JP5283385B2 - 熱交換器、特に自動車用の給気冷却器または冷媒冷却器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関し、特にろう接されたブロックを有し、該ブロックが管とフィンと少なくとも１つの管床と少なくとも１つの特にプラスチック製または金属製のタンクとからなり、該タンクが、断面が特にほぼＵ字形になった壁部と外周するフランジとを有し、該フランジを介して管床と機械的に結合されている熱交換器、特に自動車用の給気冷却器または冷媒冷却器に関する。

既に知られている特に自動車用の熱交換器の多くは、管とフィンと管床とからなるろう接されたブロックを有し、管床にプラスチック製の収集タンクが載置されている。プラスチックタンクと管床の間の結合は、クランプ結合またはフランジ結合であり、プラスチックタンクのフランジと管床との間にはガスケットが挿入されており、タンク／管床の結合によって固定されている。これにより、プラスチックタンクは金属製の管床に固定的に密接して結合される。

この種のタンク／管床の結合は、本出願人の特許文献１によって知られている。そこでは、管床の変形可能な縁部が水タンクのフランジ上に延びており、これにより、確実な結合を実現する。プラスチックタンクは、内圧が上昇した際に特に装着部分の上方部分が変形し、応力が増す傾向にある。これはまた、タンク／管床の結合部からの漏れを引き起こす恐れがある。

従って、本出願人の特許文献２では、いわば波形スリットフランジ用に改良されたフランジが提案された。そこでは、タンクの壁部がフランジ上方で波形に構成されており、これにより、長手壁部が補強される。

特に、例えば特許文献３によって知られているような給気冷却器の場合、プラスチックタンク内に生じる内圧は高くなり、しかも、将来の技術発展に伴いその傾向が強くなる。その結果、従来のプラスチックタンクは、このような負荷に耐えられず、変形が生じ、応力が大きくなってひび割れが生じる恐れがある。
独国特許第２８５２４０８号明細書 独国特許出願公開第３８４１４７０号明細書 独国特許出願公開第１９８５７４３５号明細書

本発明の課題は、冒頭に述べた種類の熱交換器、特にそのプラスチックタンクを、熱交換器の重量を著しく大きくすることなく内圧強度の点で改良することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。

発明の実施の形態

本発明では、フランジ上方のプラスチックタンクの内側に、すなわちフランジとタンク壁部との間に多数の補強リブが設けられる。これによって、プラスチックタンクは、内圧が上昇した際にこの重要部位が補強され、変形に対する耐性が高くなるという利点が得られる。従って、タンク／管床の結合部上方に位置するタンクのこの部位において、応力ピーク値が許容値にまで低減される。特に、本発明に従って補強されたプラスチックタンクは、給気冷却器として用いることができる。

本発明の有利な構成では、プラスチックタンクはＵ字形の断面形状を有し、該断面はオフセットを経て外周するフランジへと延びていく。ほぼ鈍角に形成されたオフセットの縁端部には、内側に補強リブが設けられている。補強リブの内縁は、タンク内壁のＵ字形状と一直線上にあることが好ましい。これによって、補強リブが、タンクを貫流する媒体、すなわち冷媒または供給空気に対してさしたる流体抵抗を生じない位置に設けられるという効果が得られる。つまり、本発明に係る補強リブは、プラスチックタンク内に大きな圧力低下を生じることがない。この補強リブはまた、さしたる重量の増加を伴わない。タンク自体の壁厚が大きくなることはなく、リブの壁部も比較的薄いためである。従って、補強リブは、内圧が高まった際に特に曲げ荷重を受ける、タンクの重要部位の断面係数を、重量にさほど影響せず、また圧力損失を生じることなく、高めることができる。

本発明のもう１つの有利な構成では、熱交換器が単列または多列の扁平管機構を含むブロックを有し、扁平管の終端が管床の縁付き穴に収められている。補強リブは互いに上下に、管スペースのピッチ、すなわち管間隔または外部フィンピッチに等しい間隔で設けられている。その際、補強リブは管の高さ位置に、または管の間に設けることができる。これにより、内圧負荷に適応した、タンクの長手壁部の均一な補強が行われる。

本発明のもう１つの有利な構成では、タンクの長手方向におけるフランジとタンク壁部との間の移行部分が波形状に設けられている。これは、冒頭に挙げた本出願人の特許文献２によって既に公知である。有利には、補強リブはこの波形状の部分、しかもタンク内側の凹部（波の谷）または凸部（波の山）に設けられている。これによって、タンク内にさしたる圧力損失が生じることなく、さらなる補強が行えるという効果が得られる。

本発明のもう１つの有利な構成では、プラスチックタンクの内側に突き出ているリブ面が、タンクの型抜き方向に対して平行に設けられている。これにより、リブの形材は、タンクの中子に組み入れることができ、中子は、タンクを射出した後、型抜き方向に、スライドコアを追加的に使用することなく引き出せる、すなわち、型抜きできる。これにより、補強リブの本発明に係る構造および設置の場合、バイトのための大きなコスト増加を避けることができ、製造コストを低減できるという効果が得られる。

実施例が図に示されており、以下で詳細に説明する。

図１は、本発明に係る熱交換器１の部分切取図である。該熱交換器は、管床２、プラスチックタンク３および扁平管４を有し、該扁平管は管床２の縁付き穴２ａに嵌め込まれている。管床２は、従来の技術で知られているように、外周する溝２ｂを有し、その溝に外側縁部２ｃが続いている。プラスチックタンク３は、壁部３ａを持つＵ字形状（完全には図示されていない）を有し、該Ｕ字形状は、より大きな壁厚を持つフランジ３ｂへと延びている。フランジ３ｂおよび（図示されていない）ガスケットは、管床２の溝２ｂ内に挿設されており、変形可能な縁部２ｃによって管床２に対して（詳細には図示されていない）フランジ結合またはクランプ結合によって固定される。この種のタンク／管床の結合は、冒頭に挙げた従来技術、例えば特許文献２から知られている。扁平管４は、（図示されていない）波形フィンと、図では管床２だけが部分的に見えているが、複数の管床の縁付き穴とにろう接され、１つのブロックを形成している。ろう接されたこのブロックには、これもタンク３だけが部分的に示されているが、複数のプラスチックタンクが載置され、固定されている。

図２は、図１の細部Ｘ、すなわち、プラスチックタンク３の壁部３ａとフランジ３ｂとの間の移行部分５を示す。この移行部分５は、オフセットとして構成されており、壁部３ａの内縁３ｄは、フランジ３ｂの内縁３ｅに比べてほぼ壁厚分だけ内側へずれている。従って、このオフセット５によって、プラスチックタンク３はいわば引っ込み部分を持つことになる。オフセット５の部分では、タンク３の内側に補強リブ６が設けられており、補強リブの内縁６ａはタンク壁部３ａの内縁３ｄと一直線状にある。これにより、補強リブ６はオフセット５の鈍角を塞ぎ、フランジ３ｂの部分にまで達する。補強リブ６のこの設置によって、移行部分５、すなわち、内圧のために高い荷重が加わる部分についてタンクの補強が実現される。熱交換器１は、給気冷却器として構成されることが好ましく、従って、約２バール（将来、圧力の増加が予想される）の圧縮空気の負荷が加わる。これは、フランジ上方の部分においてプラスチックタンクの臨界荷重を生じさせる。しかし、本発明に係る補強リブがそれに対抗し、しかも壁厚の増大も、従ってタンク３の有意な重量の増加も伴うことはない。

図３は、長手壁部７ｂの内側に本発明に係る補強リブ８を備えたプラスチックタンク７の縁端部の斜視図である。タンク７は、完全には図示されていない、長方形の外周するフランジ７ａを有し、該フランジ上方に波形構造の移行部分９が設けられている。このような移行部分は、冒頭で触れた本出願人の特許文献２から知られている。従って、該公開特許は本出願の開示内容に全て包含される。管床とタンク７との間の結合（図示されていない）は、この公開特許における既知の実施形態と等しい。移行部分９が波形の構造であるために、タンク７の内側に凹部１０と凸部１１が生じる。補強リブ８は、この第１の実施形態の場合、凹部１０の上方に設けられている。

図４は、プラスチックタンク１３における補強リブ１２の設置に関する第２の実施形態を示す。このプラスチックタンクも波形の移行部分９を有し、上述した図３の移行部分９と等しい。従って、この実施形態の場合も、タンク１３の内側には凹部１０と凸部１１が設けられており、壁部が波形の形状を有する。補強リブ１２は、凸部１１の領域、すなわちタンク内壁の盛り上がった部分に、それぞれ２つの凹部１０の間に設けられている。従って、補強リブの長さは図３の実施例よりも大きい。この２つの実施例、すなわち、補強リブ８と補強リブ１１の場合、そのリブ面（図２における面６に相当）は互いに平行に構成されている。その際、これらの面は、ほぼ垂直方向に、仮想の管床面上に、または外周するフランジ７ａを通る平面上に位置する。これは、プラスチックタンク３，７，１３を製造する際、図示されていない中子をいわゆる型抜き方向に引き出せることを意味する。従って、これらの補強リブ６，８，１２の配置および構造は、スライドコアを追加することを必要とせず、既存の工具を変更することによっても実施可能である。

図５は、図３の実施例を示したもう１つの図であり、フランジ７ａを備えたプラスチックタンク７の長手壁部７ｂの部分切取図である。フランジ７ａの上方に波形の移行部分９が設けられている。長手壁部７ｂは、その外側において横リブ７ｃが設けられることによって補強されている。

図６は、図５の線VI−VIに沿った断面、すなわちフランジ７ａを通る断面を示す。長手壁部７ｂの内側には、波形の形状９の部分（図５を参照）に凹部１０と凸部１１、すなわち波の山と谷が設けられている。それぞれ２つの凸部１１の間には、垂直方向に内側に突出した補強リブ８が設けられており、しかも、図３から分かるように、凹部１０の上方に位置している。補強リブ８は、線７ｄまで内側に延びており、この線７ｄは長手壁部７ｂの内輪郭となっている。従って、補強リブ８は内壁７ｄと同一線上にあり、これにより、圧力低下がわずかになることが保証される。また、補強リブ１０の間隔は、図示されていない扁平管の間隔と等しい。さらに、リブ８は、図面に対して垂直方向に延びており、これにより、タンクの中子と共に容易に型抜きすることができる。

図７は、波形の形状９を有するタンク１３の側壁１３ａ（図４を参照）の部分切取図である。

図８は、図７の線VIII−VIIIに沿った断面、すなわちタンク１３のフランジを通る断面を示す。波形の形状９によって、内側に凹部１０と凸部１１が生じ、それらの上に補強リブ１２（図４を参照）が設けられている。垂直方向に内側に突出するこの補強リブ１２は、エッジ１３ｂまで延び、該エッジは長手壁部１３ａ（図平面上に垂直方向に位置する）の内縁に等しい。これにより、補強リブ１２は内壁１３ａ以上にタンクの内部空間へと突出することがなく、従って、流動媒体、たとえば供給空気または冷媒に関して大きな圧力低下が生じることがない。

管床とプラスチックタンクの間が結合された、本発明に係る熱交換器の部分切取図である。 本発明に係る補強リブを備えた、図１の細部Ｘを示す。 補強リブの第１の設置方法によるプラスチックタンクの斜視図である。 補強リブの第２の設置方法によるプラスチックタンクである。 プラスチックタンクの長手壁部の部分切取図（第１の設置方法）である。 図５における線VI−VIに沿った断面図である。 プラスチックタンクの長手壁部の部分切取図（第２の設置方法）である。 図７における線VIII−VIIIに沿った断面図である。

Claims (7)

1. 自動車用の熱交換器において、ろう接されたブロックが、複数の管（４）と、少なくとも１つの管床（２）と、少なくとも１つのプラスチックタンク（３）とを有し、そのプラスチックタンク（３）が、壁部（３ａ）とその外周に設けたフランジ（３ｂ）とを有し、そのフランジ（３ｂ）を介してプラスチックタンク（３）が管床（２）と結合されており、プラスチックタンク（３）の内側で、フランジ（３ｂ）と壁部（３ａ）との間の移行部分（５）に補強リブ（６）が設けられており、その移行部分（５）が鈍角状にずれたオフセットとして設けられており、補強リブ（６）の内縁（６ａ）がプラスチックタンク（３）の壁部（３ａ）の内縁（３ｄ）と一直線状になるように、補強リブ（６）が、オフセットとして設けられた移行部分（５）を高くして移行部分（５）のオフセット部分を満たす形でフランジ（３ｂ）の下方領域に達して、補強リブ（６）がフランジ（３ｂ）の下方部分と部分的にオーバーラップして、プラスチックタンク（３）の内圧強度の臨界点の荷重が生じるフランジ（３ｂ）の上方部分においてタンクの補強を実現していることを特徴とする熱交換器。
2. 管（４）が、円管、楕円管または扁平管（４）として構成され、単列または複数列に設けられて、管床（２）に収められており、補強リブ（６）がプラスチックタンク（３）の長手壁部（３ａ）に、管のピッチまたは外部リブのピッチに等しい間隔を置いて設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
3. 補強リブ（６）が複数の管（４）の間に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器。
4. 移行部分（９）が波形に構成されており、凹部（１０）と凸部（１１）とをプラスチックタンク（７，１３）の内側に有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 補強リブ（８）が凹部（１０）の上方に設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の熱交換器。
6. 補強リブ（１２）が凸部（１１）の領域において凹部（１０）の間に設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の熱交換器。
7. 補強リブ（６，８，１２）がタンク（３，７，１３）の型抜き方向に対して平行に配置されたリブ面を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。

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