特開 2024-166898 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】P2024166898

(43)【公開日】2024-11-29

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 9/02 20060101AFI20241122BHJP

【ＦＩ】

F28F9/02 301D

F28F9/02 301E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023083313

(22)【出願日】2023-05-19

(71)【出願人】

【識別番号】000001845

【氏名又は名称】サンデン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】弁理士法人エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤原 章博

(72)【発明者】

【氏名】金子 智

(57)【要約】

【課題】熱媒体の流入出接続口の大径を維持しつつ、加締めによってキャップ部材と筒状部材の嵌合部に隙間が生じてしまうことによるロウ付け不良抑制する。また、誤った向きでヘッダタンクを組み立ててしまう組み間違えを抑制することを可能とする。
【解決手段】積層配置されるチューブの両端にヘッダタンクが設けられる熱交換器であって、ヘッダタンクは、チューブを接続するヘッダプレートと、ヘッダプレートと結合して筒状部材を形成するするタンクプレートと、筒状部材の一端の外側を覆うようにして閉塞し、熱媒体の流入出を可能とするための接続口が設けられる第一キャップ部材と、筒状部材の他端を閉塞する第二キャップ部材と、を備え、筒状部材は、前記一端側においてヘッダプレートとタンクプレートの結合部に、タンクプレートがヘッダプレート側に押し込まれることを規制する規制部が設けられている熱交換器を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層配置されるチューブの両端にヘッダタンクが設けられる熱交換器であって、
前記ヘッダタンクは、
チューブを接続し、前記チューブの積層方向に延在するヘッダプレートと、
前記ヘッダプレートと結合して筒状部材を形成するタンクプレートと、
前記筒状部材の一端の外側を覆うようにして閉塞し、熱媒体の流入出を可能とするための接続口が設けられる第１キャップ部材と、
前記筒状部材の他端を閉塞する第２キャップ部材と、を備え、
前記筒状部材は、
少なくとも前記一端側において前記ヘッダプレートと前記タンクプレートの結合部に、前記タンクプレートが前記ヘッダプレート側に押し込まれることを規制する規制部が設けられている熱交換器。

【請求項2】

前記規制部は、
前記ヘッダプレートの短手方向端部内側に設けられる溝部と前記タンクプレートの短手方向端部外側に設けられる突部、または、前記ヘッダプレートの短手方向端部内側に設けられる突部と前記タンクプレートの短手方向端部外側に設けられる溝部とから成り、
前記溝部の溝底と前記突部の先端の当接によって前記タンクプレートが前記ヘッダプレート側に押し込まれることを規制する請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記溝部は、
前記ヘッダプレートまたは前記タンクプレートの短手方向端部側に向かって開口している請求項２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記第２キャップ部材は、
前記ヘッダタンクの内部に向かって膨出する膨出面を有しており、
前記膨出面は、
前記タンクプレートが前記ヘッダプレート側に押し込まれることを規制することが可能である請求項１に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記規制部は、
前記筒状部材の長手方向の中心に対して対称とならない位置に設けられている請求項１に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヘッダタンクを備えた熱交換器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、熱交換器を構成するヘッダタンクにおいて、ヘッダプレートとタンクプレートによって筒状部材を形成し、流入出ダクトを接続するキャップ部材を筒状部材の開口の外側を覆うように嵌め込み、キャップ部材に設けられた加締め部によって加締めることで固定するものが知られている。

【0003】

これによると、嵌合部が筒状部材の外側に嵌るので、筒状部材の内側に嵌るものに比べて、熱媒体の流入出接続口を大径にすることが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５８１６０３８号広報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、キャップ部材の嵌合部が筒状部材の外側に嵌るような状態で加締めると、加締めの力によってタンクプレートがヘッダプレート側に過度に押し込まれることがあり、それによりキャップ部材と筒状部材の嵌合部に隙間が生じてしまい、ロウ付け不良の要因となり得る問題があった。

【0006】

また、ヘッダプレートとタンクプレートによって筒状部材を形成する際、片方のプレートを１８０°反転させても組み立てることが可能なことから、誤った向きで組み立ててしまった場合、加締めの際に本来の加締め位置とずれることがあり、これもロウ付け不良の要因となり得る。

【0007】

本発明は、このような事情に対処するために提案されたものである。すなわち、熱媒体の流入出接続口の大径を維持しつつ、加締めによってキャップ部材と筒状部材の嵌合部に隙間が生じてしまうことによるロウ付け不良を抑制する。また、誤った向きでヘッダタンクを組み立ててしまう組み間違えを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

このような課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、積層配置されるチューブの両端にヘッダタンクが設けられる熱交換器であって、前記ヘッダタンクは、チューブを接続し、前記チューブの積層方向に延在するヘッダプレートと、前記ヘッダプレートと結合して筒状部材を形成するタンクプレートと、前記筒状部材の一端の外側を覆うようにして閉塞し、熱媒体の流入出を可能とするための接続口が設けられる第１キャップ部材と、前記筒状部材の他端を閉塞する第２キャップ部材と、を備え、前記筒状部材は、少なくとも前記一端側において前記ヘッダプレートと前記タンクプレートの結合部に、前記タンクプレートが前記ヘッダプレート側に押し込まれることを規制する規制部が設けられている。

【発明の効果】

【0009】

このような特徴によると、本発明は、熱媒体の流入出接続口の大径を維持しつつ、加締めによってキャップ部材と筒状部材の嵌合部に隙間が生じてしまうことによるロウ付け不良抑制する。また、誤った向きでヘッダタンクを組み立ててしまう組み間違えを抑制することを可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る熱交換器の全体斜視図。

【図2】本発明の実施形態に係るヘッダタンクの分解斜視図。

【図3】本発明の実施形態に係るヘッダタンクの短手方向断面図。

【図4】本発明の実施形態に係るヘッダタンクの長手方向断面図。

【図5】従来のヘッダタンクの長手方向断面図。

【図6】本発明の実施形態に係る溝部及び突部の別形状例。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一の符号は同一の機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

【0012】

図１に示すように、熱交換器１は、第１ヘッダタンク１１と、第２ヘッダタンク１２と、第１ヘッダタンク１１と第２ヘッダタンク１２との間に形成された熱交換コア部１０で構成される。

【0013】

熱交換コア部１０は、複数のチューブ１００からなる、空気の流通方向（図示Ｙ軸方向）に平行に配列される第１チューブ群１００ａ及び第２チューブ群１００ｂと、複数のチューブ１００の間に設けられるフィン（不図示）と、複数のチューブ１００の積層方向（図示Ｘ軸方向）の両端に設けられた一対のサイドプレート１０１とを有している。第１チューブ群１００ａ及び第２チューブ群１００ｂは、複数のチューブ１００が図示Ｘ軸方向に積層に配置されて構成されている。熱交換器１では、第１ヘッダタンク１１又は第２ヘッダタンク１２を介して熱交換コア部１０のチューブ１００を図中Ｚ軸方向に流れる熱媒体（冷却水等）と、熱交換コア部１０を図中Ｙ軸方向に沿って通過する流体（例えば、空気）との間で熱交換が行われる。

【0014】

図１に示す熱交換器１は、熱媒体が入口パイプ２から第１ヘッダタンク１１に流入し、熱交換コア部１０の第１チューブ群１００ａを通過して第２ヘッダタンク１２に流入した後、熱交換コア部１０の第２チューブ群１００ｂを通過して第１ヘッダタンクに戻り出口パイプ３へ流出していく。

【0015】

第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２は、チューブ１００の積層方向（図示Ｘ軸方向）の両端において開口する筒状部材１３と、筒状部材１３の開口を閉塞するキャップ部材として、タンクキャップ５０及びパイプキャップ６０を有する。また、筒状部材１３は、熱交換コア部１０の空気の流通方向（図示Ｙ軸方向）に間延びしたＵ字形状のタンクプレート２０とヘッダプレート３０とから形成されている（図２参照）。以下の説明において、第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２、筒状部材１３、タンクプレート２０及びヘッダプレート３０の短手方向は、熱交換コア部１０の空気の流通方向（図示Ｙ軸方向）とし、長手方向は、チューブ１００の積層方向（図示Ｘ軸方向）とする。

【0016】

タンクプレート２０とヘッダプレート３０とを結合し、その長手方向の両端をタンクキャップ５０及びパイプキャップ６０で閉塞することで、内部に熱媒体の溜まり空間が形成される。図示の例では、第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２は筒状部材の一端の開口をパイプキャップ６０、他端の開口をタンクキャップ５０で閉塞している。

【0017】

次に、図２を用いて、本発明における第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２の構成について説明する。
図２には第１ヘッダタンク１１の分解斜視図を示している。第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２は、タンクプレート２０とヘッダプレート３０から形成される筒状部材１３とタンクキャップ５０及びパイプキャップ６０から形成されており、第１ヘッダタンク１１は、仕切板４０が設けられている。

【0018】

仕切板４０は、第１ヘッダタンク１１の長手方向に沿うように設けられている。仕切板４０は、第１ヘッダタンク１１の内部を第１ヘッダタンク１１の短手方向（図示Ｙ軸方向）の一端側の領域αと、第１ヘッダタンク１１の短手方向（図示Ｙ軸方向）の他端側の領域βに仕切るように設けられており（図３参照）、領域αに溜まる熱媒体と領域βに溜まる熱媒体は互いに他領域に侵入できないようになっている。具体的には、領域αには、入口パイプ２から流入してきた熱媒体が溜まり、領域βには、第２ヘッダタンク１２から熱交換コア部１０の第２チューブ群１００ｂを通過してきた熱媒体が溜まるようになっている。

【0019】

タンクプレート２０及びヘッダプレート３０には、ヘッダタンクの強度を向上させるために、それぞれ内面側に突出するリブ２１（図３参照），３１が設けられている。ヘッダプレート３０のリブ３１には、チューブ１００を差し込むためのチューブ挿入部３１Ｄが設けられている。タンクプレート２０及びヘッダプレート３０において、リブ２１，３１が形成された部分の外面側はリブ溝２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂが形成されている。タンクプレート２０及びヘッダプレート３０の長手方向両端に形成されるリブ溝２１Ｂ，３１Ｂは、後述する加締めをする専用のリブ溝として、その他のリブ溝２１Ａ，３１Ａとは異なる形状を有している。また、ヘッダプレート３０の長手方向両端に形成されるリブ溝３１Ｂはサイドプレート１０１を挿入するためのサイドプレート挿入部３１Ｃが設けられている。

【0020】

ヘッダプレート３０は、ヘッダプレート３０の短手方向端部３２から延在する加締爪３２Ａを有している。加締爪３２Ａは、タンクプレート２０のリブ溝２１Ａに加締めることで、タンクプレート２０とヘッダプレート３０とを固定するために設けられる。

【0021】

タンクプレート２０の長手方向一端付近、且つ短手方向端部２２の両側には、図示するように外面に突出する突部２３が設けられており、ヘッダプレート３０の長手方向一端付近、且つ短手方向端部３２の両側の内面には、突部２３に対応する位置に溝部３３が設けられている。溝部３３の形状は突部２３に対応した形状であり、後述する加締めの際に突部２３は溝部３３に略すきまなく合うようになっている。突部２３及び溝部３３はタンクプレート２０及びヘッダプレート３０の長手方向他端付近には設けられていない。

【0022】

タンクキャップ５０及びパイプキャップ６０には、加締めによってキャップ部材と筒状部材１３を固定するための加締爪５１，６１が設けられている。それぞれ加締爪５１，６１は、タンクプレート２０及びヘッダプレート３０の長手方向両端に設けられるリブ溝２１Ｂ，３１Ｂに加締めることでキャップ部材と筒状部材１３固定する。図示では、タンクプレート２０及びヘッダプレート３０に加締め専用のリブ溝２１Ｂ，３１Ｂが設けたが、専用の形状でないリブ溝２１Ａ，３１Ａであっても加締めは可能である。

【0023】

パイプキャップ６０には、入口パイプ２及び出口パイプ３を接続するための接続口６２が設けられており、入口パイプ２が接続される接続口６２が熱媒体の流入口となり、出口パイプ３が接続される接続口６２が熱媒体の流出口となる。本実施例では第２ヘッダタンク１２に備えられるパイプキャップ６０には入口パイプ２及び出口パイプ３は接続されていないため、第２ヘッダタンク１２に備えられるパイプキャップ６０の接続口６２は塞がれている。

【0024】

次に、本発明における第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２の組み立てついて説明する。
図３に示すように、第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２の筒状部材１３は、タンクプレート２０の短手方向端部２２がヘッダプレート３０の短手方向端部３２の内側に入り込むようにして組み立てられる。第１ヘッダタンク１１は、タンクプレート２０とヘッダプレート３０を組み立てる際に前述したように仕切板４０を組み込む。また、図示はしていないが、第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２の組み立ては、ヘッダプレート３０のチューブ挿入部３１Ｄにチューブ１００が差し込まれた状態で行う。

【0025】

筒状部材１３は長手方向において、タンクプレート２０とヘッダプレート３０の突部２３と溝部３３が同一側になるようにして組み立てて形成される。筒状部材１３を形成した後、筒状部材１３の長手方向一端の開口をパイプキャップ６０で閉塞し、他端の開口をタンクキャップ５０で閉塞する。この際、筒状部材１３の長手方向において突部２３及び溝部３３が設けられている側の開口をパイプキャップ６０で閉塞する。

【0026】

その後、ヘッダプレート３０の短手方向端部３２に設けられる加締爪３２Ａと、タンクキャップ５０及びパイプキャップ６０に設けられる加締爪５１，６１で加締めをして、最後にロウ付けを行うことで第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２は形成される。

【0027】

加締めは、ヘッダプレート３０の加締爪３２Ａをタンクプレート２０のリブ溝２１Ａに加締め、タンクキャップ５０及びパイプキャップ６０の加締爪５１，６１を、タンクプレート２０及びヘッダプレート３０のリブ溝２１Ｂ及び３１Ｂに加締めることで行われる。タンクキャップ５０及びパイプキャップ６０の加締爪５１，６１をヘッダプレート３０のリブ溝３１Ｂに加締める際は、サイドプレート挿入部３１Ｃにサイドプレート１０１が挿入された状態のリブ溝３１Ｂに加締める。

【0028】

加締めの際、例えば第１ヘッダタンク１１では、図３に示すように仕切板４０を支点としてタンクプレート２０の短手方向端部２２がヘッダプレート３０側に押し込まれていき、それに伴い突部２３が溝部３３に入り込んでいく。

【0029】

突部２３の先端２３Ａが溝部３３の溝底３３Ａに当接すると、タンクプレート２０の短手方向端部２２は溝底３３Ａから生じる抵抗によってヘッダプレート３０側へ押し込まれなくなる。すなわち、突部２３の先端２３Ａと溝部３３の溝底３３Ａの当接部がタンクプレート２０の押し込まれを規制する規制部となることで、加締めによって、タンクプレート２０が過度にヘッダプレート３０側へ押し込まれることを抑制できる。

【0030】

図４に示すように、タンクキャップ５０とパイプキャップ６０の形状は異なっている。タンクキャップ５０は、内側に膨出し筒状部材１３の開口を塞いだ際に、タンクプレート２０とヘッダプレート３０の長手方向端部に挟み込まれる膨出面５２を有している。加締めの際には、膨出面５２の側面５２Ａがタンクプレート２０及びヘッダプレート３０を押し返す力が加締めへの抵抗となることで、タンクキャップ５０で塞がれた筒状部材１３の長手方向他端側は加締めによってタンクプレート２０の短手方向端部２２がヘッダプレート３０側に押し込まれ難くなっている。

【0031】

一方で、パイプキャップ６０は、入口パイプ２から熱媒体が流れ込むためや出口パイプ３から熱媒体が流れ出ていくための開口面をできるだけ広く確保する必要があることから、タンクキャップ５０のように内側に膨出する膨出面は有しておらず、筒状部材１３の開口を外側から覆う形状となっているためパイプキャップ６０は加締めへの抵抗を生じさせる構造を有していない。

【0032】

すなわち、筒状部材１３の長手方向一端側のパイプキャップ６０で閉塞される側において、突部２３の先端２３Ａが溝部３３の溝底３３Ａに当接することで生じる抵抗によってタンクプレート２０の短手方向端部２２がヘッダプレート３０側に過度に押し込まれることを抑制し、押し込まれによってパイプキャップ６０と筒状部材の嵌合部に隙間が生じてしまうことを防止することでロウ付け不良を抑制する。

【0033】

図４、図５を用いて本発明におけるヘッダタンクと従来のヘッダタンクについての比較説明を行う。
図５に示すように、従来のタンクプレート２０Ｅ及びヘッダプレート３０Ｅから形成される筒状部材１３Ｅには、本発明におけるような突部や溝部から成る規制部は設けられておらず、加締めをした際はタンクプレート２０Ｅの短手方向端部２２Ｅがヘッダプレート３０Ｅに設けられるリブ３１Ｅに接するまで押し込まれる。

【0034】

タンクプレート２０Ｅの短手方向端部２２Ｅがヘッダプレート３０Ｅのリブ３１Ｅに接するまで押し込まれると、膨出面５２を有しないパイプキャップ６０側の開口端部において、パイプキャップ６０とタンクプレート２０Ｅとの間に図示するような隙間Ｃが発生する。このような隙間Ｃはロウ付け不良の要因となり、ロウ付け不良は、例えばヘッダタンクに流入した熱媒体が漏れ出してしまうことやヘッダタンクの破損の原因となり得る。

【0035】

本発明におけるヘッダタンクでは、前述したように突部２３と溝部３３から成る規制部によってタンクプレート２０の短手方向端部２２がヘッダプレート３０に設けられるリブ３１に接するまで押し込まれることはない。また、溝部３３の深さを調節することで、加締めをした際のタンクプレート２０の短手方向端部２２の押し込まれ具合を調節でき、パイプキャップ６０と筒状部材１３の嵌合部に隙間を生じさせず、且つ加締めによる固定の効果を得られる適切な形成が可能となる。

【0036】

ここまでの説明では、タンクプレート２０に突部２３が設けられ、ヘッダプレート３０に溝部３３が設けられるとしたが、これが逆であってもよい。つまり、タンクプレート２０に溝部３３を設けてヘッダプレート３０に突部２３を設けた場合であっても同様に先端２３Ａと溝底３３Ａの当接によって加締めへの抵抗を生じさせることが可能であり、嵌合部に隙間を生じさせずロウ付け不良の抑制が可能となる。

【0037】

また、突部２３と溝部３３の形状は、突部２３と溝部３３が略隙間なく嵌合できるものであればよい。例えば、図６に図示するように、溝部３３がヘッダプレート３０の短手方向端部側に開口しているようなものであってもよい。図示するような嵌合のガイド２３Ｂ，３３Ｂを有するような形状とすれば加締めの際に突部２３が溝部３３に入り込みやすくなり、組み立て性が向上する。

【0038】

また、ここまでの説明では、第１ヘッダタンク１１及び第２ヘッダタンク１２は筒状部材１３の両端の開口の一端をタンクキャップ５０で塞ぎ、他端をパイプキャップ６０で塞ぐとしたが、第２ヘッダタンク１２は入口パイプ２及び出口パイプ３を接続しない観点から両端をタンクキャップ５０で塞いでもよい。この場合であっても突部２３が設けられているタンクプレート２０と、溝部３３が設けられているヘッダプレート３０を用いて筒状部材１３を形成することで、突部２３及び溝部３３が目印となることで誤った向きでの組み立てを抑制することができる。

【0039】

また、突部２３及び溝部３３の位置はタンクプレート２０及びヘッダプレート３０の長手方向の中心において対称となるように設けられているものでなければよい。実施例では、タンクプレート２０及びヘッダプレートの長手方向の一端のみに突部２３及び溝部３３が設けられているが、例えば長手方向の一端に加えて長手方向の中心に設けるようにしてもよい。筒状部材１３の長手方向の中心に規制部を設けることで、長手方向中心付近においてタンクプレート２０の短手方向端部２２がヘッダプレート３０側に過度に押し込まれることをより抑制でき、突部２３及び溝部３３の位置はタンクプレート２０及びヘッダプレート３０の位置が筒状部材１３の長手方向の中心に対して対象とならないことで組み立て時にタンクプレート２０とヘッダプレート３０の正しい向きが一目でわかることから、１８０°反対向きでの誤った組み立てを抑制できる。

【0040】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は説明した実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0041】

１：熱交換器、２：入口パイプ、３：出口パイプ、１０：熱交換コア部、
１１：第１ヘッダタンク、１２：第２ヘッダタンク、１３，１３Ｅ：筒状部材、
２０，２０Ｅ：タンクプレート、２３：突部、２３Ａ：先端、
３０，３０Ｅ：ヘッダプレート、３３：溝部、３３Ａ：溝底、
２１，３１，３１Ｅ：リブ、２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ：リブ溝、
３１Ｃ：サイドプレート挿入部、３１Ｄ：チューブ挿入部、
２２，２２Ｅ，３２：短手方向端部、２３Ｂ，３３Ｂ：ガイド、４０：仕切板、
５０：タンクキャップ、５２：膨出面、５２Ａ：側面、
６０：パイプキャップ、６２：接続口、
３２Ａ，５１，６１：加締爪、
１００：チューブ、１００ａ：第１チューブ群、１００ｂ：第２チューブ群、
１０１：サイドプレート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】