WO2017018540A1 - 熱交換器のヘッダタンク - Google Patents

熱交換器のヘッダタンク Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a header tank of a heat exchanger that joins a header plate and a header body by brazing.
  • the header tank of the heat exchanger described in Patent Document 1 below is formed by brazing the header plate 23 and the header body 24 as shown in FIG.
  • the header plate 23 is formed by bending a flat plate having a large number of tube insertion holes 21 into a U-shape. Further, a flat stepped opening 25 is formed at the opening edge.
  • the header body 24 is formed by bending a flat plate into an inverted U shape. And the header main body 24 is fitted by the stepped opening part 25 of the header plate 23, and each components are brazed integrally.
  • an object of the present invention is to facilitate temporary fixing of the header plate 23 and the header body 24 before brazing, improve manufacturability, and reduce production costs.
  • a large number of tube insertion holes 1 are spaced apart in the longitudinal direction, and the end portions of the flat tubes 2 are inserted into the respective insertion holes 1 with their openings parallel to the width direction.
  • the header body 4 is formed in a bowl shape, and both edges on the opening side thereof are positioned in contact with both edges of the long axis of the opening end surface 2a of each flat tube 2 inserted through the header plate 3. It is a header tank.
  • the header body 4 has a bowl shape in which a cross section perpendicular to the axis (O) is formed into an arc.
  • the header plate 3 includes an arcuate portion 5 whose inner peripheral surface is substantially aligned with the outer periphery of the header body 4, and a pair of flange portions 6 that integrally protrude outward from both edges thereof.
  • the flange portion 6 includes one high flange portion 6a and a second low flange portion 6b arranged such that the height from the opening end surface 2a of the flat tube 2 to the flange portion 6 is higher than that of the other flange portion 6. Consists of Multiple header tanks in parallel In the adjacent header plates 3, the end edge of the low flange portion 6 b of one header plate 3 and the outer peripheral surface in the vicinity of the high flange portion 6 a of the other header plate 3 are in contact with each other. This is the header tank of the exchanger.
  • the header body 4 is formed in a bowl shape, and both edges on the opening side are both edges of the long axis of the opening end surface 2a of each flat tube 2 inserted through the header plate 3. It is positioned in contact with. With this configuration, the header body 4 can be positioned and supported simply and easily. As in the invention described in claim 2, in addition to the above configuration, the header body 4 is formed in the shape of a bowl with a cross section orthogonal to the axis O, and the header plate 3 is formed of the header body 4.
  • the header body 4 is smoothly guided to the header plate 3, and the header plate 3 is improved in bending rigidity and twisting rigidity. This facilitates handling of the header plate 3 in the temporary assembly and prevents the header plate 3 from being distorted. Therefore, the header tank can be temporarily assembled easily and accurately.
  • the header plate 3 in addition to the above configuration, in the adjacent header plates 3, the vicinity of the edge of the low flange portion 6 b of one header plate 3 and the high flange portion 6 a of the other header plate 3.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part of the header tank of the heat exchanger of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the heat exchanger.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part of the header tank of the heat exchanger according to the second embodiment of the present invention and an explanatory view showing the manufacturing method thereof.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part of a header tank of a heat exchanger according to a third embodiment of the present invention and an explanatory view showing a manufacturing method thereof.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a header tank of a conventional heat exchanger.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part of a header tank of a heat exchanger according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view thereof.
  • the fins 9 and the flat tubes 2 are alternately arranged in parallel to form a core, and a pair of side members 12 are arranged at both ends of the core in the parallel direction. ing. Then, both ends of each flat tube 2 are inserted into the tube insertion holes 1 of the header plate 3, the header body 4 is fitted into the header plate 3, and a pair of end lids 11 are disposed at both ends thereof.
  • the tube insertion holes 1 are arranged in parallel at regular intervals, and the long axis of the opening of the flat tube 2 inserted there is positioned in parallel to the width direction of the header plate 3.
  • Each flat tube 2 is inserted so that the distance (insertion length) from the bottom of the header plate 3 to the opening end surface 2a of each flat tube 2 is substantially the same.
  • the header body 4 is formed in an arc shape in cross section, and the central angle of the arc-shaped portion is formed to be larger than 180 °.
  • the inner periphery of the header plate 3 is substantially aligned with the outer periphery of the header body 4.
  • the inner circumference has an arc portion whose center angle is larger than 180 °, and a pair of flange portions 6 via curved surfaces 7 at both ends of the arc. Projecting outward.
  • the height H1 of the left flange portion 6 is formed higher than the height H2 of the right flange portion 6, and the high flange portion 6a is formed on the left side.
  • a low flange portion 6b is formed on the right side.
  • Such a header plate 3 can be formed as follows as an example. A large number of tube insertion holes 1 are formed at equal intervals in the metal plate. At this time, the tube insertion holes 1 are formed at positions that are biased to one side with respect to the entire width of the header plate 3.
  • the header plate 3 is bent into a circular shape, and a pair of flange portions 6 are formed at both ends thereof via the curved surfaces 7, so that the header plate 3 is formed into a bowl shape having flange portions on both edges as a whole.
  • the header body 4 is formed so that the metal plate is bent in an arc shape in cross section and the outer periphery thereof is substantially aligned with the inner periphery of the header plate 3. (Assembly method)
  • the flat tubes 2 and the fins 9 are alternately arranged in parallel to form a core, and the side members 12 are disposed at both ends of the core.
  • each flat tube 2 is disposed such that the opening end surface 2a at the tip thereof is aligned on the same plane.
  • the header body 4 is fitted into the header plate 3.
  • the header body 4 is smoothly guided into the header plate 3 along the curved surface 7. Both end edges 4a of the header body 4 are brought into contact with both edges in the major axis direction of the open end surface 2a of the flat tube 2 so that the header body 4 is positioned. In this state, as shown in FIG.
  • the end surfaces of the pair of flange portions 6 are pressed by the applied pressure 10 so that the inner periphery of the header plate 3 is brought into close contact with the outer periphery of the header body 4.
  • an appropriate fastening jig (not shown) is attached to the outer periphery of the header plate 3, and is fastened so that the space between the header plate 3 and the header main body 4 is secured. Tighten and maintain close contact.
  • a brazing material is previously coated or attached to at least one surface of each component that contacts each other. Then, the heat exchanger assembled in the state shown in FIG. 1 is inserted into a high-temperature furnace to melt the brazing material on the surface and cool it to integrally braze the parts.
  • the header body 4 can be inserted from the direction of the axis O of the header plate 3. Then, after the header body 4 and the header plate 3 are fitted, a pair of end lids 11 are arranged at both ends thereof, and the end lids 11 are fastened by another jig (not shown). The pair of side members 12 are also fastened by other jigs.
  • FIG. 3 shows a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.
  • two rows of header tanks are arranged in parallel.
  • the end surface of the low flange portion 6b of the left header plate 3 is positioned below the high flange portion 6a of the right header plate 3, and both come into contact with each other.
  • the header body 4 is inserted into each header plate 3 by the same procedure as described above.
  • a pressing force 10 is applied between an end surface of the high flange portion 6a of the left header plate 3 and an end surface of the low flange portion 6b of the right header plate 3 by a fastening jig (not shown).
  • FIG. 4 shows a heat exchanger according to a third embodiment of the present invention.
  • This example is different from the second embodiment shown in FIG. 3 in that three rows of heat exchangers are arranged in parallel.
  • a pressing force 10 is applied between the high flange portion 6a of the header plate 3 positioned at the leftmost end and the low flange portion 6b of the header plate 3 positioned at the rightmost end.
  • the joint portion can be crimped, and the header tank can be temporarily assembled.
  • the present invention can be used for a heat exchanger having a large number of tubes, a header plate, and a header body, such as an oil cooler, a radiator, a condenser, and the like.

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Abstract

並列された多数の偏平チューブ（２）の端部が挿通されるヘッダプレート（３）と、そのヘッダプレート（３）に嵌着されるヘッダ本体（４）とを有する熱交換器のヘッダタンクにおいて、ヘッダプレート（３）とヘッダ本体（４）とを、簡便に精度良く仮組みし、ろう付けにより正確に接合することを課題とする。　ヘッダ本体（４）は、樋状に形成され、その開口側の両縁が、ヘッダプレート（３）に挿通された各偏平チューブ（２）の開口端面（２ａ）の長軸の両縁に接して位置決めされる。

Description

熱交換器のヘッダタンク
　本発明は、ヘッダプレートとヘッダ本体とを、ろう付けにより接合する熱交換器のヘッダタンクに関する。
　下記特許文献１に記載の熱交換器のヘッダタンクは、図５に示す如く、ヘッダプレート２３とヘッダ本体２４との間がろう付けされてなるものである。
　そのヘッダプレート２３は、多数のチューブ挿通孔２１が穿設された平板状のプレートをＵ字状に曲折することにより形成される。また、その開口縁部には、平坦な段付き開口部２５が形成される。次に、ヘッダ本体２４は、平板状のプレートを逆Ｕ字状に曲折することにより形成される。
　そして、ヘッダプレート２３の段付き開口部２５にヘッダ本体２４が被嵌され、各部品間が一体にろう付けされている。
特開平３−３６４９７号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記載された発明において、ヘッダプレート２３の開口縁に、その長手方向に沿って正確な段付き開口部２５を形成することは難しいと共に、それに整合するヘッダ本体２４の両端縁を平担に形成することも難しい。また、ヘッダ本体２４及びヘッダプレート２３を成形加工によりＵ字状に形成しても、成形加工後のスプリングバックによって段付き部が変形し、ヘッダプレート２３とヘッダ本体２４との接合面を正確に維持することが難しい。
　ゆえに、特許文献１に記載された発明において、ろう付け前に、ヘッダプレート２３とヘッダ本体２４との精密な嵌め合いによって位置決め、仮固定する場合は、嵌め合い部を極めて高い精度で加工し、多くの寸法を管理する必要があるので、加工費がかかり、また寸法の検査および管理の手間がかかる。また、ヘッダプレート２３とヘッダ本体２４とを精密な嵌め合いではなく治具によって位置決め、仮固定する場合は、専用の治具が必要となるので、治具の製作費がかかり、また治具の取付調整の手間がかかる。
　そこで本発明においては、ヘッダプレート２３とヘッダ本体２４とのろう付け前の仮固定を容易にし、製作性を向上させ、製作費を低減することを課題とする。
　請求項１に記載の本発明は、長手方向に離間して多数のチューブ挿通孔１が並列され、各挿通孔１に偏平チューブ２の端部がその開口を幅方向に平行にして挿通されるヘッダプレート３と、そのヘッダプレート３に嵌着されるヘッダ本体４とを有し、それらの嵌着部が互いにろう付される熱交換器のヘッダタンクにおいて、
　前記ヘッダ本体４は、樋状に形成され、その開口側の両縁が、ヘッダプレート３に挿通された各偏平チューブ２の開口端面２ａの長軸の両縁に接して位置決めされる熱交換器のヘッダタンクである。
　請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の熱交換器のヘッダタンクにおいて、
　前記ヘッダ本体４は、その軸線（Ｏ）に直交する断面が円弧に形成された樋状であり、
　前記ヘッダプレート３は、その内周面が前記ヘッダ本体４の外周に略整合する弧状部５と、その両縁から外側に一体に突出する一対のフランジ部６とを具備し、
　前記ヘッダ本体４を前記ヘッダプレート３に嵌着した状態で、ヘッダ本体４とヘッダプレート３との間がろう付されたことを特徴とする熱交換器のヘッダタンクである。
　請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の熱交換器のヘッダタンクにおいて、
　前記フランジ部６は、偏平チューブ２の開口端面２ａからフランジ部６までの高さが他方のフランジ部６までのそれよりも高く配置された一方の高フランジ部６ａと、他方の低フランジ部６ｂからなり、
　そのヘッダタンクが複数、並列され、
　それらの隣り合うヘッダプレート３において、一方のヘッダプレート３の低フランジ部６ｂの端縁と他方のヘッダプレート３の高フランジ部６ａの近傍の外周面とが当接されたことを特徴とする熱交換器のヘッダタンクである。
　本発明の熱交換器のヘッダタンクは、ヘッダ本体４が樋状に形成され、その開口側の両縁が、ヘッダプレート３に挿通された各偏平チューブ２の開口端面２ａの長軸の両縁に接して位置決めされるものである。
　この構成により、ヘッダ本体４を簡素、簡便に位置決めし支持することができる。
　請求項２に記載の発明のように、上記構成に加えて、前記ヘッダ本体４が、その軸線Ｏに直交する断面が円弧の樋状に形成され、前記ヘッダプレート３が、前記ヘッダ本体４の外周に略整合する弧状部５と、その両縁から外側に一体に突出する一対のフランジ部６とを具備する場合には、ヘッダ本体４がヘッダプレート３に円滑に案内されるとともに、ヘッダプレート３の曲げ剛性および捻じれ剛性が向上する。これにより、仮組みにおけるヘッダプレート３の取扱いが容易になるとともに、ヘッダプレート３の歪みが防止されるので、簡便に精度よく、ヘッダタンクを仮組みすることが可能となる。
　請求項３に記載の発明のように、上記構成に加えて、隣り合うヘッダプレート３において、一方のヘッダプレート３の低フランジ部６ｂの端縁と他方のヘッダプレート３の高フランジ部６ａの近傍の外周面とが当接される場合には、一方のヘッダプレート３の並列方向の変位は他方のヘッダプレート３によって、互いに拘束される。これにより、並列されたヘッダタンクに対して、並列方向の両端のヘッダプレートのみを互いに近づく方向に加圧することで、並列された全てのヘッダタンクにおけるヘッダプレート３とヘッダ本体４との嵌合部を圧着させることが可能となり、簡便にヘッダタンクを仮組することが可能となる。
　また、隣り合うフランジ同士が干渉しないので、各フランジの幅を大きく取ることができる。これにより、ヘッダプレート３の曲げ剛性および捻じれ剛性が向上し、仮組みにおけるヘッダプレート３の取扱いが容易になるとともに、ヘッダプレート３の歪みが防止されるので、簡便に精度よく、ヘッダタンクを仮組みすることが可能となる。
　図１は本発明の熱交換器のヘッダタンクの要部横断面図である。
　図２は同熱交換器の分解斜視図である。
　図３は本発明の第２実施例の熱交換器のヘッダタンクの要部横断面図及びその製造方法を示す説明図である。
　図４は本発明の第３実施例の熱交換器のヘッダタンクの要部横断面図及びその製造方法を示す説明図である。
　図５は従来型の熱交換器のヘッダタンクの要部横断面図である。
　次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
　図１は本発明の第１実施例における熱交換器のヘッダタンクの要部横断面図であり、図２はその分解斜視図である。この例では、上下のヘッダタンクのうち上部側のみを記載し、下部側を省略している。
　図１及び図２に示す如く、この熱交換器においては、フィン９と偏平チューブ２とが交互に並列されてコアが形成され、そのコアの並列方向の両端に一対のサイドメンバー１２が配置されている。そして、各偏平チューブ２の両端がヘッダプレート３のチューブ挿通孔１に挿通され、そのヘッダプレート３にヘッダ本体４が嵌着され、さらに、その両端には一対の端蓋１１が配置されている。
　ヘッダプレート３において、チューブ挿通孔１は定間隔に並列されており、そこに挿通された偏平チューブ２の開口の長軸は、ヘッダプレート３の幅方向に平行に位置する。なお、各偏平チューブ２は、ヘッダプレート３の底部から各偏平チューブ２の開口端面２ａまでの距離（挿通長さ）が略同一になるように挿通される。
　次に、ヘッダ本体４は横断面円弧状に形成され、その円弧状部の中心角は１８０°より大に形成されている。
　そして、ヘッダプレート３の内周はヘッダ本体４の外周に略整合する。それと共に、その内周長は図１に示されているように、その中心角が１８０°より大の円弧部を有し、その円弧の両端縁に湾曲面７を介して一対のフランジ部６が外側に突設されている。
　このヘッダプレート３において、図１に示されているように、左側のフランジ部６の高さＨ１が右側のフランジ部６の高さＨ２よりも高く形成され、左側には高フランジ部６ａが、右側には低フランジ部６ｂが形成される。
　このようなヘッダプレート３は、一例として次のようにして形成することができる。
　金属板に多数のチューブ挿通孔１を等間隔に穿設する。このとき、ヘッダプレート３の全幅に対して一方側に偏った位置にチューブ挿通孔１が夫々穿設される。次いで、そのヘッダプレート３を円形に曲折すると共に、その両端に湾曲面７を介して一対のフランジ部６を形成し、全体として両縁に鍔部を有する樋状に形成する。
　次に、ヘッダ本体４は金属板を横断面円弧状に曲折し、その外周がヘッダプレート３の内周に略整合するように形成する。
（組立て方法）
　偏平チューブ２とフィン９とを交互に並列してコアが形成され、そのコアの両端にサイドメンバー１２が配置される。そしてコア全体を治具で圧着した状態で、その各偏平チューブ２をヘッダプレート３のチューブ挿通孔１に同時に挿通する。このとき各偏平チューブ２は、その先端の開口端面２ａが同一平面上に整合するように配置される。
　次いで、ヘッダ本体４をヘッダプレート３に嵌入する。このとき、一対のフランジ部６には湾曲面７が形成されているため、その湾曲面７に沿ってヘッダ本体４がヘッダプレート３内に円滑に導かれる。そのヘッダ本体４の両端縁４ａは、偏平チューブ２の開口端面２ａの長軸方向の両縁に当接されてヘッダ本体４が位置決めされる。
　この状態で、図１に示す如く、一対のフランジ部６の端面間を加圧力１０によって押圧し、ヘッダプレート３の内周をヘッダ本体４の外周に密着させる。この一対の加圧力１０を加えるには、ヘッダプレート３の外周に、適宜な締結治具（図示せず）を取付けて、それを締結することにより、ヘッダプレート３とヘッダ本体４との間を締めつけ、両者の密着状態を維持する。
　なお、互いに接触する各部品の少なくとも一方の表面には、予めろう材が被覆または付着される。そして、図１の状態に組み立てられた熱交換器を高温の炉内に挿入し、表面のろう材を溶融させると共に、それを冷却することにより、各部品間を一体にろう付けする。
　なお、上記組立てにおいて、ヘッダ本体４をヘッダプレート３の軸線Ｏ方向から挿入することもできる。
　そして、ヘッダ本体４とヘッダプレート３とを嵌着した後に、その両端に一対の端蓋１１を配置し、両端蓋１１間を図示しない別の治具により締結する。また、一対のサイドメンバー１２間も他の治具により締結される。
　次に、図３は本発明の第２実施例の熱交換器であり、この例では、ヘッダタンクが２列並列されている。
　このとき、図において左側のヘッダプレート３の低フランジ部６ｂの端面が右側のヘッダプレート３の高フランジ部６ａよりも下方に位置して、両者が接触する。
　なお、夫々のヘッダプレート３内には、前記同様の手順によりヘッダ本体４が嵌入される。その状態で、左側のヘッダプレート３の高フランジ部６ａの端面と右側のヘッダプレート３の低フランジ部６ｂの端面との間に、図示しない締結治具により加圧力１０を加える。
　これにより、並列されたヘッダタンクに対して、並列方向の両端のヘッダプレートのみを互いに近づく方向に加圧することで、並列された全てのヘッダタンクにおけるヘッダプレートとヘッダ本体との嵌合部を圧着させることが可能となり、簡便にヘッダタンクを仮組みすることができる。
　次に、図４は本発明の第３実施例の熱交換器であり、この例が図３の第２実施例と異なる点は、熱交換器を３列並列した点である。
　このとき図において、最も左端に位置するヘッダプレート３の高フランジ部６ａと、最も右端に位置するヘッダプレート３の低フランジ部６ｂとの間に加圧力１０を加える。
　これにより、３列並列されたヘッダタンクに対して、並列方向の両端のヘッダプレートのみを互いに近づく方向に加圧することで、並列された３列全てのヘッダタンクにおけるヘッダプレートとヘッダ本体との嵌合部を圧着させることが可能となり、簡便にヘッダタンクを仮組みすることができる。
　なお、実施例２、実施例３のように熱交換器のタンクを複数並列する場合は、図３に示すように分配用ヘッダ１３を取付けることにより、各タンクに流体を流通させるようにすると良い。
　本発明は、多数のチューブとヘッダプレート及びヘッダ本体とを有する熱交換器、例えば、オイルクーラ，ラジエータ，コンデンサ、その他に利用することができる。
　１　チューブ挿通孔
　２　偏平チューブ
　２ａ　開口端面
　３　ヘッダプレート
　４　ヘッダ本体
　４ａ　端縁
　５　弧状部
　６　フランジ部
　６ａ　高フランジ部
　６ｂ　低フランジ部
　７　湾曲面
　８　ろうフィレット
　９　フィン
　１０　加圧力
　１１　端蓋
　１２　サイドメンバー
　１３　分配用ヘッダ
　Ｏ　軸線
　２１　チューブ挿通孔
　２２　偏平チューブ
　２３　ヘッダプレート
　２４　ヘッダ本体
　２５　段付き開口部
　２６　ろうフィレット

Claims (3)

  1. 　長手方向に離間して多数のチューブ挿通孔（１）が並列され、各挿通孔（１）に偏平チューブ（２）の端部がその開口を幅方向に平行にして挿通されるヘッダプレート（３）と、そのヘッダプレート（３）に嵌着されるヘッダ本体（４）とを有し、それらの嵌着部が互いにろう付される熱交換器のヘッダタンクにおいて、
    　前記ヘッダ本体（４）は、樋状に形成され、その開口側の両縁が、ヘッダプレート（３）に挿通された各偏平チューブ（２）の開口端面（２ａ）の長軸の両縁に接して位置決めされる熱交換器のヘッダタンク。
  2. 　請求項１に記載の熱交換器のヘッダタンクにおいて、
    　前記ヘッダ本体（４）は、その軸線（Ｏ）に直交する断面が円弧に形成された樋状であり、
    　前記ヘッダプレート（３）は、その内周面が前記ヘッダ本体（４）の外周に略整合する弧状部（５）と、その両縁から外側に一体に突出する一対のフランジ部（６）とを具備し、
    　前記ヘッダ本体（４）を前記ヘッダプレート（３）に嵌着した状態で、ヘッダ本体（４）とヘッダプレート（３）との間がろう付されたことを特徴とする熱交換器のヘッダタンク。
  3. 　請求項２に記載の熱交換器のヘッダタンクにおいて、
    　前記フランジ部（６）は、偏平チューブ（２）の開口端面（２ａ）からフランジ部（６）までの高さが他方のフランジ部（６）までのそれよりも高く配置された一方の高フランジ部（６ａ）と、他方の低フランジ部（６ｂ）からなり、
    　そのヘッダタンクが複数、並列され、
    　それらの隣り合うヘッダプレート（３）において、一方のヘッダプレート（３）の低フランジ部（６ｂ）の端縁と他方のヘッダプレート（３）の高フランジ部（６ａ）の近傍の外周面とが当接されたことを特徴とする熱交換器のヘッダタンク。
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