JP2020067262A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い耐圧性を有し、製造し易く、量産性が高い熱交換器を提供すること。【解決手段】 各ヘッダプレート３を同一の形状に形成し、各ヘッダプレート３の一方の側壁部１の外面に複数の凸部１ａを設け、他方の側壁部１の外面に前記凸部１ａに整合する凹部１ｂを設け、その凸部１ａと凹部１ｂとが嵌合している状態で、隣合うヘッダタンク８が互いに接合されている。【選択図】図１

Description

本発明は、主として鉱山機械、建設機械等の大型作業機械に用いるものであり、高い耐圧性を有する熱交換器に関する。

大型の作業機械用の高い耐圧性を有する熱交換器は、大容量で且つ、高い耐圧性が要求される。
特許文献１に記載の「建設機械用高耐圧オイルクーラ」には、それぞれの軸線が互いに平行に配置された複数列のヘッダエレメント（以降、ヘッダタンクと言い換える。）が設けられ、その各ヘッダタンクには、多数の偏平チューブの端部がヘッダタンクの軸線方向に互いに離間して挿通されており、各偏平チューブ間にコルゲートフィンが配置されてコア１５を形成しているものである。そして、各部品が一体に接合されているものである。

特開２０１５−１３７８０３号公報

上記引用文献１のオイルクーラの各ヘッダタンクは、一対の側壁部を有する横断面が、一対の側壁部を有するＵ字状のＵ溝材（以降、ヘッダプレートと言い換える。）とそのヘッダプレートに嵌着する門形材（以降、蓋材と言い換える。）とからなる。このヘッダタンクの構造は、オイルクーラの使用時に内圧により、ヘッダプレートの側壁部が押し広がり、ヘッダプレートと蓋材との接触部の接合が外れやすい欠点があった。
また、組み立て作業時に、各ヘッダタンクの高さ位置が一定の高さに定まり難くい欠点があった。この場合、各ヘッダタンクの頂部と接合されるオイルパイプの取付けが困難になる。
そこで、本発明は高い耐圧性を有し、製造し易く、量産性が高い熱交換器を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、それぞれの軸線が互いに平行に配置された複数のヘッダタンク８と、
前記軸線の方向に互いに離間し、端部が各ヘッダタンク８に挿通された多数の偏平チューブ１３と、各偏平チューブ１３間に配置されたフィン１４からなるコア１５と、を有し、
前記ヘッダタンク８は、横断面がＵ字状のヘッダプレート３と、そのＵ字の開口に嵌着する蓋材６と、を有し、
それらの各部品が一体に接合されている熱交換器において、
各ヘッダプレート３は、同一の断面形状を有し、
各ヘッダプレート３のＵ字状の一方の側壁部１の外面に、前記軸線の方向に離間して複数の凸部１ａが設けられ、
他方の側壁部１の外面に、前記凸部１ａに整合する凹部１ｂが設けられており、
前記凸部１ａと前記凹部１ｂとが嵌合した状態で、その嵌合部で隣合うヘッダタンク８が互いに接合されていることを特徴とする熱交換器である。

請求項２に記載の発明は、隣合うヘッダタンク８が、前記凸部１ａと前記凹部１ｂとの嵌合している部分のみで接続されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器である。

請求項３に記載の発明は、各ヘッダプレート３の両方の側壁部１に、前記軸線方向に離間して、前記ヘッダタンク８の内側に突出する複数の着座部１ｃを有し、
前記着座部１ｃに前記蓋材６の両縁部が着座することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の熱交換器である。

請求項１に記載の発明は、各ヘッダプレート３が同一形状であり、その一方の側壁部１の外面に複数の凸部１ａが設けられており、他方の側壁部１の外面に、その凸部１ａに整合する凹部１ｂが設けられており、それらの凸部１ａと凹部１ｂとが嵌合している状態で、その嵌合部で隣合うヘッダタンク８が互いに接合されているものである。
この構造により、コアとヘッダタンクとの仮組みが容易であり、各部材を正確に位置決めした状態で、コアとヘッダタンクを接合することができる。
また、凸部１ａと凹部１ｂとの嵌合により、隣合うヘッダタンク８の剛性を向上することができるため、ヘッダプレート３と蓋材６の接合部の内圧に対する変形を抑制することができる信頼性の高い熱交換器となる。
請求項２に記載の発明のように、各列のヘッダタンクの接合は、凸部１ａと凹部１ｂの嵌合部分のみでの接合であっても、請求項１の効果が得られる。

請求項３に記載の発明は、各ヘッダプレート３の両方の側壁部１に、偏平チューブ１３の並列する方向に沿って、ヘッダタンク８の内側に突出する複数の着座部１ｃを有し、着座部１ｃに蓋材６の端縁が着座する。
ヘッダタンクの内側に突出する着座部１ｃにより、タンクの剛性を向上することができ、また、蓋材６の長手方向の中間位置の位置決めが容易になり、耐圧性と組立て性の高い熱交換器となる。また、この構造により、隣合うヘッダタンク８の頂部の高さが揃うため、分枝管の取付が容易となる。

本発明の熱交換器の要部横断面の組立て説明図。 図１のＩＩ部拡大図。 同熱交換器の組立て後の要部横断面図。 同熱交換器のヘッダプレートの平面図（Ａ）、同右側面図（Ｂ）、同左側面図（Ｃ）。 図１の斜視組立て説明図。

次に、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
本発明の熱交換器は、大型の作業機械に用いられる高耐圧で大容量のものである。
この熱交換器は、図１及び図５に示す如く、それぞれの軸線が互いに平行に配置された複数列（この例では、３列）のヘッダタンク８を有する。各ヘッダタンク８は、Ｕ字状のヘッダプレート３と、そのＵ字の開口に嵌着する蓋材６とにより筒状に形成される。この例では、その両端が、一対の閉塞板７で被蔽されている。
各ヘッダタンク８には、多数の偏平チューブ１３の端部が、ヘッダタンク８の軸線の方向に互いに離間して、挿通されており、各偏平チューブ１３間にフィン１４が配置されてコア１５が形成されている。

ヘッダプレート３は、図１に示す如く、全体の断面がＵ字状に形成されている。その底部の断面が半円で、開口部が互いに平行に対向する一対の側壁部１を有する。この例では、一対の側壁部１の底部からの高さは同一の高さとすることが好ましい。そして、ヘッダプレート３の底部にはチューブ挿通孔２がヘッダタンク８の軸線の方向に定間隔に離間して形成されている。ヘッダプレート３、蓋材６、閉塞板７は、一例としてアルミニウム材からなる。そして、ヘッダプレート３と蓋材６は、プレス成型により形成することができる。
コア１５の両側には、好ましくは、偏平チューブの列に適合する大きさのサイドメンバー１６を接続する。

この発明の特徴部分は、ヘッダプレート３の形状にある。
図１及び図４に示す如く、各ヘッダプレート３は同一の形状に形成されている。
この各ヘッダプレート３の一方の側壁部１の外面に、ヘッダタンク８の軸線の方向に離間して、複数の凸部１ａが設けられている。また、他方の側壁部１の外面には、一方の側壁部１の凸部１ａに整合する凹部１ｂが設けられている。
さらに、隣合うヘッダプレート３の両側壁部１にも、同様に凸部１ａと凹部１ｂが形成されている。そして、これらの凸部１ａと凹部１ｂとを嵌め合せることにより、ろう付作業前に、位置決め、仮組みができるように形成されている。

好ましくは、図２の拡大図に示す如く、凸部１ａはその横断面を、段付き状に突出させ、凹部１ｂは、凸部１ａが嵌合できるように、その横断面を、段付き状に凹陥させておく。この時、凹部１ｂの凹陥量を凸部の突出量に比して、小さくしておくことにより、凸部１ａと凹部１ｂを部分的に嵌合させることできる。
すなわち、隣り合うヘッダプレート３どうしを凸部１ａと凹部１ｂとの嵌合部分のみで接するようにすることができる。その結果、各ヘッダタンク８の間に僅かな隙間を形成することができる。

各蓋材６は、その横断面が、略半円状に形成され、ヘッダプレート３の一対の側壁部１の内面に接する嵌着面４を有する。蓋材６をヘッダプレート３に嵌着したとき、その嵌着面４と両側壁部１の内面とが接触する。
各蓋材６がヘッダプレート３に取付けられた際、各蓋材６の頂部は、一対の側壁部１の頂部よりも図において上方に位置する。そして、各蓋材６の頂部が同じ位置の高さになるように嵌着されている。

各蓋材６の頂部を同じ位置の高さにするには、好ましくは、図４及び図５に示すように、各ヘッダプレート３の両方の側壁部１に、前記偏平チューブ１３が並列する方向に沿って、ヘッダタンク８の内側に突出する複数の着座部１ｃを形成しておく。この両側壁部１の着座部１ｃは同一の高さとする。
そして、図４（Ｃ）に示す如く、ヘッダプレート３のＵ字状の底部から凹部１ｂまでの高さｈ２と、Ｕ字状の底部から着座部１ｃまでの高さｈ３とを同一の高さにする。若しくは、底部から着座部１ｃまでの高さｈ３を、底部から凹部１ｂまでの高さｈ２よりも高い位置に設定する。同様に、図４（Ｂ）に示す如く、ヘッダプレート３のＵ字状の底部から凸部１ａまでの高さｈ１と、Ｕ字状の底部から着座部１ｃまでの高さｈ３とを同一の高さにする。若しくは、底部から着座部１ｃまでの高さｈ３を、底部から凸部１ａまでの高さｈ１よりも高い位置に設定する。

この着座部１ｃに蓋材６の縁部が着座することにより、蓋材６の位置決めができる。それと共に、この着座部１ｃを複数設けておくことによって、ヘッダプレート３の剛性をさらに高めることができる。この例では、着座部１ｃはチューブ挿通孔２の長軸の方向に沿って、対向して配置されている。

次に、この熱交換器の組立てについて、一例を説明する。組立て方は、この例に限られない。
先ず、各ヘッダプレート３のチューブ挿通孔２に、偏平チューブ１３の端部を挿通しておく。次に、隣合うヘッダプレート３の凸部１ａと凹部１ｂとを嵌合させる。この状態で、各ヘッダプレート３に蓋材６及び閉塞板７を嵌着し、各偏平チューブ１３の間にコルゲートフィン１４を配置する。次いで、サイドプレート１６を配置して、治具で固定する。なお、互いに接合される部品の少なくとも一方には予めろう材が被覆または塗布される。
この状態で、高温の炉内で各部品間を一体的にろう付固定する。ヘッダプレート３と蓋材６との間のろう付固定されている部分は、図３のろう材１７で示されている。

各蓋材６の半円状の頂部には、主ヘッダ１０の分枝管１１をヘッダタンク８に接続するための貫通孔５が形成されている。
主ヘッダ１０は、図１に示す如く、その本管１２の一端は閉塞されており、他端は開口し、その開口部外周にフランジが形成される。そして、その本管１２には貫通孔５に整合する位置に分枝管１１が形成される。主ヘッダ１０は、一例として、アルミニウム製の鋳物から形成することができる。
各ヘッダタンク８の貫通孔５と、主ヘッダ１０の分枝管１１の端部との間は、溶接により、接合することができる。溶接部分は、図３の溶接部１８で示されている。貫通孔５の形成位置、分枝管１１の配置は、図５の例に限られない。
なお、各ヘッダタンク８と主ヘッダ１０の接合は、溶接に代えてろう付することもできる。

１ 側壁部
１ａ 凸部
１ｂ 凹部
１ｃ 着座部
２ チューブ挿通孔
３ ヘッダプレート
４ 嵌着面
５ 貫通孔
６ 蓋材
７ 閉塞板
８ ヘッダタンク

１０ 主ヘッダ
１１ 分枝管
１２ 本管
１３ 偏平チューブ
１４ フィン
１５ コア
１６ サイドメンバー
１７ ろう材
１８ 溶接部

Claims (3)

1. それぞれの軸線が互いに平行に配置された複数のヘッダタンク（８）と、
   前記軸線の方向に互いに離間し、端部が各ヘッダタンク（８）に挿通された多数の偏平チューブ（１３）と、各偏平チューブ（１３）間に配置されたフィン（１４）からなるコア（１５）と、を有し、
   前記ヘッダタンク（８）は、横断面がＵ字状のヘッダプレート（３）と、そのＵ字の開口に嵌着する蓋材（６）と、を有し、
   それらの各部品が一体に接合されている熱交換器において、
   各ヘッダプレート（３）は、同一の断面形状を有し、
   各ヘッダプレート（３）のＵ字状の一方の側壁部（１）の外面に、前記軸線方向に離間して複数の凸部（１ａ）が設けられ、
   他方の側壁部（１）の外面に、前記凸部（１ａ）に整合する凹部（１ｂ）が設けられており、
   前記凸部（１ａ）と前記凹部（１ｂ）とが嵌合した状態で、その嵌合部で隣合うヘッダタンク（８）が互いに接合されていることを特徴とする熱交換器。
2. 隣合うヘッダタンク（８）が、前記凸部（１ａ）と前記凹部（１ｂ）との嵌合している部分のみで接続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. 各ヘッダプレート（３）の両方の側壁部（１）に、前記軸線方向に離間して、前記ヘッダタンク（８）の内側に突出する複数の着座部（１ｃ）を有し、
   前記着座部（１ｃ）に前記蓋材（６）の両縁部が着座することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の熱交換器。

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