JP5419221B2 - 熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調装置等に用いられるヒーターコア等の熱交換器およびその製造方法に関し、とくに外部配管の接続部の構造に工夫を凝らした熱交換器およびその製造方法に関する。

従来の車両用空調装置に用いられるヒーターコアについて、ヒーターコア内のタンクと外部配管としてのパイプとの間をつなぐ接続部は、長細のドーム形状をなすタンク断面と略円形状をなすパイプ断面とがなるべく連続的につながるように、複雑な構造を備えているものが多かった。

例えば特許文献１の図１には、タンク側面にパイプジョイントを差し込むタイプの熱交換用コアが記載されている。この熱交換用コアにおいては、パイプ接続部がパイプ挿入部とタンク挿入部とを一体成形したジョイント部材から構成されている。そして、当該ジョイント部材は流路断面がパイプ側の円形からタンク側の長円形まで連続的に変化するように形成されることが多い。

また、特許文献２の図８に記載される熱交換器においては、パイプ接続部が、端末加工を施したパイプを取り付けるジョイント部材と、タンク端部を外側から覆うように取り付けられてタンク端部を封止するキャップ部材から構成されている。当該キャップ部材は、タンク外側に嵌め合わされるために、その断面形状がタンク外形断面のドーム形からパイプ断面の円形まで徐々に変化するように形成されている。

特開平１１−０４８７５８号公報 特開２００１−２１５０９５号公報

特許文献１に記載される熱交換用コアにおいては、ジョイント部材の複雑な流路形状を加工するために、ジョイント部材の流路方向長さを大きく設定しておく必要がある。従って、熱交換用コア全体が大型化し、近年の装置小型化の要請に逆行することとなる。

また、特許文献２に記載される熱交換器においては、キャップ部材が複雑な形状を備えるために、キャップ部材の加工に大きなコストを要する。

そこで本発明の課題は、外部配管とタンクの間の接続部を小型かつ安価に形成することが可能な熱交換器およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、一の外部配管を介して熱媒体が送入される入口側に設けられた入口タンクと、他の外部配管を介して前記熱媒体が送出される出口側に設けられた出口タンクと、前記入口タンクと前記出口タンクとを連通する伝熱チューブとから構成され、前記入口タンクおよび前記出口タンクの少なくとも一方のタンクの外部配管側の端面に、外部配管側のタンク端面を形成する平面部と該平面部から立設された筒状部とを備えたキャップ部材と、前記筒状部に対し嵌合可能な嵌合穴と外部配管が当接される配管当接部とを備えたジョイント部材とからなる配管接続部が設けられており、前記キャップ部材が、前記入口タンクまたは前記出口タンクの外形よりもタンク内側に設けられていることを特徴とするものからなる。

本発明の熱交換器において、前記キャップ部材が、前記入口タンクまたは前記出口タンクの外形よりもタンク内側に設けられている。このようにキャップ部材がタンク外形の内部側に設けられることにより、スペース効率の向上が図られる。

このような本発明の熱交換器によれば、外部配管とタンクとを接続する配管接続部が、平面部と筒状部とを備えたキャップ部材と、該筒状部に対し嵌合可能な嵌合穴と配管当接部とを備えたジョイント部材とで構成されるので、配管接続部を、熱媒体の流路方向における長さを小さく設定しつつ安価に形成することが可能となる。しかも、同一寸法の外部配管に対しては同一ジョイント部材を、同一寸法のタンクに対しては同一キャップ部材を、それぞれ使用することができるので、一つの部材をより広範に利用することが可能となる。

本発明の熱交換器において、タンクを小型化するためにはタンク横断面の面積を小さくするのが有利である。一方、熱交換効率向上を目的として伝熱面を大きく確保するためには、伝熱チューブが扁平形状に形成されるのが有利である。そこで、タンク横断面を長方形に近い形状に形成することが好ましいが、タンクと外部配管の間を流れる熱媒体の流動状態を良好に保つためには、熱媒体の流路が曲線的に形成されるのが有利である。すなわち、相互に嵌合されて熱媒体の流路の一部を構成する前記筒状部の横断面および前記嵌合穴は、略長円形状に形成されていることが好ましい。

また、前記筒状部の前記一または他の外部配管側の端部には、横断面の短軸上で対向するように、それぞれ第一および第二の突起面が形成されていることが好ましい。このような第一および第二の突起面を利用して、上記筒状部を、上記嵌合穴に嵌入された状態で拡開して上記嵌合穴内に固定する加工を容易に施すことができる。

本発明の熱交換器において、前記筒状部の外側面側に、前記ジョイント部材のタンク側の端面と当接可能な段差部が形成されていることが好ましい。このような筒状部の段差部にジョイント部材のタンク側の端面を突き当てることにより、上記嵌合穴と上記筒状部とを嵌合させる際の両者の相対的位置関係を容易かつ適切に設定することが可能となる。

本発明の熱交換器において、前記平面部には、前記入口タンクまたは前記出口タンクを形成するタンク部材に形成された係合穴と係合可能な係合爪が設けられていることが好ましい。このようなキャップ部材の係合爪がタンク部材の係合穴と係合されることにより、部材同士の仮組み付け作業が容易となり、これに続く一体ろう付け等の本組み付け作業を効率的に行うことができる。

このような本発明の熱交換器において、前記入口タンクに設けられる前記配管接続部のキャップ部材の係合爪が、前記出口タンクに設けられる前記配管接続部のキャップ部材の係合爪とは異なる部位に形成されていることが好ましい。入口タンクと出口タンクとでキャップ部材の係合爪の形成部位を違えておくことにより、入口タンク用のキャップ部材を誤って出口タンクに取り付けること等の誤組み付けを容易に防止することができる。

さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器の製造方法は、熱媒体の入口側の入口タンクおよび出口側の出口タンクの少なくとも一方のタンクの端面に、外部配管が当接される配管当接部と嵌合穴とを備えたジョイント部材と、筒状部と平面部とを備えたキャップ部材とを介して前記外部配管を接続する熱交換器の製造方法であって、前記嵌合穴を前記筒状部に嵌合させた後に、伝熱チューブと連通するタンクを形成するタンク部材と前記平面部とを接合することにより、前記タンクと前記外部配管とを接続する配管接続部を形成し、前記筒状部の外部配管側の端部に形成された突起面を前記嵌合穴の径方向外側に向けて折り曲げることにより、前記嵌合穴に嵌入された前記筒状部を拡開することを特徴とする方法からなる。

このような本発明の熱交換器の製造方法によれば、外部配管とタンクとを接続する配管接続部が、配管当接部と嵌合穴とを備えたジョイント部材と、筒状部と平面部とを備えたキャップ部材とを嵌合させた後に、タンク部材とキャップ部材の平面部とを接合するので、配管接続部を、熱媒体の流路方向における長さを小さく設定しつつ安価に形成することが可能となる。とくに、ジョイント部材とキャップ部材を嵌合させた中間組み付け状態にて両部材を保管しておき、後のタンク部材との接合工程での使用に備えることができるので、組み付け工程の効率化および簡素化を図ることができる。

本発明の熱交換器の製造方法において、前記筒状部を、前記嵌合穴に嵌入した後に拡開する。具体的には、上記筒状部の外部配管側の端部から筒状側面の一部を突起状に延長するように突起面を形成し、当該突起面を上記嵌合穴に向けて折り曲げることにより上記筒状部を拡開する。このように、上記筒状部を上記嵌合穴に嵌入した後に開口部を拡げることにより、簡便かつ迅速にジョイント部材とキャップ部材の仮組み付けを行うことが可能となる。

本発明の熱交換器の製造方法において、前記ジョイント部材を、前記筒状部の外側面側に設けられた段差部に当接させることが好ましい。上記筒状部に段差部を設け、当該段差部にジョイント部材のタンク側の端面を突き当てることにより、上記嵌合穴と上記筒状部とを嵌合させる際の両者の相対的位置関係を容易かつ適切に設定することが可能となる。

本発明の熱交換器の製造方法においては、前記平面部に設けられた係合爪を前記タンク部材に形成された係合穴と係合させた後に、前記タンク部材と前記平面部とを接合することが好ましい。キャップ部材の係合爪をタンク部材の係合穴と係合することにより、部材同士の仮組み付け作業が容易となり、これに続く一体ろう付け等の本組み付け作業を効率的に行うことができる。

本発明に係る熱交換器およびその製造方法によれば、外部配管とタンクとを接続する配管接続部を、熱媒体の流路方向における長さを小さく設定しつつ安価に形成することが可能となる。しかも、配管接続部を構成する部材を、多様な寸法の製品群に対してより広範に利用することが可能となる。

本発明の一実施態様に係るヒーターコアを示す斜視図である。 図１のヒーターコアの配管接続部近傍を拡大した部分拡大斜視図である。 図２の配管接続部を構成するジョイント部材を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）の右方から見た側面図である。 図２の配管接続部を構成するキャップ部材を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）の右方から見た側面図である。 図２の配管接続部を構成するジョイント部材とキャップ部材との嵌合工程を説明しており、（Ａ）は嵌合前の状態を示す平面図、（Ｂ）は嵌合後の状態を示す平面図である。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るヒーターコア１を示す斜視図である。ヒーターコア１には、入口側の外部配管２を介して熱媒体が導入される入口タンク３と、入口タンク３から熱媒体が移送されて熱交換を行う複数の積層された伝熱チューブ４と、伝熱チューブ４からの熱媒体が回収される出口タンク５と、出口タンク５から熱媒体が排出される出口側の外部配管６が設けられ、隣接する伝熱チューブ４の間には、図示されない熱交換用のフィン（アウターフィン）が設けられている。外部配管２と入口タンク３との接続部分、および外部配管６と出口タンク５との接続部分には、それぞれ配管接続部７、８が設けられている。配管接続部７、８の流路方向の長さが非常に短く形成されており、従って、ヒーターコア１の側面から外部配管２、６の屈曲部までの距離Ｌは短く設定されている。このようなヒーターコア１は、近年の装置小型化の要請に沿うものである。

図２は、ヒーターコア１の出口側の配管接続部８の近傍を拡大した部分拡大斜視図である。外部配管６が挿入される配管接続部８は、出口タンク５の端面を形成する平面部を備えたキャップ部材１１に、外部配管６が挿入される配管挿入穴を備えたジョイント部材１２が嵌合されることにより形成されている。なお、ヒーターコア１の入口側の配管接続部７についても配管接続部８と同様の構造が採用されているが、記載内容の重複を避けるため説明は省略する。

また、出口タンク５は、キャップ部材１１と、伝熱チューブ４が挿入されるチューブ挿入穴を備えた座板部材１０と、座板部材１０とともに出口タンク５の筒状側面を形成するカバー部材１３を組み合わせることにより形成されている。係合爪１４は、キャップ部材１１の平面部１１ａの上端部から突出するように形成されている。係合爪１４がカバー部材１３に設けられた係合穴１３ａと係合されることにより、出口タンク５を構成するタンク部材としてのキャップ部材１１、座板部材１０およびカバー部材１３を容易な作業で仮組み付けすることができる。しかもキャップ部材１１の平面部１１ａが、出口タンク５の外形よりもタンク内側、すなわち座板部材１０とカバー部材１３によって形成される出口タンク５の外部配管６側の中空端面よりもタンク内部側に設けられることによって、キャップ部材１１がタンク外形よりも内側に収容される構造が実現され、外部配管６と出口タンク５の間の接続構造の小型化が図られる。このような仮組み付け状態にて、ヒーターコア１は一体ろう付けされる。

図３は、配管接続部８を構成するジョイント部材１２を示している。ジョイント部材１２は、段階的に内外径が変わる階段円筒形状に形成され、小径側の底面には長円形の嵌合穴１２ａが設けられている。ジョイント部材１２内側の段差面１２ｂには、外部配管６の先端面が当接され、ろう付け固定される。

図４は、配管接続部８を構成するキャップ部材１１を示している。キャップ部材１１は、平面部１１ａと筒状部１１ｂを備えており、平面部１１ａの上端の中央部やや右寄りの位置には、カバー部材１３の係合穴１３ａと係合可能な係合爪１４が設けられている。入口タンク３にも係合爪１４と同様の係合爪（図示せず）が設けられているが、誤組み付けを防止するため、係合爪１４とは異なり中央部やや左寄りに設けられる。また、平面部１１ａの左右の下端には、カバー部材１３の係合溝１３ｂと係合可能な係合爪１７、１８が設けられている。

筒状部１１ｂは、横断面略長円形となるように、平面部１１ａから立設されている。筒状部の外部配管側端部には、突起面１５、１６が形成されて、これらが筒状部１１ｂの横断面をなす長円形の短軸上で対向している。例えば断面円形の拡管器具を用いて筒状部１１ｂを拡管する際には、突起面１５、１６を外側に向けて折り曲げることにより、簡便かつ迅速に拡管加工を施すことができる。

筒状部１１ｂの筒状外側面には、段差部１９が設けられている。キャップ部材１１とジョイント部材１２を嵌合する際には、ジョイント部材１２の先端を段差部１９に当接する。このようにして、組み付け時の位置決め作業を簡便に行うことができる。

図５は、ジョイント部材１２とキャップ部材１１との嵌合工程を説明している。キャップ部材１１の筒状部１１ｂがジョイント部材１２の嵌合穴１２ａに嵌め合わされるように挿入される際に、ジョイント部材１２の先端が筒状部１１ｂの段差部１９に当接される。このようにしてジョイント部材１２とキャップ部材１１との嵌合状態における相対的位置関係が定められ、さらに突起面１５をジョイント部材１２側に向けて折り曲げることにより、筒状部１１ｂの断面が径方向に拡張されて仮固定される。

本発明に係る熱交換器およびその製造方法は、各種の伝熱チューブ積層型熱交換器に適用可能である。

１ ヒーターコア
２、６ 外部配管
３ 入口タンク
４ 伝熱チューブ
５ 出口タンク
７、８ 配管接続部
１０ 座板部材
１１ キャップ部材
１１ａ 平面部
１１ｂ 筒状部
１２ ジョイント部材
１２ａ 嵌合穴
１２ｂ 段差面
１３ カバー部材
１３ａ 係合穴
１３ｂ 係合溝
１４、１７、１８ 係合爪
１５、１６ 突起面
１９ 段差部
Ｌ ヒーターコア側面からの距離

Claims (10)

1. 一の外部配管を介して熱媒体が送入される入口側に設けられた入口タンクと、他の外部配管を介して前記熱媒体が送出される出口側に設けられた出口タンクと、前記入口タンクと前記出口タンクとを連通する伝熱チューブとから構成され、前記入口タンクおよび前記出口タンクの少なくとも一方のタンクの外部配管側の端面に、外部配管側のタンク端面を形成する平面部と該平面部から立設された筒状部とを備えたキャップ部材と、前記筒状部に対し嵌合可能な嵌合穴と外部配管が当接される配管当接部とを備えたジョイント部材とからなる配管接続部が設けられており、前記キャップ部材が、前記入口タンクまたは前記出口タンクの外形よりもタンク内側に設けられていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記筒状部の横断面および前記嵌合穴が、略長円形状に形成されている、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記筒状部の前記一または他の外部配管側の端部には、横断面の短軸上で対向するように、それぞれ第一および第二の突起面が形成されている、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記筒状部が、前記嵌合穴に嵌入された状態で拡開されている、請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記筒状部の外側面側に、前記ジョイント部材のタンク側の端面と当接可能な段差部が形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 前記平面部には、前記入口タンクまたは前記出口タンクを形成するタンク部材に形成された係合穴と係合可能な係合爪が設けられている、請求項１〜５に記載の熱交換器。
7. 前記入口タンクに設けられる前記配管接続部のキャップ部材の係合爪が、前記出口タンクに設けられる前記配管接続部のキャップ部材の係合爪とは異なる部位に形成されている、請求項６に記載の熱交換器。
8. 熱媒体の入口側の入口タンクおよび出口側の出口タンクの少なくとも一方のタンクの端面に、外部配管が当接される配管当接部と嵌合穴とを備えたジョイント部材と、筒状部と平面部とを備えたキャップ部材とを介して前記外部配管を接続する熱交換器の製造方法であって、前記嵌合穴を前記筒状部に嵌合させた後に、伝熱チューブと連通するタンクを形成するタンク部材と前記平面部とを接合することにより、前記タンクと前記外部配管とを接続する配管接続部を形成し、前記筒状部の外部配管側の端部に形成された突起面を前記嵌合穴の径方向外側に向けて折り曲げることにより、前記嵌合穴に嵌入された前記筒状部を拡開することを特徴とする熱交換器の製造方法。
9. 前記ジョイント部材を、前記筒状部の外側面側に設けられた段差部に当接させる、請求項８に記載の熱交換器の製造方法。
10. 前記平面部に設けられた係合爪を前記タンク部材に形成された係合穴と係合させた後に、前記タンク部材と前記平面部とを接合する、請求項８または９に記載の熱交換器の製造方法。

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