JP3826791B2

JP3826791B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP3826791B2
Application number: JP2002000637A
Authority: JP
Inventors: 典秀河地; 憲山本; 昌章川久保
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2002-01-07
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-01-07
Also published as: JP2003202197A; DE10300054A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出成形で形成される多数の流体通路孔が断面厚み方向に複数の列状に配置された多孔扁平チューブを熱交換部に用いた熱交換器に関するもので、その複数列の流体通路孔に例えば第１流体と第２流体とを流通させて熱交換を行わせるのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、押出成形で形成される多数の流体通路孔が断面厚み方向に複数の列状に配置された多孔扁平チューブを熱交換部に用い、その複数列の流体通路孔の列毎に、例えば第１流体として高温高圧の冷媒と第２流体として低温低圧の冷媒とを流通させて熱交換を行わせる熱交換器が知られている。例えば、本出願人が先に出願した特開２０００−３４６５８４号公報に示す熱交換器の構造がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に示す従来構造では、多孔扁平チューブ１００の端部を図４（ａ）に示すような形状にフライスカッター等で削る必要があり、薄物の広い面を精度良く削ることから加工コストが高くつくうえ、回転する刃具方向に流体通路孔１００ａが開口するため削った切り粉が入り込んで詰まるという問題点がある。（尚、図中の符号は後述する実施形態と対応するものである。）
また、この削った多孔扁平チューブ１００を、二重管の外側ヘッダタンク（パイプ）に挿通させるための長孔は長円形となりプレス加工が容易な形状であるが、二重管の内側ヘッダタンク（パイプ）に挿通させるための長孔は両側に鋭い角を持った略Ｄ字型の形状となるためプレス加工が難しいうえ、このことより、多孔扁平チューブ１００のＤ字型外形部と内側ヘッダタンク（パイプ）との接合（ろう付け）部の気密が不完全となっても、内部リークとなるため検出が難しいという問題点もある。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、多孔扁平チューブ内の流体通路孔とヘッダタンクとの連通構造を簡単としてコストを抑えられるうえ気密信頼性も向上できる熱交換器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では以下の技術的手段を採用する。請求項１記載の発明では、押出成形で形成される多数の流体通路孔（１００ａ）が断面厚み方向に複数の列状に配置された多孔扁平チューブ（１００）を熱交換部に用いた熱交換器において、多孔扁平チューブ（１００）の扁平面であって、前記流体通路孔（１００ａ）の一方の列の側面に、幅方向に渡って前記流体通路孔（１００ａ）の前記一方の列にのみ達して開口部となる所定深さの矩形形状、Ｖ字形状またはＵ字形状の切り込み（１１０ａ、１２０ａ）を入れ、この切り込み（１１０ａ、１２０ａ）の回りにヘッダタンク（２１０、２２０、２１１、２２１）を接合し、前記切り込み（１１０ａ、１２０ａ）を介して前記流体通路孔（１００ａ）の前記一方の列と前記ヘッダタンク（２１０、２２０、２１１、２２１）とを連通させていることを特徴とする。
【０００６】
これにより、多孔扁平チューブ（１００）内の流体通路孔（１００ａ）と各ヘッダタンク（２１０、２２０、２１１、２２１）との連通構造が簡単となってコストを抑えられるうえ気密信頼性も向上させることができる。
請求項２記載の発明では、多孔扁平チューブ（１００）の扁平面に幅方向に渡って所定深さの切り込み（１１０ａ、１２０ａ）を当該切り込み（１１０ａ、１２０ａ）の両側に扁平面が残るように入れ、この切り込み（１１０ａ、１２０ａ）の回りにヘッダタンク（２１０、２２０、２１１、２２１）を接合し、切り込み（１１０ａ、１２０ａ）を介して流体通路孔（１００ａ）とヘッダタンク（２１０、２２０、２１１、２２１）とを連通させていることを特徴とする。これにより、多孔扁平チューブ（１００）内の流体通路孔（１００ａ）と各ヘッダタンク（２１０、２２０、２１１、２２１）との連通構造が簡単となってコストを抑えられるうえ気密信頼性も向上させることができる。
【０００７】
請求項３記載の発明では、板状の金属加工品（２１１、２２１）を多孔扁平チューブ（１００）の扁平面に接合して切り込み（１１０ａ、１２０ａ）を被うことで金属加工品（２１１、２２１）をヘッダタンク（２１１、２２１）としたことを特徴とする。これにより、ヘッダタンク（２１１、２２１）を必要部分の多孔扁平チューブ（１００）の片面にだけに突出させたコンパクトな熱交換器とすることができる。
【０００８】
請求項４記載の発明では、多孔扁平チューブ（１００）を幅方向に渡って厚み方向に潰した潰し部（１００ｂ）を設けることにより、流体通路孔（１００ａ）の流通を封止したことを特徴とする。これにより、簡単な加工で流体通路孔（１００ａ）の流通を封止できるので、熱交換器のコストを抑えることができる。
【０００９】
請求項５記載の発明では、切り込み（１１０ａ、１２０ａ）に封止部品（１４０）を接合することにより、流体通路孔（１００ａ）の流通を封止したことを特徴とする。これにより、切り込み（１１０ａ、１２０ａ）と封止部品（１４０）とを組み合わせることで簡単に流体通路孔（１００ａ）の流通を封止でき、熱交換器の気密信頼性を向上することができる。
【００１０】
請求項６記載の発明では、多孔扁平チューブ（１００）は、第１面側に配置され第１流体が流通する流体通路孔（１００ａ）の一部で構成された第１流体通路（１１０）と、第１面と反対側の第２面側に配置され第２流体が流通する流体通路孔（１００ａ）の他部で構成された第２流体通路（１２０）とを有し、少なくとも多孔扁平チューブ（１００）の第１面に幅方向に渡って所定深さの矩形形状、Ｖ字形状またはＵ字形状の切り込み（１１０ａ）を入れ、この切り込み（１１０ａ）を介して第１流体通路（１１０）とヘッダタンク（２１１）とを連通させ、第１流体と第２流体との熱交換を行わせることを特徴とする。
【００１１】
これにより、多孔扁平チューブ（１００）内の第１流体通路（１１０）とヘッダタンク（２１１）との連通構造が簡単となってコストを抑えられるうえ気密信頼性も向上させることができる。
【００１２】
請求項７の発明では、多孔扁平チューブ（１００）の第２面に幅方向に渡って所定深さの矩形形状、Ｖ字形状またはＵ字形状の切り込み（１２０ａ）を入れ、この切り込み（１２０ａ）を介して第２流体通路（１２０）とヘッダタンク（２２１）とを連通させことを特徴とする。これにより、多孔扁平チューブ（１００）内の第２流体通路（１２０）とヘッダタンク（２２１）との連通構造が簡単となってコストを抑えられるうえ気密信頼性も向上させることができる。
【００１３】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態における冷凍サイクルの模式図であり、車両等に用い、二酸化炭素（ＣＯ₂）等の高圧の冷媒を使用する冷凍サイクルである。コンプレッサで冷媒を圧縮し、ガスクーラで冷却し、膨張弁で減圧し、エバポレータで蒸発させる通常の冷凍サイクルに加え、システムの効率（性能）を向上させるため、エバポレータ下流の低温低圧冷媒とガスクーラ下流の高温高圧冷媒とを熱交換させてガスクーラ下流の冷媒温度を下げる内部熱交換器を備えている。
【００１６】
本実施形態は、その内部熱交換器に本発明の熱交換器を用いたもので、図２に本発明の第１実施形態における熱交換器の斜視図を示し、図３にその熱交換器の構造を部分断面側面図で示す。但し、長手方向の中央から対称構造となっているため片側だけで説明する。
【００１７】
多孔扁平チューブ１００は、アルミニウム材の押出成形で多数の流体通路孔１００ａが形成されており、その多数の流体通路孔１００ａが図４（ｂ）に示すように偏平状な断面の厚み方向に複数の列状に配置されている。本実施形態では流体通路孔１００ａが２列に配置された多孔扁平チューブ１００を熱交換器の熱交換部に用い、一方の列を第１流体通路１１０とし第１流体として高温高圧冷媒を流通させ、他方の列を第２流体通路１２０とし第２流体として低温低圧冷媒を流通させて熱交換を行わせている。
【００１８】
具体的には図３に示すように、多孔扁平チューブ１００の両端近傍で、第１流体通路１１０側面にその第１流体通路１１０の開口部となる切り込み１１０ａを多孔扁平チューブ１００の幅方向に渡って所定深さだけ切り込んで設けている。
【００１９】
また、反対の第２流体通路１２０側面にその第２流体通路１２０の開口部となる切り込み１２０ａを多孔扁平チューブ１００の幅方向に渡って所定深さだけ切り込んで設けている。
【００２０】
この両切り込み１１０ａ、１２０ａは、図４（ｂ）に示すようにメタルソー等で加工され、加工コストは安く、回転する刃具方向に流体通路孔１００ａがないため、削った切り粉が入り込んで詰まるという問題もない。その点から切り込み１１０ａ、１２０ａの形状は実施例のような矩形形状が望ましいが、Ｖ字形状やＵ字形状であっても良い。
【００２１】
この両切り込み１１０ａ、１２０ａの位置は多孔扁平チューブ１００の長手方向に対して少しずらして設けてある。そして、図２、図３に示すように、この多孔扁平チューブ１００の両端にアルミニウム製のパイプ材を２本づつ挿入して接合する。切り込み１１０ａの回りに接合したパイプ材は第１流体通路１１０と連通する第１ヘッダパイプ（タンク）２１０となり、切り込み１２０ａの回りに接合したパイプ材は第２流体通路１２０と連通する第２ヘッダパイプ（タンク）２２０となる。
【００２２】
各第１、第２ヘッダパイプ２１０、２２０は、従来技術は径の違うパイプ材に形状の違う長孔を明けていたのに対し、本実施形態ではパイプ材の両側面中央に長孔２３０を明けた一種類のパイプ加工品でだけ良い。また、明ける長孔２３０も、多孔扁平チューブ１００の外形のまま挿通させるため長円形で、プレス加工も接合も容易な形状となる。これらのことより、熱交換器のコストを抑えられるうえ気密信頼性も向上させることができる。
【００２３】
そして、各第１、第２ヘッダパイプ２１０、２２０の流体出入口となる部分には配管接続ブロック２４０が接合され、流体出入口とならない反対側にはキャップ２５０が接合されて封止される。尚、上記に構成した部分は組み合わせたうえ治具により保持され、ろう付け用加熱炉内に搬入されて一体ろう付けされる。また、多孔扁平チューブ１００の両端の切断部はろう材１３０が盛られて第１、第２流体通路１１０、１２０とも封止される。
【００２４】
以上の構成において本実施形態の第１、第２流体の流れ経路を説明すると、第１流体は、図２中の矢印に示すように、一方の第１ヘッダパイプ２１０内に流入し、一方の切り込み１１０ａから第１流体通路１１０に分配される。そして、第１流体通路１１０を流れ、他方の切り込み１１０ａから他方の第１ヘッダパイプ２１０内に流れ出して集合され、矢印に示すように他方の第１ヘッダパイプ２１０から流出する。
【００２５】
また、第２流体は、図２中の矢印に示すように、一方の第２ヘッダパイプ２２０内に流入し、一方の切り込み１２０ａから第２流体通路１２０に分配される。そして、第２流体通路１２０を流れ、他方の切り込み１２０ａから他方の第２ヘッダパイプ２２０内に流れ出して集合され、矢印に示すように他方の第２ヘッダパイプ２２０から流出する。よって、図２の矢印から分かるように、第１流体の流れと第２流体の流れは対向流となっているが、平行流であっても良い。
【００２６】
次に、本実施形態での特徴を述べる。多孔扁平チューブ１００の両面に、幅方向に渡って所定深さの切り込み１１０ａ、１２０ａを入れ、この切り込み１１０ａ、１２０ａより流体通路孔１００ａとヘッダタンク２１１、２２１とを連通させる構造となっている。
【００２７】
これにより、多孔扁平チューブ１００内の流体通路孔１００ａと各ヘッダタンク２１１、２２１との連通構造が簡単となってコストを抑えられるうえ気密信頼性も向上させることができる。
【００２８】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態における熱交換器の構造を示す部分断面側面図であり、第１実施形態とヘッダタンク２１１、２２１の構造のみ異なる。
【００２９】
上述の第１実施形態ではパイプ材を用いてヘッダパイプ２１１、２２１としていたが、本実施形態ではアルミニウムの部材にプレス加工や切削加工を施した板状の金属加工品２１１、２２１を、多孔扁平チューブ１００の片面にろう付け接合して切り込み１１０ａ、１２０ａを被うことで、金属加工品２１１、２２１をヘッダタンク２１１、２２１としている。これにより、ヘッダタンク２１１、２２１を必要部分の多孔扁平チューブ１００の片面にだけに突出させたコンパクトな熱交換器とすることができる。
【００３０】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態における熱交換器の構造を示す部分断面側面図であり、第１実施形態と多孔扁平チューブ１００両端の封止構造のみ異なる。
【００３１】
上述の第１実施形態では多孔扁平チューブ１００の両端の切断部にろう材１３０を盛って封止していたが、本実施形態では多孔扁平チューブ１００を幅方向に渡って厚み方向に潰した潰し部１００ｂを設けることにより、流体通路孔１００ａの流通を封止している。これにより、簡単な加工で流体通路孔１００ａの流通を封止できるので、熱交換器のコストを抑えることができる。
【００３２】
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態における熱交換器の構造を示す部分断面側面図であり、これも第１実施形態と多孔扁平チューブ１００両端の封止構造のみ異なる。
【００３３】
本実施形態ではアルミニウム製の封止部品１４０を作り切り込み１１０ａ、１２０ａに嵌めて接合することにより、流体通路孔１００ａの流通を封止している。これにより、切り込み１１０ａ、１２０ａと封止部品１４０とを組み合わせることで簡単に流体通路孔１００ａの流通を封止でき、熱交換器の気密信頼性を向上することができる。
【００３４】
（第５実施形態）
図８は、本発明の第５実施形態における熱交換器の構造を示す部分断面側面図であり、第１実施形態とは第２流体通路１２０と第２ヘッダパイプ２２０との連通構造が異なる。
【００３５】
本実施形態では第１流体通路１１０と第１ヘッダパイプ２１０との連通構造は第１実施形態と同じであるが、第２ヘッダパイプ２２０に明ける長孔２３０は片側にだけとし、多孔扁平チューブ１００の端部をそのまま挿通して接合することで第２流体通路１２０と第２ヘッダパイプ２２０との連通を取っている。
【００３６】
よって多孔扁平チューブ１００の第２流体通路１２０側面に切り込み１２０ａを設けていないが、その代わりに両第１、第２ヘッダパイプ２１０、２２０の間の第１流体通路１１０側面にもう１つ切れ込み１１０ａを設け、そこに第４実施形態の封止部品１４０を嵌めて接合することにより、第１流体通路１１０まで第２ヘッダパイプ２２０と連通しないようにしている。この構造は第２ヘッダパイプ２２０から多孔扁平チューブ１００が突出しないため、熱交換器をコンパクトにすることができる。
【００３７】
（第６実施形態）
図９は、本発明の第６実施形態における熱交換器の構造を示す部分断面側面図である。本実施形態では流体通路孔１００ａが３列に配置された多孔扁平チューブ１００を熱交換器の熱交換部に用い、外側の２列を第１流体通路１１０とし第１流体として高温高圧冷媒を流通させ、中央の１列を第２流体通路１２０とし第２流体として低温低圧冷媒を流通させて熱交換を行わせている。
【００３８】
よって多孔扁平チューブ１００の両面に切れ込み１１０ａを設け、その両面の切れ込み１１０ａの回りに第１ヘッダパイプ２１０を接合することにより両面の第１流体通路１１０と連通を取っている。また、両第１、第２ヘッダパイプ２１０、２２０の間の両面にもう２つ切れ込み１１０ａを設け、そこに第４実施形態の封止部品１４０をそれぞれ嵌めて接合することにより、両第１流体通路１１０が第２ヘッダパイプ２２０と連通しないようにしている。
【００３９】
そして第５実施形態と同じく、第２ヘッダパイプ２２０に明ける長孔２３０は片側だけとし、多孔扁平チューブ１００の端部をそのまま挿通して接合することで中央の第２流体通路１２０と第２ヘッダパイプ２２０との連通を取っている。
【００４０】
このように、流体通路孔１００ａが多数列に配置された多孔扁平チューブ１００においても、切れ込みを設ける面や切れ込みの深さを可変し、更には切れ込みと封止部品を組み合わせることにより、どの列をどこと連通させるか等が可変でき、様々な流体通路列の組み合わせができる熱交換器となる。
【００４１】
尚、外側の２列を第２流体通路１２０とし第２流体として低温低圧冷媒を流通させ、中央の１列を第１流体通路１１０とし第１流体として高温高圧冷媒を流通させても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における冷凍サイクルの模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態における熱交換器を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態における熱交換器の構造を示す部分断面側面図である。
【図４】多孔扁平チューブの加工方法概要を示し、（ａ）は従来構造の場合、（ｂ）は本発明の実施形態における場合である。
【図５】本発明の第２実施形態における熱交換器の構造を示す部分断面側面図である。
【図６】本発明の第３実施形態における熱交換器の構造を示す部分断面側面図である。
【図７】本発明の第４実施形態における熱交換器の構造を示す部分断面側面図である。
【図８】本発明の第５実施形態における熱交換器の構造を示す部分断面側面図である。
【図９】本発明の第６実施形態における熱交換器の構造を示す部分断面側面図である。
【符号の説明】
１００多孔扁平チューブ
１００ａ流体通路孔
１００ｂ潰し部
１１０第１流体通路
１１０ａ切り込み
１２０第２流体通路
１２０ａ切り込み
１４０封止部品
２１１第１ヘッダパイプ（ヘッダタンク、金属加工品）
２２１第２ヘッダパイプ（ヘッダタンク、金属加工品）

Claims

押出成形で形成される多数の流体通路孔（１００ａ）が断面厚み方向に複数の列状に配置された多孔扁平チューブ（１００）を熱交換部に用いた熱交換器において、
前記多孔扁平チューブ（１００）の扁平面であって、前記流体通路孔（１００ａ）の一方の列の側面に、幅方向に渡って前記流体通路孔（１００ａ）の前記一方の列の開口部となる所定深さの矩形形状、Ｖ字形状またはＵ字形状の切り込み（１１０ａ、１２０ａ）を入れ、この切り込み（１１０ａ、１２０ａ）の回りにヘッダタンク（２１０、２２０、２１１、２２１）を接合し、前記切り込み（１１０ａ、１２０ａ）を介して前記流体通路孔（１００ａ）の前記一方の列と前記ヘッダタンク（２１０、２２０、２１１、２２１）とを連通させていることを特徴とする熱交換器。
押出成形で形成される多数の流体通路孔（１００ａ）が断面厚み方向に複数の列状に配置された多孔扁平チューブ（１００）を熱交換部に用いた熱交換器において、
前記多孔扁平チューブ（１００）の扁平面に、幅方向に渡って所定深さの切り込み（１１０ａ、１２０ａ）を当該切り込み（１１０ａ、１２０ａ）の両側に前記扁平面が残るように入れ、この切り込み（１１０ａ、１２０ａ）の回りにヘッダタンク（２１０、２２０、２１１、２２１）を接合し、前記切り込み（１１０ａ、１２０ａ）を介して前記流体通路孔（１００ａ）と前記ヘッダタンク（２１０、２２０、２１１、２２１）とを連通させていることを特徴とする熱交換器。
板状の金属加工品（２１１、２２１）を前記多孔扁平チューブ（１００）の片面に接合して前記切り込み（１１０ａ、１２０ａ）を被うことで前記金属加工品（２１１、２２１）を前記ヘッダタンク（２１１、２２１）とした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。
前記多孔扁平チューブ（１００）を幅方向に渡って厚み方向に潰した潰し部（１００ｂ）を設けることにより、前記流体通路孔（１００ａ）の流通を封止したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
前記切り込み（１１０ａ、１２０ａ）に封止部品（１４０）を接合することにより、前記流体通路孔（１００ａ）の流通を封止したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
押出成形で形成される多数の流体通路孔（１００ａ）が断面厚み方向に複数の列状に配置された多孔扁平チューブ（１００）を熱交換部に用いた熱交換器において、
前記多孔扁平チューブ（１００）は、第１面側に配置され第１流体が流通する前記流体通路孔（１００ａ）の一部で構成された第１流体通路（１１０）と、第１面と反対側の第２面側に配置され第２流体が流通する前記流体通路孔（１００ａ）の他部で構成された第２流体通路（１２０）とを有し、少なくとも前記多孔扁平チューブ（１００）の第１面に幅方向に渡って所定深さの矩形形状、Ｖ字形状またはＵ字形状の切り込み（１１０ａ）を入れ、この切り込み（１１０ａ）を介して前記第１流体通路（１１０）とヘッダタンク（２１１）とを連通させ、前記第１流体と前記第２流体との熱交換を行わせることを特徴とする熱交換器。
前記多孔扁平チューブ（１００）の第２面に幅方向に渡って所定深さの矩形形状、Ｖ字形状またはＵ字形状の切り込み（１２０ａ）を入れ、この切り込み（１２０ａ）を介して前記第２流体通路（１２０）とヘッダタンク（２２１）とを連通させことを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。