JP2017048988A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器において、簡素な構成でタンクの強度を維持しつつ、凝縮水の排水性を高める。
【解決手段】熱交換器１０において、第１及び第２ヘッダ１２、１４を接続するチューブ１６の一端部及び他端部には、幅方向に押し潰され幅狭状に形成された挿入部３８ａ、３８ｂをそれぞれ有し、前記挿入部３８ａ、３８ｂが前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の底壁部へ挿入され接続されている。また、この挿入部３８ａ、３８ｂは、第１及び第２ヘッダ１２、１４の内部を２分割する第１及び第２仕切板２４、３０を回避するように設けられると共に、前記チューブ１６の内部を貫通する流路３６を閉塞することがないように形成される。このような構成とすることで、空気の流れ方向に沿って並列配置される一対のチューブ１６の隙間Ｄを小さく設定でき、該チューブ１６の間を通じた凝縮水の排水性を高めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内部に冷媒を流通させ、外部に空気を通過させることで該冷媒と熱交換を行って前記空気の熱交換を行うことが可能な熱交換器に関する。

従来から、自動車等の車両に用いられる車両用空調装置において、内部に冷媒を流通させることで通過する空気を冷却するエバポレータ等の熱交換器が用いられている。

この熱交換器は、例えば、特許文献１に示されるように、一組のヘッダと、前記ヘッダの間に接続される複数のチューブと、前記チューブの間に設けられた複数のフィンとを備え、前記チューブは、前記熱交換器における空気の流れ方向に沿って２列となるように所定間隔離間して設けられている。このチューブには、熱交換器を空気が通過する際、空気中の水分が冷却され凝縮水として付着するため、該凝縮水が熱交換器に留まることがないように排水させるための排水促進部材が設けられている。この排水促進部材は、中空状に形成され、一方のチューブと他方のチューブとの間に固定されている。

そして、チューブやフィンに付着した凝縮水は、該チューブに沿って重力方向下方へと排水されると同時に、キャピラリ効果によって排水促進部材側へと導かれた後、前記排水促進部材に沿って下方へと排水される。

特許第４７７４２９５号公報

しかしながら、上述した熱交換器では、凝縮水を排水するための排水促進部材をチューブ毎に設けているため、部品点数及び製造コストの増加を招くと共に組付工数の増加を招くという問題がある。

一方、上述したような排水促進部材を設けることなく、空気の流れ方向において上流側のチューブと下流側のチューブとの間の隙間が小さくなるように配置することで排水性を高めることも考えられる。しかしながら、この場合、チューブを互いに接近させることで、該チューブの接続されるヘッダ内に設けられ、該ヘッダ内を２分割している仕切板を薄くする必要が生じるため、前記仕切板によって維持されているヘッダの強度が低下してしまうこととなる。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、簡素な構成でタンクの強度を維持しつつ、凝縮水の排水性を高めることが可能な熱交換器を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、互いに間隔をおいて配置される一組のタンクと、長手方向に沿った両端部がそれぞれタンクに接続される複数のチューブと、隣接するチューブの間に設けられる複数のフィンとを有し、仕切板によってタンクの内部がフィンを通過する空気の流れ方向上流側と下流側とに分割され、且つ、チューブが流れ方向に沿って並列に設けられる熱交換器において、
チューブの端部には、流れ方向において少なくとも仕切板側が幅狭状に形成された挿入部を有し、挿入部を介してタンクと接続されると共に、仕切板の板厚がタンクの板厚以上に設定され、且つ、チューブの内部に形成され冷媒の流通する複数の流路のうち、最も仕切板側となる流路の孔寸法が、流れ方向においてチューブにおける挿入部の幅方向絞り代よりも大きく設定されることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器において、複数のチューブの端部に、フィンを通過する空気の流れ方向において少なくとも仕切板側が幅狭状に形成された挿入部を設け、挿入部を介してタンクとチューブとを接続すると共に、タンクの内部を分割する仕切板の板厚をタンクの板厚以上に設定し、且つ、チューブの内部に形成される複数の流路のうち、最も仕切板側となる流路の孔寸法を、流れ方向においてチューブにおける挿入部の幅方向絞り代よりも大きく設定している。

従って、仕切板の板厚を薄くすることなくタンクの板厚と同等以上に確保した状態で、空気の流れ方向の上流側に設けられたチューブと、空気の流れ方向の下流側に設けられたチューブとの隙間を小さくして配置することが可能となる。

その結果、チューブの端部に挿入部を設けるという簡素な構成で、仕切板によるタンクの強度を確保しつつ、熱交換器を通過する空気中の水分が凝縮水としてチューブ等へと付着した際に、並列且つ近接して配置されたチューブ間の隙間において、キャピラリ効果によって互いに引き合った凝縮水を重力方向下方へと好適に排水させることが可能となる。

また、流路を、チューブの幅方向に分割させ複数設けるとよい。

さらに、仕切板には、並列に配置されたチューブの一部がそれぞれ挿入される凹部を形成することにより、一方のチューブと他方のチューブとをより接近させ隙間を小さくして配置することが可能となる。

またさらに、凹部は、チューブの端部が当接するように形成することにより、チューブの長手方向に沿った位置決めが容易になされる。

また、挿入部は、仕切板側とは反対側となる幅方向外側が幅狭状に形成され、仕切板から最も離間した流路の孔寸法を、挿入部の幅方向絞り代よりも大きく設定することにより、チューブの接続されるタンクをより小型化することが可能となる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、熱交換器において、複数のチューブの端部に、フィンを通過する空気の流れ方向において少なくとも仕切板側が幅狭状に形成された挿入部を設け、挿入部を介してタンクとチューブとを接続すると共に、タンクの内部を分割する仕切板の板厚をタンクの板厚以上に設定し、且つ、チューブの内部に形成される複数の流路のうち、最も仕切板側となる流路の孔寸法を、流れ方向においてチューブにおける挿入部の幅方向絞り代よりも大きく設定することにより、仕切板の板厚を薄くすることなくタンクの板厚と同等以上とすることができるため、タンクの強度を確保することができ、しかも、並列配置されたチューブ間の隙間を小さく設定できるため、チューブに付着した凝縮水をキャピラリ効果によって隙間を通じて重力方向下方へと好適に排水させることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の外観斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２におけるチューブ端部近傍を示す拡大断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器の全体断面図である。 図６Ａは、図５のＶＩＡ−ＶＩＡ線に沿った一部省略断面図であり、図６Ｂは、図５のＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った一部省略断面図である。

本発明に係る熱交換器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器を示す。

この熱交換器１０は、図１及び図２に示されるように、例えば、その内部に冷媒の流通するエバポレータとして用いられ、一組の第１及び第２ヘッダ（タンク）１２、１４と、前記第１ヘッダ１２と第２ヘッダ１４との間を接続する複数のチューブ１６と、前記チューブ１６の間に設けられ波状に折曲された複数のフィン１８とを含み、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の幅方向と直交する熱交換器１０の厚さ方向（矢印Ａ１方向）に空気が通過することで前記冷媒との熱交換が行われる。

この第１ヘッダ１２は、その一端部に冷媒の供給・排出される導入管２０及び導出管２２が設けられ、その内部が幅方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）と直交する厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に第１仕切板２４によって２分割されている。すなわち、第１ヘッダ１２の内部は、厚さ方向中央に設けられた第１仕切板２４によって背面側と表面側となる２分割された第１及び第２空間部２６、２８が形成される。なお、第１空間部２６が空気の流れ方向の下流側（矢印Ａ１方向）、第２空間部２８が空気の流れ方向の上流側（矢印Ａ２方向）となるように設けられる。

一方、第２ヘッダ１４は、第１ヘッダ１２と同様に、その内部が厚さ方向中央に設けられた第２仕切板３０によって厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に２分割され、その背面側と表面側となる第３及び第４空間部３２、３４が形成される。なお、第３空間部３２が空気の流れ方向の下流側（矢印Ａ１方向）、第４空間部３４が空気の流れ方向の上流側（矢印Ａ２方向）となるように設けられる。

この第２仕切板３０には、複数の連通口３５が形成され、該第２仕切板３０によって分割された第３空間部３２と第４空間部３４とを連通させている。

図２に示されるように、この第１及び第２仕切板２４、３０の板厚ｔ１は、第１及び第２ヘッダ１２、１４を構成するプレート材の板厚ｔ２と略同等若しくは厚く設定される（ｔ１≧ｔ２）。

また、第１及び第２仕切板２４、３０を第１及び第２ヘッダ１２、１４の厚さ中心に設けることで、中空状に形成された前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の強度を向上させている。

チューブ１６は、図１〜図３に示されるように、例えば、アルミニウム材料からなる断面扁平状に形成され、所定長さを有した一直線状に形成される。このチューブ１６は、略鉛直方向（図１中、矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に延在し、第１及び第２ヘッダ１２、１４の幅方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿って互いに等間隔離間するように設けられると共に、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の厚さ方向（空気の流れ方向）に一対となるように所定間隔離間して２列に設けられる。

また、チューブ１６の内部には、図３及び図４に示されるように、冷媒の流通する複数（例えば、７本）の流路３６が長手方向（矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に沿って形成される。この流路３６は、例えば、断面矩形状に形成されチューブ１６の幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って互いに等間隔離間するように形成すると共に、該チューブ１６の一端部から他端部まで貫通している。

さらに、チューブ１６の一端部及び他端部には、幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に所定幅だけ絞られた幅狭状の一対の挿入部３８ａ、３８ｂが形成される。

この挿入部３８ａ、３８ｂは、例えば、チューブ１６の一端部及び他端部を幅方向端部をそれぞれ幅方向中央に向かって押し潰すことによって形成され、前記一端部及び他端部以外の部位に対して幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に潰し代（絞り代）Ｆ（図３参照）でそれぞれ均等に潰され形成される。そのため、挿入部３８ａ、３８ｂは、チューブ１６において、複数の流路３６のうち、最も幅方向外側に設けられた流路３６ａが押し潰されることでそれぞれ他の流路３６に対して幅狭となっている。

換言すれば、図３に示されるように、チューブ１６における流路３６ａの幅方向に沿った孔寸法Ｇが、挿入部３８ａ、３８ｂにおける幅方向の潰し代Ｆよりも大きくなるように形成されているため（Ｇ＞Ｆ）、前記流路３６ａが前記チューブ１６の一端部から他端部まで貫通して閉塞されることがなく、冷媒が流通可能に形成されている。

また、挿入部３８ａ、３８ｂは、チューブ１６の一端部及び他端部から中心方向に向かってそれぞれ所定長さで形成される。

そして、挿入部３８ａ、３８ｂは、第１及び第２ヘッダ１２、１４の底壁部に開口した挿入孔４０を介して所定長さだけ内部へと挿入された状態でろう付け等によって固定される。これにより、空気の流れ方向（矢印Ａ１方向）に沿って並列に配置された一対のチューブ１６は、その一端部が第１ヘッダ１２における第１及び第２空間部２６、２８と接続され、他端部が第２ヘッダ１４における第３及び第４空間部３２、３４と接続され、前記チューブ１６の流路３６を通じて前記第１ヘッダ１２と前記第２ヘッダ１４とが連通する。

この際、チューブ１６は、その一端部及び他端部が幅狭状となる挿入部３８ａ、３８ｂを有しているため、第１及び第２ヘッダ１２、１４の第１及び第２仕切板２４、３０を回避して接触することなく、隙間Ｄまで接近させて接続することが可能となる（図２参照）。

フィン１８は、例えば、アルミニウム材料等の薄板を成形することで断面波状に折曲され、第１及び第２ヘッダ１２、１４の幅方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に隣接配置された２つのチューブ１６に対して交互に接するように配置されると共に、波状の断面形状で熱交換器１０の厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って所定幅だけ延在するように形成されている。

本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、図示しない配管を通じて導入管２０から導入された冷媒は、図１及び図２に示されるように、第１ヘッダ１２の第１空間部２６へと供給され、接続された複数のチューブ１６を通じて下方（矢印Ｃ１方向）へと流れた後、第２ヘッダ１４の第３空間部３２へと導入される。

次に、この第３空間部３２へと供給された冷媒は、第２仕切板３０に開口した複数の連通口３５を通じて第２ヘッダ１４内で第４空間部３４側へと流れた後、上流側に配置された複数のチューブ１６を通じて上方（矢印Ｃ２方向）へと流れ、第１ヘッダ１２の第２空間部２８へと到達する。

そして、第１ヘッダ１２へと戻った冷媒が導出管２２から排出される。このように、第１ヘッダ１２と第２ヘッダ１４との間で複数のチューブ１６を循環する冷媒とフィン１８を通過する空気との間で熱交換がなされ、該空気が冷却されて下流側（矢印Ａ１方向）へと供給され、一方、該冷媒が加温されて導出管２２から導出され図示しない機器へと循環する。

この際、熱交換器１０を空気が通過して熱交換がなされる際、該空気に含まれた水分が冷媒によって冷却されることで凝縮水となりフィン１８及びチューブ１６の表面に付着する。この熱交換器１０では、空気の流れ方向（矢印Ａ１方向）に沿って２列となるように隣接配置された一対のチューブ１６の隙間Ｄ（図２〜図４参照）を小さく設定している。そのため、隙間Ｄにおいて、一方のチューブ１６に付着した凝縮水と、他方のチューブ１６に付着した凝縮水とがキャピラリ効果によって互いに引き合うことで、体積及び重力が増加し、前記隙間Ｄを介して重力方向下方（矢印Ｃ１方向）へと流れて排水される。その結果、フィン１８及びチューブ１６に付着した凝縮水を隣接配置されたチューブ１６に沿って好適に重力方向下方（矢印Ｃ１方向）へと排水することが可能となる。

以上のように、第１の実施の形態では、熱交換器１０を構成する複数のチューブ１６において、第１及び第２ヘッダ１２、１４に接続される一端部及び他端部に、空気の流れ方向に沿って幅狭状に形成された挿入部３８ａ、３８ｂをそれぞれ形成することで、空気の流れ方向（矢印Ａ１方向）に並列に配置された一対のチューブ１６を、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４内の第１及び第２仕切板２４、３０を薄くすることなく所定の板厚ｔ１を維持したままでより接近させて配置することが可能となる。

その結果、第１及び第２仕切板２４、３０の板厚ｔ１を維持することで、中空状の第１及び第２ヘッダ１２、１４の強度を確保しつつ、２列のチューブ１６の隙間Ｄを小さく配置することでチューブ１６に付着した凝縮水を該チューブ１６間の隙間Ｄを利用して好適に重力方向下方（矢印Ｃ１方向）へと導いて排水することができる。

また、挿入部３８ａ、３８ｂは、チューブ１６の幅方向に沿って両側から均等に潰し代Ｆで押し潰されて形成される場合に限定されるものではなく、例えば、第１及び第２仕切板２４、３０に臨む一方側（第１及び第２仕切板２４、３０側）のみを押し潰すように形成してもよい。

次に、第２の実施の形態に係る熱交換器１００を図５〜図６Ｂに示す。なお、上述した第１の実施の形態に係る熱交換器１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この第２の実施の形態に係る熱交換器１００では、第１及び第２ヘッダ１２、１４における第１及び第２仕切板１０２、１０４に各チューブ１０６の一部が挿入される凹部１０８ａ、１０８ｂが設けられている点で、第１の実施の形態に係る熱交換器１０と相違している。

この凹部１０８ａ、１０８ｂは、チューブ１０６に臨む第１及び第２仕切板１０２、１０４の両側面にそれぞれ断面半円状に窪んで形成され、且つ、前記チューブ１０６の本数と同数設けられている。そして、凹部１０８ａ、１０８ｂは、第１及び第２仕切板１０２、１０４の延在方向（矢印Ｈ方向）に沿って互いに等間隔離間するように形成される。すなわち、第１及び第２仕切板１０２、１０４の一側面側（矢印Ａ２方向）に設けられた凹部１０８ａと、他側面側（矢印Ａ１方向）に設けられた凹部１０８ｂとが前記延在方向と直交方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に一直線状となるように配置される（図６Ａ及び図６Ｂ参照）。

また、凹部１０８ａ、１０８ｂは、例えば、第１及び第２仕切板１０２、１０４をプレス加工で形成する際に同時に形成され、前記第１及び第２仕切板１０２、１０４において、第１及び第２ヘッダ１２、１４の底面に対して挿入されるチューブ１０６の挿入代に応じた高さで形成される（図５参照）。

換言すれば、第１仕切板１０２における凹部１０８ａ、１０８ｂは、第２仕切板１０４側（矢印Ｃ１方向）となる端部近傍に設けられ、一方、前記第２仕切板１０４における凹部１０８ａ、１０８ｂは、前記第１仕切板１０２側（矢印Ｃ２方向）となる端部近傍に設けられる。

そして、凹部１０８ａ、１０８ｂには、第１及び第２ヘッダ１２、１４において各チューブ１０６における挿入部１１０ａ、１１０ｂの端部が挿入され、該凹部１０８ａ、１０８ｂの端壁１１２に前記端部が当接することで長手方向（矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に沿って位置決めされた状態で固定される。

また同時に、各チューブ１０６が、凹部１０８ａ、１０８ｂによって第１及び第２仕切板１０２、１０４の延在方向（図６Ａ及び図６Ｂ中、矢印Ｈ方向）に沿った位置に位置決めされると共に、空気の流れ方向（矢印Ａ１方向）に沿ったチューブ１０６間の隙間Ｄ´が所定間隔に維持された状態で保持される。すなわち、第１の実施の形態に係る熱交換器１０と比較し、凹部１０８ａ、１０８ｂの分だけさらに空気の流れ方向に沿って並列に配置されるチューブ１０６同士を互いに近接させて配置することができる（Ｄ＞Ｄ´）。

これにより、複数のチューブ１０６が、第１及び第２仕切板１０２、１０４の凹部１０８ａ、１０８ｂを介して所定位置へと正確に位置決めされた状態で固定される。

以上のように、第２の実施の形態では、第１及び第２ヘッダ１２、１４の内部に設けられた第１及び第２仕切板１０２、１０４にチューブ１０６の一部が挿入され保持される凹部１０８ａ、１０８ｂを設けることで、空気の流れ方向（矢印Ａ１方向）に並列に配置された一対のチューブ１０６を、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４内の第１及び第２仕切板１０２、１０４を薄くすることなく、しかも、上述した第１の実施の形態に係る熱交換器１０と比較してさらにチューブ１０６同士を接近させ配置することが可能となる。

その結果、２列のチューブ１０６の隙間Ｄ´をさらに小さく配置することができ、それに伴って前記チューブ１０６に付着した凝縮水を該チューブ１０６間の隙間Ｄ´を利用してさらに好適に重力方向下方（矢印Ｃ１方向）へと導いて排水することができる。

また、空気の流れ方向において並列となるチューブ１０６を互いに寄せて配置することで、第１の実施の形態に係る熱交換器１０と比較し、より幅広なチューブ１０６を採用することが可能となるため、内部を流れる冷媒の流通抵抗を低減することができると共に、前記冷媒の流通量を増加させることが可能となるため熱交換性能の向上を図ることができる。

さらに、凹部１０８ａ、１０８ｂを利用して各チューブ１０６を第１及び第２仕切板１０２、１０４に組み付けることで、各チューブ１０６を第１及び第２ヘッダ１２、１４に対して正確に位置決めして組み付けることができるため、熱交換器１００の組付精度を向上させ、品質をより一層高めることが可能となる。

さらにまた、凹部１０８ａ、１０８ｂは、第１及び第２仕切板１０２、１０４をプレス成形する際に同時に形成することができるため、熱交換器１００の製造工数の増加を招くことなく形成することができ好適である。

なお、本発明に係る熱交換器は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、１００…熱交換器 １２…第１ヘッダ
１４…第２ヘッダ １６、１０６…チューブ
２４、１０２…第１仕切板 ３０、１０４…第２仕切板
３６、３６ａ…流路
３８ａ、３８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ…挿入部
１０８ａ、１０８ｂ…凹部

Claims (5)

1. 互いに間隔をおいて配置される一組のタンクと、長手方向に沿った両端部がそれぞれ前記タンクに接続される複数のチューブと、隣接する前記チューブの間に設けられる複数のフィンとを有し、仕切板によって前記タンクの内部が前記フィンを通過する空気の流れ方向上流側と下流側とに分割され、且つ、前記チューブが前記流れ方向において並列に設けられる熱交換器において、
   前記チューブの端部には、前記流れ方向において少なくとも前記仕切板側が幅狭状に形成された挿入部を有し、前記挿入部を介して前記タンクと接続されると共に、前記仕切板の板厚が前記タンクの板厚以上に設定され、且つ、前記チューブの内部に形成され冷媒の流通する複数の流路のうち、最も前記仕切板側となる前記流路の孔寸法が、前記流れ方向において前記チューブにおける前記挿入部の幅方向絞り代よりも大きく設定されることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１記載の熱交換器において、
   前記流路は、前記チューブの幅方向に分割され複数設けられることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は２記載の熱交換器において、
   前記仕切板には、並列に配置された前記チューブの一部がそれぞれ挿入される凹部が形成されることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項３記載の熱交換器において、
   前記凹部は、前記チューブの端部が当接するように形成されることを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器において、
   前記挿入部は、前記仕切板側とは反対側となる幅方向外側が幅狭状に形成され、前記仕切板から最も離間した前記流路の孔寸法が、前記挿入部の幅方向絞り代よりも大きく設定されることを特徴とする熱交換器。

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