JP2004108613A - 積層型熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】2つに分割されたヘッダ部品をかしめ結合によることなく、十分な結合力をもって両ヘッダ部品の結合を低コストで行うことが可能なヘッダ構造を備える積層型熱交換器を提供する。
【解決手段】ヘッダ3が2分割されたプレートヘッダ31とタンクヘッダ32との組合せからなり、タンクヘッダの断面略半円形状の周方向の両端部には、プレートヘッダの端部を包み込む段差部32aが形成されると共に、該段差部には、その長手方向に間隔をあけて多数の凸部32bが形成され、一方プレートヘッダの断面略半円形状の周方向の両端部には、タンクヘッダの凸部に対応して多数の凹部31bが形成され、これらの凸部と凹部とを凹凸結合させることで、ヘッダを形成している。
【選択図】   図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体通路を成すチューブと放熱用のフィンとを交互に積層して成る積層型熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
積層型熱交換器においては、加工が容易で生産性の向上を図ることができる分割タイプのヘッダを使用する場合がある。この分割タイプのヘッダ300は、図4(a)に示すように、チューブ100に結合する側のプレートヘッダ310とチューブ100に結合しない側のタンクヘッダ320とを組み合わせて略筒状に形成される。この場合、タンクヘッダ320は、略断面半円形状をしており、図4(b)に拡大して示すように、その周方向の両端部には、プレートヘッダ310の端部を包み込む段差部321が形成されると共に、その両端部から延出するようにして、ヘッダ300の軸線方向に適宜の間隔をあけて多数の爪部322が設けられている。この段差部331の内側にプレートヘッダ210の端部が組み合わされてヘッダ300が形成され、爪部322をかしめることでタンクヘッダ320とプレートヘッダ310とを結合している。なお、ヘッダ300の両端の開口部には、図示しないキャップが設けられている。また、符号200は、各チューブ100間に介在するフィンである。
【0003】
しかしながら、近年の製造コスト低減の要望から、かしめ爪部を短くするなどの材料の歩留まりの向上を図ってきた。また更なるコストダウンとして、完全にかしめ爪部を無くし、材料の歩留まりの一層向上やかしめ専用機を無くして設備を低減する等のコスト低減を試みたが、ヘッダ部品であるタンクヘッダとプレートヘッダの結合力が弱くなり、これら部品が分離してしまうという問題があった。
【0004】
また、かしめ爪部を無くしたタンクヘッダとプレートヘッダの結合方法として、図5に示すように、タンクヘッダ320とプレートヘッダ310の夫々の開口縁の全長には、一方側に凸条323,313が形成され、他方側にその凸条に整合する嵌着溝324,314が一体的に形成され、タンクヘッダ320とプレートヘッダ310とをその長手方向から凸条323,313を嵌着溝324,314にそれぞれ嵌着することによって、両者を結合する方法が、従来より知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−132487号公報(第3頁、図1〜図3)
【0006】
しかしながら、上記した従来公知の方法では、凸条223,213及び嵌着溝224,214が開口縁の全長に渡って延設されているいるので、タンクヘッダ220とプレートヘッダ210を上下(図5の上下方向)に合わせて組み付けることができず、端面からスライドさせて組み付ける必要があり、組付け作業が難しい。また、これらのタンクヘッダとプレートヘッダの形状は押出し材でないと加工できない形状のため、材料上の制約がかかり、かつコストが高くなるという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、2つに分割されたヘッダ部品をかしめ結合によることなく、十分な結合力をもって両ヘッダ部品の結合を低コストで行うことのできるヘッダ構造を備える積層型熱交換器を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の積層型熱交換器を提供する。
請求項1に記載の積層型熱交換器は、ヘッダが2分割されたプレートヘッダとタンクヘッダとの組み合わせから構成されていて、タンクヘッダの断面略半円形状の周方向の両端部には、プレートヘッダの端部を包み込む段差部が形成されていると共に、この段差部には、その長手方向に所定の間隔をあけて内方に突出する多数の凸部が形成され、一方、プレートヘッダの断面略半円形状の周方向の両端部には、タンクヘッダの凸部に対応して多数の凹部が形成され、これらの凸部と凹部とを凹凸結合することによってタンクヘッダとプレートヘッダとを組み合わせてヘッダを形成するようにしたものである。これにより、かしめ結合によらずに両者をしっかりと結合することができるので、作業が容易でかつ製造コストの低減を図ることができる。
【0009】
請求項2の積層型熱交換器は、タンクヘッダの凸部とプレートヘッダの凹部が形成されたそれぞれの両端部の先端にテーパ面を設けたものであり、これにより、両者の組み付け時に、両端部が容易に弾性変形してそれぞれの端部を案内するので、組み付け作業が容易に行える。
請求項3の積層型熱交換器は、凸部と凹部の形状を鉤型状にしたものであり、これにより、タンクヘッダとプレートヘッダとを組み付けた後は、両者は離れることがなく、しっかりと固着される。
【0010】
請求項4の積層型熱交換器は、タンクヘッダに凸部に代えて凹部を、プレートヘッダに凹部に代えて凸部を形成するようにしたものであり、これにおいても、タンクヘッダとプレートヘッダとは凹凸結合によってしっかりと結合される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の積層型熱交換器について説明する。図1は、本発明の積層型熱交換器におけるヘッダ構造を示す斜視図であり、図2は、タンクヘッダとプレートヘッダとからなるヘッダ構造における第1実施例の結合構成を示しており、(a)〜(c)はその結合手順を説明する図である。本発明の積層型熱交換器は、流体通路を成すチューブ1と、放熱用のコルゲートフィン2とを交互に積層すると共に、各チューブ1の両端部にヘッダ3を配置して一体ろう付けにより製造される。
【0012】
チューブ1は、アルミニウム材を押出成形したものや、インナーフィンをチューブ1内に挿入して、各々を一体ろう付けしたものが使用され、いずれも内部に複数の流体通路が形成されている。コルゲートフィン2は、薄いアルミニウム板を波状に加工したローラ成型品であり、その表面には、例えば熱交換効率を高めるためのルーバ(図示せず)が形成されている。
【0013】
ヘッダ3は、その長手方向に2分割され、その内側を成すプレートヘッダ31と外側を成すタンクヘッダ32とから構成される。なお、ヘッダ3の両端開口部は、通常、図示されないキャップによって封鎖されている。これらのプレートヘッダ31とタンクヘッダ32とは、一般にはろう材がクラッドされたアルミニウムのプレス成型品である。
【0014】
プレートヘッダ31は、断面略半円形状又は断面略コ字状に形成され、その長手方向に間隔にあけて各チューブ1の端部が挿入されて、接続される長孔31aがバーリング加工により形成されている。また、図2に示すようにプレートヘッダ31のその周方向の両端部には、後述するタンクヘッダ32の多数の凸部に対応して、長手方向に間隔をあけて多数の凹部31bが形成されると共に、この凹部31bが形成されている端部の先端には、テーパ面31cが形成されている。凹部31bは、断面略V字状に形成されていて、外方に向けて開放されている。
【0015】
タンクヘッダ32は、断面略半円形状又は断面略コ字状に形成され、その周方向の両端部には、プレートヘッダ31の端部を包み込む段差部32aが形成されている。この場合、タンクヘッダ32の内面とプレートヘッダ31の内面とが、段差のない滑らかな曲面を形成するように、段差部32aの高さは、プレートヘッダ31の厚さに略等しい。タンクヘッダ32の段差部32aには、その長手方向に所定の間隔をあけて、内方に突出する多数の凸部32bが形成される。この凸部32bが形成されるタンクヘッダ32の端部外面には、凸部32bが内方に突出するのに対応して窪み部32cが形成されている。凸部32bは、断面が略台形状をしていて、その頂面が平坦なストレート面32b で、その前後がテーパ面32b ,32b となっている。
【0016】
上記のように構成されたプレートヘッダ31とタンクヘッダ32とは、それぞれに形成された凹部31bと凸部32bとを図2のように凹凸結合することによって、ヘッダ3が形成される。なお、プレートヘッダ31とタンクヘッダ32とは凹凸結合により組み合わされた後に、ろう付結合されるものである。
【0017】
次に図2の(a)〜(c)に示される組み合わせ手順に従って、プレートヘッダ31とタンクヘッダ32の組付け作業について説明する。図2(a)は結合前を示しており、これに示されるように、タンクヘッダ32端部の凸部32bのテーパ面32b と、プレートヘッダ31端部先端のテーパ面31cとを当接させて、組み付け力を加えることで、タンクヘッダ32の端部が外方に拡がり、同時にプレートヘッダ31の端部が内方に変形することで、徐々にプレートヘッダ31がタンクヘッダ32内に入り込んで行く。この場合、両端部に形成されたテーパ面31c,32b とが互いの端部の案内面となっていて、大きな組み付け力を必要とすることなく、容易に両者の端部が弾性変形して結合して行く。
【0018】
図2(b)は、結合途中の状態を示しており、タンクヘッダ32の凸部32bのストレート面32b が、プレートヘッダ31のテーパ面31cと凹部31bとの間の平坦な面に当接している。このストレート面32b が形成されていることによって、組み付け力が低減でき、タンクヘッダ32とプレートヘッダ31の部材同志が低い面圧で接触し、両者の端部に塑性変形を起こさせることなく結合させることができる。
【0019】
図2(c)は、結合完了後の状態を示しており、プレートヘッダ31の端部の元に戻ろうとする(外方へ拡こうとする)弾性力fが、プレートヘッダ31のV字状の凹部31bの斜面と、タンクヘッダ32bの凸部32bのテーパ面32b とによる合わせ面へ押し付ける力gへ変換されて働き、プレートヘッダ31の端面31dと段差部32aの段差面32cとの間に隙間が生じるのが防止できる。
このようにして、本実施形態では、タンクヘッダ32とプレートヘッダ31のそれぞれの端部の弾性変形を利用して凹凸結合しているので、かしめ部を必要とすることなく両者をしっかりと結合することができる。
【0020】
図3は、本発明の第2実施例であるタンクヘッダとプレートヘッダの組み合わせ構造を示している。この実施例では、タンクヘッダ32の凸部32bは、その断面が略直角三角形状又はあご状になるように段差部32aから内方に突出している。一方、プレートヘッダ31の凹部31bは、上記タンクヘッダ32の凸部32bを受け入れるように、その断面が同じ形状の略直角三角形状又はあご状に窪んだ形に形成されている。したがって、両者が組み合わされたとき、鉤状にタンクヘッダ32の凸部32bがプレートヘッダ31の凹部31bに引っ掛かり、両者は離れることはない。
【0021】
なお、上述の実施形態は、プレートヘッダ31に凹部31bを、タンクヘッダ32に凸部32bを形成しているが、プレートヘッダ側に凸部を、タンクヘッダ側に凹部を形成するようにしてもよい。
【0022】
以上説明したように、本発明においては、プレートヘッダとタンクヘッダとを凹凸嵌合を利用して組み合わせているので、プレートヘッダに対してタンクヘッダを長手方向にスライドさせることなく組み付けが可能であるので、組付け作業が容易で、組付け後の長手方向のズレも防止できる。また、結合部の凹部及び凸部の形状をプレス加工により成形できるので、製造コストが低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の積層型熱交換器におけるヘッダ構造を示す斜視図である。
【図2】タンクヘッダとプレートヘッダとからなるヘッダ構造における第1実施例の結合構成を示しており、(a)〜(c)はその結合手順を説明する図である。
【図3】第2実施例のタンクヘッダとプレートヘッダとの結合構成を示す図である。
【図4】従来の積層型熱交換器のヘッダ構造を示す斜視図である。
【図5】同じく従来のヘッダ構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
1…チューブ
2…コルゲートフィン
3…ヘッダ
31…プレートヘッダ
31a…長孔
31b…凹部
32…タンクヘッダ
32a…段差部
32b…凸部
32c…窪み部
31c,32b ,32b …テーパ面

Claims (4)

  1. 流体通路を成すチューブと放熱用のフィンとが交互に積層されると共に、前記各チューブの両端部にヘッダを備えていて、前記ヘッダが、2分割された、前記チューブに接続されるプレートヘッダと前記チューブに接続されないタンクヘッダとを組み合わせることによって形成されている積層型熱交換器において、
    前記タンクヘッダは、断面略半円形状をしていて、その周方向の両端部には、前記プレートヘッダの端部を包み込む段差部が形成されていると共に、前記段差部には、その長手方向に所定の間隔をあけて内方に突出する多数の凸部が形成されており、
    前記プレートヘッダの断面略半円形状の周方向の両端部には、前記タンクヘッダの前記凸部に対応して多数の凹部が形成され、
    前記タンクヘッダと前記プレートヘッダとが、前記凸部と前記凹部との凹凸結合により組み合わされることにより前記ヘッダが形成されていることを特徴とする積層型熱交換器。
  2. 前記タンクヘッダの前記凸部、及び前期プレートヘッダの前記凹部が形成されたそれぞれの両端部の先端には、それぞれの端部を案内するためのテーパ面が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の積層型熱交換器。
  3. 前記タンクヘッダの前記凸部及び前記プレートヘッダの前記凹部とが、抜け止め機能を備えた鉤型状に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の積層型熱交換器。
  4. 前記タンクヘッダが前記凸部に代えて凹部が、前記プレートヘッダが前記凹部に代えて凸部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の積層型熱交換器。
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