JP2014001897A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】入口用タンクと出口用タンクとが近接して配置された熱交換器において、熱交換機能を向上させる。
【解決手段】第１のヘッダタンク２と第２のヘッダタンク３との間に第１のチューブ１５及び第２のチューブ６が接続され、各チューブ１５、１６にフィン１８を設けて夫々コア部４、５が形成されるとともに、第１のヘッダタンク２が入口用タンク６と出口用タンク７とをスペーサ８を介して接続して構成される車両の室内熱交換器において、スペーサ８に孔を設け、入口用タンク６と出口用タンク７との間の熱伝導経路を縮小させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、一対のヘッダタンクの間にコア部を備えた熱交換器に関する。

車両用空調装置等に用いられる熱交換器は、例えば平行に延びる一対のヘッダタンクの間を複数のチューブで接続し、当該チューブにフィンを設けてコア部が形成されており、一方のヘッダタンクからチューブを介して他方のヘッダタンクへ冷媒を通過させることで、コア部を通過する空気、即ちフィンの周囲を通過する空気とチューブを通過する冷媒とで熱交換を行なう機能を有する。

更に、近年では、一対のヘッダタンク(第１のヘッダタンク、第２のヘッダタンク)のうち第１のヘッダタンクを、平行に並べた２つのタンク(入口用タンク、出口用タンク)によって形成し、入口用タンクと第２のヘッダタンクとの間に第１のコア部を設け、第２のヘッダタンクと出口用タンクとの間に第２のコア部を設ける構成とする熱交換器が提案されている(特許文献１参照)。このような熱交換器では、第１のヘッダタンクと第２のヘッダタンクとの間に２つのコア部が並列に配置され、この一対のヘッダタンクの間で冷媒がＵターンするように通過させる構成となり、小型かつ熱交換効率の高い熱交換器とすることができる。

特開２００４−１２５３５２号公報

しかしながら、上記特許文献１のように入口用タンクと出口用タンクとによりヘッダタンクが形成されている熱交換器では、入口用タンクと出口用タンクとの間で熱伝導してしまい、入口用タンク内の冷媒と出口用タンク内の冷媒との温度差が減少して、熱交換器による熱交換機能を低下させてしまうといった問題点がある。

本発明は上述の事情に基づいてなされ、その目的とするところは、入口用タンクと出口用タンクとが近接して配置された熱交換器において、熱交換機能を向上させる熱交換器を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１の熱交換器は、互いに離間して設けられた第１のヘッダタンクと第２のヘッダタンクとの間に第１のチューブ及び第２のチューブが接続され、前記第１のチューブ及び前記第２のチューブにフィンを設けて夫々コア部が形成されるとともに、前記第１のヘッダタンクは、冷媒が流入する入口用タンクと、冷媒が排出される出口用タンクとを、接続部材により接続して構成され、前記入口用タンクに流入した冷媒が、前記第１のチューブを通過して前記第２のヘッダタンクに流入し、前記第２のヘッダタンクから前記第２のチューブを通過して前記出口用タンクに流入することで、前記第１のヘッダタンクと前記第２のヘッダタンクとの間に並列に設けられた複数の前記コア部で、夫々前記フィンの周囲を通過する流体と熱交換を行なう熱交換器であって、前記接続部材の前記入口用タンクと前記出口用タンクとの間の部位に、前記接続部材を介する熱伝導経路を縮小させた縮小部を設けたことを特徴とする。

また、請求項２の熱交換器は、請求項１において、前記接続部材は、前記入口用タンクと前記出口用タンクとの間に配置され、前記入口用タンクと前記出口用タンクとを接続するスペーサであって、前記縮小部は、前記スペーサの前記入口用タンクと前記出口用タンクとの間の部位に孔を設けて構成されることを特徴とする。
また、請求項３の熱交換器は、請求項１において、前記接続部材は、前記入口用タンクの端部と前記出口用タンクの端部とを共に閉塞するキャップであって、前記縮小部は、前記キャップの前記入口用タンクと前記出口用タンクとの間の部位に孔を設けて構成されることを特徴とする。

また、請求項４の熱交換器は、請求項１において、前記接続部材は、前記入口用タンクに接続された入口用配管と、前記出口用タンクに接続された出口用配管とを共に固定するフランジであって、前記縮小部は、前記フランジの前記入口用配管と前記出口用配管との間の部位に孔を設けて構成されることを特徴とする。
また、請求項５の熱交換器は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記熱交換器は、車両用空調装置の室内熱交換器であることを特徴とする。

本発明の請求項１の熱交換器によれば、入口用タンクと出口用タンクとから構成される第１のヘッダタンクと、第２のヘッダタンクとの間を第１のチューブ及び第２のチューブを介して冷媒がＵターンするように移動して、第１のヘッダタンクと第２のヘッダタンクとの間に並列に設けられた複数のコア部で夫々熱交換する構成であり、限られたスペースでコア部の総面積を増加させて熱交換効率を向上させることができる。

そして、冷媒が流入する入口用タンクと、冷媒が排出される出口用タンクとが接続部材で接続されているが、この接続部材の入口用タンクと出口用タンクとの間の部位に、熱伝導経路を縮小させた縮小部が設けられているため、入口用タンクと出口用タンクとの間での熱伝導が抑制される。したがって、入口用タンク内の冷媒と出口用タンク内の冷媒との温度差を維持して、熱交換器による熱交換機能を向上させることができる。

本発明の請求項２の熱交換器によれば、入口用タンクと出口用タンクとを接続するプレートに孔が設けられているため、プレートにおける入口用タンクと出口用タンクとの間の熱伝導経路が縮小され、プレートを介する入口用タンクと出口用タンクとの間での熱伝導を抑制して、熱交換器による熱交換機能の向上を図ることができる。

本発明の請求項３の熱交換器によれば、入口用タンクの端部と出口用タンクの端部とを共に閉塞するキャップに孔が設けられているため、キャップにおける入口用タンクと出口用タンクとの間の熱伝導経路を縮小させることができ、キャップを介する入口用タンクと出口用タンクとの間での熱伝導を抑制して、熱交換器による熱交換機能の向上を図ることができる。

本発明の請求項４の熱交換器によれば、入口用配管と出口用配管とを共に固定するフランジに孔が設けられているため、フランジにおける入口用配管と出口用配管との間の熱伝導経路を縮小させることができ、入口用配管と出口用配管との間、延いては入口用タンクと出口用タンクとの間での熱伝導を抑制して、熱交換器による熱交換機能の向上を図ることができる。

本発明の請求項５の熱交換器によれば、第１のヘッダタンクの入口用タンクと出口用タンクとを接続する接続部材に入口用タンクと出口用タンクとの間の熱伝導経路を縮小させる縮小部が設けられた構成により、入口用タンクと出口用タンクとの間での熱伝導が抑制され、熱交換機能の向上を図ることができ、第１のヘッダタンク及び第２のヘッダタンクとの間に複数のコア部を有する構成も加えて、車両用空調装置の室内熱交換器に好適な小型で熱交換効率の高い熱交換器とすることができる。

本発明の一実施形態にかかる室内熱交換器の構造を示す斜視図である。 本実施形態にかかる室内熱交換器の横断面図である。 本実施形態にかかる入口用タンクと出口用タンクとの間に配置されたスペーサの形状を示す説明図である。 他の実施形態のスペーサの形状を示す説明図である。 本実施形態にかかる第１のヘッダタンクの底部のキャップの形状を示す説明図である。 本実施形態にかかる入口用配管と出口用配管とを共に接続するフランジの形状を示す説明図である。

以下に本発明の一実施形態に係る室内熱交換器１(熱交換器)について図面を参照して説明する。
本発明の熱交換器は、例えば車両用空調装置に用いられるＨＶＡＣ（Heating Ventilation & Air Conditioning）ユニットに採用される。
ＨＶＡＣユニットは、車両の車室内前方側に搭載されており、送風ファン、及び室内蒸発器や室内凝縮器等の室内熱交換器１が内設されている。

室内熱交換器１は、冷媒が循環する冷媒回路が接続され、冷媒回路内を循環する冷媒と、車室内に導入される空気とで熱交換する機能を有する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる室内熱交換器１の構造を示す斜視図である。図２は、本実施形態にかかる室内熱交換器１の横断面図である。

図１、２に示すように、本実施形態の室内熱交換器１は、左右方向に互いに離間して平行に配置された一対のヘッダタンク（第１のヘッダタンク２、第２のヘッダタンク３）を有している。第１のヘッダタンク２と第２のヘッダタンク３との間には、後述する複数のチューブ１５、１６及びフィン１８からなる第１のコア部４及び第２のコア部５が配置されている。第１のコア部４、第２のコア部５、第１のヘッダタンク２及び第２のヘッダタンク３等の室内熱交換器１の部品は、例えばアルミニウムのように伝熱性の高い材質によって形成されており、各部品はろう付けによって互いに接続されている。

第１のヘッダタンク２は、数ｍｍ程度の間隔をおいて平行に並べた２本の円筒状のタンク（入口用タンク６、出口用タンク７）を有している。入口用タンク６と出口用タンク７との間には、上下方向に延びる平板状のスペーサ８（接続部材）が挟まれており、当該スペーサ８を介して入口用タンク６と出口用タンク７とが接続されている。また、第１のヘッダタンク２の底部には、入口用タンク６及び出口用タンク７の底部をともに閉塞するキャップ２１(接続部材)が設けられている。

入口用タンク６の上端には、冷媒回路の一部であり冷媒を導入する入口用配管９の一端が接続されるとともに、出口用タンク７の上端には、冷媒回路の一部であり冷媒を排出する出口用配管１０の一端が接続されている。
更に、入口用配管９及び出口用配管１０の他端には、冷媒回路を構成する配管と接続するためのフランジ２２(接続部材)が設けられている。
本実施形態の熱交換器１は、この入口用配管９、出口用配管１０及びフランジ２２を含めて一体的な構成となっている。

第２のヘッダタンク３は、数ｍｍ程度の間隔をおいて平行に並べた２本の円筒状のタンク（上流側中間タンク１１、下流側中間タンク１２）を有している。上流側中間タンク１１、下流側中間タンク１２との間には上下方向に延びる平板状の連通プレート１３が挟まれており、当該連通プレート１３を介して上流側中間タンク１１と下流側中間タンク１２とが接続されている。

入口用タンク６と上流側中間タンク１１との間には、上下方向に略等間隔をおいて複数の第１のチューブ１５が接続されている。また、出口用タンク７と下流側中間タンク１２との間にも、上下方向に略等間隔をおいて複数の第２のチューブ１６が接続されている。
第１のチューブ１５及び第２のチューブ１６は、夫々若干の厚みを有する平板状に形成されており、夫々内部に冷媒が通過するための複数の連通孔が左右両端の間を貫通するように設けられている。

上下方向に隣合う２つのチューブ１５、１６の間には、夫々薄板で波形に形成されたフィン１８が接続されている。当該フィン１８は、入口用タンク６と上流側中間タンク１１との間、及び出口用タンク７と下流側中間タンク１２との間に夫々配置されている。

なお、入口用タンク６と上流側中間タンク１１との間に設けられたフィン１８によって上記第１のコア部４が構成され、下流側中間タンク１２と出口用タンク７との間に設けられたフィン１８によって上記第２のコア部５が構成される。

また、上流側中間タンク１１と下流側中間タンク１２とを接続する連通プレート１３には、円筒状のパイプ１９が設けられている。パイプ１９は、両端の間を貫通する連通孔２０を有し、上流側中間タンク１１内の空間と下流側中間タンク１２内の空間とを連通するように設けられている。パイプ１９は、上下方向で隣合う２つのチューブ１５、１６の間に、夫々配置されている。

そして、ＨＶＡＣユニットに設けられた送風ファンによって、外気や内気が第２のコア部５、第１のコア部４の順番に通過して、車室内に導入されるような構成となっている。
以上のような本実施形態の室内熱交換器１では、入口用配管９から入口用タンク６に流入した冷媒は、入口用タンク６と上流側中間タンク１１とを接続する複数の第１のチューブ１５内を通過して、上流側中間タンク１１に流入する。このとき、第１のチューブ１５内を通過する冷媒と第１のコア部４のフィン１８の周囲を通過する空気との間で熱量が移動し、熱交換が行なわれる。

上流側中間タンク１１に流入した冷媒は、連通プレート１３に設けられた複数のパイプ１９を介して下流側中間タンク１２に流入する。
更に、下流側中間タンク１２に流入した冷媒は、出口用タンク７と下流側中間タンク１２とを接続する複数の第２のチューブ１６内を通過して、出口用タンク７に流入する。このときは、第２のチューブ１６内を通過する冷媒と第２のコア部５のフィン１８の周囲を通過する空気との間で熱量が移動し、熱交換が行なわれる。

このように、本実施形態の室内熱交換器１では、第１のヘッダタンク２と第２のヘッダタンク３との間を冷媒がＵターンするように移動して、２つのコア部４、５で夫々熱交換する構成であり、第１のヘッダタンク２と第２のヘッダタンク３との間の距離、及び各ヘッダタンク２、３の上下長さを抑えて室内熱交換器１を小型化しても、コア部４、５の総面積を確保して熱交換効率を向上させることができる。

図３は、本実施形態にかかる室内熱交換器の入口用タンク６と出口用タンク７との間に配置されたスペーサ８の形状を示す説明図である。図４は、他の実施形態のスペーサ８の形状を示す説明図である。
図３に示すように、本実施形態では更に、入口用タンク６と出口用タンク７との間に配置されたスペーサ８に複数の矩形状の孔２３が設けられている。
これにより、スペーサ８に孔２３を設けない場合と比較して、入口用タンク６とスペーサ８との接触面積が減少するとともに、出口用タンク７とスペーサ８との接触面積も減少する。

入口用タンク６と出口用タンク７とは、スペーサ８を介して接続されており、スペーサ８は入口用タンク６や出口用タンク７と同様にアルミニウム等の伝熱性を有する材質で形成されているので、入口用タンク６と出口用タンク７とはスペーサ８を介して熱伝導する。

しかしながら、上記のように、本実施形態では、スペーサ８に複数の矩形状の孔２３が設けられているので、スペーサ８の入口用タンク６と出口用タンク７との間の部位（ここではスペーサ８の全ての部位）において、熱伝導経路が縮小された構造となっている。なお、本実施形態では、スペーサ８に孔２３が設けられることで、スペーサ８全体が、熱伝導経路を縮小した縮小部となっている。

このように、本実施形態では、スペーサ８に孔２３が設けられ、入口用タンク６と出口用タンク７との間の部位で熱伝導経路が縮小された構造となっているので、入口用タンク６と出口用タンク７との間での熱伝導が抑制される。
なお、スペーサ８に設ける孔２３は、図４に示すように、上部から下部にかけて延びる１つの孔２３としてもよく、また、孔２３の形状も円形等のように矩形以外の形状にしてもよい。

図５は、本実施形態にかかる第１のヘッダタンク２の底部に設けられたキャップ２１の形状を示す説明図である。
図５に示すように、第１のヘッダタンク２の底部に設けられたキャップ２１は、近接して配置された円筒状の入口用タンク６及び出口用タンク７の底部をともに閉塞するように、繭型形状となっている。

そして、本実施形態では、キャップ２１における入口用タンク６と出口用タンク７との間の部位に、鼓形状の孔２４が設けられている。
これにより、キャップ２１は入口用タンク６と出口用タンク７との間の部位で、左右両端部２５（縮小部）のみで連結しており、キャップ２１を介する入口用タンク６と出口用タンク７との間の熱伝導経路が縮小した構造となっている。よって、入口用タンク６と出口用タンク７との間でのキャップ２１を介する熱伝導が抑制される。

なお、キャップ２１に設ける孔は、図５に示すような鼓形状に限定するものではなく、矩形状等の他の形状であってもよく、入口用タンク６と出口用タンク７との間の部位で熱伝導経路が縮小した構造となればよい。

図６は、本実施形態にかかる入口用配管９と出口用配管１０とを共に接続するフランジ２２の形状を示す説明図である。
図６に示すように、入口用配管９及び出口用配管１０の端部に設けられたフランジ２２は、離間して配置された入口用配管９の端部と出口用配管１０の端部とを接続する繭型の板状に形成されている。フランジ２２の中央部には、接続対象のフランジと接続するためのボルト孔またはねじ孔２６が設けられている。

そして、本実施形態では、フランジ２２における入口用配管９と出口用配管１０との間の部位に、ボルト孔またはねじ孔２６を挟んで矩形状の孔２７が２個設けられている。
これにより、フランジ２２は入口用配管９と出口用配管１０との間の部位で、左右両端部２８（縮小部）のみで連結しており、フランジ２２を介する入口用配管９と出口用配管１０との間の熱伝導経路が縮小した構造となっている。よって、入口用配管９と出口用配管１０との間での熱伝導が抑制される。更には、入口用配管９、フランジ２２及び出口用配管１０を介する入口用タンク６と出口用タンク７との間での熱伝導も抑制される。

以上のように、本実施形態では、入口用タンク６と出口用タンク７とを直接接続するスペーサ８及びキャップ２１、入口用タンク６と出口用タンク７とを間接的に接続するフランジ２７等の接続部材について、孔２３、２４、２７を設けることで入口用タンク６と出口用タンク７との間の熱伝導経路を縮小させ、入口用タンク６と出口用タンク７との間での熱伝導を抑制することができる。これにより、入口用タンク６内の冷媒と出口用タンク７内の冷媒との温度差を維持することができ、熱交換器１による熱交換機能の向上を図ることができる。

以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、スペーサ８、キャップ２１及びフランジ２２の３つの接続部材のうち、いずれか１個またはいずれか２個について孔２３、２４、２７を設け、入口用タンク６と出口用タンク７との間での熱伝導を抑制するようにしてもよい。

また、スペーサ８、キャップ２１及びフランジ２２の各接続部材において、孔２３、２４、２７の代わりにスリットを設け、入口用タンク６と出口用タンク７との間の熱伝導経路を縮小させてもよい。

また、本実施形態では、車両用空調装置の室内熱交換器１に本発明を適用しているが、車両の室外熱交換器のように、他の熱交換器にも採用可能である。また、車両以外の熱交換器に対しても、本発明を広く適用することが可能である。例えば、冷媒と空気とを熱交換する熱交換器だけでなく、冷媒と空気以外の流体物との間で熱交換する熱交換器に対しても本発明を適用することができる。

１ 室内熱換器（熱交換器）
２ 第１のヘッダタンク
３ 第２のヘッダタンク
４ 第１のコア部
５ 第２のコア部
６ 入口用タンク
７ 出口用タンク
８ スペーサ（接続部材、縮小部）
１５ 第１のチューブ
１６ 第２のチューブ
１８ フィン
２１ キャップ（接続部材）
２２ フランジ（接続部材）
２３、２４、２７ 孔
２５、２８ 左右両端部（縮小部）

Claims (5)

1. 互いに離間して設けられた第１のヘッダタンクと第２のヘッダタンクとの間に第１のチューブ及び第２のチューブが接続され、前記第１のチューブ及び前記第２のチューブにフィンを設けて夫々コア部が形成されるとともに、
   前記第１のヘッダタンクは、冷媒が流入する入口用タンクと、冷媒が排出される出口用タンクとを接続部材により接続して構成され、
   前記入口用タンクに流入した冷媒が、前記第１のチューブを通過して前記第２のヘッダタンクに流入し、前記第２のヘッダタンクから前記第２のチューブを通過して前記出口用タンクに流入することで、前記第１のヘッダタンクと前記第２のヘッダタンクとの間に並列に設けられた複数の前記コア部で、夫々前記フィンの周囲を通過する流体と熱交換を行なう熱交換器であって、
   前記接続部材の前記入口用タンクと前記出口用タンクとの間の部位に、前記接続部材を介する熱伝導経路を縮小させた縮小部を設けたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記接続部材は、前記入口用タンクと前記出口用タンクとの間に配置され、前記入口用タンクと前記出口用タンクとを接続するスペーサであって、
   前記縮小部は、前記スペーサの前記入口用タンクと前記出口用タンクとの間の部位に孔を設けて構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記接続部材は、前記入口用タンクの端部と前記出口用タンクの端部とを共に閉塞するキャップであって、
   前記縮小部は、前記キャップの前記入口用タンクと前記出口用タンクとの間の部位に孔を設けて構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記接続部材は、前記入口用タンクに接続された入口用配管と、前記出口用タンクに接続された出口用配管とを共に固定するフランジであって、
   前記縮小部は、前記フランジの前記入口用配管と前記出口用配管との間の部位に孔を設けて構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記熱交換器は、車両用空調装置の室内熱交換器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。

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