JP2016161161A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】衝撃に対する強度を高められる熱交換器を提供すること。【解決手段】熱交換器10は、複数の通孔21が並んで延びる対の流路層1、2が一体に形成される積層一体チューブ20と、積層一体チューブ20の端部に配置されて一方の流路層2に並ぶ通孔21に導かれる冷媒(第1流体)が通過する第1タンク30と、積層一体チューブ20の側部に配置されて他方の流路層1に並ぶ通孔21に導かれる冷却液(第2流体)が通過する第2タンク40と、を備える。【選択図】図2
Description
本発明は、2つの流体の間で熱交換が行われる熱交換器に関する。
特許文献1には、高温の冷媒と冷却水との間で熱交換が行われる熱交換器が開示されている。
上記熱交換器は、内部に冷媒が流れる扁平多孔チューブと、扁平多孔チューブのまわりに冷却水が流れる流路を形成するケーシングと、を備える。
扁平多孔チューブは、その内部に長手方向に貫通する複数の流体流通孔が形成されている。
ケーシングは、その内部に積層される扁平多孔チューブを収容し、扁平多孔チューブの端部が挿入される開口を有する。ケーシングの開口と扁平多孔チューブとの間には、両者をロウ付けによって接合する接合部が形成される。
しかしながら、このような従来の熱交換器にあっては、ケーシングと扁平多孔チューブとの間にあるような、接合部を多く持つほど、強度を高めることが難しいという課題がある。
本発明のある態様によれば、第1流体と第2流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、複数の通孔が並んで延びる対の流路層が一体に形成される積層一体チューブと、積層一体チューブの端部に配置されて一方の流路層に並ぶ通孔に導かれる第1流体が通過する第1タンクと、積層一体チューブの側部に配置されて他方の流路層に並ぶ通孔に導かれる第2流体が通過する第2タンクと、を備えることを特徴とする熱交換器が提供される。
上記態様によれば、積層一体チューブには、第1タンクを介して第1流体が流れる通孔が並ぶ流路層と、第2タンクを介して第2流体が流れる通孔が並ぶ流路層と、が一体に形成されるので、接合部を減らすことができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
<第1実施形態>
図1〜図6に示す熱交換器10は、車両の空気調和装置(図示省略)に設けられるコンデンサである。空気調和装置のコンプレッサ(図示省略)から送られる高温高圧のガス冷媒(第1流体)は、熱交換器10にて冷却液(第2流体)に放熱することによって凝縮液化する。
図1〜図6に示す熱交換器10は、車両の空気調和装置(図示省略)に設けられるコンデンサである。空気調和装置のコンプレッサ(図示省略)から送られる高温高圧のガス冷媒(第1流体)は、熱交換器10にて冷却液(第2流体)に放熱することによって凝縮液化する。
図1、図2に示すように、熱交換器10は、多孔材からなる箱形の積層一体チューブ20と、積層一体チューブ20の両端部に配置される一対の第1タンク30と、積層一体チューブ20の側部に配置される一対の第2タンク40と、を備える。
冷媒は、矢印Aで示すように一方の第1タンク30に流入した後に、積層一体チューブ20の内部を通過して、他方の第1タンク30から流出する。冷却液は、矢印Bで示すように一方の第2タンク40に流入した後に、積層一体チューブ20の内部を通過して、他方の第2タンク40から流出する。積層一体チューブ20では、冷媒と冷却液とが互いに逆方向に流れ、両者の間で熱交換が行われる。
図3に示すように、積層一体チューブ20は、長手方向(図3では横方向)に並ぶ5つの流路層1〜5を有する。積層一体チューブ20は、流路層1〜5の通孔21が互いに平行に延びている。各通孔21は、積層一体チューブ20を貫通している。
図4に示すように、流路層1〜5には、3つの通孔21が短手方向(図3では縦方向)に並んでいる。積層一体チューブ20は、縦方向に延びる6つの縦壁部22と、横方向に延びる4つの横壁部23と、からなる格子状の断面形状を有する。各縦壁部22と各横壁部23とは、互いに直交している。各通孔21は、略四角形の断面形状を有する。
積層一体チューブ20には、第2流路12を構成する3つの流路層1、3、5と、第1流路11を構成する2つの流路層2、4とが交互に並ぶにように配置される。
積層一体チューブ20の両側と中央に設けられる3つの流路層1、3、5では、冷却液が矢印Bで示すように各通孔21を流れる。流路層2、4では、冷媒が矢印Aで示すように各通孔21を流れる。
なお、積層一体チューブ20は、これに限らず、第1流路11を構成する2つの流路層と、第2流路12を構成する2つの流路層とが交互に並ぶように配置されるものであってもよい。また、積層一体チューブ20における各通孔21の本数及び配置は、上述した構成に限らず、第1流路11及び第2流路12を流れる流体の流量、温度などの条件に応じて任意に設定される。
図2、図3に示すように、積層一体チューブ20は、全ての流路層1〜5が形成される本体部28と、本体部28の両端から突出して流路層2、4のみが形成される2対の突出部26と、を有する。
本体部28は、突出部26に対する段差として延びる両端面25を有する。両端面25には、第2流路12を構成する流路層1、3、5の通孔21がそれぞれ開口している。
各突出部26は、本体部28から延びる2つの縦壁部22と、4つの横壁部23と、その先端に延びる先端面27と、を有する。各先端面27には、第1流路11を構成する流路層2、4の通孔21がそれぞれ開口している。
積層一体チューブ20を形成する際には、まず、アルミ材などの金属材を押し出し成形することによって積層一体チューブ20の母材が形成される。続いて、母材を長手方向に所定の長さで切断することによって、6つの長方形の端面で囲まれたブロック材が形成される。続いて、ブロック材の両端部を部分的に切削などの手段で削り取ることによって、本体部28から突出した各突出部26を有する積層一体チューブ20が形成される。
熱交換器10は、各突出部26に嵌合して本体部28の両端面25に接合されるエンドプレート50を備える。本体部28の両端面25に開口する各通孔21は、各エンドプレート50によってそれぞれ閉塞される。
エンドプレート50は、各突出部26に嵌合される2つの開口部51を有する。図5に示すように、エンドプレート50の開口部51と突出部26の各側面37との間には、両者をロウ付けによって接合する接合部52が形成される。図6に示すように、エンドプレート50と本体部28の端面25との間には、両者をロウ付けによって接合する接合部53が形成される。積層一体チューブ20とエンドプレート50との間は、接合部52及び接合部53によって密封される。
一対の第1タンク30は、各突出部26に嵌合して接合される。突出部26の先端面27に開口される各通孔21は、第1タンク30内に臨む。各第1タンク30は、第1流路11の一部11A(分流部、集合部)を構成する。
第1タンク30は、突出部26に接合されるタンクプレート31と、タンクプレート31に接合される半円筒状のタンク壁部材32と、タンク壁部材32の一端から突出する筒状の管部33と、を有する。各管部33には、冷媒通路を構成する配管(図示省略)がそれぞれ接続される。
タンクプレート31は、各突出部26に嵌合される2つの開口部35を有する。開口部35と突出部26の各側面37との間には、両者をロウ付けによって接合する接合部36が形成される。積層一体チューブ20と第1タンク30との間は、接合部36によって密封される。
一対の第2タンク40は、一対の第1タンク30の間に配置され、本体部28の側面29に接合される。各第2タンク40は、第2流路12の一部12A(分流部、集合部)を構成する。
第2タンク40は、本体部28の側面29に接合されるタンクプレート41と、タンクプレート41に接合される半円筒状のタンク壁部材42と、タンク壁部材42の一端から突出する筒状の管部43と、を有する。各管部43には、エンジンの冷却液通路を構成する配管(図示省略)がそれぞれ接続される。
タンクプレート41と本体部28の側面29との間には、両者をロウ付けによって接合する接合部45が形成される。積層一体チューブ20と第2タンク40との間は、接合部45によって密封される。
なお、第2タンク40は、上述した構成に限らず、タンクプレート41を廃止し、半筒状のタンク壁部材42の開口端を本体部28の側面29に接合してもよい。
図4に示すように、タンクプレート41には、3つの連通孔44が形成される。積層一体チューブ20には、各連通孔44の延長上(同心上)に並ぶ位置に9対の連通孔24が形成される。各連通孔24は、各横壁部23に開口される。本体部28の側面29に開口する連通孔24は、タンクプレート41に開口する連通孔44に重なるようにして接続される。各流路層1、3、5において、縦方向に並ぶ3つの通孔21は、各連通孔24を介して第2タンク40に連通される。
熱交換器10の製造時には、積層一体チューブ20、エンドプレート50、第1タンク30、第2タンク40を組み立てる。こうして組み立てたものを炉(図示省略)に搬送して加熱処理をし、各部材をロウ付けによって接合する。こうして製造した熱交換器10は、空気調和装置のコンデンサとして車両に搭載される。
熱交換器10の作動時に、エンジンのポンプからラジエータ(図示省略)を介して送られる冷却液は、冷却液通路を通じて第2流路12を循環する。第2流路12において、冷却液通路から矢印Bで示すように第2タンク40内に流入する冷却液は、第2タンク40内から積層一体チューブ20の各連通孔24を通じて流路層1、3、5に設けられる3つの通孔21に分流する。各通孔21を流れた冷却液は、各連通孔24及び連通孔44を通じて他方の第2タンク40内に流入した後に、第2タンク40から冷却液通路へと流出する。
一方、空気調和装置のコンプレッサから送られる冷媒は、冷媒通路を通じて第1流路11を循環する。第1流路11において、冷媒通路を通じて矢印Aで示すように第1タンク30内に流入する冷媒は、第1タンク30内から積層一体チューブ20の流路層2、4に設けられる3つの通孔21に分流する。各通孔21を流れた冷媒は、他方の第1タンク30内で合流した後に、第1タンク30から冷媒通路へと流出する。高温高圧のガス冷媒は、流路層2、4の各通孔21を流れる過程で流路層1、3、5の各通孔21を流れる冷却液に放熱して冷却される。
次に、第1実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、複数の通孔21が並んで延びる対の流路層1、2が一体に形成される積層一体チューブ20と、積層一体チューブ20の端部に配置されて一方の流路層2に並ぶ通孔21に導かれる冷媒(第1流体)が通過する第1タンク30と、積層一体チューブ20の側部に配置されて他方の流路層1に並ぶ通孔21に導かれる冷却液(第2流体)が通過する第2タンク40と、を備える熱交換器10を提供することができる。
上記構成に基づき、積層一体チューブ20は、第1タンク30を介して積層一体チューブ20の内部に冷媒が流れる通孔21が並ぶ流路層2と、第2タンク40を介して冷却液が流れる通孔21が並ぶ流路層1と、が一体形成される。これにより、積層一体チューブ20は、その内部に流路部材を接合する接合部を持たない。熱交換器10は、接合部を持たない積層一体チューブ20よって冷媒の圧力に対する耐圧強度を高められる。
さらに、熱交換器10は、冷媒と冷却液とが流れる積層一体チューブ20を備えることによって、従来装置のようにチューブを収容して冷却液を流す流路部材(ケーシング)を設ける必要がなく、流路部材に対するロウ付け箇所を持たない。熱交換器10は、従来装置に比べてロウ付け箇所が減らされるため、事故発生時などに受ける衝撃に対する強度を高められるとともに、製品のコストダウンが図れる。
本実施形態では、第1流路11を流れる第1流体が冷媒であり、第2流路12を流れる第2流体が冷却液である。これに限らず、第1流路11を流れる第1流体が冷却液であり、第2流路12を流れる第2流体が冷媒であってもよい。
また、積層一体チューブ20は、押し出し成形によって対の流路層1、2が一体形成される。このため、積層一体チューブ20は、冷媒の圧力に対する耐圧強度を高められる。さらに、積層一体チューブ20は、通孔21を形成する切削加工などが不要であり、製品のコストダウンが図れる。
なお、上述した構成に限らず、積層一体チューブは、通孔が切削加工によって形成されるものであってもよい。
また、積層一体チューブ20は、冷媒が流れる流路層2、4と冷却液が流れる流路層1、3、5との両方が形成される本体部28と、本体部28から突出して冷媒が流れる流路層2、3のみが形成される突出部26と、を有する。そして、第1タンク30は、突出部26に接合して設けられる。
上記構成に基づき、第1タンク30は、突出部26に接合されるため、本体部28に対する接合部を持つ必要がない。これにより、仮に、車両の事故などが起きて、第1タンク30と突出部26との接合部36が損傷しても、本体部28が損傷することが抑えられる。仮に、接合部36が損傷して、第1タンク30内の冷媒が図5に矢印Cで示すように接合部36から積層一体チューブ20の外部に流出する場合にも、本体部28における第2流路12の密封が維持されていれば、第1タンク30内から流出する冷媒が第2流路12に流入することが防止され、冷媒が第2流路12の冷却液に混合することが回避される。
なお、第1タンク30は、突出部26にロウ付けなどによって接合されるものに限らず、突出部26にボルトなどを介して結合されるものであってもよい。
また、本体部28は、冷却液が流れる通孔21のみが開口する端面25を有する。そして、熱交換器10は、端面25に開口する通孔21を閉塞するエンドプレート50を備える。
上記構成に基づき、本体部28の端面25に開口する通孔21は、第1タンク30と別体に設けられるエンドプレート50によって閉塞される。そして、エンドプレート50は、第1タンク30から離して設けられる。これにより、車両の事故などが起きて、第1タンク30に外力が加わることがあっても、エンドプレート50に応力が生じることが抑えられる。したがって、エンドプレート50に対する本体部28の接合部52が損傷することが防止される。
なお、上述した構成に限らず、エンドプレート50を廃止し、タンクプレート41を本体部28の端面25に接合し、タンクプレート41によって端面25に開口する通孔21を閉塞してもよい。
また、積層一体チューブ20の流路層1、3、5には、複数の通孔21を第2タンク40に連通させる複数の連通孔24が並んで形成される。
上記構成に基づき、第2タンク40を流れる冷却液が各連通孔24を通じて積層一体チューブ20の流路層1、3、5にそれぞれ並ぶ3つの通孔21に導かれる。積層一体チューブ20は、複数の連通孔24を備えることにより、各流路層1、3、5に複数の通孔21を第2タンク40から遠ざかる縦方向に並んで配置することが可能となり、冷却液が流れる第2流路12の配置自由度が得られる。
次に、図7を参照して第1実施形態の変形例を説明する。
図7に示す熱交換器10は、各通孔21の開口端との間に第2流路12を形成するパスプレート60を備える。本体部28は、冷却液が流れる通孔21が開口する端面64と、パスプレート60が接合される端面63と、を有する。タンク40は、本体部28の側面29と、パスプレート60の側面62と、にわたって接合される。パスプレート60と各端面64との間には、各通孔21を第2タンク40に連通させる間隙65がそれぞれ形成される。
この場合、第2タンク40を流れる冷却液が、各間隙65を通じて積層一体チューブ20の流路層1、3、5にそれぞれ並ぶ3つの通孔21に導かれる。積層一体チューブ20は、複数の間隙65を備えることにより、各流路層1、3、5に複数の通孔21を第2タンク40から遠ざかる縦方向に並んで配置することが可能となり、冷却液が流れる第2流路12の配置自由度が高められる。
<第2実施形態>
次に、図8、図9を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。
次に、図8、図9を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。
上記第1実施形態に係る熱交換器10は、1つの積層一体チューブ20を備えている。これに対して、第2実施形態に係る熱交換器110は、2つの積層一体チューブ120を備えている。
図8に示すように、熱交換器110は、2つの積層一体チューブ120と、各積層一体チューブ120の両端部にわたって接合される一対の第1タンク130と、各積層一体チューブ120の側部にわたって接合される一対の第2タンク140と、を備える。2つの積層一体チューブ120は、互いに間隙127をもって並ぶように配置される。
図9に示すように、積層一体チューブ120は、横方向に並ぶ3つの流路層101〜103を有する。流路層101〜103には、5つの通孔121が縦方向にそれぞれ並んでいる。
積層一体チューブ120では、両側の流路層101、103に設けられる通孔121によって矢印Eで示すように冷媒が流れる第1流路111が形成され、中央の流路層102に設けられる通孔121によって矢印Fで示すように冷却液が流れる第2流路112が形成される。
積層一体チューブ120は、全ての流路層101〜103が形成される本体部128と、本体部128の両端から突出して流路層101、103が形成される2対の突出部126と、を有する。
熱交換器110は、第2流路112を構成する流路層102の各通孔121が開口端を閉塞する一対のエンドプレート150を備える。
エンドプレート150は、2つの積層一体チューブ120の各突出部126に嵌合される4つの開口部151を有する。各開口部151は、各突出部126にそれぞれ接合される。
一対の第1タンク130は、2つの積層一体チューブ120の各突出部126にそれぞれ嵌合して設けられる。
第1タンク130は、各突出部126に接合されるタンクプレート131と、タンクプレート131に接合される半円筒状のタンク壁部材132と、タンク壁部材132の一端から突出する筒状の管部133と、を有する。各管部133には、冷媒通路を構成する配管(図示省略)がそれぞれ接続される。
タンクプレート131は、各突出部126に接合される2つの開口部135を有する。
一対の第2タンク140は、一対の第1タンク130の間に配置され、2つの積層一体チューブ120の側部にわたってそれぞれ設けられる。
第2タンク140は、積層一体チューブ120の側面129に接合されるタンクプレート141と、タンクプレート141に接合される半円筒状のタンク壁部材142と、タンク壁部材142の一端から突出する筒状の管部143と、を有する。管部143には、エンジンの冷却液通路を構成する配管(図示省略)がそれぞれ接続される。
本実施形態によれば、複数の積層一体チューブ120が互いに並んで設けられ、第1タンク130及び第2タンク140が複数の積層一体チューブ120に接続される熱交換器110を提供することができる。
上記構成に基づき、熱交換器110は、条件に応じて第1タンク130及び第2タンク140に接続される積層一体チューブ120の個数を設定することで、容量を変更することができる。
熱交換器110は、第1タンク130及び第2タンク140が複数の積層一体チューブ120を連結する部材として機能をも果たすことにより、構造の簡素化が図れる。
次に、図10を参照して第2実施形態の変形例を説明する。
図10に示す積層一体チューブ220は、横方向に並ぶ2つの流路層201、202を有する。流路層201、202には、5つの通孔221が縦方向に並んでいる。
積層一体チューブ220では、一方の流路層202に設けられる通孔221によって冷媒が流れる第1流路が形成され、他方の流路層201に設けられる通孔221によって冷却液が流れる第2流路が形成される。
積層一体チューブ220は、全ての流路層201、202が形成される本体部228と、本体部228の両端から突出して流路層202が形成される1対の突出部226と、を有する。本体部228の側部に第2タンク(図示省略)が接続され、突出部226に第1タンク(図示省略)が接続される。
この場合にも、熱交換器は、条件に応じて第1タンク及び第2タンクに接続される積層一体チューブ120の個数を設定することで、容量を変更することができる。なお、熱交換器は第1タンク及び第2タンクに単一の積層一体チューブ120が接続されるものであってもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
本発明は、コンデンサに限らず、車両に搭載されるオイルクーラ、インタクーラなどの熱交換器にも適用できる。また、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。
1〜5、101〜103、201、202 流路層
10、110 熱交換器
11、111 第1流路
12、112 第2流路
20、120、220 積層一体チューブ
21、121 通孔
24 連通孔
25、64 端面
26、126、226 突出部
28、128、228 本体部
30、130 第1タンク
36 接合部
40、140 第2タンク
50、150 エンドプレート
52 接合部
60 パスプレート
65 間隙
10、110 熱交換器
11、111 第1流路
12、112 第2流路
20、120、220 積層一体チューブ
21、121 通孔
24 連通孔
25、64 端面
26、126、226 突出部
28、128、228 本体部
30、130 第1タンク
36 接合部
40、140 第2タンク
50、150 エンドプレート
52 接合部
60 パスプレート
65 間隙
Claims (7)
- 第1流体と第2流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、
複数の通孔が並んで延びる対の流路層が一体に形成される積層一体チューブと、
前記積層一体チューブの端部に配置されて、一方の前記流路層に並ぶ前記通孔に導かれる第1流体が通過する第1タンクと、
前記積層一体チューブの側部に配置されて、他方の前記流路層に並ぶ前記通孔に導かれる第2流体が通過する第2タンクと、を備えることを特徴とする熱交換器。 - 請求項1に記載の熱交換器であって、
前記積層一体チューブは、
第1流体が流れる前記流路層と第2流体が流れる前記流路層とが形成される本体部と、
前記本体部から突出して第1流体が流れる前記流路層のみが形成される突出部と、を有し、
前記第1タンクは、前記突出部に結合されることを特徴とする熱交換器。 - 請求項2に記載の熱交換器であって、
前記本体部は、第2流体が流れる前記通孔のみが開口する端面を有し、
前記端面に開口する前記通孔を閉塞するエンドプレートをさらに備えることを特徴とする熱交換器。 - 請求項1から3のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記流路層には、複数の前記通孔を前記第2タンクに連通させる複数の連通孔が並んで形成されることを特徴とする熱交換器。 - 請求項2に記載の熱交換器であって、
前記本体部は、第2流体が流れる前記通孔のみが開口する端面を有し、
前記流路層に並ぶ複数の前記通孔を前記第2タンクに連通させる間隙を前記端面との間に形成するパスプレートをさらに備えることを特徴とする熱交換器。 - 請求項1から5のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
複数の前記積層一体チューブが互いに並んで設けられ、
前記第1タンク及び前記第2タンクが複数の前記積層一体チューブに接続されることを特徴とする熱交換器。 - 請求項1から6のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記積層一体チューブは、押し出し成形によって形成されることを特徴とする熱交換器。
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JP2015037928A JP2016161161A (ja) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | 熱交換器 |
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JP2015037928A Pending JP2016161161A (ja) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | 熱交換器 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107061231A (zh) * | 2017-03-07 | 2017-08-18 | 无锡鑫盛换热器科技股份有限公司 | 新型双流程散热器 |
KR20200055777A (ko) * | 2017-09-26 | 2020-05-21 | 카를로스 퀘사다 에스. | 튜브 결합 |
-
2015
- 2015-02-27 JP JP2015037928A patent/JP2016161161A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107061231A (zh) * | 2017-03-07 | 2017-08-18 | 无锡鑫盛换热器科技股份有限公司 | 新型双流程散热器 |
KR20200055777A (ko) * | 2017-09-26 | 2020-05-21 | 카를로스 퀘사다 에스. | 튜브 결합 |
KR102448720B1 (ko) * | 2017-09-26 | 2022-09-29 | 카를로스 퀘사다 에스. | 튜브 결합 |
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