JP2007170747A

JP2007170747A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2007170747A
Application number: JP2005369523A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Hirose; 弘和広瀬
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】タンク本体が樹脂製の場合に、圧縮の熱歪みを低減することができる熱交換器を提供する。
【解決手段】ヘッダタンク５は、チューブ２が固定されるコアプレート５ａと、コアプレート５ａとともにタンク内空間を構成する樹脂製のタンク本体５ｂとを有し、コアプレート５ａは、チューブ２の長手方向端部が接合されるチューブ接合面５１と、チューブ接合面５１の外周部を全周に渡って折り曲げることで形成され、チューブ２の長手方向外側に向かって開口し、タンク本体５ｂの端部が挿入される溝部５２０が形成された受部５２とを有し、チューブ接合面５１に、断面略Ｕ字形状の湾曲部５６を、受部５２の内周に沿って連続して形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、熱交換器に関するもので、車両用エンジン等の内燃機関の冷却水を冷却するいわゆるマルチフロー型のラジエータに適用して有効である。

従来より、マルチフロー型のラジエータは、複数のチューブを有するコア部と、複数のチューブと連通するヘッダタンクとを備えている。ヘッダタンクは、チューブが接合されたコアプレートおよびタンク内空間を構成するタンク本体から構成されている。コアプレートは、チューブが接合されるチューブ接合面を有している。また、チューブ接合面の周囲には、タンク本体の端部が挿入される溝部が形成された受部が設けられている。

このようなラジエータにおいて、チューブが膨張または収縮すると、チューブおよびコアプレートに熱歪みに伴う熱応力が発生する。そして、熱応力が繰り返し発生すると、チューブにおけるコアプレートとの根付部（接合部）近傍が疲労破壊するという問題があった。

これに対し、図８に示すように、タンク本体Ｊ５ｂを樹脂製にすると、チューブＪ２の収縮により引張の歪みが生じた場合には、コアプレートＪ５ａが受部Ｊ５２を含めて変形するため、応力を分散し、歪みを低減することができる。

しかしながら、上記樹脂製のタンク本体を有する熱交換器では、図９に示すように、チューブＪ２の膨張により圧縮の歪みが生じた場合、コアプレートＪ５ａにおいて弾性変形できる面積が小さいため、応力を吸収することができないという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、タンク本体が樹脂製の場合に、圧縮の熱歪みを低減することができる熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、熱媒体が流れる複数のチューブ（２）を有するコア部（４）と、チューブ（２）の長手方向両端部にてチューブ（２）の長手方向と直交する方向に延びてチューブ（２）と連通するヘッダタンク（５）とを備える熱交換器であって、ヘッダタンク（５）は、チューブ（２）が固定されるコアプレート（５ａ）と、コアプレート（５ａ）とともにタンク内空間を構成する樹脂製のタンク本体（５ｂ）とを有しており、コアプレート（５ａ）は、チューブ（２）の長手方向端部が接合されるチューブ接合面（５１）と、チューブ接合面（５１）の外周部を全周に渡って折り曲げることで形成され、チューブ（２）の長手方向外側に向かって開口し、タンク本体（５ｂ）の端部が挿入される溝部（５２０）が形成された受部（５２）とを有しており、チューブ接合面（５１）には、断面略Ｕ字形状の湾曲部（５６）が、受部（５２）の内周に沿って連続して形成されていることを第１の特徴としている。

このように、コアプレート（５ａ）のチューブ接合面（５１）に断面略Ｕ字形状の湾曲部（５６）を設けることにより、コアプレート（５ａ）において圧縮の熱歪み発生時に変形する部位の面積を十分に確保することができる。このため、圧縮の熱歪みが発生した際に、コアプレート（５ａ）が湾曲部（５６）とともに変形して、応力を分散し、熱歪みを低減することが可能となる。

また、本発明では、コア部（４）の外側にてチューブ（２）の長手方向と略平行に配置され、両端部がヘッダタンク（５）に支持されたインサート（７）を有しており、湾曲部（５６）は、チューブ接合面（５１）において、コア部（４）の最外側に配置されるチューブ（２）とインサート（７）との間を通るように形成されていることを第２の特徴としている。

これにより、湾曲部（５６）を設けることによるコアプレート（５ａ）の剛性の低下を最小限にすることができるため、熱交換器の剛性を確保しながら、熱歪みを低減することが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器を、車両用エンジンを冷却した冷却水（熱媒体）と大気（空気）とを熱交換するラジエータ１に適用したものである。

図１は本実施形態に係るラジエータ１の正面図で、図２は本実施形態に係るラジエータ１の平面図である。

図１中、チューブ２は冷却水が流れる管であり、このチューブ２は、空気の流通方向（紙面垂直方向）が長径方向と一致するように扁平状に形成されているとともに、その長手方向が鉛直方向に一致するように水平方向に複数本平行に配置されている。

また、チューブ２の両側の扁平面には波状に成形されたフィン３が接合されており、このフィン３により空気との伝熱面積を増大させて冷却水と空気との熱交換を促進している。なお、以下、チューブ２およびフィン３からなる略矩形状の熱交換部をコア部４と呼ぶ。

図１および図２に示すように、ヘッダタンク５は、チューブ２の長手方向端部（本実施形態では、水平方向端部）にてチューブ２の長手方向と直交する方向（本実施形態では、鉛直方向）に延びて複数のチューブ２と連通するもので、このヘッダタンク５は、チューブ２が挿入接合されたコアプレート５ａと、コアプレート５ａとともにタンク内空間を構成するタンク本体５ｂとを有して構成されている。

図３は図２のＡ−Ａ断面図で、図４は図３のＢ−Ｂ断面図で、図５は図３のＣ−Ｃ断面図である。なお、図３では、説明の便宜上、湾曲部５６に斜線を用いて図示している。また、図４において、フィン３は図示を省略している。

図３〜図５に示すように、コアプレート５ａは、チューブ２が接合されるチューブ接合面５１を有している。また、チューブ接合面５１の周囲には、チューブ２長手方向外側に向かって開口するように全周に渡って形成され、タンク本体５ｂの端部が挿入される断面略矩形状の溝部５２０が形成された受部５２が設けられている。

受部５２は、３つの面で形成されている。すなわち、チューブ接合面５１の外周部からコア部４の長手方向内側に向かって略直角に折り曲げられてチューブ２長手方向に延びる内側壁部５３と、内側壁部５３からコア部４と反対方向に略直角に折り曲げられてチューブ２積層方向に延びる底部５４と、底部５４からコア部４の長手方向外側に向かって略直角に折り曲げられてチューブ２長手方向に延びる外側壁部５５とによって、受部５２が形成されている。

なお、本実施形態では、コアプレート５ａを金属（例えば、アルミニウム合金）製とし、タンク本体５ｂを樹脂製とするとともに、図４に示すように、コアプレート５ａの縁部全周に設けられた凹状の溝部５２０にゴム等の弾性材からなるパッキン（図示せず）を配置し、このパッキンにてタンク本体５ｂとコアプレート５ａとの隙間を液密に密閉している。

また、ヘッダタンク５には、エンジン（図示せず）の冷却水出口側に接続される冷却水流入口６ａと、エンジンの冷却水入口側に接続される冷却水流出口６ｂとが設けられている。

コア部４の外側には、チューブ２の長手方向と略平行に延びてコア部４を補強するインサート７が設けられている。このインサート７は、チューブ２の扁平面と略平行な面を有してチューブ２の長手方向と略平行に延びるベース部７ａと、ベース部７ａに対して略直交する方向（本実施形態では、水平方向）に突出してチューブ２の長手方向と略平行に延びるリブ７ｂとを有している。インサート７において、リブ７ｂは、ベース部７ａのうちベース部７ａの長手方向と直交する方向両端側にそれぞれに設けられているため、インサート７の断面形状は、コア部４と反対側が開いた略コの字状断面となっている。

図４および図５に示すように、コアプレート５ａのチューブ接合面５１には、断面略Ｕ字形状の湾曲部５６が設けられており、そのカーブの頂点はチューブ２長手方向外側に向かって突出している。

また、図３に示すように、湾曲部５６は、受部５２の内周に沿って連続して形成されている。ただし、空気流れ方向においては、図４に示すように、湾曲部５６は、インサート７とコア部４の最外側に配置されるチューブ２（インサート７に隣接するチューブ２）との間に形成されている。

また、チューブ２積層方向においては、図５に示すように、湾曲部５６は、受部５２の内側壁部５３から連続して形成されている、すなわち、チューブ接合面５１が、内側壁部５３からタンク本体５ｂの内壁に沿ってチューブ２長手方向外側に向かって延びた後、滑らかにＵターンしてチューブ２長手方向内側に戻ることにより、断面略Ｕ字形状の湾曲部５６が形成されている。

図６は、隣接するチューブ２間に温度差が生じた場合におけるコアプレート５ａの状態を示す断面図で、圧縮の歪みが生じた場合を示している。

図６に示すように、隣接するチューブ２間の温度差により圧縮の歪みが発生すると、コアプレート５ａのチューブ接合面５１が湾曲部５６とともに変形して応力を吸収する。これにより、チューブ２とコアプレート５ａとの根付部（接合部）が熱歪みにより変形するのを防止している。

以上説明したように、コアプレート５ａのチューブ接合面５１に断面略Ｕ字形状の湾曲部５６を設けることにより、コアプレート５ａにおいて、圧縮の熱歪み発生時に変形する部位の面積を十分に確保することができる。このため、圧縮の熱歪みが発生した際に、コアプレート５ａが湾曲部５６とともに変形して、応力を分散し、熱歪みを低減することが可能となる。

また、湾曲部５６を受部５２の内周部全周に渡って配置すると、コアプレート５ａとインサート７間の剛性が低下し、耐振性能が悪化する可能性がある。そこで、本実施形態のように、空気流れ方向においては、湾曲部５６をインサート７とコア部４の最外側に配置されるチューブ２との間に配置することで、コアプレート５ａとインサート７間の剛性を確保することができる。

つまり、図７に示すように、コアプレート５ａの受部５２および湾曲部５６により、コア部４の柔軟性を確保し、熱歪み発生時に応力を分散して熱歪みを低減することができる（図７中Ｘ部参照）。一方、インサート７およびコアプレート５ａの外周にて、ラジエータ１の構造体としての剛性を確保することができる（図７中Ｙ部参照）。したがって、ラジエータ１の剛性を確保しながら、熱歪みを低減することが可能となる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態において、湾曲部５６を、空気流れ方向においてはインサート７とコア部４の最外側に配置されるチューブ２との間に形成したが、湾曲部５６がインサート７の外側を通るように、すなわちチューブ２およびインサート７の接合部を囲むように形成してもよい。

本発明の実施形態に係るラジエータ１の正面図である。本発明の実施形態に係るラジエータ１の平面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図３のＢ−Ｂ断面図である。図３のＣ−Ｃ断面図である。本発明の実施形態に係る隣接するチューブ２間に温度差が生じた場合におけるコアプレート５ａの状態を示す断面図で、圧縮の歪みが生じた場合を示している。本発明の実施形態に係るラジエータ１の正面説明図である。従来のラジエータの要部を示す拡大断面図である。従来の隣接するチューブＪ２間に温度差が生じた場合におけるコアプレート５ａの状態を示す断面図で、圧縮の歪みが生じた場合を示している。

符号の説明

２…チューブ、４…コア部、５…ヘッダタンク、５ａ…コアプレート、５ｂ…タンク本体、５１…チューブ接合面、５２…受部、５６…湾曲部、５２０…溝部。

Claims

熱媒体が流れる複数のチューブ（２）を有するコア部（４）と、前記チューブ（２）の長手方向両端部にて前記チューブ（２）の長手方向と直交する方向に延びて前記チューブ（２）と連通するヘッダタンク（５）とを備える熱交換器であって、
前記ヘッダタンク（５）は、前記チューブ（２）が固定されるコアプレート（５ａ）と、前記コアプレート（５ａ）とともにタンク内空間を構成する樹脂製のタンク本体（５ｂ）とを有しており、
前記コアプレート（５ａ）は、前記チューブ（２）の長手方向端部が接合されるチューブ接合面（５１）と、前記チューブ接合面（５１）の外周部を全周に渡って折り曲げることで形成され、前記チューブ（２）の長手方向外側に向かって開口し、前記タンク本体（５ｂ）の端部が挿入される溝部（５２０）が形成された受部（５２）とを有しており、
前記チューブ接合面（５１）には、断面略Ｕ字形状の湾曲部（５６）が、前記受部（５２）の内周に沿って連続して形成されていることを特徴とする熱交換器。
前記コア部（４）の外側にて前記チューブ（２）の長手方向と略平行に配置され、両端部が前記ヘッダタンク（５）に支持されたインサート（７）を有しており、
前記湾曲部（５６）は、前記チューブ接合面（５１）において、前記コア部（４）の最外側に配置される前記チューブ（２）と前記インサート（７）との間を通るように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。