JPS58224298A - 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、合成樹脂製のタンクにコアプレートをかしめ
作業によって取付けた熱交換器の改良に関し、例えば自
動車用ラジェータに用いて好適なものである。

この種の熱交換器では、コア部端面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、この溝
内に、合成樹脂製タンクの端縁に設けたほぼ四角形断面
の取付部を嵌合させ、コアプレートの溝形部の外面に係
合した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袋着筆るようになっている。そ
して、溝に嵌合したタンク端縁取付部の底面と溝底面と
の間には弾性シール材が設置しであるが、従来の熱交換
器では、この弾性シール材の直下の溝底壁（２） を構成しているコアプレート部分に、水質の悪い冷却水
を用いたときなどに、割れが生じることがあった。この
コアプレートの割れは、熱交換器の寿命を短かくしてし
まうことになり、問題である。

本発明者等がこの原因について種々検討したところ、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。

本発明はこの本発明者等の検討結果に鑑みて案出された
もので、応力腐食割れを防いで前記形式の熱交換器の寿
命を延ばすことを目的とする。

以下、添付図面を参照しながらより静しく説明する。

第１図は本発明に係る熱交換器、たとえば自動車用ラジ
ェータを示しており、ラジェータは銅製のコルゲートフ
ィン７と黄銅部のチューブ８を含む金属製のコア部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。上方、　　　　　　　　０）ｌ’＞″２
？：＋ｉ冷却ｙｋ　＃　ｋ　０４　Ａ　ｈ　ａ水“人パ
′（３） ブ５とが設けてあり、下方タンク３には冷却水流出バイ
ブロが設けであるが、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。

勿論、以下の説明は下方タンク３にも適用できる。

第２図はタンク２をコア部Ｉに密封装着する従来方法を
示しており、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の付いたチューブ８から成るコア部
１の端部にがぶせることによってタンク２が完全となる
。タンクの開放端縁の全周に沿ってほぼ四角形断面の取
付６１１１０が設けである。この取材部１０は互に平行
で平らな表面を持つ内、外の作用面１１．１２とこれら
内外作用面に対して直角の内、外の側壁面１３．１４と
を有する。

コア部１、具体的にはチューブ７の端部にはその上端付
近で周方向に黄銅部のコアプレート１６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。コアプレ
ート１６の外周縁は内、外（４） 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。

組立時、溝部２０にタンク２の端縁取付部１０が嵌め込
まれ、このとき、取付部１０の内、外の側壁面１３．１
４はそれぞれ溝部２０の内、外の側壁１７．１８と係合
し、取付部１０の内方作用面１１と溝部底壁１９の内面
との間にはゴム製Ｏリングからなる弾性シール材２１が
設置される。

次に、頂縁につめ部２２を有するほぼ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１
６の溝部２０に係合させ、つめ部２２をタンク２の１１
１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１０はその内方作用面１１で
弾性シール材２１を変形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。

しかしながら、以上の構成においては、本発明者等の研
究によればタンク２の内部Ａに存在する冷却水が、コア
プレート溝部２０の内面、タンク（５） 取付は部ｌＯの内面および弾性シール材２１の表面で形
成された微小空間２４に浸透することにより、コアプレ
ート１９にすきま腐食環境が生じることが確かめられた
。

すなわち、すきま部２４に溜った熱交換流体は弾性シー
ル材２１の下面とコアプレート１９の内面とで形成され
たすきま部２５に、毛細管現象および弾性シール材２１
が圧縮固定されることによって生ずる接面圧力のバラン
スによって浸透する。

そして、すきま部２５に侵入し°た熱交換流体は、その
中の腐食性成分が拡散しにくい上に、黄銅部のコアプレ
ート表面の不同態被ＩＩ（酸化被膜）はその不動態を保
゛持しようとしてすきま部２５の液体中の酸素を消費し
、そのためすきま部２５内の液体と微小空間２４内の液
体との間に酸素の濃度差が生じ、酸素濃淡電池が形成さ
れる。特に、自動車用ラジエー身として用いる場合には
、熱交換流体となるエンジン冷却水中に、アミン・アン
モニア等の腐食成分が含まれている為、電池の作用によ
りすきま部２５内の液体のＰＨが低下し、こ（６） の結果化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、前述したゴムａＯ−リングからなる弾性
シール材２１を通常８〜４０％程度圧縮固定しているの
で、第３図に示す様に、Ｏ−リングを一定圧縮率まで圧
縮することによって生ずる接触面（コアプレート１９）
への接触面押圧力Ｐ１が部分的に加わることになる。従
って、この圧力Ｐ１に熱交換器内の系統圧Ｐ〉が加って
生ずる接面圧力Ｐ　ｍ　ｏは０−リング直下のコアプレ
ート１９の内部に特に大きな荷重を加えている。以上の
条件下で、コアプレート溝部２０の底壁１９では、きび
しい腐食環境と過大な応力とがあいまって、応力腐食割
れが容易に生ずるようになっている。

本発明者等はこの事実に初めて気付き種々の実験の結果
、本発明に到達した。その際、アミン・アンモニア等の
成分を多く含むエンジン冷却水を熱交換流体として用い
た場合に、割れ寿命の悪化」　　　　　　　　が著しく
なることも併せて確認した。

そこで本発明においては、弾性シール部材２１（７） を第４図に例示するように、各面が全て平面となる四角
形状の断面を有するパツキン３０　（以下、角型リング
という）とし、この角型リング３０を第５図に示す如く
、前述の０−リングの場合と同様に一定（８から４０％
）の圧縮率に圧縮しシールを行なう。前述の角型リング
３０を圧縮するどとによって接面圧力Ｐｍｋの分布は中
央部にピーク値を有しない均等な圧力分布となり、その
大きさは圧縮率、縦横比、ゴムの硬度等によって自在に
調節可能である。

そして、この接面圧力Ｐｗｋが均等な圧力分布であるこ
とにより、従来の０−リングの様な接面圧力Ｐ　ｍ　ｏ
のピーク値を有しないことから、コアプレート１９に生
ずる内部の応力を低減する。また、圧縮時の角型リング
のコアプレート１９との接触長さｌを従来の０−リング
のそれよりも長くすることが可能セあり、そのことによ
って、微小空間２４内の冷却液がすきま部２５に浸透し
、すきま部２５内との間で生ずる酸素濃淡電池で必要と
なる冷却水や酸素の供給される速度が遅くなる（８） ことによって、腐食反応速度を抑制するといった二つの
働きの相乗効果により応力腐食割れ寿命を大１＋に向上
することができる。

また、熱交換器の冷却液系統圧Ｐ：Ｌによってタンク２
は第６図に示す一点鎖線の如く変形するのであるが、そ
の時、タンク２の取付は部１０の中心０と、弾性シール
材２１の圧縮によって生ずる反力Ｆの荷重方向との間に
ズレが生れば、反力Ｆによってモーメン）Ｍが矢印の如
く回転変位となり、その結果コアプレート側壁１８を変
形させ、コアプレー）１９の内面に応力を生ぜしめる。

しかしながら、その場合であっても、弾性シール材２１
として角型リング３０を用いれば、前述の如く反力Ｆが
０−リングに比べ小さくなり、しかも０−リングに比ベ
コアブレート溝部内での組付けによるバラツキの範囲も
小さくなる。そのため取付部１０中心Ｏと反力Ｆの荷重
い点とのズレも小さくなるので、モーメントＭも小さく
なり、従ってモーメン）Ｍによる応力腐食割れも生じに
くくなっている。

（９） 特に、第７図に示すように、コアプレート側壁１８の高
さｈをかしめプレート２３の寸法Ｈより小さくすれば、
具体的には（Ｈ−ｈ）≧０．５ｆｉに設定すれば、かし
めプレート２３のツメ２２の折り曲げ加工時にコアプレ
ート側壁１８には直接圧力荷重が加わらずコアプレート
１９への応力は更に低くできる。この効果と合せて角型
リング３０を用いることによってさらに応力腐食割れ寿
命が向上する。

なお、本発明の角型リング３０の実施例として、第４図
の記号で説明するとＷ　＝　３．２鶴、Ｈ＝　３．５鶴
、硬度＝７０程度の形状のエチレンプロプレンゴム（Ｅ
ＰＤＭ）が熱交換器用として良い。そして、この形状の
角型リング３０を用いれば応力腐食割れ寿命が、弾性シ
ール材２１として従来のＯリングを用いた物に比べ、１
．５倍以上の向上することを確認している。そして、Ｋ
型リング３０は前述したように、縦横比（Ｗ／Ｈ）を種
々変更することにより、接面圧力Ｐｍを任意に設定でき
るのであるが、幅Ｗがあまり大きくては、Ｋ型すン（１
０） グ３０の変形に要する圧力が過大となってしまい実用的
でなく、また、幅Ｗをあまり小さくしては接触長さｌが
小さくなると同時に、かしめ後の安定性に欠けることに
なる。そこで種々の実験により、この母Ｗを角型リング
３０の断面の高さＨに対して、 ０．６Ｈ≦Ｗ≦２．ＯＨ かつ、コアプレート溝幅Ｗ工に対して ＷＴ≧Ｗ の範囲内にしておけばよいことが確かめられた。

尚、弾性シール部材２１として角型リング３０を要いれ
ば、接面圧力Ｐｍは第５図のように接触面の全面にわた
ってほぼ均一となるが、シール性能を向上させるために
、前述の接面圧力Ｐｍの圧力分布を更に調整すべく第８
．９．１０図に示すように、タンク取付は部１０の作用
面１１もしくはコアプレート１６の角型リング対向部に
凸部４０．４１を突出成形してもよい。第８．９．１０
図図示の例では中央部の接面圧力Ｐｍが増し、均等な唄
　　　　　　　圧力分布から中央部にピーク圧を有する
圧力分布となり、シール性能が向上する。そして、この
場合でも、従来のＯリングのピーク圧よりも小さくする
ようにすれば、応力負食割を防ぐ効果を落すことはない
。

また、上述の例ではかしめプレート２２によってコアプ
レー）１６を樹脂タンク２にかしめ固定したが、かしめ
プレートを有しなく、コアプレートにて一体かしめをす
る構造の熱交換器においても、本発明のに型リング３０
は同様の効果を有する。

以上説明した様に本発明では、シール部材を四角形状と
して、シール部材のタンク接触面、コアプレート接触面
゛を平面としたため、接触面長さを長くすることができ
ると共に接触面圧に極端な不均一が生じるのを防止する
ことができる。それゆえ、シール部材とコアプレートと
の応力負食環境が改善でき、応力負食割れを防いで熱交
換器の寿命を大幅に向上させることができる。

併せて、本発明では、シール部材の側面も平面としてシ
ール部材の断面形状を極めて簡単な四角形状としたため
、シール部材の成形も容易に行なえるという効果も有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明熱交換器の一実施例を示す正面（図・第
２１１従来０熱交換器０°ア２１／−）部を示す断面図
、第３図は第２図の接触面圧を示す断面図、第４図は本
発明熱交換器のシール部材の一例を示す断面図、第５図
は第１図の■−■矢視断面図、第６図は第５図の応力状
態説明に供する断面図、第７図は本発明熱交換器の他の
例の要部を示す断面図、第８図乃至第１０図は夫々本発
明熱交換器の更に他の例の要部を示す断面図である。 ■・・・コア部、２．３・・・タンク、１６・・・コア
プレート、３０・・・シール部材。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 （１３） 第１図 第３図 第２図 第４図 第５図 どｂ 第６図 第７図 第８図 第９図 一１ソ　４１ 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１熱交換流体を流す金属製のチ瓢−ブと、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間のシールを
   保つ弾性シール部材とを備え、かつ、前記弾性シール部
   材をその断面形状が前記タンク接触面、前記コアプレー
   ト接触面、及び側面のいずれも平面とした四角形状のも
   のとした熱交換器。 （２）前記チューブ内にはアミン・アンモニアを含む熱
   交換流体が流れる特許請求の範囲第１項記載の熱交換器
   。 （３）前記コアプレートが黄銅部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）前記タンクの前記シール部材対向部が前記シ（１
   ） −ル部材側に突出成形されている特許請求の範囲第１項
   乃至第３項いずれか記載の熱交換器。 （５）前記コアプレートの前記シール部材対向部が前記
   シール部材側に突出成形されている特許請求の範囲第１
   項乃至第４項いずれか記載の熱交換器。