特開 2024-75920 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024075920

(43)【公開日】2024-06-05

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 9/02 20060101AFI20240529BHJP

   F28F 1/00 20060101ALI20240529BHJP

   F28F 11/00 20060101ALI20240529BHJP

【ＦＩ】

F28F9/02 301D

F28F1/00 D

F28F11/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022187187

(22)【出願日】2022-11-24

(71)【出願人】

【識別番号】000001845

【氏名又は名称】サンデン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】弁理士法人エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 優一郎

(57)【要約】

【課題】ヘッダタンク２０１，２０２内に設けられる仕切部２３のろう付け不良に起因したヘッダタンクにおける漏れを簡便且つ精度良く検出する。
【解決手段】 複数のチューブと、複数の前記チューブの両端に接続された一対のヘッダタンクと、を備えた熱交換器であって、前記ヘッダタンクには、内部を複数の領域に区分けする仕切部が設けられ、前記ヘッダタンクの内壁と前記仕切部との接合部は、前記複数の領域のうち、一方側の領域において前記仕切部と接合する第１接合部と、他方側の領域において前記仕切部と接合する第２接合部と、前記第１接合部と前記第２接合部との間に前記仕切部に沿って形成される間隙と、前記間隙と前記ヘッダタンクの外部と連通する連通孔と、を有する、熱交換器を提供する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のチューブと、複数の前記チューブの両端に接続された一対のヘッダタンクと、を備えた熱交換器であって、
前記ヘッダタンクには、内部を複数の領域に区分けする仕切部が設けられ、
前記ヘッダタンクの内壁と前記仕切部との接合部は、
前記複数の領域のうち、一方側の領域において前記仕切部と接合する第１接合部と、
他方側の領域において前記仕切部と接合する第２接合部と、
前記第１接合部と前記第２接合部との間に前記仕切部に沿って形成される間隙と、
前記間隙と前記ヘッダタンクの外部と連通する連通孔と、を有する、熱交換器。

【請求項2】

前記接合部は、前記ヘッダタンクの内壁に前記仕切部に沿って設けられた溝であり、
前記溝は、前記ヘッダタンクの内側に向かうほど拡幅し、
前記溝の一方の側壁と前記仕切部とが接合して第１接合部を構成し、
前記溝の他方の側壁と前記仕切部とが接合して第２接合部を構成する、請求項１記載の熱交換器。

【請求項3】

前記連通孔は、前記溝に沿って複数設けられ、
少なくとも１つの前記連通孔が、前記ヘッダタンクの長手方向一端側に設けられた、請求項２記載の熱交換器。

【請求項4】

前記ヘッダタンクの長手方向一端側に設けられた前記連通孔が鉛直方向の下側となるよう設置した、請求項３記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器に関し、特に、一対のヘッダタンクの間に複数のチューブを配列した熱交換器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一対のヘッダタンクと、一対のヘッダタンクの間に並列に配置された複数のチューブからなる熱交換コア部と、を備えた熱交換器が知られている。このような熱交換器では、ヘッダタンクを介して熱交換コア部に冷媒などの熱媒体を流し、この熱媒体と複数のチューブ間を通過する空気などの他の熱媒体との間で熱交換を行わせる（例えば、特許文献１）。

【0003】

上述の熱交換器には、ヘッダタンク内部を仕切部によって複数の領域に区分けすると共に、区分けされた領域に対応させて熱交換コア部内のチューブを群分けすることで、例えば、一方のヘッダタンクから一部のチューブを介して他方のヘッダタンクへ向かう流れと、他方のヘッダタンクから残りのチューブを介して一方のヘッダタンクへ向かう流れ等の異なる方向の熱媒体の流れを形成するものがある。
ここで、ヘッダタンクでは、仕切部をヘッダタンク内部の所定の位置にろう付けして固定することで、ヘッダタンク内部に互いに独立した複数の領域を形成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－１４７９９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の熱交換器において、仕切部とヘッダタンクとのろう付けが良好に行われていない場合は、ヘッダタンクから熱媒体が漏れたり、ヘッダタンク内の複数の熱媒体流路間にバイパス漏れが生じたりする等の虞がある。このため、ヘッダタンクと仕切部とのろう付けの良否を簡便且つ精度良く検査できることが望ましい。しかしながら、仕切部はヘッダタンク内部に設けられることから、仕切部のろう付けの良否の検査が煩雑且つ難しい、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、ヘッダタンク内に設けられる仕切部のろう付け不良に起因したヘッダタンクにおける漏れを簡便且つ精度良く検出すること、などを課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、複数のチューブと、複数の前記チューブの両端に接続された一対のヘッダタンクと、を備えた熱交換器であって、前記ヘッダタンクには、内部を複数の領域に区分けする仕切部が設けられ、前記ヘッダタンクの内壁と前記仕切部との接合部は、前記複数の領域のうち、一方側の領域において前記仕切部と接合する第１接合部と、他方側の領域において前記仕切部と接合する第２接合部と、前記第１接合部と前記第２接合部との間に前記仕切部に沿って形成される間隙と、前記間隙と前記ヘッダタンクの外部と連通する連通孔と、を有する、熱交換器を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ヘッダタンク内に設けられる仕切部のろう付け不良に起因したヘッダタンクにおける漏れを簡便且つ精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る熱交換器の外観を示す正面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る熱交換器に適用されるヘッダタンクであって、実施例１のヘッダタンクの外観を示す斜視図である。

【図3】図２のヘッダタンクの上面図である。

【図4】図２のヘッダタンクの底面図である。

【図5】図４のＡ－Ａ断面図である。

【図6】図５のＣ部の拡大図である。

【図7】図４のＢ－Ｂ断面図である。

【図8】本発明の実施形態に係る熱交換器に適用されるヘッダタンクであって、実施例２のヘッダタンクの外観を示す斜視図である。

【図9】図８のヘッダタンクの上面図である。

【図10】図８のヘッダタンクの底面図である。

【図11】図９のＤ－Ｄ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一の符号は同一の機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

【0011】

図１は、本実施形態に係る熱交換器の概略構成の一例を示している。図１に示すように、熱交換器１は、第１ヘッダタンク１１と、第２ヘッダタンク１２と、第１ヘッダタンク１１と第２ヘッダタンク１２との間に形成された熱交換コア部１０とを備えている。

【0012】

熱交換コア部１０は、複数のチューブ１００と、隣り合うチューブ１００の間に設けられたフィン（不図示）と、複数のチューブ１００の配列方向の両端に設けられた一対のサイドプレート１０１とを有している。熱交換器１では、第１ヘッダタンク１１又は第２ヘッダタンク１２を介して熱交換コア部１０のチューブ１００を図中Ｚ方向に流れる熱媒体（冷媒を含む）と、熱交換コア部１０を図中Ｙ方向に沿って通過する流体（例えば、空気）との間で熱交換が行われる。

【0013】

第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２は、図示Ｘ方向に延在する筒状の部材であり、この延在方向に沿って第１ヘッダタンク１１と第２ヘッダタンク１２との間に複数のチューブ１００が並列配置されている。また、チューブ１００は、第１ヘッダタンク１１と第２ヘッダタンク１２との間で図示Ｙ方向（空気の通過方向）に沿って２列並べられている。各チューブ１００は、図示Ｚ方向に沿って延在し、各チューブ１００の一端が第１ヘッダタンク１１に接続され、他端が第２ヘッダタンク１２に接続されている。

【0014】

第１ヘッダタンク１１の内部には、複数の区分け領域が形成されている。具体的には、第１ヘッダタンク１１の内部は、熱交換コア部１０の図示Ｙ方向に２列並べられた複数のチューブ１００のうち、一方側の列に配置されたチューブ１００に対応する領域と、他方側の列に配置されたチューブ１００に対応する領域の２つの領域に区分けされている（図２等参照）。第１ヘッダタンク１１の長手方向の一端において、区分けされた一方の領域に熱媒体の流入口Ｅ１が設けられ、他方の領域に熱媒体の流出口（不図示）が設けられている。流入口Ｅ１には、流入配管２が接続され、流出口（不図示）には流出配管３が接続されている。

【0015】

第２ヘッダタンク１２の内部にも、複数の区分け領域が形成されている。第２ヘッダタンク１２の内部は、熱交換コア部１０の図示Ｙ方向に２列並べられた複数のチューブ１００のうち、一方側の列に配置されたチューブ１００に対応する領域と、他方側の列に配置されたチューブ１００に対応する領域の２つの領域に区分けされている。

【0016】

以下、上述した熱交換器１の第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２として適用されるヘッダタンクの実施例について説明する。

【0017】

（実施例１）
実施例１に係るヘッダタンク２０１について、図２から図７を用いて説明する。
図２は、ヘッダタンク２０１について、チューブ１００が接続される面が底面となるように示した斜視図であり、図３は、ヘッダタンク２０１の上面図であって、チューブ１００が接続される面と反対側の面を示しており、図４は、ヘッダタンクの底面図であって、チューブ１００が接続される面を示している。図５は、図４のＡ－Ａ断面図であり、図６は、図５のＣ部の拡大図であり、図７は、図４のＢ－Ｂ断面図である。

【0018】

図２～図７に示すように、ヘッダタンク２０１は、断面が矩形状であり、図示Ｘ方向に延在する筒状の部材である。ヘッダタンク２０１には、内部を複数の領域に区分けする仕切部２３が設けられている。図示の例では、仕切部２３は、ヘッダタンク２０１内部において長手方向（図示Ｘ方向）に沿って設けられる板状の部材であり、短手方向の中央部にて、仕切部２３の一対の長辺がヘッダタンク２０１の上面（図示Ｚ方向の上側面）及び底面（図示Ｚ方向の下側面）の内壁にそれぞれ接合するように設けられる。これにより、ヘッダタンク２０１の内部が長手方向（図示Ｘ方向）に沿う第１領域２１及び第２領域２２の２つの領域に区分けされる。

【0019】

仕切部２３と、ヘッダタンク２０１内壁との接合部について説明する。
図４～図７に示すように、ヘッダタンク２０１の底面（図示Ｚ方向の下側面）の内壁には、仕切部２３が接合した際に、仕切部２３の長辺に沿うように設けられた溝２４が設けられている。図６に示すように、溝２４の側壁２４Ａ，２４Ｂは、溝２４の底面に向かって溝２４の幅が狭まるように傾斜するテーパ面となっている。つまり、溝２４はヘッダタンク２０１の内側に向かうほど拡幅している。

【0020】

ヘッダタンク２０１の内壁と仕切部２３との接合部２５は、第１領域２１において仕切部２３の縁部と溝２４の一方の側壁２４Ａとが接合する第１接合部２５Ａと、第２領域２２において仕切部２３の縁部と溝２４の他方の側壁２４Ｂとが接合する第２接合部２５Ｂとを含んでいる。

【0021】

また、第１接合部２５Ａと第２接合部２５Ｂとの間に、仕切部２３の溝２４に対向する縁部２３Ａ、第１接合部２５Ａ、第２接合部２５Ｂ、及び、溝２４の底面によってヘッダタンク２０１の長手方向に沿う間隙２６が形成される。溝２４の底面には、間隙２６とヘッダタンク２０１の外部とを連通する連通孔２７が予め定められた間隔をあけて、複数設けられている。なお、図示の例では、連通孔２７は、溝２４に沿って等間隔に複数設けられているが、必ずしも等間隔に設ける必要はなく、例えば、少なくとも１つの連通孔２７をヘッダタンク２０１の長手方向一端側に設けると共に、その他の連通孔２７を所望の間隔で設けるようにしてもよい。

【0022】

ヘッダタンク２０１の底面には、連通孔２７と干渉しない位置に、各チューブ１００の一端部が挿入される複数のスリット２８が所定の間隔をあけて設けられている。複数のスリット２８の配列間隔は、熱交換器１におけるチューブ１００の配列間隔に対応している。スリット２８にチューブ１００の端部が挿入されて固定されることで、各チューブ１００とヘッダタンク２０１とが連通し、ヘッダタンク２０１とチューブ１００との間で熱媒体が流通可能となる。

【0023】

ヘッダタンク２０１は、長手方向の両端部にキャップ２９が設けられることで閉塞される。なお、図示の例では、キャップ２９は、ヘッダタンク２０１の端部に嵌合する板状部材であり、キャップ２９の周縁部がヘッダタンク２０１の内壁に接合すると共に、仕切部２３の端部と接合する。これにより、ヘッダタンク２０１を閉塞すると共に、第１領域２１及び第２領域２２を互いに連通しない独立した領域とすることができる。

【0024】

（実施例２）
実施例２に係るヘッダタンク２０２について、図８から図１１を用いて説明する。
図８は、ヘッダタンク２０２について、チューブ１００が接続される面が上面となるように示した斜視図であり、図９は、ヘッダタンク２０２の上面図であって、チューブ１００が接続される面を示しており、図１０は、ヘッダタンクの底面図であって、チューブ１００が接続される面と反対側の面を示している。図１１は、図９のＤ－Ｄ断面図である。なお、図１０のＥ－Ｅ断面図は図５と共通するので図示を省略し、図５及び図６を参照する。

【0025】

図８～図１１に示すように、ヘッダタンク２０２は、上述した実施例１に係るヘッダタンク２０１と同様に、断面が矩形状であり、図示Ｘ方向に延在する筒状の部材である。図中、ヘッダタンク２０２において、ヘッダタンク２０１と同一の機能の部位には同一符号を付している。ヘッダタンク２０１は、溝２４、連通孔２７、及び、スリット２８が全てヘッダタンク２０１の底面に集約して設けられているが、ヘッダタンク２０２は、上面にスリット２８が設けられると共に、底面に溝２４と連通孔２７が設けられる点で相違し、その他の点においては共通する。

【0026】

すなわち、ヘッダタンク２０２においても、内部を複数の領域に区分けする仕切部２３が設けられ、図示の例では、仕切部２３は、ヘッダタンク２０２内部において長手方向（図示Ｘ方向）に沿って設けられる板状の部材であり、短手方向の中央部にて、仕切部２３の一対の長辺がヘッダタンク２０２の上面（図示Ｚ方向の上側面）及び底面（図示Ｚ方向の下側面）の内壁にそれぞれ接合するように設けられる。これにより、ヘッダタンク２０２の内部が長手方向（図示Ｘ方向）に沿う第１領域２１及び第２領域２２の２つの領域に区分けされる。

【0027】

また、ヘッダタンク２０２の底面（図示Ｚ方向の下側面）の内壁には、仕切部２３が接合した際に、仕切部２３の長辺に沿う溝２４が設けられている。溝２４はヘッダタンク２０２の内側に向かうほど拡幅するように、溝２４の側壁２４Ａ，２４Ｂがテーパ面となっている。

【0028】

ヘッダタンクの内壁と仕切部２３との接合部２５は、第１領域２１において仕切部２３の縁部と溝２４の一方の側壁２４Ａとが接合する第１接合部２５Ａと、第２領域２２において仕切部２３の縁部と溝２４の他方の側壁２４Ｂとが接合する第２接合部２５Ｂとを含んでいる（図５及び図６参照）。

【0029】

また、第１接合部２５Ａと第２接合部２５Ｂとの間に、仕切部２３の溝２４に対向する縁部２３Ａ、第１接合部２５Ａ、第２接合部２５Ｂ、及び、溝２４の底面によってヘッダタンク２０２の長手方向に沿う間隙２６が形成される。溝２４の底面には、間隙２６とヘッダタンク２０２の外部とを連通する連通孔２７が予め定められた間隔をあけて、複数設けられている。なお、図示の例では、連通孔２７は、溝２４に沿って等間隔に複数設けられているが、必ずしも等間隔に設ける必要はなく、例えば、少なくとも１つの連通孔２７をヘッダタンク２０２の長手方向一端側に設けると共に、その他の連通孔２７を所望の間隔で設けるようにしてもよい。

【0030】

ヘッダタンク２０２の上面には、各チューブ１００の一端部が挿入される複数のスリット２８が所定の間隔をあけて設けられている。複数のスリット２８の配列間隔は、熱交換器１におけるチューブ１００の配列間隔に対応している。スリット２８にチューブ１００の端部が挿入されて固定されることで、各チューブ１００とヘッダタンク２０２とが連通し、ヘッダタンク２０２とチューブ１００との間で熱媒体が流通可能となる。

【0031】

ヘッダタンク２０２は、長手方向の両端部にキャップ２９が設けられることで閉塞される。なお、図示の例では、キャップ２９は、ヘッダタンク２０２の端部に嵌合する板状部材であり、キャップ２９の周縁部がヘッダタンク２０２の内壁に接合すると共に、仕切部２３の端部と接合する。これにより、ヘッダタンク２０２を閉塞すると共に、第１領域２１及び第２領域２２を互いに連通しない独立した領域とすることができる。

【0032】

このように構成された実施例１に係るヘッダタンク２０１及び実施例２に係るヘッダタンク２０２は、いずれも図１に示す熱交換器１の第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２として適用することができる。ヘッダタンク２０１又はヘッダタンク２０２は、熱交換器１の用途や配置方向に応じて、適宜選択して適用することが好ましい。

【0033】

以下、ヘッダタンク２０１又はヘッダタンク２０２を熱交換器１に適用する場合について説明する。なお、以下の説明は、ヘッダタンク２０１とヘッダタンク２０２の双方に共通する内容であるため、代表してヘッダタンク２０１について説明することとして重複説明を省略する。

【0034】

熱交換器１は、第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２として適用するヘッダタンク２０１の他に、チューブ１００、サイドプレート１０１、及びポート（流入口Ｅ１及び流出口）を含む全ての部材が組み立てられた状態で、加熱炉内に挿入され、各部材がろう付けにより接合される。ヘッダタンク２０１と仕切部２３との接合部にもろう材がクラッドされており、接合部２５の縁部が溝２４にろう付けされて仕切部２３とヘッダタンク２０１とが接合される。

【0035】

このとき、図５、図６に示すように、ヘッダタンク２０１と仕切部２３とは、第１領域２１において仕切部２３の縁部と溝２４の一方の側壁２４Ａとが接合する第１接合部２５Ａと、第２領域２２において仕切部２３の縁部と溝２４の他方の側壁２４Ｂとが接合する第２接合部２５Ｂとによって接合される。

【0036】

すなわち、ヘッダタンク２０１では、仕切部２３とヘッダタンク２０１との接合箇所（ろう付け面）が第１接合部２５Ａと第２接合部２５Ｂとの２箇所となり、仕切部２３の縁部と接合する側壁２４Ａ，２４Ｂがテーパ面であることから、仕切部２３の位置決めが容易となり、ろう付け面の位置ずれが生じにくくなる。また、側壁２４Ａ，２４Ｂのテーパ面により、ろう付け時にろう材が集まり易くなるため、ろう付け性が向上する。

【0037】

ヘッダタンク２０１と仕切部２３とが、第１接合部２５Ａと第２接合部２５Ｂとの２箇所において接合されることで、第１接合部２５Ａと第２接合部２５Ｂとの間にヘッダタンク２０１の長手方向に沿う間隙２６が形成される。間隙２６は、連通孔２７によってヘッダタンク２０１の外部と連通していることから、ろう付け不良が生じて第１接合部２５Ａ及び第２接合部２５Ｂ少なくとも何れか一方が完全に接合されていない場合には、第１領域２１及び第２領域２２の少なくとも何れか一方がヘッダタンク２０１の外部と連通することとなる。

【0038】

このため、第１接合部２５Ａ又は第２接合部２５Ｂが完全に接合されていないヘッダタンク２０１に熱媒体を流通させた場合には、第１領域２１又は第２領域２２を通過する熱媒体が、間隙２６に漏れ出て、さらに、間隙２６から連通孔２７を介してヘッダタンク２０１の外部に漏出される。

【0039】

つまり、上述のように構成されたヘッダタンク２０１を備えた熱交換器１に対して、例えば、熱媒体に代えて空気等を流通させることで、漏れ検査を行うことができる。すなわち、熱交換器１の流入口Ｅ１に空気を流すと、ヘッダタンク２０１と仕切部２３とのろう付けが良好で完全に接合されている場合には、連通孔２７から空気が漏れ出ることがなく、空気圧が低下しない。

【0040】

一方で、ろう付け不良によって何れかの箇所が完全に接合されていない場合は、空気が連通孔２７から漏れ出て、空気圧が低下することとなる。連通孔２７からの空気の漏れ、空気圧の低下によりヘッダタンク２０１と仕切部２３との接合が完全でないこと、すなわち、ろう付け不良を検出することができる。なお、連通孔２７をヘッダタンク２０１の延在方向に複数設けた場合、ろう付け不良の発生箇所を特定し易くなるため、製造工程の改善がし易くなる。

【0041】

また、熱交換器１が蒸発器として用いられた場合には、間隙２６に付着したドレン水を連通孔２７によってヘッダタンク２０１の外部に排出することができる。特に、連通孔２７をヘッダタンク２０１の端部に設けた場合には、当該端部に設けられた連通孔２７が鉛直方向の下側となるように熱交換器１を設置することで、ドレン水を効率よく排出することができる。

【0042】

以上説明してきたように、本実施形態に係る熱交換器では、ヘッダタンク２０１，２０２内に設けられる仕切部２３のろう付け不良に起因したヘッダタンクにおける漏れを簡便且つ精度良く検出することができると共に、熱交換器を蒸発器として用いた場合には、ヘッダタンクに付着するドレン水を効率よく排出することができる。

【0043】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0044】

１：熱交換器、１０：熱交換コア部、２３：仕切部、２３Ａ：縁部、
２４：溝、２４Ａ，２４Ｂ：側壁、２５：接合部、２６：間隙、２７：連通孔、
２８：スリット、２９：キャップ、１００：チューブ、１０１：サイドプレート、
２０１，２０２：ヘッダタンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】