JP4248931B2

JP4248931B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4248931B2
Application number: JP2003141845A
Authority: JP
Inventors: 直久神山; 克巳上原
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: JP2004347160A; EP1479992A2; US20050006070A1; US7051796B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車等の車両に搭載される熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、自動車には、エンジン冷却用のラジエータや空調用のコンデンサ、オートマチック車用トランスミッションオイル冷却用のオイルクーラ（ＡＴＦクーラ）やエンジンオイル冷却用のオイルクーラ等、数々の熱交換器が配設されている。これらの熱交換器は、媒体が流通する複数の熱交換用チューブと、該熱交換用チューブに接続されたヘッダーパイプとから構成されており、ヘッダーパイプには、熱交換用チューブに連通する連通孔が形成されている。この連通孔は、媒体の流れ方向に対して上流側ほど大きく、下流側ほど小さく形成されており、これによって、ヘッダーパイプから熱交換用チューブに流れる媒体を均等に分配している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１６６３６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の熱交換器にあっては、媒体が連通孔を通過する際の流通抵抗が大きくなり、耐圧力（以下、対破壊圧強度ともいう）を保持するために、ヘッダーパイプの肉厚を大きくする必要があった。このため、熱交換器の重量が増大し、併せてコストアップの要因となるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、ヘッダーパイプから熱交換用チューブに流れる媒体を均等に分配すると共に、強度の大きいヘッダーパイプを有する熱交換器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記請求項１に記載された熱交換器は、内部に熱交換媒体が流通する熱交換用チューブとフィンとを交互に積層しつつ接合してコア部を形成し、該コア部の両端に一対のヘッダーパイプを接続した熱交換器であって、前記ヘッダーパイプのそれぞれを複数のヘッダーパイプ部材から構成すると共に、これらのヘッダーパイプ部材同士を、ヘッダーパイプの長手方向に間隔を隔てて形成された複数の連通孔を有するジョイント部材を介して互いに連通させたことを特徴とする。
【０００７】
前記請求項２に記載された熱交換器は、請求項１に記載の熱交換器であって、前記連通孔の孔径を、ヘッダーパイプ部材内における熱交換媒体の流れの上流側が大きく、下流側にいくにつれて徐々に小さくなるように構成したことを特徴とする。
【０００８】
前記請求項３に記載された熱交換器は、請求項１に記載の熱交換器であって、前記連通孔の孔ピッチを、ヘッダーパイプ部材内を流れる熱交換媒体の上流側が小さく、下流側にいくにつれて徐々に大きくなるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
前記請求項４に記載された熱交換器は、請求項１に記載の熱交換器であって、前記ジョイント部材をヘッダーパイプの長手方向に沿って複数配設すると共に、ヘッダーパイプ部材内のジョイント部材の間に、前記熱交換媒体の流れを制御する整流板を設けたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
前記請求項１に記載された熱交換器によれば、複数のヘッダーパイプ部材同士を、複数の連通孔を有するジョイント部材を介して互いに連通させているため、ヘッダーパイプの強度が大幅に向上する。ここで、熱交換器は圧力容器であるため、ヘッダーパイプを１本とした場合、耐圧力（対破壊圧強度）を保持するために大幅な肉厚アップが必要となる。しかし、本発明は、ヘッダーパイプを複数のヘッダーパイプ部材から構成し、これらのヘッダーパイプ部材同士をジョイント部材を介して連通しているため、個々のヘッダーパイプの受圧径が小さくなり、薄い肉厚で耐圧力を確保でき、かつ、最小限のコストで耐圧力を保持することができる。
【００１１】
前記請求項２に記載された熱交換器によれば、前記請求項１による効果に加えて、以下の効果を有する。即ち、請求項２においては、連通孔の孔径を、ヘッダーパイプ部材内を流れる媒体の上流側が大きく、下流側にいくにつれて徐々に小さくなるように構成しているため、連通孔のうち下流側に配置されたものの方が上流側に配置されたものよりも流通抵抗が大きく形成されているため、一方側のヘッダーパイプ部材から他方側のヘッダーパイプ部材に流通する媒体の流量がジョイント部材の長軸方向で均等になる。この結果、他方側のヘッダーパイプ部材から熱交換用チューブに対して、媒体が均等に分配される。
【００１２】
前記請求項３に記載された熱交換器によれば、連通孔の孔ピッチが下流側にいくにつれて大きくなっており、下流側に配置された連通孔の方が上流側よりも流通抵抗が大きく形成されているため、一方側のヘッダーパイプ部材から他方側のヘッダーパイプ部材に流通する媒体の流量がジョイント部材の長軸方向で均等になる。この結果、他方側のヘッダーパイプ部材から熱交換用チューブに対して、媒体が均等に分配される。
【００１３】
前記請求項４に記載された熱交換器によれば、ヘッダーパイプ部材内のジョイント部材の間に、前記媒体の流れを制御する整流板を設けているため、下流側に配置されたヘッダーパイプ部材への媒体の流れを適宜制御して、各々のジョイント部材の形態を同一に形成することができる。なお、この流れの制御については、流量を低減させることのほか、流れ方向を変更させることも含まれる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態による熱交換器１０を示す斜視図である。この図１に示すように、熱交換器１０は、上方に配設された上部ヘッダーパイプ１１と、下方に配設された下部ヘッダーパイプ１２と、これらの上部ヘッダーパイプ１１及び下部ヘッダーパイプ１２を上下に連結するコア部１３と、前記下部ヘッダーパイプ１２の側部に連結されたリキッドタンク１４とを備えている。なお、構成を明瞭にするため、図１ではフィンを省略している。また、後述するように、疑似熱交換路用部材１５よりも左側（同図のＬ側）は第１の熱交換器部であるオイルクーラ部１６に構成され、疑似熱交換路用部材１５よりも右側（同図のＲ側）は第２の熱交換器部であるコンデンサ部１７に構成されている。このコンデンサ部１７では、空調サイクル用の冷媒を冷却し、オイルクーラ部１６ではオートマチック車のトランスミッション用のオイルを冷却する。
【００１６】
前記上部ヘッダーパイプ１１は上下方向に当接した状態で配置されたヘッダーパイプ部材である上側パイプ１８と下側パイプ１９とから構成されており、これらの上側パイプ１８及び下側パイプ１９は複数の連通孔２０ａ，２１ａを有するジョイント部材２０，２１を介して相互に連通されている。また、上側パイプ１８は、長手方向の途中に設けられた２枚の円盤状の仕切壁２２，２３によって塞がれている。下側パイプ１９にも、上側パイプ１８の仕切壁２２，２３に対応する位置とリキッドタンク１４側とに仕切壁２４〜２６が設けられており、これらの仕切壁２４，２６の間に前記ジョイント部材２０，２１が配設されている。また、前記仕切壁２２，２３及び仕切壁２４，２５は、所定の間隔を隔てて配置されている。そして、下部ヘッダーパイプ１２も、前記上部ヘッダーパイプ１１と同様に近接したヘッダーパイプ部材である上側パイプ２７及び下側パイプ２８から構成されており、これらの上側パイプ２７及び下側パイプ２８同士を連通するジョイント部材２９〜３１や仕切壁３２〜３７が設けられている。また、前記コア部１３には、内部に熱交換用の媒体が流通する複数の熱交換用チューブ３８が上下方向に沿って並設されており、波状に形成されたフィン（図２参照）が、互いに隣接する熱交換用チューブ３８の間に配設されている。なお、前記仕切壁３２，３３及び仕切壁３６，３７も所定の間隔を隔てて配設されている。
【００１７】
図２は図１のＡ部を拡大した断面図、図３は図２のＢ−Ｂ線による断面図である。上側パイプ１８の下部及び下側パイプ１９の上部は、ジョイント部材２０，２１を介して連通している。このジョイント部材２０，２１は、仕切壁２４，２６の間に配置されており、ジョイント部材２０，２１を上下方向に貫通する複数の連通孔２０ａ，２１ａが形成されている。これらの連通孔２０ａは、図４及び図５に示すように、ジョイント部材２０の長手方向、即ち、図２に示すヘッダーパイプ１１内の熱交換媒体４２の流れ方向に沿って一定の間隔を隔てて合計５個配置されている。具体的には、ジョイント部材２０の連通孔２０ａは、全て同一の孔径Ｄ２０に形成され、これらの連通孔２０ａの孔ピッチＰ２０も全ての連通孔２０ａで同一となっている。ただし、連通孔２０ａの数は５個に限定されることなく、熱交換器の大きさや用途に合わせて適宜変更することが可能である。
【００１８】
本実施形態による熱交換器１０によれば、ヘッダーパイプ１１を構成する上側パイプ１８と下側パイプ１９がジョイント部材２０，２１を介して連通しているため、１本のヘッダーパイプよりも強度が大幅に向上する。仮に、１本のヘッダーパイプを楕円形状や長方形状に形成して縦長のヘッダーパイプとした場合、対破壊圧強度を保持するために肉厚を大幅に厚くする必要がある。即ち、上側パイプ１８と下側パイプ１９とを連通させると、断面形状から考えるとヘッダーパイプを上下方向に伸ばしたことと同じような作用を有することになるが、強度的には１つの閉断面よりは２つの閉断面から構成した方が有利となるため、最小限の材料費で対破壊圧強度を保持することができる。なお、前記熱交換媒体４２としてＨＦＣ１３４ａを用いた場合、熱交換器が安全に耐えうる最大圧力である対破壊圧強度は例えば９．９１ＭＰａであるが、本実施形態によれば、この対破壊圧強度を十分に保持することが可能である。
【００１９】
[第２の実施形態]
次いで、第２の実施形態による熱交換器４５について図６を用いて説明するが、前記第１の実施形態による熱交換器と同一の部位については同一の符号を付して説明を省略する。
【００２０】
本実施形態においては、ジョイント部材５０，５１の複数の連通孔５０ａ，５１ａの孔径Ｄ５０，Ｄ５１を熱交換媒体４２の下流側に向かうにつれて徐々に小さくなるように形成すると共に、孔ピッチＰ５０，Ｐ５１を全ての連通孔５０ａ，５１ａで同一となるように配置している。
【００２１】
ジョイント部材５０はジョイント部材５１よりも熱交換媒体４２の流れ方向の上流側に配置されており、それぞれのジョイント部材５０，５１に５個ずつの連通孔５０ａ，５１ａが配設されている。そして、ジョイント部材５０においては、熱交換媒体４２の流れの上流側（図６の左側）から下流側（図６の右側）に向かうにつれて孔径Ｄ５０は徐々に小さくなっているが、孔ピッチＰ５０は全ての連通孔５０ａについて一定となっている。また、ジョイント部材５１についても、熱交換媒体４２の流れの上流側（図６の左側）から下流側（図６の右側）に向かうにつれて孔径Ｄ５１は徐々に小さくなっているが、孔ピッチＰ５１は全ての連通孔５１ａについて一定となっている。なお、ジョイント部材５１における最も上流側の連通孔５１ａの孔径Ｄ５１は、ジョイント部材５０における最も下流側の連通孔５０ａの孔径Ｄ５０よりも小さく形成されている。また、連通孔５０ａ，５１ａの断面積の合計は、前記第１実施形態による連通孔２０ａ，２１ａの断面積の合計と同一に形成されているため、ジョイント部材５０，５１を通過する熱交換媒体４２の流量は第１実施形態と同一に構成されている。
【００２２】
本実施形態による熱交換器４５によれば、前記第１実施形態による効果である対破壊圧強度の向上以外にも、熱交換用チューブ３８に熱交換媒体４２を均等分配できるという作用効果を得ることができる。
【００２３】
図６に示すように、上側パイプ１８は上流側に配置された仕切壁２２によって塞がれているため、上側パイプ１８内を流れた熱交換媒体４２は、ジョイント部材５０，５１に形成された連通孔５０ａ，５１ａを介して下側パイプ１９に流れる。ここで、熱交換媒体４２は仕切壁２２に突き当たって流れが阻害されるため、上流側の方が下流側よりも下側パイプ１９へ流通しやすい。しかし、本実施形態によれば、連通孔５０ａ，５１ａの孔径Ｄ５０，Ｄ５１が下流側にいくにつれて小さくなっており、上流側に配置された連通孔５０ａ，５１ａの方が流通抵抗が大きく形成されているため、上側パイプ１８から下側パイプ１９に流れる熱交換媒体４２の流通量がヘッダーパイプ１１の長軸方向で均等になる。この結果、コンデンサ部１７を構成する熱交換用チューブ３８に対して、熱交換媒体４２が均等に分配される。
【００２４】
[第３の実施形態]
次いで、第３の実施形態による熱交換器について図７を用いて説明するが、前記第１及び第２の実施形態による熱交換器と同一の部位については同一の符号を付して説明を省略する。
【００２５】
本実施形態においては、ジョイント部材５２，５３の連通孔５２ａ，５３ａの孔ピッチＰ５２，Ｐ５３を熱交換媒体４２の下流側に向かうにつれて徐々に大きくなるように配置すると共に、全ての連通孔５２ａ，５３ａで孔径Ｄ５２，Ｄ５３が同一となるように形成している。
【００２６】
ジョイント部材５２はジョイント部材５３よりも熱交換媒体４２の流れ方向の上流側に配置されており、それぞれのジョイント部材５２，５３に５個ずつの連通孔５２ａ，５３ａが配設されている。そして、ジョイント部材５２においては、熱交換媒体４２の流れの上流側（図７の左側）から下流側（図７の右側）に向かうにつれて孔ピッチＰ５２は徐々に大きくなっているが、孔径Ｄ５２は全ての連通孔５２ａについて一定となっている。また、ジョイント部材５３についても、熱交換媒体４２の流れの上流側（図７の左側）から下流側（図７の右側）に向かうにつれて孔ピッチＰ５３は徐々に大きくなっているが、孔径Ｄ５３は全ての連通孔５３ａについて一定となっている。なお、ジョイント部材５３における最も上流側の連通孔５３ａの孔ピッチＰ５３は、ジョイント部材５２における最も下流側の連通孔５２ａの孔ピッチＰ５２よりも大きく形成されている。また、連通孔５２ａ，５３ａの断面積の合計は、前記第１実施形態による連通孔２０ａ，２１ａの断面積の合計と同一に形成されているため、ジョイント部材５２，５３を通過する熱交換媒体４２の流量は第１実施形態と同一に構成されている。
【００２７】
本実施形態による熱交換器４６によれば、前述した対破壊圧強度の向上以外にも、熱交換用チューブ３８に熱交換媒体４２を均等分配できるという作用効果を得ることができる。
【００２８】
図７に示すように、連通孔５２ａ，５３ａの孔ピッチＰ５２，Ｐ５３が下流側にいくにつれて大きくなっており、下流側に配置された連通孔５２ａ，５３ａの方が上流側よりも流通抵抗が大きく形成されているため、上側パイプ１８から下側パイプ１９に流れる熱交換媒体４２の流通量がヘッダーパイプ１１の長軸方向で均等になる。この結果、コンデンサ部１７を構成する熱交換用チューブ３８に対して、熱交換媒体４２が均等に分配される。
【００２９】
[第４の実施形態]
次いで、第４の実施形態による熱交換器について図８を用いて説明するが、前記第１〜第３の実施形態による熱交換器と同一の部位については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３０】
本実施形態においては、同一形態のジョイント部材５５，５６をヘッダーパイプ１１内における熱交換媒体４２の流れ方向（ヘッダーパイプ１１の長軸方向）に沿って配置し、これらのジョイント部材５５，５６の間における上側パイプ１８の内周面の上部に整流板５７を設けている。この整流板５７は、正面視略半円状に形成されており、熱交換媒体４２の流れ方向に直交する方向（上側パイプ１８の径方向）である下方に向けて延びている。
【００３１】
前記ジョイント部材５５においては、連通孔５５ａの孔ピッチＰ５５を熱交換媒体４２の下流側に向かうにつれて徐々に大きくなるように配置すると共に、全ての連通孔５２ａで孔径Ｄ５５が同一となるように形成している。また、ジョイント部材５６においても、連通孔５６ａの孔ピッチＰ５６を熱交換媒体４２の下流側に向かうにつれて徐々に大きくなるように配置すると共に、全ての連通孔５６ａで孔径Ｄ５６が同一となるように形成している。また、連通孔５５ａ，５６ａの断面積の合計は、前記第１実施形態による連通孔２０ａ，２１ａの断面積の合計と同一に形成されているため、ジョイント部材５５，５６を通過する熱交換媒体４２の流量は第１実施形態と同一に構成されている。また、前記整流板５７は熱交換媒体４２の流れ方向や流量を適宜制御するものであり、本実施形態では、ジョイント部材５５，５６の間に配置されているため、ジョイント部材５６の手前における熱交換媒体４２の流れの一部を止めることによって流速を低下させることができる。
【００３２】
本実施形態による熱交換器５４によれば、ジョイント部材５５，５６の間に整流板５７が配置されているため、ジョイント部材５６の手前における熱交換媒体４２の流れの一部を止めることによって流速を低下させ、これによって、ジョイント部材５５，５６の連通孔５５ａ，５６ａの孔径Ｄ５５，Ｄ５６及び孔ピッチＰ５５，Ｐ５６を同一にしても、熱交換用チューブ３８に熱交換媒体４２を均等に分配することができる。このように、１つの形態のジョイント部材５５，５６ですむため、コスト的に有利となる。
【００３３】
なお、本発明に係る熱交換器は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。
【００３４】
例えば、前記実施形態においては、ジョイント部材２０，２１，５０，５１，５２，５３，５５，５６の連通孔２０ａ，２１ａ，５０ａ，５１ａ，５２ａ，５３ａ，５５ａ，５６ａの孔径や孔ピッチを適宜変更して、熱交換用チューブ３８に熱交換媒体４２を均等に分配させている。しかし、下流側の分流量を低下させて、オイルクーラ部１６からの熱影響を低減することも可能である。
【００３５】
前述したように、コア部１３は高温側のオイルクーラ部１６と低温側のコンデンサ部１７とから構成されているため、コンデンサ部１７を構成する熱交換用チューブ３８のうちオイルクーラ部１６の近傍は、オイルクーラ部１６の熱影響を受けやすい。仮に、オイルクーラ部１６の熱がコンデンサ部１７に伝導すると、熱交換器全体の熱交換性能が低下するおそれがあるが、コンデンサ部１７のオイルクーラ部１６近傍における熱交換媒体４２の分流量を抑制すれば、オイルクーラ部１６からの熱影響を受けることがなく、高い熱交換性能を維持することができる。
【００３６】
また、第４の実施形態では、ジョイント部材５６の手前における熱交換媒体４２の流れの一部を止める整流板５７を設けたが、熱交換媒体４２の流れ方向を変えるような形状の整流板を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態による熱交換器を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ部を拡大した断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線による拡大断面図である。
【図４】第１実施形態によるジョイント部材を示す平面図である。
【図５】図４の側面図である。
【図６】第２実施形態による熱交換器の要部を示す断面図である。
【図７】第３実施形態による熱交換器の要部を示す断面図である。
【図８】第４実施形態による熱交換器の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，４５，４６，５４…熱交換器
１１…上部ヘッダーパイプ
１２…下部ヘッダーパイプ
１３…コア部
１８，２７…上側パイプ（ヘッダーパイプ部材）
１９，２８…下側パイプ（ヘッダーパイプ部材）
２０，２１，５０，５１、５２，５３，５５，５６…ジョイント部材
２０ａ，２１ａ，５０ａ，５１ａ，５２ａ，５３ａ，５５ａ，５６ａ…連通孔
３８…熱交換用チューブ
４２…熱交換媒体
５７…整流板

Claims

内部に熱交換媒体（４２）が流通する熱交換用チューブ（３８）とフィンとを交互に積層しつつ接合してコア部（１３）を形成し、該コア部（１３）の両端に一対のヘッダーパイプ（１１，１２）を接続した熱交換器であって、
前記ヘッダーパイプ（１１，１２）のそれぞれを複数のヘッダーパイプ部材（１８，１９，２７，２８）から構成すると共に、これらのヘッダーパイプ部材（１８，１９，２７，２８）同士を、ヘッダーパイプ（１１，１２）の長手方向に間隔を隔てて形成された複数の連通孔（２０ａ，２１ａ，５０ａ，５１ａ，５２ａ，５３ａ，５５ａ，５６ａ）を有するジョイント部材（２０，２１，５０，５１，５２，５３，５５，５６）を介して互いに連通させたことを特徴とする熱交換器。
前記連通孔（５０ａ，５１ａ）の孔径（Ｄ５０，Ｄ５１）を、ヘッダーパイプ部材（１８，１９）内における熱交換媒体（４２）の流れの上流側が大きく、下流側にいくにつれて徐々に小さくなるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記連通孔（５２ａ，５３ａ）の孔ピッチ（Ｐ５２，Ｐ５３）を、ヘッダーパイプ部材（１８，１９）内を流れる熱交換媒体（４２）の上流側が小さく、下流側にいくにつれて徐々に大きくなるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記ジョイント部材（５５，５６）をヘッダーパイプ（１１，１２）の長手方向に沿って複数配設すると共に、ヘッダーパイプ部材（１８，１９，２７，２８）内のジョイント部材（５５，５６）の間に、前記熱交換媒体（４２）の流れを制御する整流板（５７）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。