JP5612878B2 - 熱交換器 - Google Patents

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本発明は、コアの端部にエンドプレートを備えた熱交換器に関するものである。
従来から、コアの端部にエンドプレートを備えた熱交換器が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。エンドプレートは、プレス加工により、コアに沿って延びる底壁部と、この底壁部から互いに間隔をあけて立ち上がる一対の側壁部とを有する略コ字状に形成されている。
特許文献1の熱交換器は、ヘッダタンクの端部のキャップにエンドプレートとの連結部を設け、この連結部をエンドプレートの両側壁部間に差し込んで、連結部とエンドプレートとをろう付け接合するようにしている。
また、特許文献2の熱交換器は、エンドプレートの両側壁部の端部にヘッダタンクとの連結部をそれぞれ設け、これら連結部をヘッダタンクの周壁部に対し外側から当ててろう付け接合するようにしている。
特許文献1、2のようにエンドプレートをヘッダタンクに連結することで熱交換器全体としての剛性を向上させることが可能になる。
特開平9−126685号公報 特開2002−323297号公報
ところで、一般に、曲げ加工を施した被加工物には、加工後に元の形状に戻ろうとする、いわゆるスプリングバック現象が発生する。特許文献1、2のエンドプレートにスプリグバック現象が発生すると、両側壁部が開くように微小変形することになる。特許文献1の構造においてエンドプレートの両側壁部が開くと、それらの間に配置されているキャップの連結部と両側壁部との間に隙間ができてろう付け不良の原因となるので、キャップの連結部とエンドプレートの両側壁部とをろう付け前に溶接等しておかなければならず、工数が増加してコスト高の要因となる。
また、特許文献2の構造では、エンドプレートの両側壁部の連結部をヘッダタンクの周壁部に対し外側から当てているので、エンドプレートにスプリグバック現象が発生して両側壁部が開くと、両側壁部の連結部とヘッダタンクとの間に隙間ができる。よって、特許文献2の構造においても、ろう付け前の溶接等が必要で、コスト高を招く。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンドプレートの側壁部とヘッダタンクとを連結して剛性の向上を図る場合に、エンドプレートにスプリングバック現象が発生した際、ろう付け前の溶接等を省略していても、エンドプレートの側壁部とヘッダタンクとのろう付けを確実に行えるようにすることにある。
上記目的を達成するために、本発明では、エンドプレートの側壁部に、ヘッダタンクへ差し込まれる差し込み部を形成し、この差し込み部をヘッダタンクの内面に当接させてろう付けするようにした。
第1の発明は、チューブを有するコアと、上記コアのチューブが接続されるヘッダタンクと、上記コアの端部に配設されたプレス成形材からなるエンドプレートとを備え、上記エンドプレートを上記ヘッダタンクに連結するように構成された熱交換器において、 記エンドプレートは、上記コアに沿って延びる底壁部と、該底壁部から互いに間隔をあけて立ち上がるように形成された第1及び第2側壁部とを備え、該第1及び第2側壁部の上記ヘッダタンク側には、第1及び第2差し込み部が形成され、上記ヘッダタンクは、上記コア側を構成するヘッダプレートと、上記コアとは反対側を構成するタンクプレートとを組み合わせて構成されており、上記ヘッダプレートは、上記コア側へ向けて湾曲する湾曲部と、該湾曲部の両縁部からそれぞれ上記コアとは反対側へ向けて延びる平坦部とを有し、上記タンクプレートは、上記コアとは反対側へ向けて湾曲する湾曲部と、該湾曲部の両縁部からそれぞれ上記コア側へ向けて延び、上記ヘッダプレートの平坦部の外面にろう付けされる平坦部とを有し、上記ヘッダプレートの両平坦部には、上記エンドプレートの配設位置に対応する部位に、切り欠き部が形成され、該切り欠き部と上記タンクプレートの平坦部の内面とにより、上記エンドプレートの第1及び第2差し込み部が差し込まれる第1及び第2差し込み孔が形成され、上記ヘッダプレートの湾曲部における平坦部側には、上記第1及び第2差し込み部を上記第1及び第2差し込み孔へ案内するとともに、上記タンクプレートの平坦部の内面に当接するように位置付けるための案内面が設けられ、上記第1及び第2差し込み部は上記タンクプレートの平坦部の内面にろう付けされていることを特徴とするものである。
この構成によれば、ヘッダタンクに差し込まれた第1差し込み部は、その第2側壁部と反対側の面がヘッダタンクの内面に当接し、第2差し込み部は、その第1側壁部と反対側の面がヘッダタンクの内面に当接している。この状態でエンドプレートにスプリングバック現象が発生すると、第1及び第2側壁部が互いに離れる方向に変位するので、第1差し込み部は第2側壁部から離れる方向に変位してヘッダタンクの内面に圧接し、また、第2差し込み部は第2側壁部から離れる方向に変位してヘッダタンクの内面に圧接する。従って、ろう付け前に溶接等をすることなく、第1及び第2差し込み部をヘッダタンクの内面に密着させてろう付けすることが可能になる
の発明は、第の発明において、ヘッダタンクには、エンドプレートをかしめ固定するためのかしめ部が設けられていることを特徴とするものである。
この構成によれば、ろう付け中にエンドプレートが動いてしまうのを抑制することが可能になる。
の発明は、第1または2の発明において、ヘッダタンクのエンドプレート側には、第3差し込み孔が形成され、エンドプレートの底壁部には、上記第3差し込み孔に差し込まれる第3差し込み部が形成され、該第3差し込み部が上記第3差し込み孔の周縁部にろう付けされていることを特徴とするものである。
この構成によれば、エンドプレートの第3差し込み部がヘッダタンクの第3差し込み孔へ差し込まれて該差し込み孔の周縁部にろう付けされるので、エンドプレートとヘッダタンクとがより強固に連結されることになる。
第1の発明によれば、エンドプレートの第1差し込み部における第2側壁部と反対側の面をヘッダタンクの内面に当接させ、第2差し込み部における第1側壁部と反対側の面をヘッダタンクの内面に当接させるようにしたので、エンドプレートにスプリングバック現象が発生した場合に、第1及び第2差し込み部をヘッダタンクの内面に圧接させることができる。これにより、ろう付け前の溶接を行うことなく、両差し込み部をヘッダタンクの内面に確実にろう付けすることができるので、コストを低減することができる
の発明によれば、ヘッダタンクにエンドプレートをかしめ固定するためのかしめ部を設けたので、エンドプレートの動きを抑制してエンドプレートをヘッダタンクに確実にろう付けできる。
の発明によれば、ヘッダタンクのエンドプレート側に第3差し込み孔を形成し、エンドプレートの底壁部に第3差し込み孔に差し込まれてろう付けされる第3差し込み部を形成したので、エンドプレートとヘッダタンクとの連結部を増やすことができ、熱交換器の剛性をより一層高めることができる。
実施形態にかかる熱交換器の正面図である。 図1におけるII−II線断面図である。 エンドプレートの第1及び第2差し込み部をヘッダタンクに差し込む場合を説明する平面図である。 エンドプレートの第1及び第2差し込み部をヘッダタンクに差し込む場合を説明する正面図である。 エンドプレートの第1及び第2差し込み部をヘッダタンクに差し込む場合を説明する斜視図である。 変形例1にかかる図5相当図である。 変形例2にかかる図2相当図である。 変形例3にかかる図5相当図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
図1は、本発明にかかる熱交換器1を示すものである。この熱交換器1は、車両の空調装置の一部を構成する冷凍サイクルの凝縮器である。熱交換器1は、チューブ2及びフィン3を上下方向に交互に積層してなるコア4と、チューブ2の長手方向両端部に配設されたヘッダタンク5,5と、コア4の上下両端部にそれぞれ配設されたエンドプレート6,6とを備えている。
チューブ2は、外部空気の通過方向に長い断面形状を有する偏平チューブであり、アルミニウム合金で構成されている。フィン3は、外部空気の通過方向から見て波形に形成されたコルゲートフィンであり、これもアルミニウム合金で構成されている。チューブ2とフィン3との接合面同士がろう付けされている。
ヘッダタンク5は、図4にも示すように、チューブ2及びフィン3の積層方向に延びる筒状をなしており、図2及び図3に示すように、コア4側のヘッダプレート15と、コア4と反対側のタンクプレート16とを組み合わせて構成されている。ヘッダプレート15及びタンクプレート16は、共に、アルミニウム合金製の板材からなるものである。
ヘッダプレート15は、コア4側においてヘッダタンク5外方へ向けて湾曲する湾曲部15aと、湾曲部15aの幅方向両縁部からコア4と反対側へ向けて略平坦に延びる第1及び第2平坦部15b,15cとを備えており、全体として、コア4と反対側が開放する略U字状断面を有するように形成されている。
ヘッダプレート15の湾曲部15aには、コア4のチューブ2の端部が挿入される挿入孔(図示せず)が形成されている。この挿入孔にチューブ2の端部が挿入された状態で該挿入孔の周縁部にろう付けされるようになっている。これにより、チューブ2とヘッダタンク5とが接続された状態となる。
図5に示すように、ヘッダプレート15の第1平坦部15bには、エンドプレート6の配設位置に対応する部位に、第1切り欠き部15dが形成されている。第2平坦部15cにも、エンドプレート6の配設位置に対応する部位に、第2切り欠き部15eが形成されている。
タンクプレート16は、ヘッダプレート15の湾曲部15aと対向する部位においてヘッダタンク5外方へ湾曲する湾曲部16aと、湾曲部16aの幅方向両縁部からコア4側へ向けて略平坦に延びる第1及び第2平坦部16b,16cとを備えており、全体として、コア4側に開放する略U字状断面を有するように形成されている。
タンクプレート16の第1及び第2平坦部16b,16cの間に、ヘッダプレート15の第1及び第2平坦部15b,15cが配置されるようになっている。図3に示すように、タンクプレート16の第1平坦部16bの内面は、ヘッダプレート15の第1平坦部15bの外面に沿って延びており、第1平坦部16bの内面と第1平坦部15bの外面とがろう付けされている。また、タンクプレート16の第2平坦部16cの内面は、ヘッダプレート15の第2平坦部15cの外面に沿って延びており、第2平坦部16cの内面と第2平坦部15cの外面とがろう付けされるようになっている。
図5に示すように、第1切り欠き部15dと、タンクプレート16の第1平坦部16bの内面とにより、第1差し込み孔A1が形成される。第1差し込み孔A1はヘッダタンク5の長手方向に長い形状とされている。第1差し込み孔A1の幅は、エンドプレート6の板厚と略同じか、若干広めの寸法に設定されている。
また、第2切り欠き部15eと、タンクプレート16の第2平坦部16cの内面とにより、同様な第2差し込み孔A2が形成される。第1及び第2差し込み孔A1,A2には、詳細は後述するが、エンドプレート6の第1及び第2差し込み部6d,6fが差し込まれる。
ヘッダプレート15の外面において、湾曲部15aの第1平坦部15b側の部分は、第1差し込み部6dを第1差し込み孔A1へ導くための第1案内面15gとされている。第1案内面15gは、第1差し込み孔A1へ向かって滑らかに湾曲して延びており、第1差し込み孔A1の縁部に連なっている。
また、ヘッダプレート15の外面において、湾曲部15aの第2平坦部15c側の部分は、第2差し込み部6fを第2差し込み孔A2へ導くための第2案内面15hとされている。第2案内面15hは、第2差し込み孔A2へ向かって滑らかに湾曲して延びており、第2差し込み孔A2の縁部に連なっている。尚、左側ヘッダタンク5の下側、右側ヘッダタンク5の上側及び下側は、左側ヘッダタンク5の上側と同様に構成されている。
図1や図4に示すように、ヘッダタンク5の両端部には、該端部の開口を閉塞するためのキャップ8,8がそれぞれ設けられている。各キャップ8はアルミニウム合金製であり、ヘッダタンク5にろう付けされている。
尚、図示しないが、キャップは、ヘッダタンク5の端部でなくてもよく、例えば、ヘッダタンク5の第1及び第2差し込み孔A1,A2と、最外部のチューブ2との間に設けてもよい。こうすることで、ヘッダタンク5内の冷媒が第1及び第2差し込み孔A1,A2に達しない。これにより、エンドプレート6の第1及び第2差し込み部6d,6fが、ヘッダタンク5の第1及び第2差し込み孔A1,A2に完全にろう付けされていなくても、冷媒の洩れを心配せずに済む。
また、図1における左側のヘッダタンク5には、冷媒の流入管10が接続されている。また、図1における右側のヘッダタンク5には、冷媒の排出管11が接続されている。
上側及び下側のエンドプレート6,6は同じものであるため、以下、上側のエンドプレート6について詳細に説明する。
エンドプレート6は、コア4の上端部に配設されたフィン3に沿って延びる底壁部6aと、底壁部6aの外部空気流れ方向両縁部から上方へ延びる第1側壁部6b及び第2側壁部6cとを備えた断面コ字状の部材である。エンドプレート6はアルミニウム合金の板材をプレス成形してなるものである。
図3〜図4に示すように、第1側壁部6bの左端部には、第1差し込み部6dが形成されている。第1差し込み部6dは、底壁部6aよりも左側へ延出する板状をなし、上下方向に延びている。第1差し込み部6dの基端側には屈曲部6eが形成されている。図3に示すように、この屈曲部6eは、第2側壁部6cから離れる側に折り曲げられており、これにより、第1差し込み部6dの略全体が第1側壁部6bの他の部分に比べて第2側壁部6cから離れるようになる。図2に示すように、第1差し込み部6dの第1差し込み孔A1への差し込み深さは、第1差し込み部6dの先端がヘッダタンク5の左右方向中央部近傍となるように設定されている。
第1差し込み孔A1に差し込まれた第1差し込み部6dは、該第1差し込み部6dの第2側壁部6cと反対側の面がヘッダタンク5の内面、即ち、タンクプレート16の第1平坦部16bの内面に接触するように位置付けられている。
また、第2側壁部6cには、第1差し込み部6dと同様な第2差し込み部6fが形成され、この差し込み部6fの基端側には、屈曲部6gが形成されている。図3に示すように、屈曲部6gは、第1側壁部6bから離れる側に折り曲げられており、これにより、第2差し込み部6fの略全体が第2側壁部6cの他の部分に比べて第1側壁部6bから離れるようになる。図2に示すように、この第2差し込み部6fは、第2差し込み孔A2へ差し込まれた状態で、該第2差し込み部6fの第1側壁部6bと反対側の面がヘッダタンク5の内面、即ち、タンクプレート16の第2平坦部16cの内面に接触するように位置付けられている。
次に、上記のように構成された熱交換器1の製造要領について説明する。チューブ2及びフィン3を交互に積層してコア4を構成し、ヘッダプレート15とタンクプレート16とを組み合わせてヘッダタンク5を構成する。ヘッダタンク5には、第1及び第2差し込み孔A1,A2が形成される。コア4のチューブ2及びフィン3の積層方向の端部には、エンドプレート6,6をそれぞれ配置する。
そして、チューブ2の端部をヘッダタンク5の挿入孔に挿入するとともに、エンドプレート6の第1及び第2差し込み部6d,6fを第1及び第2差し込み孔A1,A2に差し込む。
第1差し込み部6dを第1差し込み孔A1へ差し込む際、ヘッダタンク5の外面には、第1案内面15gが形成されているので、第1差し込み部6dが第1差し込み孔A1に対し多少ずれていても、第1案内面15gにより第1差し込み孔A1へ導かれる。また、第2差し込み部6fも第2案内面15hにより第2差し込み孔A2へ導かれる。これにより、第1及び第2差し込み部6d,6fを差し込む際の作業性が良好になる。
第1差し込み部6dが第2差し込み孔A1に差し込まれると、図2に示すように、第1差し込み部6dにおける第2側壁部6cと反対側の面がヘッダタンク5の内面に当接する。また、第2差し込み部6fが第2差し込み孔A2に差し込まれると、第2差し込み部6fにおける第1側壁部6bと反対側の面がヘッダタンク5の内面に当接する。
この状態で、エンドプレート6にスプリングバック現象が発生して、第1側壁部6b及び第2側壁部6cが互いに離れる方向に変位しようとした場合を想定する。第1側壁部6bが第2側壁部6cから離れる方向に変位しようとすると、第1差し込み部6dは、図2の矢印X方向へ変位しようとする。このX方向は、第1差し込み部6dがヘッダタンク5の内面に圧接する方向である。一方、第2側壁部6cが第1側壁部6bから離れる方向に変位しようとすると、第2差し込み部6fは、図2の矢印Y方向へ変位しようとする。このY方向は、X方向と反対側であり、第2差し込み部6fがヘッダタンク5の内面に圧接する方向である。
このように、エンドプレート6にスプリングバック現象が発生した際、両差し込み部6d,6fは、ヘッダタンク5の内面に圧接する方向に変位しようとするので、ろう付け前に溶接等しなくても、両差し込み部6d,6fをヘッダタンク5の内面に密着させておくことができる。つまり、エンドプレート6のスプリングバック現象を利用して、両差し込み部6d,6fがヘッダタンク5の内面から離れないようにすることができる。
そして、熱交換器1をろう付け用の炉内に搬送して各部のろう付けを行う。このとき、上述の如く第1及び第2差し込み部6d,6fがヘッダタンク5の内面に密着しているので、第1及び第2差し込み部6d,6fをヘッダタンク5の内面に確実にろう付けできる。
以上説明したように、この実施形態にかかる熱交換器1によれば、エンドプレート6の第1差し込み部6dにおける第2側壁部6cと反対側の面をヘッダタンク5の内面に当接させ、第2差し込み部6fにおける第1側壁部6bと反対側の面をヘッダタンク5の内面に当接させるようにしたので、エンドプレート6にスプリングバック現象が発生した場合に、第1及び第2差し込み部6d,6fをヘッダタンク5の内面に圧接させることができる。これにより、ろう付け前の溶接をすることなく、両差し込み部6d,6fをヘッダタンク5の内面に確実にろう付けすることができるので、コストを低減することができる。
また、ヘッダタンク5の周壁部外面に第1及び第2案内面15g,15hを形成してエンドプレート5の第1及び第2差し込み部6d,6fを第1及び第2差し込み孔A1,A2へそれぞれ案内するようにしたので、製造時の作業性を良好にすることができる。
尚、上記実施形態では、ヘッダタンク5のヘッダプレート15に切り欠き部15d,15eを形成し、この切り欠き部15d,15eで第1及び第2差し込み孔A1,A2の一部を構成しているが、これに限らず、例えば、図6に示す変形例1のように、ヘッダプレート15におけるエンドプレート6の第1及び第2差し込み部6d,6fに対向する部位に、第1及び第2凹部30,31を形成してもよい。第1凹部30と、タンクプレート16の第1平坦部16bの内面とにより、第1差し込み孔A1が形成される。また、第2凹部31と、タンクプレート16の第2平坦部16cの内面とにより、第2差し込み孔A2が形成される。この変形例1では、第1差し込み部6dの広い範囲を第1凹部30の内面で支持することが可能になり、また、第2差し込み部6fの広い範囲を第2凹部31の内面で支持することが可能になる。これにより、第1及び第2差し込み部6d,6fのヘッダタンク5に対するろう付けを確実に行うことができる。
また、図7に示す変形例2のように、ヘッダタンク5には、エンドプレート6をかしめ固定するための第1及び第2かしめ部40,41を設けてもよい。第1かしめ部40は、第1平坦部16bの縁部に設けられており、第2平坦部16c側へ向けて折り曲げられて、エンドプレート6の屈曲部6eに圧接するようになっている。また、第2かしめ部41は、第2平坦部16cの縁部に設けられており、第1平坦部16b側へ向けて折り曲げられて、屈曲部6gに圧接するようになっている。これにより、エンドプレート6の動きを抑制でき、エンドプレート6をヘッダタンクに確実にろう付けできる。
また、図8に示す変形例3のように、ヘッダタンク5のエンドプレート6側には、第3差し込み孔50を形成し、また、エンドプレート6の底壁部6aに第3差し込み孔50に差し込まれる第3差し込み部51を形成し、第3差し込み部51を第3差し込み孔50の周縁部にろう付けするようにしてもよい。第3差し込み孔50は、ヘッダプレート15の湾曲部15aに開口し、ヘッダタンク5の周方向に延びるスリットで構成されている。第3差し込み部51は、エンドプレート6の底壁部6aから延出する板状に形成されている。第3差し込み部51の先端部は、湾曲している。第3差し込み部51を第3差し込み孔50の周縁部にろう付けすることで、ヘッダタンク5とエンドプレート6との連結部を増やすことができ、熱交換器1の剛性をより一層高めることができる。
尚、本発明は、凝縮器のみならず、例えばラジエータやオイルクーラ等、各種熱交換器に適用することが可能である。
また、本発明は、エンドプレート6の剛性が向上するので、エンドプレート6を直接車両に固定する場合や、エンドプレート6に別体のブラケットを取り付けて該ブラケットを車両に固定する構造とする場合に特に有効である。
以上説明したように、本発明は、例えば、空調装置の凝縮器に適用できる。
1 熱交換器
2 チューブ
3 フィン
4 コア
5 ヘッダタンク
6 エンドプレート
6a 底壁部
6b 第1側壁部
6c 第2側壁部
6d 第1差し込み部
6f 第2差し込み部
15g 第1案内面
15h 第2案内面
30 第1凹部
31 第2凹部
40 第1かしめ部
41 第2かしめ部
50 第3差し込み孔
51 第3差し込み部
A1,A2 第1,第2差し込み孔

Claims (3)

  1. チューブを有するコアと、
    上記コアのチューブが接続されるヘッダタンクと、
    上記コアの端部に配設されたプレス成形材からなるエンドプレートとを備え、
    上記エンドプレートを上記ヘッダタンクに連結するように構成された熱交換器において、
    記エンドプレートは、上記コアに沿って延びる底壁部と、該底壁部から互いに間隔をあけて立ち上がるように形成された第1及び第2側壁部とを備え、該第1及び第2側壁部の上記ヘッダタンク側には、第1及び第2差し込み部が形成され、
    上記ヘッダタンクは、上記コア側を構成するヘッダプレートと、上記コアとは反対側を構成するタンクプレートとを組み合わせて構成されており、
    上記ヘッダプレートは、上記コア側へ向けて湾曲する湾曲部と、該湾曲部の両縁部からそれぞれ上記コアとは反対側へ向けて延びる平坦部とを有し、
    上記タンクプレートは、上記コアとは反対側へ向けて湾曲する湾曲部と、該湾曲部の両縁部からそれぞれ上記コア側へ向けて延び、上記ヘッダプレートの平坦部の外面にろう付けされる平坦部とを有し、
    上記ヘッダプレートの両平坦部には、上記エンドプレートの配設位置に対応する部位に、切り欠き部が形成され、該切り欠き部と上記タンクプレートの平坦部の内面とにより、上記エンドプレートの第1及び第2差し込み部が差し込まれる第1及び第2差し込み孔が形成され、
    上記ヘッダプレートの湾曲部における平坦部側には、上記第1及び第2差し込み部を上記第1及び第2差し込み孔へ案内するとともに、上記タンクプレートの平坦部の内面に当接するように位置付けるための案内面が設けられ、
    上記第1及び第2差し込み部は上記タンクプレートの平坦部の内面にろう付けされていることを特徴とする熱交換器。
  2. 請求項に記載の熱交換器において、
    ヘッダタンクには、エンドプレートをかしめ固定するためのかしめ部が設けられていることを特徴とする熱交換器。
  3. 請求項1または2に記載の熱交換器において、
    ヘッダタンクのエンドプレート側には、第3差し込み孔が形成され、
    エンドプレートの底壁部には、上記第3差し込み孔に差し込まれる第3差し込み部が形成され、該第3差し込み部が上記第3差し込み孔の周縁部にろう付けされていることを特徴とする熱交換器。
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