JP2015078822A - コルゲートフィン型熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 コルゲートフィン型熱交換器の稼働中に、偏平チューブの長手方向に加わる熱応力を容易に吸収するとともに、その幅方向に加わる熱応力に対しては変形しないようにすること。
【解決手段】 コア4の両側に位置するサイドメンバー5の付根部に補強手段8を形成するとともに、チューブプレート3から十分離間した位置でサイドメンバー5の両側壁部5bに応力吸収部6を形成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、自動車用ラジエータ等において、稼働中のコアの熱膨張を吸収する熱交換器に関する。
エンジン冷却水を冷却するコルゲートフィン型熱交換器は、図7に示すごとく、偏平チューブ1とコルゲートフィン2とを交互に並列し、各偏平チューブ1の両端をチューブプレート3に貫通してコア4を形成し、各チューブプレート3にタンク本体9を配置するとともに、コア4の両側にサイドメンバー5を配置したものである。
そして、エンジンを冷却して高温となった冷却水を、一方のタンク本体9から各偏平チューブ1内に流通し、他方のタンク本体に導き、偏平チューブ1の外面側及びコルゲートフィン2側に送風を行なうものである。
偏平チューブ1内に高温の冷却水が流通すると、その偏平チューブ1およびコルゲートフィン2は、偏平チューブ1の長手方向に伸張するとともに、それに直交方向にも膨張する。しかしながら、サイドメンバー5はコア4の両側にあって且つ、高温の冷却水が流通
しないため、その状態を維持しようとする。すると、サイドメンバー5と偏平チューブ1との間に熱膨張の差が生じ、偏平チューブ1とチューブプレート3との付根に応力が加わることになる。
そこで、従来、特許文献1および特許文献2に記載のごとく、偏平チューブ1とサイドメンバー5との熱膨張差を吸収するため、サイドメンバー5の適宜位置に波形に形成した応力吸収部6を配置する提案がされている。
特開平9−79788号公報 特開2007−32896号公報
本発明者の実験によれば、サイドメンバー5とチューブプレート3との付根部の近傍に波形の応力吸収部6を配置した場合、その応力吸収部6が偏平チューブ1の長手方向の熱膨張を吸収することが確かめられた。しかしながら、偏平チューブ1の長手方向に直行する方向の熱膨張には耐えられないことが分かった。コア全体が偏平チューブ1の幅方向に膨張すると、コア4の最側に位置する偏平チューブ1の付根1aに亀裂が生じることがあった。それは、応力吸収部6の存在により、却って、偏平チューブ1の幅方向には、サイドメンバー5が容易に変形するために生じる。
そこで、本発明は偏平チューブ1の長手方向の熱膨張を吸収するとともに、それに直行する方向の熱膨張にも十分耐えられるコルゲートフィン型熱交換器を提供することを課題とする。
請求項1に記載の本発明は、偏平チューブ(1)とコルゲートフィン(2)とが交互に並列され、各偏平チューブ(1)の両端がチューブプレート(3)に貫通してコア(4)を形成し、コルゲートフィン(2)の並列方向の両端位置にサイドメンバー(5)が配置されたコルゲートフィン型熱交換器において、
そのサイドメンバー(5)は溝形に形成され、前記チューブプレート(3)からサイドメンバー(5)の長手方向に充分離間した位置で、その底部(5a)が欠切された底無し部(7)を有すると共に、その底無し部(7)の位置で、その両側壁部(5b)が波形に曲折されて、そのサイドメンバー(5)が長手方向に変形容易な熱応力吸収部(6)を形成し且つ、サイドメンバー(5)のチューブプレート(3)との付根部に、コア(4)のコルゲートフィン(2)の並列方向の外側へ加わる熱応力を支持する補強手段(8)を設けたことを特徴とするコルゲートフィン型熱交換器である。
請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記補強手段(8)として、サイドメンバー(5)の長手方向両端部の前記底部(5a)に、その長手方向に沿いその外側へ補強リブ(8a)が形成されたコルゲートフィン型熱交換器である。
請求項3に記載の本発明は、請求項1に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記補強手段(8)として、サイドメンバー(5)の長手方向両端部の幅を、それ以外の幅より広く形成して、その幅広部(8b)をチューブプレート(3)に接合したコルゲートフィン型熱交換器である。
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コルゲートフィン型熱交換器において、
前記熱応力吸収部(6)が、前記チューブプレート(3)から、65mm以上離れた位置にあるコルゲートフィン型熱交換器である。
本発明は、サイドメンバー5の底無し部7の位置で、その両側壁部5bが波形に曲折されて、そのサイドメンバー5が長手方向に変形容易な熱応力吸収部6を形成したので、その熱応力吸収部6により、稼動中の偏平チューブ1の長手方向の熱膨張を効果的に吸収することができる。そして、サイドメンバー5とチューブプレート3との付根部に補強手段8を設けたので、偏平チューブの並列方向に熱膨張が生じても、サイドメンバーの付根の変形を防止して、偏平チューブ1の形状を保持して、変形に伴う、その亀裂を効果的に防止できる。
請求項2に記載の発明のように、前記補強手段8として、サイドメンバー5の長手方向両端部の底部5aに、その長手方向に沿いその外側へ補強リブ8aを形成した場合には、簡単な構造でコア4の最側端に位置する偏平チューブ1の付根の変形や亀裂を防止することができる。
請求項3に記載の発明のように、前記補強手段8として、サイドメンバー5の長手方向両端部の幅を、それ以外の幅より広く形成して、その幅広部8bをチューブプレート3に接合した場合にも、簡単な構造でコア4の最側端に位置する偏平チューブ1の付根の変形や亀裂を防止することができる。
上記構成において、請求項4に記載の発明のように、前記熱応力吸収部6を、チューブプレート3から、65mm以上離れた位置に形成した場合には、偏平チューブの並列方向への熱膨張により、偏平チューブ1の付根に生じる応力を極めて小さくすることができる。
本発明のコルゲートフィン型熱交換器の要部斜視図。 図1のII部拡大図。 図1のIII部拡大図。 本発明の補強手段8の他の実施例を示す要部拡大図。 本発明の第1実施例の要部側面図。 図5における長さLを横軸としたとき、コア4の最側端に位置する偏平チューブ1付根1aに加わる応力を縦軸にした、実験値を示し、L=0のときの基準値を100%とする。 従来のコルゲートフィン型熱交換器のサイドメンバーに熱応力が加わったときの状態を示す図。
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。
本発明のコルゲートフィン型熱交換器は、図1に示すごとく、偏平チューブ1とコルゲートフィン2とを交互に並列し、各偏平チューブ1の両端をチューブプレート3に貫通してコア4を形成する。そして、コルゲートフィン2の並列方向両端位置にサイドメンバー5を配置(右側省略)したものである。
そのサイドメンバー5は溝形に形成され、底部5aとその両側に配置された側壁部5bとからなる。このサイドメンバー5には、チューブプレート3から十分離間した位置に底部5aがH型に欠切された底無し部7を有する。それとともに、その底無し部7の位置で側壁部5bが波形に湾曲されて、応力吸収部6を形成する。この応力吸収部6は、熱交換器の稼動に伴い、コア4が偏平チューブ1の長手方向に膨張したとき、それに応じてサイドメンバー5を容易に変形させるものである。そして、この底無し部7および応力吸収部6は、上下一対のチューブプレート3から略等距離にそれぞれ一対形成されている。同様に図示しない右側のサイドメンバー5においても、それらが形成されている。
さらに、サイドメンバー5とチューブプレート3との付根部において、サイドメンバー5には補強手段8として一対の補強リブ8aが並列されている。この補強手段8は、コア4がコルゲートフィン2の並列方向外側に加わる熱応力を支持するものであり、その補強手段8によって、サイドメンバー5の付根部が、外側に変形するのを防止する。それにより、コア4の最側端に位置する偏平チューブ1の付根1aに亀裂が生じるのを防止するものである。逆にいえば、サイドメンバー5の付根部が変形すると、偏平チューブ1の付根1aも容易に変形し、その変形に伴い、変形部に亀裂が生じる。
この補強手段8は、補強リブ8aに限ることなく、例えば、図4に示すごとく、サイドメンバー5の底部5aを幅広に形成した幅広部8bをサイドメンバー5の根元部に設け、それをチューブプレート3に接合してもよい。それにより、サイドメンバー5の断面係数を大きくするものである。なお、サイドメンバー5の根元部は、溝形の底部5aのみを延長し、それをチューブプレート3のスリットに嵌着して、その嵌着部をろう付け固定することが好ましい。
次に、応力吸収部6の成形方法についてその一例を述べる。先ず、サイドメンバー5の底部5aの全幅に渡り、H状のスリットをプレス成形により欠切して、底無し部7を形成する。そのとき、Hの上フランジおよび下フランジが側壁部5bに沿って配置されるようにする。それにより、その底無し部7の位置では、サイドメンバー5はその幅方向への外力に対して容易に変形する。そこで、次に、そのサイドメンバー5の位置で、プレス成形により両側壁部5bを幅方向にプレス成形して、その波形を互いに対向させる。このようにしてなるサイドメンバー5の両端をチューブプレート3に接合するとともに、各偏平チューブ1をチューブプレート3の両端に挿通し、各部品間を一体にろう付け固定して、本コルゲートフィン型熱交換器を完成する。
(作用)
一例として、エンジンを冷却した高温の冷却水を一方のタンク本体9の出入口パイプ10から各偏平チューブ1に供給し、他方のタンク本体9からそれを流出させる。それとともに、コア4に冷却風を供給する。そして、偏平チューブ1内の冷却水と冷却風との間に熱交換を行なう。
このとき、コア4は、その偏平チューブ1の長手方向およびそれに直行する方向に熱膨張する。偏平チューブ1の長手方向の熱膨張は、サイドメンバー5の応力吸収部6により吸収される。次に、コア4の幅方向への熱膨張に基づいて加わるサイドメンバー5の荷重に対しては、応力吸収部6はその断面係数が大となり、変形することがない。また、サイドメンバー5とチューブプレート3との付根には、補強手段8が設けられているため、特にサイドメンバー5の付根の変形を防止する。それにより、コア4の最側端に位置する偏平チューブ1の付根1aの変形および、それに伴う偏平チューブの付根の亀裂を防止できる。なお、補強リブ8aは、サイドメンバー5の底部5aにプレス成形により形成することができる。
次に、応力吸収部6および底無し部7は、チューブプレート3から十分離れた位置に形成される。図5においてその長さLは、65mm以上とすることが好ましい。これは次の実験により、確認されたものである。
応力吸収部6および底無し部7をチューブプレート3とサイドメンバー5との根元部に配置したときに、コア4の最側端に位置する偏平チューブ1の付根1aに加わる応力を基準として、その値を100%とする。ついで、応力吸収部6および底無し部7の位置Lとし、各Lの長さごとに応力を測定する。その結果、図6に示すごとく、L=65mmの位置でチューブの付根応力が急激に減少することがわかった。
(変形例)
なお、上記実施例では、一対のチューブプレート3およびタンク本体9をコア4の上下方向に配置したが、それらを左右方向に配置し、サイドメンバー5を上下に配置してもよい。
1 偏平チューブ
1a 付根
2 コルゲートフィン
3 チューブプレート
4 コア
5 サイドメンバー
5a 底部
5b 側壁部
6 応力吸収部
7 底無し部
8 補強手段
8a 補強リブ
8b 幅広部
9 タンク本体
10 出入口パイプ

Claims (4)

  1. 偏平チューブ(1)とコルゲートフィン(2)とが交互に並列され、各偏平チューブ(1)の両端がチューブプレート(3)に貫通してコア(4)を形成し、コルゲートフィン(2)の並列方向の両端位置にサイドメンバー(5)が配置されたコルゲートフィン型熱交換器において、
    そのサイドメンバー(5)は溝形に形成され、前記チューブプレート(3)からサイドメンバー(5)の長手方向に充分離間した位置で、その底部(5a)が欠切された底無し部(7)を有すると共に、その底無し部(7)の位置で、その両側壁部(5b)が波形に曲折されて、そのサイドメンバー(5)が長手方向に変形容易な応力吸収部(6)を形成し且つ、サイドメンバー(5)のチューブプレート(3)との付根部に、コア(4)のコルゲートフィン(2)の並列方向の外側へ加わる熱応力を支持する補強手段(8)を設けたことを特徴とするコルゲートフィン型熱交換器。
  2. 請求項1に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
    前記補強手段(8)として、サイドメンバー(5)の長手方向両端部の前記底部(5a)に、その長手方向に沿いその外側へ補強リブ(8a)が形成されたコルゲートフィン型熱交換器。
  3. 請求項1に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
    前記補強手段(8)として、サイドメンバー(5)の長手方向両端部の幅を、それ以外の幅より広く形成して、その幅広部(8b)をチューブプレート(3)に接合したコルゲートフィン型熱交換器。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれかに記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
    前記応力吸収部(6)が、前記チューブプレート(3)から、65mm以上離れた位置にあるコルゲートフィン型熱交換器。
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