(57)【要約】  本発明は、複数のチューブ（１）を貫通させるための複数の孔（７）を有する壁（３）を備え、前記複数のチューブは長手方向（Ｌ）に列を成して配置された熱交換器用のヘッダプレートに関する。本発明は、前記壁（３）は、中央部分（１３）と２つの側方部分（１５）とから構成される横断面外形を有し、前記側方部分（１５）は、全体として、第１の曲率半径（Ｒ１）を有する第１曲線に沿い、前記中央部分（１３）は、全体として、前記第１の曲率半径（Ｒ１）より小さな第２の曲率半径（Ｒ２）を有する第２曲線に沿う点で特徴付けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器用のヘッダプレート（３）であって、
長手方向（Ｌ）に列を成して配置された複数のチューブを貫通させるための複数の孔（７）を有する壁（５）を備え、
前記壁（５）は、横断面（Ｔ）において、中央部分（１３、１３´）と２つの側方部分（１５）とから構成される外形を有し、
前記側方部分（１５）は、全体として、第１の曲率半径（Ｒ１）を有する第１曲線（１７）に沿い、
前記中央部分（１３、１３´）は、全体として、前記第１の曲率半径（Ｒ１）より小さな第２の曲率半径（Ｒ２）を有する第２曲線（１９）に沿うことを特徴とする、ヘッダプレート（３）。
【請求項２】
複数の前記孔（７）の少なくとも１つは、前記長手方向及び横軸方向に対して直交する方向に見たとき、長軸ＴＷの楕円形の投影像を有し、
前記壁の長手方向の端部（１１）を通る平面に対して、前記側方部分（１５）の高さがＨ１であり、前記中央部分（１３）の高さがＨ２であり、
前記高さＨ１、前記高さＨ２及び前記長軸ＴＷが以下の不等式を満たす、請求項１に記載のヘッダプレート。
０．０５＜Ｈ１／ＴＷ＜０．２
０．０５＜Ｈ２／ＴＷ＜０．３
【請求項３】
前記長軸ＴＷは１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、請求項２に記載のヘッダプレート。
【請求項４】
複数の前記孔（７）の少なくとも１つは、前記孔を通って壁（５）を貫通する前記チューブ（１）の前記壁の一部を覆うためのカラー（２１）を備え、
前記カラーは前記ヘッダの外側へ突き出ている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のヘッダプレート。
【請求項５】
複数の前記孔は、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲、好ましくは６ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲の間隔で離間して配置されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヘッダプレート。
【請求項６】
０．７ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲、好ましくは１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲の厚さを有する金属シートにより形成された、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のヘッダプレート。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のヘッダプレート（３）と、
圧着、接着、ろう付け、又は溶接により前記ヘッダプレートと接続されたプラスチック又は金属のカバーと、を備えるヘッダタンク。
【請求項８】
前記ヘッダプレートと前記カバーとの間に介在するガスケットに対応する溝を備える、請求項７に記載のヘッダタンク。
【請求項９】
請求項７及び８のいずれか一項に記載のヘッダタンクと、
０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲、好ましくは０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲の厚さを有する金属シートにより形成される複数のチューブと、を備える熱交換器。
【請求項１０】
請求項８に記載のヘッダタンクと、
電弧溶接、複数の管への折り曲げ加工、又は切り抜きによって得られた複数のチューブと、を備える熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばエンジン冷却のためのラジエーター用、空調の凝縮器用、給気冷却器用の、自動車熱交換器のヘッダプレート（ヘッダとしても知られる）、ヘッダタンク及び熱交換器に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
長手方向に列を成して配置された複数のチューブを貫通させるための孔を有する壁を含む熱交換器用のヘッダプレートは、文献JP2005/308366によって既に知られている。上記のプレートは、内側又は外側へと湾曲した、チューブを受けるための中央部分を有する。
【０００３】
ヘッダプレートの湾曲は、特にチューブの外半径上においてチューブに多大な負荷を付与しヘッダプレートとチューブとの接合部に負荷を掛ける局所的な温度差に起因する、熱交換器の劣化をできる限り回避することに向いていることが知られている。接合部は、ジョイントによって、又はろう付けによって、あるいは直接的な溶接によって具体化され得る。最終的には、接合部はもはや封止されないようになるかもしれず、その結果として交換器が動作不能となるかもしれない。流体が交換器の内部を循環する場における高圧は、言うまでもなく、上記事情をさらに悪化させる要素である。
【０００４】
既に提案された多数の解決法の中には、これまでにヘッダプレートとチューブとの間の接合部の劣化についての上記の問題を完全に解決することができるものはなかった。
【０００５】
本発明の目的は、特にチューブに掛かる負荷を軽減することにより、上記の欠点を克服する解決法を提案することである。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第１の発明対象は、熱交換器用のヘッダプレートであって、長手方向に列を成して配置された複数のチューブを貫通させるための複数の孔を有する壁を備え、壁は、横断面において、中央部分と２つの側方部分とから構成される外形を有し、側方部分は、全体として、第１の曲率半径を有する第１曲線に沿い、中央部分は、全体として、第１の曲率半径より小さな第２の曲率半径を有する第２曲線に沿うことを特徴とする、ヘッダプレートである。
【０００７】
好ましくは、「より小さな」は、基準値の８０％未満であることを意味するものとする。それ故、好ましくは、第２の曲率半径の長さは第１の曲率半径の長さの８０％未満である。
【０００８】
第１の実施形態によれば、複数の孔の少なくとも１つは、長手方向及び横軸方向に対して直交する方向に見たとき、長軸ＴＷ（「ヘッダにおけるチューブの通路となる孔の幅」としても言及される）の楕円形の投影像を有し、壁の長手方向の端を通る平面に対して、側方部分の高さがＨ１であり、中央部分の高さがＨ２であり、高さＨ１、高さＨ２及び長軸ＴＷが以下の不等式を満たす。
０．０５＜Ｈ１／ＴＷ＜０．２
０．０５＜Ｈ２／ＴＷ＜０．３
【０００９】
上記の推奨条件を満たすことにより、チューブに掛かる負荷が可能な限り低減された熱交換器が得られる。
【００１０】
好ましくは、チューブの長軸（ＴＷ）（又はチューブの通路の幅）は１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。
【００１１】
ある特定の実施形態においては、複数の孔の少なくとも１つは、孔を通って壁を貫通するチューブの壁の一部を覆うためのカラーを備え、カラーはヘッダの外側へ突き出ている。カラーは、チューブとヘッダプレートとの間の封止を改善する目的を有する。
【００１２】
ある特定のもう一つの様式の実施形態においては、カラーは、ヘッダプレートとカバーとの間に介在するガスケットに対応する溝を備える。
【００１３】
好ましくは、複数の孔は、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲、より好ましくは６ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲の間隔で離間して配置されている。
【００１４】
ある特定の実施形態においては、ヘッダプレートは０．７ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲、好ましくは１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲の厚さを有する金属シートにより形成される。
【００１５】
本発明のもう一つの対象は、上記のヘッダプレートと、圧着、接着、ろう付け、又は溶接によりヘッダプレートと接続されたプラスチック又は金属のカバーと、を備えるヘッダタンクである。
【００１６】
本発明のもう一つの対象は、上記のヘッダタンクと複数のチューブとを備える熱交換器である。
【００１７】
好ましくは、複数のチューブは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲、より好ましくは０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲の厚さを有する金属シートにより形成される。
【００１８】
好ましくは、複数のチューブは電弧溶接、複数の管への折り曲げ加工、又は切り抜きによって得られる。
【００１９】
本発明は、例示の意図により挙げられ、かついかなる限定の意図のない添付図面の検討によって、よりよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るヘッダプレート及びチューブの斜視部分断面の表示である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る図１と同様の表示である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る図１と同様の表示である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る図１と同様の表示である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、楕円形断面を有するチューブ１の上方部分を示す図１について参照する。チューブ１は、図１において垂直方向を向いて示されている。参照するチューブ１の上端は、図１において垂直方向Ｖと対応している。
【００２２】
チューブの楕円形断面は、以下の寸法を有する。
長軸ＴＷ＝３４ｍｍ（１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下）
短軸ＴＴ＝１．４ｍｍ（１ｍｍ以上４ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上２ｍｍ以下）
【００２３】
チューブは、電弧溶接、折り曲げ加工又は切り抜きによって、０．３ｍｍの厚さを有する金属シートから形成される。
【００２４】
ヘッダプレート３（以下、「プレート」とも記す）は、プレートを貫通するチューブ１を有する。
【００２５】
図１には部分断面図が示されているため、プレート３の一部分のみが可視となっている。同様の部分が、プレートの長手方向Ｌにおいて、プレートを通るチューブの分だけ繰り返されている。プレートにおいて、複数のチューブは、同一の長手方向Ｌにおいて互いに平行に列を成して配置されている。２つの隣り合ったチューブ間の間隔は、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲、好ましくは６ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲である。
【００２６】
方向Ｌに垂直である方向Ｔが、概してプレートの広がる平面内にあるものとして定義される。方向Ｔは、チューブの端部の主要長さが延びる方向である。
【００２７】
プレート３は、０．７ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲、好ましくは１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲の厚さを有するアルミニウムシートにより、プレス加工によって形成される。
【００２８】
プレート３は、ヘッダプレート５をカバー（図示せず）に接続するのに用いられる２つの縦方向の折り返し部９によって縁どられた、孔（上述の通り、１つの孔７のみが図で可視である）を有する壁５を備える。知られているように、カバーは、ヘッダタンクを形成するために、ヘッダプレート５上の所定の容積を囲む。ヘッダプレートとカバーとの接続部は、特にカバーを構成する材料に依存して、適切な手段により形成される。例えば、仮にカバーがプラスチック材料から構成されている場合、接続部は、圧着、又は接着によって形成される。同じように、仮にカバーが金属で作られている場合、接続部は、圧着、接着、ろう付け、又は溶接によって形成される。ガスケット（図示せず）が、必須ではないが、チューブの外壁、カバー（図示せず）、折り返し部９、そしてヘッダプレートの間に置かれていてもよい。
【００２９】
縦方向の折り返し部９と、孔を有する壁５との間において、ヘッダプレートは、２つの縁部すなわち横桟部１１を形成するように屈曲されている。
【００３０】
孔を備える壁５は、横断面において、中央部分１３と２つの側方部分１５とから構成される外形を有する。側方部分１５は、全体として、第１の曲率半径Ｒ１を有する曲線１７に沿う。中央部分は、全体として、第１の曲率半径Ｒ１より小さな第２の曲率半径Ｒ２を有する曲線１９に沿う。中央部分１３と側方部分１５の２つの部分は、熱交換器の外側、従って図における下方に向かって隆起部を形成している。
【００３１】
曲率半径Ｒ１及びＲ２は、２つの縁部１１によって定義される平面に対する曲線の高さの測定によって定義されてもよい。
【００３２】
側方部分１５の高さはＨ１と表示され、中央部分１３の高さはＨ２と表示されている。半径Ｒ１及びＲ２は、これらＨ１、Ｈ２の値及び横軸方向におけるプレートの幅ｌから幾何学的に導き出される。
【００３３】
好ましくは、チューブ１とプレート３との間の接合部において熱膨張の結果として生ずる負荷の低減を最適化するため、高さＨ１、Ｈ２と長軸ＴＷとの比が以下の不等式を満たす。
０．０５＜Ｈ１／ＴＷ＜０．２
０．０５＜Ｈ２／ＴＷ＜０．３
【００３４】
ここで、Ｈ１＝２ｍｍ、Ｈ２＝４ｍｍ、ＴＷ＝３４ｍｍである場合、以下の通りとなるため、不等式は満たされる。
Ｈ１／ＴＷ＝０．０５８
Ｈ２／ＴＷ＝０．１２
【００３５】
孔７は、プレートの長手方向Ｌ及び横軸方向Ｔに対して直交する方向である、図の垂直方向Ｖに見たとき、長軸ＴＷの楕円形の投影像を有する。長軸ＴＷは、より単純には幅ＴＷとしても言及され得る。
【００３６】
さらには、孔７は、孔７を通って壁５を貫通するチューブ１の壁の一部を覆うためのカラー２１を備える。カラー２１は、ヘッダの外側（従って図における下方）に向かって突き出ている。カラー２１は、プレート３を形成する間のプレス加工によって得られる。上記のようにすることにより、材料が、プレート３の他の部分と同様にプレス加工中にポンチによってアップセット加工されるので、プレス加工の操作が簡単となる。この構成の一つの欠点は、チューブ１が挿入されるカラー２１の末端が少し狭いため、ヘッダを取り付けるときにチューブ１を孔７に挿入するのがそう簡単ではないことである。一方、この構成は、チューブ１へ掛かる負荷をより低減する限りにおいては有利である。それ故に、交換器の長寿命化のためにはより有利である。
【００３７】
プレート３は、カバー（図示せず）とプレート３との間に介在するガスケット（図示せず）を受ける溝（図示せず）を備えてもよい。
【００３８】
図２の実施形態は、上述の実施形態とは、カラー２１’が、壁から交換器の内側、すなわち図２における上方に向かって突き出ている点において相違する。図１に関して与えられたその他の情報は、図２においても通用する。
【００３９】
図３の実施形態は、上述の実施形態とは、外形について、中央部分１３’が、交換器の内側、すなわち図３における上方に向かって隆起部を形成する点で相違する。図１及び図２に関して与えられたその他の情報は、図３においても通用する。
【００４０】
カラー２１’は、図１の実施形態よりもチューブが孔に入りやすくなるため、交換器の組み立てがより簡単になるという利点を有する。
【００４１】
この実施形態は、チューブ１に加えられる負荷を低減する限りにおいてもまた、利点を有する。
【００４２】
図４の実施形態は、上述の実施形態とは、ヘッダプレート３’が、カバー（図示せず）に対して封止するためにガスケット（図示せず）が挿入され得る溝２３を備える点で相違する。
【００４３】
本発明は、表された実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態も当業者からすれば明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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