JP5443093B2

JP5443093B2 - 熱交換器の補強構造

Info

Publication number: JP5443093B2
Application number: JP2009184054A
Authority: JP
Inventors: 政仁塚原; 昌巳伊熊; 外治田中
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: JP2011038655A

Description

本発明は、主として自動車のエンジン冷却水冷却用の熱交換器（ラジエータ）の補強構造に関する。

エンジン冷却水冷却用の熱交換器は並列された多数のチューブ間で温度差が生じ、特に熱交換器の４隅のチューブにおいて、剛性の高いサポート材と最前列チューブと最後列チューブとの間において、大きな熱歪みが生じる。実験によれば、特に、ヘッダプレートのチューブ挿通孔とチューブのろう付け部近傍であって、その前列チューブの前端および後列チューブの後端のＲ部（円弧状曲面）においてチューブの亀裂が起こる。
特に寒冷地等の外気温が一例としてマイナス４０度である条件の下で、エンジンを始動すると、そのサーモスタッドバルブが開いて熱交換器のチューブ内に急激に５０度〜８０度程度の温水が流れ、各チューブ間でおおきな熱歪みが生じる。即ち、エンジン始動時に過渡的におおきな熱歪みが発生する。
このような問題を解決する熱交換器の補強構造として、下記特許文献記載の各発明が知られている。前者は、断面Ｕ字状に形成された補強部材を偏平チューブの断面の長軸側両端に配置するものである。後者は、偏平な一対の脚部を有し、その両脚部が偏平チューブの横断面の長軸側両端に挿入されるものである。

ＥＰ１５６２０１５Ａ２特開２００７−１６３１２４号公報

上記いずれの公知文献も、偏平チューブが一列に配置された一列型熱交換器に適用され、各チューブの横断面の長軸の両側に補強部材の一対の挿入部が挿入されるため、一本の偏平チューブの入口開口が二カ所大きく塞がれる欠点がある。
また、本発明者の実験によれば、二列型熱交換器においては、その前列の偏平チューブの前側弧状部と、後列の後ろ側弧状部に亀裂が生じることが明らかとなっている。そのため、その部分を集中的に補強することが必要である。また３列以上ではその最前列と最後列の偏平チューブに同様の問題が生じる。
そこで、本発明は係る知見に基づいて創作されたものである。

請求項１に記載の本発明は、複数列に並列された多数の偏平チューブ(1) とフィン(2) と、各偏平チューブ(1) の両端が挿通され、その挿通部がろう付けされた一対のヘッダープレート(4)とを具備する熱交換器コアの補強構造において、
前記偏平チューブ(1) の開口の短軸長さＳに整合する板厚ｗの金属板の曲折体からなる補強部材(5)を有し、
その補強部材(5)は、その連結部(18)の両端部に平面Ｔ字状部(6)を有し、そのＴ字の各先端に前記平面に直交して断面Ｌ字状に延在された前記偏平チューブの長軸の半分に満たない幅の４つの挿入部(7) を有し、その各挿入部(7) の外面にろう溜まり用の浅い凹条(8)が形成され、
その補強部材(5)の前記４つの各挿入部(7)は、前記コアの隅における最前列と最後列のみの隣り合う一対づつの偏平チューブ(1) に挿入され且つ、補強部材(5)の一端側の２つの前記挿入部(7)は最前列の各開口の長軸方向の最前端部のみに嵌着され、補強部材(5)の他端側の２つの前記挿入部(7)は最後列の各開口の長軸方向の最後端部のみに嵌着されてなることを特徴とする熱交換器の補強構造である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記補強部材(5)の各挿入部(7)の両面に前記凹条(8)が形成されると共に、各挿入部(7)の先端縁が先細りのテーパ面(17)に形成され且つ、挿入部(7) の幅方向の側面(23)の形状が前記偏平チューブ(1) の前記開口の長軸方向の端部内面に略整合する横断面弧状に形成され、前記Ｔ字状部(6)の頂部端に冷却水誘導用のＵ字状の欠切部(15)が形成された熱交換器の補強構造である。
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
熱交換器コアの平面の中央位置で、その一方のヘッダープレート(4)に２パス用の仕切り(11)が設けられ、その仕切り(11)に隣接した両側の偏平チューブ(1) に前記補強部材(5)がろう付けされた熱交換器の補強構造である。

本発明の補強構造の補強部材５は、最前列および最後列のみの各偏平チューブ１の最前部および最後部のみ挿入されて、その挿入部７がろう付けされるものである。そのため、亀裂が生じ易い部分を効果的に補強することができる。それと共に、偏平チューブの開口の閉塞部を必要最小限にすることができる。そして、その挿入部７には凹条８が設けられ、その部分は偏平チューブ１内面に被接触であるので、凹条８の両側部分と偏平チューブ１内面との接触性を良好とする。それとともに、凹条８の存在により、そこにろう材が引き寄せられて、確実な補強部材５のろう付け構造を提供し、熱歪みに強い熱交換器となりうる。

上記構成において、請求項２に記載のように、補強部材５の挿入部７の両面に凹条８を形成するとともに、その先端部を先細りのテーパ面１７に形成した場合には、補強部材５の挿入部７を偏平チューブ１開口に挿入しやすく、且つろう付けをさらに強固にすることができる。そして、挿入部７の上部端に冷却水誘導用のＵ字状の欠切部１５を形成したことにより、補強部材５が装着される偏平チューブ１に冷却水を円滑に導くことができる。さらに、挿入部７の側面２３が偏平チューブ１の横断面の長軸端内面に略整合するため、その補強効果が高い。
上記構成において、請求項３に記載のように、２パス用の仕切り１１が設けられたものにおいては、それに隣接した両側の偏平チューブ１に補強部材５をろう付けしたので、特に仕切り１１近傍の偏平チューブ１に集中する熱応力を効果的に支持し、補強効果の高いものとすることができる。

本発明の補強部材５の斜視図。同補強部材５を熱交換器コア３に取付ける説明図。同取付け状態を示す平面図。図３のIV−IV矢視断面図。図４のV-V矢視断面図。仕切り１１を有する熱交換器コア３における補強部材５の配置位置の斜視説明図。同要部平面図。本発明の他の実施例の要部平面図。

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。
本発明はエンジン冷却水冷却用の熱交換器であって、一般に自動車用ラジエータと言われているものに関し、特に偏平チューブが二列以上に並列されたものの補強構造に関する。図２はその熱交換器の要部斜視図であり、二列に並列された多数の偏平チューブ１とフィン２とが交互に配置され、各偏平チューブ１の両端が一対のヘッダープレート４（図６参照）に挿通されている。そのヘッダープレート４には予め多数のチューブ挿通孔が穿設され、その孔縁部９が内面側にバーリング加工されている。偏平チューブ１は、その開口に長軸と短軸とを有するものであり、その開口の短軸長さＳがこの例では１．６ｍｍであり、その開口の長軸が１２ｍｍである。チューブとフィンの並列方向両端にはサポート材１９が配置され、そのサポート材１９の両端がヘッダープレート４に固定される。

このような二列型熱交換器において、その熱交換器コア３の４隅にはそれぞれ補強部材５が取付けられる。この補強部材５は、図１および図２に示すごとく、連結部１８の両端部に平面がＴ字状部６を有し、そのＴ字の各先端に平面に直行して断面Ｌ字状に延在された４つの挿入部７を有する。その挿入部７の幅は偏平チューブ１の開口の１／３程度であり、その先端部は先細りのテーパ面１７に形成されている。また、各挿入部７の表面および裏面には凹条８がその先端部を除いて形成されている。

このような補強部材５は、その板厚ｗが偏平チューブ１の開口の短軸長さＳに整合する。すなわち、この例では補強部材５の板厚ｗは１．６ｍｍである。また、凹条８は一例として０．１ｍｍ程度とすることができる。挿入部７の幅は５ｍｍ、連結部１８方向の全長は３４．６ｍｍ、またＴ字状部６の頂部端にはＵ字状の欠切部１５が形成されている。そして、対向する一対の挿入部７の外面間寸法は一例として９．８ｍｍとすることができる。このような各寸法は、図２においてコアの隅における互いに隣接する４つの偏平チューブ１の開口に嵌着したとき、図３のごとく、それぞれの挿入部７が前列チューブの前端部と、後列チューブの後端部とに嵌着する寸法とされる。そして、各挿入部７の横断面は図５に示すごとく、その幅方向の縁が偏平チューブ１の長軸側の端部内面の円弧状部に略整合する。
なお、この例の熱交換器は、図６に示すごとく一方のヘッダ本体１２に仕切り１１が配置され、冷却水２２が２パスに流通するものである。そのために、補強部材５は図において上下両端と仕切り１１を境として、それに隣接する両側の位置に配置されている。

このように組立てられる熱交換器コア３は、互いに接触する各部品の少なくとも一方側にろう材が被覆または配置され、全体を高温の炉内に挿入して、一体的にろう付け固定するものである。このとき、図５のごとく補強部材５の挿入部７の凹条８の存在により、そこにろうフィレット１０が形成される。そして、全体が一体的にろう付け固定される。
この例では、樹脂製のヘッダ本体１２の小フランジ部２１が図示しないＯリングを介して、ヘッダープレート４の環状溝２４に嵌着され、かしめ用爪部２０をカシメることにより熱交換器を完成する。

そして、図６に示すごとく一方の入口パイプ１３から高温の冷却水２２が流通し、仕切り１１より上方に位置する各偏平チューブ１内を右から左に流通して、他方のヘッダ本体１２をＵターンする（同図では説明の都合上、ヘッダ本体１２をヘッダープレート４から分離している）。そして、Ｕターンした流体は、偏平チューブ１を左から右に流通し、他方の出口パイプ１４からそれが流出する。そして、偏平チューブ１およびフィン２の外面にはファンまたは走行風による空気流が流通し、冷却水２２と空気流との間に熱交換が行われる。

このとき、図３〜図５において、少なくても４隅の偏平チューブ１には補強部材５の挿入部７が一体的にろう付け固定されており、その分だけ偏平チューブ１の開口が縮小する。補強部材５には欠切部１５が形成され、この欠切部１５から連結部下面側に冷却水２２流入して、偏平チューブ１の内部に冷却水をより円滑に供給する。またはそこから欠切部１５を介して流出する。
なお、上記実施例における各部品の寸法は必要に応じて設計変更することができる。

次に、図８は、本発明を３列型の熱交換器コアに適用したものであり、補強部材５の４つの挿入部７が、最前列と最後列の偏平チューブ１に挿入されている。４列以上の偏平チューブを有する熱交換器においても同様である。
また、本説明では、樹脂製のヘッダ本体とＯリングを用いた熱交換器を例にしたものであるが、ヘッダ本体と熱交換器コアを一体ろう付けしたものも同様である。

１偏平チューブ
２フィン
３熱交換器コア
４ヘッダープレート
５補強部材
６Ｔ字状部
７挿入部
８凹条
９孔縁部
10 ろうフィレット
11 仕切り
12 ヘッダ本体

13 入口パイプ
14 出口パイプ
15 欠切部
17 テーパ面
18 連結部
19 サポート材
20 かしめ用爪部
21 小フランジ部
22 冷却水
23 側面
24 環状溝

Claims

複数列に並列された多数の偏平チューブ(1) とフィン(2) と、各偏平チューブ(1) の両端が挿通され、その挿通部がろう付けされた一対のヘッダープレート(4)とを具備する熱交換器コアの補強構造において、
前記偏平チューブ(1) の開口の短軸長さＳに整合する板厚ｗの金属板の曲折体からなる補強部材(5)を有し、
その補強部材(5)は、その連結部(18)の両端部に平面Ｔ字状部(6)を有し、そのＴ字の各先端に前記平面に直交して断面Ｌ字状に延在された前記偏平チューブの長軸の半分に満たない幅の４つの挿入部(7) を有し、その各挿入部(7) の外面にろう溜まり用の浅い凹条(8)が形成され、
その補強部材(5)の前記４つの各挿入部(7)は、前記コアの隅における最前列と最後列のみの隣り合う一対づつの偏平チューブ(1) に挿入され且つ、補強部材(5)の一端側の２つの前記挿入部(7)は最前列の各開口の長軸方向の最前端部のみに嵌着され、補強部材(5)の他端側の２つの前記挿入部(7)は最後列の各開口の長軸方向の最後端部のみに嵌着されてなることを特徴とする熱交換器の補強構造。
請求項１において、
前記補強部材(5)の各挿入部(7)の両面に前記凹条(8)が形成されると共に、各挿入部(7)の先端縁が先細りのテーパ面(17)に形成され且つ、挿入部(7) の幅方向の側面(23)の形状が前記偏平チューブ(1) の前記開口の長軸方向の端部内面に略整合する横断面弧状に形成され、前記Ｔ字状部(6)の頂部端に冷却水誘導用のＵ字状の欠切部(15)が形成された熱交換器の補強構造。
請求項１または請求項２において、
熱交換器コアの平面の中央位置で、その一方のヘッダープレート(4)に２パス用の仕切り(11)が設けられ、その仕切り(11)に隣接した両側の偏平チューブ(1) に前記補強部材(5)がろう付けされた熱交換器の補強構造。