JP2012088011A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】２分割構造のヘッダの製造を容易化するとともに、過剰な設備を必要とせず、製造コストを低減することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【解決手段】一対の筒状のヘッダ間に多数の熱交換チューブが並設されている熱交換器において、ヘッダは、熱交換チューブの端部を挿入する熱交換チューブ挿入孔１３が長さ方向に沿って多数設けられている半筒状の第１ヘッダ部材１１と、該第１ヘッダ部材１１に結合されてヘッダを構成する半筒状の第２ヘッダ部材とを備え、第１ヘッダ部材１１または第２ヘッダ部材のいずれか一方に、他方側に対してカシメ止めされるカシメ部１５が設けられ、該カシメ部１５は、根元部１５Ａの幅Ｗ１が先端部１５Ｂの幅Ｗ２よりも小さくされている。
【選択図】図５

Description

本発明は、所定間隔で配置される一対の筒状のヘッダ間に多数の熱交換チューブが並設されている熱交換器に関するものである。

車両用の空調装置では、従来から、所定間隔で配置される一対の筒状のヘッダ間に多数の熱交換チューブが並設されている、いわゆるパラレルフロー型と称されている熱交換器が凝縮器に使われている。このような熱交換器において、筒状の一対のヘッダを２分割構造としているものがある。２分割構造のヘッダは、熱交換チューブの端部を挿入するチューブ挿入孔が長さ方向に沿って多数設けられている半筒状の第１ヘッダ部材（ヘッダプレート）と、これに結合される半筒状の第２ヘッダ部材（タンクプレート）とを備え、第１ヘッダ部材または前記第２ヘッダ部材のいずれか一方に、他方側に対してカシメ止めされるカシメ部が設けられた構成とされている（例えば、特許文献１−３参照）。

上記ヘッダは、２分割された部材がカシメ部でカシメ止めされることにより仮固定された状態とされる。これに多数の熱交換チューブが組み付けられ、更に各熱交換チューブ間にコルゲートフィンが配設され、その両サイドにサイドプレートが固定されることにより熱交換器として仮組み立てされる。この熱交換器は、各々の部材がアルミ合金製とされており、所要の部材にロウ材がクラッドされているため、上記の如く仮組み立てされた熱交換器を炉中に投入し、所定温度に加熱することによって一体にロウ付けされるようになっている。また、一方のヘッダ部材に設けられているカシメ部は、特許文献１−３に示されるように、幅が略一定とされた折り曲げ片あるいは爪片とされている。

特開平８−２９０８９号公報 特開２００２−１８１４８５号公報 特開２００５−２７３９５７号公報

しかしながら、従来の熱交換器では、２分割構造とされているヘッダのカシメ部を構成する折り曲げ片あるいは爪片は、その幅が略一定とされている。このため、分割構造のヘッダを構成している２部材同士を強固に圧着しようとすると、カシメ部の幅を大きくしなければならず、カシメを行う際に過大な力が必要となる。これによって、ヘッダが製造し難くなるとともに、カシメ用に過剰な設備が必要となり、ヘッダおよび熱交換器の製造コストが高くなる等の課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、２分割構造のヘッダの製造を容易化するとともに、過剰な設備を必要とせず、製造コストを低減することができる熱交換器を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の熱交換器は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる熱交換器は、所定間隔で配置される一対の筒状のヘッダ間に多数の熱交換チューブが並設されている熱交換器において、前記ヘッダは、前記熱交換チューブの端部を挿入する熱交換チューブ挿入孔が長さ方向に沿って多数設けられている半筒状の第１ヘッダ部材と、該第１ヘッダ部材に結合されて前記ヘッダを構成する半筒状の第２ヘッダ部材とを備え、前記第１ヘッダ部材または前記第２ヘッダ部材のいずれか一方に、他方側に対してカシメ止めされるカシメ部が設けられ、前記カシメ部は、根元部の幅が先端部の幅よりも小さくされていることを特徴とする。

本発明によれば、所定の間隔で配置される一対の筒状のヘッダが、熱交換チューブの端部を挿入する熱交換チューブ挿入孔が長さ方向に沿って多数設けられている半筒状の第１ヘッダ部材と、該第１ヘッダ部材に結合されてヘッダを構成する半筒状の第２ヘッダ部材とを備え、第１ヘッダ部材または第２ヘッダ部材のいずれか一方に、他方側に対してカシメ止めされるカシメ部が設けられ、該カシメ部は、根元部の幅が先端部の幅よりも小さくされているため、分割構造のヘッダを構成する第１ヘッダ部材または第２ヘッダ部材の一方を他方側に対してカシメ止めする際、根元部の幅が小さくされていることから、カシメ部をカシメするのに必要な力を小さくし、カシメを容易化することができる。また、カシメ部の先端部側の幅が根元部の幅よりも幅広とされていることから、第１および第２ヘッダ部材同士が離れようとする力を十分に受止めることができるとともに、カシメ部をカシメし易く（曲げ易く）することができる。従って、分割構造のヘッダを製造し易くすることができるとともに、過剰な設備を必要とせず、ヘッダおよび熱交換器の製造コストを低減することができる。また、分割構造ヘッダの耐圧性を高めることができる。

さらに、本発明の熱交換器は、上記の熱交換器において、前記カシメ部は、前記根元部の幅に対して前記先端部側の幅が少なくとも２倍とされていることを特徴とする。

本発明によれば、カシメ部が、根元部の幅に対して先端部側の幅が少なくとも２倍とされているため、カシメ部をカシメするのに必要な力および第１および第２ヘッダ部材同士が離れないように保持する力を各々適正に設定することができる。つまり、カシメ力を小さくしようとすると、保持力が弱くなり過ぎ、保持力を強くしようとすると、カシメ力が大きくなり過ぎるとの相反する問題に対して、各々の力を適正に設定して両立させることができる。従って、分割構造のヘッダの製造を容易化することができるとともに、熱交換器として良好な品質を確保することが可能となる。

さらに、本発明の熱交換器は、上述のいずれかの熱交換器において、前記カシメ部は、前記第１ヘッダ部材または前記第２ヘッダ部材のいずれか一方の半筒状の長手方向の両端縁部に、所定の間隔で千鳥配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、カシメ部が、第１ヘッダ部材または第２ヘッダ部材のいずれか一方の半筒状の長手方向の両端縁部に、所定の間隔で千鳥配置されているため、ヘッダを構成する第１ヘッダ部材および第２ヘッダ部材のカシメ部が設けられている一方の部材を打抜きする際、カシメ部が千鳥配置とされていることにより該部材の打抜き間隔を小さくし、その分だけヘッダ用素材の打抜きロスを少なくすることができる。従って、ヘッダ用素材の使用量を減らし、コスト低減を図ることができる。

本発明によると、分割構造のヘッダを構成する第１ヘッダ部材または第２ヘッダ部材の一方を他方側に対してカシメ止めする際、根元部の幅が小さくされていることから、カシメ部をカシメするのに必要な力を小さくし、カシメを容易化することができる。また、カシメ部の先端部側の幅が根元部の幅よりも幅広とされていることから、第１および第２ヘッダ部材同士が離れようとする力を十分に受止めることができるとともに、カシメ部をカシメし易く（曲げ易く）することができるため、分割構造のヘッダを製造し易くすることができるとともに、過剰な設備を必要とせず、ヘッダおよび熱交換器の製造コストを低減することができる。また、分割構造ヘッダの耐圧性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器の斜視図である。 図１に示す熱交換器のヘッダ部分の一部を拡大した斜視図である。 図１に示す熱交換器のヘッダの一部分の側面視図である。 図３に示すヘッダを上方から見た平面視図である。 図３に示すヘッダを構成する第１ヘッダ部材の側面視図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器のカシメ部が設けられる第１ヘッダ部材を打抜きする際の型取りの状態を示す構成図（Ａ）および（Ｂ）である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図５を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係る熱交換器の斜視図が示され、図２には、そのヘッダ部分の一部を拡大した斜視図が示されている。
熱交換器１は、図１に示されるように、一対（２個１組）の筒状ヘッダ２，３と、扁平断面形状の多数の熱交換チューブ４と、コルゲート状に曲げ成形されたコルゲートフィン５と、積層された多数の熱交換チューブ４およびコルゲートフィン５の両サイドに設けられたサイドプレート６，７と、一方のヘッダ２に設けられた冷媒入口フランジ８および冷媒出口フランジ９と、他方のヘッダ３に設けられたレシーバ１０とを備えている。

この熱交換器１は、車両用空調装置において凝縮器として用いられるものであり、上記の各部材は、いずれもアルミ合金製とされている。一対のヘッダ２，３は、所定の間隔を置いて配置される両端が密閉されている筒体であり、相対向する側面に、所定の間隔で多数の熱交換チューブ挿入穴１３が設けられている。この一対のヘッダ２，３間に、扁平断面形状とされた熱交換チューブ４が水平方向に複数本互いに平行に配設されている。熱交換チューブ４は、内部に多数の流路４Ａを有しており、その両端がヘッダ２，３の側面に設けられている熱交換チューブ挿入穴１３に挿し込まれている。この複数本の熱交換チューブ４間に、コルゲート状に曲げ成形されたコルゲートフィン５が配設されている。

積層された多数の熱交換チューブ４およびコルゲートフィン５により構成されるコア部の両サイドには、サイドプレート６，７が配設され、コルゲートフィン５を両サイドから挟み込むように固定している。一方のヘッダ２の上方部には、冷媒入口フランジ８が内部と連通するように設けられ、下方部には、冷媒出口フランジ９が内部と連通するように設けられており、その内部の上下方向の適宜位置には、少なくとも１組の仕切り板（図示省略）が設けられている。また、他方のヘッダ３には、所要の容積を有するレシーバ１０が内部と連通され、冷媒が出入りできるように一体に設けられている。

これによって、冷媒入口フランジ８から実線矢印のようにヘッダ２内へと流入された冷媒は、仕切り板により区画されている複数本の熱交換チューブ４内をヘッダ３に向って流通され、ヘッダ３内でＵターンされた後、再び熱交換チューブ４内をヘッダ２に向って流通されるように構成されている。この間に、空気と熱交換されて凝縮された冷媒は、ヘッダ２を経て冷媒出口フランジ９から実線矢印の如く流出されるようになる。また、凝縮された冷媒の一部はレシーバ１０内に貯留され、流量が調整されるようになっている。

なお、冷媒出入口フランジ８，９は、両方とも一方のヘッダ２に設けているが、一対のヘッダ２，３に分散して設置してもよく、また、図示省略されている仕切り板は、冷媒を上記のように１回だけＵターンさせて流通させる場合は、一方のヘッダに１組だけ設ければよいが、複数回Ｕターンさせて流通させる場合には、双方のヘッダ２，３にＵターン回数に応じて複数組設けるようにすればよい。更に、冷媒を複数回Ｕターンさせて流通させる場合には、入口側から出口側に向って、熱交換チューブ４の本数が漸次減少される位置に仕切り板を設置することが望ましい。

また、上記のヘッダ２，３、熱交換チューブ４、コルゲートフィン５、サイドプレート６，７、冷媒出入口フランジ８，９、レシーバ１０は、全てアルミ合金製とされ、所要の部材にはロウ材がクラッドされた素材が用いられており、これらの部材を上記のように仮組み立てした後、炉中でロウ付けすることによって各部材が一体に結合されるようになっている。そして、ヘッダ２に設けられている冷媒出入口フランジ８，９に冷媒配管（図示省略）を接続することによって、冷凍サイクルが構成されるようになっている。

さらに、一対の筒状のヘッダ２，３は、図２ないし図５に示されるように、２分割構造のヘッダとされている。このヘッダ２，３は、それぞれ熱交換チューブ４の端部が挿入される熱交換チューブ挿入孔１３が長さ方向に沿って多数設けられている半筒状の第１ヘッダ部材（ヘッダプレート）１１と、該第１ヘッダ部材１１に結合されることによりヘッダ２，３を構成する半筒状の第２ヘッダ部材（タンクプレート）１２とを備えている。第１ヘッダ部材１１および第２ヘッダ部材１２は、ロウ材がクラッドされた所定厚さのアルミ合金製の板材を打抜き、それを断面がＵ字形状の半筒状体に成形したものであり、第１ヘッダ部材１１の長手方向の両端縁部１１Ａの内側に、第２ヘッダ部材１２の長手方向の両端縁部１２Ａが嵌合され、ヘッダ空間１４が形成されるようになっている。

第１ヘッダ部材１１または第２ヘッダ部材１２のいずれか一方、本実施形態では、第１ヘッダ部材１１の長手方向の両端縁部１１Ａに、図３および図５に示されるように、所定の間隔でカシメ部１５が一体に打抜き成形されている。このカシメ部１５は、上記の如く第１ヘッダ部材１１に第２ヘッダ部材１２を嵌合した後、図４に示されるように、２点鎖線位置から実線で示される位置へと第２ヘッダ部材１２の外表面に圧着されるようにカシメされる構成とされている。

また、カシメ部１５は、図５に示されるように、根元部１５Ａの幅Ｗ１が先端部１５Ｂの幅Ｗ２よりも小さく（Ｗ１＜Ｗ２）されたＴ字形状をなす折り曲げ片により構成されている。因みに、先端部１５Ｂの幅Ｗ２は、根元部１５Ａの幅Ｗ１に対して、少なくとも２倍以上の幅とされている。なお、根元部１５Ａおよび先端部１５Ｂは、それぞれ平行な四辺形状とされているが、その形状については、Ｗ１＜Ｗ２の幅寸法の関係を維持した範囲内で様々な形状に変形してもよい。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記の熱交換器１における２分割構造のヘッダ２，３は、熱交換チューブ挿入孔１３が設けられている半筒状の第１ヘッダ部材（ヘッダプレート）１１と、第１ヘッダ部材１１に結合される半筒状の第２ヘッダ部材（タンクプレート）１２とを備えており、第１ヘッダ部材１１の両端縁部１１Ａに設けられているカシメ部１５が、第２ヘッダ部材１２の外表面に圧着されるようにカシメされることにより一体化され、ロウ付け結合されている。このカシメ部１５は、図４に示されるように、両側から第２ヘッダ部材１２の外表面を抱くようにカシメされ、両部材１１，１２が離れようとする力を受止めることができるようになっている。

上記のカシメ部１５は、根元部１５Ａの幅Ｗ１が先端部１５Ｂ側の幅Ｗ２よりも小さくされている。このため、ヘッダ２，３を構成する第１ヘッダ部材１１に対して第２ヘッダ部材１２をカシメ止めする際、カシメ部１５をカシメに要する力を小さくし、カシメを容易化することが可能となる。また、カシメ部１５の先端部１５Ｂの幅Ｗ２が根元部１５Ａの幅Ｗ１よりも幅広とされていることから、第１ヘッダ部材１１および第２ヘッダ部材１２同士が離れようとする力を十分受止めることができるとともに、カシメ部１５をカシメし易く（曲げ易く）することができる。

その結果、２分割構造のヘッダ２，３を製造し易くすることができるとともに、過剰な設備を必要とせず、ヘッダ２，３および熱交換器１の製造コストを低減することが可能となる。また、分割構造ヘッダ２，３の耐圧性を向上することができる。

また、カシメ部１５は、根元部１５Ａの幅Ｗ１に対して先端部１５Ｂ側の幅Ｗ２が少なくとも２倍以上とされている。これにより、カシメ部１５をカシメするのに必要な力および第１および第２ヘッダ部材１１，１２同士が離れないように保持する力を各々適正に設定することができる。つまり、幅が一定とされている従来のカシメ部では、カシメ力を小さくしようとすると、保持力が弱くなり過ぎ、保持力を強くしようとすると、カシメ力が大きくなり過ぎるという問題が派生するのに対して、各々の力を適正に設定して両立させることが可能となる。このため、分割構造のヘッダ２，３の製造を容易化することができるとともに、熱交換器１の良好な品質を確保することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、カシメ部１５を千鳥配置としている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、第１ヘッダ部材１１の両端縁部１１Ａに所定間隔で設けられているカシメ部１５を、千鳥配置とした構成としている。このように、カシメ部１５を千鳥配置とすることにより、図６（Ｂ）に示されるように、ヘッダ２，３の成形時に、ヘッダ素材から第１ヘッダ部材１１を打抜きする際の打抜き間隔を小さくすることが可能となる。

すなわち、ヘッダ素材から第１ヘッダ部材１１を打抜きする際、第１ヘッダ部材１１の両端縁部１１Ａのカシメ部１５が同じ位置に設けられていると、図６（Ａ）に示されるように、隣り合う第１ヘッダ部材１１のカシメ部１５同士が重なり合わないように打抜き間隔Ｌ１を広くする必要がある。しかしながら、両端縁部１１Ａのカシメ部１５を千鳥配置にしておくことにより、図６（Ｂ）に示されるように、カシメ部１５の位置が長さ方向にずれることから、打抜き間隔Ｌ２を狭くして第１ヘッダ部材１１を打抜きすることが可能となる。

このため、第１ヘッダ部材１１の打抜き間隔を、その差（Ｌ１−Ｌ２）分だけ小さくすることができ、ヘッダ用素材の打抜きロスを（Ｌ１−Ｌ２）の寸法差分に相当する量だけ低減することができる。従って、ヘッダ用素材の使用量を減らし、コスト低減を図ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、ヘッダ２，３を構成する第１ヘッダ部材１１側にカシメ部１５を設け、該カシメ部１５を第２ヘッダ部材１２の外表面に対してカシメするようにしているが、逆に第２ヘッダ部材１２側に同様のカシメ部を設け、第１ヘッダ部材１１の外表面にカシメするようにした構成としてもよい。

また、第１ヘッダ部材１１と第２ヘッダ部材１２との嵌合構造も、上記実施形態の構造に限定されるものではなく、例えば両部材１１，１２にフランジを設け、該フランジ同士を嵌合する方式としてもよい。さらに、上記第２実施形態では、カシメ部１５を千鳥配置する実施形態について説明したが、本発明は、図６（Ａ）に示されるように、カシメ部１５を同じ位置に配置したものを包含していることは云うまでもない。

１ 熱交換器
２，３ ヘッダ
４ 熱交換チューブ
１１ 第１ヘッダ部材
１１Ａ 両端縁部
１２ 第２ヘッダ部材
１２Ａ 両端縁部
１３ 熱交換チューブ挿入孔
１５ カシメ部
１５Ａ 根元部
１５Ｂ 先端部
Ｗ１ 根元部の幅
Ｗ２ 先端部の幅

Claims (3)

1. 所定間隔で配置される一対の筒状のヘッダ間に多数の熱交換チューブが並設されている熱交換器において、
   前記ヘッダは、前記熱交換チューブの端部を挿入する熱交換チューブ挿入孔が長さ方向に沿って多数設けられている半筒状の第１ヘッダ部材と、該第１ヘッダ部材に結合されて前記ヘッダを構成する半筒状の第２ヘッダ部材とを備え、
   前記第１ヘッダ部材または前記第２ヘッダ部材のいずれか一方に、他方側に対してカシメ止めされるカシメ部が設けられ、
   前記カシメ部は、根元部の幅が先端部の幅よりも小さくされていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記カシメ部は、前記根元部の幅に対して前記先端部側の幅が少なくとも２倍と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. 前記カシメ部は、前記第１ヘッダ部材または前記第２ヘッダ部材のいずれか一方の半筒状の長手方向の両端縁部に、所定の間隔で千鳥配置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。
   

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