JP2018044707A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器において蓄冷材の封入された蓄冷材容器を設けることなくエンジン停止時における冷却性能の低下を抑制する。
【解決手段】熱交換器１０を構成するチューブ１６には、その内部に長手方向と直交し空気の流通方向となる幅方向に沿って複数の流路２４を有し、幅方向端部となる第１流路２６ａ、２６ｂに対して幅方向内側となる第２流路３２ａ、３２ｂには、内壁面から突出した複数の第２リブ３６が設けられる。また、チューブ１６の一端部及び他端部に形成された挿入部３８ａ、３８ｂにおいて、第２流路３２ａ、３２ｂには、その壁部４０が内側に向かって湾曲状に膨出した膨出部４２を有し、他の流路２４に対して通路断面積が小さく形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両に搭載される車両用空調装置に用いられ、該車両の停車時における空気を冷却して冷風を供給可能な熱交換器に関する。

本出願人は、車両に搭載される車両用空調装置に用いられ、車両の停車時においてエンジンが停止した状態で蓄冷材容器に蓄えられた冷熱と空気との熱交換を行うことで冷風を送風可能な蓄冷機能付きエバポレータを提案している（特許文献１参照）。

この蓄冷機能付きエバポレータは、一組のヘッダタンクと、該ヘッダタンク間に設けられた熱交換コア部とを有し、該熱交換コア部を構成する複数のチューブの間に蓄冷材容器を備えている。この蓄冷材容器の内部には蓄冷材が封入され、隣接する２本のチューブの間にフィンの代わりに配置されると共に、その側板には外側に向かって突出した複数の凸部が形成され、隣接するチューブと前記凸部とが当接した状態でろう付けによって接合される。

特開２０１０−１４９８１４号公報

本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、蓄冷材の封入された蓄冷材容器を設けることなくエンジン停止時における冷却性能の低下を抑制することが可能な熱交換器を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、互いに間隔をおいて配置される一組のタンクと、両端部がそれぞれタンクに接続される複数のチューブと、隣接するチューブの間に設けられる複数のフィンとを有し、フィンを通過する空気との間で熱交換を行う熱交換器において、
チューブの内部には、空気の流通方向に沿って並んで冷媒の流通する複数の流路が設けられ、複数の流路のうち少なくとも１つ以上の流路内には、壁部に対して内側へと突出したリブが設けられると共に、内側に向かって壁部の膨出した膨出部を有することを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器を構成する複数のチューブの内部には、空気の流通方向に沿って並んだ複数の流路が設けられ、この複数の流路のうち少なくとも１つ以上の流路内には、壁部に対して内側へと突出したリブが設けられると共に、内側に向かって壁部の膨出した膨出部が形成される。

従って、複数の流路のうちの少なくとも１つ以上の流路内にリブ及び膨出部を設けることで、他の流路と比較して通路断面積を小さくできるため、エンジン停止時においても冷媒を流路内に好適に残留させておくことができる。

その結果、従来技術に係る熱交換器のようにチューブの間にエンジンが停止した際の冷却を行うための蓄冷材及び蓄冷材容器を設けることなく、リブ及び膨出部を有した流路内に残留している冷媒と空気との間で熱交換を行って冷却させることでエンジン停止時における冷却性能の低下を抑制することができる。

また、チューブの長手方向に沿った端部に、長手方向と直交し流通方向となる幅方向に幅狭状となった幅狭部を形成し、膨出部を幅狭部に形成するとよい。

さらに、膨出部は、複数の流路のうちチューブの幅方向端部に設けられた流路と隣接した２番目の流路に形成するとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、熱交換器を構成するチューブに複数の流路が設けられ、この複数の流路のうち少なくとも１つ以上の流路内に、壁部に対して内側へと突出したリブと、内側に向かって壁部を膨出させた膨出部とを設けることにより、リブ及び膨出部を有した流路の通路断面積を他の流路の通路断面積より小さくし、エンジン停止時において冷媒を流路内に残留させておくことができる。その結果、従来技術に係る熱交換器のようにチューブの間にエンジンが停止した際の冷却を行うための蓄冷材及び蓄冷材容器を設けることなく、リブ及び膨出部を有した流路内に残留している冷媒と空気とで熱交換を行って冷却することでエンジン停止時における冷却性能の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る熱交換器の外観斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図３Ａは、図２のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿った断面図であり、図３Ｂは、図３Ａのチューブにおける幅方向端部近傍を示す拡大断面図である。 図４Ａ〜図４Ｃは、チューブの一端部にサイジング加工を行うことで挿入部を形成する場合の製造工程を示す説明図である。

本発明に係る熱交換器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る熱交換器を示す。

この熱交換器１０は、図１に示されるように、例えば、その内部に冷媒の流通するエバポレータとして用いられ、一組の第１及び第２ヘッダ（タンク）１２、１４と、前記第１ヘッダ１２と第２ヘッダ１４との間を接続する複数のチューブ１６と、前記チューブ１６の間に設けられ波状に折曲された複数のフィン１８とを含み、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の幅方向と直交する熱交換器１０の厚さ方向（矢印Ａ１方向）に空気が通過することで前記冷媒との熱交換が行われる。

第１ヘッダ１２は、その一端部に冷媒の供給・排出される導入管２０及び導出管２２が設けられ、その内部が幅方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）と直交する厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に２分割されている。第２ヘッダ１４は、第１ヘッダ１２に対して所定間隔離間して略平行に設けられ、その内部は第１ヘッダ１２と同様に厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に２分割されている。

チューブ１６は、例えば、アルミニウム材料からなる断面扁平状に形成され、所定長さを有した一直線状に形成される。このチューブ１６は、略鉛直方向（図１中、矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に延在し、第１及び第２ヘッダ１２、１４の幅方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿って互いに等間隔離間するように設けられると共に、図２に示されるように、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の厚さ方向（空気の流れ方向）に一対となるように所定間隔離間して２列に設けられる。

一方、各チューブ１６の内部には、図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、冷媒の流通する複数（例えば、１０本）の流路２４が長手方向（図１及び図２中、矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に沿って形成される。この流路２４は、例えば、断面矩形状に形成されチューブ１６の幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って互いに等間隔離間するように形成されると共に、該チューブ１６の一端部から他端部まで貫通している。

また、チューブ１６において幅方向端部となる一対の第１流路２６ａ、２６ｂは、その幅方向端部が断面三角形状に形成され、互いに向かい合う内壁面にはそれぞれ複数（例えば、２本ずつ）の第１リブ３０が形成される。この第１リブ３０は、例えば、内壁面から離間する方向に向かって先細となる断面三角形状に形成され、互いに向かい合うように形成されると共に、前記チューブ１６の長手方向（図２中、矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に沿って延在している。

さらに、第１流路２６ａ、２６ｂに対して幅方向内側に隣接した第２流路３２ａ、３２ｂには、互いに向かい合う内壁面に複数（例えば、４本ずつ）の第２リブ３６がそれぞれ形成されると共に、前記チューブ１６の長手方向（図２中、矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に沿って延在している。なお、第２リブ３６は、第１リブ３０と同様に断面三角形状に形成される。

また、上述した第１及び第２リブ３０、３６は、流路２４内を流れる冷媒の伝熱面積を増やす目的で設けられるものであり、例えば、その数量や断面形状は上述した構成に限定されるものではなく、さらに、第２流路３２ａ、３２ｂに対して幅方向内側となる３つ目以降の流路２４に設けられていてもよい。

このチューブ１６の一端部及び他端部には、図２に示されるように、幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に所定幅だけ絞られた幅狭状の一対の挿入部３８ａ、３８ｂが形成される。

この挿入部３８ａ、３８ｂは、例えば、チューブ１６の一端部及び他端部をそれぞれ幅方向中央に向かって押し潰すことによって形成され、前記一端部及び他端部以外の部位に対して幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に所定の潰し代でそれぞれ均等に潰され形成される。そのため、挿入部３８ａ、３８ｂは、チューブ１６において、図３Ａに示されるように、複数の流路２４のうち、幅方向端部から２番目となる第２流路３２ａ、３２ｂが押し潰され、この第２流路３２ａ、３２ｂには、第２リブ３６の形成される壁部４０がそれぞれ内側に向かって断面円弧状に膨出した膨出部４２が形成される。

すなわち、第２流路３２ａ、３２ｂが他の流路２４と比較して幅狭となり、その通路断面積が他の流路２４の通路断面積に対して小さくなる。

換言すれば、第２流路３２ａ、３２ｂは、第２リブ３６の形成された一方及び他方の壁部４０が互いに接近するようにそれぞれ内側に向かって断面円弧状に変形して形成される。

そして、図２に示されるように、チューブ１６の挿入部３８ａ、３８ｂがそれぞれ第１及び第２ヘッダ１２、１４の内部へと挿入されろう付け等によって固定されることで、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の内部とチューブ１６の流路２４とが連通する。

フィン１８は、図１に示されるように、例えば、アルミニウム材料等の薄板を成形することで断面波状に折曲され、第１及び第２ヘッダ１２、１４の幅方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に隣接配置された２つのチューブ１６に対して交互に接するように配置されると共に、波状の断面形状で熱交換器１０の厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って所定幅だけ延在するように形成されている。

本発明の実施の形態に係る熱交換器１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にチューブ１６の一端部に対してサイジング加工を行って挿入部３８ａを形成する場合について図４Ａ〜図４Ｃを参照しながら説明する。

先ず、サイジング加工に用いられる加工用治具４４について簡単に説明する。この加工用治具４４は、断面長方形状で厚さ中央にチューブ１６の挿入可能な挿入溝４６を有した一対のブロック体４８ａ、４８ｂからなり、前記チューブ１６の幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に接近・離間自在に設けられる。

また、ブロック体４８ａ、４８ｂの互いに向かい合う端面５０には挿入溝４６が開口し、幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って略同一長さでそれぞれ一直線状に形成されると共に、その断面形状はチューブ１６の断面形状（断面扁平状）に対応して形成されている。

この挿入溝４６は、一方のブロック体４８ａの長さと他方のブロック体４８ｂの長さとを合わせた長さがチューブ１６の幅寸法より短くなるように形成されており、この長さと幅寸法の差とが挿入部３８ａの潰し代となる。

すなわち、一方のブロック体４８ａと他方のブロック体４８ｂとは、互いに向かい合う端面５０を境として対称形状となるように形成される。

次に、上述した加工用治具４４を用いてチューブ１６の一端部に挿入部３８ａをサイジング加工で形成する場合には、図示しない治具等によってチューブ１６を固定した状態とし、その一端部に対してチューブ１６の幅方向外側から加工用治具４４のブロック体４８ａ、４８ｂをそれぞれ接近させる。そして、図４Ａに示されるように、チューブ１６の幅方向端部からブロック体４８ａ、４８ｂの挿入溝４６へと挿入し、さらに互いに接近させる方向へと移動させていく。これにより、ブロック体４８ａ、４８ｂはチューブ１６の幅方向に沿って移動することとなる。

さらにブロック体４８ａ、４８ｂを移動させることで、図４Ｂに示されるように挿入溝４６の端部にそれぞれチューブ１６の幅方向端部が当接した状態となり、この状態からさらにブロック体４８ａ、４８ｂを互いに接近させることで前記幅方向端部が互いに接近する方向へと押圧される。その結果、例えば、チューブ１６の幅方向端部にそれぞれ押圧力が付与され、この押圧力は、幅方向内側に向かって圧縮するように付勢され、且つ、チューブ１６の外側がブロック体４８ａ、４８ｂによって規制されているため壁部４０を厚さ方向内側に向かって変形させるように働く。

これにより、チューブ１６へ付与される幅方向内側への押圧力が、第２流路３２ａ、３２ｂにおいて第２リブ３６の形成される方向、すなわち、厚さ方向内側へと逃げることで、前記第２リブ３６の形成される壁部４０が湾曲するように塑性変形して膨出部４２が形成される。

最後に、図４Ｃに示されるように、一方のブロック体４８ａと他方のブロック体４８ｂとが互いに当接するまで移動することで、チューブ１６の一端部が所定幅だけ潰され膨出部４２の形成された挿入部３８ａが形成され、前記ブロック体４８ａ、４８ｂを互いに離間する方向へと移動させ前記チューブ１６を取り出すことで、前記挿入部３８ａのサイジング加工が完了する。

なお、チューブ１６の他端部に対してサイジング加工を行って挿入部３８ｂを形成する場合も、上述した一端部へのサイジング加工と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

次に、上述したように挿入部３８ａ、３８ｂの形成されたチューブ１６を含む熱交換器１０の動作について説明する。

先ず、図示しない車両におけるエンジンが駆動して圧縮機が作動している場合には、図示しない配管を通じて導入管２０から導入された冷媒は、第１ヘッダ１２から複数のチューブ１６の流路２４を通じて下方へと流れ第２ヘッダ１４へと導入される。そして、複数のチューブ１６を通じて第２ヘッダ１４から第１ヘッダ１２へと再び戻った冷媒が導出管２２から排出される。このように、第１ヘッダ１２と第２ヘッダ１４との間で冷媒が複数のチューブ１６における流路２４を循環し、冷媒とフィン１８を通過する空気との間で熱交換がなされ、該空気が冷却されて下流側（矢印Ａ１方向）へと供給される。

次に、車両が停車した状態でエンジンが停止し、それに伴って、圧縮機の作動が停止した場合には、チューブ１６の一端部及び他端部における第２流路３２ａ、３２ｂに膨出部４２が設けられ、他の流路２４と比較して通路断面積が小さく、且つ、その内壁面に複数の第２リブ３６が形成されているため、エンジンが駆動していた際に循環していた冷媒が他の流路２４と比較して第２流路３２ａ、３２ｂから排出されにくく内部に残留している。換言すれば、第２流路３２ａ、３２ｂ内に所定量の冷媒を残留させておくことが可能となる。そのため、エンジンが停止した状態においても、空気がフィン１８及びチューブ１６の間を通過することで、各チューブ１６の第２流路３２ａ、３２ｂに残留している冷媒の冷熱がフィン１８へと伝えられ空気と熱交換されることで冷却され冷風として下流側へと供給される。

すなわち、エンジンの停止に伴って圧縮機が停止した状態においても、熱交換器１０を通過する空気が各チューブ１６の第２流路３２ａ、３２ｂに残留している冷媒によって好適に冷却される。

以上のように、本実施の形態では、熱交換器１０を構成する複数のチューブ１６に幅方向に沿って複数の流路２４を有し、該チューブ１６の一端部及び他端部に形成され第１及び第２ヘッダ１２、１４に挿入される挿入部３８ａ、３８ｂにおいて、幅方向端部から２番目となる第２流路３２ａ、３２ｂに内側に向かって膨出した膨出部４２を形成すると共に、内壁面に複数の第２リブ３６を形成している。

そのため、挿入部３８ａ、３８ｂにおける第２流路３２ａ、３２ｂの通路断面積が他の流路２４の通路断面積より小さくなり、エンジン停止時においても一方の挿入部３８ａと他方の挿入部３８ｂとの間となる前記第２流路３２ａ、３２ｂ内に冷媒を好適に残留させておくことが可能となる。その結果、従来技術に係る熱交換器のようにチューブの間にエンジンが停止した際の冷却を行うための蓄冷材及び蓄冷材容器を設けることなく、各チューブ１６の第２流路３２ａ、３２ｂ内に残留している冷媒と空気との熱交換を行って冷却させることでエンジン停止時における冷却性能の低下を抑制することが可能となる。

このように、チューブ１６の間に蓄冷材容器を設ける必要がないことから、部品点数及び製造の削減並びに軽量化を図ることができると共に、全てのチューブ１６の間にフィン１８を設けることができるため、冷媒と空気との伝熱面積を従来の熱交換器より増加させることができ、しかも、前記チューブ１６の間を空気が通過する際に流れを阻害するものがないため通気抵抗を低減することも可能となる。

また、チューブ１６の一端部及び他端部に対してサイジング加工を行って挿入部３８ａ、３８ｂを形成する際、同時に第２流路３２ａ、３２ｂに臨む壁部４０を変形させ膨出部４２を形成することができるため、該膨出部４２を形成するための新たな製造工程や加工コストが増加してしまうことなく好適である。

さらに、第２リブ３６を有した第２流路３２ａ、３２ｂに膨出部４２を形成することで、リブを有していない他の流路２４に膨出部４２を設ける場合と比較し、より通路断面積を小さくすることができると共に、隣接する第２リブ３６の間の表面張力を利用して冷媒を上方（矢印Ｃ２方向）へと移動させることができるため、チューブ１６の上下方向において均等に冷媒を残留させ熱交換を均等に行うことができる。

なお、本発明に係る熱交換器は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…熱交換器 １６…チューブ
１８…フィン ２４…流路
３２ａ、３２ｂ…第２流路 ３６…第２リブ
３８ａ、３８ｂ…挿入部 ４２…膨出部
４４…加工用治具 ４８ａ、４８ｂ…ブロック体

Claims (3)

1. 互いに間隔をおいて配置される一組のタンクと、両端部がそれぞれ前記タンクに接続される複数のチューブと、隣接する前記チューブの間に設けられる複数のフィンとを有し、前記フィンを通過する空気との間で熱交換を行う熱交換器において、
   前記チューブの内部には、前記空気の流通方向に沿って並んで冷媒の流通する複数の流路が設けられ、前記複数の流路のうち少なくとも１つ以上の流路内には、壁部に対して内側へと突出したリブが設けられると共に、内側に向かって前記壁部が膨出した膨出部を有することを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１記載の熱交換器において、
   前記チューブの長手方向に沿った端部には、該長手方向と直交し前記流通方向となる幅方向に幅狭状となった幅狭部が形成され、前記膨出部が前記幅狭部に形成されることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項２記載の熱交換器において、
   前記膨出部は、複数の流路のうち前記チューブの幅方向端部に設けられた流路と隣接した２番目の流路に形成されることを特徴とする熱交換器。

Images