JP2005164053A - 熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造において、外部からロウ材を供給することなしに、容易にロウ付けができるようにすることを課題とする。
【解決手段】流体が流通する複数本のチューブ２と、これらチューブ２の端部に接合された分配・合流用のヘッダ４とを備える熱交換器１に対して、ヘッダ４の外壁に形成された接続用開口穴７と、外部パイプ１０の先端に取り付けられた供給部材１１とをロウ付け接合してなる接合構造において、ヘッダ４の外壁と供給部材１１との間に、表面にロウ材層を有するクラッド板２０を配置し、そのクラッド板２０を介してヘッダ４の外壁に供給部材１１をロウ付け接合した。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造に関し、特に多穴構造のヘッダに対して外部パイプを接合する場合に有効な技術に関する。

一般的な熱交換器は、流体が流通する複数本のチューブと、チューブの両端に接合された分配・合流用のヘッダとから構成されている。このような熱交換器において、流体の圧力が非常に高い場合には、高い耐圧強度を確保するために多穴構造のヘッダが使われることが多い。多穴構造のヘッダとは、ヘッダ内部に、流体を通すための複数の流通穴を隔壁を介して形成したものである。

上記のような多穴構造のヘッダを使用する場合、ヘッダに流体の供給側及び排出側の外部パイプを接続することになるが、従来は、ヘッダと外部パイプ、またはヘッダと外部パイプの先端に取り付けられた供給部材とを直接にロウ付け接合していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３２５７８４号公報

しかしながら、ヘッダと外部パイプ（または供給部材）とを直接にロウ付け接合する場合は、ロウ付けに際してロウ材を外部より別途に供給しなければならないので、従来構造ではロウ付け時の作業性が悪くなるという課題があった。

本発明の目的は、ヘッダと外部パイプとを接合する際に容易にロウ付けを行うことのできる、熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造を提供することにある。

請求項１の発明は、流体が流通する複数本のチューブと、隣接するチューブ間に配置されたフィンと、前記複数本のチューブの端部が接合されて当該チューブと連通接合される分配・合流用のヘッダとを備えた熱交換器に対して、前記ヘッダの外壁に形成された接続用開口穴と、外部パイプの先端に取り付けられた供給部材とをロウ付け接合してなる熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造において、前記ヘッダの接続用開口穴と前記供給部材との間に、表面にロウ材層を有するクラッド板を配置し、このクラッド板を介して前記ヘッダの外壁に前記供給部材をロウ付け接合したことを特徴とする熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造であって、前記ヘッダは内部に流体の流通穴を隔壁を介して複数有する多穴構造体として構成され、前記供給部材および前記クラッド板は、前記ヘッダの接続用開口穴にそれぞれ連通する複数の流通路を有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造であって、前記外部パイプの先端と前記供給部材とを一体構造としたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造であって、前記ヘッダの外壁と前記クラッド板との接合部分、および前記クラッド板と前記供給部材との接合部分の少なくとも一方に、位置決め用の嵌合部を設けたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造であって、前記ヘッダは内部に流体の流通穴を隔壁を介して複数有する多穴構造体として構成され、かつ、前記外部パイプを接合する側と反対側の外壁に、ヘッダの長手方向に沿って所定間隔で前記各チューブの端部を接合するためのチューブ接続穴を列設した構造を備え、前記ヘッダの外壁であって前記各隔壁に対応する箇所に、前記ヘッダ内の互いに隣接する２つの流通穴に跨って連通する前記接続用開口穴をそれぞれ形成するとともに、前記供給部材および前記クラッド板に、前記ヘッダの接続用開口穴にそれぞれ連通する流通路を形成し、かつ、前記接続用開口穴を、隣接する同一列のチューブ接続穴間にそれぞれ配置したことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５に記載の熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造であって、前記接続用開口穴の少なくとも１つを、他の接続用開口穴とは異なる列のチューブ接続穴間に配置したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ロウ付けに際して、クラッド板表面のロウ材層が溶融してヘッダの外壁および供給部材とがそれぞれ接合されるため、別途にロウ材を供給することなしに容易にロウ付け作業を行うことができる。

請求項２の発明によれば、多穴構造のヘッダに対して１本の外部パイプを供給部材に接続することで、複数の接続用開口穴に流体の供給／排出を行うことができる。

請求項３の発明によれば、ロウ付けによる外部パイプと供給部材との位置ずれや取り付け精度の不均一をなくすことができるうえ、部品点数を削減することができる。

請求項４の発明によれば、ロウ付けする際に、ヘッダの外壁、クラッド板および供給部材の位置決めが容易にできるので、ロウ付けの作業性を向上させることができる。

請求項５の発明によれば、流体の供給側では、接続用開口穴をチューブ接続穴の真上に配置した場合に比べて、流体の多くが真下のチューブ接続穴に直接に流れ込むことが少なくなるため、流体の分流性を向上させることができる。

請求項６の発明によれば、隣接する接続用開口穴間の距離を広くすることができるため、接合部分の強度を向上させることができる。

以下、本発明に係わる熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、実施例１に係わる熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造を示す説明図であり、（ａ）は熱交換器の全体構成を示す斜視図、（ｂ）は熱交換器のヘッダと外部パイプの接続部分を示す分解断面図、（ｃ）は同部分の断面図である。また、図２は熱交換器のヘッダと外部パイプの接合部分における分解斜視図、図３はチューブ接続穴と接続用開口穴との位置関係を示す平面図である。

図１（ａ）において、１は熱交換器であり、１０は熱交換器１に対して流体を供給／排出するための外部パイプである。熱交換器１は、流体が流通する複数本の扁平のチューブ２と、これらチューブ２間に配置されたフィン３と、チューブ２とフィン３とで構成されるラジエータコア１ａの両端部に接合された分配・合流用のヘッダ４とから構成されている。

ヘッダ４は、長円形断面を有する金属柱体の内部に、３本の流通穴５が隔壁９を介して同一平面上に一列に並ぶ多穴構造体として形成されている。各ヘッダ４の流通穴５の端部は、図示しない遮蔽材により塞がれている。さらに、ヘッダ４の一方の外壁（幅広面）には、チューブ２の端部を接合するためのチューブ接続穴８がヘッダ４の長手方向に一定の間隔で列設されている。また、反対側の外壁には、外部パイプ１０の先端が後述する本実施例の接合構造にしたがってロウ付けにより接合されている。

次に、ヘッダ４と外部パイプ１０との接合構造について説明する。ここでは、図１（ａ）において、上下に２本配置された外部パイプのうちの１つの接合構造について説明するが、もう一方の外部パイプについても同一構造により接合されるものとする。

外部パイプ１０の先端をヘッダ４の外壁にロウ付けするに際して、ヘッダ４の外壁には、図１（ｂ）、（ｃ）及び図２、図３に示すように、隔壁９に対応した箇所に位置させて、ヘッダ４内の互いに隣接する２つの流通穴５に跨って連通するように接続用開口穴７が形成されている。本実施例では、流通穴５は３本設けられているので、接続用開口穴７は２つ設けられている。この場合、これらの接続用開口穴７は、図３に示すように、隣接する同一列のチューブ接続穴８間の位置に対応させてそれぞれ配置されている。

一方、外部パイプ１０の先端には、接合用の供給部材１１が設けられている。この供給部材１１の内部には、入口側の１本流路が出口側で複数本に分岐する分岐流路が形成されている。すなわち、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、供給部材１１の入口側には、１本の外部パイプ１０に接合するための１本の流通路１３が開口し、出口側には、供給部材１１の内部で流通路１３に繋がる２本の流通路１４が開口している。

本実施例において、供給部材１１は外部パイプ１０と別体に製作された上で、後からロウ付けにより一体に接合されている。なお、本実施例では、流体を供給する側の外部パイプ１０を例としているが、流体を排出する側の外部パイプでは、上記入口側、出口側の表記は逆になる。

ヘッダ４の外壁と外部パイプ１０の先端の供給部材１１との間には、図１（ｂ）に示すように、表面にロウ材層を有するクラッド板２０が配置されている、クラッド板２０には、供給部材１１側の流通路１４とヘッダ４側の接続用開口穴７とを連通させるための流通路２１が形成されている。そして、図１（ｃ）に示すように、このクラッド板２０を介して、ヘッダ４の外壁に外部パイプ１０の先端の供給部材１１がロウ付け接合されている。

本実施例の接合構造によれば、外部パイプ１０の先端に接続用の供給部材１１を設け、ヘッダ４の外壁と供給部材１１との間にロウ材層を有するクラッド板２０を配置し、そのクラッド板２０を介してヘッダ４の外壁に供給部材１１をロウ付け接合する構造としたため、ロウ付けに際しては、クラッド板２０表面のロウ材層が溶融して、ヘッダ４の外壁および供給部材１１とがそれぞれ接合されることになる。したがって、別途にロウ材を供給することなしに容易にロウ付け作業を行うことができる。

また、供給部材１１およびクラッド板２０の内部には、ヘッダ４側の接続用開口穴７と連通する流通路１４、２１がそれぞれ形成されているため、多穴構造のヘッダ４に対して１本の外部パイプ１０を接続することで、複数の接続用開口穴７に流体の供給／排出を行うことができる。

さらに、ヘッダ４に形成された接続用開口穴７は、隣接する同一列のチューブ接続穴８間の位置に対応させてそれぞれ配置されているため、流体の供給側においては、接続用開口穴７をチューブ接続穴８の真上に配置した場合に比べて、流体の多くが直下のチューブ接続穴８に直接に流れ込むことが少なくなり、流体の分流性を向上させることができる。

次に、ヘッダの外壁と供給部材にそれぞれ位置決め用の嵌合部を設けるとともに、接続用開口穴の１つを異なる列のチューブ接続穴間に配置した実施例について説明する。

図４は、実施例２に係わる熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造を示す説明図であり、（ａ）は熱交換器のヘッダと外部パイプの接続部分を示す分解断面図、（ｂ）は同部分の断面図である。また、図５は熱交換器のヘッダと外部パイプの接合続部分における分解斜視図、図６はチューブ接続穴と接続用開口穴との位置関係を示す平面図である。ここでは、実施例１と同じくヘッダ４の流通穴５を３本設けた例を示すものとし、また実施例１に示した各部と同じ部分および同等な部分には同一符号を付して説明する。

図４（ａ）、図５に示すように、クラッド板２０が接合されるヘッダ４側の接合面、およびクラッド板２０が接合される供給部材１１の接合面には、クラッド板２０がはめ込まれる凹形状の位置決め用の嵌合部６、１２がそれぞれ形成されている。

また、図５、図６に示すように、ヘッダ４に形成された接続用開口穴７のうちの１つは、他の接続用開口穴７とは異なる列のチューブ接続穴８間の位置に対応させて配置されている。すなわち、２つの接続用開口穴７は、同一列のチューブ接続穴８間の位置ではなく、斜めに位置をずらして配置されている。

そして、これに合わせてクラッド板２０、供給部材１１もヘッダ４に対して斜めに取り付けられ、図４（ｂ）に示すように、クラッド板２０を介して、ヘッダ４の外壁に外部パイプ１０の先端の供給部材１１がロウ付け接合される。

本実施例の接合構造では、実施例１に示した接合構造による効果に加えて、以下のような効果を有する。

本実施例では、クラッド板２０が接合されるヘッダ４側の接合面、およびクラッド板２０が接合される供給部材１１の接合面にそれぞれ位置決め用の嵌合部６、１２を設けているので、ロウ付けする際の位置決めが容易にでき、作業性の向上を図ることができる。

また、２つの接続用開口穴７を斜めに配置したことにより、接続用開口穴７間の距離Ｌ１を、図３（実施例１）に示す距離Ｌ２より広げることができるため、接合部分の強度を向上させることができる。例えば、外部パイプ１０に対してヘッダ４の長手方向に力が加わった場合でも、ヘッダ４と供給部材１１との接合部分に加わる力が分散されるため、接合部分の変形を抑えることができる。

上記実施例１および２では、外部パイプ１０と供給部材１１を別体に製作した上で、後から一体に接合する場合を示したが、図７に示すように、外部パイプ１０と供給部材１１とを一体構造としてもよい。このような一体構造とした場合は、ロウ付けによる外部パイプ１０と供給部材１１との位置ずれや取り付け精度の不均一をなくすことができるうえ、部品点数も削減することができる。なお、図７において、符号１０、１１は一体構造とした場合の外部パイプ、供給部材をそれぞれ示し、符号１２は一体構造とした場合の嵌合部を示している。

上記実施例１および２では、ヘッダ内の流通穴が３本の例を示したが、２本の場合あるいは３本以上の場合でも、本発明は適用可能である。次に、ヘッダ内の流通穴を４本とした例について説明する。

図８は、実施例３に係わる熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造を示す説明図であり、（ａ）は熱交換器のヘッダと外部パイプの接続部分を示す分解断面図、（ｂ）は同部分の断面図である。本実施例では、ヘッダ４の流通穴５を３本設けた例を示すものとし、また実施例１および２に示した各部と同じ部分および同等な部分には同一符号を付して説明する。

本実施例に示すヘッダ４Ｂでは、内部に４本の流通穴５が同一平面上に一列に並んでいる。このヘッダ４Ｂの一方の外壁には、図８（ｂ）に示すように、隔壁９に対応した箇所に位置させて、ヘッダ４Ｂ内の互いに隣接する２つの流通穴５に跨って連通するように接続用開口穴７が設けられている。４本の流通穴５に対する３つの接続用開口穴７は、三角形の各頂点に位置するように配置されている。すなわち、隣接する接続用開口穴７は異なる列のチューブ接続穴８間の位置にあり、両端の接続用開口穴７は同一列のチューブ接続穴８間の位置に対応させて配置されている。

一方、図８（ａ）に示すように、略三角形状のクラッド板２０Ｂが接合されるヘッダ４Ｂ側の接合面には、クラッド板２０Ｂがはめ込まれる、３つの接続用開口穴７をカバーする大きさの略三角形状の嵌合部６Ｂが形成されている。また、供給部材１１Ｂやクラッド板２０Ｂも、嵌合部６Ｂに対応した三角形状に形成されており、このうちクラッド板２０Ｂが接合される供給部材１１Ｂの接合面には、クラッド板２０Ｂがはめ込まれる図示しない凹形状の位置決め用の嵌合部が形成されている。さらに、クラッド板２０Ｂや供給部材１１Ｂには、接続用開口穴７に対応した流通路２１、１３が設けられている。

本実施例の接合構造おいても、実施例１に示した接合構造による効果に加えて、次のような効果を有する。

すなわち、実施例２と同じく、クラッド板２０Ｂが接合されるヘッダ４Ｂ側の接合面、およびクラッド板２０Ｂが接合される供給部材１１Ｂの接合面にそれぞれ位置決め用の嵌合部を設けているので、ロウ付けする際の位置決めが容易にでき、作業性の向上を図ることができる。

また、実施例２と同じく、３つの接続用開口穴７のうち、隣接する穴同士が斜めの位置関係となるため、接続用開口穴７間の距離が広がり、接合部分の強度を向上させるとができる。とくに、本実施例の接合構造では、外部パイプ１０に対してヘッダ４の長手方向だけでなく、これと直交する方向に力が加わった場合でも、ヘッダ４と供給部材１１との接合部分に加わる力が分散されるため、接合部分の変形を抑えることができる。

なお、本実施例のように、３つの接続用開口穴７を有する供給部材１１Ｂについても、外部パイプ１０と供給部材１１Ｂとを一体構造とすることができる。

実施例１に係わる熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造を示す説明図。（ａ）は熱交換器の全体構成を示す斜視図。（ｂ）は熱交換器のヘッダと外部パイプの接続部分を示す分解断面図。（ｃ）は同部分の断面図。 て熱交換器のヘッダと外部パイプの接合部分における分解斜視図。 チューブ接続穴と接続用開口穴との位置関係を示す平面図。 実施例２に係わる熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造を示す説明図。（ａ）は熱交換器のヘッダと外部パイプの接続部分を示す分解断面図。（ｂ）は同部分の断面図。 熱交換器のヘッダと外部パイプの接合続部分における分解斜視図。 チューブ接続穴と接続用開口穴との位置関係を示す平面図。 外部パイプと供給部材とを一体構造とした場合の断面図。 実施例３に係わる熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造を示す説明図。（ａ）は熱交換器のヘッダと外部パイプの接続部分を示す分解断面図。（ｂ）は同部分の断面図。

符号の説明

１…熱交換器
２…チューブ
３…フィン
４，４Ｂ…ヘッダ
５…流通穴
６，６Ｂ、１２…嵌合部
７…接続用開口穴
８…チューブ接続穴
９…隔壁
１０…外部パイプ
１１，１１Ｂ…供給部材
１３，１４，２１…流通路
２０，２０Ｂ…クラッド板

Claims (6)

1. 流体が流通する複数本のチューブ（２）と、隣接するチューブ（２）間に配置されたフィン（３）と、前記複数本のチューブ（２）の端部が接合されて当該チューブ（２）と連通接合される分配・合流用のヘッダ（４，４Ｂ）とを備えた熱交換器（１）に対して、前記ヘッダ（４，４Ｂ）の外壁に形成された接続用開口穴（７）と、外部パイプ（１０）の先端に取り付けられた供給部材（１１，１１Ｂ）とをロウ付け接合してなる熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造において、
   前記ヘッダ（４，４Ｂ）の接続用開口穴（７）と前記供給部材（１１，１１Ｂ）との間に、表面にロウ材層を有するクラッド板（２０，２０Ｂ）を配置し、このクラッド板（２０，２０Ｂ）を介して前記ヘッダ（４，４Ｂ）の外壁に前記供給部材（１１，１１Ｂ）をロウ付け接合したことを特徴とする熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造。
2. 前記ヘッダ（４，４Ｂ）は内部に流体の流通穴（５）を隔壁（９）を介して複数有する多穴構造体として構成され、
   前記供給部材（１１，１１Ｂ）および前記クラッド板（２０，２０Ｂ）は、前記ヘッダ（４，４Ｂ）の接続用開口穴（７）にそれぞれ連通する複数の流通路（１４，２１）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と外部パイプとの接合構造。
3. 前記外部パイプ（１０）の先端と前記供給部材（１１，１１Ｂ）とを一体構造としたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造。
4. 前記ヘッダ（４，４Ｂ）の外壁と前記クラッド板（２０，２０Ｂ）との接合部分、および前記クラッド板（２０，２０Ｂ）と前記供給部材（１１，１１Ｂ）との接合部分の少なくとも一方に、位置決め用の嵌合部（６，６Ｂ，１２）を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造。
5. 前記ヘッダ（４，４Ｂ）は内部に流体の流通穴（５）を隔壁（９）を介して複数有する多穴構造体として構成され、かつ、前記外部パイプを接合する側と反対側の外壁に、ヘッダ（４，４Ｂ）の長手方向に沿って所定間隔で前記各チューブ（２）の端部を接合するためのチューブ接続穴（８）を列設した構造を備え、
   前記ヘッダ（４，４Ｂ）の外壁であって前記各隔壁（９）に対応する箇所に、前記ヘッダ（４，４Ｂ）内の互いに隣接する２つの流通穴（５）に跨って連通する前記接続用開口穴（７）をそれぞれ形成するとともに、前記供給部材（１１，１１Ｂ）および前記クラッド板（２０，２０Ｂ）に、前記ヘッダ（４，４Ｂ）の接続用開口穴（７）にそれぞれ連通する流通路（１４、２１）を形成し、かつ、前記接続用開口穴（７）を、隣接する同一列のチューブ接続穴（８）間にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造。
6. 前記接続用開口穴（７）の少なくとも１つを、他の接続用開口穴（７）とは異なる列のチューブ接続穴（８）間に配置したことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器のヘッダと外部パイプとの接合構造。
   

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