JPS58168896A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は樹脂タンクとコアプレートとをかしめ固定した
熱交換器に関し、例えば自動車用ラジェータとして用い
て有効である。

従来より金属製の熱交換本体の端部にコアプレートを設
け、このコアプレートの外周縁を溝形に成形して、この
溝内に合成樹脂製タンク端縁取付部を嵌合させ、かしめ
プレートをこの取付部にかしめることによってタンクを
本体に密封装着する形式の熱交換器は公知である。そし
て、この種の熱交換器は溝に嵌合したタンク端縁取付部
の底面と溝底面との間は弾性シール材で水密を保つよう
になつている。

ただこの種の熱交換器では弾性シール材の直下の溝底壁
を構成しているコアプレート部分に割れが生じ、熱交換
器の寿命が短かくなることがあった０本発明者等は種々
の実験の結果これが応力腐食割れによるものであること
をつきとめた。この応力腐食割れというのは、腐食とい
う化学的な働（２） きと応力という物理的な働きの相乗作用によって生じる
割れのことである。

次に応力腐食割れに関して本発明者等の行なった検討内
容を説明する。

第１図は本発明に係る熱交換器、たとえば自動車用ラジ
ェータを示している。このラジェータは銅製のコルゲー
トフィン７と黄銅層のチューブ８を含む金属製の熱交換
本体１と、その上、下端に密封装着した合成樹脂製のタ
ンク２，３とを包含する。そして、上方のタンク２には
冷却水補給口４と冷却水流入パイプ５とが設けてあり、
下方タンク３には冷却水流出バイブロが設けである。た
だ、基本的に上、下のタンクは同じ構造であるから、以
下、上方のタンク２についてのみ説明する。

上下を逆にして考えれば、以下の説明は下方タンク３に
も適用できることは明白である。

第２図はタンク２を熱交換本体１に密封装着する従来方
法を示している。タンク２は一端開放となっており、こ
れをコルゲートフィン７の付いたチェープ８から成る熱
交換本体ｌの端部にかぶ（３） せることによってタンク２が完全となる。タンクの開放
端縁には全周に沿ってほぼ四角形断面の取付部ｌＯが一
体形成されている。この取付部１０は互いに平行で平ら
な表面を持つ内、外の作用面１１．１２とこれら内外作
用面に体して直角の内外の側壁面１３．１４とを有する
。一方、熱交換本体ｌの端面、すなわちチェープ８の側
面にはその上端付近で周方向に黄銅層のコアプレート１
６が適当な手段、たとえば半田付、ろう付は等で固着し
である。そ乙て、コアプレート１６の外周縁は内、外の
側壁１７．１８および底壁１９を有する溝部２０となる
ように成形しである。

このコアプレート１６とタンク２との組付けは以下の手
順で行なう。まず、溝部２０にタンク２の端縁取付部１
０を嵌め込む。このとき、取付部ｌＯの内、外の側壁面
１３．１４はそれぞれ溝部２０の内、外の側壁１７．１
８と係合し、かつ取付部１０の内方作用面１１と溝部底
壁１９の内面°０間９゛弾性′二′材７あ′”Ｉ″０”
＞　ｌ　２１　　　　　　　。

を介在させる０次に頂縁につめ部２２を有するは（４） ぼＬ字形（図では逆り字形になっているが、反対側では
Ｌ字形である。）の断面を持つ鉄板製のかしめプレート
２３をコアプレート１６の溝部２０に係合させ、つめ部
２２をタンク２の端縁取付部１０の外方作用面１２に向
ってかしめる。その結果、タンク端縁取付部ｌＯはその
内方作用面１１で弾性シール材２１を圧縮すると共にコ
アプレー）１６の溝部２０に堅固に密封装着され・るこ
とになる。

以上の構成において、タンク２の内部Ａに存在するエン
ジン冷却水は、コアプレート溝部２０の内面、タンク取
付部１０の内面、０リング２１の液側表面、及びコアプ
レー１・側壁１７で形成されたすきま部２４に流入する
。そして、Ｏリング２１と溝部底壁１９の内面との間に
は構造上及び機能上、数マイクロメートルから数十マイ
クロメートル程度の微細なすきま２５の存在を避けるこ
とは不可能であるので、すきま部２４内のエンジン冷却
水はその微細なすきま２５に浸透し、その結果すきま２
５ではすきま腐食環境が生ずる。

（５） 即ち、すきま２５内では物質の移動がスムーズに行なわ
れにくい上に、黄銅層のコアプレート表面の不動態皮膜
（酸化皮膜）はその不動態を保持しようとしてすきま部
２５内の液体中の酸素を消費するため、すきま部２５内
の酸素の濃度は次第いに低下する。その結果、タンク２
の内部Ａに存在する冷却液中の溶存酸素と大気中の酸素
との間に濃度差が生じ、すきま部２５では酸素濃淡電池
が形成される。その電池の作用により、すきま部２５内
の液体のＰＨが低下し、この結果性じる腐食環境は非常
にきびしいものとなる。

それに加えて、前述したかしめプレート２３のつめ部２
２を曲げ加工する時に残留する溝部底壁１９への応力、
０リング２１を圧縮固定されるために生ずる面圧によっ
て溝部底壁１９に応力が負荷される。また、熱交換器の
冷却液回路の系統圧、さらに熱負荷による熱応力等も溝
部底壁１９に負荷される０以上のような種条件の下で、
コアプレート溝部２０の底壁１９には、応力腐食割れが
容易に生じる環境が造り出される。

（６） 尚、本発明者等は先に説明した酸素の濃度差ができる機
構について、次のような実験をすることによって明確に
している。

すなわち、応力腐食割れ評価として、大気部Ｂをタンク
２内の冷却液と同質の液で浸漬し評価しまたところ、大
気部Ｂを大気状態のもとで評価したものに対し、寿命が
２０倍以上も向上することが確かめられた。また、大気
部Ｂを大気状態にしてタンク２内の冷却液中の溶存酸素
を脱気した条件での寿命は脱気せずの寿命−に比べ大差
ないことをつきとめている。

更に他にも実験を行ない、すきま部２５内で消費される
酸Ｓ（カソード反応）は、大気部Ｂよりコアプレート溝
部２０の内面、タンク取付部１０の側壁１４との間に１
きる空気通路２８をへて０−リング２１の大気側の表面
より０リング２１内に供給されること、及びすきま２５
内では拡散減少により内部に補給されることを明らかに
した。

併せて、その際にはアンモニア等の成分を多く含むエン
ジン冷却水を冷却水として用いた場合、割（７） れ寿命の悪化が著しいことも確認した。

本発明はこの応力腐食割れ発生機構の解明結果に基づい
て案出されたもので、大気部から補給される酸素をすき
ま部２５へ送らないようにすることによって、すなわち
酸素の遮断もしくは透過速度を低下させることによって
、応力腐食割れの進行を抑え、それにより前記形式の熱
交換器の寿命を延ばすことを目的とする。

その為、本発明の一実施例では第３図に示す如く弾性シ
ール材３０を二重構造の０リングとしている。すなわち
、高温での耐久シール性に優れる材料、たとえばエチレ
ンプロピレンヂエンポリマ（ＥＰＤＭ）等で芯ゴム３１
を作威し、その外側に芯ゴム３１よりも酸素を透過しに
くい材料たとえばニトリルブタヂエンラバー（ＮＢＲ）
、ポリビニルクロライド（ＰｖＣ）等の有機材料からな
る酸素透過抑止膜３２を被覆した二重構造としている。

第４図はこの二重構造の弾性シール材３０を組付けた形
状を示すが図から明らかなように、その詐 （８） 他の組付状態は第２図に示した従来構造と同じである。

そして、本例によればすきま部２５内の酸素が一旦消費
されれば、その後の大気部Ｂ側からの酸素の供給は酸素
透過抑止１１３２で遮断もしくは透過速度を低下させら
れることになる。仮に酸素が抑止膜３２を透過して芯ゴ
ム３１内に流入することができたとしても（破線イで示
す）すきま部２５上に達する為には再び抑止膜３２を透
過しなくてはならず、この透過時にさらに低下されるこ
とになる。その結果１、すきま部２５に接するコアプレ
ート溝部２０の底壁でできたカソード反応を遅らせ腐食
速度を緩和もしくは停止することができる。

この二重構造Ｏ−リングとして、芯ゴム３１に断面直径
が３５鶴のＥＰＤＭを用い、酸素透過抑止膜３２に厚さ
が５〜１５μ程度のＰｖＣをラテックスコーティングし
たものを用いて、本発明者等が確認したところ、抑止膜
３２の無い構造のものに対し応力腐食割れ寿命が４倍以
上向上していることが認められた。

（９） 尚、上述した例は本発明の望しい態様を示したものであ
るが、本発明はこの例以外にも種々の態様がある。

そなわち、第５図に示すようにコアプレート１６の側壁
１Ｂの高さｈをかしめプレート２３の寸法Ｈより小さく
して、（具体的には（Ｈ−ｈ）≧０．５鶴に設定しであ
る）かしめプレート２３のツメｎの折り曲げ加工時にコ
アプレート側壁１８には直接かしめ荷重が加わらないよ
うにしてもよい、このようにすればコアプレート１９に
蓄えられる応力は低（でき、この効果を上述した効果と
併用すればさらに応力腐食割れ寿命を長くすることがで
きる。

第６図は弾性シール部材３０のうちの酸素浸入経路２８
側、およびコアプレート１９への接触面のみに、酸素の
透過しにくい抑止膜３２をコーティングした実施例を示
す。

また、第７図はコアプレート１９と弾性シール部材３０
との藺のみに酸素の透過しにくい抑止膜３２を介在させ
ることによって、大気中の酸素の（１０） 透過を遮断する実施例を示す。

また、第８図、第９図は大気中からの酸素の浸入経路２
８、すなわちタンク取付は部ＩＯの外側壁面１４とコア
プレート側壁１８との間に酸素を透過しにくい性質の液
状ゴム４５を流し込んで酸素透過抑止膜を形成したり、
または酸素の透過しにくい弾性材５０を前述のすきま部
に圧縮固定して抑止膜を形成した実施例である。

さらに、かしめプレートを有しなく、コアプレートにて
一体にかしめをする熱交換器においても本発明に係る酸
素透過抑止膜は同様の効果を有する。

更にまたコアプレート１９面に酸素の透過のしにくい有
機材料をコーティングし、大気からの酸素を遮断する構
造にしも同様の効果が得られる。

以上説明したように本発明熱交換器では弾性シール部材
とコアプレートとの接触部位より大気側に酸素透過抑止
膜を形成したため、コアプレートの応力腐食部への酸素
の・供給を減少させることができ、その結果応力腐食割
れの進行を大幅に遅らせることができて、熱交換器の寿
命を著しく向上できるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明熱交換器の一例を示す正面図、第２図は
従来の熱交換器のかしめ部を示す断ｍｓ。 第３図は本発明に係る弾性シール材の一例を示す断面図
、第４図は第１図のＸ−Ｘ失視断面図、第５図ないし第
９図は本発明熱交換器の他の実施例の要部を示す断面図
である。 ｌ・・・熱交換本体、２．３・・・タンク、７・・・フ
ィン、８・・・チューブ、２２・・・かしめプレート、
３０・・・弾性シール部材、３２・・・酸素透過抑止膜
。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 訃 イｆ５１　口 第２図 第３図 第４図 第６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱交換流体を流す金−製のチェープと、このチュ
   ーブの端部に固定された金属製のコアプレートと、この
   コアプレートにかしめ結合された樹脂製のタンクと、こ
   のタンクと前記コアプレートとの間に介在され８〜４０
   ％圧縮変形してタンクとコアプレートとの閏のシールを
   保つ弾性シール部材と、この弾性シール部材と前記コア
   プレートとの接触部位より大気側に配設された酸素透過
   抑止膜とを備える熱交換器。
2. （２）前記酸素透過抑止膜が前記弾性シール部材の外周
   を被覆している特許請求の範囲第１項記載の熱交換器。
3. （３）前記熱交換流体はアミン、アンモニアを含む自動
   車用エンジン冷却水である特許請求の範囲第１項もしく
   は第２項記載の熱交換器。
4. （４）前記コアプレートが黄銅層である特許請求の（１
   ） 範囲第１項ないし第３項いずれか記載の熱交換器。