JP2006132802A - 熱交換器用ヘッダタンク - Google Patents

Abstract

【課題】半円形状の流通路を形成したプレートを組み合わせた構造のヘッダタンクにおいて、接合面の強度を向上させて変形や破損を防止する。
【解決手段】上プレート１１に形成した半円形部２１の半径Ｒ１と、下プレート１２に形成した半円形部２２の半径Ｒ２とが異なるようにして、半円形部２２の角Ｒ部２２ａに平面部を形成することにより、ロウ付け接合時にこの平面部にフィレット２３が生成しやすくなるようにした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、車両等に用いられる熱交換器に関するもので、とくに熱交換器コアに冷媒を流通させるための熱交換器用ヘッダタンクに関する。

従来、二酸化炭素等を冷媒とする熱交換器のヘッダタンクは、高耐圧性能を満たすために押出し材により構成されている。特許文献１には、押出し材からなるヘッダタンクにチューブ挿入部や連通穴を形成した熱交換器が開示されている。また、特許文献２には、圧延材のコアプレートと押出し材のキャップセルとから扁平状のヘッダタンクを構成するとともに、ヘッダタンク内に形成された第１チューブに連通する第１タンク空間、および第２チューブに連通する第２タンク空間を仕切る仕切壁に、両タンク空間を連通させる連通部を機械加工により形成したものが開示されている。

しかしながら、押出し材は一般的な板材に比べて材料コストが高く、またチューブ挿入穴等の加工が機械加工に限定されるため、加工コストも高いものとなっていた。そこで、ヘッダタンクを構成する部材を板材によるプレス成型品とし、表面に略半円形状部をエンボス成形するとともに、それらの部材を対向配置してロウ付け接合することにより、内部に冷媒の流路が形成されたヘッダタンクとする試みがなされている。
特開２０００−８１２９４号公報 特開２００２−１３９２９３号公報

二酸化炭素等を冷媒とする熱交換器のヘッダタンクでは、高耐圧性能を満たすため、流路断面が略円形となるようにして耐圧強度を高めている。上記のような板材を組み合わせた構造のヘッダタンクでは、それぞれの板材表面に略半円形状の部分を形成し、これを互いに組み合わせることで断面略円形の冷媒流路としている。しかしながら、略半円形部を組み合わせてロウ付け接合した場合、略半円形状の角Ｒ部同士が対峙する部分（以下、接合面という）にロウ溜まりとなるフィレットが生成されないことがある。このように接合面にフィレットが生成されないと、この部分に応力が集中しやすくなるため、変形や破損を引き起こすおそれがある。ちなみに、接合面にフィレットが生成されている場合、タンクの破壊はロウ付け部分以外で発生し、接合面にフィレットが生成されていないと、低い圧力でもロウ付け部分からタンクに破壊が生じるケースが多いことが知られている。

本発明の目的は、接合面の強度が高く、変形や破損を生じることのない熱交換器用ヘッダタンクを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、少なくとも、断面が略半円形状の第１流路部を複数形成した第１プレートと、同じく断面が略半円形状の第２流路部を複数形成した第２プレートとを備え、前記両プレートの第１流路部と第２流路部同士を互いに組み合わせてロウ付け接合することにより、前記第１流路部と第２流路部とで仕切られた空間に断面が略円形状となる冷媒流路を形成してなる熱交換器用ヘッダタンクであって、前記第１流路部における略半円形状の半径Ｒ１と前記第２流路部における略半円形状の半径Ｒ２とが異なる構成としたものである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記第１流路部の略半円形状における半径Ｒ１と、前記第２流路部の略半円形状における半径Ｒ２との関係が、半径Ｒ２×１．５＞半径Ｒ１＞半径Ｒ２となるようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１において、前記第１流路部の略半円形状における半径Ｒ１と、前記第２流路部の略半円形状における半径Ｒ２との関係が、半径Ｒ１×１．５＞半径Ｒ２＞半径Ｒ１となるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１において、前記第１流路部の略半円形状における半径Ｒ１と、前記第２流路部の略半円形状における半径Ｒ２とが同じであり、前記半径Ｒ１の中心線と前記半径Ｒ２の中心線とが離間した構成としたものである。

請求項５の発明は、請求項４において、前記第１流路部の略半円形状における半径Ｒ１の中心線と、前記第２流路部の略半円形状における半径Ｒ２の中心線とが、ズレ量Ａ（Ａ＜Ｒ１（Ｒ２）×１／２）だけ離間した構成としたものである。

請求項１の発明によれば、第１プレートの第１流路部と、第２プレートの第２流路部との接合面が対峙することがなく、一方の流路部における接合部分に平面部ができるため、ロウ付け接合時にこの平面部にフィレットが生成しやすくなる。この結果、第１プレートと第２プレートの接合面における強度が向上し、この部分に応力が集中することがなくなるため、ヘッダタンクの変形や破損を防止することができる。

請求項２の発明によれば、断面略円形状から大きく崩れることなしにフィレットを生成しやすい形状とすることができるため、接合部分の強度が向上するだけでなく、十分な耐圧性を備えたヘッダタンクとすることができる。

請求項３の発明によれば、断面略円形状から大きく崩れることなしにフィレットを生成しやすい形状とすることができるため、接合部分の強度が向上するだけでなく、十分な耐圧性を備えたヘッダタンクとすることができる。

請求項４の発明によれば、第１プレートの第１流路部と、第２プレートの第２流路部との接合面が対峙することがなく、各流路部の接合部分に平面部ができるため、ロウ付け接合時にこの平面部にフィレットが生成しやすくなる。この結果、第１プレートと第２プレートの接合面における強度が向上し、この部分に応力が集中することがなくなるため、ヘッダタンクの変形や破損を防止することができる。

請求項５の発明によれば、断面略円形状から大きく崩れることなしにフィレットを生成しやすい形状とすることができるため、接合部分の強度が向上するだけでなく、十分な耐圧性を備えたヘッダタンクとすることができる。

以下、本発明に係わる熱交換器用ヘッダタンクを実施するための最良の形態となる実施例について説明する。なお、実施例の各図面では、各部の構造を簡略化するとともに、ハッチングや輪郭線、境界線等を適宜に省略している。

最初に、本実施例に係わる熱交換器の構造について説明する。図４は、本実施例に係わる熱交換器の全体構成を示す斜視図である。この熱交換器１は、熱交換器コア２と、ヘッダタンク３および４とを備えて構成されている。

熱交換器コア２は、冷媒が流通する複数本のチューブ５と、隣接するチューブ５の間に配置されたフィン６とで構成されている。この熱交換器コア２の上端部にはヘッダタンク３が接続され、各チューブ５の一端と内部的に連通している。また下端部にはヘッダタンク４が接続され、各チューブ５の他端と内部的に連通している。図４には示していないが、チューブ５の内部には冷媒が流通する複数のチューブ穴が形成されている。

ヘッダタンク３および４の内部には、図示しないデバイドプレートが所定位置に挿入され、ヘッダタンク内を流通する冷媒はデバイドプレートの位置でチューブ側に導かれるようになっている。また、ヘッダタンク３の端部には、図示しない冷媒の入口パイプおよび出口パイプがそれぞれ設けられている。

本実施例の熱交換器１において、外部から前記入口パイプを通じてヘッダタンク３に供給された冷媒は、ヘッダタンク３内で分配されて所定のチューブ５に流れ込み、ここを通過してヘッダタンク４へ流入する。この冷媒はヘッダタンク４からさらに所定のチューブ５に流れ込み、ヘッダタンク３へ流入する。このように、冷媒はヘッダタンク３と４との間を１または複数回往復した後、ヘッダタンク３の前記出口パイプから排出される。この間、熱交換器コア２の各チューブ５およびフィン６の間を冷却風などの熱交換媒体が流通することにより、各チューブ５内を流通する冷媒と前記熱交換媒体との間で熱交換（冷媒の吸熱または放熱）が行われる。なお、冷媒の流通経路には種々のパターンがあり、上記説明をその一例を示している。

次に、ヘッダタンク３および４の構造について説明する。図５は図４のＡ−Ａ線に沿った断面図、図６は図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図７は図５のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。以下、ヘッダタンク３について説明するが、ヘッダタンク４についても構造は同じである。

図５および図７に示すように、ヘッダタンク３は、上プレート１１と下プレート１２とを重ね合わせてロウ付け接合したものであり、それぞれのプレートには、ヘッダタンクの幅方向の冷媒流路１７となる半円形部２１，２２と、ヘッダタンクの長手方向の冷媒流路１８となる半円形部１５，１６とが形成されている。なお、図５および図７では、説明を簡単にするため、上下の半円形部を同一形状とし、且つ同一位置に配置した例を示している。次に、各プレートに形成された半円形部と他の部分について説明する。

下プレート１２には、図６および図７に示すように、上プレート１１と接合したときに、上プレート１１の半円形部２１とともに冷媒流路１７（および冷媒流路１８の一部）となる半円形部２２が長手方向に沿って等間隔で形成されている。また、各半円形部２２の間には、チューブ５を挿入するためのチューブ挿入穴１３が等間隔で形成されている。このチューブ挿入穴１３に挿入されたチューブ５の内部には、図６に示すように、冷媒が流通する複数のチューブ穴１４が等間隔で複数形成されている。さらに、下プレート１２の幅方向の両端部には、上プレート１１と接合したときに冷媒流路１８となる半円形部１６が形成されている。

上プレート１１には、図７に示すように、下プレート１２と接合したときに、下プレート１２の半円形部２２とともに冷媒流路１７（および冷媒流路１８の一部）となる半円形部２１が等間隔で形成されている。

上記のように構成された上プレート１１と下プレート１２とを、それぞれの半円形部同士が平面的に一致または略一致するように向かい合わせにして重ね合わせ、図５に示すように、下プレート１２の半円形部１６の端部を上プレート１１の半円形部１５側に折り返して一体化することにより、ヘッダタンク３の本体部分が完成する。さらに、この本体部分の両端に図４に示すよう遮蔽部材７を取り付けることでヘッダタンク３が完成する。このヘッダタンク３の内部には、半円形部２１および２２からなる断面略円形状の冷媒流路１８が、タンク両側端の長手方向に沿って２つ形成されるとともに、半円形部１５および１６からなる断面略円形状の冷媒流路１７が、２つの冷媒流路１８の間を連通するように形成されている。

そして、図４に示すように、同一構成のヘッダタンク３と４との間に熱交換器コア２を配置し、熱交換器コア２の各チューブ５をヘッダタンク３、４のそれぞれのチューブ挿入穴１３に挿入することにより熱交換器１が仮組される。さらに、ヘッダタンク３（またはヘッダタンク４）に冷媒の入口パイプ、出口パイプ等を取り付け、これらを一体のまま炉中で加熱してロウ付け接合することにより熱交換器１が完成する。

次に、上プレート１１と下プレート１２に形成される半円形部２１，２２の形状について説明する。ただし、冷媒流路１８となる半円形部１５，１６についても半円形部２１，２２と同様に構成されているため、図示および説明を省略する。

図１は、実施例１に係わる半円形部２１，２２の構成を示す断面図であり、図７の部分断面図に相当する（チューブ５などを省略）。

本実施例では、上プレート１１の半円形部２１の半径Ｒ１が、下プレート１２の半円形部２２の半径Ｒ２よりも大きくなるように構成されている。このような形状とすることによって、半円形部２１の角Ｒ部２１ａと、半円形部２２の角Ｒ部２２ａとが対峙することがなく、図示のように半円形部２２の角Ｒ部２２ａに平面部ができるため、ロウ付け接合時にこの平面部にフィレット２３が生成しやすくなる。このように、接合面にフィレット２３が生成されることにより、上プレート１１と下プレート１２の接合面における強度が向上し、この部分に応力が集中することがなくなるため、ヘッダタンクの変形や破損を防止することができる（請求項１の効果）。

なお、本実施例のように、対向する半円形部の半径を変えた場合は、冷媒流路１７が断面略円形状から崩れて楕円形状や瓢箪形状となるため耐圧性が低下するおそれがある。しかしながら、Ｒ２×１．５＞Ｒ１＞Ｒ２の関係を満たすように半円形部２１，２２の半径を設定することにより、断面略円形状から大きく崩れることなしにフィレットを生成しやすい形状とすることができる。したがって、本実施例の構成とすることにより、接合部分の強度が向上するだけでなく、十分な耐圧性を備えたヘッダタンクとすることができる（請求項２の効果）。

図２は、実施例２に係わる半円形部２１，２２の構成を示す断面図であり、図７の部分断面図に相当する（チューブ５などを省略）。

本実施例では、下プレート１２の半円形部２２の半径Ｒ２が、上プレート１１の半円形部２１の半径Ｒ１よりも大きくなるように構成されている。このような形状とすることによって、半円形部２１の角Ｒ部２１ａと、半円形部２２の角Ｒ部２２ａとが対峙することがなく、図示のように半円形部２１の角Ｒ部２１ａに平面部が出来るため、ロウ付け接合時にこの平面部にフィレット２３が生成しやすくなる。このように、接合面にフィレット２３が生成されることにより、上プレート１１と下プレート１２の接合面における強度が向上し、この部分に応力が集中することがなくなるため、ヘッダタンクの変形や破損を防止することができる（請求項１の効果）。

本実施例において、Ｒ１×１．５＞Ｒ２＞Ｒ１の関係を満たすように半円形部２１，２２の半径を設定することにより、断面略円形状から大きく崩れることなしにフィレットを生成しやすい形状とすることができる。したがって、本実施例の構成とすることにより、接合部分の強度が向上するだけでなく、十分な耐圧性を備えたヘッダタンクとすることができる（請求項３の効果）。

図３は、実施例３に係わる半円形部２１，２２の構成を示す断面図であり、図７の部分断面図に相当する（チューブ５などを省略）。

本実施例では、上プレート１１の半円形部２１の半径Ｒ１と、下プレート１２の半円形部２２の半径Ｒ２を同じ大きさとし、その中心線をズレ量Ａだけ離して組み合わせたものである。このような形状とした場合でも、半円形部２１の角Ｒ部２１ａと、半円形部２２の角Ｒ部２２ａとが対峙することがなく、図示のように半円形部２１の一方の角Ｒ部２１ａと、半円形部２２の他方の角Ｒ部２２ａとにそれぞれ平面部が出来るため、ロウ付け接合時にこれら平面部にフィレット２３が生成しやすくなる。このように、接合面にフィレット２３が生成されることにより、上プレート１１と下プレート１２の接合面における強度が向上し、この部分に応力が集中することがなくなるため、ヘッダタンクの変形や破損を防止することができる（請求項４の効果）。

本実施例のように、対向する半円形部の中心線をずらした場合、冷媒流路１７が断面略円形状から崩れるために耐圧性が低下するおそれがある。しかしながら、中心線をのズレ量Ａを、Ａ＜Ｒ１（Ｒ２）×１／２の関係を満たすように設定することにより、断面略円形状から大きく崩れることなしにフィレットを生成しやすい形状とすることができる。したがって、本実施例の構成とすることにより、接合部分の強度が向上するだけでなく、十分な耐圧性を備えたヘッダタンクとすることができる（請求項５の効果）。

上記各実施例によれば、図７に示すように、半円形部２１，２２の角Ｒ部同士が接合する部分ｂ（破線円ｂ）にフィレットが生成されることになる。また、冷媒流路１８となる半円形部１５，１６に上記各実施例の構成を適用した場合は、図５に示すように、半円形部１５，１６の角Ｒ部同士が接合する部分ａ（破線円ａ）にフィレットが生成されることになる。

以上説明したように、本実施例に示したヘッダタンクでは、半円形部の角Ｒ部同士が対峙する接合面にフィレットが生成しやすくなるため、この接合面に応力が集中することがなくなり、この結果、ヘッダタンクの変形や破損を防止することができる。また、冷媒流路を略円形状から大きく崩れない形状とすることができるので、高圧な冷媒の流通によるタンクの破壊を大幅に少なくすることができる。

本発明は、ヘッダタンクの接合面における強度を高め、また冷媒流路を略円形状から大きく崩れない形状とすることで高圧な冷媒の流通によるタンクの破壊を大幅に少なくすることができるので、例えば、車両用空調装置などに備えられる冷媒蒸発器、冷媒凝縮器、オイルクーラ、及びヒータコア等に適用できる。

実施例１に係わる半円形部の構成を示す断面図。 実施例２に係わる半円形部の構成を示す断面図。 実施例３に係わる半円形部の構成を示す断面図。 実施例に係わる熱交換器の全体構成を示す斜視図。 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 図５のＣ−Ｃ線に沿った断面図。

符号の説明

１…熱交換器
２…熱交換器コア
３，４…ヘッダタンク
５…チューブ
６…フィン
７…遮蔽部材
１１…上プレート
１２…下プレート
１３…チューブ挿入穴
１４…チューブ穴
１５，１６…半円形部
１７，１８…冷媒流路
２１，２２…半円形部
２１ａ，２２ａ…角Ｒ部
２３…フィレット

Claims (5)

1. 少なくとも、断面が略半円形状の第１流路部（２１，１５）を複数形成した第１プレート（１１）と、同じく断面が略半円形状の第２流路部（２２，１６）を複数形成した第２プレート（１２）とを備え、前記両プレートの第１流路部（２１，１５）と第２流路部（２２，１６）同士を互いに組み合わせてロウ付け接合することにより、前記第１流路部と第２流路部とで仕切られた空間に断面が略円形状となる冷媒流路（１７，１８）を形成してなる熱交換器用ヘッダタンクであって、
   前記第１流路部（２１，１５）における略半円形状の半径Ｒ１と前記第２流路部（２２，１６）における断面略半円形状の半径Ｒ２とが異なることを特徴とする熱交換器用ヘッダタンク。
2. 前記第１流路部（２１，１５）の略半円形状における半径Ｒ１と、前記第２流路部（２２，１６）の略半円形状における半径Ｒ２との関係が、半径Ｒ２×１．５＞半径Ｒ１＞半径Ｒ２となることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用ヘッダタンク。
3. 前記第１流路部（２１，１５）の略半円形状における半径Ｒ１と、前記第２流路部（２２，１６）の略半円形状における半径Ｒ２との関係が、半径Ｒ１×１．５＞半径Ｒ２＞半径Ｒ１となることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用ヘッダタンク。
4. 前記第１流路部（２１，１５）の略半円形状における半径Ｒ１と、前記第２流路部（２２，１６）の略半円形状における半径Ｒ２とが同じであり、前記半径Ｒ１の中心線と前記半径Ｒ２の中心線とが離間していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用ヘッダタンク。
5. 前記第１流路部（２１，１５）の略半円形状における半径Ｒ１の中心線と、前記第２流路部（２２，１６）の略半円形状における半径Ｒ２の中心線とが、ズレ量Ａ（Ａ＜Ｒ１（Ｒ２）×１／２）だけ離間していることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器用ヘッダタンク。
   

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