JP2015180852A - コルゲートフィンおよびそれを備える熱交換器 - Google Patents
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Abstract
Description
上側タンクと下側タンクとは、所定の間隔を存して配置される複数のチューブによって接続されている。これにより、エンジンから送り出されたエンジン冷却水が、一旦、上側タンクに貯留され、複数のチューブを通って下側タンクに溜められた後、エンジンに還流される。
フィンは、互いに隣接するチューブの間に配され、ろう付け等の接合手段によってチューブに接合されている。
溝成形工程は、薄板コイルから繰り出される帯状薄板を溝成形用の一対のロールの間を通すことにより、あるいはプレス機械を用いたプレス加工により、その板面に複数の溝を形成する工程である。
コルゲート成形工程は、溝成形加工が行われた後の帯状薄板をコルゲート成形用の一対のロールの間を通すことにより、平板部と接合部とが交互にコルゲート状に連続するよう屈曲形成する工程である。
このため、コルゲートフィンとチューブとを交互に積層してラジエータコアを組み立てる際、コルゲートフィンの形状寸法の誤差が累積してラジエータコアに反りが生じる恐れがあり、製品精度の向上を図ることが難しいという問題点がある。また、コルゲートフィンの形状寸法の誤差を修正しようとすれば、余分な手間や時間がかかり、コルゲートフィンの形状寸法の誤差同士を相殺し合うように組み立てようとすれば、高度な技能が必要となり、製作が困難になるという問題点がある。
互いに対向する一対の側辺および互いに対向する一対の端辺をそれぞれ有する平板部と、この平板部の側辺に連設される接合部とが交互にコルゲート状に屈曲形成されてなる熱交換器用のコルゲートフィンにおいて、
前記平板部は、その表面に、前記一対の側辺に対して斜め方向に延びる溝状凹部または筋状凸部を備え、前記一対の側辺が配される方向および前記一対の端辺が配される方向の少なくとも1方向において、任意の切断面で少なくとも1つの凹部または凸部を有することを特徴とするものである。
第1発明または第2発明のいずれかの発明に係るコルゲートフィンを備えることを特徴とするものである。
また、接合部には、平板部に設けられるような凹部または凸部が設けられない。これにより、平板部と接合部との間において剛性の差を大きく持たせることができ、平板部と接合部との境界部分で容易かつ確実に折り曲げることができる。
本発明のコルゲートフィンによれば、コルゲートフィンの製作時に予期しない箇所に曲がりが発生するのを確実に防止することができ、コルゲートフィンの形状寸法の誤差を小さく抑えることができる。
図1に示されるラジエータ1は、当該ラジエータ1と図示されないエンジンとの間で循環されるエンジン冷却水(熱交換媒体)がエンジンから得た熱を放散させる装置である。
このラジエータ1は、主として、上側タンク2と、下側タンク3と、チューブ4と、コルゲートフィン5とを備えて構成されている。
上側タンク2と下側タンク3とは、複数のチューブ4によって接続されている。これにより、エンジンから送り出されたエンジン冷却水を、一旦、上側タンク2に貯留し、複数のチューブ4を通して下側タンク3に溜めた後、エンジンに還流することができる。
なお、チューブ4とコルゲートフィン5とを交互に積層してラジエータコア6が組み立てられる。
図2に示されるように、チューブ4は、エンジン冷却水の流通路4aを内部に有する扁平管部材で構成されている。
チューブ4は、ラジエータ1の幅方向RWに所定のピッチPaで、ラジエータ1の奥行方向RDに所定の隙間Sを存して多数配列されている。
コルゲートフィン5は、ラジエータ1の幅方向(RW)に互いに隣接するチューブ4の間に配されている。このコルゲートフィン5は、平板部5aと接合部5bとが交互にコルゲート状に屈曲形成されてなるものである。
平板部5aは、ラジエータ1の幅方向(RW)において互いに対向する一対の側辺11,11´と、ラジエータ1の奥行方向(RD)において互いに対向する一対の端辺12,12´とを有する長方形状の板部である。
図3は、平板部5aの表面に複数の溝状凹部13を設ける例を示すものである。図3(a)に示されるように、平板部5aの表面には、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)に所定のピッチPbで等間隔に複数の溝状凹部13が設けられている。
溝状凹部13は、一側の端辺12から他側の端辺12´に向かう方向に進むにつれて、一側の側辺11から他側の側辺11´に向かう方向に斜めに直線状に延びる凹部である。
互いに隣接する溝状凹部13において、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)で見たとき、互いに隣接する溝状凹部13の一部が重なり合うように、溝状凹部13の配置のピッチPbや傾斜角度、溝状凹部13の長さや幅の大きさなどが定められている。
なお、平板部5aの表面に複数の溝状凹部13を設けることにより、互いに隣接する溝状凹部13の間の部位は相対的に筋状凸部14となる。また、平板部5aの裏面には、平板部5aの表面に溝状凹部13を設けることで結果的にその溝状凹部13に対応する筋状凸部15(図3(b)(c)参照)が形成されることになる。
図3(b)に示されるように、平板部5aは、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)における任意の切断面において、複数の溝状凹部13による複数の凹部16を有することになる。言い換えれば、平板部5aは、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)における任意の切断面において、複数の筋状凸部14,15による複数の凸部17,18を有することになる。
また、図3(c)(d)に示されるように、平板部5aは、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)における任意の切断面において、溝状凹部13による凹部16を有することになる。言い換えれば、平板部5aは、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)における任意の切断面において、筋状凸部14,15による凸部17,18を有することになる。なお、図3(c)に示されるように、平板部5aのB−B線断面においては溝状凹部13による1つの凹部16または筋状凸部15による1つの凸部18が存在するが、同図(d)に示されるように、B´−B´線断面においては溝状凹部13による2つの凹部16または筋状凸部15による2つの凸部18が存在する。
図4に示されるように、接合部5bは、平板部5aと直角を成し、平板部5aよりも細い長方形状の板部であり、チューブ4に接合される平坦面20を有している。この平坦面20は、チューブ4の表面21と平行を成す平面形状とされている。
ここで、平坦面20とは、起伏が全く無くて完全に平坦な面という概念と、平板部5aに溝状凹部13を付すための溝成形加工時に不可避的にその溝状凹部13と比べて無視できる程度の極めて浅い溝(加工残り)がある略平坦な面という概念との両方の概念を包含するものである。
コルゲートフィン5とチューブ4とは、接合部5bの平坦面20とチューブ4の表面21との間に介在されるろう材22を用いたろう付けによって接合されている。
接合部5bの平坦面20は平面形状であるので、平坦面20が曲面形状や角面形状の場合よりも、チューブ4に対する接合面積や熱的接触面積を大きくとることができる。
接合部5bの平坦面20とチューブ4の表面21との接合面積を大きくとることができるので、コルゲートフィン5とチューブ4とをより強固に接合することができる。
接合部5bの平坦面20とチューブ4の表面21との熱的接触面積を大きくとることができるので、チューブ4内を流れるエンジン冷却水の熱をチューブ4からコルゲートフィン5へ効率良く伝導させることができ、コルゲートフィン5による放熱効果をより高めることができる。
次に、コルゲートフィン5の製造方法について図5(a)を参照しつつ以下に説明する。
コルゲートフィン5の製造方法は、溝成形工程と、コルゲート成形工程とを含んでいる。
溝成形工程は、薄板コイル30から繰り出されるコルゲートフィン材料の帯状薄板30aを一対の第1のロール31,31´の間を通してその板面に複数の溝状凹部13を形成する工程である。
一対の第1のロール31,31´におけるそれぞれの外周面には、帯状薄板30aに付すべき複数の溝状凹部13に対応する図示されない複数の凹凸部が形成されている。一対の第1のロール31,31´が図中矢印方向に回転駆動されると、一対の第1のロール31,31´の間に帯状薄板30aが挟まれながら下流側に送り出される。このとき、一側の第1のロール31における凹部と、他側の第1のロール31´における凸部との間に帯状薄板30aが挟まれることにより、帯状薄板30aの板面に複数の溝状凹部13が付されるようになっている。
なお、プレス機械を用いたプレス加工により、帯状薄板30aの板面に同様の複数の溝状凹部13を付すこともできる。
コルゲート成形工程は、一対の第1のロール31,31´の間から繰り出される帯状薄板30aを、それら第1のロール31,31´の下流側に配される一対の第2のロール32,32´の間を通すことにより、平板部5aと接合部5bとが交互にコルゲート状に連続するよう屈曲形成する工程である。
一対の第2のロール32,32´におけるそれぞれの外周部には、板面に複数の溝状凹部13が付された後の帯状薄板30aをコルゲート状に屈曲成形するための図示されない複数の歯が互いに噛合可能に形成されている。一対の第2のロール32,32´が図中矢印方向に回転駆動されると、一対の第2のロール32,32´の間に帯状薄板30aが挟まれながら下流側に送り出される。このとき、一側の第2のロール32における歯と歯の間と、他側の第2のロール32´における歯との間に帯状薄板30aが挟まれることにより、帯状薄板30aがコルゲート状に屈曲形成されるようになっている。
なお、コルゲート成形が施される前の帯状薄板30aには、図5(b)に示されるように、複数の溝状凹部13と、これら溝状凹部13が付されることによって形成される複数の筋状凸部14のいずれの凹凸部もない部分(図中記号T矢印で示される部分)がある。そして、この部分が平坦面20を有する接合部5bとなるようにコルゲート成形が行われる(図5(c)参照)。
ここで、平坦面20の形状としては、本実施形態では、図5(d)に示されるように、平面形状とされているが、これに限定されるものではなく、同図(e)に示されるように、曲面形状のものも含まれる。平坦面20を曲面形状に形成することにより、折り曲げ部分の応力集中を回避することができる。
こうして、コルゲート成形工程を経て得られたコルゲートフィン5は、互いに隣接するチューブ4の間に挟まれ、ろう付けによってそれらチューブ4に接合される。
第1の実施形態のコルゲートフィン5においては、図3(b)(c)に示されるように、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)と一対の端辺12,12´が配される方向(FD)との2方向において、任意の切断面で溝状凹部13による凹部16または筋状凸部14,15による凸部17,18が平板部5aに設けられる。これにより、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)に沿う切断面の断面係数を大きくすることができるとともに、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)に沿う切断面の断面係数を大きくすることができる。このため、一対の側辺11,11´を近づけるような曲げ作用と、一対の端辺12,12´を近づけるような曲げ作用との両方に対して平板部5aの剛性を高めることができる。
また、接合部5bには、平板部5aに設けられるような溝状凹部13による凹部16または筋状凸部14,15による凸部17,18が設けられない。これにより、平板部5aと接合部5bとの間において剛性の差を大きく持たせることができ、平板部5aと接合部5bとの境界部分で容易かつ確実に折り曲げることができる。
したがって、コルゲートフィン5の製作時に、より具体的にはコルゲート成形工程時に、予期しない箇所に曲がりが発生するのを確実に防止することができ、コルゲートフィン5の形状寸法の誤差を小さく抑えることができる。
コルゲートフィン5を備えるラジエータ1においては、チューブ4とコルゲートフィン5とを交互に積層してラジエータコア6が組み立てられる。コルゲートフィン5の形状寸法の誤差が小さく抑えられるので、ラジエータコア6に反りが生じるようなことがなく、製品精度を高めることができる。また、コルゲートフィン5の形状寸法の誤差の修正作業や誤差同士を相殺し合うような高度な技能が不要であるので、その製作も容易なものとなる。
次に、本発明の第2の実施形態〜第4の実施形態に係るそれぞれのコルゲートフィン5C,5D,5Eについて順次に説明する。なお、以下の各実施形態において、第1の実施形態と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては第1の実施形態と異なる点を中心に説明することとする。
図6(a)に示されるように、第2の実施形態のコルゲートフィン5Cにおいて、平板部5aの表面には、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)に所定のピッチPhで等間隔に複数の溝状凹部52が設けられている。
溝状凹部52は、第1溝状凹部52aと第2溝状凹部52bと第3溝状凹部52cと第4溝状凹部52dとにより構成され、平板部5aの他側の端辺12´を上にしたときの平面視でそれら第1溝状凹部52aと第2溝状凹部52bと第3溝状凹部52cと第4溝状凹部52dとがWの字状に連続する形状の凹部である。
第1溝状凹部52aは、平板部5aの一対の側辺11,11´が配される方向(FW)の中央部分と他側の側辺11´との中間部分を基点として、一側の端辺12から他側の端辺12´に向かう方向に進むにつれて、一側の側辺11から他側の側辺11´に向かう方向に斜めに直線状に延びる凹部である。
第2溝状凹部52bは、平板部5aの一対の側辺11,11´が配される方向(FW)の中央部分と他側の側辺11´との中間部分を基点として、一側の端辺12から他側の端辺12´に向かう方向に進むにつれて、他側の側辺11´から一側の側辺11に向かう方向に斜めに直線状に延びる凹部である。
第3溝状凹部52cは、平板部5aの一対の側辺11,11´が配される方向(FW)の中央部分と一側の側辺11との中間部分を基点として、一側の端辺12から他側の端辺12´に向かう方向に進むにつれて、一側の側辺11から他側の側辺11´に向かう方向に斜めに直線状に延びる凹部である。
第4溝状凹部52dは、平板部5aの一対の側辺11,11´が配される方向(FW)の中央部分と一側の側辺11との中間部分を基点として、一側の端辺12から他側の端辺12´に向かう方向に進むにつれて、他側の側辺11´から一側の側辺11に向かう方向に斜めに直線状に延びる凹部である。
図6(b)に示されるように、平板部5aは、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)における任意の切断面において、複数の溝状凹部52による複数の凹部53を有することになる。言い換えれば、平板部5aは、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)における任意の切断面において、複数の筋状凸部54,55による複数の凸部56,57を有することになる。
また、図6(c)に示されるように、平板部5aは、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)における任意の切断面において、溝状凹部52による凹部53を2つ以上有することになる。言い換えれば、平板部5aは、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)における任意の切断面において、筋状凸部54,55による凸部56,57を2つ以上有することになる。
図7(a)に示されるように、第3の実施形態のコルゲートフィン5Dにおいて、平板部5aの表面には、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)に所定のピッチPiで等間隔に複数の溝状凹部58が設けられている。
溝状凹部58は、第1溝状凹部58aと第2溝状凹部58bと第3溝状凹部58cと第4溝状凹部58dとにより構成され、平板部5aの他側の側辺11´を上にしたときの平面視でそれら第1溝状凹部58aと第2溝状凹部58bと第3溝状凹部58cと第4溝状凹部58dとがMの字状に連続する形状の凹部である。
第1溝状凹部58aは、平板部5aの一対の端辺12,12´が配される方向(FD)の中央部分と一側の端辺12との中間部分を基点として、他側の端辺12´から一側の端辺12に向かう方向に進むにつれて、他側の側辺11´から一側の側辺11に向かう方向に斜めに直線状に延びる凹部である。
第2溝状凹部58bは、平板部5aの一対の端辺12,12´が配される方向(FD)の中央部分と一側の端辺12との中間部分を基点として、一側の端辺12から他側の端辺12´に向かう方向に進むにつれて、他側の側辺11´から一側の側辺11に向かう方向に斜めに直線状に延びる凹部である。
第3溝状凹部58cは、平板部5aの一対の端辺12,12´が配される方向(FD)の中央部分と他側の端辺12´との中間部分を基点として、他側の端辺12´から一側の端辺12に向かう方向に進むにつれて、他側の側辺11´から一側の側辺11に向かう方向に斜めに直線状に延びる凹部である。
第4溝状凹部58dは、平板部5aの一対の端辺12,12´が配される方向(FD)の中央部分と他側の端辺12´との中間部分を基点として、一側の端辺12から他側の端辺12´に向かう方向に進むにつれて、他側の側辺11´から一側の側辺11に向かう方向に斜めに直線状に延びる凹部である。
図7(b)に示されるように、平板部5aは、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)における任意の切断面において、溝状凹部58による凹部59を2つ以上有することになる。言い換えれば、平板部5aは、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)における任意の切断面において、筋状凸部60,61による凸部62,63を2つ以上有することになる。
また、図7(c)に示されるように、平板部5aは、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)における任意の切断面において、複数の溝状凹部58による複数の凹部59を有することになる。言い換えれば、平板部5aは、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)における任意の切断面において、複数の筋状凸部60,61による複数の凸部62,63を有することになる。
図8(a)に示されるように、第4の実施形態のコルゲートフィン5Eにおいて、平板部5aの表面には、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)に所定のピッチPjで等間隔に複数の第1の溝状凹部64および第2の溝状凹部65がそれぞれ設けられている。
第1の溝状凹部64は、一側の端辺12から他側の端辺12´に向かう方向に進むにつれて、一側の側辺11から他側の側辺11´に向かう方向に斜めに直線状に延びる凹部である。
第2の溝状凹部65は、一側の端辺12から他側の端辺12´に向かう方向に進むにつれて、他側の側辺11´から一側の側辺11に向かう方向に斜めに直線状に延びる凹部である。
複数の第1の溝状凹部64と複数の第2の溝状凹部65とは互いに交差して全体として網目状に配置されている。
図8(b)に示されるように、平板部5aは、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)における任意の切断面において、複数の溝状凹部64,65による複数の凹部66を有することになる。言い換えれば、平板部5aは、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)における任意の切断面において、複数の筋状凸部67,68による複数の凸部69,70を有することになる。
また、図8(c)に示されるように、平板部5aは、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)における任意の切断面において、複数の溝状凹部64,65による複数の凹部66を有することになる。言い換えれば、平板部5aは、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)における任意の切断面において、複数の筋状凸部67,68による複数の凸部69,70を有することになる。
第2の実施形態〜第4の実施形態のいずれのコルゲートフィン5C,5D,5Eにおいても、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)と一対の端辺12,12´が配される方向(FD)との2方向において、任意の切断面で2つ以上の溝状凹部52,58,64,65による凹部53,59,66または筋状凸部54,55,60,61,67,68,による凸部56,57,62,63,69,70が平板部5aに設けられる。これにより、一対の端辺12,12´が配される方向(FD)に沿う切断面の断面係数を大きくすることができるとともに、一対の側辺11,11´が配される方向(FW)に沿う切断面の断面係数を大きくすることができる。したがって、第2の実施形態〜第4の実施形態のいずれのコルゲートフィン5C,5D,5Eによっても、第1の実施形態のコルゲートフィン5と同様の作用効果を得ることができる。かかるコルゲートフィン5C,5D,5Eを備えるラジエータは、第1の実施形態のコルゲートフィン5を備えるラジエータ1と同様、製品精度が高められ、その製作も容易なものとなる。
4 チューブ
5,5C,5D,5E コルゲートフィン
5a 平板部
5b 接合部
11,11´ 側辺
12,12´ 端辺
13 溝状凹部(第1の実施形態)
14,15 筋状凸部(第1の実施形態)
16 凹部(第1の実施形態)
17,18 凸部(第1の実施形態)
20 平坦面
52 溝状凹部(第2の実施形態)
53 凹部(第2の実施形態)
54,55 筋状凸部(第2の実施形態)
56,57 凸部(第2の実施形態)
58 溝状凹部(第3の実施形態)
59 凹部(第3の実施形態)
60,61 筋状凸部(第3の実施形態)
62,63 凸部(第3の実施形態)
64,65 溝状凹部(第4の実施形態)
66 凹部(第4の実施形態)
67,68 筋状凸部(第4の実施形態)
69,70 凸部(第4の実施形態)
Claims (3)
- 互いに対向する一対の側辺および互いに対向する一対の端辺をそれぞれ有する平板部と、この平板部の側辺に連設される接合部とが交互にコルゲート状に屈曲形成されてなる熱交換器用のコルゲートフィンにおいて、
前記平板部は、その表面に、前記一対の側辺に対して斜め方向に延びる溝状凹部または筋状凸部を備え、前記一対の側辺が配される方向および前記一対の端辺が配される方向の少なくとも1方向において、任意の切断面で少なくとも1つの凹部または凸部を有することを特徴とするコルゲートフィン。 - 前記溝状凹部または筋状凸部は、所定のピッチ間隔で設けられている請求項1に記載のコルゲートフィン。
- 請求項1または2に記載のコルゲートフィンを備えることを特徴とする熱交換器。
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