JP2005249341A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ろう付け性と加工性の両者を両立させることができ、断面略角形形状で分割構成よりなるヘッダタンクを備える熱交換器を提供する。
【解決手段】 熱交換器１のヘッダタンク５は、略Ｕ字形状断面を形成する上壁部５２ａと２つの側壁部５２ｂとを有するタンク本体５２と、略Ｕ字形断面を形成する底壁部５１ａと２つの立上り部５１ｂとを有し、立上り部５１ｂにはタンク本体の側壁部の一部を受け入れる段差部５１ｅが形成されているコアプレート５１と、略矩形状をしていて、その周囲に周壁部５３ｂが設けられ、タンク本体とコアプレートとで形成されるタンク空間５ａの長手方向端部を封鎖するためのサイドキャップ５３とから構成され、コアプレート、タンク本体及びサイドキャップの各曲がり部５１ｃ，５２ｃ，５３ｃのＲ径が略同じである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱交換器に関するもので、エンジンの冷却水を冷却するラジエタに用いて有効である。

従来、熱交換器のチューブに流通する熱交換媒体を分配集合させるタンク構造として、筒状のヘッダパイプの端部を封止する封止部と、熱交換コア部を保護するサイドプレートとを一体にしたインサート一体式サイドキャップは、特許文献１により公知である。この特許文献１には、封止部の周囲に周壁が設けられているものも示されている。しかしながら、このインサート一体式サイドキャップは、コンデンサ用のヘッダが断面円形で一体形状のものしか考えられていなかった。

一方、従来、ラジエタのチューブに流通する冷却水を分配集合させるヘッダタンク構造として、特許文献２に示すように、チューブに結合するコアプレートと、このコアプレートの内壁に結合するタンク本体と、コアプレート及びタンク本体とで形成されるタンク空間の長手方向両端を閉塞するサイドキャップとで構成されるものが知られている。

しかしながら、上記従来のサイドキャップでは、サイドキャップ自体が単なる平坦な板材から形成されているにすぎないため、タンク本体及びコアプレートとサイドキャップとのろう接部分が、サイドキャップの板厚分しか確保することができず、ろう付け性が非常に悪いという問題があった。

実開平２−１２２９８６号公報 特開平１０−１３２４９０号公報

そこで本出願人は、従来より、特許文献１と特許文献２との特徴を合わせもつ、図５に示されるようなヘッダタンク構造を試作してみた。このタンク構造は、両側縁に立上り部５１ｂを有するＵ字形断面のコアプレート５１と同じく両側縁に側壁部５２ｂを有するＵ字形断面のタンク本体５２とが、互いの開放部が向き合うようにして側壁部５２ｂと立上り部５１ｂで互いにろう付けされていて、その長手方向両端部が、周壁部５３ｂを有するインサート一体式サイドキャップ５３により閉鎖されている。

しかしながら、このような構造であると、コアプレート５１の曲がり部５１ｃのＲ径が大きいとコアプレート５１の立上り部５１ｂの内壁面同士の幅と、コアプレート５１の底面（チューブが挿通されるチューブ挿通孔が形成される面）の幅との差が大きくなるため、コアプレート５１と本体５２とを嵌合させた際に、タンク本体５２の側壁部５２ｂの先端がコアプレート５１の底面に当接せず、側壁部５２ｂの先端とコアプレート５１の曲がり部５１ｃとの間に段差が生じてしまい、ろう付け不良が生じてしまう。もしくは、タンク本体５２の側壁部５２ｂの先端をコアプレート５１のコーナの曲がり部５１ｃに沿って内側に移動させてコアプレート５１の底面に当接させると、タンク本体５２の側壁部５２ｂの外面とコアプレート５１の立上り部５１ｂの内面とに隙間が生じ、ろう付け不良の原因となる。そのため、コアプレート５１の底面近傍において、タンク本体５２がコアプレート５１に嵌合される構造とする場合、コアプレート５１のコーナの曲がり部５１ｃのＲ径は出来るだけ小さく、直角に近いことが望ましい。

一方、サイドキャップ５３の周壁部５３ｂは、ろう付け性を向上させるには、その立ち長さが長い程タンク本体５２及びコアプレート５１の内壁面との接触面積が増えるので良好となるが、プレスでの深絞り加工上、サイドキャップ５３の４隅の曲がり部５３ｃのＲ径を小さくすると、材料の加工限界を超え、割れが発生する。また、割れがなくとも曲がり部５３ｃとその周辺の板厚が著しく減肉してしまうという不具合が発生する。したがって、サイドキャップ５３の曲がり部５３ｃのＲ径は大きい程、プレス加工性が良好になる。

このように、一方では、ろう付け性の問題から、コアプレート５１のコーナの曲がり部５１ｃのＲ径を小さくするという要求があり、他方では、加工性の問題から、サイドキャップ５３の４隅の曲がり部５３ｃのＲ径を大きくするという要求があるため、ろう付け性と加工性の両者を満足させる形で、断面角形形状で分割構成のヘッダタンク構造を形成することができなかった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ろう付け性と加工性の両者を両立させることができる、断面角形形状で分割構成よりなるヘッダタンク構造を有する熱交換器を提供することである。

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熱交換器を提供する。
請求項１に記載の熱交換器は、ヘッダタンクが、略Ｕ字形状断面を形成する上壁部と２つの側壁部とを有するタンク本体と、略Ｕ字形状断面を形成する底壁部と２つの立上り部を有し、この立上り部にはタンク本体の側壁部の一部を受け入れる段差部が形成されていると共に、底壁部にはチューブが結合されるコアプレートと、略矩形状をしていて、その周囲に周壁部が設けられていて、タンク本体とコアプレートとを開放側を向い合わせて嵌合することによって形成されたタンク空間の長手方向端部を封鎖するためのサイドキャップとを組み合わせて、ろう付けすることにより形成されているものである。これにより、タンク本体の側壁部の一部をコアプレートの段差部に受け入れられるので、コアプレートのＵ字形の曲がり部のＲ径を小さくする必要がないため、タンク本体、コアプレート及びサイドキャップの全ての曲がり部のＲ径を大きくすることができ、加工性及びろう付け性にすぐれたヘッダタンクを形成することができる。

請求項２の熱交換器は、タンク本体及びコアプレートの長手方向端部にサイドキャップを係合するための係合爪を設けたものであり、これにより、ろう付けの際にサイドキャップはタンク本体及びコアプレートにしっかりと仮固定される。
請求項３の熱交換器は、段差部がコアプレートの曲がり部よりずれた位置に形成され、その段差がタンク本体の板厚に略等しくしたものであり、これにより、サイドキャップの周壁部の外面が、タンク本体及びコアプレートの内面にほぼ隙間なく密接に接触することができ、ろう付け性が向上する。

請求項４の熱交換器は、サイドキャップを絞り加工により形成するようにしたものであり、これは、サイドキャップの４隅のコーナーの曲がり部のＲ径を大きくすることができるので、サイドキャップを絞り加工により形成することが可能となったものである。
請求項５の熱交換器は、サイドキャップに一体にサイドプレートを設けると共に、コアプレートの長手方向端部にサイドプレートを受け入れる切り欠きを形成したものであり、これにより、部品点数を削減できると共に、ろう付けを効率的に行える。
請求項６の熱交換器は、上壁部と、この上壁部の端部から延びる側壁部とを有し、略Ｕ字形状断面を有するタンク本体と、チューブが接続される底壁部と、この底壁部の端部から延び、段差部が形成された立上り部を有し、略Ｕ字形状断面を有し、前記段差部に前記タンク本体の側壁部の端部を当接させるように前記タンク本体が嵌合されるコアプレートと、前記タンク本体と前記コアプレートとによって形成されたタンク空間の長手方向端部の断面形状に相当する形状を有し、周縁部に前記タンク空間の内壁面と当接する周壁部が形成され、前記タンク空間の長手方向端部閉塞するサイドキャップとを有し、前記タンク本体、コアプレート、および前記サイドキャップとがろう付けされることを特徴とする。これにより、タンク本体の側壁部の一部をコアプレートの段差部に受け入れられるので、コアプレートのＵ字形の曲がり部のＲ径を小さくする必要がないため、タンク本体、コアプレート及びサイドキャップの全ての曲がり部のＲ径を大きくすることができ、加工性及びろう付け性にすぐれたヘッダタンクを形成することができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の熱交換器について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器を車両用のラジエタ１に適用した例を示している。冷却水（流体）が流通する扁平状チューブ２とコルゲート状フィン３とは交互に積層されてコア部４を形成しており、このコア部４でチューブ２内を通る冷却水とチューブ２外のフィン３を通る空気との間で熱交換が行われる。コア部４を形成している複数本のチューブ２は、その長手方向の両端に配設されたヘッダタンク５に接続している。ヘッダタンク５は、複数本のチューブ２内を流通する冷却水を分配集合させている。それぞれのヘッダタンク５には、エンジン（図示せず）とラジエタ１とを接続する配管が接続される開口部６が設けられており、その開口部６の一方が流入側であり、他方の開口部６が流出側である。なお、コア部４のチューブ２の長手方向に直交する方向の両端部には、サイドプレート７が設けられていて、コア部４を補強している。

次に本発明の特徴であるヘッダタンク５の構造について説明する。ヘッダタンク５は、図２に示されるように、チューブ２に結合するコアプレート５１と、このコアプレート５１と結合してタンク５のタンク空間５ａを形成するタンク本体５２と、タンク空間５ａの長手方向の両端を閉塞するサイドキャップ５３とから構成されていて、これらは最終的にはろう付けされる。

コアプレート５１は、底壁部５１ａ及び２の立上り部５１ｂとからなる略Ｕ字状断面をしていて、底壁部５１ａにはチューブ２を結合するためのフランジ付貫通穴５１ｆが形成されており、立上り部５１ｂにはタンク本体５２の側壁部５２ｂの一部を受け入れる段差部５１ｅが形成されている。また、底壁部５１ａから立上り部５１ｂへと移行する部分には、曲がり部５１ｃが形成されている。段差部５１ｃには、底壁部５１ａから立上り部５１ｂに移行する曲がり部５１ｃから上方にずれた位置にコアプレート５１の長手方向に沿って外方に拡げられるように段差が形成されている。この段差部５１ｅの段差は、タンク本体５２の板厚に略等しくすることが好ましい。更にコアプレート５１の長手方向の両端には、係合爪５１ｄが形成され、サイドキャップ５３を仮止めできるようになっている。また、コアプレート５１のチューブ用のフランジ付貫通孔５１ｆの最外側に形成されたフランジ付穴５１ｇは、サイドプレート７を固定するための穴である。

タンク本体５２は、上壁部５２ａと２つの側壁部５２ｂとから略Ｕ字形断面をしていて、タンク本体５２の長手方向の両端には、複数個の係合爪５２ｄが形成され、サイドキャップ５３を仮止めできるようになっている。また、上面部５２ａから側壁部５２ｂへと移行する部分に曲がり部５２ｃが形成されている。
コアプレート５１とタンク本体５２とは、互いに開放側を向き合わせて、タンク本体５２の側壁部５２ｂの先端部が、コアプレート５１の立上り部５１ｂの段差部５１ｅに受け入れられる形で結合して、略矩形断面の筒形状をしたタンク空間５ａを形成し、このタンク空間５ａの長手方向両端がサイドキャップ５３により閉鎖される。

サイドキャップ５３は、タンク空間５３の断面と略同じ形の略矩形状の閉鎖部５３ａと、その閉鎖部５３ａの周囲に形成された周壁部５３ｂとから構成されている。サイドキャップ５３の４隅のコーナーには、それぞれ曲がり部５３ｃが形成されている。
コアプレート５１の２つの曲がり部５１ｃと、タンク本体５２の２つの曲がり部５２ｃ及びサイドキャップ５３の４隅の曲がり部５３ｃのそれぞれのＲ径は、略同じになっている。このＲ径は、周壁部５３ｂをもつサイドキャップ５３を絞り加工により形成することができるのに十分なＲ径となっている。

なお、コアプレート５１、タンク本体５２、サイドキャップ５３、チューブ２、フィン３及びサイドプレート７は、全てアルミニウム製であり、これらは、コアプレート５１、タンク本体５２及びフィン３の表面に被覆されたろう材にて、ろう付け結合されている。

以上説明したように、本発明ではコアプレート５１の曲がり部５１ｃよりずれた立上り部５１ｂに段差部５１ｅが形成されているので、コアプレート５１とタンク本体５２とを互いに開放側が向き合うように、かつタンク本体５２の側壁部５２ｂがコアプレート５１の立上り部５１ｂの内側にくるように組み合わせると、タンク本体５２の側壁部５２ｂの先端部分がコアプレート５１の段差部５１ｅに収容されるようになるので、図５に示す従来技術のように、タンク本体５２の側壁部５２ｂの先端がコアプレート５１の曲がり部５１ｃに当接して、曲がり部５１ｃに沿って内側に移動して、タンク本体５２の側壁部５２ｂの外面とコアプレート５１の立上り部５１ｂの内面との間に隙間が生じ、ろう付け性が悪化するというような不具合の発生を防止することができる。

また、コアプレート５１の曲がり部５１ｃには、タンク本体５２の側壁部５２ｂの先端が当接することがないので、コアプレート５１の曲がり部５１ｃのＲ径を大きくすることができる。したがって、サイドキャップ５３の曲がり部５３ｃのＲ径も、コアプレート５１の曲がり部５１ｃのＲ径に合わせて大きくすることができるので、サイドキャップ５３を絞り加工によって製造でき、その加工性を向上させることができる。
このように、本発明の熱交換器のヘッダタンク５の構造では、ろう付け性及び加工性の両者を両立させることができ、その製造効率を改善できる。

図３は、本発明の特徴であるヘッダタンクの構造の別の実施形態を示している。このヘッダタンク５の構造では、サイドキャップ５３とサイドプレート７とが一体化されたインサート一体式サイドキャップ５３Ａを使用している。そのため、コアプレート５１の底壁部５１ａの長手方向両端には、サイドプレート７を挿入するための切り欠き部５１ｈが形成されている。この切り欠き部５１ｈは、底壁部５１ａの長手方向両端に２個所切り込みを入れて、この切り込みを入れられた部分を立ち上げることによって形成されている。そのため、この別の実施例では、コアプレート５１には係合爪５１ｄ及びサイドプレート７を固定するためのフランジ付穴５１ｇが設けられていない。また、サイドプレート７側にも、サイドキャップ５３と同様に周壁部５３ｂが延長されるようにして形成されている。その他の構造は、先の実施形態と同様であるので説明を省略する。図４は、コアプレート５１、タンク本体５２及びインサートサイドキャップ５３の３者を組み合わせたタンク５の構造を示している。

この別の実施形態では、先の実施形態と同様にろう付け性と加工性との両立をはかることができると共に、部品点数も削減できる。

熱交換器の全体構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態の熱交換器におけるヘッダタンク構造を説明する図である。 本発明の別の実施形態の熱交換器におけるヘッダタンク構造を説明する図である。 別の実施形態のヘッダタンク構造の組み合わせ構造図である。 従来の熱交換器のヘッダタンク構造を説明する図である。

符号の説明

１…熱交換器
２…チューブ
３…フィン
５…ヘッダタンク
５１…コアプレート
５１ａ…底壁部
５１ｂ…立上り部
５１ｃ…曲がり部
５１ｄ…係合爪
５１ｅ…段差部
５１ｆ…フランジ付貫通穴
５１ｇ…フランジ付穴
５１ｈ…切り欠き部
５２…タンク本体
５２ａ…上壁部
５２ｂ…側壁部
５２ｃ…曲がり部
５２ｄ…係合爪
５３…サイドキャップ
５３ａ…閉鎖部
５３ｂ…周壁部
５３ｃ…曲がり部
７…サイドプレート

Claims (6)

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ているコア部と、前記チューブの長手方向両端部に配設され、流体を分配集合させるヘッダタンクとを備える熱交換器において、
   前記ヘッダタンクが、
   略Ｕ字形状断面を形成する上壁部と２つの側壁部とを有するタンク本体と、
   略Ｕ字形状断面を形成する底壁部と２つの立上り部とを有し、前記立上り部には、前記タンク本体の側壁部の一部を受け入れる段差部が形成されていると共に、前記底壁部に前記チューブが結合されるコアプレートと、
   略矩形状をしていて、その周囲に周壁部が設けられていて、前記タンク本体と前記コアプレートとを開放側を向い合わせて結合することによって形成されたタンク空間の長手方向端部を封鎖するためのサイドキャップと、
   を備え、これら３者が組み合わせられ、ろう付けされることを特徴とする熱交換器。
2. 前記タンク本体及び前記コアプレートの長手方向端部には、前記サイドキャップを係合するための係合爪が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記段差部が前記コアプレートの曲がり部よりずれた位置に形成され、その段差が前記タンク本体の略板厚に相当することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記サイドキャップが絞り加工により形成されることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の熱交換器。
5. 前記サイドキャップに一体にサイドプレートが設けられており、前記コアプレートの長手方向端部には、前記サイドプレートを受け入れる切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 上壁部と、この上壁部の端部から延びる側壁部とを有し、略Ｕ字形状断面を有するタンク本体と、
   チューブが接続される底壁部と、この底壁部の端部から延び、段差部が形成された立上り部を有し、略Ｕ字形状断面を有し、前記段差部に前記タンク本体の側壁部の端部を当接させるように前記タンク本体が嵌合されるコアプレートと、
   前記タンク本体と前記コアプレートとによって形成されたタンク空間の長手方向端部の断面形状に相当する形状を有し、周縁部に前記タンク空間の内壁面と当接する周壁部が形成され、前記タンク空間の長手方向端部閉塞するサイドキャップとを有し、
   前記タンク本体、コアプレート、および前記サイドキャップとがろう付けされることを特徴とする熱交換器。

Images