(57)【要約】【課題】ヘッダーパイプのオフセット配置を可能とするとともに、該ヘッダーパイプの耐圧性能を低下を防止することが可能な熱交換器のヘッダーパイプ部構造を提供する。【解決手段】パラレルフロー型の熱交換器において、少なくとも一方のヘッダーパイプを、その横断面中心の位置を熱交換器の厚み方向中心の位置に対し熱交換器の厚み方向の一方側へオフセットして配置し、該ヘッダーパイプの熱交換チューブが接続される部分の外面を平坦面Ａに形成するとともに、内部横断面形状を円形に形成した熱交換器。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本のヘッダーパイプ間に並行に延びる複数の熱交換チューブを配設したパラレルフロー型の熱交換器において、少なくとも一方のヘッダーパイプを、その横断面中心の位置を熱交換器の厚み方向中心の位置に対し熱交換器の厚み方向の一方側へオフセットして配置し、該ヘッダーパイプの前記熱交換チューブが接続される部分の外面を平坦面Ａに形成するとともに、該ヘッダーパイプの内部横断面形状を円形に形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記ヘッダーパイプの周方向において前記平坦面Ａに隣接するヘッダーパイプの外面も実質的に平坦面Ｂに形成されている、請求項１の熱交換器。
【請求項３】
前記平坦面Ａおよび平坦面Ｂ以外のヘッダーパイプの外面は、横断面円形に形成されている、請求項２の熱交換器。
【請求項４】
前記平坦面Ｂに、前記ヘッダーパイプに熱交換チューブの端部挿入穴を加工する時にヘッダーパイプを固定するための治具を係合する凹部が形成されている、請求項２または３の熱交換器。
【請求項５】
熱交換チューブの端部挿通穴加工前の前記ヘッダーパイプが、押出成形されたものからなる、請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記平坦面Ａが形成されたヘッダーパイプ内に、乾燥剤ユニットを有する内蔵物が収容されている、請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項７】
前記２本のヘッダーパイプの内部横断面積に大小関係が付与され、大きい方のヘッダーパイプが前記平坦面Ａを有しかつ内部横断面形状が円形に形成されたヘッダーパイプからなる、請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項８】
熱交換器のコア部が、冷媒を凝縮する冷媒凝縮コア部と、該冷媒凝縮コア部で凝縮された冷媒をさらに過冷却するサブクールコア部とに区画されたサブクールタイプコンデンサからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項９】
前記平坦面Ａを有しかつ内部横断面形状が円形に形成されたヘッダーパイプの少なくとも下部が貯液機能を有する、請求項８の熱交換器。
【請求項１０】
車両用空調装置に用いられるコンデンサからなる、請求項１〜９のいずれかに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッダーパイプ間に熱交換チューブを並設した、いわゆるパラレルフロー型の熱交換器に関し、とくに、車両用空調装置用のコンデンサ、中でもサブクールタイプコンデンサとして好適な熱交換器のヘッダーパイプ部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
２本のヘッダーパイプ間に熱交換チューブを並設した、いわゆるパラレルフロー型の熱交換器はよく知られている。この種の熱交換器においては、少なくとも一方のヘッダーパイプに、比較的大きな容積が要求される場合があり、並行に延びる熱交換チューブの幅（熱交換器の厚み方向の幅）よりも大きな横断面が要求される場合がある。たとえば、車両用空調装置用のコンデンサ、中でもサブクールタイプコンデンサにおいては、一方のヘッダーパイプに、他方のヘッダーパイプよりも大きな横断面が要求されるとともに、貯液機能を要求されることがある。
【０００３】
このようなサブクールタイプコンデンサは、たとえば図１に示すように構成される（この図１に示す基本構成は、本発明にも共通する基本構成である）。図１に示す熱交換器１（サブクールタイプコンデンサ）は、２本のヘッダーパイプ２、３と、該ヘッダーパイプ２、３間に配設された並行に延びる複数の偏平タイプの熱交換チューブ４と、各熱交換チューブ４間および最外層部に設けられたコルゲートタイプのフィン５とを有している。一方のヘッダーパイプ２には冷媒の入口部６と出口部７が設けられており、内部に仕切板８が設けられている。他方のヘッダーパイプ３には、貯液機能とともに水分除去機能が付与されている。このヘッダーパイプ３内には、たとえば上部側に水分除去のための乾燥剤袋を保持した乾燥剤ユニット９を有し、下部側に異物除去のためのストレーナ１０を有する内蔵物１１が収容されており、内蔵物１１は、中央部に連通部を有する保持板１２によってヘッダーパイプ３内に着脱可能に保持されている。熱交換器１のコア部１３全体のうち、上記仕切板８よりも上位に位置する部分は冷媒を凝縮する冷媒凝縮コア部１４として構成され、仕切板８よりも下位に位置する部分は冷媒凝縮コア部１４で凝縮された冷媒をさらに過冷却するサブクールコア部１５として構成されている。このように区画された各コア部１４、１５を備えた熱交換器１に、まず、入口部６からヘッダーパイプ２の仕切板８よりも上部側の部分に導入された冷媒が冷媒凝縮コア部１４を流通されて凝縮され、ヘッダーパイプ３内に流入した冷媒から水分が除去されるとともに異物が除去されて、液化された冷媒がヘッダーパイプ３内の下部に一時貯留され（とくに、液溜め部として機能するヘッダーパイプ３内の下部部分３ａに一時貯留され）、そこからサブクールコア部１５に流入されて過冷却された後、ヘッダーパイプ２の仕切板８よりも下部側の部分２ａ、出口部７を通して排出される。このようなサブクールタイプコンデンサでは、冷凍システムにおけるレシーバドライヤの機能を、別部品を設けることなくコンデンサと一体に構成することができ、しかも、ドライヤ（上記乾燥剤を有する内蔵物１１）を交換可能に一方のヘッダーパイプ３に内蔵した、コンパクトで効率の良い構造に構成できる。
【０００４】
このような熱交換器１は、コンパクトに構成できるため、設置スペースが限られる車両用空調装置用等として最適なものである。ところが、このような熱交換器１においては、少なくとも一方のヘッダーパイプ、つまり、上記形態における内蔵物１１を収容するヘッダーパイプ３の横断面積を大きくしなければならないため、次のような問題を生じることがある。たとえば、上記ヘッダーパイプ３に、図２に示すような横断面円形のヘッダーパイプ２１を採用する場合、熱交換器１の厚み方向において、熱交換チューブ４の幅に対し、冷媒凝縮コア部１４の出口部およびサブクールコア部１５の入口部となるヘッダーパイプ２１が、前後方向に大きく突出することになる。そのため、たとえば図３に示すように、コンデンサ（熱交換器１）とラジエータ３０が前後に配置されるような車載レイアウトとなっている場合、熱交換チューブ４とラジエータ３０の放熱部が大きく離れてしまい、その配置状態でのコンデンサプラスラジエータ３０の厚み寸法が拡大して車載レイアウト上不利になるとともに、コンデンサとラジエータ３０間の気洩れによりコンデンサ通過風量が減少し、それによってコンデンサの性能低下の問題を招くおそれがある。
【０００５】
このような問題を解消するために、たとえば図４に示すように、横断面の大きなヘッダーパイプ４１を、その中心の位置を熱交換器の厚み方向の中心の位置、つまり、熱交換チューブ４の熱交換器厚み方向中心位置に対し、熱交換器の厚み方向の一方側（図３の形態では反ラジエータ側）にオフセット（偏心）させて配置する構成が考えられる。しかしこの場合には、ヘッダーパイプ４１内へのチューブ挿入部寸法４２が大きくなり、チューブ端と内蔵物４３との干渉を回避するためには内蔵物４３の径を縮小せざるを得ないという問題が生じる。
【０００６】
この問題を防止する方策として、たとえば図５に示すような部分的に平坦面Ａを有する横断面形状のヘッダーパイプ５１を用い、図６に示すように、ヘッダーパイプ５１の平坦面Ａの部分に熱交換チューブ４の挿入穴を加工するとともに、ヘッダーパイプ５１の横断面中心の位置を熱交換器の厚み方向の一方側にオフセットして配置した構造が知られている（特許文献１）。このように構成することで、図４に示したようなチューブ挿入寸法４２を大きくすることなく、内贓物１１の所定の径を確保しつつ、熱交換チューブ４とラジエータ間の隙間を小さく保つことが可能になる。
【０００７】
しかしながら、上記のような構造においては、ヘッダーパイプ５１の内部横断面形状が円形ではないため、図７に示すように、内圧Ｐが増加した際には、とくに上記平坦面Ａを形成した部分およびそれに隣接する平坦面を形成した部分に変形が生じ、ヘッダーパイプ５１の耐圧性能が低下するおそれがある。なお、ヘッダーパイプの耐圧性能の低下を防止する手段として、特許文献２、特許文献３にはヘッダーパイプ内部に補強部材を追加する構造が示されているが、この構造では部品点数の増加による製造コスト増加を招く。また、特許文献４では、ヘッダーパイプの断面形状をある所定形状に規制しつつ強度低下を防止する試みを行っているが、円形横断面形状と比較した場合、強度低下を十分に抑えることはできない。
【特許文献１】特開２００３−１８５２９６号公報
【特許文献２】特開２０００−３９２８８号公報
【特許文献３】特開２００３−１７２５９２号公報
【特許文献４】特開２００２−４８４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の課題は、少なくとも一方のヘッダーパイプの横断面積を大きく形成することが要求されるパラレルフロー型の熱交換器において、該ヘッダーパイプへのチューブ挿入寸法の増加、該ヘッダーパイプ内に収容される内蔵物の径の縮小を招くことなく、該ヘッダーパイプの熱交換器厚み方向へのオフセット配置を可能とするとともに、該ヘッダーパイプの耐圧性能の低下を防止することが可能な熱交換器のヘッダーパイプ部構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、２本のヘッダーパイプ間に並行に延びる複数の熱交換チューブを配設したパラレルフロー型の熱交換器において、少なくとも一方のヘッダーパイプを、その横断面中心の位置を熱交換器の厚み方向中心の位置に対し熱交換器の厚み方向の一方側へオフセットして配置し、該ヘッダーパイプの前記熱交換チューブが接続される部分の外面を平坦面Ａに形成するとともに、該ヘッダーパイプの内部横断面形状を円形に形成したことを特徴とするものからなる。
【００１０】
この熱交換器においては、上記ヘッダーパイプの周方向において上記平坦面Ａに隣接するヘッダーパイプの外面も実質的に平坦面Ｂに形成されている構成とすることができる。この場合、この平坦面Ａおよび平坦面Ｂ以外のヘッダーパイプの外面は、横断面円形に形成することができる。また、平坦面Ｂに、上記ヘッダーパイプに熱交換チューブの端部挿入穴を加工する時にヘッダーパイプを固定するための治具を係合する凹部が形成されている構成とすることもできる。
【００１１】
このような本発明に係るヘッダーパイプは、熱交換チューブの端部挿入穴加工前のヘッダーパイプとして、押出成形により形成することができる。もちろん、他の成形法、たとえば機械加工により削り出したものとしてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る熱交換器においては、上記平坦面Ａが形成されたヘッダーパイプ内に、乾燥剤ユニット等を有する内蔵物が収容されている構成とすることができる。また、上記２本のヘッダーパイプの内部横断面積に大小関係が付与され、大きい方のヘッダーパイプが上記平坦面Ａを有しかつ内部横断面形状が円形に形成されたヘッダーパイプからなる構成とすることができる。
【００１３】
このような本発明に係る熱交換器は、サブクールタイプコンデンサとして好適なものである。つまり、熱交換器のコア部が、冷媒を凝縮する冷媒凝縮コア部と、該冷媒凝縮コア部で凝縮された冷媒をさらに過冷却するサブクールコア部とに区画されたサブクールタイプコンデンサとして好適なものである。この場合、上記平坦面Ａを有しかつ内部横断面形状が円形に形成されたヘッダーパイプの少なくとも下部が貯液機能を有する構成とすることが好ましい。これによって、貯液機能を有するヘッダーパイプ部分から、液冷媒をサブクールコア部に流入させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る熱交換器は、とくに設置スペースが限られる車両用空調装置に用いられるコンデンサとして好適なものである。
【００１５】
このような本発明に係る熱交換器においては、熱交換器の厚み方向の一方側へオフセット配置され、熱交換チューブが接続される部分の外面が平坦面Ａに形成されたヘッダーパイプ構造により、該ヘッダーパイプへのチューブ挿入寸法の増加、該ヘッダーパイプ内に収容される内蔵物の径の縮小を招くことなく、隣接機器（たとえば、ラジエータ）と熱交換チューブとの間の隙間を小さくすることが可能になり、同時に、該ヘッダーパイプの内部横断面形状が円形に形成されていることにより、内圧をヘッダーパイプ内面で均等に受けて大きな内圧がかかる場合にもヘッダーパイプの変形を抑えて、耐圧性能の大幅な低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明に係る熱交換器によれば、ヘッダーパイプの耐圧性能の大幅な低下を招くことなく、かつ、熱交換チューブの挿入寸法の増加、ヘッダーパイプ内に収容される内蔵物の径の縮小を招くことなく、該ヘッダーパイプを熱交換器の厚み方向の一方側へオフセット配置した構成を採ることができるようになり、所望の性能を確保しつつ、設置上最適な外形形状の熱交換器を達成することができる。したがって、前述したようにラジエータが前部側に配置される場合にあっても、熱交換チューブとラジエータの放熱部が大きく離れることや、熱交換器（コンデンサ）＋ラジエータの厚さが拡大することや、コンデンサとラジエータ間の気洩れによるコンデンサ通過風量の低下等を防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る熱交換器は、車両用空調装置に用いられるコンデンサとして好適なものであり、中でも、サブクールタイプコンデンサとして好適なものである。サブクールタイプコンデンサの基本構成は、図１に示した通りである。すなわち、熱交換器としてのサブクールタイプコンデンサ１は、小径のヘッダーパイプ２と大径のヘッダーパイプ６１の２本のヘッダーパイプと、該ヘッダーパイプ２、６１間に配設された並行に延びる複数の偏平タイプの熱交換チューブ４と、各熱交換チューブ４間および最外層部に設けられたコルゲートタイプのフィン５とを有しており、一方のヘッダーパイプ２には冷媒の入口部６と出口部７が設けられており、内部に仕切板８が設けられている。他方のヘッダーパイプ６１は、ヘッダーパイプ２よりも大きな内容積を有する大径のヘッダーパイプに形成され、このヘッダーパイプ６１内には、たとえば上部側に水分除去のための乾燥剤袋を保持した乾燥剤ユニット９を有し、下部側に異物除去のためのストレーナ１０を有する内蔵物１１が収容されており、内蔵物１１は、中央部に連通部を有する保持板１２によってヘッダーパイプ６１内に着脱可能に保持されている。コア部１３全体のうち、上記仕切板８よりも上位に位置する部分が冷媒を凝縮する冷媒凝縮コア部１４として構成され、仕切板８よりも下位に位置する部分が冷媒凝縮コア部１４で凝縮された冷媒をさらに過冷却するサブクールコア部１５として構成されている。冷媒凝縮コア部１４を通過して凝縮され、ヘッダーパイプ６１内に流入した冷媒から水分が除去されるとともに異物が除去されて、液化された冷媒がヘッダーパイプ６１内の下部に一時貯留され（とくに、液溜め部として機能するヘッダーパイプ６１内の下部部分６１ａに一時貯留され）、そこからサブクールコア部１５に流入されて過冷却される。つまり、冷凍システムにおけるレシーバドライヤの機能を、別部品を設けることなくコンデンサと一体化したサブクールタイプコンデンサ１として構成されている。
【００１８】
本発明では、上記のように構成されたサブクールタイプコンデンサ１において、一方のヘッダーパイプ６１が、たとえば図８に示すように、ヘッダーパイプ６１の熱交換チューブ４が接続される部分の外面が平坦面Ａに形成されるとともに、該ヘッダーパイプ６１の内部横断面形状が円形に形成されている。本実施態様では、ヘッダーパイプ６１の周方向において上記平坦面Ａに隣接するヘッダーパイプ６１の外面部分も実質的に平坦面Ｂに形成されており、平坦面Ａおよび平坦面Ｂ以外のヘッダーパイプ６１の外面は、横断面円形に形成されている。したがって、平坦面Ａおよび平坦面Ｂを形成する部分は、他の部分よりも肉厚に形成されている。このようなヘッダーパイプ６１は、熱交換チューブの端部挿入穴加工前のヘッダーパイプ（ヘッダーパイプ素材）として、押出成形法により容易に形成することができる。
【００１９】
このような形状のヘッダーパイプ６１に、図９に示すように、熱交換チューブ４の端部を挿入する穴６２が、パイプ長手方向に所定数加工される。そして、ヘッダーパイプ６１は、その横断面中心の位置６３が、サブクールタイプコンデンサ１の厚み方向中心の位置、つまり、その方向における熱交換チューブ４の幅方向中心の位置６４に対し、その方向における一方側へオフセットされて配置される。オフセット方向は、たとえば図３に示したようにラジエータが隣接配置される場合には、反ラジエータ方向とされ、オフセット量δは、ヘッダーパイプ６１が、他方のヘッダーパイプ２と同等か、それ以下しか平坦面Ｂ側にはみ出ないようにする程度に設定されればよい。但し、ラジエータが隣接配置される場合であっても、本発明に係るオフセット構造を採用しつつ、オフセット方向をラジエータ方向とすることが可能な態様もある。たとえば図１０に示すように、隣接配置されたラジエータ４０の放熱部とサブクールタイプコンデンサ１のコア部との隙間を小さく保ちつつ、ヘッダーパイプ６１の位置をラジエータ４０の幅方向端部からはみ出した位置に設定できる場合には、該ヘッダーパイプ６１のオフセット方向をラジエータ方向とすることが可能である。この場合には、オフセット量にはとくに制限はない。
【００２０】
このように構成されたサブクールタイプコンデンサ１（熱交換器）においては、平坦面Ａ形成部に熱交換チューブ４の端部挿入穴６２が加工されるので、チューブ挿入寸法の増加が防止され、内蔵物１１の径を縮小しなくてもよくなる。また、サブクールタイプコンデンサ１の厚み方向の一方側にヘッダーパイプ６１の中心の位置をオフセットすることにより、十分に大きな内容積を確保することができ、内容物１１の径を縮小することなく、所定径の内容物１１を収容することができる。そして、ヘッダーパイプ６１の内部横断面形状が円形に形成されることにより、内圧は内面で均等に受けられることになり、大きな内圧がかかる場合にあっても局部的に大きく変形することが防止される。したがって、耐圧性能の低下が防止され、耐圧性能的に望ましいサブクールタイプコンデンサ１が実現される。
【００２１】
すなわち、望ましいヘッダーパイプ６１の耐圧性能が確保されつつ、ヘッダーパイプ６１の所定方向への偏心構造、収容される内蔵物１１の望ましい径の確保が可能になる。したがって、サブクールタイプコンデンサ１を図３に示したようにラジエータ等と併設する場合にあっても、熱交換チューブ４とラジエータの放熱部との間に大きな隙間が形成されることを防止でき、設置状態でのサブクールタイプコンデンサ１とラジエータのトータル厚み寸法を小さく抑えて車載上極めて有利な配置を達成できる。また、コンデンサ１とラジエータ間の気洩れによるコンデンサ通過風量の低下を防止でき、サブクールタイプコンデンサ１に望ましい性能を発揮させることができる。
【００２２】
図１１および図１２は、本発明の別の実施態様を示している。本実施態様においては、図８および図９に示した実施態様に比べ、ヘッダーパイプ７１の平坦面Ｂの部分に、ヘッダーパイプ７１に熱交換チューブの端部挿入穴７２を加工する時にヘッダーパイプ７１を固定するための治具７３を係合する凹部７４が形成されている。本実施態様では、この凹部７４はヘッダーパイプ７１の長手方向全長にわたって形成されているので、凹部７４を有する構造であっても、ヘッダーパイプ７１は所定の断面形状に容易に押出成形することができる。
【００２３】
このように平坦面Ｂの部分に凹部７４を形成しておくと、熱交換チューブの端部挿入穴７２を加工する時に、該凹部７４に治具７３を係合させてヘッダーパイプ７１を固定することができ、加工時のヘッダーパイプ７１の回転や逃げを確実に防止できるようになる。その結果、望ましい形状、位置のチューブ端部挿入穴７２を精度良く加工できる。その他の構成、作用、効果は前述の実施態様に準じる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、少なくとも一方のヘッダーパイプを大径に構成することが要求されるあらゆるパラレルフロー型熱交換器に適用でき、とくに車載のコンデンサ、中でもサブクールタイプコンデンサに好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】熱交換器としてのサブクールタイプコンデンサの基本構成例を示す正面図である。
【図２】従来のサブクールタイプコンデンサの一方のヘッダーパイプの横断面図である。
【図３】図２のヘッダーパイプを備えたコンデンサの設置例を示す、部分断面表示平面図である。
【図４】図３のヘッダーパイプを偏心させた場合のコンデンサの部分断面表示平面図である。
【図５】従来の別のサブクールタイプコンデンサの一方のヘッダーパイプの横断面図である。
【図６】図５のヘッダーパイプを備えたコンデンサの部分断面表示平面図である。
【図７】図６のコンデンサのヘッダーパイプの不具合例を示す横断面図である。
【図８】本発明の一実施態様に係るサブクールタイプコンデンサの一方のヘッダーパイプの横断面図である。
【図９】図８のヘッダーパイプを備えたコンデンサの部分断面表示平面図である。
【図１０】図９のコンデンサのヘッダーパイプのオフセット方向を変更できる場合の一例を示した、ラジエータとの併設例を示す部分断面表示平面図である。
【図１１】本発明の別の実施態様に係るサブクールタイプコンデンサの一方のヘッダーパイプの横断面図である。
【図１２】図１１のヘッダーパイプを備えたコンデンサの部分断面表示平面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  熱交換器（サブクールタイプコンデンサ）
２  小径のヘッダーパイプ
３、２１、４１、５１、６１、７１  大径のヘッダーパイプ
４  熱交換チューブ４
５  フィン
６  冷媒の入口部
７  冷媒の出口部
８  仕切板
９  乾燥剤ユニット
１０  ストレーナ
１１  内蔵物
１２  保持板
１３  コア部（全体）
１４  冷媒凝縮コア部
１５  サブクールコア部
３０  ラジエータ
４２  チューブ端部挿入寸法
６２、７２  熱交換チューブの端部挿入穴
６３  オフセットされたヘッダーパイプの横断面中心の位置
６４  熱交換器の厚み方向中心の位置
７３  治具
７４  凹部
Ａ、Ｂ  平坦面
δ  オフセット量
【図１】
2005083719.tif 000003
【図２】
2005083719.tif 000004
【図３】
2005083719.tif 000005
【図４】
2005083719.tif 000006
【図５】
2005083719.tif 000007
【図６】
2005083719.tif 000008
【図７】
2005083719.tif 000009
【図８】
2005083719.tif 000010
【図９】
2005083719.tif 000011
【図１０】
2005083719.tif 000012
【図１１】
2005083719.tif 000013
【図１２】
2005083719.tif 000014