(57)【要約】  本発明は、熱交換チューブ（１２）を受容するように構成された、自動車の熱交換器用のヘッダ（１０）に関する。ヘッダは、−前記チューブ（１２）が貫通するメタルプレート（１８）であって、前記ヘッダ（１０）をヘッダボックス（１６）にクリンプ留めするための２つの長手方向縁部（２６）を有しているメタルプレート（１８）と、−前記メタルプレート（１８）上に配置されるとともに、前記チューブ（１２）を受容するための開口（４２）を有している、ポリマー材料を含むプレート（２２）と、を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換チューブ（１２）を受容するように構成された自動車の熱交換器用ヘッダ（１０）であって、
−前記チューブ（１２）が貫通するメタルプレート（１８）であって、前記ヘッダ（１０）をヘッダボックス（１６）にクリンプ留めするための２つの長手方向縁部（２６）を有しているメタルプレート（１８）と、
−前記メタルプレート（１８）上に配置されるとともに、前記チューブ（１２）を受容するための開口（４２）を有している、ポリマー材料を含むプレート（２２）と、
を備えていることを特徴とするヘッダ。
【請求項２】
前記ポリマープレート（２２）の壁（５４）は、前記チューブ（１２）の端部（１４）が当該壁（５４）と同一平面において終端するように構成されている、
請求項１に記載のヘッダ。
【請求項３】
前記ポリマー材料からなるプレート（２２）は、全体として平坦な形状と、３乃至８ミリメートル、好適にはおよそ５ミリメートルの厚さを有している、
請求項１又は２に記載のヘッダ。
【請求項４】
前記ポリマープレート（２２）は、前記ヘッダボックス（１６）用の強化手段（４６、４８）を備え、前記手段は、好適には、前記ヘッダボックス（１６）に設けられたスタッド（４８）用の受容開口（４２）を備えている、
請求項１乃至３のいずれかに記載のヘッダ。
【請求項５】
前記メタルプレート（１８）と前記ポリマープレート（２２）との間に配設されたシールガスケット（２０）を備えている、
請求項１乃至４のいずれかに記載のヘッダ。
【請求項６】
前記ガスケット（２０）は、前記メタルプレート（１８）と前記ポリマープレート（２２）とに挟持される平坦部（３０）を備え、好適には、前記チューブ（１２）に嵌合するように構成されたダクト（３２）を有している、
先行請求項に記載のヘッダ。
【請求項７】
前記ガスケット（２０）は、前記ヘッダボックス（１６）と前記２つのプレート（１８、２２）のうちの少なくとも一方との間にシールを形成することが意図された周縁ビード（４４）を備えている、
請求項５又は６に記載のヘッダ。
【請求項８】
前記ポリマープレート（２２）に設けられたチューブ（１２）用の受容開口（４２）は、前記ガスケットを保持するためのショルダ（４０）であって、チューブが受容開口（４２）に受容されると前記ガスケット（２０）が当該ショルダ（４０）に当接するように構成されたショルダ（４０）を備えている、
請求項５又は７のいずれかに記載のヘッダ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のヘッダ（１０）用のポリマープレート（２２）。
【請求項１０】
請求項５乃至８のいずれかに記載のヘッダ（１０）用のシールガスケット（２０）。
【請求項１１】
ヘッダボックス（１６）と、請求項１乃至８のいずれかに記載のヘッダ（１０）と、を備えている熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車用の熱交換器の分野に関する。より具体的には、本発明は、一連のチューブと、ウォーターボックスとも呼ばれる少なくとも１つのヘッダボックスと、を備えた熱交換器用ヘッダに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ヘッダは、複数のチューブを、当該ヘッダに規則的な間隔をおいて設けられた開口であるチューブ受容開口を介して保持している。このような間隔がチューブ間隔を規定している。
【０００３】
交換器の熱交換性能を改良するために、ヘッダがより多くのチューブを保持できるようにチューブ間隔を縮小することが可能である。
【０００４】
アルミニウム製のヘッダは、スチール製のヘッダほどくのチューブを保持できないことが知られている。これは、チューブ間隔を所定値より縮小できないためである。なぜならば、アルミニウム製のヘッダの機械的強度を、交換器の通常の使用における熱伝導流体の圧力に抵抗するのに十分なものとしなければならないからである。したがって、アルミニウム製のこのようなヘッダの厚さは１．２ミリメートル未満であってはならない。この種のヘッダは深絞りにより作製されるので、アルミニウムの厚さが１．２ｍｍ以上であると、チューブ間隔を縮小することができない。実際に、１．２ｍｍ以上の厚さと組み合わせて縮小されたチューブ間隔を可能とするような深絞り金型を製造することはできない。なぜならば、この場合、金型の材料に対して、チューブ受容開口間に十分なスペースがないからである。
【０００５】
例えば、ＷＯ２００９／０５８３９５号は、アルミニウムから構成されたチューブ受容部を備えたヘッダについて記載している。チューブ受容部はヘッダボックスとしても機能し、プラスチック補強部を備えている。この強化ヘッダにより、ヘッダ及びチューブに使用される材料の厚さを縮小することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、従来技術のヘッダにおいては、交換器の熱効率を改良することを目的として、より多くのチューブが収容されるようにチューブ間隔を十分に縮小することができない。したがって、従来技術のヘッダでは、交換器が最適な熱性能を達成することができない。
【０００７】
また、交換器の内部圧力に耐え得るように、ヘッダはヘッダボックスにリブ構造を備えている。従来技術のこのような方策は、複雑であって製造にコストがかかり、交換器の全体的質量を大きくする。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、特に、より多くのチューブを受容することができるとともに質量の小さいヘッダを提案することにより、上述の欠点を克服することである。
【０００９】
この目的のために、本発明の目的は、熱交換チューブを受容するように構成された自動車の熱交換器用ヘッダであって、
−前記チューブが貫通するメタルプレートであって、前記ヘッダをヘッダボックスにクリンプ留めするための２つの長手方向縁部を有しているメタルプレートと、
−前記メタルプレート上に配置されるとともに、前記チューブを受容するための開口を有している、ポリマー材料を含むプレートと、を備えていることを特徴とするヘッダである。
【００１０】
以下の説明において、「ポリマープレート」という用語は、ポリマー材料を含むプレートを意味する。したがって、上記のヘッダはポリマープレートにより補強され、これにより、１．２ｍｍ未満の厚さを有するアルミニウム製メタルプレートを使用することが可能となる。有利には、ヘッダのメタルプレートの厚さを縮小することで、チューブ間隔をスチールプレートの値と同様の値まで小さくさせつつ、メタルプレートを深絞りによって製造することが可能となる。したがって、このようなヘッダは、より多くの熱交換チューブを受容できる。この結果、交換器の熱効率が向上するとともに、ヘッダの質量が小さくなる。更に、ポリマープレートは圧力抵抗を強化しチューブ間のシール性を向上させるので、このようなヘッダは、例えば熱伝導流体の漏出等の不具合が少ない。実際に、このようなヘッダは、交換器の信頼性と耐用年数を向上させる。
【００１１】
「〜上に配置された」という用語は、ポリマープレートがメタルプレートの上方に存在しているがこれと直接接触していないことを意味する。したがって、シールガスケットがこれらの互いに上下に配置された１つのプレートの間に介在していてもよいことが理解される。
【００１２】
受容開口は、プレートを貫通するチューブを通過させるための開口であり、チューブはこのような開口を貫通しなくてはならない、ということが特定される。
【００１３】
ヘッダは、以下の特徴を単独で又は組み合わせて有し得る。
【００１４】
前記ポリマープレートの壁は、前記チューブの端部が当該壁と同一平面において終端するように構成されている。したがって、チューブはポリマープレートから突出することがないため、チューブの端部はヘッダボックスの内部に突出することがない。これにより、ヘッダボックス内の流体の乱流現象がなくなる。
【００１５】
前記ポリマー材料プレートは、全体として平坦な形状と、３乃至８ミリメートル、好適にはおよそ５ミリメートルの厚さを有している。ポリマープレートについてこのような厚さ範囲を遵守することにより、ヘッダの機械的強度が顕著に増大するとともに、メタルプレートの厚さを縮小することが可能となる。
【００１６】
前記ポリマープレートは、前記ヘッダボックス用の強化手段を備え、前記手段は、好適には、前記ヘッダボックスに設けられたスタッド用の受容開口を備えている。有利には、強化手段は、ヘッダに対するヘッダボックスの安定性及び結合性を補強するものであり、これにより交換器の漏出に関するリスクが制限される。
【００１７】
シールガスケットが、前記メタルプレートと前記ポリマープレートとの間に配設されている。有利には、このガスケットは、ダブルシール機能を有する。すなわち、チューブとヘッダとのシール、及びヘッダとヘッダボックスとのシールを提供する。また、ガスケットは、２つのプレート同士の連結要素として機能し、これにより交換器の組立に際してヘッダの取り扱いが容易となる。
【００１８】
前記ガスケットは、前記メタルプレートと前記ポリマープレートとに挟持される平坦部を備え、好適には、前記チューブに嵌合するように構成されたダクトを有している。このようなダクトは、チューブとチューブ受容開口とのシールを向上させる。
【００１９】
前記ガスケットは、前記ヘッダボックスと前記２つのプレートのうちの少なくとも一方との間にシールを形成することが意図された周縁ビードを備えている。したがって、このビードは交換器の漏出に関するリスクを回避する。
【００２０】
前記ポリマープレートに設けられたチューブ用の受容開口は、前記ガスケットを保持するためのショルダであって、チューブが受容開口に受容されると前記ガスケットが当該ショルダに当接するように構成されたショルダを備えている。したがって、ガスケットはヘッダに対して容易に位置決めされ、且つその位置は持続的に改善される。
【００２１】
また、本発明は、上述のヘッダ用のポリマー材料を含むプレートに関する。
【００２２】
また、本発明は、上述のヘッダ用のシールガスケットに関する。
【００２３】
また、本発明は、ヘッダボックスと上述のヘッダに関する。
【００２４】
本発明は、例示として提供された、制限的な意図のない添付図面を参照することによってより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一連のチューブが配設されている、第１実施形態によるヘッダの斜視図。
【図２】第２実施形態によるヘッダの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１を参照すると、自動車の熱交換器用ヘッダ１０が示されている。本例において、交換器は、熱伝達流体を交換器へ案内することが意図された熱交換チューブ１２の列を有するラジエータである。或いは、交換器は、例えば給気冷却器等の他のタイプの交換器であってもよい。
【００２７】
ヘッダは、交換器チューブ１２をそれらの端部１４において受容するとともに、ヘッダボックス１６に組み付けられるように構成されている。本例において、ヘッダ１２はメタルプレート１８と、シールガスケット２０と、以下でポリマープレートと称するポリマー材料からなるプレート２２と、により形成されている。
【００２８】
チューブ１２は、ヘッダボックス１６にクリンプ留めされたメタルプレート１８を貫通することが意図されている。この目的のために、メタルプレート１８は、規則的に離間配置された楕円形の開口を有する中央矩形面２４を有する深絞りシートであり、楕円形の開口はチューブ１２を貫通させるように設計されている。メタルプレート１８は、ヘッダ１０をヘッダボックス１６にクリンプ留めするための、長手方向折り曲げ縁部２６及び横手方向折り曲げ縁部（図示せず）を形成する側面を有している。これらの縁部２６は、メタルプレート１８のクリンプ留め作業を容易とすることが意図された矩形のクリンプ留め用歯２８を備えている。
【００２９】
シールガスケット２０は、メタルプレート１８とポリマープレート２２との間に配設される。この目的のために、シールガスケットは、メタルプレートとポリマープレートとに挟持される平坦部３０を備えている。矩形の平坦部３０は、チューブ１２に嵌合する複数のダクト３２を有している。これらのダクト３２は楕円形であって、ガスケットの平坦部３０の両側に突出している。すなわち、ダクトは、ヘッダボックス１８に対向して突出する上部３４と、ガスケットの平坦部の下方に突出する下部３６と、を備えている。ダクト３２は、上部３４の側壁に設けられたリップ３８を備えている。これらのリップ３８は、ポリマープレートのチューブ受容開口４２に設けられたショルダ４０に当接することが意図されている。したがって、これらは一方でガスケットの位置決めを容易とする支持面を形成するとともに、他方でヘッダボックスとヘッダとのシールに関与する。
【００３０】
ガスケットは、ヘッダボックス１６と２つのプレート１８、２２のうちの少なくとも一方との間にシールを形成することが意図された周縁ビード４４を備えている。ガスケットは、熱交換器において従来から使用されている当業者には周知のエラストマー材料から構成されている。
【００３１】
ポリマープレート２２は、チューブを受容するようにメタルプレート１８上に配置される。チューブ受容開口４２は楕円形の外形を有するとともに、ガスケット２０を保持するショルダ４０は略楕円形状を有している。各ショルダ４０は、チューブ１２が受容開口４２に受容されると、ガスケットのリップ３８がショルダ４０に対して押圧されるように構成されている。本例において、チューブはその端部１４においてわずかにフレア状に拡がって、ガスケットのダクト３２のショルダ４０に対する接触が良くなっている。
【００３２】
ポリマープレート２２は、ヘッダボックス１６の強化手段４６、４８を備えており、これらの手段は、プレート２２の各縁部に沿って、ヘッダボックス１６に設けられた強化スタッド４８用の一列の受容孔を備えている。各孔はポリマープレート２２の側面２３に横方向に開口しており、スロットを形成している。スロットの縁部４９は、各開口の直径よりも小さい距離により隔てられている。これらの開口は、ポリマープレート２２から強化スタッド４８が横方向に抜けることがないようにしつつこれらをプレート２２に対して直交して保持するような形状とされていることが理解される。
【００３３】
強化手段は、ヘッダの側壁３９が交換器の内部の流体の圧力の影響下で離間するように移動する際に引き起こされる牽引力及び回転に対してより強く抵抗するように構成されている。このため、ヘッダボックス１６の歪みは少なく、剛性を増大させるための補強リブの数を少なくすることができる。
【００３４】
ポリマープレート２２を製造するについて、熱硬化性ポリマー材料が推奨されるが、熱可塑性物質又は複合材料を含む他の選択肢も想定され得る。ポリマープレート２２の厚さは、３乃至８ｍｍであり、好適にはおよそ５ｍｍである。
【００３５】
ヘッダボックス１６は、ヘッダの上部のカバーを形成する。ヘッダボックスは、熱硬化性材料から構成される。ポリマープレート２２の上壁５４に対抗するヘッダボックス１６の部分５２は、流体圧力に抵抗するように半円筒形の外郭を有している。ヘッダボックスのこの半円筒形状部５２は側壁３９によりその両側に延在しており、各側壁は当業者が「縁石（ｃｕｒｂ）」と呼ぶ段部５６を有している。ヘッダボックス１６の内部において、段部５６は、ポリマープレート２２に当接することが意図された内部ショルダ５８を画成している。内部ショルダ５８は、ポリマープレートに向かって配向された強化スタッド４８を支持する。各スタッドは、ストリップ材料５７によって段部５６に連結されて、ヘッダボックス１６の内部強化リブを形成する。ストリップ材料５７は、スロット４９のうちの１つを通過可能であることが意図されている。ヘッダボックス１６の外側において、段部５６は、クリンプ留め工程以降、折り曲げられたクリンプ留め用歯２８を受容することが意図された外部ショルダ６０を形成している。
【００３６】
ヘッダはポリマープレート２２により補強されているだけでなく、ヘッダボックスの強化手段４６、４８も存在するため、補強リブの本数を最適にする（少なくする、又はなくす）ことができる。
【００３７】
ガスケットの平坦部３０の上部は、熱交換チューブ１２を取り囲むダクト３２を有するポリマープレート２２と、ポリマープレート２２を取り囲む周縁ビード４４とを受容する。より具体的には、ダクト３２はガスケット２０の上部に突出してチューブ１２の端部１４を取り囲み、ポリマープレート２２の上壁５４と同一平面において終端する。この上壁５４は、ダクト３２と同様に、チューブの端部１４が当該壁と同一平面において終端するように構成されている。
【００３８】
図２に示す第２実施形態によれば、交換器チューブは、まっすぐな端部を有している。すなわち、フレア状に拡がっていない、つまり、チューブのヘッダボックス６０の外側への摺動を防止することが意図してチューブは拡大していない。ポリマープレートについて、このプレートは、全高さに亘ってチューブの楕円形の外郭に対応する外形を有する開口を備えている。すなわち、このプレートの開口はショルダを有していない。したがって、ガスケットのダクトの上部はチューブと同等の外郭を有し、リップを有していない。よりシンプルな設計である本実施形態は、交換器の製造コストを押し下げる。
【００３９】
ヘッダ１０は、上記の実施形態に限定されるものではなく、当業者には他の実施形態も明瞭に理解される。特に、ポリマープレート２２の全体的形状は変更され得る。ポリマープレートは成型されるため、例えば受容開口４２におけるチューブ１２の位置決めを平易にするように意図された容積形状やレリーフを備えることを確保するのは比較的容易である。また、更に製造を単純にするために、強化手段４６、４８を設けないことも考えられるが、この場合、ヘッダボックスには追加のリブを設けることが必要となる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2017515086.tif 000006
2017515086.tif 000007
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