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JP2011191038A - 熱交換器 - Google Patents

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JP2011191038A
JP2011191038A JP2010059529A JP2010059529A JP2011191038A JP 2011191038 A JP2011191038 A JP 2011191038A JP 2010059529 A JP2010059529 A JP 2010059529A JP 2010059529 A JP2010059529 A JP 2010059529A JP 2011191038 A JP2011191038 A JP 2011191038A
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core plate
groove
heat exchanger
tank body
outer peripheral
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JP2010059529A
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English (en)
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Tomomi Okuyama
智巳 奥山
Koji Tanaka
公司 田中
Hironobu Fujiyoshi
浩信 藤吉
Ryuji Shirakawa
竜二 白川
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/0219Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • F28F9/0226Header boxes formed by sealing end plates into covers with resilient gaskets

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

【課題】コアプレートとタンク本体部が固定されることによって構成されたヘッダタンクを有する熱交換器において、熱交換器全体としての大型化を招くことなく、タンク本体部とコアプレートとの隙間から流体が漏れてしまうことを抑制する。
【解決手段】コアプレート121に、溝部121aの外周側からスカート部122aの外周形状に沿って折り曲げられることによってタンク本体部122を固定する複数の爪部121bを形成するとともに、隣り合う爪部121bの間に、タンク本体部122から挿入方向に直行する方向に突出した位置決め部122bを当接させる当接面121fを形成する。これにより、溝部121aに位置決め部122bを収容する空間を設ける必要がなくなり熱交換器全体としての大型化を招くことなく、タンク本体部122とコアプレート121との隙間から流体が漏れてしまうことを抑制できる。
【選択図】図3

Description

本発明は、熱交換器に関するもので、車両に搭載される車両用の熱交換器に適用して有効である。
従来、特許文献1に、冷却水等の流体が流通する複数のチューブ、流体と各チューブの周りを流通する外気との熱交換を促進するフィン、および、各チューブに連通するヘッダタンク等を備える車両用の熱交換器が開示されている。さらに、この特許文献1の熱交換器のヘッダタンクは、各チューブが接合されたコアプレートおよびタンク内空間を形成するタンク本体部を一体化することによって構成されている。
具体的には、このヘッダタンクは、タンク本体部のコアプレート側の先端部に設けられたスカート部をコアプレートの外周縁部に形成された溝部に嵌め込んだ状態で、コアプレートに設けられたカシメ用爪部をスカート部の外形形状に沿って折り曲げてカシメ固定することによって一体化されている。
さらに、このヘッダタンクでは、スカート部のヘッダタンクに対応する底面と溝部のタンク本体部に対向する溝面との間に、弾性部材からなる環状のパッキン(シール材)を挟み込んで、タンク本体部とコアプレートとの隙間から流体が漏れてしまうことを防止している。
ところで、この種のパッキンは全周に亘って均等な荷重で圧縮変形させなければ、相対的に荷重の低くなった部位でのシール性が悪化して、タンク本体部とコアプレートとの隙間から流体が漏れてしまうおそれがある。
これに対して、特許文献1では、スカート部の底面から溝部の溝面に向かって所定の距離だけ突出する突起部を設け、カシメ固定時に突起部が溝面に当接できるようにして、スカート部の底面と溝部の溝面との相対距離を全周に亘って均一化させている。これにより、パッキンを全周に亘って均等な荷重で圧縮変形させるようにしている。
欧州特許出願公開第779488号明細書
しかしながら、特許文献1のように、スカート部の底面に設けられた突起部を溝部の溝面に当接できるようにするためには、溝部にパッキンを収容するのみならず、突起部も溝部内に収容した状態でカシメ固定しなければならない。従って、突起部を収容する分だけ、溝部の幅寸法が長くなり、熱交換器全体としての大型化を招く。
さらに、パッキンの一部が突起部と溝部との間に挟まれた状態で、タンク本体部とコアプレートがカシメ固定されてしまうと、パッキンを全周に亘って均等な荷重で圧縮変形させることができなくなる。従って、特許文献1のヘッダタンクでは、タンク本体部とコアプレートとの隙間から流体が漏れてしまうことを確実に防止できない。
本発明は、上記点に鑑み、コアプレートとタンク本体部が固定されることによって構成されたヘッダタンクを有する熱交換器において、熱交換器全体としての大型化を招くことなく、タンク本体部とコアプレートとの隙間から流体が漏れてしまうことを抑制することを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。請求項1に係る発明は、互いに並設配置されるとともに、内部に流体が流通する複数のチューブ(111)と、チューブ(111)の長手方向端部に配置されるとともに、複数のチューブ(111)の並設方向に延びて複数のチューブ(111)に連通するヘッダタンク(120)とを備え、
ヘッダタンク(120)は、複数のチューブ(111)が接合されたコアプレート(121)およびコアプレート(121)に固定されたタンク本体部(122)を有し、タンク本体部(122)のうちコアプレート(121)側の先端部(122a)がコアプレート(121)の外周縁部に設けられた溝部(121a)に挿入された状態で、タンク本体部(122)がコアプレート(121)に固定されており、溝部(121a)の内周面と先端部(122a)のコアプレート(121)に対向する底面とによって形成される空間に、弾性変形可能な環状の弾性部材(123)が配置された熱交換器であって、
コアプレート(121)には、溝部(121a)の外周側から先端部(122a)側に折り曲げられてタンク本体部(122)を固定する爪部(121b)が形成され、タンク本体部(122)には、先端部(122a)を溝部(121a)へ挿入する際の挿入方向に直交する方向に突出した複数の位置決め部(122b)が形成されており、位置決め部(122b)は、コアプレート(121)の外表面のうち、溝部(121a)を形成する外周側の側壁部(121e)に、挿入方向に対して交差するように形成された当接面(121f)に当接していることを特徴とする。
これによれば、位置決め部(122b)が当接する当接面(121f)が、コアプレート(121)の外表面のうち、溝部(121a)を形成する外周側の側壁部(121e)に、挿入方向に対して交差するように形成されているので、コアプレート(121)とタンク本体部(122)とを固定する際に、位置決め部(122b)を溝部(121a)に収容する必要がない。従って、従来技術に対して溝部(121a)の幅寸法を短くすることができる。
さらに、タンク本体部(122)の複数の位置決め部(122b)が、コアプレート(121)の当接面(121f)に当接しているので、先端部(122a)の底面と溝部(121a)のうちタンク本体部(122)に対向する溝面との相対距離を全周に亘って均一化させることができる。
従って、弾性部材(123)を全周に亘って均等な荷重で圧縮変形させることができ、タンク本体部(122)とコアプレート(121)との隙間から流体が漏れてしまうことを抑制できる。その結果、熱交換器全体としての大型化を招くことなく、タンク本体部(122)とコアプレート(121)との隙間から流体が漏れてしまうことを抑制できる。
なお、本請求項における「並設され」とは、所定の方向に並べて配置されていることを意味しており、この所定の方向が「並設方向」に一致する。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の熱交換器において、爪部(121b)は、複数設けられており、当接面(121f)は、隣り合う爪部(121b)の間に形成されていることを特徴とする。
これによれば、爪部(121b)および位置決め部(122b)と当接面(121f)との当接箇所を、コアプレート(121)の外周に沿って均等に配置できるので、先端部(122a)の底面と溝部(121a)の溝面との相対距離が不均一となってしまうことを効果的に抑制できる。
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の熱交換器において、コアプレート(121)は、挿入方向から見たときに、多角形状に形成されており、位置決め部(122b)は、多角形状の角部に対応する位置に形成されていることを特徴とする。
これによれば、位置決め部(122b)が、多角形状の角部に対応する位置に形成されているので、先端部(122a)の底面と溝部(121a)の溝面との相対距離が不均一となってしまうことをコアプレート(121)の全周に亘って効果的に抑制できる。
請求項4に記載の発明では、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の熱交換器において、位置決め部(122b)の外周部は、挿入方向から見たときに、コアプレート(121)の最外周よりも内側に位置付けられていることを特徴とする。
これによれば、位置決め部(122b)が、コアプレート(121)から外側へ突出してしまうことを回避して、より一層、熱交換器全体としての小型化を図ることができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
一実施形態のインタークーラの正面図である。 一実施形態のヘッダタンクの外観斜視図である。 図2のA−A断面図である。 図2のB−B断面図である。 一実施形態のコアプレートおよびパッキンの外観斜視図である。 他の実施形態のヘッダタンクの外観斜視図である。
図1〜5により、本発明の一実施形態を説明する。本実施形態では、本発明に係る熱交換器を車両用のインタークーラ100に適用している。インタークーラ100は、内燃機関に吸入される燃料燃焼用の空気(吸気)を室外空気(冷却空気)と熱交換させて冷却する冷却用熱交換器である。なお、図1は、本実施形態のインタークーラ100の正面図である。
このインタークーラ100は、その内部を流体である吸気が流通する断面扁平状に形成された複数のアルミニウム製のチューブ111と、チューブ111の扁平面に接合されたフィン112とを有している。フィン112は、チューブ111周りを流通する冷却空気と吸気との熱交換を促進するもので、アルミニウム製の板材を波状に湾曲させることによって形成されている。
より具体的には、チューブ111は、表裏両面にろう材(本実施形態では、A4045、A4343等のアルミニウム系合金)が被覆(クラッド)された板材を曲げて電気溶接したもの(電縫管)である。また、フィン112は、チューブ111の外表面に被覆されたろう材によりチューブ111に、ろう付け接合されている。
なお、図1では、図示の明確化のため、チューブ111およびフィン112の一部のみを示しているが、各チューブ111およびフィン112は、交互に並設配置(所定の方向に並べて配置)されている。これにより、吸気と冷却空気とを熱交換させる略矩形状の熱交換コア部(以下、コアと称す。)110が構成されている。また、図1において、冷却空気の流れ方向は、紙面表側から裏側方向となる。
チューブ111の長手方向両端部には、チューブ111の長手方向と直交する方向であり、かつ、チューブ111およびフィン112の並設方向に延びて複数のチューブ111に連通するヘッダタンク120が設けられている。
このヘッダタンク120は、複数のチューブ111がろう付け接合されたアルミニウム製のコアプレート121、および、コアプレート121に固定されてタンク内空間を形成する樹脂製のタンク本体部122を有している。なお、チューブ111は、コアプレート121の表裏両面に被覆されたろう材によりコアプレート121にろう付け接合されている。
ヘッダタンク120の詳細構成については、図2〜5を用いて説明する。なお、図2は、インタークーラ100のヘッダタンク120の外観斜視図であり、図3は、図2のA−A断面図、図4は、図2のB−B断面図である。また、図2では、タンク本体部122がコアプレート121に固定される前の状態を示している。また、図5は、コアプレート121および後述するパッキン123をヘッダタンク120内側から見た外観斜視図である。
まず、コアプレート121は、外周縁部の全周に亘ってコア110側へ凹む溝部121aが形成された略矩形状(略四角形状)の板状部材である。そして、コアプレート121における溝部121aに囲まれた中央部側に、チューブ111が挿入されて、ろう付けされる複数のチューブ挿入孔121cが形成されている。
チューブ挿入孔121cは、コアプレート121の板状平面(基面)からチューブ111の長手方向外側へ向かって延び出すようにバーリング加工によって形成される貫通孔であり、挿入されるチューブ111の外周面に沿って延び出して、コアプレート121とチューブ111とのろう付け面積を増加させている。なお、以下の説明では、チューブ挿入孔121cのうち、チューブ111に沿って延出する部位を延出部121dと称す。
また、コアプレート121のうち溝部121aを形成する外周側の側壁部121eには、後述するタンク本体部122のコアプレート121側の先端部(以下、スカート部と称す。)122aの外周形状に沿って折り曲げられてタンク本体部122をカシメ固定する複数の爪部121bが設けられている。より具体的には、爪部121bは、側壁部121eからタンク本体部122側へ延出するように設けられている。
さらに、隣り合う爪部121bの間であって、コアプレート121の外周側の側壁部121eのタンク本体部122側端部には、コアプレート121の厚みによって平坦面が形成されている。この平坦面は、コアプレート121とタンク本体部122とをカシメ固定した際に、タンク本体部122に設けられた位置決め部122bが当接する当接面121fとして機能する。
換言すると、この当接面121は、コアプレート121の外表面のうち、溝部121aを形成する外周側の側壁部121eに、スカート部122aを溝部121aへ挿入する際の挿入方向に対して交差するように形成されている。また、この当接面121は、側壁部121eのうち、スカート部122aに対向する溝面側の端部と反対側の端部に形成されている。
前述の如く、タンク本体部122は、コアプレート121に固定されてタンク内空間を形成するもので、スカート部122aが設けられてコアプレート121に固定される側が開放した中空箱状に形成されている。さらに、コアプレート121に固定される側と反対側には、吸気を流入出させる流入口、流出口が設けられている。
タンク本体部122のスカート部122aは、図3に示すように、断面略矩形状に形成されている。そして、このスカート部122aがコアプレート121の溝部121aに挿入された状態で、爪部121bの先端側をタンク本体部122の外形形状に沿って折り曲げることによって、タンク本体部122とコアプレート121がカシメ固定されている。
また、タンク本体部122には、スカート部122aと連続するように、スカート部122aを溝部121aへ挿入する際の挿入方向に直交する方向に突出した複数の位置決め部122bが形成されている。この位置決め部122bは、タンク本体部122の隣り合う爪部121bの間に位置付けられるように形成されており、それぞれ、爪部121bの間に設けられた当接面121fに当接している。
さらに、本実施形態では、図2、4に示すように、コアプレート121の長手方向に形成された爪部121bと短手方向に形成された爪部121bとの間、すなわち、略四角形状の角部にも当接面121fが形成されており、この当接面121fにも位置決め部122bが当接している。換言すると、本実施形態の位置決め部122bは、コアプレート121の略四角形状の角部に対応する位置にも形成されている。
また、位置決め部122bの外周部は、スカート部122aを溝部121aへ挿入する際の挿入方向から見たときに、コアプレート121の最外周から外側に突出することなく、コアプレート121の最外周よりも内側に位置付けられている。
さらに、コアプレート121の長手方向に形成された位置決め部122bは、図2、3に示すように、挿入方向に延びるように形成されており、タンク本体部122の剛性を高めるための補強用のリブとしての機能も兼ね備えている。
溝部121aの内周面とスカート部122aのうちコアプレート121に対向する底面とによって囲まれた空間には、スカート部122aの底面と溝部121aのうちスカート部122aに対向する溝面に弾性変形しながら接触して、タンク本体部122とコアプレート121との結合部を封止(シール)する断面略円形状のゴム等の弾性変形可能な弾性部材からなる環状のパッキン123が嵌め込まれている。
このパッキン123は、図5に示すように、コアプレート121の溝部121aの形状に沿った矩形の環状に形成されている。さらに、コアプレート121の長手方向に対応するパッキン123の内周側には、パッキン123をコアプレート121に対して位置決めするパッキン用位置決め部123aが一体的に形成されている。
より具体的には、このパッキン用位置決め部123aは、溝部121aの底面に略平行な方向であって、隣接するチューブ挿入孔121cの間に向かって複数突出している。さらに、パッキン用位置決め部123aは、スカート部122aを溝部121aへ挿入する際の挿入方向から見たときに、その隣接するチューブ挿入孔121cに沿った略三角形状あるいは半円弧状の形状に形成されている。
また、コア110の並設方向両端部には、図1に示すように、チューブ111に対して略平行に延びて、コア110の並設方向両端側を補強するアルミニウム製のインサート130が設けられている。
このインサート130のうち、コア110側の面には、ろう材が被覆されており、このろう材によりコア110の並設方向両端部に配置されたフィン112に、ろう付け接合されている。また、インサート130の長手方向両端部は、コアプレート121に被覆されたろう材により、ヘッダタンク120のコアプレート121にろう付け接合されている。
次に、本実施形態のインタークーラ100の概略製造方法について説明する。まず、定盤等の作業台上にてチューブ111、フィン112、コアプレート121およびインサート130を、図1に示すように積層組み付けしてコア110を組み立てる(コア組工程)。次に、コア組工程にて組み立てられたコア110を、ワイヤー等の治具にて組付状態を保持したまま、炉内に置いて加熱ろう付けする(ろう付け工程)。
そして、ろう付け工程の終了後、再びろう材が凝固するまで冷却されたコア110のコアプレート121の溝部121aにパッキン123を嵌め込んだ状態で、上述の如く、コアプレート121にタンク本体部122をカシメ固定する(カシメ工程)。その後、ろう付け不良、カシメ不良等による漏れの発生の有無の検査および寸法検査等の所定の検査を行い、インタークーラ100の製造を完了する。
ところで、本実施形態のように、コアプレート121の溝部121aにパッキン123を嵌め込んだ状態で、コアプレート121にタンク本体部122をカシメ固定したヘッダタンク120を採用する熱交換器では、パッキン123を溝部121aの全周に亘って均等な荷重で圧縮変形させることが望ましい。
その理由は、パッキン123を溝部121aの全周に亘って均等な荷重で圧縮変形させないと、相対的に荷重の低くなった部位におけるパッキン123のシール性が悪化してしまうからである。そして、このようなシール性の悪化は、タンク本体部122とコアプレート121との隙間から流体が漏れてしまう原因となる。
これに対して、本実施形態では、タンク本体部122に位置決め部122bを設け、この位置決め部122bをコアプレート121の当接面121fに当接させているので、スカート部122aの底面と溝部の溝面との相対距離を全周に亘って均一化させている。これにより、パッキンを全周に亘って均等な荷重で圧縮変形させて、タンク本体部122とコアプレート121との隙間から流体が漏れてしまうことを抑制できる。
しかも、当接面121fを、コアプレート121の外表面のうち、溝部121aを形成する外周側の側壁部121eのタンク本体部122側端部の平坦面によって形成しているので、コアプレート121とタンク本体部122とを固定する際に、位置決め部122bを溝部121aに収容する必要がない。
従って、溝部121aの幅寸法をパッキン123を収容するために必要最小限の寸法とすることができ、溝部121aの幅寸法を不必要に拡大する必要もない。その結果、熱交換器全体としての大型化を招くことなく、タンク本体部122とコアプレート121の隙間から流体が漏れてしまうことを抑制できる。このような熱交換器の大型化の回避は、搭載の設計自由度の低い車両用の熱交換器(インタークーラ)において、極めて有効である。
さらに、本実施形態では、爪部121bを複数設け、当接面121fを隣り合う爪部121b間に形成している。すなわち、爪部121bと当接面121fとを交互に配置している。また、コアプレート121を挿入方向から見たときに、略四角形状に形成するとともに、位置決め部122bを略四角形状の角部に対応する位置に配置している。
これにより、爪部121bおよび位置決め部122bと当接面121fとの当接箇所を交互に配置して、コアプレート121の外周に均等に配置することができる。従って、スカート部122aの底面と溝部121aの溝面との相対距離が不均一となってしまうことを、効果的に抑制できる。
さらに、本実施形態では、挿入方向から見たときに、位置決め部122bの外周部が、コアプレート121の最外周よりも内側に位置付けられているので、位置決め部122bが、コアプレート121から最外周よりも外側へ突出してしまうことを回避して、より一層、熱交換器全体としての小型化を図ることができる。
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(1)上述の実施形態では、本発明の熱交換器をインタークーラに適用したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、冷凍サイクル用の放熱器(コンデンサ)や、車両用の放熱器(ラジエータ)、オイルクーラ等に適用してもよい。
(2)上述の実施形態では、コアプレート121に爪部121bと当接面121fを複数箇所交互に設けた例を説明したが、爪部121bの数および形状はこれに限定されない。例えば、爪部121bをコアプレート121の長手方向に連続的に繋がった帯状とし、コアプレート121の略四角形状の角部のみに当接面121fを設けるとともに、タンク本体部122の位置決め部122bを角部に対応する箇所のみに配置してもよい。
さらに、挿入方向から見たときのコアプレート121の形状は略四角形状に限定されることなく、他の多角形状としてもよい。
(3)上述の実施形態では、爪部121bとして、スカート部122aの外周形状に沿って折り曲げられる形式のものを採用しているが、爪部121bはこれに限定されない。例えば、図6に示すように、溝部121aを形成する外周側の側壁部121eにスリット穴を設け、スカート部122aの上方側の部位をスカート部122aに折り曲げる形式のものを採用してもよい。
110 熱交換コア部(コア)
111 チューブ
120 ヘッダタンク
121 コアプレート
121a 溝部
121b 爪部
121c チューブ挿入孔
121e 側壁
121f 当接面
122 タンク本体部
122a 先端部(スカート部)
122b 位置決め部
123 弾性部材(パッキン)

Claims (4)

  1. 互いに並設配置されるとともに、内部に流体が流通する複数のチューブ(111)と、
    前記チューブ(111)の長手方向端部に配置されるとともに、前記複数のチューブ(111)の並設方向に延びて前記複数のチューブ(111)に連通するヘッダタンク(120)とを備え、
    前記ヘッダタンク(120)は、前記複数のチューブ(111)が接合されたコアプレート(121)および前記コアプレート(121)に固定されたタンク本体部(122)を有し、
    前記タンク本体部(122)のうち前記コアプレート(121)側の先端部(122a)が前記コアプレート(121)の外周縁部に設けられた溝部(121a)に挿入された状態で、前記タンク本体部(122)が前記コアプレート(121)に固定されており、
    前記溝部(121a)の内周面と前記先端部(122a)の前記コアプレート(121)に対向する底面とによって形成される空間に、弾性変形可能な環状の弾性部材(123)が配置された熱交換器であって、
    前記コアプレート(121)には、前記溝部(121a)の外周側から前記先端部(122a)側に折り曲げられて前記タンク本体部(122)を固定する爪部(121b)が形成され、
    前記タンク本体部(122)には、前記先端部(122a)を前記溝部(121a)へ挿入する際の挿入方向に直交する方向に突出した複数の位置決め部(122b)が形成されており、
    前記位置決め部(122b)は、前記コアプレート(121)の外表面のうち、前記溝部(121a)を形成する外周側の側壁部(121e)に、前記挿入方向に対して交差するように形成された当接面(121f)に当接していることを特徴とする熱交換器。
  2. 前記爪部(121b)は、複数設けられており、
    前記当接面(121f)は、隣り合う前記爪部(121b)の間に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記コアプレート(121)は、前記挿入方向から見たときに、多角形状に形成されており、
    前記位置決め部(122b)は、前記多角形状の角部に対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器。
  4. 前記位置決め部(122b)の外周部は、前記挿入方向から見たときに、前記コアプレート(121)の最外周よりも内側に位置付けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の熱交換器。
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