JP2009085403A - 熱交換器用の配管および熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビテーションの発生を低減することができる熱交換器用の配管および熱交換器を提供することにある。
【解決手段】熱交換器（１７）に接続される熱交換器用の配管であって、配管の一部がプレス加工により流路面積が小さくなるように成形された絞り構造部（４３）を備え、絞り構造部（４３）は、プレス方向厚みの最も薄い扁平部（４５）と、扁平部（４５）へなだらかに変形する第１変形部（４４）と、扁平部（４５）からなだらかに復帰変形する第２変形部（４６）とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、暖房装置用のヒータコアやエンジン冷却用のラジエータ等の熱交換器に用いて好適な熱交換器用の配管、および熱交換器に関する。

車両用空調装置における空調空気の加熱用の熱交換器であるヒータコアには、入口パイプと出口パイプとが接続されており、温水が入口パイプから流入して主に熱交換を行うコア部（複数のチューブ）内を流通し、出口パイプから流出するようになっている（特許文献１参照）。
特開平８−６７１２８号公報

ところで、ヒータコアを流通する温水の流量が多く、かつ、流路内の圧力が急激に低下すると、キャビテーションが発生するという問題があった。キャビテーションは、ひどくなると流路表面を浸食して損傷を引き起こす虞がある。そこで、従来は、流量を低下させるべくパイプ先端に絞り部を形成したり、出口パイプに接続されるホース内に別体の絞りジョイントを入れる等により対処するものもあった。

しかし、こうした構成では、絞り部の製造や絞りジョイントの取り付け工程が煩雑であり、絞り部の寸法精度も確保しにくいことから、キャビテーション低減については十分な効果が得られなかった。さらに、ヒータコアのように車室内側に配置される熱交換器においては、キャビテーションによる騒音の発生についても問題となっていた。

そこで、上記問題に鑑み、本発明は、キャビテーションの発生を低減することができる熱交換器用の配管および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に記載の発明では、熱交換器（１７）に接続される熱交換器用の配管であって、配管の一部がプレス加工により流路面積が小さくなるように成形された絞り構造部（４３）を備え、絞り構造部（４３）は、プレス方向厚みの最も薄い扁平部（４５）と、扁平部（４５）へなだらかに変形する第１変形部（４４）と、扁平部（４５）からなだらかに復帰変形する第２変形部（４６）とを有して構成されていることを特徴とする。

本構成によれば、絞り構造部（４３）によって配管を流通する作動媒体の流量を低下させるようにしている。そして、絞り構造部（４３）はなだらかに形状変形する第１変形部（４４）と第２変形部（４６）とを有しているため、流路形状を扁平部（４５）と基準流路形状とで変形させる際の急激な圧力変動を避けることができる。すなわち、流量を低下させ、かつ、急激な圧力変動を防ぐことで、キャビテーションを低減することができる。

さらに、絞り構造部（４３）は、扁平部（４５）、第１変形部（４４）、第２変形部（４６）の形状に対応した金型によるプレス成形により、１工程のみで容易に形成することができる。

請求項２に記載の発明では、熱交換器（１７）は、車両の内燃機関（１８）から供給される温水と空調空気とを熱交換するヒータコア（１７）であることを特徴とする。

ヒータコア（１７）のように車室側に配置される熱交換器においては、キャビテーションによる騒音が車室側へ聞こえてしまい問題となる。本構成によれば、キャビテーション発生を防止することで、ひいては、騒音の低減を図ることができる。

請求項３に記載の発明（熱交換器）では、請求項１または請求項２に記載の熱交換器用の配管（４０）が接続されていることを特徴とする。

本構成によれば、キャビテーションの発生が極力低減された熱交換器を提供することができる。

請求項４に記載の発明（熱交換器）では、熱交換器用の配管（４０）は、作動媒体を熱交換器（１７）から流出させるための出口配管（４０）として熱交換器（１７）の下流側に接続されていることを特徴とする。

本構成によれば、熱交換器（１７）の下流側に接続される出口配管（４０）に絞り構造部（４３）が形成される。このため、出口配管（４０）より上流側となる熱交換器（１７）内部での圧力が十分に高く確保されるため、熱交換器（１７）内部でのキャビテーションの発生を低減することができる。

特に、上記請求項２と組み合わせた場合には、絞り構造部（４３）をヒータコア（１７）の上流側に設ける構成と比較して、車室により近接したヒータコア（１７）内部でのキャビテーションによる騒音低減効果をより顕著に奏することができる。

なお、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）
図１は、本発明の一実施形態であるヒータコア１７（熱交換器）を備える車両用空調装置１を示す模式図である。図１に示すように、車室内（空調室内）を空調する車両用空調装置１は、内部に空気流路が形成される空調ケーシング１０を有し、この空調ケーシング１０内の空気上流側部位には、内外気切換装置１１が設けられている。内外気切換装置１１には、内気を導入するための内気導入口１２と外気を導入するための外気導入口１３とが開口形成されているとともに、これらの各導入口１２，１３を選択的に開閉する内外気切換ドア１４が設けられている。この内外気切換ドア１４を回動作動させることで、各導入口１２，１３を選択的に開閉するようになっている。

内外気切換装置１１の下流側部位には、両導入口１２，１３から吸入された空気を送風する送風機１５が配設されている。送風機１５は、ブロワモータＭ１により駆動される。送風機１５の空気下流側には、室内に吹き出す空気を冷却する蒸発器１６が配設されている。

蒸発器１６の空気下流側には、空気を加熱するヒータコア１７が配設されている。このヒータコア１７は、ヒータコア回路２０の途中に配置され、走行用エンジン１８の冷却水を熱源として空気を加熱している。

蒸発器１６の下流側には、ヒータコア１７をバイパスするバイパス流路１９が形成され、ヒータコア１７の空気上流側には、ヒータコア１７を通る風量とバイパス流路１９を通る風量との風量割合を調節するエアミックスドア２１が配設されている。

そして、空調ケーシング１０の最下流側部位には、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すためのフェイス吹出口２２と、車室内乗員の足元に空気を吹き出すためのフット吹出口２３と、フロントガラスの内面に向かって空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口２４とが形成されており、各吹出口２２〜２４の空気上流側部位には、吹出口モードを切り換える吹出口モード切換ドア２５ａ〜２５ｃが配設されている。

図２は、ヒータコア１７の全体を示す正面図であって、図３は、図２におけるＩＩＩ方向から見た図であり、ヒータコア１７の全体を示す左側面図である。

図２に示すように、ヒータコア１７は、複数のチューブ２６、下タンク部２７、上タンク部２８等から形成されている。チューブ２６は、断面扁平状をなす細長の管部材であり、長手方向が上下を向くようにして、図２中の左右方向に所定のチューブピッチを持って並べられて列をなしている。

各チューブ２６の外壁面には、薄肉板材から形成されるフィン（図示略）が接合されている。下タンク部２７、上タンク部２８は、共に扁平の容器体として形成されており、チューブ２６の長手方向端部側に配設されている。各タンク部２７，２８において、チューブ２６の上端部および下端部に対応する位置には、チューブ孔（図示省略）が穿設されている。そして、複数のチューブ２６の長手方向両端部は、それぞれ各タンク部２７，２８のチューブ孔に接合されており、複数のチューブ２６は、各タンク部２７，２８内と連通している。

そして、下タンク部２７の一端側（図２における左端側）には、冷却水をヒータコア１７へ流入させるための入口パイプ３０が接合され、上タンク部２８の一端側（図２における左端側）には、冷却水をヒータコア１７から流出させるための出口パイプ４０が接合されている。各パイプ３０，４０の断面形状（基準形状）は、後述する出口パイプ４０の絞り構造部４３の他は円形状となっている。

また、各パイプ３０，４０は、ヒータコア１７との接合部から複数回屈曲して形成されており、入口パイプ３０のパイプ入口３１および出口パイプ４０のパイプ出口４１がそれぞれエンジン１８側に接続されている。そして、各パイプ３０，４０は、冷却水（温水）を熱源として空調空気を加熱するヒータ回路２０の一部を構成するようになっている。そして、温水ポンプ（図示略）によって冷却水（温水）がエンジン１８、入口パイプ３０、ヒータコア１７、出口パイプ４０の順に循環するようになっている。

このように形成されるヒータコア１７においては、温水が入口パイプ３０から下タンク部２７を経てチューブ２６内を流通し、上タンク部２８で集合され、出口パイプ４０から流出するようになっている。そして、チューブ２６を流通する温水と、外部から供給される空調空気との間で熱交換が行われ、空調空気は加熱される。

次に、本発明の要部である出口パイプ４０の構成について詳述する。

出口パイプ４０の外面の一部は配管保護部材４２によって保護されている。この配管保護部材４２によって保護されている部位よりもさらに下流側（ヒータコア１７から遠位となる側）には、絞り構造部４３がプレス成形されている。なお、プレス方向は、図２においては、紙面に垂直な方向であって、図３においては、矢印で示す方向である。

絞り構造部４３は、プレス方向の厚みが最も薄い（正面視においては最も幅広な）扁平部４５と、出口パイプ４０の基準形状から扁平部４５へなだらかに変形する第１変形部４４と、扁平部４５から出口パイプ４０の基準形状へなだらかに復帰変形する第２変形部４６とで構成されている。

図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ部を示す断面図である。出口パイプ４０の基準形状とは断面円形状を意味し、扁平部４５の断面形状は、図４に示すようにプレス方向に潰れた横長楕円形状となっている。第１変形部４４は、断面円形状から徐々に潰れた楕円形状になだらかに移行するように設けられた移行区間である。よって、正面視（図２）では徐々に幅広となるように、側面視(図３)では徐々に厚みが小さくなるように形成されている。

同様に、第２変形部４６は、潰れた楕円形状から徐々に円形状へ復帰するように設けられた移行区間である。よって、正面視（図２）では徐々に幅狭となるように、側面視(図３)では徐々に厚みが大きくなるように形成されている。

扁平部４５の潰し量および長さ、第１変形部、第２変形部の長さについては、ヒータコア１７や出口パイプ４０の形状に応じて適宜設定される。具体的には、キャビテーションを適度に防ぐことができる程度の流量低下量から圧力損失を算出する。求められた圧力損失に基づいて、扁平部４５の潰し量および長さ、第１変形部、第２変形部の長さをそれぞれ決定する。

すなわち、第１変形部４４および第２変形部４６における縮小、拡大にともなう圧力損失と、扁平部４５での圧力損失とを合わせて、所望の圧力損失（抵抗）となるように設定する。例えば、出口パイプ４０のストレート部分が短い場合には、潰し量を大きくして（楕円面積を小さくして）、扁平部４５や第１変形部４４、第２変形部４６の長さを短く設定しても所望の流量低下が得られるように調整する。このように、絞り構造部４３における扁平部４５の潰し量および長さ、第１変形部、第２変形部の長さは、出口パイプ４０の屈曲形状や所望の流量低下量に応じて適宜設定することができる。

（効果）
上記実施形態によれば、絞り構造部４３によって出口パイプ４０を流通する冷却水の流量を低下させるようにしている。そして、絞り構造部４３は、なだらかに形状変形する第１変形部４４と第２変形部４６とを有しているため、流路形状を基準形状（円形状）と楕円形状とで変形させる際の急激な圧力変動を避けることができる。すなわち、流量を低下させ、かつ、急激な圧力変動を防ぐことで、キャビテーションを低減することができる。

さらに、本実施形態では、絞り構造部４３を、ヒータコア１７の下流側に接続される出口パイプ４０に設けている。絞り構造部４３をヒータコア１７の上流側に接続される入口パイプ３０に設ける構成の場合、絞り構造部４３は流路抵抗であってその下流側では圧力が低下するため、ヒータコア１７の内部においてキャビテーションが発生する虞が出てくる。その点、ヒータコア１７の下流側に絞り構造部４３を形成しておけば、絞り構造部４３をヒータコア１７の上流側に形成する構成と比較して、ヒータコア１７での圧力が十分に高く確保されるため、ヒータコア１７においてキャビテーションが発生する虞をなるべく低くすることができる。

さらに、キャビテーション発生を防止することで、ひいては、騒音の低減を図ることができる。特に、ヒータコア１７内部でのキャビテーションが防止されるため、絞り構造部４３を入口パイプ３０に設ける構成と比較して、車室（例えば運転席）により近接した部位でのキャビテーションによる騒音低減を図ることができる。

また、従来行っていたように、出口パイプ４０の先端絞り部のプレス加工や、別物の絞りジョイントを入れる作業は工程数が増え煩雑であり、絞り部のプレス加工については加工精度確保が困難であり不良率が上がってしまうという問題もあった。その点、本実施形態では、絞り構造部４３はプレス加工１工程のみで成形することができ出口パイプ４０の製造が容易である上、寸法精度を確実なものとすることができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、絞り構造部４３を出口パイプ４０の下流側に設ける構成としたが、入口パイプ３０に設けても良いし、出口パイプ４０の別な部位（より上流側）に設ける構成としても良い。

上記実施形態では、絞り構造部４３を１箇所設ける構成としたが、複数個所に設けて、それらを総合して所望の流量低下が得られるように構成しても良い。

上記実施形態では、熱交換器を空調空気加熱用のヒータコア１７として本発明を具体化したが、例えば、ラジエータや水冷式インタクーラ等その他の熱交換器として具体化しても良い。

本発明の第１実施形態であるヒータコアを備える車両用空調装置を示す模式図である。 ヒータコアの全体を示す正面図である。 図２におけるＩＩＩ方向から見た図であり、ヒータコアの全体を示す左側面図である。 図３におけるＩＶ−ＩＶ部を示す断面図である。

符号の説明

１７ ヒータコア（熱交換器）
１８ エンジン（内燃機関）
３０ 入口パイプ
４０ 出口パイプ（出口配管）
４３ 絞り構造部
４４ 第１変形部
４５ 扁平部
４６ 第２変形部

Claims (4)

1. 熱交換器（１７）に接続される熱交換器用の配管であって、
   配管の一部がプレス加工により流路面積が小さくなるように成形された絞り構造部（４３）を備え、
   当該絞り構造部（４３）は、
   プレス方向厚みの最も薄い扁平部（４５）と、
   当該扁平部（４５）へなだらかに変形する第１変形部（４４）と、
   前記扁平部（４５）からなだらかに復帰変形する第２変形部（４６）と
   を有して構成されていることを特徴とする熱交換器用の配管。
2. 前記熱交換器（１７）は、車両の内燃機関（１８）から供給される温水と空調空気とを熱交換するヒータコア（１７）であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用の配管。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱交換器用の配管（４０）が接続されていることを特徴とする熱交換器。
4. 前記熱交換器用の配管（４０）は、作動媒体を前記熱交換器（１７）から流出させるための出口配管（４０）として前記熱交換器（１７）の下流側に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。

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