JP2006064198A - 熱交換器のヘッダタンク - Google Patents

Abstract

【課題】工程上の制約や加工工数を増やすことなしに、チューブの位置決めを行うことができる熱交換器のヘッダタンクを提供する。
【解決手段】内部に冷却媒体が流通する流通路が形成されたタンク部１２１と、チューブ１１０の端部１１０ａが挿入されるチューブ挿入孔１２２ａが形成されたプレート部１２２とを組み合わせて構成し、タンク部１２１の幅（ａ）、板厚（ｔ）、及びチューブ１１０の幅（ｂ）の関係が、ａ−２ｔ＜ｂ＜ａとなるように設定して、タンク部１２１の端部断面１２１ａにチューブ１１０の１１０ａ端部を当接させることにより、チューブ１１０の端部を位置決めすることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば炭酸ガスなどの冷却媒体（以下、冷媒という）と冷却風との間で熱交換を行う熱交換器のヘッダタンク構造に関する。

従来、炭酸ガスなどを冷媒とする熱交換器のヘッダタンクとしては、高耐圧性能を満たすため、略円形断面の冷媒流路を形成した多穴押出し管ヘッダタンクを採用したものや、板材をプレス加工等により成型して、略円形断面の冷媒流路を有するタンクとし、このタンクとプレートとを組み合わせた構造のものなどが知られている。

上記のようなタンクとプレートとを組み合わせた構造のヘッダタンクでは、プレート側にチューブの挿入孔を形成しておき、ここにチューブを挿入してロウ付けするものが主流となっている。このチューブの取り付けに関しては、外部治具によりチューブの挿入代を調整するものが知られている。また特許文献１には、プレート側に設けるチューブ挿入孔の深さにより、チューブの挿入代を調整するようにしたものが開示されている。さらに特許文献２には、タンクプレートに傾斜部などを設けることにより、チューブの位置決めを行うようにしたものが開示されている。
特開平１１−０１４２８８号公報 実開平２−１０９１８５号公報

上記のように外部治具を用いるものでは、チューブ挿入代の調整をタンクとプレートとの嵌合前に実施する必要があり、チューブを挿入してからの嵌合には工程上の制約が生じることになる。また、特許文献１のようにチューブ挿入孔の深さによりチューブ挿入代を調整するものでは、チューブ挿入孔を二重に加工し、且つ孔の深さを規定する必要性があり、穴加工工程の増加、高い加工精度の要求が発生することになる。さらに、特許文献２のようにタンクに設けた傾斜部などは、タンク形状を複雑にする要因となり、タンク加工の工程を増やすことになる。

本発明の目的は、工程上の制約や加工工数を増やすことなしに、チューブの位置決めを行うことができる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、冷却媒体が流通する複数のチューブと冷却用のフィンとを交互に積層してなる熱交換器コアと接続され、前記各チューブに冷却媒体を流通させる熱交換器のヘッダタンクであって、内部に冷却媒体が流通する流通路が形成されたタンク部と、前記チューブの端部が挿入されるチューブ挿入孔が形成されたプレート部とを組み合わせて構成され、前記タンク部の幅（ａ）、板厚（ｔ）、及びチューブの幅（ｂ）の関係がａ−２ｔ＜ｂ＜ａであり、前記タンク部の端部断面に前記チューブの端部を当接させることで前記チューブの端部を位置決めすることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記タンク部の端部断面が前記チューブの端部と当接する位置において、前記タンク部の端部断面が前記プレート部の主面と当接しないことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、少なくとも、前記タンク部と前記プレート部との嵌合部分において、前記タンク部の端部断面が前記プレート部の主面と当接することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項において、前記タンク部の少なくとも流通路側の表面にはロウ材層が存在せず、前記プレート部の両面にはロウ材層が存在することを特徴とする。

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、前記タンク部及び前記プレート部が、それぞれプレス加工により成型されたものであ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、前記プレート部は、両端の側壁部が外側に向かって傾斜していることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、チューブの挿入に外部治具を用いる必要がなく、またタンク部とプレート部とを嵌合させた後にチューブを取り付けることができるため、工程上の制約を受けることがない。また、チューブ挿入孔を二重にする必要がなく、孔の深さを規定する必要もないため、穴加工工程の増加や高い加工精度を要求されることがない。さらに、タンク部に傾斜部などを形成する必要がなく、タンク形状を複雑にする要因がないため、タンク加工の工数を増やすことがない。したがって、工程上の制約や加工工数を増やすことなしに、チューブの位置決めを行うことができる。

請求項２の発明によれば、タンク部の端部の長さを調整することにより、チューブのヘッダタンク本体への挿入代を任意に設定することができる。

請求項３の発明によれば、タンク部とプレート部とを組み合わせたときに位置決めを確実に行うことができるようになり、また外部から押圧によりカシメ固定
したときに、流通路の変形を生じないようにすることができる。

請求項４の発明によれば、タンク部とプレート部を組み合わせてロウ付した際に、タンク部の端部断面で溶けたロウ材がチューブの冷媒流路となる穴を詰まらせないようにすることができる。

請求項５の発明によれば、ヘッダタンクを押出し材のような高価な材料ではなく、安い板材で製作することができるため、材料コストを削減することができる。そして、タンク部とプレート部をプレス加工により成型できるため、熱交換器全体の加工が容易なものとなり、さらには、タンク間の連通溝を形成するための機械加工等が不要となるため、加工コストを削減することができる。

請求項６の発明によれば、耐圧性を向上させるために、タンク部の幅とプレート部の側壁部間のクリアランスを小さくした場合でも、タンク部とプレート部との填め合わせを容易に行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態となる実施例について図面を参照しながら説明する。

図５は、実施例１に係わる熱交換器の全体構成を示す正面図である。この熱交換器１００は、コア部１０１とその両端に配置されたヘッダタンク１４０とから構成されている。

コア部１０１は、内部を冷媒が流通する複数の扁平チューブ（以下、チューブという）１１０と、波形に形成された複数のフィン１２０を交互に積層し、最外側のフィン１２０の更に外側に断面略コ字形状の強度部材としてのサイドプレート１３０を配設したものであり、一体にロウ付け接合されている。

チューブ１１０は、隣接するもの同士の間に空気の流通する隙間を確保した状態で互いに並行に厚さ方向に積層されており、チューブ１１０間の各隙間にフィン１２０が配設されている。

ヘッダタンク１４０は、コア部１０１の両端、すなわち複数のチューブ１１０の長手方向の両端部１１１に配設されており、内部には、チューブ１１０の積層方向に沿って延びる流通路１５１が形成されている。ヘッダタンク１４０には、各チューブ１１０の端部１１１がロウ付け接合されており、ヘッダタンク１４０の流通路１５１と、総てのチューブ１１０の内部通路とが互いに連通している。

両ヘッダタンク１４０の長手方向端部には、流通路１５１の両端を塞ぐためのエンドキャップ１８０がロウ付け接合されている。図中左側のヘッダタンク１４０内には、流通路１５１を長手方向に仕切るセパレータ１４１がロウ付けされている。そして、左側のヘッダタンク１４０のセパレータ１４１よりも上側には冷媒をヘッダタンク内に導くための入口ジョイント１９１が、また下側には熱交換された冷媒をヘッダタンク外に取り出すための出口ジョイント１９２がそれぞれロウ付けにより接合されている。

次に、実施例１に係わるヘッダタンク１４０の構成について説明する。

図１は、実施例１に係わるヘッダタンク１４０の概略断面図であり、図５のＡ−Ａ断面図に相当する。また図２は、図５のＢ−Ｂ断面図に相当する概略断面図である。

図１に示すように、実施例１のヘッダタンク１４０は、内部に冷媒の流通する流通路１５１を形成した断面略Ｕ字形状のタンク部１２１と、各チューブ１１０を接続するためのチューブ挿入孔１２２ａを有する断面略コ字形状のプレート部１２２とを備えて構成されている。

プレート部１２２は、タンク部１２１と組み合わせたときに、タンク部１２１の上面を包むように折り曲げられる嵌合部１２２ｂが長手方向に数カ所設けられている（図５参照）。この嵌合部１２２ｂは、ヘッダタンク１４０の長手方向の所定位置であって、隣接するチューブ挿入孔１２２ａの間に位置するように設けられている。そして、プレート部１２２とタンク部１２１とを図のように重ね合わせ、嵌合部１２２ｂをタンク部１２１の上面を包むように内側に折り曲げてカシメ固定するとともに、その状態でロウ付けすることにより、タンク部１２１とプレート部１２２とが一体化される。

本実施例におけるプレート部１２２は、両端の側壁部１２２ｃを外側に向かって角度ｃだけ傾斜させている。これにより、耐圧性を向上させるために、タンク部１２１の幅ａとプレート部１２２の側壁部１２２ｃ間のクリアランスを小さくした場合でも、タンク部１２１とプレート部１２２との填め合わせを容易に行うことが可能となる。また、プレート部１２２の側壁部１２２ｃには、タンク部１２１と組み合わせたときに、タンク部１２１の端部１２１ｂと接触する長さｄの直線部分を設けている。この長さｄはプレート部１２２の板厚ｔ以上とする。これによって、ロウ付け部分において必要な強度を確保することができる。

タンク部１２１とプレート部１２２は、板材のプレス加工により成型することができる。また、タンク部１２１とプレート部１２２は、その表面にロウ材層が形成されたクラッド材を用いることができる。本実施例におけるタンク部１２１では、端部断面１２１ａと流通路１５１側の表面にロウ材層が形成されていないものを用いている。これによれば、ロウ付け時に溶けたロウ材によりチューブ１１０の冷媒流路となる穴を詰まらせないようにすることができる。なお、ロウ材層は、少なくとも流通路１５１側の表面に形成されていない構造とすることが上記効果を得るために望ましく、さらに端部断面１２１ａにもロウ材層が形成されていない構造とすることで、より望ましい効果を得ることができる。

チューブ１１０は、内部に図示しない複数の冷媒流路が形成された押出成形材であり、端部１１０ａがタンク部１２１の端部断面１２１ａと当接することで位置決めされる。

本実施例では、タンク部１２１の幅ａ、板厚ｔ、及びチューブ１１０の幅ｂにおいて、これらの関係が
ａ−２ｔ ＜ ｂ ＜ ａ
となるように各部の寸法を設定している。これによって、チューブ１１０をプレート部１２２のチューブ挿入孔１２２ａに挿入したときに、タンク部１２１の端部断面１２１ａにチューブ１１０の端部１１０ａの両端部分を確実に当接させることができる。

上記実施例１のヘッダタンク１４０によれば、タンク部１２１の端部断面１２１ａにチューブ１１０の端部１１０ａの両端部分を当接させることでチューブ１１０の位置決めを行うようにしたため、チューブ１１０の挿入に外部治具を用いる必要がなく、また、タンク部１２１とプレート部１２２とを嵌合させた後にチューブ１１０を取り付けることができるため、工程上の制約を受けることがない。また、チューブ挿入孔１２２ａを二重にする必要がなく、孔の深さを規定する必要もないため、穴加工工程の増加や高い加工精度を要求されることがない。さらに、タンク部１２１に傾斜部などを形成する必要がなく、タンク形状を複雑にする要因がないため、タンク加工の工数を増やすことがない。したがって、本実施例のヘッダタンク１４０によれば、工程上の制約や加工工数を増やすことなしに、チューブの位置決めを行うことができる。

また、本実施例のヘッダタンク１４０では、タンク部１２１とプレート部１２２を板材のプレス加工により成型することができる。すなわち、ヘッダタンク１４０を押出し材のような高価な材料ではなく、安い板材で製作することができるため、材料コストを削減することができる。そして、タンク部１２１とプレート部１２２とをプレス加工により成型できるため、熱交換器全体の加工が容易なものとなり、さらには、タンク間の連通溝を形成するための機械加工等が不要となるため、加工コストを削減することができる。

図３は、実施例２に係わるヘッダタンクの概略断面図であり、図５のＡ−Ａ断面図に相当する。また図４は、図５のＢ−Ｂ断面図に相当する概略断面図である。以下、実施例１と同等部分を同一符号を付して説明する。

図３に示すように、実施例２のヘッダタンク１４０Ａでは、タンク部１２１とチューブ１１０とが当接する位置において、タンク部１２１の端部断面１２１ａがプレート部１２２の主面１２２ｄと当接しないように、端部１２１ｂの長さが他の位置での長さよりも短くなっている。したがって、タンク部１２１の端部１２１ｂの長さを調整することにより、チューブ１１０のヘッダタンク本体への挿入代を任意に設定することができる。

また、タンク部１２１とチューブ１１０とが当接しない位置においては、図４に示すように、タンク部１２１の端部断面１２１ａがプレート部１２２の主面１２２ｄと当接するように構成されている。これによれば、タンク部１２１とプレート部１２２とを組み合わせたときに位置決めを確実に行うことができるようになり、また外部から圧力を加えて嵌合部１２２ｂをカシメ固定したときに、流通路１５１の変形を生じないようにすることができる。なお、タンク部１２１の端部断面１２１ａがプレート部１２２の主面１２２ｄと当接する領域は、少なくともプレート部１２２の嵌合部１２２ｂ周辺にあればよい。

上記実施例２のヘッダタンク１４０Ａにおいても、実施例１と同様に、工程上の制約や加工工数を増やすことなしに、チューブの位置決めを行うことができる。同様に、タンク部１２１とプレート部１２２とを板材のプレス加工により形成することにより、材料コストや加工コストを削減することができる。とくに、本実施例の構成によれば、プレート部１２２の端部１２１ｂの長さを調整することにより、チューブ１１０の挿入代を任意に設定することができる。

以上説明した実施例１及び２では、一つの流通路１５１を有するヘッダタンク１４０（１４０Ａ）を例として示したが、複数の流通路１５１を有するヘッダタンクについても本発明は適用可能である。

図５のＡ−Ａ断面図に相当する実施例１に係わるヘッダタンクの概略断面図。 図５のＢ−Ｂ断面図に相当する実施例１に係わるヘッダタンクの概略断面図。 図５のＡ−Ａ断面図に相当する実施例２に係わるヘッダタンクの概略断面図。 図５のＢ−Ｂ断面図に相当する実施例２に係わるヘッダタンクの概略断面図。 実施例１に係わる熱交換器の全体構成を示す正面図。

符号の説明

１００…熱交換器
１０１…コア部
１１０…チューブ
１１０ａ…端部
１２０…フィン
１２１…タンク部
１２１ａ…端部断面
１２１ｂ…端部
１２２…プレート部
１２２ａ…チューブ挿入孔
１２２ｂ…嵌合部
１２２ｃ…側壁部
１２２ｄ…主面
１３０…サイドプレート
１４０、１４０Ａ…ヘッダタンク
１４１…セパレータ
１５１…流通路
１８０…エンドキャップ
１９１…入口ジョイント
１９２…出口ジョイント

Claims (6)

1. 冷却媒体が流通する複数のチューブ（１１０）と冷却用のフィン（１２０）とを交互に積層してなる熱交換器コア（１０１）と接続され、前記各チューブ（１１０）に冷却媒体を流通させる熱交換器のヘッダタンク（１４０）であって、
   内部に冷却媒体が流通する流通路（１５１）が形成されたタンク部（１２１）と、前記チューブ（１１０）の端部（１１０ａ）が挿入されるチューブ挿入孔（１２２ａ）が形成されたプレート部（１２２）とを備え、
   前記タンク部（１２１）の幅（ａ）、板厚（ｔ）、及びチューブの幅（ｂ）の関係が、
   ａ−２ｔ＜ｂ＜ａ
   であり、前記タンク部（１２１）の端部断面（１２１ａ）に前記チューブ（１１０）の端部（１１０ａ）を当接させることで前記チューブ（１１０）の端部（１１０ａ）を位置決めすることを特徴とする熱交換器のヘッダタンク。
2. 前記タンク部（１２１）の端部断面（１２１ａ）が前記チューブ（１１０）の端部（１１０ａ）と当接する位置において、前記タンク部（１２１）の端部断面（１２１ａ）が前記プレート部（１２２）の主面（１２２ｄ）と当接しない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。
3. 少なくとも、前記タンク部（１２１）と前記プレート部（１２２）との嵌合部分（１２２ｂ）において、前記タンク部（１２１）の端部断面（１２１ａ）が前記プレート部（１２２）の主面（１２２ｄ）と当接することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器のヘッダタンク。
4. 前記タンク部（１２１）の少なくとも流通路（１５１）側の表面にはロウ材層が存在せず、前記プレート部（１２２）の両面にはロウ材層が存在することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換器のヘッダタンク。
5. 前記タンク部（１２１）及び前記プレート部（１２２）が、それぞれプレス加工により成型されたものであ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。
6. 前記プレート部（１２２）は、両端の側壁部（１２２ｃ）が外側に向かって傾斜してい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。
   

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