JP2011516811A - ヘッダプレート及びそれを用いた熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】
小型かつ堅牢であると共に組立製造が容易であるヘッダプレート及びそれを用いる熱交換器を提供する。
【解決手段】
ヘッダプレート（１１、１２）は、厚さ（ｔ）の金属板で形成され、複数の長方形の孔（１５）がスタンピングされる中央ウエブ（１６）、及びその両側から起立するフランジ（１７、１８）を有し、各孔（１５）には、金属板の表面から突出するリム（２２）が設けられている。２個のヘッダプレートが対向して配置された冷媒ハウジングの各孔にエアチューブ（６）が挿入固定し、例えばＷＣＣＡＣ型の熱交換器（１）としてある。隣接する孔（１５）間、及び隣接するエアチューブ（６）間の距離は、板厚（ｔ）の２倍未満とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、ヘッダプレート及びそれを用いた熱交換器に関し、特に、エアチューブが挿通される複数の孔が設けられている所定厚さの金属板により構成されたヘッダプレート及び熱交換器であって、ハウジング内に収められたヘッダプレートの複数のエアチューブの少なくとも１つに、冷媒を通過させるようになっている。

下記の特許文献１に開示しているように、ヘッダプレートを備える内燃エンジン用の熱交換器は公知である。特許文献１によると、ヘッダプレートは、複数の平坦なエアチューブを保持するようになっており、各チューブの長辺は相互に平行をなし、かつ冷媒の主流に面し、長辺が隣接するように配置されている。各エアチューブの両端は、それぞれ、取込エアタンク、及び取出エアタンクの対向するヘッダプレートに設けられた孔に気密に取り付けられている。

これらのヘッダプレートは、４つの壁を有する冷媒ケースに気密に取り付けられ、冷媒ケース及びヘッダプレートは、一体として、平行な冷媒ハウジングを形成している。この冷媒ハウジングは、ケースの壁の１つに設けられた冷媒の入口及び出口を有し、更に冷媒案内手段及び冷媒撹乱手段を備えている。これらの手段は、ハウジングを貫通する隣接エアチューブの長辺間に配置されている。

ドイツ国特許公開第１０３ ０２ ７０８Ａ１号

ヘッダプレートをケースに、冷媒が何れのエアタンクにも入らず、かつエンジンがトラブルを生じないようにする確実に取り付けるために、公知のヘッダプレートは、ヘッダプレートとケース間を安全に接触させる周縁フランジを備えている。しかし、エアチューブをヘッダプレートに取り付け、これらの部品間を気密にする付加手段がなく、単に打ち抜きされた孔に、エアチューブを挿通して、チューブ間を熔接接続しているに過ぎない。従って、製造中に熔接工程で十分な注意を払って、不良品の発生による歩留まりの低下を避ける必要があった。また、振動衝撃を抑えて、使用中に接続部に強度不足が生じないようにする必要があった。

本発明は、従来の上述した課題に鑑みてなされたものであり、上記課題を、解決又は軽減し、特に、製造作業性及び耐久性に優れ、改善した性能を有するヘッダプレート及びそれを用いた熱交換器を提供することを目的としている。

上述した課題を解決すると共に上述した目的を達成するために、本発明のヘッダプレート及びそれを用いる熱交換器は、次の如き特徴的な構成を採用している。

本発明のヘッダプレートは、所定厚さの金属板製であり、エアチューブが挿通される複数の打ち抜き形成された孔を有し、各孔は、ヘッダプレートの一側に突出するとともに、ヘッダプレートに挿通されるエアチューブを付加的にサポートする周縁リムを有し、隣接する孔及び隣接するエアチューブ間の間隔は、ヘッダプレートの金属板の厚さの２倍未満であることを特徴としている。

本発明の一実施例によると、ヘッダプレートの孔はほぼ長方形であり、隣接する孔又はエアチューブ間の間隔は、孔の長辺又はエアチューブの幅広側面間の間隔、及び／又は隣接する孔の短辺、又はエアチューブの狭い側面間の間隔で測定されることを特徴としている。これは、エアチューブが平坦である場合に好適なデザインである。

本発明の好適実施例によると、ヘッダプレートは、内部に孔が設けられている中央ウエブを有するチャンネル状であり、フランジが中央ウエブに沿って延びている。

本発明の他の実施例によると、上述した孔のリム及びフランジは、ヘッダプレートの同じ側に突出し、何れかのフランジの内面と、この内面に隣接する孔との間の距離は、ヘッダプレートの金属板の厚さの３倍未満である。

本発明の更に他の実施例によると、挿入スペースが、フランジと隣接開口のリム間に設けられ、ケースの壁のエッジ部を受けている。

また、本発明のヘッダを用いた熱交換器は、複数のエアチューブが挿通される冷媒ハウジングを備え、これらのエアチューブは、上述した実施例の何れかによる少なくとも１つのヘッダプレートのリム付き孔に挿入して取り付けられている。

本発明の熱交換器の一実施例によると、冷媒ハウジングは、２枚のヘッダプレートにより形成された対向する側壁を備え、これら２枚のヘッダプレートの少なくとも一方は、他方のヘッダプレートから遠ざかる方向のヘッダプレート側にリム付きの孔を有する。

本発明の熱交換器の他の実施例によると、冷媒ハウジングは、２枚のヘッダプレートにより形成された対向する側壁を有し、これら２枚のヘッダプレートの少なくとも一方に、他方のヘッダプレートに面し、少なくとも一方のヘッダプレートから突出するリム付き孔を有する。

本発明のヘッダプレート及びそれを用いる熱交換器は、上述の如き特徴的な構成を採用しているので、以下の如き種々の特有の効果を奏する。

本発明のヘッダプレートは、孔のフランジがヘッダプレートを他の部品、例えば冷媒ハウジングに確実に取り付け可能にするのみならず、この冷媒ハウジングから漏洩する可能性がある冷媒を、エアチューブが差し込まれるエアタンクから遠ざけるように導く。
また、上述した本発明の実施例によると、ヘッダプレートとほぼ同じ厚さのハウジング壁を、フランジ内部に配置するとき、エアチューブ間、及びハウジング壁と隣接するエアチューブ間に、同種類のタービュレート手段を使用することを可能にする。本発明によるヘッダプレートを含むユニットの組立は簡単である。

更に、本発明のヘッダプレートを備える熱交換器は、ヘッダプレートを２枚使用して、極めてコンパクトで、しかも優れた耐久性が得られる。
また、上述した実施例によると、エアチューブに入る空気流の抵抗は幾分高められるが、冷媒ハウジング内で、ヘッダプレートに沿って通過する冷媒の流れに対する抵抗は最小となる。これとは逆に、冷媒ハウジング内をヘッダプレートに沿って通過する冷媒の流れ抵抗は若干高められるが、エアチューブに入る空気流の抵抗を最小にすることが可能である。

本発明によるヘッダプレートを用いた熱交換器の好適実施例の全体構成を示す斜視図である。 本発明による熱交換器の一実施例の部品の一部を取り外して、内部構成を明瞭に示す斜視図である。 本発明によるヘッダプレートの好適な実施例の構成を示す斜視図である。 本発明の熱交換器に使用される平坦なエアチューブの一例の端面図である。 本発明による熱交換機の他の実施例の構成を示す図２に対応する図である。 図５に示す熱交換器に用いるヘッダプレートの構成を示す斜視図である。 図６に示すヘッダプレートの端面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明によるヘッダプレート、及びそれを用いた熱交換器の実施例について詳細に説明する。

先ず、図１を参照して説明する。図１に示す熱交換器１は、所謂ＷＣＣＡＣ（水冷チャージエアクーラ）である。これは、主として水である冷媒の助けにより、エンジンへのチャージエアの冷却に使用される。この冷媒は、通常エンジンと共用され、ＷＣＣＡＣの冷却と同様に、エンジン冷却ラジエータに使用可能である。

ＷＣＣＡＣでは、エンジンへ導入されるチャージエア内に冷媒が漏洩するのを避けることが重要事項である。その理由は、漏洩が起きると、エンジントラブルを生じる虞があるためである。従って、エア側とＷＣＣＡＣの冷媒側との間の絶対的な気密性の保持が最重要事項である。

図１に示す熱交換器１において、エア側には、それぞれエア入口４及びエア出口５を有する２個のエアタンク２、３、及び複数のエアチューブ６が設けられている。これらのエアチューブ６の一部は、図２、図４及び図５に示してある。これらの詳細については、後述する。

他方、図１に示す熱交換器１の冷媒側には、平行六面体状の冷媒ハウジング７が設けられている。この冷媒ハウジング７は、底壁（図示せず）、上壁８、対向する幅広の側壁９、１０及び対向する幅狭の側壁１１、１２（図２及び図５参照）を備えている。これら全ての壁８〜１２は、熔接可能な金属板、例えばアルミニウム製であるのが好ましい。底壁及び側壁９、１０は完全に閉じ、上壁８には、冷媒入口１３及び冷媒出口１４が設けられている。これらの冷媒入口１３及び冷媒出口１４は、エンジン冷却回路に接続されている。

他方、上述した幅狭の側壁１１、１２には、エアチューブ６用の複数の長方形の孔１５が設けられている。従って、幅狭の側壁１１、１２は、熱交換器１の冷媒側の一部を形成するのみならず、熱交換器１のエア側の一部をも形成している。それは、エアタンク２、３のヘッダプレートとして使用することによる。従って、この説明の残り、及び特許請求の範囲においては、エアタンクのヘッダプレートを、符号１１及び１２で示す。

図２、図３及び図５〜図７に異なる実施例を示すヘッダプレート１１、１２は、チャンネル状であり、対向するフランジ１７、１８間に中央ウエブ１６を有する。フランジ１７、１８は、幅広の側壁９、１０に跨り、エアタンク２、３の一部を形成するカバー１９、２０が、それを跨ぐように構成されている。図示の各ヘッダプレート１１、１２には、複数の長方形の孔１５が設けられている。これらの孔１５は、複数の孔が横並びのグループに形成され、それらの狭い辺を相互に対向させて、縦方向に複数のグループが配列されている。従って、長方形の孔１５の各グループでは、長い辺が相互に対向している。

上述した長方形の孔１５は、エアチューブ６との相互接続のために設けられている。エアチューブ６は、平坦であり、長方形の孔１５と同様の断面形状を有する（図４参照）。これらのエアチューブ６は、アルミニウム等の熔接可能な金属板で製造され、内部にチャージエア用のターブレータ２１を有する。エアチューブ６は、上述した長方形の孔１５と同様に、グループ状に配列され、冷媒ハウジング７内で、それらの狭い長辺が冷媒の主流に面し、それらの幅広の長辺は、冷媒ターブレータ２５と接触している（図５参照）。冷媒ターブレータ２５は、エアチューブ６間に配置され、また冷媒ハウジング７の幅広の側壁９、１０及びエアチューブ６間に配置されている。

ここで、熱交換器１は、多列タイプの交換器である。換言すると、ヘッダプレート１１、１２には複数の長方形の孔１５が、例えば５列に設けられ、各列には、４個の長方形の孔１５が設けられている。

エアチューブ６とヘッダプレート１１、１２間、即ち熱交換器１のエア側と冷媒側間の漏洩を防止すると共に、全体構成を可能な限り小型化しかつ組立固定を容易にするために、本発明の熱交換器１では、ヘッダプレート１１、１２の長方形の孔１５は、通常のデザインとは異なる形状を有する。即ち、本発明の熱交換器１において、各長方形の孔１５は、周縁リム２２が設けられ、このリム２２は、ヘッダプレート１１、１２の一面側に突出し、ヘッダプレート１１、１２の長方形の孔１５に挿入されたエアチューブ６のサポートを補助している。

更に、本発明の熱交換器１によると、隣接する長方形の孔１５間の距離ｄａ、及び隣接するエアチューブ５間の距離ｄｔは、ヘッダプレート１１、１２の金属板の板厚ｔの２倍未満である（図３、図６及び図７参照）。

上述した長方形の孔１５を形成するために、上述したリム２２の金属板を引き伸ばし、かつ薄くするようにスタンピング、即ち打ち抜きして、長方形の孔１５を形成する。例えば、打ち抜きされる２個の孔１５間に、小型のアンビルダイを用いる。

特定の実施例では、（ヘッダプレートの金属板の板厚ｔの２倍未満である）距離ｄａが、全ての隣接するエアチューブ６間及び熱交換器１のヘッダプレート１１、１２の全ての長方形の孔１５間において満足すべきものである。換言すると、エアチューブ６及び矩形孔の特定の列の隣接する２個のエアチューブ６、及び長方形の孔１５と隣接する２列のエアチューブ６、及び長方形の孔１５の２個の隣接するエアチューブ、６及び長方形の孔１５は、相互に同じ距離ｄａだけ離れている。更に換言すると、ヘッダプレート１１、１２の隣接するエアチューブ６、及び長方形の孔１５間の距離は何れもｄａである。

典型的には、ヘッダプレート１１、１２は、厚さ２．２ｍｍのプレフラックスアルミニウムから製造される。但し、ロードが軽い場合には、厚さ１．５ｍｍ、重いロードの場合には厚さ３ｍｍ以上であってもよい。上述した距離ｄａを、典型例の厚さの場合には、例えば４ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの薄い場合には、例えば２．８ｍｍ、厚さ３ｍｍの場合には、例えば５．５ｍｍとする。

図３及び図６、図７は、本発明の２つの実施例のヘッダプレート１１、１２を示す。図３に示す第１実施例のヘッダプレートでは、長方形の孔１５のリム２２は、ヘッダプレート１１、１２からフランジ１７、１８を有する側と反対側に突出している。上述の場合とは逆に、図６、図７に示す実施例のヘッダプレート１１、１２の場合には、リム２２は、ヘッダプレート１１、１２からフランジ１７、１８と同じ側へ突出している。当業者には容易に理解されるように、リム２２は、前者では冷媒の流れに逆らわないが、後者では冷媒の流れに逆らう。

以上、本発明のヘッダプレート、及びそれを用いた熱交換器の好適な実施例について詳述した。しかし、この実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。当業者は、本発明の精神及び要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが理解できよう。例えば、リム２２は、上述した平坦なエアチューブとは異なるタイプのエアチューブにも使用可能である。そして、もしエアチューブが冷媒ハウジング７内に突出すると、挿入スペース２６、２７を提供する（図７参照）。更に、異なる種類のヘッダプレート１１、１２を同じ熱交換器１に使用することも可能である。

１ 熱交換器
６ エアチューブ
７ 冷媒ハウジング
９、１０ ケースの壁
１１、１２ ヘッダプレート
１５ 孔
１６ 中央ウエブ
１７、１８ フランジ
２２ リム
２３、２４ エッジ部
２６、２７ 挿入スペース
ｄａ 隣接する孔間の距離
ｄｔ 隣接するエアチューブ間の距離
ｔ 金属板の板厚

Claims (11)

1. 所定厚さ（ｔ）の金属板から製造され、複数のエアチューブ（６）を挿通させるスタンピングされた複数の孔（１５）を有するヘッダプレート（１１）（１２）において、
   前記孔（１５）が、前記ヘッダプレート（１１）（１２）の一面に突出し、かつ前記ヘッダプレート（１１）（１２）の孔（１５）に挿入される前記エアチューブ（６）の支持を助けるリム（２２）を有し、
   隣接する孔（１５）間の距離（ｄａ）、従って隣接するエアチューブ（６）間の距離（ｄｔ）が、前記ヘッダプレート（１１）（１２）を製造する金属板の板厚（ｔ）の２倍未満であることを特徴とするヘッダプレート。
2. 前記孔（１５）が、ほぼ長方形であり、隣接する孔（１５）間の前記距離（ｄａ）、従って隣接するエアチューブ（６）間の距離（ｄｔ）が、ほぼ長方形の前記孔（１５）の長い辺間で、従って隣接するエアチューブ（６）の広い面間で測定したものであることを特徴とする請求項１に記載のヘッダプレート。
3. 前記孔（１５）が、ほぼ長方形であり、隣接する孔（１５）間の前記距離（ｄａ）、従って隣接するエアチューブ（６）間の距離（ｄｔ）が、ほぼ長方形の前記孔（１５）の長い辺間で、従って隣接するエアチューブ（６）の広い面間で測定したものであることを特徴とする請求項１または２に記載のヘッダプレート。
4. 前記ヘッダプレート（１１）（１２）は、中央ウエブ（１６）を有する樋状であって、前記孔（１５）が設けられ、フランジ（１７）（１８）が、前記中央ウエブ（１６）に沿って延びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘッダプレート。
5. 前記孔（１５）のリム（２２）および前記フランジ（１７）（１８）は、ヘッダプレート（１１）（１２）の同じ側に突出し、いずれかのフランジ（１７）（１８）の内面と、前記内面に隣接する孔（１５）との間の距離（ｄｉ）が、前記ヘッダプレート（１１）（１２）を製造する金属板の板厚（ｔ）の３倍未満であることを特徴とする請求項４にヘッダプレート。
6. 挿入スペース（２６）（２７）が、前記フランジ（１７）（１８）と、ケース壁（９）（１０）のエッジ部（２３）（２４）を収容する隣接する孔（１５）のリム（２２）との間に設けられていることを特徴とする請求項５にヘッダプレート。
7. 前記ヘッダプレート（１１）（１２）およびエアチューブ（６）は、エアチューブ（６）を前記孔（１５）に挿入した後に、オーブン中でろう付け可能にするために、クラッドおよび予めフラックス被着されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヘッダプレート。
8. 複数のエアチューブ（６）を挿通させる冷媒ハウジングを備える熱交換器（１）において、
   前記エアチューブ（６）は、請求項１〜７のいずれか１つに記載の少なくとも１個のヘッダプレート（１１）（１２）のリム付き孔（１５）に挿入して取り付けられていることを特徴とする熱交換器。
9. 前記冷媒ハウジング（７）は、２個のヘッダプレート（１１）（１２）よりなる対向する２つの側壁を備え、２個のヘッダプレート（１１）（１２）の少なくとも１個に設けられた前記孔（１５）のリム（２２）は、前記少なくとも１個のヘッダプレート（１１）（１２）から突出し、対向するヘッダプレート（１１）（１２）から遠ざかっていることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記冷媒ハウジング（７）は、２個のヘッダプレート（１１）（１２）よりなる対向する２つの側壁を備え、２個のヘッダプレート（１１）（１２）の少なくとも１個に設けられた前記孔（１５）のリム（２２）は、前記少なくとも１個のヘッダプレート（１１）（１２）から、対向するヘッダプレート（１１）（１２）に向けて突出していることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
11. 請求項８〜１０のいずれか１つに記載の熱交換器（１）であって、前記熱交換器（１）は、多列タイプであり、隣接する孔（１５）間の距離（ｄａ）が、ヘッダプレート（１１）（１２）の全ての隣接する孔（１５）間について同じであることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１つに記載の熱交換器。

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