(57)【要約】  【課題】熱交換器用の改良された側方プレート及び熱交換器の製造方法を提供することである。  【解決手段】側方プレート１８、２０が第１端部３０及び第２端部３２を含み、各端部間から中間部分３４が伸延される。第１端部３０及び第２端部３２の少なくとも一方は一方のヘッダプレートに結合する少なくとも一つの接触部分３６を提供するべく形状付けされ、接触部分３６はヘッダプレート１０との線接触を提供するような尖端部として形状付けされ得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体に平行状態で離間した一対のヘッダと、全体に平行状態で離間し且つ各前記ヘッダ間を伸延する管にして、該ヘッダ内と流体連通する管と、各管間を伸延するフィンと、を含む熱交換器と共に使用するための側方プレートであって、
少なくともその一方が、前記ヘッダの一方に少なくともその一つが結合する接触端部を提供するべく形状付けされた第１端部及び第２端部と、
該第１端部と第２端部との間を伸延する、ある幅を有する中間部分と、
を含み、
前記各接触部分が前記中間部分の幅の１/５未満の接触幅を有している側方プレート。
【請求項２】
第１端部と第２端部とが各々、ヘッダに結合する少なくとも一つの接触部分を提供するべく形状付けされる請求項１の側方プレート。
【請求項３】
第１端部が一つの接触部分を提供するＶ字形である請求項１の側方プレート。
【請求項４】
第１端部が二つの接触部分を提供するＵ字形である請求項１の側方プレート。
【請求項５】
各フィンが側方プレートの底面と接触する請求項１の側方プレート。
【請求項６】
側方プレートから、該側方プレートと実質的に直交する方向に伸延してフィンの側部と接触するタブを更に含む請求項５の側方プレート。
【請求項７】
タブが蛇行フィンと接触する請求項６の側方プレート。
【請求項８】
第１端部が円筒状のヘッダに結合される請求項１の側方プレート。
【請求項９】
接触部分が、ヘッダとの線接触あるいは点接触の何れかを提供するべく形状付けられる請求項１の側方プレート。
【請求項１０】
全体に平行状態で離間した一対のヘッダと、全体に平行状態で離間し且つ各前記ヘッダ間を伸延する管にして、該ヘッダ内と流体連通する管と、各管間を伸延するフィンと、を含む熱交換器と共に使用するための側方プレートであって、
その少なくとも一方が、ヘッダの一方に結合する少なくとも一つの接触部分を提供するべく形状付けされた第１端部及び第２端部と、
最も外側の前記フィンの一つを覆う幅を有する中間部分と、
を含み、
前記接触部分が、熱交換器の通常運転状況下における該熱交換器の熱膨張及び熱収縮により付加される比較的低い張力下にヘッダから分離する寸法形状とされる側方プレート。
【請求項１１】
第１端部と第２端部とが各々、ヘッダに結合する少なくとも一つの接触部分を提供するべく形状付けされる請求項１０の側方プレート。
【請求項１２】
第１端部が一つの接触部分を提供するＶ字形である請求項１０の側方プレート。
【請求項１３】
第１端部が二つの接触部分を提供するＵ字形である請求項１０の側方プレート。
【請求項１４】
各フィンが側方プレートの底面と接触する請求項１０の側方プレート。
【請求項１５】
側方プレートから、該側方プレートと実質的に直交する方向に伸延してフィンの側部と接触するタブを更に含む請求項１４の側方プレート。
【請求項１６】
タブが蛇行フィンと接触する請求項１５の側方プレート。
【請求項１７】
第１端部が円筒状のヘッダに結合される請求項１０の側方プレート。
【請求項１８】
接触部分が、ヘッダとの線接触あるいは点接触の何れかを提供するべく形状付けられる請求項１０の側方プレート。
【請求項１９】
熱交換器の製造方法であって、
フィクスチャ内で熱交換器コアの各構成部品を、平行状態で離間する一対のヘッダと、各ヘッダ間を伸延する離間した管と、各ヘッダ間を熱交換器コアの側部位置で伸延する側方プレートと、隣り合う管間で且つ側方プレートと前記管の最も外側の一つとの間に位置付けた蛇行フィンと、を有するように組み合わせる段階と、
各ヘッダ間で側方プレートを、該側方プレートの一方の端部に形成した少なくとも一つの接触部分を一方のヘッダに接触させることにより、最も外側のフィンの一つを覆って位置付ける段階と、
熱交換器コアへの結合プロセス中に前記接触部分をヘッダに結合する段階と、
熱交換器に運転温度を受けさせ、前記接触部分とヘッダとの間の結合を破壊する段階と、
を含む熱交換器の製造方法。
【請求項２０】
前記熱交換器に運転温度を受けさせ、前記接触部分とヘッダとの間の結合を破壊する段階が、接触部分を側方プレートの各端部位置に結合することを含む請求項１９の熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に関し、詳しくは熱交換器のための改良された側方プレート及び熱交換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日使用されている熱交換器の多く、例えば、自動車用ラジエター、オイルクーラー、過給機クーラーは、平行に離間させた複数の平管で二つのヘッダを相互に連結した基本構成を有している。通常、最も外側の平管は熱交換器の側方プレートの直ぐ内側に位置付けられ、これら最も外側の平管と、隣り合う側方プレートとの間に蛇行フィンが位置付けられる。
各側方プレートは、これに限定するものではないが、代表的には、各ヘッダに連結されて構造上の一体性を提供する。各側方プレートには、製造プロセス中、特に、熱交換器がアルミニューム製の場合には各構成部品が相互にろう接される際、あるいは熱交換器がその他の材料製の場合には組み立てプロセスにある種の高温プロセスが関与される際にも重要な役割がある。
詳しくは、従来の組み立て技法には、交互する平管と蛇行フィンとからなるサンドイッチ構造を保持するフィクスチャの使用が関与される。サンドイッチ構造の外側、つまり、結局は熱交換器コアの側部となる外側層には、各ヘッダにその端部を代表的には機械的に連結した側方プレートが設けられる。これらの側方プレートには、蛇行フィンと平管とを堅固に結合させ、それらの接触点位置での熱交換が確実に最大化されるよう、連結プロセス中に圧力が付加される。仮にそうした圧力を付加しないと、蛇行フィンの頂部の幾つかと、これらの頂部と隣り合う平管との間にエアギャップが生じ、熱交換量のみならず、圧力誘起疲労や高圧の如きに対する耐性が悪影響を受ける。
同時に、熱交換器の使用時において、各側方プレートが平管と同じ材料製であるにも係わらず、熱交換流体が側方プレートではなく平管を通して流動することから、各平管は、熱交換器運転の始動中の少なくとも初期において、側方プレートよりも代表的には高温となる。
【０００３】
そうすると平管とヘッダとにおける熱応力が高まり、平管は比較的高い温度下に膨張して各ヘッダを押し離そうとし、一方、温度が低い側方プレートは各ヘッダを熱交換器コアの各側部位置で相互に保持しようとする。これにより、熱交換器アセンブリにはしばしば厳しい熱応力が発生し、ヘッダの平管ジョイント部付近に破損あるいは漏れ口が形成され、熱交換器を補修あるいは交換する必要が生じる。
この問題を回避するために、熱交換器の組み立てを完了した後、側方プレートをその各端部の中間位置に引目を入れ（ｓａｗｉｎｇ）、かくしてマルチセクション化された側方プレートが引目入れ位置で相対移動することにより平管の熱膨張が収受されるようにすることが提案された。然し乍ら、この方法は製造プロセスへの作業追加となることから、結局は経済的に望ましいものではない。
米国特許第６，４１２，５４７号に示されるように、側方プレートに弱化線を配置して側方プレートの中央部分を弱化する提案もなされたが、この方法では側方プレートに弱化線のための孔開け及びエンボシング作業を追加する必要がある。
【特許文献１】米国特許第６，４１２，５４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱交換器のための改良された側方プレート及び熱交換器の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態において、熱交換器と共に使用するための側方プレートが提供される。熱交換器は、全体に平行な一対のヘッダと、全体に平行状態で離間され、各ヘッダ間を伸延し且つ各ヘッダの内側と流体連通する複数の管と、これらの管間を伸延するフィンとを含んでいる。側方プレートは第１端部及び第２端部と、中間部分とを含み、端部の少なくとも一方が、ヘッダの一方に結合した少なくとも一つの接触部分を有する。前記中間部分はある幅寸法を有し且つ前記各端部間を伸延する。前記接触部分は前記中間部分の１/５未満の接触幅を有する。
【０００６】
本発明の一形態において、熱交換器と共に使用するための側方プレートが提供される。熱交換器は、全体に平行な一対のヘッダと、全体に平行状態で離間され、各ヘッダ間を伸延し且つ各ヘッダの内側と流体連通する複数の管と、これらの管間を伸延するフィンとを含んでいる。側方プレートは第１端部及び第２端部と、中間部分とを含み、端部の少なくとも一方が、ヘッダの一方に結合した少なくとも一つの接触部分を有する。前記中間部分はある幅寸法を有し且つ前記各端部間を伸延する。各接触部分は、通常運転条件下での熱交換器の熱膨張及び熱収縮により付加される比較的低い張力下にヘッダから分離する寸法形状とされる。
【０００７】
本発明の一形態において、前記第１及び第２の各端部は、ヘッダに結合した少なくとも一つの接触部分を提供する形状とされる。
本発明の一形態において、前記第１端部は一つの接触部分を提供するＶ字形である。
本発明の一形態において、第１端部は二つの接触部分を提供するＵ字形である。
本発明の一形態において、各フィンの頂部は側方プレートの底面と接触する。
本発明の一形態において、側方プレートは、この側方プレートから実質的に直交方向に伸延して各フィンの側部と接触するタブをも含む。
本発明の一形態において、各タブは蛇行フィンと接触する。
本発明の一形態において、第１端部は円筒状ヘッダに結合される。
本発明の一形態において、接触部分はヘッダと線接触する形状とされる。
【０００８】
本発明の一形態において、熱交換器の製造方法が提供される。本方法には、
フィクスチャ内で熱交換器コアの各構成部品を、平行状態で離間する一対のヘッダと、各ヘッダ間を伸延する離間した管と、各ヘッダ間を熱交換器コアの側部位置で伸延する側方プレートと、隣り合う管間で且つ側方プレートと前記管の最も外側の一つとの間に位置付けた蛇行フィンと、を有するように組み合わせる段階と、
各ヘッダ間で側方プレートを、該側方プレートの一方の端部に形成した少なくとも一つの接触部分を一方のヘッダに接触させることにより、最も外側のフィンの一つを覆って位置付ける段階と、
熱交換器コアへの結合プロセス中に前記接触部分をヘッダに結合する段階と、
熱交換器に運転温度を受けさせ、前記接触部分とヘッダとの間の結合を破壊する段階と、
が含まれる。
本発明の一形態において、前記熱交換器に運転温度を受けさせ、前記接触部分とヘッダとの間の結合を破壊する段階には、接触部分を側方プレートの各端部位置に結合することが含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明を自動車用ラジエター、例えば大型トラックのためのラジエターとして説明する。しかしながら、本発明はその他のコンテキスト、例えば、任意の自動車用ラジエターあるいは、内燃機関駆動式の発電器のための如き定置用途のラジエターにおいて使用することができるものとする。本発明は、離間した各ヘッダ間を平行に伸延する管に蛇行フィンを接触させる状態で保持する側方プレートを用いる、例えば、オイルクーラーや過給機クーラーのような数多くの形式の熱交換器においても使用することが可能であり、付随する請求の範囲に記載される任意の特定使用例に限定されるものではない。
【００１０】
図１を参照するに、関心形式の代表的な熱交換器が示され、平行なヘッダあるいはヘッダプレート１０、１２と、これらヘッダプレート間を伸延する複数の平管１４とを含んでいる。平管１４は相互に離間され、その各端部がヘッダプレート１０及び１２の図示されない長孔に溶接あるいはハンダ付けされ且つこの長孔を貫いて伸延し、かくしてヘッダプレート１０及び１２の各々に嵌着したタンク１６の内側と流体連通している。ここで、“ヘッダ”とは、タンク１６を固定したヘッダプレートを、あるいは、例えば管及び種々の積層手順により製造した、斯界に既知の一体構造のヘッダ及びタンクをいうものとする。側方プレート１８及び２０は熱交換器構造の各側部に位置付けられ、ヘッダプレート１０及び１２間を伸延し、これらヘッダに冶金学的に結合される。
【００１１】
離間した各平管１４間と、最も外側の平管１４と、この最も外側の平管と隣り合う側方プレート１８、２０の一方との間には、従来からの蛇行フィン２２のような周囲空気フィンが含まれる。図には従来の蛇行フィン２２が示されるが、ある用途では平管の長手方向軸と実質的に直交し、その端部に側方プレート１８及び２０が上被するプレートフィンを使用することが望ましい場合があり得る。よく知られるように、蛇行フィン２２は様々な材料から形成され得、その代表的なものにはアルミニューム、銅、真鍮がある。しかしながら、特定用途条件下に所望される強度や熱交換効率によっては、その他の材料を使用することが出来る。
【００１２】
本発明の非常に好ましい実施例において、プラスチック製であり得るタンク１６はおそらくは別として、先に説明した全ての構成部品がアルミニュームあるいはアルミニューム合金で形成され、図１に例示するアセンブリ全体をろう接オーブン内に配置した場合に、各構成部品の全てが相互にろう接されるような適宜の位置にろう接材が被覆される。通常、ろう接に先立ち、適宜のフィクスチャを用いて平管１４と、これら平管と交互する蛇行フィン２２からなるサンドイッチ構造が積層され、この積層構造の各端部を側方プレート１８、２０が覆う。ヘッダプレート１０、１２は、各平管１４が各ヘッダプレート及びあるいはタンク１６の内部と連通することができるように平管１４の各端部に嵌着される。詳しくは、各平管１４の各端部はヘッダプレート１０及び１２の図示されない開口に挿通され得、この開口にろう接され得る。
【００１３】
各側方プレート１８、２０は第１端部３０及び第２端部３２を含み、第１端部３０と第２端部３２との間からは中間部分３４が伸延される。中間部分３４は蛇行フィン２２と同じかあるいはほぼ同じ幅Ｗを有することが好ましい。第１端部３０及び第２端部３２の少なくとも一方は、図２、４及び６に最も良く示されるような、ヘッダプレート１０及び１２の一方に結合する少なくとも一つの接触部分３６を提供するべく形状付けされる。
図２を参照するに、第１端部３０は一つ以上の接触部分３６を有している。図２に示されるように、二つの接触部分３６はヘッダプレート１０に結合される。あるいは、図６に示されるように、第１端部３０に接触部分３６が一つ位置付けられ、この接触部分３６がろう接、溶接及びその他の斯界に既知の方法を介してヘッダプレート１０に結合される。接触部分３６は、図３、５及び７に最も良く示されるようにヘッダプレート１０との線接触を提供するような尖端部として形状付けされ得る。
【００１４】
更に、第１端部３０及び第２端部３２は、望ましい接触部分３６を提供するための様々な形状のものとすることができる。例えば、図６には全体にＶ字形のものが示され、図２では第１端部３０は全体にＵ字形を有している。これに関し、図２に示すＵ字形の第１端部３０では、側方プレート１８、２０が中心から若干ずれた場合、Ｕ字形を成すプロング部の一方が先ずヘッダと接触し、他方のプロング部がヘッダと接触するまでヘッダ表面上を滑走することから、相当するヘッダプレート１０、１２に関する側方プレート１８、２０のセルフセンタリングが提供され得る。図８に示す他の実施例では、第１端部３０は、４つの接触部３６を提供する“多歯”あるいは“鋸歯”形状を有し、それらの“歯”の二つのみが相当するヘッダプレート１０、１２と実際に接触する状態で例示されている。こうした設計形状によれば、側方プレート１８、２０の、各ヘッダプレート１０、１２に対する横方向の不整合が許容され、しかも尚、接触部分３６の少なくとも一つ以上が相当するヘッダプレート１０、１２と接触することが保証される。更にこの形状は、ろう接中に側方プレート１８、２０が横方向に移動してオフセンター状態となった場合でも、各ヘッダの間隔あるいは距離が所望の許容誤差範囲内に維持されることを保証する上で役立つ。関連する接触部分３６の第１及び第２の各端部３０、３２の実際の形状は必要に応じて調節する事ができる。
【００１５】
詳しくは、接触部分３６は様々な形状のヘッダプレートを収受する形状とし得る。図２を参照するにヘッダプレート１０は円筒形状である。しかしながら、ヘッダプレート１０、１２は、当業者に理解され得る、矩形、三角形その他の種々の形状及び幾何学を有し得る。
図２〜７には側方プレート１８の一方の端部、即ち第１端部３０のみが少なくとも一つの接触部分３６を有するものとして示されるが、第１端部３０及び第２端部３２の両方が、各ヘッダプレート１０、１２に結合された少なくとも一つの接触部分３６を有し得るものとする。同様に、各側方プレート１８、２０は、少なくとも一つの接触部分３６を含む第１端部３０及び第２端部３２を夫々有し得る。
【００１６】
側方プレート１８、２０は、図４〜図７に示されるような位置にフィン２２を維持する上で役立つ一つ以上のタブ４０を含み得る。図４（仮想線）及び図５に示されるように、タブ４０は側方プレート１８、２０から実質的に直交する方向に伸延してフィンを維持することが好ましい。タブ４０はフィン２２の側部４２と接触し、他方、側方プレート１８の底面４４はフィン２２の頂部４６と接触する。タブ４０は組み立て中にフィン２２の内の最も外側のフィン４８の位置を維持する際に役立たせ得る。更には、図６（仮想線）及び図７に示すように多数のタブ４０を用いることも可能である。
【００１７】
接触部分３６は、組み立て及び運転中は各ヘッダプレート１０、１２に結合するが、通常運転中に熱交換器が熱膨張及び熱収縮することによって比較的低い張力が加えられると結合が破壊されてヘッダから分離する寸法形状とされる。接触部分３６は、中間部分３４の幅Ｗの少なくとも１/５未満の幅を有することが、また、側方プレート１８、２０の厚みによって確定される線接触長さにおいて、ヘッダプレート１０と線接触する尖端部として形状付けされることが好ましい。更に他の実施例では、第１端部３０及び第２端部３２は、側方プレート１８、２０の厚みを低減させて線接触長さを短くするために、あるいは図１０に最も良く示されるように実質的に点接触するように尖端化され得る。接触部分３６の幅が比較的狭いことにより、接触部分３６と各ヘッダプレート１０、１２とは上述した熱交換器の運転下に分離することが可能となる。この分離の生じ方には、例えば、接触部分３６と各ヘッダプレート１０、１２とが結合位置で破壊される、あるいは結合位置に隣り合う位置で第１端部３０が破壊される、あるいはそれらの組み合わせといった多様なものがある。これにより、平管１４は、ヘッダプレート１０、１２に連結した側方プレート１８、２０によって束縛されることなく、熱交換器の通常運転中の温度変化により膨張及び収縮することができる。接触部分３６位置での結合は、漏れ口の創出に至るまでヘッダプレート１０、１２が破壊されることなく、破壊されることが好ましい。
【００１８】
熱交換器は以下に説明するように製造され得る。熱交換器コアの主要構成部品は、熱交換器コアを保持するための図示されないフィクスチャ内で組み立て得る。ヘッダプレート１０、１２は、平管１４及び蛇行フィン２２からなる層を各ヘッダプレート１０、１２間に積層及び位置付けた状態下に、フィクスチャの各端部位置に配置し得る。蛇行フィン２２を隣り合う平管１４の間に積層させ、蛇行フィン２２を最上部及び最低部の各平管１４に隣り合って位置付ける。側方プレート１８、２０を各ヘッダプレート間に位置付け、第１端部３０及び第２端部３２の一方に形成した少なくとも一つの接触部分３６をヘッダプレート１０、１２の一方に接触させ、かくして蛇行フィン２２の最も外側の、番号４８で示す一つを上被させる。次いで、熱交換器コアの結合プロセス中に接触部分３６を側方プレート１８、２０に結合する。この後、熱交換器が運転温度を受けると接触部分３６とヘッダプレート１０、１２との結合が破壊される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】熱交換器及び側方プレートの組み立て状態での正面図である。
【図２】ヘッダに側方プレートの一端部を結合した状態での平面図である。
【図３】図２の側面図である。
【図４】別態様における、ヘッダに側方プレートの一端部を結合した状態での平面図である。
【図５】図４の側面図である。
【図６】別態様における、ヘッダに側方プレートの一端部を結合した状態での平面図である。
【図７】図６の側面図である。
【図８】別態様における、ヘッダに側方プレートの一端部を結合した状態での平面図である。
【図９】図８の側面図である。
【図１０】別態様における端部接触状況を例示する図３、５、７及び９と類似の側面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０、１２  ヘッダプレート
１４  平管
１６  タンク
１８、２０  側方プレート
２２  蛇行フィン
３０  第１端部
３２  第２端部
３４  中間部分
３６  接触部分
４０  タブ
４２  側部
４４  底面
４６  頂部
【図１】
2006292353.tif 000003
【図２】
2006292353.tif 000004
【図３】
2006292353.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006292353.tif 000010
【図９】
2006292353.tif 000011
【図１０】
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