WO2014013725A1 - 熱交換器 - Google Patents

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WO2014013725A1
WO2014013725A1 PCT/JP2013/004348 JP2013004348W WO2014013725A1 WO 2014013725 A1 WO2014013725 A1 WO 2014013725A1 JP 2013004348 W JP2013004348 W JP 2013004348W WO 2014013725 A1 WO2014013725 A1 WO 2014013725A1
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flat
rib
tube
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tank
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PCT/JP2013/004348
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伸洋 本間
長谷川 学
Original Assignee
株式会社デンソー
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Definitions

  • This disclosure relates to a heat exchanger.
  • the conventional heat exchanger has a core portion configured by alternately laminating a plurality of tubes and a plurality of corrugated fins. And the tank is arrange
  • the tank includes a core plate into which a plurality of tubes are inserted, and a tank main body portion that is fixed to the core plate and forms an internal space of the tank together with the core plate.
  • the core plate has a flat surface on the inner side of the tank, a flat main body portion provided with a plurality of tube insertion holes into which a plurality of tubes are inserted, and an outer edge of the flat main body portion. And a groove to be inserted.
  • the core plate is provided with ribs that protrude from the flat main body portion to the outside of the tank and extend in the core plate width direction.
  • the core plate width direction is a direction perpendicular to the tube stacking direction.
  • the rib is straddled (overlapped) with the end of the tube in the tube stacking direction, and the flat main body portion is disposed inside the tank between the rib and the groove portion. It arrange
  • This rib is formed by press molding.
  • the rigidity of the core plate in the width direction in the vicinity of the end of the tube can be increased by the rib having high rigidity overlapping the end of the tube.
  • the flat part provided between the rib and the groove part is easily deformed, when a thermal stress is generated to deform the core plate in a bow shape in the tube longitudinal direction, the flat part is deformed. Heat distortion can be absorbed.
  • there is no flat portion between the rib and the groove and a temperature difference is generated between the tubes as compared with the heat exchanger in which the rib is connected to the groove. In this case, the stress concentration at the tube root portion, which is the junction between the tube and the core plate, can be reduced.
  • An object of the present invention is to enable the ribs arranged to be formed to be formed by press molding.
  • the heat exchanger includes a plurality of tubes and a tank communicating with the plurality of tubes.
  • Each of the plurality of tubes has a flat shape in the cross section, and is laminated in a direction substantially perpendicular to the tube width direction when the long axis direction of the flat shape is the tube width direction.
  • the tank includes a core plate into which a plurality of tubes are inserted, and a tank main body portion that is fixed to the core plate and forms an internal space of the tank together with the core plate.
  • the core plate is provided at a flat main body portion having a flat surface facing the internal space, a plurality of tube insertion holes into which a plurality of tubes are inserted, and an outer edge of the flat main body portion, and an end portion of the tank main body portion is inserted.
  • a flat portion having a flat surface in the same plane as the flat surface of the flat main body portion between the rib and the groove portion in the tube width direction.
  • the rib has a rib bottom portion having a straight base that is recessed from the flat surface of the flat main body portion and is parallel to the flat surface of the flat main body portion, in a cross-sectional shape of the rib along the tube width direction;
  • the rib inclined portion is located between the rib bottom portion and the flat portion, and is inclined with respect to the normal of the flat surface of the flat portion to connect the rib bottom portion and the flat portion.
  • the rib inclined portion overlaps the end portion of the tube in the tube width direction in the tube stacking direction.
  • the heat exchanger includes a plurality of tubes and a tank communicating with the plurality of tubes.
  • Each of the plurality of tubes has a flat shape in the cross section, and is laminated in a direction substantially perpendicular to the tube width direction when the long axis direction of the flat shape is the tube width direction.
  • the tank includes a core plate into which a plurality of tubes are inserted, and a tank main body that is fixed to the core plate and forms an internal space of the tank together with the core plate.
  • the core plate has a flat surface inside the tank and is provided with a flat main body portion provided with a plurality of tube insertion holes into which a plurality of tubes are inserted, and an outer peripheral edge portion of the flat main body portion.
  • the rib is recessed from the flat surface of the flat main body portion, and the rib bottom portion located on the outermost side of the tank among the ribs, and the rib inclined portion that is inclined with respect to the normal to the flat surface of the flat portion and connects the rib bottom portion and the flat portion And have.
  • the outermost end of the rib is arranged outside the end of the tube in the tube width direction.
  • the inner end portion of the rib inclined portion located at the boundary portion between the rib bottom portion and the rib inclined portion is disposed on the inner side than the end portion of the tube.
  • the rib is the end portion of the tube in the tube stacking direction.
  • a rib disposed so that a flat portion exists between the rib and the groove portion can be formed by press molding.
  • FIG. 3B It is a schematic front view of the heat exchanger in 1st Embodiment of this indication. It is a perspective sectional view of the tube and tank in the heat exchanger of a 1st embodiment. It is a schematic side view of the core plate single-piece
  • the core plate 200 of the tank of the heat exchanger examined by the present inventor will be described with reference to FIG.
  • the end of the rib bottom 2510 of the rib 250 in the flat main body 210 of the core plate 200 as shown in FIG. Is positioned outside the end 100a of the tube 100, and the rib bottom 2510 needs to be positioned so as to overlap the end 100a of the tube 100. That is, it is considered that the rib inclined portion 2520 that connects the rib bottom portion 2510 and the flat portion 260 needs to be positioned outside the end portion 100 a of the tube 100.
  • the distance between the rib bottom portion 2510 and the groove portion 220 is required to reduce the width of the core plate 200. It is conceivable to reduce.
  • the length of the flat portion 260 in the core plate width direction (the left-right direction in FIG. 10) is shortened, and the rib inclined portion 2520 is inclined with respect to the normal of the flat portion 260. It is necessary to make the angle ⁇ 1 as small as possible.
  • the rib 250 when the rib 250 is arranged as shown in FIG. 10 and the inclination angle ⁇ 1 of the rib inclined portion 2520 is a small angle of less than 45 °, the rib bottom portion 250, the flat portion 260, and the wall portion constituting the groove portion 220 are The bending shape with the flat portion 260 made of the top as the top becomes a minimal bending shape, which may make press working difficult.
  • the rib inclined portion is positioned so as to overlap the end portion of the tube. It was found that the stress concentration at the tube root when the thermal stress is generated can be reduced.
  • the heat exchanger according to the present disclosure is applied to a radiator that cools a water-cooled internal combustion engine such as an automobile engine.
  • the heat exchanger includes a rectangular parallelepiped core portion 1, and the core portion 1 includes a plurality of tubes 10 and a plurality of corrugated fins 11 stacked alternately in the vertical direction. Configured.
  • the stacking direction of the tube 10 and the corrugated fin 11 is hereinafter referred to as a tube stacking direction Y.
  • the corrugated fins 11 are made of an aluminum alloy and are formed in a corrugated shape to promote heat exchange between air and cooling water.
  • the tube 10 has a passage through which cooling water of a water-cooled internal combustion engine (not shown) mounted on the vehicle flows, and has a flat cross-sectional shape.
  • the tube 10 is formed by bending or welding or brazing an aluminum alloy plate material into a predetermined shape.
  • the heat exchanger is arranged so that the longitudinal direction of the tube 10 (hereinafter referred to as the tube longitudinal direction X) coincides with the horizontal direction and the tube stacking direction Y coincides with the gravity direction. Be placed.
  • the long axis direction of the cross-sectional shape of the tube 10 is the tube width direction Z, and the tube width direction Z coincides with the air flow direction C.
  • a direction perpendicular to the tube width direction Z coincides with the tube stacking direction Y.
  • the tube width direction Z is orthogonal to both the tube stacking direction Y and the tube longitudinal direction X.
  • tanks 2 and 3 that extend in a direction substantially orthogonal to the tube longitudinal direction X and have a space inside are disposed at both ends of the tube 10 in the tube longitudinal direction X.
  • the ends of the tube 10 in the tube longitudinal direction X are inserted into the tube insertion holes and joined to the tanks 2 and 3 so that the internal passages of the numerous tubes 10 communicate with the spaces in the tanks 2 and 3. ing.
  • One tank 2 distributes and supplies the high-temperature cooling water flowing out from the engine to many tubes 10.
  • the one tank 2 is provided with an inlet pipe 2a connected to the cooling water outlet side of the internal combustion engine via a hose (not shown).
  • the other tank 3 collects and collects cooling water cooled by heat exchange with air and drains it toward the internal combustion engine.
  • the other tank 3 is provided with an outlet pipe 3a connected to the cooling water inlet side of the internal combustion engine via a hose.
  • the side plate 4 that reinforce the core portion 1 are disposed at both ends of the tube portion Y in the core portion 1.
  • the side plate 4 is made of an aluminum alloy, extends in a direction parallel to the tube longitudinal direction X, and both ends thereof are connected to the tanks 2 and 3.
  • the tanks 2 and 3 are fixed to the core plate 20 into which a plurality of tubes 10 are inserted and fixed, and together with the core plate 20 form internal spaces 2 b and 3 b of the tanks 2 and 3. And a tank main body 30 to be configured.
  • the core plate 20 is made of an aluminum alloy
  • the tank body 30 is made of a resin such as glass fiber reinforced nylon 66
  • a rubber packing (not shown) for maintaining hermeticity is attached to the core plate 20. It is fixed in a state of being sandwiched between the tank main body 30. This fixing is performed by plastically deforming (caulking) the protruding pieces 224 of the core plate 20 shown in FIGS. 3A and 3B so as to press against the tank body 30.
  • the core plate 20 includes a flat main body 21 having a flat surface 211 on the inner side of the tank, and a groove 22 provided over the entire outer periphery of the flat main body 21.
  • the groove portion 22 is a portion into which the end of the tank main body 30 and the packing are inserted. As shown in FIG. 4, the groove portion 22 has a substantially rectangular cross section and is formed by three wall portions. That is, the inner wall portion 221 that is bent substantially perpendicularly from the outer peripheral portion of the flat main body portion 21 and extends in the tube longitudinal direction X, and the bottom that is bent substantially perpendicularly from the inner wall portion 221 and extends perpendicularly to the tube longitudinal direction X.
  • the groove portion 22 is formed by the wall portion 222 and the outer wall portion 223 that is bent substantially perpendicularly from the bottom wall portion 222 and extends in the tube longitudinal direction X.
  • the inner wall portion 221 is located inside the tank and extends substantially perpendicular to the flat main body portion 21.
  • the outer wall portion 223 is located outside the tank and extends substantially perpendicular to the flat main body portion 21.
  • the bottom wall portion 222 is located at the bottom of the groove portion 22 and continues to both the inner wall portion 221 and the outer wall portion 223. Further, as shown in FIGS. 3A, 3B, and 4, a plurality of protruding pieces 224 are formed at the end of the outer wall portion 223.
  • the flat main body 21 is provided with a plurality of tube insertion holes 23 along the tube stacking direction Y into which the plurality of tubes 10 are inserted and brazed.
  • one side plate insertion hole 24 into which the side plate 4 is inserted and brazed is provided on each end of the flat main body 21 in the tube stacking direction Y.
  • the tube insertion hole 23 and the side plate insertion hole 24 have an elongated shape in the tube width direction Z and are formed by punching.
  • the flat main body 21 protrudes from the flat main body 21 to the outside of the tank between the adjacent tube insertion holes 23 and between the tube insertion holes 23 and the side plate insertion holes 24, and in the tube width direction Z.
  • An elongated elongated rib 25 is formed by press molding.
  • two ribs 25 are provided in all the portions between the insertion holes.
  • the ribs 25 are arranged so as to overlap the end portions 23a of the tube insertion holes 23 in the tube width direction Z when viewed from the tube stacking direction Y.
  • the rib 25 is arranged so as to overlap the end portion 10 a of the tube 10 in the tube width direction Z in the tube stacking direction Y. That is, the rib 25 is formed so as to overlap the end portion 10a of the tube 10 in the tube width direction Z.
  • the end of the tube width direction Z does not reach the groove portion 22, and the rib 25 is flat between the rib 25 and the groove portion 22 in the tube width direction Z of the flat main body portion 21. It arrange
  • the flat portion 26 is a portion having a flat surface 261 that is flush with the flat surface 211 of the flat main body portion 21 inside the tank. That is, the flat surface 211 of the flat main body portion 21 and the flat surface 261 of the flat portion 26 are flush with each other. It can be said that the flat surface 261 of the flat portion 26 is a remaining portion when the rib 25 is formed on the flat surface 211 of the flat main body portion 21.
  • the rib 25 is formed by providing a depression in the flat surface 211 of the flat main body portion 21.
  • the rib 25 has a rib bottom portion 251 that forms the bottom side 251a of the recess and a rib slope that forms a side 252a (slanted side) other than the bottom side of the recess in the cross-sectional shape of the rib 25 when cut in the tube width direction Z shown in FIG.
  • the shape has a portion 252.
  • the base 251 a formed by the rib bottom 251 is a side formed by the surface inside the tank, and is a straight line parallel to the flat surface 211 of the flat main body 21.
  • the base 251a is a portion of the rib 25 that is the outermost tank.
  • the rib inclined part 252 is a part located between the rib bottom part 251 and the flat part 26.
  • the side 252a formed by the rib inclined portion 252 is a side formed by the surface inside the tank, and is not parallel to the normal line of the flat surface 261 of the flat portion 26 but inclined. It is straight.
  • the position of the inner end portion 252b of the rib inclined portion 252 is a boundary portion between the hypotenuse 252a formed by the rib inclined portion 252 and the base 251a formed by the rib bottom portion 251 in the cross-sectional shape of the rib 25 shown in FIG.
  • the position of the outer end 252c of the rib inclined portion 252 is the boundary between the hypotenuse 252a formed by the rib inclined portion 252 and the side formed by the flat surface 261 of the flat portion 26 in the cross-sectional shape of the rib 25 shown in FIG. is there.
  • the end portion 10a in the tube width direction Z of the tube 10 is located between the inner end portion 252b and the outer end portion 252c of the rib inclined portion 252.
  • the outer end portion 252 c of the rib 25 is arranged outside the end portion 10 a of the tube 10.
  • the inner end portion 252 b of the rib 25 is disposed on the inner side of the end portion 10 a of the tube 10.
  • the inclination angle ⁇ 1 formed by the rib inclined portion 252 with respect to the normal of the flat portion 26 is 45 to 80 °.
  • the distance L1 between the end portion 10a of the tube 10 and the inner wall of the inner wall portion 221 in the tube width direction Z is 4.0 to 6.3 mm, and the core plate width of the core plate 20 is small. It has become.
  • the rib inclined portion 252 is arranged in the tube stacking direction Y so as to overlap the end portion 10a of the tube 10 in the tube width direction Z, so that the inclination angle of the rib inclined portion 252 is increased.
  • ⁇ 1 can be set to 45 ° or more and 80 ° or less, and the bending shape with the flat portion 26 formed by the inner wall portion 221, the flat portion 26, and the rib inclined portion 252 of the groove portion 22 as a top portion can be a gentle bending shape.
  • the rib 25 overlaps the end 10a of the tube 10 in the tube stacking direction Y, and the rib 25 and the groove 22 It is possible to form the ribs 25 arranged so that the flat portion 26 exists between them by press molding.
  • the distance L1 between the end portion 10a of the tube 10 and the inner wall of the inner wall portion 221 in the tube width direction Z is set to 4.0 to 6.3 mm.
  • the core plate width can be reduced.
  • thermal stress is generated as compared with the heat exchanger of Comparative Example 2 in which the rib is connected to the groove portion. In this case, the stress concentration at the tube root portion can be reduced.
  • the comparative example 1 in FIG. 7 is a case where a rib is omitted in the heat exchanger of the present embodiment, and the comparative example 2 is an end portion in the tube width direction Z of the rib 25 in the heat exchanger of the present embodiment. This is a case where is reached to the groove 22.
  • the maximum stress generated at the joint between the tube and the core plate (boundary portion between the tube and the brazing material) when a temperature difference occurs between the tubes is shown as a stress ratio with 100% as in Comparative Example 1. ing. (Second Embodiment) In the first embodiment, in the cross-sectional shape of the rib 25 shown in FIG.
  • the side 252a formed by the rib inclined portion 252 is linear, but in this embodiment, the rib inclined portion 252 is formed as shown in FIG.
  • the side 252a formed is arcuate.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment. Even in this case, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the rib inclined part 252 is an angle formed by the rib inclined part 252 with respect to the normal of the flat part 26 at the boundary part between the rib inclined part 252 and the flat part 26.
  • the boundary position 252c between the side 252a formed by the rib inclined portion 252 and the side formed by the flat surface 261 the flat surface shown by the tangent line of the arc-shaped side 252a shown by the alternate long and short dashed line and the broken line
  • the angle formed by the perpendicular line 261 is the tilt angle ⁇ 1.
  • the boundary position 252c between the rib inclined portion 252 and the flat portion 26 is indicated by a broken line.
  • the two ribs 25 are provided in the tube width direction Z in the portion between the insertion holes of the flat main body portion 21.
  • Ribs 25 are provided.
  • one rib 25 overlaps one end portion of the tube insertion hole 23 in the tube width direction and the other end portion of the tube insertion hole 23 in the tube width direction in the tube stacking direction Y. Has been placed.
  • the side plate insertion hole 24 is provided in the core plate 20.
  • the tube insertion hole 23 is replaced with the side plate insertion hole 24. Is provided.
  • the two ribs 25 are provided in the tube width direction Z at each insertion hole portion of the flat main body portion 21, but one of the two ribs 25 may be omitted.
  • the rib 25 is provided only on the other end side in the tube width direction Z of the tube insertion hole 23 and the portion between the insertion holes where the rib 25 is provided only on one end side in the tube width direction Z of the tube insertion hole 23. You may arrange
  • the ribs 25 are provided at all the positions between the insertion holes.
  • the ribs 25 may be provided only at some of the positions between the insertion holes.
  • the portions between the insertion holes in which two ribs 25 are provided and the portions between the insertion holes in which the ribs 25 are not provided may be alternately arranged along the tube stacking direction Y.
  • the flat surface 261 of the flat portion 26 is flush with the flat surface 211 of the flat main body portion 21, but the flat surface 26 is formed at least inside the tank relative to the rib bottom portion 251. It only has to be done.

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Abstract

熱交換器において、コアプレート(20)のリブ(25)は、平坦本体部(21)の平坦面(211)から窪んだ形状を有しており、平坦本体部(21)の平坦面(211)から窪んで当該平坦面(211)に平行な底辺(251a)を有するリブ底部(251)と、リブ底部(251)と平坦部(26)との間に位置するリブ傾斜部(252)とを有する。リブ傾斜部(252)が、チューブ積層方向(Y)において、チューブ(10)のチューブ巾方向(Z)の端部(10a)とオーバラップするようにリブ(25)を配置する。これにより、コアプレート巾が小さい場合であっても、チューブ積層方向において、リブ(25)がチューブ(10)の端部とオーバラップするとともに、リブ(25)と溝部(22)との間に平坦部(26)が存在するように配置されたリブ(25)を、プレス成形によって形成できる。

Description

熱交換器 関連出願の相互参照
 本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2012年7月18日に出願された日本特許出願2012-159496を基にしている。
 本開示は、熱交換器に関するものである。
 従来の熱交換器は、複数のチューブと複数のコルゲートフィンとを交互に積層してコア部を構成している。そして、チューブのチューブ長手方向の端部にタンクが配置されている。このタンクは、複数のチューブが挿入されるコアプレートと、コアプレートに固定されてコアプレートとともにタンクの内部空間を形成するタンク本体部とによって構成されている。
 コアプレートは、タンク内側に平坦面を有するとともに、複数のチューブが挿入される複数のチューブ挿入穴が設けられた平坦本体部と、平坦本体部の外縁に設けられ、タンク本体部の端部が挿入される溝部とを有している。コアプレートには、コアプレート巾方向の剛性を高めるために、平坦本体部からタンク外側に突出し、コアプレート巾方向に延びた形状のリブが設けられている。コアプレート巾方向は、チューブ積層方向に垂直な方向である。
 そして、特許文献1に記載の熱交換器では、このリブを、チューブ積層方向において、チューブの端部をまたぐ(オーバーラップする)とともに、リブと溝部との間に、タンク内側に平坦本体部と同一平面の平坦部が存在するように配置している。このリブはプレス成形により形成される。
 これによれば、剛性の高いリブがチューブの端部をオーバーラップすることによって、チューブの端部近傍でのコアプレート巾方向の剛性を高めることができる。一方、リブと溝部との間に設けた平坦部は、変形が容易であるため、コアプレートに対してチューブ長手方向に弓なりに変形させようとする熱応力が発生した場合、この平坦部が変形することによって熱歪みを吸収できる。この結果、特許文献1に記載の熱交換器と異なり、リブと溝部との間に平坦部がなく、リブが溝部につながっている熱交換器と比較して、チューブ間に温度差が発生した場合のチューブとコアプレートの接合箇所であるチューブ根付部での応力集中を低減できる。
特開2008-32384号公報
 ところで、熱交換器の小型化が望まれており、その実現のためには、コアププレート巾を小さくすることが必要となる。
 しかし、コアプレート巾を小さくすると、プレス成形により、上記特許文献1と同様に配置されたリブの形成が困難となるおそれがある。
 本開示は上記点に鑑みて、コアプレート巾が小さい場合であっても、チューブ積層方向において、リブがチューブの端部とオーバラップしているとともに、リブと溝部との間に平坦部が存在するように配置されたリブを、プレス成形によって形成できるようにすることを目的とする。
 本開示の一態様によれば、熱交換器は複数のチューブと、複数のチューブと連通するタンクを備える。複数のチューブは、それぞれが横断面に扁平形状を有し、扁平形状の長軸方向をチューブ巾方向としたとき、チューブ巾方向に対して略垂直な方向に積層されている。タンクは、複数のチューブが挿入されるコアプレートと、コアプレートに固定されてコアプレートとともにタンクの内部空間を形成するタンク本体部とを有している。コアプレートは、内部空間に面する平坦面と、複数のチューブが挿入される複数のチューブ挿入穴とを有する平坦本体部と、平坦本体部の外縁に設けられ、タンク本体部の端部が挿入される溝部と、平坦本体部からタンク外側に突出して平坦本体部の平坦面から窪んだ形状を有し、チューブ巾方向に延びて、チューブ積層方向においてチューブのチューブ巾方向の端部とオーバラップしているリブと、チューブ巾方向でのリブと溝部との間に、タンク内側に平坦本体部の平坦面と同一平面の平坦面を有する平坦部とを有している。リブは、チューブ巾方向に沿った前記リブの断面形状にて、前記平坦本体部の平坦面から窪んで前記平坦本体部の平坦面に平行な直線状の底辺を有するリブ底部と、チューブ巾方向においてリブ底部と平坦部との間に位置し、平坦部の平坦面の垂線に対して傾斜してリブ底部と平坦部とを接続しているリブ傾斜部とを有する。リブ傾斜部が、チューブ積層方向において、チューブのチューブ巾方向の端部とオーバラップしている。
 本開示の他の一態様によれば、熱交換器は複数のチューブと、複数のチューブと連通するタンクとを備える。複数のチューブは、それぞれが横断面に扁平形状を有し、扁平形状の長軸方向をチューブ巾方向としたとき、チューブ巾方向に対して略垂直な方向に積層されている。タンクは、複数のチューブが挿入されるコアプレートと、コアプレートに固定されて、コアプレートとともにタンクの内部空間を形成するタンク本体部とを有している。コアプレートは、タンク内側に平坦面を有するとともに、複数のチューブが挿入される複数のチューブ挿入穴が設けられた平坦本体部と、平坦本体部の外周縁部に設けられ、タンク本体部の端部が挿入される溝部と、平坦本体部からタンク外側に突出して平坦本体部の平坦面から窪んだ形状を有し、チューブ巾方向に延びて、チューブ積層方向においてチューブ巾方向におけるチューブの端部とオーバーラップしているリブと、チューブ巾方向において、最もタンクの外側に近いリブの最外側端部と溝部との間に設けられてタンク内側に配される平坦面を有する平坦部とを有している。リブは、平坦本体部の平坦面から窪んでリブのうち最もタンク外側に位置するリブ底部と、平坦部の平坦面の垂線に対して傾斜してリブ底部と平坦部とを接続するリブ傾斜部とを有している。チューブ巾方向において、リブの最外側端部はチューブ巾方向におけるチューブの端部よりも外側に配されており。チューブ巾方向において、リブ底部とリブ傾斜部との境界部に位置するリブ傾斜部の内側端部は、チューブの端部よりも内側に配されている。
 したがって、本開示の上記態様によれば、平坦部を頂部とする曲げ形状を緩やかな曲げ形状にできるので、コアプレート巾が小さい場合であっても、チューブ積層方向において、リブがチューブの端部とオーバラップしているとともに、リブと溝部との間に平坦部が存在するように配置されたリブを、プレス成形によって形成できる。
本開示の第1実施形態における熱交換器の概略正面図である。 第1実施形態の熱交換器におけるチューブおよびタンクの斜視断面図である。 第1実施形態の熱交換器のコアプレート単体の概略側面図である。 第1実施形態の熱交換器のコアプレート単体のタンク内側から見た概略平面図である。 図3BのIV-IV線断面図である。 図3BのV-V線断面図である。 図4中のリブ傾斜部の拡大図である。 第1実施形態の熱交換器におけるチューブ根付部に発生する応力の解析結果を示す図である。 本開示の第2実施形態における熱交換器のリブ傾斜部の拡大図である。 本開示の第3実施形態における熱交換器のコアプレート単体のタンク内側から見た平面図である。 本発明者が検討したコアプレートの断面図である。
 以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
 まず、本願発明者が検討した熱交換器のタンクのコアプレート200について図10を参照して説明する。熱応力が発生した場合のチューブ根付部での応力集中を低減する効果を奏するためには、図10に示すように、コアプレート200の平坦本体部210において、リブ250のリブ底部2510の端部がチューブ100の端部100aよりも外側に位置し、リブ底部2510がチューブ100の端部100aをオーバラップするように位置する必要があると考えられる。すなわち、リブ底部2510と平坦部260とを繋ぐリブ傾斜部2520がチューブ100の端部100aよりも外側に位置する必要があると考えられる。
 この場合、リブ底部2510の端部をチューブ100の端部100aよりも外側に配置しなければならないので、コアプレート200の巾を小さくするためには、リブ底部2510と溝部220との間の距離を小さくすることが考えられる。そのためには、図10に示すように、平坦部260のコアプレート巾方向(図10の左右方向)の長さを短くし、さらに、リブ傾斜部2520が平坦部260の垂線に対してなす傾斜角度θ1をできるだけ小さくすることが必要となる。
 しかし、図10に示すようにリブ250を配置し、リブ傾斜部2520の傾斜角度θ1を45°未満の小さな角度とすると、リブ底部250と、平坦部260と、溝部220を構成する壁部とからなる平坦部260を頂部とする曲げ形状が極小曲げ形状となり、プレス加工が困難となる場合がある。 
 ところが、本発明者らが鋭意検討した結果、リブ底部の端部がチューブの端部よりも内側に位置しても、リブ傾斜部がチューブの端部をオーバラップするように位置していれば、熱応力が発生した場合のチューブ根付部での応力集中を低減できることがわかった。
 この場合、リブ底部の端部がチューブの端部よりも外側に位置する場合と比較して、平坦部を頂部とする曲げ形状を緩やかな曲げ形状にできる。
(第1実施形態)
 本実施形態は、本開示に係る熱交換器を、自動車用エンジン等の水冷式内燃機関を冷却するラジエータに適用したものである。
 図1、図2に示すように、熱交換器は直方体形状のコア部1を備えており、コア部1は、複数のチューブ10と複数のコルゲートフィン11が上下方向に沿って交互に積層されて構成されている。なお、チューブ10およびコルゲートフィン11の積層方向を、以下、チューブ積層方向Yという。
 コルゲートフィン11は、アルミニウム合金製であり、コルゲート状に形成されて空気と冷却水との熱交換を促進するものである。
 チューブ10は、車両に搭載された水冷式内燃機関(図示せず)の冷却水が流通する通路を内部に有し、横断面形状が扁平形状のものである。チューブ10は、アルミニウム合金製板材を所定の形状に折り曲げ後、溶接またはろう付けして形成される。
 本実施形態では、図1に示すように、チューブ10の長手方向(以下、チューブ長手方向Xという)が水平方向と一致し、チューブ積層方向Yが重力方向に一致するように、熱交換器が配置される。このとき、図2に示すように、チューブ10の横断面形状の長軸方向がチューブ巾方向Zであり、チューブ巾方向Zは、空気の流通方向Cと一致している。また、チューブ巾方向Zに対して垂直な方向がチューブ積層方向Yと一致している。なお、チューブ巾方向Zは、チューブ積層方向Yとチューブ長手方向Xの両方に対して直交している。
 図1に示すように、チューブ10のチューブ長手方向Xの両端部には、チューブ長手方向Xと略直交する方向に延びるとともに内部に空間が形成されたタンク2、3が配置されている。タンク2、3には、チューブ10のチューブ長手方向Xの端部がチューブ挿入穴に挿入して接合されており、多数のチューブ10の各内部通路とタンク2、3内の空間とが連通している。
 一方のタンク2は、エンジンから流出した高温の冷却水を多数のチューブ10に分配供給するものである。この一方のタンク2には、ホース(図示せず)を介して内燃機関の冷却水出口側に接続される流入口パイプ2aが配置されている。
 他方のタンク3は、空気との熱交換により冷却された冷却水を集合回収して内燃機関に向けて排水するものである。この他方のタンク3には、ホースを介して内燃機関の冷却水入口側に接続される流出口パイプ3aが配置されている。
 コア部1におけるチューブ積層方向Yの両端部には、コア部1を補強するサイドプレート4が配置されている。サイドプレート4は、アルミニウム合金製であり、チューブ長手方向Xと平行な方向に延びてその両端がタンク2、3に接続されている。
 図2に示すように、タンク2、3は、複数のチューブ10が挿入固定されるコアプレート20と、コアプレート20に固定され、コアプレート20とともにタンク2、3の内部空間2b、3bを形成するタンク本体部30とを有して構成されている。
 本実施形態では、コアプレート20をアルミニウム合金製とし、タンク本体部30をガラス繊維強化ナイロン66等の樹脂製として、密閉性を保つためのゴム製のパッキン(図示せず)をコアプレート20とタンク本体部30との間に挟んだ状態で固定している。この固定は、図3A、3Bに示すコアプレート20の突起片224を、タンク本体部30に押し付けるように塑性変形させる(かしめる)ことにより行われている。
 図3B、4に示すように、コアプレート20は、タンク内側に平坦面211を有する平坦本体部21と、平坦本体部21の外縁全周にわたって設けられた溝部22とを有している。
 溝部22は、タンク本体部30の端部およびパッキンが挿入される部分である。溝部22は、図4に示すように、断面略矩形状であり、3つの壁部によって形成されている。すなわち、平坦本体部21の外周部から略垂直に折り曲げられてチューブ長手方向Xに延びる内側壁部221と、内側壁部221から略垂直に折り曲げられてチューブ長手方向Xに対して垂直に延びる底壁部222と、底壁部222から略垂直に折り曲げられてチューブ長手方向Xに延びる外側壁部223とによって、溝部22が形成されている。
 なお、内側壁部221は、タンク内側に位置し、平坦本体部21に対して略垂直に延びている。外側壁部223は、タンク外側に位置し、平坦本体部21に対して略垂直に延びている。底壁部222は、溝部22の底に位置し、内側壁部221と外側壁部223の両方に連なっている。また、図3A、3B、4に示すように、外側壁部223の端部には、突起片224が複数形成されている。
 図3Bに示すように、平坦本体部21には、複数のチューブ10が挿入してろう付けされるチューブ挿入穴23がチューブ積層方向Yに沿って複数設けられている。また、サイドプレート4が挿入してろう付けされるサイドプレート挿入穴24が、平坦本体部21におけるチューブ積層方向Yの両端側に1つずつ設けられている。チューブ挿入穴23およびサイドプレート挿入穴24は、チューブ巾方向Zに細長い形状であり、打ち抜き加工によって形成される。
 さらに、平坦本体部21には、隣接するチューブ挿入穴23の間およびチューブ挿入穴23とサイドプレート挿入穴24との間に、平坦本体部21からタンク外側に突出し、かつ、チューブ巾方向Zに延びた細長い形状のリブ25がプレス成形によって形成されている。また、平坦本体部21において隣接するチューブ挿入穴23間の部位を挿入穴間部位としたとき、全ての挿入穴間部位にリブ25が2つ設けられている。
 図3Bに示すように、リブ25は、チューブ積層方向Yから見て、チューブ挿入穴23のチューブ巾方向Zの端部23aをオーバラップする(またぐ)ように配置されている。言い換えると、図4に示すように、リブ25は、チューブ積層方向Yにおいて、チューブ10のチューブ巾方向Zの端部10aとオーバラップするように配置されている。つまり、リブ25は、チューブ巾方向Zにおけるチューブ10の端部10aとオーバーラップするように形成されている。
 また、図3Bに示すように、リブ25は、チューブ巾方向Zの端部が溝部22まで到達せず、平坦本体部21のうちチューブ巾方向Zでのリブ25と溝部22との間に平坦部26が存在するように配置されている。この平坦部26は、タンク内側に平坦本体部21の平坦面211と同一平面の平坦面261を有する部分である。すなわち、平坦本体部21の平坦面211と平坦部26の平坦面261とは面一となっている。平坦部26の平坦面261は、平坦本体部21の平坦面211にリブ25を形成したときの残部であると言える。
 ここで、本実施形態のリブ25について、より詳細に説明する。
 図4、5に示すように、リブ25は、平坦本体部21の平坦面211に窪みを設けることで形成されるものである。
 リブ25は、図4に示すチューブ巾方向Zに切断したときのリブ25の断面形状にて、窪みの底辺251aをなすリブ底部251と、窪みの底辺以外の辺252a(斜辺)をなすリブ傾斜部252とを有する形状である。
 図4に示すリブ25の断面形状において、リブ底部251がなす底辺251aは、タンク内側の面がなす辺であり、平坦本体部21の平坦面211に平行な直線状である。底辺251aは、リブ25のうち最もタンク外側となる部位である。
 リブ傾斜部252は、リブ底部251と平坦部26との間に位置する部分である。図4に示すリブ25の断面形状において、リブ傾斜部252がなす辺252aは、タンク内側の面がなす辺であり、平坦部26の平坦面261の垂線に対して、平行でなく、傾斜した直線状である。
 そして、本実施形態では、図4に示すように、リブ底部251ではなく、リブ傾斜部252が、チューブ積層方向Yにおいて、チューブ10のチューブ巾方向Zの端部10aとオーバラップするように配置されている。
 ちなみに、リブ傾斜部252の内側端部252bの位置は、図4に示すリブ25の断面形状において、リブ傾斜部252がなす斜辺252aとリブ底部251がなす底辺251aとの境界部である。一方、リブ傾斜部252の外側端部252cの位置は、図4に示すリブ25の断面形状において、リブ傾斜部252がなす斜辺252aと平坦部26の平坦面261がなす辺との境界部である。
 なお、図6に示すように、リブ傾斜部252がなす斜辺252aとリブ底部251がなす底辺251aとの境界部が湾曲している場合は、破線で示す斜辺252aの仮想延長線と破線で示す底辺251aの仮想延長線との交点の位置が、リブ傾斜部252の内側端部252bの位置である。同様に、リブ傾斜部252がなす斜辺252aと、平坦面261がなす辺との境界部が湾曲している場合、破線で示す斜辺252aの仮想延長線と、破線で示す平坦面261がなす辺の仮想延長線との交点の位置が、リブ傾斜部252の外側端部252cの位置である。
 したがって、本実施形態では、リブ傾斜部252の内側端部252bと外側端部252cとの間に、チューブ10のチューブ巾方向Zの端部10aが位置している。チューブ巾方向Zにおいてリブ25の外側端部252cはチューブ10の端部10aよりも外側に配されている。一方、チューブ巾方向Zにおいてリブ25の内側端部252bはチューブ10の端部10aよりも内側に配される。
 さらに、本実施形態では、図4に示すように、リブ傾斜部252が平坦部26の垂線に対してなす傾斜角度θ1が、45~80°である。図4に示す例では、傾斜角度θ1=70°である。なお、傾斜角度θ1は、図4に示す断面において、リブ傾斜部252がなす辺252aと、平坦部26の平坦面261の垂線とがなす角度である。
 また、本実施形態では、チューブ巾方向Zにおけるチューブ10の端部10aと内側壁部221の内壁との距離L1は、4.0~6.3mmであり、コアプレート20のコアプレート巾が小さくなっている。
 次に、本実施形態の効果について説明する。
 上述の通り、本実施形態では、リブ傾斜部252を、チューブ積層方向Yにおいて、チューブ10のチューブ巾方向Zの端部10aをオーバラップするように配置することで、リブ傾斜部252の傾斜角度θ1を45°以上80°以下とすることができ、溝部22の内側壁部221と平坦部26とリブ傾斜部252とからなる平坦部26を頂部とする曲げ形状を緩やかな曲げ形状にできる。
 このため、本実施形態によれば、コアプレート巾が小さい場合であっても、チューブ積層方向Yにおいて、リブ25がチューブ10の端部10aをオーバラップしているとともに、リブ25と溝部22との間に平坦部26が存在するように配置されたリブ25を、プレス成形によって形成することが可能となる。
 言い換えると、本実施形態のようにリブ25を形成することで、チューブ巾方向Zにおけるチューブ10の端部10aと内側壁部221の内壁との距離L1を4.0~6.3mmとすることができ、コアプレート巾を小さくすることができる。
 また、本実施形態によっても、図7のチューブ根付部に発生する応力の解析結果から明らかなように、リブが溝部につながっている比較例2の熱交換器と比較して、熱応力が発生した場合のチューブ根付部での応力集中を低減できる。
 なお、図7中の比較例1は、本実施形態の熱交換器においてリブを省略した場合であり、比較例2は、本実施形態の熱交換器においてリブ25のチューブ巾方向Zの端部を溝部22まで到達させた場合である。図7では、チューブ間に温度差が発生した場合のチューブとコアプレートの接合部(チューブとろう材の境界部)における最大発生応力を、比較例1のときを100%とした応力比で示している。
(第2実施形態)
 第1実施形態では、図4に示すリブ25の断面形状において、リブ傾斜部252がなす辺252aが直線状であったが、本実施形態では、図8に示すように、リブ傾斜部252がなす辺252aが円弧状である。その他の構成は第1実施形態と同様である。この場合においても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
 この場合、リブ傾斜部252の傾斜角度θ1は、リブ傾斜部252と平坦部26との境界部において、リブ傾斜部252が平坦部26の垂線に対してなす角度である。
 具体的には、図8に示すように、リブ傾斜部252がなす辺252aと平坦面261がなす辺の境界位置252cにおいて、一点鎖線で示す円弧状の辺252aの接線と破線で示す平坦面261の垂線とがなす角度が傾斜角度θ1である。リブ傾斜部252と平坦部26との境界部が、リブ傾斜部252がなす辺252aとは逆向きに湾曲している場合、リブ傾斜部252と平坦部26の境界位置252cは、破線で示すリブ傾斜部252がなす辺252aの円弧状を維持しながら延長した仮想延長線と破線で示す平坦面261がなす辺の仮想延長線との交点の位置である。
(第3実施形態)
 第1実施形態では、平坦本体部21の挿入穴間部位に、チューブ巾方向Zに2つのリブ25を設けていたが、本実施形態では、図9に示すように、これらを繋げて1つのリブ25としている。この場合、1つのリブ25は、チューブ積層方向Yにおいて、チューブ挿入穴23のチューブ巾方向の一端部をオーバラップするとともに、チューブ挿入穴23のチューブ巾方向の他端部をオーバラップするように配置されている。
 また、第1実施形態では、コアプレート20にサイドプレート挿入穴24が設けられていたが、本実施形態では、図9に示すように、サイドプレート挿入穴24の代わりに、チューブ挿入穴23が設けられている。
 このように、第1実施形態に対して変更しても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
(他の実施形態)
 (1)第1実施形態では、平坦本体部21の各挿入穴間部位に、チューブ巾方向Zに2つのリブ25を設けていたが、2つのリブ25の一方を省略しても良い。このとき、チューブ挿入穴23のチューブ巾方向Zの一端側にのみリブ25が設けられた挿入穴間部位と、チューブ挿入穴23のチューブ巾方向Zの他端側にのみリブ25が設けられた挿入穴間部位とを、チューブ積層方向Yに沿って交互に配置しても良い。
 (2)上述の各実施形態では、全ての挿入穴間部位にリブ25を設けたが、全ての挿入穴間部位のうち一部の挿入穴間部位にのみリブ25を設けても良い。具体的には、リブ25が2つ設けられた挿入穴間部位と、リブ25が設けられていない挿入穴間部位とを、チューブ積層方向Yに沿って交互に配置しても良い。
 (3)上述の各実施形態では、平坦部26の平坦面261を、平坦本体部21の平坦面211と同一平面上としたが、平坦面26は、少なくともリブ底部251よりもタンク内側に形成されていればよい。
 (4)上述の各実施形態では、本開示をラジエータに適用した例について説明したが、自動車暖房用のヒータコア等の他の用途の熱交換器においても本開示の適用が可能である。
 (5)上述の各実施形態を実施可能な範囲で組み合わせても良い。

Claims (4)

  1.  それぞれが横断面に扁平形状を有し、前記扁平形状の長軸方向をチューブ巾方向(Z)としたとき、前記チューブ巾方向に対して略垂直な方向に積層された複数のチューブ(10)と、
     前記複数のチューブと連通するタンク(2、3)とを備える熱交換器において、
     前記タンクは、
     前記複数のチューブが挿入されるコアプレート(20)と、
     前記コアプレートに固定されて、前記コアプレートとともに前記タンクの内部空間(2b、3b)を形成するタンク本体部(30)とを有し、
     前記コアプレートは、
     前記内部空間に面する平坦面(211)と、前記複数のチューブが挿入される複数のチューブ挿入穴(23)とを有する平坦本体部(21)と、
     前記平坦本体部の外縁に設けられ、前記タンク本体部の端部が挿入される溝部(22)と、
     前記平坦本体部からタンク外側に突出して前記平坦面から窪んだ形状を有し、前記チューブ巾方向に延びて、チューブ積層方向(Y)において前記チューブの前記チューブ巾方向の端部(10a)とオーバラップしているリブ(25)と、
     前記チューブ巾方向での前記リブと前記溝部との間に、タンク内側に前記平坦本体部の平坦面と同一平面の平坦面(261)を有する平坦部(26)とを有し、
     前記リブは、チューブ巾方向に沿った前記リブの断面形状にて、前記平坦本体部の平坦面から窪んで前記平坦本体部の平坦面に平行な直線状の底辺(251a)を有するリブ底部(251)と、前記チューブ巾方向において前記リブ底部と前記平坦部との間に位置し、前記平坦部の平坦面の垂線に対して傾斜して前記リブ底部と前記平坦部とを接続しているリブ傾斜部(252)とを有し、
     前記リブ傾斜部が、前記チューブ積層方向において、前記チューブの前記チューブ巾方向の端部とオーバラップしている熱交換器。
  2.  前記リブ傾斜部と前記平坦部との境界部において、前記リブ傾斜部が前記平坦部の垂線に対してなす角度(θ1)が45~80°である請求項1に記載の熱交換器。
  3.  前記溝部は、前記コアプレートの前記平坦本体部に対して略垂直に延びてタンク内側に位置する内側壁部(221)と、前記平坦本体部に対して略垂直に延びてタンク外側に位置する外側壁部(223)と、前記内側壁部と前記外側壁部の両方に連なって前記溝部の底に位置する底壁部とによって構成されており、
     前記チューブ巾方向における前記チューブの端部と前記内側壁部の内壁との距離(L1)が4.0~6.3mmである請求項1または2に記載の熱交換器。
  4.  それぞれが横断面に扁平形状を有し、前記扁平形状の長軸方向をチューブ巾方向(Z)としたとき、前記チューブ巾方向に対して略垂直な方向に積層された複数のチューブ(10)と、
     前記複数のチューブと連通するタンク(2、3)とを備える熱交換器において、
     前記タンクは、
     前記複数のチューブが挿入されるコアプレート(20)と、
     前記コアプレートに固定されて、前記コアプレートとともに前記タンクの内部空間を形成するタンク本体部(30)とを有し、
     前記コアプレートは、
     タンク内側に平坦面(211)を有するとともに、前記複数のチューブが挿入される複数のチューブ挿入穴(23)が設けられた平坦本体部(21)と、
     前記平坦本体部の外周縁部に設けられ、前記タンク本体部の端部が挿入される溝部(22)と、
     前記平坦本体部からタンク外側に突出して前記平坦本体部の前記平坦面から窪んだ形状を有し、前記チューブ巾方向に延びて、前記チューブ積層方向(Y)において前記チューブ巾方向における前記チューブの端部(10a)とオーバーラップしているリブ(25)と、
     前記チューブ巾方向において、最もタンクの外側に近い前記リブの最外側端部と前記溝部との間に設けられてタンク内側に配される平坦面(261)を有する平坦部(26)とを有し、
     前記リブ(25)は、前記平坦本体部の前記平坦面から窪んで前記リブのうち最もタンク外側に位置するリブ底部(251)と、前記平坦部の平坦面の垂線に対して傾斜して前記リブ底部(251)と前記平坦部とを接続するリブ傾斜部(252)とを有しており、
     前記チューブ巾方向において、前記リブの前記最外側端部は前記チューブ巾方向における前記チューブの前記端部(10a)よりも外側に配されており、
     前記チューブ巾方向において、前記リブ底部(251)と前記リブ傾斜部(252)との境界部に位置するリブ傾斜部(252)の内側端部(252b)は、前記チューブの前記端部(10a)よりも内側に配されている熱交換器。
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