JP2009515127A - 熱交換器ヘッダタンクのための強化されたマニホルド、およびこのようなマニホルドを備えるヘッダタンク - Google Patents

Abstract

本発明は、ほぼ平らな底板（２０）を有する熱交換器のヘッダタンクに関する。底板（２０）は、熱交換器の管を挿入するための孔（２２）と、底板（２０）から角度をなして延びている側板（２４）とを備え、側板（２４）は、リブ（５２）を有する少なくとも１つの湾曲部により互いに連結されている。各リブ（５２）は、おおむね側板（２４）が延びる方向に延びる凸部を有し、前記底板（２０）は、孔（２２）の少なくともいくつかの間に設けられた少なくとも１つの付加的なリブ（５０）を有し、各リブ（５０）は、側板（２４）が延びる方向と反対方向に延びている凸部を有している。

Description

本発明は、熱交換器の分野、具体的には、ヘッダタンクのマニホルドに関し、マニホルドが、熱交換器の管を収容する開口を有するほぼ平らな底板と、前記底板に対して角度をもって延び、かつリブが形成されている少なくとも１つの湾曲部により底板に結合され、かつ、上方に延びている側板とから構成されており、かつ前記リブは、それぞれ、ほぼ側板の延びる方向に延びる凸部を有しているものに関する。

この形式のマニホルドは、特に、２部材、即ち、マニホルドとカバーとからなるヘッダタンクに使用され、マニホルドは、通常、アルミニウムまたはアルミニウム系合金から作られている。

このようなヘッダタンクは、熱交換器、特に、自動車エンジンの冷却用またはインタクーラ用のラジエータに使用されている。このようなラジエータにおいて、ヘッダタンクおよび管を流れる冷却液または過給空気は高圧であり、かつ１００℃を超える高温である。このようなヘッダタンクを設計する際の主要な問題の１つは、厚い材料を使用することなく、圧力に適切に耐えることのできるマニホルドを製造することである。

この問題を解決するべく設計されたヘッダタンクは、例えば特許文献１に開示されているように公知である。この特許文献１のものでは、マニホルドは、ほぼＵ字形の断面を有し、マニホルドのＵ字形の側辺の下端と、Ｕ字形の底辺の側端の下向折曲部とは重合されているので、この部分においては、厚さは、材料の厚さの２倍となっている。この形式のものは、使用する材料の量を増大させ、かつ多くのスペースを占めることになる。またマニホルドが、折曲部においてろう付けされているため、特にマニホルド内における耐食性塗料の使用は困難となっている。

特許文献２には、平らな領域からずれている、円筒状の全体形状の少なくとも１つの湾曲領域と接しているほぼ平らな部分に、孔を設けたマニホルドプレートが開示され、平らな領域において、円筒形状は、多数の凹入部により中断されている。この形式のマニホルドプレートは、良好な降伏強さを有するが、管の挿入には適しないものである。
米国特許第２００３ ２１７８３８号公報 フランス国特許第２７２０４９０号公報

本発明は、このような状況を改善することを目的としている。

このために、本発明のヘッダタックは、熱交換器の管を挿入しうる孔を有するほぼ平らな底板と、前記底板に対して角度をなして延び、かつ、リブが形成されている少なくとも１つの湾曲部により、底板に結合されている、上方に延びる側板とを備える形式のマニホルドであって、リブは、それぞれ、ほぼ側板の延びる方向に延びている凸部を有しており、底板は、少なくともいくつかの孔の間に設けられた付加的なリブを有している。底板のリブは、それぞれ、側板が延びている方向に対して、ほぼ反対の方向に延びる凸部を有していると有利である。

本発明の一実施例では、底板におけるリブは、各孔の間に位置し、各孔は、２つのリブにより囲まれ、かつリブの凸部は、管を挿入するための案内部を形成している。

このようなマニホルドは、良好な降伏強さと、形成されているリブによる耐圧能力と、管を挿入する際に、管を案内する可能性を有する点において、特に優れている。

別の実施例では、側板にも、リブを設け、各側板のリブは、それぞれ、対向する側板の方向に延びる凸部を有している。側板のリブの少なくともいくつかは、湾曲部のリブと連続しているか、あるいは湾曲部のリブと交互に位置するようにして、マニホルドに設けられている。側板のリブは、この側板の端部を含まない部分にわたって延びているのが好ましい。

さらにこのマニホルドは、更に、側板に設けたリブにより強化されている。側板のリブが、湾曲部のリブと連続するか、あるいはさらに、湾曲部のリブと交互に位置していると、マニホルドの変形防止のために有効である。更に、リブの凸部が、対向する側板に向かって、即ち、ヘッダタンクが取り付けられる際に、ヘッダタンクの内側に向かって位置していると、スペースが節約される。更に、側板のリブの延びが限定されるため、カバーをマニホルドの縁部内に位置させ、公知の方法を使用して取り付けることができる。

本発明の一実施例では、マニホルドは、ほぼＵ字形の断面を有し、Ｕ字形の側辺部は、側板を形成している。マニホルドも、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作られている。

本発明は、更に、上記の特徴を有するマニホルドと、マニホルドを閉じるためのカバーとからなるヘッダタンクにも関する。

本発明の一実施例では、マニホルドとカバーは、ともにほぼＵ字形の断面を有している。Ｕ字形の側辺部は、マニホルド組立体の２つの部分である、それぞれ側板を形成し、カバーは、マニホルドの側板の少なくとも一部の端部近くに、はんだ付け可能である。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面に基づく実施例の非限定的な説明から明らかになると思う。

図１は、本発明のヘッダタンク１２を備える熱交換器１０を示し、ヘッダタンク１２内には、熱交換器の管束における管１４の端部が開口している。管１４は、互いに平行な扁平管であり、これらの管の間に、熱交換フィンを形成する波形挿入体１６が配置されている。熱交換器１０のヘッダタンク１２の反対側にも、これと類似する対向するヘッダタンク（図示せず）が設けられている。

この熱交換器１０は、自動車用のもので、１回のろう付け作業により製作され、圧力と高い降伏強さの双方に十分耐えることのできるようになっている。

図２の断面図から明らかなように、ヘッダタンク１２は、入れ子式に重ね合わされ、はんだ付けにより組み立てられた２つの金属部分から構成されている。ヘッダタンク１２は、金属（例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金）で形成され、管１４を挿入するための孔２２があけられた底板２０を有するＵ字形断面のマニホルド１８を備えている。

マニホルド１８は、底板２０に連なる、２つの側板２４を有している。Ｕ字形の２つの側辺部を形成するマニホルド１８の側板２４は、同じ高さであるが、底板２０に対する高さを変えることが可能である。底板２０は、ほぼ平らである。両側板２４も同じである。両側板２４は、底板２０とほぼ９０度の角度をなしている。この角度は変えることができる。底板２０は、湾曲部２６を介して、側板２４と連なっている。

図１および図３に示すように、側板２４は、マニホルド１８の端部付近で、高さが変化している。マニホルドの側板２４は、２つの湾曲部２８を有し、湾曲部２８は、それぞれ底板２０まで達している。

ヘッダタンク１２は、他の部分、即ち、逆Ｕ字形の断面を有する金属（例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金）からなるカバー３０を有し、カバー３０は、底板２０の面と平行な平面内に延びる底板３２と、底板３２に結合されている２つの側板３４を有している。カバーの側板３４は、ほぼ平らで、かつ底板３２に対してほぼ９０度の角度をなしている。図２に示すように、Ｕ字形の２つの側辺部が形成するカバー３０の両側板３４は、同じ高さを有している。

カバー３０は、マニホルド１８に、カバー３０とマニホルド１８のそれぞれのＵ字形断面が同方向を向くように、入れ子式に嵌入され、カバー３０は、熱交換器の管束の管１４から離れている。

そのため、カバー３０の側板３４の外側面は、マニホルド１８の側板２４の内側面へ当接している（図２）。

カバー３０はさらに、２つの端部領域３６を有し（図３）、各端部領域３６は、それぞれ、マニホルド１８の底板２０に向かって湾曲している。これらの端部領域において、カバー３０の底板３２は、湾曲部３８を有し、マニホルド１８の底板２０に圧着可能な外向きのリム４０で終わっている。リム４０は、カバーの側板の湾曲部４２に結合され、ヘッダタンク１２を密閉している。

はんだ付けに好適な表面は、一緒にはんだ付けされる。マニホルド１８は、金属シートを、Ｕ字形断面となるように屈曲することにより製作される。管１４を挿入するための孔２２は、屈曲後に、金属部材に設けるのがよい。

カバー３０は、プレスにより形成するのが好ましく、カバーの端部も、このプレス作業中に形成される。

マニホルド１８内には、ヘッダタンクを強化するためのリブが形成されている。図４は、ヘッダタンク１２の内面斜視図であって、リブがどのように分配されているかを、明瞭に示している。

屈曲前に、マニホールド１８は、底板２０，側板２４および湾曲部２６に、明瞭に区別できる３つの型式のリブを形成するためにプレスされる。

第一のリブ５０は、各孔２２の間に形成されている。リブ５０は、湾曲部２６と側板２４との間で、底板２０の全幅にわたって延びている。従って、リブ５０は、マニホルド１８の長さにわたって均一に延びている。

リブ５０は、ほぼＶ字形の断面を有しており、かつ、タンク１２の外側に向かって形成されている。従って、リブ５０は、側板２４が延びている方向とほぼ反対の方向に延びる凸部を有している。

従ってリブ５０は、孔２２を取り囲む突部を形成している。孔２２を取り囲むリブ５０の各組は、管１４の挿入のための案内部を形成し、各案内部は、案内部を形成する各リブ５０のＶ字形の一方の側辺部により形成されている。

管１４をより良好に挿入しうると同時に、好適な剛性を有するマニホルド１８を形成するように、リブ５０の断面を別の形とすることもできる。

リブ５２は、湾曲部２６に形成されている。リブ５０と同様に、リブ５２は、底板２０の幅方向に延びてお、かつ、リブ５０に続いて、かつリブ５０に面して位置している。

リブ５２は、タンク１２の内側へ向かって形成されている。従ってリブ５２は、ほぼ、側板２４が延びる方向に延びる凸部を有している。領域５４は、各リブ５０を、リブ５０と連続して、かつほぼ反対方向に向かって延びているリブ５２と結合するようになっている。

リブ５２は、耐圧能力および降伏強さにおいて著しい改善をもたらしている。このことは、きわめて重要である。なぜなら、従来、ヘッダタンク１２に代表される形式のヘッダタンクにおいては、湾曲部２６が、最大の弱点であったからである。

リブ５６は、側板２４に形成されている。リブ５０およびリブ５２と同様に、リブ５６は、底板の幅方向に延びており、かつ、それぞれリブ５２と連続して位置している。

リブ５６も、ヘッダタンク１２の内側に向かって形成されている。従ってリブ５６は、ほぼ対向する側板の方向に延びる凸部を有している。リブ５６は、側板２４のほぼ全体にわたって、側板２４の端部から離れる選択された個所まで延びており、これにより、カバー３０がマニホルド１８内に収容され、かつはんだ付けされるようになっている。

ここに記載の実施例では、リブ５０，５２，５６は、互いに整列しているだけでなく、とぎれなく連続している。従って、これらのリブは、一方の側板の端部に近い位置から、対向する側板の端部に近い別の位置まで、マニホルド１８の全幅にわたって延びる１つのリブを形成している。更に、図示の孔２２の縁に、全てリブ５０，５２，５６が設けられているが、本発明は、底板２０の端部における孔２２の一側にリブ５０，５２または５６が設けられているか、あるいは、孔にリブが全く設けられていない形態を排除するものではない。

図５に示す別の実施例では、リブ５０、５２の構成や配置は変更されていないが、リブ５６は食い違い状とされ、かつ各リブ５６は孔２２の延長上にある。即ち、リブ５６は、リブ５２と食い違って位置している。

本発明は、ヘッダタンクがアルミニウムまたはアルミニウム合金製の熱交換器に限定されていない。特に、本発明は、プラスチック製の底板およびカバーとを有するヘッダタンクに適用しうるもので、この場合、リブは、例えばマニホルドプレートにおける溝、またはマニホルドプレートにおける孔の間に設けられている。

関係技術者であれば、特許請求の範囲の記載から、幾多の変形態様を考えることができるはずである。

本発明のヘッダタンクを備える熱交換器の部分側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における、ヘッダタンクの拡大断面図である。 図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線における、ヘッダタンクの端部の部分断面図である。 マニホルドのリブを示す部分斜視図である。 図４に示すリブを交互に配置した別の例の部分斜視図である。

符号の説明

１０ 熱交換器
１２ ヘッダタンク
１４ 管
１６ 波形挿入体
１８ マニホルド
２０ 底板
２２ 孔
２４ 側板
２６ 湾曲部
２８ 湾曲部
３０ カバー
３２ 底板
３４ 側板
３６ 端部領域
３８ 湾曲部
４０ リム
４２ 湾曲部
５０ リブ
５２ リブ
５４ 領域
５６ リブ

Claims (15)

1. 熱交換器の管（１４）を挿入しうる孔（２２）を有するほぼ平らな底板（２０）と、前記底板（２０）に対して角度をなして延びており、かつ、リブ（５２）が形成されている少なくとも１つの湾曲部（２６）により、前記底板（２０）に結合されている、上方に延びる側板（２４）とから構成されているマニホルドであって、
   前記リブ（５２）は、それぞれ、ほぼ前記側板（２４）が延びる方向に延びる凸部を有し、
   前記底板（２０）は、前記孔（２２）の少なくともいくつかの間に設けられた少なくとも１つの付加的なリブ（５０）を有し、
   前記リブ（５０）は、それぞれ、前記側板（２４）が延びる方向に対して、ほぼ反対の方向に延びる凸部を有していることを特徴とするマニホルド。
2. 前記底板（２０）のリブ（５０）は、前記孔（２２）の間に位置し、各孔（２２）は、２つのリブ（５０）により周囲を取り囲まれ、かつこのリブ（５０）の前記凸部は、管（１４）を挿入するための案内部を形成していることを特徴とする請求項１記載のマニホルド。
3. 前記側板（２４）は、リブ（５６）を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマニホルド。
4. 各側板（２４）のリブ（５６）は、それぞれ、対向する側板（２４）の方向を向く凸部を有していることを特徴とする請求項３記載のマニホルド。
5. 前記側板（２４）のリブ（５６）の少なくともいくつかは、前記湾曲部（２６）のリブ（５２）に連続して位置していることを特徴とする請求項３または４記載のマニホルド。
6. 前記側板（２４）のリブ（５６）の少なくともいくつかは、前記湾曲部（２６）のリブ（５２）と交互に位置するように、前記マニホルド（１８）に位置していることを特徴とする請求項３または４記載のマニホルド。
7. 前記側板（２４）のリブ（５６）は、側板（２４）の端部から離れているところまで延びていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のマニホルド。
8. 前記底板（２０）のリブ（５０）は、前記湾曲部（２６）のリブ（５２）と連続して位置し、前記底板（２０）、湾曲部（２６）、および側板（２４）のリブ（５０，５２，５６）は、前記マニホルド（１８）の全幅にわたって伸びるリブの集合体を形成していることを特徴とする請求項１または５記載のマニホルド。
9. 前記底板（２０）のリブ（５０）は、前記湾曲部（２６）のリブ（５２）と連続して位置していることを特徴とする請求項１または６記載のマニホルド。
10. ほぼＵ字形の断面を有し、Ｕ字形の側辺部は、前記側板（２４）を形成していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のマニホルド。
11. アルミニウムまたはアルミニウム合金製であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマニホルド。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のマニホルドと、前記マニホルド（１８）を閉じるためのカバー（３０）とを有することを特徴とするヘッダタンク。
13. 前記マニホルド（１８）とカバー（３０）とは、ともに、ほぼＵ字形の断面を有し、Ｕ字形の側辺部は、それぞれ側板（２４，３４）を形成しており、かつ前記カバー（３０）は、前記マニホルドの側板（２４）の少なくとも一部である、この側板の端部近くに、はんだ付け可能であることを特徴とする請求項１２記載のヘッダタンク。
14. 前記マニホルド（１８）とカバー（３０）とは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなっていることを特徴とする請求項１２または１３記載のヘッダタンク。
15. 請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のヘッダタンクを備える熱交換器。

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