JP2018518649A

JP2018518649A - 熱交換器、及び、当該熱交換器を製造するための対応する方法

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Publication number: JP2018518649A
Application number: JP2017566329A
Authority: JP
Inventors: パトリック、ボワセル; カメル、アズーズ; サミュエル、ブリ; グザビエ、マルシャディエ
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2018-07-12
Also published as: PL3311095T3; WO2016207177A1; CN107810378A; US20180187985A1; EP3311095A1; EP3311095B1; KR20180020236A; FR3037643A1; FR3037643B1

Abstract

本発明は、○互いに対して平行に配設された複数のチューブ（２０）と、前記チューブ（２０）の間に配設されたスペーサ（２１）とを有するチューブバンドル（２）と、○第１フランジ（４４）によりそれぞれ画成された穴部（４３）であって、前記チューブ（２０）の端部（２２）が挿入される穴部（４３）を有するコレクタプレート（４）と、を有する熱交換器（１）に関し、前記チューブバンドル（２）はろう付けされ、前記コレクタプレート（４）は、第２フランジ（４５）を形成する少なくとも１つの圧縮性シール（４１）を有し、前記チューブ（２０）の前記端部（２２）と前記対応する第１フランジ（４３）との間に緊密なシールを提供するように、前記第２フランジ（４５）は、前記第１フランジ（４３）と前記チューブ（２０）の前記端部（２２）との間で圧縮される。

Description

本発明は、特に自動車両用の熱交換器と、これを製造するための方法に関する。

より具体的には、本発明は、間にスペーサが挿入された複数のチューブを有する熱交換器に関する。チューブは、一般に、長軸及び短軸により規定される楕円形または長円形（長方形）の断面を有するチューブであって、コレクタプレートの穴部に挿入される端部を有している。緊密なシール性を確保するとともに製造を容易にするよう、チューブ、スペーサおよびコレクタプレートは、通常、金属材料から作られ、一回のろう付け工程で一体的に取付けられる。

しかしながら、熱交換器の使用において、チューブとコレクタプレートとの接続が硬く、温度変動を原因とする膨張及び収縮現象を埋め合わせする（相殺する）ことができないことがある。時間とともに、これらの接続は弱くなり、破損や漏出が生じ得る。

したがって、本発明の目的の一つは、従来技術の問題を少なくとも部分的に解決するとともに、改良された熱交換器及びその製造方法を提案することである。

したがって、本発明は、
○互いに対して平行に配設された複数のチューブと、前記チューブの間に配設されたスペーサとを有するチューブバンドルと、
○第１フランジによりそれぞれ画成された穴部であって、前記チューブの端部が挿入される穴部を有するコレクタプレートと、
を有する熱交換器であって、
前記チューブバンドルはろう付けされ、
前記コレクタプレートは、第２フランジを形成する少なくとも１つの圧縮性シールを有し、
前記チューブの前記端部と前記対応する第１フランジとの間に緊密なシールを提供するように、前記第２フランジは、前記第１フランジと前記チューブの前記端部との間で圧縮される、熱交換器に関する。

単一の圧縮性シール又は複数の圧縮性シールを使用してバンドルとコレクタプレートとの接続を得ることにより、温度変動による膨張及び収縮を吸収可能な一定の適応性（順応性）が得られる。したがって、バンドルとコレクタプレートとの接続は、このような温度変動に対するより高い耐性を有する。バンドルとコレクタプレートとの間の接続部の適応性（順応性）と、バンドルがろう付けされることとの間に相乗効果がある。この結果、熱交換器は、ろう付けされたバンドルに起因する最適な伝熱性能を提供するとともに、バンドルとコレクタプレートとの間の接続部に起因して、温度変動に対して改善された耐性を提供する。更に、コレクタプレートはろう付けされないので、当該コレクタプレートはより薄くすることができ、コレクタを補強する必要性が少なくなる。

本発明の一態様によれば、各チューブの少なくとも前記端部は、長円形（長方形９の断面を有する。

本発明の別の態様によれば、前記チューブの前記端部は、第１フレアと、前記圧縮性シールを圧縮する支持エリアと、を有する。

本発明の別の態様によれば、前記チューブの前記端部は、前記第１フレアに加えて、又はこれに代えて、前記圧縮性シールの上方に延在する少なくとも１つの第２フレアを有する。したがって、前記チューブの前記端部は、第１フレア又は第２フレアを別個に、又は第１及び第２フレアを有し得ることが理解される。

本発明の別の態様によれば、前記第２フレアは、前記チューブの前記端部の限定された部分に亘って作製される。

本発明の別の態様によれば、前記第２フランジの圧縮率は、１０％乃至５０％、好適には２５％乃至３５％である。

また、本発明は、上述の熱交換器を製造するための方法であって、
ａ）互いに対して平行に配設された複数のチューブと、前記チューブの間に配設されたスペーサとを有するチューブバンドルを組立てる工程と、
ｂ）前記チューブを前記スペーサにろう付けする工程と、
ｃ）前記チューブの端部に対応する断面を有する第１フランジによって画成された穴部が設けられているとともに、それぞれ前記穴部内に（前記穴部を通って）係合されるのに適した第２フランジを形成する圧縮性シールを有するコレクタプレートを組立てる工程と、
ｄ）前記チューブの前記端部を前記コレクタプレートの前記穴部に挿入して、前記圧縮性シールの前記第２フランジを圧縮する工程と、を有する方法に関する。

本発明による方法の一態様によれば、前記チューブの前記端部を前記コレクタプレートの前記穴部に挿入して前記第２フランジを圧縮する工程ｄ）は、前記チューブの前記端部を前記コレクタプレートの前記穴部に挿入する第１サブ工程と、前記チューブの前記端部に第１フレアと支持エリアとを作製する第２サブ工程と、を有する。

本発明による方法の別の態様によれば、前記チューブの前記端部を前記コレクタプレートの前記穴部に挿入して前記第２フランジを圧縮する工程ｄ）は、前記チューブの前記端部を前記コレクタプレートの前記穴部に圧入する工程であり、少なくとも前記端部は前記第２フランジの開口よりサイズが大きい。

本発明による方法の別の態様によれば、本方法は、前記チューブの前記端部に、前記圧縮性シールの上方に延在する少なくとも１つの第２フレアを作製する追加の工程を有する。

本発明による方法の別の態様によれば、前記第２フレアは、前記チューブの前記端部の限定された部分に亘って作製される。

本発明の他の特徴及び利点が、例示的且つ非制限的な例としてなされる以下の説明を読み、添付図面を参照することでより明らかになるであろう。

図１は熱交換器の概略斜視図。図２は熱交換器の概略断面斜視図。図３はコレクタプレートの概略分解断面図。図３’は図３のコレクタプレートの概略断面図。図４は図３のコレクタプレートの切断面Ｘ−Ｘに沿った概略図。図５は第１実施形態による熱交換器の概略断面図。図６は第２実施形態による熱交換器の一製造工程における概略断面図。図７は第２実施形態による熱交換器の別の製造工程における概略断面図。図８は第２実施形態による熱交換器の別の製造工程における概略断面図。

異なる図面における同一の要素には、同じ参照符号が付されている。

以下の実施形態は例としてのものである。１以上の実施形態について説明がなされるが、これは、各説明が同一の実施形態に関するということ、又は特徴が単独の実施形態のみに当てはまるということを、必ずしも意味しない。異なる実施形態の特徴を組み合わせることで、他の実施形態が提供され得る。

本明細書において、ある要素又はパラメータが、例えば第１要素又は第２要素として、第１パラメータ又は第２パラメータとして、又は実に第１特徴又は第２特徴等として、番号付けがなされている。この番号付けの目的は、単に、類似しているが同一ではない要素、パラメータ又は特徴を区別して明示することである。この番号付けは、ある要素、パラメータ又は特徴が他のものより優先度が高いということを意味するものではなく、かかる明示は本明細書の文脈から逸脱せずに容易に交換され得る。また、このナンバリングは、例えばこのような特徴を評価するという観点において、時間的な順序を意味するものでもない。

図１及び図２に示す熱交換器１は、内部に第１伝熱流体が流れ得る複数のチューブ２０から形成されるバンドル（束）２を有する。チューブ２０は、互いに対して平行に配設されて積層されている。チューブ２０の間には、スペーサ２１が配設されて、干渉装置として機能するとともに、前記チューブ２０間を通過する第２伝熱流体との熱交換のための表面積を増大させている。チューブ２０とスペーサ２１は、金属材料から製造され、バンドル２を形成するように互いにろう付けされる。ろう付けされたバンドル２を有することで、伝熱性能、すなわち２つの伝熱流体間の熱交換性が、機械的に組立てられたバンドルと比較して、向上する。図１及び図２に示すように、チューブ２０は、好適には長円形（長方形）で比較的平坦な形状を有する。更に、チューブ２０は、その内壁の間に、内部スペーサ２６を有し得る。このスペーサ２６は、前記チューブ２０に、良好なレベルの剛性をもたらす。

また、熱交換器１は、チューブ２０の各端部２２に配設された２つの水コレクタ乃至タンクを有する。これらのコレクタは、コレクタプレート４と、前記コレクタプレート４を覆うとともに当該コレクタを閉鎖するカバー（図示せず）と、を有する。これらのコレクタは、第１伝熱流体がチューブ２０を流れるように、これを回収及び/又は分配するために使用される。

図３’に更に詳細に示すように、コレクタプレート４は、コレクタとろう付けされたバンドル２との間に、シールされた接続を提供する。前記コレクタプレート４は、多数の穴部４３を画定する、全体として四角形状であり得るコア４０を有する。穴部４３は、チューブ２０の断面形状に適合する断面を有し、チューブの端部２２を受容することが可能である。各穴部４３は、バンドル２の内側に向けられた第１フランジ４４によって画成されている。穴部４３は、第１フランジ４４の開口と、同様の寸法である。第１フランジ４４は、有利には、コレクタプレート４の一体部品として形成され得るとともに、例えば穴部４３と同時に、絞り加工(drawing)により形成され得る。

穴部４３及び第１フランジ４４の形状がチューブ２０の断面、又は少なくともその端部２２の形状に適合し、且つ当該形状は全体として長円形（長方形）であるため、前記穴部４３及び第１フランジ４４を、異なる長さを有する２つの軸により特徴付けることができる。長さＬ１は、より長い長さに対応し、図３、図３’及び図５乃至図８に示すように、穴部４３の幅に対応し得る。これに対し、長さｌ１は、図４に示すように、より短い長さに対応し、穴部４３の厚さに対応し得る。チューブ２０の端部２２が第１フランジ４４に挿入され得るように、穴部４３の長さＬ１及びｌ１は、チューブ２０の端部２２のものより大きい。ここでの穴部４３の幅及び厚さについての説明は、穴部４３に挿入されることが意図されたチューブ２０の幅及び厚さについての説明に反映される。

コア４０は、折り畳み可能なタブを形成する周縁リム４６を端部とする周縁溝４２により延在している。周縁溝４２は、カバーのリムを受容することが意図されており、周縁リム４６は、前記カバーをコレクタプレート４に取付けるように折り曲げられ得る。

コレクタプレート４は、特に穴部４３における緊密なシールを保証すべく、少なくとも１つの圧縮性シール４１を受容する。

図１及び図２に示す第１実施形態によれば、コレクタプレート４には単独の圧縮性シール４１のみが設けられ得る。当該圧縮性シール４１は、コレクタプレート４のコア４０に当接するコアを有する。圧縮性シール４１のこのコアは、それぞれが穴部４３に挿入される複数の第２フランジ４５に接続される。バンドル２をコレクタプレート４に組付ける際、チューブ２０の端部２２と、対応する第１フランジ４３と、の間に緊密なシールを保証するように、第２フランジ４５は、第１フランジ４３と端部２２との間で圧縮される。フランジ４５の圧縮率は、３０％である。本発明の変形例によれば、この率は、１０％乃至５０％、好適には２５％乃至３５％である。更に、圧縮性シール４１のコアは、その周縁部において、周縁溝４２内に配設されて、周縁リム４６が折り曲げられるとカバーに対して緊密なシールを提供し得るビード４７を形成し得る。

図示しない第２実施形態によれば、コレクタプレート４は、チューブ２０の端部２２と、対応する第１フランジ４３と、の間の緊密なシールを保証するように、それぞれが穴部４３に挿入される複数のフランジ４５を形成する複数の圧縮性シール４１を有し得る。この実施形態において、カバーに対する緊密なシールは、周縁溝４２内に配置された別箇の圧縮性シールによって保証され得る。

単数の圧縮性シール４１又は複数の圧縮性シール４１を使用してバンドル２とコレクタプレート４とを接続することにより、温度変動を理由とする膨張及び収縮を吸収可能な一定の適応性（順応性）が得られる。したがって、バンドル２とコレクタプレート４との接続は、このような温度変動に対して、より高い耐性を提供する。バンドル２とコレクタプレート４との間の接続部の適応性（順応性）と、バンドル２がろう付けされるという事実と、の間に相乗効果がある。この結果、熱交換器１は、ろう付けされたバンドル２に起因する最適な伝熱性能を提供するとともに、バンドル２とコレクタプレート４との接続部に起因する温度変動に対する改善された耐性を提供する。更に、コレクタプレート４はろう付けされないので、当該コレクタプレート４はより薄くすることができ、コレクタを補強する必要が少なくなる。

第２フランジ４５の形状も、チューブ２０の断面、又は少なくともその端部２２の形状に適合している。したがって、前記第２フランジ４５を、異なる長さを有する２つの軸によって特徴付けることができる。図３、図３’、図４及び図６に示すように、長さＬ２は、圧縮性シール４１が圧縮されていない場合の第２フランジ４５の開口の幅に対応する。図４に示すように、長さｌ２は、圧縮性シール４１が圧縮されていない場合の第２フランジ４５の開口の厚さに対応する。第２フランジ４５の開口は、圧縮されるとこれらの長さ（幅及び/又は厚さ）のうちの少なくとも一方において増大する。例えば、図５、図７及び図８に示すように、圧縮性シール４５の開口の幅はより大きく、長さＬ２’に対応している。前述と同様に、ここでの第２フランジ４５の穴部４５の幅及び厚さについての説明は、第２フランジ４５の穴部４５に挿入されることが意図されたチューブ２０の幅及び厚さについての説明に反映される。

圧縮性シール４１を第２フランジ４５において圧縮するように、チューブ２０の端部２２は、第２フランジ４５の開口よりサイズが大きいが、穴部４３よりサイズが小さい。サイズが大きい又は小さいということは、チューブ２０と穴部４３又は第２フランジ４５の開口との間に、少なくとも幅及び/又は厚みの違いが存在することを意味すると理解されたい。

図５に示すように、チューブ２０の本体とその端部２２は、幅及び厚さが同一であり得る。すなわち、チューブ２０のサイズ（幅及び厚さ）は、バンドル２内で一定である。圧縮性シール４１は、チューブ２０の幅及び厚さが、全体として第２フランジ４５の開口のものよりも大きく且つ穴部４３のものよりも大きいため、圧縮される。

これに対し、図７及び図８に示すように、チューブ２０の本体とその端部２２は、異なる幅及び/又は厚さを有し得る。端部２２は、以後第１フレア２３と称されるシールフレア２３であって、前記端部２２の幅及び/又は厚さを増大させるシールフレア２３を、バンドル２の内側において有し得る。また、端部２２は、支持エリア２４を有する。支持エリア２４は、第１フレア２３により、チューブ２０の本体の残りの部分よりも幅が広い及び/又は厚さが大きく、圧縮性シール４１を圧縮する。

また、チューブ２０の端部２２は、第１フレア２３に代えて又はこれに加えて、少なくとも１つの第２フレア２５ -機械的ロックを可能とする保持フレア- であって、図１、図２及び図８に示すように、圧縮性シール４１に亘って延在する第２フレア２５を、バンドル２の外側において有し得る。この第２フレア２５は、特に、チューブ２０の端部２２の限られた部分に亘って作製され得る。この第２フレア２５により、特に、コレクタプレート４が固定されるとともに、バンドル２の所定位置に保持され得る。図１及び図２に示す例において、チューブ２０の端部２２は、限られた部分に亘って作製された２つの第２フレア２５をそれぞれ有する。端部２２の第１フレア２３及び第２フレア２５は、コレクタプレート４の両側に配置される。

また、本発明は、上述の熱交換器１を製造するための方法に関し、当該方法は以下の工程を有する。
ａ）互いに対して平行に配設された複数のチューブ２０と、前記チューブ２０の間に配設されたスペーサ２１と、を有するチューブバンドル２を組立てる工程と、
ｂ）前記チューブ２０を前記スペーサ２１にろう付けする工程と、
ｃ）前記チューブ２０の端部２２に対応する断面を有する第１フランジ４４によって画成された穴部４３が設けられているとともに、それぞれ前記穴部４３内に（前記穴部４３を通って）係合されるのに適した第２フランジ４５を形成する圧縮性シール４１を有するコレクタプレート４を組立てる工程と、
ｄ）前記チューブ２０の前記端部２２を、前記コレクタプレート４の前記穴部４３に挿入して前記圧縮性シール４１の前記第２フランジ４５を圧縮する工程と、を有する。

一実施形態によれば、特に、チューブ２０の端部のサイズが第２フランジ４５の開口のサイズより小さいか又はこれと同一である場合、最後の工程ｄ）は、チューブ２０の端部２２をコレクタプレート４の穴部４３に挿入する第１サブ工程と、チューブ２２の端部２２に第１フレア２３と支持エリア２４とを作製する第２サブ工程と、を有し得る。この第１サブ工程を図６に示す。チューブ２０の端部２２が第２フランジ４５の開口のサイズより小さいか又はこれと同一であるため、挿入を行うことは容易であり、また、図７及び図８に示すように、第１フレア２３及び支持エリア２４を形成することにより、圧縮性シール４１は圧縮される。第１フレア２３及び支持エリア２４は、例えば、チューブ２０の端部の形状に対応する形状を有するポンチを使用することにより作製され得る。

他の実施形態によれば、チューブ２０の端部２２をコレクタプレート４の穴部４３に挿入して圧縮性シール４１の第２フランジ45を圧縮する工程ｄ）は、チューブ２０の端部２２をコレクタプレート４の穴部４３に圧入する工程であり得る。圧縮性シール４１が圧縮されるように、少なくともチューブ２０の端部２２は、第２フランジ４５の開口よりサイズが大きい。これは、図６に示すように、チューブ２０全体が概してサイズが大きいためか、或いは、図７及び図８に示すように、第１フレア２３及び支持エリア２４がチューブ２０の端部２２に前もって作製されているためである。

また、この製造方法は、図１、図２及び図８に示すように、圧縮性シール４１の上方に延在する少なくとも１つの第２フレア２５を作製する追加の工程を有し得る。この第２フレア２５は、チューブ２０の端部２２の限定された部分に亘って作製され得る。

したがって、本発明による熱交換器１は、ろう付けされたバンドル２に起因して最適な伝熱性能を提供するとともに、バンドル２とコレクタプレート４との機械的な接続に起因して温度変動に対するより改善された耐性を提供することが明らかである。

Claims

○互いに対して平行に配設された複数のチューブ（２０）と、前記チューブ（２０）の間に配設されたスペーサ（２１）とを有するチューブバンドル（２）と、
○第１フランジ（４４）によりそれぞれ画成された穴部（４３）であって、前記チューブ（２０）の端部（２２）が挿入される穴部（４３）を有するコレクタプレート（４）と、
を有する熱交換器（１）において、
前記チューブバンドル（２）はろう付けされ、
前記コレクタプレート（４）は、第２フランジ（４５）を形成する少なくとも１つの圧縮性シール（４１）を有し、
前記チューブ（２０）の前記端部（２２）と前記対応する第１フランジ（４３）との間に緊密なシールを提供するように、前記第２フランジ（４５）は、前記第１フランジ（４３）と前記チューブ（２０）の前記端部（２２）との間で圧縮される、
ことを特徴とする熱交換器（１）。
各チューブ（２０）の少なくとも前記端部（２２）は、長円形の断面を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器（１）。
前記チューブ（２０）の前記端部（２２）は、第１フレア（２３）と、前記圧縮性シール（４１）を圧縮する支持エリア（２４）と、を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器（１）。
前記チューブ（２０）の前記端部（２２）は、前記圧縮性シール（４１）の上方に延在する少なくとも１つの第２フレア（２５）を有する、
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（１）。
前記第２フレア（２５）は、前記チューブ（２０）の前記端部（２２）の限定された部分に亘って作製される、
ことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器（１）。
前記第２フランジの圧縮率は、１０％乃至５０％、好適には２５％乃至３５％である、
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（１）。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換器（１）を製造するための方法において、
ａ）互いに対して平行に配設された複数のチューブ（２０）と、前記チューブ（２０）の間に配設されたスペーサ（２１）とを有するチューブバンドル（２）を組立てる工程と、
ｂ）前記チューブ（２０）を前記スペーサ（２１）にろう付けする工程と、
ｃ）前記チューブ（２０）の端部（２２）に対応する断面を有する第１フランジ（４４）によって画成された穴部（４３）が設けられているとともに、それぞれ前記穴部（４３）を通って係合されるのに適した第２フランジ（４５）を形成する圧縮性シール（４１）を有するコレクタプレート（４）を組立てる工程と、
ｄ）前記チューブ（２０）の前記端部（２２）を、前記コレクタプレート（４）の前記穴部（４３）に挿入して、前記圧縮性シール（４１）の前記第２フランジ（４５）を圧縮する工程と、を有する、
ことを特徴とする方法。
前記チューブ（２０）の前記端部（２２）を、前記コレクタプレート（４）の前記穴部（４３）に挿入して前記第２フランジ（４５）を圧縮する工程ｄ）は、前記チューブ（２０）の前記端部（２２）を前記コレクタプレート（４）の前記穴部（４３）に挿入する第１サブ工程と、前記チューブ（２０）の前記端部（２２）に第１フレア（２３）と支持エリア（２４）とを作製する第２サブ工程と、を有する、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記チューブ（２０）の前記端部（２２）を、前記コレクタプレート（４）の前記穴部（４３）に挿入して前記第２フランジ（４５）を圧縮する工程ｄ）は、前記チューブ（２０）の前記端部（２２）を前記コレクタプレート（４）の前記穴部（４３）に圧入する工程であり、
少なくとも前記端部（２２）は、前記第２フランジ（４５）の開口よりサイズが大きい、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記チューブ（２０）の前記端部（２２）に、前記圧縮性シール（４１）の上方に延在する少なくとも１つの第２フレア（２５）を作製する工程を更に有する、
ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の方法。
前記第２フレア（２５）は、前記チューブ（２０）の前記端部（２２）の限定された部分に亘って作製される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。