JP4301804B2

JP4301804B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4301804B2
Application number: JP2002353645A
Authority: JP
Inventors: 勝秀岡田; 陽堀向
Original assignee: Japan Climate Systems Corp
Current assignee: Japan Climate Systems Corp
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: JP2004184018A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対のプレートを接合して形成された複数の伝熱部材と伝熱フィンとが交互に積層して構成された熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用空調機に用いられるエバポレータ等の熱交換器は、図７に示すように、一対のプレートを重ねて接合することにより形成された複数の伝熱部材１０２が伝熱フィン１０４を介して積層されている。上記各伝熱部材１０２の両端部には、ヘッダ１２０を構成するタンク１０７が２つずつ設けられている。また、伝熱部材１０２には、両端部のタンク１０７同士を連通するチューブ（冷媒通路）１０３が２本設けられている。そして、風下側のチューブ１０３及びヘッダ１２０は、第１通路１１１を構成する一方、風上側のチューブ１０３及びヘッダ１２０は、第２通路１１２を構成している。
【０００３】
また、熱交換器１０１の積層方向両端部には、エンドプレート１０５が設けられている。一方のエンドプレート１０５には、第１通路１１１へ冷媒を供給するための供給口１０８と、第２通路１１２の冷媒を熱交換器１０１の外部へ排出するための排出口１０９が設けられている。
【０００４】
図８及び図９に示すように、上記プレートは、第１プレート１３１と第２プレート１３２とにより構成されている。第１プレート１３１及び第２プレート１３２には、タンク１０７を構成するカップ部１２７と、チューブ１０３を構成する溝部１２３とが形成されている。そして、図８に示すように、第１プレート１３１の溝部１２３の両端では、カップ部１２７同士が仕切部１２２で分離している。また、図９に示すように、第２プレート１３２の溝部１２３の一端側では、カップ部１２７間がバイパス溝１２１で連通する一方、該溝部１２３の他端側では、カップ部１２７間が仕切部１２２で分離している。
【０００５】
上記各伝熱部材１０２は、第１プレート１３１同士が接合されると共に、第２プレート１３２同士が接合されることにより構成されている。そして、図７に示すように、第１プレート１３１の仕切部１２２同士が接合することにより、第１通路１１１のタンク１０７と、第２通路１１２のタンク１０７とが遮断されている。また、第２プレート１３２のバイパス溝１２１同士が接合されることにより、第１通路１１１のタンク１０７と、第２通路１１２のタンク１０７とを連通するバイパス通路１１３が形成されている。
【０００６】
図７に示すように、上記バイパス通路１１３は、熱交換器における積層方向の中間部に設けられている。さらに、第１通路１１１及び第２通路１１２のヘッダ１２０には、該ヘッダ１２０内を遮断する遮断壁１１４が設けられている。
【０００７】
そして、供給口１０８から第１通路１１１へ供給された冷媒は、該第１通路１１１の各チューブ１０３へ分流して空気との間で熱交換を行った後に、バイパス通路１１３で合流する。続いて、バイパス通路１１３の冷媒は、第２通路１１２の各チューブ１０３へ分流し、空気との間でさらに熱交換を行った後に、排出口１０９へ排出するようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−３３１３８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記第１プレートと第２プレートとの形状の違いは、バイパス溝の有無のみであるため、これらの各プレートは、形状が非常に似ている。したがって、プレートの選択を誤って熱交換器を組み立ててしまう虞れがある。この場合、本来不要な位置にバイパス通路が形成されてしまうため、熱交換の効率が著しく低下するという問題が生じる。また、本来必要なバイパス通路の流路断面積が小さくなってしまうこともある。
【００１０】
そして、誤組み立てがあった場合でも、製品形状を目視で検査するしかなく、検査時に不良品を見落とす可能性も高い。
【００１１】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、誤って組み立てられた熱交換器を容易に検出できるようにして、熱交換器の信頼性を向上させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ヘッダを構成する複数のタンクと、該タンクに連通する冷媒通路とを有する複数の伝熱部材が、伝熱フィンを介して積層され、上記複数の伝熱部材が、第１プレート同士が接合して形成された第１伝熱部材と、第２プレート同士が接合して形成された第２伝熱部材とにより構成され、上記第１プレート及び上記第２プレートが、上記冷媒通路を構成する複数の溝部と、該溝部の端部に一体に形成されて上記タンクを構成する複数のカップ部とをそれぞれ備えた熱交換器が対象である。そして、上記第１プレートには、上記複数のカップ部同士の間に設けられて該複数のカップ部同士を分離する仕切部が、上記カップ部に一体に形成される一方、上記第２プレートには、上記複数のカップ同士の間に設けられて該複数のカップ部同士を連通するバイパス溝が、上記カップ部に一体に形成され、上記第１プレートの仕切部には、該仕切部を上記第１プレート同士の接合方向に貫通する貫通孔が形成されている。
【００１３】
上記の発明によると、伝熱部材は、第１プレート同士を接合すると共に、第２プレート同士を接合することにより形成される。そして、熱交換器は、各伝熱部材を伝熱フィンを介して積層することにより組み立てられる。このとき、第１プレートにより形成された伝熱部材では、冷媒通路の一端で隣接している各タンク内は分離されて独立している。該各タンク間の仕切部は、貫通孔により貫通されている。一方、第２プレートにより形成された伝熱部材では、冷媒通路の一端で隣接している各タンク内は、向かい合う２つのバイパス溝により形成された通路により連通している。
【００１４】
そして、熱交換器の組立時に、誤って第１プレートと第２プレートとを接合したときには、第２プレートのバイパス溝内は、第１プレートの貫通孔を介して伝熱部材の外部に連通する。
【００１５】
誤組み立てを検出するための検査時には、冷媒通路及びヘッダの内部に、加圧された検査流体を充填させる。そのとき、上記検査流体が貫通孔から流出した場合には、誤組み立てが検出される。一方、検査流体が貫通孔から流出しない場合には、正常に組み立てられていたことが確認される。
【００１６】
請求項２に係る発明によると、上記請求項１に係る発明において、上記第１プレート及び第２プレートには、上記溝部の両端に上記カップ部がそれぞれ形成され、上記第２プレートは、上記溝部の一端側に上記バイパス溝が形成される一方、該溝部の他端側に、上記複数のカップ部同士の間に設けられて該複数のカップ部同士を分離する仕切部が、上記カップ部に一体に形成され、上記第２プレートの仕切部には、該仕切部を上記第２プレート同士の接合方向に貫通する貫通孔が形成されている。
【００１７】
上記の発明によると、熱交換器の組み立て時に、誤って、第２プレートのバイパス溝と、第２プレートの仕切部とが向かい合うように、該第２プレート同士を接合してしまった場合にも、第２プレートの仕切部に貫通孔が形成されているため、検査流体の充填により誤組み立てが検出される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１〜図６は、本発明に係る熱交換器の実施形態を示している。この熱交換器１は、例えばエバポレータとして車両用空調機の蒸発器に適用されている。熱交換器１は、図１に示すように、一対のプレート３０を重ねて接合することにより形成された複数の伝熱部材２が伝熱フィン４を介して積層された本体６と、該本体６の積層方向両端部に設けられたエンドプレート５とにより構成されている。そして、熱交換器１は、各伝熱部材２間の伝熱フィン４を、積層方向に直交する方向に空気が通過するように構成されている。
【００２０】
上記各伝熱部材２は、該伝熱部材２の積層方向に延びるヘッダ２０を構成する複数のタンク７と、該タンク７に連通する冷媒通路であるチューブ３とを備えている。すなわち、各伝熱部材２には、上下方向（つまり、図１で上下方向）に平行に延びる例えば２本のチューブ３が設けられており、各チューブ３の両端に、タンク７がそれぞれ設けられている。上記ヘッダ２０は、積層方向に隣接するタンク７同士が連通することにより構成され、本体６の上端部及び下端部で２本ずつ形成されている。
【００２１】
こうして、本体６における風下側（図２で下側）のチューブ３及びヘッダ２０は、第１通路１１を構成している。一方、本体６における風上側（図２で上側）のチューブ３及びヘッダ２０は、第２通路１２を構成している。
【００２２】
図２に示すように、第１通路１１上側のヘッダ２０と、第２通路１２上側のヘッダ２０とは、積層方向の中間部で積層方向に隣接する一組のタンク７間に形成された遮断部１４によりそれぞれ遮断されている。また、本体６における上側の各ヘッダ２０において、積層方向の中間部で空気の流通方向に隣接する一部のタンク７は、バイパス通路１３を介して互いに連通している。すなわち、図２に示すように、第１通路１１と、第２通路１２とは、少なくとも１つ以上（同図では３つとなっている）のバイパス通路１３を介して連通している。
【００２３】
上記各エンドプレート５は、第１エンドプレート５ａと、第２エンドプレート５ｂとにより構成されており、伝熱フィン４を介して本体６の側端にそれぞれ設けられている。第１エンドプレート５ａの上部には、第１通路１１へ冷媒を供給するための供給口８と、第２通路１２の冷媒を熱交換器１の外部へ排出するための排出口９が設けられている。供給口８は、第１通路１１のヘッダ２０の端部に接続されている。一方、排出口９は、第２通路１２のヘッダ２０の端部に接続されている。
【００２４】
上記プレート３０は、図３に示す第１プレート３１と、図４に示す第２プレート３２との２種類のプレートにより構成されている。これらの各プレート３１，３２は、アルミ合金等の板材をプレス加工することにより形成されている。そして、上記伝熱部材２は、第１プレート３１同士が接合して形成された第１伝熱部材２ａと、第２プレート３２同士が接合して形成された第２伝熱部材２ｂとにより構成されている。
【００２５】
上記第１プレート３１には、図３に示すように、チューブ３を形成する２つの溝部２３が平行に並んで形成されている。溝部２３には、伝熱効率を向上させるための多数の突起２４が形成されている。そして、溝部２３の両端には、タンク７を形成するカップ部２７がそれぞれ形成されている。カップ部２７の底面の中央には、開口２８が形成されており、伝熱部材２同士が接合されたときに、各伝熱部材２のタンク７同士が上記開口２８を介して連通するようになっている。
【００２６】
溝部２３の各端部において隣り合う上記複数のカップ部２７同士は、仕切部２２で分離されている。上記仕切部２２は、カップ部２７の周縁及び溝部２３の縁と共に、プレート３０の接合面を構成している。すなわち、第１伝熱部材２ａでは、チューブ３の一端で隣接している各タンク７内は、互いに接合された仕切部２２により、分離されて独立している。
【００２７】
上記第２プレート３２は、第１プレート３１と略同じ形状を有しているが、一端側のカップ部２７同士を連通するバイパス溝２１を有する点で異なっている。すなわち、図４に示すように、第２プレート３２にも、上記第１プレート３１と同様に、２つの溝部２３と、その両端にそれぞれ形成された複数のカップ部２７とを備えている。第２プレート３２における溝部２３の一端側のカップ部２７間は、バイパス溝２１で連通している。一方、上記溝部２３の他端側のカップ部２７間は、上記第１プレートと同様の仕切部２２で分離されている。
【００２８】
そして、第２伝熱部材２ｂは、２つの第２プレート３２が、そのバイパス溝２１同士が向かい合わせになるように接合することにより形成されている。このとき、第２伝熱部材２ｂでは、チューブ３の一端側で隣接している各タンク７内は、互いに接合された仕切部２２により、分離されて独立している。一方、チューブ３の他端側で隣接している各タンク７内は、向かい合う２つのバイパス溝２１により形成されたバイパス通路１３により連通している。
【００２９】
そして、本発明の特徴として、上記第１プレート３１の仕切部２２と、第２プレートの仕切部２２とには、第２プレート３２のバイパス溝２１に対応する位置に貫通孔３５がそれぞれ形成されている。貫通孔３５は、仕切部２２におけるカップ部２７の間の中央位置から、一方のカップ部２７側へ僅かにずれた位置に形成されている。
【００３０】
すなわち、図５に示すように、熱交換器１の組立時に、誤って第１プレート３１と第２プレート３２とを接合したときには、第２プレート３２のバイパス溝２１内は、第１プレート３１の貫通孔３５を介して伝熱部材２の外部に連通するようになっている。また、熱交換器１の組み立て時に、誤って、第２プレート３２のバイパス溝２１と、第２プレート３２の仕切部２２とが向かい合うように、該第２プレート３２同士を接合してしまった場合にも、バイパス溝２１内は、第２プレート３２の貫通孔３５を介して伝熱部材２の外部に連通するようになっている。
【００３１】
−熱交換器の作用−
次に、図６を参照して、上記熱交換器１の作用について説明する。尚、図６は、熱交換器を模式的に示しており、説明のために、代表的な冷媒の流れのみを示している。
【００３２】
まず、冷媒は、供給口８から第１通路１１の上側のヘッダ２０へ流入する。該ヘッダ２０の中間部は、遮断部１４により遮断されているため、供給口８からヘッダ２０に流入した冷媒は、第１通路１１の各チューブ３に分流して下方へ流れる。その後、各チューブ３を流れた冷媒は、第１通路１１の下側のヘッダ２０を流通する。該ヘッダ２０下流端は、第２エンドプレート５ｂにより閉鎖されているため、冷媒は、ヘッダ２０の下流側で各チューブ３に分流して上方へ流れる。このとき、第１通路１１のチューブ３を流れる冷媒の一部は、各伝熱部材２の間を通過する空気との間で熱交換を行うことによって蒸発する。
【００３３】
続いて、各チューブ３から第１通路１１の上側のヘッダ２０へ流れ込んだ冷媒は、該ヘッダ２０が第２エンドプレート５ｂと遮断部１４とにより閉鎖されているため、バイパス通路１３で合流して第２通路１２の上側のヘッダ２０へ流入する。第２通路１２の上側のヘッダ２０に流入した冷媒は、該ヘッダが第２エンドプレート５ｂと遮断部１４とにより閉鎖されているため、第２通路１２の各チューブ３に分流して下方へ流れる。その後、各チューブ３を流れた冷媒は、第２通路１２の下側のヘッダ２０へ流入する。第２通路１２の下側のヘッダ２０を流れる冷媒は、該ヘッダ２０の下流端が第１エンドプレート５ａにより閉鎖されているため、各チューブ３に分流して上方へ流れる。その後、第２通路１２の上側のヘッダ２０へ流入した冷媒は、該ヘッダ２０が遮断部１４で遮断されているため、排出口９へ排出される。このとき、第２通路１２のチューブ３を流れる冷媒は、各伝熱部材２の間を通過する空気との間で熱交換を行って蒸発する。
【００３４】
その結果、熱交換器１を通過する空気は、まず、第２通路１２のチューブ３を流れる冷媒との間で熱交換を行って冷却され、その後、第１通路１１のチューブ３を流通する冷媒との間で熱交換を行うことによりさらに冷却される。
【００３５】
−熱交換器の検査方法−
次に、上記熱交換器１の誤組み立てを検出するための検査方法について説明する。この検査方法では、組み立てられた熱交換器１内に検査流体であるヘリウムガス等の気体を加圧して充填し、該検査流体の漏れの有無により熱交換器１の誤組み立てを判断する。
【００３６】
すなわち、まず、供給口８及び排出口９の一方を気密状に閉鎖した状態で、他方から高圧の検査流体を、熱交換器１の第１通路１１及び第２通路１２内に供給して封じ込める。そのときに、熱交換器１内の検査流体の圧力を、圧力センサ等の圧力検出手段により検出する。その後、所定時間経過後に、熱交換器１内の圧力を再び検出する。その結果、熱交換器１内の圧力が低下している場合には、貫通孔３５から検査流体が漏れ出しており、熱交換器１は誤組み立てされていると判断する。一方、熱交換器１内の圧力が低下しない場合には、貫通孔３５から検査流体は漏れておらず、熱交換器１は正しく組み立てられていると判断する。
【００３７】
−実施形態の効果−
以上説明したように、この実施形態によると、第１プレート３１と第２プレート３２とを誤って接合したときには、バイパス溝２１の内部を、第１プレート３１の貫通孔３５を介して伝熱部材２の外部に連通させることができる。さらに、バイパス溝２１と、第２プレート３２の仕切部２２とが向かい合うように、該第２プレート３２同士を誤って接合してしまった場合にも、バイパス溝２１の内部を、第２プレート３２の貫通孔３５を介して伝熱部材２の外部に連通させることが可能となる。一方、第１プレート３１同士及び第２プレート３２同士を正しく接合して熱交換器１を組み立てた場合には、バイパス溝２１内を気密状に維持することが可能となる。
【００３８】
したがって、検査流体を熱交換器１内に気密状に封入し、貫通孔３５からの検査流体の漏れを検出することにより、熱交換器１の不良を容易且つ確実に検出できる。その結果、不良品の市場への流出を未然に防止して、熱交換器１の信頼性を向上させることができる。
【００３９】
尚、上記実施形態では、熱交換器１の伝熱部材２に２つのチューブ３を設けるようにしたが、請求項１に係る発明の他の実施形態としては、その他に３つ以上の複数のチューブを設けるようにしてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、熱交換器１の誤組み立てを検査するために、ヘリウムガス等の気体を利用したが、請求項１に係る発明の他の実施形態としては、検査流体に液体を適用し、該液体の熱交換器１からの漏れを目視により確認するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によると、伝熱部材を構成する第１プレート及び第２プレートには、タンクを形成する複数のカップ部を、冷媒通路を構成する溝部にそれぞれ一体に形成し、第１プレートのカップ部同士を分離する仕切部にその仕切部を第１プレート同士の接合方向に貫通する貫通孔を形成することにより、熱交換器の組立時に、誤って第１プレートと第２プレートとを接合したときには、第２プレートのバイパス溝内は、第１プレートの貫通孔を介して伝熱部材の外部に連通する。したがって、ヘッダ及び冷媒通路の内部に流入した検査流体が貫通孔から流出するときに、熱交換器の誤組み立てを検出することができる。一方、第２プレートのバイパス溝同士が接合され、検査流体が貫通孔から流出しない場合には、正常に組み立てられていたことを確認することができる。その結果、熱交換器の不良を容易に検出でき、不良品の市場への流出を未然に防止して、熱交換器の信頼性を向上させることができる。
【００４２】
請求項２に係る発明によると、第１プレート及び第２プレートには、溝部の両端にカップ部をそれぞれ形成し、第２プレートにおける溝部の一端側のカップ部間を、バイパス溝で連通する一方、溝部の他端側のカップ部間を分離する仕切部を形成し、その仕切部に第２プレート同士の接合方向に貫通する貫通孔を形成することにより、熱交換器の組み立て時に、誤って、第２プレートのバイパス溝と、第２プレートの仕切部とが向かい合うように、第２プレート同士を接合してしまった場合にも、検査流体の充填により誤組み立てを確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における熱交換器の外観を示す正面図である。
【図２】熱交換器の外観を示す平面図である。
【図３】第１プレートの内側を示す側面図である。
【図４】第２プレートの内側を示す側面図である。
【図５】バイパス溝と、仕切部の貫通孔との対応を示す説明図である。
【図６】熱交換器を冷媒の流れと共に模式的に示す説明図である。
【図７】従来の熱交換器の外観を示す斜視図である。
【図８】従来の第１プレートを示す斜視図である。
【図９】従来の第２プレートを示す斜視図である。
【符号の説明】
１熱交換器
２伝熱部材
３チューブ（冷媒通路）
４伝熱フィン
７タンク
２０ヘッダ
２１バイパス溝
２２仕切部
２３溝部
２７カップ部
３０プレート
３１第１プレート（プレート）
３２第２プレート（プレート）
３５貫通孔

Claims

ヘッダを構成する複数のタンクと、該タンクに連通する冷媒通路とを有する複数の伝熱部材が、伝熱フィンを介して積層され、
上記複数の伝熱部材が、第１プレート同士が接合して形成された第１伝熱部材と、第２プレート同士が接合して形成された第２伝熱部材とにより構成され、
上記第１プレート及び上記第２プレートが、上記冷媒通路を構成する複数の溝部と、該溝部の端部に一体に形成されて上記タンクを構成する複数のカップ部とをそれぞれ備えた熱交換器であって、
上記第１プレートには、上記複数のカップ部同士の間に設けられて該複数のカップ部同士を分離する仕切部が、上記カップ部に一体に形成される一方、
上記第２プレートには、上記複数のカップ同士の間に設けられて該複数のカップ部同士を連通するバイパス溝が、上記カップ部に一体に形成され、
上記第１プレートの仕切部には、該仕切部を上記第１プレート同士の接合方向に貫通する貫通孔が形成されている
ことを特徴とする熱交換器。
請求項１において、
上記第１プレート及び第２プレートには、上記溝部の両端に上記カップ部がそれぞれ形成され、
上記第２プレートは、上記溝部の一端側に上記バイパス溝が形成される一方、該溝部の他端側に、上記複数のカップ部同士の間に設けられて該複数のカップ部同士を分離する仕切部が、上記カップ部に一体に形成され、
上記第２プレートの仕切部には、該仕切部を上記第２プレート同士の接合方向に貫通する貫通孔が形成されている
ことを特徴とする熱交換器。