JP2007309541A - 熱交換器及びその組み付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両搭載スペースが台形形状である場合に、車両搭載スペースに対する熱交換効率の向上を図り、且つ、騒音の低下を図る。
【解決手段】積層配置された複数のチューブ２と、複数のチューブ２の一端側に設けられ、内部に折返タンク室が形成された一方のヘッダタンク部と、複数のチューブ２の他端側に設けられ、チューブ２の積層方向に対して内部を仕切る仕切板１８によって入口側タンク室１９と出口側タンク室２０が形成された他方のヘッダタンク部５と、入口側タンク室１９に流体を導く入口側配管接続部２２と、出口側タンク室２０の流体を排出する出口側配管接続部２４とを備えた熱交換器において、出口側タンク室２０を外部より貫通して入口側タンク室１９に開口する連通管２１が設けられ、連通管２１の外部に露出した箇所には入口側配管接続部２２が設けられ、他方のヘッダタンク部５のヘッダカバー１５には出口側配管接続部２４が設けられた。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車に搭載される場合等のように限られたスペースに収容される熱交換器及びその組み付け方法に関する。

この種の従来の熱交換器としては、特許文献１に開示されたものがある。この熱交換器１００は、図７に示すように、積層配置された複数のチューブ１０１と、この隣接するチューブ１０１間にそれぞれ介在された複数のフィン１０２と、複数のチューブ１０１の一端側に設けられ、内部に折返タンク室１０３ａが形成された一方のヘッダタンク部１０３と、複数のチューブ１０１の他端側に設けられ、内部に入口側タンク室１０４ａと出口側タンク室１０４ｂが形成された他方のヘッダタンク部１０４と、他方のヘッダタンク部１０４に設けられ、入口側タンク室１０４ａに冷却水を導くための入口側配管接続部１０５と、他方のヘッダタンク部１０４に設けられ、出口側タンク室１０４ｂの冷却水を排出するための出口側配管接続部１０６とを備えている。入口側配管接続部１０５及び出口側配管接続部１０６には、エンジンのウオータージャケット（図示せず）に接続される入口パイプと出口パイプがそれぞれ接続される。

上記構成において、入口パイプより入口側タンク室１０４ａに流入した冷却水（温水）は、入口側タンク室１０４ａに開口するチューブ１０１内を通過して折返タンク室１０３ａに流入し、その後に、出口側タンク室１０４ｂに開口するチューブ１０１内を通過して出口側タンク室１０４ｂに入り、出口パイプより排出する。チューブ２内を通過する冷却水（温水）とチューブ２の外周を通過する空気との間で熱交換が行われることによって空気が加熱される。

ところで、熱交換器１００は、車載される場合には自動車内の限られた車両搭載スペースに配置する必要がある。そして、車両搭載スペースＳが台形形状の場合には図８に示すように配置されることになる。

尚、前記熱交換器１００と同様な構成の熱交換器は、特許文献１や特許文献２に開示されている。
特開平５−３４０９０号公報 特開２００１−２７４９５号公報 特開平１０−８２５９６号公報

しかしながら、従来の熱交換器１００では、図８に示すように、熱交換器１００の側方より入口パイプ１０７と出口パイプ１０８が大きく突出した状態で配置せざるを得ないため、台形形状の車両搭載スペースＳの最奥長さＬに対して熱交換器１００の幅Ｗが小さいものしか配置することができない。従って、車両搭載スペースＳに対する熱交換効率が悪いという問題がある。又、熱交換器１００の通気断面積が小さくなり、通気抵抗が上昇するため、騒音の悪化が懸念されるという問題がある。

そこで、本発明は、車両搭載スペースが台形形状である場合に、車両搭載スペースに対する熱交換効率の向上を図り、且つ、騒音の低下を図ることができる熱交換器及びその組み付け方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する請求項１の発明は、積層配置された複数のチューブと、この複数のチューブの一端側に設けられ、内部に折返タンク室が形成された一方のヘッダタンク部と、前記複数のチューブの他端側に設けられ、前記チューブの積層方向に内部を仕切ることによって入口側タンク室と出口側タンク室が形成された他方のヘッダタンク部と、前記他方のヘッダタンク部内の入口側タンク室に流体を導く入口側配管接続部と、前記他方のヘッダタンク部内の出口側タンク室の流体を排出する出口側配管接続部とを備えた熱交換器において、前記他方のヘッダタンク部外部から前記出口側タンク室と前記入口側タンク室のいずれか一方のタンク室を貫通しつつ、他方のタンク室に通じる連通管と、前記他方のヘッダタンク部の外部に露出した前記連通管の箇所に、他側配管接続部と、前記他方のヘッダタンク部に前記一方のタンク室に連通する一側配管接続部とが設けられたことを特徴とする熱交換器である。

請求項２の発明は、請求項１記載の熱交換器であって、前記他方のヘッダタンク部は、断面コ字形状を有するヘッダカバーと、このヘッダカバーの両端部に配置される一対の端板と、これら一対の端板の間に位置し、前記ヘッドカバーに固定される仕切板とを有し、この仕切板によって前記他方のヘッダタンク部内部が仕切られることで前記入口側タンク室と前記出口側タンク室が形成され、前記連通管は、前記一方のタンク室を形成する一方の前記端板と前記仕切板の双方に設けられた貫通孔を貫通して前記一方のタンク室を貫通し、前記双方の貫通孔を貫通する前記連通管の両外側箇所が拡径部に形成され、前記一方の端板と前記仕切板との間の寸法をＡ１とし、前記一方の端板と前記仕切板がそれぞれ嵌合される前記ヘッダタンク部の二箇所の切欠部間の寸法をＡ２とすると、Ａ１＜Ａ２に設定されたことを特徴とする熱交換器である。

請求項３の発明は、連通管の一端側に拡径部を形成する工程と、前記連通管の他端側を一方の端板の貫通孔及び仕切板の貫通孔の順に挿入する工程と、その後に、前記連通管の他端側を拡径して拡径部を形成する工程と、両側の拡径部によって規制される一方の前記端板と前記仕切板との間の寸法をＡ１とし、このＡ１寸法よりも若干大きいＡ２寸法に設定された他方のヘッダタンク部の二箇所の切欠部に一方の前記端板と前記仕切板をそれぞれ嵌合することによって前記連通管を仮組み付けする工程とを備えたことを特徴とする熱交換器の組み付け方法である。

請求項１の発明によれば、入口側配管接続部と出口側配管接続部とを他方のヘッダタンク部の端部位置に集中配置できるため、入口側配管接続部と出口側配管接続部を台形状の車両搭載スペースの幅広位置にするように熱交換器を設置すれば、台形状の車両搭載スペースの最奥長さと実質同じ幅の熱交換器を配置することができる。その結果、熱交換器内の通気面積が拡大し、通気抵抗が低減する。従って、車両搭載スペースに対する熱交換効率の向上を図り、且つ、騒音の低下を図ることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、他方のヘッダタンク部に連通管を仮組み付けすると、連通管の両側の拡径部が一方の端板と仕切板の双方の貫通孔に食い込む方向に押圧されるため、連通管と一方の端板及び仕切板との間が確実に接触し、接合信頼性（例えばロー付けする場合にはロー付け信頼性）、漏れ信頼性が向上する。

請求項３の発明によれば、他方のヘッダタンク部に連通管を仮組み付けすると、連通管の両側の拡径部が一方の端板と仕切板の双方の貫通孔に食い込む方向に押圧されるため、連通管と一方の端板及び仕切板との間が確実に接触し、接合信頼性（例えばロー付けする場合にはロー付け信頼性）、漏れ信頼性が向上する熱交換器を作成できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図６は本発明の一実施形態を示し、図１は熱交換器の設置状態を示す正面図、図２は他方のヘッダタンク部の分解斜視図、図３は他方のヘッダタンク部の断面図、図４は端板と仕切板間の寸法とヘッダカバーの双方の切欠部間の寸法関係を説明する図、図５は図３のａ部拡大図、図６は図３のｂ部拡大図である。

図１に示すように、自動車内には、上方から下方に向かって徐々に幅狭になる台形形状の車両搭載スペースＳが設けられている。この車両搭載スペースＳに車両暖房用の熱交換器１が収容されている。

熱交換器１は、上下方向に積層配置された複数のチューブ２と、この隣接するチューブ２間にそれぞれ介在された複数のフィン３と、複数のチューブ２の両端に設けられた一対のヘッダタンク部４，５とを備えている。チューブ２、フィン３、ヘッダタンク部４，５の各部材は、熱伝導性の高い例えばアルミニューム材にて形成される。これら部材間は、ロー付けによって接合されている。

一方のヘッダタンク部４は、各チューブ２の端部が挿入されたヘッダプレート１０と、このヘッダプレート１０に被せられたヘッダカバー１１と、ヘッダプレート１０及びヘッダカバー１１の両端の側面を塞ぐ一対の端板（図示せず）とを備えている。一方のヘッダタンク部４内には、ヘッダプレート１０とヘッダカバー１１と一対の端板（図示せず）に囲まれて内部に折返タンク室（図示せず）が形成されている。ヘッダプレート１０にはチューブ挿入孔（図示せず）が等間隔に形成され、このチューブ挿入孔にチューブ２の端部が挿入されている。折返タンク室には全てのチューブ２の流路が連通している。

他方のヘッダタンク部５は、図２及び図３に示すように、各チューブ２の端部が挿入されたヘッダプレート１４と、このヘッダプレート１４に被せられたヘッダカバー１５と、ヘッダプレート１４及びヘッダカバー１５の両端の側面を塞ぐ一対の端板１６，１７と、一対の端板１６，１７の間に配置された仕切板１８とを備えている。ヘッダプレート１４にはチューブ挿入孔１４ａが等間隔に形成され、このチューブ挿入孔１４ａにチューブ２の端部が挿入されている。

他方のヘッダタンク部５内には、ヘッダプレート１４とヘッダカバー１５と一対の端板１６，１７に囲まれ、且つ、チューブ２の積層方向に仕切板１８で二分されることによって他方のタンク室である入口側タンク室１９と一方のタンク室である出口側タンク室２０が形成されている。入口側タンク室１９は下方位置に、出口側タンク室２０は上方位置にそれぞれ配置されている。入口側タンク室１９には下方側に積層配置されたチューブ２の流路が連通している。出口側タンク室２０には、上方側に積層配置されたチューブ２の流路が連通している。仕切板１８の位置は、入口側タンク室１９に開口し、往路側流路となるチューブ２の数をＢ１とし、出口側タンク室２０に開口し、復路側流路となるチューブ２の数をＢ２とすると、Ｂ１＞Ｂ２になる位置に設定されている。

一対の端板１６，１７と仕切板１８は、その両側面に嵌合リブ１６ａ，１７ａ，１８ａをそれぞれ有し、この各嵌合リブ１６ａ，１７ａ，１８ａがヘッダカバー１５の各切欠部１５ａに嵌合されている。

又、他方のヘッダタンク部５には連通管２１が設けられている。連通管２１は、一方の端板１６と仕切板１８の双方の貫通孔１６ｂ，１８ｂを貫通することによって出口側タンク室２０を貫通している。連通管２１の一端側は他方のヘッダタンク部５の外部に突出し、他端側は入口側タンク室１９に開口している。一方の端板１６と仕切板１８が貫通する連通管２１の両外側箇所は、拡径部２１ａ，２１ｂにそれぞれ形成されている。連通管２１の他端側の拡径部２１ｂは、一方の端板１６と仕切板１８を貫通させた後に拡径することによって形成される。

図４に示すように、一方の端板１６と仕切板１８との間の寸法をＡ１とし、一方の端板１６と仕切板１８がそれぞれ嵌合されるヘッダカバー１５の二箇所の切欠部１５ａ間の寸法をＡ２とすると、Ａ２よりもＡ１が若干小さく、つまり、Ａ１＜Ａ２に設定されている。

更に、他方のヘッダカバー１５の下方側は、下方に向かうに従って内部の入口側タンク室１９の容積を徐々に少なくするよう傾斜面１５ｂに形成されている。

入口側配管接続部２２は、連通管２１の一端側に一体に設けられている。入口側配管接続部２２内は、連通管２１を介して入口側タンク室１９に開口し、入口側配管接続部２２には入口パイプ２３（図１に示す）が接続されている。入口パイプ２３の他端側はエンジンのウオータージャケット（図示せず）に接続され、エンジンによって温めされた冷却水が供給される。

出口側配管接続部２４は、他方のヘッダカバー１５の端部位置、つまり、入口側配管接続部２２の近傍位置に設けられている。出口側配管接続部２４内は、出口側タンク室２０に直接開口し、出口側配管接続部２４には出口パイプ２５（図１に示す）が接続されている。出口パイプ２５の他端側はエンジンのウオータージャケット（図示せず）に接続され、熱交換器１によって冷却された冷却水が排出される。

上記構成において、入口パイプ２３より入口側タンク室１９に流入した冷却水（温水）は、入口側タンク室１９に開口するチューブ２内を通過して折返タンク室（図示せず）に流入し、その後に、出口側タンク室２０に開口するチューブ２内を通過して出口側タンク室２０に入り、出口パイプ２５より排出する。チューブ２内を通過する冷却水とチューブ２の外周を通過する外部熱交換媒体である空気との間で熱交換が行われることによって空気が加熱され、この加熱された空気が車室内の暖房に供される。

上記熱交換器１では、入口側配管接続部２２と出口側配管接続部２４とを他方のヘッダタンク部５の端部位置に集中配置できるため、この実施形態のように入口側配管接続部２２と出口側配管接続部２４を台形状の車両搭載スペースＳの幅広位置にするように熱交換器１を設置すれば、台形形状の車両搭載スペースＳの最奥長さＬと実質同じ幅Ｗの熱交換器１を配置することができる。その結果、通気面積が拡大し、通気抵抗が低減する。従って、車両搭載スペースＳに対する熱交換効率の向上を図り、且つ、騒音の低下を図ることができる。

この実施形態では、他方のヘッダタンク部５内は、一対の端板１６，１７の間に配置された仕切板１８によって仕切られることによって入口側タンク室１９と出口側タンク室２０が形成され、連通管２１は、一方の端板１６と仕切板１８の双方の貫通孔１６ｂ，１８ｂを貫通して出口側タンク室２０を貫通し、双方の貫通孔１６ｂ，１８ｂを貫通する連通管２１の両外側箇所が拡径部２１ａ，２１ｂに形成され、一方の端板１６と仕切板１８との間の寸法をＡ１とし、一方の端板１６と仕切板１８がそれぞれ嵌合されるヘッダカバー１５の二箇所の切欠部１５ａ，１５ａ間の寸法をＡ２とすると、Ａ１＜Ａ２に設定されている。従って、他方のヘッダタンク部５に連通管２１を仮組み付けすると、連通管２１の両側の拡径部２１ａ，２１ｂが一方の端板１６と仕切板１８の双方の貫通孔１６ｂ，１８ｂに食い込む方向に押圧されるため、連通管２１と一方の端板１６及び仕切板１８との間が確実に接触し、接合信頼性（例えばこの実施形態のようにロー付けする場合にはロー付け信頼性）、漏れ信頼性が向上する。

この実施形態では、連通管２１が出口側タンク室２０を貫通して入口側タンク室１９に開口するよう設けたが、この逆に連通管２１が入口側タンク室１９を貫通して出口側タンク室２０に開口するよう設けても良いことはもちろんである。

この実施形態では、連通管２１の一端側に拡径部２１ａが形成され、この連通管２１の他端側を一方の端板１６の貫通孔１６ａ及び仕切板１８の貫通孔１８ａの順に挿入し、その後に、連通管２１の他端側を拡径して拡径部２１ｂを形成し、両側の拡径部２１ａ，２１ｂによって規制される一方の端板１６と仕切板１８との間の寸法をＡ１とすると、このＡ１寸法よりも若干大きいＡ２寸法に設定された他方のヘッダタンク部５の二箇所の切欠部１５ａ，１５ａに一方の端板１６と仕切板１８をそれぞれ嵌合することによって連通管２１を仮組み付けする。従って、他方のヘッダタンク部５に連通管２１を仮組み付けすると、連通管２１の両側の拡径部２１ａ，２１ｂが一方の端板１６と仕切板１８の双方の貫通孔１６ｂ，１８ｂに食い込む方向に押圧されるため、連通管２１と一方の端板１６及び仕切板１８との間が確実に接触し、接合信頼性（例えばこの実施形態のようにロー付けする場合にはロー付け信頼性）、漏れ信頼性が向上する熱交換器１を作成できる。

この実施形態では、入口側タンク室１９に開口し、往路側流路となるチューブ２の数をＢ１とし、出口側タンク室２０に開口し、復路側流路となるチューブ２の数をＢ２とすると、Ｂ１＞Ｂ２に設定されたので、往路側のチューブ２内には空気と温度差のある冷却水が流れ、復路側のチューブ２内には空気と温度差の少ない冷却水が流れることになり、熱交換効率の高い冷却水の流速が遅く、熱交換効率の低い冷却水の流速が速くなる。従って、往路と復路で同じ流速で流れる場合に較べて熱交換効率の向上になる。

この実施形態では、入口側タンク室１９が下方に、出口側タンク室２０が上方に位置するように設定されたので、チューブ２の流路等で発生したエアーが冷却水と共に出口側タンク室２０に導かれると、そのエアーが出口側タンク室２０の上方で滞留することなく出口側配管接続部２４内より出口パイプ２５へと導かれるため、エアー抜け性が良い。

尚、この実施形態では、熱交換器１が自動車内の台形状の車両搭載スペースＳに収容される場合を説明したが、自動車以外の台形状の車両搭載スペースに収容される場合にも本発明は適用可能である。

本発明の一実施形態を示し、熱交換器の設置状態を示す正面図である。 本発明の一実施形態を示し、他方のヘッダタンク部の分解斜視図である。 本発明の一実施形態を示し、他方のヘッダタンク部の断面図である。 本発明の一実施形態を示し、端板と仕切板間の寸法とヘッダカバーの双方の切欠部間の寸法関係を説明する図である。 本発明の一実施形態を示し、図３のａ部拡大図である。 本発明の一実施形態を示し、図３のｂ部拡大図である。 従来の熱交換器の断面図である。 従来の熱交換器を台形状の車載搭載スペースに設置する場合を示す正面図である。

符号の説明

１ 熱交換器
２ チューブ
４ 一方のヘッダタンク部
５ 他方のヘッダタンク部
１５ ヘッダカバー
１５ａ 切欠部
１６ 一方の端板
１６ａ 貫通孔
１７ 他方の端板
１８ 仕切板
１８ａ 貫通孔
１９ 入口側タンク室（他方のタンク室）
２０ 出口側タンク室（一方のタンク室）
２１ 連通管
２１ａ，２１ｂ 拡径部
２２ 入口側配管接続部
２４ 出口側配管接続部
Ｓ 車載搭載スペース
Ｌ 車載搭載スペースの最奥長さ
Ｗ 熱交換器の実質幅

Claims (3)

1. 積層配置された複数のチューブ（２）と、
   この複数のチューブ（２）の一端側に設けられ、内部に折返タンク室が形成された一方のヘッダタンク部（４）と、
   前記複数のチューブ（２）の他端側に設けられ、前記チューブ（２）の積層方向に内部を仕切ることによって入口側タンク室（１９）と出口側タンク室（２０）が形成された他方のヘッダタンク部（５）と、
   前記他方のヘッダタンク部（５）内の入口側タンク室（１９）に流体を導く入口側配管接続部（２２）と、
   前記他方のヘッダタンク部（５）内の出口側タンク室（２０）の流体を排出する出口側配管接続部（２４）とを備えた熱交換器（１）において、
   前記他方のヘッダタンク部（５）外部から前記出口側タンク室（２０）と前記入口側タンク室（１９）のいずれか一方のタンク室を貫通しつつ、他方のタンク室に通じる連通管（２１）と、
   前記他方のヘッダタンク部（５）の外部に露出した前記連通管（２１）の箇所に、他側配管接続部（２２）と、
   前記他方のヘッダタンク部（５）に前記一方のタンク室に連通する一側配管接続部（２４）とが設けられたことを特徴とする熱交換器（１）。
2. 請求項１記載の熱交換器（１）であって、
   前記他方のヘッダタンク部（５）は、
   断面コ字形状を有するヘッダカバー（１５）と、
   このヘッダカバー（１５）の両端部に配置される一対の端板（１６，１７）と、
   これら一対の端板（１６，１７）の間に位置し、前記ヘッドカバー（１５）に固定される仕切板（１８）とを有し、
   この仕切板（１８）によって前記他方のヘッダタンク部（５）内部が仕切られることで前記入口側タンク室（１９）と前記出口側タンク室（２０）が形成され、
   前記連通管（２１）は、前記一方のタンク室を形成する一方の前記端板（１６）と前記仕切板（１８）の双方に設けられた貫通孔（１６ａ，１８ａ）を貫通して前記一方のタンク室（２０）を貫通し、
   前記双方の貫通孔（１６ａ，１８ａ）を貫通する前記連通管（２１）の両外側箇所が拡径部（２１ａ，２１ｂ）に形成され、
   前記一方の端板（１６）と前記仕切板（１８）との間の寸法をＡ１とし、
   前記一方の端板（１６）と前記仕切板（１８）がそれぞれ嵌合される前記ヘッダタンク部（５）の二箇所の切欠部（１５ａ，１５ａ）間の寸法をＡ２とすると、
   Ａ１＜Ａ２
   に設定されたことを特徴とする熱交換器（１）。
3. 連通管（２１）の一端側に拡径部（２１ａ）を形成する工程と、
   前記連通管（２１）の他端側を一方の端板（１６）の貫通孔（１６ａ）及び仕切板（１８）の貫通孔（１８ａ）の順に挿入する工程と、
   その後に、前記連通管（２１）の他端側を拡径して拡径部（２１ｂ）を形成する工程と、
   両側の拡径部（２１ａ，２１ｂ）によって規制される一方の前記端板（１６）と前記仕切板（１８）との間の寸法をＡ１とし、このＡ１寸法よりも若干大きいＡ２寸法に設定された他方のヘッダタンク部（５）の二箇所の切欠部（１５ａ，１５ａ）に一方の前記端板（１６）と前記仕切板（１８）をそれぞれ嵌合することによって前記連通管（２１）を仮組み付けする工程とを備えたことを特徴とする熱交換器（１）の組み付け方法。

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