JP4192558B2

JP4192558B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4192558B2
Application number: JP2002315674A
Authority: JP
Inventors: 竜雄尾崎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: JP2004150691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種類の熱交換器が一体となった熱交換器に関するもので、内燃機関と電動モータとを組み合わせて走行するハイブリッド自動車等に適して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ハイブリッド自動車では、一般的に、エンジン（内燃機関）内を循環するエンジン冷却水を冷却する第１ラジエータと、電動モータ及びその電気制御回路内を循環する電気系冷却水を冷却する第２ラジエータとからなる２種類のラジエータを必要とする。
【０００３】
因みに、エンジン冷却水と電気系冷却水とは、適正な冷却水温度及び水圧が相違しているので、１つのラジエータにて両冷却水を冷却すると、冷却効率が悪化してしまい、得策ではない。
【０００４】
これに対して、出願人は、ヘッダタンクにスリットを設け、このスリットにセパレータを挿入した後、チューブやフィン等の部品と共にろう付けにてセパレータをヘッダタンクに接合する発明（特願２００１−２１５６５４号）を既に出願している。
【０００５】
しかし、上記出願では、図９のＡに示すように、セパレータ３の端面をヘッダタンク４の内壁に突き合わせた状態でセパレータをヘッダタンクにろう付けしているので、以下に述べる理由により、ろう付け信頼性を確保することが難しい。
【０００６】
すなわち、セパレータはろう材が被覆された、いわゆるクラッド材にプレス加工等を施して板材から打ち抜くように形成されるので、セパレータの端面には殆どろう材が存在しない。
【０００７】
このため、セパレータの端面をヘッダタンクの内壁にろう付けするには、ろう付け時、つまり炉内で加熱されてろう材が溶融したときに、端面以外の部位に被覆されたろう材が端面とヘッダタンクの内壁との微少隙間に流れ込むようにする必要があるので、ろう付け時に十分な量のろう材をセパレータの端面とヘッダタンクの内壁との微少隙間に供給することが難しく、ろう付け信頼性を確保することが難しい。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な熱交換器を提供し、第２には、セパレータとヘッダタンクとのろう付け信頼性を確保することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、第１流体が流通する複数本の第１チューブ（１１）と、第１チューブ（１１）と平行に配置され、第２流体が流通する複数本の第２チューブ（２１）と、両チューブ（１１、２１）の長手方向両端部に配設され、両チューブ（１１、２１）の方向と直交する方向に延びて両チューブ（１１、２１）と連通するヘッダタンク（４０）と、ヘッダタンク（４０）内の空間を第１チューブ（１１）に連通する第１空間（１６）と第２チューブ（２１）に連通する第２空間（２６）とに仕切るとともに、互いに所定間隔を有して離隔した第１、２セパレータ（３１、３２）とを備え、第１、２セパレータ（３１、３２）は、ろう材が被覆された板材の外周側を折り曲げることにより形成された、ヘッダタンク（４０）の壁面にろう付けされたろう付け面（３６）を有し、ヘッダタンク（４０）には、２枚のセパレータ（３１、３２）を挿入するための穴部（３３）が設けられており、第１、第２セパレータ（３１、３２）の外周部には、各セパレータ（３１、３２）をヘッダタンク（４０）に対して機械的に固定する固定部（３７）が設けられており、さらに、第１、２セパレータ（３１、３２）を穴部（３３）に挿入した後、ろう付け面（３６）とヘッダタンク（４０）の内壁面とを接触させるべく、第１、２セパレータ（３１、３２）をヘッダタンク（４０）の長手方向と略平行な方向に移動させることができるようにするために、穴部（３３）のうちヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｈ）は、第１セパレータ（３１）のろう付け面（３６）のうちヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｔ１）と第２セパレータ（３２）のろう付け面（３６）のうちヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｔ２）との和より大きくなっていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、セパレータ（３１、３２）のろう付け面において十分な量のろう材を確保することができるので、ろう付け信頼性を確保することができる。
【００１１】
ところで、このセパレータ（３１、３２）では、ヘッダタンク（４０）の壁面と平行なろう付け面（３６）を設けているので、ヘッダタンクにスリットを設け、このスリットにセパレータを挿入するといった上記出願（図９参照）と同様な構造では、セパレータ（３１、３２）をヘッダタンク（４０）に組み付けることができない。
【００１２】
つまり、本発明では、ヘッダタンク（４０）の長手方向と交差する方向からセパレータ（３１、３２）をヘッダタンク（４０）に挿入した後、ろう付け面（３６）とヘッダタンク（４０）の壁面とを接触させるべく、セパレータ（３１、３２）をヘッダタンク（４０）の長手方向と略平行な方向に移動させる必要があるため、仮に穴部（３３）の寸法（ｈ）を上記出願（図９参照）と同様にセパレータの厚み寸法と同等とすると、セパレータ（３１、３２）をヘッダタンク（４０）に挿入した後、セパレータ（３１、３２）をヘッダタンク（４０）の長手方向と略平行な方向に移動させることができない。
【００１３】
これに対して、本発明では、穴部（３３）の寸法（ｈ）を、第１セパレータ（３１）の寸法（ｔ１）と第２セパレータ（３２）の寸法（ｔ２）との和より大きくしているので、セパレータ（３１、３２）をヘッダタンク（４０）に挿入した後、セパレータ（３１、３２）をヘッダタンク（４０）の長手方向と略平行な方向に移動させることができ、セパレータ（３１、３２）を容易にヘッダタンク（４０）に組み付けることができる。
【００１４】
したがって、本発明では、セパレータ（３１、１３）を容易にヘッダタンク（４０）に組み付けつつ、セパレータ（３１、３２）とヘッダタンク（４０）とのろう付け信頼性を確保することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、穴部（３３）のうちヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｈ）は、第１セパレータ（３１）のろう付け面（３６）のうちヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｔ１）と第２セパレータ（３２）のろう付け面（３６）のうちヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｔ２）との和の１．２倍以上であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、穴部（３３）のうちヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｈ）は、両チューブ（１１、２１）のうちいずれか一方のチューブ間寸法（Ｐｔ）の２倍以上であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、第１チューブ（１１）間の寸法と第２チューブ（２１）間の寸法とは同一寸法であることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、穴部（３３）は、ヘッダタンク（４０）の外周の一部を切り欠くことにより形成されていることを特徴とする。
【００１９】
これにより、ヘッダタンク（４０）の座屈強度が大きく低下してしまうことを防止できる。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、ヘッダタンク（４０）は、両チューブ（１１、２１）が接合されたコアプレート（４１）、及びコアプレート（４１）に接合されてコアプレート（４１）と共に筒体を構成するタンクプレート（４２）を有して構成されており、さらに、穴部（３３）は、タンクプレート（４２）の一部を切り欠くことにより形成されていることを特徴とする。
【００２１】
これにより、ヘッダタンク（４０）の座屈強度が大きく低下してしまうことを防止できる。請求項７に記載の発明では、第１セパレータ（３１）と第２のセパレータ（３２）とによって区画される穴部（３３）は、ヘッダタンク（４０）外と連通する開放空間であることを特徴とする。これにより、ヘッダタンク（４０）内の第１空間（１６）と第２空間（２６）との間で熱が移動することを抑制することができる。また、請求項８に記載の発明は、ヘッダタンク（４０）は、ヘッダタンク（４０）の長手方向から見た断面形状が略矩形状となるように形成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る熱交換器を内燃機関（エンジン）と電動モータとを組み合わせて走行するハイブリッド自動車用のラジエータに適用したものであって、図１は本発明に係るラジエータ（熱交換器）の斜視図である。
【００２４】
第１ラジエータ１０はエンジンを冷却する第１冷却水と空気とを熱交換して第１冷却水を冷却する第１熱交換部であり、第２ラジエータ２０は電動モータ及びインバータ回路等の電動モータを制御する電気制御回路内を循環し、電動モータ及び電気制御回路を冷却する第２冷却水と空気とを熱交換して第２冷却水を冷却する第２熱交換部である。
【００２５】
そして、第１ラジエータ１０は、第１冷却水が流通する複数本の第１チューブ１１、第１チューブ１１の外表面に接合されて空気との伝熱面積を増大させる波状の第１フィン１２、及び第１チューブ１１の長手方向両端側に位置して第１チューブ１１の長手方向と直交する方向に延び、各第１チューブ１１と連通する第１ヘッダタンク１３等から構成されている。
【００２６】
また、第２ラジエータ２０も第１ラジエータ１０と同様な構造であり、第１チューブ１１と平行に配置されて第２冷却水が流通する複数本の第２チューブ２１、第２チューブ２１の外表面に接合されて空気との伝熱面積を増大させる波状の第２フィン２２、及び第２チューブ２１の長手方向両端側に位置して第２チューブ２１の長手方向と直交する方向に延び、各第２チューブ２１と連通する第２ヘッダタンク２３等から構成されている。
【００２７】
そして、第１ヘッダタンク１３は、図２に示すように、第１チューブ１１が接合された第１コアプレート部１４、及びこの第１コアプレート部１４に接合されて第１ヘッダタンク１３内の筒状空間を形成する第１タンクプレート１５等から構成されている。
【００２８】
また、第２ヘッダタンク２３も第１ヘッダタンク１３と同様に、第２チューブ２１が接合された第２コアプレート部２４、及びこの第２コアプレート部２４に接合されて第２ヘッダタンク２３内の筒状空間を形成する第２タンクプレート２５等から構成されている。
【００２９】
このとき、一枚の板材にプレス成形を施すことにより、第１コアプレート部１４及び第２コアプレート部２４、並びに第１タンクプレート１５及び第２タンクプレート２５それぞれを、両タンク１３、２３の長手方向から見て、図３に示すように、その断面形状がＬ（Ｊ）字状となるように一体形成し、第１ヘッダタンク１３と第２ヘッダタンク２３とを一体化している。なお、図３はコアプレート４１とタンクプレート４２とを分解したを示す図である。
【００３０】
そこで、以下、この一体化したものをヘッダタンク４０と呼び、一体化された第１コアプレート部１４と第２コアプレート部２４とを総称してコアプレート４１と呼び、一体化された第１タンクプレート１５と第２タンクプレート２５とを総称してタンクプレート４２と呼ぶ。
【００３１】
また、第１、２セパレータ３１、３２は、図２、４に示すように、一体化されたヘッダタンク４０内の空間を第１チューブ１１に連通する第１空間１６と第２チューブ２１に連通する第２空間２６とに仕切る仕切板である。
【００３２】
そして、両セパレータ３１、３２は互いに所定間隔を有して離隔し、一方、第１コアプレート部１４と第２コアプレート部２４との間には、タンクプレート４２の一部、つまりヘッダタンク４０の外周の一部を切り欠くことにより穴部３３が形成されている。
【００３３】
このため、セパレータ３１、３２及びタンクプレート４２により形成された空間３４は、ヘッダタンク外と繋がった開放空間となるとともに、第１ヘッダタンク１３側から第２ヘッダタンク２３側に熱が移動することを抑制する熱遮断部として機能する。
【００３４】
なお、空間３４に連通するチューブ３５は、冷却水が流れないダミーチューブである。
【００３５】
また、両セパレータ３１、３２は、図５に示すように、片面側にろう材が被覆されたクラット材の外周側をプレス加工にて折り曲げてヘッダタンク４０の内壁面と平行な面３６を設け、この面をヘッダタンク４０の内壁とのろう付け面としたものである。なお、図６はろう付け面３６とヘッダタンク４０の内壁とが接触してろう付けされている状態を示すものである。
【００３６】
そして、両セパレータ３１、３２の外周部には、図５に示すように、ヘッダタンク４０の外壁に接触してセパレータ３１、３２をヘッダタンク４０に対して機械的に固定するカシメ部３７が設けられ、一方、ヘッダタンク４０にも、セパレータ３１、３２に接触してセパレータ３１、３２をヘッダタンク４０に対して機械的に固定するカシメ部４３（図２、４参照）が設けられている。
【００３７】
また、穴部３３のうちヘッダタンク４０の長手方向と平行な部位の寸法ｈ（図４参照）は、第１セパレータ３１のろう付け面３６のうちヘッダタンク４０の長手方向と平行な部位の寸法ｔ１（図４参照）と第２セパレータ３２のろう付け面３６のうちヘッダタンク４０の長手方向と平行な部位の寸法ｔ２（図４参照）との和より大きくなるように設定されている。
【００３８】
具体的には、｛（ｔ１＋ｔ２）×１．２｝≦ｈ≦｛（ｔ１＋ｔ２）×２．５｝としている。なお、本実施形態では、チューブ１１、２１、３５がヘッダタンク４０内まで突き出ているので、両セパレータ３１、３２は、チューブ１１、２１、３５間に配置せざるを得ない。そこで、寸法ｈは、チューブ間寸法Ｐｔ（図４参照）の整数倍であって、２倍以上、３倍以下としている。
【００３９】
なお、本実施形態では、ｔ１＝ｔ２であり、チューブ間寸法Ｐｔは第１チューブ１１間、第２チューブ２１間及びダミチューブ３５間を問わず同じである。
【００４０】
因みに、チューブ１１、２１、３５、コアプレート４１、タンクプレート４２及びセパレータ３１、３２等は、全てアルミニウム合金製であり、これらは、図１に示すように組み付けられた後、ワイヤー等治具にてその組み付けた状態を保持された状態で炉内で加熱されて一体ろう付けされる。
【００４１】
なお、コアプレート４１及びタンクプレート４２は、ヘッダタンク４０の外表面に相当する面にろう材に被覆され、かつ、内表面側に犠牲腐食剤が被覆されたクラッド材であり、セパレータ３１、３２は少なくともろう付け面３６にろう材が被覆されたクラッド材である。
【００４２】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００４３】
本実施形態に係るセパレータ３１、３２では、その外周側を折り曲げてヘッダタンク４０の内壁面と平行な面３６を設け、この面をヘッダタンク４０とのろう付け面としているので、ろう材が被覆された面がろう付け面となるので、セパレータ３１、３２のろう付け面において十分な量のろう材を確保することができ、ろう付け信頼性を確保することができる。
【００４４】
しかし、このセパレータ３１、３２では、ヘッダタンク４０の内壁面と平行なろう付け面３６を設けているので、ヘッダタンクにスリットを設け、このスリットにセパレータを挿入するといった上記出願（図９参照）と同様な構造では、セパレータ３１、３２をヘッダタンク４０に組み付けることができない。
【００４５】
つまり、本実施形態では、ヘッダタンク４０の長手方向と交差する方向からセパレータ３１、３２をヘッダタンク４０に挿入した後、ろう付け面３６とヘッダタンク４０の内壁面とを接触させるべく、セパレータ３１、３２をヘッダタンク４０の長手方向と略平行な方向に移動させる必要があるため、仮に穴部３３の寸法ｈを上記出願（図９参照）と同様にセパレータの厚み寸法と同等とすると、セパレータ３１、３２をヘッダタンク４０に挿入した後、セパレータ３１、３２をヘッダタンク４０の長手方向と略平行な方向に移動させることができない。
【００４６】
これに対して、本実施形態では、穴部３３の寸法ｈを、第１セパレータ３１の寸法ｔ１と第２セパレータ３２の寸法ｔ２との和より大きくしているので、セパレータ３１、３２をヘッダタンク４０に挿入した後、セパレータ３１、３２をヘッダタンク４０の長手方向と略平行な方向に移動させることができ、セパレータ３１、３２を容易にヘッダタンク４０に組み付けることができる（図７参照）。
【００４７】
また、本実施形態では、ヘッダタンク４０にカシメ部４３が設けられているので、図８に示すように、セパレータ３１、３２をヘッダタンク４０の長手方向に対して斜め方向から穴部３３に挿入する必要があるが、本実施形態では、寸法ｈを寸法ｔ１と寸法ｔ２との和の１．２倍以上としているので、、セパレータ３１、３２をヘッダタンク４０の長手方向に対して斜め方向から穴部３３に容易に挿入することができる。
【００４８】
また、ヘッダタンク４０の外周の一部を切り欠くことにより穴部３３が形成されているので、ヘッダタンク４０の座屈強度が大きく低下してしまうことを防止できる。
【００４９】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、ろう付け面３６は、ヘッダタンク４０の内壁にろう付けされていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ろう付け面３６がヘッダタンク４０の外壁にろう付けされるようにしてもよい。
【００５０】
また、上述の実施形態では、プレス加工にてろう付け面３６を形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば鍛造加工にて形成してもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態では、タンクプレート４２の一部を切り欠くことにより穴部３３を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】
上述の実施形態では、本発明に係る熱交換器をハイブリッド自動車に適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のものにも適用することができる。
【００５３】
また、本発明に係る熱交換器のと調装置用の熱交換器（例えば、室外熱交換器）とをブラケット等を介して一体化してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る熱交換器の斜視図である。
【図２】図１Ａ部の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱交換器のコアプレートとタンクプレートとを分解したを示す図である。
【図４】図１Ａ部の断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るセパレータの三面図である。
【図６】図１Ａ部の断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るセパレータを組み付け方を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態に係るセパレータを組み付け方を示す説明図である。
【図９】従来の技術の問題点の説明図である。
【符号の説明】
３１、３２…セパレータ、３３…穴部、３６…ろう付け面、
４０…ヘッダタンク、４１…コアプレート、４２…タンクプレート。

Claims

第１流体が流通する複数本の第１チューブ（１１）と、
前記第１チューブ（１１）と平行に配置され、第２流体が流通する複数本の第２チューブ（２１）と、
前記両チューブ（１１、２１）の長手方向両端部に配設され、前記両チューブ（１１、２１）の方向と直交する方向に延びて前記両チューブ（１１、２１）と連通するヘッダタンク（４０）と、
前記ヘッダタンク（４０）内の空間を前記第１チューブ（１１）に連通する第１空間（１６）と前記第２チューブ（２１）に連通する第２空間（２６）とに仕切るとともに、互いに所定間隔を有して離隔した第１、２セパレータ（３１、３２）とを備え、
前記第１、２セパレータ（３１、３２）は、ろう材が被覆された板材の外周側を折り曲げることにより形成され、前記ヘッダタンク（４０）の内壁面にろう付けされたろう付け面（３６）を有し、
前記ヘッダタンク（４０）には、前記２枚のセパレータ（３１、３２）を挿入するための穴部（３３）が設けられており、
前記第１、第２セパレータ（３１、３２）の外周部には、前記各セパレータ（３１、３２）を前記ヘッダタンク（４０）に対して機械的に固定する固定部（３７）が設けられており、
さらに、前記第１、２セパレータ（３１、３２）を前記穴部（３３）に挿入した後、前記ろう付け面（３６）と前記ヘッダタンク（４０）の内壁面とを接触させるべく、前記第１、２セパレータ（３１、３２）を前記ヘッダタンク（４０）の長手方向と略平行な方向に移動させることができるようにするために、前記穴部（３３）のうち前記ヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｈ）は、前記第１セパレータ（３１）の前記ろう付け面（３６）のうち前記ヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｔ１）と前記第２セパレータ（３２）の前記ろう付け面（３６）のうち前記ヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｔ２）との和より大きくなっていることを特徴とする熱交換器。
前記穴部（３３）のうち前記ヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｈ）は、前記第１セパレータ（３１）の前記ろう付け面（３６）のうち前記ヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｔ１）と前記第２セパレータ（３２）の前記ろう付け面（３６）のうち前記ヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｔ２）との和の１．２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記穴部（３３）のうち前記ヘッダタンク（４０）の長手方向と平行な部位の寸法（ｈ）は、前記両チューブ（１１、２１）のうちいずれか一方のチューブ間寸法（Ｐｔ）の２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記第１チューブ（１１）間の寸法と前記第２チューブ（２１）間の寸法とは同一寸法であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載に熱交換器。
前記穴部（３３）は、前記ヘッダタンク（４０）の外周の一部を切り欠くことにより形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器。
前記ヘッダタンク（４０）は、前記両チューブ（１１、２１）が接合されたコアプレート（４１）、及び前記コアプレート（４１）に接合されて前記コアプレート（４１）と共に筒体を構成するタンクプレート（４２）を有して構成されており、
さらに、前記穴部（３３）は、前記タンクプレート（４２）の一部を切り欠くことにより形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。
前記第１セパレータ（３１）と前記第２のセパレータ（３２）とによって区画される前記穴部（３３）は、前記ヘッダタンク（４０）外と連通する開放空間であることを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１つに記載の熱交換器。
前記ヘッダタンク（４０）は、前記ヘッダタンク（４０）の長手方向から見た断面形状が略矩形状となるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の熱交換器。