JP2013139917A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ヘッダ30と、複数のチューブと、プレート60を備え、これらがロウ付けによって一体化される熱交換器である。ヘッダは、冷媒を流す主流路が形成されている。複数のチューブは、ヘッダの長さ方向に積層され、ヘッダに端部が差し込まれる。プレートは、複数のチューブとともに、ヘッダに端部が差し込まれる。ヘッダは、連結部50を有する。連結部は、第1の差し込み空間P1と複数の第2の差し込み空間P2とを形成する。第1の差し込み空間は、プレートが差し込まれる空間である。複数の第2の差し込み空間は、複数のチューブがそれぞれ差し込まれる空間である。第1の差し込み空間の奥行き寸法L31は、第2の差し込み空間の奥行き寸法L32より大きい。
【選択図】図14
Description
図1および図2は、熱交換器100の概略構成を示す図である。図1は、熱交換器100の正面図である。熱交換器100は、図1に示す態様で使用される。図2は、図1の熱交換器100を、矢印II方向から見た図(下面視図)である。構成部材が組み立てられた熱交換器100は、図2に示す態様で、炉内に投入され、各構成部材がロウ材によりロウ付けされることにより一体化される。なお、図2の一点鎖線Cは、熱交換器100を水平面に寝かせた状態における、熱交換器100の高さ方向の中心位置である。
扁平多穴管10は、冷媒を内部に通し、空気と冷媒との間で熱交換を行う伝熱管である。扁平多穴管10は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属部材を、押し出し成形をすることによって形成される。以下、図3を用いて、扁平多穴管10の構成を説明する。図3は、図1に示す領域Rの拡大図である。図3に示す扁平多穴管10の厚み方向w10は、図2に示す扁平多穴管10の奥行き方向である。また、図3に示す扁平多穴管10の幅方向L10は、図2に示す扁平多穴管10の高さ方向(上下方向)に対応する。
管端部11は、扁平多穴管10の長手方向両端である。管端部11は、ヘッダ30,40と接合される部分である。扁平多穴管10の長手方向における管端部11の長さ寸法L11は、後述する介在プレート36の厚み寸法t36および接合部材37の厚み寸法t37の和(L11=t36+t37)である(図5および図6参照)。本実施形態では、管端部11の長さ寸法L11は、4.0mm〜5.0mm程度である。管端部11は、端面13を有する。端面13は、扁平多穴管10の厚み方向および幅方向に延びる面である。ここで、扁平多穴管10の幅方向とは、後述する流路穴12a〜12iが並ぶ方向であり、端面13の長手方向(高さ方向)である。また、扁平多穴管10の厚み方向とは、端面13の幅方向である。
複数の流路穴12a〜12iは、端面13に並べて形成される。本実施形態では、端面13に、9つの流路穴12a〜12iが形成されている。具体的に、9つの流路穴12a〜12iは、端面13の長手方向に並べて形成される。すなわち、炉内では、流路穴12a〜12iは、上下方向に並ぶ。流路穴12a〜12iの数は、9つに限定されるものではなく、9つ以上であっても、9つ以下であってもよい。複数の流路穴12a〜12iは、ヘッダ30からヘッダ40に冷媒を流すための冷媒流路を形成する。すなわち、複数の流路穴12a〜12iは、それぞれ、扁平多穴管10の一端側の端面から他端側の端面まで貫通する。各流路穴12a〜12iの直径は、約250μmである。
管平面部14は、図3において、扁平多穴管10の幅方向および長手方向に延びる面である。管平面部14は、矩形である。上述したように、各扁平多穴管10は、互いの管平面部14が平行になるように、ヘッダ30,40に接合される。扁平多穴管10の管平面部14には、伝熱フィン20の山部21または谷部22が接合される。熱交換器100の使用時、管平面部14は、図3における水平方向に生じる空気流れに対して略平行になる。なお、図1では、熱交換器100が、6つの扁平多穴管10を用いる例を示したが、ヘッダ30,40に接合される扁平多穴管10の数は、これに限定されるものではない。
伝熱フィン20は、図1および図3に示すように、ヘッダ30,40の長手方向に沿って積層される複数の扁平多穴管10の間に設けられる。言い換えると、伝熱フィン20は、二つの扁平多穴管10の管平面部14によって挟まれる空間に配置される。伝熱フィン20は、送風機によって供給された空気と熱交換を行う。伝熱フィン20は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属部材から構成される。伝熱フィン20の板厚は、約0.1mmである。伝熱フィン20は、長尺の板状部材が長手方向に波形に折り曲げられることによって形成されるコルゲートフィンである。
ヘッダ30,40は、液状態の冷媒や気液二層状態の冷媒を各扁平多穴管10へ分流し、各扁平多穴管の内部を流れた冷媒を集合させる。具体的に、図1の左側に配置されたヘッダ30には、図1における方向R1から冷媒が送り込まれる。また、ヘッダ30は、当該冷媒を各扁平多穴管10へ分流する。また、図1の右側に配置されたヘッダ40は、各扁平多穴管10を流れ、複数の流路穴12a〜12iから流れ出た冷媒を合流させ、図1における方向R2(方向R1とは逆の方向)へ冷媒を送り出す。
円筒部31は、主として、主流路31aと流路壁31bとからなる。主流路31aは、ヘッダ30の内部に形成された冷媒の通路である。主流路31aは、流路壁31bによって囲われた空間である。主流路31aは、長軸に直交する方向の断面(横断面)が円形状である。主流路31aの直径は、約11mm〜12mmである。主流路31aは、ヘッダ30の長手方向に延びる。すなわち、主流路31aの軸方向と、ヘッダ30の長手方向とは、同一である。主流路31aは、後述する多数の連絡流路34aと連通している。流路壁31bの厚みは、4mm〜6mmである。すなわち、円筒部31の外径は、約19mm〜24mmである。
連通孔形成部32は、円筒部31の側壁と繋がる部分である。また、連通孔形成部32は、ヘッダ30の長手方向に延びる。すなわち、連通孔形成部32の長手方向と、主流路31aの軸方向とは一致する。連通孔形成部32は、矩形の平面部を有する。平面部は、約1.5mm〜3mmの厚み寸法を有する。平面部の長手方向の寸法(長さ寸法)は、円筒部31の長さ寸法と同じである。平面部の高さ寸法は、円筒部31の直径よりわずかに短い。ここで、平面部の高さ方向とは、熱交換器100を水平面に対して寝かせた状態における連通孔形成部32の高さ方向である(図2参照)。すなわち、平面部の高さ方向は、使用時の熱交換器100では、幅方向と一致する。
連結部50は、扁平多穴管10および差し込みプレート60をヘッダ30に連結するための部材である。図5から図7に、連結部50の概略構成を示す。図5は、図2に示す熱交換器100のV−V断面の部分拡大図である。図6は、図1に示す熱交換器100のVI−VI断面の部分拡大図である。図7は、図1に示す熱交換器100のVII−VII断面の部分拡大図である。以下、図5から図7を参照して、ヘッダ30と、扁平多穴管10または差し込みプレート60とを連結する連結部50の全体構成を説明する。なお、ヘッダ40と、扁平多穴管10または差し込みプレート60とを連結する連結部50は、ヘッダ30と、扁平多穴管10または差し込みプレート60とを連結する連結部50の構成と同様である。
スペーサ35は、ヘッダ30と扁平多穴管10との間に、冷媒の集合空間ARを形成する部材である(図5および図6参照)。集合空間ARとは、ヘッダ30を流れる冷媒を分配するための空間、または、各扁平多穴管10が有する複数の冷媒流路12a〜12iを流れた冷媒を集合させる空間である。
介在プレート36は、スペーサ35と接合部材37との間に介在される平板部材である(図5および図9参照)。介在プレート36もまた、ヘッダ30の長手方向に延びる。介在プレート36は、ヘッダ30,40と同じアルミニウム合金である。
接合部材37は、連通孔形成部32、スペーサ35、介在プレート36、および扁平多穴管10の端部の外面に接合され、連通孔形成部32、スペーサ35、介在プレート36、および扁平多穴管10を保持する部材である。接合部材37は、長手方向に直交する方向である高さ方向両端部が折り曲げられることにより、図2に示されるように、側面視でU字型の形状を有する。接合部材37もまた、ヘッダ30の長手方向に延びる。接合部材37は、スペーサ35と同様のクラッド材である。
差し込みプレート60は、熱交換器100の各構成部材の相対位置を変化させずにロウ付けするための部材である。言い換えると、差し込みプレート60は、熱交換器100の各構成部材がロウ付けによって接合されるまでの間、ヘッダ30,40および扁平多穴管10の姿勢を維持させるための部材である。差し込みプレート60は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属性の板状部材である。
差し込みプレート中央部61は、差し込みプレート60の長手方向中央に位置する部分であって、平面部64を有する。平面部64は、矩形であり、長手方向および高さ方向に延びる。高さ方向とは、水平面において長手方向に直交する方向であり、図2に示す熱交換器100を基準にした上下方向である。なお、差し込みプレート中央部61の長手方向の寸法は、扁平多穴管10の管平面部14の長手方向の寸法と同じである。また、差し込みプレート中央部61の高さ方向の寸法L20aは、扁平多穴管10の高さ寸法L10と同じである(図6および図7参照)。
差し込み端部62は、差し込みプレート60の長手方向両端である。差し込み端部62は、ヘッダ30,40に差し込まれ、ヘッダ30,40と接合される部分である。差し込み端部62は、図3および図7に示すように、内側端部(中間部)62aと外側端部(突起部)62bとからなる。すなわち、差し込みプレート60の長手方向における差し込み端部62の寸法L23は、図7に示すように、内側端部62aの長手方向の寸法L21と、外側端部62bの長手方向の寸法L23との和(L23=L21+L22)である。差し込み端部62は、平面視で、外側端部62bを凸とする形状を有する。
内側端部62aは、差し込みプレート60の長手方向において外側端部62bよりも内側に位置する部分である。内側端部62aは、差し込みプレート60の長手方向において、差し込みプレート中央部61に隣接する部分である。内側端部62aは、後述する介在プレート36および接合部材37と接合される部分である。
外側端部62bは、差し込みプレート60の長手方向において、最も外側に位置する端部である。外側端部62bは、後述するスペーサ35と接合される部分である。言い換えると、外側端部62bは、スペーサ孔351に挿入され、スペーサ孔351の内壁35aによって拘束される部分である。
連結部50には、接合部材37、介在プレート36、およびスペーサ35によって、扁平多穴管10または差し込みプレート60を差し込むための差し込み空間P1,P2が形成されている。差し込み空間P1,P2には、図14に示すように、第1の差し込み空間P1と、第2の差し込み空間P2とが含まれる。第1の差し込み空間P1は、差し込みプレート60を差し込むための空間である。第2の差し込み空間P2は、扁平多穴管10を差し込むための空間である。
(6−1)
上記実施形態に係る熱交換器100は、ロウ付けによって一体化される。一般的に、熱交換器は、構成部材が組み立てられ、その後、当該組み立てられた構成部材が炉に投入されることによりロウ付けされる。具体的には、複数の扁平多穴管がヘッダに差し込まれ、図2に示すように、ヘッダの長手方向が水平面に対して水平になるようにコンベア上で寝かされた状態で、組み立てられた構成部材が炉に投入される。ここで、ヘッダおよび扁平多穴管がロウ付けされる前、ヘッダと、ヘッダに差し込まれた扁平多穴管との間には、炉内における扁平多穴管の膨張を考慮した寸法の隙間が形成される(第2の隙間寸法d2)。ヘッダおよび扁平多穴管は、ロウ付け前、当該第2の隙間寸法d2の隙間の間を自由に動く。これにより、ヘッダおよび扁平多穴管は、所望する相対位置とは異なる相対位置へ変化した状態でロウ付けされる場合がある。具体的には、水平面に対して、ヘッダの高さ方向中心位置C(図2参照)が傾く。それにより、扁平多穴管の流路穴とヘッダが有する連通孔とが好適に連通せず、熱交換器の性能を低下させてしまう可能性がある。
また、上記実施形態に係る熱交換器100は、スペーサ孔351の内壁35aと、差し込みプレート60の外側端部62bの側面との間に形成される隙間寸法(第1の隙間寸法)d1は、挿入孔361および嵌入孔371の内壁36a,37aと、差し込みプレート60の外側端部62b以外の部分の側面または扁平多穴管10の側面との間に形成される隙間の寸法(第2の隙間寸法)d2よりも小さい。差し込みプレート60は、第1の差し込み空間P1内でしっかりとヘッダ30,40に固定されているため、ヘッダ30,40は、差し込みプレート60に対して動き難い構成となっている。すなわち、差し込みプレート60が、よりしっかりとヘッダ30,40と接合されることによって、ヘッダ30,40の姿勢は変更しない。これにより、ロウ付け前のヘッダ30,40と扁平多穴管10との相対位置も維持することができ、その結果、熱交換器100の性能を維持させることができる。
上記実施形態では、差し込みプレート60の内側端部62aの寸法L20a,w60aと外側端部62bの寸法L20b,w60bとを異なる寸法にしている。すなわち、差し込みプレート60の端部62の形状は、外側端部62bをスペーサ孔351に差し込ませ、内側端部62aを嵌入孔371および挿入孔361に差し込ませることができるように構成されている。言い換えると、外側端部62bは、差し込みプレート60の凸部となる。ここで、外側端部62bの側面とスペーサ孔351の対向面35aとの間にできる隙間寸法d1が、内側端部62aの側面と嵌入孔371および挿入孔361の対向面37a,36aとの間にできる隙間寸法d2よりも小さくなるように構成している。すなわち、ロウ付け前であっても、外側端部62bは、スペーサ35に対する相対位置を殆ど変化させない。これにより、ロウ付けされるまでヘッダ30,40の姿勢が変動しないため、ヘッダ30,40と扁平多穴管10との相対位置も維持することができる。
(7−1)変形例A
上記実施形態において、連結部50を構成する各部材35,36,37にそれぞれ形成される孔351,361,371の寸法(幅寸法および高さ寸法)が、ほぼ同じであってもよい(図15参照)。この場合であっても、差し込みプレート60がヘッダ30,40に対して深く差し込まれることにより、差し込みプレート60とヘッダ30,40との相対位置を維持することができる。
また、上記実施形態に係る接合部材37において、嵌入孔371の寸法を挿入孔361の寸法に比べて小さくしてもよい。これにより、扁平多穴管10や差し込みプレート60の側面と嵌入孔371の内壁371aとの間にできる隙間d2が小さくなるため、扁平多穴管10や差し込みプレート60に対してヘッダ30,40を移動させ難くすることができる。
また、上記実施形態では、スペーサ35および接合部材37の間に介在プレート36を設けた。ここで、接合部材37および介在プレート36が一体の構成を有していてもよい。
上記実施形態では、スペーサ孔351の寸法が、扁平多穴管10の端部11の寸法より小さい場合を例に挙げたが、スペーサ孔351の寸法は、扁平多穴管10の端部11の寸法より大きくてもよい。この場合であっても、差し込みプレート60によってヘッダ30,40の傾きを抑制することができる。
10 扁平多穴管(チューブ)
11 管端部
12a〜12i 流路穴
13 扁平多穴管の端面
14 扁平多穴管の平面部
20 伝熱フィン
30,40 ヘッダ
31 円筒部
31a 主流路
31b 流路壁
32 連通孔形成部
35 スペーサ
35a 対向面、内壁
351 スペーサ孔(第1の差し込み孔)
36 介在プレート(固定部材)
36a 対向面、内壁
361 挿入孔(第2の差し込み孔)
37 接合部材
37a 対向面、内壁
371 嵌入孔(第2の差し込み孔)
50 連結部
60 差し込みプレート(プレート)
61 中央部(本体部)
62 差し込み端部
62a 内側端部(中間部)
62b 外側端部(突起部)
AR 集合空間
d1 第1の隙間寸法
d2 第2の隙間寸法
P1 第1の差し込み空間
P2 第2の差し込み空間
Claims (5)
- 冷媒を流す主流路(31b)が形成されたヘッダ(30)と、
前記ヘッダの長さ方向に積層され、前記ヘッダに端部が差し込まれる複数のチューブ(10)と、
前記複数のチューブとともに、前記ヘッダに端部が差し込まれるプレート(60)と、
を備え、ロウ付けによって一体化される熱交換器であって、
前記ヘッダは、前記プレートが差し込まれる第1の差し込み空間(P1)と前記複数のチューブがそれぞれ差し込まれる複数の第2の差し込み空間(P2)とを形成する連結部(50)を有し、
前記第1の差し込み空間の奥行き寸法(L31)は、前記第2の差し込み空間の奥行き寸法(L32)より大きい、
熱交換器。 - 前記ヘッダは、前記主流路の軸方向に対して交差する方向から前記主流路に連通する連通孔(34)が形成された連通孔形成部(32)をさらに有し、
前記チューブの端部は、前記冷媒を通す複数の流路穴(12)が第1方向に並んで形成されている端面(11)を有し、
前記連結部は、
前記連結孔形成部と前記チューブの端部とを接合するための接合部材(37)と、
前記連通孔形成部および前記チューブの端面の間に配置され、前記冷媒を集める集合空間を形成するスペーサ(35)と、
前記接合部材と前記スペーサとの間に配置され、前記接合部材の外側から前記スペーサに向けて延びる前記プレートおよび前記チューブを固定する固定部材(36)と、
を有し、
前記第1の差し込み空間は、前記接合部材、前記固定部材、および前記スペーサによって形成され、
前記第2の差し込み空間は、前記接合部材および前記固定部材によって形成される、
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記第1の差し込み空間は、前記第2の差し込み空間を包含する空間である、
請求項2に記載の熱交換器。 - 前記プレートの端部は、
前記プレートの長さ方向において最も端に位置し、本体部の寸法とは異なる第1の寸法を有する突起部(62b)と、
前記プレートの長さ方向において前記突起部と前記本体部との間に位置し、前記本体部と同一の第2の寸法を有する中間部(62a)と、
を有し、
前記突起部は、前記第1の差し込み空間を構成する孔である第1の差し込み孔(351)によって固定され、前記中間部は、前記第2の差し込み空間を構成する孔である第2の差し込み孔(361,371)によって固定される、
請求項3に記載の熱交換器。 - 前記突起部の側面と前記第1の差し込み孔の内壁(35a)との間に形成される第1の隙間の寸法(d1)は、前記中間部の側面と第2の差し込み孔の内壁(36a,37a)との間に形成される第2の隙間の寸法(d2)より小さい、
請求項4に記載の熱交換器。
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