JP2008151468A - 受液器付き熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】強度を維持すると共に、軽量化が図れ、かつ、熱交換器本体と受液器本体とを一体ろう付け可能にした受液器付き熱交換器を提供する。
【解決手段】それぞれアルミニウム製の部材にて形成される一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプ間に互いに平行に架設される複数の熱交換管を有する熱交換器本体と、ヘッダーパイプ２ｂにろう付けされるアルミニウム製の筒状の受液器本体であるタンク本体１１と、このタンク本体１１内に挿入される乾燥剤３０及びフィルタ４０と、タンク本体１１の開口部を閉塞する栓体２０と、を具備する受液器付き熱交換器において、タンク本体１１を、有底筒状に形成すると共に、タンク本体１１の直管部１３に対して開口部１２を肉厚に形成し、開口部１２における平行内周面１２ａに、栓体２０の抜け止め用Ｃリング２５を係止する係止溝１４を周設する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、受液器付き熱交換器に関するもので、更に詳細には、例えば大型車両や産業機械等に設置する空調設備に組み込まれるパラレルフロー型の受液器付き熱交換器に関するものである。

従来、大型車両用や産業機械用の大容量の熱交換器として、アルミニウム製の受液器とサブクール域を持たせたコンパクトで高性能の熱交換器、特に熱媒体の冷却凝縮用の熱交換管が並行し、これら熱交換管の間に伝熱面積の広いコルゲートフィンを配設した、いわゆるパラレルフロー型コンデンサ（ＰＦＣ）が使用されている。

ＰＦＣの大型化に伴って、熱交換面の拡大は熱交換チューブの本数や長さを拡大することで対応が可能であるが、産業用等の熱交換器中に使用される場合、熱媒体だけでなく、冷凍サイクル内に設置される乾燥剤の量も大幅に増加する。その結果、乾燥剤がセットされ、熱媒体の気液分離を行う受液器も大型にすることが要求され、従来の数倍以上の容積になるため、受液器の長さ、径とも拡大せざるを得ない。

また、この種の受液器は、アルミニウム製の円筒部材にて形成されており、コンデンサや周辺部品と一体に組み立てられ、ろう付け固定されるものや、コンデンサと別体に組み立てられ、熱媒体の流入及び流出用配管を介してコンデンサに接続されるものなどが知られている。

しかし、受液器が大型のものにおいては、コンデンサと一体ろう付けするには、組立上の問題や設置スペース上の問題等があるため、この種の大型化された熱交換器においては、コンデンサと別体に受液器を組み立てた後、熱媒体の流入及び流出用配管を介してコンデンサに接続されている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
特開２００２−７１２４２号公報（特許請求の範囲、図１） 特開２００６−１６２１８９号公報（特許請求の範囲、図１，図４）

しかしながら、前者すなわち特開２００２−７１２４２号公報に記載の受液器は、筒状の受液器本体が一体に形成されているため、受液器の肉厚を強度を必要とする部位に合わせて厚くすると、筒全体の肉厚が厚くなるため、重量が嵩むという問題があり、逆に、肉薄部に肉厚を合わせると、強度が不足するという二律背反性の問題があった。また、筒全体の肉厚が厚くなると、熱容量が大きくなるため、通常のろう付け炉中でコンデンサ（熱交換器本体）と受液器本体とを一体ろう付けすることが困難であった。

また、後者すなわち特開２００６−１６２１８９号公報に記載の受液器においては、受液器を構成する下部筒状部材に対して上部筒状部材の肉厚を薄く形成されているので、前者に比べて強度を維持することができると共に、軽量化が図れるという利点がある。しかし、構成部材が多くなり、製造コストが嵩む虞がある。また、特開２００６−１６２１８９号公報に記載の受液器においても下部筒状部材が肉厚に形成されているため、通常の炉中でコンデンサ（熱交換器本体）と受液器本体とを一体ろう付けすることが困難であった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、強度を維持すると共に、軽量化が図れ、かつ、熱交換器本体と受液器本体とをろう付け炉中で一体ろう付け可能にした受液器付き熱交換器を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、それぞれアルミニウム製の部材にて形成される一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプ間に互いに平行に架設される複数の熱交換管を有する熱交換器本体と、上記ヘッダーパイプにろう付けされるアルミニウム製の筒状の受液器本体と、この受液器本体内に挿入される乾燥剤及びフィルタと、上記受液器本体の開口部を閉塞する栓体と、を具備する受液器付き熱交換器であって、 上記受液器本体は、有底筒状に形成されると共に、受液器本体の直管部に対して開口部が肉厚に形成され、 上記開口部における内周面に、上記栓体の抜け止め用リングを係止する係止溝が周設されている、ことを特徴とする。

このように構成することにより、受液器本体の直管部の肉厚は静圧（内圧）に耐える必要最小限の肉厚（薄肉）にすることができ、受液器本体の開口部のみを、栓体の抜け止め用リングの係止のために強度が要求される肉厚（厚肉）にすることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の受液器付き熱交換器において、 上記栓体には、上記受液器本体内に先に挿入される先端側の外周に、受液器本体の直管内周面に密接するシール部材が設けられており、 上記受液器本体の開口部は、切削又はプレス加工により形成される受液器本体の直管部より拡径の平行内周面と、該平行内周面と直管部の内周面とを連続的につなぐテーパ内周面とを有し、かつ、平行内周面の径は、上記シール部材が圧縮変形することなく挿入可能な寸法に形成されている、ことを特徴とする。

このように構成することにより、切削又はプレス加工によって受液器本体の開口部の肉厚を維持した状態で栓体の挿入に支障をきたさない平行内周面を形成することができると共に、係止溝を形成することができる。また、栓体の挿入時にはシール部材は平行内周面から弾性変形を受けずにテーパ内周面から徐々に弾性変形を受けて直管部に内周面に密接することができる。

（１）請求項１記載の発明によれば、受液器本体の直管部の肉厚は静圧（内圧）に耐える必要最小限の肉厚（薄肉）にすることができ、受液器本体の開口部のみを、栓体の抜け止め用リングの係止のために強度が要求される肉厚（厚肉）にすることができるので、強度を維持することができると共に、軽量化が図れる。また、受液器本体の全体の肉厚を薄くし、熱容量を小さくすることができるので、ろう付け炉中で熱交換器本体と受液器本体とを一体ろう付けすることができる。したがって、配管を介して熱交換器本体と受液器本体とを接合する構造に比べて小型にすることができると共に、コストの低廉化を図ることができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、切削又はプレス加工によって受液器本体の開口部の肉厚を維持した状態で栓体の挿入に支障をきたさない平行内周面を形成することができると共に、係止溝を形成することができる。また、栓体の挿入時にはシール部材は平行内周面から弾性変形を受けずにテーパ内周面から徐々に弾性変形を受けて直管部に内周面に密接することができる。したがって、上記（１）に加えて、更に生産コストの低廉化が図れると共に、受液器本体内への腐食性液の侵入防止が図れると共に、受液器の寿命の増大及び熱交換性能の維持が図れる。

以下に、この発明に係る受液器付き熱交換器の最良の実施形態例について詳細に説明する。

図１は、この発明に係る受液器付き熱交換器の一例を示す正面図（ａ）及びその要部拡大平面図（ｂ）、図２は、この発明におけるヘッダーパイプと受液器の接合状態を示す断面図（ａ）及び（ａ）のＩ部拡大断面図（ｂ）である。

上記受液器付き熱交換器である凝縮器１（以下にコンデンサ１という）は、アルミニウム製の一対のヘッダーパイプ２ａ，２ｂと、これらのヘッダーパイプ２ａ，２ｂ間に互いに平行に架設される複数のアルミニウム製の熱交換管３と、各熱交換管３の間に介設されると共に、一体に接合されるアルミニウム製の熱交換用フィン例えばコルゲートフィン４とで主に構成されている。このコンデンサ１の一方のヘッダーパイプ２ｂには後述する連結部材６０を介してアルミニウム製の受液器であるレシーバタンク１０がろう付け接合されている。また、レシーバタンク１０内には、後述する乾燥剤３０とフィルタ４０が挿入され、レシーバタンク１０の下端の開口部１２は、フィルタ４０を支持する栓体２０によって閉塞されている。

上記ヘッダーパイプ２ａ，２ｂは、例えばアルミニウム製の押出形材にて略円筒状に形成されており、その上下端部にはアルミニウム製のエンドキャップ５がろう付けにより被着固定されている。また、一方のヘッダーパイプ２ａ（図１において左側）の例えば外方側上端付近には高温の熱媒体の流入ロ２ｃが設けられ、外方側下端付近には、熱媒体の流出口２ｄが設けられている。更に、ヘッダーパイプ２ｂの下部側面には、図２に示すように、上記レシーバタンク１０と連通するために、熱媒体の流出用及び流入用の連通口を構成する流出孔５１及び流入孔５２が穿設されており、これらの流出孔５１及び流入孔５２と連通するようにして、連結部材６０に設けられた連通口を介してレシーバタンク１０が連通・接合されている。

なお、ヘッダーパイプ２ａにおける上部側の約１／３の箇所と下部側の約１／６の箇所に仕切板２ｅ，２ｆが配設されている。また、ヘッダーパイプ２ｂにおける約中間部の箇所と仕切板２ｆと対応する箇所には、仕切板２ｇ，２ｈが配設されている。

このように、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂに仕切板２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈを配設することにより、流入口２ｃからヘッダーパイプ２ａ内に流入する高温高圧の熱媒体が仕切板２ｅより上方の過熱域１Ａ（高温領域）の熱交換管３内を流れて、ヘッダーパイプ２ｂ内へ流れる。この際、気体状態で熱交換が行われ、熱媒体の温度が降下する。ヘッダーパイプ２ｂ内へ流れた熱媒体は、仕切板２ｅ及び２ｆと２ｇの間の凝縮域１Ｂ（気液２相領域）の熱交換管３内を流れて再びヘッダーパイプ２ｂ内へ流れる。この際、潜熱の熱交換が行われ、１００％気体状態から１００％液体状態に変化する。なお、この領域では相変化に伴う温度変化はない。ヘッダーパイプ２ａ内に流れた液体状態の熱媒体は流出孔５１を介してレシーバタンク１０内に流れ、レシーバタンク１０によって気液分離された後、液体状態の熱媒体は流入孔５２を介して仕切板２ｆ，２ｈより下方の過冷却域１Ｃ（サブクール域）の熱交換管３内を流れてヘッダーパイプ２ａ内へ流れる。この際、熱媒体は液体状態で熱交換が行われ、温度が降下する。

上記熱交換管３は、アルミニウム製の押出形材にて例えば偏平な板状に形成されており、その内部には長手方向に向かって貫通する複数に区画された熱媒体の流路（図示せず）が形成されている。このように形成される熱交換管３の両端部は、両ヘッダーパイプ２ａ，２ｂ側面の対向する側に、適宜間隔をおいて互いに平行に配列される複数のスリット（図示せず）に挿入固着されている。

上記熱交換用フィンすなわちコルゲートフィン４は、図１に示すように、アルミニウム製の板材を屈曲することにより連続波形状に形成されており、各熱交換管３の間に介設されてろう付されている。この場合、最上段及び最下段に配設された熱交換管３の外方側にもコルゲートフィン４がろう付接合されており、これらの両コルゲートフィン４を保護するために、両コルゲートフィン４の更に外方側にはサイドプレート４ａがろう付接合されている。

一方、上記レシーバタンク１０は、図２及び図４に示すように、アルミニウム製の受液器（レシーバタンク）本体１１（以下に、タンク本体１１という）を具備しており、このタンク本体１１内に乾燥剤３０とフィルタ４０が挿入され、タンク本体１１の下端の開口部１２が、シール部材例えばＯリング２１を有する栓体２０によって閉塞されている。この場合、栓体２０はアルミニウム製部材によって円柱状に形成され、外周に設けられた互いに平行な２つの周溝２２内にそれぞれＯリング２１が嵌合されている。なお、栓体２０は必ずしも２つのＯリング２１を有する必要はなく、１つのＯリング２１を有するものであってもよい。

上記タンク本体１１は、有底筒状に形成されると共に、タンク本体１１の直管部１３に対して開口部１２が肉厚に形成され、開口部１２における内周面に、上記栓体２０の抜け止め用リング例えばＣリング２５を係止する係止溝１４が周設されている。

上記タンク本体１１を作製するには、まず、アルミニウム製例えばＪＩＳ Ａ３００３の厚肉の円盤状素材（図示せず）、例えば、開口部１２の長さＬに相当する厚さを有する円盤状素材をインパクト加工によって、直管部１３の肉厚（例えば２．５ｍｍ）に対して厚肉（例えば３．７ｍｍ）の開口部１２を有する有底筒状体１１ａを成形する（図４（ａ）参照）。次に、有底筒状体１１ａの開口部１２における内周面を切削又はプレス加工によって、直管部１３より拡径の平行内周面１２ａと、該平行内周面１２ａと直管部１３の内周面１３ａとを連続的につなぐテーパ内周面１２ｂを形成すると共に、上記Ｃリング２５の係止溝１４を周設する。この場合、開口部１２の内周面は例えば０．７ｍｍ切削されて、平行内周面１２ａの径は、栓体２０のＯリング２１が圧縮変形することなく挿入可能な寸法に形成されている。この場合においても開口部１２の肉厚ｔ２は３．０ｍｍであり、タンク本体１１の直管部１３の肉厚ｔ１（２．５ｍｍ）よりも厚くなっている。なお、プレス加工の場合は、拡管による減肉がこの肉厚（３．０ｍｍ）に相当する。なお、係止溝１４の深さは１．２５ｍｍに形成されている。

なお、直管部１３の肉厚ｔ１と開口部１２の肉厚ｔ２は必ずしも上記説明の寸法である必要はないが、直管部１３の肉厚ｔ１はレシーバタンク１０内の内圧（静圧）に耐え得る最小限の肉厚にし、開口部１２の肉厚ｔ２は栓体２０の抜け止め用Ｃリング２５に加わる加重に耐え得る肉厚にし、かつ、タンク本体１１の熱容量がろう付け可能な状態であれば任意の寸法であってもよい。

上記のように構成することにより、タンク本体１１の直管部１３の肉厚は静圧（内圧）に耐える必要最小限の肉厚（薄肉）にすることができ、開口部１２のみを、栓体２０の抜け止め用Ｃリング２５の係止のために強度が要求される肉厚（厚肉）にすることができる。したがって、タンク本体１１の全体の肉厚を薄くし、熱容量を小さくすることができるので、ろう付け炉中でコンデンサ１とタンク本体１１とを一体ろう付けすることができる。

なお、この場合、タンク本体の外表面に黒色着色を施すことによって輻射熱の効率をあげることができる。この場合、例えばメタキシレン（沸点１３９℃），イソブタノール（沸点１０８℃），ベンジルアルコール（沸点２０５℃），１−メトキシ−２−プロパノール（沸点１２０℃）等の成分を有する着色剤を用いてタンク本体１１の外表面を黒色着色することにより、ろう付け時の昇温を促進させることができ、着色なしの場合に比べて約１０℃の温度上昇が可能となる。なお、上記メタキシレン，イソブタノール，ベンジルアルコール，１−メトキシ−２−プロパノール等は、何れも窒素雰囲気中で行うろう付け方法において、低温域（２５０℃以下）で蒸発するため、ろう付け性に悪影響を及ぼすことはない。

一方、上記連結部材６０は、図２及び図３に示すように、ヘッダーパイプ２ｂの接合面に当接すると共に、タンク本体１１の接合面に当接する板状部材６と、この板状部材６に設けられ、ヘッダーパイプ２ｂ及びタンク本体１１に設けられた熱媒体の流出用及び流入用の連通口、すなわち、流出孔５１，流出口５３と流入孔５２，流入口５４に嵌合可能な流出用パイプ部材７１（流出用連通部）及び流入用パイプ部材７２（流入用連通部）とで形成されている。

上記板状部材６は、ろう材が被着されたクラッド材にて形成されており、略平坦状の基部６０ａの一側面に、ヘッダーパイプ２ｂの接合面に当接する断面円弧状の２つのヘッダーパイプ側接合面６１，６３（以下に、第１，第３の接合面６１，６３という）を設け、基部６０ａの他側面に、タンク本体１１の中間筒部接合面に当接する受液器本体側接合面６２，６４（以下に、第２，第４の接合面６２，６４という）を設けている。この場合、第４の接合面６４には、上記パイプ部材７１，７２を嵌合するための２つの貫通孔６ａ，６ｂが穿設されると共に、２つの貫通孔６ａ，６ｂの間に、上記ヘッダーパイプ２ｂ内における仕切板２ｈとの干渉を回避するための長孔状の透孔６５が設けられている。また、第１の接合面６１と第２の接合面６２との間、第２の接合面６２と第３の接合面６３との間、及び第３の接合面６３と第４の接合面６４との間には、それぞれ基部６０ａの両側に設けられた切欠き６６を境にして反対方向に屈曲して設けられている。

なお、この場合、第４の接合面６４に穿設された２つの貫通孔６ａ，６ｂは、タンク本体１１との接合面側が、外方に向かって拡径するテーパ部６ｃが形成されている（図３（ｄ）参照）。

パイプ部材７１，７２のうちの一方のパイプ部材７１は、板状部材６の第４の接合面６４における板状部材６の第３の接合面６３側すなわちヘッダーパイプ２ｂの流出孔５１及びタンク本体１１の流出口５３に連通する側に穿設された第１の貫通孔６ａ内に嵌合されて流出用パイプ部を形成している。また、他方のパイプ部材７２は、板状部材６の先端側すなわちヘッダーパイプ２ｂの流入孔５２及びタンク本体１１の流入口５４に連通する側に穿設された第２の貫通孔６ｂ内に嵌合されて流入用パイプ部を形成している。これらパイプ部材７１，７２は、先端がヘッダーパイプ２ｂに設けられた流出孔５１又は流入孔５２に嵌合可能な円筒状の円筒基部７３と、この円筒基部７３の他方の端部に形成され外径部が外方に向かって拡径すると共に、タンク本体１１に設けられた流出口５３又は流入口５４に当接する拡径開口部７４とによって形成されている。このように形成されるパイプ部材７１，７２は、円筒基部７３を貫通孔６ａ，６ｂ内に嵌挿すると共に、貫通孔６ａ，６ｂに形成されたテーパ部６ｃに拡径開口部７４をかしめて結合することによって板状部材６に固定される。

次に、受液器付き熱交換器の組立手順について説明する。まず、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂの上下端にそれぞれエンドキャップ５を圧入する。次に、ヘッダーパイプ２ａに熱交換フィン４、熱交換管３と他方のヘッダーパイプ２ｂ及びタンク本体１１、連結部材６０を組み付けて治具（図示せず）にて固定して、仮組みする。

上記のようにして仮組みされたコンデンサ１本体、タンク本体１１及び連結部材６０にフラックスを塗布した後、これらコンデンサ１本体、タンク本体１１及び連結部材６０を図示しないろう付け炉内に収容し、所定温度例えば６００℃の温度で加熱して、コンデンサ１本体、タンク本体１１及び連結部材６０を一体ろう付けする。

次に、コンデンサ１本体に一体ろう付けされたタンク本体１１内に、乾燥剤３０とフィルタ４０を挿入する。次いで、フィルタ４０を支持するように栓体２０を挿入する。この際、栓体２０のＯリング２１は開口部１２の平行内周面１２ａから圧縮変形を受けることなく直管部１３の内周面側に挿入され、先端側のＯリング２１はテーパ内周面１２ｂによって徐々に圧縮変形を受けて直管部１３の内周面に密接され、後端側のＯリング２１はテーパ内周面１２ｂに密接される。このようにして、栓体２０を挿入した後、開口部１２内に設けられた係止溝１４内にＣリング２５を係合させて、栓体２０を気水密に固定する。

なお、コンデンサ１のヘッダーパイプ２ａ，２ｂの上下位置には、熱交換器を例えば車両内に固定保持するための取付ブラケット８０が装着されている。この取付ブラケット８０も一体ろう付けによってヘッダーパイプ２ａ，２ｂに接合することができる。

この発明に係る受液器付き熱交換器の一例を示す正面図（ａ）及び要部平面図（ｂ）である。 この発明におけるヘッダーパイプと受液器のろう付け接合状態を示す断面図（ａ）及び（ａ）のＩ部拡大断面図（ｂ）である。 この発明における連結部材の一例の平面図（ａ）、（ａ）のII−II線に沿う断面図（ｂ）、拡大側面図（ｃ）及び（ｂ）の要部拡大断面図（ｄ）である。 この発明に係る受液器本体の作製手順を示す説明図であって、（ａ）はインパクト加工によって成形された状態を示す断面図、（ｂ）は平行内周面、テーパ内周面及び係止溝を加工した状態を示す断面図、（ｃ）は（ｂ）のIII部拡大断面図である。

符号の説明

１ コンデンサ（熱交換器本体）
２ａ，２ｂ ヘッダーパイプ
３ 熱交換管
４ コルゲートフィン
１０ レシーバタンク（受液器）
１１ タンク本体（受液器本体）
１２ 開口部
１２ａ 平行内周面
１２ｂ テーパ内周面
１３ 直管部
１４ 係止溝
２０ 栓体
２１ Ｏリング
２５ Ｃリング（栓体抜け止め用リング）
３０ 乾燥剤
４０ フィルタ
６０ 連結部材
ｔ１ 直管部の肉厚
ｔ２ 開口部の肉厚

Claims (2)

1. それぞれアルミニウム製の部材にて形成される一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプ間に互いに平行に架設される複数の熱交換管を有する熱交換器本体と、上記ヘッダーパイプにろう付けされるアルミニウム製の筒状の受液器本体と、この受液器本体内に挿入される乾燥剤及びフィルタと、上記受液器本体の開口部を閉塞する栓体と、を具備する受液器付き熱交換器であって、
   上記受液器本体は、有底筒状に形成されると共に、受液器本体の直管部に対して開口部が肉厚に形成され、
   上記開口部における内周面に、上記栓体の抜け止め用リングを係止する係止溝が周設されている、
   ことを特徴とする受液器付き熱交換器。
2. 請求項１記載の受液器付き熱交換器において、
   上記栓体には、上記受液器本体内に先に挿入される先端側の外周に、受液器本体の直管内周面に密接するシール部材が設けられており、
   上記受液器本体の開口部は、切削又はプレス加工により形成される受液器本体の直管部より拡径の平行内周面と、該平行内周面と直管部の内周面とを連続的につなぐテーパ内周面とを有し、かつ、平行内周面の径は、上記シール部材が圧縮変形することなく挿入可能な寸法に形成されている、ことを特徴とする受液器付き熱交換器。

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