JP2014059123A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力変形を簡易な構成で抑制することができる熱交換器を提供する。
【解決手段】積層される複数の偏平チューブに設けられる第１下部タンクと、第１下部タンクに隣接して設けられる第２下部タンクとを連通する連通流路３１を備え、連通流路３１は、幅方向中央に形成される絞り部３４を有し、絞り部３４は、連通流路３１の内側に凸となる所定の曲率半径Ｒで形成される曲面となっており、連通流路３１の高さ方向において外側寸法が最大となる長さをＨとし、連通流路３１の幅方向において外側寸法が最大となる長さをＷとすると、絞り部３４の曲率半径Ｒは、Ｒ≧０．２Ｈであり、連通流路３１の絞り部３４の高さ方向において外側寸法が最小となる長さＬは、Ｌ≦０．９Ｈであり、高さ方向において外側寸法が最大となる長さＨの部位は、連通流路３１の長さＬとなる部位から１／４Ｗ以上の幅方向外側となる位置に設けられる。
【選択図】図５

Description

本発明は、マルチフロー型の熱交換器に関するものである。

従来、マルチフロー型の熱交換器として、多数のコア体（偏平チューブ）を積層した積層型熱交換器（エバポレータ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この熱交換器は、上側の風上側及び風下側に２つのタンクが設けられると共に、下側の風上側及び風下側に２つのタンクが設けられている。熱交換器は、コア体の積層方向の両端部がエンドプレートにより閉鎖されている。一方の端部のエンドプレートには、上側に位置する風上側及び風下側のタンクを連通させる流路が形成されている。

特開平９−１７０８５１号公報

特許文献１に示す熱交換器において、タンク内を流通する冷媒は、上側の一方のタンクから、エンドプレートに形成された流路を通って、上側の他方のタンクへ流れる。このとき、エンドプレートのプレート面には、流通する冷媒の圧力が、プレート面に直交する方向に加わる。エンドプレートに圧力が加わると、エンドプレートが変形する可能性があるため、エンドプレートの剛性を高めることが好ましい。ここで、エンドプレートの剛性を高めるには、エンドプレートの厚みを厚くしたり、エンドプレートに補強リブを設けたりすることが考えられる。

しかしながら、エンドプレートの厚みを厚くすると、熱交換器の重量が増大すると共に、エンドプレートの厚みを厚くした分、コストが増大する可能性がある。また、エンドプレートに補強リブを設けると、複雑な構造となってしまうことから、応力が集中し易い部位が形成され、エンドプレートの変形を抑制することが困難となり、また、複雑な構造となる分、コストが増大する可能性がある。

そこで、本発明は、圧力変形を簡易な構成で抑制することができる熱交換器を提供することを課題とする。

本発明の熱交換器は、積層される複数の偏平チューブと、隣接する偏平チューブの間に設けられる複数のフィンと、偏平チューブの内部に形成される第１冷媒流路に連通し、偏平チューブの長手方向の一方側に設けられ、複数の偏平チューブの積層方向に亘って設けられる第１タンクと、偏平チューブの内部に形成される第２冷媒流路に連通し、偏平チューブの長手方向の一方側に設けられ、積層方向に亘って設けられると共に第１タンクに隣接して設けられる第２タンクと、第１タンクと第２タンクとを連通する連通流路を形成する壁体が設けられる連通部材と、を備え、積層方向に直交すると共に第１タンクと第２タンクとが隣接する方向を幅方向とし、幅方向及び積層方向に直交する方向を高さ方向とすると、積層方向から見た連通流路は、その壁体の外形が高さ方向に比して幅方向に長い形状に形成され、且つ、幅方向の中央に形成される絞り部を有し、絞り部は、壁体の外壁面が、連通流路の内側に凸となる所定の曲率半径Ｒで形成される曲面となっており、連通流路の高さ方向において外側寸法が最大となる長さをＨとし、連通流路の幅方向において外側寸法が最大となる長さをＷとすると、絞り部の曲率半径Ｒは、Ｒ≧０．２Ｈであり、連通流路の絞り部の高さ方向において外側寸法が最小となる長さＬは、Ｌ≦０．９Ｈであり、高さ方向において外側寸法が最大となる長さＨの部位は、連通流路の長さＬとなる部位から１／４Ｗ以上の幅方向外側となる位置に設けられることを特徴とする。

この構成によれば、連通流路に絞り部を設けつつ、連通流路の形状を所定の形状とすることで、連通部材の圧力変形を抑制することができる。ここで、単に絞り部を設けただけでは、絞り部に応力が集中し、連通部材が圧力変形する場合がある。このため、連通流路の絞り部の曲率半径Ｒを、Ｒ≧０．２Ｈとすることで、絞り部の勾配を緩やかにして、応力の集中を抑制することができる。また、絞り部の長さＬを、Ｌ≦０．９Ｈとすることで、受圧面積を低減することができると共に、剛性を高めることができる。さらに、高さ方向において外側寸法が最大となる長さＨの部位を、幅方向において、絞り部の長さＬの部位から１／４Ｗ以上の幅方向外側となる位置に設けることで、連通流路に連通する第１タンクの開口と、連通流路に連通する第２タンクの開口とが重なることがない。このため、連通流路が受ける第１タンクからの受圧面と、連通流路が受ける第２タンクからの受圧面とが重なることがないため、受圧面の重複による圧力上昇を抑制することができる。

この場合、高さ方向において外側寸法が最大となる長さＨの部位を通る線を軸線とし、軸線から幅方向外側の部位を、軸線を中心にして線対称に展開した形状である仮想オーバルの外形は、高さ方向に比して幅方向に短い形状に形成されていることが好ましい。

この構成によれば、仮想オーバルの外形を、高さ方向に比して幅方向に短い形状に形成することができる。このため、連通流路を幅方向に短いものとすることができ、熱交換器自体の構成もコンパクトなものにすることができる。

この場合、連通流路は、０．５＜Ｈ／Ｗ＜１．０であることが好ましい。

この構成によれば、連通流路を、高さ方向に比して幅方向に長くすることができるため、幅方向に隣接する第１タンク及び第２タンクを重複させずに、第１タンク及び第２タンクを連通流路に好適に接続することができる。

図１は、本実施例に係る熱交換器の概略構成図である。 図２は、熱交換器のエンドプレート周りにおける斜視図である。 図３は、幅方向に直交する面で切った熱交換器のエンドプレート周りにおける断面斜視図である。 図４は、幅方向に直交する面で切った熱交換器のエンドプレート周りにおける部分断面図である。 図５は、積層方向に直交する面で切った連通流路の断面図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施例に係る熱交換器の概略構成図である。図２は、熱交換器のエンドプレート周りにおける斜視図である。図３は、幅方向に直交する面で切った熱交換器のエンドプレート周りにおける断面斜視図である。図４は、幅方向に直交する面で切った熱交換器のエンドプレート周りにおける部分断面図である。図５は、積層方向に直交する面で切った連通流路の断面図である。なお、図２から図４は、図１における上下方向（長手方向）が逆方向となった図となっている。

本実施例の熱交換器１は、マルチフロー式の積層型熱交換器であり、例えば、自動車に搭載される空調装置の蒸発器（エバポレータ）として用いられる。なお、本実施例の熱交換器１は、マルチフロー式の積層型熱交換器であればいずれに適用されてもよく、特に限定されない。

図１から図４に示すように、本実施例の熱交換器１は、複数の偏平チューブ２と、複数のコルゲートフィン３（図４参照）と、一対のエンドプレート４とを備えている。複数の偏平チューブ２は、積層方向に積層されており、複数のコルゲートフィン３は、積層方向に隣接する偏平チューブ２のそれぞれの間に設けられ、一対のエンドプレート４は、積層方向の両側に設けられている。そして、積層された複数の偏平チューブ２、複数のコルゲートフィン３及び一対のエンドプレート４は、ろう付けにより一体に接合される。

偏平チューブ２は、プレス成形された一対の成形プレートを接合することで、長手方向に延在して形成される。偏平チューブ２は、長手方向に直交する面で切った断面が偏平形状となっており、偏平な面に対して直交する方向に積層される。偏平チューブ２は、長手方向の一方の端部（上方側となる端部）に、第１上部開口１１ａ及び第２上部開口１２ａが積層方向に貫通形成され、長手方向の他方の端部（下方側となる端部）に、第１下部開口２１ａ及び第２下部開口２２ａが積層方向に貫通形成される。第１上部開口１１ａ及び第２上部開口１２ａは、長手方向及び積層方向に直交する幅方向に並べて設けられており、同様に、第１下部開口２１ａ及び第２下部開口２２ａも、幅方向に並べて設けられている。

第１上部開口１１ａ及び第２上部開口１２ａは、偏平チューブ２が積層方向に複数積層されることで、複数の第１上部開口１１ａ及び第２上部開口１２ａが積層方向に連結される。積層方向に連結された複数の第１上部開口１１ａは、第１上部タンク１１として機能する。同様に、積層方向に連結された複数の第２上部開口１２ａは、第２上部タンク１２として機能する。換言すれば、第１上部開口１１ａ及び第２上部開口１２ａは、第１上部タンク１１及び第２上部タンク１２の一部となっている。このため、第１上部タンク１１及び第２上部タンク１２は、積層される複数の偏平チューブ２の長手方向の一方側の端部に、幅方向に平行に隣接して、積層方向に延在するようにそれぞれ形成される。このとき、熱交換器１内を流れる空気Ａは、幅方向の上流側から下流側へ向かって流れており、第１上部タンク１１は、幅方向の下流側に設けられ、第２上部タンク１２は、幅方向の上流側に設けられる。

図２に示すように、第１下部開口２１ａ及び第２下部開口２２ａは、第１上部開口１１ａ及び第２上部開口１２ａと同様に、偏平チューブ２が積層方向に複数積層されることで、複数の第１下部開口２１ａ及び第２下部開口２２ａが積層方向に連結される。積層方向に連結された複数の第１下部開口２１ａは、第１下部タンク２１として機能する。同様に、積層方向に連結された複数の第２下部開口２２ａは、第２下部タンク２２として機能する。換言すれば、第１下部開口２１ａ及び第２下部開口２２ａは、第１下部タンク２１及び第２下部タンク２２の一部となっている。このため、第１下部タンク２１及び第２下部タンク２２は、積層される複数の偏平チューブ２の長手方向の他方側の端部に、幅方向に平行に隣接して、積層方向に延在するようにそれぞれ形成される。第１下部タンク２１は、幅方向の下流側に設けられ、第２下部タンク２２は、幅方向の上流側に設けられる。

図示は省略するが、偏平チューブ２は、その内部に第１冷媒流路及び第２冷媒流路が形成されている。第１冷媒流路は、第１上部タンク１１（第１上部開口１１ａ）と第１下部タンク２１（第１下部開口２１ａ）とを連通する流路である。また、第２冷媒流路は、第２上部タンク１２（第２上部開口１２ａ）と第２下部タンク２２（第２下部開口２２ａ）とを連通する流路である。

図４に示すように、コルゲートフィン３は、長手方向に向かう横波の波形状となる波板となっており、山部及び谷部が幅方向に延在して形成されている。このため、熱交換器１の幅方向に流れる空気Ａは、コルゲートフィン３を通過することで冷却される。

図１に示すように、一対のエンドプレート４は、第１上部タンク１１、第２上部タンク１２、第１下部タンク２１及び第２下部タンク２２の積層方向における端部を閉塞したり、隣接する第１上部タンク１１及び第２上部タンク１２を連通したり、また、隣接する第１下部タンク２１及び第２下部タンク２２を連通したりするものである。

エンドプレート４は、偏平チューブ２と同様に、プレス成形された一対の成形プレートを接合することで、長手方向に延在して形成される。一対のエンドプレート４のうち、一方のエンドプレート４には、長手方向の一方の端部（上方側の端部）に、熱交換器１に冷媒が流入する冷媒入口Ｒｉｎと、熱交換器１から冷媒が流出する冷媒出口Ｒｏｕｔとが形成されている。冷媒入口Ｒｉｎは、第１上部タンク１１に接続され、冷媒出口Ｒｏｕｔは、第２上部タンク１２に接続される。また、一対のエンドプレート４のうち、他方のエンドプレート４には、長手方向の他方の端部（下方側の端部）に、第１下部タンク２１の端部と第２下部タンク２２の端部とを連通する連通流路３１が形成されている。

また、第１下部タンク２１の積層方向の中間部には、仕切部１８が設置されている。同様に、第２上部タンク１２の積層方向の中間部には、仕切部１９が設置されている。

図１に示すように、上記のように構成された熱交換器１に対し、外部から冷媒が流入すると、冷媒は、冷媒入口Ｒｉｎを介して第１上部タンク１１の積層方向における一方の端部に流入する。第１上部タンク１１の一方の端部に流入した冷媒は、仕切部１８を挟んで熱交換器１の一方の端部側（図１右側）において、偏平チューブ２内の第１冷媒流路を流れ、第１下部タンク２１に流入する。第１下部タンク２１は仕切部１８により仕切られていることから、第１下部タンク２１内を流れた冷媒は、偏平チューブ２内の第１冷媒流路を再び流れて、第１上部タンク１１に流入する。そして、第１上部タンク１１に流入した冷媒は、仕切部１８を挟んで熱交換器１の他方の端部側（図１左側）の第１上部タンク１１に流入する。

他方側の第１上部タンク１１に流入した冷媒は、偏平チューブ２内の第１冷媒流路を流れ、第１下部タンク２１に流入する。第１下部タンク２１に流入した冷媒は、第１下部タンク２１の積層方向における他方の端部（図１左側）へ向かって流れる。第１下部タンク２１の他方の端部へ流れた冷媒は、連通流路３１を介して第２下部タンク２２の積層方向における他方の端部に流入する。

第２下部タンク２２の他方の端部に流入した冷媒は、仕切部１９を挟んで熱交換器１の他方の端部側において、偏平チューブ２内の第２冷媒流路を流れ、第２上部タンク１２に流入する。第２上部タンク１２は仕切部１９により仕切られていることから、第２上部タンク１２内を流れた冷媒は、偏平チューブ２内の第２冷媒流路を再び流れて、第２下部タンク２２に流入する。そして、第２下部タンク２２に流入した冷媒は、仕切部１９を挟んで熱交換器１の一方の端部側（図１右側）の第２下部タンク２２に流入する。

一方側の第２下部タンク２２に流入した冷媒は、偏平チューブ２内の第２冷媒流路を流れ、第２上部タンク１２に流入する。第２上部タンク１２に流入した冷媒は、第２上部タンク１２の積層方向における一方の端部側（図１右側）へ向かって流れる。第２上部タンク１２の一方の端部へ流れた冷媒は、冷媒出口Ｒｏｕｔを介して、熱交換器１の外部へ流出する。

なお、本実施例では、熱交換器１を上記のように構成したが、上記の構成に限らず、仕切部１８，１９の位置及び設置数、連通流路３１の位置及び設置数、冷媒入口Ｒｉｎ及び冷媒出口Ｒｏｕｔの位置を適宜変更して、冷媒が流れる流路が所定の流路となるように設計してもよい。

次に、図２から図５を参照して、連通流路３１について説明する。図２に示すように、本実施例のエンドプレート４（連通部材）に設けられる連通流路３１は、第１下部タンク２１と第２下部タンク２２とを連通する流路である。図２ないし図４では、連通流路３１が上方右側に位置するように図示されている。なお、本実施例では、第１下部タンク２１と第２下部タンク２２とを連通する連通流路３１に適用して説明するが、隣接するタンクを連通する流路であれば、特に限定されない。

連通流路３１は、エンドプレート４に設けられる壁体３２によって流路が形成されている。図５に示すように、連通流路３１の壁体３２の外形は、積層方向から見た形状が、積層方向及び幅方向に直交する高さ方向（長手方向）に比して、幅方向に長い形状となっている。

また、連通流路３１の壁体３２の外形は、積層方向から見た形状が、上下対称（高さ方向に対称）及び左右対称（幅方向に対称）の形状となっている。この連通流路３１には、幅方向の中央に絞り部３４が形成されている。絞り部３４は、その壁体３２の外壁面が、連通流路３１の内側に凸状に形成された所定の曲率半径Ｒとなる曲面となっている。このため、図３に示すように、連通流路３１は、幅方向の中央において狭い流路となり、幅方向の両側において広い流路となる。また、連通流路３１の壁体３２の厚さは、例えば、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとなっている。

ここで、図５に示すように、積層方向から見た連通流路３１は、高さ方向において外側寸法（壁体３２の外壁面における寸法）が最大となる長さをＨとする。つまり、長さＨは、高さ方向において外側寸法が最大となる一対の頂部３２ａ同士を結んだ長さである。このとき、連通流路３１は、幅方向に対称となっていることから、長さＨにおける一対の頂部３２ａは、幅方向の両側にそれぞれ設けられている。

また、積層方向から見た連通流路３１は、高さ方向において外側寸法が最小となる長さをＬとする。つまり、長さＬは、高さ方向において外側寸法が最小となる絞り部３４に形成される一対の谷部３２ｂ同士を結んだ長さである。このとき、長さＬは、幅方向の中心を通る長さとなる。

さらに、積層方向から見た連通流路３１は、幅方向において外側寸法が最大となる長さをＷとする。つまり、長さＷは、幅方向において外側寸法が最大となる一対の頂部３２ｃ同士を結んだ長さである。具体的に、長さＷは、Ｗ＜４０ｍｍである。

そして、連通流路３１は、高さ方向（長手方向）に比して幅方向に長い形状となっていることから、０．５＜Ｈ／Ｗ＜１．０となっている。このため、幅方向に隣接する第１下部タンク２１及び第２下部タンク２２を、連通流路３１に好適に接続することができる。

以上のように構成された連通流路３１は、連通流路３１の圧力変形を抑制するために、幅方向の中央に絞り部３４を設けるが、単に絞り部３４を設けただけでは、絞り部３４に応力が集中する可能性があることから、連通流路３１の形状を下記する形状としている。

連通流路３１は、その絞り部３４の壁体３２の外壁面における曲率半径Ｒが、Ｒ≧０．２Ｈとなっている。つまり、絞り部３４は、曲率半径Ｒが、Ｒ≧０．２Ｈに形成されることで、絞り部３４の勾配が緩やかとなり、応力の集中を抑制することができる。

また、連通流路３１は、その絞り部３４の高さ方向における長さＬが、Ｌ≦０．９Ｈとなっている。つまり、絞り部３４は、長さＬが、Ｌ≦０．９Ｈに形成されることで、連通流路３１の積層方向に直交する面内における受圧面積を低減すると共に、絞り部３４の壁体３２によって剛性を高めることができる。

さらに、連通流路３１は、幅方向において、長さＨの頂部３２ａが、長さＬの谷部３２ｂから１／４Ｗよりも幅方向の外側に位置している。換言すれば、長さＨの頂部３２ａを通る線を軸線Ｉとし、軸線Ｉから幅方向外側の部位を、軸線Ｉを中心にして線対称に展開した形状を仮想オーバルＯとすると、幅方向両側の仮想オーバルＯの外径が重複しない形状となっている。つまり、仮想オーバルＯの幅方向における長さＣは、Ｃ≦Ｗ／２となっている。このため、連通流路３１が積層方向から受ける第１下部タンク２１からの受圧面と、連通流路３１が受ける第２下部タンク２２からの受圧面とが重なることがないため、受圧面の重複による圧力上昇を抑制することができる。このとき、仮想オーバルＯの外形は、高さ方向に比して幅方向に短い形状となっている。

以上のように、本実施例の構成によれば、連通流路３１に絞り部３４を設けつつ、連通流路３１の形状を上記の形状とすることで、エンドプレート４の圧力変形を抑制することができる。

また、本実施例の構成によれば、仮想オーバルＯの外形を、高さ方向に比して幅方向に短い形状に形成することができる。このため、連通流路３１を幅方向に短いものとすることができ、熱交換器１自体の構成をコンパクトなものにすることができる。

また、本実施例の構成によれば、連通流路３１を、高さ方向に比して幅方向に長くすることができるため、幅方向に隣接する第１下部タンク２１及び第２下部タンク２２を、連通流路３１に好適に接続することができる。

なお、本実施例では、第１下部タンク２１及び第２下部タンク２２を連通する連通流路３１に適用したが、第１上部タンク１１及び第２上部タンク１２を連通する連通流路に適用してもよい。

１ 熱交換器
２ 偏平チューブ
３ コルゲートフィン
４ エンドプレート
１１ 第１上部タンク
１１ａ 第１上部開口
１２ 第２上部タンク
１２ａ 第２上部開口
２１ 第１下部タンク
２１ａ 第１下部開口
２２ 第２下部タンク
２２ａ 第２下部開口
３１ 連通流路
３２ 壁体
３２ａ 高さ方向の頂部
３２ｂ 高さ方向の谷部
３２ｃ 幅方向の頂部
３４ 絞り部
Ｒｉｎ 冷媒入口
Ｒｏｕｔ 冷媒出口
Ｉ 軸線
Ｏ 仮想オーバル

Claims (3)

1. 積層される複数の偏平チューブと、
   隣接する前記偏平チューブの間に設けられる複数のフィンと、
   前記偏平チューブの内部に形成される第１冷媒流路に連通し、前記偏平チューブの長手方向の一方側に設けられ、前記複数の偏平チューブの積層方向に亘って設けられる第１タンクと、
   前記偏平チューブの内部に形成される第２冷媒流路に連通し、前記偏平チューブの長手方向の一方側に設けられ、前記積層方向に亘って設けられると共に前記第１タンクに隣接して設けられる第２タンクと、
   前記第１タンクと前記第２タンクとを連通する連通流路を形成する壁体が設けられる連通部材と、を備え、
   前記積層方向に直交すると共に前記第１タンクと前記第２タンクとが隣接する方向を幅方向とし、前記幅方向及び前記積層方向に直交する方向を高さ方向とすると、
   前記積層方向から見た前記連通流路は、その前記壁体の外形が前記高さ方向に比して前記幅方向に長い形状に形成され、且つ、前記幅方向の中央に形成される絞り部を有し、
   前記絞り部は、前記壁体の外壁面が、前記連通流路の内側に凸となる所定の曲率半径Ｒで形成される曲面となっており、
   前記連通流路の前記高さ方向において外側寸法が最大となる長さをＨとし、前記連通流路の前記幅方向において外側寸法が最大となる長さをＷとすると、
   前記絞り部の前記曲率半径Ｒは、Ｒ≧０．２Ｈであり、
   前記連通流路の前記絞り部の前記高さ方向において外側寸法が最小となる長さＬは、Ｌ≦０．９Ｈであり、
   前記高さ方向において外側寸法が最大となる前記長さＨの部位は、前記連通流路の長さＬとなる部位から１／４Ｗ以上の幅方向外側となる位置に設けられることを特徴とする熱交換器。
2. 前記高さ方向において外側寸法が最大となる前記長さＨの部位を通る線を軸線とし、
   前記軸線から幅方向外側の部位を、前記軸線を中心にして線対称に展開した形状である仮想オーバルの外形は、前記高さ方向に比して前記幅方向に短い形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記連通流路は、０．５＜Ｗ／Ｈ＜１．０であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。

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