JP2020026918A - コルゲートフィン型熱交換器 - Google Patents

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吸収すると共に、耐久性の強い熱交換器を提供すること。【解決手段】 コア３の両側に位置するコアサポート６の長さを、各偏平チューブ１の長さよりも短くし、コアサポート６とヘッダープレート４との間に偏平チューブの伸びを許容する自由空間７を形成する。それと共に、偏平チューブ１を第１プレート１ａと第２プレート１ｂとの組合せ体から形成し、その内面側に柱部９を形成すると共に、横断面の両端部８に巻締め部１０を形成して、剛性の高い偏平チューブを形成する。【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、一例として、偏平チューブとコルゲートフィンとを交互に並列し、各偏平チューブの両端をヘッダープレートのチューブ孔に貫通してコアを形成し、そのコアの両端にサイドメンバーを配置して熱交換器を形成する。
このような熱交換器において、下記特許文献１に記載のコルゲートフィン型熱交換器は、コアの各偏平チューブの長手方向に加わる熱応力を吸収し且つ、コアの剛性を十分確保して、耐久性の高い熱交換器を提供するものである。
そのために、コアの両側に位置するサイドメンバーの付根部に補強手段を設けると共に、サイドメンバーの両側壁部に応力吸収部を形成したものである。

特開２０１５−７８８２２号公報

上記特許文献１に記載のコルゲートフィン型熱交換器は、サイドメンバーの両側壁部に応力吸収部を形成して、コアの熱膨張をサイドメンバーで吸収するものである。
ところが、本発明者の実験によれば応力吸収部をサイドメンバーの両側壁部に設けても、コアの各偏平チューブの両端部には、なお熱歪みが生じ、永年使用中にその部分に亀裂が生じる虞があった。
そこで、本発明はコアの熱膨張をさらに効果的に吸収すると共に、各偏平チューブに加わる熱歪みに対し十分耐え得る強度の強い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てコア３を形成し、各偏平チューブ１の両端がヘッダープレート４のチューブ孔５に挿通されると共に、コア３の両側にコアサポート６が配置されて、それら各部品間が一体にろう付され、各偏平チューブ１内に第１流体が流通すると共に、偏平チューブ１の外側および前記コルゲートフィン２に第２流体が流通して両流体間に熱交換が行われるコルゲートフィン型熱交換器において、
前記コアサポート６は、コア３の高さよりも全長が短く形成されて、その先端とヘッダープレート４との間に熱膨張のできる自由空間７が形成され、
前記各偏平チューブ１は、それぞれ両端部の横断面がＵ字状に曲折された端部８と、横断面の中間に曲折された柱部９と、を有する第１プレート１ａと第２プレート１ｂとの組合せ体からなり、前記横断面の両端部で第１プレート１ａと第２プレート１ｂが互いに巻締め形成された状態で、両プレート１ａ，１ｂ間が一体にろう付されて、横断面の両端部に一対の巻締め部１０が形成され、中間部に柱部９が形成されて、それらが、偏平チューブ１の剛性部を形成する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、前記第１プレート１ａおよび第２プレート１ｂの横断面が同一に形成されると共に、その断面の一端側が偏平チューブの外側に位置し、他端側が内側に位置して、両プレート１ａ，１ｂの各端部８間が巻締められ、
前記コアサポート６の平面に多数の浅い波条部１１が形成され、コルゲートフィン２の波の頂部が、部分的に波条部１１の凸条１１ａにろう付接合された請求項１に記載のコルゲートフィン型熱交換器である。

請求項１に記載の発明は、コア３の高さよりもコアサポート６の全長を短くし、その先端とヘッダープレート４との間に熱膨張のできる自由空間７を形成し、且つ第１プレート１ａと第２プレート１ｂを、横断面の端部８で互いに巻締めた巻締め部１０を形成し、その中間に柱部９を設けて、それらにより各偏平チューブ１の剛性部を形成したものである。
そのため、熱交換器の稼働中の熱膨張をコアサポート６の端部の自由空間７によりある程度、許容しつつ、熱膨張に伴いコア３各部に生じる熱歪みを各偏平チューブ１の剛性部で支持して、両者の作用が一体となり、はじめて、耐久性の高い熱交換器となる。

請求項２に記載の発明は、第１プレート１ａおよび第２プレート１ｂの横断面を同一にし、コアサポート６の表面を浅い波条部１１にしたので、各偏平チューブ１によりコア３各部の剛性をバランスよく保持する。
また、コアサポート６の多数の浅い波条部１１でコア３両側を保護しつつ、コア３両側に配置されたコルゲートフィン２の波の頂部が凸条１１ａに部分的に接合されるため、そのコルゲートフィン２の熱膨張を効果的に吸収できる。

本発明のコルゲートフィン型熱交換器の要部分解斜視図。 同熱交換器の組立て状態を示す要部斜視図。 同熱交換器の正面図。 図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面拡大図。

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。
図１は本発明のコルゲートフィン型熱交換器の要部分解斜視図であり、図２はその組立て状態を示し、図３はその熱交換器の全体を示す。
この熱交換器は、図１に示す如く、偏平チューブ１とコルゲートフィン２とによりコア３を形成し、そのコア３の両側に一対のコアサポート６を配置する。それと共に、コア３の各偏平チューブ１の長手方向両端を、ヘッダープレート４のチューブ孔５に挿通し、各部品間を一体にろう付固定する。そして、ヘッダープレート４の内周に設けた環状溝に、図示しないＯリングを介してタンク１２を嵌着し、ヘッダープレート４の外周に突設された爪部をカシメて、熱交換器を完成する。

（本発明の特徴）
ここにおいて本発明の特徴は、コア３を構成する多数の偏平チューブ１と、そのコア３の両側に配置されたコアサポート６との組合せにある。
先ず、偏平チューブ１は図４に示す如く、一対の同一形状の第１プレート１ａと第２プレート１ｂとの組合せ体からなる。第１プレート１ａ及び第２プレート１ｂは、その横断面の一端側に第１の円弧状部が形成され、その他端側に第１の円弧状部よりも板厚分小なる第２の円弧状部が形成される。さらに、この例では横断面の１／３の位置に柱部９が曲折形成されている。
このような一対の同一形状の第１プレート１ａと、第２プレート１ｂとを互いに逆向きに且つ対向するように配置し、その両端部を互いに巻き締め固定して偏平チューブ１を形成する。なお、各第１プレート１ａ及び第２プレート１ｂの少なくとも内面側にはろう材が被覆されたプレートを用いる。

次に、偏平チューブ１とコルゲートフィン２とで形成されるコア３の両側には一対のコアサポート６が配置される。このコアサポート６の長さは、各偏平チューブ１の長さよりも短い。そして、コアサポート６の両端とヘッダープレート４との間に自由空間７が形成される。
このように組み立てられた各部品は、全体が高温の炉内に挿入され、一体的にろう付固定される。その後に、ヘッダープレート４にタンク１２の端部が陥入し、両者間がカシメにより固定される。
なお、タンク１２を金属材で形成し、タンク１２とヘッダープレート４とを一体にろう付することもできる。

このように組み立てられた熱交換器は、コアサポート６とヘッダープレート４との間に自由空間７が形成される。そして、一方のタンク１２から高温の冷却水が流入し、各偏平チューブ１の内部を流通して他方のタンク１２に導かれる。
また、偏平チューブ１及びコルゲートフィン２の外面側には、コア３に直交する方向に冷却風が流通し、その冷却風と偏平チューブ１内の流体との間に熱交換が行われる。

（作用）
このとき、各コア３の偏平チューブ１内に流通する高温のエンジン冷却水により、偏平チューブ１は各偏平チューブ１の長手方向に熱膨張する。そして、偏平チューブ１に接合されたコルゲートフィン２も同様に熱膨張する。
ところが、両側に位置するコアサポート６とヘッダープレート４との間には自由空間７が形成されているため、コア３の両側部の熱膨張をある程度自由空間７が吸収する。
吸収しきれない熱歪みは、各偏平チューブ１に残留するが、各偏平チューブ１はその両端部に巻締め部１０が形成され、中間部にこの例では一対の柱部９が存在するため、それらが偏平チューブ１の剛性部を形成し、偏平チューブ１全体の変形を防止して強度の高い熱交換器を維持する。

なお、この例ではコアサポート６は、図４に示す如く横断面が浅い波形に形成され、コアサポート６は、部分的にコルゲートフィン２と接触する。そのため、コアサポート６が上下方向に伸縮し易くなる。
また、上記実施例では第１プレート１ａ及び第２プレート１ｂに形成された柱部９が夫々１ずつ配置されているが、柱部９の数は１以上多数とすることができる。

本発明は、エンジン冷却水冷却用熱交換器、オイルクーラ、空調用熱交換器、インタークーラその他のコルゲートフィン型熱交換器として利用できる。

１ 偏平チューブ
１ａ 第１プレート
１ｂ 第２プレート
２ コルゲートフィン
３ コア
４ ヘッダープレート
５ チューブ孔
６ コアサポート

７ 自由空間
８ 端部
９ 柱部
１０ 巻締め部
１１ 波条部
１１ａ 凸条
１２ タンク

Claims (2)

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てコア（３）を形成し、各偏平チューブ（１）の両端がヘッダープレート（４）のチューブ孔（５）に挿通されると共に、コア（３）の両側にコアサポート（６）が配置されて、それら各部品間が一体にろう付され、各偏平チューブ（１）内に第１流体が流通すると共に、偏平チューブ（１）の外側および前記コルゲートフィン（２）に第２流体が流通して両流体間に熱交換が行われるコルゲートフィン型熱交換器において、
   前記コアサポート（６）は、コア（３）の高さよりも全長が短く形成されて、その先端とヘッダープレート（４）との間に熱膨張のできる自由空間（７）が形成され、
   前記各偏平チューブ（１）は、それぞれ両端部の横断面がＵ字状に曲折された端部（８）と、横断面の中間に曲折された柱部（９）と、を有する第１プレート（１ａ）と第２プレート（１ｂ）との組合せ体からなり、前記横断面の両端部で第１プレート（１ａ）と第２プレート（１ｂ）が互いに巻締め形成された状態で、両プレート（１ａ）（１ｂ）間が一体にろう付されて、横断面の両端部に一対の巻締め部（１０）が形成され、中間部に柱部（９）が形成されて、それらが、偏平チューブ（１）の剛性部を形成することを特徴とするコルゲートフィン型熱交換器。
2. 前記第１プレート（１ａ）および第２プレート（１ｂ）の横断面が同一に形成されると共に、その断面の一端側が偏平チューブの外側に位置し、他端側が内側に位置して、両プレート（１ａ）（１ｂ）の各端部（８）間が巻締められ、
   前記コアサポート（６）の平面に多数の浅い波条部（１１）が形成され、コルゲートフィン（２）の波の頂部が、部分的に波条部（１１）の凸条（１１ａ）にろう付接合された請求項１に記載のコルゲートフィン型熱交換器。

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