(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体を流通するチューブと、前記チューブに装着されたフィンと、前記チューブの端部が接続されたタンクと、前記タンクに設けられたコネクタとを備え、前記チューブ及び前記フィンに伝わる熱に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、前記チューブ、前記フィン、前記タンク、及び前記コネクタを組み立てるとともに、これを炉中で加熱処理して一体にろう付けしてなり、
前記コネクタは、アルミニウム又はその合金からなるものであって、前記タンクの外面にろう付けされる着座面を備え、
前記コネクタの表面積をＸ［ｃｍ２］、体積をＹ［ｃｍ３］とするとき、これらは、
Ｘ≧１．５・（３６πＹ２）１／３
Ｙ≦３０
の関係にあることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記コネクタは、前記着座面から突出して前記タンクに挿通されるパイプ部を備えたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記コネクタは、外部流路接続用のボルトを螺合又は挿通するボルト装着部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、媒体を流通するチューブと、チューブに装着されたフィンと、チューブの端部が接続されたタンクと、タンクに設けられたコネクタとを備え、チューブ及びフィンに伝わる熱にて媒体の熱交換を行う熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクルにおけるコンデンサや、自動車のラジエ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一方のコネクタから内部に取り入れられて、コアに伝わる熱に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他方のコネクタから外部に排出される。
【０００３】
一般に、この種の熱交換器は、チューブ、フィン、タンク、及びコネクタを組み立てるとともに、この組み立て体を炉中で加熱処理して一体にろう付けして製造されている。また、このような炉中ろう付けに際して、各部材の要所には、予めろう材及びフラックスが設けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した炉中での加熱処理については、各部材がなるべく均等に加熱されて、熱交換器全体がバランスよくろう付けされることが重要とされる。
【０００５】
この点、コネクタは、薄肉に形成されるチューブやフィンと比較すると、熱の伝わりが極めて鈍く、ろう付けに要する時間が長いという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コネクタを効率よくろう付けすることができる熱交換器を提供することを目的としている。
【０００７】
【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、前記チューブに装着されたフィンと、前記チューブの端部が接続されたタンクと、前記タンクに設けられたコネクタとを備え、前記チューブ及び前記フィンに伝わる熱に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、前記チューブ、前記フィン、前記タンク、及び前記コネクタを組み立てるとともに、これを炉中で加熱処理して一体にろう付けしてなり、前記コネクタは、アルミニウム又はその合金からなるものであって、前記タンクの外面にろう付けされる着座面を備え、前記コネクタの表面積をＸ［ｃｍ２］、体積をＹ［ｃｍ３］とするとき、これらは、
Ｘ≧１．５・（３６πＹ２）１／３  …▲１▼
Ｙ≦３０  …▲２▼
の関係にある構成の熱交換器であり、このような構成によると、コネクタが効率よくろう付けされる。以下に、その考え方について説明する。
【０００８】
まず、コネクタは、薄肉に形成されるチューブやフィンと比較すると、熱の伝わりが極めて鈍いことから、体積に対する表面積を大きく確保することによって、伝熱性を向上させる。
【０００９】
ここで、ある物体の表面積をＸ、体積をＹとするとき、Ｙに対するＸが最小となる形状は、球体である。そして、球体の半径をｒとすると、それらの関係は、
Ｘ＝４πｒ２  …▲３▼
Ｙ＝４πｒ３／３  …▲４▼
と表され、式▲３▼、▲４▼からｒを消去すると、
Ｘ＝（３６πＹ２）１／３  …▲５▼
となる。尚、πは円周率である。
【００１０】
そして、本発明は、コネクタと体積が等しい球体の表面積を基準として、コネクタの表面積を、その球体の１．５倍以上に設定したものである。しかるに、コネクタの表面積は、式▲５▼の右辺の１．５倍以上であり、式▲１▼で表される。
【００１１】
また、コネクタの体積の上限は、式▲２▼で表されるように、３０［ｃｍ３］とする。つまり、表面積は径の２乗に比例し、体積は径の３乗に比例することから、コネクタのろう付けは、その体積が大きくなるほど不利となる。故に、コネクタの体積にこのような上限を設定し、ろう付け性を良好に確保している。
【００１２】
ちなみに、立方体の一辺をａとすると、表面積及び体積の関係は、
Ｘ＝６ａ２  …▲６▼
Ｙ＝ａ３  …▲７▼
と表され、式▲６▼、▲７▼からａを消去すると、
Ｘ＝６Ｙ２／３  …▲８▼
となる。しかして、立方体の表面積は、式▲５▼及び▲８▼より、体積が等しい球体の表面積の約１．２４倍となる。
【００１３】
更に、従来のこの種のコネクタ、つまりタンクの外面にろう付けする着座面を備えたコネクタであって、体積が３０［ｃｍ３］以下のものを複数種サンプリングし、それぞれについて体積が等しい球体に対する表面積比を測定したことろ、その表面積比は、前述した１．２４倍よりもある程度大きく、約１．３〜１．４５倍であった。
【００１４】
すなわち、式▲１▼について、１．５倍以上という数値は、従来のコネクタを考慮して設定したものであり、コネクタの伝熱性が確実に向上される範囲となっている。また、このような数値について、より好ましくは、１．８倍以上であると考えられる。
【００１５】
尚、図７は、表面積及び体積の相関グラフである。同図において、本発明のコネクタがとりうる表面積及び体積の値は、ハッチングＡで示した領域となる。
【００１６】
本願第２請求項に記載した発明は、請求項１において、前記コネクタは、前記着座面から突出して前記タンクに挿通されるパイプ部を備えた構成の熱交換器であり、このような構成によると、コネクタは、タンクにパイプ部を挿通することにより、正確に設けられる。
【００１７】
本願第３請求項に記載した発明は、請求項１又は２において、前記コネクタは、外部流路接続用のボルトを螺合又は挿通するボルト装着部を備えた構成の熱交換器であり、このような構成によると、コネクタ及び外部流路は、ボルトを用いて接続され、密閉性及び支持強度が確実に確保される。
【００１８】
【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。
【００１９】
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の両端部がそれぞれ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。
【００２０】
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エバポレータとを備えている。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。
【００２１】
タンク３００には、媒体を流入する入口用のコネクタ４００、及び媒体を流出する出口用のコネクタ５００をそれぞれ設けている。
【００２２】
媒体は、入口用のコネクタ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、出口用のコネクタ５００からタンク３００の外部に排出される。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、入口用のコネクタ４００から出口用のコネクタ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。
【００２６】
一方のタンク３００と気液入分離器７００とは、そのタンク３００側に設けられた気液分離器連結用のコネクタ８００を介して連結されている。
【００２７】
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、入口用のコネクタ４００、出口用のコネクタ５００、及びサイドプレート６００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。
【００２８】
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。
【００２９】
図２に示すように、本例のタンク３００は、タンクプレート３１０及びエンドプレート３２０を組み付けて構成している。
【００３０】
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。
【００３１】
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。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。
【００３２】
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。
【００３３】
本例の場合、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。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。
【００３４】
更に、タンクプレート３１０の縁部３１０ａ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、カシメ冶具を用いる等して行われる。
【００３５】
入口用のコネクタ４００は、アルミニウム又はその合金を所定の形状に加工してなるブロック状の部材であり、図３乃至図５に示すように、タンクプレート３１０に挿通されたパイプ部４１０と、タンクプレート３１０の外面に外嵌する曲面状の着座面４２０と、外部流路を連結する連結部４３０と、外部流路接続用のボルトを螺合又は挿通するボルト装着部４４０とを備えている。パイプ部４１０は、着座面４２０から突出している。
【００３６】
そして、この入口用のコネクタ４００は、パイプ部４１０をタンクプレート３１０の要所に設けた孔部３１２に挿通し、パイプ部４１０をその孔部３１２にろう付けするとともに、着座面４２０をタンクプレート３１０の外面にろう付けして設けられる。
【００３７】
尚、パイプ部４１０は、タンクプレート３１０の孔部３１２に挿通した後に、その先端部の少なくとも一部を拡管している。このようにパイプ部４１０の先端部を広げることによれば、パイプ部４１０の抜け止めがなされるとともに、媒体の流れも円滑になる。タンクプレート３１０とエンドプレート３２０との組み付けは、コネクタ４００のパイプ部４１０をタンクプレート３１０に挿通した後に行われる。
【００３８】
本例の場合、入口用のコネクタ４００の表面積は３５［ｃｍ２］であり、体積は５．５［ｃｍ３］である。また、アルミニウム又はその合金の比重は、２．７［ｇ／ｃｍ３］前後であり、このコネクタ４００の重量は、約１５［ｇ］となっている。
【００３９】
そして、このコネクタ４００の表面積をＸ［ｃｍ２］、体積をＹ［ｃｍ３］とするとき、
１．５・（３６πＹ２）１／３≒２２．６
であり、
Ｘ≧１．５・（３６πＹ２）１／３
Ｙ≦３０
が成立する。従って、かかる入口用のコネクタ４００は、炉中ろう付けにより、効率よくろう付けすることができる。
【００４０】
尚、このような表面積及び体積の関係は、コネクタ４００の意匠に依存し、かかるコネクタ４００の設計は、このような構成を踏まえてなされている。
【００４１】
一方、出口用のコネクタ５００の表面積は２１［ｃｍ２］であり、体積は３．１［ｃｍ３］である。また、このコネクタ５００の重量は、約８．４［ｇ］となっている。尚、その他の構成は、入口用のコネクタ４００と同様であるので、説明は省略する。
【００４２】
そして、このコネクタ５００の表面積をＸ［ｃｍ２］、体積をＹ［ｃｍ３］とするとき、
１．５・（３６πＹ２）１／３≒１５．４
であり、
Ｘ≧１．５・（３６πＹ２）１／３
Ｙ≦３０
が成立する。従って、かかる出口用のコネクタ５００もまた、炉中ろう付けにより、効率よくろう付けすることができる。
【００４３】
更に、本例の気液分離器接続用のコネクタ８００は、アルミニウム又はその合金を所定の形状に加工してなるブロック状の部材であり、媒体をタンク３００から気液分離器７００へ流通する一方の流路と、媒体を気液分離器７００からタンク３００へ流通する他方の流路とを有するものである。
【００４４】
すなわち、かかるコネクタ８００は、図６に示すように、タンク３００の外面にろう付けされる着座面８２０と、着座面８２０から突出して一方の流路の入口端部をタンク３００の内部にもたらす第１パイプ部８１１と、着座面８２０から突出して他方の流路の出口端部をタンク３００の内部にもたらす第２パイプ部８１２とを備えている。
【００４５】
尚、着座面８２０とタンク３００とのろう付け面積は、コネクタ８００の要所に設けられたフランジ部８２１により拡張されている。
【００４６】
また、タンクプレート３１０には、第１パイプ部８１１及び第２パイプ部８２１をそれぞれ挿入する孔部を設けている。
【００４７】
つまり、気液分離器接続用のコネクタ８００は、着座面８２０から突出した第１パイプ部８１１及び第２パイプ部８１２をタンクプレート３１０の孔部に挿入して、炉中ろう付けにて第１パイプ部８１１及び第２パイプ部８１２を各孔部にろう付けし、且つ、着座面８３０をタンク３００の外面にろう付けすることにより、タンク３００との密閉性を確保するとともに、タンク３００に対する支持強度を確保している。
【００４８】
更に、タンク３００内部において、第１パイプ部８１１を挿入する孔部と、第２パイプ部８１２を挿入する孔部との間には、前述した仕切プレート３３０の１つが配置されている。
【００４９】
また、本コネクタ８００には、ボルトを挿通するボルト装着部８４０を設けており、気液分離器７００には、そのボルトを螺合する雌ネジ部を設けている。気液分離器７００は、ボルト装着部８４０に挿通したボルトを雌ネジ部に螺合することによって装着される。
【００５０】
気液分離器７００を装着すると、一方の流路の出口端部は、第３パイプ部８３１を介して気液分離器７００の流入部に接続され、他方の流路８２０の入口端部は、第４パイプ部８３２を介して気液分離器７００の流出部に接続される構成となっている。
【００５１】
気液分離器接続用のコネクタ８００の表面積は６０［ｃｍ２］であり、体積は１５．６［ｃｍ３］である。また、このコネクタ５００の重量は、約４２［ｇ］となっている。
【００５２】
そして、このコネクタ５００の表面積をＸ［ｃｍ２］、体積をＹ［ｃｍ３］とするとき、
１．５・（３６πＹ２）１／３≒４５．３
であり、
Ｘ≧１．５・（３６πＹ２）１／３
Ｙ≦３０
が成立する。従って、かかる気液分離器接続用のコネクタ８００もまた、炉中ろう付けにより、効率よくろう付けすることができる。
【００５３】
尚、このような表面積及び体積の関係は、コネクタ８００の意匠に依存し、かかるコネクタ８００の設計もまた、このような構成を踏まえてなされている。
【００５４】
以上のように、本例の熱交換器は、タンク３００に対し、入口用のコネクタ４００、出口用のコネクタ５００、及び気液分離器接続用のコネクタ８００を効率よくろう付けすることができるものであり、その製造に関する合理化を達成したものである。
【００５５】
尚、本例の熱交換器１は、媒体を気層から液層へ凝縮するコンデンサであるが、入口用のコネクタや、出口用のコネクタにおける構成は、例えばエバポレータやラジエータ等、その他の熱交換器にも応用することができる。
【００５６】
特に近年では、媒体としてＣＯ２を採用した冷凍サイクルもあり、その放熱器の内部の圧力は、気温等の使用条件により、媒体の臨界点を上まわる。臨界点とは、液層と気層が共存する高温側、つまり高圧側の限界である。そして、このような冷凍サイクルの放熱器として用いる場合は、内部の圧力が非常に高くなることから、タンクやチューブにおける冷媒の流路面積を小さくしたり、タンクプレート及びエンドプレートの板厚を厚くする等して、各部の耐圧強度を向上する。
【００５７】
【発明の効果】
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、前記チューブに装着されたフィンと、前記チューブの端部が接続されたタンクと、前記タンクに設けられたコネクタとを備え、前記チューブ及び前記フィンに伝わる熱に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、前記チューブ、前記フィン、前記タンク、及び前記コネクタを組み立てるとともに、これを炉中で加熱処理して一体にろう付けしてなり、前記コネクタは、アルミニウム又はその合金からなるものであって、前記タンクの外面にろう付けされる着座面を備え、前記コネクタの表面積をＸ［ｃｍ２］、体積をＹ［ｃｍ３］とするとき、これらは、
Ｘ≧１．５・（３６πＹ２）１／３
Ｙ≦３０
の関係にある構成の熱交換器であり、このような構成によると、コネクタを効率よくろう付けすることができる。
【００５８】
本願第２請求項に記載した発明は、請求項１において、前記コネクタは、前記着座面から突出して前記タンクに挿通されるパイプ部を備えた構成の熱交換器であり、このような構成によると、コネクタは、タンクにパイプ部を挿通することにより、正確に設けることができる。
【００５９】
本願第３請求項に記載した発明は、請求項１又は２において、前記コネクタは、外部流路接続用のボルトを螺合又は挿通するボルト装着部を備えた構成の熱交換器であり、このような構成によると、コネクタ及び外部流路は、ボルトを用いて接続することができ、密閉性及び支持強度を確実に確保することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の具体例に係り、熱交換器を示す正面図である。
【図２】  本発明の具体例に係り、タンク及びコアを示す分解斜視図である。
【図３】  本発明の具体例に係り、タンク及びコネクタを示す説明図である。
【図４】  本発明の具体例に係り、入口用のコネクタを示す正面側斜視図である。
【図５】  本発明の具体例に係り、入口用のコネクタを示す背面側斜視図である。
【図６】  本発明の具体例に係り、気液分離器連結用のコネクタを示す斜視図である。
【図７】  表面積及び体積の相関グラフである。
【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
３１１      折り曲げ片
３１２      孔部
３２０      エンドプレート
３２１      孔部
３３０      仕切プレート
４００      入口用のコネクタ
４１０      パイプ部
４２０      着座面
４３０      連結部
４４０      ボルト装着部
５００      出口用のコネクタ
６００      サイドプレート
７００      気液分離器
８００      気液分離器連結用のコネクタ
８１１      第１パイプ部
８１２      第２パイプ部
８２０      着座面
８２１      フランジ部
８３１      第３パイプ部
８３２      第４パイプ部
８４０      ボルト装着部
【図１】
0003805628.tif 000002
【図２】
0003805628.tif 000003
【図３】
0003805628.tif 000004
【図４】
0003805628.tif 000005
【図５】
0003805628.tif 000006
【図６】
0003805628.tif 000007
【図７】
0003805628.tif 000008