| 【発明の名称】 |
熱交換器 |
| 【発明者】 |
【氏名】西下 邦彦
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| 【要約】 |
【課題】成形性を確保しつつ、耐圧強度を向上したヘッダパイプを備えた熱交換器を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のチューブ及びフィンを交互に積層し、各チューブの端部をヘッダパイプに挿入して、接続した熱交換器において、前記ヘッダパイプ４は、一枚のヘッダパイプ素材１１を巻いて、少なくとも二重以上の巻回構造となるように形成し、ヘッダパイプ素材１１に形成されたチューブ挿入孔６は、少なくとも二重以上の巻回構造の内外のチューブ挿入孔６の位置が合致するように形成され、内側を構成するヘッダパイプ素材に形成するチューブ挿入孔６ａのみ，内側にむけてバーリング６ｃを形成し、外側に構成するヘッダパイプ素材に形成するチューブ挿入孔６ｂのみヘッダパイプの内側に傾斜するテーパ６ｄを形成している。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数のチューブ及びフィンを交互に積層し、各チューブの端部をヘッダパイプに挿入して、接続した熱交換器において、前記ヘッダパイプは、一枚のヘッダパイプ素材を巻いて、少なくとも二重以上の巻回構造となるように形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】 前記ヘッダパイプ素材には、チューブ挿入孔が形成されており、これらのチューブ挿入孔は、少なくとも二重以上の巻回構造の内外で互いに合致させたことを特徴とする前記請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】 前記ヘッダパイプの内側を構成するヘッダパイプ素材に形成されたチューブ挿入孔にのみ、内側に向けて突出するバーリングを形成したことを特徴とする前記請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】 前記ヘッダパイプの外側を構成するヘッダパイプ素材に形成されたチューブ挿入孔は、チューブ挿入孔の端部にヘッダパイプ内側に向けて傾斜するテーパーを設けたことを特徴とする前記請求項２又は３いずれか記載の熱交換器。
【請求項５】 複数のチューブ及びフィンを交互に積層し、各チューブの端部をヘッダパイプに挿入して、接続した熱交換器において、前記ヘッダパイプは、一枚のヘッダパイプ素材を丸めて端部を接合して円管を形成し、内径の異なる複数の円管を互いに組み合わせて接合し、多層構造としたことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】 前記ヘッダパイプを構成する円管は、多層構造を構成する内管と外管とでは、ヘッダパイプ素材の端部接合部を異なる位置に設置したことを特徴とする前記請求項５記載の熱交換器。
【請求項７】 前記ヘッダパイプを構成する複数の円管を成形するヘッダパイプ素材は、複数のチューブ挿入孔が形成され、ヘッダパイプの内外を構成する円管のチューブ挿入孔の位置が互いに合致していることを特徴とする前記請求項５又は６記載の熱交換器。
【請求項８】 前記ヘッダパイプの内側を構成する管のチューブ挿入孔にのみ、内側に突出するバーリングを形成したことを特徴とする前記請求項７記載の熱交換器。
【請求項９】 前記ヘッダパイプの外側を構成する円管のチューブ挿入孔は、チューブ挿入孔の端部にヘッダパイプ内側に向けて傾斜するテーパを設けたことを特徴とする前記請求項７又は８いずれか記載の熱交換器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両等に備えられた冷凍サイクルに用いられる熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来において、車両等の冷凍サイクルに用いられる熱交換器は、一対のヘッダパイプと、前記ヘッダパイプに設けた複数のチューブ挿入孔に端部を挿入して接続した複数の偏平状のチューブと、前記チューブ間に装着したフィンとを備えた熱交換器が用いられている。
【０００３】冷凍サイクル間を通流する媒体は、一方のヘッダパイプから熱交換器内に流入し、ヘッダパイプを通じて各チューブに分配され、チューブ表面及びフィンに媒体の熱を伝達し、外気との熱交換を行って、他方のヘッダパイプから流通し、冷凍サイクルを循環している。
【０００４】この種の熱交換器に用いられるヘッダパイプは、アルミ合金素材等からなる板状のヘッダパイプ素材を丸めて端部を当接し、内部を中空とした断面円形状に形成されている。
【０００５】図６に示すように、ヘッダパイプ素材は、チューブ２の端部をヘッダパイプ７０の内部中空部に挿入する複数のチューブ挿入孔７１を備え、ヘッダパイプ素材の両端面を突き当て、ヘッダパイプ素材に被服されたろう材等によって固着してヘッダパイプ７０を形成している。
【０００６】前記チューブ挿入孔７１は、チューブ２とのろう付け面積を拡大するため、ヘッダパイプ７０内側に突出するバーリング７１ｃを備えている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】近年において、地球温暖化等の問題に鑑み、フロン使用の廃止が求められている。現状の社会情勢を考慮すると、地球温暖化につながる冷媒の使用を停止し、それに代わるより良い冷媒を冷凍サイクルに用いる必要がある。 例えば、熱交換媒体として、超臨界冷媒であるＣＯ２等の気体媒体を用いることが考えられる。超臨界冷媒は、熱交換過程にともなって体積（密度）変化を生じる気液混合状態の媒体と比較して、三倍以上の耐圧性が要求される。
【０００８】従って、ＣＯ２等の超臨界冷媒を用いる場合は、要求される耐圧性を確保するために、ヘッダパイプやチューブを構成する素材の肉厚を厚くすることが考えられる。
【０００９】例えば、図６に示すように、従来のヘッダパイプ７０は、板状のヘッダパイプ素材を丸めて端部を当接し、内部を中空として断面円形状に形成している。従来のヘッダパイプ７０は、超臨界冷媒を冷凍サイクルの媒体として用いた場合に、耐圧要求性が高いため、ろう材によって接合された端部分が弱くなり、媒体の圧力負荷によって破裂するおそれがある。
【００１０】ヘッダパイプの耐圧強度を向上するため、ヘッダパイプを構成するヘッダパイプ素材を肉厚にすると、プレス成形によって形成するチューブ挿入孔の形成が困難となり、また、成形精度が低下し、組み付け性やろう付け性が悪化するおそれがある。
【００１１】そこで、本発明は、成形性を確保しつつ、耐圧強度を向上したヘッダパイプを備えた熱交換器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本願第１請求項に記載した発明は、複数のチューブ及びフィンを交互に積層し、各チューブの端部をヘッダパイプに挿入して、接続した熱交換器において、前記ヘッダパイプは、一枚のヘッダパイプ素材を巻いて、少なくとも二重以上の巻回構造となるように形成した熱交換器である。
【００１３】このように、一枚のヘッダパイプ素材を巻いて、少なくとも二重以上の巻回構造とすると、成形の容易な比較的薄い厚さのヘッダパイプ素材を用いて、壁厚の厚いヘッダパイプを形成することが可能となり、要求される耐圧性を確保するべく、ヘッダパイプの耐圧強度の向上が可能となる。
【００１４】なお、チューブ挿入孔と対向する位置に巻いたチューブ素材の端部を当接し、媒体が噴出するチューブ挿入孔と対向する位置を三重の巻回構造とすると、噴出した媒体が当たるため、耐圧要求性の高い位置の耐圧強度を向上することができ、破壊等のおそれを生じることなく熱交換器の安全性が確保される。
【００１５】本願第２請求項に記載した発明は、前記請求項１記載の発明において、前記ヘッダパイプ素材には、チューブ挿入孔が形成されており、これらのチューブ挿入孔は、少なくとも二重以上の巻回構造の内外で互いに合致している。
【００１６】このように、あらかじめ、比較的厚さの薄いヘッダパイプ素材にプレス成形等によってチューブ挿入孔を形成するため、容易にチューブ挿入孔を形成でき、耐圧性を確保したヘッダパイプの製造が可能となる。本願第３請求項に記載した発明は、前記請求項２記載の発明において、前記ヘッダパイプの内側を構成するヘッダパイプ素材に形成されたチューブ挿入孔にのみ、内側に向けて突出するバーリングを形成した熱交換器である。このように、ヘッダパイプの内側を構成するヘッダパイプ素材に形成したチューブ挿入孔のみバーリングを形成すると、チューブ素材を巻く際に、バーリングが邪魔になることなく、ヘッダパイプを形成でき、更に、前記バーリングによってろう付け面積を拡大し、チューブとヘッダパイプのろう付け性を向上できる。本願第４請求項に記載した発明は、前記請求項２又は３いずれか記載の熱交換器において、前記ヘッダパイプの外側を構成するヘッダパイプ素材に形成されたチューブ挿入孔は、チューブ挿入孔の端部にヘッダパイプ内側に向けて傾斜するテーパを設けている。チューブ挿入孔の左右両端部にヘッダパイプの内側に向けて傾斜するテーパを設けると、チューブをチューブ挿入孔に挿入する際のガイドとなり、容易にチューブをヘッダパイプに挿入できる。また、ろう付け時に溶融したろう材がテーパ部分に溜まりフィレットを形成するため、ろう付け性が向上する。
【００１７】本願第５請求項に記載した発明は、複数のチューブ及びフィンを交互に積層し、各チューブの端部をヘッダパイプに挿入して、接続した熱交換器において、前記ヘッダパイプは、一枚のヘッダパイプ素材を丸めて端部を接合して円管を形成し、内径の異なる複数の円管を互いに組み合わせて接合し、多層構造とした熱交換器である。このように、成形の容易な比較的薄い厚さのヘッダパイプ素材を丸めて内径の異なる複数の円管を形成し、この円管を内外に重ねあわせ、内外の管から構成される多層構造とすると、要求される耐圧性を確保したヘッダパイプを用いた熱交換器を形成できる。
【００１８】前記請求項６記載の発明において、前記請求項５記載の発明は、前記ヘッダパイプを構成する円管は、多層構造を構成する内管と外管とでは、ヘッダパイプ素材の端部接合部を異なる位置に設置している。このように、一枚のヘッダパイプ素材からヘッダパイプを形成した場合、端部接合部は他の部位に比べて耐圧強度が弱いため、ヘッダパイプを構成する内外の管で端部接合部を異なる位置に設置して、ヘッダパイプを形成すると、内管の耐圧強度を外管で高め、外管にかかる圧力負荷を内管で弱めて、互いに耐圧強度を補強して、ヘッダパイプの耐圧性が向上する。
【００１９】前記請求項７記載の発明において、前記請求項５又は６いずれか記載の発明において、前記ヘッダパイプを構成する複数の円管を成形するヘッダパイプ素材は、複数のチューブ挿入孔が形成され、ヘッダパイプの内外を構成する円管のチューブ挿入孔の位置が互いに合致している。
【００２０】複数の円管を用いて内外の多層構造としたヘッダパイプを形成した場合、外管及び内管を構成するヘッダパイプ素材に、あらかじめ、内管及び外管で互いに合致するチューブ挿入孔を形成すると、比較的に薄いヘッダパイプ素材に容易にチューブ挿入孔を形成できる。
【００２１】本願第８請求項に記載した発明は、前記請求項７記載の発明において、前記ヘッダパイプの内側を構成する管のチューブ挿入孔にのみ、内側に突出するバーリングを形成した熱交換器である。
【００２２】前記ヘッダパイプの内管を構成する管のチューブ挿入孔にのみ、管内側に突出するバーリングを形成している。
【００２３】このように、ヘッダパイプの内管を構成する管のチューブ挿入孔にのみ、管内側に突出するバーリングを形成し、チューブとヘッダパイプのろう付け性を向上する。ヘッダパイプの内管を構成する管のチューブ挿入孔にのみ、管内側に突出するバーリングを形成するのは、内外の多層構造を形成する複数の管を組み付ける際にバーリングが邪魔とならないようにするためである。
【００２４】本願第９請求項に記載した発明は、前記請求項７又は８いずれか記載の発明において、前記ヘッダパイプの外側を構成する円管のチューブ挿入孔は、前記チューブ挿入孔の端部にヘッダパイプ内側に向けて傾斜するテーパーを設けている。
【００２５】このように，ヘッダパイプの外管を構成する円管のチューブ挿入孔は、ヘッダパイプの内管側に向けて傾斜するテーパを設けたことにより、チューブ挿入孔に容易にチューブを挿入することができ、また、溶融したろう材がテーパの部分に溜まり、フィレットを形成するため、ろう付け性が向上する。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１は、熱交換器１の概略構成を示す斜視図である。 図１に示すように、本例の熱交換器１は、チューブ２とフィン３を交互に積層し、これらの積層したチューブ２の各両端をそれぞれ一対のヘッダパイプ４，５のチューブ挿入孔６に挿入し、熱交換器１を形成している。ヘッダパイプの上下開口は、キャップ７によって閉塞され、積層されたチューブ２の上下には、サイドプレート８を設けている。また、ヘッダパイプ５の内部には，仕切り板１２を設け、一方のヘッダパイプ５には、冷凍サイクルを循環する媒体を熱交換器１に流出入する媒体流出入路９，１０を設けている。
【００２７】冷凍サイクルを循環する媒体は、ヘッダパイプ５に設けられた媒体流入路９からヘッダパイプ５の上部内に流入し、仕切り板１２によって区画された熱交換器１の上部の媒体流路である各チューブ２に分流し、各チューブ２を通流した後、ヘッダパイプ４内で通流方向を変えて、熱交換器１の下部の媒体流路である各チューブ２に分流して、再び、ヘッダパイプ５の下部の媒体流出路１０から流出する。本例の熱交換器１においては、チューブ２及びヘッダパイプ４，５によって構成する媒体流路は、仕切り板１２によって区画されているが、仕切り板を設けずに、例えば、本例のように一対のヘッダパイプ間に複数のチューブを連通可能に積層した熱交換器の場合は、一方のヘッダパイプから流入した媒体を各チューブに分流して、他方のヘッダパイプから流出する構成とすることも可能である。
【００２８】冷凍サイクルを循環する媒体として、例えば、ＣＯ２等の耐圧性要求の高い媒体を用いると、熱交換器１を構成する各部材には、通常の三倍以上の耐圧性が要求される。
【００２９】従って、内部に媒体を通流する熱交換器１のヘッダパイプ４，５及びチューブ２は、要求される耐圧性を確保し得るように形成しなければならない。
【００３０】すなわち、図２に示すように、本例のヘッダパイプ４は、一枚のヘッダパイプ素材１１を巻回し、断面が多層構造となるように形成する。
【００３１】図３は、図２に示すヘッダパイプ４を構成する一枚のヘッダパイプ素材１１に、チューブ挿入孔６を形成した状態を示す平面図である。
【００３２】図３に示すように、本例のヘッダパイプ４は、平板状のヘッダパイプ素材１１にヘッダパイプ素材１１を巻回する数と合致する数のチューブ挿入孔６ａ，６ｂを並列に形成し、このヘッダパイプ素材１１を巻回し、並列に配置されたチューブ挿入孔６ａ，６ｂを互いに合致させてヘッダパイプを成形した際に一つのチューブ挿入孔６を構成するように形成する。本例においては、ヘッダパイプ素材１１は、チューブ挿入孔６の形成位置において二重に巻回するため、２列の複数のチューブ挿入孔６ａ，６ｂを形成している。
【００３３】ヘッダパイプ素材１１に形成するチューブ挿入孔６ａ，６ｂは、ヘッダパイプ４を形成した際に巻回構造の内側層となる部位に形成するチューブ挿入孔６ａにのみ、ヘッダパイプ内側に突出するバーリング６ｃを形成しておく。
【００３４】ヘッダパイプ４の内側層を構成するヘッダパイプ素材１１に形成するチューブ挿入孔６ａにのみバーリング６ｃが形成されていると、ヘッダパイプ４を形成した後、チューブ挿入孔６に挿入されたチューブ２とヘッダパイプ４のろう付け面積が拡大されてチューブ２とのろう付け性を向上するため、熱交換器１の成形性が良くなる。
【００３５】一方、ヘッダパイプ４を形成した際に巻回構造の外側層となる部位に形成するチューブ挿入孔６ｂは、チューブ挿入孔６ｂの端部にヘッダパイプ４に形成した際に内側方向となる方向に向けて傾斜するテーパ６ｄを形成する。
【００３６】このように、チューブ挿入孔６ｂの端部にテーパ６ｄを形成すると、ヘッダパイプ４に形成した際にヘッダパイプ４とチューブ２の組み付け性が向上し、また、前記テーパ６ｄの部分に溶融したろう材が溜まりフィレットを形成するため、ろう付け性が向上する。
【００３７】本例においては、片面にろう材がクラッドされたヘッダパイプ素材１１を用いて、ヘッダパイプ４を形成している。ろう材がクラッドされた面がヘッダパイプの外側を構成するようにヘッダパイプ素材１１を巻回し、ろう材によって、巻回したヘッダパイプ素材１１の接合する面をろう付けするとともに、ヘッダパイプに組み付けられたチューブ２を接合し、熱交換器１が形成される。
【００３８】このように、一枚のヘッダパイプ素材１１の所定位置に前記形状の複数のチューブ挿入孔６ａ，６ｂを形成し、前記一枚のヘッダパイプ素材１１を巻回して、多層構造となるヘッダパイプ４を形成すると、成形性の容易な厚さの薄いヘッダパイプ素材１１を用いて要求される耐圧性を有するヘッダパイプ４，５を形成し、耐圧強度の高い熱交換器１を提供できる。
【００３９】また、例えば、チューブ挿入孔６に対向する位置をヘッダパイプ素材の端部１１ａ，１１ｂを接合した三重層の構造とし、他を二重層の構造とするようにヘッダパイプ素材１１を巻回すると、チューブ２から噴出する媒体によってもっとも耐圧要求性の高い部位を厚く形成することができ、要求される耐圧性を確保し、安全性の高い熱交換器１を形成できる。
【００４０】次に、多層構造を形成するヘッダパイプ４０の他の具体例について説明する。図４は、本例の熱交換器を構成するヘッダパイプ４０の他の具体例を示す断面図である。
【００４１】図４に示すように、本例のヘッダパイプ４０は、二枚の平板状のヘッダパイプ素材を用いて、ヘッダパイプ素材の端部同士を接合して、内径の異なる複数の円管４１，４２を形成し、それらを内外の多層構造を構成するように組み合わせて一つのヘッダパイプ４０を形成している。
【００４２】すなわち、図５に示すように、外管４２の内径を内管４１の外径に合致するように形成し、外管４２に内管４１を挿入して、外管４２を内管方向にカシメて、内外の二重管を形成する。
【００４３】ヘッダパイプ４０の内外を構成する内管４１及び外管４２は、外管４２を構成するヘッダパイプ素材の端部接合部４２ａと内管４１を構成するヘッダパイプ素材の端部接合部４１ａが、互いに重なり合わないように、位置をずらして、内外の二重管を接合して、ヘッダパイプ４０形成する。
【００４４】円管に形成したヘッダパイプ素材の端部接合部４１ａ，４２ａは、圧力負荷による破裂強度がもっとも弱いところであるため、ヘッダパイプ４０の内外の二重管を構成する内管４１と外管４２の端部接合部４１ａ及び４２ａの位置をずらしてヘッダパイプ４０を形成することにより、耐圧性を確保して破裂強度の向上を図ることができる。
【００４５】また、ヘッダパイプ４０の内外の二重管を構成する内管４１及び外管４２を構成するヘッダパイプ素材は、外管４２に内管４１を組み合わせた際に、合致するチューブ挿入孔６０ａ及び６０ｂをあらかじめ形成し、その後、板状のヘッダパイプ素材をプレス成形等によって丸めて円管に形成している。
【００４６】ヘッダパイプの内側層を構成する内管４１に形成するチューブ挿入孔６０ａは、内側に向けて突出するバーリング６０ｃを形成する。また、ヘッダパイプの外側層を構成する外管４２に形成するチューブ挿入孔６０ｂは、内側に向かって傾斜するテーパ６０ｄをチューブ挿入孔６０ｂの端部に形成する。
【００４７】ヘッダパイプ４０の内側層を構成する内管４１に形成したチューブ挿入孔６０ｂに、バーリング６０ｃが形成されていると、バーリング６０ｃによってろう付け面積が拡大し、チューブ２とヘッダパイプ４０のろう付け性が向上する。一方、ヘッダパイプ４０の外管４２にチューブ挿入孔６０にテーパ６０ｄが形成されていると、チューブ２の挿入性が良くなり、組み付け性が向上する。従って、本例のように内管４１又は外管４２を構成する円管を組み合わせてヘッダパイプ４０を形成すると、比較的薄い厚さのヘッダパイプ素材を用いて、要求される耐圧性を確保し得るヘッダパイプ４０を形成することができ、安全性の高い熱交換器を提供できる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本明は、複数のチューブ及びフィンを交互に積層し、各チューブの端部をヘッダパイプに挿入して、接続した熱交換器において、前記ヘッダパイプは、一枚のヘッダパイプ素材を巻いて、少なくとも二重以上の巻回構造となるように形成した熱交換器である。
【００４９】このように、一枚のヘッダパイプ素材を巻いて、少なくとも二重以上の巻回構造とすると、成形の容易な比較的薄い厚さのヘッダパイプ素材を用いて、壁厚の厚いヘッダパイプを形成することが可能となり、要求される耐圧性を確保するべく、ヘッダパイプの耐圧強度の向上が可能となる。
【００５０】なお、チューブ挿入孔と対向する位置に巻いたチューブ素材の端部を当接し、媒体が噴出するチューブ挿入孔と対向する位置を三重の巻回構造とすると、噴出した媒体が当たるため、耐圧要求性の高い位置の耐圧強度を向上することができ、破壊等のおそれを生じることなく熱交換器の安全性が確保される。
【００５１】また、熱交換器のヘッダパイプは、複数枚のヘッダパイプ素材を丸めて内径の異なる円形状に形成した円管を内外の多層構造として接合して形成すると、成形の容易な比較的薄い厚さのヘッダパイプ素材を丸めて内径の異なる複数の円管が形成され、この円管を内外に重ねあわせ、内外の管から構成される多層構造として、要求される耐圧性を確保したヘッダパイプの形成が可能となる。また、前記巻回構造又は内外の多層構造を備えたヘッダパイプにおいて、内層を構成するヘッダパイプ素材に形成するチューブ挿入孔に、内側に突出するバーリングを形成すると、ろう付け面積が拡大し、ろう付け性が向上する。また、ヘッダパイプの外層を構成するヘッダパイプ素材に形成するチューブ挿入孔に内側に向けて傾斜するテーパを形成すると、このテーパの部位にフィレットが形成され、ろう付け性が向上する。
【００５２】本発明によれば、要求する耐圧性の高い超臨界冷媒を用いた場合であっても、要求される耐圧性を確保しつつ、容易に製造でき、かつ、ろう付け性、組み付け性を向上して、安全性の高い熱交換器を提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５００３０９１２６
【氏名又は名称】株式会社ゼクセルヴァレオクライメートコントロール
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| 【出願日】 |
平成１１年９月１０日（１９９９．９．１０） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−８２８９０（Ｐ２００１−８２８９０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月３０日（２００１．３．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２５７８３２ |
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