JP2012097915A

JP2012097915A - 熱交換器の補強構造

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Publication number: JP2012097915A
Application number: JP2010243749A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Nobukawa; 英一信川; Yoichi Manaka; 洋一間中; Kenichiro Ibaragi; 健一郎茨木; Shinichi Fujita; 伸一藤田; Makoto Kameda; 誠亀田; Tetsuzo Furuichi; 哲三古市
Original assignee: Daimler AG; T Rad Co Ltd
Current assignee: Mercedes Benz Group AG; T Rad Co Ltd
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: JP5706665B2

Abstract

【課題】複数列型の熱交換器において、熱疲労（冷熱繰り返し）に対する耐久性能を向上すること。
【解決手段】その補強部材(5)として、連結部(6)の長手方向の両端部に展開状態で平面コ字状部(7a)または平面Ｌ字状部(7)を形成し、その両先端部を、連結部(6)側に折り返し且つ重ね合わせて、その折返し端縁を偏平チューブ(1)の半円弧状内面部(1b)に整合する湾曲面(5a)とする。そしてその重合部(8)を連結部(6)の平面に直交して断面Ｌ字状に曲折して４つまたは２つの挿入部(9)を形成する。それらの各挿入部(9)を、偏平チューブの並列方向の両最外列の偏平チューブ(1)の開口に挿入し、その挿入部をろう付けする。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として自動車のエンジン冷却水冷却用の熱交換器（ラジエータ）の補強構造に関する。

エンジン冷却水冷却用の熱交換器は並列された多数のチューブ間で温度差が生じ、特に熱交換器の４隅のチューブにおいて、剛性の高いサポート材と最前列チューブと最後列チューブとの間において、大きな熱歪みが生じる。実験によれば、特に、ヘッダプレートのチューブ挿通孔とチューブのろう付け部近傍であって、その前列チューブの前端および後列チューブの後端のＲ部（半円弧状曲面）においてチューブの亀裂が起こる。
特に寒冷地等の外気温が一例としてマイナス４０度である条件の下で、エンジンを始動すると、そのサーモスタッドバルブが開いて熱交換器のチューブ内に急激に５０度〜８０度程度の温水が流れ、各チューブ間でおおきな熱歪みが生じる。即ち、エンジン始動時に過渡的におおきな熱歪みが発生する。

このような問題を解決する熱交換器の補強構造として、下記特許文献記載の各発明が知られている。前者は、断面Ｕ字状に形成された補強部材を偏平チューブの断面の長軸側両端に配置するものである。後者は、偏平な一対の脚部を有し、その両脚部が偏平チューブの横断面の長軸側両端に挿入されるものである。

ＥＰ１５６２０１５Ａ２特開２００７−１６３１２４号公報

上記いずれの公知文献も、偏平チューブが一列に配置された一列型熱交換器に適用され、各チューブの横断面の長軸の両側に補強部材の一対の挿入部が挿入されるため、一本の偏平チューブの入口開口が二カ所大きく塞がれる欠点がある。
また、本発明者の実験によれば、二列型熱交換器においては、その前列の偏平チューブの前側弧状部と、後列の後ろ側弧状部に亀裂が生じることが明らかとなっている。そのため、その部分を集中的に補強することが必要である。また３列以上ではその最前列と最後列の偏平チューブに同様の問題が生じる。
そこで、本発明は係る知見に基づいて創作されたものである。

請求項１に記載の本発明は、１列に並列された多数の偏平チューブ(1) とフィン(2) と、各偏平チューブ(1) の両端が挿通され、その挿通部がろう付けされた一対のヘッダープレート(4)とを具備する熱交換器コアの補強構造において、
前記偏平チューブ(1)は、一対の対向する平行な平面部(1a)と、その各平面部(1a)の両縁間を夫々連結する一対の半円弧状内面部(1b)と、を具備し、
前記偏平チューブ(1) の開口の前記対向する平面部(1a)間距離Ｓの１／２に整合する板厚ｗの金属板の曲折体からなる補強部材(5)を有し、
その補強部材(5)は、その細長い連結部(6)の長手方向の両端部に展開状態で平面Ｌ字状部(7)が形成され、そのＬ字状部(7)の両先端部が、連結部(6)側に折り返され且つ重ね合わされて、その折返し端縁が前記偏平チューブ(1)の前記半円弧状内面部(1b)に整合する湾曲面(5a)となる重合部(8)を有し、その重合部(8)が前記連結部(6)の平面に直交して断面Ｌ字状に延在された前記偏平チューブの長軸の半分に満たない幅の２つの挿入部(9)を有し、
その補強部材(5)の前記２つの各挿入部(9)は、偏平チューブの並列方向の両最外側列の偏平チューブ(1)の開口に挿入されて、その湾曲面(5a)が偏平チューブ(1b)の半円弧状内面部(1b)に接し且つ、各偏平チューブ(1)の開口の長軸方向の両端部のみに嵌着され、その嵌着部がろう付けされてなることを特徴とする熱交換器の補強構造である。

請求項２に記載の本発明は、複数列に並列された多数の偏平チューブ(1) とフィン(2) と、各偏平チューブ(1) の両端が挿通され、その挿通部がろう付けされた一対のヘッダープレート(4)とを具備する熱交換器コアの補強構造において、
前記偏平チューブ(1)は、一対の対向する平行な平面部(1a)と、その各平面部(1a)の両縁間を夫々連結する一対の半円弧状内面部(1b)と、を具備し、
前記偏平チューブ(1) の開口の前記対向する平面部(1a)間距離Ｓの１／２に整合する板厚ｗの金属板の曲折体からなる補強部材(5)を有し、
その補強部材(5)は、その細長い連結部(6)の長手方向の両端部に展開状態で平面コ字状部(7a)がその開口側を外向きに形成され、そのコ字状部(7a)の両先端部が、連結部(6)側に折り返され且つ重ね合わされて、その折返し端縁が前記偏平チューブ(1)の前記半円弧状内面部(1b)に整合する湾曲面(5a)となる重合部(8)を有し、その重合部(8)が前記連結部(6)の平面に直交して断面Ｌ字状に延在された前記偏平チューブの長軸の半分に満たない幅の４つの挿入部(9)を有し、
その補強部材(5)の前記４つの各挿入部(9)は、前記コアの隅における最前列と最後列のみの隣り合う一対づつの偏平チューブ(1)の開口に挿入されて、その湾曲面(5a)が偏平チューブ(1b)の半円弧状内面部(1b)に接し且つ、各偏平チューブ(1)の開口の長軸方向の最前端部および最後端部のみに嵌着され、その嵌着部がろう付けされてなることを特徴とする熱交換器の補強構造である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の熱交換器の補強構造おいて、
前記補強部材(5)の各挿入部(7)の先端縁が先細り面(17)に形成された熱交換器の補強構造である。
請求項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱交換器の補強構造において、
熱交換器コアの平面の中央位置で、その一方のヘッダープレート(4)に２パス用の仕切り(11)が設けられ、その仕切り(11)に隣接した両側の偏平チューブ(1) に前記補強部材(5)がろう付けされた熱交換器の補強構造である。

本発明の請求項１および請求項２に記載の補強構造の補強部材５は、最前列および最後列のみの各偏平チューブ１の最前部および最後部のみ挿入されて、その挿入部９がろう付けされるものである。そのため、亀裂が生じ易い部分を効果的に補強することができる。それと共に、偏平チューブの開口の閉塞部を必要最小限にすることができる。そして、その挿入部９の湾曲面(5a)が偏平チューブ(1b)の半円弧状内面部(1b)に整合し且つ接するので、偏平チューブ１内面とのろう付け強度を向上させる。そして確実な補強部材５のろう付け構造を提供し、熱歪みに強い熱交換器となりうる。

上記構成において、請求項３に記載のように、その先端部を先細り面１７に形成した場合には、補強部材５の挿入部９を偏平チューブ１開口に挿入しやすく、且つろう付けをさらに強固にすることができる。
上記構成において、請求項４に記載のように、２パス用の仕切り１１が設けられたものにおいては、それに隣接した両側の偏平チューブ１に補強部材５をろう付けしたので、特に仕切り１１近傍の偏平チューブ１に集中する熱応力を効果的に支持し、補強効果の高いものとすることができる。

本発明の補強部材５の製造工程を順に（Ａ）〜（Ｃ）で示す説明図であり（Ｄ）はその（Ｃ）のＤ−Ｄ断面図。同補強部材５を熱交換器コア３に取付ける説明図。同取付け状態を示す平面図。図３のIV−IV矢視断面図。仕切り１１を有する熱交換器コア３における補強部材５の配置位置の斜視説明図。本発明の他の補強部材５の製造工程を順に示す説明図。同補強部材を有する熱交換器コアの要部平面図。図７のVIII−VIII矢視断面図。本発明のさらに他の補強部材５の製造工程を順に示す説明図。同取付け状態を示す平面図。本発明の補強構造が適用される他の偏平チューブの横断面。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
本発明はエンジン冷却水冷却用の熱交換器であって、一般に自動車用ラジエータと言われているものに関し、特に偏平チューブが二列以上に並列されたものの補強構造に関する。図２はその熱交換器の要部斜視図であり、二列に並列された多数の偏平チューブ１とフィン２とが交互に配置され、各偏平チューブ１の両端が一対のヘッダープレート４（図５参照）に挿通されている。そのヘッダープレート４には予め多数のチューブ挿通孔が穿設され、その孔縁部が内面側にバーリング加工されている。

図３に示す如く、偏平チューブ１は、その開口に長軸と短軸とを有するものであり、その開口の短軸長さＳ（対向する平面部1a間距離）がこの例では1.6mmであり、その開口の長軸が12mmである。言い換えれば、その偏平チューブ１は、一対の対向する平行な平面部1aと、その各平面部1aの両縁間を夫々連結する一対の半円弧状内面部(1b)と、を具備する。
偏平チューブとフィンの並列方向両端にはサポート材１９が配置され、そのサポート材１９の両端がヘッダープレート４に固定される。

このような二列型熱交換器において、その熱交換器コア３の４隅にはそれぞれ補強部材５が取付けられる。この補強部材５は、図１および図２に示すごとく、前記偏平チューブ１の開口の短軸長さＳの１／２に整合する板厚ｗの金属板の曲折体からなる。
その補強部材５は、図１（Ａ）に示す如く、細長い連結部６の長手方向の両端部に展開状態で平面コ字状部７ａがその開口側を外向きに一対形成されている。そして、（Ｂ）に示す如く、各コ字状部７ａの両先端部が、谷折り線8aで連結部６側に折り返され且つ重ね合わされる。すると、その折返し端縁が板厚ｗを曲率半径とする断面半円弧状に形成されて、そこに湾曲面5aを形成する。

この湾曲面5aは偏平チューブ１の前記半円弧状内面部1bに整合する。折り返された重合部８は、（Ｃ）に示す如く、連結部６の平面に直交して断面Ｌ字状に曲折される。その結果、それらが偏平チューブの長軸の半分に満たない幅の４つの挿入部９を形成する。
なお、図１（Ａ）の平面コ字状部７ａの谷折り線8aは、連結部６の端縁6aより外側に位置して、湾曲面5aをその端縁6aより外側に配置し、挿入部９を偏平チューブ１の開口の長軸側の縁部に挿入したとき、その湾曲面5aと偏平チューブ１の半円弧状内面1bとの接触状態およびそのろう付け状態を容易に確認できるようにしている。

このように補強部材５は、その板厚ｗが偏平チューブ１の開口の短軸長さＳの１／２に整合し、この例では補強部材５の板厚ｗは0.8mmである。挿入部９の厚みは、1.6mmで、その幅は５mm、連結部６方向の全長は34.6mm。そして、対向する一対の挿入部９の外面間寸法は一例として9.8mmとすることができる。このような各寸法は、図２においてコアの隅における互いに隣接する４つの偏平チューブ１の開口に嵌着したとき、図３のごとく、それぞれの挿入部９が前列チューブの前端部と、後列チューブの後端部とに嵌着する寸法とされる。
そして、各挿入部９の横断面は図５に示すごとく、その幅方向の縁の湾曲面5aが偏平チューブ１の長軸側の端部内面の半円弧状内面部1bに整合する。

なお、この例の熱交換器は、図５に示すごとく一方のタンク本体１２に仕切り１１が配置され、冷却水２２が２パスに流通するものである。そのために、補強部材５は図において上下両端と仕切り１１を境として、それに隣接する両側の位置に配置されている。

このように組立てられる熱交換器コア３は、互いに接触する各部品の少なくとも一方側にろう材が被覆または配置され、全体を高温の炉内に挿入して、一体的にろう付け固定するものである。このとき、図３，図４に示す如く、の如く補強部材５の挿入部９外周にろうフィレット２５が形成される。そして、全体が一体的にろう付け固定される。
この例では、樹脂製のタンク本体１２の小フランジ部２１が図示しないＯリングを介して、ヘッダープレート４の環状溝２４に嵌着され、かしめ用爪部２０をカシメることにより熱交換器を完成する。

そして、図５に示すごとく一方の入口パイプ１３から高温の冷却水２２が流通し、仕切り１１より上方に位置する各偏平チューブ１内を右から左に流通して、他方のタンク本体１２をＵターンする（同図では説明の都合上、タンク本体１２をヘッダープレート４から分離している）。そして、Ｕターンした流体は、偏平チューブ１を左から右に流通し、他方の出口パイプ１４からそれが流出する。そして、偏平チューブ１およびフィン２の外面にはファンまたは走行風による空気流が流通し、冷却水２２と空気流との間に熱交換が行われる。

このとき、図２〜図５において、少なくても４隅の偏平チューブ１には補強部材５の挿入部９が一体的にろう付け固定されており、その分だけ偏平チューブ１の開口が縮小する。
なお、上記実施例における各部品の寸法は必要に応じて設計変更することができる。
次に、図６〜図８は本発明の補強構造の他の例であり、これらが前記第１実施例と異なる点は、補強材５のコ字状部７ａの折り曲げ方向である。この例では図６に示す如くコ字状部７ａが山折り線8bの回りに、図1とは逆向きに曲折されたものである。

また、本発明は、偏平チューブ１がコアの厚み方向に３列配置された熱交換器コアに適用できる。この場合、補強部材５の４つの挿入部９が、コアの厚み方向の最前列と最後列の偏平チューブ１に挿入される。４列以上の偏平チューブを有する熱交換器においても同様である。

さらに、本発明の補強構造は、偏平チューブがコアの厚み方向に、図１０に示す如く、１列のみ配置されたものにも適用できる。この場合にも、その素材の金属板の板厚が偏平チューブ１の開口の対向する平面部1a間の距離Ｓの１／２に整合し、その金属板の曲折体で補強部材５を構成する。その補強部材５は、図９に示す如く、展開状態でその細長い連結部６の長手方向の両端部に平面Ｌ字状部(7)が形成され、そのＬ字状部(7)の両先端部が、先ず、連結部６側に折り返され且つ重ね合わされる。そして、その折返し端縁が偏平チューブ１の前記半円弧状内面部1bに整合する湾曲面5aとなる重合部8を形成する。

次いで、その重合部８が前記連結部６の平面に直交して断面Ｌ字状に延在し、一対の挿入部９を構成する。その挿入部の幅は偏平チューブの断面の長軸の１／４に満たない。そして、図１０に示す如く、その補強部材５の二つの各挿入部が、偏平チューブ１の並列方向の最外側列のみの偏平チューブ１の開口に挿入されて、その湾曲面5aが偏平チューブ１の半円弧状内面部1bに接して嵌着され、その嵌着部がろう付けされる。
また、本説明では、樹脂製のタンク本体とＯリングを用いた熱交換器を例にしたものであるが、タンク本体と熱交換器コアを一体ろう付けしたものも同様である。

１偏平チューブ
1a 平面部
1b 半円弧状内面部
２フィン
３熱交換器コア
４ヘッダープレート
５補強部材
5a 湾曲面
６連結部
6a 端縁
７Ｌ字状部
7a コ字状部

８重合部
8a 谷折り線
8b 山折り線
９挿入部
10 補強溝
11 仕切り
12 タンク本体
13 入口パイプ
14 出口パイプ

17 先細り面
19 サポート材
20 かしめ用爪部
21 小フランジ部
22 冷却水
23 側面
24 環状溝
25 ろうフィレット

Claims

１列に並列された多数の偏平チューブ(1) とフィン(2) と、各偏平チューブ(1) の両端が挿通され、その挿通部がろう付けされた一対のヘッダープレート(4)とを具備する熱交換器コアの補強構造において、
前記偏平チューブ(1) は、一対の対向する平行な平面部(1a)と、その各平面部(1a)の両縁間を夫々連結する一対の半円弧状内面部(1b)と、を具備し、
前記偏平チューブ(1) の開口の前記対向する平面部(1a)間距離Ｓの１／２に整合する板厚ｗの金属板の曲折体からなる補強部材(5) を有し、
その補強部材(5) は、その細長い連結部(6) の長手方向の両端部に展開状態で平面Ｌ字状部(7) が形成され、そのＬ字状部(7) の両先端部が、連結部(6) 側に折り返され且つ重ね合わされて、その折返し端縁が前記偏平チューブ(1) の前記半円弧状内面部(1b)に整合する湾曲面(5a)となる重合部(8) を有し、その重合部(8) が前記連結部(6) の平面に直交して断面Ｌ字状に延在された前記偏平チューブの長軸の半分に満たない幅の２つの挿入部(9) を有し、
その補強部材(5) の前記２つの各挿入部(9) は、偏平チューブの並列方向の両最外側列のみの偏平チューブ(1)の開口に挿入されて、その湾曲面(5a)が偏平チューブ(1b)の半円弧状内面部(1b)に接し且つ、各偏平チューブ(1) の開口の長軸方向の両端部のみに嵌着され、その嵌着部がろう付けされてなることを特徴とする熱交換器の補強構造。
複数列に並列された多数の偏平チューブ(1) とフィン(2) と、各偏平チューブ(1) の両端が挿通され、その挿通部がろう付けされた一対のヘッダープレート(4) とを具備する熱交換器コアの補強構造において、
前記偏平チューブ(1) は、一対の対向する平行な平面部(1a)と、その各平面部(1a)の両縁間を夫々連結する一対の半円弧状内面部(1b)と、を具備し、
前記偏平チューブ(1) の開口の前記対向する平面部(1a)間距離Ｓの１／２に整合する板厚ｗの金属板の曲折体からなる補強部材(5) を有し、
その補強部材(5) は、その細長い連結部(6) の長手方向の両端部に展開状態で平面コ字状部(7a)がその開口側を外向きに形成され、そのコ字状部(7a)の両先端部が、連結部(6) 側に折り返され且つ重ね合わされて、その折返し端縁が前記偏平チューブ(1) の前記半円弧状内面部(1b)に整合する湾曲面(5a)となる重合部(8) を有し、その重合部(8) が前記連結部(6) の平面に直交して断面Ｌ字状に延在された前記偏平チューブの長軸の半分に満たない幅の４つの挿入部(9) を有し、
その補強部材(5) の前記４つの各挿入部(9) は、前記コアの隅における最前列と最後列のみの隣り合う一対づつの偏平チューブ(1) の開口に挿入されて、その湾曲面(5a)が偏平チューブ(1b)の半円弧状内面部(1b)に接し且つ、各偏平チューブ(1) の開口の長軸方向の最前端部および最後端部のみに嵌着され、その嵌着部がろう付けされてなることを特徴とする熱交換器の補強構造。
請求項１または請求項２に記載の熱交換器の補強構造において、
前記補強部材(5) の各挿入部(9) の先端縁が先細り面(17)に形成された熱交換器の補強構造。
請求項１〜請求項３に記載のいずれかの熱交換器の補強構造において、
熱交換器コアの平面の中央位置で、その一方のヘッダープレート(4) に２パス用の仕切り(11)が設けられ、その仕切り(11)に隣接した両側の偏平チューブ(1) に前記補強部材(5)がろう付けされた熱交換器の補強構造。