JP2009121808A - Fluid recovery box for heat exchanger and heat exchanger equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器、特に、高圧の流体が流れるようになっている熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly to a heat exchanger in which a high-pressure fluid flows.
より具体的にいうと、本発明は、超臨界状態の冷媒(二酸化炭素のような自然界に存在するガス)が流れる空調機のエバポレータに関する。このような空調機は、主に、自動車に用いられる。 More specifically, the present invention relates to an evaporator of an air conditioner through which a supercritical refrigerant (a gas existing in nature such as carbon dioxide) flows. Such air conditioners are mainly used in automobiles.
超臨界状態の冷媒が流れる空調サイクルにおいては、冷媒は、100,000〜150,000hPa(100〜150bar)という極めて高い圧力下にある。そのため、熱交換器、特に冷媒回収ボックスは、そのような高い圧力に耐えうるものでなければならない。冷媒の急激な膨張時に想定される圧力は、熱交換器作動時の名目的な圧力の概ね3倍である。 In an air-conditioning cycle in which a supercritical refrigerant flows, the refrigerant is under a very high pressure of 100,000 to 150,000 hPa (100 to 150 bar). Therefore, heat exchangers, especially refrigerant recovery boxes, must be able to withstand such high pressures. The pressure assumed at the time of rapid expansion of the refrigerant is approximately three times the nominal pressure during operation of the heat exchanger.
高圧に耐えうるように設計された冷媒回収ボックスは、すでに知られており、概ね鑞接によって組み立てられている。 Refrigerant recovery boxes designed to withstand high pressures are already known and are generally assembled by crimping.
特許文献1には、熱交換器のチューブ束を収容しうるスリットが形成された、中空の押出し体からなる流体回収ボックスが記載されている。中空の押出し体は、チューブ束を挿入しうるよう、機械加工する必要がある。したがって、鑞接が良好に行なわれるよう、内部に鑞接層を形成することはできない。 Patent Document 1 describes a fluid recovery box made of a hollow extruded body in which a slit capable of accommodating a tube bundle of a heat exchanger is formed. The hollow extrudate needs to be machined so that a tube bundle can be inserted. Therefore, a welding layer cannot be formed inside so that the welding can be performed well.
他の公知の熱交換器も、少なくとも2つの部分、すなわちボックス本体とカバーとからなる流体回収ボックスを備えている。 Other known heat exchangers also include a fluid recovery box consisting of at least two parts: a box body and a cover.
特許文献2は、概ね平坦なボックス本体と、押出し成形されるカバーとからなる流体回収ボックスを開示している。フラットチューブは、ボックス本体のスロットに挿入されている。 Patent Document 2 discloses a fluid recovery box including a generally flat box body and a cover to be extruded. The flat tube is inserted into a slot of the box body.
特許文献3は、3つの部分、すなわち、概ね平坦なボックス本体、カバー、および流体循環のために用いられる中間プレートからなる流体回収ボックスを開示している。中間プレートは、型打ち加工によって形成され、チューブは、中間プレートのコレットチャック(ボックス本体の内部に向かって突出している)に挿入される。しかし、チューブの先端部が、流体回収ボックスの内部に入り込んでいるため、流体回収ボックスの容量を最小限度のものに留めることはできない。 U.S. Patent No. 6,057,031 discloses a fluid recovery box consisting of three parts: a generally flat box body, a cover, and an intermediate plate used for fluid circulation. The intermediate plate is formed by stamping, and the tube is inserted into the collet chuck (projecting toward the inside of the box body) of the intermediate plate. However, since the distal end of the tube enters the inside of the fluid recovery box, the capacity of the fluid recovery box cannot be kept to a minimum.
特許文献4は、上記特許文献3と類似する流体回収ボックスを開示しているが、この流体回収ボックスにおいても、チューブの先端部が、流体回収ボックスの内部に入り込んでいるため、上記と同様の問題がある。 Patent Document 4 discloses a fluid recovery box similar to that of Patent Document 3, but also in this fluid recovery box, the tip of the tube enters the inside of the fluid recovery box. There's a problem.
特許文献5に開示されている、複数の部品からなる流体回収ボックスにおいては、チューブの先端部は、ボックス本体の内部に入らない。チューブとボックス本体との鑞接は、ボックス本体の厚さの範囲内で行なわれる。しかし、この流体回収ボックスは、チューブの先端部を押さえるために、補足プレートが必要である。チューブの先端部と接する補足プレートの表面には、鑞接層は形成されない。鑞接層は、ボックス本体または補足プレートのチューブの先端部と接しない部分に形成される。したがって、チューブの固定は、最適なものとはいえない。 In the fluid recovery box composed of a plurality of parts disclosed in Patent Document 5, the tip of the tube does not enter the inside of the box body. The tube and the box body are brought into contact with each other within the thickness range of the box body. However, this fluid recovery box requires a supplementary plate in order to hold down the tip of the tube. A soldering layer is not formed on the surface of the supplementary plate in contact with the tip of the tube. The butting layer is formed on a portion of the box body or supplementary plate that does not contact the tip of the tube. Therefore, tube fixation is not optimal.
特許文献6は、3つの部品、すなわち、ボックス本体、カバー、および分配プレートからなる流体回収ボックスを開示している。ボックス本体および分配プレートは、それぞれ、平坦な表面を有する。分配プレートは、ボックス本体に収容されて、チューブ導入時のストッパを形成し、チューブが、流体回収ボックスの内部へ入り込むのを防止している。しかし、流体回収ボックスのカバーは、押出し成形によって形成されるため、部品同士を鑞接することは困難であり、流体回収ボックスは、冷媒の急激な膨張時には、脆弱なものとなる。 Patent Document 6 discloses a fluid recovery box composed of three parts: a box body, a cover, and a distribution plate. The box body and the distribution plate each have a flat surface. The distribution plate is accommodated in the box main body to form a stopper when the tube is introduced, and the tube is prevented from entering the fluid recovery box. However, since the cover of the fluid recovery box is formed by extrusion molding, it is difficult to bring the parts into contact with each other, and the fluid recovery box becomes fragile when the refrigerant rapidly expands.
上記のように、公知の流体回収ボックスは、容量を最小化することができず、流体回収ボックスの構成要素についての種々の制約も避けることができない。
本発明は、上記の課題を解決した熱交換器用流体回収ボックス、およびこれを備える熱交換器を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a fluid recovery box for a heat exchanger that solves the above-described problems, and a heat exchanger including the same.
本発明は、上記の目的を実現するために、熱交換器のチューブが挿入される概ね方形の装着孔の列が長辺方向に設けられた矩形の回収プレートと、この回収プレートを覆うカバーとを備え、前記各装着孔は、回収プレートの短辺方向である第1の方向を向くように設けられている熱交換器用流体回収ボックスにおいて、前記カバーは、前記第1の方向と直交する第2の方向に向けて設けられた複数のスロットを有する中間プレートと、この中間プレートを被う波型プレートとからなり、これら中間プレートと波型プレートは、中間プレートの各スロットと、波型プレートの各突条とが一致するように互いに鑞接され、中間プレートの各スロットと波型プレートの各突条は、協働して、前記回収プレートにおいて列をなす隣り合う装着孔が、互いに連通するように、流体回収のための空間を区画するようになっていることを特徴とする流体回収ボックスを提供するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a rectangular recovery plate in which a row of substantially square mounting holes into which tubes of a heat exchanger are inserted is provided in the long side direction, a cover that covers the recovery plate, The heat recovery fluid recovery box is provided so that each of the mounting holes faces a first direction which is a short side direction of the recovery plate, and the cover is formed in a first direction orthogonal to the first direction. An intermediate plate having a plurality of slots provided in the direction of 2 and a corrugated plate covering the intermediate plate. The intermediate plate and the corrugated plate are each slot of the intermediate plate, corrugated plate The slots of the intermediate plate and the ridges of the corrugated plate cooperate with each other so that the mounting holes adjacent to each other form a row in the recovery plate. So as to communicate with, there is provided a fluid collection box, characterized in that is adapted to partition the space for fluid recovery.
上記の流体回収ボックスは、穿孔するかまたは波打つように加工することによって得られる、中間プレートと波形プレートを含む4つの部品からなっている。 The fluid recovery box consists of four parts, including an intermediate plate and a corrugated plate, obtained by drilling or machining to corrugate.
本発明の好ましい態様によれば、上記の流体回収ボックスは、以下の特徴を有する。
*分配プレートは、回収プレートに隣接して設けられ、チューブと連通する空間を区画している。
*カバーは、前記空間を閉じるようになっており、分配プレートは、チューブを挿入する際のストッパを形成しつつ、回収プレートに鑞接されるようになっている。
*カバーは、波型プレートの突条が前記空間を閉じるように、分配プレートに鑞接され、かつ分配プレートと回収プレートも、互いに鑞接されるようになっている。
*分配プレートは、カバーの内面と当接する外面を有する。
*中間プレートのスロットには、このスロットの長縁部同士をつなぐブリッジが設けられている。
*波型プレートは、概ね矩形であり、波型プレートの突条は、波型プレートの長辺方向に延びている。
*波型プレートの突条は、波型プレートの短辺方向において複数個設けられている。
*回収プレートの分配プレート側の面に、鑞接層が設けられている。
*中間プレートと波型プレートの界面に、鑞接層が設けられている。
*分配プレートとカバーの界面に、鑞接層が設けられている。
*回収プレートの一方の端部には、流体の流入および流出用のダクトを連結するための2つのオリフィスが形成されている。
*回収プレートのチューブ側の面には、チューブを装着するための突縁が形成されている。
*回収プレートの突縁は、前記チューブの断面形状に対応して、概ね方形の断面を有する。
*回収プレートの装着孔と突縁は、2列に並べられたチューブの束を挿入しうるよう、2列にわたって並べられている。
*回収プレートには、鑞接による組立てのために、波型プレートに当接しつつ、分配プレートを包み込む折曲げ部が形成されている。
*回収プレートの折曲げ部の縁辺は、波型プレートに向けて折曲げうるようになっている。
According to a preferred aspect of the present invention, the fluid recovery box has the following characteristics.
* The distribution plate is provided adjacent to the collection plate and defines a space communicating with the tube.
* The cover closes the space, and the distribution plate is brought into contact with the collection plate while forming a stopper for inserting the tube.
* The cover is brought into contact with the distribution plate so that the protrusions of the corrugated plate close the space, and the distribution plate and the collection plate are also brought into contact with each other.
* The distribution plate has an outer surface that contacts the inner surface of the cover.
* The slot of the intermediate plate is provided with a bridge that connects the long edges of the slot.
* The corrugated plate is generally rectangular, and the ridges of the corrugated plate extend in the long side direction of the corrugated plate.
* A plurality of protrusions on the corrugated plate are provided in the short side direction of the corrugated plate.
* A contact layer is provided on the surface of the collection plate on the distribution plate side.
* A welding layer is provided at the interface between the intermediate plate and the corrugated plate.
* A soldering layer is provided at the interface between the distribution plate and the cover.
* Two orifices are formed at one end of the collecting plate to connect ducts for inflow and outflow of fluid.
* A protruding edge for mounting the tube is formed on the tube side surface of the recovery plate.
* The protruding edge of the recovery plate has a substantially square cross section corresponding to the cross sectional shape of the tube.
* The mounting holes and protruding edges of the collection plate are arranged in two rows so that a bundle of tubes arranged in two rows can be inserted.
* The collection plate is formed with a bent portion that wraps the distribution plate while being in contact with the corrugated plate for assembly by crimping.
* The edge of the folding part of the collection plate can be bent toward the corrugated plate.
*本発明は、前記熱交換器用流体回収ボックスと、チューブとを備える熱交換器をも提供するものである。 * This invention also provides the heat exchanger provided with the said fluid recovery box for heat exchangers, and a tube.
本発明によれば、鑞接を最適に行いうるため、容易に組み立てることができ、かつ高圧の流体に対する抵抗力を確保することができる流体回収ボックスが提供される。 According to the present invention, a fluid recovery box that can be assembled easily and can secure a resistance force against a high-pressure fluid is provided because the welding can be performed optimally.
本発明の特徴と技術的効果は、以下に添付図面を参照して行なう実施形態の説明から、明らかになると思う。 The features and technical effects of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying drawings.
図1は、上部流体回収ボックス16と下部流体回収ボックス14の間に設けられたチューブ束12を備える熱交換器10を示す。
FIG. 1 shows a
チューブ束12は、熱交換器の短辺方向に2列となるように並べられた複数のフラットチューブ18(図1には、そのうちの1列を示してある)と、2列のチューブに共通の波型フィン20とからなっている。チューブ束12の短辺側の側面は、両端のチューブが当接している2つの端部プレート21,21によって区画されている。上部流体回収ボックス16には、チューブ18を流れる流体の入口管22と出口管24が連結されている。
The
熱交換器10は、エバポレータに使用され、かつ超臨界状態で働く冷媒(特にCO2)が流通することが想定されている。冷媒の圧力は、100,000〜150,000hPa(100〜150bar)に達することもある。冷媒は、特に自動車においては、温度調整された空気流をつくり出すため、チューブ束の間を通過する空気流との間で、熱交換が行なわれる。
In the
図2は、図1に示す熱交換器の分解斜視図である。 FIG. 2 is an exploded perspective view of the heat exchanger shown in FIG.
下部流体回収ボックス14は、チューブ束12の装着孔28を有する回収プレート26を備えている。回収プレート26は、概ね方形であり、長辺側の各縁には、折曲げ部30が形成されている。
The lower
チューブ束の装着孔28は、長孔であり、2列のチューブ束に合わせて形成されている。長孔である装着孔28が延びている方向は、2列のチューブ束に合わせて、装着孔28が2つ並べられている方向である。すなわち、装着孔28は、回収プレート26の短辺方向に2つ並べて形成され、かつ回収プレート26の長辺方向にも複数個並んで形成されている。
The tube
回収プレート26の下方には、2列のチューブ束を構成する各チューブ18と連通する2列のスリット40,42を有する分配プレート38が位置している。スリット40,42は、予め設定された経路に沿って流体を循環させるための室を区画している。
Disposed below the
分配プレート38の下方には、中間プレート43と、波型プレート44が位置している。これらの中間プレート43と波型プレート44は、回収プレート26の折曲げ部30を介して組み合わされることにより、分配プレート38を保持しつつ、回収プレート26に対向するカバー45を形成している。カバー45については、図3と図4を参照して説明する。
Below the
上部流体回収ボックス16は、分配プレート48に、入口管22と出口管24を組み立てるためのオリフィス34,36を有する延長部32が設けられていることを除いて、下部流体回収ボックス14と同様の構成を有する。
The upper
すなわち、上部流体回収ボックス16は、回収プレート46、分配プレート48、およびカバー51を備えている。カバー51は、中間プレート49と波型プレート50からなっている。また、分配プレート48は、チューブの上端と連通する2列のスリット52を有している。
That is, the upper
図3は、上部流体回収ボックス16の短辺方向の断面図であり、回収プレート46、分配プレート48、およびカバー51を示している。回収プレート46の内面(上面)54は、分配プレート48を収容しうるように、プレス加工されている。他方、回収プレート46の外面56からは、チューブ束の装着孔28を包囲する突縁58が延出している。
FIG. 3 is a cross-sectional view in the short side direction of the upper
回収プレート46の外面56は、下向きであり、突縁58も、同様に下向きである。突縁58は、チューブ束の2列の装着孔28に対応して、2列になっている。突縁58と装着孔28は、フラットチューブ18を挿入しうるよう、概ね方形の断面を有している。
The
分配プレート48の下面62は、回収プレート46の内面54と当接し、他方、分配プレート48の上面64は、カバー51と当接している。
The
スリット52は、分配プレート48を貫いて形成されている。また、分配プレート48は、チューブを挿入する際にストッパとなる。したがって、チューブの上端は、回収プレート46の内面54によって画定される高さよりも上方に進むことはできない。
The slit 52 is formed through the
図4に示すように、カバー51は、中間プレート49および波型プレート50から構成されている。
As shown in FIG. 4, the
中間プレート49は、概ね方形であり、下面67と上面69を有している。中間プレート49の大きさは、分配プレート48のそれと概ね同じである。また、中間プレート49は、スロット65の配列も有している。スロット65の配列の態様については、後述する。
The
波型プレート50は、回収プレート46の折曲げ部30(図3参照)と接する縁部66を有している。折曲げ部30の上縁60は、折り曲げられると、カバー51を、回収プレート46に向けて、分配プレート48を間に挟みつつ押さえつける。
The
波型プレート50は、カバー51の長辺方向に延びる複数の突条68を備えている。突条68とスロット65は、波型プレート50が中間プレート49を覆蓋したときに、各突条68が、中間プレート49のスロット65を介して、分配プレート48のスリット52と連通する空間70を区画するように組み立てられる。
The
図5(a)に示すように、中間プレート49のスロット65は、中間プレート49の長辺方向に延びている。また、このスロット65は、中間プレート49の短辺方向に複数個並べられている。
As shown in FIG. 5A, the
波型プレート50は、突条68の反対側に、中間プレート49の上面69と当接する概ね平坦な面72を有している。
The
突条68は、冷媒が、入口管22を介して上部流体回収ボックス16に流入し、ついで、上部流体回収ボックス16および下部流体回収ボックス14の間に位置するチューブ束を循環し、最後に、出口管24を介して熱交換器から流出しうるよう、正確に設けられている。
The
下部流体回収ボックス14は、冷媒の入口管と出口管を取り付けるためのプレートを備えていないことを除いて、上部流体回収ボックス16と同様の構成を有している。
The lower
図5(a)と図5(b)は、それぞれ、上部流体回収ボックス16の中間プレート49と分配プレート48を示している。中間プレート49の複数のスロット65は、2つのグループG1とG2を形成している。G1グループに属するスロットの長さは、G2グループに属するスロットのそれよりも短い。
5 (a) and 5 (b) show the
中間プレート49におけるG1グループに属するスロット65は、分配プレート48の延長部32にも重なるよう、外側に延びている。また、G1グループに属するスロット65を覆蓋する突条68は、分配プレート48のオリフィス34,36をも覆っている。
The
図2に示すように、下部流体回収ボックス14の中間プレート43と上部流体回収ボックス16の中間プレート49は、これらのプレートに設けられているスロットのグループG1,G2が、分配プレート38と48に設けられている2列のスリットと協働し、熱交換器内において、少なくとも6回、冷媒を循環させうるようになっている。
As shown in FIG. 2, the
チューブ束を通る冷媒の循環態様については、当業者によく知られているため、詳しくは述べない。 Since the circulation mode of the refrigerant passing through the tube bundle is well known to those skilled in the art, it will not be described in detail.
中間プレートのスロットは、分配プレートのスリットと協働して、熱交換器内における冷媒の循環を制御する。 The slots in the intermediate plate cooperate with the slits in the distribution plate to control the circulation of the refrigerant in the heat exchanger.
流体回収ボックスの回収プレート、分配プレート、中間プレート、および波型プレートは、いずれも、冷媒の高圧に耐えるのに十分な厚さをもつ金属板(好ましくはアルミニウム合金)から形成されている。また、波型プレートに設けられる複数の突条により、回収プレートに対する冷媒の加圧を緩和するわずかな空間70が形成されている。
The recovery plate, distribution plate, intermediate plate, and corrugated plate of the fluid recovery box are all formed of a metal plate (preferably an aluminum alloy) having a sufficient thickness to withstand the high pressure of the refrigerant. In addition, a
流体回収ボックスを組み立てる際には、中間プレートの上面に波形プレートを被せる。また、中間プレートの下面を、分配プレートの上面に当接させる。さらに、分配プレートの下面を、回収プレートの上面に当接させた後、回収プレートに折曲げ部を形成する。 When assembling the fluid recovery box, a corrugated plate is placed on the upper surface of the intermediate plate. Further, the lower surface of the intermediate plate is brought into contact with the upper surface of the distribution plate. Further, after the lower surface of the distribution plate is brought into contact with the upper surface of the recovery plate, a bent portion is formed in the recovery plate.
流体回収ボックスは、上記のようにして構成要素を組み合わせた後、鑞接によって最終的に組み立てられる。したがって、鑞接層を形成しなければならない。このため、回収プレートの上面、分配プレートの上面と下面、中間プレートの上面と下面、および波型プレートの下面に鑞接層を形成する。鑞接層は、隣合うプレート(すなわち、回収プレートと分配プレート、分配プレートと中間プレート、および中間プレートと波型プレート)の2つの面のいずれか一方にだけ形成することもある。 The fluid recovery box is finally assembled by crimping after combining the components as described above. Therefore, a welding layer must be formed. For this reason, a contact layer is formed on the upper surface of the recovery plate, the upper and lower surfaces of the distribution plate, the upper and lower surfaces of the intermediate plate, and the lower surface of the corrugated plate. The plating layer may be formed only on one of the two surfaces of the adjacent plates (that is, the collection plate and the distribution plate, the distribution plate and the intermediate plate, and the intermediate plate and the corrugated plate).
図6は、本発明の第2の実施形態に係る流体回収ボックスにおける中間プレート80を示す。この実施形態においては、スロット82が形成されている部分が折り曲がるのを防止するため、各スロット82の長縁部同士をつなぐブリッジ84が設けられている。図7に示すように、ブリッジ84は、冷媒の循環を乱さないよう、厚さが最小限のものとなるように、プレス加工により形成する。ブリッジ84は、中間プレート80の剛性の増大と、ブリッジを介しての熱の損失との調整を、最もよく行うことができる位置に設けられる。
FIG. 6 shows an
本発明に係る流体回収ボックスについては、上記の実施形態以外に、非常に多くの変形例が可能である。また、この流体回収ボックスは、主に、高圧の冷媒が流れる熱交換器、特にCO2のような超臨界冷媒が流れる自動車用空調機のエバポレータに適用することができる。 The fluid recovery box according to the present invention can be modified in many ways other than the above embodiment. The fluid recovery box can be mainly applied to a heat exchanger in which a high-pressure refrigerant flows, particularly an automobile air conditioner evaporator in which a supercritical refrigerant such as CO 2 flows.
10 熱交換器
12 チューブ束
14 下部流体回収ボックス
16 上部流体回収ボックス
18 フラットチューブ
20 波型フィン
21 端部プレート
22 入口管
24 出口管
26 回収プレート
28 装着孔
30 折曲げ部
32 延長部
34,36 オリフィス
38 分配プレート
40,42 スリット
43 中間プレート
44 波型プレート
45 カバー
46 回収プレート
49 中間プレート
50 波型プレート
51 カバー
52 スリット
58 突縁
60 上縁
65 スロット
66 縁部
68 突条
70 空間
80 中間プレート
82 スロット
84 ブリッジ
10 Heat exchanger
12 Tube bundle
14 Lower fluid recovery box
16 Upper fluid recovery box
18 flat tube
20 Wave Fin
21 End plate
22 Inlet pipe
24 outlet pipe
26 Collection plate
28 Mounting hole
30 Folding part
32 Extension
34,36 Orifice
38 Distribution plate
40,42 slit
43 Intermediate plate
44 corrugated plate
45 Cover
46 Collection plate
49 Intermediate plate
50 corrugated plate
51 Cover
52 Slit
58 ridge
60 Upper edge
65 slots
66 Edge
68
70 space
80 Intermediate plate
82 slots
84 bridge
Claims (18)
Applications Claiming Priority (1)
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