JP4110200B2 - 熱交換器のコア - Google Patents

Description

本発明は、チューブとフィンを交互に重ねた熱交換器のコアに関し、より詳しくは、チューブが、扁平な筒状のホルダーと、ホルダー内に配設されホルダーの長さ方向に延びると共にホルダーの幅方向に並設された複数個の冷媒通路をホルダー内に形成する波板状のインナーフィンと、インナーフィンに分散状に形成され隣り合う冷媒通路を互いに連通する複数個の連通孔とを備えた熱交換器のコアの改良に関する。

車両用熱交換器等に好適な熱交換器のコアとして、チューブとフィンを交互に重ね、チューブが、扁平な筒状のホルダーと、ホルダー内に配設されホルダーの長さ方向に延びると共にホルダーの幅方向に並設された複数個の冷媒通路をホルダー内に形成する波板状のインナーフィンとを備えたものが知られている。

この種のコアでは、内部を流れる冷媒を全体にわたってほぼ均一な状態にすると共にホルダーとインナーフィンをろう付けするためのフラックスを全体に行き渡らせるように、隣り合う冷媒通路を互いに連通する連通孔や凹みをインナーフィンに分散状に形成しているものがある。

そのような先行技術例としては、例えば、特開昭５８−２２１３９０号公報、特開平３−７９０８１号公報、特開平５−１１３２９７号公報、特開平６−１２９７３４号公報等に開示されたものを挙げることができる。
特開昭５８−２２１３９０号公報 特開平３−７９０８１号公報 特開平５−１１３２９７号公報 特開平６−１２９７３４号公報

しかしながら、特開昭５８−２２１３９０号公報や特開平６−１２９７３４号公報のものでは、上記効果を得るために、インナーフィン全体にわたって非常に多くの連通孔を設けなかればならないため、孔あけによって生じる破材処理が確実に行われているかどうかの管理が難しく、破材が残ることでロー付け不良が生じる恐れが有る。

また、特開昭５８−２２１３９０号公報や特開平６−１２９７３４号公報のものでは、連通孔がスポット状に形成されているため、フラックスの目詰まりが発生し、性能低下を引き起こすことが有る。

また、特開平３−７９０８１号公報のものでは、インナーフィンの隣り合う山同士が切り欠かれており、例えば蒸発器のような低圧の熱交換器のコアであれば、ホルダー内の冷媒圧力が低いため、耐久性に余裕が有るが、凝縮器のような高圧の熱交換器のコアでは、耐久性が不十分になることが有る。

また、特開平５−１１３２９７号公報のものでは、冷媒の流通性を確保するために凹み部が大きくなってしまうので、耐久性に問題が生じる恐れが有ると共に、インナーフィンを成形するロールの寸法上のばらつきで凹みが小さくなった場合に、この部分にフラックスやロー材が長手方向に溜まって目詰まりを引き起こすことが有る。

本発明は、上記問題点を解決することにより信頼性や品質の向上を図った熱交換器のコアを提供することを目的としている。

本発明にかかる熱交換器のコアは、チューブとフィンを交互に重ねた熱交換器のコアであって、チューブが、扁平な筒状のホルダーと、ホルダー内に配設されホルダーの長さ方向に延びると共にホルダーの幅方向に並設された複数個の冷媒通路をホルダー内に形成する波板状のインナーフィンと、インナーフィンに分散状に形成され隣り合う冷媒通路を互いに連通する複数個の連通孔とを備えたものにおいて、各連通孔は、インナーフィンの山の少なくとも二つにまたがると共に冷媒通路に対して斜交するスリット状に形成されているとともに、各連通孔は、インナーフィンの山の少なくとも二つにまたがると共に冷媒通路に対して斜交するスリット状に形成されているとともに、各連通孔は、インナーフィンの山と位置的に対応するアウトラインが、ステップ状にオフセットする。

また、本発明にかかる熱交換器のコアにおいて、前記インナーフィンは、矩形状の平板に複数個の直線のスリットを分散状に形成した後に、平板を断面波状に成形する事により形成されることが好ましい。

また、本発明にかかる熱交換器のコアにおいて、各連通孔により冷媒通路の両側面に形成される開口は、冷媒通路の長手方向と直交する方向においてオーバーラップしないようにすることが好ましい。

また、本発明にかかる熱交換器のコアにおいて、各連通孔は、インナーフィンの長手方向中心線の一方の側の領域と他方の側の領域とでほぼ等しい熱交換効果が得られるように配置されていることが望ましい。

また、本発明にかかる熱交換器のコアは、各連通孔の端部が、隣り合う連通孔の端部と冷媒通路の長手方向と直交する方向にオーバーラップするようにしたことが望ましい。

本発明によれば、各連通孔をインナーフィンの山の少なくとも二つにまたがるスリット状に形成することで、連通孔の数を少なくすることができるため、打ち抜き加工時に生じる破材が各連通孔から除去されているか否かの管理が容易になり、ロー付け不良が生じにくくなる。また、各連通孔をスリット状に形成することで、連通孔をスポット状に形成する場合に比べて一つの連通孔の開口面積が大きくなるため、フラックスの目詰まりが発生しにくくなる。さらに、連通孔が冷媒通路に対して斜交しているため、連通孔を冷媒通路と直交する方向に設ける場合に比べ、ホルダーとインナーフィンとの非接着範囲が冷媒通路と直交する一つの断面内において小さくなる。よって、冷媒の圧力によってホルダーが破損しにくくなり、耐久性が向上する。また、互いにまたがる山同士における形成領域がステップ状にオフセットしているため、ホルダーの内面に作用する応力がより小さくなり、ホルダーがさらに破損しにくくなる。

また、本発明によれば、矩形状の平板に複数個の直線のスリットを分散状に形成した後に、平板を断面波状に成形することにより形成されるので、互いにまたがる山同士における形成領域がステップ状にオフセットさせることができる。

また、本発明によれば、各連通孔により冷媒通路の両側面に形成される開口が冷媒通路と直交する方向において完全にオーバーラップしないようにしたことにより、ホルダーの内面に作用する冷媒圧力によるホルダーの発生応力が小さくなるため、ホルダーがより破損しにくくなり、耐久性がさらに向上する。

また、本発明によれば、各連通孔は、インナーフィンの長手方向中心線の一方の側の領域と他方の側の領域とでほぼ等しい熱交換効果が得られるように配置することで、インナーフィンをホルダーと組み合わせる際、あるいは熱交換器を車両等に取り付ける際にインナーフィンの向きを考慮する必要が無くなるため、製造時の作業性が向上する。

また、本発明によれば、各連通孔の端部が、隣り合う連通孔の端部と冷媒通路の長手方向と直交する方向にオーバーラップするようにすることで、チューブ全体にわたって冷媒がより均一に混ざり合い易くなるので、熱交換効率が向上する。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態であるコア７を具備する熱交換器１の斜視図、図２はコア７の要部拡大図、図３はチューブ３の端面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は第１の実施形態のインナーフィン６を形成する平板Ｐの平面図、図６はインナーフィン６の要部拡大斜視図である。

図１に示す熱交換器１は、車両用空調装置等に用いられるものであって、対向配置された一対のヘッダーパイプ２，２と、これらの間に架設され両端がそれぞれヘッダーパイプ２に連通接続されると共に上下方向に所定間隔をおいて配置された複数本の扁平なチューブ３，３，・・・と、これらの間に配設された断面波形のアウターフィン４，４，・・・とを備えている。

チューブ３は、図２に示すように、扁平な筒状のホルダー５と、ホルダー５内に配設された波板状のインナーフィン６とを備えている。チューブ３，３・・・とアウターフィン４，４・・・とによりコア７が構成されている。ヘッダーパイプ２及びホルダー５を構成する材料は、三層構造のアルミニウム合金で、芯材をＪＩＳ３００３とし、その両面にＪＩＳ４３４３のロー材をクラッドしたものである。また、アウターフィン４及びインナーフィン６を構成する材料はＪＩＳ３００３のアルミニウム合金である。

図３に示すように、ホルダー５は、所定間隔をおいて互いに対向する一対の平板状部５ａ，５ｂと、これらの平板状部５ａ，５ｂの一方の幅方向端部を一体的に接続する曲げ部５ｃと、一対の平板状部５ａ，５ｂの他方の幅方向端部側にそれぞれ形成された接合部５ｄ，５ｅとを備えている。接合部５ｄ，５ｅはロー付けにより互いに接合されている。

インナーフィンには山６ａと谷６ｂが交互に形成されており、各山６ａの頂部が平板状部５ａの内面に、各谷６ｂの底部が平板状部５ｂの内面に、それぞれロー付けされている。インナーフィン６は、ホルダー５の長さ方向に延びると共にホルダー５の幅方向に並設された複数個の冷媒通路８，８，・・・をホルダー５内に形成している。

インナーフィン６は、図５に示すように、矩形状の平板Ｐに複数個のスリットＳ，Ｓ，・・・を分散状に形成した後、平板Ｐを断面波状に成形することにより形成される。これにより、インナーフィン６は、複数個の山６ａ，６ａ，・・・にまたがると共に冷媒通路８，８，・・・に対して斜交する複数個のスリット状の連通孔９，９，・・・（図６参照）を有した状態となる。各連通孔９により各冷媒通路８の両側面には開口９ａ，９ｂが形成されており、これらの開口９ａ，９ｂを通じて隣り合う冷媒通路８，８が互い連通した状態になっている。

このように連通孔９を複数個の山６ａ，６ａ，・・・にまたがるスリット状に形成することで、上記従来例に比べて連通孔の数が少なくなるため、打ち抜き加工時に生じる破材が各連通孔から除去されているか否かの管理が容易になり、ロー付け不良が生じにくくなる。また、連通孔９が細長いスリット状に形成されているため、スポット状に形成されている従来例のものと比べてフラックスの目詰まりが発生しにくい。また、連通孔９が横長に形成されているものに比べてインナーフィン６に作用する応力が小さくなるため、インナーフィン６の板厚を薄くすることができ、軽量化や材料費の低減を図ることができる。

また、連通孔９が冷媒通路８，８・・・に対して斜交していることにより、連通孔９を設けることによって形成されるホルダー５とインナーフィン６の非接着部分については、冷媒通路８と直交する方向の幅Ｗ（図４参照）が、連通孔が冷媒通路に対して直交している場合の幅Ｗ’（図７参照）に比べて大幅に小さくなる。したがって、冷媒通路８，８・・と直交する一つの断面内において、冷媒によりホルダー５の内面に作用する応力が、図７の例よりも大幅に小さくなり、ホルダー５が破損しにくくなる。

なお、各連通孔９により各冷媒通路８の両側面に形成される開口９ａ，９ｂが冷媒通路８の長手方向と直交する方向において完全にオーバーラップしないようにすると、ホルダー５の内面に作用する応力がより小さくなり、ホルダー５がさらに破損しにくくなる。

また、連通孔９，９・・・が冷媒通路８，８・・・に対して斜交した状態で設けられ、アウターフィン４，４・・・の山部または谷部が冷媒通路８，８・・・に対して直交する方向に延びていてホルダー５，５・・・の外面にロー付けされているため、ホルダー５，５・・・の内面における連通孔９，９・・・と対向する部分に冷媒圧力が作用してホルダー５，５・・・が外側に膨らもうとしても、ホルダー５，５・・・の外面にロー付けされたアウターフィン４，４・・・の山部あるいは谷部が膨らもうとする部分に交差していてホルダー５，５・・・が外側に膨らむのを防ぐため、ホルダー５，５・・・が破損しにくい。

さらに、本実施形態では、連通孔９，９，・・・が、インナーフィン６の長手方向中心線Ｃ．Ｌ（図４参照）の一方の側の領域Ｒ１と他方の側の領域Ｒ２とでほぼ等しい熱交換効果が得られるように配置されている。このようにすることで、インナーフィン６をホルダー５と組み合わせる際、あるいは熱交換器１を車両等に取り付ける際にインナーフィン６の向きを考慮する必要が無くなるため、製造時の作業性が向上する。

なお、本実施形態では、インナーフィン６の幅寸法が１４ｍｍ、長さ寸法が３００〜７５０ｍｍ、各連通孔９の幅が１ｍｍとなっている。この場合、隣り合う連通孔９，９の端部間の距離Ｂを３〜９ｍｍ程度、各連通孔９が冷媒通路８の長手方向と直交する方向と成す角度Ｃ（図４参照）を４５°〜６０°程度に設定すると、チューブ内の全体にわたって冷媒がほぼ均一に混ざり合い、好ましい結果を得ることができた。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図８は本発明の第２の実施形態のインナーフィンを形成する平板Ｐ’の平面図である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と対応する部分には同一の符号を付してある。

本実施形態では、連通孔を形成するスリットＳ’の端部Ｓ’ａが、隣り合うスリットＳ’の端部Ｓ’ａに対して冷媒通路と直交する方向（矢印方向）にオーバーラップするようにしている。このようにすることで、一つの連通孔の端部を冷媒通路と直交する方向に横切る断面内に隣り合う連通孔の端部が位置し、チューブ全体にわたって冷媒がより均一に混ざり合い易くなるので、熱交換効率が向上する。

本発明の一実施形態である熱交換器のコア７を具備する熱交換器１の斜視図である。 図１の要部拡大図である。 チューブ３の端面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 第１の実施形態のインナーフィン６を形成する平板Ｐの平面図である。 インナーフィン６の要部拡大斜視図である。 従来のインナーフィン６の断面図である。 第２の実施形態のインナーフィンを形成する平板Ｐ’の平面図である。

符号の説明

３ 熱交換器用チューブ
５ ホルダー
６ インナーフィン
６ａ 山
７ コア
８ 冷媒通路
９ 連通孔

Claims (5)

1. チューブ（３）とフィン（４）を交互に重ねた熱交換器のコア（７）であって、
   チューブ（３）が、扁平な筒状のホルダー（５）と、ホルダー（５）内に配設されホルダー（５）の長さ方向に延びると共にホルダー（５）の幅方向に並設された複数個の冷媒通路（８）をホルダー（５）内に形成する波板状のインナーフィン（６）と、インナーフィン（６）に分散状に形成され隣り合う冷媒通路（８）を互いに連通する複数個の連通孔（９）とを備えたものにおいて、
   各連通孔（９）は、インナーフィン（６）の山の少なくとも二つにまたがると共に冷媒通路（８）に対して斜交するスリット状に形成されているとともに、
   各連通孔は、インナーフィン（６）の山と位置的に対応するアウトラインが、ステップ状にオフセットすることを特徴とする熱交換器のコア（７）。
2. 前記インナーフィン（６）は、矩形状の平板（Ｐ）に複数個の直線のスリット（Ｓ）を分散状に形成した後に、平板を断面波状に成形することにより形成されることを特徴とする請求項１に記載された熱交換器のコア（７）。
3. 各連通孔（９）により冷媒通路（８）の両側面に形成される開口（９ａ，９ｂ）は、冷媒通路（８）の長手方向と直交する方向においてオーバーラップしないようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載された熱交換器のコア（７）。
4. 各連通孔（９）は、インナーフィン（６）の長手方向中心線（Ｃ．Ｌ）の一方の側の領域（Ｒ１）と他方の側の領域（Ｒ２）とでほぼ等しい熱交換効果が得られるように配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された熱交換器のコア（７）。
5. 各連通孔の端部（Ｓ’ａ）が、隣り合う連通孔の端部（Ｓ’ａ）と冷媒通路の長手方向と直交する方向にオーバーラップするようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された熱交換器のコア（７）。

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