JPH01266488A - 積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、チューブとコルゲートフィンとを交互に積層
し、チューブ内を流れる流体とチューブ間を流れる流体
とを熱交換させる積層型熱交換器に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の熱交換器のコア部の組付方法として、特
公昭６２−４５４７８号公報に示す技術が知られている
。

この技術は、チューブとコルゲートフィンとを交互に積
層したコア部の両側面に、コア部側に所定量円弧状に膨
ませたサイドプレートを配置し、このサイドプレートの
両端をコアプレー１・によって圧接挟持させる（自己保
持機能）、これにより、サイドプレート自身の弾性力に
よってコア部がその積層方向の寸法が減少する方向に押
圧される。

そして、サイドプレートおよびコアプレートによって支
持されたコア部を炉内にてろう付け、または半田付けし
、熱交換器のコア部を設けるものである。

［発明が解決しようとする課題］ デユープ内に流体の圧力が加わった場合（内圧負荷時）
、流体の圧力によってコア部の積層方向の寸法が増大す
る。

このため、チューブおよびコルゲートフィンの薄肉化が
進むと、内圧負荷時にコア部がその積層方向に増大する
量が大きくなる。そして、この内圧負荷時と、デユープ
内に流体の圧力が加わらない内圧無負荷とが繰り返され
ると、チューブやコルゲートフィンの一部に繰り返し応
力が加わり、破損等が発生する可能性を備えていた。つ
まり、デユープおよびコルゲートフィンを薄肉化すると
、コア部の耐久性が劣化する問題点を備えていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、チューブおよびコルゲートフィンの薄肉化を行って
も、内圧負荷時のデユープやコルゲートフィンの変形を
防ぎ、コア部の耐久性の劣化を防ぐ積層型熱交換器の提
供にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、偏平なチューブと
蛇行して曲折されたコルゲートフィンとを交互に積層し
たコア部と、該コア部の積層方向の両側面に当接し、中
間部が前記コア部側に所定量円弧状に膨らんだサイドプ
レートと、前記コア部の各チューブの両端側に装着され
、対抗する前記サイドプレートの端部を挟むコアプレー
トとを具備する積層型熱交換器において、前記チューブ
の板厚が９０〜１３０μｍ、前記デユープの幅方向の長
さ寸法が１４〜１６ｍｍ、前記チューブの厚みが１．４
〜２．０ｍｍ、前記コルゲートフィンの板厚が３０〜４
５μ讃、前記コルゲートフィンの山の高さが７〜９ＩＩ
Ｉ１１の範囲に設け、前記サイドプレートのばね定数を
１０〜１６ｋｇ／ｍｍに設定したことを技術的手段とす
る。

［作用］ 上記構成よりなる本発明は、チューブの板厚が９０〜１
３０　Ｈｔａ、チューブの幅方向の長さが１４〜１６Ｉ
ＩＩＩ１１１チユーブの厚みが１．４〜２．０ｍｍ、コ
ルゲートフィンの板厚が３０〜４５μｍ、コルゲートフ
ィンの山の高さが７〜９開の範囲内で、ばね定数が６ｋ
ｇ／ｌ１ｌＩ１１より小さいサイドプレートを用いてコ
ア部を組み付けると、サイドプレートがコア部をその積
層方向の寸法が減少する方向へ押圧する押圧力が不足し
、ろう付は時や半田付は時に未接合部分が生じる可能性
がある。また、ばね定数が１６ｋｇ／ａｍより大きいサ
イドプレートを用いてコア部を組み付けると、サイドプ
レートがコア部をその積層方向の寸法が減少する方向へ
押圧する押圧力が大きすぎ、例えばデユープの平面部に
中凹みが生じるなど、チューブやコルゲートフィンに変
形箇所が生じる可能性がある。

一方、チューブの板厚が９０〜１３０　Ｂｔａ、チュー
ブの幅方向の長さが１４〜１６ｍｍ、チューブの厚みが
１゜４〜２．０＋ａｍ＋、コルゲートフィンの板厚が３
０〜４５μ園、コルゲートフィンの山の高さが７〜９Ｉ
ｌ１ｍの範囲内のコア部を用いた積層型熱交換器は、サ
イドプレートのばね定数が１０ｋｏ／ｍｍより小さい場
合、チューブ内に流体の圧力が加わる内圧負荷時と、チ
ューブ内に流体の圧力が加わらない内圧無負荷時とが繰
り返されると、チューブやコルゲートフィンがダメージ
を受け、耐久性が劣化してしまう可能性がある。

［発明の効果］ 本発明によれば、チューブやコルゲートフィンの薄肉化
（デユープの板厚が９０〜１３０μｍ、チューブの幅方
向の長さが１４〜１６ｍｍ、チューブの厚みが１．４〜
２．０開、コルゲートフィンの板厚が３０〜４５１、コ
ルゲートフィンの山の高さが７〜９ｍｍの範囲）にとも
ない、サイドプレートのばね定数を適正な範囲（１０〜
１６ｋａ／１Ｉ１１）に設定することにより、コア部の
接合時に、未接合部分の発生を防ぐとともにチューブや
コルゲートフィンの変形を防ぎ、且つ、内圧負荷と内圧
無負荷とが繰り返されても耐久性が劣化しない。

［実施例］ 次に、本発明の積層型熱交換器を自動車用ラジェータに
適用した実施例に基づき説明する。

第２図は自動車用ラジェータ１を示し、第３図はろう付
けされたコア部２を示す。このコア部２は、チューブ３
とコルゲートフィン４とを交互に積層してなり、デユー
プ３内を流れる自動車用エンジン冷却水と、チューブ３
間を流れる空気とを熱交換させるものである。

チューブ３は、銅、または黄銅などの銅系の合金の条材
を偏平な長円形に形成し、表面にろう材を塗布したもの
で、第１図に示すように、チューブ３の板厚へが９０〜
１３０μｍ、チューブ３の幅方向の長さ寸法Ｂが１４〜
１６ｍｍ、チューブ３の厚みＣが１．４〜２．０　ｍ１
１１、デユープ３の長手方向の長さＤが２５０〜４５０
順の範囲に設けられる。

コルゲートフィン４は、銅、または黄銅などの銅系の合
金の帯状の条材を波状に幾重にも折り曲げたものである
。折り曲げられる一辺の中間には、高率よく空気と熱交
換されるように、多数の切り込みが形成されている。こ
のコルゲートフィン４は、第１図に示すように、コルゲ
ートフィン４の板厚Ｅが３０〜４５μｍ、コルゲートフ
ィン４の山の高さＦが７〜９１１１１、コルゲートフィ
ン４の有効切長く折り曲げられたフィンの一辺の切り込
みの長さ）Ｇが４〜７＋１１１１、コルゲートフィン４
の山の数（図示しない）が７０〜２００の範囲に設けら
れる。

なお、コア部２の積層方向（第３図の上下方向）の長さ
Ｈは、２９０〜ａｏｏ　ｉ＋ｍの範囲である。

コア部２は、偏平チューブ３とコルゲートフィン４との
積層後、コア部２の積層方向の両側面に当接するサイド
プレート５と、コア部２の各チューブ３の両端に装着さ
れ、対抗するサイドプレート５の端部を挟むコアプレー
ト６とによって保持されるとともに、炉内でろう付けさ
れる。

サイドプレート５は、表面にろう材が塗布されたばね定
数■が１０〜１６ｋａ／ｕの金属製で、例えば鉄製より
なる。このサイドプレート５は、コルゲートフィン４と
当接する面とは反対側に、調性を増すべく補強フランジ
７を形成する断面略コ字形を呈する。また、サイドプレ
ー１−５は、第４図に示すように、自由状態では、中間
部が両端より所定量（例えばｌｌ１ｌｌｌ）５３７部２
側へ円弧状に膨らんでいる。

また、サイドプレート５のフランジ７の両端は、第５図
に示すように、一番低い所でもサイドプレート５の板厚
の２倍以上の高さＬのリブ８とされる。つまり、サイド
プレート５は、周囲がすべてフランジ７とリブ８とによ
って囲まれる。

コアプレート６は、各偏平チューブ３の各端部を挿通す
る挿通穴９を備え、偏平チューブ３とコルゲートフィン
４とを積層した後、コアプレート６の挿通穴９に各偏平
チューブ３の端部が圧入され、ろう付は後偏平チューブ
３とコアプレート６との問が液密に保たれる。そして、
このコアプレート６は、コア部２のろう付は後、第７図
に示すように、タンク１０をそれぞれ固定するもので、
−方のタンク１０へ冷却水を供給し、そのタンク１０よ
り冷却水を偏平チューブ３内へ流し、他方のタンク１０
で偏平チューブ３を通過した冷却水を集合させて取り出
すようになっている。

また、コアプレート６の両端には、第１図および第７図
に示すように、コア部２側へ突出した突起１１が形成さ
れている。この突起１１は、対抗するサイドプレート５
の端部を挟み、サイドプレート５の内側への膨らみによ
ってコア部２をその積層方向の寸法が減少する方向に押
圧するとともに、サイドプレート５の固定を行うもので
ある。

次にコア部２の組み付けを工程厘に説明する。

コア部２の組み付けは、図示しない組み付は機械によっ
て行われる。まず始めに、一方のサイドプレート５を、
その膨らみ方向が次に組み付けられるコルゲートフィン
４側へ向くように配設される。続いて、コルゲートフィ
ン４とチューブ３とを交互に所定数積層し、最後にコル
ゲートフィン４が端となった状態でコルゲートフィン４
とチューブ３との積層を終了する０次に、他方のサイド
プレート５を、その膨らみ方向がコルゲートフィン４側
へ向くように配置する。これにより、コア部２およびサ
イドプレート５の組付を終了する。

この時の状態を第６図に示すとともに、この時のコア部
２に掛かる荷重と、コア部２の積層方向の位置との関係
を第８図の点（イ）に示す。

続いて、上記のごとく組み付けられたコア部２およびサ
イドプレート５の両端を、コアプレート６によって固定
する。この固定は、まずコア部２およびサイドプレート
５を、その積層方向の幅が所定量となるように図示しな
い治具によって押圧する。続いて、コアプレート６をコ
ア部２の各チューブ３の両端に装着する。この時、コア
プレート６の各挿通穴９内に各チューブ３の端部を圧入
する。そして、コアプレート６の両端の突起１１により
、サイドプレート５の対抗する端部を挟む。

これにより、コア部２は、両側のサイドプレート５によ
って、コア部２の積層方向の寸法を縮められる荷重を受
ける。この結果、コア部２は、治具を用いることなく、
サイドプレート５とコアプレート６とにより自己保持さ
れる。この時の状態を第７図に示すとともに、この時の
コア部２に掛がる荷重と、コア部２の積層方向の位置と
の関係を第８図の点（ロ）に示す。

第８図の（イ）と（ロ）を結ぶ線は、チューブ３のばね
定数に１、コルゲートフィン４のばね定数に２．および
チューブ３とコルゲートフィン４との積層段数ｎによっ
て決められるコア組み特性Ｋを示す。なお、チューブ３
のばね定数に１は、チューブ３の板厚Ａ、チューブ３の
幅方向の長さ寸法Ｂ、チューブ３の厚みＣ、チューブ３
の長手方向の長さＤによって決定される。同様にコルゲ
ートフィン４のばね定数に２は、コルゲートフィン４の
板厚Ｅ、コルゲートフィン４の山の高さＦ、コルゲート
フィン４の有効切長Ｇ、コルゲートフィン４の山の数に
よって決められる。チューブ３とコルゲートフィン４と
の積層段数ｎは、コア部２の積層方向の長さＨ内におけ
るチューブ３の数によって決められる。そして、コア組
み特性には、Ｋ　＝　１／（（ｎ＋１　）／に２＋（ｎ
／に１））の式によって与えられる。

一方サイドプレート５は、コア部２側へ膨らむことによ
り、膨らまない場合の積層方向の位置（第８図の点（ハ
）に示す位置）より初期反りが与えられた点（ニ）に示
す位置に向けてコア部２を押圧する。

つまり、上記の工程で組み付けられたコア部２は、第８
図の点（ニ）を通るサイドプレート５のばね定数（ばね
特性）■と、コア組み特性にとの交点（ロ）の状態で組
付が完了する。

上記の工程で組み付けられたコア部２は、固定用の治具
を用いることなくサイドプレート５およびコアプレート
６で自己保持された状態で、ベルトコンベア等により炉
内へ搬送される。そして、炉内で、チューブ３およびサ
イドプレート５の表面に塗布されたろう材の融点温度以
上で加熱され、ろう材を溶かし、チューブ３、コルゲー
トフィン４、サイドプレート５、コアプレート６のろう
付けを行う、そして、チューブ３およびサイドプレート
５のろう材が溶け、デユープ３の母材とコルゲートフィ
ン４とが接触し、コア部２の積層方向の寸法、および荷
重は、ばね定数Ｉに沿って変位する。そして、点（ホ）
の位置でコア焼きが完了する。この時の状態を第３図に
示す。

サイドプレート５は、あらかじめ円弧状に形成され、コ
ア部２の組付時にコア部２の押圧力によって直線状に押
し拡げられているため、サイドプレート５にはコア部２
をその積層方向の寸法を減少する方向に押圧する弾性力
が蓄えられている。

したがって、このように、ろう付けによりコア部２の積
層方向の寸法が小さくなっても、その寸法の縮小はサイ
ドプレート５に蓄えられた弾性力によって吸収され、常
時コア部２がサイドプレート５およびコアプレート６に
よって自己保持される。

一方、サイドプレート５の押圧力によって、コア部２に
過大な荷重が加わると、チューブ３の平面部が中凹みし
たり、コルゲートフィン４が座屈しなりする。このため
、コア部２へ加える荷重には、上限（第８図の一点鎖線
（へ））がある。

また逆に、サイドプレート５の押圧力が弱いと、コア部
２に掛かる荷重が小さくなり、チューブ３とコルゲート
フィン４とのろう付けに、未接着箇所が生じてしまう。

このため、コア部２へ加える荷重にも下限（第８図の一
点鎖線（ト））がある。

上記により、サイドプレート５の適正なばね定数Ｉは、
コア組み特性にと一点鎖線（へ）との交点（チ）と点（
ニ）とを結ぶ直線（す）と、コア組み特性にと一点鎖線
（ト）との交点（ヌ）と点（ニ）とを結ぶ直線（ル）と
の間となる。

以上の考えに基づき、チューブ３の板厚へが９０〜１３
０μｍ、チューブ３の幅方向の長さ寸法Ｂが１４〜１６
ＩＩＩＩｌｌ、チューブ３の厚みＣが１．４〜２．Ｏｎ
、チューブ３の長手方向の、長さＤが２５０〜４５０　
ｍｍ、コルゲート・フィン４の板厚Ｅが３０〜４５μｍ
、コルゲートフィン４の山の高さＦが７〜９關、コルゲ
ートフィン４の有効切長Ｇが４〜７１１ｍ、コルゲート
フィン４の山の数が７０〜２００、コア部２の積層方向
の長さＨが２９０〜８００　ｎ＋ｎ＋の範囲のコア部２
　（以下、本発明の範囲が含まれるコア部２）について
、サイドプレート５の適正なばね定数Ｉを求めると、６
〜１６ｋｏ／ｕとなる。

一方、コア部２のろう付は後、タンク１０が取り付けら
れたラジェータ１に、冷却水を供給すると、第９図のα
に示すように、冷却水の供給圧によりコア部２がその積
層方向の寸法が増大するように働く、このコア部２へ流
体の圧力が加わる内圧負荷と、コア部２へ流体の圧力が
加わらない内圧無負荷ととが繰り返されると、コア部２
の積層方向。

の伸縮が行われ、コア部２のチューブ３およびコルゲー
トフィン４にダメージが与えられる。ここで、サイドプ
レート５のばね定数を適正な値とすることにより、内圧
付加時に、コア部２がその積層方向の寸法が増大する量
が減少し、チューブ３およびコルゲートフィン４の受け
るダメージを小さく押さえることができる。

そこで、本発明の範囲が含まれるコア部２は、内圧付加
（コア部２の供給圧を１　、８ｋａ／ｃｍ”とする）と
、内圧無付加（コア部２の供給圧をＯｋｇ／ｃｏ＋２と
する）とを繰り返し、繰り返し回数が０．７万回以十、
を保証するサイドプレート５のばね定数Ｉを求めると、
ばね定数Ｉは１０ｋａ／ｌ−以上とされる。

以上、実施例に説明するように、コア組み時と車両搭載
時の両方を満足するサイドプレート５の適正なばね定数
Ｉは、コア部２のろう付は時に適正なサイドプレート５
のばね定数Ｉ（６〜１６ｋａ／−ｍ）と、コア部２の耐
久性能を満足させるサイドプレート５のばね定数Ｉ　（
１０ｋｇ／ａｌ１以上）との両方を満足させる１０〜１
６ｋｇ／ｍｓ＋とされる。

上記実施例に示すように、本発明の範囲が含まれるコア
部２は、デユープ３やコルゲートフィン４を薄肉化して
も、サイドプレート５のばね定数Ｉを１０〜１６ｋｌ；
ｌ／Ｉｌｌ！ｌとすることにより、コア部のろう付は時
に、未接合部分の発生を防ぐとともにチューブ３やコル
ゲートフィン４の変形を防ぐことができる。また、内圧
負荷と内圧無負荷とが繰り返されてもコア部２は十分な
耐久性を備え、コア部２の破損等が防がれる。

一方、サイドプレート５の両端は、一番低い所でもサイ
ドプレート５の板厚の２倍以上の高さＬのリブ８とされ
る。これは、従来であれば、第１０図に示すように、端
部に集中して荷重が掛からないよう端部に向かってフラ
ンジ７の高さを狭くし、端部を板厚βのみとする（第１
０図参照）のが一般であるが、本発明のように、デユー
プ３やコルゲートフィン４が薄肉化されてサイドプレー
ト５のばね定数Ｉが強化され、内圧負荷と内圧無負荷と
が繰り返されると、板厚βに応力が集中して破損する可
能性がある。このため、本実施例に示すように、サイド
プレート５の両端に、一番低い所でもサイドプレート５
の板厚の２倍以上、の高さＬのリブ８を設けることによ
り、内圧負荷と内圧無負荷とが繰り返されても、サイド
プレート５の端部が破損するのを防がれる。

（変形例） サイドプレート５のばね定数Ｉを設定する際、第１１図
に示すように、フランジ７の高さＭを調節したり、第１
２図に示すように、フランジ７の厚みＮを調節したり、
第１３図に示すようにフランジ７を内側あるいは外側へ
折り曲げたり、さらに、第１４図に示すように、コルゲ
ートフィンに当接する面の中央に、コルゲートフィンと
当接する面とは反対側に突設する補強リブ１２を設ける
などして対処することができる。

チューブ３を偏平な長円形に形成した例を示したが、２
枚の皿状のプレートを接合してチューブ３を設けても良
い、また、この場合、デユープ３の端部にタンク部を形
成させても良い、さらに、２枚の皿状のプレートを接合
してチューブ３を設ける場合、チューブ３の熱交換部を
Ｕ字形に形成し、熱交換部の両端のタンク部が隣接する
ように設けても良い。

自動車用ラジェータ１に本発明を適用した例を示したが
、オイルクーラー、温水式ヒーターコア、インタークー
ラー、自動車用以外も含む冷凍サイクルの冷媒凝縮器、
冷媒蒸発器など他の積層型熱交換器に適用することがで
きる。

チューブとコルゲートフィンとを、ろう付けにより接合
した例を示したが、半田など他の接合法により接合して
も良い。

【図面の簡単な説明】

第１図はチューブおよびコルゲートフィンの各寸法を示
すためのコア部の部分断面図、第２図は内圧無負荷時の
自動車用ラジェータの正面図、第３図はろう付けされた
コア部の正面図、第４図は自由状態を示すサイドプレー
トの側面図、第５図はサイドプレートの斜視図、第６図
はチューブ、コルゲートフィンおよびサイドプレートを
積層した状態を示すコア部の正面図、第７図はチューブ
、コルゲートフィン、サイドプレートおよびコアプレー
トを組み付けたろう付は前のコア部の正面図、第８図は
コア部形成時のコア部積層方向の寸法とコア部の積層方
向にかかる荷重との関係を示すグラフ、第９図は内圧負
荷時の自動車用ラジェータの正面図、第１０図は従来の
サイドプレートの斜視図、第１１図ないし第１４図はサ
イドプレートの断面図である。 図中 １・・・自動車用ラジェータ（積層型熱交換器）２・・
・コア部　　　　　　３・・・チューブ４・・・コルゲ
ートフィン　５・・・サイドプレート６・・・コアプレ
ート Ａ・・・チューブの板厚 Ｂ・・・チューブの幅方向の長さ寸法 Ｃ・・・チューブの厚み Ｄ・・・チューブの長手方向の長さ Ｅ・・・コルゲートフィンの板厚 Ｆ・・・コルゲートフィンの山の高さ Ｇ・・・コルゲートフィンの有効切長 Ｈ・・・コア部の積層方向の長さ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）偏平なチューブと蛇行して曲折されたコルゲートフ
   ィンとを交互に積層したコア部と、該コア部の積層方向
   の両側面に当接し、中間部が前記コア部側に所定量円弧
   状に膨らんだサイドプレートと、前記コア部の各チュー
   ブの両端側に装着され、対抗する前記サイドプレートの
   端部を挟むコアプレートとを具備する積層型熱交換器に
   おいて、前記チューブの板厚が９０〜１３０μｍ、 前記チューブの幅方向の長さ寸法が１４〜１６ｍｍ、前
   記チューブの厚みが１．４〜２．０ｍｍ、前記コルゲー
   トフィンの板厚が３０〜４５μｍ、前記コルゲートフィ
   ンの山の高さが７〜９ｍｍの範囲に設け、 前記サイドプレートのばね定数を１０〜１６ｋｇ／ｍｍ
   に設定したことを特徴とする積層型熱交換器。