JP2016001071A - ヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブ - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッダプレートレス熱交換器用の偏平チューブに関し、一対の溝形プレートで偏平チューブを構成し、ろう付けの時の外力により、各プレートの嵌着部がずれることを防止し、ろう付け性能を向上させること。【解決手段】 プレス成形により同一形状の断面溝形に形成された一対のプレート１が、互いに溝底部を対向するように逆向きに嵌着されて偏平チューブ８を形成し、その両開口端部に拡開部２を形成するものであり、その両拡開側壁部２ｂ、２ｃの一方の拡開側壁部２ｂの高さが他方の拡開側壁部２ｃの高さよりも板厚分低く形成され、一方の拡開側壁部２ｂの先端面に爪３が突設され、他方の拡開側壁部２ｃに隣接する拡開溝底部２ａの位置に爪３が整合する切欠き部４が形成され、各プレート１が嵌着したとき、各プレート１の一方のプレートの拡開側壁部２ｂの先端面を、対向するプレートの拡開溝底部２ａに当接するとともに、その爪３を対向するプレートの切欠き部４に係合する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ヘッダプレートレス熱交換器の偏平チューブに関する。

ヘッダプレートレス熱交換器に用いる偏平チューブについて、下記特許文献１の発明が開示されている。
この発明は、図８に示す如く、一対の第１プレート２１と第２プレート２２が溝形に曲折され、その溝底２１ａ、２２ａが互いに対向するように嵌着されて偏平チューブ８が形成される。この第１プレート２１は、一対の側壁２１ｂの先端部が内側に段付きに形成され、そこに段部２１ｃが形成されている。その段部２１ｃに、第２プレート２２の側壁部２２ｂの先端部が嵌着される。また、その偏平チューブ８の両開口端部を厚み方向に拡開して拡開部２３が形成されている。

そして、偏平チューブ８の内部には通常インナーフィン７が介装される。偏平チューブ８の長手方向の中間部の溝底２１ａ、２２ａには、外方に突出するディンプル６が形成されている。
このディンプル６の高さは拡開部２３の拡開高さに整合する。
この偏平チューブ８を拡開部２３の位置で厚み方向に多数積層し、熱交換器のコア１０を構成する。そして、そのコア１０の外周にケーシングやタンク等のコア被嵌部材１１を被嵌して熱交換器が製造される。

このようなコア１０は、その偏平チューブ８の両端の拡開部２３の外面どうしが互いに接触し、その長手方向の中間部には通路が形成され、その通路に冷却水が流通する。そして、偏平チューブ８の内部には排ガスが流通し、それを冷却水によって冷却する。
この熱交換器は、拡開部２３の位置で厚み方向へ積層しているため、ヘッダプレートが不要であり、部品点数が少なく、組み立てが容易となる。

特開２０１１−１６３６４２号公報

しかしながら、このヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブは、偏平チューブ８およびコア被嵌部材１１（特許文献１では、ケーシングがコア被嵌部材１１である）が厚み方向に上下に分割され、それらを重ね合せ、厚み方向に互いに圧着した状態で、高温の炉内で一体的にろう付け固定される。そのとき、偏平チューブ８の拡開部２３で、一対のプレート２１、２２の継目に異常な変形が起こるおそれがある。
即ち、ろう付けの際には、各偏平チューブ８の厚み方向に外力を加えて各プレート２１、２２の間を密着する必要がある。すると、図９に示す如く、拡開部２３において、第２プレート２２の側壁２２ｂの端面が、段部２１ｃから滑落しやすい傾向にある。これは、その拡開部２３にはインナーフィン７が介在せず、内部が空洞だからである。なお、拡開部２３以外にはインナーフィン７が介装され、それが外力を支持している。

その結果、各偏平チューブ８の拡開部２３において、一対のプレート２１、２２間に隙間が生じる。その状態でろう付けされると、ろう付け不良が起こる。さらに、偏平チューブ８を拡開部２３の位置で積層してコア１０を形成した場合、各偏平チューブ８のコーナー部９とコア被嵌部材１１との間に、断面三角形状の隙間が生じ、そこからろう付け時にろう漏れが生じるおそれがある。
さらに、このような偏平チューブ８を構成する一対のプレート２１、２２は互いに形状が異なるため、その品質管理が容易でない欠点があった。
そこで、本発明は品質管理がしやすく、厚み方向に外力が加わっても、偏平チューブの側壁端部にずれが生じず、コーナー部に隙間が生じ難く、ろう付け性の良いヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブを提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、一対のプレートが、プレス成形により曲折されて、それぞれ溝底部と一対の側壁部を有する溝形に形成され、
前記一対のプレートの溝底部が対向するように互いに逆向きに嵌着される偏平チューブを形成し、
その偏平チューブの両開口端部が溝底方向の外方へ拡開されて拡開部を形成するヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブにおいて、
前記一対のプレート（1）が同一形状に形成され、
その各プレート（1）の両側壁（1b）（1c）には、前記拡開部(2)の位置にそれぞれ高さ方向に拡開する拡開側壁部（2b）（2c）が形成され、
各プレート(1)の一方の拡開側壁部（2b）の高さが、他方の拡開側壁部（2c）の高さよりも板厚分低く形成され、
その一方の拡開側壁部（2b）の先端に爪（3）が突設され、
前記他方の拡開側壁部（2c）に隣接する拡開溝底部（2a）の位置で、前記爪（3）に整合する、切欠き部（4）が形成され、
各プレート（1）の前記一方の拡開側壁部（2b）の先端面が、対向するプレート（1）の前記拡開溝底部（2a）に当接されるとともに、前記爪（3）が対向するプレート（1）の前記切欠き部（4）に係合されることを特徴とするヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブである。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブにおいて、
前記一対のプレート（1）を嵌着したときに、各プレート（1）の前記爪（3）の先端面が、対向するプレート（1）の拡開溝底部（2a）の外面と面一に成形されることを特徴とするヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブである。

請求項３に記載の本発明は、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブにおいて、
前記一対のプレート（1）の切欠き部（4）に隣接する位置で、前記他方の拡開側壁部（2c）に、予め平面視で、偏平チューブ８の開口端部の位置からＬ字状に欠切して、そこに舌片部（5）を形成しおき、前記プレス成形で溝形に曲折することにより、
前記舌片部（5）の端面を前記拡開溝底部（2a）の外面に面一に整合させたことを特徴とするヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブである。

請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載のヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブにおいて、
前記舌片部（5）の長さが前記切欠き部（4）の切欠き長さに整合することを特徴とするヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブである。

本発明のヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブは、プレス成形により同一形状の断面溝形に形成された一対のプレート１が、互いに溝底を対向するように逆向きに嵌着されて偏平チューブ８を形成し、その両開口端部に拡開部２を形成するものであり、その両拡開側壁部２ｂ、２ｃの一方の拡開側壁部２ｂの高さが他方の拡開側壁部２ｃの高さよりも板厚分低く形成され、一方の拡開側壁部２ｂの先端面に爪３が突設され、他方の拡開側壁部２ｃに隣接する拡開溝底部２ａの位置に爪３が整合する切欠き部４が形成され、各プレート１が嵌着したとき、各プレート１の一方のプレートの拡開側壁部２ｂの先端面を、対向するプレートの拡開溝底部２ａに当接するとともに、その爪３を対向するプレートの切欠き部４に係合することを特徴としている。

この構成により、一種類のプレート１を互いに逆向きに嵌着させて偏平チューブ８を製造することができるので、品質管理が容易なものを提供することができる。また、その側壁部に段部を形成せずに偏平チューブ８の拡開部２を形成することができるので、互いに嵌着する一対のプレート１は、側壁部において滑落するおそれがなくなる。それと共に、爪３と切欠き４が互いに係合されて嵌着されるため、各プレート１の側壁部の位置決めが確実になり、拡開側壁部２ｂ、２ｃを密に接触することができる。
即ち、一方の拡開側壁部２ｂの外面と他方の拡開側壁部２ｃの内面とが接触して嵌着される際、その側壁部での厚みが偏平チューブの板厚の和となる。このため、ろう付けの際、コア１０に外圧がかけられても拡開側壁部２ｂ、２ｃで圧力を支持することができ、信頼性の高い偏平チューブを提供できる。
さらに、偏平チューブ８の外側に位置する拡開側壁部２ｃの先端を平坦にできるので、その偏平チューブ８が積層されたコア１０の外周をコア被嵌部材１１で被嵌したときに、拡開部の位置で、コア１０とコア被嵌部材１１との間に生じる隙間を減少させることができる。それにより、ろう漏れのおそれを軽減することができ、信頼性の高いものとなる。

請求項２の発明は、一対のプレート１を嵌着したときに、各プレート１の爪３の先端面が、対向するプレート１の拡開溝底部２ａの外面と面一に成形されることを特徴としている。
この場合、各プレート１の爪３の先端面と拡開溝底部２ａの外面とが面一に形成されるため、さらにろう付けの信頼性を向上することができる。

請求項３の発明は、切欠き部４に隣接する位置で、他方の拡開側壁部２ｃに、予め平面視で、偏平チューブ８の開口端部の位置からＬ字状に欠切して、そこに舌片部５を形成しておき、プレス成形で溝形に曲折することにより、その舌片部５の端面を各プレート１の拡開溝底部２ａの外面に面一に整合させる構造をとる。
この場合、一対のプレート１の嵌着体からなる偏平チューブ８のコーナー部９に形成された舌片部５の位置で直角が切り出されるため、偏平チューブ８の外側に位置する拡開側壁部２ｃは、舌片部５の位置ではコーナー部９に曲折による曲面が形成されない。
その状態で、各偏平チューブ８を積層しコア１０を形成すると、その外周は拡開部２の舌片部５の位置で隙間のない平坦な面が形成される。
その結果、コア１０の外周がコア被嵌部材１１により被嵌されて一体にろう付けされると、拡開側壁部２ｃとコア被嵌部材１１の間は舌片部５の位置で隙間なく密着し、コア１０のコーナー部９での気密性、液密性を確保することができる。

請求項４に記載の発明は、舌片部５の長さを切欠き部４の切欠き長さと整合するように形成することを特徴としている。
この場合、プレート１を曲折して溝形に形成する際、切欠き部４に隣接する前記他方の拡開側壁部２ｃに歪みが生じ難く、爪３を欠切き部４に係合しやすい状態にすることができる。

本発明のヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブの第１実施例を示す分解斜視図。 同偏平チューブの要部破断断面図。 図２のIII−III矢視断面図。 図２のIV−IV矢視断面図。 同偏平チューブの拡開部の平面図。 偏平チューブを積層したコアをケーシング等のコア被嵌部材で被嵌したときの図。 本発明のヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブの第２実施例を示す斜視図であって、（Ａ）は舌片部の切出し方法を示す図、（Ｂ）は偏平チューブの要部斜視図、（Ｃ）はコアを形成したときの断面図。 従来型ヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブの拡開部における横断面図（Ａ）、要部破断断面図（Ｂ）。 従来型偏平チューブでコアを作成したときの問題点を示す説明図。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。

図１〜図５は、本発明のヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブの第１実施例を示すものであり、図６はその偏平チューブを用いたコアの要部断面図である。
図１に示すごとく、一対のプレート１がプレス成形により同一形状に形成され、互いにその溝底部１ａが対向されるように逆向きに嵌着して偏平チューブ８が形成されるものである。
このプレート１は、互いに対向する一対の側壁部１ｂ、１ｃを有する偏平な溝形に曲折される。この側壁部１ｂ、１ｃは平坦な面で形成されており、段部を有さない。また、偏平チューブ８の両開口端部の位置で、各プレート１の溝底部１ａの厚み方向に拡開する拡開部２が形成される。
そして、各プレート１の両拡開部２以外の中間部分の溝底部１ａには、多数のディンプル６が突設形成されている。このディンプル６の高さは、各プレート１の拡開部２の拡開高さと同一である。

側壁部１ｂ、１ｃの拡開部２の形成位置には、その高さ方向の両方向に拡開する拡開側壁部２ｂ、２ｃが形成され、一方の拡開側壁部２ｂの高さは他方の拡開側壁部２ｃの高さよりも板厚分、低く形成される。図１に示す如く、その拡開側壁部２ｂ、２ｃは段部を有していない。即ち、拡開側壁部２ｂ、２ｃとそれ以外の側壁部１ｂ、１ｃは、連続する平坦な面で形成されている。
また、プレート１の一方の拡開側壁部２ｂの先端面で、且つ偏平チューブ８の開口端部の位置に爪３が突設されている。さらに、他方の拡開側壁部２ｃに隣接する拡開溝底部２aの位置に爪３が係合される切欠き部４が形成されている。この切欠き部４は、図１に示す如く、偏平チューブ８の開口端部の位置から拡開側壁部２ｃに沿って平行に形成され、平面視でコ字状に切り欠かれている。その切欠き部４の長さは、拡開部２の幅方向の付根部に達しない程度に形成される。
なお、この切欠き部４及び爪３は、この例では、図１及び図５に示す如く、偏平チューブ８の両方の開口端部に形成されているが、偏平チューブ８の一方の開口端部のみに形成してもよい。

このように形成された２枚の同形状のプレート１において、一方のプレート１の一方の拡開側壁部２ｂの外面と、それに対向するプレート１の他方の拡開側壁部２ｃの内面とが接触されるように嵌着される。その際、各プレート１の長手方向の両端部において、各プレート１の一方の拡開側壁部２ｂの先端面が、図４に記載の如く、対向するプレート１の拡開溝底部２aに当接されるとともに、一方の拡開側壁部２ｂの爪３が、図３に記載の如く、対向するプレート１の切欠き部４に係合される。
爪３の突出高さは、ブレージングされたろう材等の厚みを考慮して適宜設定するとよい。それにより、一方のプレート１の爪３が対向するプレート１の切欠き部４に係合したとき、その爪３の先端面が対向するプレート１の拡開溝底部２ａの外面に面一に整合するようにする。爪３の長さは、切欠き部４の長さに整合する。

上記のような一対のプレート１が互いに逆向きに嵌着して形成される偏平チューブ８が、インナーフィン７を内装した状態で、拡開部２とディンプル６の頂部により、多数厚み方向に積層され、図６のごとく熱交換器のコア１０を構成する。そして、そのコア１０の外周にコア被嵌部材１１が被嵌される。一例として、このコア被嵌部材１１がケーシングの場合、そのケーシングを一対の溝状材で形成し、積層方向の中間部で互いに嵌着するものを利用することができる。
ケーシングの側壁部には、図示しない一対の冷却水出入口が穿設され、そこにパイプが接続される。また、コア１０の開口方向の両端には一対のタンクが配置される。

この様に組立てられた熱交換器は、偏平チューブ８の積層方向に外力を加えた状態で、炉内でろう付けされる。ろう付けの方法として、各部品の互いに接触する一方にろう材がクラッドされているか、或いはそれらの間にろう材が介装または塗布される。
図３および図４に示すごとく、一方のプレート１の拡開側壁部２ｂの先端面が、対向するプレート１の拡開溝底部２ａに当接されるとともに、その爪３が対向するプレートの切欠き部４に係合される。
そして、一方の拡開側壁部２ｂの外面と他方の拡開側壁部２ｃの内面とが密接して嵌着される際、それらの側壁部での厚みが偏平チューブの板厚の和となる。

したがって、互いのプレートにかかる圧力を拡開側壁部２ｂ、２ｃで支持することができるため、各プレート１の拡開部２での故障が発生し難い偏平チューブ８を提供することができる。
さらに、側壁部１ｂ、１ｃおよび拡開側壁部２ｂ、２ｃは段部を有するものではないので、図９に示すような滑落は生じず、信頼性の高いろう付けが実現される。
また、コア被嵌部材１１に接触する拡開側壁部２ｃの先端は、図６に示す如く、コーナー部の上下方向の一方が平坦に形成されているため、拡開部２の位置で、コア被嵌部材１１と偏平チューブ８との隙間を従来図の図９の隙間の半分にすることができる。即ち、ろう付けの際、ろう材が流れ出る隙間を減少させることができるので、ろう付けの信頼性が向上する。

なお、側壁部１ｂ、１ｃは拡開側壁部２ｂ、２ｃのように側壁部１ｃが偏平チューブ８の外面側に、側壁部１ｂがその内側に配置され、側壁部１ｂの先端面が対向するプレート１の溝底部１ａに当接するようにされている。
拡開側壁部２ｂ、２ｃ以外の側壁部１ｂ、１ｃについては、一対のプレート１が互いに側壁部で接触して、嵌着されていればよく、側壁部１ｂの先端面が対向するプレート１の溝底部１ａに当接しなくともよい。その理由は、偏平チューブ８の内部に介装されるインナーフィン７により、ろう付け時の圧力を支持することができるからである。
また、コア被嵌部材１１はこの例ではケーシングで説明したが、これに替えて、コア１０の開口端をタンクで被嵌し、それらをケーシングで被嵌することも可能である。

図７は、本発明のヘッダプレートレス熱交換器の偏平チューブの第２実施例である。
この例が、第１実施例と異なる点は、図７に示す如く、切欠き部４に隣接した拡開側壁部２ｃのコーナー部９に予め舌片部５を設けることにある。
プレート１の切欠き部４に隣接する位置で、他方の拡開側壁部２ｃの位置に予め平面視で、偏平チューブ８の開口端部の位置からＬ字状に欠切して、そこに舌片部５を形成しておく。そして、プレート１をプレス成形で溝形に曲折することにより、その舌片部５の端面はそのプレート１の拡開溝底部２ａの外面に面一に整合する。
この例では、舌片部５の長さと切欠き部４の切欠き長さが、整合するように形成されている。

この場合、一対のプレート１の嵌着体からなる偏平チューブ８のコーナー部９に形成された舌片部５の位置で直角が切り出されるため、偏平チューブ８の外側に配置される拡開側壁部２ｃは、舌片部５の位置ではそのコーナー部９に平坦な面が形成される。
その状態で、偏平チューブ８を積層しコア１０を形成すると、その外周には拡開部２の舌片部５の位置で隙間のない平坦な壁面が形成される。
その結果、コア１０の外周がコア被嵌部材１１により被嵌されて、一体にろう付けされると、偏平チューブ８の外側に位置する拡開側壁部２ｃとコア被嵌部材１１の間は隙間なく密着し、気密性、液密性を確保することができる。
また、このように舌片部５を形成しておくと、プレート１を曲折する際、切欠き部４に隣接する拡開側壁部２ｃのコーナー部９に歪みが生じ難く、爪３を欠切き部４に係合しやすい状態にすることができる。

１ プレート
１ａ 溝底部
１ｂ 側壁部
１ｃ 側壁部
２ 拡開部
２ａ 拡開溝底部
２ｂ 拡開側壁部
２ｃ 拡開側壁部
３ 爪
４ 切欠き部
５ 舌片部

６ ディンプル
７ インナーフィン
８ 偏平チューブ
９ コーナー部
１０ コア
１１ コア被嵌部材

２１ 第１プレート
２１ａ 溝底部
２１ｂ 側壁部
２１ｃ 段部
２２ 第２プレート
２２ａ 溝底部
２２ｂ 側壁部
２３ 拡開部

Claims (4)

1. 一対のプレートが、プレス成形により曲折されて、それぞれ溝底部と一対の側壁部を有する溝形に形成され、
   前記一対のプレートの溝底部が対向するように互いに逆向きに嵌着される偏平チューブを形成し、
   その偏平チューブの両開口端部が溝底方向の外方へ拡開されて拡開部を形成するヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブにおいて、
   前記一対のプレート（1）が同一形状に形成され、
   その各プレート（1）の両側壁（1b）（1c）には、前記拡開部(2)の位置にそれぞれ高さ方向に拡開する拡開側壁部（2b）（2c）が形成され、
   各プレート(1)の一方の拡開側壁部（2b）の高さが、他方の拡開側壁部（2c）の高さよりも板厚分低く形成され、
   その一方の拡開側壁部（2b）の先端に爪（3）が突設され、
   前記他方の拡開側壁部（2c）に隣接する拡開溝底部（2a）の位置で、前記爪（3）に整合する、切欠き部（4）が形成され、
   各プレート（1）の前記一方の拡開側壁部（2b）の先端面が、対向するプレート（1）の前記拡開溝底部（2a）に当接されるとともに、前記爪（3）が対向するプレート（1）の前記切欠き部（4）に係合されることを特徴とするヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブ。
2. 請求項１に記載のヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブにおいて、
   前記一対のプレート（1）を嵌着したときに、各プレート（1）の前記爪（3）の先端面が、対向するプレート（1）の拡開溝底部（2a）の外面と面一に成形されることを特徴とするヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブ。
3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載のヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブにおいて、
   前記一対のプレート（1）の切欠き部（4）に隣接する位置で、前記他方の拡開側壁部（2c）に、予め平面視で、偏平チューブ８の開口端部の位置からＬ字状に欠切して、そこに舌片部（5）を形成しおき、前記プレス成形で溝形に曲折することにより、
   前記舌片部（5）の端面を前記拡開溝底部（2a）の外面に面一に整合させたことを特徴とするヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブ。
4. 請求項３に記載のヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブにおいて、
   前記舌片部（5）の長さが前記切欠き部（4）の切欠き長さに整合することを特徴とするヘッダプレートレス熱交換器用偏平チューブ。

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