JP2023139886A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】部品加工を容易とし、連結部材、ひいては熱交換器の製造コストを低減させる。【解決手段】複数のチューブ４０及びチューブの長手方向両端に設けられたヘッダタンク２０，３０を有する複数の熱交換ユニット１０と、隣り合う前記熱交換ユニットの前記ヘッダタンクを連結する連結部材１００とを有する熱交換器１であって、前記連結部材は、一枚の板状部材からなり、隣り合う前記ヘッダタンクを連通させる複数の貫通孔と、一方の前記ヘッダタンクに突出する第１突起と、他方の前記ヘッダタンクに突出する第２突起と、を備えた熱交換器を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に、複数の熱交換ユニットを連結した熱交換器に関するものである。

従来、一対の円筒状のヘッダタンク及び一対のヘッダタンク間に設けられる複数のチューブを有する熱交換ユニットを複数配列し、各熱交換ユニットのヘッダタンク同士を、連結部材を介して接合しつつ連通させた熱交換器が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の熱交換器における連結部材（接続部材）は、２枚の板材に対して夫々一方の面にバーリング加工により筒状に突出するボス部付きの連通孔を複数並べて形成し、これら２枚の板材を背中合わせに接合して構成されている。特許文献１の熱交換器では、接続部材のボス部をヘッダタンクに形成された孔に挿入することでヘッダタンク同士を位置決めしながら接合し、ヘッダタンクに設けられた孔とボス部の連通孔とにより熱媒体の流路が形成されるようになっている。

特許第６０８８９０５号公報

しかしながら、上述のような連結部材は、バーリング加工を含む部品加工の難度が高く、連結部材、ひいては、熱交換器の製造コストが嵩んでしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、部品加工を容易とし、連結部材、ひいては熱交換器の製造コストを低減させること、などを課題としている。

本発明の一態様は、複数のチューブ及びチューブの長手方向両端に設けられたヘッダタンクを有する複数の熱交換ユニットと、隣り合う前記熱交換ユニットの前記ヘッダタンクを連結する連結部材とを有する熱交換器であって、前記連結部材は、一枚の板状部材からなり、隣り合う前記ヘッダタンクを連通させる複数の貫通孔と、一方の前記ヘッダタンクに突出する第１突起と、他方の前記ヘッダタンクに突出する第２突起と、を備えた熱交換器を提供する。

本発明によれば、部品加工を容易とし、連結部材、ひいては熱交換器の製造コストを低減させることができる。

本発明の実施形態に係る熱交換器の外観を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器の外観を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器に適用される第１ヘッダタンク及び連結部材ついて、チューブが接続される面が上面となるように示した斜視図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器に適用される連結部材を示し、図４（ａ）は連結部材１００斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ―Ａ断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ―Ｂ断面図、図４（ｃ’）は図４（ｃ）の変形例、図４（ｄ）は図４（ａ）のＣ―Ｃ断面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器に適用される第１ヘッダタンク及び連結部材に係る分解図であり、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）はチューブが接続される面を上面として表した図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器に適用される第１ヘッダタンク及び連結部材が接合された図であり、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）はチューブが接続される面を上面として表した図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一の符号は同一の機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１及び図２は、本実施形態に係る熱交換器の概略構成を示し、図１は正面図、図２は側面図を示している。図１、図２に示すように、熱交換器１は、空気の通流方向（図２における左右方向）に沿って配列され、後述する連結部材１００によって連結された２つの熱交換ユニット１０と、冷媒の出入口となる連通孔を有するポート７０を備えている。

以下の説明において、２つの熱交換ユニット１０を夫々区別して示す際には熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂとし、説明の便宜上、ポート７０の連通孔のうち、熱交換ユニット１０Ａ側の連通孔が冷媒流入口７１、熱交換ユニット１０Ｂ側の連通孔が冷媒流出口７２であることとして説明する。

熱交換ユニット１０は、平行に配置される円筒状の第１ヘッダタンク２０及び第２ヘッダタンク３０と、第１ヘッダタンク２０及び第２ヘッダタンク３０の間に設けられ、空気の流通方向と直交する方向に所定間隔をおいて配列される複数のチューブ４０と、複数のチューブ４０の配列方向の両外側に設けられた伝熱フィン５０と、伝熱フィン５０をチューブ４０の配列方向外側から覆う一対のサイドプレート６０と、を備えている。

つまり、第１ヘッダタンク２０及び第２ヘッダタンク３０は、複数のチューブ４０の長手方向両端部に位置し、第１ヘッダタンク２０には複数のチューブ４０の一端部が連通し、第２ヘッダタンク３０には複数のチューブ４０の他端部が連通するようになっている。

図３は、第１ヘッダタンク２０及び連結部材１００ついて、チューブ４０が接続される面が上面となるように示した斜視図である。図３に示すように、第１ヘッダタンク２０には、外周面の一部に、複数のチューブ４０の一端部を嵌合させ、チューブ４０と第１ヘッダタンク２０とを連通させるための複数のスリット２１が軸方向に沿って所定の間隔をあけて形成されている。スリット２１は、チューブ４０の配列間隔に対応するように設けられている。また、第１ヘッダタンク２０の長手方向中間部には、第１ヘッダタンク２０の内部空間を仕切る仕切部材２２が設けられる（図２参照）。

さらに、第１ヘッダタンク２０の長手方向において、仕切部材２２を挟んで一方側には、第１ヘッダタンク２０同士が連結されたときに、両者を連通させるための複数の連通孔２５が軸方向に沿って設けられている。したがって、熱交換ユニット１０Ａの第１ヘッダタンク２０Ａの連通孔２５は、熱交換ユニット１０Ｂの第１ヘッダタンク２０Ｂに向かい合う面に設けられ、熱交換ユニット１０Ｂの第１ヘッダタンク２０Ｂの連通孔２５は、熱交換ユニット１０Ａの第１ヘッダタンク２０Ａに向かい合う面に設けられている。

また、本実施形態において、複数の連通孔２５は、チューブ４０の配列間隔に対応するように互いに所定の間隔をあけて設けられている。連通孔２５の間隔は適宜設定することができる。なお、第１ヘッダタンク２０の軸方向両端部は、不図示のキャップが設けられることで閉塞される。

図１に戻り、第２ヘッダタンク３０には、外周面の一部に、複数のチューブ４０の他端部を嵌合させ、チューブ４０と第２ヘッダタンク３０とを連通させるための複数のスリット３１が軸方向に沿って所定の間隔をあけて形成されている。スリット３１は、チューブ４０の配列間隔に対応するように設けられている。第２ヘッダタンク３０の軸方向両端部は、不図示のキャップが設けられることで閉塞される。なお、第２ヘッダタンク３０には仕切壁及び連通孔が設けられていない。

チューブ４０は、断面が扁平形状の部材からなり、内部に空気の流通方向に沿って配列される複数の冷媒流路４１を含んでいる。伝熱フィン５０は、チューブ４０とサイドプレート６０と間に配置され、空気の通流方向に空気の流通路を形成している。

このような熱交換ユニット１０Ａ，１０Ｂは、第１ヘッダタンク２０の連通孔２５同士を向かい合うように配置した状態で、第１ヘッダタンク２０同士の間に挿入した連結部材１００によって連結することで熱交換器１を構成する。

以下、連結部材１００について説明する。図３から図６に示すように、連結部材１００は、板状部材の両面に長手方向に沿って形成された凹面１０１と、凹面１０１に設けられ第１ヘッダタンク２０の連通孔２５に対応するように設けられた複数の貫通孔１０２と、複数の貫通孔１０２と並んで設けられた突起１０３，１０４を有している。

凹面１０１は、連結部材１００の板厚が短手方向中央部から両端側にかけて板厚が厚くなるように形成され、第１ヘッダタンク２０の外周の円筒面と略同一の曲率を有する凹曲面である。したがって、第１ヘッダタンク２０同士が連結部材１００によって連結された場合に、連結部材１００の凹面１０１と第１ヘッダタンク２０の外周とが隙間なく接触する。

複数の貫通孔１０２は、凹面１０１において、連結部材１００の長手方向に沿って、第１ヘッダタンク２０に設けられた連通孔２５に対応するように所定の間隔を開けて形成される。２つの第１ヘッダタンク２０を互いの連通孔２５が向き合うように配置し、第１ヘッダタンク２０間に連結部材１００を挿入することで、一方の第１ヘッダタンク２０Ａの連通孔２５、連結部材１００の貫通孔１０２と、及び他方の第１ヘッダタンク２０Ｂの連通孔２５により、冷媒の流通経路が形成される。連結部材１００の貫通孔１０２と第１ヘッダタンク２０の連通孔２５とは、互いに異なる大きさの径を有し、貫通孔１０２の径が連通孔２５の径よりもわずかに大きいことが好ましい。

突起１０３は、連結部材１００の一方側の面に少なくとも１つ、貫通孔１０２に並んで設けられている。また、突起１０４は、連結部材の他方側の面に少なくとも１つ、貫通孔１０２に並んで設けられている。突起１０３，１０４は、第１ヘッダタンク２０の連通孔２５に嵌合するように、凹面１０１から円柱形状に突出している。

図４に示すように、突起１０３と突起１０４とは、連結部材１００の表面から互いに相反する方向に突出している。なお、図４（ｃ’）に示すように、突起１０３に突起内を貫通する突起内連通孔１０５を設けてもよい。また、図示を省略するが、突起１０４も同様に突起内連通孔が設けられていても良い。突起内連通孔１０５を設けることで、突起１０３，１０４内にも冷媒の流通経路を形成することができる。

本実施形態において、突起１０３は連結部材１００の長手方向の一端に、連通孔２５に並んで配置されているが、突起１０３の位置は必ずしも端部である必要はなく、いずれかの連通孔２５に代えて配置することができる。同様に、突起１０４は連結部材１００の長手方向他端に、連通孔２５に並んで配置されているが、突起１０４の位置は必ずしも端部である必要はなく、いずれかの連通孔２５に代えて配置することができる。

また、突起１０３及び突起１０４の外径を、貫通孔１０２の径よりも小さく形成することができる。この場合には、第１ヘッダタンク２０において、貫通孔１０２に代えて突起１０３及び突起１０４の位置及び外径に対応させた嵌合孔を形成する。このような構成により、連結部材１００の長手方向の寸法を小さくしつつ、連結部材１００と第１ヘッダタンク２０とを軸方向において位置決めすることができる。

このように構成された熱交換器１の組み立て時は、一方の第１ヘッダタンク２０Ａの連通孔２５のうち、長手方向において仕切部材２２側の端部に位置する連通孔２５に連結部材１００の突起１０３を嵌合させ、他方の第１ヘッダタンク２０Ｂの連通孔２５のうち、長手方向において外側端部に位置する連通孔２５に連結部材１００の突起１０４を嵌合させる（図３，５及び６参照）。

これにより、第１ヘッダタンク２０Ａ及び第１ヘッダタンク２０Ｂの外周面と連結部材１００の凹面１０１が接触し、第１ヘッダタンク２０Ａ、連結部材１００、及び第１ヘッダタンク２０Ｂの長手方向及び短手方向の位置が固定される（図６参照）。そして、一方の第１ヘッダタンク２０Ａの連通孔２５と連結部材１００の貫通孔１０２と他方の第１ヘッダタンク２０Ｂの連通孔２５とにより冷媒の流通経路が形成される。

尚、熱交換器１は、第１ヘッダタンク２０及び連結部材１００の他に、第２ヘッダタンク３０、チューブ４０、伝熱フィン５０、サイドプレート６０、及びポート７０を含む全ての部材が組み立てられた状態で、加熱炉内に挿入され、各部材がろう付けにより接合される。このとき、第１ヘッダタンク２０の外周面にろう材がクラッドされており、連結部材１００も第１ヘッダタンク２０にろう付けされて接合される。

ここで、連結部材１００の貫通孔１０２の径は、第１ヘッダタンク２０の連通孔２５の径よりも大きく形成されているため、加熱炉に挿入される前段階においては、貫通孔１０２と連通孔２５とにより形成される流通経路内に段差が生じている。加熱炉内で熱交換器１が加熱されると、第１ヘッダタンク２０の外周にクラッドされたろう材が溶融して貫通孔１０２の内周縁に流れ、フィレットが形成されるので、ろう付け不良による冷媒の漏れのリスクを低減ですることがきる。また、この結果、貫通孔１０２と連通孔２５とにより形成される流通経路内の段差がなくなり、冷媒が流通経路内を通過する際の抵抗を低減することができる。

以上説明してきたように、熱交換器１に用いられる連結部材１００は、一枚の板状部材の両面に凹面１０１、突起１０３，１０４、及び貫通孔１０２が設けられただけの単純な構造である。したがって、例えば、板状部材として、短冊形状の板材や、予め両面に凹面が設けられた押し出し材にプレス加工等を施すことで連結部材１００を形成することができるので、連結部材１００の加工が容易であり、部品コストを低減させることができる。

また、熱交換器１の組立時においても、突起１０３，１０４により連結部材１００と隣り合う第１ヘッダタンク２０Ａ，２０Ｂとを容易に位置決めすることができ、組立工程が用意となる。すなわち、連結部材１００の部品加工を容易とし、連結部材１００、ひいては熱交換器１の製造コストを低減させることができる。さらに、連結部材１００の凹面１０１が第１ヘッダタンク２０Ａ，２０Ｂの外周面と同一の曲率を有する凹曲面であることから、ろう付時の接合を良好に行うことができる。

なお、第１ヘッダタンク２０Ａ，２０Ｂの両端はそれぞれキャップにより閉塞される。このとき、第１ヘッダタンク２０Ａ，２０Ｂそれぞれに別個独立したキャップを設けることができるほか、第１ヘッダタンク２０Ａ，２０Ｂの端部を共に閉塞させるように一体的に形成された連結キャップを設けることもできる。

このような連結キャップを設けた場合、隣接する第１ヘッダタンク２０Ａ，２０Ｂの配列方向に対する動きを規制することがき、配列方向の位置ずれを抑制することができる。したがって、熱交換器１の組立てからろう付けまでの間に、隣り合う第１ヘッダタンク２０Ａ，２０Ｂ間に配置された連結部材が外れてしまうことを防止することができる。熱交換器１においては、ヘッダタンク２０Ａ，２０Ｂの軸方向及び配列方向において共に位置決めがなされた状態を保持しつつ、ろう付けすることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１：熱交換器、１０（１０Ａ，１０Ｂ）：熱交換ユニット
２０：第１ヘッダタンク、２１：スリット、２２：仕切部材、２５：連通孔、
３０：第２ヘッダタンク、３１：スリット
４０：チューブ、４１：冷媒流路、５０：伝熱フィン、６０：サイドプレート、７０：ポート、７１：冷媒流入口、７２：冷媒流出口
１００：連結部材、１０１：凹面、１０２：貫通孔、１０３，１０４：突起、１０５：突起内連通孔

Claims (5)

1. 複数のチューブ及びチューブの長手方向両端に設けられたヘッダタンクを有する複数の熱交換ユニットと、隣り合う前記熱交換ユニットの前記ヘッダタンクを連結する連結部材とを有する熱交換器であって、
   前記連結部材は、一枚の板状部材からなり、
   隣り合う前記ヘッダタンクを連通させる複数の貫通孔と、
   一方の前記ヘッダタンクに突出する第１突起と、
   他方の前記ヘッダタンクに突出する第２突起と、を備えた熱交換器。
2. 前記連結部材の長手方向において、一端に前記第１突起が設けられ、他端に前記第２突起が設けられている、請求項１記載の熱交換器。
3. 前記ヘッダタンクには、複数の前記貫通孔に対応する複数の連通孔が設けられ、
   前記連通孔の径よりも前記貫通孔の径が大きく形成されている、請求項１又は請求項２記載の熱交換器。
4. 前記第１突起及び前記第２突起に、隣り合う前記ヘッダタンク間を連通させる突起内連通孔が設けられている請求項１又は請求項２記載の熱交換器。
5. 前記貫通孔の径よりも前記第１突起および第２突起の外径の方が小さく形成されている請求項１又は請求項２記載の熱交換器。
   

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