JP5737837B2 - 熱交換器およびこれを備えた車両用空気調和装置 - Google Patents
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Description
このような熱交換器のヘッダタンクは、複数枚のプレートを組み合わせてロウ付けすることで形成されている。これらプレート間に形成された空間が、ヘッダタンクの冷媒流路とされている。
しかしこの場合、熱交換チューブ4から一方のタンク管7に流れ込んだ冷媒を他方のタンク8にリターンさせるため、リターン流路9を別途設ける必要があり、部品点数の増加、リターン流路9を設けることに伴う熱交換器の大型化等を招く。なお、図12に示した構成においては、一方の流路3aから他方の流路3bへの冷媒のリターンは、流路3a、3b間に設けられた隔壁5に形成された孔を通して行われており、このような問題は生じていない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、部品点数増加や大型化を招くことなく、十分な耐圧性能を有した熱交換器を提供することを目的とする。
ヘッダプレートとタンクプレートとの間に設けられて、冷媒流路を横切る中間プレートにより、第一のヘッダタンク、第二のヘッダタンクはそれぞれ補強される。さらに、中間プレートは、弾性変形部を有しているので、ヘッダプレート、タンクプレート、中間プレートが互いに接合された幅方向両側の端部と中間部とが互いに接近・離間する方向に相対変位したときに、弾性変形部の弾性変形により、その変位を許容することができる。
このとき、中間プレートの連通口のヘッダタンク長手方向の幅は、2.0mm以上3.8mm以下とするのが好ましい。これにより、中間プレートの強度を確保しつつ、冷媒の流通性も確保することができ、熱交換器性能の低下を防止する最適な幅とすることができる。
図1は、本実施の形態における熱交換器10の全体構成を示す図である。
熱交換器10は、一対のヘッダタンク(第一のヘッダタンク)20Aおよびヘッダタンク(第二のヘッダタンク)20Bと、これらヘッダタンク20A、20B間に互いに平行に設けられた複数本の扁平状の熱交換チューブ30と、互いに隣接する熱交換チューブ30、30間に設けられたコルゲート状のフィン31と、から構成されている。
接合壁部41、41は、タンクプレート50に対向する側に向けて立ち上がるように形成されている。
接合面部42は、両側の接合壁部41、41をつなぐ方向(面)に形成されている。
両側の接合壁部41と中間部の接合面部42との間には、対向するタンクプレート50とは反対側に向けて膨出する膨出部43、43が形成されている。この膨出部43、43には、熱交換チューブ30の端部を挿入させるため、熱交換チューブ30の断面形状に対応した形状のスリット44が複数形成されている。
接合壁部51、51は、ヘッダプレート40に対向する側に向けて立ち上がるように形成されている。
接合面部52は、両側の接合壁部51、51をつなぐ方向(面)に形成されている。
両側の接合壁部51と中間部の接合面部52との間には、対向するヘッダプレート40とは反対側に向けて膨出する膨出部53、53が形成されている。
中間プレート60には、中間プレート60の長手方向の中間部から一方の側に、両端部61、61と中間部62との間にそれぞれ複数の開口63が形成されている。
また、中間プレート60において、その長手方向の中間部から他方の側には、両端部61、61の間において、中間部62を跨いでその両側に連続する連通スリット(連通口)64が形成されている。
ヘッダタンク20Aは、ヘッダプレート40とタンクプレート50とが、その両端部の接合壁部41、41と51、51、中間部の接合面部42と52で、中間プレート60を介してそれぞれ接合されることで、全体として、メガネ状の断面形状を有し、幅方向において接合面部52の一方の側と他方の側とに、それぞれ冷媒流路80A、80Bが形成されている。なお、これらの冷媒流路80A、80Bは、塞ぎ板70Cにより、冷媒流路80A−1と冷媒流路80A−2、冷媒流路80B−1と冷媒流路80B−2に分割されている。
なお、ヘッダタンク20Bにおいては、上記ヘッダタンク20Aと共通する構成要素を多用している。このため、以下の説明において、上記ヘッダタンク20Aと共通する構成については、同符号を付してその説明を省略することがある。
中間プレート90には、中間プレート90の長手方向に沿って、複数の開口93が形成されている。
図4に示すように、ヘッダタンク20Bは、ヘッダプレート40とタンクプレート50とが、その両端部の接合壁部41、41と51、51、中間部の接合面部42と52で、中間プレート90を介してそれぞれ接合されることで、全体として、メガネ状の断面形状を有し、幅方向において接合面部52の一方の側と他方の側とに、それぞれ冷媒流路80C、80Dが形成されている。これら冷媒流路80C、80Dは連通していない。
図8は、ヘッダプレート40、タンクプレート50、中間プレート60、90の各板厚と破壊圧力との関係を示す解析結果である。
ここで、破壊圧力とは、例えば、冷媒が空気と熱交換を行った後、蒸発して体積が膨張した状態において、ヘッダタンク20A、20Bを破損してしまう可能性がある場合のヘッダタンク20A、20B内にかかる内部圧力を示すものである。
本実施形態では、前述したように、中間プレート60を10.0MPa以上の破壊圧力に耐えうる板厚とした場合、図9の解析結果から実線で示されるように、その強度確保において、連通スリット64は、少なくとも3.8mm以下のスリット幅とすることが好ましい。連通スリット64のスリット幅を小さくするほど中間プレート60の強度は確保されるが、スリット幅を小さくしすぎると連通スリット60を冷媒が通りにくくなり、冷媒の流通性が損なわれてしまい、結果的に熱交換器性能の低下につながる可能性がある。このため、これらを考慮すれば、連通スリット64のスリット幅は2.0mm以上とすることが好ましい。さらに熱交換器性能と安全性(強度確保)を高めるのであれば、連通スリット64のスリット幅は、2.5mm以上であって3.0mm以下とすることが好ましい。
ここで、折り曲げ加工部100は、ヘッダタンク20Aの中心部側100aと端部側100bとの間で、中間プレート60が例えばクランク状に折り曲げ加工されて、中心部側100aと端部側100bとが互いに異なる高さとなるように形成されている。折り曲げ加工部100は、中間プレート60の中間部62と両側の端部61とが、互いに接近・離間する方向に相対変位したときに弾性変形する。ここで、本実施形態においては、スリット44から挿入された熱交換チューブ30の先端部30aが、中間プレート60の中心部側100aに突き当たり、端部側100bとの間には隙間を形成するよう設けられている。
また、中間プレート60、90には、開口63、93が形成されており、連通スリット64以外の部分において冷媒の流れを妨げることもない。
また、折り曲げ加工部100は、ヘッダタンク20A、20Bの中心部側100aと、端部側100bとの間で中間プレート60、90に形成され、中間部62と両側の端部61とが接近・離間する方向に相対変位するのを許容するのであれば、他のいかなる形状、材質等を用いてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
Claims (6)
- 互いに平行に並列された複数の熱交換チューブと、
互いに隣接する前記熱交換チューブの間に設けられたフィンと、
複数の前記熱交換チューブの一端側に接続された第一のヘッダタンクと、
複数の前記熱交換チューブの他端側に接続された第二のヘッダタンクと、を備え、
前記第一のヘッダタンクと前記第二のヘッダタンクが、
複数の前記熱交換チューブの端部が挿入されるヘッダプレートと、
前記ヘッダプレートと対向するタンクプレートと、
前記ヘッダプレートと前記タンクプレートとの間に挟み込まれた中間プレートと、をそれぞれ備え、
前記ヘッダプレート、前記タンクプレート、前記中間プレートは、それぞれの幅方向両側の端部と中間部とにおいて互いに接合され、接合部分が形成されることで、前記ヘッダプレートと前記タンクプレートとの間に、前記中間部を挟んで一方の側と他方の側にそれぞれ冷媒流路が形成され、
前記中間プレートは、前記冷媒流路内で前記端部と前記中間部とを結ぶ方向に前記冷媒流路を横切るとともに、前記端部と前記中間部とが互いに接近・離間する方向の相対変位を許容することにより、前記ヘッダプレート、前記タンクプレート、前記中間プレートの前記接合部分に応力が集中することを防ぐ弾性変形部を有していることを特徴とする熱交換器。 - 前記中間プレートの幅方向中間部の少なくとも一方の表面に、当該中間プレートの長手方向に連続する凹部が形成され、
前記ヘッダプレートおよび/または前記タンクプレートには、前記凹部に対向する部分に、前記凹部に対応した形状の凸部が形成されて、前記凹部と前記凸部とが接合されていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。 - 前記第一のヘッダタンクと前記第二のヘッダタンクの少なくとも一方は、前記中間プレートに、前記中間部の両側に跨って連続する連通口が形成され、前記連通口を介して、前記中間部を挟んだ一方の側の前記冷媒流路と、他方の側の前記冷媒流路とが連通していることを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器。
- 前記ヘッダプレート、前記タンクプレート、前記中間プレートの板厚が、それぞれ1.0mm以上2.0mm以下とされていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の熱交換器。
- 前記中間プレートの前記連通口の幅が、2.0mm以上3.8mm以下とされていることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載された熱交換器を備えたことを特徴とする車両用空気調和装置。
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