JP5964295B2 - 熱交換器用のヘッダおよびこのヘッダを備える熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器用のヘッダまたはヘッダボックス、および、該ヘッダを備える熱交換器に関する。

該熱交換器は、排他的ではないが、車両に取り付けられるように構成され、好ましい用途では、熱交換器は、車両の空調ループまたは空調回路に設けられる凝縮器、または、エンジンの冷却ループまたは冷却回路に設けられるラジエータを形成する。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの熱交換器の他の用途が想起されてもよい。

一般に、このタイプの熱ループのための熱交換器は、平行チューブの束と、２つのヘッダとを備え、該２つのヘッダには、平行チューブの対応する端部が、固定密封態様で接続される。したがって、流体、例えばループ内で使用される冷却剤は、圧縮器と対向する上流側ヘッダから膨張器と対向する下流側ヘッダに、チューブを通じて流れることができ、該流体は、チューブを掃出する外部強制気流によって気相から液相に変えられ、チューブ内および／またはチューブ間のディスラプタまたはディバイダの追加によって増大するチューブの表面積が熱交換を最適化する。

このケースでは、熱交換器が蝋付けによって形成されるタイプのものであり、また、使用されるヘッダが２部品で設計されてもよく、これは“２部品ヘッダ”または“２部品ヘッダボックス”として知られている。

全体の形状が管状を成すこのタイプのヘッダは、
長手方向に開口する壁を有するヘッダプレートであって、平行な流体流れチューブの対応する端部を受けるように構成されたスロットを備えるヘッダプレートと、
組み付け後にヘッダプレートの長手方向開口を閉じ、かつ、流体の流れのための穴を画定する少なくとも１つの外部カラーを含む壁を有するカバーと、を含む。

また、関連するループの膨張器または圧縮器に通じる管路とヘッダとの間を接続するために、接続フランジが、既知の態様でヘッダに取り付けられる。特に、接続フランジは、この目的のために設けられるヘッダの穴と対向するように形成される内部流体通路を有し、かつ、一般にカバーの外部カラーを取り囲む。フランジは、圧着により固定されるが、その場合、ヘッダプレートの縁部が、カバー上に載置するフランジの対応する縁部上へ曲げられる。熱交換器は、特にヘッダプレート、ヘッダカバーおよびフランジ、ならびに、チューブが互いに組み付けられて密封されることを保証するために、蝋付け炉内に配置される。

特に他の隣接する熱交換器または車両のシャーシを含む車両の支持部品に熱交換器を固定するためのフランジなどの他のフランジがこれらのヘッダに取り付けられる場合もある。

このようにして満足できる結果が得られるが、これは、特にカラー上にコーティングを設ける結果としてフランジを位置決めして蝋付けできるようにするカラーと、アセンブリ全体の圧着とに起因するためであり、カラーを使用するこの解決策は、熱交換器の効率に関する問題も引き起こす。

これは、直径に沿って測定されるカラー壁の２重の厚さが、利用できる通路断面を著しく減少させる傾向があるからである。その結果、このポイントで圧力降下が増大する。

これは、各ヘッダのカバーとヘッダプレートの屈曲縁部との間でフランジが圧着される凝縮器タイプの熱交換器の上述のケースにおいて、より重大となる。したがって、カラーの内径、すなわち、冷却剤の流れのための穴の直径が、ヘッダの幅（避けられない空間制約に起因して増大し得ない幅）によって制限されるため、言い換えると、互いの方へ曲げられるプレートの２つの縁部の圧着幅と、通路を画定するフランジの２つの厚さと、カバーから延びるカラーの壁の２つの直径方向の厚さとによって決定されるため、カラーの穴の断面が制限される。

本発明の目的は、この欠点を克服することである。この目的のため、本発明に係る熱交換器用のヘッダは、内部流体通路を有する少なくとも１つの接続フランジを受けることができるタイプのものであり、カバーを備え、該カバーは、組み付け後に、ヘッダプレートの長手方向開口を閉じ、該ヘッダプレートは、特に管状形態に形成されるヘッダを形成するために前記カバーと相互に作用する。前記カバーの壁は、流体の流れのための穴を画定する少なくとも１つの外部カラーを有し、前記ヘッダは、前記フランジを前記カバー上に圧着させることができ、それにより、内部通路を前記カラーの穴と流体連通させるように構成される。すなわち、前記フランジは、前記カバーに取り付けられるように構成される。

前記ヘッダプレートには、例えば、平行な流体流れチューブを受けるように構成されたスロットが設けられる。

本発明によれば、前記カラーは、前記カバーの壁厚よりも薄い壁厚を有し、該カバーからは該カラーが延出し、それにより、前記フランジの内部通路に向かうおよび／または前記内部通路から離れる流体の流れのための前記穴の断面を最大化する。

このように、カラーの壁厚の意図的な減少が穴の断面を増大させ、この穴の断面がフランジの内部通路の断面に近づくようになり、それにより、内部の圧力降下に関する悪化が制限される。

例えば、カラーの壁の厚さの減少分は、前記カバーの壁の厚さに対して少なくとも３０％である。好ましくは、カラーの壁の厚さの減少分は、前記カバーの壁の厚さに対して５０％〜８０％である。

したがって、この厚さの減少により、カラー穴の断面とフランジ通路の断面との間の差に応じて、全体の圧力降下の増大が５％〜１０％に制限される。それにもかかわらず、カラーの厚さは、このように減少しても、フランジに対するヘッダの機械的強度特性を維持するのに十分である。カバーの残りの壁の厚さの８０％を超えるカラー壁の減少は、カラーの領域でヘッダを脆弱化させる。

好ましくは、フランジは、ヘッダプレートの長手方向開口を画定する平行縁部を使用することにより圧着され、前記平行縁部は、前記カバーに取り付けられた前記フランジに設けられた対応する縁部上へ曲げられる。

特に、カバーをヘッダプレートに適切に位置決めするため、ヘッダプレートの壁には内部ストッパが設けられ、該内部ストッパには、ヘッダプレートの長手方向開口を密封するために、組み付け後に、前記カバーの長手方向縁部が当接する。

好適には、前記ヘッダプレートの断面が略Ｕ形状であり、該断面には、前記接続フランジを受けるように構成された前記カバーが係合される。

他の特徴によれば、前記カバーの壁の外面には、前記ヘッダプレートおよび前記フランジとの前記カバーのその後の蝋付けで用いるコーティングが設けられる。

また、本発明は、平行な流体流れチューブの束によって相互に接続される２つのヘッダを備えるタイプの熱交換器に関する。前記ヘッダのうちの少なくとも１つは、上述のヘッダである。

添付図面は、本発明をどのように適用できるのかを明確に示している。これらの図では、同一の参照符号が同様の要素を示している。

ヘッダが本発明に係る流体接続フランジを備える熱交換器の典型的な実施形態の概略平面図。 関与するヘッダのカラーの穴および関連する流体接続フランジの内部通路を通過する、図１のII−II線に沿う部分拡大断面図。

図１に示される熱交換器１は、例えば、車両の室内のための空調ループまたは車両のエンジン冷却ループの凝縮器またはラジエータであってもよい。

構造に関しては、熱交換器１が既知の態様で平行チューブ２の束を備えており、該チューブの端部２Ａは、当該ループ内を流れる作動流体Ｆの流れ方向で、参照符号３，４によりそれぞれ示されるヘッダまたはヘッダボックスの上流側および下流側に固定密封態様で接続される。後述するように、入口流体接続フランジ５および出口流体接続フランジ６がこれらのヘッダにそれぞれ取り付けられる。

特に、流体が内部を流れるチューブ２は楕円形の断面を有し、また、それらのチューブ間にディバイダ７が配置され、それにより、熱交換器１内を流れる流体と熱交換器を通過する外気流との間の熱交換のための表面が増大する。チューブ２の内部は、ディスラプタを含んでもよく、該ディスラプタは、ディバイダのように、熱交換面を増大させてチューブの機械的強度も高める。押出チューブが使用されてもよい。各チューブは、例えば、流体が流れるための複数の平行な内部チャネルを形成する。

上流側ヘッダ３および下流側ヘッダ４は、全体的に同一であり、かつ、略管状である。これらのヘッダは、“２部品”タイプのものであり、すなわち、これらのヘッダのそれぞれがヘッダプレート８とシールカバー９とから成る。図２に示されるように、ヘッダプレート８は丸みを帯びた略Ｕ形状の形態の断面を有するので、その壁１０は、２つの平行な側翼または側枝１２が延出するベース１１を形成し、側枝の末端縁部１４は、図ではカバーによって満たされる長手方向開口１５を画定する。平行チューブ２の対応する端部２Ａを受ける楕円スロット１６が、ヘッダプレート８のベース１１にプレートの長さに沿って形成される。図２から分かるように、図示されるチューブの端部２Ａは、側部ストッパ１７と接触するまでスロット１６を通過し、該側部ストッパ１７は、Ｕ形状ヘッダプレートの側枝１２からヘッダ内へ突出する。

また、カバー９も、略Ｕ形状の断面を有し、該断面は、平行な側枝または側翼２２が延出する緩やかにくぼんだベース２１を形成する壁２０を伴い、側枝または側翼２２はヘッダプレート８のよりも短い。シールカバーのサイズ、特に幅は、側枝２２がヘッダプレート８の側枝１２間に頭−尾配置（head-to-tail arrangement）を成して嵌合されるように構成される。ここでも同様に、カバー９の側枝２２の末端縁２４は、ヘッダプレート８の内側に設けられる２つの突出するストッパ１７に当接するが、チューブ２の端部２Ａが配置される側と反対側で当接する。

カバー９とヘッダプレート８とのアセンブリは、内部空間２３を形成し、該内部空間では、ループの作動流体が流される。なお、図示の例では、組み付け後に、カバー９のベース２１がプレート８の末端縁部１４の背後に配置されることに留意されたい。したがって、ヘッダ３または４の断面は、プレート８とカバー９との入れ子式のＵ形状の結果として略長方形であるが、異なってもよい。ヘッダを密封するために、ヘッダの長手方向端部のそれぞれには仕切り（図示せず）が設けられる。

図２は、熱交換器１の出口フランジ６として知られる流体接続フランジを示すが、勿論、該フランジは、本発明の範囲から逸脱することなく、入口フランジ５として知られる流体接続フランジであってもよく、これは、フランジ５，６が構造的および機能的に類似するからである。同様に、入口フランジ５および出口フランジ６が上流側ヘッダおよび下流側ヘッダにそれぞれ示されているが、特に内部分離仕切りを有するヘッダの場合には、図１に破線で描かれるフランジ６により示されるように、同じ管状ヘッダ３のそれぞれの端部に２つのフランジ５，６を位置させることができる。

これらの入口フランジおよび出口フランジの機能は、図示しない管路を通じて、例えば、上流側ヘッダ３と対向する該ループの圧縮器と上流側管状ヘッダ３の内面との間の流体接続を提供するとともに、フランジに形成される流体通路２５を通じて、下流側管状ヘッダ４の内部空間２３と前記内部空間と対向する膨張器との間の流体接続を提供することである。

この目的のため、図示のように、フランジは略平行六面体形状を成しており、各フランジは、１つの面２６を有しており、その面上には、対応する流体通路２５が開放し、カバー９のベース２１の外面に対する積極的な接続により嵌合されて、カバーのカラー２８に形成された穴２７と連通状態になされ、そして、最終的にそこでヘッダプレートにより保持されるように構成される。カラー２８は、カバーのベース２１の例えば中心位置に設けられる。

図２に部分的に示される出口接続フランジ６の場合には、同じ説明が入口接続フランジ５に適用されるということを念頭に置くと、平行六面体フランジ６の端面２６が、破線で示されるように依然として側枝の延在部内にあるヘッダプレート８の縁部１４間で、フランジ６の流体通路２５を画定する円筒壁２９がカバーのベース２１から垂直に延びる円筒カラー２８の周囲に係合するように、長手方向開口１５内へ挿入される。したがって、カバー９に対するフランジ６のセンタリングおよび正確な位置決めが保証される。なお、フランジの接触面２６の平行側縁部３０は、カバーもＵ形状ヘッダプレート８の平行な側枝１２間に嵌合できるように、可能な限り厳密にカバーの凹状のベース２１の形状と適合する。これらの平行側縁部３０は、それらを生じさせる広い平行横方向面３１に対してフランジ６の全体にわたり外側に突出するリップ３２を形成し、該リップにより、フランジの突出リップ３２の形態を成す末端縁部３０上へのヘッダプレート８の平行側枝１２の末端縁部１４の曲げの結果として、フランジを管状ヘッダ４に圧着させることができる。したがって、フランジは、カバー９のベース２１とヘッダプレート８の屈曲された縁部１４との間に固定され、この時点で、カラー２８の穴２７とフランジ６の内部通路２５とが同軸となる。

カラーの穴２７の断面とフランジの通路２５の断面との間の変化によりもたらされる圧力降下を減らすため、カバーから延びるカラーの壁３３の厚さｅが、カバーの壁２０の残りの部分の厚さ、言い換えると、カバーのベースおよび平行な側枝の壁の厚さＥから減少する。壁厚は、適切な機械的工程（延伸、かしめ等）によって減少する。

したがって、図２から分かるように、カラー２８の壁３３の厚さの減少は５０％程度であるが、該減少は、結果として得られる結合を弱めるリスクを何ら伴わなければ、７０％あるいは更には８０％程度であってもよい。減少前のカラーの厚さＥ（壁２０に対応する）が破線で示されており、その結果、穴２７の断面は、流体が空間２３からより小さい圧力降下でフランジ６を通じて（矢印Ｆにより示されるように）流れることができるように最適化され、これにより、最終的にループの効率が高まる。

結果として、カラーの壁厚を減少させなければ、内部の全体の圧力降下の増大が２０％〜３０％となり、特に不利益となることが分かった。

しかしながら、本発明にしたがったカラー壁厚の減少により、カラー穴２７の直径を可能な限りフランジの内部通路２５の直径に近づけると、内部の全体の圧力降下の増大が５％〜１０％に制限されるが、これは許容可能である。

フランジ６とカバー９との間の密封は、カラー壁の外周にわたって堆積され、かつ、この壁を蝋付けによってフランジに接合するコーティング（図示せず）によって設けられ、一方、他のコーティングが、ヘッダプレートの対向する側枝とカバーとの間、および、チューブ端部と楕円スロットとの間に設けられる。

情報のため、図１は、参照符号３５により特定される他のフランジを示しており、これらのフランジは、同じ方法で圧着することにより管状ヘッダ３，４に取り付けられ、かつ、熱交換器１を車両の適切な支持体に固定し、かつ、ヘッダのうちの一方と流体連通する流体貯留ボトルを取り付けるように構成される。

Claims (6)

1. 内部流体通路（２５）を有する少なくとも１つのフランジを受けるように構成されるタイプの熱交換器用のヘッダであって、カバー（９）を備え、該カバーは、組み付け後にヘッダプレートの長手方向開口を閉じ、該ヘッダプレートは、前記カバーと相互に作用して前記ヘッダを形成し、前記カバーの壁は、流体の流れのための穴（２７）を画定する少なくとも１つの外部カラー（２８）を有し、前記ヘッダは、前記フランジを前記カバー（９）上に圧着させることができ、それにより、前記内部通路（２５）を前記カラーの前記穴（２７）と流体連通させるように構成される、熱交換器用のヘッダにおいて、
   前記カラー（２８）は、前記カバー（９）の壁厚よりも薄い壁厚（３３）を有し、該カバーからは前記カラーが延出し、それにより、流体の流れのための前記穴（２７）の断面を最大化し、
   前記ヘッダプレート（８）は、２つの平行な側枝（１２）が延出するベース（１１）を形成する壁（１０）を有し、前記２つの平行な側枝（１２）は、前記フランジ（５，６）の圧着のための平行縁部（１４）を有し、
   前記フランジ（５，６）は、前記ヘッダプレート（８）の長手方向開口を画定する前記２つの平行な側枝（１２）の前記平行縁部（１４）を使用することにより圧着され、前記平行縁部は、前記カバーに取り付けられた前記フランジに設けられた対応する縁部（３０）上へ曲げられ、
   前記ヘッダプレート（８）の断面が略Ｕ形状であり、該断面には、前記フランジ（５，６）を受けるように構成された前記カバー（９）が係合される、ことを特徴とする熱交換器用のヘッダ。
2. 前記カラー（２８）の前記壁（３３）の厚さの減少は、前記カバー（９）の壁（２０）の厚さに対して少なくとも３０％である、請求項１に記載のヘッダ。
3. 前記カラー（２８）の前記壁（３３）の厚さの減少は、前記カバー（９）の前記壁（２０）の厚さに対して５０％〜８０％である、請求項１または２に記載のヘッダ。
4. 前記ヘッダプレート（８）の壁（１０）には内部ストッパ（１７）が設けられ、該内部ストッパには、前記ヘッダプレート（８）の長手方向開口を密封するために、組み付け後に前記カバーの長手方向縁部（２４）が当接する、請求項１から３のいずれかに記載のヘッダ。
5. 前記カバー（９）の壁の外面（２６）には、前記ヘッダプレートおよび前記フランジとの前記カバーのその後の蝋付けで用いるコーティングが設けられる、請求項１から４のいずれかに記載のヘッダ。
6. 平行な流体流れチューブ（２）の束によって相互に接続された２つのヘッダ（３，４）を備えるタイプの熱交換器であって、前記ヘッダ（３，４）のうちの少なくとも１つが、請求項１から５のいずれかに記載のヘッダであることを特徴とする熱交換器。

Images