JP4661526B2

JP4661526B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4661526B2
Application number: JP2005312175A
Authority: JP
Inventors: 薫都築; 保利山中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP2007120827A

Description

本発明は、熱交換器に関するもので、車両用エンジン等の内燃機関の冷却水を冷却するいわゆるマルチフロー型のラジエータに適用して有効である。

従来より、マルチフロー型のラジエータは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、複数のチューブＪ２およびこれらのチューブＪ２の外表面に接合されたフィンＪ３を有するコア部Ｊ４と、複数のチューブＪ２と連通するヘッダタンクＪ５と、コア部Ｊ４の端部に配置されてコア部Ｊ４を補強するインサートＪ７とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

ヘッダタンクＪ５は、チューブＪ２が接合されたコアプレートＪ５ａおよびタンク内空間を構成するタンク本体（図示せず）から構成されている。また、コアプレートＪ５ａは、チューブＪ２が接合されるチューブ接合面Ｊ５１と、チューブ接合面Ｊ５１の全周に渡って形成され、タンク本体（図示せず）の端部が挿入される溝部Ｊ５２とを有している。

溝部Ｊ５２は、チューブ接合面Ｊ５１よりコア部Ｊ４側にチューブ接合面Ｊ５１と略平行に配置される第１の接合部Ｊ５４を有している。また、インサートＪ７は、コアプレートＪ５ａの第１の接合部Ｊ５４と対向する第２の接合部Ｊ７１を有しており、第２の接合部Ｊ７１は第１の接合部Ｊ５４と全面に渡って接合されている。
特開平１１−２４１８９５号公報

このようなラジエータにおいて、隣接するチューブＪ２間およびチューブＪ２とインサートＪ７との温度差が大きくなると、チューブＪ２およびインサートＪ７に熱歪みに伴う熱応力が発生する。

このとき、インサートＪ７の第２の接合部Ｊ７１がコアプレートＪ５ａの第１の接合部Ｊ５４と全面的に接合されているため、インサートＪ７が長手方向（熱歪み発生方向）に変形し難くなり、熱歪みの吸収代が低下する。このため、熱応力が繰り返し発生すると、インサートＪ７におけるコアプレートＪ５ａとの根付部（接合部）近傍が疲労破壊するという問題がある。

さらに、インサートＪ７によるチューブＪ２の拘束力が増大するため、チューブＪ２が長手方向に変形し難くなり、熱歪みの吸収代が低下する。このため、熱応力が繰り返し発生すると、チューブＪ２におけるコアプレートＪ５ａとの根付部近傍が疲労破壊するという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、チューブおよびインサートの熱歪みを低減することができる熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、熱媒体が流れる複数のチューブ（２）を有するコア部（４）と、チューブ（２）の長手方向両端部にてチューブ（２）の長手方向と直交する方向に延びてチューブ（２）と連通するヘッダタンク（５）と、コア部（４）の端部にてチューブ（２）の長手方向と略平行に配置され、コア部（４）から熱が伝わるとともに、両端部がヘッダタンク（５）に支持されたインサート（７）とを備える熱交換器であって、ヘッダタンク（５）は、チューブ（２）の長手方向端部が接合されるチューブ接合面（５１）とチューブ接合面（５１）の全周に渡ってチューブ（２）の長手方向外側に開口するように形成された溝部（５２）とを有するコアプレート（５ａ）と、溝部（５２）に端部が挿入され、コアプレート（５ａ）とともにタンク内空間を構成するタンク本体（５ｂ）とを備えており、溝部（５２）のチューブ（２）の長手方向内側は、インサート（７）と接合される第１の接合部（５４）となっており、インサート（７）は、第１の接合部（５４）と対向する第２の接合部（７１）を有しており、第２の接合部（７１）は、第１の接合部（５４）とコア部（４）の空気流れ方向において局所的に接合していることを第１の特徴としている。

これにより、インサート（７）の膨張・収縮の自由度を向上させることができるため、インサート（７）が長手方向（熱歪み発生方向）に変形し易くなり、その変形によりインサート（７）の熱歪みが吸収させることができる。同時に、インサート（７）によるチューブ（２）の拘束力が低下するため、チューブ（２）の膨張・収縮の自由度を向上させることができる。このため、チューブ（２）が長手方向（熱歪み発生方向）に変形し易くなり、その変形によりチューブ（２）の熱歪みを吸収させることができる。したがって、チューブ（２）およびインサート（７）の熱歪みを低減することが可能となる。

なお、「局所的に接合」とは、例えば、第２の接合部（７１）と第１の接合部５４とが熱交換器のコア部（４）の空気流れ方向において２割〜３割程度接合していることをいう。接合量が多いとインサート（７）の膨張・収縮の自由度を向上させることができなくなり、接合量が少ないとコア部（４）の剛性が低下してしまうため、２割〜３割程度の接合が実用上好ましい。

また、第２の接合部（７１）は、第１の接合部（５４）側に突出した頂部（７１ａ）を有しており、第２の接合部（７１）は、頂部（７１ａ）において第１の接合部（５４）と接合するように構成してもよい。

また、本発明は、第２の接合部（７１）は、空気流れ方向における中央部のみで第１の接合部（５４）と接合していることを第２の特徴としている。

これにより、第２の接合部（７１）が空気流れ方向における中央部以外の部位で第１の接合部（５４）と局所的に接合している場合と比較して、インサート（７）を空気流れ方向において均等に変形し易くすることができるため、インサート（７）の熱歪みをより吸収させることができる。したがって、チューブ（２）およびインサート（７）の熱歪みをより低減することが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器を車両用エンジンを冷却した冷却水（熱媒体）と大気（空気）とを熱交換するラジエータ１に適用したものである。

図１は本実施形態に係るラジエータ１の正面図で、図２は本実施形態の要部を示す図で、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は拡大正面図である。なお、図２（ａ）、（ｂ）において、タンク本体５ｂは図示を省略している。

図１中、チューブ２は冷却水が流れる管であり、このチューブ２は、空気の流通方向（紙面垂直方向）が長径方向と一致するように扁平状に形成されているとともに、その長手方向が水平方向に一致するように鉛直方向に複数本平行に配置されている。

チューブ２の両側の扁平面２ａ（図２（ｂ）参照）には波状に成形されたフィン３が接合されており、このフィン３により空気との伝熱面積を増大させてエンジン冷却水と空気との熱交換を促進している。なお、以下、チューブ２およびフィン３からなる略矩形状の熱交換部をコア部４と呼ぶ。

ヘッダタンク５は、チューブ２の長手方向端部（本実施形態では、左右端）にてチューブ２の長手方向と直交する方向（本実施形態では、鉛直方向）に延びて複数のチューブ２と連通するもので、このヘッダタンク５は、チューブ２が挿入接合されたコアプレート５ａと、コアプレート５ａとともにタンク内空間を構成するタンク本体５ｂとを有して構成されている。

コアプレート５ａは、チューブ２が接合されるチューブ接合面５１を有している。また、チューブ接合面５１の周囲には、タンク本体５ｂの端部が挿入される断面略矩形状の溝部５２が全周に渡って形成されている。

溝部５２は、３つの面で形成されている。すなわち、チューブ接合面５１の外周部から略垂直に折り曲げられてチューブ２長手方向に延びる内側壁部５３と、内側壁部５３から略垂直に折り曲げられてチューブ２積層方向に延びる第１の接合部５４と、第１の接合部５４から略垂直に折り曲げられてチューブ２長手方向に延びる外側壁部５５とによって、溝部５２が形成されている。

なお、本実施形態では、コアプレート５ａを金属（例えば、アルミニウム合金）製とし、タンク本体５ｂを樹脂製とするとともに、コアプレート５ａの溝部５２にゴム等の弾性材からなるパッキン（図示せず）を配置し、このパッキンにてタンク本体５ｂとコアプレート５ａとの隙間を液密に密閉している。

また、ラジエータタンク５には、内燃機関に設けられた冷却水通路（図示せず）とラジエータ１とを繋ぐ冷却水配管（図示せず）が接続される配管接続部６が設けられている。

コア部４の両端部には、チューブ２の長手方向と略平行に延びてコア部４を補強するインサート７が設けられている。このインサート７は、チューブ２の扁平面２ａと略平行な面を有してチューブ２の長手方向と略平行に延びるベース部７ａと、ベース部７ａに対して略直交する方向（本実施形態では、水平方向）に突出してチューブ２の長手方向と略平行に延びるリブ７ｂとを有している。インサート７において、リブ７ｂは、ベース部７ａのうちベース部７ａの長手方向と直交する方向両端側にそれぞれに設けられているため、インサート７の断面形状は、コア部４と反対側が開いた略コの字状断面となっている。また、インサート７はコア部４と接触しており、コア部４から熱が伝わるようになっている。

インサート７の長手方向端部は、コアプレート５ａの溝部５２に対向するように折り曲げられている。すなわち、インサート７は、ベース部７ａの長手方向端部から略直角に折り曲げられてチューブ２積層方向に延びる第２の接合部７１と、第２の接合部７１から略直角に折り曲げられてチューブ２長手方向に延びる末端部７２とを有している。

ここで、コアプレート５ａとインサート７との支持構造について説明する。

図３（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図で、図３（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、コアプレート５ａのチューブ２積層方向の端部（以下、コアプレート端部５６という）は、インサート７の末端部７２を概略覆うようにチューブ２積層方向における外側に屈曲し、末端部７２を固定するようになっている。また、末端部７２のうち空気流れ方向両端部は、コアプレート端部５６に覆われておらず、外部に露出している。

また、図２（ａ）に示すように、インサート７の第２の接合部７１は、空気流れ方向における中央部がコアプレート５ａの第１の接合部５４側に突出した「く」の字型に形成されている。換言すると、インサート７の第２の接合部７１は、空気流れ方向における中央部のみでコアプレート５ａの第１の接合部５４と接触しており、他の部位においてはコアプレート５ａの第１の接合部５４との間に隙間８が形成されており、空気流れ方向において第２の接合部７１の中央部から外側になるにつれてその隙間８が大きくなっている。なお、第２の接合部７１における第１の接合部５４側に突出した部位（本実施形態では、空気流れ方向中央部）を、頂部７１ａという。

また、本実施形態では、チューブ２、コアプレート５ａおよびインサート７をろう接にて一体接合している。このため、インサート７は、空気流れ方向における中央部分では、コアプレート５ａと２カ所（第１の接合部５４および外側壁部５５）で接合されており、それ以外の部位では、１カ所（外側壁部５５）のみで接合されるようになっている。

以上説明したように、インサート７の第２の接合部７１を頂部７１ａのみでコアプレート５ａの第１の接合部５４と接合させることで、インサート７の膨張・収縮の自由度を向上させることができるため、インサート７が長手方向（熱歪み発生方向）に変形し易くなり、その変形によりインサート７の熱歪みが吸収させることができる。同時に、インサート７によるチューブ２の拘束力が低下するため、チューブ２の膨張・収縮の自由度を向上させることができる。このため、チューブ２が長手方向（熱歪み発生方向）に変形し易くなり、その変形によりチューブ２の熱歪みを吸収させることができる。したがって、チューブ２およびインサート７の熱歪みを低減することが可能となる。

さらに、頂部７１ａをインサート７の第２の接合部７１における空気流れ方向中央部に設けることで、頂部７１ａをインサート７の第２の接合部７１における他の部位に設ける場合と比較して、インサート７を空気流れ方向において均等に変形し易くすることができるため、インサート７の熱歪みをより吸収させることができる。したがって、チューブ２およびインサート７の熱歪みをより低減することが可能となる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、冷却水が水平方向に流れるクロスフロー型のラジエータ１に本発明を適用した実施形態について述べたが、冷却水が上下方向に流れるダウンフロー型のラジエータに本発明を適用することもできる。

また、上記実施形態では、インサート７の第２の接合部７１とコアプレート５ａの第１の接合部５４とを、空気流れ方向における中央部のみで接合させていたが、この部位に限らず、インサート７の第２の接合部７１とコアプレート５ａの第１の接合部５４とが局所的に接合していれば、任意の部位で接合させることができる。

また、上記実施形態では、インサート７の第２の接合部７１の一部をコアプレート５ａの第１の接合部５４側に突出させていたが、これに限らず、例えば第１の接合部５４の一部を第２の接合部７１側に突出させるようにしてもよい。

本発明の実施形態に係るラジエータ１の正面図である。本発明の実施形態に係るラジエータ１の要部を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図で、（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。従来のラジエータの要部を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

符号の説明

２…チューブ、４…コア部、５…ヘッダタンク、５ａ…コアプレート、５ｂ…タンク本体、７…インサート、５１…チューブ接合面、５２…溝部、５４…第１の接合部、７１…第２の接合部、７１ａ…頂部。

Claims

熱媒体が流れる複数のチューブ（２）を有するコア部（４）と、
前記チューブ（２）の長手方向両端部にて前記チューブ（２）の長手方向と直交する方向に延びて前記チューブ（２）と連通するヘッダタンク（５）と、
前記コア部（４）の端部にて前記チューブ（２）の長手方向と略平行に配置され、前記コア部（４）から熱が伝わるとともに、両端部が前記ヘッダタンク（５）に支持されたインサート（７）とを備える熱交換器であって、
前記ヘッダタンク（５）は、前記チューブ（２）の長手方向端部が接合されるチューブ接合面（５１）と前記チューブ接合面（５１）の全周に渡って前記チューブ（２）の長手方向外側に開口するように形成された溝部（５２）とを有するコアプレート（５ａ）と、前記溝部（５２）に端部が挿入され、前記コアプレート（５ａ）とともにタンク内空間を構成するタンク本体（５ｂ）とを備えており、
前記溝部（５２）の前記チューブ（２）の長手方向内側は、前記インサート（７）と接合される第１の接合部（５４）となっており、
前記インサート（７）は、前記第１の接合部（５４）と対向する第２の接合部（７１）を有しており、
前記第２の接合部（７１）は、前記第１の接合部（５４）と前記コア部（４）の空気流れ方向において局所的に接合していることを特徴とする熱交換器。
前記第２の接合部（７１）は、前記第１の接合部（５４）側に突出した頂部（７１ａ）を有しており、
前記第２の接合部（７１）は、前記頂部（７１ａ）において前記第１の接合部（５４）と接合していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記第２の接合部（７１）は、前記空気流れ方向における中央部のみで前記第１の接合部（５４）と接合していることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。