JP2009150587A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】外表面に凹凸のあるチューブを採用した場合であっても、熱交換性能を向上することが可能な熱交換器を提供すること。
【解決手段】コルゲートフィン42の湾曲部422の稜線部分422a形成した膨出部424をチューブ41の全ての凹部411内に挿設し、チューブ41とコルゲートフィン42湾曲部422の稜線部分422aとをほぼ全域にわたって相互にろう付接合している。
【選択図】図2
【解決手段】コルゲートフィン42の湾曲部422の稜線部分422a形成した膨出部424をチューブ41の全ての凹部411内に挿設し、チューブ41とコルゲートフィン42湾曲部422の稜線部分422aとをほぼ全域にわたって相互にろう付接合している。
【選択図】図2
Description
本発明は、チューブの外表面にフィンが接合された熱交換器に関する。
従来技術として、下記特許文献1に開示された熱交換器がある。この熱交換器では、チューブの平坦な外表面にコルゲートフィンの湾曲部がろう付接合されている。
特開平5−106985号公報
しかしながら、上記従来技術の熱交換器において、例えばチューブ強度や熱交換性能の向上等を目的として外表面に凹凸のあるチューブを採用した場合には、チューブの平坦面にフィンを接合した熱交換器と比較してチューブとフィンとの接合面積が減少してチューブとフィンとの間の熱伝導性能が低下し、熱交換器の熱交換性能が低下するという問題がある。
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、外表面に凹凸のあるチューブを採用した場合であっても、熱交換性能を向上することが可能な熱交換器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、内部に内部流体が流通するチューブ(41)と、チューブ(41)の外表面に接合されたフィン(42)とを備える熱交換器であって、チューブ(41)の外表面には凹部(411)を有する凹凸形状が形成されており、フィン(42)には、チューブ(41)の凹部(411)に対応する位置に突出部(424)が形成されて、突出部(424)が凹部(411)内に挿設されて相互に接合されていることを特徴としている。
これによると、チューブ(41)の外表面に凹凸があっても、フィン(42)に形成した突出部(424)をチューブ(41)の凹部(411)内に挿設して相互に接合している。したがって、チューブ(41)とフィン(42)との接合面積を確保することが容易であり、外表面に凹凸のあるチューブ(41)を採用した場合であっても、熱交換性能を向上することができる。
また、請求項2に記載の発明では、チューブ(41)には、凹部(411)がチューブ(41)の延在方向に直線状に連続して延びていることを特徴としている。
これによると、チューブ(41)の延在方向においてチューブ(41)とフィン(42)との接合箇所を複数設ける場合であっても、フィン(42)への突出部(424)形成置を接合箇所毎に変更する必要がなく同一とすることができる。
また、請求項3に記載の発明では、フィン(42)は、チューブ(41)の外部を流れる外部流体の流通方向と略平行な複数の平面部(421)と、隣り合う平面部(421)の間を繋ぐ湾曲部(422)とを有するように波状に成形され、湾曲部(422)の稜線部分(422a)に突出部(424)が形成されていることを特徴としている。
これによると、フィン(42)を、複数の平面部(421)と隣り合う平面部(421)の間を繋ぐ湾曲部(422)とを有するように波状に成形したコルゲートフィン(42)とし、湾曲部(422)の稜線部分(422a)に突出部(424)を形成して、チューブ(41)とフィン(42)との接合面積を確保することができる。
また、請求項4に記載の発明のように、突出部(424)は、外方に向かって膨出した膨出部(424)とすることができる。
また、請求項5に記載の発明のように、突出部(426)は、外方に向かって切り起こされた切り起こし部(426)とすることができる。
また、請求項6に記載の発明では、フィン(42)の1つの湾曲部(422)には、チューブ(41)の外表面において1つの湾曲部(422)が接合する部位に形成された全ての凹部(411)に対応する位置に突出部(424)が形成されていることを特徴としている。
これによると、全ての凹部(411)内に突出部(424)を挿設して接合し、チューブ(41)とフィン(42)との接合面積を確実に確保することができる。
また、請求項7に記載の発明では、フィン(42)の1つの湾曲部(422)には、チューブ(41)の外表面において1つの湾曲部(422)が接合する部位に形成された複数の凹部(411)のうち一部の凹部(411)に対応する位置に突出部(424)が形成されていることを特徴としている。
これによると、全ての凹部(411)に対応して突出部(424)を形成する必要がないので、突出部(424)を有するフィン(42)の成形が比較的容易である。
また、請求項8に記載の発明では、フィン(42)の突出部(424)は、高さ(H1)がチューブ(41)の凹部(411)の深さ(D)と実質的に同一であることを特徴としている。
これによると、チューブ(41)の凹部(411)とフィン(42)の突出部(424)との間を比較的容易に接合することができる。
また、請求項9に記載の発明では、フィン(42)の突出部(425)は、高さ(H2)がチューブ(41)の凹部(411)の深さ(D)より小さいことを特徴としている。
これによると、突出部(425)を設ける際にフィン(42)を大きく変形する必要がないので、突出部(425)を有するフィン(42)の成形が比較的容易である。
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、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一例である。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明を適用した第1の実施形態における熱交換器であるコンデンサ(凝縮器)1の概略構成図であり、図2は、コンデンサ1のコア部(熱交換部)40の一部の断面構造を示す図1のII−II線断面図である。また、図3は、コア部40の構成要素の1つであるコルゲートフィン42の斜視図であり、図4は、図3のIV−IV線断面図である。
図1は、本発明を適用した第1の実施形態における熱交換器であるコンデンサ(凝縮器)1の概略構成図であり、図2は、コンデンサ1のコア部(熱交換部)40の一部の断面構造を示す図1のII−II線断面図である。また、図3は、コア部40の構成要素の1つであるコルゲートフィン42の斜視図であり、図4は、図3のIV−IV線断面図である。
図1に示すように、コンデンサ1は、コア部40、ヘッダタンク20、30および図示しない取付け部等から構成され、各部材はアルミニウム合金材からなり、嵌合、かしめ、治具固定等により組付けられ、予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接合(熱的接合)されている。
所定間隔を開けて配置された一対のヘッダタンク、すなわち、ヘッダタンク20、30は上下方向に延びる略円筒状であり両端部は有底形状になっている。そして、ヘッダタンク20、30の間に熱交換用のコア部40を配置している。
本実施形態のコンデンサ1は、一般にマルチフロータイプと称されているものであって、コア部40は、左右のヘッダタンク20、30の間で、水平方向に内部流体である冷媒を流す同一形状のチューブ(伝熱管)41を上下方向に多数本等間隔に積層し、この多数本のチューブ41の間にコルゲートフィン(フィンに相当)42を介在して接合している。そして、上下の最外方のコルゲートフィン42の更に外方には強度部材としてのサイドプレート43が接合されている。
チューブ41の一端部は右側のヘッダタンク20内に連通し、他端部は左側のヘッダタンク30内に連通している。そして、ヘッダタンク20の上端側に冷媒が流入する入口ジョイント24を、また、下端側に冷媒が流出する出口ジョイント25をそれぞれ配置し接合している。
一方、ヘッダタンク20内の下方側に仕切板である図示しないセパレータを配置している。これにより、ヘッダタンク20内部を上側の空間と下側の空間とに仕切っている。入口ジョイント24はヘッダタンク20内の上側の空間に連通し、出口ジョイント25はヘッダタンク20内の下側の空間に連通している。
図2に示すように、チューブ41は、凹凸を有する薄板材により形成されており、外表面において凸部412となっている部分の内側が内部流体である冷媒の通路となっている。本実施形態のチューブ41では、冷媒通路が複数(本例では6つ)設けられており、チューブ41の外表面の複数の凸部412の間のそれぞれには、チューブ41の延在方向(長手方向、図示紙面表裏方向)に直線状に連続して延びる凹部411が形成されている。
図3に示すように、コルゲートフィン42は、外部流体である空気の流通方向と略平行となる複数の平面部421と、隣り合う平面部421の間を繋ぐ湾曲部422とを有するように波状に成形されている。平面部421にはルーバ423が形成されている。そして、図4にも示すように、湾曲部422の稜線部分422aには、外方に向かって略球面状に膨出するように塑性変形された複数の膨出部(突出部に相当)424が形成されている。
膨出部424は、チューブ41の複数の凹部411の全てに対応する位置にそれぞれ形成されている。すなわち、コルゲートフィン42の1つの湾曲部422の稜線部分422aには、チューブ41の外表面において1つの湾曲部422が接合する部位に形成された全ての凹部411に対応する位置に膨出部424が形成されている。
また、膨出部424は、図4に示す高さH1が、図2に示すチューブ41の凹部411の深さD(凸部412の頂部から凹部411の底部までの寸法)と実質的に同一となっている。ここで、膨出部424の高さH1が凹部411の深さDと実質的に同一とは、高さH1と深さDとがまったく同一の場合ばかりでなく、凹部411内に膨出部424を挿設した際に形成される隙間にろう付接合時にろう材が完全に充填される程度に、高さH1が深さDより小さい場合も含むものである。
そして、図2に示すように、コルゲートフィン42の膨出部424がチューブ41のそれぞれの凹部411内に挿設されて、チューブ41の図示左方端の凸部412から図示右方端の凸部412までの全域(図2図示接合領域の全域)において、チューブ41とコルゲートフィン42の湾曲部422稜線部分422aとがろう材(接合材)45により相互に接合されている。
上述の構成によれば、チューブ41の外表面に凹凸があるものの、コルゲートフィン42の湾曲部422の稜線部分422a形成した膨出部424をチューブ41の全ての凹部411内に挿設して相互に接合している。これにより、チューブ41とコルゲートフィン42湾曲部422の稜線部分422aとをほぼ全域にわたって相互にろう付接合し、チューブ41とコルゲートフィン42との接合面積を充分に確保している。このようにして、外表面に凹凸のあるチューブ41を採用した場合であっても、熱伝導性能を向上してコア部40における内部流体と外部流体との熱交換性能を向上することができるとともに、コア部40の耐振動性等も向上することができる。
また、コルゲートフィン42の膨出部424の高さH1は、チューブ41の凹部411の深さDと実質的に同一であるので、チューブ41の凹部411とコルゲートフィン42の膨出部424との間を比較的容易にろう付接合することができる。
また、チューブ41の凹部411は、チューブ41の延在方向に直線状に連続して延びているので、コルゲートフィン42の複数の湾曲部422において同一位置に膨出部424を設ければよいので、膨出部424を有するコルゲートフィン42の成形が容易である。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について図5に基づいて説明する。
次に、第2の実施形態について図5に基づいて説明する。
本第2の実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、膨出部の高さを低くした点が異なる。なお、第1の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
図5に示すように、本実施形態では、膨出部425は、チューブ41の複数の凹部411の全てに対応する位置にそれぞれ形成されている。また、膨出部425は、高さH2が、チューブ41の凹部411の深さDよりも低く設定されている。
そして、コルゲートフィン42の膨出部425がチューブ41のそれぞれの凹部411内に挿設されて、チューブ41とコルゲートフィン42の湾曲部422稜線部分422aとがろう材(接合材)45により相互に接合されている。
チューブ41の凹部411とコルゲートフィン42の膨出部425との間では、凹部411の入口側縁部と膨出部425の基端側縁部との距離が比較的小さくなっており、ろう材45のフィレットが確実に形成される。
このような構成によれば、コルゲートフィン42の湾曲部422の稜線部分422aに膨出部を設けない場合よりも、チューブ41とコルゲートフィン42との接合面積を大きく確保することができる。したがって、外表面に凹凸のあるチューブ41を採用した場合であっても、熱伝導性能を向上してコア部40における内部流体と外部流体との熱交換性能を向上することができるとともに、コア部40の耐振動性等も向上することができる。
なお、コルゲートフィン42の湾曲部422の稜線部分422aの約80%以上がチューブ41に接合していれば、良好な熱交換性能が確保できることを発明者は確認している。
さらに、コルゲートフィン42の膨出部425の高さH2を小さくして、膨出部425を設ける際のコルゲートフィン42の塑性変形量を抑制できるので、膨出部425を有するコルゲートフィン42の成形が容易である。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について図6に基づいて説明する。
次に、第3の実施形態について図6に基づいて説明する。
本第3の実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、膨出部の数を少なくした点が異なる。なお、第1の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
図6に示すように、本実施形態では、コルゲートフィン42の湾曲部422の稜線部分422aに設ける膨出部424を、図2に示したチューブ41の凹部411の数より少なくしている。すなわち、コルゲートフィン42の1つの湾曲部422の稜線部分422aには、チューブ41の外表面において1つの湾曲部422が接合する部位に形成された複数の凹部411のうち一部(本例では5つのうちの3つ)の凹部411に対応する位置に膨出部424が形成されている。
このような構成によれば、コルゲートフィン42の湾曲部422の稜線部分422aに膨出部を設けない場合よりも、チューブ41とコルゲートフィン42との接合面積を大きく確保することができる。したがって、外表面に凹凸のあるチューブ41を採用した場合であっても、熱伝導性能を向上してコア部40における内部流体と外部流体との熱交換性能を向上することができるとともに、コア部40の耐振動性等も向上することができる。
さらに、全ての凹部411に対応して膨出部424を形成する必要がないので、膨出部424を有するコルゲートフィン42の成形が比較的容易である。
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について図7および図8に基づいて説明する。
次に、第4の実施形態について図7および図8に基づいて説明する。
本第4の実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、突出部を切り起こし形状とした点が異なる。なお、第1の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
図7にコルゲートフィンの斜視図を、図8に湾曲部稜線方向の要部断面図を示すように、コルゲートフィン42の湾曲部422の稜線部分422aには、外方に向かって切り起こされた複数の切り起こし部(突出部に相当)426が形成されている。
切り起こし部426は、図2に示したチューブ41の複数の凹部411の全てに対応する位置に、それぞれ一対、互いに対向するように矩形状に切り起こされて形成されている。すなわち、コルゲートフィン42の1つの湾曲部422の稜線部分422aには、チューブ41の外表面において1つの湾曲部422が接合する部位に形成された全ての凹部411に対応する位置に切り起こし部426が形成されている。また、切り起こし部426は、高さが、チューブ41の凹部411の深さと実質的に同一となっている。
このような構成によれば、チューブ41の外表面に凹凸があるものの、コルゲートフィン42の湾曲部422の稜線部分422a形成した切り起こし部426をチューブ41の全ての凹部411内に挿設して相互に接合している。これにより、チューブ41とコルゲートフィン42湾曲部422の稜線部分422aとをほぼ全域にわたって相互にろう付接合し、チューブ41とコルゲートフィン42との接合面積を充分に確保している。このようにして、外表面に凹凸のあるチューブ41を採用した場合であっても、熱伝導性能を向上してコア部40における内部流体と外部流体との熱交換性能を向上することができるとともに、コア部40の耐振動性等も向上することができる。
また、チューブ41の凹部411に対応した突出部を切り起こし部426としているので、第1の実施形態の膨出部424と比較して高さを確保することが容易であり、切り起こし部426を有するコルゲートフィン41の成形が比較的容易である。
(他の実施形態)
上記第4の実施形態では、切り起こし部426をチューブ41の全ての凹部411に対応して設け、切り起こし部426の高さを凹部411の深さと実質的に同一としていたが、切り起こし部426を一部の凹部411に対応して設けるものであってもよいし、切り起こし部の高さを凹部411の深さより低く設定するものであってもよい。
上記第4の実施形態では、切り起こし部426をチューブ41の全ての凹部411に対応して設け、切り起こし部426の高さを凹部411の深さと実質的に同一としていたが、切り起こし部426を一部の凹部411に対応して設けるものであってもよいし、切り起こし部の高さを凹部411の深さより低く設定するものであってもよい。
また、切り起こし部の形状も上記第4の実施形態の切り起こし部426の形状に限定されるものではなく、例えば、図9に湾曲部稜線方向断面を示す切り起こし部427や図10に湾曲部稜線方向断面を示す切り起こし部428のように、コルゲートフィン42の湾曲部422の稜線部分422aを、稜線方向の一端側を支点として他端側を外方に向かって切り起こすものであってもよい。
また、例えば、図11に斜視図を示す切り起こし部429のように、コルゲートフィン41の波型形状が延びる方向の一端側を支点として他端側を外方に向かって切り起こすものであってもよい。
また、上記各実施形態では、チューブ41の外表面に接合されるフィンはコルゲートフィンであったが、フィン形状はこれに限定されるものではない。例えば、図12に示すように、フィンを平板状のプレートフィン42Aとして、プレートフィン42Aのチューブ挿設孔のチューブの凹部に対応する位置の全てもしくは一部に、凹部深さと実質的に同一高さもしくは凹部深さよりも低い突出部424Aを形成するものであってもよい。
また、上記各実施形態では、チューブ41の凹部411は、チューブ41の延在方向に直線状に連続して延びていたが、凹部を不連続もしくは直線状以外で延びるものとしてもかまわない。
また、上記各実施形態では、本発明をコンデンサ1に適用した例について説明したが、熱交換器はコンデンサに限定されるものではない。例えば、ガスクーラ、エバポレータ、ラジエータ、インタクーラ、オイルクーラ等に適用するものであってもよい。
また、上記各実施形態では、チューブとフィンとを相互にろう付接合していたが、接合方法はこれに限定されるものではなく、例えば溶接や接着により接合するものであってもよい。また、熱交換器の材質もアルミニウム合金に限定されるものではなく、他の金属や熱伝導性が良好な樹脂であってもかまわない。
1 コンデンサ(熱交換器)
41 チューブ
42 コルゲートフィン(フィン)
42A プレートフィン(フィン)
45 ろう材
411 凹部
422 湾曲部
422a 稜線部分
424、425 膨出部(突出部)
424A 突出部
426、427、428、429 切り起こし部(突出部)
D 凹部の深さ
H1、H2 膨出部の高さ
41 チューブ
42 コルゲートフィン(フィン)
42A プレートフィン(フィン)
45 ろう材
411 凹部
422 湾曲部
422a 稜線部分
424、425 膨出部(突出部)
424A 突出部
426、427、428、429 切り起こし部(突出部)
D 凹部の深さ
H1、H2 膨出部の高さ
Claims (9)
- 内部に内部流体が流通するチューブ(41)と、前記チューブ(41)の外表面に接合されたフィン(42)とを備える熱交換器であって、
前記チューブ(41)の前記外表面には凹部(411)を有する凹凸形状が形成されており、
前記フィン(42)には、前記チューブ(41)の前記凹部(411)に対応する位置に突出部(424)が形成されて、
前記突出部(424)が前記凹部(411)内に挿設されて相互に接合されていることを特徴とする熱交換器。 - 前記チューブ(41)には、前記凹部(411)が前記チューブ(41)の延在方向に直線状に連続して延びていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記フィン(42)は、前記チューブ(41)の外部を流れる外部流体の流通方向と略平行な複数の平面部(421)と、隣り合う前記平面部(421)の間を繋ぐ湾曲部(422)とを有するように波状に成形され、
前記湾曲部(422)の稜線部分(422a)に前記突出部(424)が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱交換器。 - 前記突出部(424)は、外方に向かって膨出した膨出部(424)であることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器。
- 前記突出部(426)は、外方に向かって切り起こされた切り起こし部(426)であることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器。
- 1つの前記湾曲部(422)には、前記チューブ(41)の外表面において前記1つの湾曲部(422)が接合する部位に形成された全ての前記凹部(411)に対応する位置に前記突出部(424)が形成されていることを特徴とする請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の熱交換器。
- 1つの前記湾曲部(422)には、前記チューブ(41)の外表面において前記1つの湾曲部(422)が接合する部位に形成された複数の前記凹部(411)のうち一部の前記凹部(411)に対応する位置に前記突出部(424)が形成されていることを特徴とする請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の熱交換器。
- 前記突出部(424)は、高さ(H1)が前記凹部(411)の深さ(D)と実質的に同一であることを特徴とする請求項3ないし請求項7のいずれかに記載の熱交換器。
- 前記突出部(425)は、高さ(H2)が前記凹部(411)の深さ(D)より小さいことを特徴とする請求項3ないし請求項7のいずれかに記載の熱交換器。
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