JP2004162993A

JP2004162993A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004162993A
Application number: JP2002329231A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Muto; 健武藤; Etsuo Hasegawa; 恵津夫長谷川; Masaaki Kawakubo; 昌章川久保; Yoshitake Kato; 吉毅加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】高強度としながらもスペースを取らず、圧損を増大させることのないジョイント接続構造とした熱交換器１００を提供する。
【解決手段】ヘッダタンク１４０の長手方向端部を、コア部１０１の積層方向端面よりも突出させ、その突出した端部Ｄに流体を流入出させるための接続部材としてジョイントブロック１９０を設けた。
これにより、高強度としながらもスペースを取らず、冷媒通路面積も大きく取れることから圧損を増大させることのないジョイント接続構造とすることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器の流体流入出接続部の構造に関するものであり、例えば超臨界冷凍サイクル装置内に設けられるガスクーラや蒸発器等に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱交換器として、例えば本出願人が先に出願した特許文献１に示すものがある。これは２つのヘッダタンク１４０間に複数のチューブ１１０が接続される熱交換器に関するものであり、例えば超臨界冷凍サイクルに用いるため、高耐圧性を満たすヘッダ構造としてヘッダタンク１４０を小型にしている。
【０００３】
そして、熱交換器１００へ流体を流入出させるための接続部は、特許文献１の図１に示すように小型としたヘッダタンク１４０の長手方向側面にジョイントパイプ（文献中ではジョイント）１９１・１９２をろう付けしている。また図７は、特許文献１とは異なる従来のヘッダタンク端部の構成を示す部分断面図であり、今度はヘッダタンク１４０の長手方向端面に、特許文献１と同様にジョイントパイプ１９１をろう付けしたものである。
【０００４】
【特許文献１】
特願２００２−４１３３２号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高耐圧の必要性からパイプが厚肉化となり、これよりパイプの曲げＲが大きくなって取り廻しに大きなスペースを取るという問題がある。また、上記従来技術のいずれにおいても、小型としたヘッダタンク１４０内の流通部１５１にジョイントパイプ１９１を組み込む構造とすると、ジョイントパイプ１９１の接続部分の内径が流通部１５１の径よりも小さくなる。その結果、タンク出入口で流体の流れを絞ることとなり、熱交換器１００としての圧損が大きくなり、性能低下となる。
【０００６】
本発明は上記従来の問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、高強度としながらもスペースを取らず、圧損を増大させることのないジョイント接続構造とした熱交換器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、請求項１から請求項５に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、チューブ（１１０）を複数積層して構成したコア部（１０１）と、内部に流体が流通する流通部（１５１）を形成してチューブ（１１０）の積層方向に延びる一対のヘッダタンク（１４０）とを有し、一対のヘッダタンク（１４０）にチューブ（１１０）の長手方向の両端を接合して、流通部（１５１）とチューブ（１１０）の内部とが互いに連通する熱交換器において、ヘッダタンク（１４０）の長手方向端部を、コア部（１０１）の積層方向端面よりも突出させ、その突出した端部（Ｄ）に流体を流入出させるための接続部材としてジョイントブロック（１９０）を設けたことを特徴とする。
【０００８】
これにより、高強度としながらもスペースを取らず、冷媒通路面積も大きく取れることから圧損を増大させることのないジョイント接続構造とすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、ジョイントブロック（１９０）を突出した端部（Ｄ）のチューブ（１１０）接合側面、もしくはチューブ（１１０）反接合側面に接合したことを特徴とする。
【００１０】
このように、突出した端部（Ｄ）を設けたことにより従来困難であったチューブ（１１０）接合側面を用いて冷媒通路面積の大きなジョイントブロック（１９０）を接続することができる。またこれは、コア部（１０１）から外れた部分でチューブ（１１０）反接合側面に冷媒通路面積の大きなジョイントブロック（１９０）を接続することも可能であり、熱交換器（１００）の使い勝手によって選択することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、ジョイントブロック（１９０）を一対のヘッダタンク（１４０）のうち一方のヘッダタンク（１４０）のみに接合したことを特徴とする。これにより、ジョイントブロック（１９０）を一つにまとめることができ、更にスペースを取らないうえコストを抑えることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、コア部（１０１）のヘッダタンク（１４０）を突出させた側の端部に、ダミーチューブ（１１０ａ）やサイドプレート（１３０）を積層して、突出した端部（Ｄ）の端面とジョイントブロック（１９０）の端面とコア部（１０１）の端面とを揃えたことを特徴とする。これにより、熱交換器（１００）をケーシング等に収まり良く配置することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、流体はＣＯ２冷媒であることを特徴とする。これは、本発明の熱交換器が超臨界冷凍サイクル装置等の高圧条件となるシステムに用いて好適なことによる。尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１は本発明の第１実施形態におけるガスクーラ１００の全体構成を示す斜視図であり、図２はヘッダタンク１４０の構成を示す分解斜視図である。また、図３は図１中Ａ部のヘッダタンク１４０端部の構成を示す部分断面図である（尚、以降の断面図でコア部は断面としない）。
【００１５】
ここでは熱交換器として、ＣＯ２を冷媒（流体）とする超臨界冷凍サイクル装置内のガスクーラ１００に適用したものを示す。ちなみに、超臨界冷凍サイクルとは、上記ＣＯ２の他にエチレン、エタン、酸化窒素等を冷媒とする冷凍サイクルであって、高圧側圧力が冷媒の臨界圧力以上になるものをいう。
【００１６】
ガスクーラ１００は、コア部１０１および上下のヘッダタンク１４０から構成され、これらを構成する各部材（以下で説明）は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金から成り、嵌合・かしめ・治具固定等により組み付けられ、あらかじめ各部材表面に設けられたろう材により一体でろう付けされている。
【００１７】
コア部１０１は、内部を冷媒が流通する複数のチューブ１１０、および波形に形成された複数のフィン１２０が交互に積層され、左右の最外方フィン１２０の更に外方に、断面コの字状に開口する強度部材としてのサイドプレート１３０が配設されたものであり、一体でろう付けされる。このコア部１０１の図１中上下部、すなわち、複数のチューブ１１０の長手方向におけるチューブ端部１１１に、チューブ１１０の積層方向に延びる一対のヘッダタンク１４０が設けられている。
【００１８】
ヘッダタンク１４０には各チューブ端部１１１が接合され、ヘッダタンク１４０の内部に設けられた流通部１５１とチューブ１１０の内部とが互いに連通するようにろう付けされている。一方、チューブ１１０は、断面が扁平状を成し、押し出し加工により成形され、内部には扁平状の長辺方向に並ぶ複数の流通路を有している（図示せず）。
【００１９】
そして、両ヘッダタンク１４０の長手方向端部には、エンドキャップ１８０（図３参照）がろう付けされ、流通部１５１によって形成される開口部を閉塞するようにしている。そして、上側のヘッダタンク１４０には入口側のジョイントパーツ１９１（図３参照）が付いたジョイントブロック１９０ａ、また下側のヘッダタンク１４０には出口側のジョイントパーツ（図１では省略）が付いたジョイントブロック１９０ｂがそれぞれろう付けされ、内部にくまなく冷媒が流通するようにしている。
【００２０】
ヘッダタンク１４０は、タンクプレート１５０とかしめプレート１６０との間に中間プレート１７０を介在させ、中間プレート１７０に設けられたプレート孔１７１とタンクプレート１５０の流通部１５１とによって連通部を形成するようにしたものである。タンクプレート１５０は、板状部材をプレス加工して流通部１５１の断面形状をＵ字状に形成したものである。また、かしめプレート１６０は、板状部材をプレス加工して、断面が爪部１６２を有するコの字状に形成されている。そして、チューブ端部１１１に対応する位置にはチューブ挿入孔１６１が設けられている。
【００２１】
中間プレート１７０は、タンクプレート１５０の流通部１５１を有する側の面に沿う長方形状をしており、チューブ端部１１１に対応する位置にプレート孔１７１が設けられている。そして、プレート孔１７１の長手方向端部には板厚の途中でチューブ端部１１１の位置を規制する位置規制部としての段部１７２が設けられている。
【００２２】
更に、プレート孔１７１は、チューブ端部１１１の断面形状よりも大きくなるようにしている。具体的には、プレート孔１７１の幅寸法ｅは、チューブ１１０の厚さ寸法（扁平断面の短辺方向の寸法）ｄよりも大きくなるようにしており、ここでは寸法ｅは寸法ｄの約２倍に設定している。
【００２３】
上記タンクプレート１５０・中間プレート１７０・かしめプレート１６０・チューブ１１０は、図３に示すように組み付けられる。かしめプレート１６０内に中間プレート１７０とエンドキャップ１８０をセットし、タンクプレート１５０を重ねた後に、かしめプレート１６０の爪部１６２をかしめてタンクプレート１５０の上面を押さえ込んでヘッダタンク１４０を形成する。
【００２４】
そして、これら両ヘッダタンク１４０のチューブ挿入孔１６１に、各チューブ１１０のチューブ端部１１１とサイドプレート１３０の端部とを挿入し、これら各部材を一体でろう付けする。チューブ端部１１１は、中間プレート１７０のプレート孔１７１の段部１７２によって流通部１５１の外側の領域に規制され、また、チューブ端部１１１は、プレート孔１７１の空間内に配置されることになる。タンクプレート１５０の流通部１５１と中間プレート１７０のプレート孔１７１とによって連通部が形成される。
【００２５】
以上のように構成されるガスクーラ１００において、図１中のジョイントブロック１９０ａが図示しない圧縮機の吐出側と接続され、出口側のジョイントブロック１９０ｂが図示しない膨張弁と接続される。そして、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒は、ジョイントブロック１９０ａから上側のヘッダタンク１４０内に流入し、各チューブ１１０に分配されて下方へ流れ、下側のヘッダタンク１４０内に流入して出口側のジョイントブロック１９０ｂから流出する。この間に冷媒は、コア部１０１において外部空気と熱交換して冷却される。
【００２６】
次に、本実施形態の特徴を述べる。ヘッダタンク１４０の長手方向端部を、コア部１０１の積層方向端面よりも突出させ、その突出した端部Ｄに流体を流入出させるためのジョイントブロック１９０を設けている。この突出した端部Ｄに接続形状を形成することにより、流通部１５１の径よりも小さくすることなくジョイントブロック１９０を接合している。このように、高強度としながらもスペースを取らず、冷媒通路面積も大きく取れることから圧損を増大させることのないジョイント接続構造とすることができる。
【００２７】
また、ジョイントブロック１９０を突出した端部Ｄのチューブ１１０接合側面、もしくはチューブ１１０反接合側面に接合している。このように、突出した端部Ｄを設けたことにより従来困難であったチューブ１１０接合側面を用いて冷媒通路面積の大きなジョイントブロック１９０を接続することができる。またこれは、コア部１０１から外れた部分でチューブ１１０反接合側面に冷媒通路面積の大きなジョイントブロック１９０を接続することも可能であり、熱交換器１００の使い勝手によって選択することができる。
【００２８】
また、流体はＣＯ２冷媒を用いている。これは、本発明の熱交換器が超臨界冷凍サイクル装置等の高圧条件となるシステムに用いて好適なことによる。
【００２９】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態におけるガスクーラ１００の全体構成を示す斜視図である。上述の第１実施形態ではジョイントブロック１９０が対向する配置であったのに対し、本実施形態ではジョイントブロック１９０を対角に配置した点のみ異なり、使い勝手によりこのように配置しても良い。
【００３０】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態におけるガスクーラ１００の全体構成を示す斜視図である。上述の第１・第２実施形態とは、ヘッダタンク１４０の流通部１５１をヘッダタンク１４０の幅方向に複数列設け、チューブ１１０もヘッダタンク１４０の幅方向に複数列設けている点が異なる。そして、ジョイントブロック１９０（１９０ｃ）を一対のヘッダタンク１４０のうち、一方のヘッダタンク１４０のみに接合した点が異なる。
【００３１】
ちなみに冷媒の流れは、ジョイントブロック１９０ｃの一方から流通部１５１ａに入り、そこから図５紙面表側のチューブ１１０に分配されて下方へ流れ、一旦流通部１５１ｂに集合し、そこから図示しない連通路を通って流通部１５１ｃへと流れ、そこから図５紙面裏側のチューブ１１０に分配されて上方へ流れ、流通部１５１ｄに集合し、ジョイントブロック１９０ｃの他方から出てくるようになっている。これにより、ジョイントブロック１９０を一つにまとめることができ、更にスペースを取らないうえコストを抑えることができる。
【００３２】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態におけるヘッダタンク１４０端部の構成を示す部分断面図である。上述の第１〜３実施形態とは、ヘッダタンク１４０の突出した端部Ｄの端面と、ジョイントブロック１９０の端面と、コア部１０１の端面とを揃えた点が異なる。そのために、コア部１０１のヘッダタンク１４０を突出させた側の端部に、ダミーチューブ１１０ａやサイドプレート１３０を積層している。これにより、熱交換器１００をケーシング等に収まり良く配置することができる。
【００３３】
（その他の実施形態）
上述した実施形態では、熱交換器として超臨界冷凍サイクル装置内のガスクーラ１００に適用されるものとして説明したが、冷媒を蒸発させる蒸発器に適用しても良い。更に、ＣＯ２を冷媒とする超臨界冷凍サイクル装置に限らず通常の冷凍サイクルや、その他車両エンジンに用いられる熱交換器等に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるガスクーラの全体構成を示す斜視図である。
【図２】ヘッダタンクの構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１中Ａ部のヘッダタンク端部の構成を示す部分断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態におけるガスクーラの全体構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態におけるガスクーラの全体構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第４実施形態におけるヘッダタンク端部の構成を示す部分断面図である。
【図７】従来のタンク部端部の構成を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０１コア部
１１０チューブ
１１０ａダミーチューブ
１３０サイドプレート
１４０ヘッダタンク
１５１流通部
１９０ジョイントブロック
Ｄ突出した端部

Claims

チューブ（１１０）を複数積層して構成したコア部（１０１）と、
内部に流体が流通する流通部（１５１）を形成して前記チューブ（１１０）の積層方向に延びる一対のヘッダタンク（１４０）とを有し、
前記一対のヘッダタンク（１４０）に前記チューブ（１１０）の長手方向の両端を接合して、前記流通部（１５１）と前記チューブ（１１０）の内部とが互いに連通する熱交換器において、
前記ヘッダタンク（１４０）の長手方向端部を、前記コア部（１０１）の前記積層方向端面よりも突出させ、その突出した端部（Ｄ）に前記流体を流入出させるための接続部材としてジョイントブロック（１９０）を設けたことを特徴とする熱交換器。
前記ジョイントブロック（１９０）を前記突出した端部（Ｄ）の前記チューブ（１１０）接合側面、もしくは前記チューブ（１１０）反接合側面に接合したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記ジョイントブロック（１９０）を前記一対のヘッダタンク（１４０）のうち一方のヘッダタンク（１４０）のみに接合したことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
前記コア部（１０１）の前記ヘッダタンク（１４０）を突出させた側の端部に、ダミーチューブ（１１０ａ）やサイドプレート（１３０）を積層して、前記突出した端部（Ｄ）の端面と前記ジョイントブロック（１９０）の端面と前記コア部（１０１）の端面とを揃えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
前記流体は、ＣＯ２冷媒であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換器。