JP4781911B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車両用空調装置に用いられる熱交換器に関する。

従来より、熱交換媒体が流通する複数の扁平状チューブ及び伝熱用コルゲートフィンを交互に並べてなるコアと、チューブの両端部にそれぞれ連通可能に配設されたタンクとを備えた熱交換器が知られている。タンクは、半割状の２つのタンク構成部材が組み合わされて構成されている。タンクの内部空間には、該内部空間を仕切ることによりチューブを複数のチューブ群に分ける板状の仕切部材が配置されている。この仕切部材の周縁部には、位置決め部が突設され、この位置決め部はタンク構成部材の内壁面に開口する孔部に挿入されている。これにより、仕切部材がタンクの内部空間で位置決めされ、この位置決めされた状態でタンクの内壁面にろう付けされることになる。
特開２００５−２０７６１４号公報

ところが、特許文献１の熱交換器のようにタンクの内部空間を仕切部材で仕切るようにした場合に仕切部材とタンクの内壁面との間に隙間が生じると、熱交換媒体の流れが設計通りにならずチューブ群が形成されなくなり、不良品となる。この仕切部材とタンクとの間の隙間は熱交換器の製造後の外観検査等によっては発見できないものなので、製造時において隙間が発生しないような構造が求められている。

また、熱交換器においては、軽量化及び低コスト化の要求もあり、この要求に対し、各構成部材を薄肉にして材料の使用量を低減することが考えられる。しかしながら、これら構成部材の中で、容積の大きいタンクの周壁部を薄肉にした場合には、耐圧性の確保が問題となる。

本発明は斯かる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、タンクに仕切部材を設けることで複数のチューブ群を形成する場合に、タンクの耐圧性を確保しながら周壁部を薄肉化して熱交換器の軽量化及び低コスト化を図り、しかも、製造時において仕切部材とタンクの内壁面との間に隙間が形成されないようにして不良品の発生数を低減することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、タンクの周壁部に、補強用の段部形成箇所の内壁面に開口する孔部を設け、仕切部材の位置決め部を孔部に挿入するようにした。

具体的には、請求項１の発明では、熱交換媒体が流通する複数のチューブと、該チューブの端部に連通可能に配設されたタンクとを備え、該タンクの内部空間に上記チューブを複数のチューブ群に分ける仕切部材が配置された熱交換器であって、上記タンクの周壁部には、補強用の第１段部と第２段部とが間隔をあけて設けられるとともに、該第１段部形成箇所から第２段部形成箇所に亘って内壁面に開口する孔部が設けられ、上記仕切部材には、上記孔部に挿入される位置決め部が設けられている構成とする。

この構成によれば、補強用の段部によりタンクの周壁部が補強されるので、耐圧性を確保しながら周壁部の薄肉化が可能になる。この段部は、例えば平坦部に比べて形状が複雑であることから成形時のばらつきが生じやすく、このため、段部の寸法公差の範囲は段部が形成されない箇所に比べて大きめになる。この段部形成箇所の内壁面に孔部を開口させ、この孔部に仕切部材の位置決め部が挿入されるので、段部形成箇所の内壁面の寸法や形状が多少ばらついていても、仕切部材との間には隙間が形成されにくくなる。

また、タンクの周壁部に複数の段部が形成されることになって耐圧性がより高まる。これら第１段部と第２段部との寸法公差の範囲は上述のとおり大きめになるので、これら両段部の間の部分も寸法公差の範囲は大きめになる。これら２つの段部形成箇所に亘るように位置決め部が孔部に挿入されるので、両段部形成箇所の間の部分の寸法や形状がばらついても、仕切部材との間には隙間が形成されにくくなる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、孔部は、タンクの周壁部を貫通するように形成され、位置決め部は、上記孔部からタンクの外方へ突出し、該孔部の周縁部にかしめ固定されている構成とする。

この構成によれば、製造時に仕切部材が所定位置から動きにくくなる。

請求項３の発明では、請求項２の発明において、段部は、タンクの内方へ向けて窪むように形成され、位置決め部は、孔部への挿入方向の先端部が上記タンクの最外面と同一面上または最外面よりも内方に位置するように形成されている構成とする。

この構成によれば、仕切部材の位置決め部がタンクの最外面よりも外方へ突出しないので、熱交換器を配設する際、位置決め部が周辺部品等と干渉しにくくなる。

請求項４の発明では、請求項１から３のいずれか１つの発明において、仕切部材は、その中心を通る直線を対称軸とした対称形状とされている構成とする。

この構成によれば、仕切部材が対称形状であるため、作業者による組付方向の間違いに起因する誤組付を未然に防止することが可能になる。

請求項１の発明によれば、タンクの周壁部に補強用の段部を設けたので、タンクの耐圧性を確保しながら周壁部を薄肉化して熱交換器の軽量化及び低コスト化を図ることができる。そして、成形時に形状がばらつきやすい段部形成箇所に、その内壁面に開口するように孔部を設け、この孔部に仕切部材の位置決め部を挿入するようにしたので、製造時においてタンクと仕切部材との間に隙間が形成されるのを抑制でき、不良品の発生数を低減できる。

また、第１段部及び第２段部を設けてタンクの耐圧性をより高めた場合に、タンクと仕切部材との間に隙間が生じるのを抑制できる。

請求項２の発明によれば、位置決め部をタンクにかしめ固定するようにしたので、仕切部材を正規の位置に確実に組み付けることができる。

請求項３の発明によれば、仕切部材の位置決め部が周辺部品等と干渉しにくくなるので、熱交換器及び周辺部品のレイアウトを容易に行うことができる。

請求項４の発明によれば、仕切部材を対称形状としたので、仕切部材の誤組付を未然に防止できる。

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。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器１を示すものであり、この実施形態では、熱交換器１が車両用空調装置（図示せず）の加熱用熱交換器である場合について説明する。尚、車両用空調装置は、図示しないが、車室のインストルメントパネルの内部に配置され、上記加熱用熱交換器や冷却用熱交換器、各種ダンパ等を収容する樹脂製のケーシングを備えている。

上記加熱用熱交換器１は、熱交換媒体としてエンジン用冷却水が循環するように構成された、いわゆるヒータコアであり、図２にも示すように、チューブ２及びフィン３を交互に並べてなるコア４と、コア４のチューブ２両端部に設けられたコネクタタンク５及びリターンタンク６とを備えている。コア４のチューブ２は、外部空気の流れ方向（図２に矢印Ｓで示す）に長い断面形状を有する扁平状チューブであり、アルミニウム合金を成形してなる。これらチューブ２は、外部空気の流れ方向に２列配置されている。上記フィン３は、外部空気の流れ方向に見て、波状をなすコルゲートフィンであり、アルミニウム合金製の薄板材を成形してなる。上記チューブ２及びフィン３を構成する部材の少なくとも一方の表面には、ろう材が層状に設けられている。上記コア４の外端部には、フィン３を保護するエンドプレート７が設けられている。上記チューブ２、フィン３及びエンドプレート７は、ろう材により接合されて一体化されている。

上記コネクタタンク５は、チューブ２を空気流れ方向上流側の上流側チューブ群と下流側の下流側チューブ群とに分けるためのものであり、このコネクタタンク５に、エンジン冷却水の入口パイプ１０及び出口パイプ１１が接続されている。一方、リターンタンク６は、上流側チューブ群と下流側チューブ群とを連通させるためのものである。

上記コネクタタンク５は、チューブ２及びフィン３の並ぶ方向に長く延びる略矩形箱状をなしており、コア４側に位置するプレート部材５１と、プレート部材５１のコア４と反対側に位置するタンク部材５２と、仕切部材１２とを備えている。上記プレート部材５１は、アルミニウム合金の板材を略矩形の板状にプレス成形してなるプレス成形品である。このプレート部材５１には、チューブ２の端部が挿入されるチューブ挿入孔（図示せず）がチューブ２の間隔に対応して多数形成されている。チューブ２の端部は、チューブ挿入孔に挿入された状態で該チューブ挿入孔の周縁部にろう付けされている。このように、チューブ２の端部がろう付けされることにより、プレート部材５１の耐圧性が確保され、薄肉化が可能になる。プレート部材５１の周縁部には、コア４側と反対側に突出する環状の側壁部５１ａが形成されている。側壁部５１ａの先端部には、複数の突片部５１ｂが周方向に間隔をあけて設けられている。

上記タンク部材５２もプレート部材５１と同様にアルミニウム合金のプレス成形品である。このタンク部材５２は、図３にも示すように、全体としてコア４と反対側に膨出しかつコア４側に開放するように形成されており、天板部５２ａと、天板部５２ａの周縁部からコア４側へ延びる側壁部５２ｂとを備えている。タンク部材５２の側壁部５２ｂは、図２に示すように、プレート部材５１の側壁部５１ａの内側に位置するように形成されている。本発明のタンクの周壁部は、タンク部材５２の天板部５２ａ及び側壁部５２ｂで構成されている。

タンク部材５２の長手方向中間部には、凹形状をなす２つの補強部１３、１３が長手方向に離れて形成されている。これら補強部１３、１３は同様に構成されている。各補強部１３は、コネクタタンク５の天板部５２ａの最外面から内方へ窪むように形成された第１段部１４及び第２段部１５と、これら段部１４、１５の間に形成された平坦部１６とで構成されている。第１段部１４及び第２段部１５は、天板部５２ａから側壁部５２ｂに亘って形成されている。平坦部１６は、天板部５２ａの最外面と略平行に延びている。

上記各補強部１３は２つの段部１４、１５を有していることから、天板部５２ａの他の部分に比べて形状が複雑である。このため、プレス成形時に形状のばらつきが生じやすく、さらに、プレス成形後の残留応力による形状の僅かな復元等が起こりやすい。これらのことにより、第１段部１４、第２段部１５の寸法公差の範囲は段部１４、１５が形成されない箇所に比べて大きめになる。また、そのように段部１４、１５の寸法公差の範囲が大きいことから、これら段部１４、１５の間に位置する平坦部１６の寸法公差の範囲も同様に大きめになるが、この平坦部１６には残留応力による形状の復元は起こりにくいため、段部１４、１５に比べて寸法の公差範囲は狭い。

図２及び図４に示すように、上記タンク部材５２の天板部５２ａには、空気流れ方向略中央部において第１段部１４の形成箇所から第２段部１５の形成箇所に亘ってタンク部材５２の長手方向に延びるスリット状に開口する貫通孔２０が形成されている。この貫通孔２０は、第１段部１４の形成箇所、第２段部１５の形成箇所及び平坦部１６の形成箇所の内壁面に開口しており、本発明の孔部を構成している。

尚、他方の補強部１３も上記一方の補強部１３と同様に第１段部１４、第２段部１５及び平坦部１６で構成され、天板部５２ａの対応する部分には、第１段部１４の形成箇所から第２段部１５の形成箇所に亘る貫通孔２０が形成されている。

また、タンク部材５２の天板部５２ａには、２つの補強部１３、１３の間における空気流れ方向上流側に入口パイプ取付孔２１が形成され、タンク部材５２の長手方向一端部近傍における空気流れ方向下流側に出口パイプ取付孔２２が形成されている。上記入口パイプ取付孔２１には、入口パイプ１０の基端部が挿入され、出口パイプ取付孔２２には出口パイプ１１が挿入されている。上記入口パイプ１０の先端部には、エンジンの冷却水通路に連通する供給パイプ（図示せず）が接続され、上記出口パイプ１１の先端部には冷却水通路に連通する排出用パイプ（図示せず）が接続されるようになっている。

上記仕切部材１２は、コネクタタンク５の内部空間を空気流れ方向上流側と下流側とに仕切るためのものであり、この仕切部材１２により、チューブ２が空気流れ方向上流側の上流側チューブ群と、下流側の下流側チューブ群とに分けられる。この仕切部材１２は、図３に示すように、アルミニウム合金の板材で構成され、コネクタタンク５の長手方向両端部に亘って延び、天板部５２ａの内壁面に対し略直交して延びるように配置されている。

仕切部材１２は、長手方向の中心を通り、かつ長手方向と直交して仕切部材１２に沿って延びる直線Ｘ（図３にのみ示す）を対称軸として対称形状とされている。具体的には、仕切部材１２の周縁部の形状は、補強部１３、１３に対応する箇所を除いた大部分がコネクタタンク５の内壁面の形状に沿うように形成されている。仕切部材１２には、タンク部材５２の貫通孔２０、２０に挿入される２つの位置決め部１２ａ、１２ａが突設されている。各位置決め部１２ａの突出高さは、図１に示すように、貫通孔２０に挿入した状態で天板部５２ａの外面よりも外方へ突出するように設定されている。また、位置決め部１２ａは貫通孔２０に挿入された状態（図５に示す）でタンク部材５２の外方からかしめ具Ａ（図６に示す）によりかしめられるようになっている。また、仕切部材１２の長手方向両端部には、図３に示すように、突起１２ｂ、１２ｂが形成されている。これら突起１２ｂ、１２ｂは、タンク部材５２の側壁部５２ｂに形成された切欠部５２ｃに嵌入するように形成されている。

上記プレート部材５１及びタンク部材５２の表面には、ろう材が設けられている。このろう材により、両部材５１、５２がろう付けされるとともに、入口パイプ１０及び出口パイプ１１が入口パイプ取付孔２１及び出口パイプ取付孔２２の周縁部にそれぞれろう付けされ、さらに、仕切部材１２の周縁部がコネクタタンク５の内壁面にろう付けされる。

一方、上記リターンタンク６には、パイプ１０、１１や仕切部材１２が設けられておらず、リターンタンク６は、プレート部材６１及びタンク部材６２の２部品で構成されている。これらプレート部材６１及びタンク部材６２は、コネクタタンク５の部材５１、５２と同様にアルミニウム合金のプレス成形品である。図１に示すように、プレート部材６１は、側壁部６１ａ及び突片部６１ｂを備えている。また、タンク部材６２は、天板部６２ａと側壁部６２ｂとを備えている。このタンク部材６２には、第１段部１４、第２段部１５及び平坦部１６で構成された補強部１３が２つ設けられている。

これらリターンタンク６のプレート部材６１及びタンク部材６２は、図示しないが、コネクタタンク５のプレート部材５１及びタンク部材５２を成形する際に用いるプレス型と同じプレス型を用いて成形されており、コネクタタンク５のプレート部材５１にのみ、別途のピアス加工によって取付孔２１、２２及び貫通孔２０が形成されるようになっている。

次に、上記熱交換器１の製造要領について説明する。まず、チューブ２、フィン３及びエンドプレート７によりコア４を構成し、図示しない結束具で結束しておく。このようにして結束したチューブ２の端部をプレート部材５１、６１のチューブ挿入孔に挿入することで、プレート部材５１、６１をコア４に組み付けておく。一方、仕切部材１２はコネクタタンク５のタンク部材５１に組み付ける。この仕切部材１２をタンク部材５１に組み付ける際には、位置決め部１２ａを貫通孔２０に挿入するとともに、突起１２ｂを切欠部５２ｃに嵌入する。そして、図６に示すように、かしめ具Ａをタンク部材５１の外方から位置決め部１２ａに当てて該位置決め部１２ａを貫通孔２０の周縁部にかしめ固定する。これにより、仕切部材１２の２箇所がタンク部材５２にかしめ固定され、タンク部材５２に所定位置で安定して保持される。その後、上記タンク部材５２をプレート部材５１に組み付け、プレート部材５１の突片部５１ｂを側壁部５１ａの内方へ折り曲げてタンク部材５２に当接させて該タンク部材５２をプレート部材５１に保持する。また、リターンタンク６のタンク部材６２もプレート部材６１に組み付けておく。

上記のようにして各部材が組み付けられた状態の中間製造品（図示せず）は、ろう付け用の炉内へ搬送される。この炉内で各部のろう材が溶けて流れ、ろう付け箇所に行き渡る。中間製造品を炉内から搬出してろう材を固化させることで、図１に示すような熱交換器１が得られる。尚、各部材は上記した順番以外の順番で組み付けるようにしてもよい。

上記のように構成された熱交換器１におけるエンジン冷却水の流れについて説明する。上記入口パイプ１０を流れたエンジン冷却水は、コネクタタンク５の空気流れ方向上流側の空間に流れ込んだ後、上流側チューブ群のチューブ２を流れてリターンタンク６に流入する。リターンタンク６に流入したエンジン冷却水は、空気流れ方向下流側へ流れて下流側チューブ群のチューブ２を流れた後、コネクタタンク５の空気流れ方向下流側の空間に流れ込み、出口パイプ１１から外部に流出する。

以上説明したように、この実施形態に係る熱交換器１によれば、コネクタタンク５及びリターンタンク６の周壁部に第１段部１４及び第２段部１５を有する補強部１３を形成したので、これらタンク５、６の耐圧性を確保しながら、タンク部材５２、６２の薄肉化が可能になり、熱交換器１の軽量化及び低コスト化を図ることができる。そして、補強部１３を構成する段部１４、１５及び平坦部１６の寸法公差の範囲は上述のように大きめであるが、この段部１４、１５の形成箇所及び平坦部１６の形成箇所の内壁面に開口するように貫通孔２０を形成し、この貫通孔２０に仕切部材１２の位置決め部１２ａを挿入したので、段部１４、１５の形成箇所及び平坦部１６の形成箇所の寸法や形状が多少ばらついていても、仕切部材１２との間には隙間が形成されにくくなる。これにより、製造時においてコネクタタンク５と仕切部材１２との間に隙間が形成されるのを抑制でき、不良品の発生数を低減できる。

また、タンク部材５２、６２の各々に２つの補強部１３、１３を形成したので、コネクタタンク５及びリターンタンク６の耐圧性を十分に得ることができる。

また、コネクタタンク５に２つの貫通孔２０、２０を形成し、これら貫通孔２０、２０の周縁部に仕切部材１２の位置決め部１２ａ、１２ａをそれぞれかしめ固定するようにしたので、ろう付けの際、仕切部材１２が所定位置から動きにくくなるとともに、安定させることができ、コネクタタンク５の内壁面との間に隙間が生じるのを確実に防止することができる。

また、仕切部材１２を長手方向について対称形状としたので、製造時、仕切部材１２を組み付ける際、作業者による組付方向の間違いに起因する誤組付を未然に防止することができる。

また、上記実施形態では、仕切部材１２の位置決め部１２ａをタンク部材５２の天板部５２ａの外面よりも外方へ突出させているが、図７に示す変形例のように、位置決め部１２ａの突出方向先端部を天板部５２ａの最外面と同一面上に位置付けるようにしてもよい。このように位置決め部１２ａを天板部５２ａの最外面から突出させないようにすることで、熱交換器１を配設する際、位置決め部１２ａが周辺部品と干渉するのを回避できる。これにより、熱交換器１及び周辺部品のレイアウトを容易に行うことができる。尚、位置決め部１２ａの先端部を天板部５２ａの最外面よりもタンク５の内方側に位置付けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、タンク部材５２の貫通孔２０を第１段部１４の形成箇所から第２段部１５の形成箇所に亘るスリット状に形成したが、図８に示す参考例のように、第１段部１４の形成箇所及び第２段部１５の形成箇所に貫通孔４０、４０をそれぞれ形成し、平坦部１６には形成しないようにしてもよい。この場合には、図９及び図１０に示すように、仕切部材１２の位置決め部１２ａは貫通孔４０に対応する形状として２つずつ設け、各々を対応する貫通孔４０に挿入した状態で該貫通孔４０の周縁部にかしめ固定すればよい。

尚、上記実施形態では、段部１４、１５がコネクタタンク５の空気流れ方向に延びるように形成されているが、段部１４、１５の形状はこれに限られるものではなく、コネクタタンク５の長手方向に延びる形状であってもよい。また、段部１４、１５の数も任意に設定することができる。

また、上記実施形態では、仕切部材１２がコネクタタンク５の内部空間を空気流れ方向上流側と下流側とに仕切るように形成されているが、これに限らず、仕切部材１２は、コネクタタンク５の内部空間を長手方向一側と他側とに仕切るように形成してもよい。

また、仕切部材１２は、リターンタンク６に設けてもよい。

また、仕切部材１２の位置決め部１２ａは、タンクにかしめ固定しなくてもよい。

また、この実施形態では、熱交換器１がヒータコアである場合について説明したが、本発明は、熱交換器１が例えば冷凍装置の蒸発器や凝縮器である場合にも適用することが可能である。

以上説明したように、本発明に係る熱交換器は、例えば、自動車に搭載される車両用空調装置の加熱用熱交換器に適している。

本発明の実施形態に係る熱交換器の正面図である。 熱交換器の斜視図である。 タンク部材に仕切部材を組み付ける前の状態を示し、図４のＡ−Ａ線における断面図である。 タンク部材の平面図である。 位置決め部を貫通孔に挿入した状態を拡大して示す部分断面図である。 図４のＡ−Ａ線における断面図であり、（ａ）は、かしめ具を位置決め部に当てる前の状態を示し、（ｂ）は、かしめ具を位置決め部に当てた状態を示し、（ｃ）は、位置決め部が貫通孔の周縁部にかしめ固定された状態を示す図である。 変形例に係る熱交換器の一部を示す図である。 参考例に係る図４相当図である。 参考例に係る図３相当図である。 参考例に係る図５相当図である。

１ 熱交換器
２ チューブ
３ フィン
４ コア
５ コネクタタンク
６ リターンタンク
１２ 仕切部材
１２ａ 位置決め部
１３ 補強部
１４ 第１段部
１５ 第２段部
２０ 貫通孔
４０ 貫通孔
５２ タンク部材
Ａ かしめ具

Claims (4)

1. 熱交換媒体が流通する複数のチューブと、該チューブの端部に連通可能に配設されたタンクとを備え、該タンクの内部空間に上記チューブを複数のチューブ群に分ける仕切部材が配置された熱交換器であって、
   上記タンクの周壁部には、補強用の第１段部と第２段部とが間隔をあけて設けられるとともに、該第１段部形成箇所から第２段部形成箇所に亘って内壁面に開口する孔部が設けられ、
   上記仕切部材には、上記孔部に挿入される位置決め部が設けられていることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、
   孔部は、タンクの周壁部を貫通するように形成され、
   位置決め部は、上記孔部からタンクの外方へ突出し、該孔部の周縁部にかしめ固定されていることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項２に記載の熱交換器において、
   段部は、タンクの内方へ向けて窪むように形成され、
   位置決め部は、孔部への挿入方向の先端部が上記タンクの最外面と同一面上または最外面よりも内方に位置するように形成されていることを特徴とする熱交換器。
   徴とする熱交換器。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の熱交換器において、
   仕切部材は、その中心を通る直線を対称軸とした対称形状とされていることを特徴とする熱交換器。

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