WO2011101910A1

WO2011101910A1 - 熱交換器

Info

Publication number: WO2011101910A1
Application number: PCT/JP2010/001069
Authority: WO
Inventors: 千葉朋広; 高橋優輝
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2012-08-19
Also published as: CN102753929A

Abstract

【課題】タンク部の小型化および軽量化、ひいては熱交換器全体の小型化および軽量化の要請に対応しつつ、各熱交換チューブにほぼ均等に熱媒体を流通させることが可能な、熱媒体の流動性に優れた熱交換器を提供する。【解決手段】熱媒体の入口側と出口側とにタンク部を備え、両タンク部間を、並行に配列された複数の熱交換チューブで連通させるとともに、熱媒体入口側タンク部の長手方向一端部に外部配管と接続される入口側パイプジョイントを接合し、熱媒体出口側タンク部の長手方向一端部に外部配管と接続される出口側パイプジョイントを接合した熱交換器において、少なくとも一方のタンク部のパイプジョイント接合部におけるタンク幅方向中央部に、外方への膨出部を設けたことを特徴とする熱交換器。

Description

熱交換器

　本発明は、熱媒体が導入出されるパイプを接続するためのパイプジョイントが接合された熱交換器に関する。

　例えば、車両用空調装置のヒータコアに用いられる熱交換器として、冷却水を導入出するための外部配管としてのパイプがタンク部に接続されているものが知られている（例えば、特許文献１）。この熱交換器においては、タンク部の断面における高さよりも大口径のパイプを接続するための連通部材（パイプジョイント）が、タンク部のエンジン冷却水（温水）導出入口に設けられている。
特開２００２－６２０８４号公報

　近年、車両用空調装置のヒータコアについて、小型化および軽量化（熱交換器自体の軽量化に加え、満水時の熱媒体重量を含めた軽量化）の要請が高まっており、タンク部を小型化することによって、そのような要請に対応しようという試みがなされている。しかしながら、特許文献１に記載されるような構造の熱交換器においてタンク部を小型化しようとすると、外部配管としてのパイプの径は他の機器との関係でほぼ決まっているので、連通部材の上流側および下流側とで口径のギャップが大きくなり過ぎ、連通部材だけで該口径のギャップを吸収することは困難であった。また、特許文献１に記載されるような構造の熱交換器においては、とくに冷却水導入側において、パイプ接続部からタンク部に導入された冷却水の流れにタンク部内におけるタンク部長手方向への直進の指向性があるため、パイプ接続部付近でタンク部へと連通されているチューブに冷却水が流れにくいという問題があった。

　そこで本発明の課題は、タンク部の小型化および軽量化、ひいては熱交換器全体の小型化および軽量化の要請に対応しつつ、各熱交換チューブにほぼ均等に熱媒体を流通させることが可能な、熱媒体の流動性に優れた熱交換器を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、熱媒体の入口側と出口側とにタンク部を備え、両タンク部間を、並行に配列された複数の熱交換チューブで連通させるとともに、熱媒体入口側タンク部の長手方向一端部に外部配管と接続される入口側パイプジョイントを接合し、熱媒体出口側タンク部の長手方向一端部に外部配管と接続される出口側パイプジョイントを接合した熱交換器において、少なくとも一方のタンク部のパイプジョイント接合部に、外方への膨出部を設けたことを特徴とするものからなる。本発明の熱交換器においては、熱媒体の入口側または出口側のうち少なくとも一方のタンク部のパイプジョイント接合部に上記膨出部が設けられているので、上記タンク部を、パイプジョイント接合部とその他の部位とで異なる径に形成することが可能となり、タンク部の設計自由度を高めることができる。そして、パイプジョイント接合部よりもその他の部位において外径が小さくなるようにタンク部を形成することにより、タンク部が小型化される。さらに、パイプジョイント接合部よりもその他の部位の内径が小さくなるようにタンク部を形成することにより、内部に熱媒体が満たされた際のタンク部の重量が軽量化される。

　本発明の熱交換器において、前記膨出部は、端面がパイプジョイント横断面の一部を横切るように形成されることが好ましい。このように膨出部を形成することにより、パイプジョイント接合部においてもタンク部の小型、軽量化が図られる。

　また、前記膨出部は、湾曲膨出した形状の端面を有する湾曲膨出部からなるように形成されていることが好ましい。とくに、前記膨出部は、タンク幅方向中央部に設けられることが好ましい。このように膨出部を形成することにより、タンク部のパイプジョイント接合部近傍に配置される熱交換チューブ内の熱媒体の流れと、パイプジョイントに接続されるパイプ内の熱媒体の流れとが、上記膨出部を介して円滑かつ連続的に接続される。とくに、上記膨出部が入口側タンク部に設けられている場合には、入口側パイプから導入された熱媒体に、パイプジョイント接合部近傍の熱交換チューブに向けた流れ指向性が付与されるので、パイプジョイント接合部近傍の熱交換チューブ内の熱媒体の流動性が向上する。さらに、上記膨出部が出口側タンク部にも設けられることにより、パイプジョイント接合部近傍の熱交換チューブから出口側パイプに向けた流れ指向性が付与され、パイプジョイント接合部近傍の熱交換チューブ内の熱媒体の流動性がさらに向上する。

　また、前記膨出部は、略矩形状の端面を有する矩形膨出部からなるように形成することも可能である。すなわち、膨出部の端面は、上述のようなタンク幅方向の一部において突出している形状ではなく、タンク幅方向において一定量均一に膨出した形状に形成可能である。このように膨出部を形成することにより、パイプジョイントの断面をタンク幅方向に拡大し、パイプジョイントの内部流路の断面積を増大させることができる。この場合に、パイプジョイントの内部流路の断面形状を、外部配管接続側のパイプジョイント部分に対しては外部配管のために円形とし、タンク部への接続側部分については、例えば、タンク幅方向の長径を有する楕円または長円に形成することができる。このようにすることで、パイプジョイントに接続されるパイプ（外部配管）の径が比較的大きい場合にも、パイプジョイントのタンク部接続側部分の断面をタンク高さ方向に拡大しなくて済むようになり、その結果、タンク部の高さの増加を抑えることが可能となる。

　また、本発明において、前記タンク部は、その長手方向における前記膨出部以外の部位において、実質的に一定の断面形状からなる一定断面部を備えていることが好ましい。とくに、前記膨出部が、テーパ状に形成されて前記一定断面部に接続されることが好ましい。タンク部を、このような一定断面部と膨出部とからなる比較的簡素な構造とすることにより、熱交換器構成部品の加工が容易化可能となる。たとえば、前記膨出部を深絞り加工により形成することも可能である。

　本発明は、熱媒体の流れ経路がワンパス構造からなる熱交換器に好適に適用できる。熱媒体の流れ経路がワンパス構造の熱交換器においては、タンク部の内部に仕切りが設けられていないので、各熱交換チューブの流れが十分に均一化されず、片流れが生じやすくなるおそれがあり、とくにパイプジョイント接合部近傍の熱交換チューブの流動性が悪くなりやすい。このようなワンパス構造の熱交換器に本発明を適用することにより、各熱交換チューブの流れが均一化され、熱交換器の性能の向上が図られる。

　本発明の熱交換器は、とくに小型化および軽量化が求められる車両用空調装置のヒータコアに好適に用いることができる。

　本発明に係る熱交換器によれば、熱媒体の入口側または出口側のタンク部のパイプジョイント接合部に膨出部が設けられているので、パイプジョイント接合部よりもその他の部位において外径が小さくなるようにタンク部を形成することにより、タンク部の小型化および軽量化が可能となる。また、膨出部を湾曲膨出させることにより、パイプジョイント接合部近傍の熱交換チューブ内における熱媒体の流動性を向上させることが可能となる。さらに、膨出部を矩形形状にて膨出させることにより、パイプ（外部配管）の径が比較的大きい場合にも、パイプジョイントのタンク部接続側部分の断面をタンク高さ方向に拡大しなくて済むようになるので、タンク部まわりの小型化が可能となる。

本発明の一実施態様に係る熱交換器を示し、（Ａ）はパイプが接続される前の状態の斜視図、（Ｂ）はパイプが接続された状態の斜視図である。図１の熱交換器１を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図である。図１の熱交換器１の分解状態を示す分解斜視図である。図３の熱交換器１の分解状態を示し、（Ａ）はパイプジョイント近傍の部分拡大斜視図、（Ｂ）はタンク部材７ｂの近傍の部分拡大斜視図、（Ｃ）は（Ａ）および（Ｂ）の中間付近の部分拡大斜視図である。図３のタンク部材７ｃを示し、（Ａ）は膨出部１２近傍を上から見た部分拡大斜視図、（Ｂ）は膨出部１２近傍を下から見た部分拡大斜視図、（Ｃ）は係合孔１３近傍を上から見た部分拡大斜視図である。本発明の他の実施態様に係る熱交換器を示し、（Ａ）はパイプが接続される前の状態の斜視図、（Ｂ）はパイプが接続された状態の斜視図である。図６の熱交換器２０を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図である。図６の熱交換器２０の分解状態を示す分解斜視図である。図８の熱交換器２０の分解状態を示し、（Ａ）はパイプジョイント近傍の部分拡大斜視図、（Ｂ）はタンク部材１７ｂの近傍の部分拡大斜視図、（Ｃ）は（Ａ）および（Ｂ）の中間付近の部分拡大斜視図である。図８のタンク部材１７ｃを示し、（Ａ）は膨出部２２近傍を上から見た部分拡大斜視図、（Ｂ）は膨出部２２近傍を下から見た部分拡大斜視図、（Ｃ）は係合孔１３近傍を上から見た部分拡大斜視図である。

　以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施態様に係る熱交換器１を示しており、（Ａ）はパイプジョイント２、３にパイプが接続される前の状態の斜視図、（Ｂ）はパイプジョイント２、３に、それぞれパイプ４、５が接続された状態の斜視図である。図１（Ｂ）において、熱媒体の流れは、熱交換器１の入口側パイプジョイント２に接続された入口側パイプ４を通して熱交換器１内に導入され、出口側パイプ５を通して排出されるような流れとなっている。熱媒体は、まず、入口側パイプ４を通して入口側タンク部６に流入する。入口側タンク部６と出口側タンク部７の間には、複数の熱交換チューブ８が並行して配列されており、熱交換チューブ８によってタンク部６、７が互いに連通されている。入口側タンク部６内の熱媒体は、熱交換チューブ８を通して出口側タンク部７へと移送される際に、外部流体との間で熱交換される。出口側タンク部７内の熱媒体は、出口側パイプジョイント３に接続された出口側パイプ５を通して、熱交換器１の外部へ排出される。

　図２は、図１の熱交換器１を示しており、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図である。図２（Ａ）に示されるように、タンク６、７を相互に連通している複数の熱交換チューブ８がタンク長手方向に配列され、複数の熱交換フィン９と交互に積層されており、積層方向の両端には端板１０が設けられている。タンク部６、７のパイプジョイント２、３接合部には、タンク外方への膨出部１１、１２がテーパ状に形成されており、それぞれパイプジョイント２、３の横断面を一部横切っている。また、図２（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、タンク部６、７は、膨出部１１、１２以外の部位においては、実質的に一定の断面形状を有するように形成されている。

　図３は、図１の熱交換器１を分解した状態を示す分解斜視図である。図３において、タンク部材６ａ、７ａのタンク長手方向の一端にはパイプジョイント２、３がそれぞれ接合され、他端にはそれぞれタンク部材６ｂ、７ｂが接合される。タンク部材６ｃ、７ｃには、それぞれ膨出部１１、１２が形成されている。膨出部１１、１２は、それぞれタンク部６、７の断面積を拡大する方向に湾曲して膨出しており、それぞれパイプジョイント２、３の外側面に嵌合される。このように、タンク部材６ａ、６ｂ、６ｃおよびパイプジョイント２によりタンク部６の内壁が形成されている。なお、図３には、全ての熱交換チューブ８における熱媒体の流れ方向が同一方向であるワンパス構造からなる熱交換器の例が記載されているが、タンク部材６ａ、６ｃ間の所定の位置に仕切りを設けてタンク部６を複数室に区画することによって、熱交換チューブ８における熱媒体の流れ方向が一律でないワンパス構造以外の構造からなる熱交換器を形成することも可能である。また、出口側についても入口側と同様に、タンク部材７ａ、７ｂ、７ｃおよびパイプジョイント３によって、タンク部７の内壁が形成されている。

　図４は、図３に示された熱交換器１の分解状態を部分的に拡大して示しており、（Ａ）はパイプジョイント３近傍の部分拡大斜視図、（Ｂ）はタンク部材７ｂ近傍の部分拡大斜視図、（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）の中間付近の部分拡大斜視図である。図４（Ａ）において、タンク部材７ｃのタンク長手方向一端に形成された膨出部１２は、タンク部７の断面積を拡大する方向に膨出した湾曲形状に形成されている。このような膨出部１２が形成されることにより、膨出部１２とパイプジョイント３との接合部を確保しつつ、タンク部７を小型化することが可能となる。さらに、膨出部１２が湾曲膨出した形状に形成されることにより、熱交換チューブ８内の熱媒体流れに対して、パイプジョイント３に接続されるパイプ５に向けた指向性が付与されて、熱媒体の流動性の向上が図られている。

　図４（Ｂ）において、タンク部材７ｂには、タンク部材７ｃ上の係合孔１３に係合可能な係合突起１４が設けられており、係合突起１４が係合孔１３に係合された状態でろう付けされることにより、タンク部７の反パイプジョイント接合部側の内壁が形成されるようになっている。また、図４（Ｃ）において、タンク部材６ｃ、７ｃには、平板を折り曲げ加工して形成された扁平形の熱交換チューブ８がろう付けにより接続されている。このようにして、タンク部６、７が熱交換チューブ８と連通されている。

　図５は、図３のタンク部材７ｃを部分的に拡大して示しており、（Ａ）は膨出部１２近傍を斜め上方から見た部分拡大斜視図、（Ｂ）は膨出部１２近傍を斜め下方から見た部分拡大斜視図、（Ｃ）は係合孔１３近傍を斜め上方から見た部分拡大斜視図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示されるように、膨出部１２は、出口側タンク部７を形成するタンク部材７ｃのタンク幅方向中央部において、湾曲して膨出した形状に形成されている。このような膨出部１２は、例えば深絞り加工により形成することが可能である。また、入口側タンク部６を形成するタンク部材６ｃについても、タンク部材７ｃと同様にして形成可能である。

　図６は、本発明の他の実施態様に係る熱交換器２０を示しており、（Ａ）はパイプジョイント２、３にパイプが接続される前の状態の斜視図、（Ｂ）はパイプジョイント２、３に、それぞれパイプ４、５が接続された状態の斜視図である。図６（Ｂ）において、熱媒体の流れは、熱交換器２０の入口側パイプジョイント２に接続された入口側パイプ４を通して熱交換器２０内に導入され、出口側パイプ５を通して排出されるような流れとなっている。熱媒体は、まず、入口側パイプ４を通して入口側タンク部１６に流入する。入口側タンク部１６と出口側タンク部１７の間には、複数の熱交換チューブ８が並行して配列されており、熱交換チューブ８によってタンク部１６、１７が互いに連通されている。入口側タンク部１６内の熱媒体は、熱交換チューブ８を通して出口側タンク部１７へと移送される際に、外部流体との間で熱交換される。出口側タンク部１７内の熱媒体は、出口側パイプジョイント３に接続された出口側パイプ５を通して、熱交換器２０の外部へ排出される。

　図７は、図６の熱交換器２０を示しており、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図である。図７（Ａ）に示されるように、タンク１６、１７を相互に連通している複数の熱交換チューブ８がタンク長手方向に配列され、複数の熱交換フィン９と交互に積層されており、積層方向の両端には端板１０が設けられている。タンク部１６、１７のパイプジョイント２、３接合部には、タンク外方への膨出部２１、２２がテーパ状に形成されており、それぞれパイプジョイント２、３の横断面を一部横切っている。また、図２（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、タンク部１６、１７は、膨出部２１、２２以外の部位においては、実質的に一定の断面形状を有するように形成されている。なお、図６および図７におけるタンク部１６、１７は、タンク方向中央部に設けられ、湾曲膨出した形状の端面を有する湾曲膨出部１１、１２を有する図１および図２のタンク部６、７と異なり、パイプジョイント接合部においてタンク幅方向において均一に膨出した、略矩形状の端面を有する矩形膨出部２１、２２を有している。その他の点において、図６～１０は図１～５と同様であるので、以下、説明が共通する部分については共通の部品番号を付することにより説明を省略する。

　図８は、図６の熱交換器２０を分解した状態を示す分解斜視図である。図８において、タンク部材１６ａ、１７ａのタンク長手方向の一端にはパイプジョイント２、３がそれぞれ接合され、他端にはそれぞれタンク部材１６ｂ、１７ｂが接合される。タンク部材１６ｃ、１７ｃには、それぞれ膨出部２１、２２が形成されている。膨出部２１、２２は、それぞれタンク部１６、１７の断面積を拡大する方向に膨出しており、それぞれパイプジョイント２、３の外側面に嵌合される。このように、タンク部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃおよびパイプジョイント２によりタンク部１６の内壁が形成されている。なお、図８には、全ての熱交換チューブ８における熱媒体の流れ方向が同一方向であるワンパス構造からなる熱交換器の例が記載されている。また、出口側についても入口側と同様に、タンク部材１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよびパイプジョイント３によって、タンク部１７の内壁が形成されている。

　図９は、図８に示された熱交換器２０の分解状態を部分的に拡大して示しており、（Ａ）はパイプジョイント３近傍の部分拡大斜視図、（Ｂ）はタンク部材１７ｂ近傍の部分拡大斜視図、（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）の中間付近の部分拡大斜視図である。図４（Ａ）において、タンク部材１７ｃのタンク長手方向一端に形成された膨出部２２は、タンク部１７の断面積を拡大する方向に膨出した形状に形成されている。このような膨出部２２が形成されることにより、膨出部２２とパイプジョイント３との接合部を確保しつつ、タンク部１７を小型化することが可能となる。さらに、膨出部２２がタンク幅方向において一定量だけ均一に膨出した、略矩形状の端面を有する形状に形成されることにより、パイプジョイントに接続されるパイプの径が比較的大きい場合にも、パイプジョイント３においてタンク部１７が接続される側の部分の断面をタンク高さ方向に拡大しなくて済むようになり、その結果として、タンク部１７の高さの増加を抑えることが可能となる。

　図９（Ｂ）において、タンク部材１７ｂには、タンク部材１７ｃ上の係合孔１３に係合可能な係合突起１４が設けられており、係合突起１４が係合孔１３に係合された状態でろう付けされることにより、タンク部１７の反パイプジョイント接合部側の内壁が形成されるようになっている。また、図９（Ｃ）において、タンク部材１６ｃ、１７ｃには、平板を折り曲げ加工して形成された扁平形の熱交換チューブ８がろう付けにより接続されている。このようにして、タンク部１６、１７が熱交換チューブ８と連通されている。

　図１０は、図８のタンク部材１７ｃを部分的に拡大して示しており、（Ａ）は膨出部２２近傍を斜め上方から見た部分拡大斜視図、（Ｂ）は膨出部２２近傍を斜め下方から見た部分拡大斜視図、（Ｃ）は係合孔１３近傍を斜め上方から見た部分拡大斜視図である。図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示されるように、膨出部２２は、出口側タンク部１７を形成するタンク部材１７ｃのタンク幅方向に一定量だけ均一に膨出した形状に形成されている。このような膨出部２２は、例えば深絞り加工により形成することが可能である。また、入口側タンク部１６を形成するタンク部材１６ｃについても、タンク部材１７ｃと同様にして形成可能である。

　本発明に係る熱交換器は、狭いスペースに搭載されることが多く、また、搭載物の重量が燃費にも影響することから、とくに小型化および軽量化の要請の大きい、車両用空調装置のヒータコアに用いられる熱交換器として好適に用いられる。

１、２０　熱交換器
２、３　パイプジョイント
４、５　パイプ
６、７、１６、１７　タンク部
６ａ、６ｂ、６ｃ、７ａ、７ｂ、７ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ　タンク部材
８　熱交換チューブ
９　熱交換フィン
１０　端板
１１、１２、２１、２２　膨出部
１３　係合孔
１４　係合突起

Claims

　熱媒体の入口側と出口側とにタンク部を備え、両タンク部間を、並行に配列された複数の熱交換チューブで連通させるとともに、熱媒体入口側タンク部の長手方向一端部に外部配管と接続される入口側パイプジョイントを接合し、熱媒体出口側タンク部の長手方向一端部に外部配管と接続される出口側パイプジョイントを接合した熱交換器において、少なくとも一方のタンク部のパイプジョイント接合部に、外方への膨出部を設けたことを特徴とする熱交換器。
　前記膨出部の端面が、パイプジョイント横断面の一部を横切る、請求項１に記載の熱交換器。
　前記膨出部が、湾曲膨出した形状の端面を有する湾曲膨出部からなる、請求項１または２に記載の熱交換器。
　前記膨出部が、タンク幅方向中央部に設けられている、請求項１～３のいずれかに記載の熱交換器。
　前記膨出部が、略矩形状の端面を有する矩形膨出部からなる、請求項１または２に記載の熱交換器。
　前記膨出部が、入口側タンク部に設けられている、請求項１～５のいずれかに記載の熱交換器。
　前記膨出部が、出口側タンク部にも設けられている、請求項６に記載の熱交換器。
　前記タンク部は、その長手方向における前記膨出部以外の部位において、実質的に一定の断面形状からなる一定断面部を備えている、請求項１～７のいずれかに記載の熱交換器。
　前記膨出部が、テーパ状に形成されて、前記一定断面部に接続されている、請求項８に記載の熱交換器。
　前記膨出部が深絞り加工されている、請求項１～９のいずれかに記載の熱交換器。
　熱媒体の流れ経路がワンパス構造からなる、請求項１～１０のいずれかに記載の熱交換器。
　車両用空調装置のヒータコアに用いられる、請求項１～１１のいずれかに記載の熱交換器。