(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体を流通するチューブと、前記チューブの端部が接続されたタンクとを備え、前記チューブに伝わる熱によって前記媒体の熱交換を行う熱交換器において、
当該熱交換器は、フロン系の媒体を循環する車内空調用冷凍サイクルの放熱器であるとともに、前記媒体を気層から液層へ凝縮するものであって、
前記タンクは、前記チューブの端部を接続する孔部を設けたエンドプレートと、前記エンドプレートを装着するタンクプレートとを備え、
前記タンクプレートと前記エンドプレートとは、前記タンクプレートの両縁部の間に前記エンドプレートを装着して組み付けられ、前記エンドプレートの両縁部は、前記タンクプレートの内周面にろう付けされ、
前記タンクプレートの縁部には、前記エンドプレートを保持する折り曲げ片を適宜間隔で複数設け、前記エンドプレートは、前記タンクプレートに位置決めした後、前記折り曲げ片を折り曲げることによって固定され、
更に、前記タンクプレートと前記エンドプレートとの間には、所定の間隔で仕切プレートを設け、前記タンクの端部及び内部は、前記仕切プレートにて閉鎖及び区画され、
前記タンクプレートに対する前記エンドプレートの挿入量は、前記エンドプレートの両縁部の端面が前記仕切プレートに突き当たることによって規制され、
前記タンクの長手方向の断面について、前記媒体の流路面積をＸ、濡れぶち全長をＹとするとき、これらは、
Ｘ＝ａ・Ｙ２／４π
０．９≦ａ＜１．０
の関係にあり、
前記タンクについて、前記エンドプレート及び前記タンクプレートはアルミニウム又はその合金からなり、前記媒体の流路面積Ｘは１５０〜２２０［ｍｍ２］の範囲であり、前記エンドプレート及び前記タンクプレートの板厚は１．０〜１．５［ｍｍ］の範囲であり、
前記タンク内部の圧力に関し、変形圧は５．９［ＭＰａ］以上、破壊圧は９．８［ＭＰａ］以上となっていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、媒体を流通する複数のチューブと、複数のチューブの端部が接続されたタンクとを備え、チューブに伝わる熱によって媒体の熱交換を行う熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷凍サイクルにおける放熱器やエバポレータ等の熱交換器は、複数のチューブと複数のフィンとを交互に積層してコアをなすとともに、チューブの端部をタンクに接続して構成されている。媒体は、タンクに設けられた入口部から内部に取り入れられて、コアに伝わる熱によって熱交換をしつつチューブを通過した後、タンクに設けられた出口部から外部に排出される。
【０００３】
また、この種の熱交換器のタンクとしては、例えば特開平５−３０２７９４号、特開平１０−１３２４８５号、実開平２−１３３５８１号、実開平３−５６０６２号、実用新案登録第２５７０３２２号等に記載されたもののように、チューブの端部を接続する孔部を設けたエンドプレートと、エンドプレートを装着するタンクプレートとを備えたものが知られている。すなわち、エンドプレートとタンクプレートとを組み付けることによれば、一枚のプレートを管状に丸める場合と比較して、タンクは容易に製造することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した熱交換器は、製造が容易であるとともに、所要の耐圧性能、熱交換効率、強度等を確実に確保できる構成が望ましく、タンクについても、それらの諸点を踏まえて、更なる改良が求められている。
【０００５】
本発明は、こうした事情に鑑みてなされたものであり、タンクを合理的に構成した熱交換器を提供することを目的としている。
【０００６】
【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、媒体を流通するチューブと、前記チューブの端部が接続されたタンクとを備え、前記チューブに伝わる熱によって前記媒体の熱交換を行う熱交換器において、
当該熱交換器は、フロン系の媒体を循環する車内空調用冷凍サイクルの放熱器であるとともに、前記媒体を気層から液層へ凝縮するものであって、
前記タンクは、前記チューブの端部を接続する孔部を設けたエンドプレートと、前記エンドプレートを装着するタンクプレートとを備え、
前記タンクプレートと前記エンドプレートとは、前記タンクプレートの両縁部の間に前記エンドプレートを装着して組み付けられ、前記エンドプレートの両縁部は、前記タンクプレートの内周面にろう付けされ、
前記タンクプレートの縁部には、前記エンドプレートを保持する折り曲げ片を適宜間隔で複数設け、前記エンドプレートは、前記タンクプレートに位置決めした後、前記折り曲げ片を折り曲げることによって固定され、
更に、前記タンクプレートと前記エンドプレートとの間には、所定の間隔で仕切プレートを設け、前記タンクの端部及び内部は、前記仕切プレートにて閉鎖及び区画され、
前記タンクプレートに対する前記エンドプレートの挿入量は、前記エンドプレートの両縁部の端面が前記仕切プレートに突き当たることによって規制され、
前記タンクの長手方向の断面について、前記媒体の流路面積をＸ、濡れぶち全長をＹとするとき、これらは、
Ｘ＝ａ・Ｙ２／４π  …(1)
０．９≦ａ＜１．０  …(2)
の関係にあり、
前記タンクについて、前記エンドプレート及び前記タンクプレートはアルミニウム又はその合金からなり、前記媒体の流路面積Ｘは１５０〜２２０［ｍｍ２］の範囲であり、前記エンドプレート及び前記タンクプレートの板厚は１．０〜１．５［ｍｍ］の範囲であり、
前記タンク内部の圧力に関し、変形圧は５．９［ＭＰａ］以上、破壊圧は９．８［ＭＰａ］以上となっている構成の熱交換器であり、このような構成によると、タンクは合理的に構成される。以下に、その考え方について説明する。 
【０００７】
まず、媒体を流通する流路の形状は、耐圧強度のみを考慮すると、円管が理想である。但し、タンクについては、チューブを接続したり、エンドプレートとタンクプレートとを組み付けたりする点で、完全な円管よりも、むしろそれに近い適宜形状のものが有利とされる。
【０００８】
すなわち、タンクの長手方向の断面について、媒体の流路の形状は、やや変形した円となる。
【０００９】
ここで、円について、直径をｄ、面積をｘ、円周をｙとすると
ｘ＝（ｄ／２）２π  …▲３▼
ｙ＝ｄπ  …▲４▼
となり、式▲３▼，▲４▼からｄを消去すると、
ｘ＝ｙ２／４π  …▲５▼
となる。尚、πは円周率である。
【００１０】
そして、やや変形した円の場合は、面積ｘが円周ｙに対してある程度小さくなることから、それらの関係は、式▲５▼の右辺に１よりも若干小さな値ａを掛けたものとなる。
【００１１】
従って、タンクの長手方向の断面について、流路面積Ｘ及び濡れぶち全長Ｙの関係は、式▲１▼，▲２▼で表される。
【００１２】
特に、式▲２▼におけるａの範囲は、流路の形状が比較的円に近いことを示し、タンクの耐圧性が良好に確保される範囲となっている。
【００１３】
また、このようなａの範囲について、耐圧性の点でより好ましくは、
０．９６≦ａ＜１．０
である。
【００１４】
尚、流路面積をＸ、濡れぶち全長をＹとするタンクの相当直径ｄｅを求める式は、
ｄｅ＝４Ｘ／Ｙ
である。そして、本発明において、タンクの相当直径ｄｅは、面積をＸとする円の直径ｄＸに対し、
ｄｅ＝ａ１／２・ｄＸ
を満たすこととなる。
【００１５】
このように本発明は、タンクを合理的に構成し、且つ、その耐圧性を効率よく確保したものである。
【００１７】
すなわち、本熱交換器は、媒体を気層から液層へ凝縮する放熱器として好適に使用されるものであり、アルミニウム製又はアルミニウム合金製のエンドプレート及びタンクプレートを用いるとともに、熱交換器の性能を考慮しつつ、それらの板厚と媒体の流路面積とを実用的な範囲に設定したものである。
【００１９】
ここで、臨界点（critical point）とは、気層と液層が共存する状態の高温側の限界、つまり高圧側の限界であり、蒸気圧曲線の一方での終点である。臨界点での圧力、温度、密度は、それぞれ臨界圧力（critical pressure）、臨界温度（critical temperature）、臨界密度（critical density）となる。熱交換器の内部において、圧力が媒体の臨界点を上まわると、媒体は凝縮されない。
【００２０】
すなわち、本熱交換器は、内部の圧力が媒体の臨界点を上まわる放熱器として好適に使用されるものであり、アルミニウム製又はアルミニウム合金製のエンドプレート及びタンクプレートを用いるとともに、熱交換器の性能を考慮しつつ、それらの板厚と媒体の流路面積とを実用的な範囲に設定したものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の具体例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
本例の熱交換器１は、自動車に搭載される車内空調用冷凍サイクルの放熱器であり、図１に示すように、媒体（つまり冷媒）を流通する複数のチューブ２１０及び複数のフィン２２０を交互に積層してなるコア２００と、チューブ２１０の端部が接続された一対のタンク３００とを備え、コア２００に伝わる熱によって媒体の熱交換を行うように構成している。
【００２３】
かかる冷凍サイクルは、フロン系の媒体を循環するものであり、媒体を圧縮するコンプレッサと、圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、冷却された冷媒を減圧する膨張弁と、減圧さ冷媒を蒸化する蒸化器とを備えている。すなわち、放熱器たる本例の熱交換器１は、媒体を冷却して気層から液層へ凝縮するコンデンサである。
【００２４】
タンク３００には、媒体を流入する入口部４００、及び媒体を流出する出口部５００をそれぞれ設けている。
【００２５】
また、コア２００と隣接する外部には、コア２００に空気を送るファン（図示は省略）を設けている。
【００２６】
媒体は、入口部４００からタンク３００の内部に流入されて、熱交換をしつつチューブ２１０を流通した後、出口部５００からタンク３００の外部に排出される。
【００２７】
尚、各タンク３００は、内部をそれぞれ所定の間隔で区画されたものであり、媒体は、各タンク３００の間を複数回往復する構成となっている。
【００２８】
また、コア２００の上下側部には、補強部材たるサイドプレート６００をそれぞれ設けている。各サイドプレート６００の端部は、タンク３００に支持している。
【００２９】
更に、一方のタンク３００には、気液分離器７００を設けており、媒体は、入口部４００から出口部５００へ流通する過程において、タンク３００から気液分離器７００に一旦送られ、液層のみが出口部５００に向かう構成となっている。
【００３０】
そして、熱交換器１を構成するこれらのチューブ２１０、フィン２２０、タンク３００、出口部４００、入口部５００、サイドプレート６００、及び気液分離器７００は、アルミニウム又はアルミニウム合金を成形してなる各部材を組み付けて、この組み付け体を炉中で加熱処理することによって一体に形成している。各部材の要所には、予め、ろう材のクラッド及びフラックスの塗布等を施している。
【００３１】
特に、本例のチューブ２１０は、押し出し成形又はプレートをロール成形して作成された偏平状のものである。その内部は、所要の耐圧性能を得るべく複数に区画されている。
【００３２】
図２乃至図４に示すように、本例のタンク３００は、タンクプレート３１０にエンドプレート３２０を装着して構成している。
【００３３】
タンク３００内部の圧力に関し、実験による変形圧は５．９［ＭＰａ］以上であり、破壊圧は９．８［ＭＰａ］以上となっている。
【００３４】
タンクプレート３１０は、半円筒形状の部材であり、エンドプレート３２０は、チューブ２１０の端部を挿入して接続する孔部３２１を設けた部材である。また、エンドプレート３２０の孔部３２１は、エンドプレート３２０の長手方向に亘り、一定の間隔で複数設けられている。
【００３５】
また、タンクプレート３１０とエンドプレート３２０との間には、所定の間隔で仕切プレート３３０を設けている。すなわち、タンク３００の端部及び内部は、仕切プレート３３０にて閉鎖及び区画されている。
【００３６】
タンクプレート３１０とエンドプレート３２０とは、タンクプレート３１０の両縁部の間にエンドプレート３２０を装着して組み付けられる。エンドプレート３２０の挿入量は、仕切プレート３３０によって規制される。そして、エンドプレート３２０の両縁部は、タンクプレート３１０の内周面にろう付けされる。
【００３７】
仕切プレート３３０は、タンクプレート３１０に設けられた孔部３１０ａに挿入される突部３３１を備え、孔部３１０ａに突部３３１を挿入することにより、位置決めされる。
【００３８】
更に、タンクプレート３１０の縁部には、エンドプレート３２０を保持する折り曲げ片３１１を適宜間隔で複数設けている。エンドプレート３２０は、タンクプレート３１０に位置決めした後、折り曲げ片３１１を折り曲げることによって固定される。折り曲げ片３１１の折り曲げは、プレス成形によってなされる。
【００３９】
本例の場合、タンクプレート３１０及びエンドプレート３２０は、それぞれ、所要の板厚ｔを有するアルミニウム製又はアルミニウム合金製のプレートをプレス成形して作成している。タンクプレート３１０及びエンドプレート３２０の板厚ｔは、それぞれ１．２［ｍｍ］であり、１．０〜１．５［ｍｍ］の範囲となっている。
【００４０】
尚、エンドプレート３２０は、チューブ２１０の端部を接続することによって補強がなされるため、その板厚は、タンクプレート３１０の板厚よりも若干薄く設定してもよい。或いは、チューブ２１０の端部における破壊圧を向上するのであれば、エンドプレート３２０の板厚は、タンクプレート３１０の板厚よりも若干厚く設定する。
【００４１】
更に、タンク３００の長手方向の断面について、媒体の流路面積Ｘは、１７９．５［ｍｍ２］であり、１５０〜２２０［ｍｍ２］の範囲となっている。また、濡れぶち全長Ｙは、４９．０［ｍｍ］である。
【００４２】
そして、流路面積Ｘ、濡れぶち全長Ｙを前述した式▲１▼、すなわち、
Ｘ＝ａ・Ｙ２／４π
に代入すると、
ａ≒０．９３９
となり、
０．９≦ａ＜１．０
が成立する。
【００４３】
このように、本例の熱交換器１は、タンク３００を極めて合理的に構成したものであり、媒体を気層から液層へ凝縮する放熱器として好適に使用することができる。
【００４４】
特に、本熱交換器１は、タンク３００の耐圧性向上に伴い、タンクプレート３１０及びエンドプレート３２０の板厚を薄く設定し、その結果、更なる加工の容易化、材料コストの低減、及び軽量化を達成したものである。
【００４５】
次に、本発明の第２具体例を図５に基づいて説明する。
【００４６】
同図に示すように、本例のタンク３００は、エンドプレート３２０の縁部をコア側に向かって折り曲げて、これをタンクプレート３１０の縁部にろう付けしたものである。また、タンクプレート３１０に対するエンドプレート３２０の位置決めは、タンクプレート３１０に形成された段部によってなされる。
【００４７】
本例の場合、タンクプレート３１０及びエンドプレート３２０の板厚ｔは、それぞれ１．３［ｍｍ］である。
【００４８】
更に、タンク３００の長手方向の断面について、媒体の流路面積Ｘは、１６０．７［ｍｍ２］であり、濡れぶち全長Ｙは、４５．６［ｍｍ］である。
【００４９】
そして、流路面積Ｘ、濡れぶち全長Ｙを、
Ｘ＝ａ・Ｙ２／４π
に代入すると、
ａ≒０．９７０
となり、
０．９≦ａ＜１．０
が成立する。
【００５０】
尚、その他の基本的な構成は、前述した具体例と同様であるので、共通する部材には同一の符号を付すとともに、説明は省略する。
【００５１】
このように、本例の熱交換器１もまた、タンク３００を極めて合理的に構成したものである。
【００５２】
特に、本例は、前述した第１具体例と比較して、タンクプレート３１０及びエンドプレート３２０の板厚ｔが厚い、流路面積Ｘが狭い、媒体の流路の形状がより円に近い（すなわちａの値が１．０に近い）という点で、タンク３００の変形圧及び破壊圧を一層向上したものである。
【００５３】
仮に、第１具体例と同等の変形圧や破壊圧を得るのであれば、タンクプレート３１０及びエンドプレート３２０の板厚ｔは、１．２［ｍｍ］よりも薄くすることができる。
【００５４】
次に、本発明の第３具体例を図６乃至図７に基づいて説明する。
【００５５】
本例の冷凍サイクルは、ＣＯ２を媒体として循環するものであり、気液分離器は、蒸化器とコンプレッサとの間に設けられている。
【００５６】
その放熱器たる本例の熱交換器１は、気温等の使用条件により、内部の圧力が媒体の臨界点を上まわるものである。
【００５７】
図６に示すように、媒体の入口部４００は、一方のタンク３００の中央部に設ており、出口部５００は、他方のタンク３００の下端部に設けている。
【００５８】
また、タンク３００の内部は区画されておらず、媒体は、チューブを流通して一方のタンク３００から他方のタンク３００にもたらされ、そのまま排出される構成となっている。
【００５９】
図７に示すように、本例のタンク３００は、タンクプレート３１０の縁部を切り欠き形状とし、そこにエンドプレート３２０の縁部を嵌装し、ろう付けしたものである。
【００６０】
タンク３００内部の圧力に関し、実験による変形圧は２２．５［ＭＰａ］以上であり、破壊圧は、４５．０［ＭＰａ］以上となっている。
【００６１】
また、本例の場合、タンクプレート３１０及びエンドプレート３２０の板厚ｔは、それぞれ２．５［ｍｍ］であり、２．０〜４．５［ｍｍ］の範囲となっている。
【００６２】
更に、タンク３００の長手方向の断面について、媒体の流路面積Ｘは、２８．３［ｍｍ２］であり、１２〜１６０［ｍｍ２］の範囲となっている。また、濡れぶち全長Ｙは、１９．０［ｍｍ］である。
【００６３】
そして、流路面積Ｘ、濡れぶち全長Ｙを、
Ｘ＝ａ・Ｙ２／４π
に代入すると、
ａ≒０．９８５
となり、
０．９≦ａ＜１．０
が成立する。
【００６４】
尚、その他の基本的な構成は、前述した具体例と同様であるので、共通する部材には同一の符号を付すとともに、説明は省略する。
【００６５】
このように、本例の熱交換器１は、タンク３００を合理的に構成したものであり、内部の圧力が媒体の臨界点を上まわる放熱器として好適に使用することができる。
【００６６】
【発明の効果】
本願第１請求項に記載した発明によると、フロン系の媒体を循環する車内空調用冷凍サイクルの放熱器のタンクを合理的に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の具体例に係り、熱交換器の正面図である。
【図２】  本発明の具体例に係り、タンクの要部を示す斜視図である。
【図３】  本発明の具体例に係り、タンクの要部を示す分解斜視図である。
【図４】  本発明の具体例に係り、タンクの長手方向の断面図であ。
【図５】  本発明の具体例に係り、タンクの長手方向の断面図である。
【図６】  本発明の具体例に係り、熱交換器の正面図である。
【図７】  本発明の具体例に係り、タンクの長手方向の断面図である。
【符号の説明】
１      熱交換器
２００      コア
２１０      チューブ
２２０      フィン
３００      タンク
３１０      タンクプレート
３１０ａ      孔部
３１１      折り曲げ片
３２０      エンドプレート
３２１      孔部
３３０      仕切プレート
３３１      突部
４００      入口部
５００      出口部
６００      サイドプレート
７００      気液分離器
Ｘ      流路面積
Ｙ      濡れぶち全長
ｔ      板厚
【図１】
0004767408.tif 000002
【図２】
0004767408.tif 000003
【図３】
0004767408.tif 000004
【図４】
0004767408.tif 000005
【図５】
0004767408.tif 000006
【図６】
0004767408.tif 000007
【図７】
0004767408.tif 000008