JPH0646155B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は例えば自動車用のラジエータやカークーラー
のコンデンサ等に用いられる熱交換器、特に熱交換器を
構成するタンク部とチューブとの接続構造の改良に関す
る。

なおこの明細書において、アルミニウムの語はアルミニ
ウム合金を含む意味において用いる。

従来の技術 上記のような用途に用いられる熱交換器、特に自動車用
ラジエータは、熱交換媒体流通用の複数本のチューブが
平行状に配設されるとともに、各チューブの両端が熱交
換媒体貯溜用のタンク部にそれぞれ接続され、チューブ
を流通する熱交換媒体とチューブ間に形成されたフィン
を含む空気流通間隙との間で熱交換を行うようになされ
ている。

而して、かかるラジエータにあっては、従来前記タンク
部として樹脂等の成形品が用いられており、またこのタ
ンク部と各チューブとの接続は従来タンク部とチューブ
との間にヘッダープレートを介在せしめて行われている
のが一般的であった。

かかる従来のラジエータの一例を第１５図及び第１６図
に示す。これらの図において、(61)は金型成形によって
製作された断面 状の樹脂製タンク部、(62)は偏平状のチューブ、(63)は
長さ方向に等間隔にチューブ挿入孔(64)を有するととも
に、周端にタンク嵌込み用の凹部(65)を有するヘッダー
プレートである。この熱交換器においてタンク部(61)と
チューブ(62)との接続は次のようにして行われている。
即ちまず、予めチューブ(62)とフィン(66)とを交互に並
べてセットされたコア部を用意し、このコアのチューブ
先端にヘッダープレート(63)の挿入孔(64)を差込み、拡
管後ろう付や溶接によりチューブ(62)をヘッダープレー
ト(63)に接合する。次いでシール用のＯリング(67)をヘ
ッダープレート(63)の周端凹部(65)に装着する。続いて
タンク部(61)をその下端面がＯリング(67)に当接するよ
うに前記凹部(65)に嵌込み、しかるのちにヘッダープレ
ート周縁のかしめ片(68)をタンク部側に屈曲してタンク
部(61)の突出部(61a)上面を押えて固定する。

発明が解決しようとする問題点 ところが上記のような従来のラジエータでは、タンク部
(61)とチューブ(62)との接続のためにヘッダープレート
(63)やＯリング(67)を必要とするため部品点数が多くな
り、部品管理が面倒でコストも高くつくものであった。
しかもタンク部(61)の取付け前に、拡管、ろう付、溶接
等によってチューブ(62)をヘッダープレート(63)に接合
しなければならないことも相俟って、製造工数が多く製
作に時間がかかり、生産性の点で必ずしも満足すべきも
のではなかった。

しかもタンク部(61)が比較的形状の複雑な合成樹脂成形
品であるために、その製作用の金型費が高価につき、ひ
いては製品コストがますます高くなるというような欠点
があった。

この発明は、タンク部(61)とチューブ(62)との接続に関
して派生する上記のような問題を一挙に解決しうる熱交
換器の提供を目的とする。

問題点を解決するための手段 而してこの発明は、中空押出型材をもってタンク部が形
成され、該タンク部に長さ方向の仕切壁が設けられるこ
とによりタンク部内にチューブ固定用樹脂充填空間が形
成されると共に、タンク部外壁及び仕切壁を貫通して前
記樹脂充填空間を横断する状態にチューブの端部が挿入
され、かつ前記充填空間に樹脂が注入充填されることに
よりタンク部とチューブが接合固定されてなることを特
徴とする熱交換器を要旨とする。

実施例 次にこの発明の構成を図示実施例に基づいて説明する。

実施例１ この実施例は本発明を自動車用のラジエータに適用した
場合を示すものである。

第１図〜第６図に示すように、このラジエータは、チュ
ーブ(1)とコルゲートフィン(2)とが交互に複数段積層さ
れて熱交換部(3)が形成され、該熱交換部における最外
側のコルゲートフィンの外側に２個のサイドピース(4)
(4)が配設されるとともに、チューブ(1)の長さ方向の両
端には、２個のタンク部(5)(5)が配設され、かつ各チュ
ーブ(1)の両端はそれぞれのタンク部に接続されてい
る。

前記チューブ(1)はアルミニウム製電縫管をもって形成
されるとともに、第１図、第３図及び第４図に示すよう
に、両端部を除く中間部が偏平管部(1a)に形成される一
方、両端部は縮径部(1b)を介して所定長さにわたって拡
管されて円管部(1c)に形成されている。

前記タンク部(5)はアルミニウム製中空押出型材をもっ
て形成されたものである。このタンク部(5)は断面形状
において、第１図及び第３図に示すように、その外周壁
(5a)のうちのチューブ(1)側の外壁を除く他の３壁が略
長方形の３辺を形成するとともに、チューブ側の外壁は
中間部が内側へ退入して退入壁(5b)となされている。そ
してこの退入壁(5b)の存在により退入壁の外側に凹部
(6)が形成されるとともに、退入壁の両側に外壁の曲折
部からなる凸部(5c)(5c)が形成されている。またタンク
部(5)は長さ方向に断面コ字状の仕切壁(5d)を有し、こ
の仕切壁(5d)によってタンク部外周壁(5a)による囲繞空
間が、退入壁(5b)と仕切壁(5d)との間に形成された樹脂
充填空間(7)とそれ以外の熱交換媒体貯溜用空間(8)とに
分割されている。さらに退入壁(5b)およびこれに対向す
る仕切壁(5d)には、チューブ(1)の円管部(1c)の外径に
略等しい直径を有するチューブ挿入孔(9)(9)が、各チュ
ーブの配置間隔に対応して列設されている。そして各チ
ューブ(1)は、偏平管部(1a)の幅方向を空気流通方向に
一致する向きにして、両端の円管部(1c)を各タンク部
(5)の退入壁(5b)及び仕切壁(5d)の挿入孔(9)に挿入され
ることにより、退入壁(5b)及び仕切壁(5d)を貫通し樹脂
充填空間(7)を横断する状態となるように配置されると
ともに、樹脂充填空間(7)に注入充填された樹脂(10)を
介してタンク部(5)(5)に強固に接続固定されている。こ
の接続状態においては、チューブ(1)の円管部(1c)先端
は仕切壁(5d)端面にほぼ合致してその開口部は熱交換媒
体貯溜用空間(8)に臨んでおり、かつ円管部(1c)の後端
は退入壁(5b)の外面にほぼ合致するとともに偏平管部(1
a)の前端はタンク部の凸部(5c)外面にほぼ合致し、チュ
ーブ(1)の縮径部(1b)がタンク部(5)の凹部(6)に収容状
態となされている。

タンク部(5)の樹脂充填空間(7)に充填された前記樹脂(1
0)は、前述のようにタンク部(5)とチューブ(1)とを接続
固定する役割を果す。この樹脂(10)は液体状態で樹脂充
填空間(7)に注入後に硬化されたものである。また樹脂
の注入はこの実施例の場合、タンク部(5)の両端開口部
(5e)を閉塞するエンドプレート(11)の一方に設けた注入
孔(12)から行われたものである。かかる樹脂(10)として
は、タンク部(5)とチューブ(1)との充分な接合力を発揮
し、あるいは注入作業性の良いものであれば任意のもの
を採用可能であるが、特に好適なものとしてエポキシ樹
脂をあげうる。

前記コルゲートフィン(2)はアルミニウムにて製作さ
れ、一枚板が連続的に等間隔で湾曲状に折返された波板
状の構造を有しており、好適には各垂直壁部にルーバー
を切起こし形成したものが用いられる。このコルゲート
フィン(2)は、隣接チューブ(1)(1)の間隔よりもわずか
に高いフィン高さを有し、かつチューブの偏平管部(1a)
の長さにほぼ相当するフィン長さを有するものに設計さ
れている。そして第４図に示すように、フィン(2)の両
端を偏平管部(1a)の両端に合致された状態で、かつ該コ
ルゲートフィン間を流れる空気の方向がチューブ(1)を
流れる熱交換媒体の方向に対して直交する向きに配設固
定されている。かかるフィン(2)の取付け状態において
は、熱交換部(3)の両端すなわちチューブ(1)の偏平管部
(1a)前端と円管部(1c)後端の間に第４図において示すよ
うにフィンの非存在部(P)が生じる。而してこの実施例
では、前記タンク部(5)の退入壁(1b)両端に形成された
凸部(5c)(5c)によって、該非存在部(P)が両面側から被
覆されることとなる。従ってこれにより、該凸部(5c)に
よる被覆がない場合にフィンの非存在部(P)において生
じるいわゆる風抜け現象、すなわち流通空気が熱交換に
ほとんど寄与することなく無抵抗に通過してしまう現象
を防止でき、流通空気をすべてフィン(2)の存在する領
域を通過せしめることができ、熱交換効率の向上に寄与
するものとなる。のみならずチューブ(1)とタンク部(5)
との接合部が隠蔽されることにより、外観上も見栄えの
よいものとなる。

前記サイドピース(4)は第３図及び第５図に示すよう
に、幅細の中間片(4a)の両側縁に連続時して直角折曲げ
状態に設けられた側片(4b)(4b)と、該側片(4b)に連続し
て直角折曲状態に設けられた折曲片(4c)(4c)とにより、
所定長さを有する断面 状のものに形成されている。かつ前記中間片(4a)の長さ
方向の両端には該中間片に連続する突出状の差込片(4d)
(4d)が形成され、さらにこの差込片に１個の円形の抜け
止め孔(4e)が穿設されている。このサイドピース(4)も
アルミニウム製である。そして、かかるサイドピース
(4)は中間片(4a)が内側すなわち熱交換部(3)側に位置す
る状態にして、前記差込片(4d)をタンク部(5)の退入壁
(5b)に設けた対応挿入孔(14)に挿入され、チューブ(1)
と同じく樹脂(10)によってタンク部(5)に接合されてい
る。ここで前記抜け止め孔(4e)は、該孔(4e)への樹脂(1
0)の進入によりサイドピース(4)の抜け止め効果を生じ
させるためのものである。なお、抜け止め孔(4e)は１個
に限定されるものではなく、２個あるいはそれ以上設け
ても良い。また孔の形状は円形に限らず他の形状でも良
い。

なお第２図において、(15)は熱交換媒体の温度検出用セ
ンサーの取付ボスであり、押出後タンク部(5)を２次加
工して設けられたものである。また(16)は熱交換媒体流
入パイプ、(17)は同流出パイプ、(18)はフィラーネッ
ク、(19)はラジエータを所期位置に取付けるためのブラ
ケットであり、これらはチューブ(1)とタンク部(5)との
接合以前にタンク部(5)に別途ろう付されるものであ
る。なお(20)はオーバーフローパイプである。

上記のようなラジエータの製作は、まず所定長さの中空
押出型材をもってタンク部(5)を形成した後、該タンク
部(5)に２次加工によりセンサー取付けボス(15)を形成
するとともに、別途製作したエンドプレート(11)、熱交
換媒体流出入パイプ(16)(17)、フィラーネック(18)、ブ
ラケット(19)をろう付により対応部位に接合する。その
後以下に示す手順でタンク部(5)とチューブ(1)との接続
を行う。すなたいチューブ(1)をその両端を各タンク部
(5)の退入壁(5b)及び仕切壁(5d)の挿入孔(9)に挿入配置
するとともに、サイドピース(4)を所定の向きにして両
端差込片(4d)を同じく挿入孔(14)に挿入して枠組みを構
成し、次いで隣接チューブ(1)(1)間及び最外側のチュー
ブとサイドピース(4)との間にチューブ間の間隔よりも
わずかに高いフィン高さを有するコルゲートフィン(2)
を所定向きに介装してラジエータの仮組状態とする。こ
のような組立方法を採用することによって、チューブ
(1)、フィン(2)、タンク部(5)、サイドピース(4)が強固
に固定され、従来必要とした治具や締付けバンド等が不
要になる。そしてその後例えば反応性はんだ付法等によ
りチューブ(1)とフィン(2)とを接合固定する。なおかか
る組立方法によらず、他の方法として、チューブ(1)と
フィン(2)とを交互に並べ両側にサイドピース(4)を配置
してセットしたものを予めろう付接合し、その後タンク
部(5)に差込んでも良い。続いてエンドプレート(11)の
注入孔(12)からタンク部(5)の樹脂充填空間(7)に固定用
樹脂(10)を注入する。この際、接合時の熱を利用するこ
とによって樹脂を隙間なく充填せしめるものとしたの
ち、要すればさらに加熱して硬化させる。樹脂(10)の硬
化後においては、タンク部(5)とチューブ(1)及びサイド
ピース(4)とが該樹脂(10)を介して完全に接合固定され
たものとなる。従って接続に際して別部品としてのヘッ
ダープレートやＯリングはもはや不要である。しかも樹
脂充填空間(7)に充分な樹脂が充填されているから、タ
ンク部(5)とチューブ(1)との接合部から液洩れが生ずる
おそれもない。

実施例２ 第７図及び第８図はラジエータ用熱交換器としてのこの
発明の他の実施例を示すものである。この実施例ではタ
ンク部(105)の外周壁(105a)が断面形状において略長方
形の４辺を構成するものとなされるとともに、チューブ
(101)側の外壁内面に断面コ字状の仕切壁(105d)が一体
に設けられることにより樹脂充填空間(107)が形成され
ている。かつサイドピース(104)は断面コ字状のものに
形成されるとともに、該サイドピースの所定箇所にはシ
ュラウド取付用のナット固定孔(25)を有する耳片(25a)
が設けられている。さらにチューブ(101)の円管部(101
c)先端はタンク部(105)の熱交換媒体貯溜用空間(108)に
突出せられるとともに円管部(101c)の周面には螺旋状に
連続する溝(21)が刻設されている。この溝(21)は、樹脂
充填空間(107)に注入される樹脂(110)の食い込みによ
り、チューブ(101)の抜落防止効果を生ぜしめるための
ものである。もとよりこの抜落防止構造としては上記の
他に第９図に示すように、溝(22)を連続した螺旋状でな
く各溝を独立したリング状に形成するものとしても良
い。さらには溝に代えて、第１０図に示すように円管部
(101c)の周面に窪み(23)を形成するものとしても良い。
なおこの実施例では、前述した第１の実施例におけるタ
ンク部(5)の凸部(5c)相当部位が存在しないが、凸部の
存在は本発明の構成要件ではない。しかし凸部が存在し
た方が風抜け防止、外観体裁の悪化防止の点で望ましい
ことは勿論である。

実施例３ 第１１図はこの発明のさらに他の実施例を示すものであ
る。この実施例では、チューブ(201)の挿入方向におい
てタンク部(205)を仕切る２枚の縦仕切壁(205d′)(205
d′)が隔設されるとともに、タンク部の厚さ方向にも２
枚の横仕切壁(205d″)(205d″)が設けられることによ
り、樹脂充填空間(207)がタンク部(205)の厚さ方向の中
間部においてチューブの挿入方向に２室に分離せられて
いる。そして樹脂(210)の注入はタンク部(205)壁面及び
これに対向する横仕切壁(205d″)に設けた注入孔(24)か
ら行うものとなされている。なお図中(205c)は熱交換部
両端におけるフィンの非存在部分を被覆する凸部であ
り、互いに折曲部が対向するようにタンク部(205)外壁
に突設された断面Ｌ状のものに形成されている。しかし
凸部の構成に関しては、熱交換媒体貯溜空間が広く確保
できる点で第１の実施例に示した構成とするのが有利で
ある。

実施例４ この実施例は第１２図ないし第１４図に示すもので、こ
の発明をカークーラー用のコンデンサに適用したもので
ある。

コンデンサは、比較的高圧の冷媒ガスを取扱う関係上、
耐圧性に優れたものでなければならないが、この発明の
適用により、チューブ及びその両端のヘッダーの役目を
するタンク部をいずれも中空押出型材で製作することで
上記要請に対応しうるものである。

この実施例の熱交換器は、平行状に配置された上下１対
のタンク部(305)(305′)と、これらの間に平行状に渡し
て両端を上記タンク部に接続した多数本のチューブ(30
1)と、最外側の左右１対のサイドピース(304)(304)とを
主要部材として構成されている。

タンク部(305)(305′)はいずれもアルミニウム材による
断面円形の中空押出型材からなるもので、内部の断面中
央部に長さ方向に沿った横向きの仕切壁(305d)を有し、
これによって内部が樹脂空間充填(307)と冷媒通路(308)
とに分割されている。かつ上段のタンク部(305)は両端
が蓋片(300)(300)で閉塞される一方、下段のタンク部(3
05′)は両端にそれぞれ熱交換媒体の入口(317)と同出口
(318)が設けられると共に、その冷媒通路が上記仕切壁
(305d)の中央部と周壁内面との間に渡された縦隔壁(305
e)により、前後２つの通路部分(308a)(308b)に仕切られ
ている。そしてその後側の通路部分(308b)における入口
側の一端は、サイドピース(304)の延長部分からなる差
込遮蔽板(304a)（第１４図）で閉塞され、入口(317)か
ら流入される熱交換媒体を前側通路部分(308a)側のみに
導入しうるようになされている。またこれとは逆に、前
側の通路部分(308a)は出口側の一端において他方のサイ
ドピース(304)による前記同様の遮蔽板(304a)によって
塞がれており、出口(318)を後側の通路部分(308b)のみ
に開口せしめたものとなされている。

チューブ(301)は、これもアルミニウム材による偏平状
の中空押出型材からなるものであり、両端部が前記実施
例１に準じてタンク部(305)(305′)にその外壁と仕切壁
(305d)とを貫通して穿設された切欠部(309)に挿入さ
れ、その端面が冷媒通路(308)に臨んで開口されたもの
となされると共に、樹脂充填空間(307)(307)にいずれも
樹脂(310)が注入充填されることにより、該タンク部(30
5)(305′)に強固に接合固定されている。第１３図及び
第１４図に示す(323)は、チューブ(301)の端部に形成さ
れた抜け止め用の凹部である。

チューブ(301)内の冷媒通路(321)は、これもその幅方向
の中央部に設けられた隔壁(301a)により、前後２つの通
路部分(321a)(321b)に仕切られている。そしてその隔壁
(301a)の下端が、下段のタンク部(305′)の縦隔壁(305
e)に密接状に当接されることにより、両者即ちタンク部
(305′)とチューブ(301)の各前側通路どおし及び後側通
路どおしが相互に連通されるものとなされている。従っ
て、この熱交換器の熱交換媒体回路は、下段のタンク部
(305′)の前側通路部分(308a)からチューブ(301)の前側
通路部分(321a)を経て上段のタンク部(305)内で反転
し、然るのちチューブ(301)の後側の通路部分(321b)か
ら下段のタンク部(305′)の後側通路部分(308b)を経て
出口(318)に至るものとなされている。

隣接するチューブ(301)(301)相互間の放熱用のフィン(3
02)は、この実施例ではチューブ(301)の外面を薄く切り
起こすことにより、切り起こしフィンとして形成されて
いる。なお、第１４図中の(314)はサイドピース(304)の
挿入孔である。

この実施例の熱交換器の組立ても、前述の実施例１の場
合に準じて行われるものである。

なお以上の実施例では、タンク部(5)(10)(205)(305)(30
5′)はアルミニウム製中空押出型材をもって構成された
ものを示したが、アルミニウム製に限定されるものでは
ない。さらにはフィン(2)(102)(302)はコルゲートフィ
ンや切り起こしフィンに限定されるものではなく、プレ
ートフィンを用いて該プレートフィンをチューブに拡管
法によって接合するものであっても良い。

発明の効果 この発明は上述した次第で、タンク部を中空押出型材を
もって形成するとともに、内部に長さ方向の仕切壁を設
けることによってチューブ固定用樹脂充填空間を有する
ものに形成し、このタンク部とチューブとの接続は、前
記樹脂充填空間を横断する状態となるようにチューブ端
部をタンク部に挿入し、かつ樹脂充填空間に樹脂を注入
充填することによって行う構成としたから、ラジエータ
等においてタンク部とチューブとの接続のために従来別
部品として必要であったヘッダープレートが不要とな
り、かつＯリングも不要となる。従って部品点数が減少
し部品管理が容易になる。しかもチューブ挿入時にタン
ク部とチューブとに隙間が生じていても、樹脂充填空間
に十分に注入された樹脂により、チューブは強固にタン
ク部に接合固定されるから、タンク部とチューブとを密
接あるいは接合させるためのチューブの拡管作業やろう
付作業が不要となる。かつ該樹脂の存在によって熱交換
媒体が漏れる心配もない。従ってタンク部とチューブと
の接続作業を簡素化しえ、ひいては熱交換器の生産性を
向上できる。さらにはタンク部は押出型材をもって形成
するものであるから、長尺に押出したのち所定長さに切
断することによって容易に製作でき、熱交換部の幅寸法
が変っても、タンクの切断長さを変えるだけで簡単に対
応しうる。しかも従来の樹脂製タンク部を用いる場合の
ようにその成形用の複雑で高価な金型の製作が不要にな
るとともに、機種ごとにタンク部の成形用金型を用意す
る必要もないからタンク部の製作費を低減でき、前記部
品点数の減少とも相俟って熱交換器全体のコストを安価
なものとなしうる。

またタンク部が押出型材製であるから耐圧強度の高い強
固なものに製作でき、かつタンク部とチューブとの接続
も樹脂充填空間に充填された樹脂により強固に接合状態
となすことが可能であるから、従来耐圧強度の問題でサ
ーペンタイン型のものしか提供されていなかったカーク
ーラー用のコンデンサ等についても、本発明の適用によ
り実施例に示したような構造のものを製作提供できるこ
ととなり、熱交換器の形状や構造の選択範囲を大幅に拡
大しうるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図はこの発明の第１実施例を示すもので、
この発明をラジエータに適用したものであり、第１図は
タンク部とチューブとの接続状態を示す要部断面図、第
２図は全体の外観斜視図、第３図はタンク部とチュー
ブ、コルゲートフィン及びサイドピースとを分解して示
した要部の斜視図、第４図は一部を切欠いて示した要部
の平面図、第５図は第４図におけるＶ−Ｖ線断面図、第
６図は第１図におけるVI−VI線断面図、第７図〜第１０
図はこの発明の第２実施例を示すもので、同じくラジエ
ータに適用したものであり、第７図はタンク部とチュー
ブとの接続状態を示す要部断面図、第８図はラジエータ
の一部を示す外観斜視図、第９図はチューブの端部に設
けた抜落防止構造の変形例を示す縦面図、第１０図は抜
落防止構造のさらに他の変形例を示す縦断面図、第１１
図はこの発明の第３実施例を示すもので、同じくラジエ
ータのタンク部とチューブとの接続状態を示す要部断面
図、第１２図〜第１４図はこの発明の第４実施例を示す
もので、この発明をカークーラー用コンデンサに適用し
たものであり、第１２図は一部を切断状態で示す全体の
外観斜視図、第１３図は側断面図、第１４図はタンク部
とチューブ及びサイドピースとの分解斜視図、第１５図
及び第１６図は従来の熱交換器の要部を示すもので、第
１５図はタンク部とチューブとの接続前の状態を分解し
て示す断面斜視図、第１６図は接続後の状態を示す断面
斜視図である。 (1)(101)(201)(301)……チューブ、(5)(105)(205)(305)
(305′)……タンク部、(5d)(105d)(205d′)(205d″)(30
5d)……仕切壁、(7)(107)(207)(307)……樹脂充填空
間、(10)(110)(210)(310)……樹脂。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空押出型材をもってタンク部が形成さ
   れ、該タンク部に長さ方向の仕切壁が設けられることに
   よりタンク部内にチューブ固定用樹脂充填空間が形成さ
   れると共に、タンク部外壁及び仕切壁を貫通して前記樹
   脂充填空間を横断する状態にチューブの端部が挿入さ
   れ、かつ前記充填空間に樹脂が注入充填されることによ
   りタンク部とチューブが接合固定されてなることを特徴
   とする熱交換器。