特開 2023-22417 コルゲートフィン型熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023022417

(43)【公開日】2023-02-15

(54)【発明の名称】コルゲートフィン型熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 9/00 20060101AFI20230208BHJP

   F28F 9/02 20060101ALI20230208BHJP

   F28D 1/053 20060101ALI20230208BHJP

【ＦＩ】

F28F9/00 321

F28F9/02 301Z

F28D1/053 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021127283

(22)【出願日】2021-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】000222484

【氏名又は名称】株式会社ティラド

(74)【代理人】

【識別番号】100082843

【弁理士】

【氏名又は名称】窪田 卓美

(72)【発明者】

【氏名】上野 孝史

(72)【発明者】

【氏名】浜田 聡一郎

【テーマコード（参考）】

3L065

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L065AA02

3L065AA11

3L103AA01

3L103CC02

3L103CC22

3L103DD08

3L103DD32

3L103DD34

(57)【要約】

【課題】 ラジエータ等のコルゲートフィン型熱交換器におけるコアサポート用プレートに代わる構造を提供すること。
【解決手段】 偏平チューブ１とコルゲートフィン２とが交互に並列されたコア３と、各偏平チューブ１の長手方向の両端が挿通される複数のチューブ挿通孔４が形成されたヘッダプレート５と、を有し、前記コア３を形成する各偏平チューブ１内に第１流体が流通するコルゲートフィン型熱交換器において、前記コア３の偏平チューブ１の並列方向の最外側に位置するコルゲートフィン２ａの外側には、第１流体が流通しない１つ以上のダミーチューブ６が配置されており、前記ダミーチューブ６の少なくとも１つが前記最外側に位置するコルゲートフィン２ａと接合されている構造とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

偏平チューブ（１）とコルゲートフィン（２）とが交互に並列されたコア（３）と、
各偏平チューブ（１）の長手方向の両端が挿通される複数のチューブ挿通孔（４）が形成されたヘッダプレート（５）と、を有し、
前記コア（３）を形成する各偏平チューブ（１）内に第１流体が流通するコルゲートフィン型熱交換器において、
前記コア（３）の偏平チューブ（１）の並列方向の最外側に位置するコルゲートフィン（２ａ）の外側には、第１流体が流通しない１つ以上のダミーチューブ（６）が配置されており、
前記ダミーチューブ（６）の少なくとも１つが前記最外側に位置するコルゲートフィン（２ａ）と接合されているコルゲートフィン型熱交換器。

【請求項2】

請求項１に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記ダミーチューブ（６）は、前記偏平チューブ（１）を流用、または加工してなるコルゲートフィン型熱交換器。

【請求項3】

請求項１または請求項２のいずれかに記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記ヘッダプレート（５）に形成された複数のチューブ挿通孔（４）の並列方向の両端の外側には、ダミーチューブ挿通孔（７）が形成されており、
少なくとも１つの前記ダミーチューブ（６）の長手方向の両端が、前記ダミーチューブ挿通孔（７）に挿通されているコルゲートフィン型熱交換器。

【請求項4】

請求項１または請求項２のいずれかに記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記ヘッダプレート（５）が、複数のチューブ挿通孔（４）を有する底部（８）とその外縁から立ち上げられた外壁面（９）とで形成されており、
少なくとも１つの前記ダミーチューブ（６）の長手方向の両端が曲折された曲折部（６ａ）を有しており、
前記曲折部（６ａ）またはその先端の少なくとも一方がヘッダプレート（５）の長手方向の端部の外壁面（９）に接合されているコルゲートフィン型熱交換器。

【請求項5】

請求項１～請求項４のいずれかに記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
２つ以上の複数のダミーチューブ（６）を有し、
前記最外側に位置するコルゲートフィン（２ａ）に接合されるダミーチューブ（６）に対し、他のダミーチューブ（６）を１つ以上積層したコルゲートフィン型熱交換器。

【請求項6】

請求項５に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記ヘッダプレート（５）が、複数のチューブ挿通孔（４）を有する底部（８）とその外縁から立ち上げられた外壁面（９）とで形成されており、
複数のダミーチューブ（６）のうち、
少なくとも１つのダミーチューブ（６）の長手方向の両端は、前記ヘッダプレート（５）のダミーチューブ挿通孔（７）に挿通され、
少なくとも別の１つのダミーチューブ（６）の長手方向の両端が曲折された曲折部（６ａ）を有しており、
前記曲折部（６ａ）またはその先端の少なくとも一方が前記外壁面（９）に接合されているコルゲートフィン型熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

偏平チューブおよびコルゲートフィンが交互に並列されたコアを有するラジエータ等のコルゲートフィン型熱交換器に関し、特に、コアを支持する構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来知られているラジエータ等に用いるコルゲートフィン型熱交換器は、図６に示す如く、偏平チューブ１とコルゲートフィン２とが交互に並列されたコア３と、各偏平チューブ１の長手方向の両端が挿通される複数のチューブ挿通孔４が形成されたヘッダプレート５と、を有する。
そして、各偏平チューブ１の内部に第１流体（例えば、冷却水等の冷媒）が流通し、各偏平チューブ１の外部の平面とコルゲートフィン２からなる流通路に第２流体（例えば、空気流等）が流通し、それらの流体間で熱交換が行われる。
この熱交換器のコア３の両端には、コア３の偏平チューブ１の並列方向の最外側に位置するコルゲートフィン２ａの外側に、コアサポート用プレート１８がろう付固定されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

図６に記載のコアサポート用プレート１８は、主として耐久性の向上（その他、コア３の最外側に位置するコルゲートフィン２ａの保護、ろう付の安定等）のために用いられているが、熱交換器の用途により、耐圧性要求が高くない熱交換器が存在する。コアサポート用プレート１８を用いるまでもない熱交換器の場合、ある程度の耐久性を維持でき、コアサポート用プレート１８より軽量な代替部材が望まれている。また、コアサポート用プレート１８は、第１流体の流通用の偏平チューブ１と異なる材料を用いているので、材質、板厚等の異なる専用材となる。

【0004】

このようにコアサポート用プレート１８を用いた熱交換器のコア３の支持構造は、専用材の使用、部品点数が多いこと及び、過剰な耐久性を持つ仕様となり、熱交換器の製造コストを上げる問題が生じる。
そこで、本発明は、上記の問題点を解決することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

請求項１に記載の本発明は、偏平チューブ１とコルゲートフィン２とが交互に並列されたコア３と、
各偏平チューブ１の長手方向の両端が挿通される複数のチューブ挿通孔４が形成されたヘッダプレート５と、を有し、
前記コア３を形成する各偏平チューブ１内に第１流体が流通するコルゲートフィン型熱交換器において、
前記コア３の偏平チューブ１の並列方向の最外側に位置するコルゲートフィン２ａの外側には、第１流体が流通しない１つ以上のダミーチューブ６が配置されており、
前記ダミーチューブ６の少なくとも１つが前記最外側に位置するコルゲートフィン２ａと接合されているコルゲートフィン型熱交換器である。

【0006】

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記ダミーチューブ６は、前記偏平チューブ１を流用、または加工してなるコルゲートフィン型熱交換器である。

【0007】

請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記ヘッダプレート５に形成された複数のチューブ挿通孔４の並列方向の両端の外側には、ダミーチューブ挿通孔７が形成されており、
少なくとも１つの前記ダミーチューブ６の長手方向の両端が、前記ダミーチューブ挿通孔７に挿通されているコルゲートフィン型熱交換器である。

【0008】

請求項４に記載の本発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記ヘッダプレート５が、複数のチューブ挿通孔４を有する底部８とその外縁から立ち上げられた外壁面９とで形成されており、
少なくとも１つの前記ダミーチューブ６の長手方向の両端が曲折された曲折部６ａを有しており、
前記曲折部６ａまたはその先端の少なくとも一方がヘッダプレート５の長手方向の端部の外壁面９に接合されているコルゲートフィン型熱交換器である。

【0009】

請求項５に記載の本発明は、請求項１～請求項４のいずれかに記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
２つ以上の複数のダミーチューブ６を有し、
前記最外側に位置するコルゲートフィン２ａに接合されるダミーチューブ６に対し、他のダミーチューブ６を１つ以上積層したコルゲートフィン型熱交換器である。

【0010】

請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記ヘッダプレート５が、複数のチューブ挿通孔４を有する底部８とその外縁から立ち上げられた外壁面９とで形成されており、
複数のダミーチューブ６のうち、
少なくとも１つのダミーチューブ６の長手方向の両端は、前記ヘッダプレート５のダミーチューブ挿通孔７に挿通され、
少なくとも別の１つのダミーチューブ６の長手方向の両端が曲折された曲折部６ａを有しており、
前記曲折部６ａまたはその先端の少なくとも一方が前記外壁面９に接合されているコルゲートフィン型熱交換器である。

【発明の効果】

【0011】

請求項１に記載の発明は、コア３の偏平チューブ１の並列方向の最外側に位置するコルゲートフィン２ａの外側に、第１流体が流通しないダミーチューブ６の少なくても１つが接合されているものである。
すなわち、従来の熱交換器のコアサポート用プレートを廃止し、最外側に位置するコルゲートフィン２ａの外側にコアサポート用のダミーチューブ６を接合している。
この構成により、コアサポート用プレートの分だけ、部品及び、材料の点数、種類が削減される。また、ダミーチューブ６はコアサポート用プレートのように複雑な構造とはならないので、コアサポートの構造の簡素化をすることができる。
また、ダミーチューブ６には第１流体が流れていないので、ダミーチューブ６とヘッダプレート５との付根との間で発生する熱応力を低減させることができ、ダミーチューブ６の破損の防止が可能であり、ダミーチューブ６が破損しても、第１流体の洩れ防止が可能となる。

【0012】

請求項２に記載の発明は、ダミーチューブ６は、前記偏平チューブ１を流用、または加工してなるものである。すなわち、第１流体の流通する偏平チューブ１と同じ製造工程で作成される偏平チューブ１を流用したものを、コアサポート用のダミーチューブ６としているので、製造コストを低減することができる。

【0013】

請求項３に記載の発明は、さらに、ヘッダプレート５に形成されたダミーチューブ挿通孔７に、少なくとも１つのダミーチューブ６の長手方向の両端が挿通されているので、第１流体の流通用の偏平チューブ１と同工程で、ダミーチューブ６をヘッダプレート５へ組付けが可能となる。また、ヘッダプレート５へのダミーチューブ６の挿入長さを管理することで、ダミーチューブ６の取り付けの位置決めが可能となる。

【0014】

請求項４に記載の発明は、さらに、少なくとも１つのダミーチューブ６の長手方向の両端が曲折された曲折部６ａを有しており、その曲折部６ａまたはその先端の少なくとも一方がヘッダプレート５の長手方向の端部の外壁面９に接合されているので、従来使用していたコアサポート用プレート１８を、曲折部を有するダミーチューブ６への置き換え可能であり、その際、熱交換器に使用する他の部品の形状を変更せず、対応することができる。ダミーチューブ６に曲折部６ａを採用することが簡単であり、それを採用することにより、冷熱応力対策ができる。

【0015】

請求項５に記載の発明は、さらに、２つ以上の複数のダミーチューブ６を有し、最外側に位置するコルゲートフィン２ａに接合されるダミーチューブ６に対し、他のダミーチューブ６を１つ以上積層しているので、熱交換器にかかる内圧、振動等に対して、必要な耐久性をより高めることができる。ダミーチューブ６を重ねる範囲を変更することで、耐久性の劣る部位のみの補強、及び、材料の節減ができる。

【0016】

請求項６に記載の発明は、さらに、ヘッダプレート５に形成されたダミーチューブ挿通孔７に、少なくとも１つのダミーチューブ６の長手方向の両端が挿通されているので、第１流体の流通用の偏平チューブ１と同工程で、少なくとも１つのダミーチューブ６をヘッダプレート５へ組付けることが可能となる。
また、少なくとも１つのダミーチューブ６の長手方向の両端が曲折された曲折部６ａを有しており、その曲折部６ａまたはその先端の少なくとも一方がヘッダプレート５の長手方向の端部の外壁面９に接合されているので、ダミーチューブ６に曲折部６ａを採用することが簡単であり、それを採用することにより、冷熱応力対策ができる。
そして、少なくとも２つのダミーチューブ６の両端をヘッダプレート５にろう付接合するので、ダミーチューブ６の間に位置決めを設ける必要がない。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器の要部断面図（Ａ）、およびヘッダタンク１０を省略した図１（Ａ）のＢ－Ｂ矢視平面図（Ｂ）。

【図2】本発明の第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器の要部断面図（Ａ）、およびヘッダタンク１０を省略した図２（Ａ）のＢ－Ｂ矢視平面図（Ｂ）。

【図3】本発明の第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器の要部断面図。

【図4】本発明の第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器の要部断面図。

【図5】本発明の第５実施例のコルゲートフィン型熱交換器の要部断面図（Ａ）、およびヘッダタンク１０を省略した図５（Ａ）のＢ－Ｂ矢視平面図（Ｂ）。

【図6】従来知られているコルゲートフィン型熱交換器の要部断面図（Ａ）、およびヘッダタンク１０を省略した図６（Ａ）のＢ－Ｂ矢視平面図（Ｂ）。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

図１～図５は、本発明にかかる各実施例のコルゲートフィン型熱交換器の説明図である。
これらのコルゲートフィン型熱交換器は、偏平チューブ１とコルゲートフィン２とが交互に並列されたコア３を有する。コア３の各偏平チューブ１の長手方向の両端は、ヘッダプレート５に形成された複数のチューブ挿通孔４に挿通されている。
一例として、ヘッダプレート５は細長い方形に形成されており、チューブ挿通孔４はヘッダプレート５の長手方向に沿って並列している。また、ヘッダプレート５は底部８とその外周縁から立ち上がる外周壁９からなる皿状に形成されている。その外周壁９の先端には、適宜な間隔をあけて爪１５が形成されている。底部８の外周縁には、環状溝１７が形成されており、その環状溝１７にシール材１６が配置される。

【0020】

このヘッダプレート５には、ヘッダタンク１０の開口がシール材１６を介して被嵌される。ヘッダタンク１０は、タンク底部１１とタンク側面１２とからなり、タンク底部１１と対向する側が開口された箱型に形成されている。タンク側面１２の開口の外周には、外方に張り出したフランジ部１３が形成されている。そのフランジ部１３にヘッダプレート５の爪１５がカシメ固定されている。
そして、図示しないヘッダタンク１０の第１流体の導入部から、コア３を形成する各偏平チューブ１の内部に第１流体（例えば、冷却水等の冷媒）が流通する。各偏平チューブ１の外部の平面とコルゲートフィン２からなる流通路に第２流体（例えば、空気流等）が流通し、それらの流体間で熱交換が行われる。

【0021】

以下に述べる各実施例に共通する特徴は、従来の熱交換器のコアサポート用プレート１８を廃止し、図１～図５に記載のごとく、コア３の偏平チューブ１の並列方向の最外側に位置するコルゲートフィン２ａの外側に、第１流体が流通しないダミーチューブ６の少なくとも１つが接合されていることにある。
このようにコアサポートを形成することにより、従来のコアサポート用プレート１８を削減し、その製造工程を省略することができる。
また、ダミーチューブ６には第１流体が流れていないので、ダミーチューブ６とヘッダプレートの付根との間で発生する熱応力を低減させることができ、ダミーチューブ６の破損を防止がすることができ、ダミーチューブ６が破損しても、第１流体の洩れを防止することができる。
また、ダミーチューブ６は、第１流体の流通する偏平チューブ１と同じ製造工程で製造される偏平チューブ１を流用することが好適である。この構造を採用する場合、そのコアサポートの構造自体が単純化されるとともに、製造コストを下げることができる。

【実施例0022】

図１（Ａ）は本発明の第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器の要部断面図であり、同図（Ｂ）はヘッダタンク１０を省略した図１（Ａ）のＢ－Ｂ矢視平面図である。
この実施例では、図１（Ａ）に示す如く、ヘッダプレート５に形成された複数のチューブ挿通孔４の並列方向の両端の外側に、ダミーチューブ挿通孔７が形成されている。チューブ挿通孔４の開口部の長軸とダミーチューブ挿通孔７の開口部の長軸とは平行に形成される。この例では、ダミーチューブ挿通孔７は、最外側に位置するチューブ挿通孔４と外壁面９との中間の位置に形成されている。そして、そのダミーチューブ挿通孔７に１つのダミーチューブ６の長手方向の端部が挿通されている。
ダミーチューブ６とヘッダプレート５のダミーチューブ挿通孔７の間は、シール性を保つためろう付接合されることが好ましい。一方で、それらの間をろう付接合されていない構造とすることもできる。

【0023】

本実施例の場合、ダミーチューブ６の開口部両端を結ぶ軸方向の長さは、第１流体流通用の偏平チューブ１の開口部両端を結ぶ軸方向の長さと略同一に形成されている。
この場合、図１（Ａ）に示す如く、ダミーチューブ６の開口の端面が第１流体流通用の各偏平チューブ１の開口の端面と同一の仮想線Ｌの位置に配置されるよう、ダミーチューブ６の挿通長さＨ（ダミーチューブ６のダミーチューブ挿通孔７から突出する付根からその先端までの長さ）が調整されている。

【0024】

ダミーチューブ６と第１流体流通用の各偏平チューブ１を同一形状、同一長さとすることにより、各チューブ１、６の製造工程を共通化することができる。そして、各チューブ１、６が同一長さであるため、仮想線Ｌの位置に各チューブ１、６の端面の位置決め（ダミーチューブ６の挿入長さを調整）を容易に行うことができる。そして、各チューブ１、６を同時にヘッダプレート５に組付けることができるため、組立て作業の効率が良くなる。

【0025】

なお、同図（Ａ）に示すように、ダミーチューブ６の挿通長さＨを確保するため、ヘッダタンク１０のフランジ部１３には、前述したダミーチューブ挿通孔７に整合する位置に先端挿通部１４を形成しておくことが好ましい。この先端挿通部１４は、ヘッダタンク１０とダミーチューブ６との緩衝を防止するため、ダミーチューブ挿通孔７の孔径より大きい孔径が好ましい。先端挿通部１４を採用する場合、先端挿通部１４の孔は、図示の例に限らず、貫通したものであってもよい。
図示の例は、ヘッダタンク１０の材料が樹脂であり、ヘッダプレート５と爪１５によりかしめ固定されている場合であるが、ヘッダタンク１０の材料がアルミニウム又はその合金であって、ヘッダプレート５と爪１５に溶接もしくはろう付により接合されてもよい。
ヘッダタンク１０の材料がアルミニウム又はその合金である場合、ヘッダプレート５の爪１５は形成しなくてもよい。

【実施例0026】

図２（Ａ）は第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器の要部断面図であり、同図（Ｂ）はヘッダタンク１０を省略した図２（Ａ）のＢ－Ｂ矢視平面図である。
この第２実施例では、第１実施例と異なり、ヘッダプレート５にダミーチューブ挿通孔７が形成されていない。この例のダミーチューブ６は、図２（Ａ）に記載のごとく、ダミーチューブ６の開口部両端を結ぶ軸方向の端部に曲折部６ａが形成されている。この曲折部６ａまたはその先端のうち、少なくとも一方が図２（Ａ）、同図（Ｂ）に記載のごとく、ヘッダプレート５の長手方向の端部の外壁面９に接合されている。この例では、同図（Ａ）に示すごとく、曲折部６ａの先端がストレート形状に形成されており、その先端のストレート面が外壁面９に接合されている。
この場合、ダミーチューブ６は接合をする前に、図２（Ａ）、同図（Ｂ）に記載のように、ヘッダプレート５にダミーチューブ６を仮固定するための爪を設けておくことが好ましい。
上記構造に変えて、ヘッダプレート５の底部８の外面に、曲折部６ａが接合されているものであってもよい。

【0027】

前述の第１実施例では、ダミーチューブ挿通孔７を形成するため、ヘッダプレート５の環状溝１７の形状、ヘッダタンク１０のフランジ部１３の形状に変更を加える必要がある。
この第２実施例では、ダミーチューブ６の先端部に、従来使用していたコアサポート用プレート１８の曲折部１８ａと同じように、曲折部６ａを形成している。そのため、図６に記載のヘッダプレート５とヘッダタンク１０の形状をそのまま熱交換器の部品として流用することができる。
また、第１実施例では、第１流体が流通する各偏平チューブ１とダミーチューブ６の温度変化に差が生じ、それによる熱伸縮の差が発生する。
第２実施例のように、ダミーチューブ６に曲折部６ａを形成されている場合、その曲折部６ａが容易に変形するので、ダミーチューブ６が第１流体流通用の偏平チューブ１の伸縮に追従することができ、冷熱応力の発生を抑制することができる。