JP2011185489A - 複合型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の熱交換器同士を連結した複合型熱交換器において、熱膨張による変形を吸収可能な複合型熱交換器を提供する。
【解決手段】凝縮器１のタンク６とサブラジエータ２のタンク１８を連結部材２６で連結する。この連結部材２６には切欠きを設けることで他の部位よりも剛性を低下させた低剛性部３３を設ける。これにより凝縮器１及びサブラジエータ２で熱膨張差によるチューブ７、１９の長さ方向の寸法差が生じても、低剛性部３３により寸法差を吸収でき、熱交換器に生じる応力を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は複数の熱交換器を一体に連結してなる複合型熱交換器に関するものである。

事前にラジエータやコンデンサを組立ておくことで、自動車の組立作業の効率を向上させる取り組みが行われている。

特許文献１に、車両用空調装置の冷媒を凝縮させる熱交換器（凝縮器）およびエンジンオイルを冷却する熱交換器（オイルクーラ）の各熱交換器を空気の流れ方向に対して並列に配置して一体に結合した複合型熱交換器が開示されている。

この特許文献１の複合型熱交換器では、凝縮器およびオイルクーラのタンクを連結部材で連結し、これらをろう接し、一体に結合している。

特開２００５-１４０４６３号公報

各熱交換器を流れる各媒体の温度は同一ではなく、各熱交換器への媒体の流れの有無及び各媒体の温度差により、連結部間で各熱交換器間の熱膨張差により寸法変化が発生する。その寸法変化を吸収できず、各熱交換器に過大な応力が発生する。

本発明は、このような従来技術の技術的課題に鑑みてなされたもので、複数の熱交換器が複数の連結部で連結された複合型熱交換器において、熱膨張差による応力が熱交換器に発生するのを抑制することを目的とする。

第１の発明は第１流体が通過する複数の第１チューブが間隔を置いて配置され、その隣接する第１チューブの間に第１フィンが配置され、これら複数の第１チューブの長手方向両端側に配置されて前記第１チューブと連通する一対の第１タンクを有する第１熱交換器と、第２流体が通過する複数の第２チューブが間隔を置いて配置され、その隣接する第２チューブの間に第２フィンが配置され、これら複数の第２チューブの長手方向両端側に配置されて前記第２チューブと連通する一対の第２タンクを有する第２熱交換器と、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器をこれら熱交換器の空気流れ方向に並列に配置し、隣り合う前記第１タンク及び前記第２タンク同士を連結する一対の連結部材と、前記連結部材は、前記熱交換器への空気流れ方向と平行な側板部と、前記側板部から前記空気流れ方向に対して直角に延出する前面板部を有し、一対の前記連結部材の前記前面板部の少なくとも一方には、切欠きを設けることで前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に固定される部位よりも剛性を低くした低剛性部を備えていることを特徴とする複合型熱交換器である。

第２の発明は、第１の発明において、前記連結部材と前記第１タンク又は前記第２タンクの少なくとも一方は締結手段で締結されていることを特徴とする複合型熱交換器である。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記前面板部が前記熱交換器への空気流れ方向から見たときに、前記タンク側に屈曲していることを特徴とする複合型熱交換器である。

第４の発明は、第１から第３の発明において、前記第１熱交換器は前記第１チューブと前記第１フィンの積層方向の両端に第１サイドプレートを有し、前記第２熱交換器は前記第２チューブと前記第２フィンの積層方向の両端に第２サイドプレートを有し、前記第１熱交換器の前記第２熱交換器側端部に設けられた第１サイドプレート及び前記第２熱交換器の前記第１熱交換器側端部に設けられた第２サイドプレートに接触し、前記第１熱交換器と第２熱交換器の前記チューブの積層方向の位置決めをする位置規制部を前記連結部材が備えていること特徴とする複合型熱交換器である。

第５の発明は、第４の発明において、前記位置規制部が凸形状で、前記側板部に形成されていることを特徴とする複合型熱交換器である。

第１の発明によれば、熱交換器の長手方向の寸法変化に伴って連結部材の低剛性部が変形することにより、第１熱交換器および第２熱交換器の膨張差によるチューブの長手方向の寸法差を吸収することができるため、熱交換器に応力が発生するのを抑制することができる。

第２の発明によれば、連結部材とタンクの少なくとも一方が締結手段で締結されているので、複数の熱交換器の組み立てが容易にできる。

第３の発明によれば、前面板部がタンク側へ屈曲しているので、熱交換器の熱交換部への空気の流れを妨げることがなく、タンク側に流れる空気をチューブ側に導くエアガイド機能により熱交換性能の低下を抑制することができる。

第４の発明によれば、連結部材にサイドプレートと接触し、第１熱交換器と第２熱交換器のチューブの積層方向の位置決めをする位置規制部を設けているので、連結部材は内部に冷媒が流れるチューブ、タンクとの接触がない。よってチューブ、タンクの変形を防ぎ、熱交換器を確実に連結部材に締結することができる。

第５の発明によれば、位置規制部を連結部材に設けることで、第１熱交換器又は第２熱交換器に位置規制部を新たに設ける必要がなく、熱交換器を容易に連結部材に締結することができる。

本発明の実施形態に係る複合型熱交換器の全体図である。 本発明の実施形態に係る複合型熱交換器の上面図である。 本発明の実施形態に係る複合型熱交換器の側面図である。 図１のＡ部の拡大斜視図である。 本発明の実施形態に係る複合型熱交換器の車両搭載状態を示す図である。

本発明の実施形態について説明する。

本実施形態の複合型熱交換器は車両用であり、この複合型熱交換器は、通常、車両の前端部に搭載される。

そして、本実施形態に係る複合型熱交換器は、図１に示すように、車両用空調装置（蒸気式圧縮冷凍機）のコンデンサ１と、走行用の電動モータ（図示せず。）およびこの電動モータに駆動電流を制御するインバータ回路等の駆動回路を冷却するインバータ冷却水又は過給器搭載車両の吸入空気を冷却するエアクーラ用冷却水と空気とを熱交換するサブラジエータ２と、から構成されている。

本実施形態ではコンデンサ１が第１熱交換器であり、サブラジエータ２が第２熱交換器である。

なお、コンデンサ１及びサブラジエータ２は、図５に示すように走行用の内燃機関（図示せず）を冷却するエンジン冷却水と空気を熱交換するラジエータ３の冷却風流れの上流側にて冷却風流れに対して並列に配置されており、本実施形態ではサブラジエータ２はコンデンサ１の上方に配置されている。

次に、コンデンサ１及びサブラジエータ２について説明する。なお、以下説明における上下、前後方向は図５に示す車両搭載状態を基準としている。

コンデンサ１は、図１に示すように内部を冷媒が流れる複数の第１チューブ７が間隔を置いて配置され、冷媒と空気との熱交換を促進する第１フィン８が隣接する第１チューブ７間に配置されている。この第１チューブ７と第１フィン８により略矩形状のコア部１０が構成される。コア部１０は本実施形態の第１熱交換部である。

第１チューブ７の長手方向両端側には、第１チューブ７と連通する一対の第１タンク６が配置される。一方の第１タンク６は、第１チューブ7からの冷媒の集合を行う第１タンク６aを有し、他方の第１タンク６は、第１チューブ７への冷媒の分配を行う第１タンク６ｂとを有している。

この第１タンク６ａおよび第１タンク６ｂは、それぞれ第１チューブ７と同数のスリット穴（図示せず。）を有しており、このスリット穴を介して全ての第１チューブ7と連通している。

また、第１タンク６ｂには、第１冷媒をコンデンサ１内部に流入させる第１冷媒入口１１および第１冷媒をコンデンサ１外部へ流出させる第１冷媒出口１２が設けられ、第１タンク６ａの外側（コア部１０の反対側）には、リキッドタンク１５が配置されている。このリキッドタンク１５は、気相冷媒と液相冷媒を分離して液相冷媒を貯留しておくことができるタンクである。

なお、第１タンク６ａとリキッドタンク１５とは、ホースバンド１６を介して結合されるようになっており、さらに、第１タンク６ａとリキッドタンク１５とは、２つの配管（リキッドタンク入口側配管１３、リキッドタンク出口側配管１４）で連通している。なお、入口側配管１３は出口側配管１４に対して上方側に配置されている。

また、第１タンク６ａ内部の下側寄りの位置には、仕切り板１７aが配置されるとともに、第１タンク６ｂ内部には、仕切り板１７aと同一高さに仕切り板１７ｂが配置されており、この仕切り板１７（１７a、１７b)によってコア部１０は２つ熱交換部に分けられている。

まず、コア部１０における仕切り板１７の上方側部位は、第１冷媒入口１１から流入した気相冷媒と空気とを熱交換させて、冷媒を凝縮させる凝縮部１０ａになっており、凝縮部１０ａから流出した冷媒は、リキッドタンク入口側配管１３を通過してリキッドタンク１５に流入するようになっている。

従って、第１冷媒入口１１は仕切り板１７ｂよりも上方に配置され、リキッドタンク入口側配管１３は仕切り板１７ｂよりも上方に配置されている。

さらに、コア部１０における仕切り板１７の下方側部位は、リキッドタンク１５からリキッドタンク出口側配管１４を通過して流入した液相冷媒と空気とを熱交換させて液相冷媒を冷却する過冷却部１０ｂになっており、過冷却部１０ｂで冷却された冷媒は第１冷媒出口１２から流出するようになっている。

従って、第１冷媒出口１２は仕切り板１７ｂよりも下方に配置され、リキッドタンク出口側配管１４は仕切り板１７ｂよりも下方に配置されている。

以上の如く、本実施形態における一対の第１タンク６のうち一方の第１タンク６は、第１タンク６ａ、仕切り板１７ｂ、リキッドタンク１５、リキッドタンク入口側配管１３、リキッドタンク出口側配管及び後述するタンクキャップ等によって構成される。また、他方の第１タンク６は、第１タンク６ｂ、仕切り板１７ｂおよび後述するタンクキャップ等によって構成される。

また、第１チューブ７の積層方向両端側には、第１チューブ７と平行に延びて第１コア部１０を補強する一対の第１サイドプレート９が配置されている。

また、一対の第１タンク６の上端および下端にはタンクキャップ（図示せず）が配置される。

タンクキャップは、第１タンク６の上端側および下端側に配置されて、それぞれの第１タンク６の端部の閉塞を行うものである。

また第１タンク６の外周面にはコンデンサ１とサブラジエータ２を連結部材２６によって連結させるための連結部材２６が第１タンク６にロー付けされている。また、連結部材２６は第１タンク６の車両前後方向の前方側にロー付けされている。

次に、サブラジエータ２の詳細を図１により説明する。

サブラジエータ２には、内部を冷却水が流れる複数の第２チューブ１９が間を置いて配置され、冷却水と空気との熱交換を促進する第２フィン２０が隣接する冷却水第２チューブ１９間に配置されている。この第２チューブ１９と第２フィン２０により略矩形状の第２コア部２２が構成される。第２コア部２２は本実施形態の第２熱交換部である。

第２チューブ１９の長手方向両端側には、第２チューブ１９と連通する一対の第２タンク１８が配置される。まず、一方の第２タンク１８は、第２チューブ１９からの冷媒の集合を行う第２タンク１８ａを有して構成され、他方の第２タンク１８は、第２チューブ１９への冷媒の分配を行う第２タンク１８ｂを有して構成されている。

この第２タンク１８ａおよび第２タンク１８ｂは、第２チューブ１９と同数のスリット穴（図示せず。）を有しており、このスリット穴を介して全ての第２チューブ１９と連通している。

第２タンク１８ａには、冷却水をサブラジエータ２内部に流入させる第２冷媒入口２３が設けられ、第２タンク１８ｂには、冷却水をサブラジエータ２内部から流出させる第２冷媒出口２４が設けられている。

また、第２チューブ１９の積層方向両端側には、第２チューブ１９と平行に延びて第２コア部２２を補強する一対の第２サイドプレート２１が配置されている。

また、一対の第２タンク１８の上端および下端にはタンクキャップ（図示せず）が配置される。

タンクキャップは、第２タンク１８の上端側および下端側に配置されて、それぞれの第２タンク１８の端部の閉塞を行うものである。

また第２タンク１８の外周面にはコンデンサ１とサブラジエータ２を連結部材２６によって連結させるために連結部材２６を締結する複数のブラケット２５（図２）が第２タンク１８にロー付けされている。また、ブラケット２５は第２タンク１８の車両前後方向の前方側にロー付けされている。

ここで、ブラケット２５の詳細について図２、３により説明する。

ブラケット２５は第２タンク１８へのロー付面部２５aと連結部材２６を締結する締結面部２５ｂを有し、ロー付面部２５aと締結面部２５ｂは略直角に交わる位置関係となっており、第２タンク１８の長手方向から見てＬ字形状になっている。また、締結面部２５ｂは空気流れ方向と平行な方向（車両前後方向）に向いている。

この締結面部２５ｂには締結部材（ボルト、ネジ）貫通穴が設けられている。また、締結部材貫通穴の締結軸方向は車両左右方向（図１の紙面左右方向）に向いている。

もちろん、ブラケット２５と第２タンク１８の外周面とを他の手段で結合しても良い。

サブラジエータ２は上記のような構成になっており、本実施形態ではコンデンサ１の構成部品は全てアルミニウム合金製として、ロー付けにて一体に接合されている。

ここで、連結部材２６の詳細について図４により説明する。

連結部材２６はブラケット２５がロー付けされたコンデンサ１又はサブラジエータ２を連結することによりコンデンサ１とサブラジエータ２を一体化する連結手段である。

本実施形態ではサブラジエータ２の一対の第２タンク１８にロー付けされた複数のブラケット２５と連結部材２６とを締結することにより、コンデンサ１とサブラジエータ２とを連結している。また本実施形態では、連結部材２６がコンデンサ１の第１タンク６にロー付けしているが、第２タンク１８に直接ロー付けする構成であってもよいし、第１タンク６及び第２タンク１８のそれぞれにブラケット２５をロー付けさせる構成でもよい。また、連結部材２６には締結部材２７（ネジ、ボルト）が螺合される雌ねじが複数の穴部３４に形成されている。

そして連結部材２６は図４に示す様に、コンデンサ１およびサブラジエータ２への空気流れ方向に平行な板状の側板部２９と、側板部２９から空気の流れ方向に対して直角に延出し、空気流れ方向からみたときに、第１タンク６及び第２タンク１８側へ屈曲した板状の前面板部３０と、空気流れ後方で、第１タンク６及び第２タンク１８側へ屈曲した板状の後面板部３５とで一体に構成されている。また前面板部３０には第１タンク６に固定される後面板部３５とサブラジエータ２のコンデンサ１側の締結部(最もコンデンサ１側に形成される穴部３４)との間に切り欠き３２が形成されている。

また、連結部材２６には切り欠き３２により第１チューブ７及び第２チューブ１９の長手方向に容易に変形可能な低剛性部３３が形成されている。この低剛性部３３は前面板部３０に車幅方向に延びた切り欠き３２により、側板部２９の一部が変形することで、チューブの長手方向の寸法変化を吸収する。因みに、側板部２９と前面板部３０と後面板部３５の肉厚は等しくしている。また、連結部材２６には車両搭載時の車両取付部（図示せず）を連結部材２６の両端部に設けても良い。

また、側板部２９にはコンデンサ１及びサブラジエータ２を連結部材２６に組み付ける時の、位置規制部３１が空気流れ方向と平行に形成される。その位置規制部にはコンデンサ１の上側の第１サイドプレート９及びサブラジエータ２の下側の第２サイドプレート２１が接し、コンデンサ１及びサブラジエータ２の位置規制を行う。また本実施例では、コンデンサ１及びサブラジエータ２を連結部材２６に対し、車両の後方向、上下方向のいずれの方向からでも組み付け可能な構成としたが、連結部材２６を車両幅方向から見たとき、略Ｈ形状とし、車両の上下方向からスライド組み付け可能な構成としても良い。

また、位置規制部３１は側板部２９の空気流れ下流側に突出した凸形状であり、側板部２９に一体に形成されている。

上記構成においてコンデンサ１及びサブラジエータ２が連結部材２６に締結され、連結された状態で、コンデンサ１及びサブラジエータ２の何れもが動作または片方が動作し、もう片方が動作停止した場合（コンデンサ１動作時上限温度：約９０℃、サブラジエータ２動作時上限温度：約６０℃、動作停止時：外空気温度相当）、熱膨張差による、チューブ長さ方向の寸法差が生じる。

そして、コンデンサ１及びサブラジエータ２のチューブ長手方向寸法が変化するのに伴って、低剛性部３３が変形し、これにより、コンデンサ１の一対の第１タンク６の締結部間の長さとサブラジエータ２の一対の第２タンク１８の締結部間の長さが変化する。すなわち、低剛性部３３の変形によってコンデンサ１とサブラジエータ２の熱膨張差によるチューブ長さ方向の寸法差が吸収される。この寸法差が吸収されることで、チューブ７、１９とタンク６、１８との接合部分に応力が発生するのを抑制することができる。

また、切り欠きを側板部２９ではなく、前面板部３０に設けているため、側板部２９の車両前後方向の剛性は低下せず、車体振動を受けた際にもコンデンサ１及びサブラジエータ２を安定して保持できる。

実施例では第１熱交換器をコンデンサ１、第２熱交換器をサブラジエータ２としたが、これに限定されず、第１熱交換器をサブラジエータ２、第２熱交換器をコンデンサ１としても良い。

１・・・コンデンサ（第１熱交換器）
２・・・サブラジエータ（第２熱交換器）
６・・・第１タンク
７・・・第１チューブ
８・・・第１フィン
１８・・・第２タンク
１９・・・第２チューブ
２０・・・第２フィン
２５・・・ブラケット
２６・・・連結部材
２７・・・締結部材
２９・・・側板部
３０・・・前面板部
３１・・・位置規制部
３３・・・低剛性部

Claims (5)

1. 第１流体が通過する複数の第１チューブが間隔を置いて配置され、その隣接する第１チューブの間に第１フィンが配置され、これら複数の第１チューブの長手方向両端側に配置されて前記第１チューブと連通する一対の第１タンクを有する第１熱交換器と、
   第２流体が通過する複数の第２チューブが間隔を置いて配置され、その隣接する第２チューブの間に第２フィンが配置され、これら複数の第２チューブの長手方向両端側に配置されて前記第２チューブと連通する一対の第２タンクを有する第２熱交換器と、
   前記第１熱交換器と前記第２熱交換器をこれら熱交換器の空気流れ方向に並列に配置し、隣り合う前記第１タンク及び前記第２タンク同士を連結する一対の連結部材と、
   前記連結部材は、前記熱交換器への空気流れ方向と平行な側板部と、前記側板部から前記空気流れ方向に対して直角に延出する前面板部を有し、
   一対の前記連結部材の前記前面板部の少なくとも一方には、切欠きを設けることで前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に固定される部位よりも剛性を低くした低剛性部を備えていることを特徴とする複合型熱交換器。
2. 前記連結部材と前記第１タンク又は前記第２タンクの少なくとも一方は締結手段で締結されていることを特徴とする請求項１に記載の複合型熱交換器。
3. 前記前面板部が前記熱交換器への空気流れ方向から見たときに、前記タンク側に屈曲していることを特徴とする請求項１または２に記載の複合型熱交換器。
4. 前記第１熱交換器は前記第１チューブと前記第１フィンの積層方向の両端に第１サイドプレートを有し、
   前記第２熱交換器は前記第２チューブと前記第２フィンの積層方向の両端に第２サイドプレートを有し、
   前記第１熱交換器の前記第２熱交換器側端部に設けられた第１サイドプレート及び前記第２熱交換器の前記第１熱交換器側端部に設けられた第２サイドプレートに接触し、前記第１熱交換器と第２熱交換器の前記チューブの積層方向の位置決めをする位置規制部を前記連結部材が備えていること特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の複合型熱交換器。
5. 前記位置規制部が凸形状で、前記側板部に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の複合型熱交換器。