JP2008224151A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】生産設備の簡略化と加締めによる製品不良の発生防止が可能であり、ろう付け前のヘッダプレートとヘッダカバーとの組立操作を容易化でき、かつ、設計の自由度向上も可能な、熱交換器のヘッダ構造を提供する。
【解決手段】熱交換器のヘッダが、チューブの端部が接続されるヘッダプレートと、一方側に向けて開口されたヘッダカバーを有し、ヘッダプレートがヘッダカバーの開口部から挿入されてヘッダプレートの両側縁部がヘッダカバーに嵌着されることにより、ヘッダの横断面閉構造が形成され、ヘッダカバーの少なくとも一方の側縁部が、ヘッダプレートの挿入方向に対して、ヘッダプレートの側縁部を案内する傾斜面を有することを特徴とする熱交換器。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器に関し、とくにそのヘッダ部の構造に関する。

従来の熱交換器のヘッダ構造として、図５に示すように、横断面を円弧状に形成したタンク構成部材（ヘッダカバー）１０１と、チューブ１０２が接続されるチューブ取付部材（ヘッダプレート）１０３とを組み合わせた構成のヘッダ１０４が知られている（特許文献１）。このヘッダ１０４においては、タンク構成部材１０１とチューブ取付部材１０３とはろう付けにより接合されるが、タンク構成部材１０１には、折り曲げ加工された突片状の保持片１０５が、ヘッダ１０４の長手方向（図５における紙面と垂直の方向）に複数設けられ、これら保持片１０５を加締めることでろう付け前の仮固定とする方法が採用されている。

また、従来の別の熱交換器のヘッダ構造として、ヘッダプレートの側縁部に接合部を折り曲げ形成し、ヘッダカバーの側縁部に、ヘッダプレートの接合部を外側から覆うように拡幅部を折り曲げ形成し、ヘッダプレートの側縁部とヘッダカバーの側縁部をろう付け接合するようにした構造も知られている（特許文献２）。
特許第３０２６７５４号公報 特開２００５−２３３５７０号公報

ところが、上記特許文献１に開示されている構造では、保持片を加締める工程や設備が必要になるととともに、保持片を加締める際にヘッダの加締め部近傍にゆがみが生じ易く、ろう付け不良の原因となるおそれがある。また、保持片をヘッダの長手方向に所定の間隔で配置する必要があるため、ヘッダ全長が自由に設定できないという問題、保持片の位置を考慮した設計が必要になるため、設計の自由度（汎用性）が低下してしまうという問題がある。さらに、ろう付け性を確保するために、ヘッダープレートとヘッダーカバーの接合部形状を高精度で成形する必要があり、そのため、金型数を追加する必要が生じてしまう。とくに、保持片の設置部に対して金型数を追加する必要が生じる。

また、上記特許文献２に開示されている構造では、ろう付け前に、ヘッダプレートの側縁部とヘッダカバーの側縁部を互いに嵌合させるときに、ヘッダプレートをヘッダカバーに対し相対的に挿入することが必要になるが、この挿入を容易に行うことが比較的困難な構造となっており、結局、互いの嵌合部に高精度が要求されることとなっている。また、ヘッダカバーの側縁部に所定形状の拡幅部を折り曲げ形成しようとすろと、合計３回の曲げ加工が必要となり、曲げ加工のための金型数が多いという問題もある。

そこで本発明の課題は、上記のような実情に鑑み、金型数の低減等を含む生産設備の簡略化と加締めによる製品不良の発生防止が可能であり、ろう付け前のヘッダプレートとヘッダカバーとの組立操作を容易化でき、かつ、設計の自由度向上も可能な、熱交換器のヘッダ構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、熱交換媒体が流通するチューブと、該チューブの端部が接続されるヘッダを備えた熱交換器において、前記ヘッダは、前記チューブの端部が接続されるヘッダプレートと、一方側に向けて開口されたヘッダカバーを有し、前記ヘッダプレートが前記ヘッダカバーの開口部から挿入されて前記ヘッダプレートの両側縁部が前記ヘッダカバーに嵌着されることにより、前記ヘッダの横断面閉構造が形成され、前記ヘッダカバーの少なくとも一方の側縁部が、前記ヘッダプレートの挿入方向に対して、前記ヘッダプレートの側縁部を案内する傾斜面を有することを特徴とするものからなる。

上記ヘッダプレートのヘッダカバーへの嵌着においては、相対的な嵌着動作が行われればよい。つまり、実際の動作としては、ヘッダプレートを、ヘッダカバーに挿入、嵌着させる方向にヘッダカバーに対して移動させてもよいし、ヘッダカバーを、ヘッダプレートの両縁部外側に嵌着させるようにヘッダプレートに対して移動させてもよい。

このような本発明に係る熱交換器の構造においては、ヘッダカバーの側縁部が、ヘッダプレートの側縁部を案内する傾斜面を有するので、ヘッダプレートをヘッダカバーに挿入する際にヘッダプレートの側縁部が傾斜面に沿って円滑に案内され、ヘッダプレートの側縁部がヘッダカバーの所定部位に容易に精度よく嵌着される。つまり、ヘッダカバーの側縁部、とくにそこに設けた傾斜面が、ヘッダプレートとヘッダカバーとの組み付け用のガイドとして用いられる。この案内時には、後述の如く、ヘッダカバーの側縁部が弾性的に若干拡開され、ヘッダプレートの側縁部が所定の位置に嵌着された後、拡開されていたヘッダカバーの側縁部が弾性復元され、その弾性復元力を利用してヘッダプレートの側縁部に対する所定の嵌着形態が維持される。このような嵌着動作においては、単にヘッダプレートをヘッダカバーに挿入するだけで所定の形態の嵌着が可能になり、いわゆるワンタッチ装着が可能になる。したがって、従来構造のように保持片による加締めを行わなくても、ろう付け前の所定のヘッダ構造の保持が可能となり、ヘッダ構造の簡素化、加締め不要化による生産設備の簡略化、加締めによる製品不良の発生防止が可能になる。また、保持片を所定間隔で設けなくてもよいので、設計上の制約が大幅に緩和され、設計の自由度が向上する。

この本発明に係る熱交換器において、上記傾斜面は、ヘッダカバーの側縁を、ヘッダプレートの挿入方向に対して斜めに切断することにより形成することができる。あるいは、それとは別に、またはそれとともに、上記傾斜面は、ヘッダカバーの側縁部を、ヘッダプレートの挿入方向に対して斜めに曲げることにより形成することもできる。いずれの場合にも、極めて容易に、ヘッダカバーの側縁部に、ヘッダプレートの側縁部を案内する傾斜面が形成される。

また、上記ヘッダカバーの側縁部には、該側縁部を折り曲げることによりヘッダプレートの側縁部を嵌着する空間が形成されていることが好ましい。所定形状の空間が形成されることにより、ヘッダプレートの側縁部は単にヘッダカバーに挿入されるだけで所定位置に精度よく納まり、容易にヘッダカバーの側縁部に対して所定の形態で嵌着され、かつ、その所定の嵌着形態が安定して維持されるようになる。また、所定形状の空間が形成されると、嵌着後にその空間内において多少の隙間が存在していたとしても、その隙間はろう付けによって容易に埋められ、ヘッダカバーとヘッダプレートとの間の良好なろう付け状態が容易に確保される。

このような嵌着用空間が形成される場合、例えば、上記ヘッダカバーの側縁部における折り曲げ部が、ヘッダカバーの外側に向けて折り曲げられた第１折り曲げ部と内側に向けて折り曲げられた第２折り曲げ部を有する形態を採用できる。このような折り曲げ構造は、合計２回の折り曲げ加工で達成できるから、前述の特許文献２における合計３回の折り曲げ加工に比べて折り曲げ加工の回数を低減できるとともに、折り曲げ加工のための金型数も低減できる。各折り曲げ部の折り曲げ方向としては、例えば、上記第１折り曲げ部は、ヘッダプレートの挿入方向に対して斜めに折り曲げ、第２折り曲げ部は、第１折り曲げ部の折り曲げ方向から戻す方向に、ヘッダプレートの挿入方向に対して斜めに折り曲げられればよい。このような折り曲げ加工により、所望の嵌着用空間が容易に形成される。

ヘッダプレート側に関しては、ヘッダプレートの側縁部における上記ヘッダカバーへの嵌着部は、ヘッダプレートの側縁部を折り曲げることにより、容易に所望の形態に形成できる。この場合、ヘッダプレートの側縁部におけるヘッダカバーへの嵌着部は、ヘッダプレートの側縁部を熱交換器コア側に向けて折り曲げることにより形成されることが好ましい。熱交換器コアと反対の側に向けて折り曲げると、ヘッダプレートの側縁部がヘッダカバー側の傾斜面によって案内されづらくなる。また、この嵌着部を形成するための折り曲げ部は、湾曲形状に形成されていると、傾斜面によってより案内されやすくなり、ヘッダプレートの挿入、嵌着動作は一層行いやすくなる。

上記のように、ろう付け前にヘッダプレートの両側縁部がヘッダカバーに所定の形態に嵌着された後に、ヘッダプレートとヘッダカバーがろう付けされ、所定のシール性能を有するヘッダが完成される。このろう付けは、熱交換器コア部とともに、炉内で一括して行われればよい。

このような本発明に係る熱交換器は、とくに凝縮器として好適なものである。また、大量生産の効率化、コストダウンの要求が大きい車両用空調装置に用いられる熱交換器として好適なものである。

本発明に係る熱交換器によれば、ヘッダプレートとヘッダカバーとの組み付けが容易になり、従来構造のように保持片による加締めを行わなくてもろう付け前のヘッダ構造を所定の形態に保持可能であり、ヘッダカバー加工時の曲げ工程（金型数）の低減が可能であり、更に、設計の自由度向上も可能になる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施態様に係る熱交換器を示しており、例えば車両用空調装置用に、例えば凝縮器として使用される熱交換器を示している。図１において、熱交換器１は、一対のヘッダ２と、ヘッダ２間を連通するように平行に配置された熱交換媒体（例えば、冷媒）を流通する複数のチューブ３と、一方のヘッダ２に接続された熱交換媒体の入口通路ブロック４および出口通路ブロック５を備えている。

上記ヘッダ２は、本実施態様では、図２、図３に示すように構成されている。ヘッダ２は、チューブ３の端部が挿入されるチューブ挿通穴６を有し挿入されたチューブ３の端部が接続されるヘッダプレート７と、一方側に向けて（ヘッダプレート７側に向けて）開口されたヘッダカバー８を有し、ヘッダプレート７が相対的にヘッダカバー８の開口部９から挿入されてヘッダプレート７の両側縁部１０がヘッダカバー８の両側縁部１１に嵌着されることにより、横断面閉構造のヘッダ２が形成される。このヘッダカバー８の少なくとも一方の側縁部１１に（本実施態様では、両側縁部１１に）、ヘッダプレート７の挿入方向１２に対して、ヘッダプレート７の側縁部１０を案内する傾斜面１３が形成されている。

本実施態様では、上記傾斜面１３は、ヘッダカバー８の側縁部１１を、ヘッダプレート７の挿入方向１２に対して斜めに曲げることにより形成されている。また、ヘッダカバー８の側縁部１１には、該側縁部１１を折り曲げることにより、ヘッダプレート７の側縁部１０を嵌着する所定形状の空間１４が形成されており、この空間１４内に、図３に示すように、ヘッダプレート７の側縁部１０が所定の形態で嵌着される。ヘッダプレート７の側縁部１０は、所定形状の空間１４内に所定の形態で嵌着されるので、多少の隙間が存在していたとしても、その隙間はろう付けによって容易に埋められ、ヘッダカバー８とヘッダプレート７との間の良好なろう付け状態が容易に確保される。この所定形状の空間１４は、ヘッダカバー８の側縁部１１を２回折り曲げることにより形成されており、側縁部１１は、ヘッダカバー８の外側に向けて折り曲げられた第１折り曲げ部１５と内側に向けて折り曲げられた第２折り曲げ部１６を有している。第１折り曲げ部１５は、ヘッダプレート７の挿入方向１２に対して斜めに折り曲げられており、第２折り曲げ部１６は、第１折り曲げ部１５の折り曲げ方向から戻す方向に、ヘッダプレート７の挿入方向１２に対して斜めに折り曲げられている。この折り曲げ構造は、合計２回の折り曲げ加工で達成でき、特許文献２における合計３回の折り曲げ加工に比べて折り曲げ加工の回数を低減できるとともに、折り曲げ加工のための金型数も低減できる。

ヘッダプレート７の側縁部１０は、熱交換器コア側（図１のチューブ３側）に向けて折り曲げることにより湾曲形状に形成されており、湾曲形状の先端側部分が、ヘッダカバー８の上記空間１４内への嵌着部を構成している。熱交換器コア側に向けて折り曲げることによってヘッダカバー８側に向けて凸の湾曲形状に形成されることにより、後述の傾斜面１３による案内がより容易にかつ円滑に行われる。

上述の如く、ヘッダカバー８の側縁部１１に、とくに側縁部１１の先端に、ヘッダプレート７の側縁部１０を案内する傾斜面１３が設けられていることにより、ヘッダプレート７をヘッダカバー８に挿入する際には、ヘッダプレート７の側縁部１０が傾斜面１３に沿って円滑に案内され、ヘッダプレート７の側縁部１０はヘッダカバー８の所定部位に、つまり、上記空間１４内に容易に精度よく嵌着される。この案内時には、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ヘッダカバー８の側縁部１１が案内されてきたヘッダプレート７の側縁部１０によって弾性的に若干拡開され、ヘッダプレート７の側縁部１０が空間１４内に嵌着された後、拡開されていたヘッダカバー８の側縁部１１がヘッダプレート７の側縁部１０を保持するように弾性復元され、この弾性復元力を利用してヘッダプレート７の側縁部１０が所定の嵌着形態に維持される。このようなヘッダプレート７の嵌着動作においては、単にヘッダプレート７をヘッダカバー８に挿入するだけで所定の形態の嵌着が可能になり、ワンタッチ装着が可能になる。したがって、従来構造のように保持片による加締めを行わなくても、ろう付け前の所定のヘッダ構造の保持が可能になる。その結果、ヘッダ構造の簡素化、加締め不要化による生産設備の簡略化、加締めによる製品不良の発生防止が可能になる。また、保持片を所定間隔で設けることも不要となるので、保持片を設ける場合の設計上の制約が無くなり、設計の自由度が大幅に向上される。

図２のように所定形態に組み付けられたヘッダプレート７とヘッダカバー８は、例えば、熱交換器コア部とともに炉内で一括してろう付けされ、所定の横断面閉構造のヘッダ２が完成される。

上記実施態様では、傾斜面１３はヘッダカバー８の側縁部１１を折り曲げることにより形成されていたが、折り曲げとともに、あるいは折り曲げとは別に、ヘッダカバー８の側縁をヘッダプレート７の挿入方向１２に対して斜めに切断することによって傾斜面が形成されてもよい。例えば図４に示すように、ヘッダプレート２１とヘッダカバー２２を備えたヘッダ２３において、ヘッダカバー２２の側縁部２４の先端（つまり、側縁）を切断加工によりヘッダプレート２１の側縁部２５案内用の傾斜面２６に形成することができる。このような形態においても、前述の実施態様と同等の作用、効果が得られる。

本発明に係る熱交換器の構造は、ヘッダプレートとヘッダカバーからなるヘッダを有するあらゆる熱交換器に適用でき、とくに、凝縮器や車両用空調装置用熱交換器として好適なものである。

本発明の一実施態様に係る熱交換器の斜視図である。 図１の熱交換器のヘッダの拡大部分斜視図である。 図２のヘッダの製造過程を示す横断面図である。 本発明の別の実施態様に係る熱交換器のヘッダの横断面図である。 従来の熱交換器のヘッダの横断面図である。

符号の説明

１ 熱交換器
２、２３ ヘッダ
３ チューブ
６ チューブ挿通穴
７、２１ ヘッダプレート
８、２２ ヘッダカバー
９ 開口部
１０、２５ ヘッダプレートの側縁部
１１、２４ ヘッダカバーの側縁部
１２ ヘッダプレートの挿入方向
１３、２６ 傾斜面
１４ 空間
１５ 第１折り曲げ部
１６ 第２折り曲げ部

Claims (13)

1. 熱交換媒体が流通するチューブと、該チューブの端部が接続されるヘッダを備えた熱交換器において、前記ヘッダは、前記チューブの端部が接続されるヘッダプレートと、一方側に向けて開口されたヘッダカバーを有し、前記ヘッダプレートが前記ヘッダカバーの開口部から挿入されて前記ヘッダプレートの両側縁部が前記ヘッダカバーに嵌着されることにより、前記ヘッダの横断面閉構造が形成され、前記ヘッダカバーの少なくとも一方の側縁部が、前記ヘッダプレートの挿入方向に対して、前記ヘッダプレートの側縁部を案内する傾斜面を有することを特徴とする熱交換器。
2. 前記傾斜面が、前記ヘッダカバーの側縁を、前記ヘッダプレートの挿入方向に対して斜めに切断することにより形成されている、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記傾斜面が、前記ヘッダカバーの側縁部を、前記ヘッダプレートの挿入方向に対して斜めに曲げることにより形成されている、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記ヘッダカバーの側縁部に、該側縁部を折り曲げることにより前記ヘッダプレートの側縁部を嵌着する空間が形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記ヘッダカバーの側縁部における折り曲げ部が、前記ヘッダカバーの外側に向けて折り曲げられた第１折り曲げ部と内側に向けて折り曲げられた第２折り曲げ部を有する、請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記第１折り曲げ部は、前記ヘッダプレートの挿入方向に対して斜めに折り曲げられている、請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記第２折り曲げ部は、前記ヘッダプレートの挿入方向に対して斜めに折り曲げられている、請求項５または６に記載の熱交換器。
8. 前記ヘッダプレートの側縁部における前記ヘッダカバーへの嵌着部が、前記ヘッダプレートの側縁部を折り曲げることにより形成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器。
9. 前記ヘッダプレートの側縁部における前記ヘッダカバーへの嵌着部が、前記ヘッダプレートの側縁部を熱交換器コア側に向けて折り曲げることにより形成されている、請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記嵌着部を形成するための折り曲げ部が、湾曲形状に形成されている、請求項８または９に記載の熱交換器。
11. 前記ヘッダプレートの両側縁部が前記ヘッダカバーに嵌着された後に該ヘッダプレートとヘッダカバーがろう付けされている、請求項１〜１０のいずれかに記載の熱交換器。
12. 凝縮器である、請求項１〜１１のいずれかに記載の熱交換器。
13. 車両用空調装置に用いられる熱交換器である、請求項１〜１２のいずれかに記載の熱交換器。

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