JP2005090823A - 熱交換器のヘッダタンク - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯ2 を冷媒とする熱交換器のヘッダタンクにおいて、低コストで且つ品質を向上させることを課題とする。
【解決手段】第１タンク１０１及び第２タンク１０２を連結してタンク部１００とし、これにプレート部２００を組み合わせた構成のヘッダタンク１０であって、タンク部１００の流路を閉塞する仕切り部１１１，１１２、タンク部１００の第２溝部１０６と係合する凹部１１３、及びプレート部２００の連結孔２０２と係合する突起部１１４を有するエンドパッチ１１０、ディバイド１２０により第１タンク１０１及び第２タンク１０２の仮止めと、タンク部１００とプレート部２００との位置決めを行うように構成した。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば車両等に用いられる熱交換器に関するもので、特に、ＣＯ2 を冷媒とする熱交換器のヘッダタンクに関する。

従来、ＣＯ2 を冷媒とする熱交換器のヘッダタンクは、高耐圧性能を満たすために押出材により構成されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平１１−２２６６８５号公報 特開平１１−３５１７８３号公報

上記のような押出材により構成されたヘッダタンクでは、チューブ挿入穴を機械加工で開ける必要があるうえ、一般的な熱交換器のヘッダタンクのようなコイル材と比較して高価になる。

とくに、特開平１１−３５１７８３号公報に記載された熱交換器においては、分割されたタンクとプレートとを位置決め・仮止めするために、タンク中央部に形成された内柱部材に突起部を設けている。このため、押出材によりタンクを成形した後に、切削等の機械加工により突起部を形成する必要があり、加工工数が増えることになる。

なお、断面略Ｕ字形のタンクを２つ連結することによりタンク部とし、これとプレートとを組み合わせる構造のヘッダタンクも考えられるが、この場合はプレートと組み合わせる前にタンク同士を専用の部品等を用いて仮止めしなければならないため、組み付けのための工数が増えてコスト増の要因となるおそれがある。また、部品同士の仮止めをしない場合は、焼き付け時に炉内で外れてしまい、ロウ付け不良などが発生して、品質の低下を招くおそれがある。

本発明の目的は、低コストで品質に優れた熱交換器のヘッダタンクを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、断面略Ｕ字形の半筒状に形成された第１及び第２タンクからなるタンク部と、熱交換器のチューブが挿入される複数の挿入孔が形成されたプレート部と、前記タンク部と前記プレート部とを連結するとともに、前記タンク部と前記プレート部とを連結してヘッダタンクを構成したときに、当該ヘッダタンクの両端開口部及び中間部を閉塞する閉塞部材とを備えたことを特徴とする熱交換器のヘッダタンク。

請求項２の発明は、請求項１において、前記第１及び第２タンクは、当該２つのタンクを連結してタンク部を構成したときに、中央部に複数の第１溝部が形成されるように、それぞれの一方の側縁に複数の第１切り欠き部が設けられるとともに、前記２つのタンクを連結してタンク部を構成したときに、中央部に複数の第２溝部が形成されるように、それぞれの一方の側縁に複数の第２切り欠き部が設けられ、前記プレート部は、前記タンク部との連結時に、前記複数の第１溝部と平面的に一致するように前記複数の挿入孔が形成されるとともに、前記タンク部との連結時に前記閉塞部材と係合する複数の連結孔が形成され、前記閉塞部材は、前記タンク部内に形成される流路を閉塞する仕切り部、前記タンク部に形成された前記複数の第２溝部と係合する凹部、及び前記プレート部に形成された前記連結孔と係合する突起部を有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２において、前記第１及び第２タンクは、前記閉塞部材の凹部で連結されることによりタンク同士が仮止めされ、前記プレート部は、前記閉塞部材の突起部で連結されることにより前記タンク部に対して位置決めされることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２又は３において、前記タンク部と前記プレート部とを連結し、前記プレート部の各挿入孔に熱交換器のチューブを挿入したときに、当該チューブの挿入側の両端部は前記第１及び第２タンク部のそれぞれの他方の側縁と当接し、且つ、前記両端部を除く部分と前記複数の第１溝部との間には所定の隙間が形成されることを特徴とする。

上記構成において、前記タンク部と前記プレート部とを連結し、前記プレート部の各挿入孔に熱交換器のチューブを挿入したときに、好ましくは、前記タンク部の内壁幅Ｗ１、外壁幅Ｗ３、前記チューブ幅Ｗ２が、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３となるように設定する。

また、前記タンク部と前記プレート部とを連結し、前記プレート部の各挿入孔に熱交換器のチューブを挿入したときに、前記プレート部内面から前記チューブの挿入端までの挿入代Ｄ１、前記プレート部内面から前記複数の溝部の底面までの鉛直方向距離Ｄ２は、好ましくは、Ｄ１＜Ｄ２となるように設定する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記第１及び第２タンク、並びに前記プレート部はプレス加工により形成されることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項において、前記第１及び第２タンク、並びに前記プレート部はクラッド材により構成されることを特徴とする。

本発明に係わる熱交換器のヘッダタンクによれば、加工費の安いプレス加工により形成された部品を組み合わせることで作製することができるため、押出材を機械加工する場合に比べて製作が容易で、加工工数も減らすことができ、且つ安価な加工費で製造することができる。また、一般的な熱交換器と同様にコイル材を材料とすることができるため、安価な材料費で製造することができる。

また、閉塞部材に位置決め・仮止めの形状を持たせているため、仮止め等のための工数を増やすことなしに、タンク同士の仮止めや、タンク部とプレート部との位置決めを行うことができ、焼き付け時に炉内で部品が外れることによるロウ付け不良などの不具合を防ぐことができる。

したがって、本発明によれば、低コストで品質に優れたヘッダタンクを提供することができる。

以下、本発明に係わる熱交換器のヘッダタンクを実施するための最良の形態を示す実施例について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、ヘッダタンクの主要部のみを図示及び説明するものとし、その他の部分については図示及び説明を省略する。

図１は、本実施例に係わるヘッダタンク１０を分解した状態を示す概略構成図である。ヘッダタンク１０は、冷媒の流路となるタンク部１００、図示しない熱交換器のチューブが挿入されるプレート部２００、タンク部１００の両端部に取り付けられるエンドパッチ１１０、及びタンク部１００の中間部に取り付けられるディバイド１２０により構成されている。上記各部品は、クラッド材をプレス加工することにより図示のような形状に形成されたものである。

タンク部１００は、断面略Ｕ字形の半筒状に形成された第１タンク１０１及び第２タンク１０２からなり、これら２つのタンクを並べてタンク部１００を構成したときに、中央部に複数の第１溝部１０３が形成されるように、第１タンク１０１の側縁１０１ａには複数の第１切り欠き部１０４が、また第２タンク１０２の側縁１０２ａには複数の第１切り欠き部１０５がそれぞれ形成されている。また、同じく２つのタンクを並べてタンク部１００を構成したときに、中央部に複数の第２溝部１０６が形成されるように、第１タンク１０１の側縁１０１ａには複数の第２切り欠き部１０７が、また第２タンク１０２の側縁１０２ａには複数の第２切り欠き部１０８がそれぞれ形成されている。本実施例において、第２溝部１０６は、図示のようにタンク部１００の両端開口部及び中間部に形成され、それ以外の溝はすべて第１溝部１０３である。これら第１切り欠き部１０４、１０５、並びに第２切り欠き部１０７、１０８は、断面略Ｕ字形の半筒状に形成される前の平板の状態でプレス加工により形成される。

プレート部２００は、断面略コ字形に形成されると共に、タンク部１００に外側から被せるように組み付けたときに、タンク部１００に形成された各第１溝部１０３と平面的に一致するように複数の挿入孔２０１が形成されている。また、プレート部２００には、タンク部１００との連結時にエンドパッチ１１０及びディバイド１２０に形成された後述の突起部１１４と係合する複数の連結孔２０２が形成されている。この挿入孔２０１、連結孔２０２は、断面略コ字形に形成される前の平板の状態でプレス加工により形成される。

エンドパッチ１１０及びディバイド１２０は、図２に示すように、タンク部１００内に形成される流路を閉塞する仕切り部１１１、同１１２と、タンク部１００に形成された複数の第２溝部と係合する凹部１１３と、プレート部２００に形成された連結孔２０２と係合する突起部１１４とを有する。なお、図２ではエンドパッチ１１０について示しているが、ディバイド１２０についても同一構成とする。これらエンドパッチ１１０及びディバイド１２０についても、平板をプレス加工することにより形成される。

次に、上記各部を組み付けてヘッダタンク１０を構成する手順について説明する。

まず、第１タンク１０１及び第２タンク１０２を図１のように並べて配置し、両端開口部に形成された第２溝部１０６にエンドパッチ１１０の凹部１１３を噛み合わせるように挿入するとともに、中間部に形成された第２溝部１０６にディバイド１２０の凹部１１３を噛み合わせるように挿入する。このエンドパッチ１１０とディバイド１２０の取り付けにより、第１タンク１０１と第２タンク１０２とが連結されてタンク部１００となり、同時に２つのタンクは仮止めされた状態となる。

次に、タンク部１００に対し、プレート部２００を外側から被せるように組み付ける。このとき、プレート部２００に形成された連結孔２０２に、エンドパッチ１１０及びディバイド１２０に形成された突起部１１４を挿入するように組み付ける。これにより、プレート部２００はタンク部１００に対して位置決め（同時に仮止め）された状態となる。上記組み付けによりヘッダタンク１０が出来上がる。

図３は、ヘッダタンク１０として組み付けられた状態を示す概略斜視図である。この状態において、プレート部２００の内面中央部はタンク部１００の中央部（側縁１０１ａ＋１０２ａ）と当接し、プレート部２００の側縁部はタンク部１００の側縁１０１ｂ，１０２ｂを覆うように当接する。また、エンドパッチ１１０（及びディバイド１２０、以下同様とする）が取り付けられたヘッダタンク１０の内部は、図３のＡ−Ａ線断面に相当する図４に示すように、エンドパッチ１１０の仕切り部１１１，１１２により流路が閉塞される。

図３のような形状に組み付けられたヘッダタンク１０に対し、後述するチューブ２０、図示しないフィン及び他の構成部品を組み付け、炉中で加熱することにより、各部を一体でロウ付け接合することができる。

図５は、ヘッダタンク１０の挿入孔２０１に熱交換器のチューブ２０を挿入したときの状態を示す概略斜視図である。また、図６、図７は図５のＢ−Ｂ線断面に相当する概略断面図である。

図６に示すように、ヘッダタンク１０に挿入されたチューブ２０は、その両端部２０ａ、２０ｂが第１タンク１０１の側縁１０１ｂ、第２タンク１０２の側縁１０２ｂ上にそれぞれ当接した状態で固定される。すなわち、タンク部１００の内壁幅Ｗ１をチューブ幅Ｗ２以下とし、且つ、タンク部１００の外壁幅Ｗ３をチューブ幅Ｗ２以上とすることにより、チューブ２０の両端部２０ａ、２０ｂを第１タンク１０１の側縁１０１ｂ、第２タンク１０２の側縁１０２ｂ上でそれぞれ受け止める構造とすることができる。このような構造とすることにより、タンク側にチューブ２０の挿入代決め、位置決めのための形状をもたせることができる。

このように、タンク側にチューブの挿入代決め、位置決めのための形状をもたせることにより、チューブの端部を凸形状等に加工する必要がなくなり、加工工数を削減することができる。しかも、同一幅であれば、チューブに位置決めのための形状をもたせたものに比べてチューブの流路幅を実質的に広くすることができるため、軽量化することができ、更に、熱交換性能を向上させることができる。

また、チューブ２０を位置決めした状態では、図７に示すように、チューブ２０の端部（両端部２０ａ、２０ｂを除く部分）と、タンク部１００に形成された第１溝部１０３の底面との間に隙間１０６が形成される。すなわち、プレート部２００の内面からタンク部１００に形成された第１溝部１０３の底面までの鉛直方向距離Ｄ２を、プレート部２００の内面からチューブ２０の挿入端までの距離Ｄ１（挿入代）以上とすることにより、チューブ２０の端部と第１溝部１０３との間に隙間１０６を形成して、チューブ２０とヘッダタンク１０間での冷媒の流通を円滑なものとすることができる。

更に、ヘッダタンク１０にチューブ２０を挿入した状態で加熱した場合、チューブ２０はプレート部２００の挿入孔２０１と接触する領域２００ａのすべて、及びタンク部１００の第１溝部１０３と接触する領域１０３ａのすべて又は一部と接合されることになるため、十分な接合領域を確保することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、押出材を用いたヘッダタンクと同等の耐圧性能をもつヘッダタンクを、プレス加工された部品を組み合わせることで作製することができる。このヘッダタンクを構成する各部品は、突起部や切り欠き部、挿入孔等を加工費の安いプレス加工により形成することができるため、押出材を機械加工する場合に比べて製作が容易で、加工工数も減らすことができ、且つ安価な加工費で製造することができる。また、従来の一般的な熱交換器と同様にコイル材を延ばした板材を材料とすることができるため、安価な材料費で製造することができる。

とくに、閉塞部材であるエンドパッチ及びディバイドに位置決め・仮止めの形状を持たせているため、仮止め等のための工数を増やすことなしに、タンク同士の仮止めや、タンク部とプレート部との位置決めを行うことができる。これにより、焼き付け時に炉内で部品が外れることによるロウ付け不良などの不具合を防ぐことができる。したがって、本発明によれば、コストの低減と品質に優れたヘッダタンクを得ることができる。

また、各部品となる板材として、ロウ材が母材の表面に積層されているクラッド材を用いることにより、ロウ材を別途供給する工程が不要となるため、更に加工費を低減することができる。

実施例に係わるヘッダタンクを分解した状態を示す概略構成図。 エンドパッチ及びディバイドの形状を示す説明図。 組み合わされたヘッダタンクの形状を示す概略構成図。 図３のＡ−Ａ線断面に相当する概略断面図。 ヘッダタンクの挿入孔に熱交換器のチューブを挿入したときの状態を示す概略斜視図。 図５のＢ−Ｂ線断面に相当する概略断面図（位置決めの説明図）。 図５のＢ−Ｂ線断面に相当する概略断面図（挿入代の説明図）。

符号の説明

１０…ヘッダタンク
２０…チューブ
１００…タンク部
１０１…第１タンク
１０１ａ，１０２ａ，１０１ｂ，１０２ｂ…側縁
１０２…第２タンク
１０３…第１溝部
１０４，１０５…第１切り欠き部
１０６…第２溝部
１０６…隙間
１０７，１０８…第２切り欠き部
１１０…エンドパッチ
１１１，１１２…仕切り部
１１３…凹部
１１４…突起部
１２０…ディバイド
２００…プレート部
２０１…挿入孔
２０２…連結孔

Claims (6)

1. 断面略Ｕ字形の半筒状に形成された第１（１０１）及び第２タンク（１０２）からなるタンク部（１００）と、
   熱交換器のチューブ（２０）が挿入される複数の挿入孔（２０１）が形成されたプレート部（２００）と、
   前記タンク部と前記プレート部とを連結するとともに、前記タンク部と前記プレート部とを連結してヘッダタンクを構成したときに、当該ヘッダタンクの両端開口部及び中間部を閉塞する閉塞部材（１１０，１２０）と、
   を備えたことを特徴とする熱交換器のヘッダタンク。
2. 前記第１（１０１）及び第２タンク（１０２）は、当該２つのタンクを連結してタンク部を構成したときに、中央部に複数の第１溝部（１０３）が形成されるように、それぞれの一方の側縁に複数の第１切り欠き部（１０４，１０５）が設けられるとともに、前記２つのタンクを連結してタンク部を構成したときに、中央部に複数の第２溝部（１０６）が形成されるように、それぞれの一方の側縁に複数の第２切り欠き部（１０７，１０８）が設けられ、
   前記プレート部（２００）は、前記タンク部（１００）との連結時に、前記複数の第１溝部（１０３）と平面的に一致するように前記複数の挿入孔（２０１）が形成されるとともに、前記タンク部（１００）との連結時に前記閉塞部材（１１０，１２０）と係合する複数の連結孔（２０２）が形成され、
   前記閉塞部材（１１０，１２０）は、前記タンク部（１００）内に形成される流路を閉塞する仕切り部（１１１，１１２）、前記タンク部（１００）に形成された前記複数の第２溝部（１０６）と係合する凹部（１１３）、及び前記プレート部（２００）に形成された前記連結孔（２０２）と係合する突起部（１１４）を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の熱交換器のヘッダタンク（１０）。
3. 前記第１（１０１）及び第２タンク（１０２）は、前記閉塞部材（１１０，１２０）の凹部（１１３）で連結されることによりタンク同士が仮止めされ、前記プレート部（２００）は、前記閉塞部材（１１０，１２０）の突起部（１１４）で連結されることにより前記タンク部（１００）に対して位置決めされることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器のヘッダタンク（１０）。
4. 前記タンク部（１００）と前記プレート部（２００）とを連結し、前記プレート部（２００）の各挿入孔（２０１）に熱交換器のチューブ（２０）を挿入したときに、当該チューブの挿入側の両端部（２０ａ，２０ｂ）は前記第１及び第２タンク部のそれぞれの他方の側縁（１０１ｂ，１０２ｂ）と当接し、且つ、前記両端部を除く部分と前記複数の第１溝部（１０３）との間には所定の隙間（１０６）が形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の熱交換器のヘッダタンク（１０）。
5. 前記第１（１０１）及び第２タンク（１０２）、並びに前記プレート部（２００）はプレス加工により形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱交換器のヘッダタンク（１０）。
6. 前記第１（１０１）及び第２タンク（１０２）、並びに前記プレート部（２００）はクラッド材により構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱交換器のヘッダタンク（１０）。
   

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