| 【発明の名称】 |
熱交換器 |
| 【発明者】 |
【氏名】加藤 宗一
【氏名】桜田 宗夫
【氏名】栗原 慎
【氏名】秋山 勝司
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| 【要約】 |
【課題】寒冷地方、後部座席用といった多種多様なタンクを成形する金型を削減すると共に従来のタンクの内面と仕切部との隙間から熱交換媒体がバイパスする事態を解消する熱交換器を提供する。
【解決手段】一対のタンク3と、このタンク3間を連通する熱交換媒体通路5を備えた多数のチューブ4と、このチューブ4間に介在されたフィン6とで、熱交換媒体が流通するブロック2を形成し、このブロック2を通風方向に配置する数を選択することにより前記チューブ4間を通過する空気と熱交換媒体との熱交換量を調整可能とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 一対のタンクと、このタンク間を連通する熱交換媒体通路を備えた多数のチューブと、このチューブ間に介在されたフィンとで、熱交換媒体が流通するブロックを形成し、このブロックを通風方向に配置する数を選択することにより前記チューブ間を通過する空気と熱交換媒体との熱交換量を調整可能としたことを特徴とする熱交換器。 【請求項2】 前記ブロックを通風方向に複数個配置する場合に、各ブロックが連通されて熱交換媒体が流通し、連通の必要な箇所のタンク同士に連通孔が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。 【請求項3】 前記タンク同士に形成の連通孔がこのタンクの長手方向に延びる長孔である場合に、前記一方のタンクから他方のタンクに熱交換媒体が流入する抵抗に応じて前記長孔の幅を可変することを特徴とする請求項2に記載の熱交換器。 【請求項4】 前記タンク同士に形成の連通孔がこのタンクの長手方向に沿って複数配される場合に、前記一方のタンクから他方のタンクに熱交換媒体が流入する抵抗に応じて前記孔の大きさを可変することを特徴とする請求項2に記載の熱交換器。
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【発明の詳細な説明】【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、例えば車両用等に用いられる熱交換器、特にダクト内を通過する空気の加熱手段であるヒータコアの構造に関する。 【0002】 【従来の技術】この種の空調装置のヒータコアとしては特開平5−196388号公報に示される熱交換器がある。この熱交換器の構成を上記公報により説明すると、内部が通風方向に延びる仕切板により2つの画室に区画され、各画室に入口パイプ又は出口パイプを備えた第1タンクと、平行に配されてその一方端側が前記第1タンクと連通する複数のチューブと各チューブ間に配置される複数のフィンとで構成されたコア部と、前記チューブの他方端側と連通する第2タンクとで構成されたものとなっている。この構成によれば、入口パイプから第1タンクの一方の画室に流入した熱交換媒体は、チューブを介して第2タンクに流通し、該第2タンクをチューブの並設方向に流れた後、今度はチューブを上昇して第1タンクの他方の画室から出口パイプを通って熱交換器の外部に流出していく。 【0003】一方で、寒冷地方向けの車両に搭載されるヒータコアは、その放熱能力を向上させるためにこの寒冷地用のヒータコアを構成するチューブの通風方向幅を通常のチューブよりも大きくすることが少なくない。また、ワンボックスカーの後部座席暖房用に使用されるヒータコアや熱帯又は亜熱帯地方向けの車両に搭載されるヒータコアは、その放熱能力が低くても良いので、チューブの通風方向幅を通常のチューブよりも小さくすることが可能である。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公報に示す熱交換器の構成では、チューブの通風方向幅を変動させることによってこのチューブと連通する第1タンク及び第2タンクの通風方向幅を変えなければならないので、タンクをプレス加工やロールホーミングなどの塑性加工で形成する場合にはタンクの通風方向幅に応じた金型が必要となり、多種多様な金型を用意しなければならないという不具合があった。 【0005】また、上記公報に示す熱交換器の構成では、第1タンクの幅と仕切部の短手方向の幅とに寸法誤差等が生じて第1タンクの内面と仕切部との間に隙間を有する場合には、第1タンクの一方の画室から他方の画室にその隙間から熱交換媒体がバイパスし、熱交換器の熱交換能力が低減するおそれがある。 【0006】そこで、この発明は、寒冷地方、後部座席用といった多種多様なタンクを成形する金型を削減すると共に従来のタンクの内面と仕切部との隙間から熱交換媒体がバイパスする事態を解消する熱交換器を提供することを目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】しかして、この発明に係る熱交換器は、一対のタンクと、このタンク間を連通する熱交換媒体通路を備えた多数のチューブと、このチューブ間に介在されたフィンとで、熱交換媒体が流通するブロックを形成し、このブロックを通風方向に配置する数を選択することにより前記チューブ間を通過する空気と熱交換媒体との熱交換量を調整可能としたことを特徴とする(請求項1)。例えば、熱帯用又は亜熱帯用の車両に搭載される場合又は後部座席用のヒータコアとして用いられる場合には、通風方向に配置するブロックの選択数を1つとする。通常の地域の車両に搭載されるヒータコアとして用いられる場合には、通風方向に配置するブロックの選択数を2つとする。更に寒冷地方用の車両に搭載されるヒータコアとして用いられる場合には、通風方向に配置するブロックの選択数を3つとする。 【0008】このように、通風方向に配置するブロックの選択数を1又は2以上とすることで、熱交換器の通風方向幅が自在に変化し、それぞれの地域特性に応じた放熱性能を備えた熱交換器を提供することができる。しかも、各ブロックを構成するタンク自体の通風方向幅は変動しないから、タンクを形成する金型を共通化することができ、自動工程により各地域用の熱交換器を構成するタンクを共通のラインで製造することが可能となる。また、各ブロックの通風方向で対峙するタンクとタンクとは別部材であるので、1のタンクを従来のタンクの画室と同様に扱うことで、仕切壁とタンク内面との隙間から熱交換媒体が漏れるという事態が生ずることがないものである。 【0009】また、この発明に係る熱交換器は、前記ブロックを通風方向に複数個配置する場合に、各ブロックが連通されて熱交換媒体が流通し、連通の必要な箇所のタンク同士に連通孔が形成されているようにしても良い(請求項2)。この構成を採ることにより、1つのブロック内の熱交換媒体の流れを1パスに構成して一方のブロックの最下流側のタンクと他方のブロックの最上流側のタンクとを連通した場合には、通常のカウンターフロー型の熱交換器と同様の熱交換媒体のフローを成す熱交換器を得ることが可能となる。尚、単体のブロックのみを用いる場合には、上記連通孔をタンクに形成せず、例えば、一方のタンクに入口パイプを、他方のタンクに出口パイプを連接することで構成される。 【0010】ここで、前記タンク同士に形成の連通孔がこのタンクの長手方向に延びる長孔である場合に、前記一方のタンクから他方のタンクに熱交換媒体が流入する抵抗に応じて前記長孔の幅を可変するようにしても良い(請求項3)。これによりタンクに連接された入口パイプ又は出口パイプがタンクのチューブ並設方向の端側にある場合には最も流路抵抗の大きい他方端側で長孔の幅を大きくし、入口パイプ又は出口パイプがタンクのチューブ並設方向の中央寄りにある場合には最も流路抵抗の大きい両側部位で長孔の幅を大きくすることが可能であるから、温度分布を均等化することができ、熱交換器の性能を向上させることができる。 【0011】また、前記タンク同士に形成の連通孔がこのタンクの長手方向に沿って複数配される場合に、前記一方のタンクから他方のタンクに熱交換媒体が流入する抵抗に応じて前記孔の径寸法を可変するようにしても良い(請求項4)。これによりタンクに連接された入口パイプ又は出口パイプがタンクのチューブ並設方向の端側にある場合には最も流路抵抗の大きい他方端側の連通孔を大きくし、入口パイプ又は出口パイプがタンクのチューブ並設方向の中央寄りにある場合には最も流路抵抗の大きい両側部位の連通孔を大きくすることが可能であるから、温度分布を均等化することができ、熱交換器の性能を向上させることができる。 【0012】 【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面により説明する。 【0013】図1及び図2において、車両用の空調装置に用いられる熱交換器1a,1bの構成が示されている。図1に示される熱交換器1aは、温暖な地域用のヒータコアとして用いられるもので、図2に示される熱交換器1bは、寒冷地用のヒータコアとして用いられるものである。 【0014】そして、図1に示される熱交換器1aは、2つのブロック2a,2bを通風方向に連結することで構成され、図2に示される熱交換器1bは、3つのブロック2a,2b′,2cを通風方向に連結することで構成される。そして、図2に示される熱交換器1b全体の通風方向幅は、図1に示される熱交換器1aよりもブロック数が1つ多い分、大きくなっている。これらのブロック2a,2b,2b′及び2cは、その基本的形態が略同じものである。 【0015】図1に示される熱交換器1aを構成する2つのブロック2a,2bは、上下に一対の細長い略直方体状のタンク3aと、このタンク3bの長手方向に沿って多数並設され、内部に熱交換媒体通路5を有するチューブ4(図10に示されるような形状で、ロールホーミング加工又はプレス加工にて形成されているものである。)と、チューブ4、4間に介在されるコルゲート状のフィン6とで各々構成されている。そして、タンク3aには、出入口パイプ7,8が接続され、タンク3bには隣設するタンク3bと連通する連通孔15が下記するように形成されている。 【0016】タンク3aは、図3(a)に示されるように、隣り合うタンクとは非連通のもので、長手方向の両側が開口した細長い筒状部9と、この筒状部9の開口を閉塞する閉塞部10とで構成され、筒状部9は、4つの側周面11で囲まれ、筒状部9の上面のうち長手方向の一方側端近傍には、入口パイプ7又は出口パイプ8が接続されるための接続孔13が形成されていると共に、その底面には図示しないが図3(b)の上面と同様のチューブ接続孔が形成されている。 【0017】タンク3bは、図3(b)に示されるように、隣り合うタンクと連通するもので、その基本的形態についてはタンク3aと共通するため、筒状部9等共通する箇所については同一の符号を付してその説明を省略し、異なる箇所のみ以下において説明する。このタンク3bは、その上面に細長いチューブ接続孔14が筒状部9の長手方向に並設されていると共に、その側面には連通孔15が形成されている。このような構成により、タンク3b同士を接合した場合には、図4に示されるように、タンク3bとタンク3bとは双方の連通孔15を介して連通する。 【0018】しかるに、図1(b)に示されるように、この熱交換器1では、2パス構造を形成する。すなわち、入口パイプ7からブロック2aのタンク3aに流入した熱交換媒体は、チューブ4を通ってタンク3bに至った後、連通孔15を介してブロック2bのタンク3bに移行する。そして、熱交換媒体は、そのブロック2bのタンク3bからチューブ4を通ってタンク3aに至った後、このタンク3aに設けられた出口パイプ8から外部に流出する。 【0019】尚、連通孔15の形状は、そのタンク短手方向幅が均一な長方形状であっても良いが、図3(b)に示されるように、パイプ7,8がタンク3aの長手方向の端部近傍に配される場合には、パイプ7,8が配される側端ではタンク短手方向幅を最小とし、パイプ7,8が配される側と反対側端に進むにつれてその幅が徐々に大きくなる形状にしても良い。また、図5に示されるように、連通孔15を複数の円状などの孔15aで構成し、孔15aの径について、パイプ7,8が配される側端では最小とし、パイプ7,8が配される側と反対側端に進むにつれてその径を徐々に大きくするようにしても良い。 【0020】そして、パイプ7,8がタンク3aの長手方向の中央部近傍に配される場合には、図示しないが、タンク3bに形成される連通孔15が、一連の孔で構成される場合には中央部位ではタンク短手方向幅を最小とし、両側に進むにつれてその幅を徐々に大きくする。また、連通孔15が複数の孔で構成される場合には中央部位に位置する孔の径寸法を最小とし、両側端に進むにつれてその径を徐々に大きくする。 【0021】このように連通孔15について入口パイプ7側近傍よりも入口パイプ7から離れた側の方を大きくすることにより、入口パイプ7からタンク3a、チューブ4の熱交換媒体通路5を介してタンク3bに流入した熱交換媒体が隣接するブロックのタンク3bに移行する際に、入口パイプ7から離れた側における通路抵抗を減少することができるので、熱交換媒体を当該隣接するタンク3bに均等に流すことが可能となり、熱交換器の性能を向上させることができる。 【0022】また、入口パイプ7が接続されるタンク3aは、図6に示されるように、筒状部9の側周面11に膨出部12を形成すれば、その内側には筒状部9の長手方向に延びる段部16が対峙するので、その段部16を利用してバッフルプレート17を載置するようにしても良い。このバッフルプレート17は、この図6では、平プレート18に細長いスリット孔19を並設的に複数穿設すると共に、そのスリット孔19に長手方向の片側周縁に熱交換媒体を案内する傾斜したガイド片20を形成することで構成されたものであるが、入口パイプ7から流入した熱交換媒体が慣性によりそのまま直下のチューブ4側に流れるのを回避できれば、その構成は問わない。 【0023】更には、各タンク3a,3bの筒状部9は、図10に示すように、一枚のアルミニウム製の薄いブレーシングシートをロールホーミング加工やプレス加工で多段階に折り曲げることにより形成されるものであっても良い。この場合に、接続孔13や連通孔15は折り曲げ工程の前に予め形成しておくのが製造工程上望ましい。そして、プレートの端部と端部との接合は、図7に示されるように、上面を形成する部位9aの端部に内側に円弧状に湾曲した係合部21を折り曲げ工程の中で形成し、且つ側面を形成する部位9bの端部に外側に円弧状に湾曲した係合部22を折り曲げ工程の中で形成して、この係合部21と係合部22とを筒状部9の上面側で係合させることで行うようにする方法がある。そして、図8に示されるように、上面を形成する部位9aの端部に側面を形成する部位9bの端部を重ねることで行うようにする方法がある。また、図9に示されるように、上面を形成する部位9aの端部に略L字状の鉤爪23を折り曲げ工程の中で形成すると共に、側面を形成する部位9bの端部にコ字状の鉤爪24を折り曲げ工程の中で形成して、この鉤爪23と鉤爪24とを筒状部9の側面側で係合させることで行うようにする方法もある。 【0024】図2に示される熱交換器1bは、前述の通り、3つのブロック2a,2b′,2cが用いられ、このため熱交換器1bの通風方向幅は、図1に示されたものの通風方向幅より1.5倍大きくなっている。 【0025】このブロック2b´,2cは、その基本的形態については、これまで説明してきたブロック2a,2bと同様であるので、チューブ4、フィン6、チューブ挿入孔14等、同一構成については同一の符号を付してその説明を省略し、異なる構成についてのみ以下説明する。 【0026】この熱交換器1bを構成するブロック2b´及びブロック2cのタンク3aは、図3(a)に示されるタンク3aと同様に、筒状部9と閉塞部10とより構成される一方で、筒状部9の通風方向側の一方側面に連通孔26が形成され、これにより、ブロック2b′のタンク3aとブロック2cのタンク3aとを接した場合には、双方方のタンク3a同士が連通するようになっている。そして、ブロック2cのタンク3bには、出口パイプ8が形成されている。 【0027】しかるに、図2(b)に示されるように、この熱交換器1bでは、3パス構造を形成する。すなわち、入口パイプ7からブロック2aのタンク3aに入った熱交換媒体は、チューブ4を通ってタンク3bに至り、このタンク3bからブロック2b′のタンク3bに連通孔15を介して移行し、更にチューブ4を通ってタンク3aに至る。そして、熱交換媒体は、このタンク3aからブロック2cのタンク3aに連通孔26を介して移行した後、このタンク3aからチューブ4を通ってタンク3bに至り、このタンク3bに設けられた出口パイプ8より外部に流出する。 【0028】しかしながら、3つのブロックを用いる熱交換器1bとしては、必ずしも3パス構造のものに限定されず、2パス構造のものとして用いても良い。以下、この2パス構造をなす熱交換器1bの一例について図11及び図12を用いて説明する。尚、チューブ4、フィン6、バッフルプレート17等、先述した熱交換器1a,1bと同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。 【0029】この図11に示される熱交換器1bは、図2に示される熱交換器1bと同様に3つのブロック2a´,2b´´,2c´が用いられるもので、このため当該熱交換器1bの通風方向幅も、図1に示された熱交換器1aの通風方向幅より1.5倍大きくなっている。 【0030】そして、この熱交換器1bを構成するブロック2a´、2b´´、2c´のうち最も特徴のあるブロックは2b´´で、このブロック2b´´は、タンク3aが図11(b)に示されるように積層方向の略中央において通風方向に延びる仕切壁27により内部が2つの画室28、29に仕切られていると共に、連通孔26が、画室28では通風方向上流側、画室29では通風方向下流側と互い違いなるように形成されている。そして、ブロック2b´´のタンク3bは、図示しないが通風方向の双方において例えば図3(b)に示される連通孔15と同形状の通孔15が形成されている。 【0031】また、ブロック2c´は、タンク3aの通風方向上流側面に、ブロック2b´´のタンク3aの連通孔15と対応する位置に連通孔15が形成されており、これによってブロック2c´のタンク3aは、ブロック2b´´のタンク3aのうち画室29側とのみ連通したものとなっている。そして、ブロック2c´のタンク3bは、図示しないが通風方向の上流側において例えば図3(b)に示される連通孔15と同形状の連通孔15が形成されて、ブロック2b´´のタンク3bと連通している。 【0032】そして、ブロック2a´は、タンク3aの通風方向下流側面に、ブロック2b´´のタンク3aに形成された連通孔15と対応する位置に連通孔15が形成されており、これによってブロック2a´のタンク3aは、ブロック2b´´のタンク3aのうち画室28側とのみ連通したものとなっている。 【0033】しかるに、図12に示されるように、この熱交換器1bは、積層方向の入口パイプ7側と積層方向の出口パイプ8側とでそれぞれ異なる経路の2パス構造を形成する。すなわち、積層方向の入口パイプ7側では、図12(a)に示されるように、この入口パイプからブロック2a´のタンク3aに入った熱交換媒体は、チューブ4からタンク3bに至った後、連通孔15を介してブロック2b´´のタンク3bに移行する流れと、ブロック2b´´のタンク3aに連通孔26を介して移行した後に、そのブロック2b′´のチューブ4からタンク3bに至たる流れとを形成する。そして、熱交換媒体は、ブロック2b´´のタンク3bからブロック3c´のタンク3b内に連通孔15,15を介して移行した後、このタンク3bからチューブ4を通ってタンク3aに至り、タンク3aに設けられた出口パイプ8から外部に流出する。これに対し、積層方向の出口パイプ8側では、図12(b)に示されるように、この入口パイプからブロック2a´のタンク3aに入った熱交換媒体は、チューブ4からタンク3bに至った後、連通孔15を介してブロック2b´´のタンク3bに移行する。そして、熱交換媒体は、ブロック2b´´のタンク3bからチューブ4を通ってタンク3aに至った後、連通孔26を介してブロック2c´のタンク3aに移行し、このタンク3aに設けられた出口パイプ8から外部に流出する流れと、ブロック2b´´のタンク3bから連通孔15を介してブロック2c´のタンク3aに移行した後、チューブ4を通ってタンク3aに至り、このタンク3aに設けられた出口パイプ8から外部に流出する流れとを形成する。 【0034】しかるに、このような熱交換器1bの構成とすることにより、入口パイプ7と出口パイプ8とが同じ側となるので、配管が容易となり、図2に示される3つのブロック2a,2b´,2cを用いた熱交換器1bよりも全通路面積が増加するので流路抵抗が小さくなると共に、図1に示される2つのブロック2a,2bを用いた熱交換器1aよりも放熱面積が1、5倍に増加し放熱量も確実に大きくすることができる。 【0035】一方、図13に示される熱交換器1cは、気温の高い地域又は後部座席用のヒータコアとして用いられるものであり、1つのブロック2a´´のみが選択されている。このため、この熱交換器1cの通風方向幅は、図1に示される熱交換器1aの通風方向幅よりも更に小さくなっている。このブロック2a′´は、その基本的形態については前述したブロック2aと略同様であるので、タンク3a、チューブ4、フィン6、バッフルプレート17等、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、異なる構成についてのみ以下説明する。 【0036】この熱交換器1cを構成するブロック2a´´のタンク3bは、基本的形態については図3(b)に示されるタンク3bと同様に、筒状部9と閉塞部10とで構成され、筒状部9の上面にチューブ接続孔14が形成されるものであるが、その側面には連通孔15が形成されていないと共に、底面には出口パイプ8が接続するための接続孔(図示せず)が形成されている。 【0037】このため、図13(b)に示されるように、この熱交換器1cは、入口パイプ7からタンク3aに入った熱交換媒体は、チューブ4を通ってタンク3bに至り、このタンク3bに設けられた出口パイプ8から外部に流出する構成となっているので、1パス構造をなす。但し、必要に応じてタンク3aを更に2つの画室に仕切り、各画室と連通する出入口パイプを設けることにより2パス構造とすることも可能である。 【0038】以上のように、熱交換器1a,1a´,1a´´,1b,1b´,1b´´,1c,1c´の通風方向幅について、ブロックの数を適宜選択することで自由に可変することができ、しかも各ブロックを構成するタンク3a,3bの通風方向幅は変動しないため、タンク3a,3bを形成する際に通風方向幅に応じて当該タンク3a,3bを形成するための金型を不要とするので、多種多様な金型を準備する必要がなくなり、製造コストの削減を図ることができる。また、タンクの全体形状の形成については共通の製造ラインで行うことができる。 【0039】しかも、図1及び図2に示す熱交換器1a,1bにおいては、全く共通のタンク3a,3b、チューブ4、フィン6を用いるので、ブロックの数が2以上の熱交換器1a,1bの製造ライン全体をも共通化させることができる。また、図13に示される熱交換器1a及び図11に示される熱交換器1bにおいては、チューブ4、フィン6について共通の部材が用いられ、且つタンクについてはその全体形状を同じくし、連通孔15、26の有無やその形状、接続孔13の有無の差異しか有しないので、熱交換器の製造ラインについて、ブロック数が2以上の熱交換器の製造ライン全とその大半にについて共通化させることができる。このため、地域環境に応じて異なる通風方向幅の熱交換器を製造する場合に、熱交換器の通風方向幅ごとに熱交換器の製造ラインを形成する必要がない。 【0040】 【発明の効果】以上により、いずれの請求項に記載の発明によっても、通風方向に配置するブロックの選択数を1又は2以上とすることで、熱交換器の通風方向幅が自在に変化し、それぞれの地域特性に応じた放熱量を備えた熱交換器を提供することができる。しかも、各ブロックを構成するタンク自体の通風方向幅は変動しないから、タンクを形成する金型を共通化することができ、熱交換器の製造コストの削減を図ることができる。また、このように共通の金型で成形可能とすることで、自動工程により各地域用の熱交換器を構成するタンクを共通のラインで製造することができる。 【0041】更には、各ブロックのタンクとタンクとは別部材であるので、1のタンクを従来のタンクの画室と同様に扱うことで、仕切壁とタンク内面との隙間から熱交換媒体が漏れるのを確実に防止することができる。
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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12月20日(1999.12.20) |
| 【代理人】 |
【識別番号】100069073 【弁理士】 【氏名又は名称】大貫 和保
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| 【公開番号】 |
特開2001−174191(P2001−174191A) |
| 【公開日】 |
平成13年6月29日(2001.6.29) |
| 【出願番号】 |
特願平11−360380 |
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