JP6464967B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、内部に熱交換媒体が流れるタンクを備えた熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger including a tank in which a heat exchange medium flows.
この種の熱交換器のタンクとしては、開口部が形成された樹脂製のタンク本体と、このタンク本体に組み付けられ、開口部を閉塞するコアプレートとを備えたものがある。 As a tank of this type of heat exchanger, there is a tank provided with a resin tank body in which an opening is formed and a core plate that is assembled to the tank body and closes the opening.
このタンク本体を樹脂製とする場合、射出成形によって製造される。射出成形によって樹脂成形品を製造する場合、射出成形後に金型から樹脂成形品を取り出して冷却すると内部応力が発生し、反りが発生する。タンク本体のように、底部の周囲から側壁部が立ち上がる形態の場合には、側壁部が内側に反る傾向にある。 When this tank body is made of resin, it is manufactured by injection molding. In the case of manufacturing a resin molded product by injection molding, if the resin molded product is taken out from the mold and cooled after injection molding, internal stress is generated and warpage occurs. In the case where the side wall portion rises from the periphery of the bottom portion like the tank body, the side wall portion tends to warp inward.
そこで、下記特許文献1には、カバーベース(タンク本体)の変形(内反り)を防止するために、カバーベースにおいて互いに対向する内面を内部ダイロッド(柱)の両端部で接続した熱交換器が開示されている。 Therefore, in Patent Document 1 below, there is a heat exchanger in which inner surfaces facing each other in the cover base are connected to both ends of the internal die rod (column) in order to prevent deformation (inward warping) of the cover base (tank body). It is disclosed.
上記従来技術のように、タンク本体を構成する側壁部の内反りを防止するために、側壁部の内面を柱状部で繋ぐことは有効である。射出成形後における側壁部の内反りを防止することができれば、タンク本体の開口部をコアプレートで閉塞してタンクを形成するにあたって組付け精度が向上する。 As in the prior art, it is effective to connect the inner surfaces of the side wall portions with columnar portions in order to prevent inward warping of the side wall portions constituting the tank body. If inward warping of the side wall after injection molding can be prevented, the assembly accuracy is improved when the tank body is formed by closing the opening of the tank body with the core plate.
しかしながら、側壁部の内面を柱状部で繋いだタンク本体をタンクとして組み立てて実際の使用状況下におくと、タンク本体の側壁部に亀裂が入る場合があった。 However, when the tank main body in which the inner surface of the side wall portion is connected by the columnar portion is assembled as a tank and placed under actual use conditions, the side wall portion of the tank main body may crack.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造時においてタンク本体の内反りを抑制しつつ、使用時においてタンク本体の側壁に亀裂が入ることを抑制する熱交換器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and its purpose is to suppress heat distortion of the tank body during manufacture and to prevent heat exchange from cracking the side wall of the tank body during use. Is to provide a vessel.
上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、内部に熱交換媒体が流れるタンク(3,3A)を備えた熱交換器(1)であって、タンクは、底部(311)と、底部の外周に一端側辺部(312b,313b)が繋がれ他端側辺部(312a,313a)が一方向に延出する側壁部(312,313)とを有し、他端側辺部に囲まれて開口部(34)が形成されている樹脂製のタンク本体(31,31A)と、タンク本体に組み付けられることで開口部を閉塞し、熱交換媒体が流れるチューブ(20)が接続されるコアプレート(30)と、を備える。タンク本体は、側壁部の内面に両端部(314b,314Ab)が接続された支持棒部(314,314A)を有する。支持棒部には、断面形状が変化することで応力が集中する応力集中部(314a,314Aa)が設けられている。 In order to solve the above problems, a heat exchanger according to the present invention is a heat exchanger (1) including a tank (3, 3A) in which a heat exchange medium flows, and the tank includes a bottom (311). And side wall portions (312 and 313) having one end side portions (312b and 313b) connected to the outer periphery of the bottom portion and the other end side portions (312a and 313a) extending in one direction. A resin-made tank body (31, 31A) in which an opening (34) is formed surrounded by sides, and a tube (20) through which the heat exchange medium flows by closing the opening by being assembled to the tank body. Is connected to the core plate (30). The tank body has support bar portions (314, 314A) in which both end portions (314b, 314Ab) are connected to the inner surface of the side wall portion. The support bar portion is provided with stress concentration portions (314a, 314Aa) where stress is concentrated by changing the cross-sectional shape.
応力集中部を設けた場合の亀裂進行のメカニズムは、引張応力による亀裂開口と、圧縮応力による亀裂閉口とのサイクルによるものであるから、圧縮応力のみが発生したとしても、応力集中部から亀裂が進行することはない。従って、側壁部の内面に両端部が接続された支持棒部を設けると、樹脂製のタンク本体を射出成形する際の内反りを抑制することができる。一方、タンク本体を用いて熱交換器を組み立てた後、熱交換媒体を流し始めると、タンク本体には内圧が付加される。そのため、場合によっては応力集中部に応力が集中し、応力集中部から亀裂が進展する可能性がある。本発明では、応力集中部を支持棒部に設けているので、応力集中部から進展した亀裂が側壁部側に向かうことなく支持棒部に向かう。結果として、製造時においてタンク本体の内反りを抑制しつつ、使用時においてタンク本体の側壁に亀裂が入ることを抑制することができる。 The mechanism of crack progression when a stress concentration part is provided is due to the cycle of crack opening due to tensile stress and crack closure due to compressive stress. There is no progress. Therefore, if the support rod part with both ends connected to the inner surface of the side wall part is provided, it is possible to suppress the internal warp when the resin tank body is injection-molded. On the other hand, when the heat exchanger is assembled using the tank body and then the heat exchange medium starts to flow, an internal pressure is applied to the tank body. Therefore, in some cases, stress concentrates on the stress concentration portion, and cracks may develop from the stress concentration portion. In the present invention, since the stress concentration portion is provided in the support rod portion, the crack that has progressed from the stress concentration portion goes to the support rod portion without going to the side wall portion side. As a result, it is possible to suppress cracks in the side wall of the tank body during use, while suppressing warping of the tank body during manufacture.
本発明によれば、製造時においてタンク本体の内反りを抑制しつつ、使用時においてタンク本体の側壁に亀裂が入ることを抑制する熱交換器を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat exchanger which suppresses that a side wall of a tank main body cracks at the time of use can be provided, suppressing the internal curvature of a tank main body at the time of manufacture.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same constituent elements in the drawings will be denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.
図1に示されるように、熱交換器1は、コア部2と、一対のタンク3,3と、一対のサイドプレート4,4とを備えている。図1において、一方のタンク3から他方のタンク3に向かう方向をz方向とし、一方のサイドプレート4から他方のサイドプレート4に向かう方向をy方向としている。z方向及びy方向に直行する方向をx方向としている。図2以降においても同様である。
As shown in FIG. 1, the heat exchanger 1 includes a
コア部2は、チューブ20とフィン21とにより構成されている。チューブ20は、矢印Aで示される方向に隙間を有して複数積層されている。チューブ20は、その積層方向であるy方向と直交するz方向に長手方向を有する扁平状の管である。チューブ20の内部には、熱媒体の流れる流路が長手方向に沿って形成されている。隣接するチューブ20,20間には、チューブ積層方向であるy方向及びチューブ長手方向であるz方向の両方に直交するx方向に空気が流れる。
The
フィン21は、隣接するチューブ20,20間に配置されている。フィン21は、薄い金属板を屈曲させることで形成される、いわゆるコルゲートフィンである。フィン21は、隣接するチューブ20,20のそれぞれの側面にろう付けにより接合されている。フィン21は、チューブ20,20間を流れる空気との接触面積を増やすことにより、チューブ20の内部を流れる熱媒体と空気との間の熱交換を促進させる機能を有している。
The
一対のタンク3,3は、チューブ長手方向であるz方向において、コア部2の両端部にそれぞれ設けられている。一対のタンク3,3は、チューブ積層方向であるy方向が長手方向となるように形成されている。一対のタンク3,3は、チューブ長手方向であるz方向において、チューブ20の両端部にそれぞれ連結されている。
The pair of
タンク3は、チューブ20の端部に連結されるコアプレート30と、コアプレート30と共にタンク3の内部流路を構成するタンク本体31とにより構成されている。タンク3の内部流路はチューブ20の内部流路と連通されている。一方のタンク3には流入口32が設けられている。流入口32は、図中に矢印で示されるように一方のタンク3の内部流路内に熱交換媒体を供給する部分である。他方のタンク3には流出口33が設けられている。流出口33は、図中に矢印で示されるように他方のタンク3の内部流路内から熱交換媒体を排出する部分である。
The
一対のサイドプレート4,4は、チューブ積層方向であるy方向の両端部にそれぞれ配置されている。一対のサイドプレート4,4は、チューブ長手方向であるz方向に延びるように形成されており、一対のタンク3,3に連結されている。一対のサイドプレート4,4は、コア部2を補強する機能を有している。
The pair of
熱交換器1では、一方のタンク3の流入口32から供給される熱交換媒体がタンク3の内部流路を通ってチューブ20の内部へと流れる。チューブ20の内部を流れる熱交換媒体と、チューブ20の外部を流れる空気との間で熱交換が行われることにより熱交換媒体が冷却される。チューブ20の内部を通過することで冷却された熱交換媒体は、他方のタンク3の内部流路を介して流出口33から排出される。
In the heat exchanger 1, the heat exchange medium supplied from the
続いて、図2を参照しながら、タンク3について説明する。タンク3は、タンク本体31と、コアプレート30とを備える。
Next, the
タンク本体31は、底部311と、一対の短側壁部312,312と、一対の長側壁部313,313とを備える。本実施形態の場合、底部311は、無底円筒の一部を切り出した形状をなしている。
The
一対の短側壁部312,312は、底部311のy方向両端における外周からz方向に立ち上がるように設けられている。短側壁部312は、一端側辺部312bと、他端側辺部312aとを有している。一対の短側壁部312,312それぞれの一端側辺部312bは、底部311のy方向両端に繋がれている。
The pair of short
一対の長側壁部313,313は、底部311のx方向両端における外周からz方向に立ち上がるように設けられている。長側壁部313は、一端側辺部313bと、他端側辺部312aをと有している。一対の長側壁部313,313それぞれの一端側辺部313bは、底部311のx方向両端に繋がれている。
The pair of long
一対の長側壁部313,313の内面に、4つの支持棒部314,314,314,314が設けられている。支持棒部314は、一方の長側壁部313の内面と他方の長側壁部313の内面とを繋ぐように設けられている。尚、支持棒部314の個数は4つに限られるものではなく、長側壁部313の厚みや長さに応じて適宜変更することができる。
Four
一対の短側壁部312,312それぞれの他端側辺部312aは、一方の長側壁部313における他端側辺部313aと、他方の長側壁部313における他端側辺部313aとを繋いでいる。一対の他端側辺部312a,312a及び一対の他端側辺部313a,313aは、矩形開口である開口部34を形成している。
The other
コアプレート30は、開口部34を閉塞するようにタンク本体31に取り付けられる。コアプレート30には、チューブ20を挿入するための開口部301が設けられている。
The
続いて、図3を参照しながら、支持棒部314の構成及び作用について説明する。図3に示されるように、4つの支持棒部314,314,314,314は、y方向において等間隔Pで配置されている。間隔Pは、40mmから90mmに設定されることが好ましい。この範囲で間隔Pを設定すると、長側壁部313の変形を有効に抑制できる。尚、本実施形態では等間隔Pで配置したけれども、それぞれの間隔Pを異ならせたり、一部の間隔Pを他の間隔Pと異ならせたりしてもよい。
Next, the configuration and operation of the
樹脂製のタンク本体31を射出整形すると、整形後に図中矢印方向に向かうような応力が発生する。この応力は、長側壁部313を二点鎖線で示すような形状に内反りさせるよう作用する。本実施形態では、4つの支持棒部314,314,314,314を設けることで、長側壁部313の内反りを有効に抑制している。
When the
続いて、図4を参照しながら、支持棒部314の構成及び作用についての説明を続ける。図4に示されるように、コアプレート30は、開口部34を閉塞するようにタンク本体31に取り付けられている。コアプレート30とタンク本体31との間にはパッキン40が配置されている。
Subsequently, the description of the configuration and operation of the
支持棒部314は、その両端部314b,314bが、一対の長側壁部313,313それぞれの内面に接続されている。支持棒部314の長手方向であるx方向における中央領域には、応力集中部314aが設けられている。タンク本体31を射出成形し、図3を参照しながら説明した応力が発生しても、支持棒部314を圧縮する方向の応力であるので、応力集中部314aから亀裂が進展することはない。
Both
タンク本体31とコアプレート30とを組み上げて熱交換器1を構成し、熱交換媒体を流し始めると、図中矢印で示すような内圧が発生する。内圧が発生すると、一対の長側壁部313,313が外側に広げられるように押されるので、一対の長側壁部313,313の内面を繋いでいる支持棒部314は引張方向の力を受ける。従って、支持棒部314に設けられた応力集中部314aにおいては、亀裂を開口させる方向の力が作用し続けるので、応力集中部314aから亀裂が進展し破断する場合がある。このような支持棒部314の破断が生じても、成形時における一対の長側壁部313,313の内反り防止という役割は既に果たしているので、特段の不都合は発生しない。また、支持棒部314は、その両端部314b,314bが一対の長側壁部313,313の内面に繋がれているので、応力集中部314aが破断しても熱交換媒体内に流出することがない。
When the heat exchanger 1 is constructed by assembling the
一方、図5に示されるように、応力集中部を設けていない支持棒部314Fを有するタンク本体31Fを用いた場合の問題点について説明する。このようなタンク本体31Fを用いてタンク3Fを構成すると、内圧が付加された場合の応力は、支持棒部314Fの両端部314Fb,314Fbと長側壁部313,313との接合部分に集中する。従って、亀裂CRが長側壁部313側に進展する場合もあり、熱交換媒体の流出といった不具合が発生するおそれがある。
On the other hand, as shown in FIG. 5, a problem in the case of using a
図4を参照しながら説明した支持棒部314では、応力集中部314aを中央領域に設けていたけれども、応力集中部314aの位置は必ずしもこの領域に限定されるものではなく、その形態も様々なものが採用可能である。
In the
図6に示されるような支持棒部314Aを設けたタンク本体31Aも本発明の実施形態の一つとして採用可能である。支持棒部314Aは、一対の両端部314Abが、一対の長側壁部313,313の内面に繋がれている。支持棒部314Aは、一方の両端部314Ab側の厚みを薄くし、段差部314Acを形成している。段差部314Acを形成することで長手方向における断面形状が変化しており、応力集中部314Aaが形成されている。このようなタンク本体31Aを用いてタンク3Fを構成すると、内圧が付加された場合の応力は応力集中部314Aaに集中する。段差部314Acは十分に薄肉化されているので、進展する亀裂は長側壁部313に向かうことなく、支持棒部314Aが破断する。
A
本実施形態に係るタンク3,3Aは、タンク本体31,31Aと、コアプレート30と、を備えている。タンク本体31は、樹脂製である。タンク本体31は、底部311と、底部311の外周に一端側辺部312b,313bが繋がれ他端側辺部312a,313aが一方向に延出する側壁部である短側壁部312及び長側壁部313と、を有している。タンク本体31,31Aには、他端側辺部312a,313aに囲まれて開口部34が形成されている。コアプレート30は、タンク本体31,31Aに組み付けられることで開口部34を閉塞し、熱交換媒体が流れるチューブ20が接続される。タンク本体31,31Aは、短側壁部312又は長側壁部313の内面に両端部314b,314Abが接続された支持棒部314,314Aを有する。支持棒部314,314Aには、断面形状が変化することで応力が集中する応力集中部314a,314Aaが設けられている。
The
本実施形態の側壁部は、一対の短側壁部312と、短側壁部312における他端側辺部312aよりも長い他端側辺部313aを有する一対の長側壁部313とによって構成されている。支持棒部314,314Aは、一対の長側壁部313,313における内面同士を繋いでいる。長側壁部313は短側壁部312に比較して内反りしやすいので、一対の長側壁部313,313における内面同士を繋ぐことで、長手方向における内反りを抑制することができる。
The side wall part of this embodiment is comprised by a pair of short
タンク本体31においては、応力集中部314aは、支持棒部314の長手方向における中心領域に設けられている。応力集中部314aを中心領域に設けることで、応力集中部314aにおいて支持棒部314が破断した場合、略等長の片持ち梁が一対の長側壁部313,313それぞれの内面に形成される。いずれかの長側壁部313のみに支持棒部314の略全長に近い片持ち梁が形成されるような場合に比較して、残留した片持ち梁の揺れが少なく、熱交換媒体の流れを阻害しない。
In the
本実施形態では、支持棒部314,314Aは、タンク本体31,31Aと一体成形されている。支持棒部314,314Aを別途成形してタンク本体31,31Aに取り付ける場合に比較して、組立工数を削減することができる。
In the present embodiment, the
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、熱交換器1は、タンク3を上下に一対設けるいわゆるダウンフロータイプについて例示したけれども、タンクを左右に一対設けるいわゆるクロスフロータイプとしてもよい。また、熱交換器における冷媒の流れ方も特に限定されるものではなく、UターンタイプやXターンタイプといったものにも本実施形態のタンクは適用されうる。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. Each element included in each of the specific examples described above and their arrangement, conditions, shape, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate. For example, the heat exchanger 1 is illustrated as a so-called down flow type in which a pair of
3,3A:タンク
20:チューブ
30:コアプレート
31,31A:タンク本体
34:開口部
311:底部
312:短側壁部
312a:他端側辺部
312b:一端側辺部
313:長側壁部
313a:他端側辺部
313b:一端側辺部
314,314A:支持棒部
314a,314Aa:応力集中部
314b,314Ab:両端部
3, 3A: Tank 20: Tube 30:
Claims (5)
前記タンクは、
底部(311)と、前記底部の外周に一端側辺部(312b,313b)が繋がれ他端側辺部(312a,313a)が一方向に延出する側壁部(312,313)とを有し、前記他端側辺部に囲まれて開口部(34)が形成されている樹脂製のタンク本体(31,31A)と、
前記タンク本体に組み付けられることで前記開口部を閉塞し、前記熱交換媒体が流れるチューブ(20)が接続されるコアプレート(30)と、
を備え、
前記タンク本体は、前記側壁部の内面に両端部(314b,314Ab)が接続された支持棒部(314,314A)を有し、
前記支持棒部には、断面形状が変化することで応力が集中する応力集中部(314a,314Aa)が設けられている、ことを特徴とする熱交換器。 A heat exchanger (1) having a tank (3, 3A) through which a heat exchange medium flows,
The tank
The bottom portion (311) and the side wall portions (312 and 313) having one end side portions (312b and 313b) connected to the outer periphery of the bottom portion and the other end side portions (312a and 313a) extending in one direction. And a resin tank body (31, 31A) in which an opening (34) is formed surrounded by the other end side part;
A core plate (30) to which the tube (20) through which the heat exchange medium flows is connected by closing the opening by being assembled to the tank body;
With
The tank body has support bar portions (314, 314A) in which both end portions (314b, 314Ab) are connected to the inner surface of the side wall portion,
The heat exchanger, wherein the support rod portion is provided with stress concentration portions (314a, 314Aa) where stress is concentrated by changing a cross-sectional shape.
前記支持棒部は、前記一対の長側壁部における内面同士を繋いでいる、ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。 The side wall portion includes a pair of short side wall portions (312) and a pair of long side wall portions (313) having a second end side portion (313a) longer than the other end side portion (312a) of the short side wall portion. Have
The heat exchanger according to claim 1, wherein the support bar portion connects inner surfaces of the pair of long side wall portions.
複数の前記支持棒部の間隔は、40mm以上90mm以下である、ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の熱交換器。 The tank body has a plurality of the support bar portions,
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, wherein an interval between the plurality of support rod portions is 40 mm or more and 90 mm or less.
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