JP2005528579A - 製造が簡単な自動車専用ヘッダおよびヘッダボックスを有する熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッダとヘッダボックスの製造を簡素化する。
【解決手段】 １束の管（１２）と、内部で束状構造の管が開放された少なくとも１つのヘッダ（１８）と、ヘッダを覆うヘッダボックス（２０）とを備え、ヘッダ（１８）およびヘッダボックス（２０）は、共通の結合面（Ｐ）のいずれかの側において概ね対称であり、それぞれ、前記結合面に沿って組み立てられた平坦な結合部（２２）（２４）を有する２つのシェル半体によって形成されていることを特徴とする熱交換器。

Description

本発明は、自動車用の熱交換器の分野に関する。さらに詳しくは、１束の管と、内部に束になった管が開放された少なくとも１つのヘッダと、ヘッダを覆うヘッダボックスを備える熱交換器に関する。

このような熱交換器は、例えば、車両のエンジンを冷却するためのラジエーター、乗客用の区画を加熱するためのラジエーター、あるいは、空気調整回路の蒸発器または凝縮器のいずれかを備えている。

この種の熱交換器において、管の束は、通常２つのヘッダボックスの間に、それぞれのヘッダを介して取り付けられ、流体が横切るように構成されている。エンジンを冷却するためのラジエーター、または乗客用の区画を加熱するためのラジエーターの場合、流体は、エンジンを冷却するために使用される液体である。空気調整蒸発器または凝縮器の場合、流体は冷媒流体である。

周知のように、熱交換器において、ヘッダは、通常、束状構造の管の端部を収容するための孔を設けた板材の形状に製造されている。これらの孔は、通常、ヘッダと束状構造の管との間を密閉状態で組み立てやすくするために、カラーで縁取られている。この組立体は、ロウ付け、またはシールして形成される。

ヘッダを覆うヘッダボックスは、密閉状態でヘッダと協働するように設計されている。

ヘッダボックスは、ヘッダにロウ付けによって接続される金属部品として形成される。

特に、爪のような、前記ヘッダに一体形成されるかしめ手段を介して、ヘッダにかしめられる、プラスチックからなるヘッダボックスを使用する方法も知られている。

いずれの場合にも、ヘッダとヘッダボックスは、互いに協働するように設計された、まったく異なる特有の部品である。

本発明は、ヘッダとヘッダボックスの製造を、簡単に行いうるようにすることを目的としている。

そのため、本発明によると、ヘッダとヘッダボックスは、結合面のいずれかの側に、概ね対称であるとともに前記結合面に沿って組立てられた平坦な結合部を有する２つのシェルの半体によって形成されている。

したがって、ヘッダとヘッダボックスを、同一の部品から、すなわち、互いに結合することを意図した２つのシェルの半体から作成することが可能である。

これは、例えば、ヘッダを形成するためのシェル半体のうちの一方を製造するために行われる特殊な作業を排除するものではない。

束状構造の管を収容するために、ヘッダを形成するシェル半体に孔を設ける必要がある。

いずれの場合も、これら２つの構成要素の基礎として、同一のシェル半体を使用するため、ヘッダの製造とヘッダボックスの製造方法は簡素化される。このように、ヘッダとヘッダボックスは、共通のツールを使用して得ることができる。

さらに、平坦な結合部により、２つのシェル半体の間の密閉結合が容易となるとともに、改善される。

本発明の好ましい実施の形態では、２つのシェル半体は、金属、例えばアルミニウムから形成され、そのそれぞれの平坦な結合部をロウ付けして組み立てられている。

第１の実施形態によると、それぞれの平坦な結合部は、シェル半体の外側に形成されている。

このように、外側に形成された平坦な結合部は、少なくとも１つの爪によって、好ましい状態で定位置に保持される。

第２の実施形態によると、平坦な結合部は、それぞれ、シェル半体の内側に形成されている。

これにより、特に、ヘッダボックスが必要とする空間を減少させることが可能となる。さらに、このように内側に形成された平坦な結合部の一方は、束状構造の管のストッパを形成する。

平坦な結合部には、それぞれ、２つのシェル半体を保持できるように、対応した形状によって、互いに嵌合しうるようにした相補形状の凹部を形成してもよい。

本発明のさらに別の形態によると、ヘッダを形成するシェル半体は、さらに束状構造の管を収容するための孔を有する。

熱交換器のヘッダボックスは、伝熱流体の出入り可能な１本以上のパイプを備えていてもよい。

本発明の変形例によると、２つのシェル半体には、結合面に対して概ね対称のパイプ半体が形成され、２つのシェル半体を結合すると、完全なパイプ（スペーサとも称する）が形成される。

シェル半体は、それぞれ、金属シートを成形することによって製造するのが好ましい。「成形する」という用語は、少なくとも１つの公知の機械的操作、例えば打ち抜き操作、折りたたみ操作、圧延操作などを意味するものとする。

このように、２つのシェル半体に、それぞれパイプ半体を形成する際に、パイプの半体も、２つのシェル半体の成形中に形成される。

平坦な結合部の存在により、さまざまな形状とすることができる。

従って、平坦な結合部のうち少なくとも一方を、例えば熱交換器を位置決めまたは固定するためのトングによって、外方に延出させることが可能となる。

本発明の好ましい実施形態によると、熱交換器は、管の間に配置された波形のインサートを備え、組立体は、ロウ付けによって形成される。

以下、本発明による熱交換器１０を部分的に示す図１および図２を参照しながら説明する。互いに平行な平坦な管１４によって形成された束１２を有し、それらの間に、波型のインサート１６が配置されている。

束状構造１２の両端の少なくとも一方では、管１４が、ヘッダ１８の中に収容されており、ヘッダボックス２０によって覆われ、束状構造の管１４と連通する空間を形成している。組立体の内部は、伝熱流体が横切り、束状構造内を通過する空気の流れと熱交換をする。

束状構造の管１４の他端は、同一または同様のヘッダ（図示せず）に収容され、同様にヘッダボックス（図示せず）によって覆われている。

図２からわかるように、ヘッダ１８とヘッダボックス２０は、結合面Ｐのいずれかの側で組み立てられた２つの概ね対称のシェル半体によって形成されている。ここに例示した実施形態では、これら２つのシェル半体は、同一であり、それぞれは、周面かつシェルの外側に、平坦な結合部２２および２４を有する。

２つのシェル半体１８および２０は、好ましくはアルミニウムもしくはアルミニウム系合金からなる金属シートを、成形、特に、打ち抜くことによって製造されている。これら２つのシェル半体は、同じ基礎エレメントから、同じ工具で成形される。ここで唯一異なる点は、ヘッダ１８を形成するシェル半体は、さらに管１４の一端を収容可能な長い孔２６（図２）を形成するための加工が必要であるという点である。これらの孔は、切り抜きによって優位に形成される。これらは、管とヘッダとの間の結合を改善するためのカラーによって、それぞれ囲まれている。

ここで例示した実施形態においては、熱交換器の他の構成要素は、金属、好ましくはヘッダおよびヘッダボックスと同じ金属または金属合金で形成されている。組立体は、全く同一の操作中に、炉を通過させることにより、ロウ付けによって組み立てる。

従って、ヘッダおよびヘッダボックスは、平坦な結合部２２，２４の平面同士を結合することによって、組み立てることができる。

この設計により、浅く凹んだ部分を形成することができ、その結果、材料を節約できる。さらに、打ち抜き作業の一部は、両シェル半体に対して共通であるため、製造時間を短かくことができる。

さらに、平面同士の結合により、良好なロウ付けが可能となる。最後に、ヘッダ／ヘッダボックス組立体の周囲において、外方に延出する平坦な結合部２２，２４の存在により、突出部を形成している。この突出部は、例えば、熱交換器をハウジング内に固定する役割を果たすことができる。これは、熱交換器を、自動車加熱または空気調整装置のハウジング内に挿入及び取り付けをする場合に特に有利である。

図３には、図１および図２と類似した、ヘッダ／ヘッダボックス組立体の変形例を示す。ここで主な違いは、平坦な結合部の一方、すなわち平坦な結合部２２が、例えば熱交換器をハウジング（図示せず）の内部に固定する役割を果たす２つの突出トング２８，３０を含む点である。また、図３は、２つの平坦な結合部を互いに保持するための爪３２も示している。

図１および図２に示す実施形態と類似する図４に示す実施形態では、それぞれのシェル半体１８および２０に、それぞれほぼ半円形状の断面を有するパイプ半体３４，３６が形成されている。これら２つのパイプ半体は、結合面に対して概ね対称である。従って、この２つのシェル半体を結合すると、パイプ半体３４、３６は、合わせて完全なパイプ３８を形成する。これを「スペーサ」と呼ぶこととする。

このパイプにより、熱交換器内を流れる伝熱流体が出入りできるようになる。図４からわかるように、２つのシェル半体のそれぞれの平坦な結合部２２、２４は、パイプ半体３４、３６の高さにおいて連続しているため、これら２つのパイプ半体の相互の密閉結合度が高まる。

２つのパイプ半体３４、３６は、２つのシェル半体と同時に、成形、特に打ち抜きすることによって、有利に製造することができる。これにより、製造がさらに容易となる。パイプとの界面は、２つのシェル半体を囲むロウ付け部によって形成されている。

この実施の形態は、ラジエーターのタンクとの接続を、楕円、あるいは長方形で達成することができる。また、これにより、ヘッダボックスの高さを低くすることが可能となり、使用する材料の節減と、必要なスペースの低減が可能となる。

また、パイプまたはスペーサを通る液体の流速が上がることなく、液体に対する流動断面を一定に保つことができるという利点も有する。

この設計により、パイプは、ヘッダボックスに対して横方向に、あるいはヘッダボックスの端部に接続することができる。

図５の実施の形態は、それぞれの平坦な結合部２２および２４が、シェル半体の外側ではなく、内側に形成されている点で、図２の実施の形態とは異なる。これらの状態では、シェル半体の形成は、打ち抜きだけでは不可能であり、平坦な結合部を内側に向かって折り曲げるための少なくとも１つの作業が必要となる。

平坦な結合部を内側に向けることにより、ヘッダボックスによって占有されるスペースを減らすことができる。さらに、平坦な結合部のうちの一方、この場合には、結合部２２が束構造１２の管１４用のストッパを形成している。これにより、管をヘッダボックスに対して軸方向に位置決めすることができる。

平坦な結合部２２および２４が、内側を向いていることにより、上記のようなトング２８，３０に類似する外方突出部の製造を妨げるものではない。実際、このような要素は、標準的な機械的作業によって、例えば２重折り曲げ作業によって、容易に得ることができる。

図６の実施形態では、平坦な結合部２２および２４は、２つのシェル半体を定位置に保持できるように対応した形状によって、互いに嵌合するようにした、相補形状の凹部４０，４２を有している。ここで示す例では、これらの凹部は、平坦な結合部それぞれをＵ字型に曲げることによって得ることができる。これらの凹部は、シェル半体の周囲全体または一部に形成することができる。

このような凹部の配置は、外方を向いた平坦な結合部（図２）にも、内方を向いた平坦な結合部（図５）と同様に適用することができる。

本発明は、特に、自動車熱交換器に適している。この熱交換器は、例えば、自動車のエンジンを冷却するためのラジエーター、乗客用の区画を加熱するためのラジエーター、または、空気調整回路の蒸発器や凝縮器として構成することもできる。

本発明の熱交換器の部分側面図である。 本発明の図１における線ＩＩ−ＩＩに沿って切った断面図である。 本発明の別の実施形態によるヘッダ／ヘッダボックスの斜視図である。 本発明の熱交換器の部分斜視図であり、ヘッダとヘッダボックスにそれぞれパイプ半体を形成した状態を示す。 本発明の別の実施形態による、図２に類似する断面図である。 保持手段を備える２つの平坦な結合部の部分断面図である。

符号の説明

１０ 熱交換器
１２ 束状構造
１４ 管
１６ 波形のインサート
１８ ヘッダ
２０ ヘッダボックス
１８，２０ シェル半体
２２，２４ 平坦な結合部
２６ 孔
２８，３０ トング
３２ 爪
３４，３６ パイプ半体
３８ 完全なパイプ（スペーサ）
４０，４２ 凹部

Claims (13)

1. １束の管と、内部で束状の管が開放された少なくとも１つのヘッダと、ヘッダを覆うヘッダボックスとを備え、ヘッダ（１８）およびヘッダボックス（２０）は、共通の結合面（Ｐ）のいずれかの側において概ね対称であり、それぞれ前記結合面に沿って形成された平坦な結合部（２２）（２４）を有する２つのシェル半体によって形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. ２つのシェル半体（１８）（２０）は、金属、例えばアルミニウムで形成されており、その平坦な結合部（２２）（２４）は、それぞれ、ロウ付けによって組み立てら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. 平坦な結合部（２２）（２４）は、それぞれ、シェル半体の外側に形成されていることを特徴とする請求項１および２のいずれかに記載の熱交換器。
4. 外側に形成された平坦な結合部（２２）（２４）は、少なくとも１つの爪によって定位置に保持されていることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 平坦な結合部（２２）（２４）は、それぞれ、シェル半体の内側に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
6. 内側に形成された平坦な結合部（２２）（２４）のうちの一方が、束（１２）の管（１４）のストッパを形成していることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
7. 平坦な結合部（２２）（２４）が、２つのシェル半体を定位置に保持できるようになっている形状によって、互いに嵌合するようにした相補形状の凹部（４０）（４２）を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器。
8. ヘッダ（１８）を形成するシェル半体は、さらに束（１２）の管（１４）を収容するための孔（２６）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器。
9. ２つのシェル半体（１８）（２０）に、結合面（Ｐ）に対して概ね対称であるパイプ半体（３４）（３６）が形成されており、２つのシェル半体を結合すると、スペーサとも呼ばれる完全なパイプ（３８）が形成されるようになっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の熱交換器。
10. ２つのシェル半体（１８）（２０）は、それぞれ金属シートを成形することによって製造されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の熱交換器。
11. ２つのシェル半体（１８）（２０）の成形中に、２つのパイプ半体（３４）（３６）も成形されていることを特徴とする、請求項９および１０の組み合わせによる熱交換器。
12. 平坦な結合部（２２）（２４）のうち少なくとも一方を、例えば熱交換器を位置決めまたは固定するためのトング（２８）（３０）によって、外方に延出させてあることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の熱交換器。
13. 束の管（１４）の間に配置された波形のインサート（１６）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の熱交換器。

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