に関するものである。

車両用空調装置の熱交換器として用いられるヒータコアは、コア部と、コア部の両端にそれぞれ接続された一対のタンク部とを有している（例えば、特許文献１参照）。各タンク部は、キャプセルとシートメタルとが組み合わされた筒状体と、筒状体の一端に被せられ、車両側の配管（長尺パイプ）を接続可能なジョイントパイプとを有している。筒状体とジョイントパイプとの接合部分のうち筒状体の接合面には半球面状の凹部が形成され、ジョイントパイプの接合面には当該凹部に対応する突起部が形成されている。ジョイントパイプの突起部を筒状体の凹部に嵌合させることによって、組付け時における筒状体とジョイントパイプとの仮固定が可能になっている。
特開２００１−２１５０９５号公報

しかしながら従来の熱交換器では、凹部及び突起部の寸法の精度が低いと、例えば凹部が突起部に対して必要以上に大きく形成され、仮固定の段階で筒状体とジョイントパイプとの間にがたつきが生じる場合がある。この状態でろう付けのための加熱を行うと、筒状体及びジョイントパイプの双方の接触面に形成されたろう材層が溶融するため、がたつきはさらに増大する。したがって、ジョイントパイプが筒状体に対して相対的に位置ずれした状態でろう付け固定されてしまうという問題が生じる。例えば、ジョイントパイプが筒状体に対して互いの軸方向が傾く方向に位置ずれして固定されると、長さが比較的長い長尺パイプをジョイントパイプに接続した際に、長尺パイプ先端の筒状体に対する相対的な位置が規定の位置からずれてしまうため、不良品となってしまう。

一方、ジョイントパイプと筒状体との接合面積を全周に亘って増加させれば、互いの軸方向が傾く位置ずれを抑制できるが、タンク部の長さが長くなってしまうことにより熱交換器が大型化し、車両搭載に不利になる場合がある。

本発明の目的は、ジョイントパイプの位置ずれを防止でき、かつ小型化が可能な熱交換器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、複数積層されて、内部に流体を流通させるチューブ（２２）と、チューブ（２２）の積層方向の外方に配置されたサイドプレート（２３）と、チューブ（２２）に連通された筒状体（３３）と、筒状体（３３）の開口端部に被せられて接合される接合部（４１）を有し、他の配管に接続可能なジョイントパイプ（４０）とを備える熱交換器において、接合部（４１）に、サイドプレート（２３）と係合する係合部（４２、４３）を設けたことを特徴としている。

これにより、熱交換器の組付け時において、ジョイントパイプ（４０）を係合部（４２、４３）によってサイドプレート（２３）に仮固定できるため、ジョイントパイプ（４０）の位置ずれを防止できる。また、ジョイントパイプ（４０）は係合部（４２、４３）によりサイドプレート（２３）に仮固定できるため、筒状体（３３）とのサイドプレート（２３）側の接合面における接合面積を削減できる。したがって、熱交換器を小型化できる。

請求項２に記載の発明は、係合部（４２、４３）は、サイドプレート（２３）の幅方向両端面（２６、２７）に係合し、三角形状の断面形状を有していることを特徴としている。

これにより、係合部（４２、４３）は先端部に近づくほど幅細になり変形し易くなるため、係合部（４２、４３）をサイドプレート（２３）の幅方向両端面（２６、２７）に係合させるのが容易になる。

請求項３に記載の発明は、幅方向両端面（２６、２７）は、サイドプレート（２３）の厚さ方向に丸みを帯びていることを特徴としている。

これにより、係合部（４２、４３）を幅方向両端面（２６、２７）に係合させる際に、幅方向両端面（２６、２７）が係合部（４２、４３）の先端部を徐々に変形させることができるため、係合部（４２、４３）の破損を防止できる。

請求項４に記載の発明は、係合部（４２、４３）は、接合部（４１）と一体成形されていることを特徴としている。

これにより、係合部（４２、４３）の形成が容易になるとともに、係合部（４２、４３）のジョイントパイプ（４０）本体に対する取付け強度が向上する。

ここで、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載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実施形態について図１乃至図６を用いて説明する。図１は、本実施形態における熱交換器として、車両用空調装置に用いられるヒータコア１の構成を示す外観斜視図である。図２は、ヒータコア１の要部構成を示す分解斜視図である。図１及び図２に示すように、ヒータコア１は、エンジン冷却水と空調用の空気との間の熱交換を行うコア部２０を有している。コア部２０は、エンジン冷却水を内部に流通させる扁平チューブ２２と、扁平チューブ２２に熱的に接続された波状のフィン２１とが図１中の上下方向に交互に積層された構造を有している。

コア部２０の積層方向の外方には、コア部２０を機械的に補強するために、扁平チューブ２２に並列する一対のサイドプレート２３、２４が配置されている。コア部２０の図１中上端に配置されたサイドプレート２３は、平板状の平板部２３ａと、平板部２３ａの両側端部でコア部２０の逆側に向かって折り曲げられたフランジ部２３ｂとを備え、全体としてコの字状の断面形状を有している。サイドプレート２３の両先端部近傍には、平板部２３ａから延設された嵌合部２５が形成されている。嵌合部２５の幅方向の両側端部には、被係合面（幅方向両端面）２６、２７がそれぞれ形成されている。被係合面２６、２７は、例えばサイドプレート２３の厚さ方向に丸みを帯びている（図３及び図４参照）。つまり、嵌合部２５の平板状の角部をＲ面取りした形状としている。コア部２０の図１中下端に配置されたサイドプレート２４は、サイドプレート２３と同一の形状を有している。

各扁平チューブ２２の延伸方向の両端部には、一対のタンク部３０がそれぞれ接続されている。タンク部３０は、いずれも断面コの字状のシートメタル３１とキャプセル３２とが組み合わされて形成された概ね四角筒状の筒状体３３を有している。シートメタル３１のうちサイドプレート２３側の面３３ａには、サイドプレート２３の嵌合部２５が嵌合する嵌合穴３４が開口されている。またシートメタル３１には、各扁平チューブ２２の先端部がそれぞれ嵌合する複数の嵌合穴３５が、嵌合穴３４に並列して開口されている。各扁平チューブ２２は、嵌合穴３５に嵌合することにより筒状体３３に連通されている。

筒状体３３の一方（図１中の上側）の開口端部には、ジョイントパイプ４０が接続されている。ジョイントパイプ４０は、筒状体３３の開口端部に接合されたキャップ部４５と、車両側の配管（例えば長尺パイプ）等の他の配管に接続可能で長さの比較的短いパイプ部４４とを有している。キャップ部４５は、筒状体３３の開口端部に被せられ、筒状体３３の外壁面に接合される内壁面を備えた接合部４１を有している。接合部４１のサイドプレート２３側の面４１ｄには、サイドプレート２３の三方を囲む切欠き部４１ｅが形成されている。切欠き部４１ｅは、サイドプレート２３の上面に接合される端面４１ａと、被係合面２６に対向し、端面４１ａにほぼ垂直な端面４１ｂと、被係合面２７に対向し、端面４１ｂにほぼ平行な端面４１ｃとを有している。切欠き部４１ｅの形成された面４１ｄでの接合部４１の高さＨ１は、面４１ｄ以外の面での接合部４１の高さＨ２よりも低くなっている。高さＨ２は、面４１ｄ以外の面における接合部４１と筒状体３３との接合面積が十分に確保できるように設定される。

また接合部４１には、サイドプレート２３の被係合面２６、２７にそれぞれ係合する一対の爪状の係合部４２、４３が設けられている。係合部４２は端面４１ｂから端面４１ｃ側に向かって突出しており、係合部４３は端面４１ｃから端面４１ｂ側に向かって突出している。係合部４２、４３は、接合部４１の肉厚と同一の肉厚を有し、プレス加工及び切抜き加工等により接合部４１と一体成形されている。

筒状体３３の他方（図１中の下側）の開口端部には、サイドキャップ３５が接続されている。

図３は、ジョイントパイプ４０とサイドプレート２３との間の係合状態を示す模式図である。図３では、タンク部３０及びサイドプレート２３をサイドプレート２３の長手方向から見た構成を示しており、コア部２０の図示を省略している。図４は、図３のＡ部を拡大して示す拡大図である。図４では、サイドプレート２３の被係合面２６、２７を係合する前（組付け前）の係合部４２の形状を破線で示している。

図３及び図４に示すように、係合部４２、４３は、いずれも直角二等辺三角形状の断面形状を有している。係合部４２は、接合部４１の端面４１ａにほぼ平行で端面４１ｂ、４１ｃにほぼ垂直な上面４２ａと、上面４２ａに対して斜めに形成された斜側面４２ｂとを有している。斜側面４２ｂは、切欠き部４１ｅとサイドプレート２３とが正対する方向にジョイントパイプ４０を案内する案内面として機能する。上面４２ａと斜側面４２ｂとのなす角θ１は、例えば４５°である。係合部４２、４３をサイドプレート２３に係合させる前における係合部４２の端面４１ｂからの高さＨ３は、例えば０．７ｍｍである。係合部４３は、係合部４２に対し左右対称の形状を有している。

サイドプレート２３の厚さＴ１は、例えば１．３ｍｍである。またサイドプレート２３は、厚さ方向の中心部（図４中、破線で示している）において最大幅を有している。係合部４２の上面４２ａと接合部４１の端面４１ａとの間の間隔Ｇ１は、係合部４２が被係合面２６のうちサイドプレート２３の最大幅部分より下方に係合されるように設定され、例えば１．０５ｍｍである。係合部４２、４３をサイドプレート２３に係合させる前における係合部４２の先端部４２ｄと係合部４３の先端部（図４では図示せず）との間の間隔Ｇ２は、片側の圧入幅（圧入代）Ｗ１（例えば０．１〜０．２ｍｍ）の２倍分（２Ｗ１）だけサイドプレート２３の最大幅よりも狭く、例えば２６．６ｍｍである。

ヒータコア１の組立て体を作製する組付け工程では、サイドプレート２３の嵌合部２５を筒状体３３の嵌合穴３４に嵌合させた後に、ジョイントパイプ４０を筒状体３３に取り付ける。このとき、ジョイントパイプ４０が筒状体３３に被せられるとともに、ジョイントパイプ４０がサイドプレート２３に対して圧入されることにより、ジョイントパイプ４０の係合部４２、４３がサイドプレート２３に係合される。

ジョイントパイプ４０がサイドプレート２３に対して圧入される際、係合部４２の斜側面４２ｂは、サイドプレート２３の被係合面２６に当接した後、切欠き部４１ｅがサイドプレート２３に正対する方向にジョイントパイプ４０を案内する。係合部４２の先端部４２ｄは、被係合面２６により徐々に変形され、先端部４２ｃのようにジョイントパイプ４０の反圧入方向に向かって曲げられる。

同様に、係合部４３の斜側面（図４では図示せず）は、サイドプレート２３の被係合面２７に当接した後、切欠き部４１ｅがサイドプレート２３に正対する方向にジョイントパイプ４０を案内する。係合部４３の先端部は、被係合面２７により徐々に変形され、ジョイントパイプ４０の反圧入方向に向かって曲げられる。

これにより、接合部４１の端面４１ａがサイドプレート２３の上面に当接するとともに、係合部４２、４３は、被係合面２６のうちサイドプレート２３の最大幅部分より下方に係合される。よって、ジョイントパイプ４０は、サイドプレート２３に対してがたつきなく仮固定される。その後、他の部品を組み付けて組立て体を作製し、加熱により構成部品同士をろう付けすることによってヒータコア１が作製される。

図５は、図３のＶ−Ｖ線で切断した本実施形態のヒータコア１の構成を示す断面図である。また図６は、本実施形態に対する比較例として従来のヒータコア２の構成を示す断面図であり、図５に対応している。図５及び図６では、ジョイントパイプ４０のパイプ部４４の中心軸を一点鎖線で示している。ここで、ヒータコア２は、係合部４２、４３を有していないことを除き、ヒータコア１とほぼ同様の構成を有している。図５に示すように、本実施形態のヒータコア１では、ジョイントパイプ４０とサイドプレート２３とががたつきなく組み付けられるため、ろう付け時においてジョイントパイプ４０の筒状体３３に対する位置ずれは生じ難い。したがって、パイプ部４４に長尺パイプを接続したとしても、長尺パイプの先端位置は規定の位置になる。

これに対し従来のヒータコア２では、図６に示すように、筒状体３３との接合面積の小さいジョイントパイプ４０の面４１ｄがサイドプレート２３から離れる方向に浮き上がる位置ずれが生じ易い。この位置ずれでは、端面４１ａとサイドプレート２３との間に間隙４６が形成される。この位置ずれによって、ジョイントパイプ４０のパイプ部４４の中心軸は、位置ずれが生じていない場合のパイプ部４４の中心軸（図６中、破線で示している）に対して傾斜する。したがって、パイプ部４４に長尺パイプを接続すると、長尺パイプの先端位置が規定の位置からずれてしまう。

ここで、本実施形態のヒータコア１と従来のヒータコア２とを１２個ずつ作製し、それぞれ２つのタンク部３０についてジョイントパイプ４０の位置ずれを評価した。まず、位置ずれが生じていない場合のパイプ部４４の中心軸に垂直であって、パイプ部４４の先端部のうちキャプセル３２側の点Ｂを含む仮想平面を基準面Ｄとした。そして、基準面Ｄに対して図５及び図６中の下方側を正（＋）とし、基準面Ｄとパイプ部４４の先端部のうちシートメタル３１側の点Ｃとの距離を位置ずれ値として測定した。すなわち、位置ずれ値が正であれば、パイプ部４４の中心軸がシートメタル３１側（ヒータコア１、２の内側）に傾いていることになり、位置ずれ値が負であれば、パイプ部４４の中心軸がキャプセル３２側（ヒータコア１、２の外側）に傾いていることになる。例えば、図５に示したヒータコア１の位置ずれ値は０であり、図６に示したヒータコア２の位置ずれ値は負の値になる。

１２個のヒータコア２の一方のタンク部３０（製品識別のための信号穴が形成された信号穴側）における位置ずれ値の平均値は−０．０８ｍｍ、最大値は＋０．０３ｍｍ、最小値は−０．２６ｍｍ、標準偏差σは０．０５、工程能力指数Ｃｐは３．３３、工程能力指数Ｃｐｋは２．８３であった。また、他方のタンク部３０（信号穴が形成されていない反信号穴側）における位置ずれ値の平均値は−０．０７ｍｍ、最大値は＋０．０４ｍｍ、最小値は−０．２１ｍｍ、標準偏差σは０．０７、工程能力指数Ｃｐは２．４３、工程能力指数Ｃｐｋは２．１０であった。各ヒータコア２内に流体を流通させたが、ジョイントパイプ４０と筒状体３３との接合部における流体の漏れは、全てのヒータコア２で生じなかった。

これに対し、１２個のヒータコア１の一方のタンク部３０（信号穴側）における位置ずれ値の平均値は＋０．０１ｍｍ、最大値は＋０．０９ｍｍ、最小値は−０．０７ｍｍ、標準偏差σは０．０４、工程能力指数Ｃｐは４．１８、工程能力指数Ｃｐｋは４．０６であった。また、他方のタンク部３０（反信号穴側）における位置ずれ値の平均値は＋０．０２ｍｍ、最大値は＋０．０８ｍｍ、最小値は−０．１１ｍｍ、標準偏差σは０．０５、工程能力指数Ｃｐは３．０６、工程能力指数Ｃｐｋは２．９６であった。各ヒータコア１内に流体を流通させたが、ジョイントパイプ４０と筒状体３３との接合部における流体の漏れは、全てのヒータコア１で生じなかった。

これらの結果から、従来のヒータコア２では位置ずれ値の平均値が負であるため、パイプ部４４の中心軸がキャプセル３２側に傾く位置ずれが生じ易いことが分かる。一方、本実施形態のヒータコア１では、ヒータコア２と比較して位置ずれ値の平均値が０に近く、かつ標準偏差σが小さいため、パイプ部４４の中心軸がキャプセル３２側に傾く位置ずれが生じ難いことが分かる。またヒータコア１では、ヒータコア２と比較して工程能力指数Ｃｐ及びＣｐｋが高いため、製造工程における品質達成能力が向上することが分かる。

従来のヒータコア２において、サイドプレート２３側のジョイントパイプ４０の面４１ｄと筒状体３３の面３３ａとの間の接合面積を増加させれば上記の位置ずれを抑制できるが、そのためには少なくとも面４１ｄの高さＨ１及び面３３ａの高さを共に高くする必要がある。面４１ｄ及び面３３ａの高さを高くすると、ヒータコア２全体の高さも高くなるため、ヒータコア２が大型化してしまう。

本実施形態では、ジョイントパイプ４０の面４１ｄに設けられた係合部４２、４３によって、ジョイントパイプ４０をサイドプレート２３に仮固定できる。このため、ジョイントパイプ４０の上記の位置ずれを抑制することができる。また、ジョイントパイプ４０は係合部４２、４３によりサイドプレート２３に仮固定できるため、ジョイントパイプ４０の面４１ｄと筒状体３３の面３３ａとの間の接合面積を削減できる。したがって、ヒータコア１を小型化できる。

また本実施形態では、先端部に近づくほど幅細になる三角形状の断面形状を係合部４２、４３が有しているため、係合部４２、４３をサイドプレート２３に係合させるのが容易になる。さらに、切欠き部４１ｅとサイドプレート２３とが正対する方向にジョイントパイプ４０を案内する被係合面２６、２７を係合部４２、４３が備えているため、ジョイントパイプ４０をサイドプレート２３に係合させるのが容易になる。

さらに本実施形態では、被係合面２６、２７は丸みを帯びているため、ジョイントパイプ４０を圧入する際に係合部４２、４３の先端部を徐々に変形させることができる。したがって、係合部４２、４３の破損を防止できる。また、サイドプレート２３は厚さ方向の中心部において最大幅を有し、係合部４２は被係合面２６のうちサイドプレート２３の最大幅部分より下方に係合されるようになっている。したがって、係合により仮固定されたジョイントパイプ４０がサイドプレート２３から脱離し難くなる。

また本実施形態では、係合部４２、４３がプレス加工及び切抜き加工等により接合部４１と一体成形されているため、係合部４２、４３の形成が容易になるとともに、係合部４２、４３のジョイントパイプ４０本体に対する取付け強度が向上する。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、係合部４２、４３を接合部４１と一体成形しているが、係合部４２、４３を接合部４１と別材料で形成し、組付け工程の前に係合部４２、４３を接合部４１の端面４１ｂ、４１ｃにそれぞれ固定するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態における熱交換器の構成を示す外観斜視図である。 本発明の第１実施形態における熱交換器の要部構成を示す分解斜視図である。 ジョイントパイプとサイドプレートとの間の係合状態を示す模式図である。 図３のＡ部を拡大して示す模式図である。 図３のＶ−Ｖ線で切断した熱交換器の構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の比較例として従来の熱交換器の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ ヒータコア（熱交換器）
２０ コア部
２１ フィン
２２ 扁平チューブ
２３ サイドプレート
２６、２７ 被係合面（幅方向両端面）
３０ タンク部
３３ 筒状体
４０ ジョイントパイプ
４１ 接合部
４２、４３ 係合部
４４ パイプ部

Claims (4)

1. 複数積層されて、内部に流体を流通させるチューブ（２２）と、
   前記チューブ（２２）の積層方向の外方に配置されたサイドプレート（２３）と、
   前記チューブ（２２）に連通された筒状体（３３）と、
   前記筒状体（３３）の開口端部に被せられて接合される接合部（４１）を有し、他の配管に接続可能なジョイントパイプ（４０）とを備える熱交換器において、
   前記接合部（４１）に、前記サイドプレート（２３）と係合する係合部（４２、４３）を設けたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記係合部（４２、４３）は、前記サイドプレート（２３）の幅方向両端面（２６、２７）に係合し、三角形状の断面形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記幅方向両端面（２６、２７）は、前記サイドプレート（２３）の厚さ方向に丸みを帯びていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記係合部（４２、４３）は、前記接合部（４１）と一体成形されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換器。

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