JP2006513392A - 熱交換器、特にガス冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】 集合箱が軽い重量において高い強度を有し、安価に製造可能となるように、熱交換器を改良する。
【解決手段】 自動車空調装置のＣＯ_２冷媒回路用熱交換器、特にガス冷却器が、縦分離壁（７）によって２つの縦通路（５、６）に仕切られた少なくとも１つの集合箱（２）と、１列の扁平管（３）とを有する。扁平管の扁平管末端（３ａ）が集合箱（２）の穴（４）に受容されかつ縦通路（５、６）と流体結合されている。縦通路（５、６）を有する集合箱（２）が、舌片（１１、１２）を有する縦縁（９、１０）と凹部（１３）を有する中央結合領域（１４）とを備えて準備された帯板（８）から折り曲げられており、縦縁（９、１０）が縦分離壁（７）を形成し、かつ舌片（１１、１２）を介して凹部（１３）内で係止されている。

Description

本発明は、自動車空調装置のＣＯ_２冷媒回路用熱交換器、特にガス冷却器であって、縦分離壁によって２つの縦通路に仕切られた少なくとも１つの集合箱と、１列の扁平管とを有し、扁平管の扁平管末端が集合箱の穴に受容されかつ縦通路と流体結合されたものに関する。

Ｒ１３４ａを冷媒とする空調装置用の熱交換器、例えば凝縮器は、扁平管を備えた熱交換器網と、網の両側に配置される円形またはその他の横断面のヘッダとからなる。空調装置用の別の熱交換器、例えば本出願人の特許文献１による２列蒸発器は２つの縦室に仕切られた集合箱を有し、この集合箱は準備された基板から基板の縁領域を折り曲げることによって製造されている。こうして中央の二重層縦分離壁が得られ、この縦分離壁は舌片によって平らな集合箱底の凹部内で固定されている。両方の扁平管列用の２列の管保持部が底に配置されている。すなわち各縦室が１つの扁平管列と連通している。この構造様式によって既に比較的高い耐圧性が達成される。しかしＣＯ_２（Ｒ７４４）を冷媒として使用する最近の空調装置ではかなり高い圧力が生じ、圧力は約１０倍に達し、従来の熱交換器構造様式ではもはや克服できない。それゆえに特許文献２では肉厚を高めた押出しヘッダが提案され、ヘッダは４つの並置された円形流れ通路からなる。このような押出しヘッダの製造はそのために工具が必要であるので費用がかかる。

別の形式のヘッダが特許文献３で提案されており、ヘッダは２つまたは３つの押出し部材または加圧成形部材で構成され、冷媒（ＣＯ_２）用の２つの円形流れ通路を有する。この構造様式でもヘッダの少なくとも１つの部材は押出し成形またはその他の手間のかかる塑性加工法によって製造されねばならず、これは例えばガス冷却器等の熱交換器の製造費に否定的に作用する。
独国特許出願公開第１９８２６８８１号明細書 国際公開第９８／５１９８３号 独国特許出願公開第１９９０６２８９号明細書

そこで本発明の課題は、集合箱が軽い重量において高い強度を有し、安価に製造可能となるように、冒頭に指摘した種類の熱交換器を改良することである。

この課題は、縦通路を有する集合箱が、舌片を有する縦縁と凹部を有する中央結合領域とを備えて準備された帯板から折り曲げられており、縦縁が縦分離壁を形成し、かつ舌片を介して凹部内で係止されていることによって解決される。

発明の実施の形態

冒頭に指摘した技術の現状（特許文献１）からそれ自体知られているように、集合箱は単一部分で構成され、１つの帯板から折り曲げられて２つの縦通路が生じるようにされ、しかしながら縦通路は‐この技術の現状とは異なり‐１つの扁平管列のみと流体結合されている。集合箱のこの構造様式によってほぼ円形の横断面、従って一層耐圧性の集合箱が可能となる。二重層縦分離壁は舌片によって帯板の中央領域で固定され係止されており、これが製造を容易とし強度を高める。

本発明の有利な１構成によれば、舌片は縦分離壁を固定するために、扁平管に向き合う側か扁平管とは反対の側のいずれかに配置しておくことができる。そのことから熱交換器の造形の可能性が高まる。

本発明の有利な１構成によれば、縦通路内に突出する扁平管末端の領域において縦分離壁に切欠き部が配置されており、これらの切欠き部内に扁平管末端が係合する。これにより扁平管は集合箱内にかなり‐ほぼ中心にまで‐押し込み、最大深さで構成することができる（扁平管の深さは空気流れ方向で測定される）。従って集合箱は扁平管よりもさして深くない。こうして有利なことに加工部または管保持部用のスペースを提供することができる。

本発明の他の有利な構成において、切欠き部と扁平管末端との間に隙間が残されており、隙間は例えばＵ形に構成し、または単に横方向に、または扁平管の上方に配置しておくことができる。その際、扁平管を集合箱の溝状穴に差し込むときに切欠き部が同時に扁平管用止めとして役立つと有利である。これにより、集合箱内で扁平管用に正確な位置決めが得られる。隙間によって両方の隣接する縦通路の間で圧力および流れ補償が達成される。

本発明の他の有利な１構成によれば、舌片を有する凹部が配置されている集合箱領域は多少内方に、すなわち縦分離壁の方向に引き入れることができ、これにより集合箱の横断面に関して一定の「仕立て」が得られる。縦通路の横断面がなお一層、すなわち２７０度の周面を超えて円形横断面に近似することがこうして達成され、これは強度および重量にとって有利となる。

最後に、両方の縦通路の横断面を同一にではなく異なるように構成すると有利であることもあり、その際分離壁の位置も偏心に、すなわち非対称とすることができる。集合箱の造形時に重要なのは、凹部を備えた結合帯に対して舌片をほぼ垂直に配置して最適な控え棒効果を達成することである。

本発明の実施例が図面に示してあり、以下で詳しく説明される。

図１に一部を示すガス冷却器１が集合箱２と扁平管３とを有し、扁平管はその扁平管末端３ａが集合箱２に通じ、溝状穴４内に受容されている。扁平管３の間に‐図示してはいないが‐空気側伝熱面積を増大させるための波形フィンが配置されている。このガス冷却器１は、ＣＯ_２を冷媒とする自動車空調装置冷媒回路内で使用するのに特に適しているが、しかしながらこの用途に限定されてはいない。ガス冷却器は一次側で、すなわち集合箱および扁平管内で気状ＣＯ_２を約１２０バールの圧力において流通させ、二次側では周囲空気を付加される。ガス冷却器の役目は、ＣＯ_２ガスを約１５０℃の温度から５０℃に冷却することである。その際に現れる圧力は、冷媒Ｒ１３４ａを有する回路内の従来の凝縮器に比べて約１０倍である。

図２は図１によるガス冷却器１を断面で示しており、集合箱２が単一部材で構成されているのが明らかとなる。集合箱が２つの縦室５、６を有し、縦室は二重縦分離壁７によって相互に区切られている。集合箱２は基板もしくは帯板８から製造されており、これが外側縁帯もしくは縦縁９、１０を有し、縦縁が舌片１１、１２を備えている。帯板８の中央に、舌片１１、１２の配置に合わせて凹部１３が配置されている。

準備され、すなわち裁断され打ち抜かれた帯板８から、縦縁９、１０を有する側がほぼ円筒形の通路５、６へと折り曲げられ、縦縁９、１０が中央でかつほぼ垂直に中央結合領域１４に引き戻され、そこで舌片１１、１２によって凹部１３に差し込まれるように、集合箱２は製造される。こうして縦縁９、１０が固定され、集合箱２はろう接プロセス用に仕上げられている。扁平管３はその扁平管末端３ａが穴４に差し込まれ、その上稜３ｂがほぼ半分だけ縦通路５、６の自由横断面内に突出する。縦通路５、６の横断面がここでその最大幅を有するので、その後に狭まる横断面によって扁平管３用止めが得られる。

図３は図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ平面におけるガス冷却器１の断面を示す。縦通路５のこの断面が示す分離壁７はＵ形切欠き部１５を扁平管末端３ａの領域に有する。扁平管末端３ａの輪郭と切欠き部１５の輪郭との間に隙間１６が残されており、この隙間は両方の縦通路５、６の間に流通横断面を開放する。この隙間１６を通して一方で冷媒は扁平管末端３ａの中心でも流出でき、他方で冷媒は一方の縦通路５から他方の縦通路６およびその逆へと流れることができ、両方の縦通路の間で圧力補償を行うことができる。切欠き部１５もしくは隙間形状１６が図面には例示してあるにすぎない‐隙間の形状は、扁平管末端の上方にのみ、すなわち上稜３ｂの上方にのみ、または扁平管末端３ａの横にのみ隙間があるように変更することもできる。最後の事例では、扁平管上稜３ｂが分離壁７の切欠き部に突接し、これにより止めが得られることになろう。舌片１１、１２は集合箱２の外壁から張り出し、それぞれ２つの扁平管３の間のほぼ中心に配置されている。しかし、単数または複数の扁平管距離を飛び越え、舌片１１、１２と凹部１３を任意の距離でそれぞれ２つの扁平管の間に配置することも可能である。

図４が示す他の実施例のガス冷却器２０は集合箱２１と扁平管２２とを備えている。舌片２３と凹部２４がここでは集合箱２１の上面に、すなわち扁平管２２とは反対の側に配置されている。

図５はこのガス冷却器２０を断面で示す。集合箱２１は基本的に図２による実施例におけると同じに、但し鏡像的に構成されている。集合箱２１が２つの縦室２１ａ、２１ｂを有し、縦室は二重縦分離壁２５によって相互に区切られている。扁平管２２はここには見ることのできない穴を通して集合箱２１に押し込まれ、その扁平管末端２２ａが縦通路２１ａ、２１ｂのほぼ半分を塞ぐ。従って上稜２２ｂは内部横断面の最大幅の高さにある。扁平管２２は、集合箱２１内にまで延びる連続的深さｔを有する。

図６は図５のＶＩ‐ＶＩ平面における縦通路２１ａの断面図である。扁平管２２は集合箱２１の相応する穴２６を通して嵌着されており、穴２６は扁平管２２の深さｔ全体にわたって延びている。扁平管末端２２ａの上稜２２ｂの上方にほぼ円形の切欠き部２７が配置されており、切欠き部は扁平管横断面に合わせて長方形横断面に移行し、こうして扁平管末端２２ａの導入を可能にする。扁平管末端２２ａの上稜２２ｂの上方にほぼ円形の隙間２８が残されており、この隙間は両方の縦室２１ａ、２１ｂの間に流通横断面を形成する。扁平管末端２２ａのすぐ横には隙間が残されていない。舌片２３と、同様にここには見ることのできない凹部はここでもそれぞれ扁平管２２の間に配置されている。

図７は集合箱３１と扁平管３２とを備えたガス冷却器３０の第３実施例を示す。二重縦分離壁３３は舌片３４でもって中央結合領域３５内で係止されており、この結合領域３５は多少内方に引き入れられており、すなわち集合箱３１の下側境界線ｌに対して値ｘだけ内方にずらされている。これにより、縦通路３６、３７の横断面は４分の３円（２７０度）を越えて円形状に近似される。それにもかかわらず、階段状中央結合領域３５と二重縦分離壁３３が直角を成す。従ってこの横断面形状は集合箱３１用に一層高い耐圧性を提供する。

以上述べたすべての実施例は高い内圧用に、従って自動車空調装置のＣＯ_２で作動する冷媒回路用にも適しかつ有利である。

ガス冷却器の部分斜視図である。 図１によるガス冷却器の断面図である。 図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿った断面図である。 ガス冷却器の第２実施例を示す。 図４によるガス冷却器の断面図である。 図５のＶＩ‐ＶＩ線に沿った断面図である。 ガス冷却器の第３実施例を断面で示す。

符号の説明

１ ガス冷却器
２ 集合箱
３ 扁平管
４ 穴
５ 縦通路
６ 縦室
７ 縦分離壁
８ 帯板
９ 縦縁
１０ 縦縁
１１ 舌片
１２ 舌片
１３ 凹部
１４ 中央結合領域
１５ Ｕ形切欠き部
１６ 隙間
１７ 隙間
２０ ガス冷却器
２１ 集合箱
２１ａ 縦室
２１ｂ 縦室
２２ 扁平管
２３ 舌片
２４ 凹部
２５ 縦分離壁
２６ 穴
２７ 切欠き部
２８ 隙間
３０ ガス冷却器
３１ 集合箱
３２ 扁平管
３３ 縦分離壁
３４ 舌片
３５ 中央結合領域
３６ 縦通路
３７ 縦通路
３８ 隙間

Claims (14)

1. 自動車空調装置のＣＯ_２冷媒回路用熱交換器、特にガス冷却器であって、縦分離壁（７）によって２つの縦通路（５、６）に仕切られた少なくとも１つの集合箱（２）と、１列の扁平管（３）とを有し、扁平管の扁平管末端（３ａ）が集合箱（２）の穴（４）に受容されかつ縦通路（５、６）と流体結合されたものにおいて、縦通路（５、６）を有する集合箱（２）が、舌片（１１、１２）を有する縦縁（９、１０）と凹部（１３）を有する中央結合領域（１４）とを備えて準備された帯板（８）から折り曲げられており、縦縁（９、１０）が縦分離壁（７）を形成し、かつ舌片（１１、１２）を介して凹部（１３）内で係止されていることを特徴とする熱交換器。
2. 舌片（１１、１２）と凹部（１３）が集合箱（２）の扁平管（３）に向き合う側に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
3. 舌片（２３）と凹部（２４）が集合箱（２１）の扁平管（２２）とは反対の側に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
4. 縦分離壁（７、２５）が切欠き部（１５、２７）を有し、これらの切欠き部内に扁平管末端（３ａ、２２ａ）が係合することを特徴とする、請求項１、２または３記載の熱交換器。
5. 集合箱または集合箱部分が、管用止めとして役立つ相応する変形部、成形部および／または突起化部を備えていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
6. 切欠き部（１５、２７）と扁平管末端（３ａ、２２ａ）との間に隙間（１６、２８）が残されていることを特徴とする、請求項４または５記載の熱交換器。
7. 隙間（１６）がＵ形に構成されていることを特徴とする、請求項６記載の熱交換器。
8. 隙間が横方向に配置されており、切欠き部が管末端用止めを形成することを特徴とする、請求項６記載の熱交換器。
9. 隙間（２８）が扁平管末端（２２ａ、２２ｂ）の上方および／または下方に配置されていることを特徴とする、請求項６記載の熱交換器。
10. 舌片（１１、１２；２３）と凹部（１３、２４）が第ｎ扁平管（３、２２）の間に配置されており、ｎ＝１、２、３、４、５…であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項記載の熱交換器。
11. 縦通路（５、６；２３、２４；３６、３７）の横断面がほぼ円形に、特に少なくとも２７０度の周面範囲にわたって構成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項記載の熱交換器。
12. 舌片（３４）を受容する中央結合領域（３５）が縦分離壁（３３）の方向で値ｘだけ引き入れられまたは外方に湾曲していることを特徴とする、請求項１１記載の熱交換器。
13. 縦通路の横断面が形状および／または大きさの点で異なることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
14. 縦分離壁が少なくとも１つの穴または切欠き部または溢流穴を有することを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
    
    

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