JP4358687B2 - 積層型熱交換器および空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調装置などのエバポレータ（蒸発器）に用いられて好適な積層型熱交換器の構造に関する。

車両用空調装置のエバポレータ（蒸発器）として、図３に示すような積層型熱交換器が多用されている。
同図に示されているように、複数のチューブエレメント１が積層されて積層型熱交換器１０が構成されている。各チューブエレメント１の間は空気通路となっており、空気側フィン３がこの空気通路内に配設されている。
チューブエレメント１は、図４に示されているように、２枚の成形プレート（板体）１ａ，１ｂの面同士が突き合わされることによって構成されている。これら成形プレート１ａ，１ｂには、冷媒の内部流路を形成する深さの浅い皿状部９が設けられている。この皿状部９の一端には、より深さの深い冷媒入口タンク部４ａ及び冷媒出口タンク部４ｂが形成されている。

皿状部９には、冷媒との熱交換面積を増大させるためのインナーフィン２が配置されている。
各成形プレート１ａ，１ｂの皿状部９の幅方向中央部には、互いに向かい合ってリブ１１が内側に突設されて設けられている。リブ１１は、互いにろう付けされた状態で冷媒流路を幅方向に２分割するとともに、配置されたインナーフィン挟み込み部２ｂを挟み込むことにより固定して左右位置のズレを防止している。
リブ１１は、図６に示されているように、上端（タンク側の固定端部）がタンク部４ａ，４ｂにまで延設された状態となっている。

このように構成されたチューブエレメント１は、一対の成形プレート１ａ，１ｂを互いに対向させて接合し、その間に冷媒入口タンク部４ａから流入した冷媒を冷媒出口タンク部４ｂへと流す冷媒流路を形成する。

積層型熱交換器１０には、図３に示されているように、冷媒入口管５に接続される冷媒入口ヘッダ６が設けられている。この冷媒入口ヘッダ６は、積層型熱交換器１０の一方の側面部で、冷媒入口タンク部４ａと連通して接続されている。
また、積層型熱交換器１０には、冷媒出口管８に接続される冷媒出口ヘッダ７が設けられている。この冷媒出口ヘッダ７は、積層型熱交換器１０の他方の側面部で、冷媒出口タンク部４ｂと連通して接続されている。
冷媒入口管５から入った冷媒は、冷媒入口ヘッダ６から、個々に接続されて連通している各チューブエレメント１の冷媒入口タンク部４ａの通路に流入し、この通路を流動する過程で各チューブエレメント１に分配される。

各チューブエレメント１に分配された冷媒は、そのチューブエレメント１に形成されている冷媒流路を経て冷媒出口タンク部４ｂに流入する。各チューブエレメント１の冷媒出口タンク部４ｂは、冷媒入口タンク部４ａと同様に個々に接続されて連通した通路を成しているので、冷媒はこの冷媒出口タンク部４ｂの通路を流動し、これに接続連通された冷媒出口ヘッダ７に流入した後、本冷媒出口ヘッダ７に接続する冷媒出口管８を通過して積層型熱交換器１０から流出していく。
特開平８−１３６１７９号公報

ところで、以上の構成において、積層型熱交換器１０のチューブエレメント１を構成する成形プレート１ａ，１ｂが形成する冷媒入口タンク部４ａ及び冷媒出口タンク部４ｂには、図５に矢印で示したように冷媒の内圧が作用する。この内圧によってタンク部４ａ、４ｂまで延設されているリブ１１の上端（固定端部）にピーク応力が発生してしまい、繰り返し圧力変動時の破壊原因となっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、チューブエレメントの強度が高い積層型熱交換器および該積層型熱交換器を備えた空気調和装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、２枚の板体が重ね合わされて内部流路が設けられたプレート状のチューブエレメントと冷却フィンとが交互に積層されて構成され、前記２枚の板体の端部には積層されて隣り合うチューブエレメントを相互に連通させるタンク部が形成された積層型熱交換器において、重ね合わされる２枚の前記板体の間には、前記タンクに連通する前記内部流路を幅方向中央部にて分離するように長手方向に延在する１本のリブと、インナーフィンとが固定され、前記リブの前記タンク側の固定端部は、前記インナーフィンの前記タンク側の固定端部よりも前記タンクから見て遠い位置に設けられ、前記各板体に設けられた前記リブは、その先端が互いに付きあわされ、前記インナーフィンを挟み込んだ状態で固定されていることを特徴とする。

この発明によれば、リブの固定端部よりもインナーフィンの固定端部がタンク部に近い位置にあるため、リブの固定端部に応力集中が生じることなく、タンク部に作用する応力がインナーフィン全体に分散される。
インナーフィンは、板体に対して固定されているので、チューブエレメントの内部で支柱構造をなし、強度の増大が図られる。

請求項２に記載の発明は、前記インナーフィンが断面視波形状であることを特徴とする。

インナーフィンが断面波形状とされているので、より強固な支柱構造が実現され、チューブエレメントの耐圧強度が増し、また、タンク部にかかる応力負荷が低減する。

請求項３に記載の発明は、冷媒と吸入空気との間で熱交換を行う室内熱交換器と、冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、冷媒を減圧膨張させる膨張機構とを備えた空気調和装置において、前記室内熱交換器と室外熱交換器の少なくとも一方は請求項１または２に記載の積層型熱交換器であることを特徴とする。

本発明によれば、高い耐圧強度を有する熱交換器を備えた空気調和装置を提供することができる。

本発明においては以下の効果を得ることができる。
チューブ入口部にかかる応力をインナーフィン全体に分散させることができるから、発生応力の低減、強度向上を実現することができる。
また、インナーフィンがチューブ内部で支柱構造をなすことにより、チューブ耐圧強度が増し、またチューブ入口部にかかる負荷応力を低減することができる。
さらにインナーフィンを波形状とすることにより、チューブ内で確実に支柱構造を構成することができる。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、従来と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。また、全体構成は図３に示した従来技術と略同様であるので説明を省略する。
本実施形態にかかる積層型熱交換器は、例えば、車両用空調装置のエバポレータ（蒸発器）として用いられる。

図１には、成形プレート（板体）２１ａ，２１ｂのタンク部４ａ，４ｂの周辺が示されている。
図２は成形プレート２１ａ、２１ｂにより構成されたチューブエレメントの部分側断面図である。
各成形プレート２１ａ，２１ｂの皿状部９の幅方向中央部には互いに向かい合ってリブ２２が突設されて設けられている。このリブ２２は、チューブエレメントの長手方向に延在しており、冷媒が流れる流路（内部流路）を分離するようになっている。
各成形プレート２１ａ，２１ｂに設けられたリブ２２は、その先端が互いに付きあわされ、インナーフィン２を挟み込んだ状態でろう付けにより固定されている。このようにインナーフィン２は、インナーフィン挟み込み部２ｂにおいてリブ２２によって挟み込まれているので、その位置決めが確実になされるようになっている。
なお、リブ２２は、タンク部４ａの下方に形成された皿状部９だけでなく、タンク部４ｂの下方に形成された皿状部９にも設けられているが、図１ではタンク部４ｂの図示が省略されている。

インナーフィン２は、成形プレート２１ａ，２１ｂの幅方向に沿って波打つ波形状とされている。このインナーフィン２は、波形状の山および谷の頂部がろう付けによって成形プレート２１ａ，２１ｂに対して固定されている。したがって、インナーフィン２の成形プレート２１ａ，２１ｂに対する接合線は、成形プレート２１ａ，２１ｂの上下方向（図１において上下方向）に亘って並ぶようにして複数形成されている。

リブ２２の上端の成形プレート２１ａ，２１ｂに対する固定位置（ろう付け位置）は、インナーフィン２の上端の成形プレート２１ａ，２１ｂに対する固定位置（ろう付け位置）よりもタンク部４ａ，４ｂから離間した位置（遠い位置）となっている。すなわち、インナーフィン２の上端のろう付け位置がリブ２２の上端ろう付け線２２ａよりも図１において上方（タンク部寄り）に位置している。

このように、リブ２２のタンク部側端部固定位置をインナーフィン２のタンク部側端部固定位置よりもタンク部４ａ，ｂから見て遠い位置になるよう所定間隔を空けて設けることとしたので、上述した接合線をなす複数のろう付け部でも内圧に起因する応力を受けることにより、図２のようにタンク内の冷媒の内圧負荷がインナーフィン２の全体に分散され、リブ２２上端への応力集中を防ぐことができる。すなわち、従来技術においてはリブ２２の上端の固定端部にピーク応力が発生していたが、本実施形態によれば、リブ２２タンク部側端部固定位置とインナーフィン２タンク部側端部固定位置を揃えない構成とすることにより、インナーフィン２の上端縁全体で応力が支持されるから、発生応力が低減し、タンク部４ａ，４ｂの強度を向上させることができる。

さらに、インナーフィン２は波形状とされており、波形状の各頂部（山および谷）が成形プレート２１ａ，２１ｂに固定されているので、チューブエレメント内で支柱構造を構成することになる。これにより、チューブエレメントの剛性が増し、チューブエレメント耐圧強度が上昇するとともに、タンク部４ａ，４ｂにかかる応力負荷を低減することが可能となる。
特に、インナーフィン２が波形状とされているので、インナーフィン２自体の剛性が増してさらに強度を増すことができる。

なお、本実施形態では、エバポレータについて説明したが、コンデンサ（凝縮器）に本発明を適用して良い。

本発明の一実施形態として示した積層型熱交換器に用いられる成形プレートの部分正面図である。 同積層型熱交換器の図５に相当する部分図である。 従来の車両用空調装置のエバポレータに用いられる積層型熱交換器の外観斜視図である。 同積層型熱交換器を構成する冷媒管の分解斜視図である。 図３のＡ-Ａ線に沿ったチューブエレメントの部分断面図である。 成形プレートの部分正面図である。

符号の説明

２ａ インナーフィン
２ｂ インナーフィン挟み込み部
４ａ，４ｂ タンク部
２１ａ，２１ｂ 成形プレート（板体）
２２ リブ

Claims (3)

1. ２枚の板体が重ね合わされて内部流路が設けられたプレート状のチューブエレメントと冷却フィンとが交互に積層されて構成され、前記２枚の板体の端部には積層されて隣り合うチューブエレメントを相互に連通させるタンク部が形成された積層型熱交換器において、
   重ね合わされる２枚の前記板体の間には、前記タンクに連通する前記内部流路を幅方向中央部にて分離するように長手方向に延在する１本のリブと、インナーフィンとが固定され、
   前記リブの前記タンク側の固定端部は、前記インナーフィンの前記タンク側の固定端部よりも前記タンクから見て遠い位置に設けられ、
   前記各板体に設けられた前記リブは、その先端が互いに付きあわされ、前記インナーフィンを挟み込んだ状態で固定されていることを特徴とする積層型熱交換器。
2. 前記インナーフィンは、断面視波形状であることを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器。
3. 冷媒と吸入空気との間で熱交換を行う室内熱交換器と、冷媒と外気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、冷媒を減圧膨張させる膨張機構とを備えた空気調和装置において、
   前記室内熱交換器と室外熱交換器の少なくとも一方は請求項１または２に記載の積層型熱交換器であることを特徴とする空気調和装置。

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