JP4426328B2

JP4426328B2 - 積層型熱交換器

Info

Publication number: JP4426328B2
Application number: JP2004030804A
Authority: JP
Inventors: 隆行大野
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2024-02-06
Also published as: CN1651848A; DE602005000336T2; CN100554861C; US7520319B2; DE602005000336D1; US20050173101A1; JP2005221175A; EP1562014A1; TWI336760B; EP1562014B1; TW200533874A

Description

本発明はチューブとアウターフィンとが交互に積層されたコア部の最外層にエンドプレートが接合される積層型熱交換器に関し、とくに自動車用空調装置の熱交換器として好適な積層型熱交換器に関する。

従来から、自動車用空調装置に用いられ熱交換器としては、たとえば図２２、図２３に示すようなものが知られている（特許文献１）。図において、１００は熱交換器を示している。熱交換器１００はチューブ１０１とアウターフィン１０２が交互に積層されたコア部１０４を有しており、コア部１０４の積層方向の一端には、熱交換器１００内への熱交換媒体（たとえば、冷媒）の導入出通路を形成するサイドタンク１０５が設けられており、サイドタンク１０５には膨張弁（図示略）が接続されるフランジ１０６が接合されている。一方、コア部１０４の積層方向の他端にはエンドプレート１０７が設けられている。

チューブ１０１は、同一形状のチューブ形成用プレート１０８を互いに接合（たとえばろう付け）したものから形成されている。チューブ形成用プレート１０８の長手方向（図２２の上下方向）の両端には、チューブ１０１の外側に凸となるタンク形成部としての凸部１０９、１１０が設けられている。また、凸部１０９、１１０には熱交換媒体の流通孔１１３、１１４が設けられている。そして、チューブ形成用プレート１０８同士を凸部１０９、１１０が外側になるように接合してチューブ１０１を形成し、複数のチューブの凸部１０９同士、凸部１１０同士を互いに接合することにより、タンク１１１とタンク１１２とがコア部１０４の上下両端に形成されるようになっている。また、エンドプレート１０７側の最外層のチューブ形成用プレート１０８の流通孔１１３、１１４はエンドプレートの突出部１１５、１１６により封止されている。

上記のような熱交換器１００は、各部材を仮組み（アセンブリ状態）にした後、熱交換器１００の積層方向両側からろう付け治具（図示略）で挟持した状態で炉中において一括ろう付けされるようになっている。

しかし、チューブ１０１の凸部１０９同士、凸部１１０同士、および最外層のプレート１０８の凸部１０９（凸部１１０）とエンドプレート１０７の突出部１１５（突出部１１６）は互いに面同士が接触する状態で仮組みされるため、仮組み時あるいは炉中におけるろう付け中に位置ずれが発生し、各部材同士が正しい姿勢で接合されなくなるおそれがある。

このような問題を解消すべく図２４に示すような提案（特許文献２）においては、チューブ１１７を第１のチューブ形成用プレート１１８と第２のチューブ形成用プレート１１９とから形成し、第２のチューブ形成用プレート１１９のタンク形成部としての凸部１２１にバーリング加工を施しバール部１２２を形成し、該バール１２２を対向するタンク形成部としての凸部１２０の流通孔１２３に挿入し熱交換器の仮組み時おける各部材の位置ずれが防止されるようになっている。なお、最外層のプレート１１９のバール部１２２の開口部１２６はエンドプレート１２４の突出部１２５により封止され閉塞されるようになっている。

しかし、特許文献２のような熱交換器においては、エンドプレート１２４の突出部１２５と最外層のプレート１１９の凸部１２１のバール部１２２とのろう付け面積が十分に確保できず該部のろう付け強度が十分に確保できなくなるおそれもある。また、エンドプレート１２４は、最外層のプレート１１９に対して仮組み時に精度よく仮固定できないため、ろう付け精度が低下するおそれもある。
実開平７−１２７７８号公報特開平５−８７４８２号公報

そこで本発明の課題は、エンドプレートひいては各構成部材を位置決め精度よく仮組み可能とし、各構成部材を位置決め精度よく、しかも十分な強度で接合可能な積層型熱交換器を低コストで提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る積層型熱交換器は、２枚のチューブ形成用プレートを互いに接合して形成されるチューブと、該チューブを積層しチューブ長手方向の少なくとも一端にタンク部が形成されるコア部と、該コア部の最外層のチューブ形成用プレートに接合されるエンドプレートとを有する積層型熱交換器において、前記最外層のチューブ形成用プレートの長手方向の少なくとも一端部に前記タンク部の一部を形成する凸部を設け、該凸部にバール部を形成するとともに、前記エンドプレートにバール部と係合する孔部を設け、最外層のチューブ形成用プレートの長手方向の端部に延設された折り返し部からなり前記孔部を反チューブ側から封止する蓋体を前記エンドプレートに一体に形成したことを特徴とするものからなる。

このような構成においては、エンドプレートには、最外層のチューブ形成用プレートのバール部と係合される係合機能が一体的に構成されているので、エンドプレートを上記最外層のチューブ形成用プレートに対し位置決め精度よく、しかも確実に仮固定できる。したがって、仮組み時におけるエンドプレートのずれ等が確実に防止されるので、エンドプレートひいては熱交換器の各構成部材のろう付け性（ろう付け精度）を向上できる。上記のような係合機能は、エンドプレート側にバール部が挿入される孔を設け、バール部と孔との組み合わせにより簡単に構成することができる。

また、エンドプレートには、バール部の開口を封止する封止機能が一体的に構成されているので、バール部の開口を確実にしかも容易に封止し閉塞することができる。また、バール部の外周面と孔の周縁、およびバール部の端面とエンドプレートとが確実にろう付けされるので、エンドプレートと最外層のチューブ形成用プレートとのろう付け面積を拡大でき、両者のろう付け強度を向上できる。また、上記封止機能は、バール部の開口を閉塞する蓋体から簡単に構成できる。

上記のような蓋体は、エンドプレートに一体に形成し、エンドプレートにバール部が挿入される孔を穿設し、さらに折り返しにより孔を閉塞可能な折り返し部を設けることで、該折り返し部が蓋体としての機能を発揮するので、上記係合機能および封止機能が一体的に付与されたエンドプレートを簡単に構成できる。また、上記のような、孔および折り返し部を有するエンドプレートはプレート加工等により一つの工程で容易に製造できる。したがって、実質的な部品点数の増加や製造工数の増加を防止できるので、コストアップを効果的に抑制できる。

また、蓋体に膨出部を形成すれば、蓋体の耐圧強度を向上できる。また、該膨出部の膨出代をエンドプレートのアウターフィン接合部の外面と略面一に構成すれば、簡素な構造のろう付け治具を用いて、仮組みされた熱交換器を確実に固定することができるので、ろう付け性を向上できる。

本発明に係る熱交換器によれば、エンドプレートには最外層のチューブに係合される係合機能と、タンクの端部を封止する封止機能が一体的に構成されているので、エンドプレート、ひいては熱交換器全体を確実に位置決め精度よく仮組みすることができ、ろう付け性を向上できる。また、さらに封止機能をエンドプレートに一体的に構成することで実質的な部品点数の増加や製造工数の増加を防止できるので、コストダウンに寄与できる。

以下に、本発明に係る積層型熱交換器の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１ないし図７は、本発明の第１実施態様に係る積層型熱交換器を示している。図において、１は積層型熱交換器を示している。積層型熱交換器１はチューブ２とアウターフィン３とが交互に積層されたコア部４を有しており、コア部４の積層方向の一端には、熱交換器内への熱交換媒体（たとえば、冷媒）の導入出通路が形成されたサイドタンク５が接続されている。サイドタンク５には、熱交換媒体の入口パイプ部６と出口パイプ部７とが形成されたフランジ８が接合されている。一方、コア部４の積層方向の他端には後述のようなエンドプレート９が接合されている。

チューブ２は、図３、図５に示すように第１のチューブ形成用プレート１０と第２のチューブ形成用プレート１１の周縁を互いに接合したものから形成されている。第１のチューブ形成用プレート１０には、タンク２の外側に凸となるタンク形成部としての凸部１２、１３、１４、１５が形成されている。また、第１のチューブ形成用プレート１０には長手方向に延びチューブ２の外側に凸となる流路形成部１６、１７が形成されている。一方、第２のチューブ形成用プレート１１にも上記と同様のタンク形成部としての凸部１８、１９、２０、２１と流路形成部２２、２３が形成されている。また、第２のチューブ形成用プレート１１の各タンク形成部としての凸部１８、１９、２０、２１にはそれぞれ図４等に示すようなバール部２４、２５、２６、２７が設けられている。

そして、図３、図５に示すようにチューブ形成用プレート１０、１１を互いに接合することにより、流路形成部１６（流路形成部１７）と流路形成部２２（流路形成部２３）との間に熱交換媒体の流路２８（流路２９）が形成されるようになっている。なお、流路２８（流路２９）内にはインナーフィン（図示略）が設けられている。さらに、このように形成されたチューブ２を積層することにより、チューブ２の長手方向の一端にタンク形成部としての凸部１２、１８（タンク形成部としての凸部１３、１９）によりタンク３０（タンク３１）が形成され、他端にタンク形成部としての凸部１４、２０（タンク形成部としての凸部１５、２１）によりタンク３２（タンク３３）が形成されるようになっている。また、チューブ２を積層する際には、第１のチューブ形成用プレート１０の各タンク形成部としての凸部１２、１３、１４、１５に設けられた流通孔３４、３５、３６、３７に対応する第２のチューブ形成用プレート１１側のバール部２４、２５、２６、２７が挿入されるようになっている。したがって、各タンクを含めたコア部４全体が確実に位置ずれなく仮組みされるようになっている。

最外層のチューブ２を形成する第２のチューブ形成用プレート１１側のバール部２４、２５、２６、２７は、エンドプレート９に穿設された孔部３８、３９、４０、４１に挿入されている。本実施態様においては各バール部を対応する各孔部に挿入することにより係合機能４８が構成されている。また、最外層のチューブ形成用プレート１１側のバール部２４、２５の開口４２、４３はエンドプレート９に一体形成された蓋体４４により封止されるようになっている。一方、バール部２６、２７の開口４５、４６はエンドプレート９に一体形成された蓋体４７により封止されるようになっている。蓋体４４、４７は図６に示すようにエンドプレート９の長手方向両端に一体形成されており、図６の一点鎖線に沿って蓋体４４、４７を、図６の紙面の手前に折り返すことにより、蓋体４４により開口４２、４３が、また蓋体４７により開口４５、４６が封止されるようになっている（図７）。上述のように本実施態様においては係合機能４８および封止機能４９がエンドプレート９に一体的に構成されている。本実施態様においては蓋体により封止機能４９が構成されている。なお、上記のような蓋体および孔部を有するエンドプレート９は、たとえばプレス加工により一つの工程で容易に成形することができる。したがって、実質的な部品点数の増加や製造工数の増加を防止できるので、コストアップを効果的に抑制できる。

上記のような積層型熱交換器１は各部材を仮組みして（アセンブリ状態にして）各部材は炉中において一括してろう付けされる。したがって、各部材の位置関係が正確に保たれていないときは著しくろう付け性が低下する。とくに従来の積層型熱交換器においては仮組みの際にエンドプレートを正確に位置決めし、この状態をろう付け中等において維持することが極めて困難であった。また、エンドプレートと最外層の第２のチューブ形成用プレートとのろう付け面積が小さいため該部の接合強度が十分に確保できないおそれもあった。

しかし、本実施態様においては、エンドプレート９には係合機能４８と封止機能４９とが一体的に構成されている。つまり、最外層のチューブ２の第２のチューブ形成用プレート１１側の各バール部２４、２５、２６、２７はそれぞれ対応するエンドプレート９の孔部３８、３９、４０、４１に挿入されているので、エンドプレート９を最外層の第２のチューブ形成用プレート１１、換言すれば最外層のチューブ２に対し正確に位置決めすることができる。したがって、仮組み時（アッセンブリ状態）におけるエンドプレート９のずれ等が確実に防止されるので、エンドプレート９ひいては熱交換器１を構成する各部材のろう付け性を向上できる。

また、エンドプレート９には、各バール部２４、２５の開口４２、４３を封止する封止機能としての蓋体４４、およびバール部２６、２７の開口４５、４６を封止する封止機能としての蓋体４７が一体的に構成されている。したがって、エンドプレート９をプレートプレス加工により成形し、蓋体４４、４７を図６の一点鎖線に沿って折り返し、その状態で最外層の第２のチューブ形成用プレート１１に係合すれば対応するバール部の開口を確実にしかも容易に封止することができる。また、本実施態様においては、各バール部の外周面と対応する孔部の周縁および各バール部の端面と蓋体とが確実にろう付けされるので、エンドプレートと最外層の第２のチューブ形成用プレートとのろう付け面積を広く確保することができる。したがって、両者のろう付け性を向上でき耐圧性を向上できる。

なお、本実施態様においては、最外層の第２のチューブ形成用プレート１１の全ての凸部にバール部が設けられているが、少なくとも１つの凸部にバール部を形成すれば、本発明の目的を達成できる。つまり、円周が略楕円状に形成されるバール部と周縁が略楕円状の孔部を係合させれば、最外層のチューブ形成用プレート１１にエンドプレート９を精度よく仮固定できるので、ろう付け性を向上できる。また、図８、図９に示すように、いずれか２つの凸部にのみバール部を設けるようにしてもよい、最外層の第２のチューブ形成用プレート１１をこのように形成すれば、全てのチューブ２を同一のチューブ形成用プレート１１から形成することも可能である。たとえば、図８の場合は、１枚のチューブ形成用プレート１１に上下反対にもう１枚のチューブ形成用プレート１１を接合しチューブ２を形成するようにすればよい。すなわち、複数の凸部が設けられる場合には、少なくとも１つの凸部にバール部を形成すれば本発明の目的を達成できる。

また、本実施態様においては、蓋体４４、４７の外面５０、５１とエンドプレート９のアウターフィン接合部の外面５２とが面一にはなっていないが、たとえば図１０に示すようにろう付け治具５３の外面５０、５１への当接部分を肉厚部５４、５５にすれば、ろう付け治具５３による固定を確実にすることができるので、仮組みされた熱交換器１を構成する各部材が炉中ろう付けの際にずれるような不都合を確実に防止できる。

図１１は、本発明の第１参考態様に係る積層型熱交換器を示している。なお、上記第１実施態様と同一の部材には同一の番号を付し説明を省略する。本参考態様においては、バール部２４、２５の開口４２、４３を封止する蓋体５６、およびバール部２６、２７の開口４５、４６を封止する蓋体５７はエンドプレート５８とは別部材から構成されている。本参考態様においても第１実施態様の作用に準じ、エンドプレート５８を確実に精度よく位置決めして仮組みできるので、ろう付け性、耐圧性を向上できる。

なお、図１２に示すように蓋体５６、５７を肉厚部材から構成すれば、蓋体５６、５７の外面５９、６０と、エンドプレートのアウターフィン接合部の外面６１とを面一にすることができるので、上記第１実施態様のようにろう付け治具５３に肉厚部５４、５５を設ける必要はなくなり、ろう付け治具の構造を簡素化しつつ固定強度を向上できる。また、蓋体５６、５７を肉厚部材とすることにより、該部の耐圧性をさらに向上できる。

図１３ないし図１６は、本発明の第３実施態様に係る積層型熱交換器を示している。なお、上記第１実施態様と同一の部材には同一の番号を付しその説明を省略する。本実施態様においては、図１４に示すようにエンドプレート６２の長手方向両端には蓋体６３、６４が一体形成されている。蓋体６３には、膨出部６５、６６が、一方、蓋体６４には膨出部６７、６８が形成されている。そして、蓋体６３、６４を図１５（ａ）、（ｂ）に示すように折り返すことにより、各孔部６９、７０、７１、７２が対応する膨出部６５、６６、６７、６８により覆われるようになっている（図１６）。

本実施態様においても、エンドプレート６２の各孔部６９、７０、７１、７２には最外層の第２のチューブ形成用プレート１１の対応するバール部２４、２５、２６、２７が挿入されているので、上記第１実施態様の作用に準じ、エンドプレート６２を確実に精度よく位置決めできろう付け性を向上できる。また、本実施態様においては、エンドプレート６２の蓋体には膨出部６５、６６、６７、６８が設けられているので、各バール部の開口４２、４３、４５、４６により封止されるので、該部の耐圧性を向上できる。なお、蓋体６３、６４は図１７に示すような位置に形成しておいてもよい。また、図１８に示すように蓋体６３を蓋体６３ａ、６３ｂに分離して形成するとともに、各蓋体６４を蓋体６４ａ、６４ｂに分離して形成しておいてもよい。このような形状においても、図１７、１８の一点鎖線に沿って折り返せばエンドプレート６２を形成することができる。

図１９は、本発明の第２参考態様に係る積層型熱交換器を示している。本参考態様においては、蓋体６３、６４はエンドプレート６２とは別部材から構成されている。本参考態様においても、上記第３実施態様の作用に準じ、装置のろう付け性、耐圧性を向上できる。

図２０、図２１は、本発明の第５実施態様に係る積層型熱交換器のエンドプレート７３を示している。該エンドプレート７３は上記第３実施態様のエンドプレート６２と比較すると膨出部と孔部との穿設位置がプレートの長手方向に対して逆の関係になっている。そして、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように折り返すことにより、エンドプレート７３の各孔部７４、７５、７６、７７を対応する膨出部７８、７９、８０、８１により封止できる。このようなエンドプレート形状においても、上記各実施態様と同一の機能を有するエンドプレートを成形できる。

なお、上記各エンドプレート９、５８、６２、７３はいずれも、プレス加工等により、一の工程で成形することが可能であり、これに簡単な折り返し等を施せば容易にエンドプレートを製造することができる。また、各エンドプレートの各膨出部とエンドプレートのアウターフィン接合部の外面を面一にすれば、図１２に示したような簡素な形状のろう付け治具でろう付けすることができる。

本発明は、端部にエンドプレートを有する積層型熱交換器、とくに、自動車用空調装置の熱交換器に好適に用いることができ、装置のろう付け性、耐圧性を向上できる。

本発明の第１実施態様に係る積層型熱交換器の正面図である。図１の積層型熱交換器のＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視図である。図１の積層型熱交換器の最外層のチューブの分解斜視図である。図１の積層型熱交換器の最外層のチューブの第２のチューブ形成用プレートの斜視図である。図１の積層型熱交換器のエンドプレート接合側の拡大断面図である。図１の積層型熱交換器のエンドプレートの正面図である。図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う拡大矢視図である。図４とは別の態様の第２のチューブ形成用プレートからなるチューブの分解斜視図である。図４とはもう１つ別の態様の第２のチューブ形成用プレートからなるチューブの分解．斜視図である。図１の積層型熱交換器をろう付けする際のろう付け治具による積層型熱交換器の保持状態を示す断面図である。本発明の第１参考態様に係る積層型熱交換器の部分断面図である。図１１とは別の態様の蓋体を用いた積層型熱交換器の部分断面図である。本発明の第３実施態様に係る積層型熱交換器の部分断面図である。図１３の積層型熱交換器のエンドプレートの正面図である。図１３の積層型熱交換器のエンドプレートの折り返し工程を示す工程図である。図１３の積層型熱交換器のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う矢視図である。図１４のエンドプレートとは別の態様のエンドプレートの正面図である。図１４のエンドプレートとはもう一つ別の態様のエンドプレートの正面図である。本発明の第２参考態様に係る積層型熱交換器の部分断面図である。本発明の第５実施態様に係る積層型熱交換器のエンドプレートの正面図である。図２０のエンドプレートの折り返し工程を示す工程図である。従来の積層型熱交換器の分解正面図である。図２２の積層型熱交換器の拡大部分断面図である。図２２とは別の従来の積層型熱交換器の部分分解正面図である。

符号の説明

１積層型熱交換器
２チューブ
３アウターフィン
４コア部
５サイドタンク
６入口パイプ部
７出口パイプ部
８フランジ
９、５８、６２、７３エンドプレート
１０第１のチューブ形成用プレート
１１第２のチューブ形成用プレート
１２、１３、１４、１５、１８、１９、２０、２１タンク形成部としての凸部
１６、１７、２２、２３流路形成部
２４、２５、２６、２７バール部
２８、２９流路
３０、３１、３２、３３タンク
３４、３５、３６、３７流通孔
３８、３９、４０、４１、６９、７０、７１、７２、７４、７５、７６、７７孔部
４２、４３、４５、４６開口
４４、４７、５６、５７、６３、６４蓋体
４８係合機能
４９封止機能
５０、５１、５９、６０蓋体の外面
５２、６１エンドプレートのアウターフィン接合部の外面
５３ろう付け治具
５４、５５肉厚部
６５、６６、６７、６８膨出部

Claims

２枚のチューブ形成用プレートを互いに接合して形成されるチューブと、該チューブを積層しチューブ長手方向の少なくとも一端にタンク部が形成されるコア部と、該コア部の最外層のチューブ形成用プレートに接合されるエンドプレートとを有する積層型熱交換器において、前記最外層のチューブ形成用プレートの長手方向の少なくとも一端部に前記タンク部の一部を形成する凸部を設け、該凸部にバール部を形成するとともに、前記エンドプレートにバール部と係合する孔部を設け、最外層のチューブ形成用プレートの長手方向の端部に延設された折り返し部からなり前記孔部を反チューブ側から封止する蓋体を前記エンドプレートに一体に形成したことを特徴とする積層型熱交換器。
前記蓋体に反チューブ側に膨らむ膨出部が形成されている、請求項１に記載の積層型熱交換器。
前記膨出部とエンドプレートのアウターフィン接合部の外面とが略面一に形成されている、請求項２に記載の積層型熱交換器。