JP3731480B2

JP3731480B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP3731480B2
Application number: JP2001029977A
Authority: JP
Inventors: 宏史國分寺; 竜雄尾崎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2021-02-06
Also published as: JP2002228378A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に関するもので、エンジン（内燃機関）の冷却水と空気とを熱交換するラジエータやヒータ等の熱交換器に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
熱交換器の一般的な構造は、例えば実用新案登録番号第３０５９９７１号公報に記載のごとく、複数本の扁平チューブ、チューブの長手方向両端側に接合されてチューブと連通するヘッダタンク、及び２本のヘッダタンク間を渡すようにチューブと平行に延びてその長手方向端部がヘッダタンクに接合された補強プレート等からなるものである。
【０００３】
ここで、補強プレートはチューブ及びフィンからなる熱交換部（コア部）の機械的強度を増大させる補強部材をなすもので、通常、コの字状断面を有する金属板材から構成されている。
【０００４】
ところで、ラジエータ（熱交換器）の大型化を抑制しつつ、ラジエータの熱交換効率を向上させるには、扁平チューブの短径方向寸法（チューブの厚み）を小さくしてチューブ間寸法を小さくし、チューブ本数を増大させて熱交換部（コア部）の細密化（伝熱面積の増大化）を図る手段が有効である。
【０００５】
このとき、チューブ本数の増大に伴ってラジエータの質量が増大することを抑制するために、チューブの肉厚寸法を小さく（薄肉化）しているが、この手段では、チューブの（引っ張り）強度が低下するので、補強プレートの線膨張係数（膨張量）とチューブの線膨張係数（膨張量）との差異により発生する熱応力によってチューブが破損してしまうおそれが高い。
【０００６】
これに対しては、上記公報に記載のごとく、補強プレートの一部を湾曲させて、線膨張係数（膨張量）の差異による伸縮量の相違量を吸収すればよいが、この手段では、補強プレートを湾曲させる必要があるため、補強プレートの材料費が増大してしまう。
【０００７】
また、補強プレート全体の強度をチューブに合わせて低下させれば、熱応力が発生することを抑制することができるものの、補強プレートの曲げ剛性も低下してしまうので、補強プレートが補強部材として十分に機能しなくなるおそれが高い。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、補強プレートの材料費の増大、及び補強プレートの曲げ剛性の低下を抑制しつつ、熱応力によるチューブの破損を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、扁平状に形成され、流体が流通する複数本のチューブ（１１１）と、チューブ（１１１）の長手方向両端側に位置して複数本のチューブ（１１１）が接合され、チューブ（１１１）の長手方向と直交する方向に延びる２本のヘッダタンク（１２０）と、２本のヘッダタンク（１２０）間を渡すようにチューブ（１１１）の長手方向と平行に延びて、ヘッダタンク（１２０）に接合された補強プレート（１３０）とを備え、補強プレート（１３０）のうち、少なくともヘッダタンク（１２０）との接合部（１２３）の肉厚寸法（Ｔ１）は、チューブ（１１１）の短径方向寸法（ｈ）以下であることを特徴とする。
【００１０】
これにより、補強プレート（１３０）全体の曲げ剛性を大きく低下させることなく、補強プレート（１３０）の引っ張り強度を部分的に低下させることができる。
【００１１】
したがって、補強プレート（１３０）の膨張量とチューブ（１１１）の膨張量との差異を接合部（１２３）にて吸収することができるので、補強プレート（１３０）の材料費の増大、及び補強プレート（１３０）の曲げ剛性の低下を抑制しつつ、熱応力によるチューブ（１１１）の破損を防止できる。
【００１２】
また、請求項１に記載の発明では、複数本のチューブ（１１１）間、及びチューブ（１１１）と補強プレート（１３０）との間には、波状に形成されたフィン（１１２）が配設され、補強プレート（１３０）は、ヘッダタンク（１２０）の長手方向端部にてヘッダタンク（１２０）に接合されており、さらに、接合部（１２３）は、チューブ（１１１）と反対側の面を段付き状とすることにより、その肉厚寸法（Ｔ１）がチューブ（１１１）の短径方向寸法（ｈ）以下となるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
これにより、補強プレート（１３０）の肉厚寸法を薄くすることなく、補強プレート（１３０）のチューブ（１１１）側の面を凹凸（段付き）のないフラットな面とすることができる。
【００１４】
したがって、接合部（１２３）においてもフィン（１１２）を補強プレート（１３０）に接触（接合）させることができるので、接合部（１２３）の肉厚寸法（Ｔ１）を小さくしても熱交換器の強度（剛性）が大きく低下することを防止できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、複数本のチューブ（１１１）及び接合部（１２３）は、ヘッダタンク（１２０）に形成された挿入穴（１２１ａ、１２１ｂ）に挿入された状態でヘッダタンク（１２０）に接合されており、さらに、複数本のチューブ（１１１）間の寸法、及びチューブ（１１１）と補強プレート（１３０）との間の寸法が等しく、かつ、チューブ（１１１）が挿入される挿入穴（１２１ａ）と接合部（１２３）が挿入される挿入穴（１２１ｂ）とが等しい大きさであることを特徴とする。
【００１６】
これにより、挿入穴の遂次加工性が向上してヘッダタンク（１２０）の加工性が向上するので、ヘッダタンク（１２０）（熱交換器）の製造原価上昇を抑制しつつ、熱応力によるチューブ（１１１）の破損を防止できる。
【００１７】
なお、本発明は、請求項３に記載の発明のごとく、チューブ（１１１）をアルミニウム合金製とし、かつ、その肉厚寸法（ｔ）を０．２５ｍｍ以下とした熱交換器に適用すると効果的である。
【００１８】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る熱交換器を車両走行用のエンジンの冷却水を冷却するラジエータに適用したものであって、図１は本実施形態に係るラジエータ１００の斜視図である。
【００２０】
１１１は冷却水（流体）が流通するとともに、その断面形状が扁平状（長円状）に形成されたアルミニウム製のチューブであり、これら複数本のチューブ１１１間には、波状（コルゲート状）に形成されたアルミニウム製のフィン１１２が配設されており、このフィン１１２及びチューブ１１１により冷却水と大気との間で熱交換を行うコア部１１０が構成されている。
【００２１】
また、チューブ１１１の長手方向一端側（図１の左側）には、チューブ１１１の長手方向と直交する方向に延びるとともに、複数本のチューブ１１１と連通して各チューブ１１１に冷却水を分配供給する第１ヘッダタンク１２０ａが設けられ、他端側には、第１ヘッダタンク１２０ａと同様に、複数本のチューブ１１１と連通して各チューブ１１１から流出する冷却水を集合回収する第２ヘッダタンク１２０ｂが設けられている。なお、両ヘッダタンク１２０ａ、１２０ｂは、同一構造であり、以下、特に断りがない限り、両ヘッダタンク１２０ａ、１２０ｂを総称してヘッダタンク１２０と呼ぶ。
【００２２】
因みに、１２０ｃは、エンジンの冷却水流出側に接続される流入側ジョイント部であり、１２０ｄはエンジンの冷却水流入側に接続される流出側ジョイント部である。
【００２３】
なお、ヘッダタンク１２０は、角パイプ状のタンク本体１２０ｅと、このタンク本体１２０ｅの長手方向両端側を閉塞するタンクキャップ１２０ｆを有して構成されており、タンク本体１２０ｅは、図２、３に示すように、アルミニウム製の第１、２タンクプレート（タンク部材）１２１、１２２を接合することにより構成されている。
【００２４】
また、コア部１１０の両端側には、図１に示すように、２本のヘッダタンク１２０間を渡すようにチューブ１１１の長手方向と平行に延びて、ヘッダタンク１２０に接合されたサイドプレート（補強プレート）１３０が設けられており、このサイドプレート１３０によりコア部１１０の機械的強度を増大させている。
【００２５】
そして、チューブ１１１及びサイドプレート１３０は、図２〜４に示すように、ヘッダタンク１２０（第１タンクプレート１２１）に形成された挿入穴１２１ａ、１２１ｂ（図４（ｂ）参照）に挿入された状態でろう付けにてヘッダタンク１２０に接合されている。
【００２６】
因みに、本実施形態では、フィン１１２の表裏両面に被覆（クラッド）されたろう材により、フィン１１２がチューブ１１１及びサイドプレート１３０にろう付け接合されている。
【００２７】
ところで、サイドプレート１３０は、チューブ１１１の短径方向寸法ｈより大きい肉厚寸法Ｔｏを有するアルミニウム製の板材にプレス成形を施すことによりコの字状断面に成形されたもので、サイドプレート１３０のうち、少なくともヘッダタンク１２０との接合部１２３は、図４（ａ）に示すように、チューブ１１１と反対側の面を段付き状とすることにより、その肉厚寸法Ｔ１がチューブ１１１の短径方向寸法ｈ以下（本実施形態では、Ｔ１＝ｈ）となるように構成されている。
【００２８】
そしてさらに、チューブ１１１間の寸法Ｐ１、及びチューブ１１１とサイドプレートとの間の寸法Ｐ２を等しく（Ｐ１＝Ｐ２）するとともに、図４（ｂ）に示すように、チューブ１１１が挿入される挿入穴１２１ａと接合部１２３が挿入される挿入穴１２１ｂとを等しい大きさ（合同）としている。
【００２９】
なお、チューブ１１１の短径方向寸法ｈとは、図５に示すように、チューブ１１１の短径方向のうち外壁で図った寸法を言う。また、本実施形態では、サイドプレート１３０をプレス成形する際に、接合部１２３に相当する部位をローラ等の押圧手段により押圧することにより段付き状として、接合部１２３を成形している。
【００３０】
次に、本実施形態の特徴（作用効果）を述べる。
【００３１】
本実施形態では、サイドプレート１３０のうち、少なくともヘッダタンク１２０との接合部１２３の肉厚寸法Ｔ１をチューブ１１１の短径方向寸法ｈ以下（本実施形態では、Ｔ１＝ｈ）としているので、サイドプレート１３０全体の曲げ剛性を大きく低下させることなく、サイドプレート１３０の引っ張り強度を部分的に低下させることができる。
【００３２】
したがって、サイドプレート１３０の膨張量とチューブ１１１の膨張量との差異を接合部１２３にて吸収することができるので、サイドプレート１３０の材料費の増大、及びサイドプレート１３０の曲げ剛性の低下を抑制しつつ、熱応力によるチューブ１１１の破損を防止できる。
【００３３】
また、チューブ１１１と反対側の面を段付き状とすることにより、接合部１２３の肉厚寸法Ｔ１がチューブ１１１の短径方向寸法ｈ以下（本実施形態では、Ｔ１＝ｈ）となるように構成しているので、サイドプレート１３０の肉厚寸法Ｔｏを薄くすることなく、サイドプレート１３０のチューブ１１１側の面を凹凸（段付き）のないフラットな面とすることができる。
【００３４】
したがって、接合部１２３においてもフィン１１２をサイドプレート１３０に接触（接合）させることができるので、接合部１２３の肉厚寸法Ｔ１を小さくしてもコア部１１０の強度（剛性）が大きく低下することを防止できる。
【００３５】
また、チューブ１１１間の寸法Ｐ１、及びチューブ１１１とサイドプレートとの間の寸法Ｐ２を等しく（Ｐ１＝Ｐ２）するとともに、チューブ１１１が挿入される挿入穴１２１ａと接合部１２３が挿入される挿入穴１２１ｂとを等しい大きさ（合同）としているので、挿入穴の遂次加工性が向上し、ヘッダタンク１２０の加工性が向上する。したがって、ヘッダタンク１２０（ラジエータ１００）の製造原価上昇を抑制しつつ、熱応力によるチューブ１１１の破損を防止できる。
【００３６】
なお、本実施形態は、チューブ１１１の肉厚寸法ｔ（図５参照）が小さい場合（０．２５ｍｍ以下）に特に有効であり、本実施形態では、チューブ１１１の肉厚寸法ｔを０．２ｍｍとしている。
【００３７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明に係る熱交換器をラジエータに適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、空調装置の室内熱交換器又は室外熱交換器等のその他の熱交換器にも適用することができる。
【００３８】
また、上述の実施形態では、フィン１１２は、正弦波状であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば矩形波状又はオフセットフィン等であってもよい。
【００３９】
また、上述の実施形態では、プレス加工にて接合部１２３を段付き状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばミーリング加工等の切削加工にて段付き状としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る熱交換器（ラジエータ）の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るヘッダタンクの斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るヘッダタンクの断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態に係る熱交換器の接合部の拡大図であり、（ｂ）は、第１タンクプレートの挿入穴を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係るチューブの断面図である。
【符号の説明】
１００…ラジエータ、１１０…コア部、１１１…チューブ、
１１２…フィン、１２０…ヘッダタンク、
１３０…サイドプレート（補強プレート）。

Claims

扁平状に形成され、流体が流通する複数本のチューブ（１１１）と、
前記チューブ（１１１）の長手方向両端側に位置して前記複数本のチューブ（１１１）が接合され、前記チューブ（１１１）の長手方向と直交する方向に延びる２本のヘッダタンク（１２０）と、
前記２本のヘッダタンク（１２０）間を渡すように前記チューブ（１１１）の長手方向と平行に延びて、前記ヘッダタンク（１２０）に接合された補強プレート（１３０）とを備え、
前記複数本のチューブ（１１１）間、及び前記チューブ（１１１）と前記補強プレート（１３０）との間には、波状に形成されたフィン（１１２）が配設され、
前記補強プレート（１３０）は、前記ヘッダタンク（１２０）の長手方向端部にて前記ヘッダタンク（１２０）に接合されており、
さらに、前記補強プレート（１３０）のうち、少なくとも前記ヘッダタンク（１２０）との接合部（１２３）は、前記チューブ（１１１）と反対側の面を段付き状とすることにより、その肉厚寸法（Ｔ１）が前記チューブ（１１１）の短径方向寸法（ｈ）以下となるように構成されていることを特徴とする熱交換器。
前記複数本のチューブ（１１１）及び前記接合部（１２３）は、前記ヘッダタンク（１２０）に形成された挿入穴（１２１ａ、１２１ｂ）に挿入された状態で前記ヘッダタンク（１２０）に接合されており、
さらに、前記複数本のチューブ（１１１）間の寸法、及び前記チューブ（１１１）と前記補強プレート（１３０）との間の寸法が等しく、かつ、前記チューブ（１１１）が挿入される挿入穴（１２１ａ）と前記接合部（１２３）が挿入される挿入穴（１２１ｂ）とが等しい大きさであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記チューブ（１１１）はアルミニウム合金製であり、かつ、その肉厚寸法（ｔ）が０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。