(57)【要約】【課題】性能を維持しながら、フィン切れ防止可能な熱交換器を提供する。【解決手段】流体が流通するチューブ１１１とフィン１１２とを交互に積層したコア部１１０と、コア部１１０を補強するサイドプレート１１３とを備え、フィン１１２は、折曲げ部１１２ａ、および折曲げ部１１２ａ間を繋ぐ略平面部１１２ｂと有して波形状に形成されると共に、略平面部１１２ｂの一部を切り起こしたルーバ１１２ｃを有し、積層方向の最外側にある最外側フィン１１２ｏは、サイドプレート１１３に接合されるとともに、複数のルーバ１１２ｃのうち、折曲げ部１１２ａの延在する方向における最外側にある最外側ルーバ１１２ｃ２の切れ長さＬｂは、他のルーバ１１２ｃ２の切れ長さＬａに比べて短く形成されている。【選択図】  図２
2005003223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通するチューブと前記チューブに接合するフィンとを交互に積層したコア部と、前記チューブおよび前記フィンの積層方向における前記コア部の両端から、前記コア部を補強するサイドプレートとを備えた熱交換器において、
前記フィンは、多数箇所の折曲げ部、および前記折曲げ部間を繋ぐ略平面部と有して波形状に形成されているとともに、前記略平面部の一部を切り起こした鎧窓状のルーバを有し、
前記チューブと交互に積層される前記フィンのうち、積層方向の最外側にある最外側フィンは、前記サイドプレートに接合されるとともに、
前記複数のルーバのうち、前記折曲げ部の延在する方向における最外側にある最外側ルーバの切れ長さは、他のルーバの切れ長さに比べて短く形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記サイドプレートは、反フィン側に開口する略コの字状の断面に形成されているとともに、
前記最外側フィンと前記サイドプレートには、前記折曲げ部と前記サイドプレートの底面との間に接合部を有し、
前記最外側ルーバの切れ長さは、前記接合部のうち、前記折曲げ部の延在方向における最外側にある最外側接合部を中心とする所定半径の円内に重ならないような切れ長さであ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】
前記所定半径は、前記複数のルーバが前記折曲げ部の延在方向に配置される所定間隔の大きさ以上であ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】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器は、前記サイドプレートを介して、加振源の略近傍に配置された相手部材に取付けられ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、熱交換器に関し、例えば車両用冷凍サイクル装置を構成する凝縮器等の熱交換器に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器は、例えば車両用冷凍サイクル装置のヒータコアやコンデンサ等に適用され、冷媒または冷却水と空気とを熱交換するものにおいて、波形状いわゆるコルゲート状に形成されるとともに、平面部の一部を切り起こした鎧窓状のルーバを有するコルゲートフィンが知られている（特許文献１参照）。この特許文献１の開示の技術では、空気との熱交換性能の向上を図るため、コルゲートフィンの外側のルーバ切れ長さを長くしている。なお、内部に冷媒が流通する複数のチューブと複数のコルゲートフィンとが交互に積層され、最外側のフィンは、サイドプレートに接合している。
【０００３】
【特許文献１】
実開平５−８２６４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、ルーバ切れ長さを長くすると性能がよくなる反面、例えば冷却サイクル用コンデンサのようにサイドプレートにブラケットを取付けて車両等に組付けるものにおいて、フィンとサイドプレートには、フィン切れが発生するおそれがある。フィン切れが発生すると、熱交換器の構成を保持するための強度が低下するという問題があった。フィン切れ対策として、フィンの肉厚を増やしてフィンの強度向上を図る方法が考えられるが、熱交換器の重量増加、コストアプ、および通風抵抗が増加するという問題がある。なお、通風抵抗の増加は、熱交換器の性能低下する要因となる。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、熱交換器性能を維持しながら、フィン切れを防止することを目的とする。
【０００６】
また、別の目的は、性能を維持しフィン切れを防止するとともに、重量およびコストの低減が可能な熱交換器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１によると、流体が流通するチューブとチューブに接合するフィンとを交互に積層したコア部と、チューブおよびフィンの積層方向におけるコア部の両端から、コア部を補強するサイドプレートとを備えた熱交換器において、フィンは、多数箇所の折曲げ部、および折曲げ部間を繋ぐ略平面部と有して波形状に形成されているとともに、略平面部の一部を切り起こした鎧窓状のルーバを有し、チューブと交互に積層されるフィンのうち、積層方向の最外側にある最外側フィンは、サイドプレートに接合されるとともに、複数のルーバのうち、折曲げ部の延在する方向における最外側にある最外側ルーバの切れ長さは、他のルーバの切れ長さに比べて短く形成されている。
【０００８】
例えばチューブと交互に積層されるフィンのうち、最外側のフィンを補強部材としてのサイドプレートにろう付等により接合することで、フィンとチューブが交互に積層してなるコア部をサイドプレートが保持する場合において、ルーバを設けるための切れ長さが形成されたフィンは、複数横並びしたルーバのうち、最外側のルーバの切れ長さの終端部を起点として破断し易い。
【０００９】
これに対して、本発明の請求項１に記載の熱交換器では、最外側ルーバの切れ長さを、他のルーバつまり内側に配置される内側ルーバの切れ長さと比べて短く形成するため、フィンの破断いわゆるフィン切れの発生防止が可能である。
【００１０】
なお、他のルーバに比べて短くするのは、最外側ルーバだけであるので、熱交換器の性能を維持することが可能である。
【００１１】
本発明の請求項２によると、サイドプレートは、反フィン側に開口する略コの字状の断面に形成されているとともに、最外側フィンとサイドプレートには、折曲げ部とサイドプレートの底面との間に接合部を有し、最外側ルーバの切れ長さは、接合部のうち、折曲げ部の延在方向における最外側にある最外側接合部を中心とする所定半径の円内に重ならないような切れ長さであることが好ましい。
【００１２】
例えば車両に搭載される内燃機関の作動によって生じる加振力あるいは車両が走行する路面状態に応じた車両振動等による外力がサイドプレートに加わる場合においては、サイドプレートが最外側フィンに接合する接合部のうち、最外側接合部に応力集中し易い。
【００１３】
これに対して、本発明の請求項２に記載の熱交換器は、最外側接合部と、フィンにおける最外側ルーバを設けるための切れ長さの終端部との間の離間距離を、所定半径分確保することで、破断に対する強度確保がなされるので、サイドプレートに外力が加わったとしても、フィン切れ発生を防止することが可能である。
【００１４】
本発明の請求項３によると、所定半径は、複数のルーバが折曲げ部の延在方向に配置される所定間隔の大きさ以上であることが好ましい。
【００１５】
これにより、最外側ルーバの切れ長さの終端部は、内側ルーバの切れ長さの終端部とほぼ同じ強度を確保することが可能である。
【００１６】
さらに、熱交換器の性能および強度を維持しながら、フィンの肉厚を低減することが可能である。その結果、熱交換器の重量およびコストの低減が図れる。
【００１７】
本発明の請求項４によると、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器は、サイドプレートを介して、加振源の略近傍に配置された相手部材に取付けられている。これにより、サイドプレートを介して、内燃機関等の加振源の略近傍に配置された相手部材、例えばラジエータ、車両側のボディに取付けられる熱交換器に好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の熱交換器を、自動車等の車両用冷凍サイクル装置内の冷媒を凝縮化する凝縮器に適用して、具体化した実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の熱交換器の構成を示す正面図である。図２は、図１中のＩＩ―ＩＩ方向からみた部分的断面図である。なお、図３および図４は、本実施形態の熱交換器を、内燃機関等の加振源の略近傍に配置した相手部材に取付けた取付け例をそれぞれ示し、図３（ａ）および図４（ａ）は正面図、図３（ｂ）および図４（ｂ）は側面図である。
【００１９】
凝縮器１００は、後述するサイドプレート１１３を介して、車両側のボディ３００に直接取付けられるもの（図４参照）や、サイドプレート１１３を介して、水冷式内燃機関を搭載する車両に設けられた冷却水と空気とを熱交換するラジエータ２００に取付けられるものであってもよく、内燃機関等の加振源の略近傍に配置されたラジエータ２００やボディ３００の相手部材に取付けられるものであればいずれの熱交換器であってもよい。なお、図３および図４において凝縮器１００は、凝縮器１００を構成するサイドプレート１１３に設けられた取付け手段としてのブラケット１９０を、ラジエータ２００、ボディ３００に螺合固定することで、これら相手部材に取付けられている。
【００２０】
図１に示すように、凝縮器１００は、コア部１１０、左ヘッダタンク１２０、右ヘッダタンク１３０、蓋部材１４０、および受液器１５０等から構成され、各部材はアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなり、嵌合、かしめ、あるいは治具固定等により組付けられ、予め各部材表面に設けられたろう材により一体でろう付けされている。
【００２１】
コア部１１０は、内部を流体としての冷媒が流通する複数のチューブ１１１および複数のフィン１１２が交互に積層され、積層方向の最外側にあるフィン（以下、外側フィンと呼ぶ）１１２ｏに、補強部材としてのサイドプレート１１３が配設されている。なお、サイドプレート１１３は、チューブ１１１とフィン１１２が交互に積層してなるコア部１１０を保持する保持手段を構成している。これら各部材は一体でろう付けされている。
【００２２】
フィン１１２は、図１に示すように、多数箇所の折曲げ部１１２ａと、折曲げ部１１２ａ間を繋ぐ略平面部１１２ｂとを有しており、波形状いわゆるコルゲート形状に形成されている。さらに、フィン１１２には、図２に示すように、略平面部１１２ｂの一部を切り起こした鎧窓状の複数のルーバ１１２ｃが形成されている。ルーバ１１２ｃは、図２に示すように、折曲げ部１１２ｂの延在する方向に、略等間隔に所定間隔（以下、ルーバピッチと呼ぶ）Ｌｐで横並びに配置されている。
【００２３】
なお、図２においては、略平面部１１２ｂは、説明の便宜上、図示しないフィン製造装置としてのローラ成形機等によって、ルーバ１１２ｃを切り起こすための切れ長さＬａ、Ｌｂに切分けられた状態を模式的に示している。
【００２４】
なお、フィン１１２によってルーバ１１２ｃを形成する切れ長さＬａおよび切れ長さＬｂとに切換えられる本発明の特徴に係る構成については、後述する。
【００２５】
チューブ１１１は、図１および図２に示すように、扁平状に形成され、フィン１１２がコルゲート状に延設される方向（以下、長手方向と呼ぶ）に、チューブ１１１内に形成された冷媒を流通する流路が延出されている。
【００２６】
サイドプレート１１３は、図１に示すように、一般部において、断面が反フィン（反チューブ）側に開口する略コの字状（図２参照）に形成されている。また、サイドプレート１１３の長手方向端部においては、ヘッダタンク１２０、１３０との接合のために板状に形成されている。
【００２７】
なお、略コの字状のサイドプレート１１３の底面が最外側フィン１１２ｏの折曲げ部１１２ａに接合している。サイドプレート１１３の底面と折曲げ部１１２ａの間には、サイドプレート１１３と折曲げ部１１２ａを接合するろう材による接合部１１９を有する（図２参照）。この接合部１１９の長さは、図２に示すように、サイドプレート１１３における略コの字状の断面の幅より短い。すなわち、図２に示すように、折曲げ部１１２ａの延在する方向における最外側接合部より、折曲げ部１１２ａの端部が突出している。
【００２８】
このコア部１１０の図１中の左右部側、つまり複数のチューブ１１１の長手方向両端部において、チューブ１１１の積層方向に延びる一対のヘッダタンク（左ヘッダタンク１２０と右ヘッダタンク１３０）が設けられている。両ヘッダタンク１２０、１３０は、断面が略楕円形状に形成された略筒状体であって、押し出し成形により形成されている。
【００２９】
さらに、サイドプレート１１３には、図１に示すように、外部の相手部材に凝縮器１００を取付けるための取付け手段としてのブラケット１９０が設けられている。
【００３０】
この両ヘッダタンク１２０、１３０には図示しないチューブ孔が複数穿設されており、各チューブ１１１の長手方向端部がこのチューブ孔に嵌合され、チューブ１１１と両ヘッダタンク１２０、１３０が互いに連通するようにろう付けされている。また、サイドプレート１１３の長手方向端部も両ヘッダタンク１２０、１３０に設けられたプレート孔（図示せず）に嵌合され、ろう付けされている。
【００３１】
そして、両ヘッダタンク１２０、１３０の長手方向端部の開口部１２１、１３１には、蓋部材１４０がろう付けされ、この蓋部材１４０によって開口部１２１、１３１は閉塞されている。
【００３２】
また、各ヘッダタンク１２０、１３０には、内部の空間を仕切るセパレータ１２２、１３２ａ、１３２ｂがろう付けされている。そして、右ヘッダタンク１３０のセパレータ１３２ａよりも上側には入口側のジョイント１６０が、また左ヘッダタンク１２０のセパレータ１２２の下側には出口側のジョイント１６０がそれぞれろう付けされ、両ヘッダタンク１２０、１３０の内部と連通するようにしている。
【００３３】
受液器１５０は、押出し成形より形成される略円筒状の容器体であって、右ヘッダタンク１３０の側壁にろう付けされている。そしてセパレータ１３２ｂを挟むように流通路１５１、１５２が設けられ、右ヘッダタンク１３０と受液器１５０の内部が互いに連通するようにしている。
【００３４】
上述する構成を有する凝縮器１００において、入口側のジョイント１６０は、図示しない圧縮機の吐出側と接続され、また、出口側のジョイント１６０は、図示しない膨張弁と接続されている。圧縮機から吐出された冷媒は入口側のジョイント１６０ら右ヘッダタンク１３０内に流入し、セパレータ１２２、１３２ｂより上側のチューブ１１１群をＵターンして流れ、外部空気と熱交換されて凝縮液化される。さらに、この冷媒は右ヘッダタンク１３０、流通路１５１から受液器１５０内に流入し、気液分離される。気液分離された冷媒のうち、液相冷媒が流通路１５２、右ヘッダタンク１３０からセパレータ１２２、１３２ｂより下側のチューブ１１１群で過冷却され、出口側のジョイント１６０から流出する。
【００３５】
なお、受液器１５０の内部には図示しない乾燥剤およびフィルタが配設されており、これによって冷媒中の水分や異物が除去される。
【００３６】
次に、チューブ１１１とフィン１１２が交互に積層してなるコア部１１０とサイドプレート１１３と接合に係る関係、特にサイドプレート１１３に接合する最外周側フィン１１２ｏの接合部１１９と、切れ長さＬａ、Ｌｂとの関係について、図２に従って説明する。
【００３７】
図２に示すように、最外側フィン１１２ｏは、複数のルーバ１１２ｃのうち、折曲げ部１２２ａの延在する方向における最外側にあるルーバ（以下、最外側ルーバと呼ぶ）１１２ｃ２の切れ長さは、Ｌｂに形成される。また、最外側ルーバ１１２ｃ２を除く他のルーバ（以下、内側ルーバと呼ぶ）１１２ｃ１の切れ長さは、Ｌａに形成される。なお、内側ルーバ１１２ｃ１は可能な限り切れ長さＬａを伸長している。本実施例では、例えばフィン高さをＦｈとすると、Ｆｈ＝５．４ｍｍのとき、切れ長さの実長Ｌａ（図２参照）は、Ｌａ＝５．４ｍｍである。
【００３８】
最外側ルーバ１１２ｃ２の切れ長さＬｂは、内側ルーバ１１２ｃ１の切れ長さＬａに比べて短く形成されるようにする（Ｌｂ＜Ｌａ）。
【００３９】
ここで、我々は、凝縮器１００を加振源（内燃機関１０）に比較的近い相手部材に取付けた場合を想定した環境負荷実験を行なった。凝縮器１００を図示しない振動試験機に搭載し、凝縮機１００（詳しくは、サイドプレート１１３）に所定量の加振力を加わえることで、フィン１１２の故障モードを検証した。その結果、チューブ１１１と交互に積層されるフィン１１２のうち、サイドプレート１１３に直接接合する最外側フィン１１２ｏにおいて、複数横並びしたルーバ１１２ｃのうち、最外側ルーバ１１２ｃ２の切れ長さの終端部を起点として破断し易いことが判った。
【００４０】
これに対して、最外側ルーバ１１２ｃ２の切れ長さＬｂを、内側ルーバ１１２ｃ１の切れ長さＬａより短くするので、最外側フィン１１２ｏにおける最外側ルーバ１１２ｃ２の切れ長さの終端部での破断強度を向上することができる。その結果、凝縮器１００を自動車等のラジエータ２００あるいはボディ３００に取付けるものにおいて、フィン１２２の破断つまりフィン切れの発生防止が可能である。
【００４１】
なお、他のルーバ１１２ｃ１に比べて短くするのは、最外側ルーバ１１２ｃ２だけであるので、熱交換器の性能を維持することが可能である。なお、短くするのは、最外側フィン１１２ｏで、かつそのフィン１１２ｏにおける最外側ルーバ１１２ｃ２だけであることが好ましい。この場合、内側フィン１１２ｉは、全てのルーバの切り長さがＬａとする。
【００４２】
なお、最外側フィン１１２ｏおよび内側フィン１１２ｉの全ての最外側ルーバ１１２ｃ２の切れ長さを、Ｌｂ寸法（Ｌｂ＜Ｌａ）とすることで、フィン１１２を製造する際、最外側ルーバ１１２ｃ２の切れ長さの違いＬａ、Ｌｂによってローラを交換する交換手番を省くことができ、安価に製造することが可能である。
【００４３】
さらになお、本実施形態では、最外側ルーバ１１２ｃ２の切れ長さＬｂは、接合部１１９のうち、最外側接合部を中心とする半径Ｂの円（図２に示す破線の円）内に重ならないような切れ長さに形成されることが好ましい（本実施例では、半径Ｂ＝１．８ｍｍとし、切れ長さＬｂは、Ｌｂ＝Ｌａ−２×Ｂ＝３．６ｍｍである。なお、接合部１９は、フィン１１２を形成する基材にろう材がグリッドにされているため、接合部１９の厚みは比較的薄く成形されている）。車両に搭載される内燃機関の作動によって生じる加振力あるいは車両が走行する路面状態に応じた車両振動等による外力がサイドプレート１１３に加わる場合においては、サイドプレート１１３が最外側フィン１１２ｏに接合する接合部１１９のうち、最外側接合部に応力集中し易い。
【００４４】
これに対して、最外側接合部と、最外側フィン１１２ｏにおける最外側ルーバ１１２ｃ２を設けるための切れ長さＬｂの終端部との間の離間距離を所定半径Ｂ分確保することで、破断に対する強度確保がなされるので、サイドプレートに外力が加わったとしても、フィン切れ発生を防止することが可能である。
【００４５】
さらになお、本実施形態では、所定半径Ｂは、ルーバピッチＬｐ（本実施例では、Ｌｐ＝０．９ｍｍ）の大きさ以上であることが好ましい。これにより、最外側ルーバ１１２ｃ２の切れ長さＬｂの終端部における最外側フィン１１２の強度は、内側ルーバ１１２ｃ１の切れ長さＬａの終端部における最外側フィン１１２の強度と、ほぼ同じ強度を確保することが可能である。
【００４６】
さらに、凝縮器１００の性能および強度を維持しながら、最外側フィン１１２ｏを含む全てのフィン１１２の肉厚を低減することが可能である。その結果、凝縮器１００の重量およびコストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の熱交換器の構成を示す正面図である。
【図２】図１中のＩＩ―ＩＩ方向からみた部分的断面図である。
【図３】図１の熱交換器を、水冷式内燃機関を搭載する車両の冷却水用熱交換器に取付けた第１の取付け例を示す図であって、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図である。
【図４】図１の熱交換器を、水冷式内燃機関を搭載する車両のボディに直接取付けた第２の取付け例を示す図であって、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１００  凝縮器（熱交換器）
１００ａ  コア部
１１１  チューブ
１１２  フィン
１１２ｉ  内側フィン
１１２ｏ  最外側フィン
１１２ａ  折曲げ部
１１２ｂ  略平面部
１１２ｃ  ルーバ
１１２ｃ１  内側ルーバ
１１２ｃ２  最外側ルーバ
１１３  サイドプレート
１１９  接合部
１２０  左ヘッダタンク
１３０  右ヘッダタンク
１９０  ブラケット（取付け手段）
２００  ラジエータ
３００  車両側ボディ
Ｌａ、Ｌｂ  切れ長さ
【図１】
2005003223.tif 000003
【図２】
2005003223.tif 000004
【図３】
2005003223.tif 000005
【図４】
2005003223.tif 000006