JP2005283020A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用空調装置に用いられる熱交換器において、チューブの幅方向の温度勾配に対応した冷媒の流れを作り出して、熱交換性を向上させる。
【解決手段】隣接するもの同士の間に空気の流通する隙間を確保した状態で厚さ方向に積層された複数の扁平なチューブ１１０と、内部に流体の流れる流通路１５１を有しチューブの積層方向に沿って配設されると共に各チューブの長手方向両端１１１がそれぞれ接合されることで、流通路が各チューブの内部通路に連通された一対のヘッダタンク１４０とを有し、チューブの積層部に対して、チューブの幅方向の一端側より空気を流入させて他端側へ流出させる熱交換器において、ヘッダタンク１４０の流通路１５１の幅をチューブ１１０の幅よりも小さく設定し、その流通路の幅方向の中心Ｌ１を、チューブ１１０の幅方向の中心Ｌ２より空気流入側へオフセットさせた。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数積層されたチューブの長手方向の両端にヘッダタンクを接合した、空調用の熱交換器に関する。

例えば、車両用空調装置に使用される熱交換器は常に小型化が求められており、熱交換器全体の小型化の要求に沿って、ヘッダタンクの小型化も進められている。

従来の熱交換器として、ヘッダタンク内部の流通路の幅をチューブの幅よりも小さくすることで、ヘッダタンクの小型化を図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３１４９８７号公報

ところで、特許文献１に記載の技術のように、ヘッダタンクの流通路の幅をチューブの幅よりも小さくすると、ヘッダタンクからチューブへ冷媒が流れ込む際に、チューブの幅方向全域に均一にヘッダタンクから冷媒が流れ込まなくなる。つまり、ヘッダタンクの流通路の幅方向中心に近い位置にはたくさんの冷媒が流れ込むが、中心から離れるほど冷媒が流れ込みにくくなる。従って、チューブ内の幅方向に対し、冷媒の流れが集中するところと集中しないところとができることになる。

このことは、ヘッダタンクの流通路の幅をチューブの幅よりも小さくした場合に避けられないことではあるが、従来では、チューブの幅方向の中心部に冷媒の流れが集中するようになっていたため、熱交換性が悪くなっていた。

すなわち、熱交換器では、熱交換媒体である空気の流入側が最も空気と冷媒の温度差が大きく、流出側に行くほと温度差が小さくなる傾向がある。つまり、チューブの幅方向に温度勾配が存在しており、従って、空気の流入側に対し多くの冷媒を流して熱交換を促進させるのが、熱交換効率の上からは最も好ましい。しかし、従来の熱交換器におけるヘッダタンクからチューブへの冷媒の流れは、この温度勾配を解消するための最良の条件を満たすものとはなっていなかった。

本発明の目的は、チューブの幅方向の温度勾配に対応した冷媒の流れを作り出して、熱交換性の向上を図った熱交換器を提供することにある。

請求項１の発明は、隣接するもの同士の間に空気の流通する隙間を確保した状態で厚さ方向に積層された複数の扁平なチューブと、内部に流体の流れる流通路を有し前記チューブの積層方向に沿って配設されると共に各チューブの長手方向両端がそれぞれ接合されることで、前記流通路が各チューブの内部通路に連通された一対のヘッダタンクと、を有し、前記チューブの積層部に対して、チューブの幅方向の一端側より熱交換のための空気を流入させて他端側へ流出させる熱交換器において、少なくとも一方の前記ヘッダタンクの流通路の幅を前記チューブの幅よりも小さく設定し、且つ、その流通路の幅方向の中心を、前記チューブの幅方向の中心より、前記熱交換のための空気の流入側へオフセットさせたことを特徴とする。

請求項２の発明は、隣接するもの同士の間に空気の流通する隙間を確保した状態で厚さ方向に積層された複数の扁平なチューブと、内部に流体の流れる流通路を有し前記チューブの積層方向に沿って配設されると共に各チューブの長手方向両端がそれぞれ接合されることで、前記流通路が各チューブの内部通路に連通された一対のヘッダタンクと、を有し、前記チューブの積層部に対して、チューブの幅方向の一端側より熱交換のための空気を流入させて他端側へ流出させる熱交換器において、少なくとも一方の前記ヘッダタンクの流通路の幅を前記チューブの幅よりも小さく設定し、且つ、前記チューブの幅方向の中心を基準にして前記流通路の断面を、前記熱交換のための空気の流入側と流出側とに区分した場合に、流入側の方が面積が大きくなるように、前記流通路の断面を片寄った形状に設定したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記ヘッダタンクに接合されたチューブの端部とヘッダタンク内の流通路との間に、流通路からの冷媒の流れをチューブの幅全域に広げるための連絡空間を設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ヘッダタンクの流通路の幅をチューブの幅よりも小さく設定して、ヘッダタンクの小型化を図るものの、その流通路の幅方向の中心を、チューブの幅方向の中心より空気流入側へオフセットさせたので、最も熱交換流体の温度差の大きい流入側へ冷媒を集中して流すことができる。従って、チューブの温度勾配の低減が図れ、且つ、熱交換流体の温度差が大きい箇所において最も効率よく熱交換を行うことができるようになり、熱交換効率の向上が図れる。

請求項２の発明によれば、ヘッダタンクの流通路の幅をチューブの幅よりも小さく設定して、ヘッダタンクの小型化を図るものの、チューブの幅方向の中心を基準にして流通路の断面を空気流入側と流出側とに区分した場合に、流入側の方が面積が大きくなるように流通路の断面を片寄った形状に設定したので、最も熱交換流体の温度差の大きい流入側へ冷媒を集中して流すことができる。従って、チューブの温度勾配の低減が図れ、且つ、熱交換流体の温度差が大きい箇所において最も効率よく熱交換を行うことができるようになり、熱交換効率の向上が図れる。

請求項３の発明によれば、チューブの端部とヘッダタンク内の流通路との間に、流通路からの冷媒の流れをチューブの幅全域に広げるための連絡空間を設けたので、ヘッダタンクからの冷媒をチューブの幅方向全域にできるだけ行き渡らせることができ、熱交換性能の向上を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態となる実施例を図面を参照しながら説明する。

最初に、各実施例に共通な熱交換器の全体構成について説明する。図３は、各実施例に係わる熱交換器の全体構成を示す正面図である。

この熱交換器１００は、コア部１０１及び両端のヘッダタンク１４０とから構成されされている。

コア部１０１は、内部を冷媒が流通する複数の扁平なチューブ１１０と、波形に形成された複数のフィン１２０とを交互に積層し、最外側フィン１２０の更に外側に断面略コ字形状の強度部材としてのサイドプレート１３０を配設したものであり、一体にロウ付け接合されている。

扁平なチューブ１１０は、隣接するもの同士の間に空気の流通する隙間を確保した状態で互いに平行に厚さ方向に積層されており、チューブ１１０間の各隙間にフィン１２０が配設されている。

ヘッダタンク１４０は、コア部１０１の両端、即ち複数のチューブ１１０の長手方向の両端部１１１に配設されており、内部に、チューブ１１０の積層方向に沿って延びる流通路１５１を有している。ヘッダタンク１４０には各チューブ１１０の端部１１１がロウ付け接合されており、ヘッダタンク１４０の内部に設けられた流通路１５１と、全チューブ１１０の内部通路とが互いに連通されている。

両ヘッダタンク１４０の長手方向端部には、流通路１５１の両端を塞ぐエンドキャップ１８０がロウ付けされている。図中左側のヘッダタンク１４０内には、内部の流通路１５１を長手方向に仕切るセパレータ１４１がロウ付けされている。そして、左側のヘッダタンク１４０のセパレータ１４１よりも上側には入口ジョイント１９１が、また下側には出口ジョイント１９２がそれぞれロウ付けされている。

図１は、実施例１に係わる熱交換器の要部断面図であり、図３のＡ−Ａ矢視断面図に相当する。

ヘッダタンク１４０は、内部に冷媒の流れる流通路１５１を形成した断面略Ω形状のタンク本体１４２と、各チューブ１１０を接続するための複数のチューブ挿入孔１４３ａを有する断面略コ字形状のヘッダプレート１４３と、タンク本体１４２内の流通路１５１とチューブ１１０の端部１１１との間に連絡空間１４５を形成する開口１４４ａを有する中間プレート１４４とを備えて構成されている。

タンク本体１４２は、流通路１５１を内部に形成するＵ字状の湾曲壁部１４２ａと、その幅方向両端に延設されたフランジ部１４２ｂとを有する断面略Ω形状のものであり、フランジ部１４２ｂをヘッダプレート１４３の底板上に中間プレート１４４を介して重ね合わせ、ヘッダプレート１４３の幅方向両端の起立壁１４３ｂをフランジ部１４２ｂを包むようにカシメ固定して、その状態でロウ付けすることにより、中間プレート１４４を挟んだ状態でヘッダプレート１４３と一体化されている。

チューブ１１０は、内部に図示しない複数の冷媒流路を有する押出成形材であり、両端部１１１がヘッダプレート１４３の各チューブ挿入孔１４３ａに挿入されて、ロウ付け接合されている。この熱交換器１００は、チューブ１１０の積層部に対して、チューブ１１０の幅方向の一端側より熱交換のための空気を流入させて他端側へ流出させる（空気流通方向を矢印Ｙで示す）ことで、チューブ１１０の内部を流通する冷媒と空気との間で熱交換するように構成されている。

この実施例１に特徴的な構成としては、ヘッダタンク１４０内の流通路１５１の幅をチューブ１１０の幅よりも小さく設定するとともに、その流通路１５１の幅方向の中心Ｌ１を、チューブ１１０の幅方向の中心Ｌ２より空気流入側へ寸法Ｈ１だけオフセットさせたことにある。また、チューブ１１０の端部１１１とヘッダタンク１４０内の流通路１５１との間に、厚さＤの中間プレート１４４を介在させることで、流通路１５１からの冷媒の流れをチューブ１１０の幅全域に広げるための連絡空間１４５を確保している。

上記構成によれば、ヘッダタンク１４０の流通路１５１の幅をチューブ１１０の幅よりも小さく設定したことにより、ヘッダタンク１４０の小型化を図ることができる。また、その流通路１５１の幅方向の中心Ｌ１を、チューブ１１０の幅方向の中心Ｌ２よりも空気流入側へオフセットさせているので、最も熱交換流体の温度差の大きい空気流入側へ冷媒を集中して流すことができる。その結果、チューブ１１０の温度勾配の低減が図れ、且つ、熱交換流体の温度差が大きい箇所において最も効率よく熱交換を行うことができるようになって、熱交換効率の向上を図ることができる。さらに、チューブ１１０の端部１１１とヘッダタンク１４０内の流通路１５１との間に連絡空間１４５が確保されているので、ヘッダタンク１４０からの冷媒をチューブ１１０の幅方向全域にできるだけ行き渡らせることができ、その点からも熱交換性能の向上を図ることができる。

図２は、実施例２に係わる熱交換器の要部断面図であり、図３のＡ−Ａ矢視断面図に相当する。

この実施例２の特徴的な構成としては、ヘッダタンク１４０Ｂを構成するタンク本体１４２Ｂの断面形状を左右非対称としたことにある。すなわち、タンク本体１４２Ｂの湾曲壁部１４２ａの断面形状を左右非対称の略Ｕ字状に形成し、流通路１５１の断面の右側と左側の領域の大きさに差を持たせたことにある。それ以外の構成は実施例１と同様であるため説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

この実施例２においても、ヘッダタンク１４０Ｂの流通路１５１の幅をチューブ１１０の幅よりも小さく設定している。そして、チューブ１１０の幅方向の中心Ｌ２を基準にして流通路１５１の断面を、空気流入側ａと流出側ｂとに区分した場合、流入側ａの方が流出側ｂよりも面積が大きくなるように、流通路１５１の断面を片寄った形状に設定している。

上記のように構成した場合も、実施例１と同様に、最も熱交換流体の温度差の大きい空気流入側へ冷媒を集中して流すことができる。従って、チューブ１１０の温度勾配の低減を図ることができ、且つ、熱交換流体の温度差が大きい箇所において最も効率よく熱交換を行うことができるようになって、熱交換効率の向上を図ることができる。

なお、各実施例に示すヘッダタンク形状は、コア部１０１の両端に配置された各ヘッダタンク１４０おいて実施することが望ましいが、少なくとも一方の形状として採用することにより、上記効果を得ることができる。

実施例１に係わる熱交換器の要部断面図。 実施例２に係わる熱交換器の要部断面図。 各実施例に共通な熱交換器の全体構成を示す正面図。

符号の説明

１００…熱交換器
１０１…コア部
１１０…チューブ
１２０…フィン
１４０，１４０Ｂ…ヘッダタンク
１４２，１４２Ｂ…タンク本体
１４２ａ…湾曲壁部
１４２ｂ…フランジ部
１４３ａ…チューブ挿入孔
１４３ｂ…起立壁
１４４…中間プレート
１４４ａ…開口
１４５…連絡空間
１５１…流通路
Ｌ１…流通路の幅方向の中心
Ｌ２…チューブの幅方向の中心
ａ…流通路の断面の空気の流入側の領域
ｂ…流通路の断面の空気の流出側の領域

Claims (3)

1. 隣接するもの同士の間に熱交換媒体の流通する隙間を確保した状態で厚さ方向に積層された複数のチューブ（１１０）と、内部に流体の流れる流通路（１５１）を有し前記チューブ（１１０）の積層方向に沿って配設されると共に各チューブ（１１０）の長手方向両端（１１１）がそれぞれ接合されることで、前記流通路（１５１）が各チューブ（１１０）の内部通路に連通された一対のヘッダタンク（１４０）とを有し、前記チューブ（１１０）の積層部に対して、チューブ（１１０）の幅方向の一端側より熱交換媒体を流入させて他端側へ流出させる熱交換器において、
   少なくとも一方の前記ヘッダタンク（１４０）の流通路（１５１）の幅を前記チューブ（１１０）の幅よりも小さく設定し、且つ、その流通路（１５１）の幅方向の中心（Ｌ１）を、前記チューブ（１１０）の幅方向の中心（Ｌ２）より、前記熱交換媒体の流入側へオフセットさせたことを特徴とする熱交換器。
2. 隣接するもの同士の間に熱交換媒体の流通する隙間を確保した状態で厚さ方向に積層された複数のチューブ（１１０）と、内部に流体の流れる流通路（１５１）を有し前記チューブ（１１０）の積層方向に沿って配設されると共に各チューブ（１１０）の長手方向両端（１１１）がそれぞれ接合されることで、前記流通路（１５１）が各チューブ（１１０）の内部通路に連通された一対のヘッダタンク（１４０Ｂ）とを有し、前記チューブ（１１０）の積層部に対して、チューブ（１１０）の幅方向の一端側より熱交換のための熱交換媒体を流入させて他端側へ流出させる熱交換器において、
   少なくとも一方の前記ヘッダタンク（１４０Ｂ）の流通路（１５１）の幅を前記チューブ（１１０）の幅よりも小さく設定し、且つ、前記チューブ（１１０）の幅方向の中心（Ｌ２）を基準として前記流通路（１５１）の断面を、前記熱交換媒体の流入側（ａ）と流出側（ｂ）とに区分したときに、流入側（ａ）の方が面積が大きくなるように形成したことを特徴とする熱交換器。
3. 前記ヘッダタンク（１４０）に接合されたチューブ（１１０）の端部（１１１）とヘッダタンク（１４０）内の流通路（１５１）との間に、流通路（１５１）からの冷媒の流れをチューブ（１１０）の幅全域に広げるための連絡空間（１４５）を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
   

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