JP2004293982A - 熱交換器のコア部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】座板のチューブに対する圧迫力を少なくすることによりチューブの破損を防止できる熱交換器のコア部構造の提供。
【解決手段】所定間隔を置いて対向配置される座板２の間に、チューブ３とコルゲートフィン４が交互に配置され、前記チューブ３の両端部３ｃが座板２に形成されたチューブ穴２ｂに嵌挿固定され、前記座板２には前記チューブ穴２ｂに向かって傾斜した壁部２ｆを有する接続部２ｃが形成された熱交換器のコア部構造において、チューブの板厚が０．１３ｍｍ〜０．２３ｍｍ時の前記接続部２ｃの傾斜した角度θを、角度θ（°）≧２５×（座板の板厚（ｍｍ））＋（−１２５×（チューブの板厚（ｍｍ））＋２５）とした。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換器のコア部構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱交換器のコア部構造は、所定間隔を置いて対向配置される座板と、該座板間に配置されるチューブ及びコルゲートフィンと、該座板の両端部を連結補強するレインフォースを主要な構成としている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
図１０は、従来の熱交換器のコア部構造の一例を示し、座板０１の間にチューブ０２とコルゲートフィン０３が交互に配置され、該座板０１の両端部がレインフォース０４により連結補強されている。
【０００４】
また、図１１に示すように、前記座板０１にはチューブ０２を嵌挿固定するためのチューブ穴０５及び該チューブ穴に向かって傾斜した壁部を有する接続部０６がバーリング加工により形成されている。
【０００５】
さらに、図１２に示すように、近年のチューブ０２は内部に仕切り部０４を有するチューブが主流になりつつある（特許文献３参照）。
【０００６】
そして、近年の座板及びチューブは、熱交換器の熱交換効率を向上させるために薄肉化が進められている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１４２８５号公報 （第１−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平９−３１８２９２号公報 （第１−３頁、第１図）
【特許文献３】
特開２００２−３０３４９６号公報 （第１−３頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の熱交換器のコア部構造では、エンジンからラジエータに流入する水が低温から急激に高温になった場合、チューブ及び座板が共に大きく熱膨張し、前述した接続部がチューブを圧迫して該チューブの付け根が亀裂・破損する虞があり、該座板及びチューブを薄肉化するに当たって、接続部の傾斜角度、座板の板厚、チューブの板厚の相関関係を把握することが必須条件となっていた。
【０００９】
また、前述したように仕切り部が形成されたチューブは外圧に対する許容変形量が特に少ないため、座板の接続部がチューブに与える熱応力の対策が急務となっていた。
【００１０】
なお、エンジンからラジエータに流入する水が低温から急激に高温になる例としては、寒冷地でのエンジン始動時に、エンジンの水の温度が徐々に上昇するが、サーモスタットの開弁温度に達するまでは、ラジエータに水が流れず、該水の温度が高温となり、サーモスタットの開弁により始めて高温の水がラジエータに流入する場合、あるいは寒冷地を走行中にサーモスタットが開閉を繰り返す、いわゆるハンチング現象時に発生する。
【００１１】
本発明者は、座板の接続部の傾斜角度が該接続部のチューブに与える熱応力に深く関係することに着目して鋭意研究し、その知見に基づいて座板やチューブの板厚に応じた最適な接続部の傾斜角度を求めて本発明を完成したものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、所定間隔を置いて対向配置される座板の間に、チューブとコルゲートフィンが交互に配置され、前記チューブの両端部が座板に形成されたチューブ穴に嵌挿固定され、前記座板には前記チューブ穴に向かって傾斜した壁部を有する接続部が形成された熱交換器のコア部構造において、前記チューブの板厚が０．１３ｍｍ〜０．２３ｍｍ時の前記接続部の傾斜した角度θを、
角度θ（°）≧２５×（座板の板厚（ｍｍ））＋（−１２５×（チューブの板厚（ｍｍ））＋２５）
としたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の作用及び効果】
請求項１記載の発明にあっては、所定間隔を置いて対向配置される座板の間に、チューブとコルゲートフィンが交互に配置され、前記チューブの両端部が座板に形成されたチューブ穴に嵌挿固定される。
【００１４】
また、前記座板にはチューブ穴に向かって傾斜した壁部を有する接続部が形成される。
【００１５】
そして、前記チューブの板厚が０．１３ｍｍ〜０．２３ｍｍ時の前記接続部の傾斜した角度θが、
角度θ（°）≧２５×（座板の板厚（ｍｍ））＋（−１２５×（チューブの板厚（ｍｍ））＋２５）
となる。
【００１６】
従って、座板の板厚、チューブの板厚に応じた最適な接続部の傾斜角度を容易に求めることができ、接続部の熱応力によるチューブの亀裂・破損を防止できる。
【００１７】
また、接続部の傾斜角度、座板の板厚、チューブの板厚の相関関係を把握でき、該座板及びチューブを薄肉化の開発を促進させることができる。
【００１８】
さらに、チューブ穴及び接続部を形成するバーリング装置が接続部の傾斜角度を任意の角度に形成できない場合は、該バーリング装置が形成する接続部の傾斜角度に最適なチューブまたは座板の板厚を設定することができ、従来のチューブに比べて耐久性の優れたチューブを形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の熱交換器のコア部構造の実施の形態を説明する。
【００２０】
なお、本実施の形態では熱交換器を自動車のラジエータに適用した場合について説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態の熱交換器のコア部構造を示す全体図、図２は図１の矢印Ｃにおける断面図、図３は図１の矢印Ｃにおける座板の拡大斜視図、図４は図３のＳ４−Ｓ４断面図である。
【００２２】
図５は接続部の傾斜角度を説明する図、図６は熱応力試験の結果を示す図、図７は熱衝撃耐久試験の結果を示す図、図８はケースＡ及びその他の様々な座板２とチューブ３の組み合わせについての相関関係を示す図、図９はその他の接続部における傾斜角度を説明する図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態の熱交換器のコア部構造では、ラジエータ１の上下方向に一対の座板２が対向配置されている。
【００２４】
前記座板２には左右方向に所定間隔を置いてチューブ３及びコルゲートフィン４が配置されている。
【００２５】
さらに、前記座板２の両端部２ａにはレインフォース５がそれぞれ配置されている。
【００２６】
図２〜４に示すように、前記座板２の接続部２ｃにはチューブ穴２ｂを備える接続部２ｃが所定間隔で形成されており、該接続部２ｃは座板２からチューブ穴２ｂに向かって傾斜した状態に形成されている。
【００２７】
また、図２に示すように、前記接続部２ｃは、前記チューブ穴に向かって傾斜した壁部２ｆを有すると共に、該壁部２ｆのチューブ穴２ｂ側端部には脆弱部２ｄが、チューブ穴２ｂ間に形成される底部２ｇ側の端部には脆弱部２ｅがそれぞれ形成されると共に、これら脆弱部２ｄ，２ｅは壁部２ｆ（座板２）よりも薄肉で形成されている。
【００２８】
前記接続部２ｃはチューブ３を座板２に組付ける際に、該チューブ３の先端をチューブ穴２ｂに挿入させるガイドの役目を果たすと共に、座板２が熱膨張した場合には、前記脆弱部２ｄ，２ｅで屈曲して接続部２ｃのチューブ３に与える熱応力を吸収する役割がある。
【００２９】
そして、チューブ穴２ｂにはチューブ３の両端部３ｃが挿通された状態でろう付けＲ１にて固定されている。
【００３０】
また、前記レインフォース５の両端部５ａは、座板２に形成されたレインフォース穴５ｂに挿通された状態でろう付けＲ２にて固定されている。
【００３１】
なお、図４中８はタンクを示し、該タンク８は外周縁下部８ａに配置されるシール９を介して座板２にカシメ固定される。
【００３２】
また、本実施の形態では、座板２、チューブ３、コルゲートフィン４、レインフォース５が全てアルミ製であり、これらは予め一体的に組み付けられた後、図外の熱処理炉内で一体的にろう付けされる。
【００３３】
以下、図５を用いて接続部２ｃの傾斜した角度（以下、傾斜角度と略す）について詳述する。
【００３４】
本実施の形態の接続部２ｃは、チューブ３，３間の距離Ａの中央位置における接続部２ｃの底部２ｇを原点Ｏとすると、該原点Ｏからチューブ３までの距離はＡ／２、該原点Ｏから接続部２ｃの最も高い位置までの距離はＢとなり、傾斜角度θ＝ｔａｎ^−１（Ｂ／（Ａ／２））で求めた場合、
【００３５】
傾斜角度θ（°）≧２５×（座板の板厚（ｍｍ））＋（−１２５×（チューブの板厚（ｍｍ））＋２５）・・・式１
の関係が成立するように形成されている。
【００３６】
なお、式１においてチューブの板厚は０．１３ｍｍ〜０．２３ｍｍとする。
【００３７】
従って、例えば、従来よりも薄肉化した座板（板厚：１．３ｍｍ）とチューブ（板厚：０．１８ｍｍ）の組み合わせによるケースＡの場合、接続部２ｃの傾斜角度θを３５°より大きくなるように形成する。
【００３８】
以下、ケースＡを含むその他の様々な座板２とチューブ３の組み合わせについて行った実験結果について説明する。
【００３９】
図６は、ケースＡを含むその他の様々な座板とチューブの組み合わせについて、各接続部２ｃの傾斜角度θを変化させ、チューブの受ける熱応力の測定結果である。
【００４０】
図に示すように、ケースＡにおいては、傾斜角度が３５°より大きい場合に、略１５Ｎ／ｍｍ^２以下となり、熱交換器の通常の使用に余裕をもって耐え得ることが証明された。
【００４１】
なお、本実施の形態では脆弱部２ｅが屈曲して接続部のチューブに対する熱応力を吸収しており、熱応力の緩和に貢献している。
【００４２】
また、図に示すように、その他の様々な座板とチューブの組み合わせについても、各組み合わせ毎に式１で得られた傾斜角度で同様の結果が得られた。
【００４３】
図７は、従来よりも薄肉化したチューブ（板厚０．１８ｍｍ）と様々な板厚の座板２との組み合わせにおいて、温水と冷水を繰り返し流通させる熱衝撃耐久試験を行った測定結果である。
【００４４】
図に示すように、ケースＡにおいては、傾斜角度が３５°より大きい場合に、約７０００回の耐久試験をクリアし、熱交換器の通常の使用に余裕をもって耐え得ることが証明された。
【００４５】
また、図に示すように、その他の様々な板厚の座板との組み合わせについても、各組み合わせ毎に式１で得られた傾斜角度で同様の結果が得られた。
【００４６】
さらに、図８に示すように、特定の座板とチューブの組み合わせによる接続部の最適な傾斜角度の相関関係をグラフ化することができ、該座板２及びチューブ３を薄肉化するに当たって最適な傾斜角度を容易に求めて接続部の熱応力によるチューブの亀裂・破損を防止できる。
【００４７】
従って、本実施の形態の熱交換器のコア部構造では、座板２の脆弱部を含む接続部の平均板厚、チューブ３の板厚に応じて最適な接続部２ｃの傾斜角度を容易に求めることができ、接続部２ｃの熱応力によるチューブ３の亀裂・破損を防止でき、従来のチューブと比べて耐久性を向上させることができる。
【００４８】
また、接続部２ｃの傾斜角度、座板２の板厚、チューブ３の板厚の相関関係を把握でき、該座板２及びチューブ３の薄肉化を促進させることができる。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明の具体的構成は本実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても本発明に含まれる。
【００５０】
例えば、本実施の形態では、チューブ３，３間の距離Ａの中央位置における該接続部２ｃの底部２ｇを原点Ｏとしたが、接続部２ｃ同士が底部２ｇに平坦部を形成して離れている場合も図９に示すように、図５で説明した場合と同様に角度θを測定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の熱交換器のコア部構造を示す全体図である。
【図２】図１の矢印Ｃにおける側断面図である。
【図３】座板の拡大斜視図である。
【図４】図３のＳ４−Ｓ４断面図である。
【図５】接続部の傾斜角度を説明する図である。
【図６】熱応力試験の結果を示す図である。
【図７】熱衝撃耐久試験の結果を示す図である。
【図８】ケースＡ及びその他の様々な座板２とチューブ３の組み合わせについての相関関係の図である。
【図９】その他の接続部における傾斜角度を説明する図である。
【図１０】従来の熱交換器のコア部構造を示す全体図である。
【図１１】図１０の矢印Ｖにおける側断面図である。
【図１２】図１０の矢印Ｖにおける平面図である。
【符号の説明】
Ｒ１、Ｒ２ ろう付け
１ ラジエータ
２ 座板
２ａ 両端部
２ｂ チューブ穴
２ｃ 接続部
２ｄ、２ｅ 脆弱部
２ｆ 壁部
２ｇ 底部
３ チューブ
３ｃ 両端部
４ コルゲートフィン
５ レインフォース
５ａ 両端部
５ｂ レインフォース穴
８ タンク
８ａ 外周縁下部
９ シール

Claims (1)

1. 所定間隔を置いて対向配置される座板の間に、チューブとコルゲートフィンが交互に配置され、
   前記チューブの両端部が座板に形成されたチューブ穴に嵌挿固定され、
   前記座板には前記チューブ穴に向かって傾斜した壁部を有する接続部が形成された熱交換器のコア部構造において、
   前記チューブの板厚が０．１３ｍｍ〜０．２３ｍｍ時の前記接続部の傾斜した角度θを、
   角度θ（°）≧２５×（座板の板厚（ｍｍ））＋（−１２５×（チューブの板厚（ｍｍ））＋２５）
   としたことを特徴とする熱交換器のコア部構造。

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