JP2017048982A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時においてタンク本体の内反りを抑制しつつ、使用時においてタンク本体の側壁に亀裂が入ることを抑制する。
【解決手段】タンク３は、（１）底部３１１と、側壁部３１２，３１３とを有し、側壁部３１２，３１３の他端側辺部３１２ａ，３１３ａに囲まれて開口部３４が形成されている樹脂製のタンク本体３１と、（２）コアプレート３０と、を備える。タンク本体３１は、側壁部３１２，３１３の内面に両端部３１４ｂが接続された支持棒部３１４を有する。支持棒部３１４には、断面形状が変化することで応力が集中する応力集中部３１４ａが設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、内部に熱交換媒体が流れるタンクを備えた熱交換器に関する。

この種の熱交換器のタンクとしては、開口部が形成された樹脂製のタンク本体と、このタンク本体に組み付けられ、開口部を閉塞するコアプレートとを備えたものがある。

このタンク本体を樹脂製とする場合、射出成形によって製造される。射出成形によって樹脂成形品を製造する場合、射出成形後に金型から樹脂成形品を取り出して冷却すると内部応力が発生し、反りが発生する。タンク本体のように、底部の周囲から側壁部が立ち上がる形態の場合には、側壁部が内側に反る傾向にある。

そこで、下記特許文献１には、カバーベース（タンク本体）の変形（内反り）を防止するために、カバーベースにおいて互いに対向する内面を内部ダイロッド（柱）の両端部で接続した熱交換器が開示されている。

特表２０１４−５０２３３５号公報

上記従来技術のように、タンク本体を構成する側壁部の内反りを防止するために、側壁部の内面を柱状部で繋ぐことは有効である。射出成形後における側壁部の内反りを防止することができれば、タンク本体の開口部をコアプレートで閉塞してタンクを形成するにあたって組付け精度が向上する。

しかしながら、側壁部の内面を柱状部で繋いだタンク本体をタンクとして組み立てて実際の使用状況下におくと、タンク本体の側壁部に亀裂が入る場合があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造時においてタンク本体の内反りを抑制しつつ、使用時においてタンク本体の側壁に亀裂が入ることを抑制する熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、内部に熱交換媒体が流れるタンク（３，３Ａ）を備えた熱交換器（１）であって、タンクは、底部（３１１）と、底部の外周に一端側辺部（３１２ｂ，３１３ｂ）が繋がれ他端側辺部（３１２ａ，３１３ａ）が一方向に延出する側壁部（３１２，３１３）とを有し、他端側辺部に囲まれて開口部（３４）が形成されている樹脂製のタンク本体（３１，３１Ａ）と、タンク本体に組み付けられることで開口部を閉塞し、熱交換媒体が流れるチューブ（２０）が接続されるコアプレート（３０）と、を備える。タンク本体は、側壁部の内面に両端部（３１４ｂ，３１４Ａｂ）が接続された支持棒部（３１４，３１４Ａ）を有する。支持棒部には、断面形状が変化することで応力が集中する応力集中部（３１４ａ，３１４Ａａ）が設けられている。

応力集中部を設けた場合の亀裂進行のメカニズムは、引張応力による亀裂開口と、圧縮応力による亀裂閉口とのサイクルによるものであるから、圧縮応力のみが発生したとしても、応力集中部から亀裂が進行することはない。従って、側壁部の内面に両端部が接続された支持棒部を設けると、樹脂製のタンク本体を射出成形する際の内反りを抑制することができる。一方、タンク本体を用いて熱交換器を組み立てた後、熱交換媒体を流し始めると、タンク本体には内圧が付加される。そのため、場合によっては応力集中部に応力が集中し、応力集中部から亀裂が進展する可能性がある。本発明では、応力集中部を支持棒部に設けているので、応力集中部から進展した亀裂が側壁部側に向かうことなく支持棒部に向かう。結果として、製造時においてタンク本体の内反りを抑制しつつ、使用時においてタンク本体の側壁に亀裂が入ることを抑制することができる。

本発明によれば、製造時においてタンク本体の内反りを抑制しつつ、使用時においてタンク本体の側壁に亀裂が入ることを抑制する熱交換器を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器の外観を示す斜視図である。 図２は、図１に示されたタンクの分解斜視図である。 図３は、図１に示されたタンク本体の平面図である。 図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面を示す断面図である。 図５は、従来構成において図４に相当する断面を示す断面図である。 図６は、変形例において図４に相当する断面を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、熱交換器１は、コア部２と、一対のタンク３，３と、一対のサイドプレート４，４とを備えている。図１において、一方のタンク３から他方のタンク３に向かう方向をｚ方向とし、一方のサイドプレート４から他方のサイドプレート４に向かう方向をｙ方向としている。ｚ方向及びｙ方向に直行する方向をｘ方向としている。図２以降においても同様である。

コア部２は、チューブ２０とフィン２１とにより構成されている。チューブ２０は、矢印Ａで示される方向に隙間を有して複数積層されている。チューブ２０は、その積層方向であるｙ方向と直交するｚ方向に長手方向を有する扁平状の管である。チューブ２０の内部には、熱媒体の流れる流路が長手方向に沿って形成されている。隣接するチューブ２０，２０間には、チューブ積層方向であるｙ方向及びチューブ長手方向であるｚ方向の両方に直交するｘ方向に空気が流れる。

フィン２１は、隣接するチューブ２０，２０間に配置されている。フィン２１は、薄い金属板を屈曲させることで形成される、いわゆるコルゲートフィンである。フィン２１は、隣接するチューブ２０，２０のそれぞれの側面にろう付けにより接合されている。フィン２１は、チューブ２０，２０間を流れる空気との接触面積を増やすことにより、チューブ２０の内部を流れる熱媒体と空気との間の熱交換を促進させる機能を有している。

一対のタンク３，３は、チューブ長手方向であるｚ方向において、コア部２の両端部にそれぞれ設けられている。一対のタンク３，３は、チューブ積層方向であるｙ方向が長手方向となるように形成されている。一対のタンク３，３は、チューブ長手方向であるｚ方向において、チューブ２０の両端部にそれぞれ連結されている。

タンク３は、チューブ２０の端部に連結されるコアプレート３０と、コアプレート３０と共にタンク３の内部流路を構成するタンク本体３１とにより構成されている。タンク３の内部流路はチューブ２０の内部流路と連通されている。一方のタンク３には流入口３２が設けられている。流入口３２は、図中に矢印で示されるように一方のタンク３の内部流路内に熱交換媒体を供給する部分である。他方のタンク３には流出口３３が設けられている。流出口３３は、図中に矢印で示されるように他方のタンク３の内部流路内から熱交換媒体を排出する部分である。

一対のサイドプレート４，４は、チューブ積層方向であるｙ方向の両端部にそれぞれ配置されている。一対のサイドプレート４，４は、チューブ長手方向であるｚ方向に延びるように形成されており、一対のタンク３，３に連結されている。一対のサイドプレート４，４は、コア部２を補強する機能を有している。

熱交換器１では、一方のタンク３の流入口３２から供給される熱交換媒体がタンク３の内部流路を通ってチューブ２０の内部へと流れる。チューブ２０の内部を流れる熱交換媒体と、チューブ２０の外部を流れる空気との間で熱交換が行われることにより熱交換媒体が冷却される。チューブ２０の内部を通過することで冷却された熱交換媒体は、他方のタンク３の内部流路を介して流出口３３から排出される。

続いて、図２を参照しながら、タンク３について説明する。タンク３は、タンク本体３１と、コアプレート３０とを備える。

タンク本体３１は、底部３１１と、一対の短側壁部３１２，３１２と、一対の長側壁部３１３，３１３とを備える。本実施形態の場合、底部３１１は、無底円筒の一部を切り出した形状をなしている。

一対の短側壁部３１２，３１２は、底部３１１のｙ方向両端における外周からｚ方向に立ち上がるように設けられている。短側壁部３１２は、一端側辺部３１２ｂと、他端側辺部３１２ａとを有している。一対の短側壁部３１２，３１２それぞれの一端側辺部３１２ｂは、底部３１１のｙ方向両端に繋がれている。

一対の長側壁部３１３，３１３は、底部３１１のｘ方向両端における外周からｚ方向に立ち上がるように設けられている。長側壁部３１３は、一端側辺部３１３ｂと、他端側辺部３１２ａをと有している。一対の長側壁部３１３，３１３それぞれの一端側辺部３１３ｂは、底部３１１のｘ方向両端に繋がれている。

一対の長側壁部３１３，３１３の内面に、４つの支持棒部３１４，３１４，３１４，３１４が設けられている。支持棒部３１４は、一方の長側壁部３１３の内面と他方の長側壁部３１３の内面とを繋ぐように設けられている。尚、支持棒部３１４の個数は４つに限られるものではなく、長側壁部３１３の厚みや長さに応じて適宜変更することができる。

一対の短側壁部３１２，３１２それぞれの他端側辺部３１２ａは、一方の長側壁部３１３における他端側辺部３１３ａと、他方の長側壁部３１３における他端側辺部３１３ａとを繋いでいる。一対の他端側辺部３１２ａ，３１２ａ及び一対の他端側辺部３１３ａ，３１３ａは、矩形開口である開口部３４を形成している。

コアプレート３０は、開口部３４を閉塞するようにタンク本体３１に取り付けられる。コアプレート３０には、チューブ２０を挿入するための開口部３０１が設けられている。

続いて、図３を参照しながら、支持棒部３１４の構成及び作用について説明する。図３に示されるように、４つの支持棒部３１４，３１４，３１４，３１４は、ｙ方向において等間隔Ｐで配置されている。間隔Ｐは、４０ｍｍから９０ｍｍに設定されることが好ましい。この範囲で間隔Ｐを設定すると、長側壁部３１３の変形を有効に抑制できる。尚、本実施形態では等間隔Ｐで配置したけれども、それぞれの間隔Ｐを異ならせたり、一部の間隔Ｐを他の間隔Ｐと異ならせたりしてもよい。

樹脂製のタンク本体３１を射出整形すると、整形後に図中矢印方向に向かうような応力が発生する。この応力は、長側壁部３１３を二点鎖線で示すような形状に内反りさせるよう作用する。本実施形態では、４つの支持棒部３１４，３１４，３１４，３１４を設けることで、長側壁部３１３の内反りを有効に抑制している。

続いて、図４を参照しながら、支持棒部３１４の構成及び作用についての説明を続ける。図４に示されるように、コアプレート３０は、開口部３４を閉塞するようにタンク本体３１に取り付けられている。コアプレート３０とタンク本体３１との間にはパッキン４０が配置されている。

支持棒部３１４は、その両端部３１４ｂ，３１４ｂが、一対の長側壁部３１３，３１３それぞれの内面に接続されている。支持棒部３１４の長手方向であるｘ方向における中央領域には、応力集中部３１４ａが設けられている。タンク本体３１を射出成形し、図３を参照しながら説明した応力が発生しても、支持棒部３１４を圧縮する方向の応力であるので、応力集中部３１４ａから亀裂が進展することはない。

タンク本体３１とコアプレート３０とを組み上げて熱交換器１を構成し、熱交換媒体を流し始めると、図中矢印で示すような内圧が発生する。内圧が発生すると、一対の長側壁部３１３，３１３が外側に広げられるように押されるので、一対の長側壁部３１３，３１３の内面を繋いでいる支持棒部３１４は引張方向の力を受ける。従って、支持棒部３１４に設けられた応力集中部３１４ａにおいては、亀裂を開口させる方向の力が作用し続けるので、応力集中部３１４ａから亀裂が進展し破断する場合がある。このような支持棒部３１４の破断が生じても、成形時における一対の長側壁部３１３，３１３の内反り防止という役割は既に果たしているので、特段の不都合は発生しない。また、支持棒部３１４は、その両端部３１４ｂ，３１４ｂが一対の長側壁部３１３，３１３の内面に繋がれているので、応力集中部３１４ａが破断しても熱交換媒体内に流出することがない。

一方、図５に示されるように、応力集中部を設けていない支持棒部３１４Ｆを有するタンク本体３１Ｆを用いた場合の問題点について説明する。このようなタンク本体３１Ｆを用いてタンク３Ｆを構成すると、内圧が付加された場合の応力は、支持棒部３１４Ｆの両端部３１４Ｆｂ，３１４Ｆｂと長側壁部３１３，３１３との接合部分に集中する。従って、亀裂ＣＲが長側壁部３１３側に進展する場合もあり、熱交換媒体の流出といった不具合が発生するおそれがある。

図４を参照しながら説明した支持棒部３１４では、応力集中部３１４ａを中央領域に設けていたけれども、応力集中部３１４ａの位置は必ずしもこの領域に限定されるものではなく、その形態も様々なものが採用可能である。

図６に示されるような支持棒部３１４Ａを設けたタンク本体３１Ａも本発明の実施形態の一つとして採用可能である。支持棒部３１４Ａは、一対の両端部３１４Ａｂが、一対の長側壁部３１３，３１３の内面に繋がれている。支持棒部３１４Ａは、一方の両端部３１４Ａｂ側の厚みを薄くし、段差部３１４Ａｃを形成している。段差部３１４Ａｃを形成することで長手方向における断面形状が変化しており、応力集中部３１４Ａａが形成されている。このようなタンク本体３１Ａを用いてタンク３Ｆを構成すると、内圧が付加された場合の応力は応力集中部３１４Ａａに集中する。段差部３１４Ａｃは十分に薄肉化されているので、進展する亀裂は長側壁部３１３に向かうことなく、支持棒部３１４Ａが破断する。

本実施形態に係るタンク３，３Ａは、タンク本体３１，３１Ａと、コアプレート３０と、を備えている。タンク本体３１は、樹脂製である。タンク本体３１は、底部３１１と、底部３１１の外周に一端側辺部３１２ｂ，３１３ｂが繋がれ他端側辺部３１２ａ，３１３ａが一方向に延出する側壁部である短側壁部３１２及び長側壁部３１３と、を有している。タンク本体３１，３１Ａには、他端側辺部３１２ａ，３１３ａに囲まれて開口部３４が形成されている。コアプレート３０は、タンク本体３１，３１Ａに組み付けられることで開口部３４を閉塞し、熱交換媒体が流れるチューブ２０が接続される。タンク本体３１，３１Ａは、短側壁部３１２又は長側壁部３１３の内面に両端部３１４ｂ，３１４Ａｂが接続された支持棒部３１４，３１４Ａを有する。支持棒部３１４，３１４Ａには、断面形状が変化することで応力が集中する応力集中部３１４ａ，３１４Ａａが設けられている。

本実施形態の側壁部は、一対の短側壁部３１２と、短側壁部３１２における他端側辺部３１２ａよりも長い他端側辺部３１３ａを有する一対の長側壁部３１３とによって構成されている。支持棒部３１４，３１４Ａは、一対の長側壁部３１３，３１３における内面同士を繋いでいる。長側壁部３１３は短側壁部３１２に比較して内反りしやすいので、一対の長側壁部３１３，３１３における内面同士を繋ぐことで、長手方向における内反りを抑制することができる。

タンク本体３１においては、応力集中部３１４ａは、支持棒部３１４の長手方向における中心領域に設けられている。応力集中部３１４ａを中心領域に設けることで、応力集中部３１４ａにおいて支持棒部３１４が破断した場合、略等長の片持ち梁が一対の長側壁部３１３，３１３それぞれの内面に形成される。いずれかの長側壁部３１３のみに支持棒部３１４の略全長に近い片持ち梁が形成されるような場合に比較して、残留した片持ち梁の揺れが少なく、熱交換媒体の流れを阻害しない。

本実施形態では、支持棒部３１４，３１４Ａは、タンク本体３１，３１Ａと一体成形されている。支持棒部３１４，３１４Ａを別途成形してタンク本体３１，３１Ａに取り付ける場合に比較して、組立工数を削減することができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、熱交換器１は、タンク３を上下に一対設けるいわゆるダウンフロータイプについて例示したけれども、タンクを左右に一対設けるいわゆるクロスフロータイプとしてもよい。また、熱交換器における冷媒の流れ方も特に限定されるものではなく、ＵターンタイプやＸターンタイプといったものにも本実施形態のタンクは適用されうる。

３，３Ａ：タンク
２０：チューブ
３０：コアプレート
３１，３１Ａ：タンク本体
３４：開口部
３１１：底部
３１２：短側壁部
３１２ａ：他端側辺部
３１２ｂ：一端側辺部
３１３：長側壁部
３１３ａ：他端側辺部
３１３ｂ：一端側辺部
３１４，３１４Ａ：支持棒部
３１４ａ，３１４Ａａ：応力集中部
３１４ｂ，３１４Ａｂ：両端部

Claims (5)

1. 内部に熱交換媒体が流れるタンク（３，３Ａ）を備えた熱交換器（１）であって、
   前記タンクは、
   底部（３１１）と、前記底部の外周に一端側辺部（３１２ｂ，３１３ｂ）が繋がれ他端側辺部（３１２ａ，３１３ａ）が一方向に延出する側壁部（３１２，３１３）とを有し、前記他端側辺部に囲まれて開口部（３４）が形成されている樹脂製のタンク本体（３１，３１Ａ）と、
   前記タンク本体に組み付けられることで前記開口部を閉塞し、前記熱交換媒体が流れるチューブ（２０）が接続されるコアプレート（３０）と、
   を備え、
   前記タンク本体は、前記側壁部の内面に両端部（３１４ｂ，３１４Ａｂ）が接続された支持棒部（３１４，３１４Ａ）を有し、
   前記支持棒部には、断面形状が変化することで応力が集中する応力集中部（３１４ａ，３１４Ａａ）が設けられている、ことを特徴とする熱交換器。
2. 前記側壁部は、一対の短側壁部（３１２）と、前記短側壁部における他端側辺部（３１２ａ）よりも長い他端側辺部（３１３ａ）を有する一対の長側壁部（３１３）とを有し、
   前記支持棒部は、前記一対の長側壁部における内面同士を繋いでいる、ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記応力集中部（３１４ａ）は、前記支持棒部（３１４）の長手方向における中心領域に設けられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記支持棒部は、前記タンク本体と一体成形されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記タンク本体は、複数の前記支持棒部を有し、
   複数の前記支持棒部の間隔は、４０ｍｍ以上９０ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。

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