JP2007032896A - 熱交換器の熱歪吸収構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 プロテクタのフィン接続側の部分で熱歪を吸収することができ、加工忘れを回避するとともにコスト削減ができる熱交換器の熱歪吸収構造を提供することを課題とする。
【解決手段】 熱交換器のコア部が、奥行き方向に長辺を向けて等間隔に多数立設した扁平チューブと、薄板を同一幅で交互に反対方向へ折曲して形成された各頂部を前記各扁平チューブの各扁平な側面に接合したフィンと、板材成形品のフィン接続部を最外側端に位置するフィンの各頂部に外面側から当接し接合して側壁を形成したプロテクタとからなり、前記プロテクタのフィン接続部に、縦断面がフィン側を基部とする山形形状で全幅にわたり外方に向かって一様に突出する突出部を長手方向に１ヶ所以上設け、この突出部の成形箇所で前記フィンの全幅にわたり前記フィンの頂部と接合しない非接合箇所を形成するように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車のラジエータ、エアコンの熱交換器等に用いられるコルゲートフィン型の熱交換器の熱歪吸収構造に関する。

従来、コルゲートフィン型の熱交換器、例えば自動車のラジエータの場合では、図４，５に示すように、ラジエータコア１は並列配置された扁平チューブ２と扁平チューブ２との間にコルゲートフィン（以下、単にフィンという）３を介装するとともに、扁平チューブ２の上下開口端部を平板状のエンドプレート４に形成された挿入孔４ａ内に挿入し、またフィン３のうち両外側端に位置するフィン３ａ，３ａにはそれぞれプロテクタ５，５が設けられている。そして、扁平チューブ２とフィン３、フィン３ａとプロテクタ５のフィン３ａと当接する部分（以下、フィン接続部という）５ａ、扁平チューブ２とエンドプレート４の挿入孔４ａ、及びエンドプレート４とプロテクタ５のフィン接続部から離れた位置で直角に折り曲げた上下端部５Ａとの各接合部（以下、根付部という）を使用材料によって半田付け、ろう付け或いは溶接によって接合してラジエータコア１を形成する。このラジエータコア１にはエンドプレート４の外周に設けた凹溝６にタンク８の終端に形成されたフランジ部８ａとシール材としてのＯリング９とを嵌め込み、凹溝６によりフランジ部８ａを包み込むようにしてカシメ止めすることにより、上端と下端とにタンク８，８を設けて、ラジエータを形成する。

このような構成のコルゲートフィン型の熱交換器は、冷却水の影響を直接受ける扁平チューブ２と、冷却水通路がなく冷却水の影響を間接的にしか受けないプロテクタ５とでは熱膨張の度合いが異なる。この冷却の程度の違いから生じる熱膨張の違いにより熱歪が生じ、扁平チューブ２とエンドプレート４との根付部に熱応力が発生し、熱歪或いは熱応力の繰り返しにより、根付部の接合材料の割れ或いは根付部周辺の母材の亀裂が発生することによる水漏れ等の不具合が起こる恐れがある。

このような不具合の回避策としては、プロテクタ５のフィン接続部から離れた上下端部５Ａ側の位置で折曲げ部を形成することにより弾性変形可能にして、熱歪を吸収するようにしたもの（特許文献１）、側板（プロテクタ５）に複数の開口を組にして設けることにより脆弱部を形成するとともに、組となる開口の間には狭い幅で長手方向に連結する部分を形成して切り離されないようにして一体化を維持しつつ弾性変形可能にするもの（特許文献２）、複合式熱交換器のレインフォースの本体に、本体を横断する複数個のスリットを設け、フランジ部により長手方向に連結して一体化を維持し、ろう付け後に本体のスリットを設けた位置でフランジ部を切り離して分割したレインフォースを形成し、スリット形成位置で熱歪を吸収して熱疲労に対する耐久性を持たせるもの（特許文献３）等があった。

特開平９−０７９７８８号公報 特開２００２−１８１４８１公報 特開２００４−２２５９９０公報

〔問題点〕
このような従来の技術におけるコルゲートフィン型の熱交換器は、プロテクタ５の上下端部５Ａに折曲げ部を形成するものでは、上下端部５Ａの熱歪には効果的ではあるが、フィンの根付部では従来どおりであるため、熱歪を吸収するためには充分ではない。
側板に複数の開口を組にして設けることにより脆弱部を形成するものでは、予め複雑な形状を寸法精度良く加工しなければならないため、加工工数が多くなり、コスト増加を招くことになる。
また、レインフォースを横断するスリットを設けたものでは、ろう付け前にはフランジ部により長手方向に連結しているものをろう付け後に切り離す作業が必要であり、分割したレインフォースを一定間隔でろう付けすることが難しく、レインフォースの切り過ぎ、または加工忘れのまま製品化してしまう等の恐れがあり、さらにスリットの加工に用いる加工用刃物の交換頻度が高くコスト高の要因になっていた。

本発明は、従来の技術における前記問題点に鑑みて成されたものであり、これを解決するため具体的に設定した技術的な課題は、プロテクタのフィン接続部で熱歪を吸収することができ、加工忘れを回避するとともにコスト削減ができる熱交換器の熱歪吸収構造を提供することにある。

本発明における前記課題が効果的に解決される熱交換器の熱歪吸収構造を特定するために、必要と認める事項の全てが網羅され、具体的に構成された、課題解決手段を以下に示す。すなわち、
熱交換器の熱歪吸収構造に係る第１の課題解決手段は、熱交換器のコア部が、奥行き方向に長辺を向けて等間隔に多数立設した扁平チューブと、薄板を同一幅で交互に反対方向へ折曲して形成された各頂部を前記各扁平チューブの各扁平な側面に接合したフィンと、板材成形品のフィン接続部を最外側端に位置するフィンの各頂部に外面側から当接し接合して側壁を形成したプロテクタとからなり、前記プロテクタのフィン接続部に、縦断面がフィン側を基部とする山形形状で全幅にわたり外方に向かって一様に突出する突出部を長手方向に１ヶ所以上設け、この突出部の成形箇所で前記フィンの全幅にわたり前記フィンの頂部と接合しない非接合箇所を形成したことを特徴とするものである。

同上熱交換器の熱歪吸収構造に係る第２の課題解決手手段は、前記突出部では、前記山形形状部分の厚みを頂点に向かって漸減的に薄肉に形成したことを特徴とする。
また、同上熱交換器の熱歪吸収構造に係る第３の課題解決手段は、前記突出部では、前記山形形状部分の頂点に複数個の貫通孔を横断方向へ直線状に配列するように穿設したことを特徴とする。

熱交換器の熱歪吸収構造に係る第１の課題解決手段では、縦断面がフィン側を基部とする山形形状で全幅にわたり外方に向かって一様に突出する突出部を長手方向に１ヶ所以上設け、この突出部の成形箇所で前記フィンの全幅にわたり前記フィンの頂部と接合しない非接合箇所を形成したことにより、熱影響時には突出部を形成したプロテクタが容易に伸縮できるようになり、扁平チューブとプロテクタとの温度差による熱膨張の相違から生じる熱歪が、突出部の形状が変化することにより吸収することができて、プロテクタの端部ではなくフィン接続部に形成したフィンの頂部を接合しない非接合箇所で熱応力が低下し、より効果的に熱歪による不具合の発生を防止することができる。また、プロテクタはフィン接続部に部分的に突出部が形成された一体構造の形状に成形されるため、容易に形状の確認ができ、根付け前後の作業における加工忘れを容易に回避できるとともに組付け作業の作業性が向上して工数が削減され、製造コストの削減ができる。

熱交換器の熱歪吸収構造に係る第２の課題解決手段では、突出部の厚みが頂点に向かって漸減的に薄肉にされたことにより、突出部の折り曲げ方向又は押し広げ方向への変形が容易となり、熱歪の吸収が容易となって、不具合の発生をより効果的に防止することができる。
また、熱交換器の熱歪吸収構造に係る第３の課題解決手段では、突出部の頂点に複数個の貫通孔を横断方向に直線上に配列するように穿設したことにより、突出部の頂点の幅を実質的に狭く或いは厚みを薄くしたことと同様の強度になって、突出部の折り曲げ方向又は押し広げ方向への変形が貫通孔穿設前よりも容易になり、また、その繰り返しにより破断したとしても切断してスリットを設けた場合と同様の形状になるから、熱影響による膨張収縮の抵抗要因がなくなり、さらに熱歪の吸収が容易になって、不具合の発生を効果的に防止することができる。

以下、本発明による最良の実施形態を具体的に説明する。
ただし、この実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるため具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。

〔構成〕
この実施形態における熱交換器の熱歪吸収構造は、コア部の上下端部では各タンク８，８にそれぞれ端部を固着する扁平チューブ２と各扁平チューブ２の間に配置されるフィン３とを接合し、コア部の側端ではタンク８，８にそれぞれの端部を固着する扁平チューブ２とプロテクタ５との間にフィン３ａを接合して、扁平チューブ２の内部を通過する冷却水がフィン３，３ａを介して放熱して冷却されるように形成する。

プロテクタ５は縦断面がフィン３側に向けた端部を基部とした（逆Ｖ、逆Ｕ字状を含む）山形形状で全幅にわたり一様に外側方に向かって突出する突出部５ｂを具備するとともに、フィン３ａの配設箇所（すなわちフィン接続部５ａ）のうち突出部形成箇所ではプロテクタ５とフィン３ａの頂部とをフィン３ａが全幅にわたり接合しない非接合箇所が形成される。
プロテクタ５の突出部形成箇所及びプロテクタ５とフィン３ａとの非接合箇所は、プロテクタ５の長さ方向に少なくとも１ヶ所（効果的には１〜３箇所）設ける。この非接合箇所を設けたことにより扁平チューブ２とプロテクタ５とが各別に伸縮できるようになる。

プロテクタ５の突出部５ｂは、正面形状がフィン側を基部にした山形（"＜形"又は"＞形"或いは横向きの"Ｖ形"、"Ｕ形"等）で幅方向に一様に突出した形状に形成し、幅はプロテクタ５の全幅Ｗに合わせ、高さＨは板厚ｔの３倍以上、基部と頂点との間における最大開き角θを６０°以内とし、外方に向かって突出する部分の厚みが頂点に向かって漸減的に薄肉になるように形成するか、突出部５ｂの山形部分の頂点に貫通孔５ｃ，…，５ｃを横断方向に複数個（図中４個）を直線状に整列（図中１列）するように穿設するか、あるいはこれらを組み合わせた形状に形成する。
突出部５ｂを漸減的に薄肉にする場合は、頂点の肉厚が少なくともプロテクタ５の板厚ｔの１／２以下になるように薄くする。
また、貫通孔穿設の場合は、貫通孔５ｃの形状は矩形から円形まで任意に選択可能であるが、穿孔面積を大きくするためには矩形が望ましく、穿設個数はプロテクタ５の幅に対する貫通孔５ｃの幅または径の比率と作業性とを勘案して選択する。

〔作用効果〕
このように構成した熱交換器の熱歪吸収構造の実施形態では、プロテクタ５のフィン接続部５ａに、外側方に向かって縦断面が山形形状で全幅にわたり一様に突出する突出部５ｂを１箇所以上形成し、突出部５ｂの形成箇所ではプロテクタ５とフィン３ａの頂部とをフィン３ａの全幅にわたり接合しない非接合箇所を設けたことにより、扁平チューブ２とプロテクタ５とが熱交換器使用時の熱影響によって容易に個別に伸縮することができるようになり、扁平チューブ２とプロテクタ５との温度差による熱膨張の相違は、突出部５ｂの形状が変化することにより吸収されて、プロテクタ５の端部ではなくフィン接続部５ａで熱歪を吸収することができ、熱応力を低下させ、熱歪による不具合の発生をより効果的に防止することができる。

また、プロテクタ５のフィン接続部５ａに１箇所以上の突出部５ｂを形成したため、容易にプロテクタ５の形状の確認ができ、根付け前後の作業における加工忘れを回避できるとともに組付け作業の作業性を向上することができて、工数が削減され、製造コストの削減ができる。
突出部５ｂの厚みが頂点に向かって漸減的に薄肉にすることにより、突出部５ｂの折り曲げ方向又は押し広げ方向への変形が容易となり、熱歪の吸収が容易となって、不具合の発生をより効果的に防止することができる。
突出部５ｂの頂点に多数個の貫通孔５ｃを横断方向に直線状に配列して穿設することにより、突出部５ｂの頂点の幅を実質的に狭くしたことになり、突出部５ｂの折り曲げ方向又は押し広げ方向への変形がさらに容易となり、熱歪の吸収が容易となって、不具合の発生をより効果的に防止することができる。

〔別態様〕
このような実施の形態は、発明の趣旨を理解しやすくするため具体的に説明しているが、発明内容を限定するものではないから、特に説明されていない（意匠的な内容も含む）別の態様を制限するものではなく、適宜変更しても良い。このような意味で発明の趣旨に沿ういくつかの別態様を以下に示す。

突出部に対応して設けられるフィンの非接触箇所は１箇所に限らず、突出部の基部に位置するフィン頂部の数によって決まり、特に数量的な指定はない。突出部が大きければフィン頂部の非接着部の数も多くなり、突出部が小さければ少なくなる。
突出部はコア部のフィンのある部分に設けるようにしているが、同時に、プロテクタの端部のフィンが設けられていない箇所に形成して、フィンのある部分と端部のフィンが設けられていない箇所との両方に突出部を設けるようにしても良い。
突出部は頂部を尖らせる必要はなく、また、貫通孔は横断方向に多数列併設しても良い。
さらに、突出部は漸減的に薄肉にするのに代えて、略均等な肉厚の突出部に多数列併設する貫通孔の穿孔列の配置を変化或いは粗密を与えて、同様の柔らかさを持たせても良い。

本発明の実施形態における熱交換器の熱歪吸収構造を示す斜視図である。 同上熱交換器の熱歪吸収構造における突出部近傍を示す拡大側面図である。 同上熱交換器の熱歪吸収構造における突出部近傍を示す拡大平面図である。 従来の熱交換器を示す正面図である。 従来の熱交換器におけるプロテクタの端部近傍を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ ラジエータコア
２ 扁平チューブ
３，３ａ フィン（コルゲートフィン）
４ エンドプレート
５ プロテクタ
５ａ フィン接続部
５ｂ 突出部
５ｃ 貫通孔
６ 凹溝
８ タンク

Claims (3)

1. 熱交換器のコア部が、奥行き方向に長辺を向けて等間隔に多数立設した扁平チューブと、薄板を同一幅で交互に反対方向へ折曲して形成された各頂部を前記各扁平チューブの各扁平な側面に接合したフィンと、板材成形品のフィン接続部を最外側端に位置するフィンの各頂部に外面側から当接し接合して側壁を形成したプロテクタとからなり、
   前記プロテクタのフィン接続部に、縦断面がフィン側を基部とする山形形状で全幅にわたり外方に向かって一様に突出する突出部を長手方向に１ヶ所以上設け、この突出部の成形箇所で前記フィンの全幅にわたり前記フィンの頂部と接合しない非接合箇所を形成したことを特徴とする熱交換器の熱歪吸収構造。
2. 前記突出部では、前記山形形状部分の厚みを頂点に向かって漸減的に薄肉に形成したことを特徴とする請求項１記載の熱交換器の熱歪吸収構造。
3. 前記突出部では、前記山形形状部分の頂点に複数個の貫通孔を横断方向へ直線状に配列するように穿設したことを特徴とする請求項１記載の熱交換器の熱歪吸収構造。

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