JP2017015352A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】コアを形成する際の加熱によってレインフォースを確実に切断する。【解決手段】レインフォース２０は、冷却水の流れ方向の中央からオフセットされた位置に設けられチューブ１１とフィン１２とを加熱により一体化させてコア１０を形成する際にコア１０に対する位置が規定される位置規定部２４と、冷却水の流れ方向の端部２３と位置規定部２４との間に他の部分と比較して脆弱に形成されコア１０を形成する際に切断される切断部２７と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に関する。

特許文献１には、一対のタンクの間を連結する複数の偏平管と、偏平管と交互に積層されるフィンと、からなるコアを有する熱交換器が開示されている。この熱交換器では、コアの積層方向の両端部にそれぞれ側板が取り付けられる。熱交換器の使用時に偏平管の内部を高熱の流体が流れると、偏平管は熱膨張によって伸長する。

特開２００７−３０３８１３号公報

ところで、コアに取り付けられた側板は、熱交換器の使用時に偏平管と温度分布が異なるために、偏平管と同じように伸長しない場合がある。そのため、側板が偏平管の伸長の妨げにならないように、使用前に予め側板の一部を切断しておくことが望ましい。しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器では、コアのロウ付け時の熱膨張によって側板が切断される場合もあれば、使用時の熱膨張によって側板が切断される場合もある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、コアを形成する際の加熱によって補強板を確実に切断することを目的とする。

本発明のある態様によれば、熱交換器は、互いに間隔をあけて設けられ内部を熱交換流体が流れる複数のチューブと、前記チューブの間に積層されるフィンと、積層方向の両端部に設けられる前記フィンの外側に各々取り付けられる一対の補強板と、を備え、前記補強板は、熱交換流体の流れ方向の中央からオフセットされた位置に設けられ前記チューブと前記フィンとを加熱により一体化させてコアを形成する際に熱交換流体の流れ方向の位置が規定される位置規定部と、熱交換流体の流れ方向の端部と前記位置規定部との間に他の部分と比較して脆弱に形成され前記コアを形成する際に切断される切断部と、を有することを特徴とする。

この態様では、チューブとフィンとを加熱により一体化させてコアを形成する際に、熱交換流体の流れ方向における位置規定部の位置が規定される。位置規定部は、チューブにおける熱交換流体の流れ方向の中央からオフセットされた位置に設けられる。よって、位置規定部の位置が規定された状態で加熱されると、補強板の熱膨張による引張応力が切断部に集中するので、切断部から補強板が切断される。したがって、補強板に位置規定部と切断部とを設けることで、コアを形成する際の加熱によって補強板を確実に切断することができる。

図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器の正面図である。 図１Ｂは、図１Ａにおける平面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器の補強板の斜視図である。 図３は、図２の補強板の端部を拡大して示す斜視図である。 図４は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器と治具とを示す斜視図である。 図５は、位置規定部と治具の位置規定ピンとを説明する断面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態に係る熱交換器の補強板の斜視図である。 図７は、図６の補強板における弾性部の変形例を示す斜視図である。 図８は、本発明の第３の実施形態に係る熱交換器の補強板の斜視図である。 図９は、図８の位置規定部の近傍を拡大して示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
以下、図１Ａから図５を参照して、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器としてのラジエータ１について説明する。

ラジエータ１は、車両に搭載される。ラジエータ１では、熱交換流体として不凍液などの冷却水が用いられる。以下では、冷却水の流れ方向である車幅方向を左右方向と称し、車両の進行方向を前後方向と称する。

まず、図１Ａ及び図１Ｂを参照して、ラジエータ１の全体構成について説明する。

図１Ａに示すように、ラジエータ１は、互いに間隔をあけて設けられる複数のチューブ１１と、チューブ１１の間に積層されるフィン１２と、チューブ１１及びフィン１２の左右方向の両端にそれぞれ設けられる一対のタンクプレート１３と、積層方向（図１Ａでは上下方向）の両端部に設けられるフィン１２の外側に各々取り付けられる一対の補強板としてのレインフォース２０と、を備える。ラジエータ１では、複数のチューブ１１と複数のフィン１２とが交互に積層された状態でロウ付けされてコア１０が形成される。

チューブ１１は、両端部がタンクプレート１３に挿通して固定される偏平管である。複数のチューブ１１は、ラジエータ１の左右方向に沿って互いに平行に設けられる。チューブ１１の内部には、冷却水が流れる。

フィン１２は、チューブ１１と交互に積層される。フィン１２は、隣り合うチューブ１１の間と、積層方向の両端に位置するチューブ１１の外側と、に設けられる。よって、コア１０における積層方向の両端部には、フィン１２が配設される。フィン１２は、コア１０を通過する空気との間で熱交換を行う面積を大きくするために波状に形成される。なお、図１では、フィン１２の詳細な形状は省略して示している。

タンクプレート１３の左右方向の外側には、それぞれラジエータタンク（図示省略）が取り付けられる。即ち、コア１０の左右方向の両端には、タンクプレート１３を介してラジエータタンクが取り付けられる。タンクプレート１３は、内側に折り曲げられることによってラジエータタンクを固定する複数のカシメ部１３ａを有する。

レインフォース２０は、コア１０における積層方向の両端部に設けられるフィン１２に当接する。レインフォース２０は、左右方向の端部２３が一対のタンクプレート１３にそれぞれ係止され、一対のタンクプレート１３の間を連結して補強する。レインフォース２０は、チューブ１１とフィン１２とをロウ付けしてコア１０を形成する際に、フィン１２にロウ付けされてコア１０と一体になる。

レインフォース２０は、コア１０のロウ付けの際に、後述する一対の治具３０（図４参照）によってコア１０に押し付けられる。これにより、一対のレインフォース２０の間で交互に積層されたチューブ１１とフィン１２とが、互いに密着した状態でロウ付けされる。

次に、図２及び図３を参照して、レインフォース２０の構成について説明する。

図２に示すように、レインフォース２０は、フィン１２に当接する底面部２１と、底面部２１における前後方向の両端部から積層方向に立設される一対の側壁部２２と、タンクプレート１３に係止される左右の端部２３と、を有する。レインフォース２０は、チューブ１１と熱膨張係数が略同一の材料によって形成される。

レインフォース２０は、左右方向の中央からオフセットされた位置に設けられチューブ１１とフィン１２とを加熱により一体化させてコア１０を形成する際に左右方向の位置が規定される位置規定部２４と、左右の端部２３と位置規定部２４との間に他の部分と比較して脆弱に形成されコア１０を形成する際に切断される切断部２７と、位置規定部２４を挟んで切断部２７の反対側に設けられ左右方向に伸縮自在な弾性部２８と、を有する。

位置規定部２４は、レインフォース２０の左右方向の異なる二箇所に設けられる。一対の位置規定部２４は、コア１０の左右方向の中央から左右にそれぞれオフセットされた位置に設けられる。これに限らず、位置規定部２４を一箇所のみに設けてもよく、また、三箇所以上に設けてもよい。

図３に示すように、位置規定部２４は、後述する治具３０の位置規定ピン３２（図４参照）が挿入される孔２５と、チューブ１１及びフィン１２の積層方向に突出して孔２５が形成される突出部２６と、を有する。

孔２５は、チューブ１１及びフィン１２の積層方向に円形に形成される。孔２５には、コア１０のロウ付けの際に、治具３０の位置規定ピン３２が挿入される。これにより、位置規定部２４の左右方向の位置が規定される。

突出部２６は、チューブ１１及びフィン１２の積層方向の外側に向けて球面状に突出する。突出部２６の突出端には、孔２５が形成される。突出部２６は、孔２５に位置規定ピン３２が挿入された際に位置規定ピン３２の先端がフィン１２に干渉しない大きさだけ突出する。

切断部２７は、一対の位置規定部２４と左右の端部２３との間にそれぞれ形成される。つまり、切断部２７は、一対の位置規定部２４よりも左右方向の外側にそれぞれ形成される。切断部２７は、一対に限らず、少なくとも一箇所に形成されればよい。例えば、ラジエータ１の左右方向の幅が比較的小さい場合には、左右方向の中央に単一の切断部２７を形成してもよい。

切断部２７は、レインフォース２０の底面部２１と側壁部２２の一部とが前後方向に沿って切り欠かれることによって形成される。切断部２７では、側壁部２２の一部のみが直線的に連結されている。よって、切断部２７は、コア１０のロウ付けの際の加熱によってレインフォース２０が熱膨張したときに、引張応力が集中して切断される。

弾性部２８は、左右の位置規定部２４の内側に一対形成される。弾性部２８は、一対に限らず、少なくとも一箇所に形成されればよい。

弾性部２８は、切断部２７と同様に、レインフォース２０の底面部２１と側壁部２２の一部とが前後方向に沿って切り欠かれることによって形成される。弾性部２８では、側壁部２２の一部が前後方向内側に向けて曲線的に連結される。よって、弾性部２８は、コア１０のロウ付けの際の加熱によってレインフォース２０が熱膨張したときに、弾性変形して変位を吸収する。

次に、図４及び図５を参照して、ラジエータ１におけるコア１０のロウ付けについて説明する。

ラジエータ１では、使用時にチューブ１１内を流れる冷却水の温度が高い場合には熱膨張してチューブ１１が伸長する。コア１０を補強するレインフォース２０も同様に、冷却水の温度が高い場合には熱膨張して伸長する。

しかしながら、レインフォース２０は、チューブ１１と温度分布が異なることにより、同じように熱膨張しない場合がある。そのため、レインフォース２０がチューブ１１の熱膨張の妨げにならないように、使用前に予めレインフォース２０の一部を切断しておくことが望ましい。そこで、ラジエータ１では、以下のようにして、コア１０のロウ付けの際の加熱によってレインフォース２０の切断部２７が確実に切断されるようにしている。

図４に示すように、チューブ１１とフィン１２とをロウ付けしてコア１０を形成する際には、一対の治具３０を用いてレインフォース２０をコア１０に押し付け、交互に積層されたチューブ１１とフィン１２とを一対のレインフォース２０の間で互いに密着させる。

ロウ付けは、例えば雰囲気温度が６００℃以上の高温の炉の中で行われる。これに対して、ラジエータ１の使用時の冷却水の温度は、最高でも１００℃程度である。よって、コア１０は、ロウ付けの際には使用時と比較して高温に加熱されるため、大きく熱膨張する。ラジエータ１では、このロウ付けの際の熱膨張を利用して切断部２７を切断する。

治具３０は、レインフォース２０の底面部２１に沿った長尺の板状に形成される本体部３１と、位置規定部２４の左右方向の位置を規定する一対の位置規定ピン３２と、位置規定ピン３２の周囲に凹状に形成される一対の凹部３３と、を有する。治具３０は、レインフォース２０及びチューブ１１と比較して熱膨張係数の小さな材料によって形成される。

本体部３１は、レインフォース２０の底面部２１と略同一の長さに形成される。本体部３１は、レインフォース２０に当接して、一対のレインフォース２０の間で交互に積層されたチューブ１１とフィン１２とを積層方向に押し付ける。

図５に示すように、凹部３３には、ロウ付けによってコア１０を形成する際に、レインフォース２０の突出部２６が挿入される。凹部３３は、突出部２６の高さと略同一の深さに形成される。凹部３３に突出部２６が挿入されることによって、本体部３１が突出部２６を避けて底面部２１と当接することができる。

位置規定ピン３２は、本体部３１から凹部３３内に突出して形成される。位置規定ピン３２は、位置規定部２４の孔２５に挿入される。これにより、位置規定部２４は、左右方向の位置が規定され、ロウ付けの際にチューブ１１が熱膨張によって伸長しても位置が変わらない。

位置規定ピン３２は、孔２５に挿入された状態で先端がフィン１２に干渉しない長さに形成される。これにより、ロウ付けによってコア１０を形成する際に、フィン１２が変形することを防止できる。

ここで、仮に、位置規定部２４の左右方向の位置が規定されていない状態でロウ付けのためにコア１０を加熱した場合には、レインフォース２０は、チューブ１１と同様に全長にわたって略均一に熱膨張して伸長する。

これに対して、ラジエータ１では、位置規定部２４の左右方向の位置が規定された状態でロウ付けのためにコア１０が加熱される。レインフォース２０は、一対の位置規定部２４の間の距離が規定されているため、位置規定部２４と端部２３との間の部分のみが熱膨張によって伸長する。

よって、ロウ付けのためにコア１０が加熱されると、レインフォース２０では、タンクプレート１３と係合する端部２３が、チューブ１１の熱膨張によりタンクプレート１３に引っ張られる。このとき、位置規定部２４の左右方向の位置が規定されていることにより、位置規定部２４と端部２３との間の部分は、熱膨張によって伸長する大きさよりも大きく変位するように引っ張られる。よって、位置規定部２４と端部２３との間の部分には、引張応力が作用する。この引張応力は、他の部分と比較して脆弱に形成される切断部２７に集中するので、レインフォース２０は、切断部２７から切断される。

したがって、レインフォース２０に位置規定部２４と切断部２７とを設けることで、コア１０を形成する際の加熱によってレインフォース２０を確実に切断することができる。

このとき、レインフォース２０における一対の位置規定部２４の間の部分も熱膨張しようとするが、一対の位置規定部２４の間の距離が規定されているため、伸長することができない。しかしながら、一対の位置規定部２４の間には、弾性部２８が設けられている。よって、一対の位置規定部２４の間の部分の熱膨張による伸長は、一対の弾性部２８によって吸収される。

なお、切断部２７は、レインフォース２０の左右の端部２３の近傍に形成される。これにより、レインフォース２０とチューブ１１との温度分布が異なり同じように熱膨張しない場合であっても、タンクプレート１３に挿入されるチューブ１１の端部に曲げ方向の力が作用することが防止される。

以上の第１の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

チューブ１１とフィン１２とを加熱により一体化させてコア１０を形成する際に、左右方向における位置規定部２４の位置が規定される。位置規定部２４は、チューブ１１における左右方向の中央からオフセットされた位置に設けられる。よって、位置規定部２４の位置が規定された状態で加熱されると、レインフォース２０の熱膨張による引張応力が切断部２７に集中するので、切断部２７からレインフォース２０が切断される。したがって、レインフォース２０に位置規定部２４と切断部２７とを設けることによって、コア１０を形成する際の加熱によってレインフォース２０を確実に切断することができる。

（第２の実施形態）
以下、図６及び図７を参照して、本発明の第２の実施形態に係る熱交換器としてのラジエータ２０１について説明する。以下では、上記の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の機能を有する構成には同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態は、補強板としてのレインフォース２２０が平板状に形成される点で、第１の実施形態とは相違する。

レインフォース２２０は、フィン１２に当接する底面部２１と、タンクプレート１３に係止される左右の端部２３と、を有する。

レインフォース２２０は、左右方向の中央からオフセットされた位置に設けられチューブ１１とフィン１２とを加熱により一体化させてコア１０を形成する際に左右方向の位置が規定される位置規定部２４と、左右の端部２３と位置規定部２４との間に他の部分と比較して脆弱に形成されコア１０を形成する際に切断される切断部２２７と、位置規定部２４を挟んで切断部２２７の反対側に設けられ左右方向に伸縮自在な弾性部２２８と、を有する。

切断部２２７は、レインフォース２０の底面部２１の一部が前後方向に沿って切り欠かれることによって形成される。切断部２２７では、底面部２１の前後方向の両端の一部のみが直線的に連結されている。よって、切断部２２７は、コア１０のロウ付けの際の加熱によってレインフォース２２０が熱膨張したときに、引張応力が集中して切断される。

弾性部２２８は、切断部２２７と同様に、レインフォース２０の底面部２１の一部が前後方向に沿って切り欠かれることによって形成される。弾性部２２８では、底面部２１の前後方向の一部のみが前後方向内側に向けて曲線的に連結される。よって、弾性部２２８は、コア１０のロウ付けの際の加熱によってレインフォース２２０が熱膨張したときに、弾性変形して変位を吸収する。

以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、レインフォース２２０の積層方向の高さが抑制されるため、ラジエータ２０１をコンパクトに形成することが可能である。

なお、図７に示すように、弾性部２２８に代えて、例えば、底面部２１の前後方向の一部のみがコア１０の積層方向の外側に向けて曲線的に連結される弾性部２２９を設けてもよい。

（第３の実施形態）
以下、図８及び図９を参照して、本発明の第３の実施形態に係る熱交換器としてのラジエータ３０１について説明する。

第３の実施形態は、補強板としてのレインフォース３２０が切り欠き状の位置規定部３２４を有する点で、第１及び第２の実施形態とは相違する。

レインフォース３２０は、フィン１２に当接する底面部２１と、底面部２１における前後方向の両端部から積層方向に立設される一対の側壁部２２と、タンクプレート１３に係止される左右の端部２３と、を有する。

レインフォース３２０は、左右方向の中央からオフセットされた位置に設けられチューブ１１とフィン１２とを加熱により一体化させてコア１０を形成する際に左右方向の位置が規定される位置規定部３２４と、左右の端部２３と位置規定部２４との間に他の部分と比較して脆弱に形成されコア１０を形成する際に切断される切断部２７と、位置規定部３２４を挟んで切断部２７の反対側に設けられ左右方向に伸縮自在な弾性部２８と、を有する。

位置規定部３２４は、レインフォース２０の左右方向の異なる二箇所に設けられる。一対の位置規定部３２４は、コア１０の左右方向の中央から左右にそれぞれオフセットされた位置に設けられる。

図９に示すように、位置規定部３２４は、側壁部２２の積層方向の端部からコア１０に向けて凹状に形成されコア１０を形成する際に位置規定部３２４の左右方向の位置を規定するワイヤ等の位置規定部材（図示省略）が係合する凹部３２４ａを有する。

以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、コア１０のロウ付けの際に、ワイヤ等によって位置規定部３２４の左右方向の位置を規定できる。したがって、第１及び第２の実施形態のように専用の治具３０を使用する必要がないため、位置規定部３２４の左右方向の位置の規定が容易である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では熱交換器がラジエータ１，２０１，３０１である場合について説明したが、冷凍サイクルに用いられるコンデンサやチャージエアクーラ等の他の熱交換器であってもよい。

また、上記実施形態ではラジエータ１，２０１，３０１は、冷却水が左右方向に流れるクロスフロー式であるが、冷却水が上下方向に流れるダウンフロー式であってもよい。

また、上記実施形態では、ロウ付けによってチューブ１１とフィン１２とレインフォース２０，２２０，３２０とを接合して一体にしているが、ロウ付け以外の接合方法によって接合してもよい。

１ ラジエータ（熱交換器）
１０ コア
１１ チューブ
１２ フィン
１３ タンクプレート
２０ レインフォース（補強板）
２１ 底面部
２２ 側壁部
２３ 端部
２４ 位置規定部
２５ 孔
２６ 突出部
２７ 切断部
２８ 弾性部
３２ 位置規定ピン
３２０ レインフォース（補強板）
３２４ 位置規定部
３２４ａ 凹部

Claims (8)

1. 熱交換器であって、
   互いに間隔をあけて設けられ内部を熱交換流体が流れる複数のチューブと、
   前記チューブの間に積層されるフィンと、
   積層方向の両端部に設けられる前記フィンの外側に各々取り付けられる一対の補強板と、を備え、
   前記補強板は、
   熱交換流体の流れ方向の中央からオフセットされた位置に設けられ前記チューブと前記フィンとを加熱により一体化させてコアを形成する際に熱交換流体の流れ方向の位置が規定される位置規定部と、
   熱交換流体の流れ方向の端部と前記位置規定部との間に他の部分と比較して脆弱に形成され前記コアを形成する際に切断される切断部と、を有することを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器であって、
   前記コアにおける熱交換流体の流れ方向の両端にそれぞれ設けられる一対のタンクプレートを更に備え、
   前記補強板は、前記端部が前記タンクプレートにそれぞれ係止されることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
   前記位置規定部は、前記チューブ及び前記フィンの積層方向に形成され前記コアを形成する際に前記位置規定部の位置を規定する位置規定ピンが挿入される孔を有することを特徴とする熱交換器。
4. 請求項３に記載の熱交換器であって、
   前記位置規定部は、前記チューブ及び前記フィンの積層方向に突出して前記孔が形成される突出部を更に有することを特徴とする熱交換器。
5. 請求項４に記載の熱交換器であって、
   前記突出部は、前記孔に前記位置規定ピンが挿入された際に当該位置規定ピンが前記フィンに干渉しない大きさだけ突出することを特徴とする熱交換器。
6. 請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
   前記補強板は、前記チューブ及び前記フィンの積層方向に立設される側壁部を有し、
   前記位置規定部は、前記側壁部の端部から前記コアに向けて凹状に形成され前記コアを形成する際に前記位置規定部の位置を規定する位置規定部材が係合する凹部を有することを特徴とする熱交換器。
7. 請求項１から６のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
   前記補強板は、前記位置規定部を挟んで前記切断部の反対側に設けられ熱交換流体の流れ方向に伸縮自在な弾性部を有することを特徴とする熱交換器。
8. 請求項７に記載の熱交換器であって、
   前記補強板は、
   一対の前記位置規定部と、
   前記位置規定部よりも熱交換流体の流れ方向の外側に形成される一対の前記切断部と、
   一対の前記位置規定部の間に設けられる少なくとも一つの前記弾性部と、を有することを特徴とする熱交換器。

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