JP7349821B2 - 熱交換器 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン冷却水冷却用ラジエータやチャージエアクーラ、ＥＧＲクーラ等の熱交換器の補強構造に関する。
エンジン冷却水冷却用熱交換器は、並列された多数の偏平チューブと熱交換器の端部のサイドプレート間で温度差が生じ、熱交換器のヘッダープレートの長手方向の端部に位置するチューブ挿通孔と偏平チューブのろう付部近傍において亀裂が生じる場合がある。
同様に高温の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラにおいても、特に、偏平チューブの開口端部の長手方向の端部に亀裂が生じやすい欠点がある。
従来、その対策として下記特許文献１に記載の熱交換器の補強構造が知られている。
これは、補強部材として偏平チューブの開口の端部に平面Ｔ字状部を形成し、そのＴ字の各先端に断面Ｌ字状の２つの挿入部を設ける。そして補強部材の板厚を偏平チューブの短手方向の開口長さに整合させ、挿入部を偏平チューブの開口縁に挿入してろう付したものである。
特開２０１１－３８６５５号公報
従来の熱交換器の補強構造は、新たな補強部材を必要とすると共に、そのろう付工程を必要とし、面倒であった。
そこで、本発明は新たな補強部材を不要としつつ、熱交換器の組立ての容易なものを提供することを課題とする。
請求項１に記載の本発明は、多数の偏平孔１の長軸方向がヘッダープレート３の短手方向に沿って配置されるとともに、各偏平孔１がヘッダープレート３の長手方向に定間隔に離間して並列され、前記各偏平孔１に偏平チューブ２の開口端部２ａがその長手方向をヘッダープレート３の短手方向に位置して挿通され、その挿通部がろう付されるヘッダープレート３と、ヘッダープレート３の周縁が接続されるタンク本体４とを有し、タンク本体４から各偏平チューブ２内に高温流体６が供給される熱交換器において、
前記ヘッダープレート３の長手方向の少なくとも一方の端部で且つ、前記偏平チューブ２の開口端部２ａの長手方向Ｌの少なくとも一方の端部に位置して、前記タンク本体４に一体に前記開口端部２ａの長手方向Ｌの少なくとも一方の端部を被蔽する端部被蔽体５が構成された熱交換器である。
請求項２に記載の本発明は、一対の溝形に形成されたプレートが、その溝底部を対向して、偏平チューブ１５を構成し、偏平チューブ１５は開口端部において溝底部の垂直方向への膨出部１５ａを有し、複数の前記偏平チューブ１５が前記膨出部１５ａで積層されてコア１３を形成し、コア１３の外周がケーシング９で被嵌され、ケーシング９の端部にヘッダ１４が設けられ、前記ヘッダ１４から各偏平チューブ１５内に高温流体６が供給されると共に、偏平チューブ１５の外周に冷却水１０が導かれる熱交換器において、
前記ヘッダ１４の前記コア１３側の端部で且つ、偏平チューブ１５の開口端部１５ｂの長手方向Ｌの少なくとも一方の端部位置に、前記ヘッダ１４に一体に前記コア１３側の端部で且つ、前記偏平チューブ１５の開口端部１５ｂの長手方向Ｌの端部を被蔽する端部被蔽体５が構成された熱交換器である。
請求項１に記載の熱交換器は、ヘッダープレート３の長手方向の少なくとも一方の端部で且つ、偏平チューブ２の開口端部２ａの長手方向Ｌの少なくとも一方の端部に位置して、前記タンク本体４に一体に偏平チューブ２の開口端部２ａの長手方向Ｌの少なくとも一方の端部を被蔽する端部被蔽体５を形成したものである。
この端部被蔽体５が、前記偏平チューブ２の開口端部２ａの少なくとも一方の端部を被蔽して、そこには高温流体６が流通することを抑制する。そのため、熱歪みにより亀裂が生じ易い偏平チューブ２の開口端部２ａの長手方向Ｌの端部を保護し、熱交換器の耐久性を向上する効果がある。即ち、熱交換器の稼働および停止の冷熱サイクルに基づく、熱歪みを効果的に軽減できる。
請求項２に記載の熱交換器は、対象となるコア１３が、偏平チューブ１５の開口端部に膨出部１５ａを有する積層体からなり、ヘッダ１４のコア１３側の少なくとも一方の端部に端部被蔽体５を設けたものである。
この場合も、請求項１と同様に、偏平チューブ１５の開口端部１５ｂの長手方向Ｌの少なくとも一方の端部が、ヘッダ１４のコア１３側の端部の端部被蔽体５により被蔽されて、そこには高温流体６が流通することを抑制する。そのため、熱交換器の稼働および停止の冷熱サイクルに基づく、熱歪みを効果的に軽減できる。
本発明の熱交換器の（Ａ）は要部縦断面図であって（Ｂ）のＡ－Ａ矢視断面図、（Ｂ）はその横断面平面図で（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図。 同熱交換器の分解斜視図。 本発明の第２実施例の（Ａ）は要部縦断面図、（Ｂ）はそのコア１３の斜視図。
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２は本発明の第１実施例の熱交換器であって、一例としてエンジン冷却水冷却用のラジエータとして用いるものである。
図１はその縦断面図及び（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図であり、図２は同熱交換器の要部分解図である。
この熱交換器は、エンジン冷却水を冷却するラジエータとして用いることができるものであり、偏平チューブ２とコルゲートフィン８とを交互に並列してコアを形成し、そのコアのヘッダープレートの長手方向の端部にサイドプレートを配置している。
各偏平チューブ２は横断面が偏平に形成され、その横断面の長手方向Ｌが熱交換器のヘッダープレートの短手方向に配置されている。そして、各偏平チューブ２の両端部（下側を省略）がヘッダープレート３の各偏平孔１に挿通され、その挿通部がろう付固定される。
ヘッダープレート３は、図１（Ａ）、図２に示す如く、周縁に環状溝３ａが形成され、その周縁に定間隔に係止爪３ｂが突設されている。このヘッダープレート３の環状溝３ａには、タンク本体４の小フランジ部４ａがシール７を介して嵌着される。
タンク本体４は、この例では樹脂製からなり外周に小フランジ部４ａを突設すると共に、タンク本体４の長手方向の端部内面に、一体に端部被蔽体５が突設されている。この端部被蔽体５の厚みは、図１（Ａ）に示す如く、偏平チューブ２の開口端部２ａの長手方向Ｌの端部を同図（Ｂ）の如く被蔽するに十分な厚みである。
なお、この例では端部被蔽体５の偏平チューブ２側の端縁と、偏平チューブ２の開口端部２ａとの間に、僅かな隙間が存在する。さらに、同図（Ｂ）の如く、端部被蔽体５はヘッダープレート３の長手方向の端部で且つ、偏平チューブ２の開口端部２ａの長手方向Ｌの端部に形成されている。
図１（Ｂ）では、ヘッダープレート３の長手方向の一方の端部のみが表されているが、他方の端部も同様に形成することができる。
そしてヘッダープレート３の環状溝３ａにタンク本体４の小フランジ部４ａがシール７を介して嵌着され、ヘッダープレート３の係止爪３ｂがタンク本体４の外面側にカシメられて液密構造を形成する。
〔作用〕
このようにしてなる熱交換器は、タンク本体４の図示しない入口から高温流体６がタンク本体４内に導かれる。そして、その高温流体６は各偏平チューブ２に供給され、偏平チューブ２の外面及びコルゲートフィン８を流通する空気流と熱交換し、図示しない下端側のタンクよりエンジンブロックに戻される。
コアのへッダープレート３の長手方向の端部に配置されたサイドプレートは、そのサイドプレートに接合しているコルゲートフィン８を介して偏平チューブ２より熱が伝わるが、偏平チューブ２の温度上昇に対し、サイドプレートの上昇温度は低く、上がり方も遅い。
サイドプレートと偏平チューブ２との温度の違いによる熱膨張差でヘッダープレート３に熱歪みが発生するが、サイドプレートとヘッダープレート３の板厚に対し偏平チューブ２の板厚は薄いため、ヘッダープレート３とヘッダープレートの長手方向の端部に位置する偏平チューブ２とのろう付部の偏平チューブ２の開口端部の長手方向Ｌの端部に熱応力が集中し亀裂が発生し易くなる。
このとき、入口側のタンク本体４には、偏平チューブ２の開口端部の長手方向Ｌの端部の位置で端部被蔽体５が存在するため、図１（Ｂ）において、この例では、端部の３つの偏平チューブ２の開口端部２ａの長手方向Ｌの端部が被蔽され、その端部には比較的高温の冷却水が流入し難く、他の位置の偏平チューブ２に比べ高温の冷却水の流量も低下する。そのため、前記へッダープレート３の長手方向の端部に位置する偏平チューブ２の温度上昇が少なく、偏平チューブ２の開口端部２ａの長手方向Ｌの端部に生じがちな熱歪みによる亀裂を効果的に防止できる。
即ち、熱交換器はその可動及び停止のサイクルに基づき、チューブに熱歪みが生じるが特に偏平チューブ２の開口端部２ａの長手方向Ｌの端部において、著しくそれが生じる。それは、タンク内ではへッダープレート３の長手方向の端部により強く生じる。
本発明は、その部分を端部被蔽体５によって被蔽するため、熱歪みに基づく亀裂を可及的に小さくすることができる。
しかも、この例ではタンク本体４と一体の端部被蔽体５によって亀裂を防止するため、熱交換器の組立てが容易で部品点数が少なく量産性の高いものとなる。
次に、図３は本発明の第２実施例であり、（Ａ）はその縦断面図、（Ｂ）はその内部に収納されるコア１３の斜視略図である。
この例は、高温の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラとして用いることができるものである。
この例では、プレートを溝形に形成すると共に、その溝底部平面の両端部に膨出部１５ａを溝底部の垂直方向に形成した一対のプレートが用いられ、各プレートの溝底部を対向させて嵌着し偏平チューブ１５を形成する。そして、各偏平チューブ１５を膨出部１５ａにおいて積層しコア１３を形成する。また、コア１３の外周には、ケーシング９を被嵌すると共に、その一端にヘッダ１４、他端にタンク部１６を配置する。
ケーシング９の偏平チューブ１５の２つの開口端部１５ｂを結ぶ方向の両端部には一対のパイプ１２が突設され、各偏平チューブ１５の外周に冷却水１０を供給する。それと共に、ヘッダ１４から高温流体６を各偏平チューブ１５内に供給し、冷却水１０と高温流体６との間に熱交換を行う。
この例では、ヘッダ１４に一体に端部被蔽体５が突設され、それによって偏平チューブ１５の開口端部１５ｂの長手方向Ｌの端部を被蔽する。
即ち、高温流体６が各偏平チューブ１５の開口端部１５ｂの長手方向Ｌの端部には導かれないようにする。それにより、偏平チューブ１５の開口端部１５ｂの長手方向Ｌの端部の温度上昇を抑制し、ケーシング９との間に生じがちな冷熱サイクルに伴う亀裂を可及的に防止する。
この例においても図１（Ｂ）の如く、タンク（ヘッダ）のチューブ積層方向の端部のみに端部被蔽体５を配置してもよい。或いは、ヘッダのチューブ積層方向全域において端部被蔽体５を配置しても良い。
なお、この例では各偏平チューブ１５の開口端部１５ｂの先端縁はタンク部１６側に僅かに湾曲し、それによって熱歪みを吸収する。
また、各偏平チューブ１５内にはインナーフィン１１が収納されている。
１ 偏平孔
２ 偏平チューブ
２ａ 開口端部
３ ヘッダープレート
３ａ 環状溝
３ｂ 係止爪
４ タンク本体
４ａ 小フランジ部
５ 端部被蔽体
６ 高温流体
７ シール
８ コルゲートフィン
９ ケーシング
１０ 冷却水
１１ インナーフィン
１２ パイプ
１３ コア
１４ ヘッダ
１５ 偏平チューブ
１５ａ 膨出部
１５ｂ 開口端部
１６ タンク部
Ｌ 偏平チューブの開口端部の長手方向

Claims (2)

  1. 多数の偏平孔（１）の長軸方向がヘッダープレート（３）の短手方向に沿って配置されるとともに、各偏平孔（１）がヘッダープレート（３）の長手方向に定間隔に離間して並列され、前記各偏平孔（１）に偏平チューブ（２）の開口端部（２ａ）がその長手方向をヘッダープレート（３）の短手方向に位置して挿通され、その挿通部がろう付されるヘッダープレート（３）と、ヘッダープレート（３）の周縁が接続されるタンク本体（４）とを有し、タンク本体（４）から各偏平チューブ（２）内に高温流体（６）が供給される熱交換器において、
    前記ヘッダープレート（３）の長手方向の端部に位置する複数の偏平チューブ（２）のみで且つ、それら複数の偏平チューブ（２）の開口端部（２ａ）の長手方向（Ｌ）の少なくとも一方の端部に位置して、前記タンク本体（４）に一体にそれら複数の偏平チューブ（２）の前記開口端部（２ａ）の長手方向（Ｌ）の少なくとも一方の端部を被蔽し前記タンク本体（４）内において前記高温流体（６）の前記複数の偏平チューブ（２）の前記開口端部（２ａ）の長手方向（Ｌ）の少なくとも一方の端部への流通を抑制する端部被蔽体（５）が構成された熱交換器。
  2. 一対の溝形に形成されたプレートが、その溝底部を対向して、偏平チューブ（１５）を構成し、偏平チューブ（１５）は開口端部において溝底部の垂直方向への膨出部（１５ａ）を有し、複数の前記偏平チューブ（１５）が前記膨出部（１５ａ）で積層されてコア（１３）を形成し、コア（１３）の外周がケーシング（９）で被嵌され、ケーシング（９）の端部にヘッダ（１４）が設けられ、前記ヘッダ（１４）から各偏平チューブ（１５）内に高温流体（６）が供給されると共に、偏平チューブ（１５）の外周に冷却水（１０）が導かれる熱交換器において、
    前記ヘッダ（１４）の前記コア（１３）側の端部で且つ、前記複数の偏平チューブ（１５）が積層された方向の端部のみで前記複数の偏平チューブ（１５）の開口端部（１５ｂ）の長手方向（Ｌ）の少なくとも一方の端部位置に、前記ヘッダ（１４）に一体に前記コア（１３）側の端部で且つ、それら複数の偏平チューブ（１５）の開口端部（１５ｂ）の長手方向（Ｌ）の端部を被蔽し前記ヘッダ（１４）内において前記高温流体（６）の前記複数の偏平チューブ（１５）の前記開口端部（１５ｂ）の長手方向（Ｌ）の少なくとも一方の端部への流通を抑制する端部被蔽体（５）が構成された熱交換器。
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