JP2019199978A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器において簡素な構成で強度を高めて耐久性を向上させる。【解決手段】熱交換器１０は、互いに間隔をおいて配置される第１及び第２ヘッダ１２、１４がサイドプレート２０ａ、２０ｂ側に向かって突出した突出片３２を備え、第１及び第２ヘッダ１２、１４の軸方向に沿った熱交換部２２の端部を覆うサイドプレート２０ａ、２０ｂには、第１及び第２ヘッダ１２、１４に臨む端部に接続片３８ａ、３８ｂを備えている。そして、突出片３２と接続片３８ａ、３８ｂとが、サイドプレート２０ａ、２０ｂの長手方向において重なり合うように配置され、前記接続片３８ａ、３８ｂが、前記サイドプレート２０ａ、２０ｂの長手方向と直交する方向から前記突出片３２に対して係合される。【選択図】図２

Description

本発明は、内部に媒体を流通させ、空気を通過させることで該媒体との熱交換を行うことが可能な熱交換器に関する。

従来から、自動車等の車両に搭載される車両用空調装置において、内部に流通する冷媒と空気との熱交換を行う熱交換器が知られており、このような熱交換器は、例えば、搭載される車両の走行時に生じる振動によって繰り返し荷重が付与されるため、この荷重に耐え得る強度が求められている。

例えば、特許文献１に開示される熱交換器では、筒状に形成されたヘッダの開口部を塞ぐキャップと、複数のチューブのうち最も外側に設けられたチューブの外側を覆うサイドプレートとを備えている。そして、キャップには、サイドプレート側に向かって延在するキャップ接合片が形成され、断面コ字状に形成されたサイドプレートの本体部へと該キャップ接合片が挿入された後、ろう付けによって両者を接合することで、ヘッダに対するサイドプレートの剛性を高めて耐久性を向上させている。

特許第３１５６５６５号公報

上述した熱交換器では、平板上に形成されたキャップのキャップ接合片と、サイドプレートの本体部とを面接触させた状態で、互いにろう付けして接続する構成としているが、キャップ接合片と本体部とを単に当接させた状態でろう付けを行うため、両者を当接させた状態で固定しておくための治具等が必要となり、その準備を含む接続作業が煩雑であるという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、簡素な構成で強度を高めて耐久性を向上させ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、本発明の態様は、互いに間隔をおいて配置され内部に媒体の導入される一組のヘッダと、一方のヘッダと他方のヘッダとの間に設けられ媒体の流通するチューブを含んだ熱交換部と、ヘッダの軸方向に沿った熱交換部の端部を覆うサイドプレートとを備えた熱交換器において、
ヘッダは、サイドプレート側に向かって突出した突出部を備え、サイドプレートには、一組のヘッダに臨む端部に形成された接続部を有し、
突出部と接続部とが、サイドプレートの長手方向において重なり合うように配置され、接続部が、サイドプレートの長手方向と直交する方向において突出部より外側に設けられ突出部に対して係合される。

本発明によれば、チューブを含む熱交換部を有した熱交換器において、熱交換部の端部を覆うサイドプレート側に向かって突出した突出部をヘッダに設けると共に、サイドプレートにはヘッダに臨む端部に接続部を設けることで、突出部と接続部とをサイドプレートの長手方向において重なり合うように配置した状態で、接続部が突出部に対してサイドプレートの長手方向と直交する方向において外側となるように設けられ、突出部に対して係合される構成としている。

従って、突出部と接続部とを係合させることで、一組のヘッダとサイドプレートとを、熱交換器を組み付けて各構成部材をろう付けによって接続する際に、ヘッダとサイドプレートとを互いに固定しておくための治具等が不要となり、従来技術に係る熱交換器と比較してヘッダとサイドプレートとの接続作業を簡素化して容易に接続することができる。また、ヘッダとサイドプレートとを突出部及び接続部を介して互いに接続することで、ヘッダとサイドプレートとを単に当接させた状態でろう付けしていた従来の熱交換器と比較し、両者の接続強度を高めることが可能となり、それに伴って、熱交換器の耐久性を向上させることが可能となる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、ヘッダにおいて熱交換部の端部を覆うサイドプレート側に向かって突出した突出部を設けると共に、サイドプレートにはヘッダに臨む端部に接続部を設け、突出部と接続部とをサイドプレートの長手方向において重なり合うように配置した状態で、接続部をサイドプレートの長手方向と直交する方向から突出部に対して係合させて互いに接続することで、熱交換器を組み付けて各構成部材をろう付けによって接続する際に、ヘッダとサイドプレートとを治具等で互いを固定しておく必要がないため、従来技術に係る熱交換器と比較してヘッダとサイドプレートとの接続作業を簡素化して容易に接続することができる。

また、ヘッダとサイドプレートとを突出部と接続部を介して互いに接続することで、ヘッダとサイドプレートとを単に当接させた状態でろう付けしていた従来の熱交換器と比較し、両者の接続強度を高めることが可能となり、熱交換器の耐久性を向上させることが可能となる。

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２Ａは、図１の熱交換器における第２ヘッダの接続部近傍を示す拡大斜視図であり、図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った断面図である。 図３Ａは、図２Ａの熱交換器における第２ヘッダと熱交換部及びサイドプレートとを分解した状態を示す拡大分解斜視図であり、図３Ｂは、第２ヘッダの突出片をサイドプレートに当接させた組付け途中の状態を示す拡大斜視図である。 図４Ａは、第１変形例に係る熱交換器の第２ヘッダの接続部近傍を示す拡大斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａの第２ヘッダと熱交換部及びサイドプレートとを分解した状態を示す拡大分解斜視図である。 図５Ａは、第２変形例に係る熱交換器の第２ヘッダの加締め部近傍を示す拡大斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａの第２ヘッダと熱交換部及びサイドプレートとを分解した状態を示す拡大分解斜視図である。

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。なお、以下の説明においては、熱交換器１０が、内部に冷媒（媒体）が循環し空気との熱交換がなされる凝縮器として用いられる場合について説明する。

この熱交換器１０は、図１及び図２Ａに示されるように、幅方向両端に設けられる一組の第１及び第２ヘッダ１２、１４と、前記第１ヘッダ１２と前記第２ヘッダ１４との間に設けられる複数のチューブ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、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の軸方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿った両端部同士を接続する一対のサイドプレート２０ａ、２０ｂとを含む。なお、複数のフィン１８及びチューブ１６からなり空気と冷媒と熱交換のなされる熱交換部２２が構成される。

そして、熱交換器１０は、例えば、チューブ１６が略水平となり第１及び第２ヘッダ１２、１４がそれぞれ鉛直方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に延在するように配置されて用いられ、フィン１８は、例えば、アルミニウム等の薄板を波状に折曲することで形成され、高さ方向に隣接する２本のチューブ１６の間に設けられる。

第１及び第２ヘッダ１２、１４は、例えば、中空円筒状で熱交換器１０の高さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って所定長さで形成され、その開口した両端部が円盤状のキャップ２４によってそれぞれ閉塞されると共に、前記第１ヘッダ１２と前記第２ヘッダ１４とが略同一形状に形成される。

第１ヘッダ１２は、熱交換器１０の幅方向に沿った一端部側（矢印Ｂ１方向）に設けられ、外部から冷媒の導入される入口接続部２６と、前記熱交換器１０の内部を循環した前記冷媒が導出される出口接続部２８とが接続される。

入口接続部２６は、第１ヘッダ１２における上端部近傍の側壁に設けられ、出口接続部２８が前記第１ヘッダ１２における下端部近傍の側壁に設けられ、前記入口接続部２６及び出口接続部２８にはそれぞれ図示しない配管が接続される。

また、第１及び第２ヘッダ１２、１４には、図２Ａ、図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、その外周面に複数のチューブ１６が挿入可能なチューブ孔３０が開口し、このチューブ孔３０は、前記チューブ１６の断面形状に応じて周方向に沿って長尺な扁平状に形成されると共に、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の軸方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って互いに等間隔離れて形成される。

そして、第１ヘッダ１２の各チューブ孔３０と第２ヘッダ１４の各チューブ孔３０とが同数で互いに向かい合うように配置され、それぞれにチューブ１６の一端部及び他端部が挿入されて接続される。これにより、第１ヘッダ１２の内部と第２ヘッダ１４の内部とが複数のチューブ１６を介して互いに連通する。換言すれば、チューブ孔３０は、第１及び第２ヘッダ１２、１４において熱交換部２２側となる外周壁にそれぞれ形成される。

さらに、第１及び第２ヘッダ１２、１４の軸方向に沿った両端部には、熱交換部２２側へと折曲されて一対の突出片（突出部）３２がそれぞれ形成され、該突出片３２は、例えば、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の端部となる外周壁の一部を、断面略長方形状に切り欠いた突片３４とし（図３Ａ参照）、この突片３４を前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の軸方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に対して略直交するように折曲することで突出片３２が形成される。

すなわち、突出片３２は、第１及び第２ヘッダ１２、１４に対してチューブ孔３０の開口方向（矢印Ｂ方向）と同一方向に向かって径方向外側へと突出するように形成され、第１及び第２ヘッダ１２、１４で各２個ずつとなる合計４個形成される。

チューブ１６は、例えば、アルミニウム材料からなる扁平状管により形成され、所定長さを有した一直線状に形成されると共に、略水平方向に延在するように配置される。そして、チューブ１６は、第１及び第２ヘッダ１２、１４の軸方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って互いに等間隔離間するように複数設けられ、この複数のチューブ１６の一端部が第１ヘッダ１２のチューブ孔３０へ挿入されることで接続され、他端部が第２ヘッダ１４のチューブ孔３０へと挿入されて接続される。

サイドプレート２０ａ、２０ｂは、一定幅で熱交換器１０の幅方向（長手方向、矢印Ｂ方向）に沿って延在した板材からなり、熱交換器１０の高さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）において、最も上方及び下方に配置された各チューブ１６の外側となるようにそれぞれ略平行に設けられると共に、前記チューブ１６の長手寸法と略同一の長手寸法で形成される。

このサイドプレート２０ａ、２０ｂは、その長手方向に沿って平板状に形成された本体部３６と、該本体部３６の長手方向（矢印Ｂ方向）に沿った両端部に形成され、該長手方向と直交する幅方向端部からそれぞれ立設した一対の接続片（接続部）３８ａ、３８ｂとを備える。

接続片３８ａ、３８ｂは、本体部３６の両端部に対して一体的に形成され、該本体部３６に対して折曲されることで断面Ｕ字状のリブ状に形成されると共に、長手方向（矢印Ｂ方向）に沿った所定幅で形成されている。

そして、本体部３６の両端部には、一方の接続片３８ａと他方の接続片３８ｂとの間となるように該本体部３６と平行に突出片３２が挿通され面接触し、一方の接続片３８ａと他方の接続片３８ｂとがサイドプレート２０ａ、２０ｂの幅方向中央側に向かって互いに接近する方向に折曲される。これにより、図２Ａに示されるように、接続片３８ａ、３８ｂによって突出片３２の一部が覆われ、一対の接続片３８ａ、３８ｂ及び本体部３６によって突出片３２が囲まれることでサイドプレート２０ａ、２０ｂに対して一体的に保持される。

また、接続片３８ａ、３８ｂは、その幅寸法が本体部３６の幅寸法の半分よりもそれぞれ小さく形成されている。

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、第１及び第２ヘッダ１２、１４に対して熱交換部２２及びサイドプレート２０ａ、２０ｂを組み付ける場合について説明する。なお、ここでは、図２Ａ〜図３Ｂを参照しながら、第２ヘッダ１４に対して熱交換部２２及び一方のサイドプレート２０ａを組み付ける場合について説明する。

先ず、図３Ａに示されるように、第２ヘッダ１４の端部に形成された突片３４を、図示しない治具等によって折り曲げることで、該第２ヘッダ１４の軸方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に対して直交する方向へと折曲され径方向外側へと突出した突出片３２（図３Ａ中、二点鎖線形状）を形成し、この突出片３２が熱交換部２２側（矢印Ｂ１方向）へとなるように第２ヘッダ１４を配置する。

一方、サイドプレート２０ａは、その接続片３８ａ、３８ｂが第２ヘッダ１４側（矢印Ｂ２方向）となるように配置され、一方の接続片３８ａと他方の接続片３８ｂとの間となるように本体部３６に沿って突出片３２が挿入され、本体部３６に対して前記突出片３２が平行となり互いに面接触とするように当接させる（図３Ｂ参照）。

次に、図示しない治具等によって一方の接続片３８ａと他方の接続片３８ｂとが互いに接近するように本体部３６との接合部位を基点とし、その先端側を幅方向中央に向かって折曲させる。これにより、図２Ａに示されるように、接続片３８ａ、３８ｂの先端側が突出片３２を覆うように折曲され、該突出片３２の上面が一対の接続片３８ａ、３８ｂによって覆われた状態となる。

この突出片３２は、サイドプレート２０ａを構成する本体部３６と接続片３８ａ、３８ｂとによって囲まれた状態となって一体的に保持された接続部４０となる（図２Ｂ参照）。

また、同時に、熱交換部２２を構成する複数のチューブ１６の間にそれぞれフィン１８が配置された状態で、前記チューブ１６の端部を第２ヘッダ１４のチューブ孔３０へとそれぞれ挿入する。これにより、熱交換器１０に対してろう付けを行う前の仮組み付け状態となる。

最後に、熱交換部２２が第１及び第２ヘッダ１２、１４に対して接続され、且つ、該第１及び第２ヘッダ１２、１４の各突出片３２が一対のサイドプレート２０ａ、２０ｂの両端部にそれぞれ接続されて接続部４０を構成した状態で、仮組み付けされた熱交換器１０を図示しない炉内へと投入することで、図示しないろう材によって接続部４０における突出片３２と接続片３８ａ、３８ｂとがろう付けされると共に、熱交換部２２のフィン１８及びチューブ１６と第１及び第２ヘッダ１２、１４との接続部位とが互いにろう付けによって接続される。

以上のように、熱交換器１０を構成する第１及び第２ヘッダ１２、１４には、その軸方向に沿った端部から熱交換部２２側へと突出した突出片３２をそれぞれ備え、一方、熱交換部２２の上方及び下方を覆うように設けられたサイドプレート２０ａ、２０ｂには、本体部３６に対して立設して折曲自在な一対の接続片３８ａ、３８ｂを備え、この接続片３８ａ、３８ｂの間に突出片３２を配置した状態で折曲させることで前記突出片３２をサイドプレート２０ａ、２０ｂの端部に対して接続可能な構成としている。

従って、熱交換器１０における第１及び第２ヘッダ１２、１４とサイドプレート２０ａ、２０ｂとをろう付けによって互いに接続する際、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４と前記サイドプレート２０ａ、２０ｂとをろう付けして固定する前に予め接続しておくことが可能となる。そのため、ろう付けを行う前にヘッダとサイドプレートとを治具等を用いて固定する必要のあった従来技術に係る熱交換器と比較し、該治具等を不要とすることができる。その結果、第１及び第２ヘッダ１２、１４とサイドプレート２０ａ、２０ｂとの接続作業を簡素化して容易に接続することが可能となる。

また、第１及び第２ヘッダ１２、１４の突出片３２をサイドプレート２０ａ、２０ｂの両端部に対して接続片３８ａ、３８ｂによって接続した接続部４０を構成し、この接続部４０をさらにろう付けすることにより、ヘッダとサイドプレートとを単に当接させた状態でろう付けしていた従来技術に係る熱交換器と比較し、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４と前記サイドプレート２０ａ、２０ｂとをより強固に接続することが可能となり、このように接続強度を高めることで、車両からの振動が付与された場合における熱交換器１０の耐久性を向上させることができる。

次に、上述したように組み付けられる熱交換器１０の作用について説明する。

先ず、図示しない冷却システムで加熱された冷媒が配管を通じて入口接続部２６から第１ヘッダ１２の内部へと供給され、この第１ヘッダ１２に接続された複数のチューブ１６に沿って流れることで第２ヘッダ１４へと供給される。この際、チューブ１６を流れる冷媒と熱交換部２２におけるフィン１８の間を通過する空気との間で熱交換がなされ冷媒が冷却される。

また、第２ヘッダ１４へと供給された冷媒は、再び複数のチューブ１６を通じて第１ヘッダ１２側へと流れ、前記第１ヘッダ１２の出口接続部２８から配管を通じて冷却システムの下流側へと排出される。

また、第１及び第２ヘッダ１２、１４の突出片３２とサイドプレート２０ａ、２０ｂの接続片３８ａ、３８ｂとから構成される接続部４０は、上述した構成に限定されるものではない。

例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示される熱交換器６０のように、サイドプレート６２には本体部３６の長手方向（矢印Ｂ方向）に沿った両端部から突出した挿入部６４を有し、該挿入部６４の挿入される挿入孔６６を第１及び第２ヘッダ６８、７０に対してそれぞれ設ける構成としてもよい。

この挿入部６４は、例えば、本体部３６の幅方向中央に形成され、本体部３６から離間する方向へと所定長さだけ突出して形成されると共に、本体部３６と同様に平板状で一体的に形成される。

一方、第１及び第２ヘッダ６８、７０の外周壁に挿入孔６６が形成され、この挿入孔６６は、挿入部６４に対応して周方向に長尺となるように形成されると共に、最も上方及び下方となるチューブ孔３０に対してそれぞれ所定間隔離間して端部側に形成される。

そして、第１及び第２ヘッダ６８、７０とサイドプレート６２とを接続する場合には、一方の接続片３８ａと他方の接続片３８ｂとの間において、突出片３２を、前記サイドプレート６２に重ねるように挿通させ本体部３６へと当接させると共に、挿入部６４を挿入孔６６へと挿入した後、接続片３８ａ、３８ｂを突出片３２側に向かって接近させるように折曲させる。これにより、突出片３２が本体部３６と接続片３８ａ、３８ｂによって囲まれた状態で保持された接続部７２となる。

上述した接続部７２をろう付けすることで、突出片３２が本体部３６及び接続片３８ａ、３８ｂに対してろう付けされると共に、挿入部６４が第１及び第２ヘッダ６８、７０に対してろう付けされる。

そのため、突出片３２のみをサイドプレート６２に対して接続する場合と比較し、前記サイドプレート６２の挿入部６４を合わせて第１及び第２ヘッダ６８、７０へと接続することで、前記第１及び第２ヘッダ６８、７０とサイドプレート６２との接続強度をより一層高めて耐久性を向上させることが可能となる。

また、図５Ａ及び図５Ｂに示される熱交換器８０のように、サイドプレート８２において本体部３６の幅方向端部から立設して長手方向に延在した一対の接続壁８４ａ、８４ｂを有し、一方の接続壁８４ａと他方の接続壁８４ｂとの間に、第１及び第２ヘッダ１２、１４の突出片３２を挿通させ、前記接続壁８４ａ、８４ｂの先端側を幅方向内側へと変形させ加締めて互いに接続するようにしてもよい。

これにより、サイドプレート８２の接続壁８４ａ、８４ｂと突出片３２とを加締めた加締め部８６によって接続することで互いの接続強度を高めることができると共に、前記接続壁８４ａ、８４ｂをサイドプレート８２の長手方向（矢印Ｂ方向）に沿って全体に設けることで、該サイドプレート８２の剛性をより高めることができる。そのため、第１及び第２ヘッダ１２、１４に対する接続強度をより一層高めて振動に対する耐久性をさらに向上させることが可能となる。

また、上述した熱交換器１０、６０、８０は、内部に冷媒が循環される凝縮器として用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、冷却水の循環する蒸発器として用いるようにしてもよい。

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、６０、８０…熱交換器 １２、６８…第１ヘッダ
１４、７０…第２ヘッダ １６…チューブ
２０ａ、２０ｂ、６２、８２…サイドプレート
２２…熱交換部 ３２…突出片
３６…本体部 ３８ａ、３８ｂ…接続片
４０、７２…接続部 ６４…挿入部
６６…挿入孔 ８４ａ、８４ｂ…接続壁
８６…加締め部

Claims (6)

1. 互いに間隔をおいて配置され内部に媒体の導入される一組のヘッダと、一方のヘッダと他方のヘッダとの間に設けられ前記媒体の流通するチューブを含んだ熱交換部と、前記ヘッダの軸方向に沿った前記熱交換部の端部を覆うサイドプレートとを備えた熱交換器において、
   前記ヘッダは、前記サイドプレート側に向かって突出した突出部を備え、前記サイドプレートには、前記一組のヘッダに臨む端部に形成された接続部を有し、
   前記突出部と前記接続部とが、該サイドプレートの長手方向において重なり合うように配置され、該接続部が、前記サイドプレートの長手方向と直交する方向において前記突出部より外側に設けられ該突出部に対して係合される、熱交換器。
2. 請求項１記載の熱交換器において、
   前記接続部は、前記突出部を覆うように形成される、熱交換器。
3. 請求項１記載の熱交換器において、
   前記接続部は、前記サイドプレートの長手方向と直交する方向に膨出して係合される、熱交換器。
4. 請求項１又は２記載の熱交換器において、
   前記接続部は、前記サイドプレートの長手方向と直交する方向に対となるように設けられる、熱交換器。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器において、
   前記サイドプレートの長手方向に沿った端部には、前記ヘッダ側に向かって突出し該ヘッダの挿入孔へと挿入される挿入部を有する、熱交換器。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器において、
   前記突出部は、前記ヘッダの外周壁の一部を折曲して形成される、熱交換器。

Images