JP2005345043A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッダタンクの耐圧強度を向上できるとともに、比較的安いコストで効率良く製作できる熱交換器を提供する。
【解決手段】 各ヘッダタンク１５を、複数の流通部１６および支柱部１７を有するタンク部１８と、チューブ２の両端部が挿入されるチューブ挿入孔１９を有するエンドプレート部２０と、タンク部１８およびエンドプレート部２０の間に介在し、貫通孔２１を有するインナプレート部２２とから構成し、タンク部１８をインナプレート部２２側が開いた形状に押し出し加工などで成形した。これにより、タンク部１８の流通部１６がインナプレート部２２側に露出しているので、貫通孔２１を介し流通部１６がチューブ２の内部と連通し、複数の流通部１６自体も貫通孔２１を介し流通する。また支柱部１７でタンク部１８を強化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炭酸ガス（ＣＯ_２）などの冷媒の熱交換を行なう熱交換器に係り、特に、高温高圧状態の冷媒を冷却するのに好適な熱交換器に関する。

図５は一般的な熱交換器の全体構成を示す斜視図であり、この図５に示す熱交換器１は、複数積層されるチューブ２を有するコア部３と、チューブ２の積層方向に延び、内部に流体が流通する図示しない流通路が形成される一対のヘッダタンク４とから構成されている。コア部３は、複数のチューブ２および波形に形成される複数のフィン５が交互に積層され、これらのフィン５のうち最上部および最下部に位置するものが補強部材６により補強されている。各ヘッダタンク４の両端部にはエンドキャップ７がロウ付けされている。一方のヘッダタンク４の中間部には流通路を塞ぐ図示しないセパレータが設けられ、このセパレータより上部、下部のそれぞれに入口ジョイント８および出口ジョイント９が設けられている。これらの入口ジョイント８は、例えば図示しない圧縮機の吐出側から高温高圧状態の炭酸ガス（ＣＯ２）などの冷媒を受入れたとき、入口ジョイント８からセパレータより上部のチューブ２群を図５の左側から右側へ流れて他方のヘッダタンク４内に流入した後、セパレータより下部のチューブ２群を図５の右側から左側へ流れて出口ジョイント９から図示しない膨張弁へ流出するようになっている。この間、複数のチューブ２を通る際に外部空気と熱交換されるので高温高圧状態の冷媒が冷却される。なお、図５では一方のヘッダタンク４には入口ジョイント８および出口ジョイント９を設けたものを図示したが、この他に、一方のヘッダタンクには入口ジョイントを設け、他方のヘッダタンクに出口ジョイントを設けた熱交換器もあり、この場合には冷媒が一方のヘッダタンクから他方のヘッダタンクに向かってチューブ群を流れる。

そして、この種の熱交換器の従来例として、例えば特許文献１に記載されているものが挙げられる。これは図６に示すようにヘッダタンク４が、内部に冷媒が流通する略円柱状の流通部１０，１１が形成されるタンク部１２から構成され、このタンク部１２に、チューブ２の端部が挿入される複数のチューブ挿入孔１３が形成されている。タンク部１２の流通部１０，１１はタンク部１２の長手方向に延びるように形成され、タンク部１２の幅方向に並んで配置されており、これらの流通部１０，１１の間には支柱部１４が介在している。このような従来の熱交換器にあっては、タンク部１２を押し出し加工または引き抜き加工により成形するとともに、このタンク部１２の長手方向へ延びる流通部１０，１１および支柱部１４を同時成形した後、タンク部１２に所定間隔をおいてタンク部１２の長手方向に対して垂直な方向へフライス加工などの切削加工を施すことにより、複数のチューブ挿入孔１３を形成する。次いで、これらのチューブ挿入孔１３にチューブ２の端部を挿入してロウ付け処理を施すことにより、タンク部１２にチューブ２の端部を接合するようになっている。これによって、タンク部１２とチューブ２の端部との接合部の内部に形成される連通路を介して、流通部１０，１１とチューブ２の内部との間が連通するとともに、流通部１０，１１間も連通するようになっている。また、タンク部１２の流通部１０，１１間には支柱部１４が介在しているので、タンク部１２の耐圧強度（機械的強度）を向上させることができる。
特開平１１−２２６６８５号公報（３頁、段落番号００１１〜００１５、図２）

しかしながら、上記の特許文献１に記載されているものでは、ヘッダタンク４のタンク部１２を押し出し加工または引き抜き加工により成形した後、機械加工またはフライス加工などの切削加工によりチューブ挿入孔１３を形成する際に油脂などが付着してロウ付け作業に支障が生じる懸念があるとともに、プレス加工に比べてコストが高く、かつ多くの時間を要するという問題があった。

本発明は、上記のような従来技術を考慮してなされたもので、その目的は、ヘッダタンクの耐圧強度を向上できるとともに、比較的安いコストで効率良く製作することのできる熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数積層されるチューブと、これらのチューブの積層方向に延びる一対のヘッダタンクとを備えた熱交換器であって、前記一対のヘッダタンクを、内部に冷媒が流通する複数の流通部およびこれらの流通部間に介在する支柱部を有するタンク部と、前記チューブの両端部が挿入されるチューブ挿入孔を有するエンドプレート部と、これらのタンク部およびエンドプレート部の間に介在し、前記チューブの端部と対向する貫通孔を有するインナプレート部とから構成し、前記タンク部の前記インナプレート部側が開いた形状に前記タンク部を押し出し加工または引き抜き加工により成形した構成にしてある。

このように構成した請求項１に記載の発明では、タンク部、インナプレート部およびエンドプレート部を組立てて、エンドプレート部のチューブ挿入孔よりチューブの端部を挿入してチューブ端部をエンドプレート部と接合する。この状態で、タンク部のインナプレート部側が開いており、タンク部内の流通部がインナプレート部側に露出しているので、インナプレート部の貫通孔を介して上記流通部がチューブの内部と連通し、チューブ端部のほぼ全領域にわたって冷媒が流出入することにより、その際の抵抗が低減する。また、複数の流通部自体もインナプレート部の貫通孔を介して流通する。これにより、複数の流通部間に介在する支柱部でタンク部を強化することによりヘッダタンクの耐圧強度を向上できるとともに、タンク部を押し出し加工または引き抜き加工で成形し、比較的安いコストで効率良く製作できる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記エンドプレート部およびインナプレート部をそれぞれプレス加工により成形する構成にしてある。

このように構成した請求項２に記載の発明では、エンドプレート部にプレス加工を施す際にチューブ挿入孔も同時に形成し、同様にインナプレート部にプレス加工を施す際に貫通孔も同時に形成することにより、従来のようにタンク部に切削加工を施す場合に比べて、コストダウンを図ることができるとともに、切削加工に伴ってチューブ挿入孔などに油脂などが付着してロウ付け作業に支障が生じることを防止できる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記インナプレート部の両面のうち前記エンドプレート部側の面にロウ材を付さず、前記タンク部側の面にロウ材を付すともに、前記エンドプレート部の両面にロウ材を付した構成にしてある。

このように構成した請求項３に記載の発明では、タンク部、インナプレート部およびエンドプレート部を組立てて、エンドプレート部のチューブ挿入孔よりチューブの端部を挿入してインナプレート部に当接させた状態で加熱処理を施す。その結果、エンドプレート部の両面に付されたロウ材によりチューブ端部がエンドプレート部に接合されるとともに、インナプレート部がロウ材によりタンク部と接合される。一方、インナプレート部のエンドプレート部側の面にロウ材を付しないため、このエンドプレート部側に位置するチューブ端部内にロウ材が侵入してロウ材詰まりを起こすことがない。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記タンク部が前記インナプレート部と嵌合する寸法を、前記インナプレート部の板厚寸法より小さく設定した構成にしてある。

このように構成した請求項４に記載の発明では、タンク部、インナプレート部およびエンドプレート部を組立てて一体化した場合、タンク部がインナプレート部が嵌合する寸法がインナプレート部の板厚寸法より小さいので、インナプレート部をタンク部に確実に当接させることができる。これによって、タンク部とインナプレート部とをロウ付けで強固に接合できる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記複数の流通部は、前記タンク部の長手方向に延びるように形成され、前記タンク部の幅方向に並んで配置された構成にしてある。

このように構成した請求項５に記載の発明では、複数の流通部がタンク部の長手方向に延びるとともに、タンク部の幅方向に並んで配置されているので、タンク部の厚さ寸法（チューブの長手方向の寸法）を比較的小さくすることができ、これによって、ヘッダタンクのコンパクト化を図ることができる。

本発明では、ヘッダタンクの耐圧強度を向上できるとともに、このタンク部を押し出し加工または引き抜き加工で成形し、比較的安いコストで効率良く製作できる。したがって、作りやすく、かつ安価で耐久性に富む丈夫な熱交換器が得られるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態に係る熱交換器の詳細を図面に基づいて説明する。

（第1実施の形態）
本発明の第1実施の形態を図１〜図３に示す。なお、図１〜図３において前述した図５、図６に示すものと同等のものには同一符号を付してある。

図1に示す第1実施の形態の熱交換器では、ヘッダタンク１５が、内部に冷媒が流通する４つの流通部１６およびこれらの流通部１６間に介在する支柱部１７を有するタンク部１８と、チューブ２の両端部が挿入されるチューブ挿入孔１９を有するエンドプレート部２０と、これらのタンク部１８およびエンドプレート部２０の間に介在し、チューブ２の端部と対向する貫通孔２１を有するインナプレート部２２とから構成されている。インナプレート部２２の幅寸法はタンク部１８の幅寸法より小さく設定されている。さらに、タンク部１８の幅寸法よりエンドプレート部２０の幅寸法が大きく設定され、このエンドプレート部２０の幅方向の両側端に一対の爪部２３が設けられている。エンドプレート部２０の成型時に、図１に示すように爪部２３の根元部分が直角に折曲げられてエンドプレート部２０がＵ字形状に形成されている。

タンク部１８はインナプレート部２２側が開いた形状に押し出し加工または引き抜き加工により成形されているので、各流通部１６がインナプレート部２２側へ露出している。各流通部１６は略円柱状に形成され、タンク部１８の長手方向に延びるとともに、タンク部１８の幅方向に並んで配置されている。

エンドプレート部２０およびチューブ挿入孔１９はプレス加工により同時に形成され、同様に、インナプレート部２２および貫通孔２１もプレス加工により同時に形成されている。インナプレート部２２の両面のうちエンドプレート部２０側の面（図２および図３の下側の面）にはロウ材を付さず、タンク部１８側の面（図２および図３の上側の面）にはロウ材を付すともに、エンドプレート部２０の両面にはロウ材を付してある。

この第１実施の形態にあっては、ヘッダタンク１５の組立て時に、図２に示すようにタンク部１８、インナプレート部２２およびエンドプレート部２０を重合わせて、一対の爪部２３の先端部分を内側に折曲げてタンク部１８の両側端にかしめることにより、タンク部１８、インナプレート部２２およびエンドプレート部２０からなるヘッダタンク１５を一体化する。次いで、エンドプレート部２０のチューブ挿入孔１９よりヘッダタンク１５内へチューブ２の端部を挿入すると、このチューブ２の端部がインナプレート部２２に当接してチューブ２の端部の位置が規制される。この状態で加熱処理を施すことにより、エンドプレート部２０の両面に付されたロウ材によりチューブ２の端部がエンドプレート部２０に接合されるとともに、インナプレート部２２がロウ材によりタンク部１８と接合される。一方、インナプレート部２２のエンドプレート部２０側の面にロウ材を付しないため、これらのインナプレート部２２とエンドプレート部２０とは接合しない。

そして、上記のようにしてヘッダタンク１５を組立てたとき、図２に示すようにタンク部１８のインナプレート部２２側が開いており、タンク部１８内の流通部１６がインナプレート部２２側に露出しているので、インナプレート２２部の貫通孔２１を介して流通部１６がチューブ２の内部と連通し、チューブ２端部のほぼ全領域にわたって冷媒が流出入することにより、その際の抵抗が低減する。また、複数の流通部１６自体もインナプレート部２２の貫通孔２１を介して流通するようになっている。

このように構成した第１実施の形態では、複数の流通部１６間に介在する支柱部１７でタンク部１８を強化することによりヘッダタンク１５の耐圧強度を向上できるとともに、タンク部１８を押し出し加工または引き抜き加工で成形し、比較的安いコストで効率良く製作できる。さらに、エンドプレート部２０にプレス加工を施す際にチューブ挿入孔１９も同時に形成し、同様にインナプレート部２２にプレス加工を施す際に貫通孔２１も同時に形成することができるので、従来のようにタンク部に切削加工を施す場合に比べて、コストダウンを図ることができるとともに、切削加工に伴ってチューブ挿入孔１９などに油脂などが付着してロウ付け作業に支障が生じることを防止できる。

また、この第１実施の形態にあっては、タンク部１８、インナプレート部２２およびエンドプレート部２０を組立てて加熱処理を施したとき、インナプレート部２２のエンドプレート部２０側の面にロウ材を付しないため、このエンドプレート部２０側に位置するチューブ２端部内にロウ材が侵入してロウ材詰まりを起こすことがない。

また、この第１実施の形態にあっては、複数の流通部１６がタンク部１８の長手方向に延びるとともに、タンク部１８の幅方向に並んで配置されているので、タンク部１８の厚さ寸法（チューブ２の長手方向の寸法）を比較的小さくすることができ、これによって、ヘッダタンク１５のコンパクト化を図ることができる。

（第２実施の形態）
本発明の第２実施の形態を図４に示す。なお、図４において前述した図１〜図３、図５、図６に示すものと同等のものには同一符号を付してある。

図４に示す第２実施の形態の熱交換器では、図１〜図３に示す第１実施の形態に比べて、タンク部１８がインナプレート部２２と嵌合する寸法Lを、インナプレート部２２の板厚寸法ｔより小さく設定したことが異なっており、その他の構成は基本的に同様である。

この第２実施の形態にあっても、図１〜図３に示す第１実施の形態と同様の効果が得られる。さらに、この第２実施の形態では、タンク部１８、インナプレート部２２およびエンドプレート部２０を組立てたとき、タンク部１８がインナプレート部２２と嵌合する寸法Lがインナプレート部２２の板厚寸法ｔより小さいので、タンク部１８にインナプレート部２２を確実に当接させた状態で、これらのタンク部１８とインナプレート部２２とをロウ付けで強固に接合できる。

なお、上記実施の形態では、タンク部１８に４つの流通部１６を設けた場合を例示したが、本発明はこれに限らず、他の個数の流通部を設ける場合も同様である。

本発明は、作りやすく、かつ安価で耐久性に富む丈夫な熱交換器が得られるという効果があるので、高圧状態の炭酸ガス（ＣＯ２）などの冷媒を用いる超臨界冷凍サイクル装置内のガスクーラや蒸発器に適用でき、その他通常の冷凍サイクル装置や車両エンジン用のクーラの用途にも適用できる。

本発明の第１実施の形態に係る熱交換器を示す分解斜視図である。 第１実施の形態に設けられるインナプレート部の貫通孔の部分を示す横断面図である。 第１実施の形態に設けられるインナプレート部の貫通孔以外の部分を示す横断面図である。 本発明の第２実施の形態に係る熱交換器を示す横断面図である。 一般的な熱交換器の全体構成を示す斜視図である。 熱交換器の従来例を示す分解斜視図である。

符号の説明

２ チューブ
１５ ヘッダタンク
１６ 流通部
１７ 支柱部
１８ タンク部
１９ チューブ挿入孔
２０ エンドプレート部
２１ 貫通孔
２２ インナプレート部
２３ 爪部

Claims (5)

1. 複数積層されるチューブ（２）と、これらのチューブ（２）の積層方向に延びる一対のヘッダタンク（１５）とを備えた熱交換器であって、前記一対のヘッダタンク（１５）を、内部に冷媒が流通する複数の流通部（１６）およびこれらの流通部（１６）間に介在する支柱部（１７）を有するタンク部（１８）と、前記チューブ（２）の両端部が挿入されるチューブ挿入孔（１９）を有するエンドプレート部（２０）と、これらのタンク部（１８）およびエンドプレート部（２０）の間に介在し、前記チューブ（２）の端部と対向する貫通孔（２１）を有するインナプレート部（２２）とから構成し、前記タンク部（１８）の前記インナプレート部（２２）側が開いた形状に前記タンク部（１８）を押し出し加工または引き抜き加工により成形したことを特徴とする熱交換器。
2. 前記エンドプレート部（２０）およびインナプレート部（２２）をそれぞれプレス加工により成形することを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
3. 前記インナプレート部（２２）の両面のうち前記エンドプレート部（２０）側の面にロウ材を付さず、前記タンク部（１８）側の面にロウ材を付すともに、前記エンドプレート部（２０）の両面にロウ材を付したことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
4. 前記タンク部（１８）が前記インナプレート部（２２）と嵌合する寸法（Ｌ）を、前記インナプレート部（２２）の板厚寸法（ｔ）より小さく設定したことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
5. 前記タンク部（１８）の流通部（１６）は、前記タンク部（１８）の長手方向に延びるように形成され、前記タンク部（１８）の幅方向に並んで配置されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

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