JP6428388B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、外部を流れる流体と熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器に関する。

この種の熱交換器としては、特許文献１に記載の熱交換器がある。特許文献１に記載の熱交換器は、熱媒体の流れる複数のチューブ及びフィンの積層構造からなるコア部と、コア部の両端に接合されるサイドプレートと、サイドプレートに固定されるブラケットとを備えている。サイドプレートは、コア部を補強するための部材である。サイドプレートは樋形状を有する部材からなる。サイドプレートは、長手方向に直交する断面形状がコの字形状をなしている。サイドプレートの側壁部には、内面から外面に貫通する穴部がそれぞれ形成されている。ブラケットは、サイドプレートの側壁部の穴部にそれぞれ挿入される突出部を有している。ブラケットは、熱交換器を例えば車両に取り付けるための接続部品として機能する。

サイドプレートにブラケットを固定する際には、まず、サイドプレートの穴部にブラケットの突出部を嵌め込むことにより、サイドプレートに対してブラケットを仮固定する。その後、熱交換器を加熱することにより、ブラケットとサイドプレートとがろう付けされ、ブラケットがサイドプレートに固定される。

特開２００３−２７９２８４号公報

ところで、特許文献１に記載の熱交換器では、サイドプレートの穴部とブラケットの突出部との嵌合構造によりブラケットがサイドプレートに仮固定されているため、サイドプレートに対するブラケットの取り付け位置に自由度がほとんど無い。このような構造の場合、次のような不都合が生じるおそれがある。

チューブ及びフィンの積層方向においてはチューブ及びフィンのそれぞれの寸法公差が積み重なるため、熱交換器の製品寸法にばらつきが生じやすい。また、チューブ及びフィンのそれぞれの接合状態や積層状態等によっても、熱交換器の製品寸法にばらつきが生じやすい。熱交換器の製品寸法にばらつきが生じると、ブラケットの位置にずれが生じる。特許文献１に記載の熱交換器のようにサイドプレートに対するブラケットの取り付け位置に自由度がほとんど無い場合、熱交換器の製品寸法のばらつきに起因するブラケットの取り付け位置のずれを吸収する術がない。そのため、サイドプレートに対するブラケットの取り付け位置にずれが生じると、ブラケットを車両に取り付けることができない等の不都合が生じるおそれがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サイドプレートに対するブラケットの取り付け位置の自由度を向上させることのできる熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するために、外部を流れる流体と熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器（１）は、熱媒体が流れる複数のチューブ（２０）の積層構造からなるコア部（２）と、チューブの積層方向におけるコア部の端部に配置されるサイドプレート（３，４）と、サイドプレートに固定されるブラケット（７）とを備える。サイドプレートは、チューブ長手方向に延びる底壁部（３０）と、前記底壁部の、空気流れ方向端部から前記チューブの積層方向外方に向けて立設された一対の側壁部（３１、３２）とを有している。サイドプレートの開口部（３５）から前記底壁部（３０）に向かう方向をブラケットの挿入方向（Ｅ）とするとき、サイドプレートには、ブラケットの挿入方向と逆方向に開口する係合孔（３３０，３３１，３４０，３４１）が形成されている。サイドプレートは、底壁部と側壁部（３１，３２）との間の角部に面取り部（３３，３４）を有する。係合孔は、面取り部に形成されている。ブラケットは、係合孔に係合されている。

この構成によれば、サイドプレートの開口部からブラケットを挿入した後、サイドプレートの係合孔にブラケットを係合することにより、サイドプレートにブラケットを仮固定することができる。この際、サイドプレートの係合孔は、サイドプレートのブラケット挿入方向と逆方向に開口しているため、ブラケット挿入方向においてサイドプレートに対するブラケットの位置を微調整することができる。よって、ブラケットの取り付け位置の自由度を向上させることができる。

本発明によれば、サイドプレートに対するブラケットの取り付け位置の自由度を向上させることができる。

熱交換器の第１実施形態についてその正面構造を示す正面図である。 第１実施形態の熱交換器についてそのサイドプレート及びブラケットの分解斜視構造を示す斜視図である。 第１実施形態の熱交換器についてそのサイドプレートの平面構造を示す平面図である。 第１実施形態の熱交換器についてそのサイドプレート及びブラケット周辺の断面構造を示す断面図である。 熱交換器の第２実施形態についてそのサイドプレート及びブラケットの分解斜視構造を示す斜視図である。 第２実施形態の熱交換器についてそのサイドプレートの平面構造を示す平面図である。 第２実施形態の熱交換器についてそのサイドプレート及びブラケット周辺の断面構造を示す断面図である。 熱交換器の他の実施形態についてそのサイドプレート及びブラケットの分解斜視構造を示す斜視図である。

＜第１実施形態＞
以下、熱交換器の一実施形態について説明する。図１に示される本実施形態の熱交換器１は、車両用空調装置の冷凍サイクルにおいて圧縮機から吐出された高温高圧の熱媒体を空気との熱交換により放熱させて凝縮させる、いわゆるコンデンサ（凝縮器）として機能するものである。

図１に示されるように、熱交換器１は、コア部２と、一対のサイドプレート３，４と、一対のヘッダタンク５，６と、ブラケット７とを備えている。

コア部２は熱媒体と空気との間で熱交換を行う部分である。コア部２は略矩形状をなしており、矢印Ａで示される方向に複数のチューブ２０が積層された積層構造を有している。以下、矢印Ａで示される方向を「チューブ積層方向Ａ」と称する。また、チューブ積層方向Ａに直交する方向を「チューブ長手方向Ｂ」と称する。チューブ２０は、内部に熱媒体の流路を有する細長い配管からなる。チューブ２０の長手方向Ｂに直交する断面形状は扁平状をなしている。図中に拡大して示されるように、コア部２は、チューブ積層方向Ａに隣接するチューブ２０，２０間に配置されるフィン２１を有している。フィン２１は、薄く長いアルミ板をつづら折りに加工した形状からなる、いわゆるコルゲートフィンからなる。フィン２１の折り曲がり部分は、チューブ積層方向Ａに隣接するチューブ２０，２０にろう付けされている。このろう付け構造により、フィン２１はチューブ２０に固定されている。熱交換器１は、チューブ積層方向Ａが鉛直方向となるように配置される。

一対のサイドプレート３，４は、チューブ長手方向Ｂに延びる樋形状を有する部材からなる。以下、チューブ長手方向Ｂを「サイドプレート長手方向Ｂ」とも称する。サイドプレート３，４は、チューブ積層方向Ａにおけるコア部２の両端部にそれぞれ取り付けられている。サイドプレート３，４は、コア部２の機械的な強度を補強している。

ブラケット７は、一対のサイドプレート３，４にそれぞれ取り付けられている。ブラケット７は、熱交換器１を例えば車両に取り付けるための接続部品として機能する。ブラケット７は、例えばプレス加工や押し出し加工により製造される。

一対のヘッダタンク５，６は、チューブ長手方向Ｂにおけるコア部２の両端部にそれぞれ取り付けられている。ヘッダタンク５，６は筒状の部材からなる。ヘッダタンク５，６の内部空間はチューブ２０の内部流路に連通されている。

一方のヘッダタンク５には流入部５０及び流出部５１が設けられている。流入部５０は、図示しない圧縮機から吐出される熱媒体をヘッダタンク５の内部へと導く。流出部５１は、ヘッダタンク５の内部を流れる熱媒体を流出する。ヘッダタンク５の内部には仕切板５２が設けられている。仕切板５２は、ヘッダタンク５の内部空間を、流入部５０に連通される第１内部空間５３ａと、流出部５１に連通される第２内部空間５３ｂとに区画する。

他方のヘッダタンク６には受液器６０が設けられている。受液器６０は、コア部２を通過した熱媒体を気液分離させる部分である。ヘッダタンク６の内部には、ヘッダタンク５の仕切板５２と同一の高さに仕切板６１が設けられている。仕切板６１は、ヘッダタンク６の内部空間を第１内部空間６２ａと第２内部空間６２ｂとに区画する。第１内部空間６２ａ及び第２内部空間６２ｂは受液器６０を介して互いに連通されている。

この熱交換器１では、流入部５０から流入した気相の熱媒体がヘッダタンク５の第１内部空間５３ａを介してコア部２の鉛直方向上方側の部位２２に流入する。コア部２の鉛直方向上方側の部位２２は、チューブ２０の内部を流れる気相の熱媒体と、チューブ２０の外部を流れる空気との間で熱交換を行うことで、気相の熱媒体を凝縮させる凝縮部を構成している。空気流れ方向は、チューブ積層方向Ａ及びチューブ長手方向Ｂの両方に直交する方向である。コア部２の凝縮部２２を通過した熱媒体は、ヘッダタンク６の第１内部空間６２ａを介して受液器６０に流入し、気相の熱媒体と液相の熱媒体とに分離される。分離された液相の熱媒体は、鉛直方向下方へと流れ、ヘッダタンク６の第２内部空間６２ｂを介してコア部２の鉛直方向上方側の部位２３に流入する。コア部２の鉛直方向下方側の部位２３は、チューブ２０の内部を流れる液相の熱媒体と、チューブ２０の外部を流れる空気との間で熱交換を行うことで、液相の熱媒体を冷却する過冷却部２３として機能する。コア部２の過冷却部２３を通過した熱媒体は、ヘッダタンク５の第２内部空間５３ｂ及び流出部５１を介して外部に流出される。

次に、サイドプレート３，４及びブラケット７の構造について詳しく説明する。なお、一対のサイドプレート３，４は略同一の構造からなるため、以下では、便宜上、サイドプレート３の構造について代表して説明する。

図２に示されるように、ブラケット７は、矢印Ｄで示される方向に長手方向を有する長板状の平板部７０と、平板部７０の短手方向Ｃの両側部から略直角に延びるように形成される一対の側板部７１，７２とを有している。平板部７０には、ブラケット７を車両に取り付ける際にボルト等が挿入される挿入孔７０１が形成されている。平板部７０の長手方向Ｄにおける側板部７１，７２のそれぞれの一端部７１０，７２０は、平板部７０の一端部７００よりも平板部７０の長手方向に延びている。側板部７１，７２の一端部７１０，７２０の幅Ｈ１は、側板部７１，７２の他端部７１５，７２５の幅Ｈ２よりも長くなっている。なお、符号７１１，７１２は、ブラケット７の側板部７１の一端部７１０の両角部をそれぞれ示している。また、符号７２１，７２２は、ブラケット７の側板部７２の一端部７２０の両角部をそれぞれ示している。

サイドプレート３は、チューブ長手方向Ｂに延びる底壁部３０と、底壁部３０の、空気流れ方向端部からチューブ積層方向Ａの外方に向けて立設された一対の側壁部３１、３２とを有している。サイドプレート３における底壁部３０と一対の側壁部３１，３２との間の両角部には、Ｃ面の面取り部３３，３４がそれぞれ形成されている。

サイドプレートの長手方向Ｂに直交する断面形状は略コの字形状をなしており、一方が開口した断面形状を有している。ブラケット７は、サイドプレート３の開口部３５から底壁部３０に向けて、すなわち図中の矢印Ｅで示される方向に向けて挿入される。以下、矢印Ｅで示される方向を「ブラケット挿入方向」と称する。

図３に示されるように、面取り部３３，３４には、サイドプレート３の長手方向Ｂに略直交する方向に対向する一対の係合孔３３０，３４０、及び一対の係合孔３３１，３４１が形成されている。図２に示されるように、係合孔３４０はブラケット挿入方向Ｅと逆方向に開口している。他の係合孔３３０，３３１，３４１も同様にブラケット挿入方向Ｅと逆方向に開口している。係合孔３３０，３４０には、ブラケット７の側板部７１の一端部７１０が係合される。係合孔３３１，３４１には、ブラケット７の側板部７２の一端部７２０が係合される。

なお、図２〜図４では、一つのブラケット７を例に挙げて説明したが、サイドプレート３，４には全てのブラケット７について同様の圧入係合構造が形成されている。

次に、熱交換器１の製造方法について説明する。
熱交換器１の製造の際には、まず、熱交換器１を構成する各部材が仮固定される。詳しくは、チューブ２０及びフィン２１を積層することによりコア部２が成形された後、コア部２、サイドプレート３，４、及びヘッダタンク５，６が図１に示されるように仮固定される。このように熱交換器１が仮固定された状態で図１に二点鎖線で示されるようにサイドプレート３，４の外側からワイヤＷが巻き付けられることにより、熱交換器１が仮固定された状態で保持される。ワイヤＷの巻きつけられた熱交換器１が炉に入れて加熱されることにより、各部材のろう材層が融解し、各部材がろう付けにて一体的に固定される。その後、熱交換器１からワイヤＷが取り外されることで、熱交換器１の製造が完了する。

サイドプレート３に対するブラケット７の仮固定については、図２に示されるように、サイドプレート３の開口部３５からブラケット挿入方向Ｅに向けてブラケット７の側板部７１，７２の一端部７１０，７２０が挿入される。そして、図４に示されるように、サイドプレート３の係合孔３３０，３４０にブラケット７の側板部７１の一端部７１０の両角部７１１，７１２がそれぞれ圧入される。また、サイドプレート３の係合孔３３１，３４１にブラケット７の側板部７２の一端部７２０の両角部７２１，７２２がそれぞれ圧入される。こうした圧入係合構造によりブラケット７がサイドプレート３に仮固定される。同様の方法により、サイドプレート４にブラケット７が仮固定される。

以上説明した本実施形態の熱交換器１によれば、以下の（１）〜（４）に示される作用及び効果を得ることができる。

（１）図４に示されるように、サイドプレート３の係合孔３３０，３４０及び係合孔３３１，３４１はブラケット挿入方向Ｅと逆方向に開口している。そのため、サイドプレート３の係合孔３３０，３４０及び係合孔３３１，３４１にブラケット７を圧入する際、圧入量の調整により、サイドプレート３に対するブラケット７の位置をブラケット挿入方向Ｅにおいて微調整することができる。よって、サイドプレート３に対するブラケット７の取り付け位置の自由度を向上させることができる。

（２）サイドプレート３にブラケット７を仮固定する方法としては、例えばサイドプレート３にブラケット７をかしめる方法が考えられる。しかしながら、このような仮固定方法を採用した場合、ブラケット７にかしめ部を設ける必要があるため、ブラケット７の製品コストが増加する懸念がある。また、熱交換器１の製造の際にかしめ工程が必要となるため、製造コストが増加する懸念がある。この点、本実施形態の熱交換器１では、サイドプレート３の係合孔３３０，３４０及び係合孔３３１，３４１にブラケット７を圧入することでサイドプレート３にブラケット７が仮固定されるため、ブラケット７にかしめ部を設ける必要がなく、またかしめ工程が不要である。よって、サイドプレート３に対するブラケット７の仮固定をかしめにより行う場合と比較すると、コストを低減することができる。

（３）ブラケット７にかしめ部を設ける方法としては、例えばブラケット７からサイドプレート長手方向Ｂに突出するようにかしめ部を設けるという方法が考えられる。しかしながら、このようなかしめ部をブラケット７に設けた場合、ブラケット７のかしめ部をサイドプレート３，４に対してかしめる際、ワイヤＷとの干渉を回避しなければならないため、ワイヤＷの巻き付け位置から所定間隔以上ずれた位置にブラケット７を取り付ける必要がある。結果的に、ブラケット７の取り付け位置が制約されるおそれがある。この点、本実施形態のブラケット７には、サイドプレート長手方向Ｂに突出する部分が無いため、ワイヤＷの巻き付け位置との干渉が生じ難い。よって、サイドプレート長手方向におけるブラケット７の取り付け位置の自由度を向上させることができる。

（４）サイドプレート３には、その底壁部３０と側壁部３１，３２との間の角部に面取り部３３，３４を形成することとした。そして、面取り部３３，３４には、係合孔３３０，３４０及び係合孔３３１，３４１を形成することとした。これにより、図４に示されるように、サイドプレート３の係合孔３３０，３４０及び係合孔３３１，３４１にブラケット７の側板部７１，７２の一端部７１０，７２０が係合する際、ブラケット７の側板部７１，７２の一端部７１０，７２０がサイドプレート３の底壁部３０に接触することで、ブラケット７の挿入方向Ｅの移動が規制される。よって、ブラケット７とコア部２のフィン２１との接触を回避することができるため、フィン２１の変形を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、熱交換器１の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態の熱交換器１との相違点を中心に説明する。

図５に示されるように、本実施形態のブラケット７における側板部７１の一端部７１０の角部には切欠き７１３が形成されている。図中に拡大して示されるように、切欠き７１３には、ブラケット挿入方向Ｅに直交する平面からなる接触面７１３ａが設けられている。ブラケット７における側板部７２の一端部７２０の角部にも切欠き７２３が形成されている。図中に拡大して示されるように、切欠き７２３にも、ブラケット挿入方向Ｅに直交する平面からなる接触面７２３ａが設けられている。

本実施形態のサイドプレート３は、面取り部３３，３４を有していない点で第１実施形態のサイドプレート３と異なる。図６に示されるように、サイドプレート３の底壁部３０には、一対の係合孔３００，３０１が形成されている。係合孔３００，３０１は、サイドプレート３の側壁部３２から側壁部３１に向かって延びるように形成されている。図２に示されるように、係合孔３００はブラケット挿入方向Ｅと逆方向に開口している。他の係合孔３０１も同様にブラケット挿入方向Ｅと逆方向に開口している。係合孔３００，３０１には、ブラケット７の側板部７１，７２の一端部７１０，７２０が係合される。

図６に示されるように、サイドプレート３の底壁部３０には、係合孔３００，３０１と側壁部３１との間に規制面３０２，３０３が形成されている。ブラケット７の側板部７１，７２の一端部７１０，７２０が係合孔３００，３０１に係合される際、規制面３０２，３０３にはブラケット７の接触面７１３ａ，７２３ａがそれぞれ接触する。

なお、図５〜図７では、一つのブラケット７を例に挙げて説明したが、サイドプレート３，４には全てのブラケット７について同様の圧入係合構造が形成されている。

次に、サイドプレート３，４に対するブラケット７の取り付け方法について説明する。
図５に示されるように、サイドプレート３にブラケット７を取り付ける際には、まず、サイドプレート３の開口部３５からブラケット挿入方向Ｅに向けてブラケット７の側板部７１，７２の一端部７１０，７２０が挿入される。そして、図７に示されるように、サイドプレート３の係合孔３００にブラケット７の側板部７１の一端部７１０が圧入される。また、サイドプレート３の係合孔３０１にブラケット７の側板部７２の一端部７２０が圧入される。こうした圧入による係合構造によりブラケット７がサイドプレート３に仮固定される。この際、サイドプレート３の規制面３０２，３０３にブラケット７の接触面７１３ａ，７２３ａがそれぞれ接触する。同様の方法により、サイドプレート４にブラケット７が仮固定される。

以上説明した本実施形態の熱交換器１によれば、上記（１）〜（３）の作用及び効果に加え、以下の（５）及び（６）に示される作用及び効果を得ることができる。

（５）本実施形態の熱交換器１では、サイドプレート３に面取り加工が不要となる。したがって、第１実施形態の熱交換器１と比較すると、サイドプレート３の製造が容易となる。

（６）サイドプレート３の底壁部３０には、サイドプレート３の係合孔３００，３０１にブラケット７の側板部７１，７２の一端部７１０，７２０が圧入により係合された際にブラケット挿入方向Ｅにブラケット７と接触することによりブラケット７の移動を規制する規制面３０２，３０３を形成することとした。これにより、サイドプレート３にブラケット７を取り付ける際、ブラケット７の挿入方向Ｅの移動が規制されるため、ブラケット７とコア部２のフィン２１との接触を回避することができる。よって、フィン２１の変形を抑制することができる。

なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・サイドプレート３の係合孔の位置は適宜変更可能である。例えば図８に示されるように、サイドプレート３の側壁部３１の先端面に切欠３１０，３１１を形成してもよい。また、ブラケット７の側板部７１，７２には、サイドプレート３の切欠３１０，３１１に係合される係合部７１４，７２４をそれぞれ形成する。そして、サイドプレート３の切欠３１０，３１１にブラケット７の係合部７１４，７２４を圧入により係合させることにより、サイドプレート３に対してブラケット７を仮固定してもよい。このような構成であっても、上記（１）の作用及び効果を得ることは可能である。要は、サイドプレート３には、ブラケット挿入方向Ｅと逆方向に開口する係合孔が形成されており、この係合孔にブラケット７が係合されていればよい。

・上述した第１、第２実施形態では、ブラケット７の側板部７１，７２に係合する係合孔としてサイドプレート３を貫通する貫通孔を用いた実施形態について述べたが、ブラケット挿入方向Ｅにおいてサイドプレート３の開口部３５側となる部位が開口した形状であれば圧入量の調整によってサイドプレート３に対するブラケット７の位置を微調整することができるため、係合孔が貫通孔ではなく有底の構造とすることも可能である。

・チューブ２０の外部を流れる流体には、空気以外の適宜の流体を採用することが可能である。

・サイドプレート３，４に対するブラケット７の固定方法は、ろう付けに限らず、溶接等の適宜の固定方法を採用することが可能である。

・ブラケット７の製造方法は、プレス加工や押し出し加工に限らず、任意の製造方法を採用することが可能である。

・上記実施形態の熱交換器１は、ラジエータ等、コンデンサ以外の熱交換器にも適用可能である。

・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１：熱交換器
２：コア部
３，４：サイドプレート
７：ブラケット
２０：チューブ
３０：底壁部
３１，３２：側壁部
３３，３４：面取り部
３５：開口部
３００，３０１，３３０，３３１，３４０，３４１：係合孔
３０２，３０３：規制面

Claims (1)

1. 外部を流れる流体と熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器（１）であって、
   前記熱媒体が流れる複数のチューブ（２０）の積層構造からなるコア部（２）と、
   前記チューブの積層方向における前記コア部の端部に配置されるサイドプレート（３，４）と、
   前記サイドプレートに固定されるブラケット（７）と、を備え、
   前記サイドプレートは、チューブ長手方向に延びる底壁部（３０）と、前記底壁部の、空気流れ方向端部から前記チューブの積層方向外方に向けて立設された一対の側壁部（３１、３２）と、を有し、
   前記サイドプレートの開口部（３５）から前記底壁部に向かう方向を前記ブラケットの挿入方向（Ｅ）とするとき、
   前記サイドプレートには、前記ブラケットの挿入方向と逆方向に開口する係合孔（３３０，３３１，３４０，３４１）が形成され、
   前記サイドプレートは、前記底壁部と側壁部（３１，３２）との間の角部に面取り部（３３，３４）を有し、
   前記係合孔は、前記面取り部に形成され、
   前記ブラケットは、前記係合孔に係合されていることを特徴とする熱交換器。

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