JP5631059B2

JP5631059B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP5631059B2
Application number: JP2010125474A
Authority: JP
Inventors: 基之 ▲高▼木
Original assignee: Keihin Thermal Technology Corp
Current assignee: Mahle Behr Thermal Systems Japan Ltd
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: JP2011252631A

Description

この発明は熱交換器に関する。

従来、熱交換器として、互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッ
ダタンク間に、幅方向を通風方向に向けるとともにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおい
て配置され、かつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の扁平状熱交換管と、隣り合
う熱交換管どうしの間および両端の熱交換管の外側に配置されて熱交換管にろう付された
コルゲートフィンと、両端のコルゲートフィンの外側に配置されてコルゲートフィンにろ
う付されたサイドプレートとを備えており、サイドプレートの両端部にコルゲートフィン
側に曲げられた屈曲部が設けられたものが知られている（特許文献１参照）。

特許文献１記載の熱交換器は、ヘッダタンク、熱交換管、コルゲートフィンおよびサイ
ドプレートを組み合わせて仮止めした後、ヘッダタンクおよび熱交換管が横向きとなると
ともに熱交換管の幅方向が上下方向を向くような姿勢で炉に入れ、炉中においてヘッダタ
ンクと熱交換管、熱交換管とコルゲートフィン、およびコルゲートフィンとサイドプレー
トとを一括してろう付することにより製造される。

しかしながら、炉中においてろう付する際に、重力によりサイドプレートがコルゲート
フィンとともに下方に位置ずれすることがある。また、コルゲートフィンが熱交換管の長
さ方向に倒れ、このコルゲートフィンの倒れに起因してサイドプレートが位置ずれするこ
とがある。

このようなろう付時のサイドプレートの位置ずれを防止した熱交換器としては、サイド
プレートの両端部がヘッダタンクに形成された貫通穴に差し込まれた状態でヘッダタンク
にろう付されたものが知られている（特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２記載の熱交換器の場合、サイドプレートとヘッダタンクとの
ろう付に不良が発生した場合、冷媒の洩れが発生する。

特開２００８−２９８３１９号公報特開平９−１２６６８５号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、製造時のろう付の際のサイドプレートの位置ず
れを防止しうる熱交換器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に、ヘッダ
タンクの長さ方向に間隔をおいて配置されかつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数
の熱交換管と、隣り合う熱交換管どうしの間および両端の熱交換管の外側に配置されて熱
交換管にろう付されたフィンと、両端のフィンの外側に配置されてフィンにろう付された
サイドプレートとを備えた熱交換器において、
ヘッダタンクにおける熱交換管側を向いた面に、ヘッダタンクの全長にわたる凹溝が設
けられ、サイドプレートの両端部に、ヘッダタンクの凹溝内に嵌め入れられる嵌入部が設
けられており、ヘッダタンクの凹溝の底側部分の両側面が熱交換管の長さ方向と平行であ
るとともに、同じく凹溝の開口側部分の両側面が底側部分の両側面に連なるとともに開口
端に向かってヘッダタンクの幅方向外側に傾斜しており、サイドプレートの嵌入部が、凹
溝の底側部分内に位置する第１部分および凹溝の開口側部分内に位置する第２部分よりな
る熱交換器。

2)サイドプレートの両端部に、ヘッダタンクの長さ方向内側に突出した突出部が設けら
れ、当該突出部の先端に、熱交換管の長さ方向外側に突出するように嵌入部が設けられて
いる上記1)記載の熱交換器。

上記1)および2)の熱交換器によれば、ヘッダタンクにおける熱交換管側を向いた面に、
ヘッダタンクの全長にわたる凹溝が設けられ、サイドプレートの両端部に、ヘッダタンク
の凹溝内に嵌め入れられる嵌入部が設けられているので、製造時に、ヘッダタンク、熱交
換管、フィンおよびサイドプレートを組み合わせて仮止めした後、ヘッダタンクおよび熱
交換管が横向きとなるような姿勢で炉に入れ、炉中においてヘッダタンクと熱交換管、熱
交換管とフィン、およびフィンとサイドプレートとを一括してろう付する際には、サイド
プレートの嵌入部がヘッダタンクを構成する部材の凹溝の両側面に係合する。したがって
、重力によってサイドプレートがフィンとともに下方に位置ずれすること、およびフィン
が熱交換管の長さ方向に倒れ、このフィンの倒れに起因してサイドプレートが位置ずれす
ることが防止される。

上記1)の熱交換器によれば、ヘッダタンク、熱交換管、フィンおよびサイドプレートを
組み合わせて仮止めする際に、サイドプレートの嵌入部をヘッダタンクの凹溝内に嵌め入
れる作業を容易に行うことができる。

この発明の熱交換器を適用したカーエアコン用エバポレータの全体構成を示す一部を省略した斜視図である。一部を省略した図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。図２のＢ−Ｂ線断面図である。図２の部分拡大図である。この発明の熱交換器の特徴部分を示す分解斜視図である。この発明の熱交換器を製造する際のろう付姿勢を示す側面図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明に
よる熱交換器を、カーエアコンのエバポレータに適用したものである。

以下の説明において、隣接する熱交換管どうしの間の通風間隙を流れる空気の下流側（
図１および図２に矢印Ｘで示す方向）を前、これと反対側を後といい、後方から前方を見
た際の上下、左右（図１の上下、左右）を上下、左右というものとする。

また、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他に
アルミニウム合金を含むものとする。

図１はエバポレータの全体構成を示し、図２〜図５はエバポレータの要部の構成を示す
。

図１および図２において、エバポレータ(1)は、上下方向に間隔をおいて配置されかつ
左右方向にのびるアルミニウム製第１ヘッダタンク(2)およびアルミニウム製第２ヘッダ
タンク(3)と、両ヘッダタンク(2)(3)間に設けられた熱交換コア部(4)とを備えている。

第１ヘッダタンク(2)は、前側に位置しかつ左右方向にのびる冷媒入口ヘッダ部(5)と、
後側に位置しかつ左右方向にのびる冷媒出口ヘッダ部(6)と、両ヘッダ部(5)(6)を相互に
連結一体化する連結部(7)とを備えている。第１ヘッダタンク(2)の冷媒入口ヘッダ部(5)
にアルミニウム製冷媒入口管(8)が接続され、同じく冷媒出口ヘッダ部(6)にアルミニウム
製冷媒出口管(9)が接続されている。

第２ヘッダタンク(3)は、前側に位置する第１中間ヘッダ部(11)と、後側に位置する第
２中間ヘッダ部(12)と、両ヘッダ部(11)(12)を相互に連結一体化する連結部(13)とを備え
ている。第１ヘッダタンク(2)および第２ヘッダタンク(3)の周壁の横断面形状は同一であ
り、互いに上下逆向きに配置されている。

熱交換コア部(4)は、幅方向を前後方向に向けるとともに長さ方向を上下方向に向け、
かつ左右方向に間隔をおいて並列状に配置された複数の熱交換管(14)からなる熱交換管群
(15)が、前後方向に並んで複数列、ここでは２列配置され、各熱交換管群(15)の隣接する
熱交換管(14)どうしの間の通風間隙、および各熱交換管群(15)の左右両端の熱交換管(14)
の外側にそれぞれコルゲートフィン(16)が配置されて熱交換管(14)にろう付され、さらに
左右両端のコルゲートフィン(16)の外側にそれぞれアルミニウム製サイドプレート(17)が
配置されてコルゲートフィン(16)にろう付されることにより構成されている。そして、前
側熱交換管群(15)の熱交換管(14)の上下両端は冷媒入口ヘッダ部(5)および第１中間ヘッ
ダ部(11)に接続され、後側熱交換管群(15)の熱交換管(14)の上下両端部は冷媒出口ヘッダ
部(6)および第２中間ヘッダ部(12)に接続されている。

図２および図３に示すように、第１ヘッダタンク(2)は、両面にろう材層を有するアル
ミニウムブレージングシートにプレス加工を施すことにより形成されかつすべての熱交換
管(4)が接続されたプレート状の第１部材(21)と、両面にろう材層を有するアルミニウム
ブレージングシートにプレス加工を施すことにより形成されかつ第１部材(21)の上側を覆
う第２部材(22)と、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートまたはアル
ミニウムベア材にプレス加工を施すことにより形成されかつ第１部材(21)と第２部材(22)
との間に配置されるとともに両部材(21)(22)にろう付されて冷媒入口ヘッダ部(5)内およ
び冷媒出口ヘッダ部(6)内をそれぞれ上下に並んだ第１および第２の空間(24)(25)(26)(27
)に仕切る平坦な第３部材(23)と、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシ
ートにプレス加工を施すことにより形成されかつ第１部材(21)、第２部材(22)および第３
部材(23)の左右両端にろう付されたアルミニウム製左右両エンド部材(28)と、右エンド部
材(28)の外面に、冷媒入口ヘッダ部(5)および冷媒出口ヘッダ部(6)に跨るようにろう付さ
れた前後方向に長いアルミニウム製のジョイントプレート(29)とよりなり、ジョイントプ
レート(29)に、冷媒入口管(8)および冷媒出口管(9)が接続されている。なお、ジョイント
プレート(29)は、アルミニウムベア材にプレス加工を施すことにより形成されている。

第１部材(21)は、冷媒入口ヘッダ部(5)および冷媒出口ヘッダ部(6)の下部を形成する下
方膨出状の前後両ヘッダ形成部(31)(32)と、前後両ヘッダ形成部(31)(32)どうしを一体に
連結しかつ連結部(7)の下部を形成する連結壁(33)とよりなる。第１部材(21)の両ヘッダ
形成部(31)(32)に、それぞれ前後方向に長い複数の管挿通穴(34)が、左右方向に間隔をお
きかつ左右方向に関して同一位置に来るように形成されている。そして、熱交換管(14)の
上端部が管挿通穴(34)に挿入されて第１部材(21)のろう材層を利用して第１部材(21)にろ
う付されている。

第２部材(22)は、冷媒入口ヘッダ部(5)および冷媒出口ヘッダ部(6)の上部を形成する上
方膨出状の前後両ヘッダ形成部(35)(36)と、前後両ヘッダ形成部(35)(36)どうしを一体に
連結しかつ連結部(7)の上部を形成する連結壁(37)とよりなる。

第３部材(23)は、冷媒入口ヘッダ部(5)内を第１および第２空間(24)(25)に区画する板
状の前側仕切部(38)と、冷媒出口ヘッダ部(6)内を第１および第２空間(26)(27)に区画す
る板状の後側仕切部(39)と、両仕切部(38)(39)を一体に連結しかつ連結部(7)の上下方向
の中間部を形成する連結壁(41)とよりなる。第３部材(23)の前側仕切部(38)の前後方向の
中央部には、複数の冷媒通過穴(40)が左右方向に間隔をおいて形成されている。また、図
示は省略したが、第３部材(23)の前側仕切部(38)の左端部における左端部に配置された熱
交換管(14)よりも左側の部分には、冷媒入口ヘッダ部(5)内の２つの空間(24)(25)を通じ
させる連通口が形成されている。また、第３部材(23)の後側仕切部(39)の後側部分には、
複数の冷媒通過穴(42)が左右方向に間隔をおいて形成されている。

第１部材(21)および第２部材(22)の前側ヘッダ形成部(31)(35)と第３部材(23)の前側仕
切部(38)とにより両端が開口した入口ヘッダ部本体(5A)が形成され、第１部材(21)および
第２部材(22)の後側ヘッダ形成部(32)(36)と、第３部材(23)の後側仕切部(39)とにより両
端が開口した出口ヘッダ部本体(6A)が形成されている。

左右両エンド部材(28)は、入口ヘッダ部本体(5A)および出口ヘッダ部本体(6A)の左右両
端開口を閉鎖する。図示は省略したが、右エンド部材(28)における入口ヘッダ部本体(5A)
の右端開口を閉鎖する部分に、冷媒入口ヘッダ部(5)の上側空間(24)に通じる冷媒入口が
形成され、同じく出口ヘッダ部本体(6A)の右端開口を閉鎖する部分に、冷媒出口ヘッダ部
(6)の上側空間(26)に通じる冷媒出口が形成されている。

ジョイントプレート(29)は、右エンド部材(28)の冷媒入口に通じる冷媒流入部(43)およ
び冷媒出口に通じる冷媒流出部(44)を有している。ジョイントプレート(29)の冷媒流入部
(43)に、冷媒入口管(8)の一端部が差し込まれてろう付され、同じく冷媒流出部(44)に、
冷媒出口管(9)の一端部が差し込まれてろう付されている。

そして、第１部材(21)の前後両ヘッダ形成部(31)(32)および連結壁(33)によって、第１
ヘッダタンク(2)における熱交換管(14)側を向いた面に、第１ヘッダタンク(2)の全長にわ
たる凹溝(45)が設けられている。図４および図５に示すように、第１ヘッダタンク(2)の
凹溝(45)の底側部分(46)の前後両側面(46a)は上下方向（熱交換管(14)の長さ方向）と平
行であるとともに、同じく凹溝(45)の開口側部分(47)の前後両側面(47a)は、底側部分(46
)の前後両側面(46a)に連なるとともに開口端に向かって前後方向（第１ヘッダタンク(2)
の幅方向）外側に傾斜している。

第２ヘッダタンク(3)は、第１ヘッダタンクとほぼ同様な構成であるとともに、第１ヘ
ッダタンク(2)とは上下逆向きに配置されたものであり、同一部分には同一符号を付す。

なお、第２ヘッダタンク(3)の第１部材(21)の両ヘッダ形成部(31)(32)は第１中間ヘッ
ダ部(11)および第２中間ヘッダ部(12)の上部を形成し、第２部材(22)の両ヘッダ形成部(3
5)(36)は第１中間ヘッダ部(11)および第２中間ヘッダ部(12)の下部を形成する。第３部材
(23)の前側仕切部(38)によって、第１中間ヘッダ部(11)内が第１空間(24)と、第１空間(2
4)の上側に位置する第２空間(25)とに区画されている。また、第３部材(23)の後側仕切部
(39)によって、第２中間ヘッダ部(12)内が、第１空間(26)と、第１空間(26)の上側に位置
する第２空間(27)とに区画されている。さらに、第１〜第３部材(21)(22)(23)の連結壁(3
3)(37)(41)によって連結部(13)が形成されている。

そして、第１部材(21)および第２部材(22)の前側ヘッダ形成部(31)(35)と第３部材(23)
の前側仕切部(38)とにより両端が開口した第１中間ヘッダ部本体(11A)が形成され、第１
部材(21)および第２部材(22)の後側ヘッダ形成部(32)(36)と、第３部材(23)の後側仕切部
(39)とにより両端が開口した第２中間ヘッダ部本体(12A)が形成されている。

また、右エンド部材(28)の冷媒入口が、第１中間ヘッダ部(11)から冷媒が流出する冷媒
流出口となり、同じく冷媒出口が第１中間ヘッダ部(11)から流出した冷媒が第２中間ヘッ
ダ部(12)内に流入する冷媒流入口となっている。

第２ヘッダタンク(3)の第１ヘッダタンク(2)との相違点は、次の通りである。

第１の相違点は、第３部材(23)の前側仕切部(38)に、冷媒通過穴(40)および連通口は形
成されておらず、左右方向に長い複数の連通穴(48)が左右方向に間隔をおいて形成されて
いることにある。

第２の相違点は、右エンド部材(28)にはジョイントプレート(29)はろう付されておらず
、右エンド部材(28)の外面に、第１中間ヘッダ部(11)内および第２中間ヘッダ部(12)を通
じさせるアルミニウム製の連通部材(49)がろう付されていることにある。連通部材(49)に
は、右エンド部材(28)の冷媒流出口と冷媒流入口とを通じさせるように外方膨出部(49a)
が形成されている。外方膨出部(49a)の内部が、右エンド部材(28)の冷媒流出口と冷媒流
入口とを通じさせる連通路となっている。

熱交換コア部(4)のサイドプレート(17)の上下両端部には、第１および第２ヘッダタン
ク(2)(3)の凹溝(45)内に嵌め入れられる嵌入部(51)が設けられている。サイドプレート(1
7)の上下両端の前後方向中央部に、左右方向（両ヘッダタンク(2)(3)の長さ方向）内側に
突出し、かつコルゲートフィン(18)の上下方向の位置決めに寄与する水平突出部(52)が一
体に設けられ、水平突出部(52)の左右方向内端に上下方向外方に突出した垂直突出部(53)
が一体に設けられ、垂直突出部の先端に連なって垂直状の嵌入部(51)が一体に設けられて
いる。そして、嵌入部(51)は、第１および第２ヘッダタンク(2)(3)の左右両エンド部材(2
8)よりも左右方向内側部分において凹溝(45)内に嵌め入れられている。サイドプレート(1
7)の嵌入部(51)は、凹溝(45)の底側部分(46)内に位置する第１部分(54)および凹溝(45)の
開口側部分(47)内に位置する第２部分(55)よりなる。また、サイドプレート(17)の上下両
端部における水平突出部(52)の前後両側部分に、それぞれ左右方向内方に突出した水平状
のフィン位置決め部(56)が設けられている。

上述したエバポレータ(1)は、入口管(8)および出口管(9)を除いたすべての部品を組み
合わせて仮止めした後、図６に示すように、ヘッダタンク(2)を構成する第１〜第３部材(
21)(22)(23)、熱交換管(14)、コルゲートフィン(16)およびサイドプレート(17)が横向き
となるとともに熱交換管(14)およびサイドプレート(17)の幅方向が上下方向を向くような
姿勢で治具(J)上に載せて炉に入れ、炉中において第１〜第３部材(21)(22)(23)をろう付
して両ヘッダタンク(2)(3)を形成するとともに、両ヘッダタンク(2)(3)と熱交換管(14)、
熱交換管(14)とコルゲートフィン(16)、およびコルゲートフィン(16)とサイドプレート(1
7)とを一括してろう付することにより製造される。

このとき、サイドプレート(17)の嵌入部(51)がヘッダタンク(2)(3)の第１部材(21)の凹
溝(45)の底側部分(46)および開口側部分(47)の前後両側面(46a)(47a)、ならびに底面に係
合する。したがって、重力によってサイドプレート(17)がコルゲートフィン(16)とともに
下方に位置ずれすること、およびコルゲートフィン(16)が熱交換管(14)の長さ方向に倒れ
、このコルゲートフィン(16)の倒れに起因してサイドプレート(17)が位置ずれすることが
防止される。

エバポレータ(1)は、圧縮機および冷媒冷却器としてのコンデンサとともに、フロン系
冷媒を使用する冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして車両、たとえば自動車に搭載
される。

上述したエバポレータ(1)においては、圧縮機のオン時には、圧縮機、コンデンサおよ
び膨張弁を通過した気液混相の２相冷媒は、冷媒入口管(8)からジョイントプレート(29)
の冷媒流入部(43)を通り、右エンド部材(28)の冷媒入口を経て冷媒入口ヘッダ部(5)の第
１空間(24)内に入る。第１空間(24)内に入った冷媒は、第１空間(24)内を冷媒入口ヘッダ
部(5)の長さ方向に流れ、冷媒通過穴(40)を通って第２空間(25)内に流入するとともに、
連通口を通って第２空間(25)内に流入し、分流して前側熱交換管群(15)の熱交換管(14)内
に流入する。

熱交換管(14)内に流入した冷媒は、熱交換管(14)内を下方に流れて第２ヘッダタンク(3
)の第１中間ヘッダ部(11)の第２空間(25)内に入る。第１中間ヘッダ部(11)の第２空間(25
)内に入った冷媒は、第３部材(23)の前側仕切部(38)の連通穴(48)を通って第１空間(24)
内に入り、第１空間(24)内を右方に流れ、右エンド部材(28)の冷媒流出口、連通部材(49)
の外方膨出部(49a)内の連通路および右エンド部材(28)の冷媒流入口を通ることにより、
流れ方向を変えるようにターンして第２中間ヘッダ部(12)の第１空間(26)内に入る。

第２中間ヘッダ部(12)の第１空間(26)内に入った冷媒は左方に流れ、第３部材(23)の後
側仕切部(39)の冷媒通過穴(42)を通って第２空間(27)内に入り、分流して後側熱交換管群
(15)の熱交換管(14)内に流入する。

熱交換管(14)内に流入した冷媒は、熱交換管(14)内を上方に流れて冷媒出口ヘッダ部(6
)の第２空間(27)内に入り、第３部材(23)の後側仕切部(39)の冷媒通過穴(42)を通って第
１空間(26)内に入る。

冷媒出口ヘッダ部(6)の第１空間(26)内に入った冷媒は右方に流れ、右エンド部材(28)
の冷媒出口およびジョイントプレート(29)の冷媒流出部(44)を通り、冷媒出口管(9)に流
出する。

そして、冷媒が前後両熱交換管群(15)の熱交換管(14)内を流れる間に、熱交換コア部(4
)の通風間隙を通過する空気と熱交換をし、冷媒は気相となって流出し、熱交換コア部(4)
の通風間隙を通過した空気は冷却される。

この発明による熱交換器は、カーエアコンを構成する冷凍サイクルに好適に用いられる
。

(1)：エバポレータ（熱交換器）
(2)：第１ヘッダタンク
(14)：熱交換管
(16)：コルゲートフィン
(17)：サイドプレート
(45)：凹溝
(46)：底側部分
(46a)：前後両側面
(47)：開口側部分
(47a)：前後両側面
(51)：嵌入部
(52)：水平突出部
(54)：第１部分
(55)：第２部分

Claims

互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に、ヘッダタン
クの長さ方向に間隔をおいて配置されかつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の熱
交換管と、隣り合う熱交換管どうしの間および両端の熱交換管の外側に配置されて熱交換
管にろう付されたフィンと、両端のフィンの外側に配置されてフィンにろう付されたサイ
ドプレートとを備えた熱交換器において、
ヘッダタンクにおける熱交換管側を向いた面に、ヘッダタンクの全長にわたる凹溝が設
けられ、サイドプレートの両端部に、ヘッダタンクの凹溝内に嵌め入れられる嵌入部が設
けられており、ヘッダタンクの凹溝の底側部分の両側面が熱交換管の長さ方向と平行であ
るとともに、同じく凹溝の開口側部分の両側面が底側部分の両側面に連なるとともに開口
端に向かってヘッダタンクの幅方向外側に傾斜しており、サイドプレートの嵌入部が、凹
溝の底側部分内に位置する第１部分および凹溝の開口側部分内に位置する第２部分よりな
る熱交換器。
サイドプレートの両端部に、ヘッダタンクの長さ方向内側に突出した突出部が設けられ、
当該突出部の先端に、熱交換管の長さ方向外側に突出するように嵌入部が設けられている
請求項１記載の熱交換器。