JP2010133671A - 熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、チューブの端末を接続する接続孔の端縁からの冷媒の漏れを抑制できる熱交換器を提供することを目的とする。
【解決手段】エンドプレート３２は、一方側に第１開口を有するとともに、タンクプレート３１と重ね合わされる第１重ね合わせ部を備える。また、タンクプレート３１は、一方側に第２開口を有するとともに、エンドプレート３１と重ね合わされる第２重ね合わせ部を備える。エンドプレート３２とタンクプレート３１とは、第１開口と第２開口とが対向し、かつエンドプレート３２の第１重ね合わせ部がタンクプレート３１の第２重ね合わせ部の内側となるように組み付けられ、タンクプレート３１の第２重ね合わせ部の縁部に、接続孔３２ｃの少なくとも一端側と対応する接続溝３１ｄが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器及びその製造方法に関し、特に熱交換器のチューブの端末が接続されるタンクの構造に特徴を有する熱交換器に関する。

冷凍サイクルにおけるコンデンサ、エバポレータを構成する熱交換器は、複数のチューブと複数のフィンとが交互に積層されたコアと、チューブの端末が接続されるタンクとを備えている。冷媒は、タンクに設けられた入口ヘッダから内部に取り入れられて、コアに伝わる熱によって熱交換をしつつチューブを通過した後、タンクに設けられた出口ヘッダから外部に排出される。
熱交換器のタンクとしては、タンクプレートと称される半円筒形状の部材と、エンドプレートと称される、チューブの端末を接続する接続孔を設けた部材とを組み付けて、ろう付により一体化されたものが一般的である。
例えば特許文献１には、図７に示すように、半円筒形状のタンクプレート３１０と、チューブの端末を接続する接続孔３２１を設けたエンドプレート３２０とを組み付けてなり、タンクプレート３１０の縁部には、エンドプレート３２０を保持する折り曲げ片３１１を設け、折り曲げ片３１１は、基端側をエンドプレート３２０に当接しつつ先端側を折り曲げた構成のタンク３００が開示されている。特許文献１によると、タンク３００は、折り曲げ片３１１を折り曲げることにより、タンクプレート３１０とエンドプレート３２０とを効率よく組み付けることができる。

特開２００２−１８１４８５号公報

熱交換器は、市場に流通される前に種々の検査に供される。その一つとして、冷媒の漏れを検査するが、この検査において、冷媒が図７のＥで示す接続孔３２１の端縁から冷媒が漏れることがまれに観察された。
そこで本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、チューブの端末を接続する接続孔の端縁からの冷媒の漏れを抑制できる熱交換器及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、従来のタンク３００は、チューブの端末がろう付されるのがエンドプレート３２０のみであるから、接合強度が不足することを究明した。そこで、タンクプレート３１０の縁部を接続孔３２１と干渉する位置まで延ばし、接続孔３２１の端縁に相当する接続溝をタンクプレート３１０の縁部に形成し、チューブの端末がタンクプレート３１０の接続溝及びエンドプレート３２０の接続孔３２１を貫通して接続される構造とすることを提案するものである。この構造によれば、チューブの端縁は、エンドプレート３２０に加えてタンクプレート３１０にもろう付されるので、接合強度が向上して、冷媒の漏れを抑制できる。
すなわち本発明の熱交換器は、冷媒が内部を流れるチューブとチューブに熱交換可能に接するフィンとからなるコアと、チューブの端末が接続され、チューブを流れる冷媒の流路を備えるタンクと、を備え、タンクは、チューブの端末が接続される接続孔が形成されるエンドプレートと、エンドプレートと組み付けられて流路を形成するタンクプレートとを備える。このエンドプレートは、一方側に第１開口を有するとともに、タンクプレートと重ね合わされる第１重ね合わせ部を備え、タンクプレートは、一方側に第２開口を有するとともに、エンドプレートと重ね合わされる第２重ね合わせ部を備える。そして、エンドプレートとタンクプレートとは、第１開口と第２開口とが対向し、かつエンドプレートの第１重ね合わせ部がタンクプレートの第２重ね合わせ部の内側となるように組み付けられ、タンクプレートの第２重ね合わせ部の縁部に、接続孔の少なくとも一端縁と対応する接続溝が形成されていることを特徴とする。
本発明の熱交換器において、タンクプレート及びエンドプレートの外表面に、リブが形成されていることが、タンクの強度向上にとって好ましい。

本発明の熱交換器は、エンドプレートとタンクプレートとを、第１開口と第２開口とが対向し、かつエンドプレートの第１重ね合わせ部がタンクプレートの第２重ね合わせ部の内側となる所定の位置に配置し、次に、接続孔及び接続溝を打抜きにより同時に形成し、しかる後に、チューブの端末を、接続孔及び接続溝を介してタンクに接続するとともに、フィンを所定位置に配置した後に、ろう付熱処理を行うことにより製造することができる。

本発明によれば、チューブの端末を接続する接続孔の端縁からの冷媒の漏れを抑制できる熱交換器及びその製造方法が提供される。

以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態に係る熱交換器１０は、自動車に搭載される車内空調用冷凍サイクルのエバポレータ・コンデンサに用いられるものである。

＜熱交換器１０の全体構成＞
熱交換器１０は、図１に示すように、冷媒が流通する複数のチューブ２１及び複数のフィン２２を交互に積層してなるコア２０と、チューブ２１の端末が接続される一対のタンク３０と、を備え、コア２０に伝わる熱によって冷媒の熱交換を行うものである。

チューブ２１は、銅又は銅合金、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、押出し成形又は板状素材をロール成形して作製された中空部を有する矩形断面の部材である。熱交換器１０は、その幅方向（図中、Ｙ方向）に２つのチューブ２１が２列に並んで配置される。ただし、本発明による熱交換器は、この形態に限定されず、幅方向にチューブ２１が１列のみ配置される形態、幅方向にチューブ２１が２列以上並んで配置される形態であってもよい。また、チューブ２１の断面形状は、矩形に限らず、円形、その他の形状であってもよい。
フィン２２は、チューブ２１と同様の材料から構成され、本実施形態ではコルゲートタイプのフィンを用いているが、これに限らず、プレートタイプのフィンを用いることができる。
コア２０は、以上のチューブ２１とフィン２２とが、熱交換器１０の長手方向（図中、Ｘ方向）に交互に積層して配置され、その両端はサイドプレート２３で封止される。サイドプレート２３は、コア２０の補強部材として機能し、その端部はタンク３０に支持されている。

タンク３０には、冷媒が流入する入口ヘッダ３８と、冷媒が流出される出口ヘッダ３９とを備えている。入口ヘッダ３８からタンク３０の内部に流入した冷媒は、熱交換をしつつ複数のチューブ２１を流通した後、出口ヘッダ３９からタンク３０の外部に排出される。
タンク３０には、内部をそれぞれ所定の間隔で区画するセンタプレート３３、仕切りプレート３４，３５が設けられており、冷媒は、各タンク３０の間を複数回往復する構成となっている。
タンク３０の長手方向の一端にはキャップ３６が配置される。キャップ３６は、タンク３０の一端を封止する。タンク３０の長手方向の他端にはキャップ３７が配置される。キャップ３７は、貫通孔３７ｈを備え、入口ヘッダ３８からの冷媒は、入口ヘッダ３８の貫通孔３８ｈ、貫通孔３７ｈを通ってタンク３０内に流入される。また、タンク３０から流出する冷媒は、貫通孔３７ｈ、出口ヘッダ３９の貫通孔３９ｈを通って出口ヘッダ３９から熱交換器１０の外部に流出される。

＜タンク３０の構成＞
次に、熱交換器１０の特徴であるタンク３０の構成を、図２、図３を参照しつつ説明する。
タンク３０は、タンクプレート３１とエンドプレート３２とを主構成要素としており、互いの開口同士を対向させて組み付けられている。タンク３０は、タンクプレート３１とエンドプレート３２とが重ねあわされた部分において、エンドプレート３２の重ね合わせ部が、タンクプレートの重ね合わせ部の内側となるように組み付けられる。タンクプレート３１両縁部の内周面とエンドプレート３２両縁部の外周面とを、ろう付により接合される。タンクプレート３１、エンドプレート３２は、それぞれ、所定の板厚を有する板状素材をプレス成形して作製される。タンクプレート３１とエンドプレート３２の厚さは、同等にすればよいが、エンドプレート３２は、チューブ２１の端末を接続することによって補強がなされるため、タンクプレート３１よりも若干薄く設定することができる。

タンクプレート３１は、基部３１ａと、基部３１ａに連なり基部３１ａに対して略垂直に立ち上がる一対の立設部３１ｂと、各立設部３１ｂに連なり基部３１ａと略平行な折り曲げ部３１ｃとから構成される。折り曲げ部３１ｃには、タンクプレート３１の長手方向に沿って、チューブ２１の端末が貫通する接続溝３１ｄが所定間隔を隔てて形成されている。接続溝３１ｄは、折り曲げ部３１ｃの縁部から所定の長さだけ折り曲げ部３１ｃの表裏面を貫通して形成されている。また、接続溝３１ｄは、エンドプレート３２に設けられた接続孔３２ｃに対応して形成されている。

エンドプレート３２は、基部３２ａと、基部３２ａに連なり基部３２ａに対して略垂直に立ち上がる一対の立設部３２ｂとから構成される。基部３２ａには、エンドプレート３２の長手方向に沿って、チューブ２１の端末が貫通する接続孔３２ｃが所定間隔を隔てて形成されている。接続孔３２ｃは、基部３２ａの幅方向に沿って２列に形成されている。また、接続孔３２ｃは、タンクプレート３１に設けられた接続溝３１ｄに対応して形成されており、各接続孔３２ｃの外側の端縁とタンクプレート３１の接続溝３１ｄとが重複する。

図３に示すように、チューブ２１は、タンクプレート３１の接続溝３１ｄを貫通し、さらにエンドプレート３２の接続孔３２ｃを貫通する。そうすると、チューブ２１は、その外側の端縁２１ｅが、タンクプレート３１の折り曲げ部３１ｃと、エンドプレート３２の基部３２ａとにろう付されてタンク３０に保持される。図７に示した従来のタンク３００の場合、チューブ２１は、エンドプレート３２にのみろう付されてタンク３００に保持される。したがって、タンク３０は従来のタンク３００に比べて、チューブ２１の端縁２１ｅのタンク３０への接合強度が高くなり、冷媒の漏れが生じにくい。

エンドプレート３２には接続孔３２ｃが２列に設けられているので、各々の接続孔３２ｃの外側の端縁のみに接続溝３１ｄが対応して形成されている。したがって、接続孔３２ｃの内側の端縁については、接合強度が懸念されるが、少なくとも一方の端縁における接合強度が向上するので、冷媒の漏れの可能性は十分低減される。また、接続孔３２ｃが１列の場合には、両端縁に接続溝３１ｄを対応して形成できるので、冷媒の漏れの抑制効果は極めて高くなる。

次に、タンク３０の製造手順を、図４及び図５に基づいて説明する。
図４（ａ）に示すように、タンクプレート基材３１ｘとエンドプレート基材３２ｘとを、位置合わせして重ね合わせる。
タンクプレート基材３１ｘは、立設部３１ｂに相当する部分に対して折り曲げ部３１ｃに相当する部分が真直ぐなＵ字状の部材である。また、タンクプレート基材３１ｘの折り曲げ部３１ｃに相当する部分には、接続溝３１ｄは形成されていない。同様に、エンドプレート３２ｘの基部３２ａに相当する部分には、接続孔３２ｃは形成されていない。

タンクプレート基材３１ｘとエンドプレート基材３２ｘとを重ね合わせした後に、図４（ｂ）に示すように、タンクプレート基材３１ｘを折り曲げる。折り曲げ部３１ｃの縁部は、その後エンドプレート３２に接続孔３２ｃの形成が予定される領域と干渉する。
この折り曲げに際して、図５に示すように、タンクプレート基材３１ｘの周囲を覆う冶具Ｊ２を用いることができる。このように、タンクプレート基材３１ｘとエンドプレート基材３２ｘとの重ね合わせ体の内部に冶具Ｊ１を配し、また外部に冶具Ｊ２を配して、タンクプレート基材３１ｘとエンドプレート基材３２ｘとの位置ずれを防止しながら、タンクプレート基材３１ｘの折り曲げを行なう。折り曲げには、相当の力が必要であるから、折り曲げ時の位置ずれ防止は重要である。

折り曲げが終わったならば、図４（ｃ）に示すように、打抜きを行なう。なお、冶具Ｊ１、Ｊ２は、そのままにしてある。この打抜きにより、エンドプレート３２ｘに接続孔３２ｃが形成されると同時に、チューブタンクプレート基材３１ｘに接続溝３１ｄが形成される。打抜きは、パンチを用いて行えばよい。冶具Ｊ１、Ｊ２によりタンクプレート基材３１ｘとエンドプレート基材３２ｘとの位置ずれが防止されているので、接続溝３１ｄと接続孔３２ｃとを、精度よく位置合わせしながら形成できる。

打抜きが終わったならば、冶具Ｊ１、Ｊ２を取り外して、ろう付のための熱処理を行なう。この熱処理は、チューブ２１、フィン２２等の熱交換器１０を構成する他の部材を組み付けて行なうこともできる。そうすることにより、熱交換器１０を得る。なお、ろう付（熱処理）は、公知の方法に従えばよい。公知の方法とは、タンクプレート基材３１ｘ、エンドプレート基材３２ｘに、予めろう材をクラッドしかつフラックスを塗布することを含んでいる。

本発明は、以上説明した熱交換器１０に限らず、本発明の主旨を逸脱しない限り、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、図６に示すように、タンクプレート３１、エンドプレート３２にリブＲを設けることにより、タンク３０の強度を向上できる。
また、熱交換器１０は、タンクプレート３１の折り曲げ部３１ｃが、接続溝３１ｄを除く長手方向の全域に存在するが、接続溝３１ｄの周囲を残して切り欠くことができる。

本実施の形態に係る熱交換器の分解斜視図である。 本実施の形態に係るタンクの部分拡大斜視図である。 本実施の形態に係るタンクの部分拡大断面図である。 本実施の形態に係るタンクの製造手順を示す斜視図である。 本実施の形態に係るタンクの製造手順の中で、冶具を用いてタンクプレートとエンドプレートを保持している状態を示す部分断面斜視図である。 本実施の形態に係るタンクの部分拡大斜視図である。 従来のタンクの部分拡大斜視図である。

符号の説明

１０…熱交換器、
２０…コア、２１…チューブ、２２…フィン、２３…サイドプレート、
３０…タンク、３１…タンクプレート、３１ｄ…接続溝、３２…エンドプレート、３２ｃ…接続孔

Claims (3)

1. 冷媒が内部を流れるチューブと前記チューブに熱交換可能に接するフィンとからなるコアと、
   前記チューブの端末が接続され、前記チューブを流れる冷媒の流路を備えるタンクと、を備え、
   前記タンクは、
   前記チューブの前記端末が接続される接続孔が形成されるエンドプレートと、
   前記エンドプレートと組み付けられて前記流路を形成するタンクプレートとを備え、
   前記エンドプレートは、一方側に第１開口を有するとともに、前記タンクプレートと重ね合わされる第１重ね合わせ部を備え、
   前記タンクプレートは、一方側に第２開口を有するとともに、前記エンドプレートと重ね合わされる第２重ね合わせ部を備え、
   前記エンドプレートと前記タンクプレートとは、前記第１開口と前記第２開口とが対向し、かつ前記エンドプレートの前記第１重ね合わせ部が前記タンクプレートの前記第２重ね合わせ部の内側となるように組み付けられ、
   前記タンクプレートの前記第２重ね合わせ部の縁部に、前記接続孔の少なくとも一端縁と対応する接続溝が形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記タンクプレート及び前記エンドプレートの外表面に、リブが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
   
3. 請求項１又は２に記載の熱交換器を製造する方法であって、
   前記エンドプレートと前記タンクプレートとを、前記第１開口と前記第２開口とが対向し、かつ前記エンドプレートの前記第１重ね合わせ部が前記タンクプレートの前記第２重ね合わせ部の内側となる所定の位置に配置する工程と、
   前記接続孔及び前記接続溝を打抜きにより同時に形成する工程と、
   前記チューブの前記端末を、前記接続孔及び前記接続溝を介して前記タンクに接続するとともに、前記フィンを所定位置に配置した後に、ろう付熱処理を行う工程と、
   を備えることを特徴とする熱交換器の製造方法。

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