JP2005308261A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】多穴構造のヘッダタンクを備えた熱交換器において、通路抵抗を増大させずに、ヘッダタンクの小型、軽量、高耐圧化を図る。
【解決手段】ヘッダタンク３０を、チューブ挿入孔３６を有する平板状のヘッダプレート３１と、中央部に隔壁３４を形成したタンク本体３２とをみ合わせて構成することにより、隔壁３４で仕切られた断面略半円状の２つの流通路３５Ａ、３５Ｂを形成する。ヘッダプレート３１のチューブ挿入孔３６に挿入したチューブ２１の端部２１ａを、隔壁３４の端面に突き当てた状態でチューブ２１をヘッダプレート３１と接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多穴構造のヘッダタンクを備えた熱交換器に関する。

流体が流通する複数本のチューブと、これらチューブの端部に接合された分配・合流用のヘッダとを備える熱交換器において、ヘッダタンクの耐圧性向上を図るために、ヘッダタンク内部に隔壁を設けることで多穴構造としたものが知られている。
図４は、従来の多穴構造のヘッダタンクとチューブの接続部分の構造を示す断面図である。

図４に示すように、ヘッダタンク１０は、ヘッダプレート１とタンク本体２を組み合わせて接合したものであり、内部に２つの断面略円形の流通路５Ａ、５Ｂを備えている。２つの流通路５Ａ、５Ｂは、タンク本体２の中央部に形成した隔壁４を、対向するヘッダプレート１の内面に突き当てることで区画される。

チューブ７は、ヘッダプレート１に形成したチューブ挿入孔６に挿入され、この状態でヘッダプレート１にロウ付けされている。タンク本体２の隔壁４には、このチューブ７を挿入するためのスペースとしてスリット８が形成されている。このスリット８は、両流通路５Ａ、５Ｂ同士を連通する連通路の役目も兼ねている。

なお、このような多穴構造のヘッダタンクを備えた熱交換器に関する従来技術としては、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開平１１−３５１７８３号公報

ところで、図４に示す従来例では、ヘッダタンク１０内の冷媒の流通路５Ａ、５Ｂの断面を略円形として、その流通路５Ａ、５Ｂの断面の半分近くの位置までチューブ７の端部を挿入している。このため、チューブ７の挿入された領域（図中寸法Ｄで示す範囲）が冷媒流れのデッドスペースとなっていた。そのため、実質的な流路面積に比べてヘッダタンク１０の厚み寸法Ａが大きくなり、小型化及び軽量化の障害となっていた。

本発明の目的は、通路抵抗を増大させずに、小型、軽量、高耐圧化を図ることのできるヘッダタンクを有す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、請求項１の発明は、隣接するもの同士の間に空気の流通する隙間を確保した状態で厚さ方向に積層された複数の扁平なチューブと、内部に流体の流れる流通路を有し、前記チューブの積層方向に沿って配設されると共に、各チューブの長手方向の端部が接合されることで、前記流通路が各チューブの内部通路に連通された分配・合流用のヘッダタンクとを備え、前記各チューブが、ヘッダタンクの周壁に形成されたチューブ挿入孔に挿入された状態でヘッダタンクに接合され、前記ヘッダタンク内の流通路が、前記ヘッダタンクの内壁間を横断する隔壁により、チューブの幅方向に並んだ複数の流通路に分割された熱交換器であって、前記ヘッダタンクを、前記チューブ挿入孔を有する平板状のヘッダプレートと、このヘッダプレートと接合されることで前記流通路を形成するタンク本体との組み合わせ構造体とし、前記タンク本体に前記ヘッダプレートとの接合面となる平坦面を形成すると共に、前記隔壁と前記チューブとが当接する位置に前記複数の流通路を連通する連通溝を形成し、前記タンク本体の平坦面にヘッダプレートの内平面を密着させてヘッダプレートとタンク本体を接合することにより、前記タンク本体と前記ヘッダプレートとの間に前記隔壁で仕切られた断面略半円状の前記流通路を形成してなり、前記ヘッダプレートのチューブ挿入孔に挿入したチューブの端部を、前記隔壁に形成した連通溝の端面に突き当ててヘッダタンクと接合したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記タンク本体に前記ヘッダプレートとの接合面となる平坦面を形成すると共に、前記隔壁と前記チューブとが当接する位置に突起を形成し、前記ヘッダプレートのチューブ挿入孔に挿入したチューブの端部を、前記隔壁に形成した突起に突き当ててヘッダタンクと接合したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記ヘッダプレートに、外面側に凸となり内面側が凹となるビードを設けると共に、そのビードの底部にチューブ挿入孔を形成して、前記ヘッダプレートの内面側のチューブ挿入孔の周縁に、ロウ材の流れを受け止める空間を確保したことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項において、前記タンク本体をベア押出材で構成すると共に、前記ヘッダプレートをクラッド材で構成したことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記ヘッダプレートの幅方向両側縁に、前記タンク本体の幅方向両側壁の外面と係合するフランジを設けると共に、このフランジの前記タンク本体の幅方向両側壁の外面と係合する位置に凸部を設け、前記タンク本体の幅方向両側壁の外面に前記凸部と係合する凹部を設けたことを特徴とする。

請求項１及び２の発明によれば、タンク本体に形成した平坦面に複数本の断面略半円状の溝を形成し、タンク本体の平坦面にヘッダプレートの内平面を密着させてヘッダプレートとタンク本体を接合することにより、溝とプレートとにより隔壁で仕切られた断面略半円状の流通路を形成し、またヘッダプレートのチューブ挿入孔に挿入したチューブの端部を、隔壁の端面または端面に突設した突起に突き当ててヘッダタンクに接合することにより、タンク本体側の溝で流通路の断面のほぼ全部を構成しているので、チューブの端部の挿入による流通路のデッドスペースを無くすことができる。従って、デッドスペースが無くなる分だけ、ヘッダタンクの断面を小さくすることができ、通路抵抗を増大させずに、ヘッダタンクの小型化、薄形化、軽量化が図れる。また、ヘッダタンクの小型化により、同外形のサイズの熱交換器の場合、熱交換器コア部の通風面積を増加させることができるので、熱交換性能の向上が図れる。

請求項３の発明によれば、ヘッダプレートに、外面側に凸となり内面側が凹となるビードを設けたので、平板状のヘッダプレートの強度を高めることができる。また、チューブ挿入孔を、ヘッダプレートに設けたビードの底部に形成し、チューブ挿入孔の周縁にロウ材の流れを受け止める空間を確保したので、チューブ内の通路にロウ材が流れ込むのを防止でき、通路の詰まりを回避することができる。

請求項４の発明によれば、タンク本体をベア押出材で構成し、ヘッダプレートをロウ材を含むクラッド材で構成したので、両部材の加工がたやすくできる上、別途ロウ材を供給する必要がなく、ロウ付け作業の容易化とロウ付け品質の向上が図れる。

請求項５の発明によれば、ヘッダプレートの幅方向両側縁に、タンク本体の幅方向両側壁の外面契合するフランジを設け、フランジとタンク本体の幅方向両側壁の外面とのそれぞれの対向面に係合用の凹部及び凸部を設けたので、ヘッダプレートとタンク本体の位置決め及び仮組付が容易にでき、ロウ付け作業がやりやすくなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態となる実施例を図面を参照しながら説明する。

まず、各実施例に共通な熱交換器の全体構成について説明する。

図３は、各実施例に係わる熱交換器の全体構成を示す斜視図である。

この熱交換器２０は、コア部２５及び両端のヘッダタンク３０とから構成されされている。

コア部２５は、内部を冷媒が流通する複数の扁平なチューブ２１、及び波形に成形された複数のフィン２２を交互に積層し、最外側フィン２２の更に外方にサイドプレート２３を配設したものであり、一体にロウ付け接合されている。扁平なチューブ２１は、隣接するもの同士の間に空気の流通する隙間を確保した状態で互いに平行に厚さ方向に積層されており、チューブ２１間の各隙間にフィン２２が配されている。

ヘッダタンク３０は、コア部２５の両端、即ち複数のチューブ２１の長手方向の両端部に、チューブ２１の積層方向に沿って配設されており、内部にはチューブ２１の積層方向に延びる流通路が形成されている。ヘッダタンク３０には各チューブ２１の端部がロウ付け接合されており、ヘッダタンク３０の内部に設けられた流通路と、全チューブ２１の内部通路とが互いに連通されている。

両ヘッダタンク３０の長手方向端部には、ヘッダタンク内の流通路の両端を塞ぐエンドキャップ４０がロウ付けされている。ヘッダタンク３０内には、内部の流通路を長手方向に仕切るセパレータ５０がロウ付けされている。そして、図中右側の各ヘッダタンク３０のセパレータ５０よりも上側に入口ジョイント６１が設けられ、左側のヘッダタンク３０のセパレータ５０よりも下側に出口ジョイント６２が接続され、これにより、冷媒を矢印で示すＳ字状の経路で流通させることができるようになっている。

なお、冷媒の流通経路には種々の形態があり、本実施例では、その一例を示している。

図１は実施例１に係わる熱交換器の要部構成図であり、（ａ）はヘッダタンクとチューブの結合部の側面図、（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。

この熱交換器２０のヘッダタンク３０は、チューブ挿入孔３６を有する平板状のヘッダプレート３１と、このヘッダプレート３１と接合することで流通路３５Ａ、３５Ｂを形成するタンク本体３２との組み合わせ構造体として構成されている。ここで、例えばタンク本体３２はベア押出材からなり、ヘッダプレート３１はロウ材を含むクラッド材からなる。

タンク本体３２の中央部には隔壁３４となる凸部が設けられ、その両側には長手方向に沿って断面略半円状の溝が形成されている。また、ヘッダプレート３１との接合面となる部分には平坦面３２ｆが形成されており、この平坦面３２ｆとヘッダプレート３１の内平面３１ｆとを密着させて、ヘッダプレート３１とタンク本体３２を接合することにより、タンク本体３２とヘッダプレート３１との間に隔壁３４で仕切られた断面略半円状の２つの流通路３５Ａ、３５Ｂが形成されることになる。

また、ヘッダプレート３１のチューブ挿入孔３６に挿入されたチューブ２１の端部２１ａが、隔壁３４の端面（平坦面３２ｆ）に突き当てられ、その状態でチューブ２１がヘッダプレート３１にロウ付けされている。ヘッダプレート３１の平板部３１ａには、チューブ２１が接合される位置に、外面側が凸となり内面側が凹となるビード３１ｃが設けられている。このビード３１ｃの底部にはチューブ挿入孔３６が形成されており、ヘッダプレート３１の内面側のチューブ挿入孔３６の周縁に、ロウ材の流れを受け止める空間３１ｅが確保されている。

また、隔壁３４の端面（平坦面３２ｆ）には、両流通路３５Ａ、３５Ｂを連絡するための連通溝３８が形成されている。

さらに、ヘッダプレート３１の幅方向両側縁には、タンク本体３２の幅方向両側壁の外面と係合するフランジ３１ｂが設けられている。そして、このフランジ３１ｂとタンク本体３２の幅方向両側壁の外面とのそれぞれの対向面には、係合用の凹部３１ｄ、凸部３２ｄが設けられている。

このように構成された熱交換器では、タンク本体３２に形成した平坦面３２ｆに複数本の断面略半円状の溝を形成し、タンク本体３２の平坦面３２ｆにヘッダプレート３１の内平面３１ｆを密着させてヘッダプレート３１とタンク本体３２とを接合することにより、隔壁３４で仕切られた２つの断面略半円状の流通路３５Ａ、３５Ｂを形成している。そして、ヘッダプレート３１のチューブ挿入孔３６に挿入したチューブ２１の端部２１ａを、隔壁３４の端面に突き当てた状態でヘッダタンク３０にロウ付けすることにより、タンク本体３２側の溝で流通路３５Ａ、３５Ｂの断面のほぼ全部が構成されるため、チューブ２１の端部２１ａの挿入による流通路のデッドスペースを無くすことができる。

このように、デッドスペースが無くなる分だけヘッダタンク３０の断面を小さくすることができるため、通路抵抗を増大させずに、ヘッダタンクの小型化、薄形化、軽量化を図ることができる。即ち、ヘッダタンク３０の厚さ寸法Ｂを小さくすることができる。また、ヘッダタンク３０の小型化により、同外形のサイズの熱交換器の場合、コア部２５の通風面積を増加させることができるので、熱交換性能の向上を図ることができる。

また、チューブ挿入孔３６を、ヘッダプレート３１のビード３１ｃの底部に形成し、チューブ挿入孔３６の周縁にロウ材の流れを受け止める空間３１ｅを確保したので、チューブ２１内の通路にロウ材が流れ込むのを防止でき、通路の詰まりを回避することができる。また、ロウ付け時の作業性の向上を図ることができる。さらに、チューブ挿入孔３６を、外面側が凸となり内面側が凹となるビード３１ｃの底部に形成したので、平板状のヘッダプレート３１の強度アップを図ることができる。つまり、ヘッダプレート３１の受圧面の強度アップを図ることができる。

また、タンク本体３２をベア押出材で構成し、ヘッダプレート３１をロウ材を含むクラッド材で構成しているので、両部材の加工がたやすくできる上、別途ロウ材を供給する必要がなく、ロウ付け作業の容易化とロウ付け品質の向上が図れる。

また、ヘッダプレート３１の幅方向両側縁に、タンク本体３２の幅方向両側壁の外面と係合するフランジ３１ｂを設け、そのフランジ３１ｂとタンク本体３２の幅方向両側壁の外面との対向面にそれぞれ係合用の凹部３１ｄ、凸部３２ｄを設けているので、ヘッダプレート３１とタンク本体３２の位置決め及び仮組付が容易にでき、ロウ付け作業がやりやすくなる。

図２は実施例２に係わる熱交換器の要部構成図であり、（ａ）はヘッダタンクとチューブの結合部の側面図、（ｂ）は（ａ）図のＢ−Ｂ断面図である。実施例１と同等部分を同一符号で示している。

上記実施例１では、ヘッダタンク３０内に挿入したチューブ２１の端部を隔壁３４の端面に直接突き当てるため、同端面に連通溝３８を形成しているが、この実施例２に係わるヘッダタンク１３０では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、隔壁３４の端面に、例えば断面三角形状の突起１３８を突設して、その突起１３８にチューブ２１の端面を突き当てるように構成している。この実施例２の構成においても、実施例１と同等の効果を得ることができる。

実施例１に係わる熱交換器の要部構成図。（ａ）はヘッダタンクとチューブの結合部の側面図。（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図。 実施例２に係わる熱交換器の要部構成図。（ａ）はヘッダタンクとチューブの結合部の側面図。（ｂ）は（ａ）図のＢ−Ｂ断面図。 各実施例に共通な熱交換器の全体構成を示す斜視図。 従来の熱交換器の要部断面図。

符号の説明

２０…熱交換器
２１…チューブ
２１ａ…（チューブ）端部
２２…フィン
２３…サイドプレート
２５…コア部
３０，１３０…ヘッダタンク
３１…ヘッダプレート
３１ａ…平板部
３１ｂ…フランジ
３１ｃ…ビード
３１ｄ…凹部
３１ｅ…空間
３１ｆ…内平面
３２…タンク本体
３２ｄ…凸部
３２ｆ…平坦面
３４…隔壁
３５Ａ，３５Ｂ…流通路
３６…チューブ挿入孔
３８…連通溝
４０…エンドキャップ
５０…セパレータ
６１…入口ジョイント
６２…出口ジョイント
１３８…突起

Claims (5)

1. 積層された複数の扁平なチューブ（２１）と、内部に流体の流れる流通路（３５Ａ、３５Ｂ）を有し、前記チューブ（２１）の積層方向に沿って配設されると共に、各チューブ（２１）の長手方向の端部が接合されることで、前記流通路（３５Ａ、３５Ｂ）が各チューブ（２１）の内部通路に連通された分配・合流用のヘッダタンク（３０）とを備え、前記各チューブ（２１）が、ヘッダタンク（３０）の周壁に形成されたチューブ挿入孔（３６）に挿入された状態でヘッダタンク（３０）に接合され、前記ヘッダタンク（３０）内の流通路（３５Ａ、３５Ｂ）が、前記ヘッダタンク（３０）の中央部に形成された隔壁（３４）により、チューブ（２１）の幅方向に並んだ複数の流通路（３５Ａ、３５Ｂ）に分割された熱交換器であって、
   前記ヘッダタンク（３０）を、前記チューブ挿入孔（３６）を有する平板状のヘッダプレート（３１）と、このヘッダプレート（３１）と接合されることで前記流通路（３５Ａ、３５Ｂ）を形成するタンク本体（３２）との組み合わせ構造体とし、
   前記タンク本体（３２）に前記ヘッダプレート（３１）との接合面となる平坦面（３２ｆ）を形成すると共に、前記隔壁（３４）と前記チューブ（２１）とが当接する位置に前記複数の流通路（３５Ａ、３５Ｂ）を連通する連通溝（３８）を形成し、
   前記タンク本体（３２）の平坦面（３２ｆ）にヘッダプレート（３１）の内平面（３１ｆ）を密着させてヘッダプレート（３１）とタンク本体（３２）とを接合することにより、前記タンク本体（３２）と前記ヘッダプレート（３１）との間に前記隔壁（３４）で仕切られた断面略半円状の前記流通路（３５Ａ、３５Ｂ）を形成してなり、
   前記ヘッダプレート（３１）のチューブ挿入孔（３６）に挿入したチューブ（２１）の端部（２１ａ）を、前記隔壁（３４）に形成した連通溝（３８）の端面に突き当ててヘッダタンク（３０）と接合したことを特徴とする熱交換器。
2. 前記タンク本体（３２）に前記ヘッダプレート（３１）との接合面となる平坦面（３２ｆ）を形成すると共に、前記隔壁（３４）と前記チューブ（２１）とが当接する位置に突起（１３８）を形成し、
   前記ヘッダプレート（３１）のチューブ挿入孔（３６）に挿入したチューブ（２１）の端部（２１ａ）を、前記隔壁（３４）に形成した突起（１３８）に突き当ててヘッダタンク（３０）と接合したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記ヘッダプレート（３１）に、外面側に凸となり内面側が凹となるビード（３１ｃ）を設けると共に、そのビード（３１ｃ）の底部にチューブ挿入孔（３６）を形成して、前記ヘッダプレート（３１）の内面側のチューブ挿入孔（３６）の周縁に、ロウ材の流れを受け止める空間（３１ｅ）を確保したことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記タンク本体（３２）をベア押出材で構成すると共に、前記ヘッダプレート（３１）をクラッド材で構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記ヘッダプレート（３１）の幅方向両側縁に、前記タンク本体（３２）の幅方向両側壁の外面と係合するフランジ（３１ｂ）を設けると共に、このフランジ（３１ｂ）の前記タンク本体（３２）の幅方向両側壁の外面と係合する位置に凸部（３２ｄ）を設け、
   前記タンク本体（３２）の幅方向両側壁の外面に前記凸部（３２ｄ）と係合する凹部（３１ｄ）を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱交換器。
   

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