JP4682494B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置のヒータコアに用いて好適な熱交換器に関するもので、特にキャプセルとシートメタルとサイドキャップとで構成される熱交換器用タンクに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用空調装置のヒータコアに用いられる熱交換器としては、Ｕ字通路を有する扁平なチューブとコルゲートフィンとを交互に複数積層してなるコア部と、扁平なチューブのＵ字通路の両端に接続する２つのタンク室を有するタンクと、このタンクの天井面に接続した２本の円管状パイプとを備えた前後Ｕターン方式のもの（例えば実用新案登録番号第２５１０２４８号公報に記載のヒータコア）が提案されている。そして、その熱交換器のタンクの形状は、エア溜まりを少なくするために直方体形状としている。
【０００３】
しかし、図７および図８に示したように、上記のような直方体形状のタンク１０１の側面より２本の円管状パイプを取り出そうとすると、タンク１０１の幅をチューブ１１１の幅よりも極端に大きくするか、あるいは出入口パイプの接続部１０３、１０４の形状を円形状から楕円形状（図９参照）に変形させるかのどちらかの方法を採用する必要がある。ここで、１０５はタンク１０１内の空間を、入口パイプ内の入口側流路１０６に連通する入口側タンク室１０７と出口パイプ内の出口側流路１０８に連通する出口側タンク室１０９とに液密的に区画するためのセパレータである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような直方体形状のタンク１０１をチューブ１１１とコルゲートフィン１１２とを交互に複数積層してなるコア部１１０の図示上端部に接続した熱交換器において、２本の出入口パイプをタンク１０１の側面より取り出すためにタンク１０１の幅を大きくする場合には、図８に示したように、チューブ１１１の幅に対し極端にタンク１０１の幅を大きくする必要がある。この結果、チューブ１１１の図示上端側の根元部に大きな応力が加わり、疲労破壊が生じることにより、チューブ１１１の根元部からエンジン冷却水が漏れる可能性がある。また、出入口パイプの外径（φｄ）の２倍以上の幅（２ｄ＋α）がタンク１０１の幅として必要となるので、熱交換器のタンク１０１を小型化することができず、熱交換器の取付スペースを確保できなくなる可能性がある。さらに、このような形状のタンク１０１では、図８に示したように、エア溜まりが発生し、異音の原因となるという問題が生じる。
【０００５】
また、２本の出入口パイプをタンク１０１の側面より取り出すために出入口パイプの接続部１０３、１０４の形状を、図８に示した円形状から、図９に示した長円形状や楕円形状に変形させると、出入口パイプ内の入口側流路１０６および出口側流路１０８と入口側タンク室１０７および出口側タンク室１０９との間で通路が狭められ、急拡大、急縮小の通路が形成されることになるため、キャビテーションやエア溜まりが発生し異音の原因となる。さらに、長円形状や楕円形状の接続部１０３、１０４に円管状の出入口パイプを接続させるための配管継手の加工が必要となり、熱交換器の製造コストが上昇するという問題が生じる。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は、タンク内にエア溜まりが生じ難く、タンクの小型化を図ることのできる熱交換器を提供することにある。また、チューブとフィンとを交互に複数積層してなるコア部の強度を向上することのできる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】
請求項１に記載の発明によれば、熱交換器の筒状形状をなすタンクは、長手方向に複数のチューブが接続されているもので、タンクの幅方向の断面形状を、２つの円管状パイプのうちの一方側の第１円管状パイプが接続される幅方向の奥側の部分が、２つの円管状パイプのうちの他方側の第２円管状パイプが接続される幅方向の手前側の部分よりも高くなっている段付き形状にするとともに、第１円管状パイプの接続部の中心位置を、第２円管状パイプの接続部の中心位置に対し、タンクの幅方向において斜め上方にずらしたことにより、チューブに対しタンクの幅が極端に大きくなることはないため、チューブの根元部から流体の漏れが発生することはなく、また、タンクの小型化を図れるので、取付スペースを十分に確保することができる。また、円管状パイプの接続部の形状を円形状から楕円形状や長円形状に変形させる必要はないため、キャビテーションやエア溜まりの発生による異音が生じることはなく、また、配管継手の加工が不要となるので、熱交換器の製造コストを低減することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、タンクの幅を、２つの第１、第２円管状パイプの外径の総和よりも小さくしたことにより、上記の構造を実現できるので、請求項１に記載の発明と同様な効果を達成することができる。また、請求項３に記載の発明によれば、熱交換器のタンクは、複数のチューブの一端部に接続される筒状体と、この筒状体の長手方向の両端に形成される開口部を閉塞するように接合される２つのサイドキャップと、筒状体と２つのサイドキャップで囲まれた空間部を、第１円管状パイプ内の流路に連通する第１タンク室と第２円管状パイプ内の流路に連通する第２タンク室とに液密的に区画するセパレータとで構成している。これにより、容易に熱交換器のタンクを製造することができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明によれば、セパレータは、筒状体との仮止めのための突起部を有しているので、筒状体に対してセパレータが傾斜することなく、筒状体にセパレータを組み付けることができる。また、請求項５に記載の発明によれば、２つのサイドキャップに、セパレータの両端部が差し込まれる切り溝を設けたことにより、熱交換器の性能低下を発生させる内部リークを抑えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態の構成］
図１および図２は本発明の第１実施形態を示したもので、図１は熱交換器の組み付け状態を示した図で、図２は熱交換器のキャップを示した図である。
【００１１】
本実施形態の熱交換器１は、例えば自動車用空調装置のヒータコアに用いられるもので、エンジンのウォータジャケットで温められたエンジン冷却水と自動車の車室内へ吹き出される空気とを熱交換して空気を加熱するものである。この熱交換器１は、例えばアルミニウム合金等の金属材料によって所定の形状に形成されたもので、大別してエンジン冷却水と空気との熱交換を行うコア部２と、このコア部２の図示上端部に接続されたタンク５とから構成されて、一体ろう付けにより製造される。
【００１２】
コア部２は、チューブ３とコルゲートフィン４とを交互に複数積層して構成されている。複数のチューブ３は、内部を流れるエンジン冷却水と、隣設する２つのチューブ３間を通過する空気との熱交換を行う扁平な流路管で、コルゲートフィン４を介してタンク５の長手方向に積層されている。なお、チューブ３内の通路は、Ｕ字通路とされ、チューブ３の上端部、つまりＵ字通路の両端部はタンク５内に臨むように組み付けられる。ここで、１１はチューブ３内をＵ字状に仕切るための仕切り部である。
【００１３】
複数のコルゲートフィン４は、隣設する２つのチューブ３間に挟まれた状態でチューブ３にろう付け等の接合手段を用いて接合され、チューブ３内を流れるエンジン冷却水と、隣設する２つのチューブ３間を通過する空気との熱交換効率を向上させるものである。なお、本実施形態のコルゲートフィン４は、帯び状で極薄の板材（例えばアルミニウム合金等の金属板）を、波形形状に曲折して設けたものである。
【００１４】
タンク５は、複数のチューブ３の図示上端部が接続されるシートメタル６、このシートメタル６との間に内部空間を形成するキャプセル７、およびその内部空間を熱交換器１の幅方向（前後方向）に２つの入口側、出口側タンク室（第１、第２タンク室）１２、１３に区画するためのセパレータ（仕切り手段）８等から構成されている。シートメタル６、キャプセル７およびセパレータ８には、片面および両面にろう材を被覆したアルミニウム合金材（クラッド材）が使用されている。
【００１５】
シートメタル６は、プレス成形によってコの字状の断面を有するように成形されて、チューブ３の図示上端部が接続される底壁部１４、およびこの底壁部１４の幅方向の両端（外周端縁）より図示上方に折り曲げられた立ち壁部１５、１６が設けられている。その底壁部１４には、扁平状のチューブ挿入穴１７が長辺方向（長手方向）に等間隔で多数形成されている。これらのチューブ挿入穴１７の長手方向は、シートメタル６の底壁部１４の短辺方向と平行になっている。
【００１６】
キャプセル７は、プレス成形によって一方側（幅方向の奥側）が高く、他方側（幅方向の手前側）が低くなるように段付き形状の断面を有するように成形されて、上記のシートメタル６を伴って変形した筒状体を構成する。なお、その筒状体の長手方向の両端の開口部は、サイドキャップ９、１０によって閉塞されている。
【００１７】
そして、キャプセル７は、シートメタル６の底壁部１４の幅方向の一端側に設けられた立ち壁部１５の内側面にろう付け等の接合手段を用いて接合される平板状部（立ち壁部）２１、この平板状部２１の図示上端部より円管状の入口パイプ（図示せず）の形状に沿うように折り曲げられた略逆Ｕ字状の入口側湾曲部（入口側天井壁）２２、この入口側湾曲部２２の幅方向の手前側の端部より略Ｌ字状に折り曲げられた連結部（中間天井壁）２３、円管状の出口パイプ（図示せず）の形状に沿うように折り曲げられた出口側湾曲部（出口側天井壁）２４、および出口側湾曲部２４の手前側の端部より図示下方に延ばされた平板状部（立ち壁部）２５等から構成されている。
【００１８】
そして、その出口側湾曲部（出口側天井壁）２４には、セパレータ８の図示上端縁に形成された２つの突起部２６、２７（後述する）がそれぞれ差し込まれる略Ｌ字状の仮止め穴２８、２９が形成されている。また、平板状部２５は、シートメタル６の底壁部１４の幅方向の他端側に設けられた立ち壁部１６の内側面にろう付け等の接合手段を用いて接合される。
【００１９】
セパレータ８は、プレス成形によって、入口パイプに対して出口パイプを斜めに接続できるように、しかも出口パイプの接続部との干渉を防ぐために出口パイプの接続部より若干逃げるように略ヘの字状の断面を有するように成形されている。そして、セパレータ８の図示上端部には、図示上方に直線状（平板状）に延びる立ち壁部３１が設けられ、その立ち壁部３１には、仮止め穴２８、２９に差し込まれてセパレータ８をキャプセル７に仮止めするための２つの突起部２６、２７が切り曲げ形状に設けられている。
【００２０】
そして、立ち壁部３１の図示下端部から図示下方へは、略ヘの字状の仕切り板部３２が設けられ、この仕切り板部３２の図示下端側には、図示下方に直線状（平板状）に延びる立ち壁部３３が設けられている。その立ち壁部３３の図示下端部には、セパレータ８の長手方向に渡って複数のチューブ３の各仕切り部１１に液密的に嵌め合わされる多数の切欠き溝３４、および隣設する２つのチューブ３の図示上端部間に液密的に嵌め合わされる多数の嵌合片（突起部）３５が設けられている。
【００２１】
サイドキャップ９は、プレス成形によって変形した筒状の断面を有するように成形された筒状壁部４１、および筒状壁部４１の開口部を閉塞する平板状の閉塞壁部（キャップ部）４３等から構成されている。その筒状壁部４１の図示上方側の内壁面は、キャプセル７の長手方向の一端側の内壁面にろう付け等の接合手段を用いて接合される。また、筒状壁部４１の図示下方側の内壁面は、シートメタル６の底壁部１４および立ち壁部１５、１６の長手方向の一端側の外壁面にろう付け等の接合手段を用いて接合される。
【００２２】
そして、閉塞壁部４３には、入口パイプの外形形状と略同一形状（円形状）の入口側接続部（入口側接続穴）４４、および出口パイプの外形形状と略同一形状（円形状）の出口側接続部（出口側接続穴）４５が形成されている。また、閉塞壁部４３の入口側接続部４４と出口側接続部４５との間には、セパレータ８の仕切り板部３２の長手方向の一端が液密的に差し込まれる略への字状の切り溝４６が形成されている。
【００２３】
サイドキャップ１０は、プレス成形によって変形した筒状の断面を有するように成形された筒状壁部４２、および筒状壁部４２の開口部を閉塞する平板状の閉塞壁部（キャップ部）４７等から構成されている。その筒状壁部４２の図示上方側の内壁面は、キャプセル７の長手方向の他端側の内壁面にろう付け等の接合手段を用いて接合される。
【００２４】
また、筒状壁部４２の図示下方側の内壁面は、シートメタル６の底壁部１４および立ち壁部１５、１６の長手方向の他端側の外壁面にろう付け等の接合手段を用いて接合される。そして、閉塞壁部４７には、セパレータ８の仕切り板部３２の長手方向の他端が液密的に差し込まれる略への字状の切り溝４８が形成されている。なお、本実施形態では、切り溝４６、４８をサイドキャップ９、１０の閉塞壁部４３、４７の外周端部から筒状壁部４１、４２までのＲ部を残して閉塞壁部４３、４７に部分的に設けている。
【００２５】
ここで、本実施形態の熱交換器１の入口パイプは、本発明の第１円管状パイプに相当するもので、内部には、上記の入口側タンク室１２に連通する入口側流路（図示せず）が形成されている。また、出口パイプは、本発明の第２円管状パイプに相当するもので、内部には、上記の出口側タンク室１３に連通する出口側流路（図示せず）が形成されている。そして、入口パイプおよび出口パイプ（２本の出入口パイプ）の外形形状は円管形状である。
【００２６】
［第１実施形態の組み付け方法］
次に、例えば自動車用空調装置のヒータコアに用いられる熱交換器１の組み付け方法を図１および図２に基づいて簡単に説明する。
【００２７】
先ず、複数のチューブ３の図示上端部を、シートメタル６の底壁部１４に多数形成された扁平状のチューブ挿入穴１７内に差し込み、隣設する２つのチューブ３間にコルゲートフィン４を仮組み付けして熱交換器１のコア部２を構成する。次に、キャプセル７の仮止め穴２８、２９にセパレータ８の２つの突起部２６、２７を差し込んで２つの突起部２６、２７をかしめて仮止めする。
【００２８】
次に、セパレータ８と一体化されたキャプセル７の平板状部２１、２５を、シートメタル６の両立ち壁部１５、１６の内側面に嵌め合わせる。このとき、セパレータ８の立ち壁部３３の多数の切欠き溝３４および多数の嵌合片３５と、複数のチューブ３の図示下端側の各仕切り部１１およびシートメタル６の底壁部１４の内壁面とを嵌め合わすことにより、セパレータ８によって複数のチューブ３の図示上端部を固定することができ、複数のチューブ３と複数のコルゲートフィン４とを交互に複数積層してなるコア部２の強度を向上することが可能となる。
【００２９】
次に、シートメタル６とキャプセル７とで構成される筒状体の筒状壁部の外壁面に、サイドキャップ９、１０の筒状壁部４１、４２を嵌め合わして、筒状体の両端の開口部をサイドキャップ９、１０によって閉塞する。このとき、サイドキャップ９、１０の略ヘの字状の切り溝４６、４８にセパレータ８の仕切り板部３２の長手方向の両端を差し込むことにより、コア部２の図示上端部にタンク５が仮組み付けされる。
【００３０】
さらに、サイドキャップ９の入口側接続部４４および出口側接続部４５に入口パイプおよび出口パイプの接続側部を差し込む。これにより、コア部２の図示上端部にタンク５を設置し、且つタンク５の側面に２本の出入口パイプを接続した熱交換器１の仮組み付けが終了する。次に、コア部２の図示上端部にタンク５を設置し、且つタンク５の側面に２本の出入口パイプを接続した熱交換器１を炉中に入れてろう材の溶融温度以上の温度で加熱することにより、熱交換器１の各接合箇所がろう付けされて熱交換器１が製造される。
【００３１】
［第１実施形態の作用］
次に、例えば自動車用空調装置のヒータコアに用いられる熱交換器１の作用を図１および図２に基づいて簡単に説明する。
【００３２】
エンジンのウォータジャケットで暖められたエンジン冷却水は、タンク５の側面、サイドキャップ９の入口側接続部４４に取り付けた入口パイプ内の入口側流路よりタンク５の入口側タンク室１２内に流入する。そして、入口側タンク室１２内に流入したエンジン冷却水は、その入口側タンク室１２に連通する複数のチューブ３のＵ字通路の上流側端よりＵ字通路内に流入してタンク５の出口側タンク室１３に向かう。
【００３３】
このように、複数のチューブ３のＵ字通路内を流れる際に、エンジン冷却水は隣設する２つのチューブ３間を通過する空気と熱交換して空気を加熱する。これによって、自動車の車室内は暖房される。そして、複数のチューブ３のＵ字通路の下流側端よりタンク５の出口側タンク室１３内に流入したエンジン冷却水は、タンク５の側面、サイドキャップ９の出口側接続部４５に取り付けた出口パイプを通ってエンジンのウォータジャケットへ向かう。
【００３４】
［第１実施形態の効果］
以上のように、コア部２の図示上端部にタンク５を設置し、且つタンク５の側面に２本の出入口パイプを接続した熱交換器１においては、タンク５の形状を従来の直方体形状から、タンク５のキャプセル７の前後方向の一方側が高く、他方側が低い段付き形状とし、サイドキャップ９の出入口パイプの入口側接続部４４の中心位置を、出口側接続部４５の中心位置より斜め図示上方にずらしたことにより、タンク５の幅は出入口パイプの外径（φｄ）の２倍（２ｄ）よりも小さい幅（２ｄ−β）となり、チューブ３の幅に対してシートメタル６およびキャプセル７等から構成されるタンク５の幅が極端に大きくなることはないため、チューブ３の根元部からエンジン冷却水の漏れが発生することはない。また、タンク５の小型化を図れるので、熱交換器１の取付スペースを十分に確保することができる。
【００３５】
また、セパレータ８の形状を図１に示した略ヘの字形状とすることにより、タンク５の入口側、出口側タンク室１２、１３内に生じるエア溜まりを最小に抑えることができる。また、２本の出入口パイプの入口側接続部４４および出口側接続部４５の形状を、出入口パイプの外形形状である円形状から楕円形状または長円形状に変形させる必要はないため、出入口パイプ内の流路と各入口側、出口側タンク室１２、１３との間に急拡大、急縮小の通路が形成されず、キャビテーションやエア溜まりの発生による異音が生じることはない。また、配管継手の加工が不要となるので、熱交換器１の製造コストを低減することができる。
【００３６】
そして、熱交換器１のキャプセル７にセパレータ８を組み付ける時に、キャプセル７の仮止め穴２８、２９にセパレータ８の突起部２６、２７を差し込んだ後に、突起部２６、２７をかしめるようにしている。それによって、キャプセル７に対してセパレータ８が傾斜することなく、熱交換器１の一体ろう付け前にセパレータ８をキャプセル７に仮組み付けすることができる。
【００３７】
また、シートメタル６とキャプセル７とで構成される筒状体（タンク本体）の長手方向の両端の開口部をサイドキャップ９、１０で塞ぐ時に、キャプセル７に仮止めしたセパレータ８の仕切り板部３２がサイドキャップ９、１０の切り溝４６、４８に嵌まり込むことにより、熱交換器１の性能低下を発生させる内部リーク、つまりタンク５の入口側タンク室１２から出口側タンク室１３へエンジン冷却水が漏れることを無くすことができる。
【００３８】
［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態を示したもので、熱交換器のキャップとセパレータとの組み付け方法を示した図である。
【００３９】
本実施形態では、サイドキャップ９の切り溝４６を、セパレータ８の仕切り板部３２全体が嵌まり込むことができるように、サイドキャップ９の筒状壁部４１の板厚分を残して閉塞壁部４３全体に形成している。つまり、サイドキャップ９の閉塞壁部４３の外周端部から筒状壁部４１までのＲ部にも切り込んで切り溝４６を形成することにより、セパレータ８がサイドキャップ９の筒状壁部４１の内壁面に隙間無く嵌め合わすことができるので、完全に内部リークを止めることができる。
【００４０】
［第３実施形態］
図４および図５は本発明の第３実施形態を示したもので、図４（ａ）、（ｂ）は熱交換器のセパレータの突起部を示した図で、図５は熱交換器のセパレータを示した図である。
【００４１】
本実施形態では、熱交換器１のタンク５のキャプセル７の仮止め穴２８、２９に嵌め込まれるセパレータ８の突起部２６、２７を、平面状の突起部２６、２７だけでなく、２次元的に切り曲げられた略への字形状の突起部２６、２７や略Ｕの字形状の突起部２６、２７を採用しても良い。
【００４２】
［他の実施形態］
本実施形態では、シートメタル６、キャプセル７、セパレータ８およびサイドキャップ９、１０によってタンク５を構成したが、１つの部材によってタンク５を構成しても良い。また、本実施形態では、本発明を自動車用空調装置のヒータコアに利用した例を説明したが、本発明を自動車用エンジン冷却装置のラジエータに利用しても良い。
【００４３】
また、セパレータ８の立ち壁部３１の長手方向の両端部に、図６に示したように、キャプセル７の長手方向の両端の内壁面またはサイドキャップ９、１０の筒状壁部４１、４２の内壁面との隙間を無くす（内部リークを防止する）ための凸状の嵌合部３６、３７を、図示上方に突出するように設けても良い。また、セパレータ８の立ち壁部３３の長手方向の両端部に、図６に示したように、シートメタル６の底壁部１４の長手方向の両端の内壁面またはサイドキャップ９、１０の筒状壁部４１、４２の内壁面との隙間を無くす（内部リークを防止する）ための凸状の嵌合部３８、３９を、図示下方に突出するように設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱交換器の組み付け状態を示した分解図である（第１実施形態）。
【図２】熱交換器のキャップの側面形状を示した側面図である（第１実施形態）。
【図３】熱交換器のキャップとセパレータとの組み付け方法を示した概略図である（第２実施形態）。
【図４】（ａ）は熱交換器のセパレータの突起部を示した斜視図で、（ｂ）は熱交換器のセパレータの突起部を示した斜視図である（第３実施形態）。
【図５】熱交換器のセパレータを示した斜視図である（第３実施形態）。
【図６】熱交換器の組み付け状態を示した分解図である（他の実施形態）。
【図７】熱交換器を示した斜視図である（従来の技術）。
【図８】熱交換器の側面形状を示した側面図である（従来の技術）。
【図９】熱交換器の側面形状を示した側面図である（従来の技術）。
【符号の説明】
１ 熱交換器
２ コア部
３ チューブ
４ コルゲートフィン
５ タンク
６ シートメタル
７ キャプセル
８ セパレータ
９ サイドキャップ
１０ サイドキャップ
１２ 入口側タンク室（第１タンク室）
１３ 出口側タンク室（第２タンク室）
２６ 突起部
２７ 突起部
２８ 仮止め穴
２９ 仮止め穴
４４ 入口側接続部
４５ 出口側接続部
４６ 切り溝
４８ 切り溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置のヒータコアに用いて好適な熱交換器に関するもので、特にキャプセルとシートメタルとサイドキャップとで構成される熱交換器用タンクに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用空調装置のヒータコアに用いられる熱交換器としては、Ｕ字通路を有する扁平なチューブとコルゲートフィンとを交互に複数積層してなるコア部と、扁平なチューブのＵ字通路の両端に接続する２つのタンク室を有するタンクと、このタンクの天井面に接続した２本の円管状パイプとを備えた前後Ｕターン方式のもの（例えば実用新案登録番号第２５１０２４８号公報に記載のヒータコア）が提案されている。そして、その熱交換器のタンクの形状は、エア溜まりを少なくするために直方体形状としている。
【０００３】
しかし、図７および図８に示したように、上記のような直方体形状のタンク１０１の側面より２本の円管状パイプを取り出そうとすると、タンク１０１の幅をチューブ１１１の幅よりも極端に大きくするか、あるいは出入口パイプの接続部１０３、１０４の形状を円形状から楕円形状（図９参照）に変形させるかのどちらかの方法を採用する必要がある。ここで、１０５はタンク１０１内の空間を、入口パイプ内の入口側流路１０６に連通する入口側タンク室１０７と出口パイプ内の出口側流路１０８に連通する出口側タンク室１０９とに液密的に区画するためのセパレータである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような直方体形状のタンク１０１をチューブ１１１とコルゲートフィン１１２とを交互に複数積層してなるコア部１１０の図示上端部に接続した熱交換器において、２本の出入口パイプをタンク１０１の側面より取り出すためにタンク１０１の幅を大きくする場合には、図８に示したように、チューブ１１１の幅に対し極端にタンク１０１の幅を大きくする必要がある。この結果、チューブ１１１の図示上端側の根元部に大きな応力が加わり、疲労破壊が生じることにより、チューブ１１１の根元部からエンジン冷却水が漏れる可能性がある。また、出入口パイプの外径（φｄ）の２倍以上の幅（２ｄ＋α）がタンク１０１の幅として必要となるので、熱交換器のタンク１０１を小型化することができず、熱交換器の取付スペースを確保できなくなる可能性がある。さらに、このような形状のタンク１０１では、図８に示したように、エア溜まりが発生し、異音の原因となるという問題が生じる。
【０００５】
また、２本の出入口パイプをタンク１０１の側面より取り出すために出入口パイプの接続部１０３、１０４の形状を、図８に示した円形状から、図９に示した長円形状や楕円形状に変形させると、出入口パイプ内の入口側流路１０６および出口側流路１０８と入口側タンク室１０７および出口側タンク室１０９との間で通路が狭められ、急拡大、急縮小の通路が形成されることになるため、キャビテーションやエア溜まりが発生し異音の原因となる。さらに、長円形状や楕円形状の接続部１０３、１０４に円管状の出入口パイプを接続させるための配管継手の加工が必要となり、熱交換器の製造コストが上昇するという問題が生じる。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は、タンク内にエア溜まりが生じ難く、タンクの小型化を図ることのできる熱交換器を提供することにある。また、チューブとフィンとを交互に複数積層してなるコア部の強度を向上することのできる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】
請求項１に記載の発明によれば、熱交換器の筒状形状をなすタンクは、長手方向に複数のチューブが接続されているもので、タンクの幅方向の断面形状を、２つの円管状パイプのうちの一方側の第１円管状パイプが接続される幅方向の奥側の部分が、２つの円管状パイプのうちの他方側の第２円管状パイプが接続される幅方向の手前側の部分よりも高くなっている段付き形状にするとともに、第１円管状パイプの接続部の中心位置を、第２円管状パイプの接続部の中心位置に対し、タンクの幅方向において斜め上方にずらしたことにより、チューブに対しタンクの幅が極端に大きくなることはないため、チューブの根元部から流体の漏れが発生することはなく、また、タンクの小型化を図れるので、取付スペースを十分に確保することができる。また、円管状パイプの接続部の形状を円形状から楕円形状や長円形状に変形させる必要はないため、キャビテーションやエア溜まりの発生による異音が生じることはなく、また、配管継手の加工が不要となるので、熱交換器の製造コストを低減することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、タンクの幅を、２つの第１、第２円管状パイプの外径の総和よりも小さくしたことにより、上記の構造を実現できるので、請求項１に記載の発明と同様な効果を達成することができる。また、請求項３に記載の発明によれば、熱交換器のタンクは、複数のチューブの一端部に接続される筒状体と、この筒状体の長手方向の両端に形成される開口部を閉塞するように接合される２つのサイドキャップと、筒状体と２つのサイドキャップで囲まれた空間部を、第１円管状パイプ内の流路に連通する第１タンク室と第２円管状パイプ内の流路に連通する第２タンク室とに液密的に区画するセパレータとで構成している。これにより、容易に熱交換器のタンクを製造することができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明によれば、セパレータは、筒状体との仮止めのための突起部を有しているので、筒状体に対してセパレータが傾斜することなく、筒状体にセパレータを組み付けることができる。また、請求項５に記載の発明によれば、２つのサイドキャップに、セパレータの両端部が差し込まれる切り溝を設けたことにより、熱交換器の性能低下を発生させる内部リークを抑えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態の構成］
図１および図２は本発明の第１実施形態を示したもので、図１は熱交換器の組み付け状態を示した図で、図２は熱交換器のキャップを示した図である。
【００１１】
本実施形態の熱交換器１は、例えば自動車用空調装置のヒータコアに用いられるもので、エンジンのウォータジャケットで温められたエンジン冷却水と自動車の車室内へ吹き出される空気とを熱交換して空気を加熱するものである。この熱交換器１は、例えばアルミニウム合金等の金属材料によって所定の形状に形成されたもので、大別してエンジン冷却水と空気との熱交換を行うコア部２と、このコア部２の図示上端部に接続されたタンク５とから構成されて、一体ろう付けにより製造される。
【００１２】
コア部２は、チューブ３とコルゲートフィン４とを交互に複数積層して構成されている。複数のチューブ３は、内部を流れるエンジン冷却水と、隣設する２つのチューブ３間を通過する空気との熱交換を行う扁平な流路管で、コルゲートフィン４を介してタンク５の長手方向に積層されている。なお、チューブ３内の通路は、Ｕ字通路とされ、チューブ３の上端部、つまりＵ字通路の両端部はタンク５内に臨むように組み付けられる。ここで、１１はチューブ３内をＵ字状に仕切るための仕切り部である。
【００１３】
複数のコルゲートフィン４は、隣設する２つのチューブ３間に挟まれた状態でチューブ３にろう付け等の接合手段を用いて接合され、チューブ３内を流れるエンジン冷却水と、隣設する２つのチューブ３間を通過する空気との熱交換効率を向上させるものである。なお、本実施形態のコルゲートフィン４は、帯び状で極薄の板材（例えばアルミニウム合金等の金属板）を、波形形状に曲折して設けたものである。
【００１４】
タンク５は、複数のチューブ３の図示上端部が接続されるシートメタル６、このシートメタル６との間に内部空間を形成するキャプセル７、およびその内部空間を熱交換器１の幅方向（前後方向）に２つの入口側、出口側タンク室（第１、第２タンク室）１２、１３に区画するためのセパレータ（仕切り手段）８等から構成されている。シートメタル６、キャプセル７およびセパレータ８には、片面および両面にろう材を被覆したアルミニウム合金材（クラッド材）が使用されている。
【００１５】
シートメタル６は、プレス成形によってコの字状の断面を有するように成形されて、チューブ３の図示上端部が接続される底壁部１４、およびこの底壁部１４の幅方向の両端（外周端縁）より図示上方に折り曲げられた立ち壁部１５、１６が設けられている。その底壁部１４には、扁平状のチューブ挿入穴１７が長辺方向（長手方向）に等間隔で多数形成されている。これらのチューブ挿入穴１７の長手方向は、シートメタル６の底壁部１４の短辺方向と平行になっている。
【００１６】
キャプセル７は、プレス成形によって一方側（幅方向の奥側）が高く、他方側（幅方向の手前側）が低くなるように段付き形状の断面を有するように成形されて、上記のシートメタル６を伴って変形した筒状体を構成する。なお、その筒状体の長手方向の両端の開口部は、サイドキャップ９、１０によって閉塞されている。
【００１７】
そして、キャプセル７は、シートメタル６の底壁部１４の幅方向の一端側に設けられた立ち壁部１５の内側面にろう付け等の接合手段を用いて接合される平板状部（立ち壁部）２１、この平板状部２１の図示上端部より円管状の入口パイプ（図示せず）の形状に沿うように折り曲げられた略逆Ｕ字状の入口側湾曲部（入口側天井壁）２２、この入口側湾曲部２２の幅方向の手前側の端部より略Ｌ字状に折り曲げられた連結部（中間天井壁）２３、円管状の出口パイプ（図示せず）の形状に沿うように折り曲げられた出口側湾曲部（出口側天井壁）２４、および出口側湾曲部２４の手前側の端部より図示下方に延ばされた平板状部（立ち壁部）２５等から構成されている。
【００１８】
そして、その出口側湾曲部（出口側天井壁）２４には、セパレータ８の図示上端縁に形成された２つの突起部２６、２７（後述する）がそれぞれ差し込まれる略Ｌ字状の仮止め穴２８、２９が形成されている。また、平板状部２５は、シートメタル６の底壁部１４の幅方向の他端側に設けられた立ち壁部１６の内側面にろう付け等の接合手段を用いて接合される。
【００１９】
セパレータ８は、プレス成形によって、入口パイプに対して出口パイプを斜めに接続できるように、しかも出口パイプの接続部との干渉を防ぐために出口パイプの接続部より若干逃げるように略ヘの字状の断面を有するように成形されている。そして、セパレータ８の図示上端部には、図示上方に直線状（平板状）に延びる立ち壁部３１が設けられ、その立ち壁部３１には、仮止め穴２８、２９に差し込まれてセパレータ８をキャプセル７に仮止めするための２つの突起部２６、２７が切り曲げ形状に設けられている。
【００２０】
そして、立ち壁部３１の図示下端部から図示下方へは、略ヘの字状の仕切り板部３２が設けられ、この仕切り板部３２の図示下端側には、図示下方に直線状（平板状）に延びる立ち壁部３３が設けられている。その立ち壁部３３の図示下端部には、セパレータ８の長手方向に渡って複数のチューブ３の各仕切り部１１に液密的に嵌め合わされる多数の切欠き溝３４、および隣設する２つのチューブ３の図示上端部間に液密的に嵌め合わされる多数の嵌合片（突起部）３５が設けられている。
【００２１】
サイドキャップ９は、プレス成形によって変形した筒状の断面を有するように成形された筒状壁部４１、および筒状壁部４１の開口部を閉塞する平板状の閉塞壁部（キャップ部）４３等から構成されている。その筒状壁部４１の図示上方側の内壁面は、キャプセル７の長手方向の一端側の内壁面にろう付け等の接合手段を用いて接合される。また、筒状壁部４１の図示下方側の内壁面は、シートメタル６の底壁部１４および立ち壁部１５、１６の長手方向の一端側の外壁面にろう付け等の接合手段を用いて接合される。
【００２２】
そして、閉塞壁部４３には、入口パイプの外形形状と略同一形状（円形状）の入口側接続部（入口側接続穴）４４、および出口パイプの外形形状と略同一形状（円形状）の出口側接続部（出口側接続穴）４５が形成されている。また、閉塞壁部４３の入口側接続部４４と出口側接続部４５との間には、セパレータ８の仕切り板部３２の長手方向の一端が液密的に差し込まれる略への字状の切り溝４６が形成されている。
【００２３】
サイドキャップ１０は、プレス成形によって変形した筒状の断面を有するように成形された筒状壁部４２、および筒状壁部４２の開口部を閉塞する平板状の閉塞壁部（キャップ部）４７等から構成されている。その筒状壁部４２の図示上方側の内壁面は、キャプセル７の長手方向の他端側の内壁面にろう付け等の接合手段を用いて接合される。
【００２４】
また、筒状壁部４２の図示下方側の内壁面は、シートメタル６の底壁部１４および立ち壁部１５、１６の長手方向の他端側の外壁面にろう付け等の接合手段を用いて接合される。そして、閉塞壁部４７には、セパレータ８の仕切り板部３２の長手方向の他端が液密的に差し込まれる略への字状の切り溝４８が形成されている。なお、本実施形態では、切り溝４６、４８をサイドキャップ９、１０の閉塞壁部４３、４７の外周端部から筒状壁部４１、４２までのＲ部を残して閉塞壁部４３、４７に部分的に設けている。
【００２５】
ここで、本実施形態の熱交換器１の入口パイプは、本発明の第１円管状パイプに相当するもので、内部には、上記の入口側タンク室１２に連通する入口側流路（図示せず）が形成されている。また、出口パイプは、本発明の第２円管状パイプに相当するもので、内部には、上記の出口側タンク室１３に連通する出口側流路（図示せず）が形成されている。そして、入口パイプおよび出口パイプ（２本の出入口パイプ）の外形形状は円管形状である。
【００２６】
［第１実施形態の組み付け方法］
次に、例えば自動車用空調装置のヒータコアに用いられる熱交換器１の組み付け方法を図１および図２に基づいて簡単に説明する。
【００２７】
先ず、複数のチューブ３の図示上端部を、シートメタル６の底壁部１４に多数形成された扁平状のチューブ挿入穴１７内に差し込み、隣設する２つのチューブ３間にコルゲートフィン４を仮組み付けして熱交換器１のコア部２を構成する。次に、キャプセル７の仮止め穴２８、２９にセパレータ８の２つの突起部２６、２７を差し込んで２つの突起部２６、２７をかしめて仮止めする。
【００２８】
次に、セパレータ８と一体化されたキャプセル７の平板状部２１、２５を、シートメタル６の両立ち壁部１５、１６の内側面に嵌め合わせる。このとき、セパレータ８の立ち壁部３３の多数の切欠き溝３４および多数の嵌合片３５と、複数のチューブ３の図示下端側の各仕切り部１１およびシートメタル６の底壁部１４の内壁面とを嵌め合わすことにより、セパレータ８によって複数のチューブ３の図示上端部を固定することができ、複数のチューブ３と複数のコルゲートフィン４とを交互に複数積層してなるコア部２の強度を向上することが可能となる。
【００２９】
次に、シートメタル６とキャプセル７とで構成される筒状体の筒状壁部の外壁面に、サイドキャップ９、１０の筒状壁部４１、４２を嵌め合わして、筒状体の両端の開口部をサイドキャップ９、１０によって閉塞する。このとき、サイドキャップ９、１０の略ヘの字状の切り溝４６、４８にセパレータ８の仕切り板部３２の長手方向の両端を差し込むことにより、コア部２の図示上端部にタンク５が仮組み付けされる。
【００３０】
さらに、サイドキャップ９の入口側接続部４４および出口側接続部４５に入口パイプおよび出口パイプの接続側部を差し込む。これにより、コア部２の図示上端部にタンク５を設置し、且つタンク５の側面に２本の出入口パイプを接続した熱交換器１の仮組み付けが終了する。次に、コア部２の図示上端部にタンク５を設置し、且つタンク５の側面に２本の出入口パイプを接続した熱交換器１を炉中に入れてろう材の溶融温度以上の温度で加熱することにより、熱交換器１の各接合箇所がろう付けされて熱交換器１が製造される。
【００３１】
［第１実施形態の作用］
次に、例えば自動車用空調装置のヒータコアに用いられる熱交換器１の作用を図１および図２に基づいて簡単に説明する。
【００３２】
エンジンのウォータジャケットで暖められたエンジン冷却水は、タンク５の側面、サイドキャップ９の入口側接続部４４に取り付けた入口パイプ内の入口側流路よりタンク５の入口側タンク室１２内に流入する。そして、入口側タンク室１２内に流入したエンジン冷却水は、その入口側タンク室１２に連通する複数のチューブ３のＵ字通路の上流側端よりＵ字通路内に流入してタンク５の出口側タンク室１３に向かう。
【００３３】
このように、複数のチューブ３のＵ字通路内を流れる際に、エンジン冷却水は隣設する２つのチューブ３間を通過する空気と熱交換して空気を加熱する。これによって、自動車の車室内は暖房される。そして、複数のチューブ３のＵ字通路の下流側端よりタンク５の出口側タンク室１３内に流入したエンジン冷却水は、タンク５の側面、サイドキャップ９の出口側接続部４５に取り付けた出口パイプを通ってエンジンのウォータジャケットへ向かう。
【００３４】
［第１実施形態の効果］
以上のように、コア部２の図示上端部にタンク５を設置し、且つタンク５の側面に２本の出入口パイプを接続した熱交換器１においては、タンク５の形状を従来の直方体形状から、タンク５のキャプセル７の前後方向の一方側が高く、他方側が低い段付き形状とし、サイドキャップ９の出入口パイプの入口側接続部４４の中心位置を、出口側接続部４５の中心位置より斜め図示上方にずらしたことにより、タンク５の幅は出入口パイプの外径（φｄ）の２倍（２ｄ）よりも小さい幅（２ｄ−β）となり、チューブ３の幅に対してシートメタル６およびキャプセル７等から構成されるタンク５の幅が極端に大きくなることはないため、チューブ３の根元部からエンジン冷却水の漏れが発生することはない。また、タンク５の小型化を図れるので、熱交換器１の取付スペースを十分に確保することができる。
【００３５】
また、セパレータ８の形状を図１に示した略ヘの字形状とすることにより、タンク５の入口側、出口側タンク室１２、１３内に生じるエア溜まりを最小に抑えることができる。また、２本の出入口パイプの入口側接続部４４および出口側接続部４５の形状を、出入口パイプの外形形状である円形状から楕円形状または長円形状に変形させる必要はないため、出入口パイプ内の流路と各入口側、出口側タンク室１２、１３との間に急拡大、急縮小の通路が形成されず、キャビテーションやエア溜まりの発生による異音が生じることはない。また、配管継手の加工が不要となるので、熱交換器１の製造コストを低減することができる。
【００３６】
そして、熱交換器１のキャプセル７にセパレータ８を組み付ける時に、キャプセル７の仮止め穴２８、２９にセパレータ８の突起部２６、２７を差し込んだ後に、突起部２６、２７をかしめるようにしている。それによって、キャプセル７に対してセパレータ８が傾斜することなく、熱交換器１の一体ろう付け前にセパレータ８をキャプセル７に仮組み付けすることができる。
【００３７】
また、シートメタル６とキャプセル７とで構成される筒状体（タンク本体）の長手方向の両端の開口部をサイドキャップ９、１０で塞ぐ時に、キャプセル７に仮止めしたセパレータ８の仕切り板部３２がサイドキャップ９、１０の切り溝４６、４８に嵌まり込むことにより、熱交換器１の性能低下を発生させる内部リーク、つまりタンク５の入口側タンク室１２から出口側タンク室１３へエンジン冷却水が漏れることを無くすことができる。
【００３８】
［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態を示したもので、熱交換器のキャップとセパレータとの組み付け方法を示した図である。
【００３９】
本実施形態では、サイドキャップ９の切り溝４６を、セパレータ８の仕切り板部３２全体が嵌まり込むことができるように、サイドキャップ９の筒状壁部４１の板厚分を残して閉塞壁部４３全体に形成している。つまり、サイドキャップ９の閉塞壁部４３の外周端部から筒状壁部４１までのＲ部にも切り込んで切り溝４６を形成することにより、セパレータ８がサイドキャップ９の筒状壁部４１の内壁面に隙間無く嵌め合わすことができるので、完全に内部リークを止めることができる。
【００４０】
［第３実施形態］
図４および図５は本発明の第３実施形態を示したもので、図４（ａ）、（ｂ）は熱交換器のセパレータの突起部を示した図で、図５は熱交換器のセパレータを示した図である。
【００４１】
本実施形態では、熱交換器１のタンク５のキャプセル７の仮止め穴２８、２９に嵌め込まれるセパレータ８の突起部２６、２７を、平面状の突起部２６、２７だけでなく、２次元的に切り曲げられた略への字形状の突起部２６、２７や略Ｕの字形状の突起部２６、２７を採用しても良い。
【００４２】
［他の実施形態］
本実施形態では、シートメタル６、キャプセル７、セパレータ８およびサイドキャップ９、１０によってタンク５を構成したが、１つの部材によってタンク５を構成しても良い。また、本実施形態では、本発明を自動車用空調装置のヒータコアに利用した例を説明したが、本発明を自動車用エンジン冷却装置のラジエータに利用しても良い。
【００４３】
また、セパレータ８の立ち壁部３１の長手方向の両端部に、図６に示したように、キャプセル７の長手方向の両端の内壁面またはサイドキャップ９、１０の筒状壁部４１、４２の内壁面との隙間を無くす（内部リークを防止する）ための凸状の嵌合部３６、３７を、図示上方に突出するように設けても良い。また、セパレータ８の立ち壁部３３の長手方向の両端部に、図６に示したように、シートメタル６の底壁部１４の長手方向の両端の内壁面またはサイドキャップ９、１０の筒状壁部４１、４２の内壁面との隙間を無くす（内部リークを防止する）ための凸状の嵌合部３８、３９を、図示下方に突出するように設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱交換器の組み付け状態を示した分解図である（第１実施形態）。
【図２】熱交換器のキャップの側面形状を示した側面図である（第１実施形態）。
【図３】熱交換器のキャップとセパレータとの組み付け方法を示した概略図である（第２実施形態）。
【図４】（ａ）は熱交換器のセパレータの突起部を示した斜視図で、（ｂ）は熱交換器のセパレータの突起部を示した斜視図である（第３実施形態）。
【図５】熱交換器のセパレータを示した斜視図である（第３実施形態）。
【図６】熱交換器の組み付け状態を示した分解図である（他の実施形態）。
【図７】熱交換器を示した斜視図である（従来の技術）。
【図８】熱交換器の側面形状を示した側面図である（従来の技術）。
【図９】熱交換器の側面形状を示した側面図である（従来の技術）。
【符号の説明】
１ 熱交換器
２ コア部
３ チューブ
４ コルゲートフィン
５ タンク
６ シートメタル
７ キャプセル
８ セパレータ
９ サイドキャップ
１０ サイドキャップ
１２ 入口側タンク室（第１タンク室）
１３ 出口側タンク室（第２タンク室）
２６ 突起部
２７ 突起部
２８ 仮止め穴
２９ 仮止め穴
４４ 入口側接続部
４５ 出口側接続部
４６ 切り溝
４８ 切り溝
Claims (5)
- 内部を流体が流れる複数のチューブと、これらのチューブの一端部が長手方向に接続される全体として筒状形状をなすタンクと、このタンクの長手方向の一端面に接続される２つの円管状パイプとを備えた熱交換器において、
前記筒状形状をなすタンクの幅方向の断面形状を、前記２つの円管状パイプのうちの一方側の第１円管状パイプが接続される幅方向の奥側の部分が、前記２つの円管状パイプのうちの他方側の第２円管状パイプが接続される幅方向の手前側の部分よりも高くなっている段付き形状にするとともに、
前記第１円管状パイプの接続部の中心位置を、前記第２円管状パイプの接続部の中心位置に対し、前記タンクの幅方向において斜め上方にずらしたことを特徴とする熱交換器。 - 請求項１に記載の熱交換器において、
前記タンクの幅は、前記２つの第１、第２円管状パイプの外径の総和よりも小さいことを特徴とする熱交換器。 - 請求項１または請求項２に記載の熱交換器において、
前記タンクは、前記複数のチューブの一端部に接続される筒状体と、
この筒状体の長手方向の両端に形成される開口部を閉塞するように接合される２つのサイドキャップと、
前記筒状体と前記２つのサイドキャップで囲まれた空間部を、前記第１円管状パイプ内の流路に連通する第１タンク室と前記第２円管状パイプ内の流路に連通する第２タンク室とに液密的に区画するセパレータと
を有することを特徴とする熱交換器。 - 請求項３に記載の熱交換器において、
前記セパレータは、前記筒状体との仮止めのための突起部を有することを特徴とする熱交換器。 - 請求項３または請求項４に記載の熱交換器において、
前記２つのサイドキャップには、前記セパレータの両端部が差し込まれる切り溝を有することを特徴とする熱交換器。
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