JP2023140092A - ヘッダプレートレス型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッダプレートレス型熱交換器におけるセパレータの構造を簡略化すること。【解決手段】 端部１ｄが径方向に膨出する膨出部１ｅを含む偏平チューブ１と、多数の偏平チューブ１がそれらの膨出部１ａを互いに合わせて積層されてなるコア２と、コア２の少なくとも一端に設けられたヘッダ３と、を具備し、ヘッダ３を介して各偏平チューブ１内に第１流体４が流通する熱交換器において、ヘッダ３が、平面状の積層部３ｂを有する複数の筒状部品３ａからなり、筒状部品３ａのコア２側には、コア２の端部２ｄの外周を被嵌する枠部３ｃが形成されており、各筒状部品３ａが積層部３ｂで偏平チューブ１の積層方向と同じ方向へ積層されたものとする。【選択図】図４Ａ

Description

ヘッダプレートレス型熱交換器における部品形状の簡易化に関する。

従来のヘッダプレートレス型熱交換器として、下記特許文献１が知られている。
図７は、従来のヘッダプレートレス型熱交換器の分解斜視図であり、図８Ａは、同熱交換器を組み立てた状態の断面図であり、図８Ｂは図８ＡのＢ部拡大図である。
この熱交換器は、ＥＧＲクーラ等に利用されるものであり、偏平チューブ２１を積層したコア２２が形成され、そのコア２２の端部２２ｄにヘッダ２３が被嵌されている。
この熱交換器のコア２２は、図７及び図８Ａに示す如く、その流路を折り返す多パス構造が採用されており、ヘッダ２３にセパレータ２７が取付けられ、そのセパレータ２７の先端が偏平チューブ２１の積層方向の中間位置に接触し、接合されているものである。

特許第６２７６０５４号公報

図７及び図８Ａに示すような流路を折り返す熱交換器を採用する場合、セパレータ２７が必要となり、流路を折り返さない熱交換器に対し、部品点数が増加する。また、ヘッダ２３にセパレータ２７を取付けるため、図８Ｂに示す如く、座面２３ａを設ける必要があり、ヘッダ２３の構造が複雑になり、加工性が悪化する。さらに、ヘッダ２３内の座面２３ａにより、第１流体２４の流路が狭くなり、圧力損失が増大する。
なお、ヘッダ２３に接合するフランジ３１の形状は、ヘッダ２３の形状に合わせる必要がある。例えば、ヘッダ２３の形状が座面２３ａ等の追加により複雑になった場合、図７に記載の如く、フランジ３１の形状も座面２３ａに整合する構成の追加により複雑になり、フランジ３１の成形性の低下、品質の低下、製造コストの増加を招く。
また、熱交換器のコア２２内に高温流体を流通させる際、ヘッダ２３の熱応力の対策のため、ヘッダ２３に橋渡しなどの補強形状を追加する場合がある。ヘッダ２３に補強形状を追加した場合、ヘッダ２３の形状が複雑になり、成型性が低下し、品質が低下し、製造コストがかかる。

本願の各発明は、上記問題点を解決するため、ヘッダプレートレス型熱交換器のヘッダ２３の形状の簡素化、及びその熱交換器の品質向上、コスト低減が可能な構造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、端部１ｄが径方向に膨出する膨出部１ｅを含む偏平チューブ１と、
多数の偏平チューブ１が、それらの膨出部１ｅを互いに合わせて積層されてなるコア２と、
コア２の少なくとも一端に設けられたヘッダ３と、
を具備し、
ヘッダ３を介して各偏平チューブ１内に第１流体４が流通するヘッダプレートレス型熱交換器において、
前記ヘッダ３は、平面状の積層部３ｂを有する複数の筒状部品３ａからなり、
筒状部品３ａのコア２側には、コア２の端部２ｄに接する枠部３ｃが形成されており、
各筒状部品３ａが前記積層部３ｂで偏平チューブ１の積層方向と同じ方向へ積層されたヘッダプレートレス型熱交換器である。

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型熱交換器において、
積層された筒状部品３ａの隣接する各積層部３ｂがヘッダ３のセパレータ７を形成し、
コア２の他端にＵターン部５ａを有するタンク５が配置され、
第１流体４が、複数のうちの少なくとも１つの前記筒状部品３ａを通ってコア２内に流入し、前記タンク５のＵターン部５ａを介して、他の筒状部品３ａを通ってコア２から流出するヘッダプレートレス型熱交換器である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載のヘッダプレートレス型熱交換器において、
筒状部品３ａのうち、少なくとも２つは同一の形状であるヘッダプレートレス型熱交換器である。

請求項４に記載の本発明は、請求項１～請求項３のいずれかに記載のヘッダプレートレス型熱交換器において、
隣接された各筒状部品３ａの積層部３ｂの端部３ｄと、偏平チューブ１の膨出部１ｅで積層されている部分の端部１ｄとが接合しているヘッダプレートレス型熱交換器である。

請求項５に記載の本発明は、請求項１～請求項３のいずれかに記載のヘッダプレートレス型熱交換器において、
並列された各筒状部品３ａの積層部３ｂの端部３ｄと、偏平チューブ１の端部１ｄとの間にラビリンスシール６が形成され、それにより少なくとも１つの筒状部品３ａに接続された偏平チューブ１の流路と、他の筒状部品３ａに接続された偏平チューブ１の流路とが仕切られたヘッダプレートレス型熱交換器である。

請求項１に記載の発明のヘッダプレートレス型熱交換器は、ヘッダ３が平面状の積層部３ｂを有する複数の筒状部品３ａからなり、筒状部品３ａのコア２側に、コア２の端部２ｄに接する枠部３ｃが形成されており、各筒状部品３ａが前記積層部３ｂで偏平チューブ１の積層方向と同じ方向へ積層されたものである。
この構成により、各筒状部品３ａが積層部３ｂで積層されているため、筒状部品３ａのつなぎ目からヘッダ３の外側への第１流体４の洩れを防止することができる。また、隣接する積層部３ｂにより、ヘッダ３の剛性を容易に高めることができる。
さらには、ヘッダ３の構成を複雑化せずに、筒状部品３ａの組み合わせにより、適宜大きさのヘッダ３を形成できる。
請求項１に記載のヘッダプレートレス型熱交換器の構成は、第１流体４がＵターンしない（熱交換器が多パス構造を有しない）熱交換器にも適用できる構成である。また、同一でない筒状部品３ａからなる場合にも、適用できる。
なお、請求項１に記載されたコア２の端部２ｄに接する枠部３ｃの状態には、コア２の端部２ｄが、ヘッダ３の枠部３ｃに被嵌される状態、コア２の端部２ｄとヘッダ３の枠部３ｃとが当接される状態が含まれる。

請求項２に記載のヘッダプレートレス型熱交換器のように、積層された筒状部品３ａの隣接する各積層部３ｂがヘッダ３のセパレータ７を形成し、コア２の他端にＵターン部５ａを有するタンク５を有し、第１流体４が、複数のうちの少なくとも１つの前記筒状部品３ａを通ってコア２内に流入し、前記タンク５のＵターン部５ａを介して、他の筒状部品３ａを通ってコア２から流出するものとした場合には、第１流体４がＵターンする（熱交換器が多パス構造を有する）構造において、従来の別体のセパレータ２７を廃止でき、部品種数を低減できる。また、ヘッダ３にセパレータ２７用の座面２３ａを形成する必要がないため、ヘッダ３の形状の簡素化ができる。さらに、セパレータ２７用の座面２３ａを形成する必要がないため、第１流体４の圧力損失を低減することができる。そして、ヘッダ３の構成が簡素化するため、ヘッダ３のセパレータ２７用の座面２３ａに、フランジ１１の形状を合わせる必要がなく、簡素化することが可能となる。

請求項３に記載のヘッダプレートレス型熱交換器のように、筒状部品３ａのうち、少なくとも２つは同一の形状である場合には、筒状部品３ａの統一が可能であり、部品種数を低減できる。

請求項４に記載のヘッダプレートレス型熱交換器のように、隣接された各筒状部品３ａの積層部３ｂの端部３ｄと、偏平チューブ１の膨出部１ｅで積層されている部分の端部１ｄとが接合している場合には、第１の筒状部品に接続された多数の偏平チューブ群（第１コア２ａ）の内部の流路と、第２の筒状部品に接続された偏平チューブ群（第２コア２ｂ）の内部の流路とが互いに分離され、各流路間の短絡を起こすことがない。

請求項５に記載のヘッダプレートレス型熱交換器のように、並列された各筒状部品３ａの積層部３ｂの端部３ｄと、偏平チューブ１の端部１ｄとの間にラビリンスシール６が形成され、それにより少なくとも１つの筒状部品３ａに接続された偏平チューブ１の流路と、他の筒状部品３ａに接続された偏平チューブ１の流路とが仕切られた場合には、第１の筒状部品に接続された多数の偏平チューブ群（第１のコア２ａ）の内部の流路と、第２の筒状部品に接続された偏平チューブ群（第２のコア２ｂ）の内部の流路とが互いに分離される。

本発明の第１実施例のヘッダプレートレス型熱交換器の分解斜視図。 同ヘッダプレートレス型熱交換器の構造を示す斜視図。 同ヘッダプレートレス型熱交換器のヘッダ３の構造を示す説明図であって、ヘッダ３を構成する筒状部品３ａの斜視図。 図３ＡのＢ－Ｂ矢視図。 筒状部品３ａの積層状態を示す斜視図。 図３ＣのＤ－Ｄ断面図。 同ヘッダプレートレス型熱交換器の構造を示す説明図であって、図２のＩＶ－ＩＶ矢視断面図。 図４ＡのＢ部拡大図。 同第１実施例の他の例を示す断面図。 本発明の第２実施例のヘッダプレートレス型熱交換器の要部拡大断面図。 従来のヘッダプレートレス型熱交換器の分解斜視図。 同熱交換器を組み立てた状態の断面図。 図８ＡのＢ部拡大図。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１実施例のヘッダプレートレス型熱交換器の分解斜視図であり、図２は同熱交換器の構造を示す斜視図である。図３Ａは同熱交換器のヘッダ３を構成する筒状部品３ａの斜視図であり、図３Ｂは図３ＡのＢ－Ｂ矢視図であり、図３Ｃは筒状部品３ａの積層状態を示す斜視図であり、図３Ｄは図３ＣのＤ-Ｄ断面図である。
図４Ａは図２のＩＶ－ＩＶ矢視断面図であり、図４Ｂは図４ＡのＢ部拡大図である。

この実施例の熱交換器は、図１に示す如く、端部１ｄが径方向に膨出する膨出部１ｅを含む偏平チューブ１と、多数の偏平チューブ１が、それらの膨出部１ｅを互いに合わせて積層されてなるコア２と、コア２の一端に配置されたヘッダ３を有する。
この例では、図１に示す如く、コア２の他端には、Ｕターン部５ａを構成するタンク５が配置されている。
各偏平チューブ１内には、第１流体４が流通する。

本発明のヘッダ３は、２つの筒状部品３ａからなる。
筒状部品３ａは、図１及び図３Ａ～図３Ｄに示す如く、平面状の積層部３ｂと、コア２の端部を被嵌する枠部３ｃと、フランジ取付部３ｅと、を有する。
筒状部品３ａのフランジ取付部３ｅ側は、図３Ａに示す如く、フランジ取付部３ｅと積層部３ｂが環状に形成されている。筒状部品３ａの枠部３ｃは、フランジ取付部３ｅからコア２の被嵌しろＷ（図３Ｂ，図３Ｄ）の分だけ、コア２側に延在されて形成されている（この例では、枠部３ｃの側面部分がフランジ取付部３ｅの側面部分より拡開する段付きに形成されている。ただし、段付きに形成しない設計とすることもできる。）。枠部３ｃは、積層部３ｂの端部３ｄからは延在していない。

このヘッダ３の枠部３ｃは、図３Ｃ，図３Ｄに示す如く、積層された状態で、コア２側の開口端が方形に形成されている。
また、ヘッダ３は、図３Ｃ，図３Ｄに示す如く、各筒状部品３ａの積層部３ｂを対向させた状態で、それらの積層部３ｂどうしの平面で積層される。
ヘッダ３の積層部３ｂが積層された部位は、ヘッダ３のセパレータ７を形成している。
この例では、熱交換器のヘッダ３のフランジ取付部３ｅの外周は、図３Ａ，図３Ｃに記載の如く、方形に形成されている。そのフランジ取付部３ｅの外周の大きさは、フランジ１１の内周の大きさに整合している。
このようにヘッダ３を形成することにより、ヘッダ３の構造が図７、図８Ａ，図８Ｂに示す従来構造より簡素化するため、フランジ１１の形状も本発明のヘッダ３の構造に合わせて簡素化することが可能となる。

この熱交換器のコア２は、図４Ａに示す如く、セパレータ７により、第１コア２ａと第２コア２ｂに分割されている。
コア２の端部２ｄがヘッダ３の枠部３ｃに被嵌された状態で、ヘッダ３のセパレータ７を構成する積層部３ｂの端部３ｄは、図４Ｂに示す如く、第１コア２ａと第２コアｂの境界を構成する偏平チューブ１ｃの膨出部１ｅの各端部１ｄとが当接している。
図３Ｂに示す如く、各積層部３ｂの端部３ｄは、枠部３ｃの端部からコア２の被嵌しろＷの分だけ、オフセットされている。コア２の端部２ｄの外周にヘッダ３の枠部３ｃを被嵌する場合は、筒状部品３ａの積層部３ｂがオフセットしている状態が好適である。
その当接部分は、ろう付または溶接により接合されている。
この例では、図４Ｂに示す如く、セパレータ７を構成する積層部３ｂの平面は、偏平チューブ１の当接位置の平面と平行となっている。
上記熱交換器に流入した第１流体４は、ヘッダ３の第１の筒状部品３ａを通って第１コア２ａ内に流入し、タンク５のＵターン部５ａを介して、第２の筒状部品３ａを通って第２コア２ｂから流出する。

なお、熱交換器のコア２の外周には、図１に示す如く、ケーシング１０が被嵌されている。このケーシング１０は、ケーシング１０の本体となる深溝形の第１部材１０ａと、浅い溝形の第２部材１０ｂとで形成することができる。また、各偏平チューブ１内には、図１，図４Ａ，図４Ｂに記載のごとく、インナフィン１３を内装してもよい。
そして、第２流体１２は、各偏平チューブ１の外面とケーシング１０の内面との間に流通し、第１流体４と熱交換をする。

図５は、第１実施例の他の例を示す断面図である。
この実施例のように、コア２の端部２ｄをヘッダ３の枠部３ｃに被嵌する形態だけでなく、枠部３ｃの端部３ｄとコア２の端部２ｄとを当接するようにしてもよい。この場合、各筒状部品３ａの積層部３ｂは、第１実施例と異なり、オフセットされていない。
この形態では、枠部３ｃの端部３ｄとコア２の端部２ｄとを当接するとともに、積層部３ｂの端部３ｄと前述の境界を構成する偏平チューブ１ｃの膨出部１ｅの各端部１ｄとが当接している。

図６は、本発明の第２実施例の熱交換器の要部拡大断面図である。
この例が、第１実施例と異なる点は、セパレータ７を構成する積層部３ｂの端部３ｄの形状である。
各筒状部品３ａの積層部３ｂの端部３ｄは僅かに曲折されており、筒状部品３ａが積層された状態で、図６に示す如く、セパレータ７の先端はその断面がＹ字状に形成される。
第１コア２ａと第２コアｂの境界を構成する偏平チューブ１ｃの各端部１ｄは、同図のように、セパレータ７のＹ字状の端部３ｄに挟まれる状態になる。
このようにしてなる各筒状部品３ａの積層部３ｂの端部３ｄと各偏平チューブ１ｃの端部１ｄとの間には、図６に示す如く、ラビリンスシール６が形成される。

第１コア２ａを構成する偏平チューブ１ａ、第２コア２ｂを構成する偏平チューブ１ｂは、第１実施例、第２実施例の図示の如く、それぞれ複数積層されて構成されていることが好ましいが、それに限らず、いずれかのコアが単体の偏平チューブ１で構成されていても良く、また、どちらのコア２ａ、２ｂも単体の偏平チューブ１で構成されていてもよい。この場合、ヘッダ３を構成する筒状部品３ａの寸法は、各コア２ａ、２ｂの寸法に合わせて変化する。筒状部品３ａを３つ以上積層する場合、ヘッダ３の枠部３ｃの寸法とコア２の端部２ｄの偏平チューブ１の積層の寸法に整合するようにする。
また、セパレータ７は１つだけでなく、ヘッダ３に複数形成することができる。
さらに、第１実施例では、コア２の他端側にタンク５を配置しているが、それに替えて、他端側にもヘッダ３を設けることもできる。

本願に係る各発明の構成は、ＥＧＲクーラ等の熱交換器に利用できる。

１ 偏平チューブ
１ａ 第１コア２ａを構成する偏平チューブ
１ｂ 第２コア２ｂを構成する偏平チューブ
１ｃ 境界を構成する偏平チューブ
１ｄ 端部
１ｅ 膨出部
２ コア
２ａ 第１コア
２ｂ 第２コア
２ｄ 端部

３ ヘッダ
３ａ 筒状部品
３ｂ 積層部
３ｃ 枠部
３ｄ 端部
３ｅ フランジ取付部

４ 第１流体
５ タンク
５ａ Ｕターン部
６ ラビリンスシール
７ セパレータ

１０ ケーシング
１０ａ 第１部材
１０ｂ 第２部材
１１ フランジ
１２ 第２流体
１３ インナフィン

２１ 偏平チューブ
２２ コア
２２ｄ 端部
２３ ヘッダ
２３ａ 座面
２４ 第１流体
２７ セパレータ
３１ フランジ
Ｗ 被嵌しろ

Claims (5)

1. 端部（１ｄ）が径方向に膨出する膨出部（１ｅ）を含む偏平チューブ（１）と、
   多数の偏平チューブ（１）が、それらの膨出部（１ｅ）を互いに合わせて積層されてなるコア（２）と、
   コア（２）の少なくとも一端に設けられたヘッダ（３）と、
   を具備し、
   ヘッダ（３）を介して各偏平チューブ（１）内に第１流体（４）が流通するヘッダプレートレス型熱交換器において、
   前記ヘッダ（３）は、平面状の積層部（３ｂ）を有する複数の筒状部品（３ａ）からなり、
   筒状部品（３ａ）のコア（２）側には、コア（２）の端部（２ｄ）に接する枠部（３ｃ）が形成されており、
   各筒状部品（３ａ）が前記積層部（３ｂ）で偏平チューブ（１）の積層方向と同じ方向へ積層されたヘッダプレートレス型熱交換器。
2. 請求項１に記載のヘッダプレートレス型熱交換器において、
   積層された筒状部品（３ａ）の隣接する各積層部（３ｂ）が、ヘッダ（３）のセパレータ（７）を形成し、
   コア（２）の他端にＵターン部（５ａ）を有するタンク（５）が配置され、
   第１流体（４）が、複数のうちの少なくとも１つの前記筒状部品（３ａ）を通ってコア（２）内に流入し、前記タンク（５）のＵターン部（５ａ）を介して、他の筒状部品（３ａ）を通ってコア（２）から流出するヘッダプレートレス型熱交換器。
3. 請求項１または請求項２に記載のヘッダプレートレス型熱交換器において、
   筒状部品（３ａ）のうち、少なくとも２つは同一の形状であるヘッダプレートレス型熱交換器。
4. 請求項１～請求項３のいずれかに記載のヘッダプレートレス型熱交換器において、
   隣接された各筒状部品（３ａ）の積層部（３ｂ）の端部（３ｄ）と、偏平チューブ（１）の膨出部（１ｅ）で積層されている部分の端部（１ｄ）とが接合しているヘッダプレートレス型熱交換器。
5. 請求項１～請求項３のいずれかに記載のヘッダプレートレス型熱交換器において、
   積層された各筒状部品（３ａ）の積層部（３ｂ）の端部（３ｄ）と、偏平チューブ（１）の端部（１ｄ）との間にラビリンスシール（６）が形成され、それにより少なくとも１つの筒状部品（３ａ）に接続された偏平チューブ（１）の流路と、他の筒状部品（３ａ）に接続された偏平チューブ（１）の流路とが仕切られたヘッダプレートレス型熱交換器。

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