JPS58148393A - 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】 をかしめ作業によって取付は九熱交換器の改良に関し、
例えば自動車用フジエータに用いて好適なものである。

コア部端面にコアプレートを設け，このコアプレートの
外周縁を溝形に成形し，この溝内に、合成＊ｍ製タンク
の端縁に設は友，ほぼ四角形断面の取付部を嵌合させ，
コアプレートのｍｅ部の外面に係合したかしめグレート
をこの取付部にかしめることによってタンクを本体ＫＷ
！封装着する形式の熱交換器は公知である。満に嵌合し
たタンク端縁取付部の底面と溝底面との聞に＃′ｉ弾性
シーｙ材が設置しであるが、この弾性シール材の直下の
溝底壁を構成しているコアプレート部分に、水質の纏い
冷却水を用い九ときなどに．ｍれが生じ。

熱交換器の寿命が短かくなることがあった。これが応力
腐食割れであることを本発明者らはつきとめ丸。応力腐
食割れというのは、腐食という化学的な働きと応力とい
う物理的な働きの相乗作用によって生じる割れのことで
ある。

本発明の目的はこのような応力腐食割れを防いで前記形
式の熱交ＪＩｌ＃１の寿命を延ばすことＫある。

以下、添付図面な参隔しながらより詳しく説明する。

第１図は本発明に係る熱交換器、たとえば自動車用フジ
エータを示しており、フジエータは鋼製のコルゲートフ
ィン７と黄銅製のチューブ虐を含む金属製のコア！Ｉｌ
とその上、下端に書画装着し九合成１１＃製のタンクｇ
、３とを包含する。上方のタンク８には冷却水補給口４
と冷却水直入バイブ６とが設けてあり、下方タンク８に
は冷却水流出パイプ６が設けであるが、基本的に上、下
のタンクは同じ構造であるから、以下、上方のタンク１
についてのみ説明する。上下を逆にして考えれば、以下
の説明は下方タンク８にも適用できることは了解された
い。

第８図はタンク８をコア部ＩＫＶＩ封装着する従来方法
を示しており、タンク８は一端闘故となっており、これ
をフルゲートフィンテの付い友チューブ８から成るコア
部ｌの端部にかぶせることによってタンク１が完全とな
る。タンクＯ開披端縁の金屑に沿ってほぼ四角形断面の
取付１１ｘｏが設けである。この取付部ｌＯは互に平行
で平ら表表面を持つ内、外の作用面１１．１１とこれら
内外作用面に対して直角の内、外のＳｔｍ面１８．１４
とを有する。

コア部ｌ、具体的ＫＦｉチューブ７の端ｉ１にはその上
端付近で周方向に黄＃＃のコアデレー）１６が過当な手
段、たとえば半田付、ろう付は等で１着しである。コア
プレー）ＩＩＩの外周１ｉ＊Ｆｉ内、外の１１１１Ｉ１
１７，１ｇおよび戚纏１９を有するｍｓｇ。

となるように成形しである。

組立時、＃１部ｇｏにタンク８の端縁取付部１０が嵌め
込まれ、このとき、取付ｓ１０の内、外の一壁面１８．
１４はそれぞれ溝部ｇｏの内、外の１＋１１１１１１７
．１８と保合し、取付部ｌＯの内方作用面１１と＃錫酸
１＄１１９の内面との関にはゴム製０リングからなる弾
性シール材ｇ１が設置される。

次に、ｊｊ［縁につめｌ５ｓｓを有するほぼＬ字形（図
では違り字形になっているが１反対軸ではＬ字形である
）の断面を持つ鉄Ｉｔｉ製のかしめプレート８３をコア
プレー）１６の溝部２０に係合させ、つめ部１龜をタン
ク１の端縁取付部１０の外方作用面１１１に向ってかし
める。その結果、タンク端縁取付部１０はその内方作用
面１１で弾性シール材２１を変形すると共にコアグレー
）１１１の調部ｇＯＫ竪固に９１封装着されるととＫな
る。

しかしながら、以上の構成においては２本発明者等の研
究によればタンクｇの内部ムに存在する冷却水が、コア
グレート溝部８０の内面、タンク取付け１ｌＮｏの内面
および弾性シー〜＃８１の表面でＳＳ、された徽小空閾
８４に浸透することによ少、コアプレート１９にすきま
腐食１ｉｎｉが生じることが確かめられた。

すなわち、すきま部２４に溜った熱交換流体は弾性Ｖ−
ル材ｉｌｌの下面とコアグレー）１９の内面とで形成さ
れたすきｔ＠５ｉ６ｃ、毛細管現象および弾性ンーｐｖ
ｓｓｌが圧縮固定されることによって生ずる接面圧力の
バランスによって浸透する。

そして、すきま部ｓｈＫ浸入した熱交換流体は。

その中の腐食性成分が拡散しにくい上に、ＩＲ鋼製のコ
アプレート表面の不ａｍ皮膜（酸化皮膜）はその不＃態
を保持しようとしてすきま部ｓ６の液体中の酸素を消費
し、そのためすきま部ｊ５内の液体と微小空間ｓ４内の
液体との間に酸素の濃度差が生じ、酸素濃淡電池が形成
される。特に、自動車用フジエータとして用いる場合に
は、熱交換流体となるエンジン冷却水中に、アミン・ア
ンモニア等の腐食成分が含まれている為、電池の作用に
よりすきま部ｌｂ内の液体のＰＭが低下し、との結果生
じる腐食Ｓ境は非常にきびしいものとなる。

それに加えて、前述したゴム製ローリングからなる弾性
Ｓ／−ｕ材ｆｉｌを逸富＠〜４０ｊ１１４１度圧−固定
しているのて、第８図に示す様に、窒−リンダを一定圧
Ｊ１＊まで圧縮することによって生ずる綾触＃Ｊ（コア
プレー）１９）への接触面押圧力ＰＩが部分的に加わる
仁とになる。従って、この圧力ＰＩＫＴｏ交換器内の系
統圧ｒ２が加って生ずる接面圧力ＰｍＯは一−リング直
下のコアデレー）１９の内部に特に大きな背型を加えて
いる。以上の条件下で、コアプレート溝部ｓＯの底１１
１１９では。

きびしい腐食環境と過大な応力とがあいまって、応力腐
食割れが容易に生ずることは明らかである。

本発明者等はこの事実に初めて気付き種々の実験の結果
１本発明に到達した。その際、アミン・アンモニア等の
成分を多く含むエンジン冷却水を熱交換鑞体として用い
九場合に１割れ寿命の縮化が着しくなることも併せて！
認した。

そこで本発明においては、弾性シー３部材ｇｌを、第４
図に示すように、四角形状の断面の側面イに内方に向っ
て、なめらかな曲率で゛へこんだ凹１１ａｏａを有する
パツキンａＯ（以下、Ｉ型リングという）とし、このｌ
型リング８Ｇを第６図に示す如く、前述のローリングの
場合と同様に一定（８〜４０％）の圧縮率に圧縮しＶ−
ルを行々う。

前述のＩｎリング８０を圧縮することによって生ずる１
ａＬｊｌｉ圧力Ｐａｌの大きさは四部ａｏａの形状。

すなわち凹部の深さく第４図中Ｗ３）と−率ＩＫよって
自在に―節可能である。そして、こＯ綾向圧力ｒｍｘの
ピーク値を従来の蒙−リングによる接面圧力ＰｍＯより
小さくするととによって、コアプレー）１ｇ１に生ずる
内部の応力を低減する。

また、圧縮時の■型すンダＯコアプレート１９との接触
長さＩを従来の豐−リングのそれよりも長くすることが
可能であり、そのことによって、徽小空関８４内の冷却
液がすきｔ＠２５に浸透する深さが接面圧力Ｐ　ｍ　Ｉ
の分布上、ピーク接面圧力Ｓｔで達しない様にすること
が可能となる。この二つの働きの相乗効果により、応力
腐食割れ寿命を大幅に向上することができる。

尤も、単に応力腐食割れ寿命を伸ばすだけ０回的であれ
ば、接面圧力Ｐｍを下げればよいのであるが、Ｊｌ！面
圧力！−をあまシ下けては当然ながらシー〜が不充分と
なり洩れが発生することになる。

従って、良好なシールを保ちながら応力腐食割れ寿命を
伸ばすには、第６図に示すように必費充分１に接面圧力
Ｐｄを維持しつつ、かつピーク接面圧力はめ１０高くし
すぎなりようＫするのが望しい。

そＯ為にも、本発明の■型リングのように接触長さＩを
長くして、ピーク接面圧力があまり突出し表いようにす
ると都合がよい。崗、第６図αは弾性シーに部材１１と
してＯリングを用いた場合のピーク接面圧力ＰＩＩＩＯ
を示し、図中βはＩ型リング３０を用いた場合のピーク
接面圧力Ｐａ１ｔ示す・ また、熱交換器の冷却波系統圧ＰＩによってタンク８は
第７図に示す一点鎖纏の如く変形するのであるが、その
時、タンク８の取付は部１０の中心０と１弾性シール材
２１の圧縮によって生ずる反力Ｎｏ葡菖方向との間にズ
レが生じれば、反力ｌによってモーメン）Ｍが矢印の如
く回転変位とな）、その結果コアプＶ−Ｆｉｌｌ＠１＠
を変形させ。

コアプレー）１９の内面に応力を生ぜしめる。

しかしながら、その場合であっても１弾性シール材ｇｌ
としてＩＪシリング０を用いれば、前述／Ｑｌ の如く反力Ｉが殉−リングに比べ小さくなり、しかも、
ζ−りングに比ベコアブレート一部内での組付けによる
パフツキの範囲も小さく、そのため取付部１Ｇ中心Ｏと
反力ｙｏ＊＊ａとのズレ本手さくなるので、モーメント
ＭＫよる応力腐食割れも生じに〈〈なっている。

そして、本例では、第８図に示すように、コアプレート
側壁１Ｂの高さｈを鍍めデレー）１８０寸法■より小さ
くしている為、具体的には（Ｍ−ｋ）≧０．６−に設定
しである為、鍍めプレート２８のツメｓｓの折り曲げ加
工時にコアプレー）＠ｌｌｌ１ｇＫは直接圧力荷置が加
わらずコアプレート１９への応力は低くできる。この効
果と合せてｌ型リング８Ｇを用いるととによってさらに
応力腐食割れ寿命が向上する。

なお５本発明のｌ型リング８Ｇの爽施−として第４図の
記号で説明するとＷ１＝ｓ、ｍ■、Ｗｚ　＝ｇＯｓｍ、
　Ｙ＝３．５６．Ｘ＝ｆＬ１．ａ程度の形状の物が熱交
換−用として良い。そして、このｔ＃状の■型りング８
０Ｖｒ用いれば応力腐食割れ寿命（１０） が１弾性シール材ｇｌとして従来の０リングを用いたー
に比べ、１．５倍以上の向上することをｍ認している。

そして、Ｉ型リング８０は前述したように１ｇ１面の凹
部３０畠深さＷｌを種々変廻することＫより、接面圧力
Ｐｍを任意に設定できるのであるが、この凹部深さＷｌ
があまり洩〈ては、Ｉ型すングＳＯ［型に要する圧力が
過大となってしまい実用的でなく、を九、深さＷ３をあ
まり深くしては残部の輻Ｗｚが狭くなりすぎ■型リング
に耐久性がなくなるととＫなる。そこで本発明者等の寮
験によれば、この深さＷｌをＩ型リング８０の断面の＠
Ｗ　ｌに対して ｏ、ｏｓＷ１≦Ｗ１≦０．１ｗ。

の範囲内にしておけばよいことが砿かめられた。

０ 崗１弾性シール部材２１としてｌｆｆ１ｌ！Ｊング（を
用いれば、接面圧力ｒＩＱは第す図のようＫなるが、こ
の接面圧力Ｐｍの圧力分布を更Ｋｇ整すべく第９．１０
．１１図に示すように、タンク取付部ｌＯの作用面１１
もしくはコアプレート１６の■型Ｖ（１１） ング対向部に凸部もしくは凹部４０，４１．４１を形成
してもよい。第９図及び第１１図図示の例では中央部の
接面圧力Ｐｍが増し、第１Ｏ図図示の例では周辺部の接
面圧力？鳳が増すことになる。

また、上述の例では鍍めプレートｓｓＫよってコアプレ
ート１６を樹脂タンクｆｉ［錠め固定したが、敏めプレ
ートを有しなく、コアプレートにて一体錠めをする構造
の熱交換−においても１本発明の■型リング８０は同様
の効果を有する。

以上説明したように本発明熱交換器では１弾性シール部
材として■型りングを用いたため、接面圧力のピーク値
を過大とすることなく、コアプレート　タンク間を！寮
にシールすることができ、その結果コアプレートの応力
腐食−れも極めて良好に阻止で睡るという優れた効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明熱交換器の一例を示す正面図、第２図は
従来の熱交換−を示す断面図、第Ｓ図は第８図図示熱交
換−の接面圧力分布を示す説明図。 第４図は本発明に保る弾性シール部材の一例をボ（ｌｊ
ｌ） す断面図、第す図は第１図のＸ−Ｘ矢視断面図、Ｉ！６
図は接面圧力と応力腐食割れ寿命及びシール洩れとの関
係を示す説明図、第７図はＩ！１図図示熱交換謔の使用
状態を説明する断面図、第８図コアプレートの高さｈを
示す断面図、第９図〜第１１図は夫々本発明熱交換器の
他の例の要部を示す断面図である。 ３・・・タンク、８・・・チューブ、１６・・・コアグ
レート、８０・・・Ｉ型リング（弾性シール部材）。 代理入升珊士　岡　部　　　隆 Ｃｌ８） 第１図　　　　　第２図 ＼ 第３図　　　　第４図 丁 第５図　　　　　　竿６図 第７図　　　　　第８図 ］！：Ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
）　ＪＵ！！　１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）熱交換流体を流す金属製のチューブと、このチュ
   ーブの端部に固定された金属製のコアプレートと、この
   コアプレートに欽め結合された樹脂製のタンクと、この
   タンクと前記コアプレートとの間に介在され８〜４０≦
   圧縮変形してタンクとコアプレートとの間のシールを保
   つ弾性シール部材とを備え、かつ、前記弾性シール部材
   をその断面形状が軸面になめらかな凹部を有する四角形
   状のものとし良熱交換器。 （幻前記チューブ内にはアミン・アンモニアを含む熱交
   換流体が流れる特＃！Ｆ＃求の範囲第１項記載の熱交換
   −０ （８）前記コアプレートが黄銅製である特許請求の範囲
   第１項もしくは第Ｓ項記載の熱交換器。 （４）前記弾性シール部材の凹部の深さＷｓが弾性シー
   Ａ／ｓ材の断面幅Ｗｌに対して ｏ、ｏ　　ｂ　Ｗ、≦Ｗ、≦ｏ４Ｗ。 の範囲内である特＃！ＦｔＩ４求の範囲第１項ないし第
   ８項いずれか記載の熱交換器。