JP2813914B2

JP2813914B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP2813914B2
Application number: JP2088199A
Authority: JP
Inventors: 芳中野
Original assignee: 昭和アルミニウム株式会社
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JPH03286992A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、温度の異なる２流体がその内部を略直交す
るように流れ、その間にこれらの２流体間で熱交換器さ
れるようになっている熱交換コア部と、この熱交換コア
部に溶接により一体化され一方の流体の流れのガイドを
するようになっているヘッダタンクとから構成された熱
交換器に関するもので、特に産業用のオイルクーラ、自
動車に搭載されるエアコン用の蒸発器、凝縮器等として
好適な熱交換器に関するものである。

「従来の技術」温度の異なる２つの流体を略直交するように流し、そ
の間に２つの流体間で熱交換器するようになっている、
いわゆる直交流型熱交換器の典型的な従来例が、第８、
９図に示されている。即ち第８図に示されている熱交換
器50は、熱交換コア部51とその上方部分に液密的に設け
られているヘッダタンク52とから概略構成されている。
熱交換コア部51は、ヘッダプレート53に所定の間隔で垂
直方向に挿通されている楕円形の熱交換管54、54と、こ
れらの熱交換管の間に水平方向に設けられているフイン
54とから構成されている。そして熱交換コア部の頂面に
は長手方向に一枚の仕切板55がその面が垂直になるよう
に溶接56され、その上にヘッダタンク52の周縁が、ヘッ
ダプレート53に溶接されている。これにより、熱交換コ
ア部51とヘッダタンクは、液密的に一体化されている。

従って、入り口57から例えば冷媒が供給されると、冷
媒は仕切板55で案内されて、熱交換管54、54の往き管部
Ｇを下降し、そして図示はされていないが熱交換コア部
の下部に設けられている周知のヘッダで折り返され、戻
り管部Ｒを上昇し、ついで出口58から、例えばコンプレ
ッサに戻る。

このように冷媒が、熱交換コア部51を流れている間
に、例えば空気が矢印Ａで示す水平方向に送風される
と、冷媒と空気との間で熱交換され、冷媒は凝縮或いは
蒸発する。

第９図に示されている熱交換器のコア部は、積層型と
呼ばれる形式のもので、全体は略直方体を呈している。
そして上下方向に熱交換される一方の流体が流れる複数
個の流路が形成され、これらの流路の間に他方の流体が
流れる水平方向の流路が形成されている。即ち上下方向
に所定の間隔で配置されたインナーバー60、60間にイン
ナーフイン61、が設けられ、これらのフインが設けられ
ている部分が一方の流体の流路となっている。インナー
フイン61は、図示されているように波型に加工され、そ
の頂面が側面に接すると共に、その面が上下方向になる
ように設けられている。したがって、インナーフイン間
も小さな一種の独立した流路となっている。水平方向に
設けられているアウターバー62間にも同様にアウターフ
イン63、63が設けられている。このアウターフインも波
型に形成され、その頂部がインナーバ60の側面に接する
ように設けられているので、水平方向にも多数の小流路
を有することになる。

この積層型熱交換コア部にも、第８図に関して説明し
たような仕切板が熱交換コア部の頂面に溶接され、同様
にヘッダタンクも溶接される。しかし第９図では、これ
らの部材は省略され、流体の流れ方向のみが矢印で示さ
れている。

「発明が解決しようとする課題」前述したような直交流型熱交換器において、仕切板が
設けられると、熱交換コア部に於ける流路が長くなり、
流れは対向流に近くなる。その結果熱交換効率が高くな
り、熱交換器をコンパクトに構成できる利点はある。し
かしながら、問題点もある。即ち流路を長くするため或
いは多パス化するためには、第８図に示されているよう
に、ヘッダタンク52を熱交換コア部51に溶接して取り付
ける前に、仕切板55を熱交換コア部の頂面に溶接しなけ
ればならず、この仕切板を取り付ける作業分は確実にコ
ストアップになってしまう。特に、仕切板が１枚の板状
体から構成されているときは、溶接する部分も直線状で
溶接作業も比較的容易であるが、流路を多パス化しよう
とすると、溶接する部分が複雑になって、従来の溶接に
より固定する方法では対処できなくなってしまう。

従って、本発明は熱交換コア部に於ける流体の流路
が、熱交換コア部の容積に比較して長く或いは多パス化
され、一種の対向流を形成することのできる仕切部材を
ヘッダタンク内に備えているにも拘らず、簡単に底コス
トで製作できる熱交換器を提供することを目的としてい
る。

「課題を解決するための手段」本発明は、上記目的を達成するために、温度の異なる
２流体がその内部を略直交するように流れ、その間に前
記２流体間で熱交換器されるようになっている熱交換コ
ア部と、該熱交換コア部に溶接により一体化され前記一
方の流体の流れのガイドをするようになっているヘッダ
タンクとから成り、前記ヘッダタンクは、前記熱交換コ
ア部に溶接される部分が開口した開口縁を有する箱状体
から構成され、その内部には流体の流れを案内する仕切
部材を備え、該仕切部材は内壁に一体化された或いは内
壁に嵌められる部分と前記ヘッダタンクが熱交換コア部
に溶接され一体化されるとき該熱交換コア部の頂面に略
垂直に当接する仕切片を少なくとも有し、該仕切片の自
由端は、前記ヘッダタンクの開口周縁より外方へ所定量
だけ突出しているように構成される。

「作用」本発明は、上記のように構成されているので、熱交換
コア部の頂面の所定位置にヘッダタンクの開口周縁が位
置するように乗せる。このとき、ヘッダタンクの内部の
仕切部材の仕切片の自由端は、ヘッダタンクの開口縁よ
りも外方へ突出しているので、ヘッダタンクは仕切部材
で支えられ、開口周縁は熱交換コア部の頂面より僅かば
かり浮いた状態となっている。この浮いた状態或いは隙
間のある状態で、例えば不活性雰囲気中でヘッダタンク
の開口周縁と熱交換コア部の側周面とを溶接して一体化
する。そうすると溶接縮みにより、隙間は小さくなるの
で仕切部材の仕切片は熱交換コア部の頂面の所定位置に
圧接固定される。その結果、仕切部材もヘッダタンク内
の所定位置に固定される。従って、熱交換コア部には複
数個の流路が形成されることになる。

「実施例」本発明の実施に際しては、熱交換コア部には第８、９
図に関して説明したようなコア部で実施できる。第９図
に示されているような偏平な熱交換器から流路が形成さ
れている場合は、これらの流路は適当に区切る必要があ
るが、独立した多数の熱交換管から構成されている場合
は、必ずしも区切る必要はない。また第９図に示されて
いるような積層型熱交換器おいて波型のインナーフイン
が独立した多数の流路を形成しているときも区切る必要
がないことは明かである。しかし本実施例の説明では、
熱交換コア部はただブロックで示されているにすぎ、コ
ア部の仕切に付いては格別に説明されていない。またそ
の実施例は典型的な例であり、本発明はこれらの実施例
の組み合わせによっても実施できるが、いちいち説明は
されていない。

さて、第１図を参照すると、本実施例に係わる熱交換
器は、熱交換コア部Ｃとその上下にそれぞれ配置されて
いるヘッダタンク１、40とから概略構成されているとい
うことが一見して理解される。

上側のヘッダタンク１は、例えば押出し材により溝型
鋼のような形状に形成されている本体２と、この本体の
両開口を閉鎖する端板３、３とから構成されている。そ
して底板４の内面には略中心に長手方向にガイド５が形
成されている。ガイドは、一対の立ち上がり部６、６か
ら構成され、この立ち上がり部の間隔は後述する仕切部
材の仕切片の板厚よりやや広い。

本体２の両端開口に、端板３、３が固定されると、底
板４、一対の側壁７、７及び一対の端板３、３とから一
方が開口した箱状体が形成され、その開口周縁は略同一
面となっている。仕切部材は、本実施例では例えば圧延
材、押し出し材等から一枚の板状の仕切板８として構成
され、この仕切板は本体と略同じ長さに形成されてい
る。仕切板８は、ガイドの立ち上がり部６、６間に挿入
される或いは嵌められるようになっていて、挿入された
状態で、その自由端部９は側壁７より図に於いて、下方
へ僅かばかり突出している。即ち仕切板８の高さＨは、
側壁の高さ或いは深さｈより僅かばかり高い。

従って、ヘッダタンク１の開口周縁部が、熱交換コア
部Ｃの頂面周縁部に位置するように、ヘッダタンクを熱
交換コア部に乗せると、ヘッダタンク１は仕切板８で支
えられて状態となり、開口周縁部の下端と熱交換コア部
の上面との間には隙間Ｇが生じることになる。この状態
で例えばアルゴン溶接Ｗし、両者を一体化する。そうす
ると、溶接縮みにより隙間Ｇが減少するので、仕切板８
の自由端９は底板から押され、熱交換コア部Ｃの所定位
置に押圧され、ガイド５との協働により固定される。こ
のようにしてヘッダタンク１内には、仕切板８により長
手方向に流体供給域10と、排出域11とが形成される。

以上のように、本実施例によると、ヘッダタンク１と
熱交換コア部Ｃとを溶接によって一定化するだけで、仕
切板８が所定位置に固定され、仕切板を有するにも拘ら
ず、仕切板を備えていない熱交換器と同程度のコストで
製作することができる。また本実施例によると、底板４
の内面にはガイド５が形成されているので、このガイド
が補強リブの作用を奏し、ヘッダタンクの剛性を高める
ことができる。勿論熱交換コア部内での流体の流れは、
一種の対向流となっているので、熱交換率は高く、熱交
換器をコンパクトに構成できる。

熱交換コア部Ｃの下側に設けられるヘッダタンク40
は、第１図からも明らかなように、熱交換コア部内の流
体の流れを反転させるもので、必ずしも仕切板は必要で
はない。しかしながら、ヘッダタンクの共用化を図る
と、このヘッダタンクの底板４にはガイド５が設けられ
ているので、これを利用し短い仕切板42、42が溶接によ
り端板41、41に固定されている。本実施例によると、端
板の強度が高められる。

なお、仕切板42、42を予め端板に固定してからヘッダ
タンク30を熱交換コア部に溶接することができるので、
仕切板42の自由端の高さ、形状等が、図示の例に限定さ
れないことは明かである。

本実施例の熱交換器は、上記のように構成されている
ので、上側のヘッダタンク１に設けられている入口13か
ら流体を供給すると、流体は供給域10から熱交換コア部
Ｃを全幅にわたって矢印ａで示すように下降し、下側の
ヘッダタンク40で反転され、再び熱交換コア部を矢印ｂ
で示すように全幅にわたって上昇し、排出域11に到る。
そして出口14から、例えば圧縮器に戻る。このとき他方
の流体例えば空気を周知の方法で矢印Ａで示す水平方向
に熱交換コア部Ｃに流すと、２流体間で熱交換が行われ
る。

第１図に示す実施例では、仕切板８はヘッダタンク本
体２と別体に形成され、そしてヘッダタンクを熱交換コ
ア部に溶接することによって一体化されたが、本体２と
仕切板８とを一体的に、例えば押出し成形法によって製
作するように実施することもできる。しかし本実施例は
図示されていない。本実施例によると、下側のヘッダタ
ンクは別構造となり、共用はできないが、従来周知のヘ
ッダタンクが適用できるので、上側のヘッダタンクと同
様に図示されていない。

熱交換コア部に於ける流体の流路をさらに長くした３
流路形式の熱交換器が、第２図に示されている。本実施
例によると、これらの流路に対応して仕切部材20は、水
平片21と垂直状の仕切片22とで側面的にみて略Ｌ字形に
構成されている。上側のヘッダタンク１と下側のヘッダ
タンク30は、図示されているように、同じ形状をしてい
るので共用できる。しかし図示の実施例では、上側のヘ
ッダタンク１には仕切部材20がヘッダタンク本体２と一
体的に形成された例が、そして下側のヘッダタンク30に
於いては側壁７にガイド５が設けられ、水平片21の一自
由端がこのガイド５に嵌められるようになっている実施
例が示されている。なおガイド５で実施するときは水平
片21の下面に所定数の支柱９′を介装するのが望まし
い。他の要素及び作用効果等については、第１図に示す
実施例のそれと略同じであるから同じ参照符号をつけて
重複説明はしない。

さて第３、４図を参照すると、本実施例に係わる熱交
換器は、さらに多パス化された流路を有するということ
が容易に理解される。即ち第３図に示す実施例では、熱
交換コア部Ｃは垂直方向に４個の流路に仕切られ、これ
に対応して上側のヘッダタンク１には、所定の間隔をお
いて２片の垂直状の仕切板23、24を備えた仕切部材20が
一体的に形成されている。一方下側のヘッダタンク40に
は、第１図に示されている上側のヘッダタンク１に設け
られているような仕切板が一体的に形成されている。し
かし、この下側のヘッダタンクには、第２図に示されて
いるヘッダタンク１、40が適用できることは明かであ
る。仕切部材20の仕切板23、24の自由端がヘッダタンク
１の側壁の開口周縁により外方へ突出している点は、前
述の実施例と同様であるから、本実施例に於いても同様
な効果が得られる。

第４図に示す実施例では、熱交換コア部Ｃには４個の
仕切部により５個の流路が形成されている。そして上側
のヘッダタンク１に設けられている仕切部材20は、第
１、２の垂直状の仕切片23、24が仕切部C1、C3にそれぞ
れ位置するように形成され、下側のヘッダタンク40に設
けられている仕切部材20は、仕切片23、24が仕切部C4、
C2にそれぞれ位置するように形成されている。本実施例
の奏する作用及び効果は前述の実施例特に第２図に示す
実施例のものと略同じであるので、同じ参照符号をつけ
て説明は省略する。

前述した実施例は、例えば第１図に示すように、熱交
換コア部Ｃを流れる流体は、多パス化はされている流路
を流れるが、熱交換コア部全副を一度に流れ、第２の流
体即ち空気の流れに対しては重なった直列的な流れとな
っている。これに対し、後述する実施例では、直列的な
流路に、さらに並列的な流路が、熱交換コア部を変形す
ること無く付加される。その第１実施例が第５図に示さ
れている。本実施例によると、上側のヘッダタンク１に
設けられる仕切部材20は、ヘッダタンクの端板３から長
手方向に略中間まで延在している垂直仕切片25と、長手
方向を２分するように、仕切片25の端部に接して設けら
れている中仕切片26とから構成されている。これらの仕
切片25、26の自由端がヘッダタンクの開口周縁より外方
へ突出している点は、前述の実施例と同様である。この
ようにして、ヘッダタンク１は長手方向に２分され、一
方には流体供給域10と排出域11とが形成され、他方には
仕切部材のない反転域12が形成されている。なお下側の
ヘッダタンク40は、第１図或いは第２図に示す上側のヘ
ッダタンク１と同様な構造を有し、熱交換コア部Ｃに同
様に溶接により取り付けられている。

したがって、入り口13から供給された流体は、供給域
10から熱交換コア部の約半分の流路を下降し下側のヘッ
ダタンク40の長手方向の第１反転流路43内を図に於いて
左方に流れると共に反転し、そして熱交換コア部Ｃの右
半分の通路を上昇する。この下降と上昇流が第２の流体
に対して並列的になる。熱交換コア部Ｃを上昇した流体
は上側のヘッダタンク１の反転域12で反転され、そして
下側のヘッダタンク40の長手方向の第２の反転流路44で
再び図に於いて右方に流れ、そして反転されて排出域11
に到り、出口14から例えばコンプレッサに戻る。

以上のように、本実施例によると、熱交換コア部Ｃを
略垂直方向に流れる流体は、水平方向に流れる例えば空
気に対して直列的であると共に、並列的な流れが付加さ
れているので、２流体間で万遍なく熱交換される。従っ
て、同じ熱交換量に対して熱交換器全体をコンパクトに
構成できる。

第６図には、第５図に示されている実施例と略同じ作
用効果を奏する実施例が示されている。本実施例による
と仕切部材20は、水平片27と仕切片28と、中仕切片29と
から構成されている。水平片と中仕切片は、図示されて
いるように一方の端板３から長手方向に中央部近傍まで
延在し、そして中仕切片29は、水平片27と仕切片28の端
面に接するようにしてペッダタンクを仕切っている。

なお図示はされていないが、第５図に示されているよ
うな下側のヘッダタンクが熱交換コア部の下部にも取り
付けられている。

したがって、入り口13から供給された流体は、供給域
10から熱交換コア部の図に於いて約右半分の流路を下降
し、下側のヘッダタンクの長手方向の反転流路で水平方
向に左方に流れると共に反転し、そして熱交換コア部Ｃ
の左半分の通路を上昇する。熱交換コア部Ｃを上昇した
流体は上側のヘッダタンク１の反転域12で反転され、そ
して下側のヘッダタンクの長手方向の反転流路で再び反
転されて排出域11に到り、出口14から例えばコンプレッ
サに戻る。

第７図には、本発明のさらに異なる実施例が示されて
いる。すなわち、上側のヘッダタンクに設けられている
仕切部材20は、第２図に示されているような水平片27と
垂直状の仕切片28とから成る部材と、ヘッダタンク１の
略中央部に設けられている中仕切部材29とから構成され
ている。

水平片27と垂直状の仕切片28は、本体２と一体的に形
成され、図示されているように断面形はＬ字形に構成さ
れ、本体２の全長にわたって設けられている。従って本
体２の内部には仕切部材によって第１通路30と第２通路
31が長手方向に区画されている。そしてこれらの通路3
0、31は、また長手方向の略中央部で中仕切部材29で仕
切られている。

中仕切部材29は、第１通路30を閉鎖する平板状の仕切
片33と、第２通路31を閉鎖する傾斜状の仕切片34とから
構成されている。そしてこれらは、製作組立の作業性を
考慮して屈曲部35で連結され、仕切片33とし仕切片34と
の間には側面的にみて三角形状の通路36が形成される一
体構造となっている。したがって、中仕切部材29は、シ
ャーリング、金型等の板金加工により簡単に製作でき
る。

下側のヘッダタンク40は、上側のヘッダタンク１の仕
切部材を取り去ったものに相当し、あるいは第２図に示
されているヘッダタンクと同様な構造を有し、前述した
実施例と同様にして熱交換コア部Ｃに取り付けられる。

本実施例は、以上のように構成されているので、入口
13から第１通路即ち流体供給域30に供給された流体は、
熱交換コア部Ｃの図において左半分を下降し、下側のヘ
ッダタンク40に到る。そして長手方向の第１反転通路45
で水平方向に流れると共に反転され、コア部の右半分を
上昇する。第１通路30の仕切片33で仕切られた反転域47
まで上昇した流体は、今度は三角形状の通路36を通って
第２通路31の左半分に送られ、そしてコア部Ｃを下降す
る。下側のヘッダタンク40の長手方向の第２反転流路46
で、水平方向に流れて反転し、そして上昇して第２通路
の排出域48から出口14を通って流出する。

本実施例によると、熱交換コア部Ｃ中では、流体は矢
印ａ、ｂで示すように、全体的には対向流となった並列
的な流れとなっているが、中仕切部材29を境にして左右
の領域は同一方向に流れる平行流となっている。このよ
うに流路が多パス化されているので、熱交換効率が向上
し、熱交換器をコンパクトに安価に製作できる。

「発明の効果」以上のように、本発明によると、熱交換コア部に一体
的に取付けられるヘッダタンクには仕切部材が設けら
れ、この仕切部材は、ヘッダタンクが熱交換コア部に溶
接され一体化されるとき熱交換コア部の頂面に略垂直に
当接する仕切片を少なくとも有し、仕切片の自由端は、
ヘッダタンクの開口周縁より外方へ所定量だけ突出して
いるので、ヘッダタンクを熱交換コア部に溶接により固
定するだけで、溶接縮みにより仕切部材も自動的に固定
される。すなわち熱交換コア部の容積に比較して流路は
長く、一種の対向流が形成されるにも拘らず、仕切板を
備えていない従来の熱交換器と同程度のコストで製作す
ることができる。また仕切部材の形状をいろいろ変更
し、熱交換コア部はそのままで流路を多パス化でき、熱
交換器をコンパクトに構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜７図は本発明の実施例を示し、第１、第２図は第
１、第２実施例を一部破断してそれぞれ示す斜視図、第
３、４図は第３、４の実施例をそれぞれ示す模式的側面
図、第５図は第５の実施例を一部破断して示す斜視図、
第６図は第６の実施例の要部を一部破断して示す斜視
図、第７図は第７の実施例を一部破断して示す斜視図、
第８、９図はそれぞれ異なる従来例を示す斜視図であ
る。１、40……ヘッダタンク、８……仕切板（仕切片）、20
……仕切部材、25、26……仕切片、Ｃ……熱交換コア部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】温度の異なる２流体がその内部を略直交す
るように流れ、その間に前記２流体間で熱交換器される
ようになっている熱交換コア部と、該熱交換コア部に溶
接により一体化され前記一方の流体の流れのガイドをす
るようになっているヘッダタンクとから成り、前記ヘッ
ダタンクは、前記熱交換コア部に溶接される部分が開口
した開口周縁を有する箱状体から構成され、その内部に
は流体の流れを案内する仕切部材を備え、該仕切部材は
内壁に一体化された或いは内壁に嵌められる部分と前記
ヘッダタンクが熱交換コア部に溶接され一体化されると
き該熱交換コア部の頂面に略垂直に当接する仕切片を少
なくとも有し、該仕切片の自由端は、前記ヘッダタンクの開口周縁より
外方へ所定量だけ突出していることを特徴とする熱交換
器。