特許 5855467 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5855467

(24)【登録日】2015年12月18日

(45)【発行日】2016年2月9日

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/00 20060101AFI20160120BHJP

   F28F 3/04 20060101ALI20160120BHJP

   F28F 3/08 20060101ALI20160120BHJP

   F28F 9/00 20060101ALI20160120BHJP

   F28D 9/02 20060101ALI20160120BHJP

【ＦＩ】

   F28D7/00 Z

   F28F3/04 A

   F28F3/08 311

   F28F9/00 331

   F28D9/02

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-4691(P2012-4691)

(22)【出願日】2012年1月13日

(65)【公開番号】特開2013-145064(P2013-145064A)

(43)【公開日】2013年7月25日

【審査請求日】2014年10月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】カルソニックカンセイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】林 栄樹

(72)【発明者】

【氏名】中所 和生

【審査官】 安島 智也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０５０６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２６２４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１７１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１７１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４８８３１１７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ７／００

Ｆ２８Ｄ ９／０２

Ｆ２８Ｆ ３／０４

Ｆ２８Ｆ ３／０８

Ｆ２８Ｆ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

管形状を有し、前記管形状の内部を冷媒が流通する一対のヘッダと、
一対の前記ヘッダ同士の間に配列され、それぞれの前記ヘッダに接続して一対の前記ヘッダ同士を連通させる複数のチューブと、
複数の前記チューブのうち隣り合う２つの前記チューブの間に積層され、液体が流通可能な流通空間を形成する一対のプレートと、を備え、
一対の前記プレートには、互いに対向し、前記流通空間を区画する凹部がそれぞれ形成され、
前記ヘッダと前記チューブの接続部分は、前記流通空間の外側に配置され、
一方の前記ヘッダを流通した前記冷媒は、前記チューブ内を通って他方の前記ヘッダに流入し、
前記チューブ内を長手方向に沿って貫通する貫通孔を流通する前記冷媒と、前記流通空間内を流通する前記液体と、を熱交換させ、
前記プレートには、前記貫通孔の流路幅に対応する大きさに形成されて前記チューブの一部分を露出させる露出開口が形成される熱交換器。

【請求項2】

請求項１に記載の熱交換器であって、
前記プレートにおける前記露出開口の外縁は、前記チューブと密着している熱交換器。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
前記プレートには、
前記液体が前記流通空間に流入可能な入口開口と、
前記液体が前記流通空間から流出可能な出口開口と、が形成され、
前記入口開口は、前記チューブが延在する延在方向に対する一方の側方に位置し、
前記出口開口は、前記延在方向に対して他方の側方に位置する熱交換器。

【請求項4】

請求項３に記載の熱交換器であって、
前記入口開口は、前記熱交換器の長手方向において、一方の前記ヘッダと実質的に同一の位置に形成され、
前記出口開口は、前記熱交換器の前記長手方向において、他方の前記ヘッダと実質的に同一の位置に形成されている熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

入口ヘッダ及び出口ヘッダと、両ヘッダの間に連なった扁平状熱交換管とをケーシング
内に収めた積層型熱交換器が知られている（特許文献１参照）。

【0003】

この積層型熱交換器では、扁平状熱交換管内を流れるオイルと、ケーシング内を流れる
冷却水との間で熱交換をさせている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６−２６５２９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記の発明では、扁平状熱交換管とヘッダとの接続部分もケーシング内
に配置されているため、この接続部分からオイルが漏れて、冷却水内にオイルが流出して
しまう恐れがある。つまり、熱交換する熱媒体同士が混じり合ってしまう恐れがあった。

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、熱交換する熱媒体同士が混じり合うことを抑制する
ことである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る熱交換器は、管形状を有し、前記管形状の内部を冷媒が流通する一対のヘッダと、一対の前記ヘッダ同士の間に配列され、それぞれの前記ヘッダに接続して一対の前記ヘッダ同士を連通させる複数のチューブと、複数の前記チューブのうち隣り合う２つの前記チューブの間に積層され、液体が流通可能な流通空間を形成する一対のプレートと、を備え、一対の前記プレートには、互いに対向し、前記流通空間を区画する凹部がそれぞれ形成され、前記ヘッダと前記チューブの接続部分は、前記流通空間の外側に配置され、一方の前記ヘッダを流通した前記冷媒は、前記チューブ内を通って他方の前記ヘッダに流入し、前記チューブ内を長手方向に沿って貫通する貫通孔を流通する前記冷媒と、前記流通空間内を流通する前記液体と、を熱交換させ、前記プレートには、前記貫通孔の流路幅に対応する大きさに形成されて前記チューブの一部分を露出させる露出開口が形成されることを特徴とする。

【0008】

上記発明において、前記プレートにおける前記露出開口の外縁は、前記チューブと密着していてもよい。

【0009】

上記発明において、前記プレートには、前記液体が前記流通空間に流入可能な入口開口
と、前記液体が前記流通空間から流出可能な出口開口と、が形成され、前記入口開口は、
前記チューブが延在する延在方向に対する一方の側方に位置し、前記出口開口は、前記延
在方向に対して他方の側方に位置していてもよい。

【0010】

上記発明において、前記入口開口は、前記熱交換器の長手方向において、一方の前記ヘ
ッダと実質的に同一の位置に形成され、前記出口開口は、前記熱交換器の前記長手方向に
おいて、他方の前記ヘッダと実質的に同一の位置に形成されていてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、熱交換する熱媒体同士が混じり合うことを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の実施形態における熱交換器を示す斜視図である。

【図2】図２は、図１のII部の拡大斜視図である。

【図3】図３は、図２のIII-III線に沿った断面図である。

【図4】図４は、図２の平面図である。

【図5】図５は、図２の分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

【0014】

図１は本実施形態における熱交換器を示す斜視図、図２は図１のII部の拡大斜視図、図
３は図２のIII-III線に沿った断面図、図４は図２の平面図、図５は図２の分解斜視図で
ある。

【0015】

本実施形態における熱交換器１は、例えば自動車の空調システムに組み込まれ、エンジ
ンの冷却水と、エアコンの冷媒とを熱交換させる熱交換器に用いられる。なお、熱交換器
１の用途は、これに限定されず、例えばラジエータに用いてもよい。

【0016】

本実施形態における熱交換器１は、図１及び図２に示すように、入口ヘッダ２と、出口
ヘッダ３と、チューブ４と、流路形成部材５と、を備えている。なお、本実施形態におけ
る入口ヘッダ２及び出口ヘッダ３が、本発明の一対のヘッダの一例に相当する。

【0017】

入口ヘッダ２及び出口ヘッダ３は、図１及び図２に示すように、管形状となっており、
それぞれの内部空間２１,３１内を冷媒が流通可能となっている。なお、本実施形態では
、外部から入口ヘッダ２の内部空間２１内へ冷媒が流入され、チューブ４内を通って、出
口ヘッダ３の内部空間３１から外部に冷媒が流出される。

【0018】

ここで、熱交換器１が空調システムに組み込まれる場合には、冷媒として、例えば、２
０ｋｇｆ／ｃｍ^２程度に加圧されたフロンを挙げることができる。なお、入口ヘッダ２内
、出口ヘッダ３内及びチューブ４内を流通する際の冷媒の状態は、気体又は液体のいずれ
であってもよく、加圧されているか否かは特に限定されない。

【0019】

チューブ４は、図２に示すように、入口ヘッダ２と出口ヘッダ３の間に配置され、両者
を接続している。本実施形態の熱交換器１には、複数のチューブ４が配列されており、そ
れぞれのチューブ４がロウ付けで両ヘッダ２,３に接合されている。これらのチューブ４
には、図３に示すように、貫通孔４１が形成されている。この貫通孔４１は、チューブ４
の長手方向に沿って、チューブ４の一端から他端に亘って形成されている。本実施形態で
は、同図に示すように、１つのチューブ４内に８つの貫通孔４１が形成されているが、貫
通孔４１の数についは、特に限定されない。

【0020】

また、本実施形態では、図４に示すように、チューブ４の一端４ａが入口ヘッダ２の内
部空間２１内に突出しており、貫通孔４１が入口ヘッダ２の内部空間２１内で開口してい
る。また、同図に示すように、チューブ４の他端４ｂが出口ヘッダ３の内部空間３１内に
突出しており、貫通孔４１が出口ヘッダ３の内部空間３１内で開口している。これにより
、両ヘッダ２,３が、チューブ４の貫通孔４１を介して相互に連通している。

【0021】

流路形成部材５は、図３に示すように、隣り合うチューブ４同士の間に流通空間６を形
成する部材である。この流通空間６は、チューブ４内を流れる冷媒と熱交換する液体を流
通させるための空間である。このような液体としては、例えば、エンジンの冷却水を挙げ
ることができるが、液体であれば特にこれに限定されない。

【0022】

この流路形成部材５は、複数のチューブ４に応じて複数設けられている。同図において
は、複数の流路形成部材５をそれぞれ５Ａ〜５Ｃで識別して示している。以下においては
、図中の流路形成部材５Ａを代表して説明し、流路形成部材５Ｂ,５Ｃについては、流路
形成部材５Ａと同様の構成であるため、説明を省略する。

【0023】

この流路形成部材５Ａは、第１のプレート５１と、第２のプレート５２と、を備えてい
る。これらの第１及び第２のプレート５１,５２は、例えばアルミニウム等の熱伝達性に
優れた材料で構成されている。

【0024】

第１のプレート５１は、図４に示す平面視において、矩形部分５１１と、この矩形部分
５１１の短手方向に沿った一辺５１１ａから突出した突出部分５１２と、矩形部分５１１
において当該一辺５１１ａと対向する一辺５１１ｂから突出した突出部部分５１３と、を
有しており、第１のプレート５１の中心点Ｏを中心とした点対称の形状となっている。な
お、同図中においては、矩形部分５１１を点線で囲って示している。

【0025】

この第１のプレート５１には、第１のプレート５１自体の外縁５１ａを除いた矩形部分
５１１及び突出部分５１２,５１３の一面に亘って、凹部５１４が形成されている。本実
施形態では、この凹部５１４が、当該凹部５１４と対向するように第２のプレート５２に
形成された凹部５２４と共に、上記の流通空間６を区画している。さらに、本実施形態で
は、第１のプレート５１の外縁部分５１ａが、図３に示すように、第２のプレート５２の
外縁部分５２ａ（後述）を挟み込むように屈曲しており、これにより、流通空間６が密閉
されている。

【0026】

また、凹部５１４の底面５１５ａには、図３及び図４に示すように、上記の一辺５１１
ａから他の一辺５１１ｂに亘って、チューブ４の形状（図３中におけるチューブ４の上側
半分）に沿った凸部５１４ａが形成されている。言い換えれば、図３に示すように、第１
のプレート５１の背面５１５ｂに、当該凸部５１４ａに対応する溝部５１４ｂが形成され
ている。本実施形態では、この溝部５１４ｂと、第２のプレートにおける溝部５２４ｂ（
後述）との間にチューブ４が挟み込まれている。

【0027】

また、本実施形態では、この凸部５１４ａの一部分に、チューブ４の扁平部分を露出さ
せる露出開口５１６が形成されており、この露出開口５１６を介して、凹部５１４（流通
空間６）内を流れる液体がチューブ４の表面に直接的に接することができるようになって
いる。

【0028】

本実施形態では、図５に示すように、第１のプレート５１における露出開口５１６の周
囲部分５１７が、チューブ４と密着している。これにより、凹部５１４内を流れる液体が
、露出開口５１６を介して外部に漏れることを抑制している。

【0029】

矩形部分５１１は、図４に示す平面視において、ヘッダ２,３の間に配置されている。
詳細に説明すると、矩形部分５１１の一辺５１１ａから中心点Ｏまでの距離Ｌ１が、接続
部分Ｐ２（ロウ付け部分）から中心点Ｏまでの距離Ｌ２よりも短くなっており（Ｌ１＜Ｌ
２）、矩形部分５１１の一辺５１１ｂから中心点Ｏまでの距離Ｌ３が、接続部分Ｐ１（ロ
ウ付け部分）から中心点Ｏまでの距離Ｌ４よりも短くなっている（Ｌ３＜Ｌ４）。このた
め、接続部分Ｐ１,Ｐ２が、矩形部分５１１に形成された凹部５１４よりも外側に配置さ
れるようになっている。これにより、凹部５１４（流通空間６）と接続部分Ｐ１,Ｐ２と
が互いに隔離されるため、仮に、この接続部分Ｐ１,Ｐ２から冷媒が漏れ出したとしても
、漏れ出した冷媒と、流通空間６内を流れる液体とが混ざり合うことが抑制される。なお
、接続部分Ｐ１は、チューブ４と入口ヘッダ２の接続部分であり、接続部分Ｐ２は、チュ
ーブ４と出口ヘッダ３との接続部分である。

【0030】

突出部分５１２は、図４に示す平面視のように、出口ヘッダ３の図中左側に位置してい
る。この突出部分５１２には、熱交換器１の長手方向（同図中Ｙ方向）において、出口ヘ
ッダ３と実質的に同一の位置に入口開口５１２ａが形成されている。本実施形態では、こ
の入口開口５１２ａを介して、液体が流通空間６内に流入するようになっている。なお、
上記の「出口ヘッダ３と実質的に同一の位置」とは、平面視における出口ヘッダ３の中心
から、出口ヘッダ３の半径分ずれた位置を含み、厳格に同一の位置である点に限定する趣
旨ではない。

【0031】

一方、突出部分５１３は、図４に示す平面視のように、入口ヘッダ２の図中右側に位置
している。この突出部分５１３には、熱交換器１の長手方向（図中Ｙ方向）において、入
口ヘッダ２と実質的に同一の位置に出口開口５１３ａが形成されている。本実施形態では
、この出口開口５１３ａを介して、液体が流通空間６外に流出するようになっている。な
お、上記の「入口ヘッダ２と実質的に同一の位置」とは、平面視における入口ヘッダ２の
中心から、入口ヘッダ２の半径分ずれた位置を含み、厳格に同一の位置である点に限定す
る趣旨ではない。

【0032】

第２のプレート５２は、図３〜図５に示すように、その外縁部分５２ａを除いて、第１
のプレート５１と実質的に同一の構成となっている。つまり、第２のプレート５２には、
第１のプレート５１の凹部５１４と同様の凹部５２４と、第１のプレートの凸部５１４ａ
（溝部５１４ｂ）と同様の凸部５２４ａ（溝部５２４ｂ）と、第１のプレート５１の入口
開口５１２ａと同様の入口開口５２２ａと、第１のプレート５１の出口開口５１３ａと同
様の出口開口５２３ａと、第１のプレート５１の露出開口５１６と同様の露出開口５２６
が形成されている。

【0033】

本実施形態における第２のプレート５２の外縁部分５２ａは、図３に示すように、平坦
に形成されており、上述したように、第１のプレート５１の外縁部分５１ａに挟み込まれ
ている。

【0034】

また、図５に示す第１のプレート５１と同様に、第２のプレート５２における露出開口
５２６の周囲部分５２７が、チューブ４と密着している。これにより、凹部５２４内を流
れる液体が、露出開口５２６を介して外部に漏れることを抑制している。

【0035】

ここで、本実施形態における熱交換器１では、第１及び第２のプレート５１,５２に露
出開口５１６,５２６を形成したが、特にこれに限定されない。

【0036】

また、特に図示しないが、図３中の凸部５１４ａ,５２４ａの表面に突起を設けてもよ
い。これにより、チューブ４上を流れる液体に乱流を積極的に生じさせることができる。
その結果、チューブ４の表層付近を流れる液体のみならず、チューブ４から離れた部分を
流れる液体を巻き込んで、チューブ４上を流れる液体全体を、チューブ４内の冷媒と熱交
換させることができる。

【0037】

次に、本実施形態の熱交換器１の作用を説明する。

【0038】

本実施形態における冷媒は、入口ヘッダ２→チューブ４→出口ヘッダ３の順番で流通す
る（図４中の矢印Ａで示す）。一方、液体は、第１及び第２のプレート５１,５２におい
て、入口開口５１２ａ,５２２ａ→凹部５１４,５２４→出口開口５１３ａ,５２３ａの順
番で流通する（図４中の矢印Ｂで示す。）。液体は、この流通過程において、第１及び第
２のプレート５１,５２に形成された露出開口５１６,５２６を介して、直接的にチューブ
４の表面に接触し、チューブ４内を流通する冷媒と熱交換する。

【0039】

ここで、本実施形態では、入口ヘッダ２とチューブ４との接続部分Ｐ１を、凹部５１４
,５２４の外側に配置させ、接続部分Ｐ１を液体から隔離させている。これにより、冷媒
が入口ヘッダ２からチューブ４に流れ込む際に、仮に、接続部分Ｐ１から冷媒が漏れ出し
たとしても、冷媒と、凹部５１４,５２４（流通空間６）内の液体とが混ざり合うことが
抑制される。

【0040】

同様に、出口ヘッダ３とチューブ４との接続部分Ｐ２を、凹部５１４,５２４の外側に
配置させ、接続部分Ｐ２を液体から隔離している。これにより、冷媒がチューブ４から出
口ヘッダ３に流れ込む際に、仮に、接続部分Ｐ２から冷媒が漏れ出したとしても、冷媒と
、凹部５１４,５２４内の液体とが混ざり合うことが抑制される。つまり、熱交換する熱
媒体同士が混じり合うことを抑制することが可能となる。

【0041】

また、本実施形態における熱交換器では、仮に、両ヘッダ及びチューブの全体をケース
内に収容し、当該ケース内に液体を流通させて、液体と冷媒とを熱交換させる場合と比較
して、熱交換器自体の小型化が図られている。

【0042】

また、本実施形態では、第１及び第２プレート５１,５２に露出開口５１６,５２６を形
成したため、この露出開口５１６,５２６を介して、凹部５１４,５２４内を流れる液体が
、チューブ４の表面に直接的に接することができる。これにより、当該液体と、チューブ
４内の冷媒との間の熱交換を効率的に実行させることができる。

【0043】

また、本実施形態では、平面視において、入口開口５１２ａ,５２２ａが、チューブ４
の延在する延在方向に対して一方の側方に位置し、出口開口５１３ａ,５２３ａが当該延
在方向に対して他方の側方に位置している。このため、入口開口５１２ａ,５２２ａから
流通空間６内に流入して出口開口５１３ａ,５２３ａから流出する液体は、必ずチューブ
４上を通過するようになっている。これにより、入口開口５１２ａ,５２２ａから流入し
た新しい液体と、チューブ４内の冷媒とを熱交換させることができ、冷媒と液体とを効果
的に熱交換させることができる。

【0044】

また、本実施形態では、熱交換器１の長手方向（図４中のＹ方向）において、入口開口
５１２ａ,５２２ａの中心が出口ヘッダ３の中心と実質的に同一の位置に配置されており
、出口開口５１３ａ,５２３ａ中心が入口ヘッダ２の中心と実質的に同一の位置に配置さ
れている。

【0045】

ここで、仮に、熱交換器１の長手方向において、入口開口が出口ヘッダよりも外側の位
置に形成され、出口開口が入口ヘッダよりも外側の位置に形成されていると、入口開口及
び出口開口が外側に配置された分だけ熱交換器自体が大型化してしまう。一方、入口開口
が出口ヘッダよりも内側に配置され、出口開口が入口ヘッダよりも内側に配置されている
場合には、液体とチューブとが接する面積が狭くなるため、冷媒と液体との間で行われる
熱交換の熱量が小さくなる。

【0046】

これに対し、本実施形態では、上記のように、熱交換器１の長手方向（図４中のＹ方向
）において、入口開口５１２ａ,５２２ａを出口ヘッダ３と実質的に同一の位置に形成し
、出口開口５１３ａ,５２３ａを入口ヘッダ２と実質的に同一の位置に形成しているため
、熱交換器１の大型化を抑制しつつ、冷媒と液体との間で比較的大きな熱量を熱交換させ
ることができる。

【0047】

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、
本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示さ
れた各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である
。

【符号の説明】

【0048】

１…熱交換器
２…入口ヘッダ
２１…内部空間
３…出口ヘッダ
３１…内部空間
４…チューブ
４１…貫通孔
５…流路形成部材
５１…第１のプレート
５１１…矩形部分
５１２,５１３…突出部分
５１４…凹部
５１４ａ…凸部
５１４ｂ…凹部
５１６…露出開口
５２…第２のプレート
５２１…矩形部分
５２２,５２３…突出部分
５２４…凹部
５２４ａ…凸部
５２４ｂ…凹部
５２６…露出開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】