(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な補強構造によって部品の脱落を抑制する熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器は、一対のヘッダ１２と、複数の扁平型のチューブ１３と、複数のフィン１４と、一対のサイドプレート（補強フレーム）１５と、一対の支持プレート１６（支持フレーム）とを備える。一対の支持プレートにより、サイドプレートには縦方向の中央を横方向の内側に向かって湾曲させる方向に曲げモーメントが加えられている。このような構造により、熱交換器が膨らむことを抑制し、部品の脱落を防ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する二方向を、第一の方向及び第二の方向とし、
前記第一の方向に延び、前記第二の方向に間隔を空けて設けられた一対のヘッダと、
前記第二の方向に延び、一端及び他端の夫々が前記ヘッダに接続され、前記第一の方向に間隔を空けて設けられた複数のチューブと、
隣り合う前記チューブ同士の間に、及び前記第一の方向の両端に配置された前記チューブにおける前記第一の方向の外側に固定されたフィンと、
前記第二の方向に延び、前記第一の方向の両端に配置された前記フィンにおける前記第一の方向の外側に接する補強フレームと、を備え、
前記補強フレームには、前記第二の方向の中央を前記第一の方向の内側に向かって湾曲させる方向に曲げモーメントが加えられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記第一の方向に延び、前記第二の方向の一端側及び他端側の双方で、前記曲げモーメントを加えるように前記補強フレームを支持する一対の支持フレームを備え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】
前記支持フレームは、
前記チューブと前記ヘッダとの接続位置で前記ヘッダに固定される基部と、
前記基部における前記第一の方向の外側に設けられ、前記補強フレームの先端が接合される端部と、を備え、
一対の前記支持フレームは、前記基部同士が前記第二の方向に前記補強フレームの長さ分の間隔を開けて設けられ、夫々の前記端部が前記基部に対して前記第二の方向の内側に傾斜してい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】
前記端部は、平板状であり、面直角方向に前記補強フレームの先端が嵌め込み可能な嵌め込み部が形成され、
前記補強フレームの先端、及び前記嵌め込み部は、嵌め込み方向の位置を規制することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
一対の前記支持フレームは、夫々、前記第一の方向の一端側及び他端側に分割されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、熱交換器には、チューブ及びフィンからなるコア部を補強するためにサイドプレートが設けられている。サイドプレートは、例えばヘッダタンクによって支持されており、コア部における横方向の両端に位置するフィンがろう付けされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２１７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱膨張や腐食生成物によって熱交換器が横方向に膨らむと、サイドプレートやこれにろう付けされたフィンといった部品が脱落する可能性があった。
本発明の課題は、簡易な補強構造によって部品の脱落を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る熱交換器は、
互いに直交する二方向を、第一の方向及び第二の方向とし、
第一の方向に延び、第二の方向に間隔を空けて設けられた一対のヘッダと、
第二の方向に延び、一端及び他端の夫々がヘッダに接続され、第一の方向に間隔を空けて設けられた複数のチューブと、
隣り合うチューブ同士の間に、及び第一の方向の両端に配置されたチューブにおける第一の方向の外側に固定されたフィンと、
第二の方向に延び、第一の方向の両端に配置されたフィンにおける第一の方向の外側に接する補強フレームと、を備え、
補強フレームには、第二の方向の中央を第一の方向の内側に向かって湾曲させる方向に曲げモーメントが加えられている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、補強フレームに対して曲げモーメントが加えられており、このような簡易な補強構造によって熱交換器が第一の方向に膨らむことを抑制し、部品の脱落を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】熱交換器を示す図である。
【図２】支持プレートを示す図である。
【図３】サイドプレートと支持プレートとの接合を示す図である。
【図４】ヘッダの断面図である。
【図５】サイドプレートを組み付けた状態の斜視図である。
【図６】比較例を示す図である。
【図７】変形例１を示す図である。
【図８】変形例２を示す図である。
【図９】変形例３を示す図である。
【図１０】変形例４を示す図である。
【図１１】変形例５を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【０００９】
《構成》
図１は、熱交換器を示す図である。
以下の説明では、互いに直交する三方向を、便宜的に、横方向（第一の方向）、縦方向（第二の方向）、及び幅方向とする。
アルミ製の熱交換器１１は、一対のヘッダ１２と、複数のチューブ１３と、複数のフィン１４と、一対のサイドプレート１５（補強フレーム）と、一対の支持プレート１６（支持フレーム）と、を備える。
一対のヘッダ１２は、横方向に延び、縦方向に間隔を空けて設けられている。ヘッダ１２は円筒からなり、両端が閉塞されると共に、内部が横方向に並んだ複数の区画に仕切られている。
【００１０】
各チューブ１３は、縦方向に延び、一端及び他端の夫々がヘッダ１２に接続され、横方向に沿って等間隔に設けられている。チューブ１３は、横方向に薄い扁平形のチューブであり、両端をヘッダ１２の内部に連通させてヘッダ１２にろう付けされている。
各フィン１４は、隣り合うチューブ１３同士の間と、横方向の両端に配置されたチューブ１３における横方向の外側と、に夫々ろう付けされている。フィン１４は、横方向に薄い平板を波状のつづら折りにして形成されたコルゲートチューブである。
ヘッダ１２及びチューブ１３によって、冷媒の流路が形成されており、冷媒は各チューブ１３を流れるときに、フィン１４を介した熱交換によって放熱される。
【００１１】
一対のサイドプレート１５は、縦方向に延び、横方向の両端に配置されたフィン１４における横方向の外側に接しており、縦方向の中央を横方向の内側に向かって湾曲させる方向に曲げモーメントが加えられている。サイドプレート１５は、横方向に薄い平板からなり、断面のうち、厚み方向の中心を境にした横方向の内側には引張応力が作用し、横方向の外側には圧縮応力が作用する。ここでは、曲げモーメントを模式的に示すためにサイドプレート１５を湾曲させて描いているが、実際に湾曲しているわけではなく、フィン１４の側面のうち、縦方向の略全体にわたってサイドプレート１５が接しているものとする。
一対の支持プレート１６は、横方向に延び、縦方向の一端側及び他端側の双方で、曲げモーメントを加えるようにサイドプレート１５を支持している。
【００１２】
図２は、支持プレートを示す図である。
図中の（ａ）は支持プレート１６を縦方向から見た平面図であり、図中の（ｂ）は支持プレート１６を幅方向から見た側面図である。
支持プレート１６は、厚さ１.０ｍｍ程度の縦方向に薄い平板からなり、基部２１と、端部２２と、を備える。
基部２１は、チューブ１３とヘッダ１２との接続位置でヘッダ１２に沿って設けられ、縦方向の外側を向いている片面２３がヘッダ１２の円筒面にろう付けされる。基部２１には、面直角方向に貫通し、チューブ１３が挿通可能な複数の長穴２４が形成されている。長穴２４は、幅方向に長く、各チューブ１３の間隔と等しい間隔で横方向に沿って設けられている。
【００１３】
端部２２は、基部２１における横方向の両端側に連続して設けられ、基部２１に対して縦方向の内側に傾斜している。端部２２には、面直角方向に貫通し、サイドプレート１５の先端と嵌り合う長穴２５（嵌め込み部）が形成されている。
ここで、支持プレート１６の製造方法について説明する。
先ず平板の状態で、つまり基部２１に対して端部２２が曲げられていない状態で、打ち抜き加工により長穴２４及び長穴２５を形成する。横方向の両端に位置する長穴２４と長穴２５とのピッチは、各長穴２４同士のピッチと同一である。次に、平板に対して曲げ加工を行ない、基部２１に対して端部２２を縦方向の内側に傾斜させて完成となる。これにより、縦方向に対して長穴２５の貫通方向が傾斜する。
【００１４】
図３は、サイドプレートと支持プレートとの接合を示す図である。
サイドプレート１５には、縦方向の一端及び他端の双方に、端部２２の長穴２５に嵌り合う突出部３１が形成されている。突出部３１の幅寸法は、サイドプレート１５の幅寸法よりも小さく、突出部３１は、サイドプレート１５における幅方向の中央に形成されている。すなわち、突出部３１の根元から幅方向の両側が肩部３２となっており、サイドプレート１５における縦方向の両端は凸状に形成されている。したがって、支持プレート１６における端部２２の長穴２５に対して、サイドプレート１５の突出部３１を嵌め込むと、端部２２の表面２６に肩部３２が当接することで、サイドプレート１５の嵌め込み方向の位置が規制される。
【００１５】
次に、熱交換器１１の組み立てについて説明する。
先ずヘッダ１２に対して支持プレート１６をろう付けする。ヘッダ１２には、チューブ１３を差し込む穴（図示省略）があるので、ここに基部２１の長穴２４が重なるように位置を合わせてろう付けする。
そして、一方のヘッダ１２に対して基部２１の長穴２４を介して各チューブ１３の一端を差し込むと共に、他方のヘッダ１２に対して基部２１の長穴２４を介して各チューブ１３の他端を差し込み、夫々をろう付けする。
【００１６】
図４は、ヘッダの断面図である。
ヘッダ１２と各チューブ１３とのろう付けは、ヘッダ１２と支持プレート１６との間である領域３５で行なう。
このとき、一対の支持プレート１６は、基部２１同士が縦方向にサイドプレート１５の長さＬ分の間隔を開けて設けられる。
そして、一方の支持プレート１６における端部２２の長穴２５に対して、サイドプレート１５における一端側の突出部３１を嵌め込む。また、他方の支持プレート１６における端部２２の長穴２５に対して、サイドプレート１５を撓ませながら他端側の突出部３１を嵌め込み、夫々をろう付けする。
【００１７】
図５は、サイドプレートを組み付けた状態の斜視図である。
基部２１に対して端部２２が傾斜していることで、サイドプレート１５には、縦方向の中央を横方向の内側に向かって湾曲させる方向の曲げモーメントが加えられている。
そして、隣り合うチューブ１３同士の間にフィン１４を嵌め込むと共に、横方向の両端に配置されたチューブ１３とサイドプレート１５との間にフィン１４を嵌め込む。このとき、サイドプレート１５には、横方向の内側に曲げモーメントが加えられているので、各フィン１４が全体的に挟圧されており、この状態で夫々をろう付けし、組み立てが完成する。
【００１８】
《作用》
次に、実施形態の主要な作用効果について説明する。
この実施形態では、一対の支持プレート１６により、サイドプレート１５には、縦方向の中央を横方向の内側に向かって湾曲させる方向に曲げモーメントが加えられている。具体的には、支持プレート１６の基部２１同士が、縦方向にサイドプレート１５の長さＬ分の間隔を開けて設けられ、夫々の端部２２が基部２１に対して縦方向の内側に傾斜している。そして、端部２２の長穴２５にサイドプレート１５の突出部３１が嵌め込まれ、端部２２の表面２６にサイドプレート１５の両肩部３２が当接することで位置決めがされている。こうして、サイドプレート１５における縦方向の中央を横方向の内側に向かって湾曲させる方向の曲げモーメントが実現されている。
【００１９】
このような簡易な補強構造により、熱交換器１１が熱膨張や腐食生成物によって横方向に膨らむことを抑制できる。したがって、サイドプレート１５やこれにろう付けされたフィン１４といった部品の脱落を抑制することもできる。
ここで、比較例について説明する。
図６は、比較例を示す図である。
サイドプレート１５は、ヘッダ１２によって支持されており、縦方向の中央を横方向の内側に向かって湾曲させる方向の曲げモーメントは加えられていない。この場合、熱膨張や腐食生成物によって熱交換器１１が横方向に膨らみ、サイドプレート１５やこれにろう付けされたフィン１４といった部品が脱落する可能性があった。
【００２０】
そこで、一対の支持プレート１６によってサイドプレート１５に対して曲げモーメントを加えることにより、部品の脱落を抑制している。
また、熱交換器１１を組み立てる際に、サイドプレート１５に対して曲げモーメントが加えられていることで、各フィン１４が全体的に挟圧されているので、ろう付けを行ないやすい。各フィン１４を嵌め込む際に、嵌め合いがゆるいと、各フィン１４が垂れ下がらないよう押さえるために専用の治具が必要になり、ろう付けの作業性が低下する。したがって、この実施形態によれば、各フィン１４が全体的に横方向の内側に圧力が加えられており、嵌め合いがある程度きつくしてあるので、前述したような治具が不要となり、ろう付けの作業性が向上する。
【００２１】
また、ヘッダ１２によってサイドプレート１５を支持するのではなく、支持プレート１６によってサイドプレート１５を支持しているので、ヘッダ１２の長さを最小限にすることができる。ヘッダ１２の長さは、横方向における一端側のチューブ１３に連通する位置から、他端側のチューブ１３に連通する位置までよい。しかしながら、比較例で示されるように、ヘッダ１２によってサイドプレート１５を支持するためには、ヘッダ１２を横方向の外側へと延長しなければならないので、コストや重量の増大を招いていた。したがって、この実施形態によれば、ヘッダ１２の長さを最小限にし、コストや重量の増大を抑制することができる。
【００２２】
また、ヘッダ１２と各チューブ１３とのろう付けが、ヘッダ１２と支持プレート１６との間の領域３５で行われる。これにより、ろうが支持プレート１６によって堰き止められるので、フィレットを大きくすることができる。したがって、腐食によって冷媒が流出することを抑制できる。さらに、ろうがフィン１４の側へ流れることがないので、ヘッダ１２とフィン１４とのクリアランスを小さくすることができる。すなわち、比較例で示されるように、支持プレート１６を介在させないと、ろう付けの際にろうがフィン１４の側へと流れてしまうため、フィン１４に対する浸食対策としてヘッダ１２とフィン１４との間にクリアランスを設けなければならない。したがって、熱交換器１１の有効面積が小さくなってしまうという問題があった。したがって、この実施形態によれば、支持プレート１６を介在させることで、前述したクリアランスを小さくでき、支持プレート１６を介在させない場合と比較して、熱交換器１１の有効面積を拡大することができる。
【００２３】
《変形例１》
実施形態では、一つの基部２１に対して二つの端部２２を形成する構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、支持プレート１６を横方向の一端側及び他端側の二つに分割する構成としてもよい。
図７は、変形例１を示す図である。
図中の（ａ）は支持プレート１６を縦方向から見た平面図であり、図中の（ｂ）は支持プレート１６を幅方向から見た側面図である。
ここでは、支持プレート１６を横方向の一端側及び他端側の二つに分割している。支持プレート１６には、サイドプレート１５に対して曲げモーメントを加えることができる強度があればよい。したがって、基部２１の長さは、ヘッダ１２の全長に対応させる必要はなく、例えば三本のチューブ１３にかかる程度の長さでよい。これによれば、コストや重量の増大を抑制することができる。
【００２４】
《変形例２》
実施形態では、支持プレート１６に対して長穴２４及び長穴２５を設ける構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、長穴の代わりに、支持プレート１６における幅方向の一端から切り込みを入れたスリットを設ける構成としてもよい。
図８は、変形例２を示す図である。
図中の（ａ）は支持プレート１６を縦方向から見た平面図であり、図中の（ｂ）は支持プレート１６を幅方向から見た側面図である。
基部２１には、幅方向の一端から形成された切り込みからなり、面直角方向に貫通し、チューブ１３が挿通可能な複数のスリット４１が形成されている。端部２２には、幅方向の一端から形成された切り込みからなり、面直角方向に貫通し、サイドプレート１５の先端と嵌り合うスリット４２（嵌め込み部）が形成されている。このように、支持プレート１６を略櫛形にすることで、ヘッダ１２に各チューブ１３をろう付けした後からでも、支持プレート１６を取り付けることができ、従来構造のものにも適用しやすい。
【００２５】
《変形例３》
実施形態では、基部２１に対して端部２２を傾斜させる構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、基部２１に対して端部２２は傾斜させずに、長穴２５の貫通方向だけを縦方向に対して傾斜させる構成としてもよい。
図９は、変形例３を示す図である。
図中の（ａ）は支持プレート１６を縦方向から見た平面図であり、図中の（ｂ）は支持プレート１６を幅方向から見た側面図である。
端部２２には、縦方向の外側から内側へ向かうほど、横方向の外側から内側へと向かって貫通し、サイドプレート１５の先端と嵌り合う長穴４３（嵌め込み部）が形成されている。この場合、縦方向に対向する端部２２同士の間隔が僅かに長くなるため、その分、サイドプレート１５の長さＬを増加させればよい。このように、基部２１に対して必ずしも端部２２を傾斜させる必要はないので、設計の自由度が向上する。
【００２６】
《変形例４》
実施形態では、支持プレート１６の端部２２に貫通した長穴２５を形成する構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、貫通はさせずに、端部２２に凹状の溝４４を形成する構成としてもよい。
図１０は、変形例４を示す図である。
端部２２には、凹状の溝４４（嵌め込み部）が形成されている。溝４４の幅寸法とサイドプレート１５の幅寸法とは同一である。したがって、支持プレート１６における端部２２の溝４４に対して、サイドプレート１５の先端３３を嵌め込むと、溝４４の底面４５に当接することで、サイドプレート１５の嵌め込み方向の位置が規制される。このように、端部２２に対して必ずしも貫通した長穴を設ける必要はないので、設計の自由度が向上する。
【００２７】
《変形例５》
実施形態では、支持プレート１６を平板とする構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、剛性を高めるために、支持プレート１６の断面を略『コ』字状や円弧状にする構成としてもよい。
図１１は、変形例５を示す図である。
図中の（ａ）は断面を略『コ』字状にした支持プレート４６の構成を示し、図中の（ｂ）は断面を円弧状にした支持プレート４７の構成を示す。
これにより、平板とした支持プレート１６よりも剛性を高めることができる。また、何れの場合も、開き方向が縦方向の下方を向くように固定されている。これにより、腐食液が溜まることも抑制できる。
【００２８】
《他の変形例》
実施形態では、ヘッダ１２及び支持プレート１６が横方向に延び、チューブ１３及びサイドプレート１５が縦方向に延びている構成について説明したが、これに限定されるものではなく、延在する方向を入れ替えてもよい。すなわち、ヘッダ１２及び支持プレート１６が縦方向に延び、チューブ１３及びサイドプレート１５が横方向に延びるものにも適用できる。
サイドプレート１５や支持プレート１６が平板状である構成について説明したが、これに限定されるものではなく、任意の形状のフレームとしてもよい。
以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。
【符号の説明】
【００２９】
１１  熱交換器
１２  ヘッダ
１３  チューブ
１４  フィン
１５  サイドプレート（補強フレーム）
１６  支持プレート（支持フレーム）
２１  基部
２２  端部
２５  長穴（嵌め込み部）
４２  スリット（嵌め込み部）
４３  長穴（嵌め込み部）
４４  溝（嵌め込み部）
４６  支持プレート（支持フレーム）
４７  支持プレート（支持フレーム）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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