WO2008123599A1

WO2008123599A1 - 熱交換器及び熱交換器の製造方法

Info

Publication number: WO2008123599A1
Application number: PCT/JP2008/056731
Authority: WO
Inventors: Kenji Tsubone
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2008-10-16
Also published as: CN101652621A; US20100116483A1; JP2008256253A; EP2138795A1

Abstract

　　複数の細管が設けられて、前記複数の細管の両端に基管が設けられることにより、前記複数の細管の表面で熱交換を行う熱交換器及び熱交換器の製造方法を提供する。　　第二熱媒体４を流通させる複数の細管２の端部が管状からなる基管５の内部に密着させられ、前記複数の細管２が第一熱媒体３の内部に設けられて、前記第二熱媒体４と前記第一熱媒体３とが熱交換される熱交換器１において、前記基管５の内径は前記複数の細管２が取り付けられる側で大きくなることを特徴とする。

Description

明細書熱交換器及び熱交換器の製造方法技術分野

この発明は、高温熱媒体と低温熱媒体との間で熱交換をおこなう熱交換器に関するものである。また待に複数の細管に高温熱媒体もしくは低温熱媒体を流入させることにより、隔壁を介して熱交換をおこなう熱交換器及び熱交換器の製造方法に関するものである。背景技術

従来、熱交換器や蓄熱器 ·蓄冷器の熱媒体間で熱交換が行われる場合、熱媒体間の熱授受効率の観点から、複数の管を蓄熱材の内部に設ける構造が知られている。その一例が特開 2 0 0 5— 2 3 3 5 9 7号公報に記載されている。この特開 2 0 0 5— 2 3 3 5 9 7号公報に記載された蓄熱熱交換機は、熱媒体を流入させる管が複数設けられ、これらの管の端部が一束に収束されて接続管に接続されている。そのため、複数の管に流通されている熱媒体と蓄熱材との間で熱交換がおこなわれる。

上述した特開 2 0 0 5— 2 3 3 5 9 7号公報に記載された蓄熱熱交換機では、多数の管がその端部で収束されている。そのため、多数の管を束ねる場合に、管の端部の位置精度について、改良の余地がある。発明の開示

この発明は上記の課題に着目してなされたものであり、熱媒体を流入させる管について、多数の管の先端部が収束されている熱交換器及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、相互に熱交換される第一熱媒体と第二熱媒体とのうちの一方の熱媒体が流通させられる複数の細管を有する熱交換器において、前記複数の細管の端部が、钿管同士の間を気密もしくは液密状態に結束されるとともに、その結束された端部が、前記細管よリ広径の基管に気密もしくは液密状態で嵌合されていることを特徴とするものである。

また、この発明は、上記の発明において、空洞に形成されたヘッダ一部の表面に複数の孔が設けられ、この孔に前記基管が嵌め込まれることによリ前記へッダ一部と前記基管とが気密もしくは液密状態で嵌合されていることを特徴とするものである。

更に、この発明は、前記複数の細管を有する熱交換器の製造方法において、前記複数の細管の端部が細管同士の間を気密もしくは液密状態に結束され、結束された前記複数の細管が前記基管に気密もしくは液密状態で嵌合されることを待徴とするものである。

更に、この発明は、上記の発明において、前記複数の細管を前記基管に挿入させた後に、前記基管を前記複数の細管の取り付けられている方向と反対方向に収縮させることを特徴とするものである。

更に、この発明は、上記の発明において、前記複数の細管を前記基管に挿入させた後に、前記基管の軸方向に荷重を加えて、前記基管を前記細管の取り付けられている方向と反対方向に収縮させることを持徴とするものである。

更に、この発明は、上記いずれかの発明において、前記基管は、前記ヘッダ一部の表面に設けられた孔に嵌合させることを特徴とするものである。

更に、この発明は、上記の発明において、前記孔は、前記基管の挿入側で突起部を有し、挿入される前記基管と前記突起部とが密着するように形成されていることを特徴とするものである。

更に、この発明によれば、複数の钿管の端部が基管の内部に密着され、この基管の内径の大きさは、複数の細管の取り付けられる側が大きくなるように構成されている。そのため、基管に挿入されている钿管の位置精度が向上する。また、钿管の使用により、第一熱媒体又は第二熱媒体を流通させる細管のピッチを狭くすることができる。その結果、第一熱媒体と第二熱媒体との熱交換を行う熱交換部位が小型化される。

更に、この発明によれば、複数の基管がヘッダー部に取り付けられている。そのため、上記の発明と同様の効果を得られる他に、より多くの細管をヘッダー部に取り付けることができる。その結果、第一熱媒体または第二熱媒体を流入させる前記細管の表面積が増加する。また、熱交換器の熱交換能力を向上させることができる。

更に、この発明によれば、基管の一方の端部の内径が他端よりも大きくなるように構成されている。複数の細管は、前記基管の内径の大きい側から挿入される。そのため、基管と細管とを容易に密着させて製造することができる。

更に、この発明によれば、基管の一方の端部の内径が他端よりも大きくなるように構成されている。複数の細管が前記基管の内径の大きい側から挿入された後、前記基管が軸線方向に対して垂直に収縮される。前記基管が軸線方向に対して垂直に収縮されるから、前記基管に挿入されている複数の細管は容易に束ねられ、上記の発明と同様の効果を得られる。

更に、この発明によれば、基管の一方の端部の内径が他端よりも大きくなるように構成されている。複数の細管が前記基管の内径の大きい側から挿入された後、前記基管は前記基管の軸方向に荷重が加えられて、前記基管が前記細管の取リ付けられている側と反対側に伸ばされる。その結果、上記の発明と同様の効果を得られる他に、前記基管が軸線に対する垂直方向に均一に収縮されるので、前記細管に局部的な荷重がかかることが抑制できる。またその結果、前記細管の潰れ変形を抑制することができる。

更に、この発明によれば、圧縮された基管がヘッダ一部に取り付けられている。そのため、上記いずれかの発明と同様の効果を得られる他に、より多くの細管を熱交換器に取り付けることができる。その結果、従来と比較して、熱交換能力を向上させた熱交換器を製造することができる。

更に、この発明によれば、ヘッダー部に基管を取り付けるために、ヘッダーに設けられた孔の外周部には、突起部が形成されている。その結果、前記突起部と前記基管とが密着し、前記基管が前記突起部に保持されるので、前記基管をへッダ一部に取り付ける際の溶接加工が容易となる。また、上記の発明と同様の効果を得られる。図面の簡単な説明図 1は、この発明における基管と钿管とを模式的に示す図である。

図 2は、この発明に係る熱交換器の一例を示す図である。

図 3は、この発明に係る熱交換器の他の例を示す図である。

図 4は、この発明におけるヘッダー部と基管との接合部を示す図である。図 5は、この発明におけるヘッダー部に複数の熱交換器を取り付けた一例を示す図である。

図 6は、この発明におけるへッダ一部に複数の熱交換器を取り付けた他の例を示す図である。

図 7は、この発明におけるヘッダ一部に複数の熱交換器を取り付けた他の例を示す図である。

図 8は、この発明におけるヘッダ一部に複数の熱交換器を取り付けた他の例を示す図である。

図 9は、この発明における細管に基管を嵌合させる工程を示す図である。図 1 0は、この発明における钿管に基管を嵌合させる際の基管の形状を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

つぎにこの発明を具体例に基づいて詳細に説明する。図 1には、複数の細管に第一熱媒体または第二熱媒体を流通させて、前記細管の周辺に設けられている熱媒体と熱交換を行う熱交換器の具体例が記載されている。図 1 ( a ) は、熱交換器 1の例を上から見た図である。図 1 ( b ) は、熱交換器 1の例を横から見た図である。この熱交換器 1に設けられた細管 2には、第一熱媒体 3又は第二熱媒体 4のいずれかが流入されている。以下の説明では細管に第一熱媒体 3が流入された具体例について記載する。第一熱媒体 3には熱搬入媒体としての冷媒が該当し、第二熱媒体 4には熱搬出媒体としてブラインが該当する。

熱交換器 1は、複数の細管 2の両端の位置が揃った状態で、その束ねられた細管 2の径よりも広内径の基管 5に挿入されている。それらの細管 2は、基管 5 の内壁又は他の細管 2と接触しており、基管 5の内部で固定されている。また、前記細管 2と前記基管 5との接続部分はロウ付けなどの方法により接合されている。そのため、前記細管の端部は、細管同士の間を気密もしくは液密状態に結束されている。また、結束された前記钿管の端部は前記結束された細管の径よりも広内径の基管に気密もしくは液密状態で嵌合されている。ここで、前記細管 2 は、アルミニウム等の金属により形成されている。

前記基管 5は、前記複数の細管 2が取り付けられる側で、その内径が大きくなるように形成されている。換言すれば、この基管 5の内壁は基管 5の軸線方向でテーパー状に形成されている。そのため、前記基管 5に前記複数の細管 2を取リ付ける場合に、複数の細管 2の先端部の位置精度が向上する。

図 2 , 図 3には、前記熱交換器 1の実施例が記載されている。この熱交換器 1には複数の細管 2がコア 6に挿入されている。コア 6の内部では前記細管 2同士が一定の間隔で設けられている。また、コア 6の内部には前記細管 2の他に第一熱媒体 3以外の熱媒体が設けられている。あるいは、コア 6の内部には、前記熱交換器 1の周辺に流入されている第二熱媒体 4が流入されている。このため、前記第一熱媒体 3と他の熱媒体または前記第一熱媒体 3と第二熱媒体 4との間で、熱交換がなされる。

前記コア 6の中央部は柱状に形成されておリ、四角柱や円柱等の形状を問わない。前記コア 6の中央部の形状が四角柱に形成されている場合は、コア 6の四角柱の端部から前記細管 2に沿うように傾斜面が設けられている。この傾斜面は、前記コア 6の中央部から端部に向けて細くなるように形成される。コア 6の先端部に前記基管 5が設けられている。また、前記コア 6の中央部の形状が円柱に形成されている場合は、コア 6の円柱の端部からコア 6の端部に向けて円錐状に傾斜部が形成される。コア 6の先端部に前記基管 5が設けられている。

図 4 ( a ) 、（ b ) は、熱交換器 1 をヘッダー部 7に取り付けた一例を示した図である。前記熱交換器 1は、コア 6の先端に基管 5が設けられている。また前記基管 5と前記コア 6との内部には複数の前記細管 2が設けられている。へッダ一部 7には、プレス加工による穿孔 8が設けられている。前記基管 5は穿孔 8 に圧入されて嵌合される。この穿孔 8が、バーリング加工により形成されている場合には、バーリング加工によりヘッダー部 7にバリ 9が生じる。バーリング加ェによって生じたバリ 9は、基管 5を穿孔 8に圧入する場合に、穿孔 8とともに基管 5と嵌合する。その結果、前記穿孔 8と前記基管 5との接合強度が向上する。そして、前記穿孔 8と前記基管 5との接合部分は、前記コア 6の前記ヘッダ一 7側に塗布されたロウ材が、前記熱交換器 1 を炉に入れる炉工程において、接合部の隙間に流入して接合される。また、穿孔 8と基管 5とが圧入されて嵌合するので、前記熱交換器 1の炉工程において、前記コア 6を固定する治具等が不要となり、あるいは治具を減らすことができる。その結果、製造が容易となる。

図 5 , 6には、複数の熱交換器 1 をヘッダー部 7に取り付けた一例を示した図である。前記ヘッダー部 7には複数の穿孔 8が設けられ、この穿孔 8に基管 5 が嵌合されている。図 5 , 6では、熱交換器 1の両端の基管 5を挟むようにへッダ一部 7が嵌合されている。換言すれば、熱交換器 1の両端にヘッダー部 7が取リ付けられている。

前記ヘッダー部 7は中空に形成されておリ、前記基管 5と前記ヘッダー部 7 とが連通されている。そのため、前記ヘッダー部 7に流入された第二熱媒体 4 は、前記基管 5を経由して前記钿管 2に流通される。ここで、前記ヘッダー部 7 に前記熱交換器 1は複数設けられておリ、前記熱交換器 1には複数の細管 2が設けられている。そのため、多数の細管 2に第一熱媒体 3を流入させることができる。

図 5 , 6において、熱交換器 1の周囲には、第二熱媒体 4が設けられている。そのため、コア 6の内部に設けられている熱媒体、あるいはコア 6の内部に流入されている第二熱媒体 4を介して前記钿管 2に流通されている第一熱媒体 3 と、前記熱交換器 1の周囲に設けられている第二熱媒体 4との間で熱交換がなされる。前記細管 2に流通されている第一熱媒体 3とコア 6の内部に設けられている熱媒体との間で熱交換がされる場合には、前記熱媒体と前記コア 6の周囲に設けられている第二熱媒体 4との間で熱交換がなされる。このような塌合に、コア 6の形状は複数の細管 2を含むような形状であれば良く、円柱状、角柱状などの形状によらない。

図 7， 8は、複数の熱交換器 1 を取り付けたヘッダー部 7が蓄熱器筐体 1 0 の内部に設けられた一例を示した図である。前記蓄熱器筐体 1 0の内部には、第二熱媒体 4が設けられている。ヘッダー部 7は中空に形成され、基管 5及び钿管 2と互いに連通されている。そのため、ヘッダー部 7に流入されている第一熱媒体 3もしくは第二熱媒体 4が基管 5及び細管 2に流入される。そして、前記熱交換器 1の両端には、前記基管 5が設けられている。したがって、一方のヘッダー部 7から流入された第一熱媒体 3もしくは第二熱媒体 4は、前記基管 5及び前記钿管 2を経由して、熱交換機 1 を挟んで対向する他のへッダ一部 7に流入される。

次に、この熱交換器 1の製造方法について説明する。図 9 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) には、前記熱交換器 1の製造工程の概略図が記載されている。図 9 ( a ) は、複数の钿管 2を基管 5に揷入する際の概略図である。熱交換器 1の製造において、例えば平行に並べられた複数の細管 2は、それらの端部の位置を合わて結束された状態で基管 5に挿入される。複数の綑管 2を並べる場合には、所定の大きさの細管 2を一括成形によって成形して揃える（図示せず）。あるいは所定の大きさの細管 2をそれぞれ成形した後に、型に填めて揃えてもよい（図示せず）。

複数の細管 2は、端部が揃えられた状態で束ねられて基管 5に挿入される。換言すれば、前記基管 5が束ねられた複数の細管 2に覆い被さるように取リ付けられる。ここで、基管 5は、細管 2の挿入側で内径が広く、細管 2の挿入側と反対側の内径が狭くなるテーパー状に形成されている。

前記基管 5は、図 9 ( b ) に示すように、束ねられた複数の細管 2に覆い被さるように取り付けた後に、前記複数の細管 2と前記基管 5とが重なっている部分を治具 1 1 aによリ固定する。また、前記治具 1 1 aよリも熱交換器 1の端側にある前記基管 5の、前記钿管 2の揷入されていない側を治具 1 1 bにより固定する。そして、前記治具 1 1 bを前記細管 2の挿入側と反対方向に移動させる。その結果、前記基管 5のテーパー部分が前記細管 2の挿入側と反対側に伸びる。治具によって基管 5がその軸線方向に伸ばされると、基管 5はその軸線の垂直方向に収縮するので、前記細管 2と前記基管 5とが圧着されて固定される。また、前記熱交換器 1の両端に前記基管 5を取り付けるときは、その両端について前述と同様の圧着を行う。したがって、コア 6を形成する際に、部品を固定する治具を減らし、あるいは部品を固定する治具を不要とすることができる。その結果、コアの形成について作業工程が減少し、容易にコア 6を形成することができる。この圧着の後で、前記基管 5における前記钿管 2の挿入部分に口ゥ材が塗布される。ロウ材の塗布は熱交換器 1 を炉に入れる炉工程において行われる。図 9 ( c ) に示すように、複数の細管 2が基管 5の内部に密に挿入されている状態であっても、隙間は存在する。したがって炉工程において、前記基管 5に生じている隙間にロウ材を流入して、前記基管 5を前記ロウ材により封止して接合する。その結果、前記コア 6を形成する際や前記熱交換器 1 を炉に入れる炉工程において、前記細管 2を固定する治具等が不要あるいは減らすことができる。その結果、製造が容易になる。

封止された前記基管 5は、へ、 j、ダ一部 7の表面に設けられた穿 ¾ 8に嵌合されて、前記穿孔 8と前記基管 5とが密着される。この穿孔 8は、ヘッダー部 7の表面に多数設けられているため、多数の熱交換器 1 をヘッダー部 7に取り付けることができる。したがって、多数の熱交換器 1 を保持できるので、熱交換能力に優れている熱交換器を製造することができる。

次に、この熱交換器 1の製造方法の他の例について説明する。図 1 0には、前記熱交換器 1の製造工程の概略図が記載されている。図 1 0において、熱交換器 1に用いられる基管 5の内部には、突起部 1 2が設けられている。そして、突起部 1 2の設けられている基管 5に束ねられた複数の钿管 2が挿入される。複数の钿管 2の位置合わせについては、図 9における製造工程と同様であるため、説明を省略する。束ねられた複数の細管 2は、前記突起部 1 2と接触することによリ圧着されて固定される。

次いで、前記基管 5における前記複数の細管 2の挿入部分にロウ材が塗布される。このロウ材の塗布は熱交換器 1 を炉に入れる炉工程において行われる。この工程により、基管 5の内部に複数の钿管 2が密に揷入されている状態であっても存在している隙間にロウ材が流入されて、前記基管 5が封止される。その結果、コア 6を形成する際に、基管 5と複数の細管 2とを固定する治具が不要あるいは減らすことができる。その結果、製造が容易になる。

Claims

請求の範囲

1 . 相互に熱交換される第一熱媒体と第二熱媒体とのうちの一方の熱媒体が流通させられる複数の細管を有する熱交換器において、

前記複数の钿管の端部が、細管同士の間を気密もしくは液密状態に結束されるとともに、その結束された端部が、前記細管よリ広径の基管に気密もしくは液密状態で嵌合されていることを特徴とする熱交換器。

2 . 空洞に形成されたヘッダー部の表面に複数の孔が設けられ、この孔に前記基管が嵌め込まれることによリ前記ヘッダー部と前記基管とが気密もしくは液密状態で嵌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。

3 . 前記複数の細管を有する熱交換器の製造方法において、

前記複数の細管の端部が細管同士の間を気密もしくは液密状態に結束され、結束された前記複数の細管が前記基管に気密もしくは液密状態で嵌合されることを特徴とする熱交換器の製造方法。

4 . 前記複数の細管を前記基管に挿入させた後に、前記基管を前記複数の細管の取り付けられている方向と反対方向に収縮させることを特徵とする請求項 3に記載の熱交換器の製造方法。

5 . 前記複数の細管を前記基管に挿入させた後に、前記基管の軸方向に荷重を加えて、前記基管を前記钿管の取り付けられている方向と反対方向に収縮させることを特徴とする請求項 3に記載の熱交換器の製造方法。

6 . 前記基管は、前記ヘッダー部の表面に設けられた孔に嵌合させることを特徴とする請求項 3から 5のいずれかに記載の熱交換器の製造方法。前記孔は、前記基管の挿入側で突起部を有し、挿入される前記基管と前記突起部とが密着するように形成されていることを特徴とする請求項 6に記載の熱交換器の製造方法