JP2016161161A

JP2016161161A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2016161161A
Application number: JP2015037928A
Authority: JP
Inventors: 哲佐久間; Satoru Sakuma; 裕之大野; Hiroyuki Ono
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-09-05

Abstract

【課題】衝撃に対する強度を高められる熱交換器を提供すること。【解決手段】熱交換器１０は、複数の通孔２１が並んで延びる対の流路層１、２が一体に形成される積層一体チューブ２０と、積層一体チューブ２０の端部に配置されて一方の流路層２に並ぶ通孔２１に導かれる冷媒（第１流体）が通過する第１タンク３０と、積層一体チューブ２０の側部に配置されて他方の流路層１に並ぶ通孔２１に導かれる冷却液（第２流体）が通過する第２タンク４０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、２つの流体の間で熱交換が行われる熱交換器に関する。

特許文献１には、高温の冷媒と冷却水との間で熱交換が行われる熱交換器が開示されている。

上記熱交換器は、内部に冷媒が流れる扁平多孔チューブと、扁平多孔チューブのまわりに冷却水が流れる流路を形成するケーシングと、を備える。

扁平多孔チューブは、その内部に長手方向に貫通する複数の流体流通孔が形成されている。

ケーシングは、その内部に積層される扁平多孔チューブを収容し、扁平多孔チューブの端部が挿入される開口を有する。ケーシングの開口と扁平多孔チューブとの間には、両者をロウ付けによって接合する接合部が形成される。

特開２００７−１７１３２号公報

しかしながら、このような従来の熱交換器にあっては、ケーシングと扁平多孔チューブとの間にあるような、接合部を多く持つほど、強度を高めることが難しいという課題がある。

本発明のある態様によれば、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、複数の通孔が並んで延びる対の流路層が一体に形成される積層一体チューブと、積層一体チューブの端部に配置されて一方の流路層に並ぶ通孔に導かれる第１流体が通過する第１タンクと、積層一体チューブの側部に配置されて他方の流路層に並ぶ通孔に導かれる第２流体が通過する第２タンクと、を備えることを特徴とする熱交換器が提供される。

上記態様によれば、積層一体チューブには、第１タンクを介して第１流体が流れる通孔が並ぶ流路層と、第２タンクを介して第２流体が流れる通孔が並ぶ流路層と、が一体に形成されるので、接合部を減らすことができる。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。熱交換器を分解した状態を示す斜視図である。積層一体チューブを示す平面図である。図３のIＶ−IＶ線に沿う熱交換器の断面図である。図３のＶ−Ｖ線に沿う熱交換器の断面図である。図３のＶI−ＶI線に沿う熱交換器の断面図である。第１実施形態の変形例を示す熱交換器の断面図である。本発明の第２実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。熱交換器を分解した状態を示す斜視図である。第２実施形態の変形例を示す積層一体チューブの斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１〜図６に示す熱交換器１０は、車両の空気調和装置（図示省略）に設けられるコンデンサである。空気調和装置のコンプレッサ（図示省略）から送られる高温高圧のガス冷媒（第１流体）は、熱交換器１０にて冷却液（第２流体）に放熱することによって凝縮液化する。

図１、図２に示すように、熱交換器１０は、多孔材からなる箱形の積層一体チューブ２０と、積層一体チューブ２０の両端部に配置される一対の第１タンク３０と、積層一体チューブ２０の側部に配置される一対の第２タンク４０と、を備える。

冷媒は、矢印Ａで示すように一方の第１タンク３０に流入した後に、積層一体チューブ２０の内部を通過して、他方の第１タンク３０から流出する。冷却液は、矢印Ｂで示すように一方の第２タンク４０に流入した後に、積層一体チューブ２０の内部を通過して、他方の第２タンク４０から流出する。積層一体チューブ２０では、冷媒と冷却液とが互いに逆方向に流れ、両者の間で熱交換が行われる。

図３に示すように、積層一体チューブ２０は、長手方向(図３では横方向)に並ぶ５つの流路層１〜５を有する。積層一体チューブ２０は、流路層１〜５の通孔２１が互いに平行に延びている。各通孔２１は、積層一体チューブ２０を貫通している。

図４に示すように、流路層１〜５には、３つの通孔２１が短手方向(図３では縦方向)に並んでいる。積層一体チューブ２０は、縦方向に延びる６つの縦壁部２２と、横方向に延びる４つの横壁部２３と、からなる格子状の断面形状を有する。各縦壁部２２と各横壁部２３とは、互いに直交している。各通孔２１は、略四角形の断面形状を有する。

積層一体チューブ２０には、第２流路１２を構成する３つの流路層１、３、５と、第１流路１１を構成する２つの流路層２、４とが交互に並ぶにように配置される。

積層一体チューブ２０の両側と中央に設けられる３つの流路層１、３、５では、冷却液が矢印Ｂで示すように各通孔２１を流れる。流路層２、４では、冷媒が矢印Ａで示すように各通孔２１を流れる。

なお、積層一体チューブ２０は、これに限らず、第１流路１１を構成する２つの流路層と、第２流路１２を構成する２つの流路層とが交互に並ぶように配置されるものであってもよい。また、積層一体チューブ２０における各通孔２１の本数及び配置は、上述した構成に限らず、第１流路１１及び第２流路１２を流れる流体の流量、温度などの条件に応じて任意に設定される。

図２、図３に示すように、積層一体チューブ２０は、全ての流路層１〜５が形成される本体部２８と、本体部２８の両端から突出して流路層２、４のみが形成される２対の突出部２６と、を有する。

本体部２８は、突出部２６に対する段差として延びる両端面２５を有する。両端面２５には、第２流路１２を構成する流路層１、３、５の通孔２１がそれぞれ開口している。

各突出部２６は、本体部２８から延びる２つの縦壁部２２と、４つの横壁部２３と、その先端に延びる先端面２７と、を有する。各先端面２７には、第１流路１１を構成する流路層２、４の通孔２１がそれぞれ開口している。

積層一体チューブ２０を形成する際には、まず、アルミ材などの金属材を押し出し成形することによって積層一体チューブ２０の母材が形成される。続いて、母材を長手方向に所定の長さで切断することによって、６つの長方形の端面で囲まれたブロック材が形成される。続いて、ブロック材の両端部を部分的に切削などの手段で削り取ることによって、本体部２８から突出した各突出部２６を有する積層一体チューブ２０が形成される。

熱交換器１０は、各突出部２６に嵌合して本体部２８の両端面２５に接合されるエンドプレート５０を備える。本体部２８の両端面２５に開口する各通孔２１は、各エンドプレート５０によってそれぞれ閉塞される。

エンドプレート５０は、各突出部２６に嵌合される２つの開口部５１を有する。図５に示すように、エンドプレート５０の開口部５１と突出部２６の各側面３７との間には、両者をロウ付けによって接合する接合部５２が形成される。図６に示すように、エンドプレート５０と本体部２８の端面２５との間には、両者をロウ付けによって接合する接合部５３が形成される。積層一体チューブ２０とエンドプレート５０との間は、接合部５２及び接合部５３によって密封される。

一対の第１タンク３０は、各突出部２６に嵌合して接合される。突出部２６の先端面２７に開口される各通孔２１は、第１タンク３０内に臨む。各第１タンク３０は、第１流路１１の一部１１Ａ（分流部、集合部）を構成する。

第１タンク３０は、突出部２６に接合されるタンクプレート３１と、タンクプレート３１に接合される半円筒状のタンク壁部材３２と、タンク壁部材３２の一端から突出する筒状の管部３３と、を有する。各管部３３には、冷媒通路を構成する配管（図示省略）がそれぞれ接続される。

タンクプレート３１は、各突出部２６に嵌合される２つの開口部３５を有する。開口部３５と突出部２６の各側面３７との間には、両者をロウ付けによって接合する接合部３６が形成される。積層一体チューブ２０と第１タンク３０との間は、接合部３６によって密封される。

一対の第２タンク４０は、一対の第１タンク３０の間に配置され、本体部２８の側面２９に接合される。各第２タンク４０は、第２流路１２の一部１２Ａ（分流部、集合部）を構成する。

第２タンク４０は、本体部２８の側面２９に接合されるタンクプレート４１と、タンクプレート４１に接合される半円筒状のタンク壁部材４２と、タンク壁部材４２の一端から突出する筒状の管部４３と、を有する。各管部４３には、エンジンの冷却液通路を構成する配管（図示省略）がそれぞれ接続される。

タンクプレート４１と本体部２８の側面２９との間には、両者をロウ付けによって接合する接合部４５が形成される。積層一体チューブ２０と第２タンク４０との間は、接合部４５によって密封される。

なお、第２タンク４０は、上述した構成に限らず、タンクプレート４１を廃止し、半筒状のタンク壁部材４２の開口端を本体部２８の側面２９に接合してもよい。

図４に示すように、タンクプレート４１には、３つの連通孔４４が形成される。積層一体チューブ２０には、各連通孔４４の延長上（同心上）に並ぶ位置に９対の連通孔２４が形成される。各連通孔２４は、各横壁部２３に開口される。本体部２８の側面２９に開口する連通孔２４は、タンクプレート４１に開口する連通孔４４に重なるようにして接続される。各流路層１、３、５において、縦方向に並ぶ３つの通孔２１は、各連通孔２４を介して第２タンク４０に連通される。

熱交換器１０の製造時には、積層一体チューブ２０、エンドプレート５０、第１タンク３０、第２タンク４０を組み立てる。こうして組み立てたものを炉（図示省略）に搬送して加熱処理をし、各部材をロウ付けによって接合する。こうして製造した熱交換器１０は、空気調和装置のコンデンサとして車両に搭載される。

熱交換器１０の作動時に、エンジンのポンプからラジエータ（図示省略）を介して送られる冷却液は、冷却液通路を通じて第２流路１２を循環する。第２流路１２において、冷却液通路から矢印Ｂで示すように第２タンク４０内に流入する冷却液は、第２タンク４０内から積層一体チューブ２０の各連通孔２４を通じて流路層１、３、５に設けられる３つの通孔２１に分流する。各通孔２１を流れた冷却液は、各連通孔２４及び連通孔４４を通じて他方の第２タンク４０内に流入した後に、第２タンク４０から冷却液通路へと流出する。

一方、空気調和装置のコンプレッサから送られる冷媒は、冷媒通路を通じて第１流路１１を循環する。第１流路１１において、冷媒通路を通じて矢印Ａで示すように第１タンク３０内に流入する冷媒は、第１タンク３０内から積層一体チューブ２０の流路層２、４に設けられる３つの通孔２１に分流する。各通孔２１を流れた冷媒は、他方の第１タンク３０内で合流した後に、第１タンク３０から冷媒通路へと流出する。高温高圧のガス冷媒は、流路層２、４の各通孔２１を流れる過程で流路層１、３、５の各通孔２１を流れる冷却液に放熱して冷却される。

次に、第１実施形態の効果について説明する。

本実施形態によれば、複数の通孔２１が並んで延びる対の流路層１、２が一体に形成される積層一体チューブ２０と、積層一体チューブ２０の端部に配置されて一方の流路層２に並ぶ通孔２１に導かれる冷媒（第１流体）が通過する第１タンク３０と、積層一体チューブ２０の側部に配置されて他方の流路層１に並ぶ通孔２１に導かれる冷却液（第２流体）が通過する第２タンク４０と、を備える熱交換器１０を提供することができる。

上記構成に基づき、積層一体チューブ２０は、第１タンク３０を介して積層一体チューブ２０の内部に冷媒が流れる通孔２１が並ぶ流路層２と、第２タンク４０を介して冷却液が流れる通孔２１が並ぶ流路層１と、が一体形成される。これにより、積層一体チューブ２０は、その内部に流路部材を接合する接合部を持たない。熱交換器１０は、接合部を持たない積層一体チューブ２０よって冷媒の圧力に対する耐圧強度を高められる。

さらに、熱交換器１０は、冷媒と冷却液とが流れる積層一体チューブ２０を備えることによって、従来装置のようにチューブを収容して冷却液を流す流路部材（ケーシング）を設ける必要がなく、流路部材に対するロウ付け箇所を持たない。熱交換器１０は、従来装置に比べてロウ付け箇所が減らされるため、事故発生時などに受ける衝撃に対する強度を高められるとともに、製品のコストダウンが図れる。

本実施形態では、第１流路１１を流れる第１流体が冷媒であり、第２流路１２を流れる第２流体が冷却液である。これに限らず、第１流路１１を流れる第１流体が冷却液であり、第２流路１２を流れる第２流体が冷媒であってもよい。

また、積層一体チューブ２０は、押し出し成形によって対の流路層１、２が一体形成される。このため、積層一体チューブ２０は、冷媒の圧力に対する耐圧強度を高められる。さらに、積層一体チューブ２０は、通孔２１を形成する切削加工などが不要であり、製品のコストダウンが図れる。

なお、上述した構成に限らず、積層一体チューブは、通孔が切削加工によって形成されるものであってもよい。

また、積層一体チューブ２０は、冷媒が流れる流路層２、４と冷却液が流れる流路層１、３、５との両方が形成される本体部２８と、本体部２８から突出して冷媒が流れる流路層２、３のみが形成される突出部２６と、を有する。そして、第１タンク３０は、突出部２６に接合して設けられる。

上記構成に基づき、第１タンク３０は、突出部２６に接合されるため、本体部２８に対する接合部を持つ必要がない。これにより、仮に、車両の事故などが起きて、第１タンク３０と突出部２６との接合部３６が損傷しても、本体部２８が損傷することが抑えられる。仮に、接合部３６が損傷して、第１タンク３０内の冷媒が図５に矢印Cで示すように接合部３６から積層一体チューブ２０の外部に流出する場合にも、本体部２８における第２流路１２の密封が維持されていれば、第１タンク３０内から流出する冷媒が第２流路１２に流入することが防止され、冷媒が第２流路１２の冷却液に混合することが回避される。

なお、第１タンク３０は、突出部２６にロウ付けなどによって接合されるものに限らず、突出部２６にボルトなどを介して結合されるものであってもよい。

また、本体部２８は、冷却液が流れる通孔２１のみが開口する端面２５を有する。そして、熱交換器１０は、端面２５に開口する通孔２１を閉塞するエンドプレート５０を備える。

上記構成に基づき、本体部２８の端面２５に開口する通孔２１は、第１タンク３０と別体に設けられるエンドプレート５０によって閉塞される。そして、エンドプレート５０は、第１タンク３０から離して設けられる。これにより、車両の事故などが起きて、第１タンク３０に外力が加わることがあっても、エンドプレート５０に応力が生じることが抑えられる。したがって、エンドプレート５０に対する本体部２８の接合部５２が損傷することが防止される。

なお、上述した構成に限らず、エンドプレート５０を廃止し、タンクプレート４１を本体部２８の端面２５に接合し、タンクプレート４１によって端面２５に開口する通孔２１を閉塞してもよい。

また、積層一体チューブ２０の流路層１、３、５には、複数の通孔２１を第２タンク４０に連通させる複数の連通孔２４が並んで形成される。

上記構成に基づき、第２タンク４０を流れる冷却液が各連通孔２４を通じて積層一体チューブ２０の流路層１、３、５にそれぞれ並ぶ３つの通孔２１に導かれる。積層一体チューブ２０は、複数の連通孔２４を備えることにより、各流路層１、３、５に複数の通孔２１を第２タンク４０から遠ざかる縦方向に並んで配置することが可能となり、冷却液が流れる第２流路１２の配置自由度が得られる。

次に、図７を参照して第１実施形態の変形例を説明する。

図７に示す熱交換器１０は、各通孔２１の開口端との間に第２流路１２を形成するパスプレート６０を備える。本体部２８は、冷却液が流れる通孔２１が開口する端面６４と、パスプレート６０が接合される端面６３と、を有する。タンク４０は、本体部２８の側面２９と、パスプレート６０の側面６２と、にわたって接合される。パスプレート６０と各端面６４との間には、各通孔２１を第２タンク４０に連通させる間隙６５がそれぞれ形成される。

この場合、第２タンク４０を流れる冷却液が、各間隙６５を通じて積層一体チューブ２０の流路層１、３、５にそれぞれ並ぶ３つの通孔２１に導かれる。積層一体チューブ２０は、複数の間隙６５を備えることにより、各流路層１、３、５に複数の通孔２１を第２タンク４０から遠ざかる縦方向に並んで配置することが可能となり、冷却液が流れる第２流路１２の配置自由度が高められる。

＜第２実施形態＞
次に、図８、図９を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。

上記第１実施形態に係る熱交換器１０は、１つの積層一体チューブ２０を備えている。これに対して、第２実施形態に係る熱交換器１１０は、２つの積層一体チューブ１２０を備えている。

図８に示すように、熱交換器１１０は、２つの積層一体チューブ１２０と、各積層一体チューブ１２０の両端部にわたって接合される一対の第１タンク１３０と、各積層一体チューブ１２０の側部にわたって接合される一対の第２タンク１４０と、を備える。２つの積層一体チューブ１２０は、互いに間隙１２７をもって並ぶように配置される。

図９に示すように、積層一体チューブ１２０は、横方向に並ぶ３つの流路層１０１〜１０３を有する。流路層１０１〜１０３には、５つの通孔１２１が縦方向にそれぞれ並んでいる。

積層一体チューブ１２０では、両側の流路層１０１、１０３に設けられる通孔１２１によって矢印Ｅで示すように冷媒が流れる第１流路１１１が形成され、中央の流路層１０２に設けられる通孔１２１によって矢印Ｆで示すように冷却液が流れる第２流路１１２が形成される。

積層一体チューブ１２０は、全ての流路層１０１〜１０３が形成される本体部１２８と、本体部１２８の両端から突出して流路層１０１、１０３が形成される２対の突出部１２６と、を有する。

熱交換器１１０は、第２流路１１２を構成する流路層１０２の各通孔１２１が開口端を閉塞する一対のエンドプレート１５０を備える。

エンドプレート１５０は、２つの積層一体チューブ１２０の各突出部１２６に嵌合される４つの開口部１５１を有する。各開口部１５１は、各突出部１２６にそれぞれ接合される。

一対の第１タンク１３０は、２つの積層一体チューブ１２０の各突出部１２６にそれぞれ嵌合して設けられる。

第１タンク１３０は、各突出部１２６に接合されるタンクプレート１３１と、タンクプレート１３１に接合される半円筒状のタンク壁部材１３２と、タンク壁部材１３２の一端から突出する筒状の管部１３３と、を有する。各管部１３３には、冷媒通路を構成する配管（図示省略）がそれぞれ接続される。

タンクプレート１３１は、各突出部１２６に接合される２つの開口部１３５を有する。

一対の第２タンク１４０は、一対の第１タンク１３０の間に配置され、２つの積層一体チューブ１２０の側部にわたってそれぞれ設けられる。

第２タンク１４０は、積層一体チューブ１２０の側面１２９に接合されるタンクプレート１４１と、タンクプレート１４１に接合される半円筒状のタンク壁部材１４２と、タンク壁部材１４２の一端から突出する筒状の管部１４３と、を有する。管部１４３には、エンジンの冷却液通路を構成する配管（図示省略）がそれぞれ接続される。

本実施形態によれば、複数の積層一体チューブ１２０が互いに並んで設けられ、第１タンク１３０及び第２タンク１４０が複数の積層一体チューブ１２０に接続される熱交換器１１０を提供することができる。

上記構成に基づき、熱交換器１１０は、条件に応じて第１タンク１３０及び第２タンク１４０に接続される積層一体チューブ１２０の個数を設定することで、容量を変更することができる。

熱交換器１１０は、第１タンク１３０及び第２タンク１４０が複数の積層一体チューブ１２０を連結する部材として機能をも果たすことにより、構造の簡素化が図れる。

次に、図１０を参照して第２実施形態の変形例を説明する。

図１０に示す積層一体チューブ２２０は、横方向に並ぶ２つの流路層２０１、２０２を有する。流路層２０１、２０２には、５つの通孔２２１が縦方向に並んでいる。

積層一体チューブ２２０では、一方の流路層２０２に設けられる通孔２２１によって冷媒が流れる第１流路が形成され、他方の流路層２０１に設けられる通孔２２１によって冷却液が流れる第２流路が形成される。

積層一体チューブ２２０は、全ての流路層２０１、２０２が形成される本体部２２８と、本体部２２８の両端から突出して流路層２０２が形成される１対の突出部２２６と、を有する。本体部２２８の側部に第２タンク（図示省略）が接続され、突出部２２６に第１タンク（図示省略）が接続される。

この場合にも、熱交換器は、条件に応じて第１タンク及び第２タンクに接続される積層一体チューブ１２０の個数を設定することで、容量を変更することができる。なお、熱交換器は第１タンク及び第２タンクに単一の積層一体チューブ１２０が接続されるものであってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

本発明は、コンデンサに限らず、車両に搭載されるオイルクーラ、インタクーラなどの熱交換器にも適用できる。また、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。

１〜５、１０１〜１０３、２０１、２０２流路層
１０、１１０熱交換器
１１、１１１第１流路
１２、１１２第２流路
２０、１２０、２２０積層一体チューブ
２１、１２１通孔
２４連通孔
２５、６４端面
２６、１２６、２２６突出部
２８、１２８、２２８本体部
３０、１３０第１タンク
３６接合部
４０、１４０第２タンク
５０、１５０エンドプレート
５２接合部
６０パスプレート
６５間隙

Claims

第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、
複数の通孔が並んで延びる対の流路層が一体に形成される積層一体チューブと、
前記積層一体チューブの端部に配置されて、一方の前記流路層に並ぶ前記通孔に導かれる第１流体が通過する第１タンクと、
前記積層一体チューブの側部に配置されて、他方の前記流路層に並ぶ前記通孔に導かれる第２流体が通過する第２タンクと、を備えることを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記積層一体チューブは、
第１流体が流れる前記流路層と第２流体が流れる前記流路層とが形成される本体部と、
前記本体部から突出して第１流体が流れる前記流路層のみが形成される突出部と、を有し、
前記第１タンクは、前記突出部に結合されることを特徴とする熱交換器。
請求項２に記載の熱交換器であって、
前記本体部は、第２流体が流れる前記通孔のみが開口する端面を有し、
前記端面に開口する前記通孔を閉塞するエンドプレートをさらに備えることを特徴とする熱交換器。
請求項１から３のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記流路層には、複数の前記通孔を前記第２タンクに連通させる複数の連通孔が並んで形成されることを特徴とする熱交換器。
請求項２に記載の熱交換器であって、
前記本体部は、第２流体が流れる前記通孔のみが開口する端面を有し、
前記流路層に並ぶ複数の前記通孔を前記第２タンクに連通させる間隙を前記端面との間に形成するパスプレートをさらに備えることを特徴とする熱交換器。
請求項１から５のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
複数の前記積層一体チューブが互いに並んで設けられ、
前記第１タンク及び前記第２タンクが複数の前記積層一体チューブに接続されることを特徴とする熱交換器。
請求項１から６のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記積層一体チューブは、押し出し成形によって形成されることを特徴とする熱交換器。