JP2014031898A

JP2014031898A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2014031898A
Application number: JP2012170953A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kaitani; 雄一回谷
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2032-08-01
Also published as: DE112013003826T5; US9846000B2; WO2014021026A1; US20150211810A1; JP5747879B2

Abstract

【課題】高圧の冷媒が流れる方の連通孔の周囲を確実に高い気密性でロウ付けできる。
【解決手段】一対の第１連通孔３４，４４と一対の第２連通孔３５，４５をそれぞれ有するプレート３，４を交互に積層し、隣り合うプレート３，４間に第１冷媒流路８１と第２冷媒流路８２を交互に設け、第１冷媒流路８１内の各第１連通孔３４，４４の周囲に第１スペーサ５を介在し、第２冷媒流路８２内で、且つ、各第１連通孔３４，４４の周囲に対応する位置に第２スペーサ６を介在する。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１冷媒と第２冷媒を流し、第１冷媒と第２冷媒の間で熱交換を行う熱交換器に関する。

この種の従来の熱交換器としては、特許文献１に開示されたものがある。この熱交換器１００は、図１１〜図１３に示すように、第１プレート１０１と第２プレート１０２が交互に積層されると共に、各プレート１０１，１０２には、一対の第１連通孔１０３と一対の第２連通孔１０４がそれぞれ形成されている。各プレート１０１，１０２は、積層方向の同一方向に向かって突出する外周壁１０５をそれぞれ有し、隣り合う外周壁１０５同士が互いに当接している。また、隣り合うプレート１０１，１０２の間には、第１冷媒流路１０６と第２冷媒流路１０７が交互に設けられている。第１冷媒流路１０６には、各第１連通孔１０３が開口し、各第２連通孔１０４が閉口し、第２冷媒流路１０７には、各第２連通孔１０４が開口し、各第１連通孔１０３が閉口している。

上記構成において、冷媒用入口部１０８を介して流入する第１冷媒は、一方の第１連通孔１０３より各第１冷媒流路１０６にそれぞれ流入し、各第１冷媒流路１０６を流れた後に他方の第１連通孔１０３より冷媒用出口部１０９を介して流出する。冷却水用入口部１１０を介して流入する第２冷媒は、一方の第２連通孔１０４より各第２冷媒流路１０７にそれぞれ流入し、各第２冷媒流路１０７を流れた後に他方の第２連通孔１０４より冷却水用出口部１１１を介して流出する。第１冷媒と第２冷媒は、第１冷媒流路１０６と第２冷媒流路１０７をそれぞれ流れる過程で第１プレート１０１若しくは第２プレート１０２を介して熱交換する。

上記した積層形の熱交換器１００では、ロウ付け時に治具などで第１プレート１０１と第２プレート１０２の積層方向に荷重をかけることにより、接合したい箇所を密着させた状態で、第１プレート１０１と第２プレート１０２間をロウ付けによって固定する。このとき、積層方向に作用させる前記荷重は、第１プレート１０１及び第２プレート１０２が変形しない範囲であれば、大きい方が接合したい箇所の密着度合いが増すため好ましい。

また、第１プレート１０１及び第２プレート１０２は、第１連通孔１０３や第２連通孔１０４が開口された箇所の強度が他の箇所に較べて弱く、且つ、第１連通孔１０３と第２連通孔１０４の内で高圧の冷媒が流れる方の周辺を確実にロウ付けし、高い気密構造とする必要がある。具体的には、第１冷媒流路１０６に高圧の冷媒が流れる場合には、第１連通孔１０３と第１冷媒流路１０６が高い気密性で遮蔽されるようロウ付けする必要がある。

特開２００７‐２０５６３４号公報

しかしながら、前記従来例の熱交換器１００では、ロウ付け時に第１プレート１０１と第２プレート１０２の積層方向に荷重をかける際、第１連通孔１０３や第２連通孔１０４が開口された箇所の強度に対応する荷重、即ち比較的小さい荷重しか作用させることができず、接合箇所を十分に密着させることが難しいため、高圧の冷媒が流れる方の連通孔１０３の周囲を確実に高い気密性でロウ付けできないという問題がある。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、高圧の冷媒が流れる方の連通孔の周囲を確実に高い気密性でロウ付けできる熱交換器を提供することを目的とする。

本発明は、一対の第１連通孔と一対の第２連通孔をそれぞれ有する第１プレートと第２プレートを交互に積層し、隣り合う前記第１プレートと前記第２プレートの間に第１冷媒流路と第２冷媒流路を交互に設け、前記第１冷媒流路には前記各第１連通孔が開口し、且つ、前記各第２連通孔が閉口し、前記第２冷媒流路には前記各第２連通孔が開口し、且つ、前記各第１連通孔が閉口し、第２冷媒に較べて高圧の第１冷媒が一方の前記第１連通孔より前記各第１冷媒流路にそれぞれ流入し、前記各第１冷媒流路を流れた前記第１冷媒が他方の前記第１連通孔より流出し、第１冷媒に較べて低圧の第２冷媒が一方の前記第２連通孔より前記各第２冷媒流路にそれぞれ流入し、前記各第２冷媒流路を流れた前記第２冷媒が他方の前記第２連通孔より流出する熱交換器であって、前記第１冷媒流路内の前記各第１連通孔の周囲に第１スペーサを介在し、前記第２冷媒流路内で、且つ、前記各第１連通孔の周囲に対応する位置に第２スペーサを介在したことを特徴とする。

前記第１スペーサは、前記第１連通孔と前記第１冷媒流路間の第１冷媒の流れを許容することが好ましい。前記第１スペーサは、前記第１連通孔の位置より両端方向への第１冷媒の流れを阻止することが好ましい。前記第１スペーサは、前記第２連通孔の周囲にも介在することが好ましい。前記第１冷媒流路内には、インナーフィンが配置され、前記第１スペーサは、前記インナーフィンの外周を囲むことが好ましい。前記第１プレート及び前記第２プレートは、積層方向の同一方向に向かって突出する外周壁をそれぞれ有し、前記各外周壁には隣り合うもの同士が互いに当接する段差部が設けられることが好ましい。

本発明によれば、第１スペーサが高圧の冷媒が流れる第１冷媒流路内の各第１連通孔の周囲に介在すると共に、第２スペーサが第２冷媒流路内で、且つ、各第１連通孔の周囲に対応する位置に介在することにより、第１プレート及び第２プレートの各第１連通孔が開口された箇所を補強できるので、プレートの積層方向に荷重が作用する場合に、第１プレート及び第２プレートの各第１連通孔の周囲の座屈を防止できる。これにより、プレートを積層してロウ付けする際、プレートの積層方向に比較的大きな荷重をかけて接合箇所を十分に密着させることができるので、高圧の冷媒が流れる第１連通孔と第１冷媒流路の周辺を確実に高い気密性でロウ付けできる。

本発明の一実施形態を示し、熱交換器の一部分解斜視図である。本発明の一実施形態を示し、熱交換器が適用された車両用熱交換システムの構成図である。本発明の一実施形態を示し、熱交換器の全体斜視図である。本発明の一実施形態を示し、熱交換器の正面図である。本発明の一実施形態を示し、図４のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。本発明の一実施形態を示し、図５のＢ部を拡大して示す横断面図である。本発明の一実施形態を示し、図６のＣ部をさらに拡大して示す横断面図である。本発明の一実施形態を示し、第１スペーサ及びインナーフィンの平面図である。本発明の一実施形態を示し、第１スペーサ及びインナーフィンの分解斜視図である。一実施形態の変形例に係る第１スペーサ及びインナーフィンの平面図である。従来例の熱交換器の全体斜視図である。図１１のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。図１１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（一実施形態）
図１〜図９は本発明の一実施形態を示す。

本実施形態の水冷コンデンサ１（熱交換器）は、図２に示すように、車両用熱交換システム２に適用される。この車両用熱交換システム２は、本実施形態の水冷コンデンサ１と、エンジン２０の冷却水を冷却するメインラジエータ２１と、水冷チャージエアクーラ２２（水冷ＣＡＣ）用の冷媒を冷却するサブラジエータ２３と、車室内空調用の冷媒を冷却する空冷コンデンサ２４とを備えている。

メインラジエータ２１は、モータファン２５の冷却風の上流側に設けられている。メインラジエータ２１は、その内部をエンジン２０の冷却水が流れる複数のチューブ（図示せず）を有し、チューブの外側を流れる冷却風との間で熱交換を行う。エンジン用の冷却水は、ポンプ２６によって循環される。

サブラジエータ２３は、メインラジエータ２１の冷却風の上流面側で、且つ、上半分領域に配置されている。サブラジエータ２３は、その内部を水冷チャージエアクーラ２２用の第２冷媒である冷却水が流れる複数のチューブ（図示せず）を有し、チューブの外側を流れる冷却風との間で熱交換を行う。水冷チャージエアクーラ２２用の冷却水は、ポンプ２９によって循環される。エンジン２０に供給する空気は、排気を利用してターボ部２７で圧縮するために吸気は高温になるので、この高温の圧縮空気を水冷チャージエアクーラ２２で冷却する。これにより、吸気を冷却することでエンジン２０に供給する空気密度を向上できるので、エンジン２０の燃焼効率が向上する。つまり、水冷チャージエアクーラ２２は、エンジン２０に供給する圧縮吸気と冷却水の間で熱交換し、エンジン２０の吸気を冷却する。

空冷コンデンサ２４は、メインラジエータ２１の冷却風の上流面側で、且つ、下半分領域に配置されている。空冷コンデンサ２４は、その内部を第１冷媒である空調用冷媒が流れる複数のチューブ（図示せず）を有し、チューブの外側を流れる冷却風との間で熱交換を行う。

次に、本実施形態の水冷コンデンサ１について説明する。水冷コンデンサ１と空冷コンデンサ２４とは、図２に示すように、水冷コンデンサ１を上流として冷凍サイクル内に直列に接続されている。冷凍サイクルの圧縮機２８によって高温高圧とされた第１冷媒である空調用冷媒は、先ず水冷コンデンサ１に流入し、その後、空冷コンデンサ２４へ流出する。サブラジエータ２３で冷却された第２冷媒である冷却水は、水冷コンデンサ１に流入し、空調用冷媒との熱交換を行なった後、水冷チャージエアクーラ２２に流入する。

本実施形態の水冷コンデンサ１は、図１及び図５などに示すように、交互に積層される第１プレート３と第２プレート４と、第１プレート３及び第２プレート４間に交互に介在する第１スペーサ５と第２スペーサ６と、第１スペーサ５により外周が囲まれるインナーフィン７とを備えている。これらの各部品間は、全ての当接面でロウ付けによって固定されている。

第１プレート３及び第２プレート４は、図５〜図７に示すように、積層方向の同一方向に向かって突出する外周壁３１，４１をそれぞれ有し、各外周壁３１，４１には隣り合うもの同士が互いに当接する段差部３２，４２が設けられる。各プレート３，４には、後述する第２冷媒流路８２側に突出し、先端が互いに当接する複数のビート３３，４３（突起）を備え、これらのビート３３，４３同士の当接面もロウ付けされる。

第１プレート３と第２プレート４は、空調用冷媒が流れる一対の第１連通孔３４，４４と、冷却水が流れる一対の第２連通孔３５，４５をそれぞれ有する。交互に積層される状態で隣り合う第１プレート３と第２プレート４の間には、図１の実線の矢印で示すように、空調用冷媒が流れる第１冷媒流路８１と、図１の破線の矢印で示すように、冷却水が流れる第２冷媒流路８２が交互に設けられている。

第１プレート３と第２プレート４の内、第１連通孔３４，４４周囲の円環状の各突出縁部３４ａ，４４ａは、第２冷媒流路８２内に突出し、この第２冷媒流路８２内で互いに重なり合う状態でロウ付け結合される。同様に、第２連通孔３５，４５周囲の円環状の各突出縁部３５ａ，４５ａは、第１冷媒流路８１内に突出し、この第１冷媒流路８１内で互いに重なり合う状態でロウ付け結合される。

これによって、第１冷媒流路８１には、各第１連通孔３４，４４が開口し、且つ、各第２連通孔３５，４５が閉口し、冷却水に較べて高圧の空調用冷媒が一方の第１連通孔３４，４４より各第１冷媒流路８１にそれぞれ流入し、各第１冷媒流路８１を流れた空調用冷媒が他方の第１連通孔３４，４４より流出する。一方、第２冷媒流路８２には、各第２連通孔３５，４５が開口し、且つ、各第１連通孔３４，４４が閉口し、空調用冷媒に較べて低圧の冷却水が一方の第２連通孔３５，４５より各第２冷媒流路８２にそれぞれ流入し、各第２冷媒流路８２を流れた冷却水が他方の第２連通孔３５，４５より流出する。

第１プレート３と第２プレート４の積層方向の一端（図５の下端）には、空調用冷媒が流出入する冷媒用入口部８１ａ及び冷媒用出口部８１ｂと、冷却水が流出入する冷却水用入口部８２ａ及び冷却水用出口部８２ｂとがそれぞれ突設されている。第１プレート３と第２プレート４の積層方向の他端（図５の上端）には、一対の第１連通孔３４，４４と一対の第２連通孔５５の各端部を塞ぐパッチエンド８３及びフランジ部８４が設けられている。

インナーフィン７は、第１冷媒流路８１内に配置されている。インナーフィン７と各プレート３，４の当接面もロウ付けされる。

第１スペーサ５は、第１冷媒流路８１内に配置されている。第１スペーサ５は、インナーフィン７を収容するフィン収容開口部５３と、各プレート３，４の一対の第１連通孔３４，４４に対応する位置に設けられた一対の第１連通孔５４と、各プレート３，４の一対の第２連通孔３５，４５に対応する位置に設けられた一対の第２連通孔５５を有している。第１スペーサ５は、インナーフィン７の全周を囲むように配置されている。各第１連通孔５４は、フィン収容開口部５３に開放している。これにより、空調用冷媒は、第１冷媒流路８１に流出入できるようになっているが、各第１連通孔３４，４４の位置より両端方向に流れないようになっている。各第２連通孔５５は、プレート３，４の第２連通孔３５，４５周囲の各突出縁部３５ａ，４５ａより大径に設けられている。これにより、第１スペーサ５は、第２連通孔３５，４５の突出縁部３５ａ，４５ａを囲むように配置される。

第２スペーサ６は、第２冷媒流路８２内に配置されている。第２スペーサ６は、円環状である。第２スペーサ６は、各プレート３，４の一対の第１連通孔３４，４４の周囲に対応する位置に配置されている。第２スペーサ６の内周径は、プレート３，４の第１連通孔３４，４４周囲の各突出縁部３４ａ，４４ａより大径に設けられている。これにより、第２スペーサ６は、第１連通孔３４，４４の突出縁部３４ａ，４４ａを囲むように配置される。

上記構成において、冷凍サイクルの圧縮機２８によって高温高圧のガス状態にされた空調用冷媒は、先ず水冷コンデンサ１に流入し、冷媒用入口部部８１ａを介して水冷コンデンサ１の一方の第１連通孔３４，４４，５４に流入する。その後、空調用冷媒は、第１プレート３と第２プレート４の間の第１冷媒流路８１を流れ、他方の第１連通孔３４，４４，５４より冷媒用出口部部８１ｂを介して空冷コンデンサ２４へ流出する。

一方、サブラジエータ２３で冷却された冷却水は、冷却水用入口部８２ａを介して水冷コンデンサ１の第２連通孔３５，４５，５５に流入する。その後、第１プレート３と第２プレート４の間の第２冷媒流路８２を流れ、他方の第２連通孔３５，４５，５５より冷却水用出口部８２ｂを介して流出し、ポンプ２９を介して水冷チャージエアクーラ２２に流入する。これにより、空調用冷媒と冷却水は、水冷コンデンサ１の第１冷媒流路８１と第２冷媒流路８２をそれぞれ流れる過程で第１プレート３若しくは第２プレート４を介して熱交換する。

次に、水冷コンデンサ１の製造を簡単に説明する。各部品の互いの当接箇所には基本的にロウ材を塗布し、ロウ材を塗布した各部品を所定位置として積層配置される。治具などでプレート３，４の積層方向に比較的大きな荷重をかけて、ろう材接合箇所を十分に密着させる。

ここで、プレート３、４の間には積層方向の全段にわたり第１スペーサ５または第２スペーサ６が介在し、具体的には、第１スペーサ５が第１冷媒流路８１内の各第１連通孔３４，４４の周囲に介在すると共に、第２スペーサ６が第２冷媒流路８２内で、且つ、各第１連通孔３４，４４の周囲に対応する位置に介在することにより、プレート３，４の第１連通孔３４，４４が開口された箇所を補強できるので、プレート３，４の積層方向に大きな荷重を作用させても、プレート３，４の各第１連通孔３４，４４の周囲の座屈を防止できる。さらに、第１スペーサ５がプレート３，４の第２連通孔３５，４５の周囲にも介在するので、プレート３、４の各第２連通孔３５，４５が開口された箇所も補強できる。

以上より、プレート３，４を積層してロウ付けする際、プレート３，４の積層方向に比較的大きな荷重をかけて接合箇所を十分に密着させることができるため、高圧の冷媒が流れる第１連通孔３４，４４と第１冷媒流路８１の周辺を確実に高い気密性でロウ付けできる。

又、ロウ付け時にプレート３、４の積層方向へ加える荷重の許容範囲が広がるため、当該水冷コンデンサ１の製作が容易である。

第１スペーサ５がプレート３，４の第１連通孔３４，４４と第１冷媒流路８１間の空調用冷媒の流れを許容し、空調用冷媒が第１冷媒流路８１へ流出入するのを妨げないので、空調用冷媒が第１冷媒流路８１内にて円滑に流れる。

第１連通孔３４，４４の位置より両端方向への空調用冷媒の流れが第１スペーサ５の第１連通孔５４及びフィン収容開口部５３の端面で阻止されるので、空調用冷媒が第１冷媒流路８１の両端付近で滞留するのを防止でき、熱交換の効率低下を防止できる。

空調用冷媒が流れる第１冷媒流路８１は、インナーフィン７により伝熱面積が増加するため、より効果的に空調用冷媒の熱交換効率を向上できる。また、インナーフィン７の高さとこのインナーフィン７の外周を囲む第１スペーサ５の厚さを適切に設定することにより、ロウ付け時に積層方向へ作用する荷重によるインナーフィン７の座屈を防止できるので、プレート３、４の積層方向へ十分な荷重に加えることによりインナーフィン７とプレート３，４を十分に密着させて確実にロウ付けを行うことができる。あるいは、前記荷重に対するインナーフィン７の強度が向上する分、プレート３，４の板厚を薄くすることにより、軽量化を図ることもできる。

第１プレート３及び第２プレート４の外周にそれぞれ設けられる外周壁３１，４１の段差部３２，４２同士が互いに当接するので、積層される第１プレート３と第２プレート４間のはめ込み代を適正に保つことができ、プレート３，４の組み付け精度が向上する。また、プレート３，４の外周壁３１，４１間にロウを溜める隙間が形成されるので、ロウ付け性の向上を図ることもできる。

なお、板厚の比較的大きい第１スペーサ５と第２スペーサ６に両面ロウ材の３層材を用いることにより、特に耐圧強度が要求される冷媒側においてロウ材不足を解消できる。

（変形例）
図１０は、前記実施形態の変形例に係る第１スペーサ５Ａとインナーフィン７を示す。図１０に示すように、変形例の第１スペーサ５Ａは、インナーフィン７を囲む枠体５６と、この枠体５６にそれぞれ連結され、各第２連通孔５５の全周囲を囲む一対の円環部５７と、枠体５６と円環部５７を連結する連結部５８とから構成されている。枠体５６内には、一対の第１連通孔５４が設けられると共に、第１連通孔３４，４４の位置より両端方向への第１冷媒の流れが枠体５６により阻止される。

他の構成は、前記実施形態のものと同様であるため、重複説明を回避するため、説明を省略する。又、図面には、前記実施形態と同一構成箇所に同一符号を付して明確化を図る。

この変形例の第１スペーサ５Ａでは、前記実施形態のものと比較して軽量化を図ることができる。又、枠体５６と一対の円環部５７とが細い連結部５８で連結された構造であるため、材料の歩留まりを改善することもできる。

１水冷コンデンサ（熱交換器）
３第１プレート
４第２プレート
５，５Ａ第１スペーサ
６第２スペーサ
７インナーフィン
３１，４１外周壁
３２，４２段差部
３４，４４第１連通孔
３５，４５第２連通孔
８１第１冷媒流路
８２第２冷媒流路

Claims

一対の第１連通孔（３４），（４４）と一対の第２連通孔（３５），（４５）をそれぞれ有する第１プレート（３）と第２プレート（４）を交互に積層し、
隣り合う前記第１プレート（３）と前記第２プレート（４）の間に第１冷媒流路（８１）と第２冷媒流路（８２）を交互に設け、
前記第１冷媒流路（８１）には前記各第１連通孔（３４），（４４）が開口し、且つ、前記各第２連通孔（３５），（４５）が閉口し、
前記第２冷媒流路（８２）には前記各第２連通孔（３５），（４５）が開口し、且つ、前記各第１連通孔（３４），（４４）が閉口し、
第２冷媒に較べて高圧の第１冷媒が一方の前記第１連通孔（３４），（４４）より前記各第１冷媒流路（８１）にそれぞれ流入し、前記各第１冷媒流路（８１）を流れた前記第１冷媒が他方の前記第１連通孔（３４），（４４）より流出し、
第１冷媒に較べて低圧の第２冷媒が一方の前記第２連通孔（３５），（４５）より前記各第２冷媒流路（８２）にそれぞれ流入し、前記各第２冷媒流路（８２）を流れた前記第２冷媒が他方の前記第２連通孔（３５），（４５）より流出する熱交換器（１）であって、
前記第１冷媒流路（８１）内の前記各第１連通孔（３４），（４４）の周囲に第１スペーサ（５），（５Ａ）を介在し、
前記第２冷媒流路（８２）内で、且つ、前記各第１連通孔（３４），（４４）の周囲に対応する位置に第２スペーサ（６）を介在したことを特徴とする熱交換器（１）。
請求項１記載の熱交換器（１）であって、
前記第１スペーサ（５），（５Ａ）は、前記第１連通孔（３４），（４４）と前記第１冷媒流路（８１）間の第１冷媒の流れを許容することを特徴とする熱交換器（１）。
請求項１又は請求項２記載の熱交換器（１）であって、
前記第１スペーサ（５），（５Ａ）は、前記第１連通孔（３４），（４４）の位置より両端方向への第１冷媒の流れを阻止することを特徴とする熱交換器（１）。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱交換器（１）であって、
前記第１スペーサ（５），（５Ａ）は、前記第２連通孔（３５），（４５）の周囲にも介在したことを特徴とする熱交換器（１）。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱交換器（１）であって、
前記第１冷媒流路（８１）内には、インナーフィン（７）が配置され、前記第１スペーサ（５），（５Ａ）は、前記インナーフィン（７）の外周を囲むことを特徴とする熱交換器（１）。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の熱交換器（１）であって、
前記第１プレート（３）及び前記第２プレート（４）は、積層方向の同一方向に向かって突出する外周壁（３１），（４１）をそれぞれ有し、前記各外周壁（３１），（４１）には隣り合うもの同士が互いに当接する段差部（３２），（４２）が設けられたことを特徴とする熱交換器（１）。