JP4663434B2

JP4663434B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4663434B2
Application number: JP2005204126A
Authority: JP
Inventors: 隆行大野
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-07-13
Also published as: JP2007024350A; EP1744116A2; EP1744116A3

Description

本発明は、熱交換器の構造に関し、とくに、車両用空調装置などの冷凍サイクルの構成部品として使用される蒸発器などの熱交換器を、組立性をより向上しつつ、より高精度に製造できるようにした熱交換器の構造に関する。

従来から、例えば複数の熱交換用チューブ（例えば、扁平チューブ）と、該チューブの端部が挿入されるチューブ挿入穴を備えたヘッダから構成される、各種の熱交換器が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。これらの熱交換器の組立においては、例えば、複数のチューブの端部が、ヘッダの対応するチューブ挿入穴に挿入されて組み付けられ、必要に応じてチューブとアウターフィンが交互に積層され、全体が炉中で一括ろう付けされる。
特公平７−１２１４５１号公報特開２００３−２１４７９４号公報

ところが、上記のような熱交換器は、一般に次のような問題を抱えている。
（１）部品の寸法管理を厳格に行う必要がある。
（ｉ）チューブ端部のチューブ差し込み部がヘッダのチューブ挿入穴よりも大きすぎると、組立不可となり、小さすぎると嵌合部の隙間が大きくなり、ろう付け不良が発生することがある。
（ii）ヘッダのチューブ挿入穴のピッチが設計値よりも大きい場合、アウターフィンのろう付けができなくなるおそれがあり、設計値よりも小さいと、アウターフィンの挿入ができなくなる。

また、熱交換用チューブと、ヘッダのチューブ挿入穴とのクリアランスは通常小さく形成されるため、チューブ端部の挿入が困難であることが多い。

本発明の課題は、このような現状に鑑み、厳格な部品寸法管理を要せずに確実なろう付けを可能とし、かつ、組立が容易な熱交換器の構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、ヘッダと、該ヘッダに形成された複数のチューブ挿通穴に端部が挿通される複数の熱交換用チューブとを有する熱交換器において、前記ヘッダを、互いに分割された、櫛状に形成され櫛状形状の各スリットが前記チューブ挿通穴に相当するように形成されたヘッダ部材Ａと、該ヘッダ部材Ａに合わされて実質的にヘッダ全体形状を完成するヘッダ部材Ｂとの接合構造に構成し、各熱交換用チューブの端部にフランジを形成するとともに、該熱交換用チューブを、少なくとも前記ヘッダ部材Ａに対し、前記フランジが前記ヘッダ部材Ａの櫛状形状のスリットの両側に延び前記ヘッダ部材Ａに引っ掛けられた形態にて接合したことを特徴とするものからなる。

上記熱交換器においては、ヘッダ部材Ａの櫛状形状は、各スリットがヘッダ部材Ａの側方に向けて開口する開放端を有し、かつ、該側方から前記開放端を通して上記熱交換用チューブが該スリット内に挿入され挿入後に上記フランジが該スリットの両側で上記ヘッダ部材Ａに引っ掛けられるように形成されている構造とすることができる。

また、上記フランジが、例えば環状に形成され、上記ヘッダ部材Ａとともに上記ヘッダ部材Ｂに対しても接合されている構造とすることができる。

また、上記ヘッダ部材Ｂの、ヘッダ部材Ａの各スリットに対応する位置に、該スリットの開放端に嵌合する突起が設けられている構造とすることもできる。このようにすれば、スリットと突起との嵌合により、ヘッダ部材Ａとヘッダ部材Ｂがより正確にかつ容易に位置合わせされる。

上記熱交換用チューブの形状としては特に限定しないが、扁平チューブからなる場合に本発明による効果が大きい。また、熱交換用チューブ内には、インナーフィンを設けておくこともできる。

また、上記複数の熱交換用チューブ間にはアウターフィンを介装し、熱交換用チューブとアウターフィンとの交互積層構造とすることもできる。

このような熱交換器は、各部品が組み付けられたのち全体を炉中で一括ろう付けすることが可能である。

また、本発明に係る熱交換器の用途はとくに限定しないが、大量生産される車両用空調装置に用いられるものからなる場合（車両用空調装置用蒸発器）、とくに大きな効果が得られる。

本発明に係る熱交換器によれば、端部にフランジ加工した熱交換用チューブを、櫛状に形成されたヘッダ部材Ａに引っ掛ける構造としたため、チューブとヘッダの組立が極めて容易になる。とくに、熱交換用チューブの端部をヘッダ部材Ａの櫛状形状のスリットに対し側方から挿入できるようになり、従来のチューブ用穴に挿入する場合に比べ、挿入作業が容易化される。さらに、上記スリットとチューブ端部との嵌合構造についても、それほど厳格な寸法精度は要求されないので、部品寸法管理が容易になり、その状態にて所望のろう付けが可能になる。

また、フランジをヘッダ内面（ヘッダ部材Ａの内面、あるいは、ヘッダ部材Ａとヘッダ部材Ｂの両部材の内面）に接合する構造であるため、チューブとヘッダのろう付け面積を大きくとることが可能になり、ろう付け不良の発生を確実に解消できる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図８は、本発明の第１実施態様に係る熱交換器を示している。図１および図２において、１は熱交換器全体を示しており、熱交換器１は、一対のヘッダ２、３と、該ヘッダ２、３に形成された複数のチューブ挿入穴に各端部がそれぞれ挿通され複数積層される熱交換用扁平チューブ４と、各チューブ４間および最外層のチューブ４の外側に配置されたアウターフィン５と、最外層のアウターフィン５の外側に配置されたサイドプレート６、７を有している。各ヘッダ２、３は、本実施態様では２連のタンク構造に構成されており、図１における上側のヘッダ２に流体（例えば、冷媒）の入口パイプ８および出口パイプ９が設けられている。

各ヘッダ２、３は、図３、図４にも示すように、互いに分割された２つの部材である、ヘッダ部材Ａ（１０）とヘッダ部材Ｂ（１１）との接合構造により実質的にヘッダ２、３の全体形状が完成されるようになっている。このうちヘッダ部材Ａ（１０）は、図３に示すように、半円状の横断面形状を有する部位を２連に接続した構造に構成され、上記チューブ挿入穴に相当するように形成されたスリット１２を有する櫛状形状に形成されている。本実施態様では２連のタンク構造に構成されているので、それに対応させて櫛状形状もヘッダ部材Ａ（１０）の両側方に向けて形成されている。両側の各櫛状形状は、各スリット１２がヘッダ部材Ａ（１０）の側方に向けて開放端１３を有し、かつ、後述の如く側方から開放端１３を通して熱交換用チューブ４が該スリット１２内に挿入され挿入後に後述のフランジが該スリット１２の両側でヘッダ部材Ａ（１０）に引っ掛けられるように形成されている。各スリット１２およびその開放端１３における幅である寸法Ｃは、熱交換用チューブ４の外面における厚みよりも少し大き目の寸法に設定されている。ただし、それほど厳格な寸法管理は不要である。

ヘッダ部材Ｂ（１１）は、図４に示すように、半円状の横断面形状を有する部位を２連に接続した構造に構成され、ヘッダ部材Ｂ（１１）にはスリットは設けられていない。このヘッダ部材Ｂ（１１）をヘッダ部材Ａ（１０）に合わせて接合することにより（ヘッダ部材Ｂ（１１）の各半円部とヘッダ部材Ａ（１０）の各半円部とを合わせて円形横断面形状を形成するように接合することにより）、ヘッダ２、３の所定の全体形状が完成されるようになっている。

各熱交換用チューブ４は、本実施態様では図５に示すように、一対のチューブプレート１４ａ、１４ｂの重ね合わせ構造に構成され、内部に形成されるチューブ長手方向に延びる流路１５内に、波形のインナーフィン１６が挿入されている。この熱交換用チューブ４の両端部には、図６にも示すように、該熱交換用チューブ４が前記ヘッダ部材Ａ（１０）のスリット１２に側方から挿入された際、該スリット１２の両側に延び該スリット１２の両側でヘッダ部材Ａ（１０）に引っ掛けられることが可能なフランジ１７が、熱交換用チューブ４と一体に形成されている。このフランジ１７は、本実施態様では、各チューブプレート１４ａ、１４ｂの端部に加工されたフランジ形成部１７ａ、１７ｂの合わせ構造に形成されている。また、図６（Ｂ）に示すように、フランジ１７のチューブ厚み方向寸法Ｄは、チューブ厚み寸法Ｅよりも大きく設定されている。したがって、熱交換用チューブ４がその厚み寸法Ｅ部分でスリット１２に側方から挿入されたのちには、フランジ１７がスリット１２の両側部分で確実に引っ掛けられるようになっている。

本実施態様では、フランジ１７は、横断面形状が円形の環状フランジに形成されており、図７、図８に示すように、ヘッダ部材Ａ（１０）のスリット１２に側方から挿入されたのちヘッダ部材Ｂ（１１）がヘッダ部材Ａ（１０）に合わせられた際には、ヘッダ部材Ａ（１０）の内面とヘッダ部材Ｂ（１１）の内面の両方に接触されるようになっている。この状態でヘッダの内面にろう付け接合されるので、フランジ１７とヘッダの内面との接合部１８はヘッダの内周面全周にわたって延びるように形成される。図８に示すように組み立てられた各部品が、炉中で一括ろう付けされる。

このように構成された熱交換器１においては、端部にフランジ加工した熱交換用チューブ４を、櫛状に形成されたヘッダ部材Ａ（１０）のスリット１２に側方から挿入されたのち、該スリット１２の両側でヘッダ部材Ａ（１０）の内面に引っ掛ける構造としたので、スリット１２の寸法や熱交換用チューブ４の厚み寸法をそれほど厳格に管理しないでも、確実にかつ容易にチューブ挿入を行うことができる。また、フランジ１７によってヘッダ部材Ａ（１０）との接合面積、あるいはヘッダ部材Ａ（１０）およびヘッダ部材Ｂ（１１）との接合面積が大きく確保されるので、チューブとヘッダ間のろう付け不良も確実に防止される。すなわち、部品寸法管理が容易化され、組立が容易化されつつ、ろう付け接合の確実性が向上されることになる。

図９は、本発明の第２実施態様に係る熱交換器のヘッダとチューブとの接合部を示している。本実施態様においては、ヘッダ部材Ｂ（２１）に、ヘッダ部材Ａ（１０）の各スリット１２に対応する位置に、該スリット１２の開放端１３に嵌合する突起２２が、ヘッダ部材Ｂ（２１）と一体に形成されている。突起２２がが対応するスリット１２の開放端１３に嵌合されることにより、ヘッダ部材Ｂ（２１）がヘッダ部材Ａ（１０）に対し、確実に望ましい所定の位置に決められる。その他の構成、作用、効果は前述の第１実施態様に準じる。

本発明に係る熱交換器の構造は、あらゆる熱交換器に適用可能であり、とくに大量生産され組立、ろう付けの容易性、確実性がより求められる車両用空調装置に使用される熱交換器（例えば、冷媒の蒸発器）に好適なものである。

本発明の第１実施態様に係る熱交換器の斜視図である。図１の装置の部分分解斜視図である。図２の装置のヘッダ部材Ａの拡大斜視図である。図２の装置のヘッダ部材Ｂの拡大斜視図である。図２の装置の熱交換用チューブの拡大分解斜視図である。図５の装置の部分拡大正面図（Ａ）、部分拡大側面図（Ｂ）である。図１の装置の組立時の状態を示す部分拡大斜視図である。図１の装置の組立・接合後の状態を示す部分拡大縦断面図である。本発明の第２実施態様に係る熱交換器の部分分解斜視図である。

符号の説明

１熱交換器
２、３ヘッダ
４熱交換用チューブ（扁平チューブ）
５アウターフィン
６、７サイドプレート
８入口パイプ
９出口パイプ
１０ヘッダ部材Ａ
１１、２１ヘッダ部材Ｂ
１２スリット
１３開放端
１４ａ、１４ｂチューブプレート
１５流路
１６インナーフィン
１７フランジ
１７ａ、１７ｂフランジ形成部
１８接合部
２２突起

Claims

ヘッダと、該ヘッダに形成された複数のチューブ挿通穴に端部が挿通される複数の熱交換用チューブとを有する熱交換器において、前記ヘッダを、互いに分割された、櫛状に形成され櫛状形状の各スリットが前記チューブ挿通穴に相当するように形成されたヘッダ部材Ａと、該ヘッダ部材Ａに合わされて実質的にヘッダ全体形状を完成するヘッダ部材Ｂとの接合構造に構成し、各熱交換用チューブの端部にフランジを形成するとともに、該熱交換用チューブを、少なくとも前記ヘッダ部材Ａに対し、前記フランジが前記ヘッダ部材Ａの櫛状形状のスリットの両側に延び前記ヘッダ部材Ａに引っ掛けられた形態にて接合したことを特徴とする熱交換器。
前記ヘッダ部材Ａの櫛状形状は、各スリットがヘッダ部材Ａの側方に向けて開口する開放端を有し、かつ、該側方から前記開放端を通して前記熱交換用チューブが該スリット内に挿入され挿入後に前記フランジが該スリットの両側で前記ヘッダ部材Ａに引っ掛けられるように形成されている、請求項１に記載の熱交換器。
前記フランジが、環状に形成され、前記ヘッダ部材Ａとともに前記ヘッダ部材Ｂに対しても接合されている、請求項１または２に記載の熱交換器。
前記ヘッダ部材Ｂの、前記ヘッダ部材Ａの各スリットに対応する位置に、該スリットの開放端に嵌合する突起が設けられている、請求項２または３に記載の熱交換器。
前記熱交換用チューブが扁平チューブからなる、請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
複数の熱交換用チューブ間にアウターフィンが介装されている、請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
各部品が組み付けられたのち全体が炉中で一括ろう付けされている、請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器。
車両用空調装置に用いられるものからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器。