JP6556839B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は熱交換器の分野に関し、より具体的には、熱交換コアバンドルと伝熱流体の入口タンク又は出口タンクとの間の固定に関する。

例えば給気冷却器等の熱交換器は、通常、第１伝熱流体が内部で循環するチューブを有する熱交換コアバンドルを有している。熱交換器は、また、第２伝熱流体用の入口および出口タンク、本例ではターボチャージャーからの給気用の入口タンク及び出口タンクを有している。入口タンク及び出口タンクは、第２伝熱流体がチューブの間を循環して第１伝熱流体と熱エネルギを交換できるような態様で、熱交換コアバンドルに取り付けられている。

熱交換器の製造工程において、これらのタンクは、通常、熱交換コアバンドルにコレクタによって固定される。このコレクタは、例えば、熱交換コアバンドルの周縁に設けられた金属シートであり、タンクを圧着するために圧着工具を用いてタンクに対して折り重ねられた圧着タブを有し得る。

しかしながら、時間の経過や振動を理由として、このような圧着タブは、その底部にひび割れを生じさせる応力を受けることがある。このようなひび割れにより、最終的に圧着タブが破損して、タンクの熱交換コアバンドルへの固定が脆弱なものとなってしまう場合がある。

したがって、本発明の目的の１つは、従来技術の欠点を少なくとも部分的に克服するとともに、第２流体の入口タンク又は出口タンクと熱交換コアバンドルとの間の固定が改善された熱交換器を提供することである。

したがって、本発明は、
‐ 第１伝熱流体が内部で循環する熱交換コアバンドルと、
‐ 第２伝熱流体用の少なくとも１つの入口タンク又は出口タンクであって、支承ゾーンと、前記支承ゾーンの領域において前記タンクの外側に向けられた少なくとも１つのショルダと、を有するタンクと、
‐ 前記熱交換コアバンドルの周縁に配設された少なくとも１つのコレクタと、
を有する熱交換器であって、
前記コレクタは、
○ 前記タンクの前記支承ゾーンが支持されることが意図された基部と、
○ 側壁と、を有し、
前記側壁の少なくとも２つの部分が、前記熱交換コアバンドルに対する圧着によって、前記タンクを固定するように前記ショルダに対して折り重ねられた、
熱交換器において、
前記側壁は、前記熱交換コアバンドルの少なくとも１つの隅部の輪郭に沿っており、
前記側壁は、前記隅部の各側において折り重ね部分を有するとともに、前記隅部の領域において非折り重ね部分を有し、
前記折り重ね部分は、前記非折り重ね部分に連続的に連結されている、
ことを特徴とする熱交換器に関する。

側壁が隅部の輪郭に沿っていることにより、折り重ね部分における破損の虞が制限され得る。具体的には、この構成は、例えば振動により引き起こされる応力の集中を防止するとともに、応力を側壁７５の全長に亘って分散させる。

本発明の一態様によれば、前記折り重ね部分は、前記非折り重ね部分に、ねじられた部分によって連続的に連結されている。

本発明の別の態様によれば、ねじられた部分の領域における前記側壁の薄肉化は２０％以下である。

本発明の別の態様によれば、前記タンクは、前記コレクタによって、前記熱交換コアバンドルの２つの隅部の間におけるその長さの少なくとも４分の１に亘って、圧着されている。

本発明の別の態様によれば、前記側壁は、前記熱交換器の全周縁に亘って連続している。

本発明の別の態様によれば、前記タンクの前記支承ゾーンと前記固定装置の前記基部との間にシールが配設されている。

本発明の別の態様によれば、前記シールは、前記固定装置の前記基部内の溝に配置されている。

本発明の別の態様によれば、前記タンクは、前記熱交換コアバンドルの少なくとも１つの隅部の領域において前記非折り重ね部分の端面を押圧するバッファと、前記バッファに垂直な脚部と、を有し、前記脚部は前記シールを圧縮している。

本発明の別の態様によれば、前記コレクタは、前記熱交換コアバンドルと一体的に形成されている。

本発明の別の態様によれば、前記コレクタは、前記熱交換コアバンドルの周縁に固定された要素である。

本発明の他の特徴及び利点は、非制限的な例示としての以下の説明を読み、且つ添付図面を精査することでより明瞭になるであろう。

熱交換器の概略斜視図。 タンクの熱交換コアバンドルへの固定のための固定ゾーンの固定後の概略断面図。 熱交換器の隅部の領域におけるコレクタの概略斜視図。 特定の一実施形態による熱交換器の隅部の概略斜視図。 図４に示す特定の一実施形態による熱交換器の隅部の概略部分断面図。

図面において、同一の要素には同じ参照符号が付される。

本例では給気冷却器である熱交換器１の概略斜視図である図１に示すように、
熱交換器１は、
‐ チューブ又はプレートの集合体（図示せず）を有する熱交換コアバンドル３であって、第１伝熱流体が当該第１伝熱流体用の入口パイプ３ａと出口パイプ３ｂとの間を循環する、熱交換コアバンドル３と、
‐ 第２伝熱流体の、少なくとも１つの入口タンク５ａ又は出口タンク５ｂと、
‐ 熱交換コアバンドル３に取付けられたタンク５ａ、５ｂの少なくとも１つのコレクタ７と、
を有している。

熱交換コアバンドル３は、全体として平行六面体形状を有している。第１コレクタ７は熱交換コアバンドル３の一方の面の周縁に沿っており、第２コレクタ７は他方の面の周縁に沿っている。

コレクタ７は、熱交換コアバンドル３と一体的に形成されてもよいし、或いは、例えばろう付けによって熱交換コアバンドル３の周縁に固定された要素であってもよい。

図２により詳細に示すように、コレクタ７は、タンク５ａ、５ｂの支承ゾーン５７が支持されることが意図された基部７１を有している。タンク５ａ、５ｂそれ自体は、タンク５ａ、５ｂの外側に向けられた少なくとも１つのショルダ５１を有している。このショルダ５１は、その支承ゾーン５７の領域に配設されている。

また、コレクタ７は、圧着によって、タンク５ａ、５ｂを固定するようにショルダ５１に対して折り重ねられた側壁７５を有している。固定を有効なものとすべく、熱交換器１は、ショルダ５１上に折り重ねられる少なくとも２つの部分７７を、好適には同一面の対向する側に有している。

図１に示す例において、熱交換器１の各側において、連続的な折り重ね部分７７が存在している。

タンク５ａ、５ｂの熱交換コアバンドル３に対する固定を封止するように、シール９が、タンク５ａ、５ｂの支承ゾーンとコレクタ７の基部７１との間に配置され得る。タンク５ａ、５ｂが固定されると、図２に示すように、シール９は支承ゾーン５７と基部７１との間で圧縮される。シール９は、特に、コレクタ７の基部７１内の溝に配置され得る。しかしながら、シール９を支承ゾーン５７に直接組み込むことを想定することも完全に可能である。

コレクタ７の側壁７５は、熱交換コアバンドル７の隅部の輪郭に連続的に沿っている。側壁７５が隅部に沿っている様子を、図３により詳細に示す。隅部の領域において、側壁７５は、熱交換コアバンドル３の隅部の各側における折り重ね部分７７と、熱交換コアバンドル３の隅部における非折り重ね部分７９と、を有している。折り重ね部分７７は、側壁７５の、ねじられた部分７８によって非折り重ね部分７９に連続的に接続されている。

側壁が隅部の輪郭に沿っていることにより、折り重ね部分７７の領域における破損の虞が制限され得る。具体的には、この構成は、例えば振動により引き起こされる応力の集中を防止するとともに、応力を側壁７５の全長に亘って分散させる。

図１に示すように、コレクタ７の側壁７５は、熱交換コアバンドル３の同一面の全ての隅部の輪郭に沿っていることが有利である。

応力に耐える十分な能力を維持するように、ねじられた部分７８の領域におけるコレクタ７の側壁７５の薄肉化は、好適には、２０％以下である。

この薄肉化を制御することを目的として、熱交換コアバンドル３の隅部の領域における側壁７５の構造及び幾何学的形状が、種々のパラメータに応じて以下の式を用いることにより定義され得る。
Ｌ＝Ｐｘ（ａ１ｘＨ＋ｂ１）＋（ａ２ｘＨ＋ｂ２）

Ｌは、部分７７の折り重ね軸に沿った、非折り重ね壁７９と折り重ね部分７７との間の長さに対応する。

Ｐは、圧着加工の深さ、すなわち、折り重ね部分７７の圧着方向における、壁７９の内部と折り重ね部分７７の端部との間の距離に対応する。

Ｈは、非折り重ね部分７９の高さ、すなわち、ショルダ５１により形成される平面と非折り重ね部分７９の頂部との間の距離に対応する。

ａ１、ａ２、ｂ１及びｂ２の値は、コレクタ７の様々な薄肉化に応じて試行錯誤を通じて得られた定数である。これらの定数を以下の表に示す。

タンク５ａ、５ｂの固定をできる限り有効且つ頑丈なものとするように、このタンクは、熱交換コアバンドル３の２つの隅部の間におけるその長さの少なくとも４分の１に亘って、コレクタ７によって圧着される。

図１に示す実施形態において、コレクタ７は、熱交換器１の周縁の全周に亘って連続する側壁７５を有している。したがって、コレクタ７は、圧着タブを有しておらず、代わりに熱交換器１の各側に沿って延びる折り重ね部分７９であって、隅部のねじられた部分７９を接続する折り重ね部分７９を有している。結果として、コレクタ７は、例えば振動に関連する応力等の応力に、よりよく耐えることができる。なぜならば、このような応力は、熱交換器１の側部の全長に亘って、且つ側壁７５の全長に亘って分散されるからである。

図４及び５に示すように、タンク５ａ、５ｂは、熱交換コアバンドル３の少なくとも１つの隅部に、熱交換器１の隅部において非折り重ね部分７９の端面に当接するバッファ５０を有していてもよい。また、タンク５ａ、５ｂは、このバッファ５０に垂直な脚部５２を有していてもよい。タンク５ａ、５ｂが熱交換コアバンドル３に配置されると、バッファ２０が非折り重ね部分７９の端面に接触するとともに、脚部５２がシール９を圧縮する。脚部５２の長さが、熱交換器１の周縁におけるシール９の圧縮を規定する。

したがって、本発明の熱交換器１が、コレクタ７、特にその隅部の特別な構成により、応力抵抗性をより優れたものとするとともに、熱交換コアバンドル３とタンク５ａ、５ｂとの間の固定部の耐久性をより優れたものとすることが可能であることが明確に理解されるであろう。

Claims (8)

1. ‐ 第１伝熱流体が内部で循環する熱交換コアバンドル（３）と、
   ‐ 第２伝熱流体用の少なくとも１つの入口タンク（５ａ）又は出口タンク（５ｂ）であって、支承ゾーン（５７）と、前記支承ゾーン（５７）の領域において前記タンク（５ａ、５ｂ）の外側に向けられた少なくとも１つのショルダ（５１）と、を有するタンク（５ａ、５ｂ）と、
   ‐ 前記熱交換コアバンドル（３）の周縁に配設された少なくとも１つのコレクタ（７）と、
   を有する熱交換器（１）であって、
   前記コレクタ（７）は、
   ○ 前記タンク（５ａ、５ｂ）の前記支承ゾーン（５７）が支持されることが意図された基部（７１）と、
   ○ 側壁（７５）と、を有し、
   前記側壁（７５）の少なくとも２つの部分（７７）が、前記タンク（５ａ、５ｂ）を固定するように前記ショルダ（５１）に対して折り重ねられた、
   熱交換器（１）において、
   前記側壁（７５）は、前記タンク（５ａ、５ｂ）の少なくとも１つの隅部の輪郭に沿っており、
   前記側壁（７５）は、前記隅部の各側に折り重ね部分（７７）を有するとともに、前記隅部の領域において非折り重ね部分（７９）を有し、
   前記折り重ね部分（７７）は、前記非折り重ね部分（７９）に、ねじられた部分（７８）によって連続的に連結されており、
   前記タンク（５ａ、５ｂ）は、前記熱交換コアバンドル（３）の少なくとも１つの隅部の領域において、前記非折り重ね部分（７９）の端面を押圧するバッファ（５０）を有している、
   ことを特徴とする熱交換器（１）。
2. ねじられた部分（７８）の領域における前記側壁（７５）の厚みは、前記折り重ね部分（７７）および前記非折り重ね部分（７９）の領域における前記側壁（７５）の厚みよりも小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器（１）。
3. 前記タンク（５ａ、５ｂ）は、前記コレクタ（７）によって、前記熱交換コアバンドル（３）の２つの隅部の間におけるその長さの少なくとも４分の１に亘って、圧着されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器（１）。
4. 前記側壁（７５）は、前記熱交換器（１）の全周縁に亘って連続している、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
5. 前記タンク（５ａ、５ｂ）の前記支承ゾーン（５７）と前記固定装置（７）の前記基部（７１）との間にシール（９）が配設されている、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
6. 前記シール（９）は、前記固定装置（７）の前記基部（７１）内の溝に配置されている、
   請求項５に記載の熱交換器（１）。
7. 前記タンク（５ａ、５ｂ）は、前記熱交換コアバンドル（３）の少なくとも１つの隅部の領域において、前記バッファ（５０）に垂直な脚部（５２）を有し、前記脚部（５２）は前記シール（９）を圧縮している、
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の熱交換器（１）。
8. 前記コレクタ（７）は、前記熱交換コアバンドル（３）の周縁に固定された要素である、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱交換器（１）。

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