JP4272055B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

この出願は、２００１年７月１９日付で出願された日本国特許出願特願２００１−２１９８５１号及び２００１年８月１日付で出願された米国仮出願６０／３０８，８４８号の優先権主張を伴うものであり、その開示内容は、そのまま本願の一部を構成するものである。
技術分野
この発明は、例えばカーエアコン用コンデンサー等に好適に用いられるマルチフロータイプのアルミニウム等の金属製熱交換器に関する。
背景技術
一般に、マルチフロータイプの熱交換器、例えばカーエアコン用コンデンサーとしては、図９、１０に示されるものが公知である。即ち、平行状に配設された１対の中空ヘッダー（１０１）（１０１）間に、多数本の扁平チューブ（１０２）が並列状に渡されて該ヘッダー（１０１）（１０１）に連通、接続され、かつチューブ（１０２）間にコルゲートフィン（１０３）が配設された構成となされた熱交換器が知られている。チューブ（１０２）とヘッダー（１０１）の連通接続は、図１０に示すように、チューブ（１０２）の両端部が、ヘッダー（１０１）（１０１）の相互対向面に設けられた周方向スリット状のチューブ嵌合孔（１０４）に挿入嵌合されてろう付けにより相互接合されることによってなされている。
更に、最外側のチューブ（１０２）の外側には、熱交換効率向上のためにコルゲートフィン（１０３）が配設されると共に、その外側に該フィン（１０３）を保護すること等を目的としてサイドプレート（１０５）が配置されている。このサイドプレート（１０５）の両端部には、図１０に示すように、外方に突出する幅狭の嵌合用突片部（１０６）が形成され、該嵌合用突片部（１０６）がヘッダー（１０１）（１０１）の相互対向面に設けられた幅狭のサイドプレート嵌合孔（１０７）に挿入嵌合されてろう付けされることにより相互に接合一体化されている。なお、参照符合（１１０）は仕切板、（１１１）は入口管、（１１２）は出口管である。
しかしながら、上記従来構成の熱交換器では、サイドプレート（１０５）の両端部に嵌合用突片部（１０６）を設けなければならないが、このような突片部（１０６）を端部加工により形成させるのは技術面で困難性を伴うものであり、従って生産性が低下するし、コストの増大を招く原因ともなっていた。
更に、ヘッダー（１０１）の外周面には、この突片部（１０６）を挿入嵌合させるためのサイドプレート嵌合孔（１０７）と、チューブを挿入嵌合させるチューブ嵌合孔（１０４）との２種類の形状の孔を形成させる必要がある。即ち、サイドプレート嵌合孔（１０７）の形成とチューブ嵌合孔（１０４）の形成のそれぞれにおいて全く別の工具を用いて嵌合孔の形成を行わなければならず、これにより生産性が低下し、コストも増大するという問題があった。
この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、サイドプレートの端部に特別の嵌合形状を形成させる必要がなく、しかもヘッダーにおけるサイドプレート嵌合孔、チューブ嵌合孔の形成作業の作業性を向上できることによって、生産性に優れると共にコストの低減を図り得る熱交換器を提供することを目的とする。
発明の開示
上記目的は、複数個のチューブ嵌合孔が列設された中空ヘッダーと、一端部が対応する前記チューブ嵌合孔に嵌合されることによって前記ヘッダーに連通接続された複数本のチューブと、最外側のチューブの外側に配設されたフィンと、該フィンの外側に配設されたサイドプレートとを備え、前記ヘッダーは、更に前記チューブ嵌合孔と同一ないしは略同一形状のサイドプレート嵌合孔を有し、前記サイドプレートのヘッダー挿入端部が、前記サイドプレート嵌合孔の横断面外周形状に対応する横断面外周形状に形成され、前記サイドプレートの前記ヘッダー挿入端部が、該サイドプレート嵌合孔に嵌合固定されている熱交換器によって達成される。
また上記目的は、平行状に配設された１対の中空ヘッダーと、両ヘッダー間に渡して並列状に配置され、両端部が前記１対のヘッダーの相互対向面に設けられたチューブ嵌合孔に嵌合されることによってヘッダーに連通接続された複数本のチューブと、隣り合うチューブ間及び最外側のチューブの外側に配設されたフィンと、最外側のコルゲートフィンの外側に配設され、両端部が前記１対のヘッダーの相互対向面に設けられたサイドプレート嵌合孔に嵌合されたサイドプレートとを備え、前記サイドプレートの前記両端部を構成するヘッダー挿入端部の横断面外周形状が前記チューブの端部の横断面外周形状と同一ないしは略同一に形成されると共に、前記サイドプレート嵌合孔が前記チューブ嵌合孔と同一ないしは略同一形状に形成されている熱交換器によっても達成される。
この発明の熱交換器では、ヘッダーに設けられるサイドプレート嵌合孔とチューブ嵌合孔とが同一ないしは略同一形状に形成されるので、ヘッダーにおける嵌合孔の形成作業は同一ないしは略同一形状の孔を複数形成させるだけで済み、従来のようにチューブ嵌合孔とは別個の異なる形状の孔を形成させる必要がなくなるので、その分ヘッダーにおける嵌合孔形成の作業性が向上するし、ひいてはコストの低減にも資する。更に、サイドプレートの端部の横断面外周形状がチューブの端部の横断面外周形状と同一ないしは略同一に形成されており、従来のようにサイドプレートの端部に技術的困難性を伴う嵌合用突片部形成等の特別の端部加工を施す必要がないので、製品の品質が向上すると共に、生産性が向上してコストの低減も図れる。
前記フィンとしては、芯材の片面又は両面にろう材が被覆されたアルミニウムブレージングシートによって構成されたコルゲートフィンが好適に用いられる。
サイドプレートは、そのヘッダー挿入端部に該サイドプレートに対して垂直状に延ばされた当接片を有し、この当接片がそのヘッダー沿接面をヘッダー外周面に沿接した状態でヘッダーに接合されている構成を採用するのが好ましい。当接片のヘッダー沿接面とヘッダー外周面とが接合されることで接合面積が増大するので、接合強度が顕著に向上される。更に、このような当接片が存在することで、ろう付け等による接合時における左右方向（サイドプレートの長さ方向）の縮み発生が効果的に防止される。
上記当接片はサイドプレートの内側に向けて延設されているのが好ましい。これにより、当接片沿接接合のためのスペースを新たにヘッダー外周面の先端位置（サイドプレートより外側の位置）に設ける必要がなくなり、その分ヘッダー長さを極力短くすることが可能となるので、熱交換器のコンパクト化の要請にも十分に対応できるものとなる。
前記当接片は、前記ヘッダー挿入端部の幅方向の縁部の一部を切り起こし加工することによって形成されたものであることが望ましい。当接片を有する構造でありながら、生産性を向上させることができるという利点がある。
サイドプレートの端部は、その先端に向かって幅を減少するテーパー状に形成されているのが好ましい。このように先端テーパー状とすることで、サイドプレート嵌合孔への挿入作業をスムーズに行うことができると共に、ヘッダーに対して位置決め状態に嵌合できる利点がある。
前記サイドプレートのヘッダー挿入端部は、その最先端部に挿入誘導用の第１テーパ部が構成され、更に前記ヘッダー挿入端部の内方位置に挿入量規制用の第２テーパ部（２１）が構成されているものとしても良い。この場合、サイドプレートのヘッダー挿入作業が容易になると共に、ヘッダー挿入量が規制されて組み立て作業を容易に行えるという利点がある。
なお、サイドプレートの幅をチューブの幅と同一ないしは略同一とし、サイドプレートの肉厚をチーブの高さと同一ないしは略同一としても良い。
上記熱交換器は、圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮器により凝縮し、その凝縮冷媒を減圧器に通過させて減圧し、その減圧冷媒を蒸発器により蒸発させて前記圧縮機に戻すようになされた冷凍サイクルにおける凝縮器として好適に用いられる。
発明を実施するための最良の形態
この発明の一実施形態に係る熱交換器を図１〜６に示す。この熱交換器はカーエアコン用コンデンサーとして用いられるものであり、（１）は中空ヘッダー、（３）はチューブ、（４）はコルゲートフィン、（５）はサイドプレート、（６）はチューブ嵌合孔、（７）はサイドプレート嵌合孔である。
平行状に配置された１対の中空ヘッダー（１）（１）は、いずれも、芯材の両面にろう材層が被覆されたアルミニウムブレージングシートをその両側縁部が突き合わせ状となるように筒状に成形し、この両側縁部同士をろう付けにより接合してなるものであり、断面円形状の中空管である。なお、側縁部同士の接合を電縫溶接によって行ったいわゆる電縫管や、側縁部同士を突き合わせ状態で接合したものによらない円筒状のアルミニウム押出型材等が使用されても良い。
前記ヘッダー（１）内には仕切板（１５）が配置され、ヘッダー（１）の内部空間が長さ方向に複数の室に区画されたものとなされている。
前記ヘッダー（１）（１）の相対向する側の周壁には、図３に示すように、長さ方向に沿って所定間隔おきに周方向スリット状のチューブ嵌合孔（６）が設けられ、このチューブ嵌合孔（６）に、両ヘッダー（１）（１）間に渡して並列状に配置されたチューブ（３）の端部が挿入嵌合され、この状態でろう付け接合されることによってチューブ（３）とヘッダー（１）とが連通接続されるものとなされている。
前記チューブ（３）は、多孔扁平状のアルミニウム押出型材をもって構成されている。なお、押出型材によらず電縫管によって構成されても良い。
隣り合うチューブ（３）間及び最外側のチューブ（３）の外側にはコルゲートフィン（４）が配設されている。このコルゲートフィン（４）は、芯材の片面又は両面にろう材が被覆されたアルミニウムブレージングシートによって構成されている。
更に、最外側のコルゲートフィン（４）の外側にはサイドプレート（５）が配置されている。このサイドプレート（５）の端部（５ａ）は、前記ヘッダー（１）（１）の相対向する側の周壁における両端部に設けられた周方向スリット状のサイドプレート嵌合孔（７）に挿入嵌合され、この状態でろう付け接合されている。
前記サイドプレート嵌合孔（７）は、図３に示すように、前記チューブ嵌合孔（６）と同一形状に形成されている。従って、ヘッダー（１）における嵌合孔の形成作業は同一形状の孔を複数形成させるだけで済むので、従来のようにチューブ嵌合孔とは別個の異なる形状の孔を形成させる必要がなく、その分ヘッダー（１）における嵌合孔形成の作業性を向上させることができ、ひいてはコストを低減できる。
また、サイドプレート（５）の端部（５ａ）の横断面外周形状は、図２に示すように、チューブ（３）の端部の横断面外周形状と同一に形成されている。従って、従来のようにサイドプレートの端部に技術的困難性を伴う嵌合用突片部形成等の特別の端部加工を行う必要がなくなり、これにより製品品質が向上すると共に、生産性も向上してコストも低減できる。
なお、サイドプレート（５）の端部（５ａ）の横断面外周形状は、チューブ（３）の端部の横断面外周形状と略同一に形成されていてもよい。例えば、サイドプレート（５）の端部（５ａ）の横断面外周形状およびチューブ（３）の端部の横断面外周形状が、図７に示すような形状に構成されていても良い。即ち、前記サイドプレート（５）の幅が前記チューブ（３）の幅と略同一となされ、前記サイドプレート（５）の肉厚が前記チューブ（３）の高さと略同一に形成された構成であっても良い。
前記サイドプレート（５）の両端部（５ａ）には、該サイドプレート（５）の内側に向けてサイドプレート（５）に対して垂直状に延ばされた当接片（１０）が設けられている（図１及び図６参照）。そして、図５に示すように、この当接片（１０）が、そのヘッダー沿接面（１０ａ）をヘッダー外周面に沿接させた状態でヘッダー（１）にろう付け接合されているので、ヘッダー（１）とサイドプレート（５）との接合面積が増大し、これにより両者（１）（５）間の接合強度が顕著に向上するので、耐久性能に優れた熱交換器を提供できる。更に、このような当接片（１０）が突設されているので、ろう付け等による接合の際の熱交換器における左右方向（サイドプレートの長さ方向）の縮み発生を効果的に防止することができる。
なお、前記当接片（１０）は、サイドプレート（５）の幅方向の縁部の一部を切り起こし加工することによって形成されたものであるので、このような新たな突設部材が連接される構造であるにもかかわらず、生産性が良いという利点がある。
更に、前記サイドプレート（５）の端部（５ａ）は、図４に示すように、その先端に向かって幅を減少するテーパー状に形成されている。従って、前記サイドプレート嵌合孔（７）への挿入作業をスムーズに行うことができるし、ヘッダー（１）に対して適正な位置決め状態に嵌合することができる。
このようなサイドプレート（５）の端部（５ａ）のテーパー形状としては、例えば図８に示すような２段テーパー形状を採用するものとしても良い。即ち、サイドプレート（５）の端部（５ａ）の最先端部がテーパー状に形成されて第１テーパー部（２０）が構成され、更に端部（５ａ）の内方位置において第２テーパー部（２１）が構成されたものであっても良い。図８に示すものでは前記第２テーパー部（２１）の傾斜角度はサイドプレート（５）の軸線方向に対して１０°に設定されている（軸線方向に対して１０°傾斜している）。
前記実施形態では、サイドプレート（５）の端部（５ａ）に当接片（１０）が設けられた構成を採用しているが、このような当接片（１０）を設けない構成を採用しても良い。
なお、この発明の熱交換器は、上記各構成部材（１）（３）（４）（５）が相互に仮組状態に組み立てられた後、炉中ろう付け等により全体が接合一体化されて製作されるのが一般的である。
以上のように、この発明の熱交換器は、ヘッダーに設けられるサイドプレート嵌合孔とチューブ嵌合孔とが同一ないしは略同一形状に形成されるので、ヘッダーにおける嵌合孔の形成作業は同一ないしは略同一形状の孔を複数形成させるだけで済み、従来のようにチューブ嵌合孔とは別個の異なる形状の孔を形成させる必要がなくなるので、その分ヘッダーにおける嵌合孔形成の作業性が向上するし、ひいてはコストの低減にも資する。
更に、サイドプレートの端部の横断面外周形状がチューブの端部の横断面外周形状と同一ないしは略同一に形成されており、従来のようにサイドプレートの端部に技術的困難性を伴う嵌合用突片部形成などの特別の端部加工を施す必要がないので、製品の品質が向上すると共に、生産性が向上してコストの低減も図ることができる。
フィンとしては、芯材の片面又は両面にろう材が被覆されたアルミニウムブレージングシートによって構成されたコルゲートフィンを用いる場合には、フィンとチューブおよびサイドプレートとの接合を炉中で一括して行うことができる。
サイドプレートがそのヘッダー挿入部にサイドプレートに対して垂直状に延ばされた当接片が有し、この当接片がそのヘッダー沿接面をヘッダー外周面に沿接した状態でヘッダーに接合されている場合には、サイドプレートとヘッダー相互間の接合面積が増大するので接合強度を顕著に向上させることができる。更に、このような当接片の存在により、ろう付け等による接合時における左右方向（サイドプレートの長さ方向）の縮み発生を効果的に防止できて、製品品質を一段と向上させることができる。
当接片がサイドプレートの内側に向けて延設されている場合には、ヘッダー長さを極力短く設定できるので、熱交換器のコンパクト化を図ることができる。
当接片が、ヘッダー挿入端部の幅方向の縁部の一部を切り起こし加工することによって形成されたものである場合には、当接片を有する構造でありながら、生産性を向上させることができる。
サイドプレートの端部が、その先端に向かって幅を減少するテーパー状に形成されている場合には、サイドサイドプレート嵌合孔への挿入作業をスムーズに行うことができると共に、ヘッダーに対して確実な位置決め状態で接合できる。
サイドプレートのヘッダー挿入端部が、その最先端部に挿入誘導用の第１テーパ部が構成され、更に前記ヘッダー挿入端部の内方位置に挿入量規制用の第２テーパ部（２１）が構成されている場合には、サイドプレートのヘッダー挿入作業が容易になると共に、ヘッダー挿入量が規制されて組み立て作業を容易に行うことができる。
サイドプレートの幅がチューブの幅と同一ないしは略同一であり、サイドプレートの肉厚がチューブの高さと同一ないしは略同一である場合には、両者における幅と高さをそれぞれ同一ないしは略同一に設計するだけで済むので、設計の自由度を向上できる利点がある。
ここで用いられた用語及び説明は、この発明に係る実施形態を説明するために用いられたものであって、この発明はこれに限定されるものではない。この発明は請求の範囲内であれば、その精神を逸脱するものでない限りいかなる設計的変更をも許容するものである。
産業上の利用可能性
この発明は、例えばカーエアコン用コンデンサー等に用いられるマルチフロータイプのアルミニウム製凝縮器等の金属製熱交換器に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明の一実施形態に係る熱交換器を示す図であり、図１Ａは正面図、図１Ｂは平面図である。
図２は、図１Ｂにおける２−２線の断面図である。
図３は、ヘッダーの相互対向面側の側面図である。
図４は、サイドプレートの端部を示す平面図である。
図５は、サイドプレートとヘッダーの接合構造を示す斜視図である。
図６は、サイドプレートとヘッダーを分離状態で示す斜視図である。
図７は、サイドプレートとチューブの横断面形状の変形例を示す断面図である。
図８は、サイドプレートの端部形状の変形例を示す平面図である。
図９は、従来の熱交換器を示す図であり、図９Ａは正面図、図９Ｂは平面図である。
図１０は、従来の熱交換器の各構成部材を分離状態で示す斜視図である。

Claims (10)

1. 複数個のチューブ嵌合孔（６）が列設された中空ヘッダー（１）と、
   一端部（３ａ）が対応する前記チューブ嵌合孔（６）に嵌合されることによって前記ヘッダー（１）に連通接続された複数本のチューブ（３）と、
   最外側のチューブ（３）の外側に配設されたフィン（４）と、
   該フィン（４）の外側に配設されたサイドプレート（５）とを備え、
   前記ヘッダー（１）は、更に前記チューブ嵌合孔（６）と同一ないしは略同一形状のサイドプレート嵌合孔（７）を有し、
   前記サイドプレート（５）のヘッダー挿入端部（５ａ）が、前記サイドプレート嵌合孔（７）の横断面外周形状に対応する横断面外周形状に形成され、
   前記サイドプレート（５）の前記ヘッダー挿入端部（５ａ）が、該サイドプレート嵌合孔（７）に嵌合固定され、
   前記サイドプレート（５）は、そのヘッダー挿入端部（５ａ）に該サイドプレート（５）に対して垂直状に延ばされた当接片（１０）を有し、この当接片（１０）がそのヘッダー沿接面をヘッダー外周面に沿接した状態で前記ヘッダー（１）に接合され、
   前記当接片（１０）は、前記ヘッダー挿入端部（５ａ）の幅方向の縁部の一部を切り起こし加工することによって形成されたものである、熱交換器。
2. 平行状に配設された１対の中空ヘッダー（１）（１）と、
   両ヘッダー（１）（１）間に渡して並列状に配置され、両端部（３ａ）（３ａ）が前記１対のヘッダー（１）（１）の相互対向面に設けられたチューブ嵌合孔（６）（６）に嵌合されることによってヘッダー（１）に連通接続された複数本のチューブ（３）と、
   隣り合うチューブ（３）（３）間及び最外側のチューブ（３）の外側に配設されたフィン（４）と、
   最外側のフィン（４）の外側に配設され、両端部（５ａ）（５ａ）が前記１対のヘッダー（１）（１）の相互対向面に設けられたサイドプレート嵌合孔（７）（７）に嵌合されたサイドプレート（５）とを備え、
   前記サイドプレート（５）の前記両端部（５ａ）（５ａ）を構成するヘッダー挿入端部の横断面外周形状が前記チューブ（３）の端部の横断面外周形状と同一ないしは略同一に形成されると共に、
   前記サイドプレート嵌合孔（７）が前記チューブ嵌合孔（６）と同一ないしは略同一形状に形成され、
   前記サイドプレート（５）は、そのヘッダー挿入端部（５ａ）に該サイドプレート（５）に対して垂直状に延ばされた当接片（１０）を有し、この当接片（１０）がそのヘッダー沿接面をヘッダー外周面に沿接した状態で前記ヘッダー（１）に接合され、
   前記当接片（１０）は、前記ヘッダー挿入端部（５ａ）の幅方向の縁部の一部を切り起こし加工することによって形成されたものである、熱交換器。
3. 前記フィン（４）は、芯材の片面又は両面にろう材が被覆されたアルミニウムブレージングシートによって構成されたコルゲートフィンである、請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記当接片（１０）は、前記サイドプレート（５）の内側に向けて延設されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記サイドプレート（５）の前記ヘッダー挿入端部（５ａ）が、その先端に向かって幅を減少するテーパー状に形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 前記サイドプレート（５）のヘッダー挿入端部（５ａ）は、その最先端部に挿入誘導用の第１テーパ部（２０）が構成され、更に前記ヘッダー挿入端部（５ａ）の内方位置に挿入量規制用の第２テーパ部（２１）が構成されている、請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記サイドプレート（５）の幅が前記チューブ（３）の幅と同一ないしは略同一であり、前記サイドプレート（５）の肉厚が前記チューブ（３）の高さと同一ないしは略同一である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮器により凝縮し、その凝縮冷媒を減圧器に通過させて減圧し、その減圧冷媒を蒸発器により蒸発させて前記圧縮機に戻すようになされた冷凍サイクルにおいて前記凝縮器として用いられる熱交換器であって、
   平行状に配設された１対の中空ヘッダー（１）（１）と、
   両ヘッダー（１）（１）間に渡して並列状に配置され、両端部が前記１対のヘッダー（１）（１）の相互対向面に設けられたチューブ嵌合孔（６）（６）に嵌合されることによってヘッダー（１）に連通接続された複数本の偏平チューブ（３）と、
   隣り合うチューブ（３）（３）間及び最外側のチューブ（３）の外側に配設されたコルゲートフィン（４）と、
   最外側のコルゲートフィン（４）の外側に配設され、両端部（５ａ）（５ａ）が前記１対のヘッダー（１）（１）の相互対向面に設けられたサイドプレート嵌合孔（７）（７）に嵌合されたサイドプレート（５）とを備え、
   前記サイドプレート嵌合孔（７）が前記チューブ嵌合孔（６）と同一ないしは略同一形状に形成されると共に、
   前記サイドプレート（５）の両端部（５ａ）（５ａ）が前記サイドプレート嵌合孔（７）（７）の横断面外周形状に対応する横断面外周形状に形成され、
   前記サイドプレート（５）は、その両端部（５ａ）（５ａ）にそれぞれ該サイドプレート（５）に対して垂直状に延ばされた当接片（１０）を有し、この当接片（１０）がそのヘッダー沿接面をヘッダー外周面に沿接した状態で前記ヘッダー（１）に接合され、
   前記当接片（１０）は、前記サイドプレート（５）の両端部（５ａ）の幅方向の縁部の一部を切り起こし加工することによって形成されたものである、熱交換器。
9. 前記サイドプレート（５）の両端部（５ａ）が、その先端に向かって幅を減少するテーパー状に形成されている、請求項８に記載の熱交換器。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換器を備えたカーエアコン。

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