JP6325963B2

JP6325963B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP6325963B2
Application number: JP2014223679A
Authority: JP
Inventors: 英一信川
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: JP2016090116A

Description

本発明は、チャージエアクーラとして最適な熱交換器に関する。

チャージエアクーラは、冷却風が流通するコルゲートフィンと、チャージエアが流通する多数の偏平チューブを交互に積層し、コアを形成すると共に、その積層方向両端にサポート材を配置する。そして各偏平チューブをタンクに挿通し、全体を炉内で一体的にろう付け固定する。そしてタンクを介し各偏平チューブにチャージエアを流通すると共に、そのチューブの外面側およびコルゲートフィン側に冷却風を流通させて、それとチャージエアとの間に熱交換を行うものである。

このようなチャージエアクーラは、コアの両端部に配置されたサポート材と、それにコルゲートフィンを介して隣接する偏平チューブとは、稼働中の伸縮量が異なり、偏平チューブの伸縮量がサポート材よりも大きい。すると、偏平チューブとサポート材との間に熱歪みが生じ、偏平チューブの付根部に亀裂が生じることがある。これを防止するため、サポート材の端部とタンクとの接続部を後工程で切断し、サポート材の伸縮量を可及的に偏平チューブの伸縮量に近づけることが行われている。
また、特許文献１の「アルミニウム放熱器の取付部」は、サポート材をその長手方向中間で二分し、それらをフィンにろう付け固定していた。
さらには、特許文献２の「アルミニウム製熱交換器」は、サポート材の中間に首部を設け、熱交換器の稼働中にその首部が伸縮できるようにした提案がなされている。

実公昭４６−２７７１９号公報実開昭６４−２２１９１号公報

サポート材とタンクとの接続部を後工程で切断する場合には、その切断作業が面倒である欠点がある。
また，予めサポート材の中間で二分しておき、夫々をコアの端部に配置する構造は、その組立て作業が面倒である欠点がある。
さらには、サポート材の中間に首部を設け、その首部でサポート材を伸縮させる場合には、その信頼性に欠ける欠点がある。
そこで本発明は、製造が容易で信頼性の高い、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)とを交互に並列したコア(3)と、各偏平チューブ(1)の両端がチューブプレート(4)に挿通されたタンク(5)と、コア(3)の両側に位置するコルゲートフィン(2)に配置された溝形のサポート材(6)とを具備し、それら各部品間を炉内で一体にろう付する熱交換器において、
そのサポート材(6)は、細長いプレートを溝形にプレス成形してなり、その底部(7)とその両側に直交する側壁部(8) とを有する基部(9)と、その基部(9)の長手方向の両側に配置された接続部(10)とを有し、
その接続部(10)は、基部(9)の底部(7)のみが延長されたもので、その底部(7)に対して平行に配置される平坦部(11)と、その幅方向の両端部でその平坦部(11)と前記底部(7)とを連結し、前記底部(7)に対して立上げ部(12)および水平部(13)が階段状に曲折する一対の脚部(14)と、を具備し、
前記平坦部(11)が前記チューブプレート(4)の長手方向の両端に接合され、前記基部(9)の底部(7)が前記コルゲートフィン(2)に接合されると共に、前記脚部(14)が、チューブプレート(4)およびコルゲートフィン(2)の何れからも離間して配置され、
前記一対の脚部(14)は、その幅が狭く形成されて、熱交換器の初期稼働時の熱応力で、破断するように形成したことを特徴とする熱交換器である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の熱交換器において、
前記脚部(14)と前記底部(7)との間に、脚部(14)の幅よりも幅の広い幅広部(15)が設けられた熱交換器である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の熱交換器において、
前記接続部(10)の平坦部(11)を、前記ろう付前に、前記チューブプレート(4)の縁に突設された爪部(16)にカシメ固定した熱交換器である。

請求項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱交換器において、
前記チューブプレート(4)は、その平面と周縁との境が湾曲する湾曲部(17)で連設され、
前記接続部(10)の平坦部(11)と脚部(14)との付根が、その湾曲部(17)に隣接し、その付根で前記破断が生じるようにした熱交換器である。

請求項１に記載の熱交換器は、サポート材６の接続部１０に、階段状の立上げ部１２および水平部１３が曲折された一対の幅の狭い脚部１４を有し、接続部１０の平坦部１１をチューブプレート４に接合した状態で、熱交換器の初期稼働時の熱応力で、脚部１４を予め破断させるものである。
そのため、サポート材６を位置決めしてろう付した後に、サポート材６の脚部１４を破断することができる。そして、その後のサポート材と偏平チューブとの熱膨張差に基づく、偏平チューブの付根の亀裂の発生を防止することができる。また、破断部は幅の狭い脚部１４であるので、破断部が目だず、体裁がよい。

請求項２に記載の熱交換器は、請求項１において脚部１４と底部７との間に、脚部１４の幅よりも幅の広い幅広部１５が設けられたものである。
そのため、サポート材６の脚部１４の幅を狭くしても、プレス成形により接続部１０を安定的に製作することができる。

請求項３に記載の熱交換器は、接続部１０の平坦部１１を、ろう付前に、チューブプレート４の爪部１６にカシメ固定したので、組立てが容易で、ろう付後に脚部を確実に破断することができる。

請求項４に記載の熱交換器は、チューブプレート４の湾曲部１７に隣接して、平坦部１１と脚部１４との付根が存在し、その付根で応力集中を起こし、破断するものである。そのため、その破断を容易に且つ、体裁よく行うことができる。

本発明の熱交換器の要部分解斜視図。同組立て状態を示す斜視図。同要部斜視図。同平面図。同側面説明図。同熱交換器の破断状態を示す説明図。本発明の熱交換器の他の例の平面図。本発明の熱交換器のさらに他の例の平面図。

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。
図１は本発明の熱交換器の要部分解斜視図である。
この熱交換器は、偏平チューブ１とコルゲートフィン２とを交互に並列してコア３を形成し、夫々の偏平チューブ１の両端（右側省略）をタンク５のチューブ挿通孔に挿通する。このタンク５は、タンク本体５ａとその開口側を閉塞するチューブプレート４とからなり、チューブプレート４の長手方向両端には爪部１６が突設されている。そしてコア３の両端（片側を省略）には、サポート材６が配置される。

サポート材６は、溝形に形成された基部９と、その両端に突設された接続部１０とを有する。基部９は、底部７とその両側に立ち上げられた一対の側壁部８とを有し、底部７の端部の延長上に幅広部１５を介して立上げ部１２及び水平部１３からなる脚部１４と、その水平部１３に連続する平坦部１１とを有する。幅広部１５は、底部７の端部に突設され、その幅広部１５より幅の狭いＬ字状に立ち上げられた立上げ部１２と、その立上げ部１２の端部に折り曲げられた水平部１３とにより脚部１４を形成する。
そして、その脚部１４の端部には、前述の平坦部１１が延在する。この平坦部１１はその端部に欠切部１８を有し、底部７側に台形部を有し、その台形部の付根に脚部１４の水平部１３が延在する。

欠切部１８は、チューブプレート４の爪部１６に整合し、サポート材６をコア３の端部に載置した状態で、図２に示す如く、爪部１６を折り曲げて、カシメ固定する。このとき、平坦部１１と水平部１３との接続部である凹陥部２０は、図５に示す如く、チューブプレート４の湾曲部１７の縁部に接する。

このようにして組み立てられた各部品は、高温の炉内で一体的にろう付け固定される。
なお、互いに接触する少なくとも一方の表面には、予めろう材が被覆又は塗布されている。そして偏平チューブ１にチャージエアが供給され、偏平チューブ１の外周及びコルゲートフィン２に冷却風が供給される。そして、偏平チューブ１内のチャージエアと偏平チューブ１の外周及びコルゲートフィン２に供給された冷却風（温度差約１４０℃）の両流体間に熱交換が行われる。

このような稼働時の初期において、本発明の熱交換器は図５の状態から図６の状態に、脚部１４と平坦部１１との間に破断部１９が生じる。これは、偏平チューブ１の熱膨張とサポート材６の熱膨張とが異なることに基づく。
そしてサポート材６は、平坦部１１と基部９とが分離する。その分離により、基部９とそれに隣接する偏平チューブ１との間の熱歪みが軽減される。その結果、チューブプレート４のチューブ挿通孔に挿通された偏平チューブ１の付根に加わる熱応力が軽減され、その付根の亀裂を可及的に防止することができると共に、熱交換器の寿命を長くすることができる。

なお、脚部１４と平坦部１１との破断につきさらに説明すると、平坦部１１はチューブプレート４に固定され、基部９の底部７はコア３のコルゲートフィン２に固定された状態で、チューブプレート４に対して底部７が熱歪みにより移動する。このとき、平坦部１１とチューブプレート４とはろう付け状態にある。そして立上げ部１２及び水平部１３からなる脚部１４は、きわめて幅が狭いので、基部９の移動によって容易に破断する。このとき平坦部１１の凹陥部２０は、湾曲部１７の平坦な縁部に位置し、その縁部にはろうのフィレットが存在せず、応力集中が起こり易く、その点からも容易に破断する。

次に、図７は図４の他の例であり、この例は平坦部１１の底部７側の中間部が円弧状に形成されたものである。
次に、図８は図４のさらに他の例であり、この例は平坦部１１と水平部１３との付根部が平面楔状に括れたものである。
いずれの場合も、その水平部１３と平坦部１１との付根において破断する。

１偏平チューブ
２コルゲートフィン
３コア
４チューブプレート
５タンク
５ａタンク本体
６サポート材
７底部
８側壁部
９基部

１０接続部
１１平坦部
１２立上げ部
１３水平部
１４脚部
１５幅広部
１６爪部
１７湾曲部
１８欠切部
１９破断部
２０凹陥部

Claims

偏平チューブ(1)とコルゲートフィン(2)とを交互に並列したコア(3)と、各偏平チューブ(1)の両端がチューブプレート(4)に挿通されたタンク(5)と、コア(3)の両側に位置するコルゲートフィン(2)に配置された溝形のサポート材(6)とを具備し、それら各部品間を炉内で一体にろう付する熱交換器において、
そのサポート材(6)は、細長いプレートを溝形にプレス成形してなり、その底部(7)とその両側に直交する側壁部(8) とを有する基部(9)と、その基部(9)の長手方向の両側に配置された接続部(10)とを有し、
その接続部(10)は、基部(9)の底部(7)のみが延長されたもので、その底部(7)に対して平行に配置される平坦部(11)と、その幅方向の両端部でその平坦部(11)と前記底部(7)とを連結し、前記底部(7)に対して立上げ部(12)および水平部(13)が階段状に曲折する一対の脚部(14)と、を具備し、
前記平坦部(11)が前記チューブプレート(4)の長手方向の両端に接合され、前記基部(9)の底部(7)が前記コルゲートフィン(2)に接合されると共に、前記脚部(14)が、チューブプレート(4)およびコルゲートフィン(2)の何れからも離間して配置され、
前記一対の脚部(14)は、その幅が狭く形成されて、熱交換器の初期稼働時の熱応力で、破断するように形成したことを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器において、
前記脚部(14)と前記底部(7)との間に、脚部(14)の幅よりも幅の広い幅広部(15)が設けられた熱交換器。
請求項１または請求項２に記載の熱交換器において、
前記接続部(10)の平坦部(11)を、前記ろう付前に、前記チューブプレート(4)の縁に突設された爪部(16)にカシメ固定した熱交換器。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱交換器において、
前記チューブプレート(4)は、その平面と周縁との境が湾曲する湾曲部(17)で連設され、
前記接続部(10)の平坦部(11)と脚部(14)との付根が、その湾曲部(17)に隣接し、その付根で前記破断が生じるようにした熱交換器。