JP2007003029A

JP2007003029A - 熱交換器のコア部構造

Info

Publication number: JP2007003029A
Application number: JP2005180175A
Authority: JP
Inventors: Maki Kakizawa; 真樹柿沢
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】簡便な作業及び構成でもってチューブの付け根の亀裂を防止できる熱交換器のコア部構造の提供。
【解決手段】それぞれタンク２（３）が装着される一対のチューブプレート5,6の間にチューブ７と波状のフィン８が交互に複数配置され、チューブプレート5,6の両端部同士が一対のレインフォース9,10によって連結補強される熱交換器１のコア部構造において、少なくともコア部４の最外端に位置するフィン２０におけるチューブプレート５から所定の距離Ｗ１の範囲に亘って波の頂部８ａ同士間を分断した切欠部２３を形成した。
【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換器のコア部構造に関する。

従来、熱交換器のコア部構造は、それぞれタンクが装着される一対のチューブプレートの間にチューブと波状のフィンが交互に複数配置され、チューブプレートの両端部同士が一対のレインフォースによって連結補強されている。
このような熱交換器のコア部構造は、チューブ、チューブプレート、レインフォースに熱膨張量差があり、例えば、寒冷地でのエンジン始動時や走行中にハンチング現象が発生した場合、チューブ内の冷却媒体が低温から急激に高温になって該チューブは大きく熱膨張しようとするが、レインフォースやチューブプレートはあまり温度変化しないため、これらの熱膨張量差による熱応力がフィンを介してチューブの付け根に集中し、亀裂・破損する虞があった。
なお、コア部の最外端に位置するチューブは、レインフォースに最も近接しているため、最も過酷な条件となって付け根が亀裂・破損し易い。

そこで、レインフォースやチューブに切欠部を設けて熱応力を緩和させることにより、該熱応力による悪影響を無くすようにした技術が公知になっている（特許文献１、２参照）。
特開２００５−３２２６号公報特開２００４−２７８８６７号公報

しかしながら、従来の発明にあっては、レインフォースやチューブに切欠部を形成する場合には、熱交換器の製造工程の早い段階で予め加工しておく必要がある上、タンク内部のチューブに切欠部を形成する場合には、熱交換器の製造工程の最終検査時に切欠部が外部から見えず、この最終検査とは別に、切欠部を検査のための追加工程が必要になるという問題点があった。

従って、大量生産される熱交換器の製造ライン上で実施するには手間が掛かるため、より簡便な作業及び構成でもって実施でき、更なる効果を得たいという要求があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、簡便な作業及び構成でもってチューブの付け根の亀裂を防止できる熱交換器のコア部構造を提供することである。

本発明の請求項１記載の発明では、それぞれタンクが装着される一対のチューブプレートの間にチューブと波状のフィンが交互に複数配置され、前記チューブプレートの両端部同士が一対のレインフォースによって連結補強される熱交換器のコア部構造において、少なくとも前記コア部の最外端に位置するフィンにおける前記チューブプレートから所定の距離の範囲に亘って波の頂部同士間を分断した切欠部を形成したことを特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明にあっては、それぞれタンクが装着される一対のチューブプレートの間にチューブと波状のフィンが交互に複数配置され、前記チューブプレートの両端部同士が一対のレインフォースによって連結補強される熱交換器のコア部構造において、少なくとも前記コア部の最外端に位置するフィンにおける前記チューブプレートから所定の距離の範囲に亘って波の頂部同士間を分断した切欠部を形成したため、切欠部でチューブの付け根に熱応力が集中するのを防止でき、亀裂・破損を防止できる。

また、熱交換器の製造工程における最終段階で簡便な作業でもってフィンに切欠部を形成できる上、切欠部の状態を外部から容易に検査できると同時に、確実に機能して再現性が高い。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
なお、本実施例１では熱交換器をラジエータに適用した場合について説明する。
図１は本発明の実施例１の熱交換器のコア部構造が採用されたラジエータの斜視図、図２はコア部の正面図、図３は図２の矢視Ａ部分における要部拡大斜視図、図４は同正面図、図５は同平面図、図６は従来発明品の熱交換器のコア部構造の試験結果を示す図、図７は本発明品の熱交換器のコア部構造の試験結果を説明する図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、本実施例１の熱交換器のコア部構造が採用された熱交換器１は、タンク2,3とコア部４が備えられている。

タンク２には、流通媒体を流入させるための入力ポート２ａが設けられ、一方、タンク３には流通媒体を排出させるための出力ポート３ａが設けられている。

図２に示すように、コア部４は、タンク2,3が装着される一対のチューブプレート5,6と、該チューブプレート5,6の間に交互に配置された複数のチューブ７及び波状のフィン８と、チューブプレート5,6の両端部同士を連結する一対のレインフォース9,10が備えられている。

図３に示すように、チューブプレート5,6は、その底部にチューブ７の端部７ａが嵌挿固定される他、皿状の周縁から突出した状態で形成された複数の爪部１１により対応するタンク2,3の底部周縁を加締め固定できるようになっている。

チューブ７は、流通媒体をタンク２からタンク３へ流通させるためのものであって、その中央部に柱部１２を備える所謂Ｂ型の偏平チューブが採用され、その端部７ａはそれぞれ対応するチューブプレート5,6の貫通穴に嵌挿固定された状態でろう付け固定されている。なお、柱部１２は必ずしも設ける必要はない。

フィン８は、流通媒体を車両走行風または図示を省略するファンの強制風と熱交換させるためのものであって、波状に形成された所謂コルゲートフィンが採用され、波の頂部８ａが隣接するチューブ７に当接した状態で共にろう付け固定されている。
なお、コア部４の最外端に位置するフィン２０の頂部８ａは対応するレインフォースに9,10当接した状態で共にろう付け固定されている。
また、フィン８には図示を省略するルーバが設けられている。

レインフォース9,10は、チューブプレート5,6の両端部を連結補強するためのものであって、その端部１３が対応するチューブプレート５（６）の貫通穴に嵌挿固定された状態で共にろう付け固定されている。

そして、図３、４に示すように、コア部４のレインフォース9,10に隣接し、且つ、最外端に位置するフィン２０及びこのフィン２０に近接する２本フィン21,22に（左右で合計６本）、チューブプレート５から所定の距離Ｗ１の範囲に亘って波の頂部８ａ同士間を分断した切欠部２３が形成されている。

その他、本実施例１の熱交換器１は、タンク5,6が樹脂製で、その他の全ての構成部材がアルミ製であり、後述する熱処理が行われる各構成部材の接合部のうちの少なくとも一方にはクラッド層（ブレージングシート）が設けられている。

次に、作用を説明する。
このように構成された熱交換器１を製造する際は、先ず、コア部４を仮組した状態で図示を省略する加熱炉で熱処理することにより、各部材を一体的にろう付け固定する。
この際、フィン８の波の頂部８ａは、隣接するチューブ７に当接した状態で共にろう付け固定される。また、フィン２０の波の頂部８ａは、対応するレインフォース9,10に当接した状態で共にろう付け固定される。

次に、チューブプレート5,6の爪部１１を対応するタンク2,3の底部周縁に図示を省略するシール部材を介して加締め固定してタンク2,3内部を気密状態とする。

次に、コア部４のレインフォース9,10に隣接し、且つ、最外端に位置するフィン２０及びこのフィン２０に近接する２本フィン21,22に、適宜の切断工具を用いてチューブプレート５から所定の距離Ｗ１の範囲（本実施例では２０ｍｍ）に亘って波の頂部８ａ同士間を分断することにより、切欠部２３を形成して熱交換器１の製造を終了する。

このように構成された熱交換器１は、車両に搭載された後、入力ポート２ａからタンク２に流入した１１０℃前後の冷却水が、各チューブ７を介してタンク３に流入する間に車両走行風または図示を省略するファンの強制風と熱交換して８０℃前後まで冷却された後、出力ポート３ａから排出され、ラジエータとして機能する。

ここで、チューブ、チューブプレート、レインフォースには熱膨張量差があり、例えば、寒冷地でのエンジン始動時や走行中にハンチング現象が発生した場合、チューブ内の冷却媒体が低温から急激に高温になって該チューブは大きく熱膨張しようとするが、レインフォースやチューブプレートはあまり温度変化しないため、これらの熱膨張量差による熱応力がフィンを介してチューブの付け根に集中し、亀裂・破損する虞があった。
なお、コア部の最外端に位置するチューブは、レインフォースに最も近接しているため、最も過酷な条件となって付け根の亀裂・破損が発生し易い。

これに対し、本実施例１の熱交換器のコア部構造にあっては、前述したように、フィン２０〜２２に切欠部２３を設けたため、該切欠部２３でチューブ７、チューブプレート5,6、レインフォース9,10の熱膨張量差による熱応力を吸収でき、該熱応力がチューブ７の付け根７ｂに集中するのを回避して亀裂・破損を防止できる。

また、フィン２０〜２２の放熱面積を損なうことがないため、放熱効率を維持したまま熱衝撃を緩和できる。

さらに、切欠部２３は熱交換器１の製造工程において最終段階で形成することができ、しかも、その成型具合は外部から確認でき、簡便な作業及び構成でもってチューブ７の付け根７ｂに亀裂・破損が発生するのを防止できると同時に、作用の再現性が高く、確実に機能させることができる。

次に、従来発明品と本発明品において、チューブに高温と低温の冷却水を所定量及び所定時間間隔で繰り返し通水することにより、チューブの表面温度を２０〜９０℃に変化させてチューブの付け根の歪み量を測定する試験を行った。

試験に際しては、図４、５に示すように、本発明品のレインフォース９の付け根に歪みセンサＨ０を設置し、チューブＤ１〜Ｄ３の付け根７ｂ内部に歪みセンサＨ１〜Ｈ６を合計６つ設置して測定した。

同様に、従来発明品も同じ位置に歪みセンサＨ０〜Ｈ６を設置して測定した。
なお、本発明品はフィン２０〜２２に切欠部２３を形成したこと以外は、全て従来発明品と同じ形状である。

図６の従来発明品の試験結果と、図７の本発明品の試験結果における歪みセンサＨ０〜Ｈ６のグラフを比較して明らかなように、本発明品のチューブＤ１〜Ｄ３は、従来発明品と比べて大幅に歪み量を低くできることが証明された。

さらに、フィン２０〜２２の切欠部２３の形成範囲、即ち、チューブプレート５から所定の距離Ｗ１の範囲を様々な距離に変更した本発明品を用意して同様の試験を行った結果、チューブＤ１〜Ｄ３の付け根７ｂの歪みを低く抑えるには、距離Ｗ１≦２０ｍｍが好適であった。
即ち、距離Ｗ１>２０ｍｍの部位に形成された切欠部はチューブの付け根７ｂから離れ過ぎているため、隣接するチューブ同士間の熱衝撃を緩和する効果はあるものの、チューブの付け根に作用する効果はあまりないと考えられる。
また、フィン２０〜２２を含む全てのフィン８におけるチューブプレート５から所定の距離Ｗ１の範囲に切欠部２３を形成し、同様の試験を行った結果、全てのフィン８の付け根において歪みを低くできた。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、本実施例１の熱交換器のコア部構造にあっては、それぞれタンク２（３）が装着される一対のチューブプレート5,6の間にチューブ７と波状のフィン８が交互に複数配置され、チューブプレート5,6の両端部同士が一対のレインフォース9,10によって連結補強される熱交換器１のコア部構造において、少なくともコア部４の最外端に位置するフィン２０におけるチューブプレート５から所定の距離Ｗ１の範囲に亘って波の頂部８ａ同士間を分断した切欠部２３を形成したため、切欠部２３でチューブ７の付け根７ｂに熱応力が集中するのを防止でき、亀裂・破損を防止できる。

また、熱交換器１の製造時における最終段階で簡便な作業でもってフィンに切欠部２３を形成できるため、該切欠部２３の状態を外部から容易に検査できると同時に、確実に機能して再現性が高い。

以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、本実施例１ではチューブプレートから所定の距離Ｗ１の範囲におけるフィン２０〜２２の頂部同士間に切欠部２３を形成したが、切欠部２３を設けるフィンの本数、切欠部２３の形状や距離Ｗ１等は適宜設定できる。

また、流通媒体の下流側となるチューブプレート６から所定の距離Ｗ１の範囲におけるフィン２０〜２２の波の頂部８ａ同士間に切欠部２３を形成しても良い。

また、本実施例１では、熱交換器をラジエータに適用した場合について説明したが、インタークーラやコンデンサ、あるいはラジエータとコンデンサが一体的に形成された一体型熱交換器等の一般的な熱交換器のコア部構造に適用できる。

本発明の実施例１の熱交換器のコア部構造が採用されたラジエータの斜視図である。コア部の正面図である。図２の矢視Ａ部分における要部拡大斜視図である。図２の矢視Ａ部分における要部拡大正面図である。図２の矢視Ａ部分における要部拡大平面図である。従来発明品の熱交換器のコア部構造の試験結果を示す図である。本発明品の熱交換器のコア部構造の試験結果を説明する図である。

符号の説明

１熱交換器
２、３タンク
２ａ入力ポート
３ａ出力ポート
４コア部
５、６チューブプレート
７チューブ
７ａ端部
７ｂ付け根
８、２０、２１、２２フィン
８ａ頂部
９、１０レインフォース
１１爪部
１２柱部
２３切欠部

Claims

それぞれタンクが装着される一対のチューブプレートの間にチューブと波状のフィンが交互に複数配置され、
前記チューブプレートの両端部同士が一対のレインフォースによって連結補強される熱交換器のコア部構造において、
少なくとも前記コア部の最外端に位置するフィンにおける前記チューブプレートから所定の距離の範囲に亘って波の頂部同士間を分断した切欠部を形成したことを特徴とする熱交換器のコア部構造。