JP3915737B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に関し、例えば車両用冷凍サイクル装置を構成する凝縮器等の熱交換器に適用して好適である。
【0002】
【従来の技術】
熱交換器は、例えば車両用冷凍サイクル装置のヒータコアやコンデンサ等に適用され、冷媒または冷却水と空気とを熱交換するものにおいて、波形状いわゆるコルゲート状に形成されるとともに、平面部の一部を切り起こした鎧窓状のルーバを有するコルゲートフィンが知られている(特許文献1参照)。この特許文献1の開示の技術では、空気との熱交換性能の向上を図るため、コルゲートフィンの外側のルーバ切れ長さを長くしている。なお、内部に冷媒が流通する複数のチューブと複数のコルゲートフィンとが交互に積層され、最外側のフィンは、サイドプレートに接合している。
【0003】
【特許文献1】
実開平5−8264号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、ルーバ切れ長さを長くすると性能がよくなる反面、例えば冷却サイクル用コンデンサのようにサイドプレートにブラケットを取付けて車両等に組付けるものにおいて、フィンとサイドプレートには、フィン切れが発生するおそれがある。フィン切れが発生すると、熱交換器の構成を保持するための強度が低下するという問題があった。フィン切れ対策として、フィンの肉厚を増やしてフィンの強度向上を図る方法が考えられるが、熱交換器の重量増加、コストアプ、および通風抵抗が増加するという問題がある。なお、通風抵抗の増加は、熱交換器の性能低下する要因となる。
【0005】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、熱交換器性能を維持しながら、フィン切れを防止することを目的とする。
【0006】
また、別の目的は、性能を維持しフィン切れを防止するとともに、重量およびコストの低減が可能な熱交換器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1によると、流体が流通するチューブとチューブに接合するフィンとを交互に積層したコア部と、チューブおよびフィンの積層方向におけるコア部の両端から、コア部を補強するサイドプレートとを備えた熱交換器において、フィンは、多数箇所の折曲げ部、および折曲げ部間を繋ぐ略平面部と有して波形状に形成されているとともに、略平面部の一部を切り起こした鎧窓状のルーバを有し、チューブと交互に積層されるフィンのうち、積層方向の最外側にある最外側フィンは、サイドプレートに接合されるとともに、複数のルーバのうち、折曲げ部の延在する方向における最外側にある最外側ルーバの切れ長さは、他のルーバの切れ長さに比べて短く形成されている。
【0008】
例えばチューブと交互に積層されるフィンのうち、最外側のフィンを補強部材としてのサイドプレートにろう付等により接合することで、フィンとチューブが交互に積層してなるコア部をサイドプレートが保持する場合において、ルーバを設けるための切れ長さが形成されたフィンは、複数横並びしたルーバのうち、最外側のルーバの切れ長さの終端部を起点として破断し易い。
【0009】
これに対して、本発明の請求項1に記載の熱交換器では、最外側ルーバの切れ長さを、他のルーバつまり内側に配置される内側ルーバの切れ長さと比べて短く形成するため、フィンの破断いわゆるフィン切れの発生防止が可能である。
【0010】
なお、他のルーバに比べて短くするのは、最外側ルーバだけであるので、熱交換器の性能を維持することが可能である。
【0011】
本発明の請求項1によると、サイドプレートは、反フィン側に開口する略コの字状の断面に形成されているとともに、最外側フィンとサイドプレートには、折曲げ部とサイドプレートの底面との間に接合部を有し、最外側ルーバの切れ長さは、接合部のうち、折曲げ部の延在方向における最外側にある最外側接合部を中心とする所定半径の円内に重ならないような切れ長さであることが好ましい。
【0012】
例えば車両に搭載される内燃機関の作動によって生じる加振力あるいは車両が走行する路面状態に応じた車両振動等による外力がサイドプレートに加わる場合においては、サイドプレートが最外側フィンに接合する接合部のうち、最外側接合部に応力集中し易い。
【0013】
これに対して、本発明の請求項1に記載の熱交換器は、最外側接合部と、フィンにおける最外側ルーバを設けるための切れ長さの終端部との間の離間距離を、所定半径分確保することで、破断に対する強度確保がなされるので、サイドプレートに外力が加わったとしても、フィン切れ発生を防止することが可能である。
【0014】
本発明の請求項1によると、所定半径は、複数のルーバが折曲げ部の延在方向に配置される間隔の大きさ以上であることが好ましい。
【0015】
これにより、最外側ルーバの切れ長さの終端部は、内側ルーバの切れ長さの終端部とほぼ同じ強度を確保することが可能である。
【0016】
さらに、熱交換器の性能および強度を維持しながら、フィンの肉厚を低減することが可能である。その結果、熱交換器の重量およびコストの低減が図れる。
【0017】
本発明の請求項2によると、請求項1に記載の熱交換器は、サイドプレートを介して、加振源の略近傍に配置された相手部材に取付けられている。これにより、サイドプレートを介して、内燃機関等の加振源の略近傍に配置された相手部材、例えばラジエータ、車両側のボディに取付けられる熱交換器に好適である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の熱交換器を、自動車等の車両用冷凍サイクル装置内の冷媒を凝縮化する凝縮器に適用して、具体化した実施形態を図面に従って説明する。図1は、本実施形態の熱交換器の構成を示す正面図である。図2は、図1中のII―II方向からみた部分的断面図である。なお、図3および図4は、本実施形態の熱交換器を、内燃機関等の加振源の略近傍に配置した相手部材に取付けた取付け例をそれぞれ示し、図3(a)および図4(a)は正面図、図3(b)および図4(b)は側面図である。
【0019】
凝縮器100は、後述するサイドプレート113を介して、車両側のボディ300に直接取付けられるもの(図4参照)や、サイドプレート113を介して、水冷式内燃機関を搭載する車両に設けられた冷却水と空気とを熱交換するラジエータ200に取付けられるものであってもよく、内燃機関等の加振源の略近傍に配置されたラジエータ200やボディ300の相手部材に取付けられるものであればいずれの熱交換器であってもよい。なお、図3および図4において凝縮器100は、凝縮器100を構成するサイドプレート113に設けられた取付け手段としてのブラケット190を、ラジエータ200、ボディ300に螺合固定することで、これら相手部材に取付けられている。
【0020】
図1に示すように、凝縮器100は、コア部110、左ヘッダタンク120、右ヘッダタンク130、蓋部材140、および受液器150等から構成され、各部材はアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなり、嵌合、かしめ、あるいは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されている。
【0021】
コア部110は、内部を流体としての冷媒が流通する複数のチューブ111および複数のフィン112が交互に積層され、積層方向の最外側にあるフィン(以下、外側フィンと呼ぶ)112oに、補強部材としてのサイドプレート113が配設されている。なお、サイドプレート113は、チューブ111とフィン112が交互に積層してなるコア部110を保持する保持手段を構成している。これら各部材は一体でろう付けされている。
【0022】
フィン112は、図1に示すように、多数箇所の折曲げ部112aと、折曲げ部112a間を繋ぐ略平面部112bとを有しており、波形状いわゆるコルゲート形状に形成されている。さらに、フィン112には、図2に示すように、略平面部112bの一部を切り起こした鎧窓状の複数のルーバ112cが形成されている。ルーバ112cは、図2に示すように、折曲げ部112bの延在する方向に、略等間隔に所定間隔(以下、ルーバピッチと呼ぶ)Lpで横並びに配置されている。
【0023】
なお、図2においては、略平面部112bは、説明の便宜上、図示しないフィン製造装置としてのローラ成形機等によって、ルーバ112cを切り起こすための切れ長さLa、Lbに切分けられた状態を模式的に示している。
【0024】
なお、フィン112によってルーバ112cを形成する切れ長さLaおよび切れ長さLbとに切換えられる本発明の特徴に係る構成については、後述する。
【0025】
チューブ111は、図1および図2に示すように、扁平状に形成され、フィン112がコルゲート状に延設される方向(以下、長手方向と呼ぶ)に、チューブ111内に形成された冷媒を流通する流路が延出されている。
【0026】
サイドプレート113は、図1に示すように、一般部において、断面が反フィン(反チューブ)側に開口する略コの字状(図2参照)に形成されている。また、サイドプレート113の長手方向端部においては、ヘッダタンク120、130との接合のために板状に形成されている。
【0027】
なお、略コの字状のサイドプレート113の底面が最外側フィン112oの折曲げ部112aに接合している。サイドプレート113の底面と折曲げ部112aの間には、サイドプレート113と折曲げ部112aを接合するろう材による接合部119を有する(図2参照)。この接合部119の長さは、図2に示すように、サイドプレート113における略コの字状の断面の幅より短い。すなわち、図2に示すように、折曲げ部112aの延在する方向における最外側接合部より、折曲げ部112aの端部が突出している。
【0028】
このコア部110の図1中の左右部側、つまり複数のチューブ111の長手方向両端部において、チューブ111の積層方向に延びる一対のヘッダタンク(左ヘッダタンク120と右ヘッダタンク130)が設けられている。両ヘッダタンク120、130は、断面が略楕円形状に形成された略筒状体であって、押し出し成形により形成されている。
【0029】
さらに、サイドプレート113には、図1に示すように、外部の相手部材に凝縮器100を取付けるための取付け手段としてのブラケット190が設けられている。
【0030】
この両ヘッダタンク120、130には図示しないチューブ孔が複数穿設されており、各チューブ111の長手方向端部がこのチューブ孔に嵌合され、チューブ111と両ヘッダタンク120、130が互いに連通するようにろう付けされている。また、サイドプレート113の長手方向端部も両ヘッダタンク120、130に設けられたプレート孔(図示せず)に嵌合され、ろう付けされている。
【0031】
そして、両ヘッダタンク120、130の長手方向端部の開口部121、131には、蓋部材140がろう付けされ、この蓋部材140によって開口部121、131は閉塞されている。
【0032】
また、各ヘッダタンク120、130には、内部の空間を仕切るセパレータ122、132a、132bがろう付けされている。そして、右ヘッダタンク130のセパレータ132aよりも上側には入口側のジョイント160が、また左ヘッダタンク120のセパレータ122の下側には出口側のジョイント160がそれぞれろう付けされ、両ヘッダタンク120、130の内部と連通するようにしている。
【0033】
受液器150は、押出し成形より形成される略円筒状の容器体であって、右ヘッダタンク130の側壁にろう付けされている。そしてセパレータ132bを挟むように流通路151、152が設けられ、右ヘッダタンク130と受液器150の内部が互いに連通するようにしている。
【0034】
上述する構成を有する凝縮器100において、入口側のジョイント160は、図示しない圧縮機の吐出側と接続され、また、出口側のジョイント160は、図示しない膨張弁と接続されている。圧縮機から吐出された冷媒は入口側のジョイント160ら右ヘッダタンク130内に流入し、セパレータ122、132bより上側のチューブ111群をUターンして流れ、外部空気と熱交換されて凝縮液化される。さらに、この冷媒は右ヘッダタンク130、流通路151から受液器150内に流入し、気液分離される。気液分離された冷媒のうち、液相冷媒が流通路152、右ヘッダタンク130からセパレータ122、132bより下側のチューブ111群で過冷却され、出口側のジョイント160から流出する。
【0035】
なお、受液器150の内部には図示しない乾燥剤およびフィルタが配設されており、これによって冷媒中の水分や異物が除去される。
【0036】
次に、チューブ111とフィン112が交互に積層してなるコア部110とサイドプレート113と接合に係る関係、特にサイドプレート113に接合する最外周側フィン112oの接合部119と、切れ長さLa、Lbとの関係について、図2に従って説明する。
【0037】
図2に示すように、最外側フィン112oは、複数のルーバ112cのうち、折曲げ部122aの延在する方向における最外側にあるルーバ(以下、最外側ルーバと呼ぶ)112c2の切れ長さは、Lbに形成される。また、最外側ルーバ112c2を除く他のルーバ(以下、内側ルーバと呼ぶ)112c1の切れ長さは、Laに形成される。なお、内側ルーバ112c1は可能な限り切れ長さLaを伸長している。本実施例では、例えばフィン高さをFhとすると、Fh=5.4mmのとき、切れ長さの実長La(図2参照)は、La=5.4mmである。
【0038】
最外側ルーバ112c2の切れ長さLbは、内側ルーバ112c1の切れ長さLaに比べて短く形成されるようにする(Lb<La)。
【0039】
ここで、我々は、凝縮器100を加振源(内燃機関10)に比較的近い相手部材に取付けた場合を想定した環境負荷実験を行なった。凝縮器100を図示しない振動試験機に搭載し、凝縮機100(詳しくは、サイドプレート113)に所定量の加振力を加わえることで、フィン112の故障モードを検証した。その結果、チューブ111と交互に積層されるフィン112のうち、サイドプレート113に直接接合する最外側フィン112oにおいて、複数横並びしたルーバ112cのうち、最外側ルーバ112c2の切れ長さの終端部を起点として破断し易いことが判った。
【0040】
これに対して、最外側ルーバ112c2の切れ長さLbを、内側ルーバ112c1の切れ長さLaより短くするので、最外側フィン112oにおける最外側ルーバ112c2の切れ長さの終端部での破断強度を向上することができる。その結果、凝縮器100を自動車等のラジエータ200あるいはボディ300に取付けるものにおいて、フィン122の破断つまりフィン切れの発生防止が可能である。
【0041】
なお、他のルーバ112c1に比べて短くするのは、最外側ルーバ112c2だけであるので、熱交換器の性能を維持することが可能である。なお、短くするのは、最外側フィン112oで、かつそのフィン112oにおける最外側ルーバ112c2だけであることが好ましい。この場合、内側フィン112iは、全てのルーバの切り長さがLaとする。
【0042】
なお、最外側フィン112oおよび内側フィン112iの全ての最外側ルーバ112c2の切れ長さを、Lb寸法(Lb<La)とすることで、フィン112を製造する際、最外側ルーバ112c2の切れ長さの違いLa、Lbによってローラを交換する交換手番を省くことができ、安価に製造することが可能である。
【0043】
さらになお、本実施形態では、最外側ルーバ112c2の切れ長さLbは、接合部119のうち、最外側接合部を中心とする半径Bの円(図2に示す破線の円)内に重ならないような切れ長さに形成されることが好ましい(本実施例では、半径B=1.8mmとし、切れ長さLbは、Lb=La−2×B=3.6mmである。なお、接合部19は、フィン112を形成する基材にろう材がグリッドにされているため、接合部19の厚みは比較的薄く成形されている)。車両に搭載される内燃機関の作動によって生じる加振力あるいは車両が走行する路面状態に応じた車両振動等による外力がサイドプレート113に加わる場合においては、サイドプレート113が最外側フィン112oに接合する接合部119のうち、最外側接合部に応力集中し易い。
【0044】
これに対して、最外側接合部と、最外側フィン112oにおける最外側ルーバ112c2を設けるための切れ長さLbの終端部との間の離間距離を所定半径B分確保することで、破断に対する強度確保がなされるので、サイドプレートに外力が加わったとしても、フィン切れ発生を防止することが可能である。
【0045】
さらになお、本実施形態では、所定半径Bは、ルーバピッチLp(本実施例では、Lp=0.9mm)の大きさ以上であることが好ましい。これにより、最外側ルーバ112c2の切れ長さLbの終端部における最外側フィン112の強度は、内側ルーバ112c1の切れ長さLaの終端部における最外側フィン112の強度と、ほぼ同じ強度を確保することが可能である。
【0046】
さらに、凝縮器100の性能および強度を維持しながら、最外側フィン112oを含む全てのフィン112の肉厚を低減することが可能である。その結果、凝縮器100の重量およびコストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の熱交換器の構成を示す正面図である。
【図2】図1中のII―II方向からみた部分的断面図である。
【図3】図1の熱交換器を、水冷式内燃機関を搭載する車両の冷却水用熱交換器に取付けた第1の取付け例を示す図であって、図3(a)は正面図、図3(b)は側面図である。
【図4】図1の熱交換器を、水冷式内燃機関を搭載する車両のボディに直接取付けた第2の取付け例を示す図であって、図3(a)は正面図、図3(b)は側面図である。
【符号の説明】
100 凝縮器(熱交換器)
100a コア部
111 チューブ
112 フィン
112i 内側フィン
112o 最外側フィン
112a 折曲げ部
112b 略平面部
112c ルーバ
112c1 内側ルーバ
112c2 最外側ルーバ
113 サイドプレート
119 接合部
120 左ヘッダタンク
130 右ヘッダタンク
190 ブラケット(取付け手段)
200 ラジエータ
300 車両側ボディ
La、Lb 切れ長さ
Claims (6)
- 流体が流通するチューブと前記チューブに接合するフィンとを交互に積層したコア部と、前記チューブおよび前記フィンの積層方向における前記コア部の両端から、前記コア部を補強するサイドプレートとを備えた熱交換器において、
前記フィンは、多数箇所の折曲げ部、および前記折曲げ部間を繋ぐ略平面部と有して波形状に形成されているとともに、前記略平面部の一部を切り起こした鎧窓状のルーバを有し、
前記チューブと交互に積層される前記フィンのうち、積層方向の最外側にある最外側フィンは、前記サイドプレートに接合されるとともに、
前記サイドプレートは、反フィン側に開口する略コの字状の断面に形成されているとともに、前記最外側フィンと前記サイドプレートには、前記折曲げ部と前記サイドプレートの底面との間に接合部を有し、
前記複数のルーバのうち、前記折曲げ部の延在する方向における最外側にある最外側ルーバの切れ長さは、他のルーバの切れ長さに比べて短く且つ前記接合部のうち前記折曲げ部の延在方向における最外側にある最外側接合部を中心とする所定半径の円内に重ならない切れ長さであり、
前記所定半径は、前記複数のルーバが前記折曲げ部の延在方向に配置される間隔の大きさ以上であることを特徴とする熱交換器。 - 前記サイドプレートを介して、加振源の略近傍に配置された相手部材に取付けられていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記最外側ルーバの切れ長さのみ、他のルーバの切れ長さに比べて短くされることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換器。
- 他のルーバの切れ長さに比べて短く且つ前記円内に重ならない切れ長さの前記最外側ルーバは、前記折曲げ部の延在方向の両側に設けられることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱交換器。
- 他のルーバの切れ長さに比べて短く且つ前記円内に重ならない切れ長さの前記最外側ルーバは、前記最外側フィンのみに設けられることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱交換器。
- 他のルーバの切れ長さに比べて短く且つ前記円内に重ならない切れ長さの前記最外側ルーバは、前記最外側フィン及び前記最外側フィンよりも積層方向の内側のフィンに設けられることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱交換器。
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