熱交換器

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【発明の名称】	熱交換器
【発明者】	【氏名】加藤宗一
【要約】	【課題】タンク４にパイプ８，９をトーチろう付けにより取付ける際に、ろう付け不良が発生したりする。【解決手段】タンク４のパイプ取付孔６ｍ，６ｎに取付けられ、パイプ取付孔６ｍ，６ｎから離れた位置にてパイプ８，９を取付可能とするスペーサ１１，１２を介してパイプ８，９が取付けられて成る。

【特許請求の範囲】
【請求項１】フィンを介して並列配置される複数のチューブと、これら複数のチューブの端部に設置されるタンクと、このタンクに取付けられる熱交換流体の入口パイプと出口パイプとを有する熱交換器において、上記タンクのパイプ取付孔に取付けられ、上記パイプ取付孔から離れた位置にて上記パイプを取付可能とするパイプ取付手段を介して上記パイプが取付けられて成ることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】上記パイプ取付手段は、炉中ろう付けにより上記タンクのパイプ取付孔に取付けられ、このパイプ取付孔に取付けられたパイプ取付手段に対して上記パイプにおけるタンクへの取付側がトーチろう付けにより取付けられることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】上記パイプ取付手段は、上記パイプの取付側開口部を上記パイプ取付孔から離れた位置に位置決めする位置決め部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】上記パイプ取付手段は、上記タンクに当接するタンクへの接合部分を有することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】上記パイプ取付手段は、上記入口パイプを介して流入する熱交換流体が直接に上記タンクのエンドプレートに衝突したりあるいは上記チューブに流入したりすることを防止するための流路調整手段を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】上記流路調整手段は、上記パイプ取付手段の底部の一部を一方向又は他方向に斜めの状態に切り起こした切り起こし部より構成されたことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】上記切り起こし部を複数設け、各切り起こし部の大きさ，配列やこの切り起こし部を構成する切り起こし片の角度をランダムに設定して、熱交換流体の流れを制御するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】上記流路調整手段は、上記パイプ取付手段の底部に設けられた凹凸部と、この凹凸部の側壁に形成された流体通孔とにより構成されたことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項９】上記凹凸部を複数設け、各凹凸部の大きさ，角度，配列や各凹凸部の側壁に１つ又は２つ以上設けた各流体通孔の大きさをランダムに設定して、熱交換流体の流れを制御するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】上記流路調整手段は、錐形状に形成された上記パイプ取付手段の底部と、この錐形状の斜面壁に形成された流体通孔とより構成されたことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項１１】上記錐形状に形成される底部の斜面壁の傾斜角や当該斜面壁に形成された流体通孔の数や大きさをランダムに設定して、熱交換流体の流れを制御するようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
【請求項１２】上記パイプ取付手段は、上記パイプが嵌め込まれる開口部と上記タンク内に嵌め込まれる筒部とを有して成ることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５又は請求項６又は請求項７又は請求項８又は請求項９又は請求項１０又は請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】上記筒部の径幅を上記開口部の径幅より狭くしたことを特徴とする請求項１２に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車の冷却系熱交換器などの熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、図１２～１５に示すように、熱交換流体の流入路１と帰還流路２とを有し、フィン２０を介して並列配置される複数の偏平形状に形成されたチューブ３，３…と、これら複数のチューブ３，３…の上部に設置されるタンク４と、このタンク４に取付けられる熱交換流体の入口パイプ８と出口パイプ９とで構成された熱交換器が知られている。
【０００３】上記タンク４は、各チューブ３，３…の上端側が挿通されるチューブ挿通孔７ｃが形成されたエンドプレート７と、入口パイプ８を装着するためのパイプ取付孔６ｍ及び出口パイプ９を装着するためのパイプ取付孔６ｎが形成された箱蓋状のタンクプレート６と、タンク４内において流体導入部４ｍと流体導出部４ｎとを仕切るための仕切りプレート５とから構成される。上記仕切りプレート５の下端には、上記チューブ３の仕切り部３ｆと嵌合する凹部５ａが複数個形成されている。また、仕切りプレート５の上端は、タンクプレート６に形成された凹部６ｕに嵌合され、かつ、プレート５の上端の一部に設けられた突片５ｂが上記凹部６ｕに形成された孔６ｓに嵌合される。よって、プレート５はチューブ３とタンクプレート６とに固定される。また、エンドプレート７の外周に設けられる立ち上がり部７ｍには、爪７ｔが複数個形成されていて、この爪７ｔをタンクプレート６の下側に形成された傾斜部６ｘに対応するように撓ませることにより、エンドプレート７にタンクプレート６が取付けられる。上記チューブ３，フィン２０，タンク４は、例えば、アルミニウム合金芯材にろう材をクラッドしたクラッド材を用いており、チューブ３，フィン２０，タンク４は組み付け後、炉中ろう付けにより各部材を接合させることで、熱交換器が完成する。
【０００４】上述の熱交換器では、入口パイプ８から流入されるエンジン冷却水等の流体はタンク４における流体導入部４ｍに一旦導入された後にチューブ３の流入路１を介してチューブ３の下端方向に流れ、Ｕターンして帰還流路２及びタンク４における流体導出部４ｎを経て出口パイプ９から流出されて、エンジン側に帰還される。
【０００５】しかし、上述の熱交換器では、入口パイプ８から流入する流体が、エンドプレート７及びチューブ３に直接的に衝突あるいは流入する場合がある。特に、ディーゼルエンジンでは、鋳鉄エンジンブロックからの鋳砂の冷却水への流出、ブローバイガス混入による冷却水の汚染あるいは鋳砂の固まり、エンジン加工切り子などの異物混入の問題があり、このような冷却水がエンドプレート７に直接衝突したりチューブ３に直接流入することにより内部が機械的に削られたり、また、冷却水がエンドプレート７やチューブ３に直接衝突することによりチューブ３の上端部やエンドプレート７が腐食するというエロージョンの問題が発生する。
【０００６】そこで、図１６に示す特開平１０－８９８８５号公報に開示された熱交換器によれば、入口パイプ８の取付側開口部８ａに、接合用ブラケット１０を取付け、この接合用ブラケット１０をタンク４のパイプ取付孔６ｍに取付けるようにしている。これによれば、入口パイプ８から流入する流体は、矢示のように、接合用ブラケット１０の底板１０ｅに衝突した後に流体通孔１０ｓを介してエンドプレート７及びチューブ３側に流れるので、エロージョンを防止できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図１６の熱交換器の場合、接合用ブラケット１０に入口パイプ８を取付ける際に、作業者が火でろうをあぶってろうを溶かすろう付け作業（以下、「トーチろう付け」という）を行ってパイプ８，９をタンク４に固着している。これは、一般に、パイプは長いので、パイプ８，９をタンク４に付けた状態では炉に入らず、炉中ろう付けを行うのが困難なためである。しかし、トーチろう付け作業は難しくて熟練を要する作業であり、未熟な作業者がこのトーチろう付け作業を行うと、熱を加えすぎたりすることがある。よっって、トーチろう付け部分の近傍に他の部材がない場合は特に問題にならないが、例えば、仕切りプレートの接合部やタンク接合部がトーチろう付け部と近接するような場合は、すでに炉中ろう付けで接合した仕切りプレートなどの接合部が再加熱されてろう付け不良が発生したりするおそれがあるという課題があった（図１６の場合、トーチろう付け部Ｔとタンク接合部１０ｚが近接しているので、タンク接合部１０ｚが再加熱されてろう付け不良が発生する）。また、図１２～１５の場合も、タンク４にパイプ８，９を取付ける際に、同様に、直接トーチろう付けを行う必要があるので、上述と同様の課題が伴う。尚、特開平１０－８９８８５号公報の図１０や図１１に示された構造では、Ｏリングにより水密を保っているためトーチろう付けを行わないが、Ｏリングなどの部品が余分に必要になるので、部品点数が多くなるという課題がある。
【０００８】この発明は上記課題を解決するためになされたもので、上述のトーチろう付け作業に伴う課題を解消できて、生産性を向上できる熱交換器を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る熱交換器は、タンクのパイプ取付孔に取付けられ、パイプ取付孔から離れた位置にてパイプを取付可能とするパイプ取付手段を介してパイプが取付けられて成るものである。すなわち、パイプ取付手段に対してパイプをトーチろう付けにより接合しても、パイプ取付手段により、トーチろう付けによる熱がタンク側に伝わりにくいようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１ないし図３は、本発明による熱交換器の実施の形態１を示す図であり、図１２～１６の従来例と同じものは、同一符号を用いて説明を省略している。尚、図１は左側が入口パイプ８の部分の断面を、右側が出口パイプ９の部分の断面を示す図である。各図において、１１，１２は本実施の形態１による熱交換器に用いられるパイプ取付手段としてのスペーサである。スペーサ１１は入口パイプ８取付用のもの、スペーサ１２は出口パイプ９取付用のものである。上記スペーサ１１，１２は、タンク４のパイプ取付孔６ｍ，６ｎに取付けられ、後述のようにパイプ８，９をスペーサ１１，１２に取付ける際のトーチろう付けによる熱が仕切りプレート５の接合部５ｚやタンク接合部４ｚなどに伝わりにくいように、パイプ取付孔６ｍ，６ｎから上方に所定距離離れた位置にてパイプ８，９を取付可能とするものである。
【００１１】上記スペーサ１１，１２は、図２に示すような形状をしている。尚、入口パイプ８取付用のスペーサ１１は、入口パイプ８が嵌め込まれる上部開口部１１ｓを有するとともに底部１１ｅを有する円筒状の上部開放箱体より成り、出口パイプ９取付用のスペーサ１２は、上下端開口の円筒体より成る。１９はスペーサ１１，１２の筒部である。また、スペーサ１１，１２は、パイプ８，９の取付側開口部８ａ，９ａをパイプ取付孔６ｍ，６ｎから上方に所定距離離れた位置に位置決めする位置決め部１３と、タンク４の上面に当接するタンクへの接合部分１４を有する。つまり、スペーサ１１，１２は、上部開口部１１ｓ側が内側に絞られて筒内部に形成されパイプ８，９の取付側開口部８ａ，９ａの先端８ｔ，９ｔが当接する平面部１３ａが形成されてなる上記位置決め部１３と、上記平面部１３ａから所定距離下方において筒の外周をＵ字状に折り曲げて形成された上記タンクへの接合部分１４を有するものである。
【００１２】上記入口パイプ８取付用のスペーサ１１の底部１１ｅには、入口パイプ８を介して流入する熱交換流体が直接にタンク４のエンドプレート７に衝突したりあるいは上記チューブ３に流入したりすることを防止するための流路調整手段１５Ａが設けられている。この流路調整手段１５Ａは、上記底部１１ｅの一部を下方向に斜めの状態に切り起こした切り起こし部１６より構成される。従って、入口パイプ８を介して流入する熱交換流体は、一旦切り起こし片１６ａに衝突してから切り起こし片１６ａを介してエンドプレート７及びチューブ３に導かれる。よって、エロージョンを防止できる。
【００１３】次にスペーサ１１，１２を用いた熱交換器のろう付け手順を説明する。チューブ３の上部に組み付けられたタンク４の入口パイプ８取付用のパイプ取付孔６ｍにはスペーサ１１を、出口パイプ９取付用のパイプ取付孔６ｎにはスペーサ１２を嵌め込んだ状態でこのように組み付けられたチューブ３，タンク４，スペーサ１１，１２全体を炉に入れて炉中ろう付けを行う。この場合、チューブ３，タンク４，スペーサ１１，１２を形成する金属板材としては、例えば、アルミニウム合金芯材の両面あるいは片面にろう材をクラッドしたクラッド材を用いるので、チューブ３，タンク４，スペーサ１１，１２がろう付けにより接合される。炉中ろう付けの後に、入口パイプ８をスペーサ１１の上部開口部１１ｓに嵌め込んで入口パイプ８とスペーサ１１との境目であるトーチろう付け部分Ｔをトーチろう付けする。この際、スペーサ１１により、パイプ取付孔６ｍから上方に所定距離離れた所に入口パイプ８が位置されているので、トーチろう付けによる熱が仕切りプレート５の接合部５ｚ及びタンク接合部４ｚに伝わりにくくなり、ろう付け不良を解消できる。尚、本実施の形態１の場合、パイプ８，９をスペーサ１１，１２内に嵌め込む構造としているので、トーチろう付け部分Ｔとパイプ取付孔６ｍ，６ｎとの距離をより一層離すことができる。つまり、パイプ８，９の取付側開口８ａ，９ａにスペーサ１１，１２を嵌め込む構造と比べて、ろう付け不良をより解消できる構造を採用している。また、出口パイプ９も同様に、スペーサ１２に嵌め込んでトーチろう付けを行う。
【００１４】本実施の形態１によれば、パイプ取付孔６ｍ，６ｎから上方に所定距離離れた位置にてパイプ８，９を取付可能とするスペーサ１１，１２を備えていることにより、ろう付け不良をより解消でき、さらに、流路調整手段１５Ａにより、エロージョンを防止できる熱交換器が得られる。
【００１５】尚、切り起こし部１６は、図１，図３（尚、図３は図１の真横から見た断面図に相当する）に示すように、縦横に整列した状態に設けてもよい。また、図４に示すように、切り起こし片１６ａは、上方向（すなわちスペーサの内部方向）に切り起こしてもよい。この場合、熱交換流体は、切り起こし片１６ａに衝突した後にいずれかの孔１６ｓを介してエンドプレート７及びチューブ３に導かれることになる。さらに、図４に示すように、各切り起こし部１６の大きさ，配列，あるいは切り起こし片１６ａの角度をランダムに設定して、熱交換流体の流れを制御するようにしてもよい。また、切り起こし部１６は、１つのみ設けるようにしてもよい。
【００１６】実施の形態２．図５，６に示すような流路調整手段１５Ｂとしてもよい。すなわち、上記底部１１ｅに設けられた凹凸部１７と、この凹凸部１７の側壁１７ａに形成された流体通孔１７ｓとにより構成してもよい（図５，６では、凹凸部１７の長手方向両端の側壁全体を開口して流体通孔１７ｓとしている）。この場合でも、エロージョンを防止できる。この場合も、凹凸部１７は、図５に示すように、縦横に整列した状態に設けてもよいし、また、図６に示すように、各凹凸部１７の大きさ，角度，配列をランダムに設定したり、あるいは各凹凸部１７の側壁１７ａに１つ又は２つ以上設けた各流体通孔１７ｓの大きさをランダムに設定して、熱交換流体の流れを制御するようにしてもよい。また、凹凸部１７は、１つのみ設けるようにしてもよい。
【００１７】実施の形態３．さらに、図８に示すように、上記底部１１ｅを円錐形状に形成し、この円錐形状の斜面壁１８に流体通孔１８ｓを形成した構成により流路調整手段１５Ｃを実現してもよい。尚、上記円錐形状に形成される底部１１ｅの斜面壁１８の傾斜角や当該斜面壁１８に形成された流体通孔１８ｓの数や大きさや形状をランダムに設定して、熱交換流体の流れを制御するようにしてもよい。また、流体通孔１８ｓは、大きさや形状を設定して、１つのみ設けるようにしてもよい（例えば、細長孔を設けるようにする）。
【００１８】また、上記では、底部１１ｅを円錐形状に形成したが、角錐形状に形成してもよい。要は、錐形状に形成すればよい。
【００１９】実施の形態４．また、スペーサ１１，１２は、図９に示すようなものであってもよい。即ち、タンク４のパイプ取付孔の周縁６ｔを内部に折曲げてバーリング孔としてのパイプ取付孔６ｍを形成し、スペーサ１１，１２には、タンクへの接合部分１４より下の位置における筒部１９の外周がリング状に突出するよう形成された係止部１９ｘを設ける。この係止部１９ｘは、上記バーリング孔における内部に折曲げられた周縁６ｔの先端に係止し、かつ、上記タンクへの接合部分１４とで周縁６ｔ部分を挟持するものである。さらに、スペーサ１１に適用する場合は、筒部１９に流路調整手段として流体通孔１９ｙを形成する。尚、実施の形態３と同じように、流体通孔１９ｙの数や大きさや形状をランダムに設定して、熱交換流体の流れを制御するようにしてもよく、また、流体通孔１９ｙは、大きさや形状を設定して、１つのみ設けるようにしてもよい。本実施の形態４によれば、上記各実施の形態と同様な効果が得られ、さらに、係止部１９ｘを有するので、上方からスペーサ１１，１２をパイプ取付孔６ｍ，６ｎにワンタッチで取付けることができる。
【００２０】実施の形態５．また、スペーサ１１，１２の代わりに、図５，図６，図７に示すように、筒部１９の一方の径幅Ｄ２を開口部１１ｓの径幅Ｄ１より狭くし、筒部１９の他方の径幅Ｄ３を上部開口部１１ｓの径幅Ｄ１より広く形成したスペーサ１１Ａ，１２Ａを用いてもよい。すなわち、タンク接合部より下方側の筒部の外周形状がトラック形状となるように形成したスペーサ１１Ａ，１２Ａを用いてもよい。このようにすれば、タンク４の横幅寸法Ｗ（図１１参照）を縮小することができ、熱交換器の小型化が図れる。
【００２１】尚、実施の形態５では、少なくとも筒部１９の一方の径幅Ｄ２を開口部１１ｓの径幅Ｄ１より狭くすればよい。
【００２２】実施の形態６．また、タンクの容積が大きい場合には、開口部１１ｓの径幅Ｄ１のみをパイプ８，９の口径に合わせ、開口部１１ｓより下方の部分を大口径に形成したスペーサを用いればよい。このようにすれば、トーチろう付け部の面積が増えることがないので、トーチろう付け部が昇温されず工数の増大を招いたり、ろう付け不良が発生したりするような事態を防止できて、タンクの容積が大きい熱交換器に対応できるようになる。
【００２３】実施の形態７．また、図１０に示すように、流体導入部４ｍや流体導出部４ｎを単独で区画形成するロール成形筐体４０を用いて、図１１に示すように、流体導入部４ｍを形成するロール成形筐体４０と流体導出部４ｎを形成するロール成形筐体４０とを接合してタンク４Ａを構成するとともに、チューブ３の下端側において同様に２つのロール成形筐体４０同士を接合して熱交換器を構成するようにしてもよい。尚、チューブ３の下端側に配置される２つのロール成形筐体４０同士の接合部４１には予め流体通孔４０ｓを設けておき、ロール成形筐体４０同士の接合部４１は炉中ろう付けされる。また、ロール成形筐体４０の両端側開口には別途にキャップなどを被せてタンクが構成される。従来、チューブ３は下端側をＵ字状に形成したものを用いているが、上記ロール成形筐体４０を用いれば、チューブ３の下端側をＵ字状に形成せずともよく、ストレートのチューブ３で熱交換器を構成できる。また、チューブ３を複数段重ねあわせることが可能となる。
【００２４】尚、上記熱交換器の各構成部材は樹脂性の板材で形成してもよい。この場合は、ろう付け接合は難しくなるので、接着などの他の接合方法で接合を行なえばよい。また、スペーサの筒部の外周形状及び底部の形状は、例えば、角，楕円形状などその他の形状でも構わない。また、図５に示すように、パイプ取付孔６ｍ，６ｎに、ワンタッチでスペーサを取付けることができるように、切り起こし片によるかしめ爪１９ｓ，１９ｓなどを設けてもよい。
【００２５】また、熱交換器は、上述したように、流体導入部４ｍと流体導出部４ｎの下端側（一端側）が連通されてチューブ３の上部側（一端側）にのみタンク４を有してこのタンク４に入口パイプ８と出口パイプ９とが設けられる片タンクタイプのものの他に、流体導入部４ｍと流体導出部４ｎの一端側が連通されておらず独立していてチューブ３の上部，下部側（両端側）にそれぞれタンクを有する両タンクタイプのものがある。またこの両タンクタイプの場合、一方のタンクに入口パイプ８と出口パイプ９とが設けられるタイプ（実施の形態７参照）や、一方のタンクに入口パイプ８か出口パイプ９のいずれか一方が設けられ、他方のタンクに他方のパイプが設けられるタイプのものがある。本発明は、上記いずれのタイプの場合においても適用できる。即ち、フィン２０を介して並列配置される複数のチューブ３と、これら複数のチューブ３の一端部に設置されるタンク４と、このタンク４に取付けられる熱交換流体の入口パイプ８と出口パイプ９とを有して成る熱交換器に適用できる。また、フィン２０を介して並列配置される複数のチューブ３と、これら複数のチューブ３の両端部に設置されるタンクと、一方のタンクに取付けられる熱交換流体の入口パイプ８と出口パイプ９とを有して成る熱交換器に適用できる。さらに、フィン２０を介して並列配置される複数のチューブ３と、これら複数のチューブ３の両端部に設置されるタンクと、一方のタンクに取付けられる熱交換流体の入口パイプ８か出口パイプ９のいずれか一方のパイプと、他方のタンクに取付けられる他方のパイプとを有して成る熱交換器に適用できる。
【００２６】
【発明の効果】請求項１，２，３に係る発明の熱交換器によれば、パイプ取付孔から離れた位置にてパイプを取付可能とするパイプ取付手段を備えているので、パイプ取付手段に対してパイプをトーチろう付けにより接合しても、パイプ取付手段により、トーチろう付けによる熱がタンク側に伝わりにくくなって、すでに炉中ろう付けで接合した仕切りプレートなどの接合部が再加熱されてろう付け不良が発生したり、また、タンクの容積が大きい場合などに、トーチろう付け部が昇温されず工数の増大を招いたり、ろう付け不良が発生したりするようなことを少なくでき、生産性を向上できる。請求項４に係る発明によれば、パイプ取付手段に、タンクとの接合部を設けたので、パイプ取付手段をタンクに確実に接合できる。さらに、請求項５～１１に係る発明によれば、パイプ取付手段に、入口パイプを介して流入する熱交換流体が直接にタンクのエンドプレートに衝突したりあるいはチューブに流入したりすることを防止するための流路調整手段を設けたので、さらに、エロージョンを防止できる。また、請求項１２に係る発明によれば、パイプをスペーサ内に嵌め込む構造としたので、トーチろう付け部分とパイプ取付孔との距離をより一層離すことができ、ろう付け不良をより解消できる。また、請求項１３に係る発明によれば、タンクの横幅寸法を縮小することができ、熱交換器の小型化が図れる。

【出願人】	【識別番号】０００００３３３３【氏名又は名称】株式会社ボッシュオートモーティブシステム
【出願日】	平成１１年６月３０日（１９９９．６．３０）
【代理人】	【識別番号】１０００８０２９６【弁理士】【氏名又は名称】宮園純一
【公開番号】	特開２００１－１２８９２（Ｐ２００１－１２８９２Ａ）
【公開日】	平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【出願番号】	特願平１１－１８５８９２