JP2008286479A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 チューブをヘッダタンクの挿入孔に容易に挿入して位置決めでき、これら両者の接合部位を良好に接合できる熱交換器の提供。
【解決手段】 ヘッダタンク2,3の挿入孔１０の風下側を開口して開口部１０ａを形成する一方、風上側に係止壁部１０ｂを形成し、チューブ７の風上側端部外周７ｆを係止壁部１０ｂに当接させると共に、該チューブ７の端部７ｇを支柱部７ｄに当接させて位置決めした状態として、これら両者の接合部位を接合した。
【選択図】 図５

Description

本発明は、熱交換器に関する。

従来、二酸化炭素を冷媒として用いた超臨界冷凍サイクルのように高い耐圧性能が要求されるガスクーラまたはエバポレータ等の熱交換器の技術が公知になっている。
このような熱交換器では、チューブ及びヘッダタンクを押出形材を用いて一体的に形成し、該チューブの端部両側を切欠して段差部を設け、あるいは傾斜状に切欠した傾斜部を設け、該段差部または傾斜部をヘッダタンクの挿入孔に挿入して位置決めした状態として仮組みした後、これら両者の接合部位をろう付け固定して接合するのが一般的となっている（特許文献１、２参照）。
特開２００２−１３９２９３公報 特開２００６−３０８１４４公報

しかしながら、従来の発明にあっては、チューブの端部の加工費が高い上、挿入孔に挿入させるのに高精度な組み付け装置が必要になるという問題点があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、チューブをヘッダタンクの挿入孔に容易に挿入して位置決めでき、これら両者の接合部位を良好に接合できる熱交換器を提供することである。

また、本発明ではチューブの風下側長手方向端部のデッドスペースを利用して排水溝を形成し、これにより、排水性を向上できる熱交換器を提供することを目的としている。

本発明の請求項１記載の発明では、複数の冷媒流路孔が形成されたチューブと、前記チューブの端部と連通接続されるヘッダタンクとを備え、前記ヘッダタンクが、チューブを挿入する挿入孔と、該挿入孔と連通し、且つ、該ヘッダタンクの長手方向に延設された複数のヘッダタンク内冷媒流路孔と、該複数のヘッダタンク内冷媒流路孔を画成する隔壁に形成され、且つ、該挿入孔に挿入されたチューブの端部に当接する支柱部とを備える熱交換器において、前記ヘッダタンクの挿入孔の風下側を開口して開口部を形成する一方、風上側に係止壁部を形成し、前記チューブの風上側端部外周を係止壁部に当接させると共に、該チューブの端部を支柱部に当接させて位置決めした状態として、これら両者の接合部位を接合したことを特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明にあっては、複数の冷媒流路孔が形成されたチューブと、前記チューブの端部と連通接続されるヘッダタンクとを備え、前記ヘッダタンクが、チューブを挿入する挿入孔と、該挿入孔と連通し、且つ、該ヘッダタンクの長手方向に延設された複数のヘッダタンク内冷媒流路孔と、該複数のヘッダタンク内冷媒流路孔を画成する隔壁に形成され、且つ、該挿入孔に挿入されたチューブの端部に当接する支柱部とを備える熱交換器において、前記ヘッダタンクの挿入孔の風下側を開口して開口部を形成する一方、風上側に係止壁部を形成し、前記チューブの風上側端部外周を係止壁部に当接させると共に、該チューブの端部を支柱部に当接させて位置決めした状態として、これら両者の接合部位を接合したため、チューブをヘッダタンクの挿入孔に容易に挿入して位置決めでき、これら両者の接合部位を良好に接合できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
なお、本実施例１では熱交換器をエバポレータに適用した場合について説明する。
図１は本発明の実施例１の熱交換器が採用されたエバポレータの正面図、図２は本実施例１のエバポレータのヘッダタンクの拡大斜視図（一部のみ）、図３は図２のＳ３−Ｓ３線における断面図、図４は本実施例１のチューブの斜視図、図５は本実施例１のチューブとヘッダタンクの組み付けを説明する図である。

図６は本実施例１のコア部の斜視図（一部のみ）、図７は本実施例１の冷凍サイクルの構成を説明する図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、本発明の実施例１の熱交換器が採用されたエバポレータ１は、上下一対のヘッダタンク2,3と、両ヘッダタンク2,3の間に配置されたコア部４とから構成され、全てアルミ製となっている。

両ヘッダタンク2,3は、上下対称形状部品であり、その一方側端部に冷媒入、出力ポート5,6が設けられている。

コア部４は、両端部がそれぞれ対応するヘッダタンク2,3に連通接続された複数の略偏平管状のチューブ７と、隣接するチューブ７間に配置された波板状のコルゲートフィン８とから構成されている。

両ヘッダタンク2,3、チューブ７、及び冷媒入、出力ポート5,6の接合構造は同様であるため、以下ではヘッダタンク３、チューブ７の下端部、及び冷媒入、出力ポート６の要部のみを図示して詳述する。

図２、３に示すように、ヘッダタンク３は、押出形材を切削加工して一体的に形成される他、その長手方向に亘って複数（本実施例１では５つ）のヘッダタンク内冷媒流路孔９ａ〜９ｅが所定間隔に配置された状態で貫通形成されている。

また、ヘッダタンク３の上面には、その長手方向と直交する方向に略Ｕ字状に切欠開口された挿入孔１０が各ヘッダタンク内冷媒流路孔９ａ〜９ｅに臨んだ状態で所定間隔で複数形成され、これによって、ヘッダタンク３の各挿入孔１０の風下側には開口された開口部１０ａが形成される一方、風上側には係止壁部１０ｂがそれぞれ形成されている。
また、各挿入孔１０において複数のヘッダタンク内冷媒流路孔９ａ〜９ｅを画成する隔壁１０ｃに平坦な支柱部１０ｄがそれぞれ形成されている。

図４に示すように、チューブ７は、押出形材により一体的に形成される他、その長手方向に亘って複数（本実施例１では５つ）の冷媒流路孔７ａ〜７ｅがヘッダタンク内冷媒流路孔９ａ〜９ｅと同じ間隔で貫通形成されている。

また、チューブ７の風下側端部にはその長手方向に亘って後方へ略コ字状に開口した排水溝１１が形成されている。

このように構成されたエバポレータ１を製造するには、先ず、図５に示すように、ヘッダタンク３の風下側にチューブ７を配置した状態として、該チューブ７の下端部を挿入孔１０の開口部１０ａから挿入孔１０に挿入することにより、チューブ７の各冷媒流路孔７ａ〜７ｅがヘッダタンク３のそれぞれ対応するヘッダタンク内冷媒流路孔９ａ〜９ｅに連通状態とする。
なお、このときに同時にチューブ７の上端部も対応するヘッダタンク２の挿入孔１０に挿入固定する。

この際、チューブ７の風上側端部外周７ｆをヘッダタンク３の係止壁部１０ｂに当接させると共に、該チューブ７の端部７ｇをヘッダタンク３の支柱部７ｄに当接させて位置決めでき、これら両者を精度良く組み付けることができる。

また、チューブ７の風上側端部外周７ｆは円弧状断面に形成されているため、チューブ７を容易に挿入孔１０に挿入できる。
なお、挿入孔１０の開口部１０ａに面取り加工を施しても良く、この場合、チューブ７の挿入性をさらに向上できる。

また、例えばチューブ７の厚み方向の寸法が製造誤差により僅かに大きくても挿入孔１０の開口側から圧入して挿入することができる他、チューブ７の幅方向の寸法が製造誤差により僅かに大きくても挿入に支障はなく、好適となる。

次に、図６に示すように、チューブ７とコルゲートフィン８を交互に複数配置してコア部４を仮組みし、さらに、ヘッダタンク2,3のヘッダタンク内冷媒流路孔９ａ〜９ｅの一端側にそれぞれ対応する冷媒入、出力ポート5,6を連通接続する一方、他端側に閉塞部材１２（図１参照）をそれぞれ挿入して閉塞した状態としてエバポレータ１の仮組みを終了する。

なお、本実施例１のコルゲートフィン８は波の頂部と谷部との間に複数のルーバ８ａが切り起こし加工により形成され、熱交換媒体としての空気が流通するようになっている。

また、前述した各構成部材の接合部位のうちの少なくとも一方にはろう材から成るクラッド層（ブレージングシート）が設けられている。

最後に、仮組されたエバポレータ１を図外の加熱炉で熱処理することにより、各構成部材の接合部位をろう付け固定して一体的に形成する。
この際、精度良く組み付けられたチューブ７とヘッダタンク３の接合部位を良好にろう付け固定できる。

なお、冷媒入、出力ポート5,6は後工程にてヘッダタンク2,3に対して溶接等の適宜の固定手段を用いて固定しても良い。

次に、作用を説明する。
図７に示すように、このように構成されたエバポレータ１は、コンプレッサＡ１、ガスクーラＡ２、内部熱交換器Ａ３、膨張弁Ａ４、及びエバポレータ１、アキュムレータＡ５が連結された一般的な車両空調用の冷凍サイクルに採用される。
また、本実施例１の冷凍サイクルは超臨界冷媒（二酸化炭素）を冷媒として高圧側が超臨界域（例えば冷媒温度：３０℃以上、冷媒圧力：７．４ＭＰａ以上）となる所謂超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルである。

コンプレッサＡ１は、エンジン等の駆動装置によって駆動し、冷媒を超臨界域まで圧縮するものである。
ガスクーラＡ２（外部熱交換器）は、コンプレッサＡ１から吐出された高圧の気体冷媒を冷却するものである。
内部熱交換器Ａ３は、エバポレータ１で蒸発した後でアキュムレータＡ５からコンプレッサＡ１へ送られる比較的低温の冷媒と、ガスクーラＡ２から膨張弁Ａ４へ送られる冷媒との間で熱交換を行い熱交換率を向上させるものである。
膨張弁Ａ４は、ガスクーラＡ２から送出された冷媒を減圧するものである。
エバポレータ１は、膨張弁Ａ４を通過して減圧された冷媒とコア部４を通過する図外のブロアにより送られる空気を熱交換させて、空気から吸熱して空気を冷却するものである。

アキュムレータＡ５は、エバポレータ１において蒸発しきれなかった液冷媒を含む気液混合冷媒を気体と液体に分離して気体冷媒を内部熱交換器Ａ４へ送る一方、エバポレータ１の熱負荷に応じて液冷媒を溜めておくものである。

以下、エバポレータ１の作動について詳述する。

前述したように、エバポレータ１の冷媒入、出力ポートＰ５を介してヘッダタンク２のそれぞれ対応するヘッダタンク内冷媒流路孔９ａ〜９ｅに流入した気液混相状態の２相冷媒は、各チューブ７のそれぞれ対応する冷媒流路孔７ａ〜７ｅを介してヘッダタンク３のヘッダタンク内冷媒流路孔９ａ〜９ｅに流入する間にコア部４のチューブ７の間を通過する図外のブロアにより送られる空気と熱交換して該空気を冷却した後、気相状態となって冷媒入、出力ポートＰ６から排出される。

この際、図５（ｂ）に示すように、空気中に含まれていた水分が冷却されることによりコア部４のチューブ７及びフィン８の表面に発生した凝縮水１３（二点鎖線矢印で図示）は、コア部４を通過する空気流と表面張力により最終的にチューブ７の風下側端部、詳細には排水溝１１の内側に溜まって自重により下方へ伝って落下する。

従って、凝縮水１３の排水性を向上でき、急激な風量変化時における凝縮水１３の風下側への飛散や、フィン８間の凝縮水１３の凍結を防止できるため、空気流の妨げにならない。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、本実施例１の熱交換器にあっては、複数の冷媒流路孔７ａ〜７ｅが形成されたチューブ７と、チューブ７の端部と連通接続されるヘッダタンク2,3とを備え、ヘッダタンク2,3が、チューブ７を挿入する挿入孔１０と、該挿入孔１０と連通し、且つ、該ヘッダタンク2,3の長手方向に延設された複数のヘッダタンク内冷媒流路孔９ａ〜９ｅと、該複数のヘッダタンク内冷媒流路孔９ａ〜９ｅを画成する隔壁１０ｃに形成され、且つ、該挿入孔１０に挿入されたチューブ７の端部に当接する支柱部７ｄとを備えるエバポレータ１において、ヘッダタンク2,3の挿入孔１０の風下側を開口して開口部１０ａを形成する一方、風上側に係止壁部１０ｂを形成し、チューブ７の風上側端部外周７ｆを係止壁部１０ｂに当接させると共に、該チューブ７の端部７ｇを支柱部７ｄに当接させて位置決めした状態として、これら両者の接合部位を接合したため、チューブ７をヘッダタンク2,3の挿入孔１０に容易に挿入して位置決めでき、これら両者の接合部位を良好に接合できる。

また、ヘッダタンク３の挿入孔１０の開口部１０ａ側からチューブ７を挿入してチューブ７の風上側端部外周７ｆを係止壁部１０ｂに当接させると共に、該チューブ７の端部７ｇを支柱部７ｄに当接させて位置決めした状態として、これら両者の接合部位を接合したため、チューブ７またはヘッダタンク３に僅かな製造寸法誤差が生じた場合でも、これら両者を良好に組み付けて良好に接合することができる。

また、チューブ７の風下側端部に該チューブ７の長手方向に亘って排水溝１１を形成したため、チューブ７の風下側端部のデッドスペースを有効利用して排水性を向上できる。

加えて、チューブ７の放熱面積を拡大でき、熱交換効率を向上できる。

また、熱交換器をチューブ７とコルゲートフィン８とが交互に複数配置されるコア部４を備えるマルチフロー型の熱交換器としたため、チューブ７の組み付け数が多い程、これらとヘッダタンク３との高精度な組み付け及び接合が要求されるため、好適となる。

また、熱交換器を超臨界冷媒が用いられた冷凍サイクルのエバポレータ１としたため、高い耐圧性能が要求されるエバポレータ１に用いて好適となる。

以下、実施例２を説明する。
本実施例２において、前記実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。

図８は、本発明の実施例２のコア部の斜視図（一部のみ）、図９は本実施例２の作用を説明する図である。

図８に示すように、本実施例２では、前記実施例１で説明した排水溝１１をヘッダタンク３（２）よりも風下側へ突出させて設けている点が実施例１と異なる。

このように構成されたエバポレータ１では、図９に示すように、凝縮水１３（二点鎖線矢印で図示）を排水溝１１に伝わせて下方へ移動させた後、ヘッダタンク３に掛けることなく、スムーズに落下させることができるという効果を得ることができる。

従って、ヘッダタンク３におけるチューブ７とコルゲートフィン８の付け根付近に凝縮水１３が飛散することに起因する凝縮水１３の氷結を防止でき、熱交換器の性能低下を防止できる。

加えて、チューブ７の放熱面積を拡大でき、熱交換効率をさらに向上できる。

以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、本実施例１では、熱交換器をマルチフロー型のエバポレータとしたがサーペンタイン型のエバポレータに適用しても良いし、その他の放熱器や蒸発器に適用しても良い。

また、本実施例１では、ヘッダタンク３の挿入孔１０の開口部１０ａ側からチューブ７を挿入してチューブ７の風上側端部外周７ｆを係止壁部１０ｂに当接させたが、ヘッダタンク３の挿入孔１０の軸方向に挿入した後、治具等でチューブ７を風上側に押圧してチューブ７の風上側端部外周７ｆを係止壁部１０ｂに当接させて位置決めするようにしても良い。

さらに、熱交換器の各部、例えば、チューブ７（チューブ７の冷媒流路孔７ａ〜７ｅ等）、ヘッダタンク３（ヘッダタンク内冷媒流路孔９ａ〜９ｅ、挿入孔１０等）、コルゲートフィン８、及び入力ポート等の詳細な部位の形状、配置、設置数、材質等については適宜設定でき、これらを変更したものは全て本発明の範疇となる。

本発明の実施例１の熱交換器が採用されたエバポレータの正面図である。 本実施例１のエバポレータのヘッダタンクの拡大斜視図（一部のみ）である。 図２のＳ３−Ｓ３線における断面図である。 本実施例１のチューブの斜視図である。 本実施例１のチューブとヘッダタンクの組み付けを説明する図である。 図２は本実施例１のコア部の斜視図である。 本実施例１の冷凍サイクルの構成を説明する図である。 本発明の実施例２のコア部の斜視図である。 本発明の実施例２の作用を説明する図である。

符号の説明

１ エバポレータ
２、３ ヘッダタンク
４ コア部
５、６ 冷媒入、出力ポート
７ チューブ
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ 冷媒流路孔
７ｆ 風下側端部外周
７ｇ 端部
８ コルゲートフィン
８ａ ルーバ
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ ヘッダタンク内冷媒流路孔
１０ 挿入孔
１０ａ 開口部
１０ｂ 係止壁部
１０ｃ 隔壁
１０ｄ 支柱部
１１ 排水溝
１２ 閉塞部材
１３ 凝縮水

Claims (6)

1. 複数の冷媒流路孔が形成されたチューブと、
   前記チューブの端部と連通接続されるヘッダタンクとを備え、
   前記ヘッダタンクが、チューブを挿入する挿入孔と、該挿入孔と連通し、且つ、該ヘッダタンクの長手方向に延設された複数のヘッダタンク内冷媒流路孔と、該複数のヘッダタンク内冷媒流路孔を画成する隔壁に形成され、且つ、該挿入孔に挿入されたチューブの端部に当接する支柱部とを備える熱交換器において、
   前記ヘッダタンクの挿入孔の風下側を開口して開口部を形成する一方、風上側に係止壁部を形成し、
   前記チューブの風上側端部外周を係止壁部に当接させると共に、該チューブの端部を支柱部に当接させて位置決めした状態として、これら両者の接合部位を接合したことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１記載の熱交換器において、
   前記ヘッダタンクの挿入孔の開口部側からチューブを挿入してチューブの風上側端部外周を係止壁部に当接させると共に、該チューブの端部を支柱部に当接させて位置決めした状態として、これら両者の接合部位を接合したことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１または２記載の熱交換器において、
   前記チューブの風下側端部に、該チューブの長手方向に亘って排水溝を形成したことを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器において、
   前記排水溝をヘッダタンクの端部よりも風下側へ突出させて設けたことを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器において、
   前記熱交換器をチューブとコルゲートフィンとが交互に複数配置されるコア部を備える熱交換器としたことを特徴とする熱交換器。
6. 請求項１〜５のうちのいずれかに記載の熱交換器において、
   前記熱交換器を超臨界冷媒が用いられた冷凍サイクルのエバポレータとしたことを特徴とする熱交換器。

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