JP2013145097A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アッパタンク４Ａに設けられる取付けフランジ４２の変形を防止する。
【解決手段】熱交換器３は、アッパタンク４Ａの周囲に取付けフランジ４２が設けられ、この取付けフランジ４２の角部に締結部４３が形成されている。取付けフランジ４２は、クーラケース２のケース側シール面２０ａに対向するタンク側シール面を有し、このタンク側シール面の周縁よりタンク側シール面と直交して折り曲げられたリブ壁４４がタンク側シール面の全周に設けられ、そのリブ壁４４を介してタンク側シール面と締結部４３との間にケース側の段差に相当する高低差が設定されている。つまり、リブ壁４４の高さ分だけタンク側シール面４２ａと締結部４３との間に段差が設けられている。この構成によれば、取付けフランジ４２の強度が向上するため、クーラケース２の内部に過給圧が加わった時に、取付けフランジ４２の変形を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケースの内部に熱交換器を収容して使用される熱交換装置に関する。

従来技術として、特許文献１に開示された熱交換装置がある。
この熱交換装置は、例えば、過給機で圧縮された空気を冷却水によって冷却する水冷式のインタークーラに使用され、図８に示す様に、過給機で圧縮された空気が内部を通過する箱状のケース１００と、このケース１００の内部に収容される熱交換器２００とで構成される。
ケース１００は、熱交換器２００を収容する開口部が形成されると共に、開口部の周囲に熱交換器２００を取り付けるためのフランジ部１１０が設けられ、且つ、フランジ部１１０にシール用のパッキン３００を収納する収納溝が凹設されている。

熱交換器２００は、ケース１００の開口部を塞ぐアッパタンク２１０を有し、このアッパタンク２１０の周囲に取付けフランジ２２０が設けられ、且つ、取付けフランジ２２０の角部に締結部２３０（図９参照）が４箇所形成されている。この熱交換器２００は、ケース１００の内部に収容されて、締結部２３０をケース１００のフランジ部１１０にボルト４００等により締結して固定され、且つ、ケース１００のフランジ部１１０と取付けフランジ２２０との間にパッキン３００が圧縮されて、フランジ部１１０と取付けフランジ２２０との間がシールされる。

特開２００９−１９８６８号公報

ところが、上記の熱交換装置は、４箇所の締結部２３０が取付けフランジ２２０と同一平面上に設けられ、且つ、ケース１００側とのシール面を形成する取付けフランジ２２０の直下にパッキン３００が配置されるため、図９に示す様に、締結部２３０に形成されるボルト孔２４０の中心からアッパタンク２１０の側壁までの距離Ｃが長くなる。このため、ケース１００の内部に過給圧（過給機により圧縮された空気の圧力）が加わった時に、アッパタンク２１０の対角線方向に取付けフランジ２２０が変形する恐れがある。
取付けフランジ２２０が変形すると、図１０に二点鎖線で示す様に、取付けフランジ２２０のシール面がケース１００のフランジ部１１０から浮き上がるため、パッキン３００の圧縮量が不足してシール性が低下する問題が生じる。

取付けフランジ２２０の変形を抑制する手段として、例えば、図１１に示す様に、取付けフランジ２２０の両側面を幅方向（図示Ｗ方向）に延長して、その延長部分を折り曲げることによってリブ２５０を立てる方法がある。しかし、この方法では、リブ２５０を立てた分だけアッパタンク２１０の横幅Ｗが大きくなるため、車両への搭載性が悪化する。 また、シール面の直下に配置されるパッキン３００より離れた位置にリブ２５０を立てても、そのリブ２５０による補強効果は小さいため、取付けフランジ２２０の変形を抑制するための有効な手段とは成り得ない。
リブ２５０を立てる方法以外では、取付けフランジ２２０に形成される締結部２３０の数を増やしてボルト間ピッチを狭くする、あるいは、図９に示した距離Ｃを短縮することが考えられる。

しかし、締結部２３０を増やすためには、大きなスペースが必要となる。言い換えると、締結部２３０を増やした分だけ取付けフランジ２２０が大型化するため、リブ２５０を立てる方法以上に、熱交換装置の搭載性が悪化する。
また、取付けフランジ２２０に形成されるシール面の直下にパッキン３００が配置されるシール構造では、図９に示す距離Ｃを短縮することは出来ない。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ケースの内圧に対して、熱交換器のアッパタンクに設けられる取付けフランジの変形を防止できる熱交換装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、一面に開口部を有するケースと、開口部よりケースの内部に収容される熱交換器とを有し、ケースは、開口部の周囲に熱交換器を取り付けるためのフランジ部を有すると共に、このフランジ部にパッキンを収納する収納溝が凹設され、熱交換器は、ケースの開口部を閉塞するアッパタンクを有すると共に、アッパタンクの周囲に取付けフランジが設けられ、この取付けフランジに形成される締結部をケースのフランジ部に形成される取付け面に締結することにより、取付けフランジとフランジ部との間にパッキンを圧縮してケースに固定される熱交換装置であって、ケースのフランジ部は、収納溝が全周に凹設されるケース側シール面を有し、このケース側シール面と取付け面との間に段差が設けられ、アッパタンクの取付けフランジは、パッキンを圧縮してケース側シール面に当接するタンク側シール面を有すると共に、このタンク側シール面の周縁よりタンク側シール面と直交して折り曲げられたリブ壁がタンク側シール面の全周に設けられ、リブ壁を介してタンク側シール面と締結部との間にケース側の段差に相当する高低差が設定されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、アッパタンクの取付けフランジにリブ壁を設けて、そのリブ壁によってタンク側シール面と締結部との間に段差（ケース側の段差に相当する高低差）を形成しているので、特許文献１に記載した従来技術と比較して、取付けフランジの強度が向上する。これにより、ケースに高い内圧が加わった時に、取付けフランジの変形を抑制できるため、取付けフランジのタンク側シール面がケース側シール面から浮き上がることを防止できる。つまり、タンク側シール面とケース側シール面との間でパッキンの圧縮量が低減することはないので、必要なシール性能を維持できる。
また、取付けフランジには、タンク側シール面の全周にリブ壁が設けられ、そのリブ壁より内側、つまりタンク側シール面の直下にパッキンが配置される。このため、締結部をリブ壁の外側へ大きく張り出して設ける必要はなく、リブ壁に近接して形成することができるので、ケースに高い内圧が加わった時に、取付けフランジの変形を小さくできる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した熱交換装置において、アッパタンクは、内部を流体が流れるチューブの一端側が挿入されるコアプレートと、このコアプレートに接合されるタンクカバーとで構成され、取付けフランジは、タンクカバーまたはコアプレートと一体に設けられていることを特徴とする。
本発明に係る取付けフランジは、アッパタンクを構成するタンクカバーとコアプレートのどちらか一方と一体に設けることができる。

（請求項３の発明）
請求項２に記載した熱交換装置において、取付けフランジが一体に設けられたタンクカバーまたはコアプレートは、プレス成形品であることを特徴とする。
取付けフランジに設けられるリブ壁は、タンク側シール面の周縁よりタンク側シール面に対し直交して折り曲げられている。また、締結部は、リブ壁より外側へ張り出して形成されるので、取付けフランジが一体に設けられたタンクカバーまたはコアプレートは、プレス加工によって容易に製作できる。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れか一つの熱交換装置において、アッパタンクは、締結部がボルトの締め付け力によってケースの取付け面に固定されることを特徴とする。
ボルトによる締結構造であれば、例えば、かしめによる締結構造と比較して、設備費を低く抑えることができる。

（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れか一つの熱交換装置において、ケースの内部を過給機で圧縮された空気が通り抜ける一方、熱交換器の内部を冷却水が流れることにより、過給機で圧縮された高温の空気を冷却水によって冷却する水冷式のインタークーラであることを特徴とする。
過給機で圧縮された空気を冷却するインタークーラは、大気圧以上の空気圧力がケースの内部に加わるため、取付けフランジの強度を向上できる本発明の熱交換装置をインタークーラに適用することは、取付けフランジの変形を防止できる上で効果が大である。

インタークーラの構成を示す斜視図である。 図１に示すインタークーラのＸ−Ｘ断面図である。 図１に示すインタークーラのＹ−Ｙ断面図である。 アッパタンクの斜視図である。 取付けフランジの締結部を示す図４のＡ部拡大図である。 実施例２に係るインタークーラの断面図である。 実施例３に係るインタークーラの断面図である。 従来技術に係るインタークーラの断面図である。 従来技術に係るアッパタンクの斜視図である。 従来技術の課題を説明するインタークーラの断面図である。 従来技術に係るアッパタンクの斜視図である。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

（実施例１）
この実施例１では、本発明の熱交換装置をインタークーラに適用した一例を説明する。 図１に示すインタークーラ１は、過給機（図示せず）で圧縮された空気を冷却水との熱交換によって冷却する水冷式の冷却装置であり、エンジンの吸気通路に接続されるクーラケース２と、このクーラケース２の内部に収容される熱交換器３とで構成される。
クーラケース２は、略直方体形状に形成され、ケース上端には、熱交換器３をケース内部へ挿入するための挿入口２ａ（本発明の開口部）が全面に開口している。また、クーラケース２の一方の側面には、過給機のコンプレッサで圧縮された空気が流入する流入口（図示せず）が形成され、ダクト等によりコンプレッサの出口部に接続されている。クーラケース２の他方の側面には、熱交換器３で冷却された空気が流出する流出口（図示せず）が形成され、エアホース等によりスロットルボディ（図示せず）の入口管に接続されている。

熱交換器３は、図１に示す様に、空気と冷却水との熱交換を行う熱交換コア部（以下に説明する）と、この熱交換コア部の上下両端に配置される一対のヘッダタンク４とを備える。熱交換コア部は、所定の間隔を有して並列に配置される複数本のチューブ５と、隣り合うチューブ５同士の間に配置されてチューブ５の表面に接合されるフィン６と、熱交換コア部の両サイドに配置される補強用のサイドプレート７とで構成される。
ヘッダタンク４は、図２、図３に示す様に、チューブ５の端部が差し込まれるコアプレート４０と、このコアプレート４０に接合されるタンクカバー４１とで構成される。このヘッダタンク４は、熱交換器３をクーラケース２の内部に挿入した状態でクーラケース２の挿入口２ａ側に配置されるアッパタンク４Ａと、クーラケース２の底面側に配置されるロアタンク４Ｂとを有し、チューブ５を介してアッパタンク４Ａとロアタンク４Ｂとが連通している。

アッパタンク４Ａは、図３に示す様に、タンク内部がセパレータ８によって入口側タンク室４ａと出口側タンク室４ｂとに仕切られており、タンクカバー４１には、入口側タンク室４ａに連通する入口パイプ９と、出口側タンク室４ｂに連通する出口パイプ１０とが接続される。入口パイプ９と出口パイプ１０は、図示しない配管を介して外部の冷却水回路に接続される。
また、アッパタンク４Ａのコアプレート４０に差し込まれるチューブ５は、図３に示す様に、入口側タンク室４ａに連通する上流側チューブ５ａと、出口側タンク室４ｂに連通する下流側チューブ５ｂとに分割されている。従って、熱交換器３を流れる冷却水は、入口パイプ９よりアッパタンク４Ａの内部へ流入し、入口側タンク室４ａ→上流側チューブ５ａ→ロアタンク４Ｂ→下流側チューブ５ｂ→出口側タンク室４ｂを通って、出口パイプ１０より流出する。

一方、過給機で圧縮された空気は、クーラケース２の流入口よりケース内部へ流れ込み、熱交換器３の熱交換コア部（チューブ５とチューブ５との間）を通過する際に、チューブ５の内部を流れる冷却水との熱交換によって冷却され、クーラケース２の流出口よりケース外部へ流出する。
なお、熱交換器３を構成する各部品（ヘッダタンク４、チューブ５、フィン６、サイドプレート７、セパレータ８）は、それぞれ同一種類の金属材料、例えば、高い熱伝導性を有するアルミニウム等の金属材料を使用してプレス加工され、熱交換器３を組み立てた状態で炉中ろう付け、あるいは半田付けによって一体に接合される。

次に、クーラケース２に対する熱交換器３の取付け構造について説明する。
クーラケース２は、図１に示す様に、挿入口２ａの周囲に熱交換器３を取り付けるためのフランジ部２０が全周に設けられている。このフランジ部２０は、シール用のパッキン１１を収納する収納溝２０ｂが全周に凹設されるケース側シール面２０ａと、フランジ部２０の角部に設けられる４箇所の取付け面２０ｃとを有している。但し、フランジ部２０には、ケース側シール面２０ａと取付け面２０ｃとの間に段差が設けられ、ケース側シール面２０ａより取付け面２０ｃの方が低く形成されている。また、取付け面２０ｃには、熱交換器３を固定するためのボルト１２を通す貫通孔２２ａが形成されている。
パッキン１１は、例えば、ゴム製であり、図１に示す様に、周方向に切れ目の無い連続したロの字型に形成されている。

熱交換器３は、図４に示す様に、アッパタンク４Ａの周囲に取付けフランジ４２が設けられ、この取付けフランジ４２の角部に４箇所の締結部４３が形成されている。この取付けフランジ４２は、アッパタンク４Ａのタンクカバー４１と一体にプレス加工によって形成される。
取付けフランジ４２は、図３に示す様に、ケース側シール面２０ａに対向するタンク側シール面４２ａを有し、このタンク側シール面４２ａの周縁よりタンク側シール面４２ａと直交して折り曲げられたリブ壁４４がタンク側シール面４２ａの全周に設けられ、そのリブ壁４４を介してタンク側シール面４２ａと締結部４３との間にケース側の段差（ケース側シール面２０ａと取付け面２０ｃとの間に設けられる段差）に相当する高低差が設定されている。つまり、リブ壁４４の高さ分だけタンク側シール面４２ａと締結部４３との間に段差が設けられている。また、締結部４３には、図１に示す様に、クーラケース２の取付け面２０ｃに形成された貫通孔２２ａに対応してボルト１２を通すための長孔４３ａが空けられている。

上記の熱交換器３は、クーラケース２の挿入口２ａよりロアタンク４Ｂ側を下に向けてクーラケース２の内部に挿入され、アッパタンク４Ａの取付けフランジ４２をクーラケース２のフランジ部２０に重ね合わせて配置される。この後、取付けフランジ４２に設けられる締結部４３をクーラケース２のフランジ部２０に形成される取付け面２０ｃにボルト１２とナット１３で締め付けてクーラケース２に固定される。なお、ボルト１２は、取付けフランジ４２の締結部４３に空けられた長孔４３ａと、フランジ部２０の取付け面２０ｃに空けられた貫通孔２２ａとに挿通され、貫通孔２２ａより突き出るボルト１２の雄ねじ部にナット１３（図３参照）を締め付けて締結される。これにより、フランジ部２０と取付けフランジ４２との間にパッキン１１が圧縮され、タンク側シール面４２ａがケース側シール面２０ａに当接することにより、両シール面４２ａ、２０ａの間がパッキン１１を介して気密にシールされる。

（実施例１の作用および効果）
実施例１に記載したインタークーラ１は、アッパタンク４Ａの取付けフランジ４２にリブ壁４４を設けて、そのリブ壁４４によってタンク側シール面４２ａと締結部４３との間に段差を形成している。この構成では、タンク側シール面４２ａの全周にリブ壁４４が設けられるので、タンク側シール面４２ａと締結部４３とが同一平面に形成される特許文献１の従来技術と比較して、取付けフランジ４２の強度が向上する。
これにより、クーラケース２の内部に過給圧（ブースト圧）が加わった時に、取付けフランジ４２の変形を抑制でき、タンク側シール面４２ａがケース側シール面２０ａから浮き上がることを防止できる。その結果、タンク側シール面４２ａとケース側シール面２０ａとの間でパッキン１１の圧縮量（締め代）が低減することはないので、必要なシール性能を維持できる。また、リブ壁４４を設けた取付けフランジ４２は、アッパタンク４Ａのタンクカバー４１と一体にプレス加工によって容易に製作できる。

本実施例に記載した取付けフランジ４２は、タンク側シール面４２ａの全周にリブ壁４４が設けられ、そのリブ壁４４より内側、つまりタンク側シール面４２ａの直下にパッキン１１が配置される。この場合、締結部４３の直下にパッキン１１が配置されることはないので、締結部４３をリブ壁４４の外側へ大きく張り出して設ける必要はなく、リブ壁４４に近接して形成することができる。すなわち、図５に示す様に、締結部４３に空けられた長孔４３ａの中心からリブ壁４４までの距離Ｂを小さくできる。この距離Ｂは、図９に示した従来技術に係る取付けフランジ２２０の距離Ｃと比較して小さくできるので、クーラケース２に過給圧が加わった時に、取付けフランジ４２の変形を小さくできる効果が大きい。

さらに、取付けフランジ４２に設けられるリブ壁４４は、タンク側シール面４２ａの周縁よりタンク側シール面４２ａと直交して折り曲げられているため、リブ壁４４を設けるために取付けフランジ４２の両側面を幅方向（図２の左右方向）に延長する必要はない。つまり、取付けフランジ４２にリブ壁４４を設けることによって取付けフランジ４２が大型化することはないので、車両への搭載性が悪化することもない。

（実施例２）
この実施例２は、アッパタンク４Ａの取付けフランジ４２に設けられるリブ壁４４の向きを実施例１と逆方向に設定した一例である。
すなわち、アッパタンク４Ａの取付けフランジ４２は、タンク側シール面４２ａより締結部４３の方が高い位置に設けられ、リブ壁４４によってタンク側シール面４２ａと締結部４３との間にケース側の段差に相当する高低差が設定されている。つまり、取付けフランジ４２は、図６に示す様に、タンク側シール面４２ａの周縁よりリブ壁４４が図示上方へ折り曲げられて、そのリブ壁４４の上端よりリブ壁４４の外側へ締結部４３が張り出して形成されている。

また、クーラケース２のフランジ部２０は、取付けフランジ４２の形状に対応して、図６に示す様に、ケース側シール面２０ａより取付け面２０ｃの方が高い位置（図示上方）に形成され、ケース側シール面２０ａと取付け面２０ｃとの間にリブ壁４４の高さに相当する段差が設けられている。
上記の構成では、取付けフランジ４２に設けられるタンク側シール面４２ａと締結部４３との段差方向、および、クーラケース２のフランジ部２０に設けられるケース側シール面２０ａと取付け面２０ｃとの段差方向が実施例１と反対に設定されるが、それ以外の構成は実施例１と同じであり、よって、実施例１と同様の効果を得ることができる。
なお、この実施例２の構成では、図６に示す様に、クーラケース２の取付け面２０ｃを形成するフランジ部２０の肉厚を大きく確保できるので、フランジ部２０に螺子孔を形成して、その螺子孔にボルト１２を結合する構成を採用することも出来る。

（実施例３）
この実施例３は、アッパタンク４Ａの取付けフランジ４２をコアプレート４０と一体に設けた一例である。実施例１では、取付けフランジ４２をタンクカバー４１と一体に設けた例を説明したが、図７に示す様に、取付けフランジ４２をコアプレート４０と一体に設けることも出来る。
この場合でも、取付けフランジ４２を設けたコアプレート４０をプレス加工によって容易に製作でき、実施例１と同様の効果を得ることが出来る。

（変形例）
実施例１では、アッパタンク４Ａの取付けフランジ４２をクーラケース２のフランジ部２０に締結する手段としてボルト１２とナット１３を記載したが、例えば、取付けフランジ４２をクーラケース２のフランジ部２０にかしめ固定する構成でも良い。
実施例１では、本発明の熱交換装置を水冷式のインタークーラ１に適用した一例を説明したが、インタークーラ以外の熱交換装置、例えば、冷凍サイクルに使用される冷媒凝縮器、冷媒蒸発器、暖房用のヒータコア、エンジン冷却システムに用いられるラジエータ、エンジンやギヤボックスなどの潤滑油を冷却するオイルクーラー、排気の一部を吸気に戻すＥＧＲシステムに使用されるＥＧＲクーラ等にも適用できる。

１ インタークーラ（熱交換装置）
２ クーラケース（ケース）
２ａ クーラケースの挿入口（開口部）
３ 熱交換器
４Ａ 熱交換器のアッパタンク
５ チューブ
１１ パッキン
１２ ボルト
２０ クーラケースのフランジ部
２０ａ ケース側シール面
２０ｂ 収納溝
２０ｃ フランジ部の取付け面
４０ コアプレート
４１ タンクカバー
４２ 取付けフランジ
４２ａ タンク側シール面
４３ 取付けフランジの締結部
４４ 取付けフランジのリブ壁

Claims (5)

1. 一面に開口部を有するケースと、
   前記開口部より前記ケースの内部に収容される熱交換器とを有し、
   前記ケースは、前記開口部の周囲に前記熱交換器を取り付けるためのフランジ部を有すると共に、このフランジ部にパッキンを収納する収納溝が凹設され、
   前記熱交換器は、前記ケースの開口部を閉塞するアッパタンクを有すると共に、前記アッパタンクの周囲に取付けフランジが設けられ、この取付けフランジに形成される締結部を前記ケースのフランジ部に形成される取付け面に締結することにより、前記取付けフランジと前記フランジ部との間に前記パッキンを圧縮して前記ケースに固定される熱交換装置であって、
   前記ケースのフランジ部は、前記収納溝が全周に凹設されるケース側シール面を有し、このケース側シール面と前記取付け面との間に段差が設けられ、
   前記アッパタンクの取付けフランジは、前記パッキンを圧縮して前記ケース側シール面に当接するタンク側シール面を有すると共に、このタンク側シール面の周縁より前記タンク側シール面と直交して折り曲げられたリブ壁が前記タンク側シール面の全周に設けられ、前記リブ壁を介して前記タンク側シール面と前記締結部との間に前記ケース側の段差に相当する高低差が設定されていることを特徴とする熱交換装置。
2. 請求項１に記載した熱交換装置において、
   前記アッパタンクは、内部を流体が流れるチューブの一端側が挿入されるコアプレートと、このコアプレートに接合されるタンクカバーとで構成され、
   前記取付けフランジは、前記タンクカバーまたは前記コアプレートと一体に設けられていることを特徴とする熱交換装置。
3. 請求項２に記載した熱交換装置において、
   前記取付けフランジが一体に設けられた前記タンクカバーまたは前記コアプレートは、プレス成形品であることを特徴とする熱交換装置。
4. 請求項１〜３に記載した何れか一つの熱交換装置において、
   前記アッパタンクは、前記締結部がボルトの締め付け力によって前記ケースの取付け面に固定されることを特徴とする熱交換装置。
5. 請求項１〜４に記載した何れか一つの熱交換装置において、
   前記ケースの内部を過給機で圧縮された空気が通り抜ける一方、前記熱交換器の内部を冷却水が流れることにより、前記過給機で圧縮された高温の空気を前記冷却水によって冷却する水冷式のインタークーラであることを特徴とする熱交換装置。

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