JPH06235594A - チューブバンドル、特にモータ車両用のチューブバンドルを有する熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

チューブバンドル、特にモータ車両用のチューブバンドルを有する熱交換器およびその製造方法

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JPH06235594A
JPH06235594A JP4165232A JP16523292A JPH06235594A JP H06235594 A JPH06235594 A JP H06235594A JP 4165232 A JP4165232 A JP 4165232A JP 16523292 A JP16523292 A JP 16523292A JP H06235594 A JPH06235594 A JP H06235594A
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tube
section
cross
heat exchanger
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Gilbert Lelievre
ルリーヴル ジルベール
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Original Assignee
Valeo Thermique Moteur SA
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘッダ板の機械的強度の減少なしに隣接熱交
換チューブ間のピッチを最適化可能にする。 【構成】 チューブバンドルを有するモータ車両用の内
燃機関冷却ラジエータなどの熱交換器であって、少なく
とも１つの範囲内に配列された多数の平行熱交換チュー
ブ10で構成され、各々のチューブ10はこの熱交換器のヘ
ッダ板20に形成された貫通孔19に受容される端部16に達
する本体12を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも１つの範囲
に配列された多数の熱交換チューブからなるチューブバ
ンドルを有する種類の熱交換器であって、各々の前記チ
ューブがこの熱交換器のヘッダ板に形成された孔に受容
される端部に到る本体を備えてなり、前記ヘッダ部が熱
交換器のマニホールドの一部をなし、このマニホールド
はチューブバンドルの一端部に装着され、チューブバン
ドルの他端部は同様のマニホールドを共通に、ただし必
然的にではなく備えてなる熱交換器に関し、さらにこの
ような熱交換器の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の熱交換器は特に内燃機関を有す
るモータ車両に用いられ、機関を冷却する冷却用ラジエ
ータとしてまたは車両のキャビンを加熱するラジエータ
または熱交換器のいずれかの形態で作用するように用い
られている。この場合、通常は水とグリセロールの混合
物である冷却液が閉回路内のチューブバンドルのチュー
ブを流れ、チューブの外側のチューブバンドルを流れる
空気との熱交換により冷却されるように構成されてい
る。
【０００３】ここで、従来、熱交換チューブはそれらの
本体およびそれらの端部が円形横断面をなして形成され
ている。しかしながら、この種の熱交換器の性能を最適
にするため、本体の横断面を非円形にした熱交換チュー
ブを用いることも従来知られている。このような非円形
断面は簡単に長円形断面とも呼ばれる。この断面は通常
は楕円もしくは同様の形状、すなわち２本の半円形エッ
ジを通して接合される２本の直線状平行エッジにより画
定される平面状断面として与えられる。
【０００４】その場合、チューブの端部はチューブの本
体のものとは異なる形状をなす横断面を有するのが普通
である。この端部は一般には本体よりは横長でなく、通
常は円形をなし、端部の何らかの変形の可能性を減らす
ように形成されている。チューブの端部とヘッダ板との
封止は一般には封止用ガスケットにより与えられ、この
ガスケットは、端部とヘッダ板を通して対応する孔を囲
繞するカラーとの間で圧縮されるように構成されてい
る。また、ガスケットにより印加される圧力は端部の平
坦化をもたらす傾向があり、したがって、端部が著しく
横長形状を有するときは、端部の変形が惹起されること
になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、熱交換チュ
ーブの形状がいかなるものであっても、またヘッダ板の
種類がいかなるものであっても、ヘッダ板が材料的に可
能な限り経済的で、その場合、熱交換チューブを収容す
る２つの隣接孔間のピッチがチューブの同じ範囲か１つ
の範囲と他の範囲の間のいずれかで最小になされるよう
に経済的である必要がある。ヘッダ板の、その孔の間に
ある材料はヘッダ板に対して十分な機械的強度を与える
ものでなければならず、また各々の孔の周りにカラーを
設けることができるように十分な強度を与えるものでな
ければならない。このような情況の下では、熱交換器の
設計に、特にそのヘッダ板のものに適した寸法制限に関
係するチューブピッチを最適にするのは困難である。
【０００６】本発明の主要な目的は上記従来技術の問題
点を解消することにある。特に、本発明の目的は上記の
種類の熱交換器を提供することにあり、この交換器にお
いては、チューブ間のピッチが所定範囲のチューブ内
で、あるいは必要に応じて１つの範囲と他の範囲の間で
最適化され、一方でヘッダ板の孔のいずれか１つと他の
孔の間でのヘッダ板の材料の十分に大きなブリッジが留
保される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１側面によれ
ば、少なくとも１つの範囲内に配列された多数の平行チ
ューブからなるバンドルを有する熱交換器であって、各
々のチューブがヘッダ板に形成された孔に受容された端
部に達する本体を有する熱交換器が、チューブの端部の
横断面がチューブの本体の横断面の周囲より小さな周囲
を有することを特徴とする。
【０００８】次に、ヘッダ板は複数の孔を有することが
でき、その場合、各々の孔の周囲、したがって各々の孔
の横断面は従来のものより小さくなされる。これによ
り、上記孔の間、したがってチューブの間で、チューブ
の所定範囲内あるいは、熱交換器が多レンジ形の場合は
１つの範囲と他の範囲の間のいずれかにおいてピッチを
低減させることができる。このようにして、従来のもの
よりはるかにコンパクトな熱交換器をそれらの性能を低
下させることなしに提供することができる。
【０００９】このようにして、本発明は、直列に接続さ
れたチューブのただ１つの範囲からなる単一レンジ形の
熱交換器に適用可能であり、さらに複数の範囲のチュー
ブが互いに並列に配置され、各々の範囲が互いに直列に
接続される多重レンジ形の熱交換器にも適用可能にな
る。
【００１０】本発明の好適な特徴によれば、各々の熱交
換チューブの本体は円形横断面を有し、一方その前記端
部も円形であるがより小さな直径を有する横断面を有し
ている。
【００１１】チューブ本体の横断面は長円形をなし（上
記で規定したように）、一方その端部の横断面の形状は
長円形または円形のいずれかをなすと好適である。
【００１２】チューブの端部は変形遷移部分を通してそ
の本体に接合され、上記変形遷移部分は、ヘッダ板を適
切に保持するために半径方向外方に延在するバルジまた
はビーズを少なくとも部分的に含むように形成されると
好適である。
【００１３】さらに、チューブの端部はヘッダ板を適切
に保持するために、チューブの本体からヘッダ板の逆側
に配置された半径方向に膨張する端末部分を有すると好
適である。バルジまたはビーズと上記膨張端子部分の両
者が設けられる場合は、ヘッダ板はこの板の一側のバル
ジにより、また他側の端子部分によりバンドルの各々の
チューブに確実適切に保持される。
【００１４】また、本発明の第２の側面によれば、本発
明の前記側面による熱交換器の製造方法が提供され、こ
の方法においては、各チューブの端部はその横断面の周
囲をしてチューブの本体の横断面の周囲より小さくなら
しめるように変形される。
【００１５】各々のチューブの端部は二次成形工具によ
り前記端部に対してチューブの長手方向に力を加えるこ
とにより変形されると好適であり、その場合前記工具は
所定の横断面の内腔を有すると共にその先端部において
広口マウス部を有し、この口部は円錐状エッジを有する
ものである。
【００１６】ある場合には、チューブの端部は複数の二
次成形工具に対しての逐次導入により変形され、その場
合前記工具は、第１の前記工具の内腔が次の前記二次成
形工具の対応する内腔の横断面の周囲より大きな周囲を
有する横方向断面を有するように形成されたものであ
る。
【００１７】本発明の好適な実施例における熱交換器お
よびその製造方法は単なる例示により、また添付図面を
参照して以下に説明される。
【００１８】
【実施例】図１および図２に示した熱交換器はそれぞれ
の平衡軸線を有する多数の熱交換チューブから形成され
たバンドルからなり、上記平行軸線は、図示した例にお
いては互いに平行に接続された２つの組または範囲内に
配列される。同じ範囲の２つの隣接チューブが前方また
は長手方向ピッチＥF（図２）、および横方向またレン
ジ間ピッチＥR（図１）を画定する。バンドル内の各々
の熱交換チューブ10は多数の平行冷却フィン14を通して
延在する本体12とヘッダ板20に形成された１組の孔18の
対応する１つに受容される端部16を有する。
【００１９】孔あきヘッダ板20はプレス成形により形成
される一般に長方形状の金属板の形態をなしている。こ
の孔あきヘッダ板20は、２列の孔18が形成された一般に
長方形状の突起部22を一般に有する。この例においては
孔18は円形をなしている。各々の列において、孔18はピ
ッチＥFを画定し、また１つの列と他の列の間のピッチ
ＥRを画定する。ヘッダ板20の孔18の各々はフィン14に
向けて延在するカラー部分24により囲繞される。突起部
分22は、一般に長方形プロファイルを有する周囲溝を画
定するフランジ部分26により囲繞され、このフランジ部
分26は曲げ加工が可能なタブ28を画定するように狭間を
形成される。
【００２０】熱交換器はさらに、ヘッダ板20の突起部22
に抗するように配列された一般に長方形状の突起部32を
有する圧縮材料からなる封止ガスケット30を備えてい
る。このガスケットの突起部32は２組の孔と共に形成さ
れ、これらの孔の各々は、対応する熱交換チューブ10の
端部とヘッダ板20の対応するカラー部分24の間で圧縮さ
れるカラー部分34と共にエッジが形成される。ガスケッ
ト30の突起部32はそれ自身周辺ビーヅ36と共にエッジが
形成され、この周辺ビーヅは平面内で一般に長方形状を
なし、さらにこのビーヅはヘッダ板のフランジ部分26内
で画定された周囲溝に嵌合する。
【００２１】熱交換器はさらにマニホールド壁38を備え
ており、このマニホールド壁38は一般に長方形状の周辺
フランジ40により制限される開口を有する。後者のマニ
ホールド壁は、ヘッダ板のタブ28が図１に示したように
フランジの上にくるように弯曲されたとき封止ガスケッ
ト30のビーズ36が圧縮されることをもたらす。本実施例
においては、各熱交換チューブ10の本体12は所定の周囲
P1に対して楕円状横断面51（図１）を有する。各チュー
ブの端部16は円形横断面S2を有し、さらにチューブの本
体の横断面S1の周囲P1より小さな周囲P2を有する。これ
は従来の構成、すなわちチューブの端部の横断面S2の周
囲P2がチューブ本体の横断面S1の周囲に等しいか大きか
ったものと比較される。したがって、所定の形状の断面
の本体をそれぞれが有する熱交換チューブを用いること
により、図に示した構成はピッチＥFおよびＥRの値が低
減されることを可能にし、一方ではなおヘッダ板の２つ
の隣接孔間に十分なブリッジを保持することができる。
このようにして、熱交換器従来よりコンパクトになさ
れ、一方ヘッダ板はなお適切な機械的強度を維持するこ
とができる。
【００２２】各々の熱交換チューブの端部16は遷移ゾー
ンを示す変形部分42を通してチューブの本体12に接合さ
れる。図１に示した横断面においては、この変形部分の
形状は本体12から端部16に向けて収束するように形成さ
れる。しかし、図２に示したその直交断面においては、
変形部分42は半径方向のバルジ部（膨出部）44を画定
し、このバルジ部はチューブ端部16のヘッダ板20の支承
を援助するように作用する。このバルジ部44は遷移ゾー
ン42の周囲に一部にわたって延在することが図から明ら
かである。
【００２３】図１および図２から明らかなように、各チ
ューブの端部16はヘッダ板20を越えて、すなわちその上
に存在する膨張部分46に達している。この膨張部46は、
チューブの端部16をヘッダ板の対応する孔18を通してそ
う入した後、適切な公知の方法により、例えば熱成形に
より形成される。このようにして、膨張部46はチューブ
バンドルの各熱交換チューブ上に、一側がバルジ部44に
より、他側がチューブの端末膨張部46により正確に位置
づけされる。
【００２４】チューブバンドルの他端部においては、各
チューブは同様に形成されたそれらの端部を有し、次に
他のマニホルドのヘッダ板に固着される。しかし、変形
例においては、これらの他端部はＵ字形ベンドにより接
合されてもよい。
【００２５】図１および図２に示した熱交換器の製造時
には先ず一連の熱交換チューブからチューブバンドルが
構成され、それらのそれぞれのチューブ本外は適切な公
知の方法で複数のフィンを通して嵌合される。ここに示
した例では、熱交換チューブのそれぞれの端部はそれら
のそれぞれの本体と同様の初期横断面を有し、すなわち
それぞれの端部の横断面は長円形をなしている。
【００２６】図３に示した第１の動作に際しては、一般
に切頭円錐ノーズ部52に到る横断面の円筒状本体部50を
有する熱成形工具48がチューブ10の軸方向XXの各々のチ
ューブ端部に導入される。熱成形工具48は、チューブの
端部16をその初期の楕円横断面S1（周囲P1を有する）か
ら、周囲が上記周囲P1以上の大きさの、内径D1を有する
円形断面に変形する。
【００２７】図４に示した第２の動作時には、上記第１
動作で変形されたチューブの端部16は、円筒状内腔56を
有するダイ54の形態の第１の二次成形工具または単なる
二次成形工具により加工される。内腔56の円形内部断面
は直径D2を有し、これはD1より小さく設定されている。
内腔56は円錐状エッジを有する広口マウス部58に達して
いる。このようにして、熱交換チューブ10の端部16が二
次成形工具54の内腔56にそう入されると、チューブ端部
の材料は、その直径が低減されるように据込み加工さ
れ、上記半径方向膨出部またはビーズ44が同時に成形さ
れる。
【００２８】図５は次に実施する第３の動作を示す図で
あり、そこでは図４につき上記したように二次成形され
た端部16が二次成形工具54と同様の第２の二次成形工具
60に導入される。この二次成形工具60は円筒状内腔62を
有しており、その横断面は直径D3を有し、これはD2より
小さく設定されている。内腔62は円錐状エッジを有する
広口マウス部64に到達している。このようにして、この
第３の動作ではチューブ端部16の直径がさらに低減さ
れ、また半径方向バルジ部44が拡大される。なお、チュ
ーブ端部の横断面をさらに低減させるために上記のもの
と同様の１つ以上の他の二次成形工具を必要に応じて使
用してもよい。
【００２９】図３乃至図５につき上記した動作の各々は
チューブバンドルの全てのチューブに対して同時に実施
されると好適である。このようにして、例えば図３に示
した初期熱成形動作に対して、工具48は、チューブが動
作されるときと同様に、本体部50およびノーズ部52から
なる多くの工具要素を備えた単一の工具で構成されると
好適である。同様にして、各々の二次成形工具は、動作
されるチューブと同様の多くの内腔56または62を有する
と好適である。すでに示したように、熱交換器は１つ以
上の平行する熱交換チューブの範囲を有してもよい。
【００３０】以上、本発明の特定の実施例について、す
なわち各チューブが長円形横断面の本体と円形横断面の
端部とを有する例について説明したが、本発明は他の形
態のチューブ、例えば長円形の断面の本体と同様に長円
形断面の端部とを有するチューブに適用可能であること
が了解されるべきである。さらに、本発明は円形断面の
本体と同様に円形断面の端部とを有するチューブにも適
用可能である。
【００３１】さらに、本発明は、チューブの端部がカラ
ー部と封止ガスケットを介在させて形成されたヘッダ板
にチューブ端部が嵌合される熱交換器に対して特に説明
されたが、その他の形態のヘッダ板に対しても同様に適
用可能である。したがって、例えば、チューブの端部は
他の公知の手段、例えばプレス加工や接着処理などによ
りヘッダ板の孔に嵌合するようにしても同様の効果が得
られる。
【００３２】
【発明の効果】以上示したように、本発明によれば、各
々のチューブの端部(16)の横断面(S2)はチューブの本体
(12)の横断面(S1)のものより小さな周囲を有し、これに
より隣接チューブ間のピッチ(ＥR)の値が最適化され、
同時に熱交換器の大きさが低減される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による好適な熱交換器の一部を示す横断
面である。
【図２】図１のラインＩＩ−ＩＩに沿って取られた部分
断面図である。
【図３】製造の引き続く３つの段階における図１および
図２に示した熱交換器のチューブの端部を示す図であ
る。
【図４】図３と同様の図である。
【図５】図３と同様の図である。
【符号の説明】
10 熱交換チューブ 12 本体 16 チューブ端部 18 ヘッダ板孔 20 ヘッダ板 22 突起部分 26 フランジ部分 28 タブ 30 封止ガスケット 32 突起部 34 カラー部分

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの範囲に配列された多数
    の平行チューブ(10)からなり、各々のチューブ(10)がヘ
    ッダ板(20)に形成された孔(18)に受容された端部(16)内
    に達する本体(12)を有するバンドルを備えた熱交換器に
    おいて、前記チューブの端部(16)の横断面(S2)が前記チ
    ューブの本体(12)の横断面(S1)の周囲より小さな周囲(P
    1)を有することを特徴とする熱交換器。
  2. 【請求項２】 前記チューブ(10)の本体(12)は円形横断
    面をなすことを特徴とし、また前記チューブ(10)の端部
    (16)は円形横断面(S2)を有することを特徴とする請求項
    １記載の熱交換器。
  3. 【請求項３】 前記チューブ(10)の本体(12)は長円形横
    断面(S1)を有することを特徴とし、また前記チューブ(1
    0)の端部(16)は長円形横断面(S2)を有することを特徴と
    する請求項１記載の熱交換器
  4. 【請求項４】 前記チューブ(10)の本体(12)は長円形横
    断面(S1)を有することを特徴とし、また前記チューブ(1
    0)の端部(16)は円形横断面(S2)を有することを特徴とす
    る請求項１記載の熱交換器。
  5. 【請求項５】 前記チューブ(10)の端部(16)は変形部分
    (42)を通して前記チューブ(10)の本体(12)に接合され、
    前記変形部分(42)は少なくとも部分的に前記ヘッダ板(2
    0)を保持するバルジ部(44)からなることを特徴とする請
    求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
  6. 【請求項６】 前記チューブ(10)の端部(16)は半径方向
    に膨張された部分(46)を有しており、この部分(46)は前
    記ヘッダ板(20)を越えて配置されてこのヘッダ板(20)を
    適切に保持することを特徴とする請求項１記載の熱交換
    器。
  7. 【請求項７】 各々のチューブ(10)の端部(16)は、その
    横断面(S2)の周囲(P2)がチューブの本体(12)の横断面(S
    1)の周囲(P1)より小さくなることをもたらすように変形
    されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項
    に記載の熱交換器の製造方法。
  8. 【請求項８】 各々のチューブ(10)の端部(16)は、所定
    の横断面を持つ内孔(56；62)を備えると共にその先端部
    に広口マウス部を備える二次成形工具(54；60)により前
    記端部に対してチューブの長手方向に力を加えることに
    より変形され、前記マウス部は円錐状エッジ(58；64)を
    備えることを特徴とする請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記チューブ(10)の端部(16)は複数個の
    二次成形工具(54；60)を逐次導入することにより変形さ
    れ、前記複数個の工具(54；60)は、第１の前記工具(54)
    の内腔(56)が次の前記二次成形工具(60)の対応する内腔
    (62)の横断面の周囲より大きな周囲を持つ横断面を有す
    るように与えられることを特徴とする請求項８記載の方
    法。
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