説明

熱交換器の補強構造

【課題】 複数列型の熱交換器において、熱疲労(冷熱繰返し性)に対する耐久性能を向上し且つ、チューブの開口部を広く確保する、熱交換器の補強構造の提供。
【解決手段】 補強部材5として、その両端部に平面T字状部6を有し、そのT字の各先端に断面L字状の4つの挿入部7を形成し、挿入部7の外面に凹条8を形成する。そして、補強部材5の板厚を偏平チューブ1の短軸長さSに整合させる。そして、4つの挿入部7を熱交換器コアの4隅における、最前列と最後列のみの各偏平チューブ1の最前端部および最後端部に挿入して嵌着し、その嵌着部を一体的にろう付け固定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主として自動車のエンジン冷却水冷却用の熱交換器(ラジエータ)の補強構造に関する。
【背景技術】
【0002】
エンジン冷却水冷却用の熱交換器は並列された多数のチューブ間で温度差が生じ、特に熱交換器の4隅のチューブにおいて、剛性の高いサポート材と最前列チューブと最後列チューブとの間において、大きな熱歪みが生じる。実験によれば、特に、ヘッダプレートのチューブ挿通孔とチューブのろう付け部近傍であって、その前列チューブの前端および後列チューブの後端のR部(円弧状曲面)においてチューブの亀裂が起こる。
特に寒冷地等の外気温が一例としてマイナス40度である条件の下で、エンジンを始動すると、そのサーモスタッドバルブが開いて熱交換器のチューブ内に急激に50度〜80度程度の温水が流れ、各チューブ間でおおきな熱歪みが生じる。即ち、エンジン始動時に過渡的におおきな熱歪みが発生する。
このような問題を解決する熱交換器の補強構造として、下記特許文献記載の各発明が知られている。前者は、断面U字状に形成された補強部材を偏平チューブの断面の長軸側両端に配置するものである。後者は、偏平な一対の脚部を有し、その両脚部が偏平チューブの横断面の長軸側両端に挿入されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】EP 1562015 A2
【特許文献2】特開2007−163124号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記いずれの公知文献も、偏平チューブが一列に配置された一列型熱交換器に適用され、各チューブの横断面の長軸の両側に補強部材の一対の挿入部が挿入されるため、一本の偏平チューブの入口開口が二カ所大きく塞がれる欠点がある。
また、本発明者の実験によれば、二列型熱交換器においては、その前列の偏平チューブの前側弧状部と、後列の後ろ側弧状部に亀裂が生じることが明らかとなっている。そのため、その部分を集中的に補強することが必要である。また3列以上ではその最前列と最後列の偏平チューブに同様の問題が生じる。
そこで、本発明は係る知見に基づいて創作されたものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
請求項1に記載の本発明は、複数列に並列された多数の偏平チューブ(1) とフィン(2) と、各偏平チューブ(1) の両端が挿通され、その挿通部がろう付けされた一対のヘッダープレート(4)とを具備する熱交換器コアの補強構造において、
前記偏平チューブ(1) の開口の短軸長さSに整合する板厚wの金属板の曲折体からなる補強部材(5)を有し、
その補強部材(5)は、その連結部(18)の両端部に平面T字状部(6)を有し、そのT字の各先端に前記平面に直交して断面L字状に延在された前記偏平チューブの長軸の半分に満たない幅の4つの挿入部(7) を有し、その各挿入部(7) の外面にろう溜まり用の浅い凹条(8)が形成され、
その補強部材(5)の前記4つの各挿入部(7)は、前記コアの隅における最前列と最後列のみの隣り合う一対づつの偏平チューブ(1) に挿入され且つ、各開口の長軸方向の最前端部および最後端部のみに嵌着され、その嵌着部がろう付けされてなることを特徴とする熱交換器の補強構造である。
【0006】
請求項2に記載の本発明は、請求項1において、
前記補強部材(5)の各挿入部(7)の両面に前記凹条(8)が形成されると共に、各挿入部(7)の先端縁が先細りのテーパ面(17)に形成され且つ、挿入部(7) の幅方向の側面(23)の形状が前記偏平チューブ(1) の前記開口の長軸方向の端部内面に略整合する横断面弧状に形成され、前記T字状部(6)の頂部端に冷却水誘導用のU字状の欠切部(15)が形成された熱交換器の補強構造である。
請求項3に記載の本発明は、請求項1または請求項2において、
熱交換器コアの平面の中央位置で、その一方のヘッダープレート(4)に2パス用の仕切り(11)が設けられ、その仕切り(11)に隣接した両側の偏平チューブ(1) に前記補強部材(5)がろう付けされた熱交換器の補強構造である。
【発明の効果】
【0007】
本発明の補強構造の補強部材5は、最前列および最後列のみの各偏平チューブ1の最前部および最後部のみ挿入されて、その挿入部7がろう付けされるものである。そのため、亀裂が生じ易い部分を効果的に補強することができる。それと共に、偏平チューブの開口の閉塞部を必要最小限にすることができる。そして、その挿入部7には凹条8が設けられ、その部分は偏平チューブ1内面に被接触であるので、凹条8の両側部分と偏平チューブ1内面との接触性を良好とする。それとともに、凹条8の存在により、そこにろう材が引き寄せられて、確実な補強部材5のろう付け構造を提供し、熱歪みに強い熱交換器となりうる。
【0008】
上記構成において、請求項2に記載のように、補強部材5の挿入部7の両面に凹条8を形成するとともに、その先端部を先細りのテーパ面17に形成した場合には、補強部材5の挿入部7を偏平チューブ1開口に挿入しやすく、且つろう付けをさらに強固にすることができる。そして、挿入部7の上部端に冷却水誘導用のU字状の欠切部15を形成したことにより、補強部材5が装着される偏平チューブ1に冷却水を円滑に導くことができる。さらに、挿入部7の側面23が偏平チューブ1の横断面の長軸端内面に略整合するため、その補強効果が高い。
上記構成において、請求項3に記載のように、2パス用の仕切り11が設けられたものにおいては、それに隣接した両側の偏平チューブ1に補強部材5をろう付けしたので、特に仕切り11近傍の偏平チューブ1に集中する熱応力を効果的に支持し、補強効果の高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の補強部材5の斜視図。
【図2】同補強部材5を熱交換器コア3に取付ける説明図。
【図3】同取付け状態を示す平面図。
【図4】図3のIV−IV矢視断面図。
【図5】図4のV-V矢視断面図。
【図6】仕切り11を有する熱交換器コア3における補強部材5の配置位置の斜視説明図。
【図7】同要部平面図。
【図8】本発明の他の実施例の要部平面図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
次に図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
本発明はエンジン冷却水冷却用の熱交換器であって、一般に自動車用ラジエータと言われているものに関し、特に偏平チューブが二列以上に並列されたものの補強構造に関する。図2はその熱交換器の要部斜視図であり、二列に並列された多数の偏平チューブ1とフィン2とが交互に配置され、各偏平チューブ1の両端が一対のヘッダープレート4(図6参照)に挿通されている。そのヘッダープレート4には予め多数のチューブ挿通孔が穿設され、その孔縁部9が内面側にバーリング加工されている。偏平チューブ1は、その開口に長軸と短軸とを有するものであり、その開口の短軸長さSがこの例では1.6mmであり、その開口の長軸が12mmである。チューブとフィンの並列方向両端にはサポート材19が配置され、そのサポート材19の両端がヘッダープレート4に固定される。
【0011】
このような二列型熱交換器において、その熱交換器コア3の4隅にはそれぞれ補強部材5が取付けられる。この補強部材5は、図1および図2に示すごとく、連結部18の両端部に平面がT字状部6を有し、そのT字の各先端に平面に直行して断面L字状に延在された4つの挿入部7を有する。その挿入部7の幅は偏平チューブ1の開口の1/3程度であり、その先端部は先細りのテーパ面17に形成されている。また、各挿入部7の表面および裏面には凹条8がその先端部を除いて形成されている。
【0012】
このような補強部材5は、その板厚wが偏平チューブ1の開口の短軸長さSに整合する。すなわち、この例では補強部材5の板厚wは1.6mmである。また、凹条8は一例として0.1mm程度とすることができる。挿入部7の幅は5mm、連結部18方向の全長は34.6mm、またT字状部6の頂部端にはU字状の欠切部15が形成されている。そして、対向する一対の挿入部7の外面間寸法は一例として9.8mmとすることができる。このような各寸法は、図2においてコアの隅における互いに隣接する4つの偏平チューブ1の開口に嵌着したとき、図3のごとく、それぞれの挿入部7が前列チューブの前端部と、後列チューブの後端部とに嵌着する寸法とされる。そして、各挿入部7の横断面は図5に示すごとく、その幅方向の縁が偏平チューブ1の長軸側の端部内面の円弧状部に略整合する。
なお、この例の熱交換器は、図6に示すごとく一方のヘッダ本体12に仕切り11が配置され、冷却水22が2パスに流通するものである。そのために、補強部材5は図において上下両端と仕切り11を境として、それに隣接する両側の位置に配置されている。
【0013】
このように組立てられる熱交換器コア3は、互いに接触する各部品の少なくとも一方側にろう材が被覆または配置され、全体を高温の炉内に挿入して、一体的にろう付け固定するものである。このとき、図5のごとく補強部材5の挿入部7の凹条8の存在により、そこにろうフィレット10が形成される。そして、全体が一体的にろう付け固定される。
この例では、樹脂製のヘッダ本体12の小フランジ部21が図示しないOリングを介して、ヘッダープレート4の環状溝24に嵌着され、かしめ用爪部20をカシメることにより熱交換器を完成する。
【0014】
そして、図6に示すごとく一方の入口パイプ13から高温の冷却水22が流通し、仕切り11より上方に位置する各偏平チューブ1内を右から左に流通して、他方のヘッダ本体12をUターンする(同図では説明の都合上、ヘッダ本体12をヘッダープレート4から分離している)。そして、Uターンした流体は、偏平チューブ1を左から右に流通し、他方の出口パイプ14からそれが流出する。そして、偏平チューブ1およびフィン2の外面にはファンまたは走行風による空気流が流通し、冷却水22と空気流との間に熱交換が行われる。
【0015】
このとき、図3〜図5において、少なくても4隅の偏平チューブ1には補強部材5の挿入部7が一体的にろう付け固定されており、その分だけ偏平チューブ1の開口が縮小する。補強部材5には欠切部15が形成され、この欠切部15から連結部下面側に冷却水22流入して、偏平チューブ1の内部に冷却水をより円滑に供給する。またはそこから欠切部15を介して流出する。
なお、上記実施例における各部品の寸法は必要に応じて設計変更することができる。
【0016】
次に、図8は、本発明を3列型の熱交換器コアに適用したものであり、補強部材5の4つの挿入部7が、最前列と最後列の偏平チューブ1に挿入されている。4列以上の偏平チューブを有する熱交換器においても同様である。
また、本説明では、樹脂製のヘッダ本体とOリングを用いた熱交換器を例にしたものであるが、ヘッダ本体と熱交換器コアを一体ろう付けしたものも同様である。
【符号の説明】
【0017】
1 偏平チューブ
2 フィン
3 熱交換器コア
4 ヘッダープレート
5 補強部材
6 T字状部
7 挿入部
8 凹条
9 孔縁部
10 ろうフィレット
11 仕切り
12 ヘッダ本体
【0018】
13 入口パイプ
14 出口パイプ
15 欠切部
17 テーパ面
18 連結部
19 サポート材
20 かしめ用爪部
21 小フランジ部
22 冷却水
23 側面
24 環状溝

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数列に並列された多数の偏平チューブ(1) とフィン(2) と、各偏平チューブ(1) の両端が挿通され、その挿通部がろう付けされた一対のヘッダープレート(4)とを具備する熱交換器コアの補強構造において、
前記偏平チューブ(1) の開口の短軸長さSに整合する板厚wの金属板の曲折体からなる補強部材(5)を有し、
その補強部材(5)は、その連結部(18)の両端部に平面T字状部(6)を有し、そのT字の各先端に前記平面に直交して断面L字状に延在された前記偏平チューブの長軸の半分に満たない幅の4つの挿入部(7) を有し、その各挿入部(7) の外面にろう溜まり用の浅い凹条(8)が形成され、
その補強部材(5)の前記4つの各挿入部(7)は、前記コアの隅における最前列と最後列のみの隣り合う一対づつの偏平チューブ(1) に挿入され且つ、各開口の長軸方向の最前端部および最後端部のみに嵌着され、その嵌着部がろう付けされてなることを特徴とする熱交換器の補強構造。
【請求項2】
請求項1において、
前記補強部材(5)の各挿入部(7)の両面に前記凹条(8)が形成されると共に、各挿入部(7)の先端縁が先細りのテーパ面(17)に形成され且つ、挿入部(7) の幅方向の側面(23)の形状が前記偏平チューブ(1) の前記開口の長軸方向の端部内面に略整合する横断面弧状に形成され、前記T字状部(6)の頂部端に冷却水誘導用のU字状の欠切部(15)が形成された熱交換器の補強構造。
【請求項3】
請求項1または請求項2において、
熱交換器コアの平面の中央位置で、その一方のヘッダープレート(4)に2パス用の仕切り(11)が設けられ、その仕切り(11)に隣接した両側の偏平チューブ(1) に前記補強部材(5)がろう付けされた熱交換器の補強構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2011−38655(P2011−38655A)
【公開日】平成23年2月24日(2011.2.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−184054(P2009−184054)
【出願日】平成21年8月7日(2009.8.7)
【出願人】(000222484)株式会社ティラド (289)
【Fターム(参考)】