JP3818123B2

JP3818123B2 - タンク内蔵型の熱交換器

Info

Publication number: JP3818123B2
Application number: JP2001326822A
Authority: JP
Inventors: 竜雄尾崎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: JP2003130583A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体が満たされた金属製のタンク内に内蔵されてタンクにろう付け接合されたタンク内蔵型の熱交換器に関するもので、車両用ラジエータのヘッダタンクに内蔵されたオイルクーラ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】
発明者は、ラジエータのヘッダタンク２２０に内蔵されたオイルクーラとして、図６に示すように、オイルクーラ１００を構成するチューブ１１０の長手方向両端側に設けられたジョイント用のニップル１５０を介してオイルクーラ１００をヘッダタンク２２０にろう付けすることを試みたが、以下に述べる問題が発生した。
【０００３】
すなわち、ろう付けする際には、炉内でヘッダタンク２２０及びオイルクーラ１００を加熱するが、チューブ１１０を略水平状態に配置した状態でオイルクーラ１００を炉内で加熱すると、チューブ１１０が軟化して自重により大きく撓んでしまい、チューブ１１０とヘッダタンク２２０とが接近してしまう。
【０００４】
そして、チューブ１１０とヘッダタンク２２０とが接近してしまうと、冷却水通路が狭くなってしまうので、ヘッダタンク２２０内の通水抵抗が大きくなってしまい、オイルクーラの冷却能力及びラジエータの冷却能力が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、タンクにろう付け接合されたタンク内蔵型の熱交換器において、ろう付け時にチューブが大きく撓んでしまうことを抑制することを目的とする。
【０００６】
【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、流体が満たされた金属製のタンク（２２０）内に内蔵されたタンク内蔵型の熱交換器であって、
タンク（２２０）内に収納され、タンク（２２０）内の流体と熱交換する流体が流れる金属製のチューブ（１１０、１２０）と、
チューブ（１１０）の長手方向両端側にてチューブ（１１０）と連通し、タンク（２２０）にろう付けされた金属製のジョイント（１５０）とを有し、
チューブ（１２０）の外壁側及びタンク（２２０）の内壁側のうち少なくとも一方側には、他方側に向けて突出する突起部（２２１）が設けられており、
突起部（２２１）は、チューブ（１２０）の長手方向において、両端側のジョイント（１５０）の間に位置しており、チューブ（１２０）がろう付け時に軟化して撓む部分を突起部（２２１）により支持することを特徴とする。
【０００７】
これにより、突起部（２２１）によりチューブ（１２０）が支持された構造となるので、炉内で加熱してチューブ（１２０）が軟化しても、チューブ（１２０）が自重により大きく撓んでしまうことを防止できる。
【０００８】
なお、突起部（２２１）は、請求項２に記載の発明のごとく、塑性加工によりタンク（２２０）に一体形成してもよい。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明のごとく、チューブ（１２０）を所定形状にプレス成形されたプレート（１２１、１２２）をろう付け接合することにより構成した場合には、突起部（２２１）を塑性加工によりプレート（１２２）に一体形成してもよい。
【００１０】
ところで、突起部（２２１）チューブ（１２０）とが接合されてしまうと、タンク（２２０）内の流体とチューブ（１１０、１２０）内の流体との温度差によるタンク内蔵型の熱交換器とタンク（２２０）との熱膨張量の相違により、タンク内蔵型の熱交換器及びタンク（２２０）に熱応力が発生する。
【００１１】
これに対して、請求項４に記載の発明では、チューブ（１１０、１２０）の外壁側及びタンク（２２０）の内壁側のうち少なくとも一方の表面には、母材より電位的に卑なる金属からなる犠牲腐食層が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、ろう付け時に突起部（２２１）とチューブ（１２０）とが接合してしまうことを防止できるので、タンク内蔵型の熱交換器及びタンク（２２０）に熱応力が発生することを防止できる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のタンク内蔵型の熱交換器（１００）の製造方法であって、チューブ（１１０、１２０）の長手方向が略水平となるようにした状態で、突起部（２２１）がタンク（２２０）の下方側に位置するように、タンク（２２０）及び熱交換器（１００）を配置してろう付けを行うことを特徴とする。
【００１４】
これにより、ろう付け時にチューブ（１２０）が自重により大きく撓んでしまうことを確実に防止できる。
【００１５】
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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、エンジン（図示せず。）内の摺動部を潤滑するエンジンオイルやオートマチックトランスミッション用フルード等のオイルを冷却するオイルクーラに本発明に係るタンク内蔵型の熱交換器を適用した例であり、図１は、本実施形態に係るオイルクーラ１００をラジエータ２００内に収納した状態を示す斜視図である
なお、ラジエータ２００は、エンジン冷却水が流通するアルミニウム製のラジエータチューブ２１０と、ラジエータチューブ２１０の長手方向両端側に配設されて複数本の各ラジエータチューブ２１０と連通するアルミニウム製のヘッダタンク２２０とを有して構成されたものあり、オイルクーラ１００は、その長手方向をエンジン冷却水をヘッダタンク２２０の長手方向と一致させた状態でヘッダタンク２２０内に収納されている。
【００１７】
図２はヘッダタンク２２０に組み付ける前のオイルクーラ１００を示す図面であり、図３は図２に示すオイルクーラ１００の断面図である。そして、オイルクーラ１００は、図３に示すように、オイルが流通する扁平状の２本の第１、２チューブ１１０、１２０をヘッダタンク２２０内に配設することにより、オイルとエンジン冷却水とを熱交換してオイルを冷却するものである。
【００１８】
ここで、第１、２チューブ１１０、１２０は、所定形状にプレス加工されたアルミニウム製の第１、２プレート１１１、１１２、１２１、１２２を１組として、その組をなすプレート１１１、１１２、１２１、１２２間にインナーフィン１３０を配設した状態で、第１、２プレート１１１、１１２、１２１、１２２をかしめ固定した後、ろう付け接合することにより構成されたものである。
【００１９】
なお、インナーフィン１３０は、オイルとチューブ１１０、１２０との伝熱面積を増大させるとともに、オイルとチューブ１１０、１２０との間の熱伝達率を増大させるものであり、本実施形態では、チューブ１１０、１２０の短径方向と略平行な板状のセグメントがチューブ１１０、１２０の長手方向に千鳥状に設けられたオフセット型のフィンを採用している。
【００２０】
因みに、プレート１１１、１１２、１２１、１２２の内壁側であるインナーフィン１３０側にはろう材が被覆されており、このろう材によりプレート１１１、１１２、１２１、１２２及びインナーフィン１３０がろう付けされる。
【００２１】
そして、両チューブ１１０、１２０の第１プレート１１１、１２１には、両チューブ１１０、１２０の第２プレート１１２、１２２側に突出するバーリング加工（ＪＩＳＢ０１２２参照）にて形成された環状のバーリング部１１１ａ、１２１ａが形成され、バーリング部１１１ａ、１２１ａは、図４に示すように、第２プレート１１２、１２２に形成された貫通穴１１２ａ、１２２ａを貫通した状態でその先端側が拡げられて第２プレート１１２、１２２にかしめ固定されている。
【００２２】
このとき、第１、２チューブ１１０、１２０は、図３（ｂ）に示すように、少なくともバーリング部１１１ａ、１２１ａが形成されている部位において第１チューブの第１プレート１１１と第２チューブ１２０の第１プレート１２１とが所定の隙間を有して向かい合うように配置されているとともに、第１チューブ１１０のバーリング部１１１ａと第２チューブ１２０のバーリング部１２１ａとは、図２（ｂ）に示すように、隙間を介して互いに対向した位置に形成されている。
【００２３】
また、第１プレート１１１、１２１それぞれの一部は、図３に示すように、組をなす第２プレート１１２、１２２の一部を外側から覆うようにして第２プレート１１２、１２２に巻かれて、第１プレート１１１、１２１が第２プレート１１２、１２２にかしめ固定されている。
【００２４】
そして、第１チューブ１１０と第２チューブ１２０とは、図３（ｃ）に示すように、リング状のジョイント１４０の軸方向両側に形成された円筒状のバーリング部１４１の先端側を、バーリング部１１１ａ、１２１ａと同様に拡げることにより両プレート１１１、１２１にかしめ固定されている。
【００２５】
なお、本実施形態では、ジョイント１４０と第１プレート１１１、１２１とのろう付けを確実なものとするため、表裏両面にろう材は被覆されたリング状のカラー１４２を、ジョイント１４０と第１プレート１１１、１２１との間に挟んだ状態でジョイント１４０をかしめ固定している。
【００２６】
そして、ニップル１５０はオイルクーラ１００をヘッダタンク２２０に組み付けるためのジョイント部材であり、このニップル１５０は第１チューブ１１０の長手方向両端側に設けられて両チューブ１１０、１２０と連通している。
【００２７】
なお、ニップル１５０もジョイント１４０と同様に円筒状のバーリング部１５１の先端側を拡げることによりプレート１１２にかしめ固定され、さらに、ニップル１５０とプレート１１２とのろう付けを確実なものとするため、表裏両面にろう材は被覆されたリング状のカラー１５２がプレート１１２とニップル１５０との間に挟まれ、第２プレート１２２のうちニップル１５０に対応する部位には補強板１６０が設けられている。
【００２８】
また、第１プレート１１１、１２１それぞれには、図３（ａ）に示すように、第１、２チューブ１１０、１２０間の隙間を確保するための突起部１１１ｂ、１２１ｂが第１プレート１１１、１２１に一体形成されている。
【００２９】
そして、表裏両面にろう材は被覆されたリング状のカラー１５３を、図５に示すように、ニップル１５０とヘッダタンク２２０との間に挟んでオイルクーラ１００をヘッダタンク２２０に仮組み付けし、炉内で加熱してろう付けする。
【００３０】
このとき、ヘッダタンク２２０の内壁側には、第２チューブ１２０側に向けて突出してその先端側が第２チューブ１２０に接触する複数個の突起部２２１が、プレス加工等の塑性加工により一体成形されている。
【００３１】
次に、オイルクーラ１００の製造方法及びろう付け方法を述べる。
【００３２】
チューブ１１０、１２０の外表面側に相当する面に、母材であるアルミニウムより電位的に卑なる金属（本実施形態では、亜鉛）からなる犠牲腐食層が形成されたプレート１１１、１１２、１２１、１２２にプレス加工を施して所定形状にした後、バーリング部１１１ａ、１２１ａのかしめ加工及び第１プレート１１１、１２１の端部に巻き締め加工を行ってオイルクーラ１００を仮り組みする。
【００３３】
一方、ヘッダタンク２２０は、図５に示すように、ヘッダタンク２２０の内壁面に相当する面に、母材であるアルミニウムより電位的に卑なる金属（本実施形態では、亜鉛）からなる犠牲腐食層が形成されたプレート２２２、２２３を断面Ｌ字状にプレス成形するとともに、少なくともプレート２２３には突起部２２１をプレス成形と同時に形成する。
【００３４】
そして、仮組みされたオイルクーラ１００をプレート２２２に仮固定した状態でプレート２２３をプレート２２２に仮固定し、チューブ１１０、１２０の長手方向が略水平となるようにした状態で、突起部２２１がヘッダタンク２２０の下方側に位置するように、ヘッダタンク２２０及びオイルクーラ１００を配置した状態で炉内で加熱してろう付けする。その後、ニップル１５０に接続パイプ１５４をねじ込む。
【００３５】
次に、本実施形態の特徴（作用効果）を述べる。
【００３６】
ヘッダタンク２２０の内壁側には、第２チューブ１２０側に向けて突出してその先端側が第２チューブ１２０に接触する突起部２２１が設けられているので、突起部２２１により第２チューブ１２０が支持された構造となり、炉内で加熱してチューブ１１０、１２０が軟化しても、第２チューブ１２０が自重により大きく撓んでしまうことを防止できる。
【００３７】
また、第１チューブ１１０は、突起部１１１ｂ、１２１ｂにより支持された構造となるので、第１、２チューブ１１０、１２０が共に自重により大きく撓んでしまうことを防止できる。
【００３８】
延いては、ヘッダタンク２２０内のエンジン冷却水通路が狭くなってしまうことを防止できるので、ヘッダタンク２２０内の通水抵抗が大きくなってしまうことを防止でき、オイルクーラ１００の冷却能力及びラジエータ２００の冷却能力が低下してしまうことを防止できる。
【００３９】
ところで、突起部２２１と第２チューブ１２０とが接合されてしまうと、エンジン冷却水とオイルとの温度差によるオイルクーラ１００とヘッダタンク２２０との熱膨張量の相違により、オイルクーラ１００及びヘッダタンク２２０に熱応力が発生する。
【００４０】
これに対して、本実施形態では、第２チューブ１２０の外壁側及びヘッダタンク２２０の内壁側には犠牲腐食層が形成されているので、ろう付け時に突起部２２１と第２チューブ１２０とが接合してしまうことを防止できる。したがって、オイルクーラ１００及びヘッダタンク２２０に熱応力が発生することを防止できるので、オイルクーラ１００及びヘッダタンク２２０の耐久性を向上させることができる。
【００４１】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、突起部２２１をヘッダタンク２２０に設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばプレート１２２をプレス成形する際に第２チューブ１２０に突起部２２１を一体形成してもよい。
【００４２】
また、上述の実施形態では、第２チューブ１２０の外壁側及びヘッダタンク２２０の内壁側に犠牲腐食層が形成されていたが、いずれか一方のみに犠牲腐食層を形成してもよい。
【００４３】
また、上述の実施形態では、２本のチューブ１１０、１２０を備えるオイルクーラ１００を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば１本のチューブからなるオイルクーラ１００にも適用することができる。
【００４４】
また、上述の実施形態では、突起部２２１を長手方向に離散的に複数個形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、チューブ１１０、１２０の長手方向又はこれに交差する方向に連続的に突出した突条としてもよい。
【００４５】
また、上述の実施形態では、プレートを張り合わせてチューブを形成したが、本発明は、これに限定されるものではなく、引き抜き又は押し出し加工によりチューブ、若しくは電縫管等であってもよい。
【００４６】
また、本発明の適用は車両用オイルクーラに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るラジエータの正面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施形態に係るオイルクーラの正面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るオイルクーラの断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るオイルクーラのバーリング部の拡大図である。
【図５】本発明の実施形態に係るオイルクーラをヘッダタンク内に装着したときの断面図である。
【図６】本発明が解決しようとする課題を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１００…オイルクーラ、１１０、１２０…チューブ、２２０…ヘッダタンク、
２２１…突起部。

Claims

流体が満たされた金属製のタンク（２２０）内に内蔵されたタンク内蔵型の熱交換器であって、
前記タンク（２２０）内に収納され、前記タンク（２２０）内の流体と熱交換する流体が流れる金属製のチューブ（１１０、１２０）と、
前記チューブ（１１０）の長手方向両端側にて前記チューブ（１１０）と連通し、前記タンク（２２０）にろう付けされた金属製のジョイント（１５０）とを有し、
前記チューブ（１２０）の外壁側及び前記タンク（２２０）の内壁側のうち少なくとも一方側には、他方側に向けて突出する突起部（２２１）が設けられており、
前記突起部（２２１）は、前記チューブ（１２０）の長手方向において、前記両端側のジョイント（１５０）の間に位置しており、前記チューブ（１２０）がろう付け時に軟化して撓む部分を前記突起部（２２１）により支持することを特徴とするタンク内蔵型の熱交換器。
前記突起部（２２１）は、塑性加工により前記タンク（２２０）に一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載のタンク内蔵型の熱交換器。
前記チューブ（１２０）は、所定形状にプレス成形されたプレート（１２１、１２２）をろう付け接合することにより構成されており、
さらに、前記突起部（２２１）は、塑性加工により前記プレート（１２２）に一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載のタンク内蔵型の熱交換器。
前記チューブ（１１０、１２０）の外壁側及び前記タンク（２２０）の内壁側のうち少なくとも一方の表面には、母材より電位的に卑なる金属からなる犠牲腐食層が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のタンク内蔵型の熱交換器。
請求項１ないし４のいずれか１つに記載のタンク内蔵型の熱交換器（１００）の製造方法であって、
前記チューブ（１１０、１２０）の長手方向が略水平となるようにした状態で、前記突起部（２２１）が前記タンク（２２０）の下方側に位置するように、前記タンク（２２０）及び前記熱交換器（１００）を配置してろう付けを行うことを特徴とするタンク内蔵型の熱交換器の製造方法。