JP2018515737A - 特に自動車両用の熱交換器のためのコレクタプレート - Google Patents

Abstract

本発明は、内面（１２）及び外面（１４）を有するとともに、少なくとも３つのカラー（１６、１６ａ）を備える熱交換器のコレクタプレート（１０）であって、前記カラー（１６、１６ａ）は一列に配置されてそれぞれのカラーがチューブ（１８）を受容する、コレクタプレート（１０）に関する。前記一列のカラーのうちの２つの端部カラー（１６ａ）が、前記コレクタプレート（１０）の前記内面（１２）から突出する一方、他の前記カラー（１６）のうちの少なくとも１つが前記コレクタプレート（１０）の前記外面（１４）から突出する。

Description

本発明は、特に自動車両用の熱交換器に関する。

より具体的には、本発明は、波形フィンが介在する一列のチューブ及びコレクタプレートを従来的に備えるエンジン冷却剤用のラジエータ等の熱交換器に関する。一般にアルミニウムからスタンピング法により製造されるコレクタプレートは、それぞれがカラーで取り囲まれた特定数の穴を有する。この場合において「カラー」という用語は、材料を除去することなくプレートに穴開けすることができる穴の作製工程（通常はピアシングによる）の結果としてコレクタプレートから突出する材料のリングを意味する。穴のそれぞれは、一列の複数のチューブのうちの一つのチューブを受容し、チューブの一端がカラーの内壁に接触する。

多くの場合、コレクタプレートは、一列のチューブを通流する流体が横断するチャンバを備えるコレクタタンクを形成するようにカバーにより覆われる。したがって、液体をこれらのチューブに分配し、及び／又は液体をチューブから回収することができる、コレクタタンクのシールを提供するように、コレクタプレートとカバーとの間に外周ガスケットが配置される。外周ガスケットの位置は、コレクタプレートの構造に応じて異なる。コレクタプレートには大別して、いわゆる「フラット」コレクタプレートと、いわゆる「溝付き」コレクタプレートという２つのカテゴリがある。これらの名称が示すように、フラットコレクタプレートは、カラー以外にはっきりとした積極的な又は消極的な隆起部を有さない、全体としてフラットな構造を有する。例えば、このようなプレートは、本件出願人による特許出願ＦＲ２９７７９３２号に開示されたものである。これに対し、特許ＵＳ６９８８５４４号に開示されるような溝付きコレクタプレートは、カラーが作製される主面の外部に延出する外周溝を有する。いわゆる「フラットな端部を有する溝付きコレクタプレート」の変形例が、溝付きコレクタプレートのカテゴリに存在する。このようなコレクタプレートの外周溝は、コレクタプレートの長さの方向における両端部において存在しないか、又はわずかな深さしか有さない。溝が十分な深さを有する従来の溝付きコレクタプレートにおいて、外周ガスケットは、このガスケットを受容するように設計された外周溝に配置される。フラットコレクタプレート又はフラットな端部を有する溝付きコレクタプレートの場合、シールリングが、一列のチューブの最も外側のチューブによって主に支承される。

一般に、チューブは、ピアシング工具の前進方向と同じ方向に挿入される。チューブの挿入に際し、これらのチューブは、チューブとカラーとの十分なろう付け性又は溶着性を確保するように、わずかにカラーを越えてコレクタタンクのチャンバの内部まで導入される。より具体的には、カラーが存在することにより、単なるスロットよりも大きい、チューブへのろう付け又は溶着のための表面が得られる。これにより、漏出のリスクも回避される。しかしながら、熱交換器内にチューブの一部が突出することにより、流体の循環における圧力損失が生じる場合がある。更に、通常およそ１０ｍｍであるこのような突出部は、一列のチューブの両端のチューブに対してとりわけ意味がある。なぜならば、コレクタプレートは、多くの場合、フラットではなく全体として中央において凸であり、そしてチューブは通例同一の長さを有するからである。したがって、生じてしまった圧力の減少を、ポンプの更なる力によって補償し、回路全体における流体の均一な流れを確保する必要がある。

このような欠点を改善すべく、本件出願人の特許ＦＲ２７６４０５４号は、「逆カラー」を有するコレクタプレートを備えた熱交換器を開示している。より具体的には、チューブは、カラーの側において、すなわち、穿穴による穴の形成の方向とは逆の方向において、コレクタプレートに挿入される。この場合、コレクタタンクのチャンバ内にチューブの突出部がなくても、又はチューブの突出部が小さくても、カラーとチューブとのろう着又は溶着のための十分な表面が存在する。このようにして、圧力損失は減少する。しかしながら、「逆カラー」は欠点を有する。第一に、カラーはコレクタタンクの外部に向かって配向されているため、コレクタプレートへのチューブの挿入は一層困難である。これは、開口が小さいため、及びチューブをカラーに差し込むためのガイドが存在しないためである。第二に、チューブはコレクタタンクのチャンバの内部に十分突出していないため、コレクタプレートの内面はシールリングを支承し得る隆起部を有していない。このため、ガスケットを支承する別の手段が必要となる。

本発明の目的は、特に、圧力の損失に関して改良された熱交換器であって、上記欠点のうちの少なくとも１つを改善する熱交換器を提供することである。

この目的のために、本発明の主題は、内面及び外面を有するとともに、少なくとも３つのカラーを備える熱交換器のコレクタプレートであって、前記カラーは一列に配置されてそれぞれのカラーがチューブを受容する、コレクタプレートにおいて、前記一列のカラーのうちの２つの端部カラーが、前記コレクタプレートの前記内面から突出する一方、他の前記カラーのうちの少なくとも１つが前記コレクタプレートの前記外面から突出することを特徴とするコレクタプレートである。コレクタプレートの外面から突出するカラーに挿入されたチューブは、内面から突出しない。これにより、圧力損失が削減され得る。したがって、コレクタプレートの外面から突出するカラーの数が多いほど、圧力損失が大きく減少する。好適には、端部カラーを除いたすべてのカラーが、コレクタプレートの外面から突出する。この結果、圧力損失は最小となり、端部チューブ付近において存在するのみである。

コレクタプレートは、以下の１つ以上の特徴を、個別に又は組み合わせて備え得る。
− コレクタプレートは、シールリングを受容してカバーに対するシールを提供するように設計された外周溝を備える。溝は、例えばガスケットの厚さより大きいかこれに等しい十分な深さを有し、これによりガスケットが位置決めされる。前記溝をコレクタプレートの長さの方向の端部において規定する壁の少なくとも一部が、端部カラーからなる。これらの端部カラーはコレクタプレートの内面から突出しているため、コレクタタンクのシールに必要な外周ガスケットの支承が可能となる。したがって、圧力損失を増大させ得るとともにコレクタプレートの製造をより複雑なものとし得る、シールリングを支承するための更なる手段はもはや必要ではなくなる。
− 前記プレートは、前記カラーを除いて特定の厚さを有し、前記カラーは、前記コレクタプレートの残りの部分に比較して小さい厚さを有する。好適には、小さい厚さは、コレクタプレートの初期厚さの半分に相当する。より具体的には、小さい厚さにより、穿穴が容易となるとともに、大きいろう付け面を有する長いカラーの形成が可能となる。
− 前記コレクタプレートは、前記コレクタプレートの長さの方向においてゼロでない曲率を有する。換言すれば、コレクタプレートは、長手方向断面においてゼロでない曲率を有する。これは、また、コレクタプレートが少なくとも１つの凸部又は凹部を有するということを意味する。ゼロでない曲率があることにより、コレクタプレートの機械的強度が増加し得る。
− 前記カラーは前記長さの方向に沿って一定間隔で配置されてチューブピッチを規定し、或るカラーと端部カラーに隣接する別のカラーとの間の最大振幅は、前記チューブピッチより小さい。
− 前記振幅は、ほぼ前記特定の厚さ程度である。
− 前記コレクタプレートの幅の方向においてゼロでない曲率。換言すれば、コレクタプレートは、横手方向断面においてゼロでない曲率を有する。同様に、この曲率（湾曲）により、コレクタプレートの機械的強度が増加し得る。
− ２つの隣接するカラー間のピッチは、一定であるとともに、５．５ｍｍと１０ｍｍとの間、好適には６ｍｍと８ｍｍとの間の範囲にある。

本発明の更なる主題は、上記のコレクタプレートと、前記コレクタプレートのカラーにそれぞれ挿入されるチューブと、からなるアセンブリであって、全てのチューブは同一の長さを有するアセンブリである。

同一のチューブを大量生産することがより経済的であるということの他に、チューブのコレクタプレートへの挿入が簡単なものとなる。なぜならば、チューブをコレクタプレート上の位置に応じて識別したり分配したりする必要がないからである。更に、全てのカラーがコレクタプレートの内面から突出しているコレクタプレートと比較して、同一の長さを有するチューブを本発明のコレクタプレートに挿入することにより、外側チューブの周囲への圧力損失が、特に長手方向断面においてゼロでない曲率を有するプレートについて削減され得る。より具体的には、端部に位置しないカラーがコレクタタンクの外部に向かって配向されるため、対応するチューブを、コレクタタンクのチャンバの内部に突出する程度まで導入する必要がない。したがって、チューブは短い長さを有する。チューブは同一の長さを有しているため、チャンバの内部に突出する端チューブの部分の長さも短い。

本アセンブリは、以下の１つ以上の特徴を、個別に又は組み合わせて備え得る。
− 前記端部カラーに挿入された前記チューブのそれぞれは、前記コレクタプレートの内面から突出しており、前記チューブを受容するカラーの３ｍｍ未満か３ｍｍに等しい長さだけ突出する。端部カラーの開口が単一の平面上に規定されていない場合、例えば、凹形状を有している場合、突出するチューブの部分の長さは、開口の最も高い箇所から計算される。当該長さは、従来のコレクタプレートのチューブの長さに比較してその３分の１より短い。圧力損失に対する著しい結果が観察される。

本発明の更なる主題は、上述のコレクタプレートと、一列のカラーの端部カラーにより支承された外周シールリングとからなるアセンブリである。

最後に、本発明の更なる主題は、上述の２つのアセンブリからなるアセンブリを備える熱交換器である。

本発明は、例示として提供される非制限的な添付図面を参照することでより明瞭に理解されるであろう。

実施形態による、チューブ挿入前のコレクタプレートの斜視図。 チューブ挿入後の、図１のコレクタプレートの斜視図。 チューブ挿入前の、図１のコレクタプレートの長手方向断面における斜視図。 チューブ挿入後の、図１のコレクタプレートの長手方向断面における斜視図。 一実施形態による、丸みのあるベースを有する溝付きコレクタプレートの横手方向断面における斜視図。 一実施形態によるフラットコレクタプレートの横手方向断面における斜視図。 一実施形態によるコレクタプレートの横手方向断面における斜視図。

図１乃至４は、全体として矩形状のコレクタプレート１０であって、内面１２及び外面１４を有するとともに、穴１７を囲む複数のカラー１６、１６ａを備える、熱交換器のコレクタプレート１０を示す。カラーは、それぞれがチューブ１８を受容するように一列に配設されている。一列のカラーのうちの２つの端部カラー１６ａは、コレクタプレート１０の内面１２から突出するのに対して、カラー１６のうちの少なくとも１つの他のものは、コレクタプレート１０の外面１４から突出する。図面において、端部カラー１６ａを除く全てのカラー１６が外面から突出している。コレクタプレート１０は、シールリング２２を受容してカバーに対するシールを提供するように設計された外周溝２０を備える。溝２０は、ガスケット２２を受容してその安定性を提供するように十分に深い。前記溝は、コレクタプレートの長さの方向２８において突出する外壁２４及び隆起部２６によって画定されている。しかし、コレクタプレートの端部においては、溝２０は外壁２４及び端部カラー１６ａによって画定されている。したがって、ガスケット２２は、最終的に、隆起部２６及び端部カラー１６ａの外壁に当接する。

コレクタプレート１０は、長手方向２８において湾曲している。例えば図３のような長手方向断面において、コレクタプレートは、全体的に中央において凸であり端部において凹である形状を有し、これにより、中央における２つの隣接するカラー１６同士の間の部分は、或るカラー１６と端部カラー１６ａとの間に位置する同等の部分に対して、これらの部分の領域における材料のほぼ厚さ程度の距離（特定の厚さ）だけオフセットしている。図示しない実施形態において、この距離すなわち湾曲の大きさは異なり得る、すなわち、より小さいか又はより大きいが、チューブピッチに対応する距離未満であり得る。

コレクタプレートは、横断方向３０においても湾曲している。例えば図５のような横手方向断面において、コレクタプレートは中央において凹み、隆起部２６の壁部が形成されるまで隆起縁部を有している。図６及び７に示す更なる実施形態において、コレクタプレートは、方向３０において全体的にフラットであり得る。１つ以上の方向に湾曲があることにより、コレクタプレートの機械的強度が強化され得るとともに、カラーの形成が容易となり得る。

長手方向２８において、プレートは、中実部とカラー部１６とを交互に有し、これにより、横手方向断面において波形部を有している（図３及び図４）。このような波形部は、２つの隣接するカラー１６の間のピッチ、又はカラー１６と端部カラー１６ａとの間のピッチに相当するピッチを有する。このピッチは、一定であるとともに、５．５ｍｍと１０ｍｍとの間、好適には６ｍｍと８ｍｍとの間の範囲にある。

コレクタプレートのカラー１６、１６ａに挿入されるチューブ１８のそれぞれは、挿入される他のチューブと実質的に同一の長さを有する。方向２８におけるプレート１０の湾曲により、そしてカラー１６が外面１４から突出しているため、端部チューブは内面１２からそれほど突出していない。これら端部チューブのそれぞれは内面１２から突出しており、これを受容するカラー１６ａから３ｍｍ未満か３ｍｍに等しい長さだけ突出している。カラー１６ａの開口４０はフラットでないため、この突出長さは、最も高い箇所からカラーの開口の中央までを測定したものである。

コレクタプレートは、厚さの小さい少なくとも１つのゾーンを備える。好適には、この厚さは、プレートの初期厚さの半分まで縮小されている。このゾーンは、単数又は複数のカラー１６、１６ａを貫通するための場所をなすものであり、したがってこれらのカラーの周囲に位置する。

コレクタプレート１０と一列のチューブ１８とからなるアセンブリは、次いでカバーで覆われてコレクタタンクの閉鎖チャンバを形成する。そのシールはガスケット２２により確保される。次いで、コレクタタンクは、１以上の流体が供給される熱交換器に装着される。

本発明は、図示の実施形態に制限されるものではなく、当業者には更なる実施形態が明らかである。具体的には、開示された異なる実施形態を組み合わせて、特に単独方向における湾曲を有するコレクタプレート、又は複数列のカラーを有するコレクタプレートを作製することが可能である。

Claims (12)

1. 内面（１２）及び外面（１４）を有するとともに、少なくとも３つのカラー（１６、１６ａ）を備える熱交換器のコレクタプレート（１０）であって、前記カラー（１６、１６ａ）が一列に配置されてそれぞれのカラーがチューブ（１８）を受容する、コレクタプレート（１０）において、
   前記一列のカラーのうちの２つの端部カラー（１６ａ）が、前記コレクタプレート（１０）の前記内面（１２）から突出する一方、他の前記カラー（１６）のうちの少なくとも１つが前記コレクタプレート（１０）の前記外面（１４）から突出することを特徴とするコレクタプレート（１０）。
2. シールリング（２２）を受容してカバーに対するシールを提供するように設計された外周溝（２０）を備える、請求項１に記載のコレクタプレート（１０）。
3. 前記プレートは、前記カラー（１６、１６ａ）を除いて特定の厚さを有し、前記カラー（１６、１６ａ）は、前記コレクタプレートの残りの部分に比較して小さい厚さを有する、請求項１又は２に記載のコレクタプレート。
4. 前記コレクタプレート（１０）の長さの方向（２８）においてゼロでない曲率を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコレクタプレート。
5. 前記カラーは前記長さの方向（２８）に沿って一定間隔で配置されてチューブピッチを規定し、或るカラー（１６）と端部カラー（１６ａ）に隣接する別のカラー（１６）との間の最大幅は、前記チューブピッチより小さい、請求項４に記載のコレクタプレート。
6. 前記幅は、ほぼ前記特定の厚さ程度である、請求項３と組み合わせた請求項４に記載のコレクタプレート。
7. 前記コレクタプレートの幅の方向においてゼロでない曲率を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコレクタプレート。
8. ２つの隣接するカラー間のピッチは、一定であるとともに、５．５ｍｍ乃至１０ｍｍ、好適には６ｍｍ乃至８ｍｍの範囲にある、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のコレクタプレート。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のコレクタプレートと、前記コレクタプレートのカラーにそれぞれ挿入されるチューブと、からなるアセンブリであって、全てのチューブは同一の長さを有する、アセンブリ。
10. 前記端部カラーに挿入された前記チューブのそれぞれは、前記コレクタプレートの内面から突出しており、前記チューブを受容するカラーの３ｍｍ未満か３ｍｍに等しい長さだけ突出する、請求項９に記載のアセンブリ。
11. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のコレクタプレートと、前記一列のカラーのうちの前記端部カラーによって支承される外周シールリングと、からなるアセンブリ。
12. 請求項８乃至１１のいずれか一項に記載のアセンブリを備えた熱交換器。

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