JP2006162194A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 コアプレートの剛性を高めることができ、ヘッダタンクの高内圧に対してもコアプレートの変形量を抑制でき、流体の漏れ不良を回避することができる熱交換器を提供する。
【解決手段】 熱交換器のヘッダタンク１が、並列に配置された多数のチューブ４の端部がろう付けにより接続されるコアプレート２と、タンク空間１ａを形成するようにコアプレート２を覆うタンク本体３とをかしめ結合することによって形成されていて、チューブ端部とコアプレートのろう付け部分よりも若干コア部側に位置していて、コアプレートに結合されるコアプレート補強部材７を設けている。この補強部材７は、Ｌ字状アングル部材７１又は貫通穴７２ａやチューブ穴７３ａ或いはスリット７４ａが設けられた板状部材７２，７３，７４である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器に関するものであり、特にエンジンの冷却水を冷却する熱交換に好適なものである。

一般にラジエタ等に使用される熱交換器は、流体（冷却水）が流通する、並列に配置された多数のチューブとこれらのチューブ間に配置される多数のコルゲート状又は板状のフィンとよりなるコア部と、これらのチューブがその長手方向の両端でそれぞれ接続されるヘッダタンクとより主に構成されている。この場合、ヘッダタンクは、多数のチューブが接続するコアプレートとこのコアプレートを覆ってタンク空間を形成するタンク本体とから形成されている。コアプレートとチューブの接続構造は、一般にはコアプレートのチューブ挿通孔の孔縁部がバーリング加工によりタンク側に立ち上げられたバーリング部を形成し、このバーリング部にチューブの端部を挿入し、ろう付けによりコアプレートとチューブとを結合している。

また、コアプレートとタンク本体との接続構造は、特許文献１に示されるようにコアプレートの外縁部に設けられたかしめ用の爪片をプレス加工でタンク本体の端部にかしめることによって、かしめ固定している。即ち、図５（ａ）に示すようにヘッダタンク１のコアプレート２には、その外縁部の４辺に沿って溝部２１が形成されていて、かつ外縁部の先端には全周に渡って、かしめ用の爪片（かしめ部）２２が複数個形成されている。一方ヘッダタンク１のタンク本体３側には、その開口端面３１に段部３２が形成されている。こうして、コアプレート２の溝部２１内にパッキン６を圧入し、その上からタンク本体３の開口端面３１を押し込み、プレス加工でコアプレート２の爪片２２を開口端面３１の段部３２上にかしめることによって、コアプレート２とタンク本体３とを一体に結合している。このように、従来技術では、コアプレート２の爪片２２をかしめることにより、熱交換器コア部にタンク本体３を固定し、タンク内を流れる冷却水を保持している。

特開２００２−２３５９９６号公報

しかしながら近年、エンジンの高出力化や欧州でのディーゼル車推進により、ラジエタのヘッダタンク内の内圧は非常に高くなっている。このような高い内圧の下で長期使用する場合、図５（ｂ）に破線で示すようにヘッダタンクの膨脹がコアプレート２のかしめ部分を変形させ、爪片２２の開き或いはチューブ４端部のコアプレート２とのろう付け部分に割れを発生させ、しばしば冷却水の漏れという不具合を発生させる。

上記不具合の対策として、従来、タンク本体の板厚の厚肉化やタンク本体にリブを追加する等によるヘッダタンクの剛性アップと、コアプレートの板厚の厚肉化によるコアプレートの剛性アップとが挙げられるが、成形用型の新設や設備変更及び材料費等多額の費用と時間とがかかる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大きな設備改造の投資を必要とすることなく、コアプレートの剛性を高めることができ、ヘッダタンク内のより高い内圧に対しても、コアプレートの変形量を抑制でき、冷却水の漏れ不良を回避することができる熱交換器を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の熱交換器を提供する。
請求項１に記載の熱交換器は、熱交換器のヘッダタンクが、並列に配置された多数のチューブの端部がろう付けにより接続されるコアプレートと、タンク空間を形成するようにコアプレートを覆うタンク本体とをかしめ結合することによって形成されていて、チューブ端部とコアプレートとのろう付け部分よりも、コア部側に位置していて、コアプレートに結合されるコアプレート補強部材を設けたものであり、これにより、コアプレートが補強され、タンク内の高内圧に対してもコアプレートの変形が抑制され、ろう付け部分等からの漏れ不良の発生を防止することができる。

請求項２の熱交換器は、コアプレート補強部材として、アルミニウム（ＡＬ）材からなるＬ字形状のアングル部材を使用し、このアングル部材をコアプレートの溝部外底面とチューブの外側面とにろう付けによって結合したものであり、これにより、請求項１と同様の作用効果を有すると共に、単純な形状で製作が容易なコアプレート補強部材が得られる。
請求項３の熱交換器は、コアプレート補強部材として、チューブの断面形状より大きい貫通穴が形成されたＡＬ材又はＡＬ材より高強度の材料よりなる板状部材を使用し、この板状部材がチューブを挿通していて、板状部材の端部をコアプレートの溝部外底面にろう付け又は溶接によって結合したものであり、請求項１と同様の作用効果を有する。

請求項４の熱交換器は、コアプレート補強部材として、チューブの断面形状と略同一の大きさの貫通したチューブ穴が設けられたＡＬ材よりなる板状部材を使用し、この板状部材をコアプレートの溝部外底面及びチューブの外周面にろう付けにより結合したものであり、請求項１と同様の作用効果を有する。
請求項５の熱交換器は、コアプレート補強部材として、チューブを避けるためのスリットが設けられたＡＬ材よりも高強度の材料よりなる板状部材を使用し、この板状部材の端部にかしめ部を設け、板状部材をコアプレートの外からかしめによってタンク本体に結合するようにしたものであり、請求項１と同様の作用効果を有する。
なお、請求項２乃至５は、請求項１のコアプレート補強部材をそれぞれ具体的な形状、材質で規定したものである。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の熱交換器について説明する。図１の（ａ）は、本発明の第１実施形態の熱交換器の要部分解斜視図であり、（ｂ）は、第１実施形態の熱交換器の要部断面図である。本発明の熱交換器は、並列に配置され、内部を流体（冷却水）が流通する複数のチューブ４と、これらチューブ４間に設けられる波状又は板状のフィン５と、チューブ４の両端部に配設され、流体を分配集合させるヘッダタンク１とから主に構成されている。この熱交換器は、チューブ４内を通る流体と、チューブ４外のフィン５を通る気体との間で熱交換が行われ、ヘッダタンク１は、複数本のチューブ４内を流通する流体を分配集合させている。ヘッダタンク１には、それぞれ開口部（図示せず）が形成され、その開口部の一方が流体の流入側に、他方が流体の流出側になっている。また、チューブ４とフィン５とでコア部を形成している。

ヘッダタンク１は、チューブ４に接続されるコアプレート２と、このコアプレート２を覆ってタンク空間１ａを形成するタンク本体３とよりなる。
コアプレート２には、その外縁部の４辺に沿って溝部２１が形成されていて、かつ外縁部の先端には全周に渡って、かしめ用の爪片（かしめ部）２２が複数個形成されている。さらに、コアプレート２には、溝部２１より内側に、チューブ４の端部を挿通して接続するための多数の挿通孔が設けられていて、これら挿通孔の孔縁部は、バーリング加工によってタンク側に立ち上げられたバーリング部２３を形成している。チューブ４の端部とコアプレート２とは、このバーリング部２３でろう付けにより結合されている。

タンク本体３は、一方が開口された略直方体又は略蒲鉾形状をしていて、その開口端面３１には外方へ突き出ている段部３２が形成されている。なお、図１（ａ）においては、ヘッダタンク１を構成するコアプレート２及びタンク本体３は、その長手方向の端部が切断された形で示されているが、ヘッダタンク１はその長手方向の両端部は閉鎖される構造となっており、コアプレート２及びタンク本体３の両者共、その長手方向の両端部は、側辺と同様の構造、即ちコアプレート２は溝部２１とかしめ部（爪片）２２を、タンク本体３は段部３２をそれぞれ有しているものである。

コアプレート２とタンク本体３との結合においては、コアプレート２の溝部２１内にパッキン６を挿入し、このパッキン６の上にタンク本体３の開口端面３１が位置するようにして、タンク本体３をコアプレート２に組み付けし、開口端面３１がパッキン６を圧着した状態で、かしめ部（爪片）２２を開口端面３１の段部３２上にプレス加工にてかしめ固定する。これにより、コアプレート２とタンク本体３とを一体に結合すると共に、パッキン６を弾性的に圧縮変形させて、開口端面３１を溝部２１に圧着させている。

次に本発明の特徴であるコアプレート補強部材について説明する。図１（ａ），（ｂ）の第１実施形態においては、コアプレート補強部材７としてＬ字形状のアングル部材７１が使用される。このアングル部材７１は、ろう付け性の良いアルミニウム（ＡＬ）材から形成されている。なお、この場合のＡＬ材とは、ＡＬ合金材も含むものである。コアプレート補強部材７としてのアングル部材７１は、チューブ４端部とコアプレート２とがろう付けされる部分（チューブ根付け部分）より若干コア部側に位置して設けられている。アングル部材７１の一端側は、コアプレート２の溝部２１の外底面２４に、またその他端側は、チューブ４の外側面にそれぞれろう付けにより結合される。図１（ａ），（ｂ）では、このアングル材７１が２個使用されている。なお、ヘッダタンク１は、上下に１対で設けられているものであり、図１では上側のヘッダタンク１しか示されていないが、下側のヘッダタンクも上側のヘッダタンクと同様の構造をしているものである。

このように、本実施形態では、コアプレート２を補強する部材としてアングル部材７１をコアプレート２に結合して設けている。これにより、コアプレート２の剛性を高めることができ、コアプレート２の変形を抑制し、コアプレート２とタンク本体３とのかしめによる結合部分及びコアプレート２とチューブ４端部とのろう付けによる接続部分（チューブ根付け部分）の応力を緩和し、繰返し応力によるチューブ根付け部分の破損を回避することができる。

図２は、第２実施形態の熱交換器の要部断面図である。この第２実施形態では、コアプレート補強部材７として、チューブ４の断面形状よりやや大きな形状の貫通穴７２ａが多数形成された一枚の板状部材７２が使用されている。板状部材７２の材質としては、ろう付け性の良好なＡＬ材又は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等のような強度の高い材料を使用している。この板状部材７２は、その両側端部がコアプレート２の溝部２１の外底面２４に結合されるが、この場合、ろう付け性の良好なＡＬ材を使用した場合はろう付けにより、また強度の高い材料を使用した場合は、溶接によって結合される。なお、チューブ４は板状部材７２の貫通穴を挿通して、その挿通した端部がコアプレート２にろう付けにより接続されている。その他の構成については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

図３は、第３実施形態の熱交換器の要部断面図である。この第３実施形態では、コアプレート補強部材７として、チューブ４の断面形状と略同じ大きさの貫通するチューブ穴７３ａが多数設けられた一枚の板状部材７３が使用されている。板状部材７３は、ろう付け性の良いＡＬ材から形成されていて、その両側端部がコアプレート２の溝部２１の外底面２４にろう付けにより結合されると共に、チューブ穴７３ａの部分でチューブ４の外周面に同じくろう付けにより結合されている。即ち、チューブ４は、コアプレート２及び板状部材７３とそれぞれろう付け結合され、またコアプレート２と板状部材７３ともろう付け結合されている。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

図４は、第４実施形態の熱交換器の要部断面図である。この第４実施形態では、コアプレート補強部材７として、チューブ２を避けるためのスリット７４ａが多数設けられた板状部材７４が使用されている。板状部材７４は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等のような高強度の材料から形成されている。チューブ２は、スリット７４ａを挿通して、その端部がコアプレート２にろう付け接続されている。板状部材７４のスリット７４ａが形成されている一端側には、かしめ部７４ｂが設けられており、コアプレート２の外側からタンク本体３の段部３２にかしめ部７４ｂをかしめることによって、板状部材７４の一端側をタンク本体３にかしめ結合している。板状部材７４の他端側は、コアプレート２の溝部２１の外底面２４に溶接、ろう付けにより結合するか、又は他端側にもかしめ部（図示せず）を形成し、一端側と同様にかしめ結合してもよい。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

本発明では、コアプレート２とタンク本体３との結合をかしめ結合によって行っているので、タンク本体３をガラス繊維等の強化材料を含有するナイロンのような、耐熱性、耐強度性に優れた樹脂材にて成形することができる。したがって、軽量で、十分な強度をもったヘッダタンク１とすることができる。
また、本発明の熱交換器は、エンジンの冷却水を冷却するラジエタ等のような熱交換器に好適である。

以上説明したように、本発明では、ヘッダタンクに高い内圧が作用している条件下においても、コアプレートの変形量を抑制することができ、チューブ根付け部分等からの流体の漏れ不良を回避することができる。また本発明では従来構造の熱交換器に簡素な構造の補強用部材を追加するものであるので、大きな設備改造の投資が必要ないものである。

（ａ）は、本発明の第１実施形態の熱交換器の要部分解斜視図であり、（ｂ）は、第１実施形態の熱交換器の要部断面図である。 本発明の第２実施形態の熱交換器の要部断面図である。 本発明の第３実施形態の熱交換器の要部断面図である。 （ａ）は、本発明の第４実施形態の熱交換器の要部断面図であり、（ｂ）は、第４実施形態におけるコアプレート補強部材の斜視図である。 （ａ）は、従来構造の熱交換器の要部断面図と部分拡大図であり、（ｂ）は従来技術の問題点を説明する図である。

符号の説明

１ ヘッダタンク
２ コアプレート
２１ 溝部
２２ かしめ部（爪片）
２３ バーリング部
２４ 外底面
３ タンク本体
３１ 開口端面
３２ 段部
４ チューブ
５ フィン
６ パッキン
７ コアプレート補強部材
７１ アングル部材（コアプレート補強部材）
７２，７３，７４ 板状部材（コアプレート補強部材）
７２ａ 貫通穴
７３ａ チューブ穴
７４ａ スリット
７４ｂ かしめ部

Claims (5)

1. 流体通路をなす、並列に配置された多数のチューブと、前記チューブ間に設けられるフィンと、前記チューブの長手方向両端部に配設され、流体を分配集合させるヘッダタンクとを備えていて、前記ヘッダタンクが、前記チューブの端部がろう付けにより接続されるコアプレートと、タンク空間を形成するように前記コアプレートを覆うタンク本体とをかしめ結合することによって形成されている熱交換器において、
   前記チューブ端部と前記コアプレートとがろう付けされる部分よりも、コア部側に位置していて、前記コアプレートに結合されるコアプレート補強部材を設けたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記コアプレート補強部材が、アルミニウム材からなるＬ字形状のアングル部材であって、前記アングル部材が、前記コアプレートの溝部外底面と前記チューブの外側面とにろう付けされていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記コアプレート補強部材が、前記チューブの断面形状より大きい貫通穴が形成されたアルミニウム材又はアルミニウム材より高強度の材料よりなる板状部材であって、前記板状部材が前記チューブを挿通していて、前記板状部材の端部が前記コアプレートの溝部外底面にろう付け又は溶接によって結合されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記コアプレート補強部材が、前記チューブの断面形状と略同一の大きさの貫通したチューブ穴が設けられたアルミニウム材よりなる板状部材であって、前記板状部材が、前記コアプレートの溝部外底面及び前記チューブの外周面とろう付けされていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記コアプレート補強部材が、前記チューブを避けるためのスリットが設けられたアルミニウム材よりも高強度の材料よりなる板状部材であって、前記板状部材の端部にかしめ部が設けられ、前記板状部材が前記コアプレートの外からかしめによって前記タンク本体に結合されていることを特徴とする請求項１，３又は４に記載の熱交換器。

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