JPH0318118B2 - - Google Patents

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JPH0318118B2
JPH0318118B2 JP58206073A JP20607383A JPH0318118B2 JP H0318118 B2 JPH0318118 B2 JP H0318118B2 JP 58206073 A JP58206073 A JP 58206073A JP 20607383 A JP20607383 A JP 20607383A JP H0318118 B2 JPH0318118 B2 JP H0318118B2
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heat exchanger
tube sheet
tubesheet
flat surfaces
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Funhoriku Bofumiru
Kuruna Furasuchimiru
Uintaaraa Uirufuriido
Kutsufuerumaisutaa Rainhorudo
Baiyaa Yurugen
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Yuriusu Furau Beeru Unto Co KG GmbH
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱交換器に関するものである。
英国特許公報第1445598号に示されているよう
に、熱交換器の丸形パイプに対するパイプと管板
との結合は既に知られている。金属でできた管板
には通し孔が設けられ、その中に熱交換器パイプ
の端部が差し込まれる。引続いてパイプ端部をラ
ジアル方向に拡げることによつて押圧結合が行わ
れ、それによつてパイプ端部は管板内に固定さ
れ、密封が行われることになる。
周知の方法は特に必要な材料特性のために金属
製管板を使用した場合にのみ可能である。金属製
管板を有する熱交換器にあつてはプラスチツクか
ら成る水タンクの管板との結合は機械的連結手段
によつてのみ可能であり、その際、普通のゴム・
パツキン形状を成すパレート形パツキン手段がシ
ールのために必要となる。
ドイツ国特許公開公報第2125671号に示されて
いるように、プラスチツクでできた管板を有する
冷却装置を製造するための方法が知られている。
この場合、管板のプラスチツク材料は超音波振動
を加えることによつて漸次溶解するようになり、
且つ同時にパイプに圧力を作用させることによつ
てパイプの管板中へ侵入させる。管板と水タンク
との結合は同じく互いに重なり合つた境界層へ超
音波振動を作用させることによつて行われる。そ
れによつて、これらの層は次第に溶解され、互い
に溶接されることになる。
超音波溶接方法にあつては、必要な溶解熱は境
界平面摩擦によつて発生される。その際、振動は
表面に対して垂直に起らねばならず、そのことは
振動を供給することに鑑み、結合するべき部分の
形態に応じてそれ自体種々の問題をもたらすもの
である。超音波溶接方法に対して、当該部分の形
に関して形態正中線及びエネルギー方向付与器の
位置は極めて正確に厳守さるべきである。更に、
この方向にあつては満足される溶接が主として行
われるように公差は極端に小さく保たなければな
らない。さらに、超音波溶接は小さな部品から中
位の大きさの部品に対してのみ工夫に富んだ方法
で適用可能であることが実際上明らかとなつた。
更に超音波溶接方法を採用した場合、熱交換器に
必要な強度と圧力作用を受けての密封性を得るこ
とは困難である。
特開昭55−31204号公報には、タンク内側分割
体とタンク外側分割体とが接着剤もしくは摩擦溶
着により結合される熱交換器が示されている。し
かし、摩擦溶着の際に生じる溶接まくれについて
は全く考慮していない。また、摩擦溶着する際に
２つの分割体を相対的に動かすための案内手段に
ついても開示されていない。
また、実開昭55−158490号公報にはタンク部材
の内側の接合縁間にシール部材を介在させ、シー
ル部材とどちらか一方又は両方の接合縁に形成の
内側の溝とでバリ溜り室を形成している。タンク
部材４，５の接合縁を摩擦溶着すると、外側と内
側の両方にバリ（溶接まくれ）が発生する。内側
のバリはバリ溜り室に収納される。しかし、外側
にはバリ溜り室がないため外側のバリは後加工に
より切除しなければならない。
従つて、本発明の課題とするところは熱交換器
のパイプと管板との結合及び管板と水タンクとの
結合を簡単なやり方で確実に行える熱交換器を提
供することである。
その際、この結合は大きな機械的強度と確実な
密封性を備えることができるものである。更に管
板は材料を節約するという理由および軽い重量の
理由から出来るだけ薄く形成できる。
この課題は特許請求の範囲第１項の熱交換器に
よつて解決される。
本発明による熱交換器は特に管板と水タンクと
が当該部分を形成する際に簡単な方法でプラスチ
ツク材料で製造可能であるという長所を有するも
のである。その際、管板はその僅かな厚さにも拘
らず管板内での熱交換器パイプの押込み又は拡げ
に対して充分な強度を具備するものである。な
お、プラスチツクから成る管板の開口内へその縦
方向に熱交換器パイプを押し込む一例はドイツ国
特許出願P3242072号明細書に述べられている。
更に別の長所は、水タンク内に設けられた隔壁
も何ら付加的な経費を要さず且つ別個のパツキン
手段もなくタンクの縁部溶接と同時に振動溶接に
よつて管板と結合できるという点に存するもので
ある。
従つて、特に有利な発展形態は次のとおりであ
る。即ち、水タンクが平坦面を有する隔壁を具備
する場合、該平坦面は管板の平坦面上に又は管板
に設けられた隔壁の平坦面上にあり、振動溶接を
用いて隔壁は管板や、互に向い合う隔壁と結合さ
れる。隔壁と管板とを同時に結合するにあたつて
は、管板と隔壁との結合が縁部における管板と水
タンクを結合するための平面と同じ接合面に位置
するか、または違つた接合面に位置するかどうか
は些細なことである。
材料の溶解に基づく結合面の縁において溶接ま
くれが生じうるので、溶接まくれ貯蔵部として役
立つとともに振動溶接の際に生じる熱の流れへ好
影響を与えるような溝を前記平坦面に沿つて少く
とも一方の側に設けることが好ましい。管板に対
して水タンクがしつかりと整合されるように、管
板にはその長手方向側において肩部が設けてあ
り、これが振動溶接のときに管板に沿つて水タン
クを案内するのに役立つものである。
熱交換器パイプを収容するために配設されてい
る隆起部を円錐形又は円筒形に形成するのが特に
有利であり、且つこの隆起部は熱交換器ブロツク
の方に向いた側にあるものである。
本発明の更に別の特に好適な形態のものにあつ
ては、前記開口が周辺方向に延びる−又は数本の
溝を具備する。これらの溝は多数の密封稜部を形
成するのに寄与するものである。これらは他方に
おいては、硬化可能なパツキン手段用の集合空間
としても役立ちうるものである。類似の方法にお
いて丸形パイプの端部はその円筒面において周辺
方向に延びる溝を備えうるものである。管板とこ
れに隣接するフインとの間にいわゆるバイパス空
気が流れるのを防ぐために二列の隆起部の間に管
板の全長に沿つて延びるウエブが配設されてい
る。その高さは少なくとも隆起部の高さと同じで
あり、そこに管板に隣接するフインが接合するも
のである。
管板及び水タンクに適する材料として、好まし
くは部分結晶性の材料、たとえばポリプロピレン
又はポリアミドがある。
振動溶接法にあつては、管板に対して水タンク
を約100ヘルツの周波数、約２〜４mmの振幅で約
３〜５秒間振動させることが望ましい。
本発明による熱交換器のいくつかの実施例を次
に図面に基づいて詳細に説明することにする。
第１図には熱交換器１が示されており、それは
フオーク状パイプ２及びフイン３を含む熱交換器
ブロツク４と、管板５と水タンク６とから成つて
いる。管板５はフオーク状パイプ２の端部８を収
容するための開口７を具備している。その際、管
板５はその下側に開口７を取り囲む円錐形の隆起
部９を備えているものである。円錐形の隆起部９
の両方の列の間には管板５の全長に旦つて延びる
ウエブ１０が配設してあり、そのウエブ１０にフ
イン３の最上の薄板が接するものである。管板５
は、後から第２図及び第３図を参照して詳細に説
明するように、その縁部に平坦面が設けられてい
る。その平坦面で水タンク６と管板５とが振動溶
接によつて結合されている。水タンク６は長手方
向に延び且つ水タンクの全長に亘つて延びる隔壁
１１を具備し、該隔壁は同じく振動溶接によつて
管板５と結合されている。隔壁１１と管板５との
結合は第４図に詳細に示されている。
第１図に示された領域Ｚが第２図に拡大して示
されている。水タンク６の長手方向側における連
結具合の一部分が図示されている。水タンク６は
拡げられた縁部１２を具備し、それには管板５の
方を向いた側で平坦面１３が形成されている。該
平坦面１３は縁部１２の全長に沿つて延びてお
り、且つ管板５の縁において対応する平坦面１４
上に位置する。水タンク６の内側と外側に対して
平坦面１３及び１４はその縁部１２に沿つて延び
る溝１５及び１６によつてそれぞれ境界付けられ
ているものである。前記溝１５及び１６は一方で
は溶接まくれ貯蔵部として役立ち、他方では振動
溶接における熱放流に好影響を与えるのに役立つ
ものである。管板５には肩部１７が設けてあり、
そこに水タンク６の縁部１２が接合されており、
そこで長手方向に摺動可能に案内されるものであ
る。肩部は突起や他の任意の形状を含む。
第３図には第１図に示された領域Ｘが拡大して
示されている。第３図は第２図とは反対に水タン
ク６の長手方向側ではなく、その幅方向側を示す
ものである。第２図と同一部分に対しては第３図
でも参照番号が一致している。
第３図から明らかなように、水タンク６の幅方
向側で管板５の肩部１７′は水タンク６の縁部１
２に対して所定の距離を有する。それにより振動
溶接を行うときに水タンク６が管板５に対して運
動できるようにするものである。更に幅方向側で
管板５は溝１６によつて制限されない平坦面１４
を有している。しかしながら、この管板５は水タ
ンク６の内側の方へ向つては溝を有しうる。該溝
はこれら多数の溝に対して直角方向の振動運動の
ために少なくとも振幅の値だけ肩部１７′の方向
にずれていなければならない。
第４図は第１図に示された領域Ｙを拡大して示
すものである。そこには隔壁１１と管板５との結
合が図示されている。その際、隔壁１１はその下
側に平坦な結合面１８を有し、それは管板５の平
坦面２０上に位置する。
第５図の例にあつては、締付け装置２１内に張
架されて熱交換器１が設けている。管板５の幅方
向側は締付け装置２１の部材によつて応力を受け
るようになつている。各水タンク６は帽子状の装
置２２によつて次のように収容されるものであ
る。即ち水タンク６が矢印２３の方向の振動運動
を出来るだけ不減幅で一緒に行なわれるように収
容される。その際、同時に矢印２４の方向への押
圧力が水タンク６の縁部１２に加えられる。振動
の周波数は約100ヘルツであり、その振幅は約２
〜４mmである。溶接結合を作るために必要な時間
はとりわけ材料特性によつても影響されるもので
ある。振動溶接方法に対して特に好ましくは部分
結晶性の材料がふさわしく、それらのうち、ここ
では例えばポリプロピレン並びにポリアミドが例
示されうるものである。結合すべき両部分の材料
が同じであることが望ましい。
第６図においては、熱交換器パイプを収容する
ための管板５内の開口を通る断面が示されてい
る。この図から開口７の壁には周辺方向に延びる
２つの溝２７が設けられていることが明らかであ
る。管を拡げる場合、管材料は部分的に溝２７の
中に押圧され、それによつて高められた機械的強
度が得られ、パイプと管板との間のより良い密封
が行われるものである。
第７図は第６図に似た状態を示すものである。
しかしながら、第７図ではその下側に円錐部２９
が設けられ、水タンク内部の方を向いた端部には
段３０が設けられている。段３０によつて開口７
の幅を拡げた直径が生ずるものである。円錐部２
９は、特にパイプが軸方向へ押込むことによつて
管板５に固定される時にパイプの導入を簡単にす
るものである。段３０によつて付加的な密封稜部
が生ずる。というのは、工具を用いるスペースが
なければ軸方向の押圧においてパイプ材料の弾性
特性に基づいて肩部３０の後方でパイプの拡幅が
行なわれるからである。
発明の効果 この発明によれば、一方と他方の平坦面１３，
１４の片方もしくは両方の平坦面に沿つて、これ
らの平坦面１３，１４の内側と外側の両方に溶接
まくれ貯蔵部として役立つ溝１５，１６が設けら
れている。
このため材料の溶解に基き結合面の縁、つまり
平坦面１３，１４の縁において水タンク６の内側
と外側に溶接まくれが生じても、水タンク６の内
側と外側の両方において溝１５，１６が溶接まく
れ貯蔵部として役立つとともに、水タンク６の内
側と外側の両方において溝１５，１６は振動溶接
の際に生じる熱の流れへ好影響を与えて放熱作用
をももち得る。
またこの発明によれば、管板５の長手側部に振
動溶接の過程で水タンク６を管板５に沿つて案内
する役目を果たす肩部１７を前記水タンク６の内
側に設け、かつ前記肩部１７を前記内側の溝１
５，１６に隣接して設けて、前記平坦面１３，１
４の間から内側方向に生じた溶接まくれが前記肩
部１７によつて遮断されてこの溶接まくれが前記
水タンク６の内部に入るのを防止する構成であ
る。
このため、肩部１７が水タンク６を案内するだ
けでなく、肩部１７と内側の溝１５，１６とが協
働作用し、肩部１７によつて溶接まくれが水タン
ク６の内部に侵入することを溝１５，１６だけの
場合に比べてより確実に防止できる。したがつ
て、水タンク６内の液体を溶接まくれにより汚し
てしまうことがなく、熱交換器の品質を向上でき
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は熱交換器の水タンクを通る断面図、第
２図は第１図の領域Ｚを拡大した図、第３図は第
１図の領域Ｘを拡大した図、第４図は第１図の領
域Ｙを拡大した図、第５図は振動溶接過程の間締
付けられた熱交換器を示す図、第６図は管板の開
口を通した断面図、第７図は第６図に対する変形
例を示す図である。 １……熱交換器、２……パイプ、３……フイ
ン、４……熱交換器ブロツク、５……管板、６…
…水タンク。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 多数のパイプと、これらのパイプに対して直
    角に配設されたフインを含む熱交換器ブロツク
    と、それぞれプラスチツクでできた少くとも１つ
    の管板と水タンクとから成り、水タンクが管板に
    液体を密封するように固定されており、管板がパ
    イプの端を収容するための開口を備えている熱交
    換器において、前記管板５は一側で開口７の周り
    をとり囲む隆起部９を備え、パイプの端部８はラ
    ジアル方向に拡がりを設けるか又は軸方向に押し
    込みを用いるようにして管板５に固定されるとと
    もに密封されており、管板５はその管板５の縁領
    域に平坦面１４を具備し、水タンク６はその水タ
    ンク６の縁部１２に平坦面１３を具備し、一方の
    平坦面は他方の平坦面上に位置しており、管板５
    はこれらの平坦面１３，１４における振動溶接を
    用いて水タンク６と結合され、これらの平坦面１
    ３，１４の片方もしくは両方の平坦面に沿つて、
    これらの平坦面１３，１４の内側と外側の両方に
    溶接まくれ貯蔵部として役立つ溝１５，１６が設
    けられ、管板５の長手側部に振動溶接の過程で水
    タンク６を管板５に沿つて案内する役目を果たす
    肩部１７を前記水タンク６の内側に設け、かつ前
    記肩部１７を前記内側の溝１５，１６に隣接して
    設けて、前記平坦面１３，１４の間から内側方向
    に生じた溶接まくれが前記肩部１７によつて遮断
    されて溶接まくれが前記水タンク６の内部に入る
    のを防止する構成にしたことを特徴とする熱交換
    器。 ２ 水タンク６は平坦面１８を有する任意方向に
    延びる隔壁１１を具備し、該平坦面は管板５の平
    坦面２０，２６上に又は管板５に配設された隔壁
    ２５の平坦面上に位置し、振動溶接を用いて隔壁
    １１が管板５および隔壁２５と結合されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の熱
    交換器。 ３ 縁部１２における管板５と水タンク６とを結
    合するための平坦面１３，１４に対し、管板５と
    隔壁１１を結合するための平坦面１８，２０が少
    くともほぼ同一接合面内に配設されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の熱交換
    器。 ４ 縁部１２において水タンク６を管板５と結合
    するための面１３，１４とは実質的に違つた接合
    面に管板５の隔壁２５と水タンク６の隔壁１１を
    結合する面１８，２６が配設されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第２項に記載の熱交換
    器。 ５ 開口７がその壁部において周囲方向に延びる
    少くとも１つの溝２７を具備することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１〜４項のうちのいずれか１
    項に記載の熱交換器。 ６ 前記開口が熱交換器ブロツク４の方を向いた
    その端部に円錐傾斜部２９を、そして水タンク６
    の方を向いた端部に開口７を拡げる段部３０を具
    備することを特徴とする特許請求の範囲第１〜４
    項のうちのいずれか１項に記載の熱交換器。 ７ パイプの端部８がその円筒面において周囲方
    向に延びる溝２８を具備していることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１〜４項のうちのいずれか１
    項に記載の熱交換器。 ８ 二列の隆起部９の間に管板５の全長に亘つて
    延びるウエブ１０が設けられており、その高さは
    少くとも隆起部９の高さと同じであることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項に記載の熱交換器。 ９ 管板５及び水タンク６が部分結晶性の材料、
    例えばポリプロピレン又はポリアミドで出来てい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
    の熱交換器。 １０ 管板５の長手方向に沿つて設けた肩部１７
    は、水タンク６の内側と接触していて、幅方向に
    沿つて設けた肩部１７は水タンク６の内側から所
    定の距離だけ離れている特許請求の範囲第１項に
    記載の熱交換器。
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