JPH02282698A - 熱交換器に用いるガイドプレート及びこのガイドプレートから製作された熱交換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱交換パイプを受容するために用いられ、楕
円形横断面の立てられたカラーから形成された多数の穿
孔部を有するガイドプレートと熱交換システムとに関す
る。なおこの場合、熱交換システムは相互間隔をおいて
配置された多数のガイドプレートと、穿孔部内に挿入さ
れた多数の熱交換パイプとを備えており、ガイドプレー
トは互いに整合され楕円形横断面の立てられたカラーか
ら形成された穿孔部を有しており、熱交換パイプはその
横断面を拡開することによりカラーと密接した状態で保
持されている。

（従来の技術） 楕円形の熱交換パイプを嵌装する為に、楕円形の穿孔部
を設けた金属シート製のガイドプレートは熱交換器、そ
れも特に自動車用の熱交換器で使用されるものとして一
般に広く知られている（ヨーロッパ特許第ｏ１７６７２
９号）。この種のガイドプレートは例外なくカラーを備
えており、カラーの高さ寸法は穿孔部の全周に亘って一
定に保たれているか、或いは多少のずれはあってもそれ
は通常の公差範囲に抑えられている。その都度最適とさ
れるカラー高さ寸法は、特に実験により検出することが
望ましい。何故ならば、ある所定の高さ寸法からは顕著
な効率アップを期することが出来ない一方、最適値に相
当する高さより小さな値ではその効率が著しく低下する
ことになるからである。この場合のカラーの製作は、先
づ第１の打抜き工程で剪断ポンチと切刃を有する打抜き
型とを用いることによりガイドプレートを打抜いて孔を
あけ、次いで第２の深絞り工程で深絞りポンチと絞り型
とを用いることによりカラーを整形する形式によって行
われる。

この種のガイドプレートを有する熱交換器は、特殊な形
状のパイプクーラーとして構成される。

このようなパイプクーラーが通常形式によるパイプクー
ラーと著しく相違している点は、熱交換パイプが単にそ
の横断面寸法を拡開することによってのみガイドプレー
トに結合されており、従って付加的な鑞接、溶接もしく
は接着などの処理が必要とされないところにある。この
場合、高い効率を得るためには各パイプ壁をそれぞれ全
周面に亘って充分にカラーに当接させることが必要とさ
れる。

横断面が楕円形状を呈し、その最大直径と最小直径との
比がかなり小さく、例えば２：１の数値をとるようなパ
イプが用いられるならば、何ら不都合な問題が生ずるこ
とはない。然しその直径比が比較的大きく、例えば３：
１〜８：１の値をとるような極端に平坦な楕円形パイプ
が用いられる場合には、深絞り工程中におけるその他の
カラー設計寸法に基いてカラーの破壊強度に達し、或い
は屡々それを越えて２００パーセントもの重大な材料伸
延を惹起するようなカラー高さが設定されねばならない
。従って確実にカラーの裂損乃至亀裂を回避するために
は、カラーの高さ寸法を最適値より低い値に設定するか
、或いは特殊な品質の材料を用いてカラーの亀裂が避け
られるか否かの実験を行う必要がある。然し前者の解決
策では効率のダウンを余儀なくされるので望ましくなく
、また後者の解決策がとられた場合には、材料に要する
コストが著しく嵩むことになると同時に、カラーが後続
のパイプ拡開工程で損傷されるか、或いはむしろその方
が不都合があるが、実際に熱交換器が用いられて初めて
その機械的な振動乃至揺動、冷却媒体の液圧、熱膨張、
冷却収縮などの要因により損傷される恐れを完全には防
止出来ない。

カラーの亀裂は単に熱交換器の作業効率を低下させるの
みならず、殊に熱交換パイプとの密着に必要とされるカ
ラー内部での「リング状引張力Ｊが著しく損われると共
に、腐蝕作用をうながすことにもなるので、極端にフラ
ットな楕円形の熱交換パイプのガイドプレート並びにこ
のようなガイドプレートで製作された熱交換器は、その
高効率を期して最適なカラー高さ司法を設定しようとす
る以上、今のところまだ安全性に関する余りにも大きな
リスクを有しているので、これを量産体制にもちこむこ
とはできない状態にある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、冒頭に述べた形式によるガイドプレー
トとこのガイドプレートを装備した熱交換システムとに
改良を加えて、カラーの亀裂形成が申分なく回避される
ようにし、しかもそのことによって著しい効率低下を甘
受する必要はないようにするところにある。

（課題を解決する為の手段） 上記の課題を解決すべく提案された本発明の措置による
ガイドプレートの特徴は、カラーがその小さな曲率半径
範囲で、その比較的大きな曲率半径範囲におけるより小
さな高さ寸法を有している点にある。本発明の熱交換シ
ステムの特徴は、ガイドプレー１・の構成が以下（ａ）
〜（Ｃ）のいづれかによって行われている点にある。

（ａ）　　カラーがその小さな曲率半径範囲内でその比
較的大きな曲率半径範囲におけるより小さな高さ寸法を
有している。

（ｂ）　　カラーがその最小曲率半径を有する範囲から
最大曲率半径を有する範囲に至るまで次第に大きくなる
高さ寸法を有している。

（Ｃ）　　カラーがその最小曲率半径の位置でそれに続
く位置におけるより大きな高さ寸法を有している。

（発明の作用と効果） 本発明によれば、比較的小さな曲率半径の領域における
カラーの高さ寸法の減少によって、亀裂形成の傾向が殆
ど完全に排除される一方、熱伝導効率の軽減が極めて僅
かしか生じないようにすることができ、カラーの機械的
作用と熱的作用との間の有効な妥協か可能にできるとい
う驚異的な利点が得られる。

（実施例） 次に添付の図面に示した複数の実施例につき本発明の詳
細な説明する。

第１図に示された単列型の熱交換器はパイプクーラーと
して構成されている。この熱交換器は互いに平行に相互
間隔をおいて配置された多数の薄板状ガイドプレート１
を有しており、各ガイドプレートにはそれぞれ一連の楕
円形を呈する開口部乃至穿孔部２が設けられ、ガイドプ
レート１がパイルとして積み重ねられた状態では各開口
部乃至穿孔部２が互いに同軸的な位置を占める。穿孔部
２に隣接したガイドプレート１の縁部はこれと同軸的に
立てられたカラー３によって形成されている（第２図〜
第４図）。穿孔部２及びカラー３はガイドプレート１に
対して垂直に配置されたパイプ４によって貫通されてお
り、これらのパイプ４も穿孔部２及びカラー３の断面形
状に等しい楕円形の横断面を有している。パイプ４の上
端部と下端部とは、それぞれ１枚のベースプレート６乃
至７に適宜形成された穿孔部５を貫通し、その全周面に
亘って穿孔部５のカラーと液密乃至気密に結合されてい
る。下位のベースプレート６には通常形式による捕集タ
ンク９が固定されており、捕集タンク９にはパイプ４と
通流する作業媒体としての例えば水を供給し、或いは排
出するために用いられる接続管片１０が設けられている
。図示されてはいないが、これと同じような捕集タンク
は上位のベースプレート７にも接続されている。更にこ
のガイドプレート１には、第２の作業媒体としての例え
ば空気に乱流を生ぜしめるためのやはり図示されてない
ルーバー等の部材を設けることが可能である。複数の積
重ねられたガイドプレート１とパイプ４とを組合せて構
成したバイル１１は、一般に熱交換システム（熱交換回
路網）と称される。

第２図〜第４図には単に１つの穿孔部２を有している１
枚のガイドプレート１か示されているに過ぎないが、他
のガイドプレート１及び穿孔部２も同様に構成されるの
で、ここでは簡明を期して他の描出は省略しである。図
示された穿孔部２は約１２．２ｍｍの最大直径と約３．
４ｍｍの最小直径とを有しており、従って、その直径比
は約３３６の値になる。このような値で設計された穿孔
部２を有する１枚のガイドプレート１には、０．６ｍ＋
＊のカラー高さ寸法が必要であるとされている。従来の
技術によれば、少なくともカラー３は先づ初めに千羽断
工程で１つの開口部を打抜くようにして製作されるが、
その開口部の輪郭線１２は第２図に点線として描かれて
いる。この開口部において、最小の直径をｄｌ、最大の
直径をＤｌ、最小の曲率半径をｒｌ、最大の曲率半径を
Ｒ１とし、形成された穿孔部２においても同様に、最小
の直径をｄ２、最大の直径をＤ２、最小の曲率半径をｒ
２、最大の曲率半径をＲ２とするならば、概算的にｄ、
−ｄ２　２ｈＳＤＢ　＝Ｄ２　２Ｈ，ｒｌ−ｒ２　　ｈ
。

Ｒ，−Ｒ，−Ｈなる近似式が成立する。ここでｈはカラ
ー３の最小高さ、Ｈはカラー３の最大高さである。そこ
で、例えば最小の曲率半径（ｒ２）を１．Ｌｍｍの値と
すれば、上記の式がらｒｌｚ　１．１ｍｒａ　−０，８
＋ｕ１１＝　０．５ｍｍの値が得られ、その結果表して
カラー３の絞り工程に際しては必然的に２００パーセン
トを上回る材料伸延か行われることが明らかにされる。

これに対して本発明では、先づ初めにガイドプレート１
に開口部が打抜かれ、第２図に破線１４で描かれたこの
開口部の輪郭は、使用した剪断ポンチの外部輪郭をも同
時にあられしている。形成されたものと仮想したカラー
３からの距離が周辺全体に亘すコンスタントに保たれて
いる輪郭線１２の場合とは異って、この輪郭線１４から
仮想カラー３までの距離は、その最小の曲率半径の範囲
、つまり部位１５で最小となり、その最大の曲率半径の
範囲、つまり部位１６で最大となる。従って後続の深絞
り工程においてカラー３の内部輪郭部に等しい外部輪郭
を有する深絞りポンチを用いるならば、自動的にカラー
３の高さ寸法が第４図に示された如くその最大の曲率半
径の範囲、つまり部位１６では最大の高さＨの値をとる
（第４図）のに対し、最小の曲率半径の範囲、つまり部
位１５では最小の高さｈ（第３図）が得られることにな
る。部位１５から部位１６に至るまでに寸法りは寸法Ｈ
に向って漸増し、この場合、個々のケースに応じて違い
はあっても、その移行範囲は程度の差こそあれ、かなり
突発的なものとすることが可能である。殊に寸法りが第
２図に示されたものより迅速に寸法Ｈに増大せしめられ
うろことは明らかであって、これによりカラー３はその
周面の出来るだけ大きな区分に亘り最適な高さ寸法Ｈ１
即ちこのガイドプレート１を装備した熱交換器の作業効
率を最大ならしめる高さ寸法を保証されることになる。

第５図〜第７図には、上記実施例の変化態様が示されて
いる。その他の点では第１図〜第４図の場合と同じよう
に構成されたガイドプレート２１−は穿孔部２２とカラ
ー２３とを有している。打抜き工具における剪断ポンチ
の外部輪郭乃至これによってガイドプレート２１に打抜
かれた開口部の輪郭がどのようなものであるかは一点鎖
線２４で示されている。カラー２３は前記実施例の部位
１５．１６に相当する部位２５．２６で、やはりｈ＝　
０．３ｍ＋ｗ乃至Ｈ−０，６ｍｍの高さ寸法を有してい
る。

然し第２図〜第４図の実施例の場合とは異って、カラー
高さは短い移行範囲２７．２８に沿ったところでのみ変
化し、フルサイズＨの範囲を広くしている。

カラー３．２３の深絞り加工に当り、その材料伸延度を
より有効ならしめることに関して本発明により得られる
利点は、カラー形成に関与する材料区分の周辺部変動を
考慮することによって明らかにすることができる。従来
の公知技術においては、千羽断（第２図の点線］２）実
施後に生ずる最小の曲率半径ｒ１か約０．５ｍｎ＋であ
り、カラー３の形成後における最小の曲率半径ｒ２は約
１　、１．＋ｎｎ＋である。従ってｒＩから「２への移
行時には、半円周ごとに約２２０パーセントの伸延に相
当する１、、９ｍｍの周面変動が生ずる。最小の曲率半
径範囲（ｒ　１ｍ　０．８ｍｍ、ｒ２−１．１ｍ＋ｗ）
でカラー高さ寸法を小さくすると、この周面変動は約１
３８パーセントの伸延度に相当する僅か０．９ｍ＋ｗの
値に抑えられる。

本発明によって得られる顕著な利点は、寸法りを製作技
術上の観点からカラー３の亀裂を回避するのに最適であ
るとされるような値に設定することが可能になる一方、
寸法Ｈを最適な熱交換作業で必要とされるような値に設
定しうるところにある。なお、その間の移行範囲におけ
る数値は所望されるこれら２つの特性に応じて最適化す
ることができる。

それぞれ異った高さ寸法り及びＨの結果として得られる
別の利点は、打抜きに必要とされる剪断ポンチの外部輪
郭に、第２図から明らかなように、従来の技術を応用す
る場合に比して大きな横断面が与えられるところにある
。このことは特に剪断ポンチの有効寿命と再現性とに有
利に作用する。

ｄ２　＝　３．４ｍｍ及びＤ２　＝１２．２ｍｍとした
上記の実施例においては、カラー輪郭形状が第２図〜第
４図に示されたものと同じであるならば、高さ寸法りを
０．３市及び高さ寸法Ｈを０．６市にすると今までで最
高の結果が得られることが実証されている。

第８図〜第１０図には穿孔部３２及びカラー３３を有す
るがイドプレート３１の実施例が示されており、この場
合、剪断ポンチの外部輪郭形状と千羽断でこのポンチに
よって打抜かれた開口部の内部輪郭形状とは一点鎖線３
４で描かれている。

第２図の部分１５．１６に相当する部位３５．３６では
、カラー３３が第２図〜第４図の実施例の場合と異って
、それぞれに例えば０．６ｍｍの最大高さ寸法Ｈを有し
ている。例えば０．３ｎ＋＋ｓの値に設定された最小高
さ寸法りの部位は、それぞれ符号３７で示されたところ
に、つまり小さな曲率半径範囲乃至最小の曲率半径範囲
であって、大きな曲率半径範囲に隣接したところに位置
している。最小の高さ寸法りを有するこれらの部位３７
と各部位３５．３６との間にはやはり移行範囲３８．３
つが設けられており、高さ寸法はこれらの移行範囲３８
．３つに沿ってその最終値に達するまで漸増乃至漸減し
ている。各部位３５及び３６における高さ寸法は、互い
に等しいものであっても、或いはそれぞれ異っていても
よい。その場合の部位３７は、個々のケースで生ずる状
況に応じてカラー３３が最もその亀裂形成傾向を示す箇
所に配置するのが効果的である。

第１１図〜第１３図には、第８図〜第１０図による実施
例に類似の穿孔部４２とカラー４３とを有するガイドプ
レート４１の実施例が示されており、この場合の千羽断
で形成された打抜き輪郭は一点鎖線４４に沿って伸びて
いる。第８図〜第１０図による実施例の場合とは異って
、最小の高さ寸法りを有する部位４７と最大の高さ寸法
Ｈを有する部位４５．４６との間に位置する移行範囲４
８．４９はより突発的に、つまり換言すれば、より急勾
配なものとして構成されており、これは第５図〜第７図
による実施例の移行ゾーン２７．２８を第２図〜第４図
の実施例における移行範囲と比較した場合について言え
るのと同じである。

第１図における熱交換パイプ４の流体アブロチ側で熱が
直接空気によって奪われるのに対し、熱交換パイプ４の
背面側ではこの放熱効果が生じないものとするならば、
流体アプローチ側のカラー高さ寸法として第２図〜第７
図の実施例による数値を採用し、背面側では第８図〜第
１３図に示された実施例による数値を採用した構成が可
能である。

ところで、本発明は単に既述の各実施例にのみ限定され
るものではなく、本発明の枠を逸脱しない限り、種々異
なる任意の態様により実施することができる。例えばカ
ラーの高さ寸法り及びＨと第２図、第５図、第８図、第
１１図に示された輪郭線１４．２４．３４．４４に沿っ
たこれらの高さ寸法間の移行範囲における輪郭形状とは
、その度の使用例に応じた最も有効なものに設定するこ
とができる。更に本発明は、第１図に示された実施例の
場合とは異なって２列以上の熱交換パイプ４を備えてい
るシステム及びこのシステムを構成するがイドプレート
にも同じように効果的に応用することが可能であり、そ
のいずれの場合でも高さは寸法りの値は０にすることも
考えられる。

更に本発明は、厳密に数学的な意味での楕円形状のパイ
プ横断面に限定されるものでもない。むしろ本発明の目
的からすると、この「楕円形の」という概念は一般に楕
円形、卵形またはそれに準する形状、もしくは互いに平
行な２つの側面を有し、その各端部がそれぞれ楕円形、
半円形またはそれに順する形状に湾曲された側面によっ
て互いに結合されているような「平らに押し潰された楕
円形」をもその範鴫に包含していると言える。この種の
横断面形状を呈するパイプにおいては、加工された各端
部間に位置するパイプ区分か２．５二１〜８：１の直径
比（大きな直径と小さな直径との比）を有することにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は平坦な楕円形を呈するパイプを備えた熱交換器
を示す斜視図、第２図は第１図による熱交換器に用いる
本発明のガイドプレートを著しく拡大して示した平面図
、第３図は第２図の■−■線に沿った断面図、第４図は
第２図のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図、第５図は本発明
の別の実施例によるガイドプレートを示す平面図、第６
図は第５図のＶｌ−Ｖｌ線に沿った断面図、第７図は第
５図の■−■線に沿った断面図、第８図は本発明の更に
別の実施例によるガイドプレートを示す平面図、第９図
は第８図のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図、第１０図は第
８図のＸ−Ｘ線に沿った断面図、第１１図は更に別の実
施例によるがイドプレートを示す平面図、第１２図は第
１１図のＸ１ｌ−■線に沿った断面図、第１３図は第１
１図のて一刈線に沿った断面図である。 １．２１．３１．４１・・・ガイドプレート２．２２．
３２．４２ ・・・楕円形の開口部乃至穿孔部 ４・・・熱交換バイブ ロ、７・・・ベースプレート １０・・・接続管片 ３・・・カラー ５・・・穿孔部 ９・・・捕集タンク １１・・・パイル １２．１４．２４．３４．４４ ・・・開口部の輪郭線 １５．２５．３５．４５ ・・・最小曲率半径範囲（部位） １６．２６．３６．４６ ・・・最大曲率半径範囲（部位） ２７．２８．３８．３９．４８．４９ ・・・移行範囲 ３７．４７・・・最小高さ寸法の部位

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　熱交換パイプ（４）を受容するために用いられ、楕
   円形横断面の立てられたカラー（３，２３）から形成さ
   れた多数の穿孔部（２）を有するガイドプレートにおい
   て、カラー（３，２３）がその小さな曲率半径範囲でそ
   の比較的大きな曲率半径範囲におけるより小さな高さ寸
   法（ｈ）を有していることを特徴とするガイドプレート ２　カラー（３，２３）がその最小曲率半径を有する範
   囲から最大曲率半径を有する範囲に至るまで次第に大き
   くなる高さ寸法（ｈ）〜（Ｈ）を有していることを特徴
   とする請求項１記載のガイドプレート３　カラー（３３
   ，４３）がその最小曲率半径の位置でそれに続く位置に
   おけるより大きな高さ寸法を有していることを特徴とす
   る請求項１記載のガイドプレート ４　熱交換システムであって、相互間隔をおいて配置さ
   れた多数のガイドプレート（１）と、穿孔部（２）内に
   挿入された多数の熱交換パイプ（４）とを備えており、
   ガイドプレート（１）が互いに整合され楕円形横断面の
   立てられたカラー（３，２３）から形成された穿孔部（
   ２）を有しており、熱交換パイプ（４）がその横断面を
   拡開することによりカラー（３，２３）と密接した状態
   で保持されている形式のものにおいて、ガイドプレート
   （１）が請求項１乃至３の何れか１つに記載した構造を
   備えていることを特徴とした熱交換システム