WO2015159529A1 - 熱交換器 - Google Patents

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WO2015159529A1
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core plate
tube
tubes
header tank
heat exchanger
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PCT/JP2015/002038
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English (en)
French (fr)
Inventor
信太 馬渕
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • F28F9/0226—Header boxes formed by sealing end plates into covers with resilient gaskets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Definitions

  • This disclosure relates to a heat exchanger and is effective when applied to a vehicle heat exchanger mounted on a vehicle.
  • a header tank of a heat exchanger such as a radiator is configured by integrating a metal core plate to which tubes are joined and a resin tank main body forming a tank internal space.
  • a packing (seal member) made of an elastic member such as rubber is disposed between the core plate and the tank main body. The core plate and the tank are compressed by compressing the packing between the core plate and the tank main body. The main body is sealed.
  • the core plate has a tube joint surface to which the tube is joined, and a groove formed at the outer peripheral edge of the tube joint surface.
  • the core plate side tip portion of the tank main body portion is inserted into the core plate groove portion, and the tank is sandwiched between the core plate groove portion and the tank main body tip portion.
  • the main body is caulked and fixed to the core plate.
  • the width direction dimension As the whole heat exchanger having such a configuration, since the groove portion is formed in the core plate, the length in the flow direction of the external fluid (air) in the core plate by the amount of the groove portion (hereinafter also referred to as the width direction dimension). Becomes longer. Thereby, there existed a problem that the width direction dimension as the whole heat exchanger became long.
  • a heat exchanger in which the width is reduced by eliminating the groove portion of the core plate is disclosed (for example, see Patent Document 1).
  • a packing is directly disposed on a tube joining surface to which a tube in a core plate is inserted and joined, and an end of a tank main body is disposed on the packing. Has been placed.
  • the plurality of tubes are arranged in parallel with each other, and are arranged at the longitudinal ends of the plurality of tubes, and extend in the juxtaposition direction of the plurality of tubes.
  • a stress concentration portion where the acting stress is concentrated is provided.
  • the stress concentration part is bent when a thermal strain due to a thermal expansion difference occurs between the tube and the core plate.
  • the core plate can be positively bent.
  • the bending amount of a core plate becomes large and can absorb the thermal distortion which arose between the tube and the core plate. Therefore, even when the size in the width direction of the header tank is reduced, it is possible to reduce the thermal distortion generated at the root portion between the header tank and the tube.
  • a plurality of tubes that are arranged in parallel with each other and in which a fluid flows inside, and arranged in longitudinal ends of the plurality of tubes, and a direction in which the plurality of tubes are arranged in parallel.
  • a header tank that communicates with a plurality of tubes, the header tank being a box-shaped heat exchanger having a tube joining surface into which a plurality of tubes are inserted and joined. It has an outer wall part that is bent from the surface toward the outside in the longitudinal direction of the tube, and a stress concentration part that concentrates the stress acting on the core plate is provided at the connection part between the tube joint surface and the outer wall part It has been.
  • the stress concentration portion when the stress concentration portion is provided at the connection portion between the tube joint surface and the outer wall portion in the header tank, the stress concentration occurs when the thermal strain due to the thermal expansion difference occurs between the tube and the header tank.
  • the part becomes a starting point of bending, and the header tank can be positively bent.
  • the amount of deflection of the header tank is increased, and the thermal strain generated between the tube and the header tank can be absorbed. Therefore, even when the size in the width direction of the header tank is reduced, it is possible to reduce the thermal distortion generated at the root portion between the header tank and the tube.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic sectional drawing which shows the cross section which looked at the core plate in 2nd Embodiment from the tube lamination direction.
  • FIG. 3 shows the cross section which looked at the core plate in 3rd Embodiment from the tube lamination direction.
  • FIG. drawing which shows the cross section which looked at the core plate in 4th Embodiment from the tube lamination direction.
  • the radiator 1 of the present embodiment includes a core portion 4 composed of a plurality of tubes 2 and fins 3, and a pair of header tanks 5 that are assembled and arranged at both ends of the core portion 4. Yes.
  • the tube 2 is a tube through which a fluid (engine cooling water in this embodiment) flows.
  • the tube 2 is formed in a flat shape so that the air flow direction coincides with the major axis direction.
  • a plurality of tubes 2 are arranged in parallel in the vertical direction so that the longitudinal direction thereof coincides with the horizontal direction.
  • the fin 3 is formed into a wave shape and joined to the flat surfaces on both sides of the tube 2.
  • the fins 3 increase the heat transfer area with the air and promote heat exchange between the engine cooling water flowing through the tube 2 and the air.
  • the header tank 5 extends in a direction perpendicular to the tube longitudinal direction at both ends of the tube 2 in the longitudinal direction (hereinafter referred to as the tube longitudinal direction) and communicates with the plurality of tubes 2.
  • the header tank 5 is disposed at the left and right ends of the tube 2, extends in the vertical direction, and communicates with the plurality of tubes 2.
  • the header tank 5 includes a core plate 51 into which the tube 2 is inserted and joined, and a tank main body 52 that forms a tank space together with the core plate 51.
  • side plates 6 that reinforce the core portion 4 are provided at both ends of the core portion 4 in the juxtaposing direction of the tubes 2 (hereinafter referred to as tube stacking direction).
  • the side plate 6 extends in parallel with the tube longitudinal direction, and both end portions thereof are connected to the header tank 5.
  • FIG. 2 illustration of the packing 53 mentioned later is abbreviate
  • FIG. 3 illustration of the tube 2 and the tank main-body part 52 mentioned later is abbreviate
  • the header tank 5 includes a core plate 51, a tank body 52, and a packing 53.
  • the tube 2 and the side plate 6 are inserted and joined to the core plate 51.
  • the tank body 52 and the core plate 51 constitute a tank internal space that is a space in the header tank 5.
  • the packing 53 is a seal member that seals between the core plate 51 and the tank main body 52.
  • the core plate 51 is made of an aluminum alloy.
  • the tank body 52 is made of resin such as glass reinforced polyamide reinforced with glass fiber.
  • the packing 53 has a rectangular cross-sectional shape viewed from the tube stacking direction.
  • the packing 53 of the present embodiment is made of elastically deformable rubber (in this example, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM)).
  • the core plate 51 has a tube joint surface 511 on which the tube 2 is inserted and joined, and a seal surface 512 on which the packing 53 is disposed. A surface pressure of the packing 53 is applied to the seal surface 512 when the tank body 52 is caulked and fixed.
  • the tube joint surface 511 and the seal surface 512 are parallel to each other. Specifically, the tube joint surface 511 and the seal surface 512 are perpendicular to the tube longitudinal direction.
  • the tube joint surface 511 and the seal surface 512 are different from each other in the tube longitudinal direction distance from the tube longitudinal end surface of the tube 2 (hereinafter referred to as the tube end surface 20).
  • the distance in the tube longitudinal direction from the tube joining surface 511 to the tube end surface 20 is shorter than the distance in the tube longitudinal direction from the seal surface 512 to the tube end surface 20. That is, the seal surface 512 is disposed on the inner side in the longitudinal direction of the tube 2 (side closer to the core portion 4) than the tube joint surface 511.
  • the tube joint surface 511 and the seal surface 512 are connected via an inclined surface 513 inclined with respect to the tube longitudinal direction.
  • the inclined surface 513 is inclined with respect to each of the tube joint surface 511 and the seal surface 512.
  • the angle formed by the seal surface 512 and the inclined surface 513 and the angle formed by the tube joint surface 511 and the inclined surface 513 are obtuse angles.
  • a large number of tube insertion holes 511a into which the tube 2 is inserted and brazed are formed in the tube joining surface 511 and the inclined surface 513 along the tube stacking direction.
  • the tube 2 is inserted and joined to the tube joining surface 511 and the inclined surface 513.
  • side plate insertion holes into which the side plate 6 is inserted and brazed are formed in the tube joining surface 511 and the inclined surface 513 in the tube stacking direction in each of the tube joining surface 511 and the inclined surface 513. One is formed at each end. The side plate 6 is inserted and joined to the tube joining surface 511 and the inclined surface 513.
  • the substantially cylindrical burring part 514 which contacts the outer wall of the tube 2 is provided in the edge part of the tube insertion hole 511a.
  • the burring portion 514 is formed by subjecting the tube insertion hole 511a to burring and expanding the dimension of the tube insertion hole 511a so as to be substantially the same as the outer dimension of the tube 2.
  • a substantially cylindrical burring portion (not shown) that contacts the outer wall of the side plate 6 is also provided at the edge of the side plate insertion hole.
  • ribs 515 are provided between the adjacent tubes 2 on the inclined surface 513 of the core plate 51.
  • the rib 515 is formed so as to protrude from the inclined surface 513 toward the outer side of the header tank 5 (inner side in the longitudinal direction of the tube 2).
  • the rib 515 is formed from the inner side end of the header tank 5 to the outer side end of the inclined surface 513.
  • the core plate 51 has an outer wall portion 516 that is bent at a substantially right angle from the seal surface 512 toward the opposite side of the core portion 4 and extends in the tube stacking direction or the air flow direction.
  • a bulging portion 521 that bulges toward the outer side of the header tank 5 is formed in a portion of the tank main body 52 that faces the tube 2. Thereby, it is comprised so that the inner surface of the tank main-body part 52 and the outer surface of the tube 2 may not contact.
  • a flange portion 522 having a thickness greater than that of other portions is provided.
  • the flange portion 522 is disposed on the seal surface 512 of the core plate 51 via the packing 53.
  • the core plate 51 is provided with a plurality of caulking claw portions 517 formed so as to protrude from the outer wall portion 516 to the tank main body portion 52 side.
  • the caulking claw portion 517 is disposed at a portion corresponding to the flange portion 522 of the tank main body portion 52.
  • the tank body 52 is assembled to the core plate 51 by fixing the crimping claw 517 to the flange 522 of the tank body 52.
  • an inner column portion 21 is provided inside the tube 2, so as to connect the two flat surfaces to each other and to increase the pressure resistance of the tube 2.
  • the inner column portion 21 is disposed in the center portion in the air flow direction inside the tube 2.
  • the inner pillar 21 divides the fluid passage inside the tube 2 into two.
  • the core plate 51 is disposed between the inclined surface 513 and the outer wall portion 516 and connected to both the inclined surface 513 and the outer wall portion 516.
  • the part is referred to as the bottom 54.
  • the inclined surface 513, the outer wall portion 516, and the bottom portion 54 form a groove portion 510 for arranging the packing 53.
  • a packing 53 is disposed on the bottom 54 of the core plate 51. For this reason, a part of the inner side surface of the header tank 5 in the bottom portion 54 constitutes a seal surface 512. Therefore, the bottom portion 54 of the present embodiment can provide “a portion of the core plate 51 where the seal surface 512 is provided”.
  • a thin wall portion 55 having a smaller plate thickness than the bottom portion 54 is provided on the tube joint surface 511 side of the core plate 51 with respect to the seal surface 512 (that is, on the inner side of the header tank 5).
  • the thin portion 55 is configured by forming a recess 56 in the core plate 51. In the thin portion 55, stress acting on the core plate 51 is concentrated. Therefore, the thin portion 55 of the present embodiment can provide a “stress concentration portion”.
  • the thin wall portion 55 is provided on the surface of the core plate 51 facing the tank body portion 52, that is, the inner surface of the header tank 5. Specifically, a recess 56 is formed on the surface of the core plate 51 that faces the tank body 52. The thin portion 55 extends in the longitudinal direction of the core plate 51 (in the present embodiment, the tube stacking direction).
  • the thin portion 55 is provided at a connection portion between the bottom portion 54 and the inclined surface 513 in the core plate 51. That is, the thin portion 55 is arranged on the outer side of the tank with respect to the rib 515 in the core plate 51. The thin portion 55 is formed by pressing so that the connecting portion between the bottom portion 54 and the inclined surface 513 is crushed from the inner side of the header tank 5 when the core plate 51 is formed.
  • the thin portion 55 is provided closer to the tube joint surface 511 than the seal surface 512 in the core plate 51. According to this, when a thermal strain due to a difference in thermal expansion occurs between the tube 2 and the core plate 51, stress concentrates on the thin wall portion 55 to become a bending start point, and the core plate 51 (specifically, the bottom portion). 54 and outer wall 516) can be positively deflected. For this reason, the amount of bending of the core plate 51 is increased, and the thermal strain generated between the tube 2 and the core plate 51 can be absorbed. Therefore, even when the width direction dimension (air flow direction dimension) of the header tank 5 is reduced, it is possible to reduce the thermal distortion generated at the root portion between the header tank 5 and the tube 2.
  • the thin portion 55 is disposed on the outer side of the header tank 5 with respect to the rib 515 in the core plate 51. According to this, since both the rib 515 and the thin portion 55 can be provided on the core plate 51, the thermal strain alleviating effect by providing the rib 515, and the thermal strain absorbing effect by providing the thin portion 55, Both can be obtained.
  • the recess 56 of the present embodiment is formed on the surface of the core plate 51 that does not face the tank body 52, that is, the outer surface of the header tank 5. For this reason, the thin portion 55 is provided on the surface of the core plate 51 that does not face the tank main body 52.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment. Therefore, according to the exhaust heat exchanger of the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the recesses 56 of the present embodiment are provided on both the surface of the core plate 51 facing the tank body 52 and the surface not facing the tank body 52. For this reason, the plate
  • the core plate 51 when the thermal distortion by a thermal expansion difference arises between the tube 2 and the core plate 51, the core plate 51 can be bent more positively. For this reason, the amount of bending of the core plate 51 becomes larger, and the thermal strain generated between the tube 2 and the core plate 51 can be more reliably absorbed.
  • the packing 53 of the present embodiment has a circular cross-sectional shape as viewed from the tube stacking direction. For this reason, the packing 53 is in point contact with the core plate 51. Therefore, the seal surface 512 of the present embodiment has a smaller area than the seal surface 512 of the first embodiment.
  • the recess 56 is provided on the surface of the bottom 54 that does not face the tank body 52.
  • an elastically deformable spring structure portion 57 is provided on the tube joint surface 511 side of the seal surface 512 in the core plate 51.
  • the spring structure portion 57 is formed by curving a connection portion between the bottom portion 54 and the inclined surface 513 in the core plate 51 in an arc shape. In the spring structure portion 57, stress acting on the core plate 51 is concentrated. Therefore, the spring structure portion 57 of this embodiment can provide a “stress concentration portion”.
  • the spring structure 57 is provided on the tube joint surface 511 side of the seal surface 512 in the core plate 51. According to this, when a thermal strain due to a difference in thermal expansion occurs between the tube 2 and the core plate 51, stress concentrates on the spring structure portion 57 to become a bending start point, and the core plate 51 (specifically, The bottom 54 and the outer wall 516) can be flexed positively. For this reason, it becomes possible to acquire the effect similar to the said 1st Embodiment.
  • the core plate 51 of the present embodiment has an inner wall portion 518 that is bent at a substantially right angle from the tube joint surface 511 toward the core portion 4 and extends in the tube stacking direction or the air flow direction. ing.
  • the tube joint surface 511 and the seal surface 512 (bottom portion 54) of the core plate 51 are connected by an inner wall portion 518.
  • the inner wall portion 518 is configured to be orthogonal to the air flow direction or the tube stacking direction.
  • the thin portion 55 of the present embodiment is provided at a connection portion between the bottom portion 54 and the inner wall portion 518 in the core plate 51.
  • the tube joint surface 511 and the seal surface 512 are arranged on the same plane.
  • the thin portion 55 is disposed between the tube joint surface 511 and the seal surface 512.
  • the header tank 5 is formed in a box shape having a tube joint surface 511 to which a plurality of tubes 2 are inserted and joined.
  • the header tank 5 is made of a metal such as an aluminum alloy.
  • the header tank 5 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape having a tube joining surface 511, an outer wall portion 516, and an upper wall portion 519.
  • the outer wall portion 516 is a peripheral wall member that is bent at a substantially right angle from the tube joint surface 511 toward the tube longitudinal direction outer side (the side opposite to the core portion 4) and extends in the tube stacking direction or the air flow direction.
  • the upper side wall portion 519 extends in parallel with the tube joint surface 511 and is connected to the outer side wall portion 516.
  • a spring structure 57 that can be elastically deformed is provided at a connection portion between the tube joining surface 511 and the outer wall portion 516.
  • the spring structure portion 57 is formed by curving a connection portion between the tube joint surface 511 and the outer wall portion 516 in the core plate 51 in an arc shape.
  • stress acting on the core plate 51 is concentrated. Therefore, the spring structure portion 57 of this embodiment can provide a “stress concentration portion”.
  • the spring structure portion 57 is provided at the connection portion between the tube joint surface 511 and the outer wall portion 516 in the header tank 5. According to this, when a thermal distortion due to a difference in thermal expansion occurs between the tube 2 and the header tank 5, stress concentrates on the spring structure portion 57 to be a bending start point, and the header tank 5 is positively bent. be able to. For this reason, it becomes possible to acquire the effect similar to the said 1st Embodiment.
  • the header tank 5 is comprised by combining the metal core plate 51 and the resin tank main-body part 52, it is packing between the core plate 51 and the tank main-body part 52. 53 must be sealed.
  • the header tank 5 is integrally formed in a box shape from metal, it is not necessary to provide the packing 53, and the number of parts can be reduced.
  • the stress concentration portion 57 is employed as the stress concentration portion
  • the stress concentration portion is not limited thereto.
  • a thin portion having a thinner plate thickness than other portions of the header tank 5 may be employed.

Abstract

　複数のチューブ（２）と、複数のチューブ（２）に連通するヘッダタンク（５）とを備え、ヘッダタンク（５）は、複数のチューブ（２）が接合されるコアプレート（５１）と、コアプレート（５１）に固定されるタンク本体部（５２）とを有している熱交換器において、コアプレート（５１）は、チューブ（２）が挿入接合されるチューブ接合面（５１１）と、弾性変形可能なパッキン（５３）が配置されるシール面（５１２）とを有している。コアプレート（５１）におけるシール面（５１２）よりもチューブ接合面（５１１）側には、当該コアプレート（５１）に作用する応力が集中する薄肉部（５５）が設けられている。これにより、ヘッダタンク（５）の幅方向寸法を小さくしても、ヘッダタンク（５）とチューブ（２）との根付部に発生する熱歪みを低減することができる。

Description

熱交換器 関連出願の相互参照
　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１４年４月１８日に出願された日本特許出願２０１４－８６１２７号を基にしている。
　本開示は、熱交換器に関するもので、車両に搭載される車両用の熱交換器に適用して有効である。
　従来、ラジエータ等の熱交換器のヘッダタンクは、各チューブが接合された金属製のコアプレートと、タンク内空間を形成する樹脂製のタンク本体部とを一体化することによって構成されている。コアプレートとタンク本体部との間には、ゴム等の弾性部材からなるパッキン（シール部材）が配置されており、このパッキンをコアプレートおよびタンク本体部にて圧縮することで、コアプレートとタンク本体部とをシールしている。
　具体的には、コアプレートは、チューブが接合されるチューブ接合面と、チューブ接合面の外周縁部に形成された溝部とを有している。そして、コアプレートの溝部には、タンク本体部のうちコアプレート側の先端部が挿入されており、コアプレートの溝部とタンク本体部の先端部との間にパッキンが挟まれた状態で、タンク本体部がコアプレートにカシメ固定されている。
　このような構成の熱交換器では、コアプレートに溝部を形成しているので、この溝部の分だけ、コアプレートにおける外部流体（空気）の流れ方向の長さ（以下、幅方向寸法ともいう）が長くなる。これにより、熱交換器全体としての幅方向寸法が長くなるという問題があった。
　これに対し、コアプレートの溝部を廃止することで薄幅化を図った熱交換器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、特許文献１に記載の熱交換器では、コアプレートにおけるチューブが挿入接合されるチューブ接合面上に直接パッキンが配置されているとともに、このパッキン上にタンク本体部の端部が配置されている。
米国特許第８１８１６９４号明細書
　ところで、ヘッダタンクのコアプレートにチューブが接合されている従来の熱交換器において、チューブとコアプレートとの間に熱膨張差による熱歪みが生じた場合、チューブの熱膨張による変位に対してコアプレートが撓むことにより、コアプレートとチューブとの根付部（接合部）に発生する熱歪みを緩和している。
　しかしながら、上記特許文献１に記載の熱交換器では、コアプレートにおけるチューブ挿入部から幅方向外側の端面までの距離が短くなる。そのため、チューブとコアプレートとの間に熱膨張差による熱歪みが生じた場合に、コアプレート側の変形量が低下してしまう。これにより、熱歪みが吸収されず、コアプレートとチューブとの根付部（接合部）に大きな熱歪みが発生する恐れがあった。
　本開示は上記点に鑑みて、ヘッダタンクの幅方向寸法を小さくしても、ヘッダタンクとチューブとの根付部に発生する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。
　本開示の第１態様では、互いに並設配置されるとともに、内部に流体が流通する複数のチューブと、複数のチューブの長手方向端部に配置されるとともに、複数のチューブの並設方向に延びて複数のチューブに連通するヘッダタンクとを備え、ヘッダタンクは、複数のチューブが接合されるコアプレートと、コアプレートに固定されるタンク本体部とを有している熱交換器において、コアプレートは、チューブが挿入接合されるチューブ接合面と、弾性変形可能なシール部材が配置されるシール面とを有しており、コアプレートにおけるシール面よりもチューブ接合面側には、当該コアプレートに作用する応力が集中する応力集中部が設けられている。
　これによれば、コアプレートにおけるシール面よりもチューブ接合面側に応力集中部を設けることで、チューブとコアプレートとの間に熱膨張差による熱歪みが生じた場合に、応力集中部が曲げ起点となり、コアプレートを積極的に撓ませることができる。このため、コアプレートの撓み量が大きくなり、チューブとコアプレートとの間に生じた熱歪みを吸収することができる。したがって、ヘッダタンクの幅方向寸法を小さくした場合であっても、ヘッダタンクとチューブとの根付部に発生する熱歪みを低減することが可能となる。
　また、本開示の第２態様では、互いに並設配置されるとともに、内部に流体が流通する複数のチューブと、複数のチューブの長手方向端部に配置されるとともに、複数のチューブの並設方向に延びて複数のチューブに連通するヘッダタンクとを備え、ヘッダタンクは、複数のチューブが挿入接合されるチューブ接合面を有する箱状に形成されている熱交換器において、ヘッダタンクは、チューブ接合面からチューブの長手方向外側に向かって折り曲げられた外側壁部を有しており、チューブ接合面と外側壁部との接続部には、コアプレートに作用する応力が集中する応力集中部が設けられている。
　これによれば、ヘッダタンクにおけるチューブ接合面と外側壁部との接続部に応力集中部を設けることで、チューブとヘッダタンクとの間に熱膨張差による熱歪みが生じた場合に、応力集中部が曲げ起点となり、ヘッダタンクを積極的に撓ませることができる。このため、ヘッダタンクの撓み量が大きくなり、チューブとヘッダタンクとの間に生じた熱歪みを吸収することができる。したがって、ヘッダタンクの幅方向寸法を小さくした場合であっても、ヘッダタンクとチューブとの根付部に発生する熱歪みを低減することが可能となる。
第１実施形態に係るラジエータを示す模式的な正面図である。 第１実施形態に係るラジエータのヘッダタンク近傍を示す分解斜視図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 第２実施形態におけるコアプレートをチューブ積層方向から見た断面を示す概略断面図である。 第３実施形態におけるコアプレートをチューブ積層方向から見た断面を示す概略断面図である。 第４実施形態におけるコアプレートをチューブ積層方向から見た断面を示す概略断面図である。 第５実施形態におけるコアプレートをチューブ積層方向から見た断面を示す概略断面図である。 第６実施形態におけるコアプレートをチューブ積層方向から見た断面を示す概略断面図である。 第７実施形態におけるコアプレートをチューブ積層方向から見た断面を示す概略断面図である。 第８実施形態におけるコアプレートをチューブ積層方向から見た断面を示す概略断面図である。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
　（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態について図１～図３に基づいて説明する。本実施形態では、本開示に係る熱交換器を、エンジン冷却水と空気との間で熱交換を行うことによりエンジン冷却水を冷却する自動車用ラジエータに適用した場合を例として説明する。
　図１に示すように、本実施形態のラジエータ１は、複数のチューブ２およびフィン３からなるコア部４と、コア部４の両端部に組み付け配置される一対のヘッダタンク５とを有している。
　チューブ２は、流体（本実施形態ではエンジン冷却水）が流れる管である。チューブ２は、空気流れ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。チューブ２は、その長手方向が水平方向に一致するように垂直方向に複数本平行に配置されている。
　フィン３は、波状に成形されるとともに、チューブ２の両側の扁平面に接合されている。このフィン３により、空気との伝熱面積を増大させてチューブ２内を流通するエンジン冷却水と空気との熱交換を促進している。
　ヘッダタンク５は、チューブ２の長手方向（以下、チューブ長手方向という）の両端部にてチューブ長手方向と直交する方向に延びて複数のチューブ２と連通するものである。本実施形態では、ヘッダタンク５は、チューブ２の左右端に配置されており、鉛直方向に延びて複数のチューブ２と連通している。このヘッダタンク５は、チューブ２が挿入接合されるコアプレート５１と、コアプレート５１とともにタンク空間を構成するタンク本体部５２とを有して構成されている。
　また、コア部４おけるチューブ２の並設方向（以下、チューブ積層方向という）の両端部には、コア部４を補強するサイドプレート６が設けられている。サイドプレート６は、チューブ長手方向と平行に延びてその両端部がヘッダタンク５に接続されている。
　次に、ヘッダタンク５の詳細な構成を、図２および図３に基づいて説明する。なお、図２では、後述するパッキン５３の図示を省略している。また、図３では、チューブ２および後述するタンク本体部５２の図示を省略している。
　図２および図３に示すように、ヘッダタンク５は、コアプレート５１、タンク本体部５２およびパッキン５３を有して構成されている。コアプレート５１には、チューブ２およびサイドプレート６が挿入接合される。タンク本体部５２は、コアプレート５１と共にヘッダタンク５内の空間であるタンク内空間を構成する。パッキン５３は、コアプレート５１とタンク本体部５２との間をシールするシール部材である。
　本実施形態では、コアプレート５１を、アルミニウム合金製としている。また、タンク本体部５２を、ガラス繊維で強化されたガラス強化ポリアミド等の樹脂製としている。
　そして、パッキン５３をコアプレート５１とタンク本体部５２との間に挟んだ状態で、コアプレート５１の後述するカシメ用爪部５１７をタンク本体部５２に押し付けるように塑性変形させてタンク本体部５２をコアプレート５１にカシメ固定している。本実施形態では、パッキン５３は、チューブ積層方向から見た断面形状が矩形状になっている。なお、本実施形態のパッキン５３は、弾性変形可能なゴム（本例では、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ））により構成されている。
　コアプレート５１は、チューブ２が挿入接合されるチューブ接合面５１１と、パッキン５３が配置されるシール面５１２とを有している。シール面５１２には、タンク本体部５２をカシメ固定する際に、パッキン５３の面圧がかかるようになっている。
　本実施形態では、チューブ接合面５１１およびシール面５１２は、互いに平行になっている。具体的には、チューブ接合面５１１およびシール面５１２は、チューブ長手方向に対して垂直になっている。
　チューブ接合面５１１とシール面５１２とは、チューブ２のチューブ長手方向の端面（以下、チューブ端面２０という）からのチューブ長手方向の距離が、互いに異なっている。本実施形態では、チューブ接合面５１１からチューブ端面２０までのチューブ長手方向の距離が、シール面５１２からチューブ端面２０までのチューブ長手方向の距離よりも短くなっている。すなわち、シール面５１２は、チューブ接合面５１１よりも、チューブ２の長手方向の内側（コア部４に近い側）に配置されている。
　チューブ接合面５１１とシール面５１２とは、チューブ長手方向に対して傾斜した傾斜面５１３を介して接続されている。本実施形態では、傾斜面５１３は、チューブ接合面５１１およびシール面５１２のそれぞれに対して傾斜している。具体的には、シール面５１２と傾斜面５１３との成す角、および、チューブ接合面５１１と傾斜面５１３との成す角は、それぞれ鈍角になっている。
　チューブ接合面５１１および傾斜面５１３には、チューブ２が挿入されてろう付けされるチューブ挿入穴５１１ａがチューブ積層方向に沿って多数形成されている。そして、チューブ２は、チューブ接合面５１１および傾斜面５１３に挿入接合されている。
　また、チューブ接合面５１１および傾斜面５１３には、サイドプレート６が挿入されてろう付けされるサイドプレート挿入穴（図示せず）が、チューブ接合面５１１および傾斜面５１３のそれぞれにおけるチューブ積層方向の両端側に１つずつ形成されている。そして、サイドプレート６は、チューブ接合面５１１および傾斜面５１３に挿入接合されている。
　チューブ挿入穴５１１ａの縁部には、チューブ２の外壁に接触する略筒状のバーリング部５１４が設けている。バーリング部５１４は、チューブ挿入穴５１１ａにバーリング加工を施してチューブ挿入穴５１１ａの寸法をチューブ２の外形寸法と略同一となるように拡げることにより形成されている。なお、同様に、サイドプレート挿入穴の縁部にも、サイドプレート６の外壁に接触する略筒状のバーリング部（図示せず）が設けられている。
　コアプレート５１の傾斜面５１３における隣り合うチューブ２同士の間には、リブ５１５が設けられている。リブ５１５は、傾斜面５１３からヘッダタンク５の外方側（チューブ２の長手方向の内側）に向けて突出するように形成されている。本実施形態では、リブ５１５は、傾斜面５１３におけるヘッダタンク５の内方側端部から外方側端部に亘って形成されている。このように、コアプレート５１にリブ５１５を設けることで、チューブ２とコアプレート５１との間に発生する熱歪みを緩和することができる。
　コアプレート５１は、シール面５１２からコア部４と反対側に向かって略直角に折り曲げられてチューブ積層方向または空気流れ方向に延びる外側壁部５１６を有している。
　タンク本体部５２におけるチューブ２と対向する部位には、ヘッダタンク５の外方側に向けて膨らんだ膨出部５２１が形成されている。これにより、タンク本体部５２の内面とチューブ２の外面とが接触しないように構成されている。
　タンク本体部５２のコアプレート５１側の端部には、他の部位よりも板厚が厚くなっているフランジ部５２２が設けられている。フランジ部５２２は、コアプレート５１のシール面５１２にパッキン５３を介して配置されている。
　ところで、コアプレート５１には、外側壁部５１６からタンク本体部５２側に突出するように形成されたカシメ用爪部５１７が複数設けられている。カシメ用爪部５１７は、タンク本体部５２のフランジ部５２２に対応する部位に配置されている。そして、カシメ用爪部５１７をタンク本体部５２のフランジ部５２２にカシメ固定することによって、タンク本体部５２はコアプレート５１に組み付けられている。
　チューブ２の内部には、二つの扁平面同士を接続するように形成され、チューブ２の耐圧強度を高める内柱部２１が設けられている。本実施形態では、内柱部２１は、チューブ２内部における空気流れ方向の中央部に配置されている。この内柱部２１により、チューブ２内部の流体通路が二つに仕切られている。
　ここで、図２および図３に示すように、コアプレート５１における、傾斜面５１３と外側壁部５１６との間に配置されるとともに、傾斜面５１３および外側壁部５１６の双方に接続されている部位を底部５４という。本実施形態では、傾斜面５１３、外側壁部５１６および底部５４により、パッキン５３を配置するための溝部５１０が形成されている。
　コアプレート５１の底部５４には、パッキン５３が配置されている。このため、底部５４におけるヘッダタンク５の内方側の面の一部が、シール面５１２を構成している。したがって、本実施形態の底部５４は、「コアプレート５１におけるシール面５１２が設けられた部位」を提供し得る。
　コアプレート５１におけるシール面５１２よりもチューブ接合面５１１側（すなわちヘッダタンク５の内方側）には、底部５４と比較して板厚が薄い薄肉部５５が設けられている。薄肉部５５は、コアプレート５１に凹部５６を形成することにより構成されている。薄肉部５５は、コアプレート５１に作用する応力が集中するようになっている。したがって、本実施形態の薄肉部５５は、「応力集中部」を提供し得る。
　薄肉部５５は、コアプレート５１におけるタンク本体部５２と対向する側の面、すなわちヘッダタンク５の内方側の面に設けられている。具体的には、コアプレート５１におけるタンク本体部５２と対向する側の面に、凹部５６が形成されている。また、薄肉部５５は、コアプレート５１における長手方向（本実施形態では、チューブ積層方向）に延びている。
　本実施形態では、薄肉部５５は、コアプレート５１における底部５４と傾斜面５１３との接続部に設けられている。すなわち、薄肉部５５は、コアプレート５１におけるリブ５１５よりもタンク外方側に配置されている。また、薄肉部５５は、コアプレート５１を成形する際に、底部５４と傾斜面５１３との接続部をヘッダタンク５の内方側から押し潰すようにプレス加工を施すことにより形成されている。
　以上説明したように、本実施形態では、コアプレート５１におけるシール面５１２よりもチューブ接合面５１１側に薄肉部５５を設けている。これによれば、チューブ２とコアプレート５１との間に熱膨張差による熱歪みが生じた場合に、薄肉部５５に応力が集中して曲げ起点となり、コアプレート５１（具体的には、底部５４および外側壁部５１６）を積極的に撓ませることができる。このため、コアプレート５１の撓み量が大きくなり、チューブ２とコアプレート５１との間に生じた熱歪みを吸収することができる。したがって、ヘッダタンク５の幅方向寸法（空気流れ方向寸法）を小さくした場合であっても、ヘッダタンク５とチューブ２との根付部に発生する熱歪みを低減することが可能となる。
　また、本実施形態では、薄肉部５５を、コアプレート５１におけるリブ５１５よりもヘッダタンク５外方側に配置している。これによれば、コアプレート５１に、リブ５１５と薄肉部５５との双方を設けることができるので、リブ５１５を設けることによる熱歪み緩和効果と、薄肉部５５を設けることによる熱歪み吸収効果との双方を得ることができる。
　（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態について図４に基づいて説明する。本実施形態では、上記第１実施形態と比較して、凹部５６の配置位置が異なるものである。
　図４に示すように、本実施形態の凹部５６は、コアプレート５１におけるタンク本体部５２と対向しない側の面、すなわちヘッダタンク５の外方側の面に形成されている。このため、薄肉部５５は、コアプレート５１におけるタンク本体部５２と対向しない側の面に設けられている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態の排気熱交換器によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（第３実施形態）
　次に、本開示の第３実施形態について図５に基づいて説明する。本実施形態では、上記第１実施形態と比較して、凹部５６の配置位置が異なるものである。
　図５に示すように、本実施形態の凹部５６は、コアプレート５１におけるタンク本体部５２と対向する側の面およびタンク本体部５２と対向しない側の面の双方に設けられている。このため、本実施形態の薄肉部５５の板厚は、上記第１実施形態の薄肉部５５の板厚よりも薄くなる。
　このため、本実施形態では、チューブ２とコアプレート５１との間に熱膨張差による熱歪みが生じた場合に、コアプレート５１をより積極的に撓ませることができる。このため、コアプレート５１の撓み量がより大きくなり、チューブ２とコアプレート５１との間に生じた熱歪みをより確実に吸収することができる。
　（第４実施形態）
　次に、本開示の第４実施形態について図６に基づいて説明する。本実施形態では、上記第１実施形態と比較して、パッキン５３の形状および凹部５６の配置位置が異なるものである。
　図６に示すように、本実施形態のパッキン５３は、チューブ積層方向から見た断面形状が円形状になっている。このため、パッキン５３は、コアプレート５１に対して点接触している。したがって、本実施形態のシール面５１２は、上記第１実施形態のシール面５１２と比較して面積が小さくなっている。また、凹部５６は、底部５４におけるタンク本体部５２と対向しない側の面に設けられている。
　その他の構成は、第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態の排気熱交換器によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（第５実施形態）
　次に、本開示の第５実施形態について図７に基づいて説明する。本実施形態では、上記第１実施形態と比較して、応力集中部としてバネ構造部５７を採用した点が異なるものである。
　図７に示すように、コアプレート５１におけるシール面５１２よりもチューブ接合面５１１側には、弾性変形可能なバネ構造部５７が設けられている。本実施形態では、コアプレート５１における底部５４と傾斜面５１３との接続部を円弧状に湾曲させることによりバネ構造部５７を形成している。バネ構造部５７は、コアプレート５１に作用する応力が集中するようになっている。したがって、本実施形態のバネ構造部５７は、「応力集中部」を提供し得る。
　本実施形態では、コアプレート５１におけるシール面５１２よりもチューブ接合面５１１側にバネ構造部５７を設けている。これによれば、チューブ２とコアプレート５１との間に熱膨張差による熱歪みが生じた場合に、バネ構造部５７に応力が集中して曲げ起点となり、コアプレート５１（具体的には、底部５４および外側壁部５１６）を積極的に撓ませることができる。このため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
　（第６実施形態）
　次に、本開示の第６実施形態について図８に基づいて説明する。本実施形態では、上記第１実施形態と比較して、コアプレート５１の傾斜面５１３に代えて内側壁部５１８を設けた点が異なるものである。
　図８に示すように、本実施形態のコアプレート５１は、チューブ接合面５１１からコア部４側に向かって略直角に折り曲げられてチューブ積層方向または空気流れ方向に延びる内側壁部５１８を有している。コアプレート５１のチューブ接合面５１１とシール面５１２（底部５４）とは、内側壁部５１８によって接続されている。内側壁部５１８は、空気流れ方向またはチューブ積層方向に対して直交するように構成されている。また、本実施形態の薄肉部５５は、コアプレート５１における底部５４と内側壁部５１８との接続部に設けられている。
　その他の構成は、第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態の排気熱交換器によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、内側壁部５１８を空気流れ方向に対して直交するように構成したので、ヘッダタンク５の空気流れ方向寸法、すなわち幅方向寸法をより小さくすることができる。
　（第７実施形態）
　次に、本開示の第７実施形態について図９に基づいて説明する。本実施形態では、上記第１実施形態と比較して、コアプレート５１において、パッキン５３を配置するための溝部５１０を廃止した点が異なるものである。
　図９に示すように、本実施形態のコアプレート５１は、チューブ接合面５１１とシール面５１２とが同一平面上に配置されている。薄肉部５５は、チューブ接合面５１１とシール面５１２との間に配置されている。
　その他の構成は、第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態の排気熱交換器によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、パッキン５３を配置するための溝部５１０を廃止したので、ヘッダタンク５の空気流れ方向寸法、すなわち幅方向寸法をより小さくすることができる。
　（第８実施形態）
　次に、本開示の第８実施形態について図１０に基づいて説明する。本実施形態では、上記第１実施形態と比較して、ヘッダタンク５の構成が異なるものである。
　図１０に示すように、ヘッダタンク５は、複数のチューブ２が挿入接合されるチューブ接合面５１１を有する箱状に形成されている。本実施形態では、ヘッダタンク５は、アルミニウム合金等の金属により構成されている。
　具体的には、ヘッダタンク５は、チューブ接合面５１１、外側壁部５１６および上側壁部５１９を有する略直方体状に形成されている。外側壁部５１６は、チューブ接合面５１１からチューブ長手方向外側（コア部４と反対側）に向かって略直角に折り曲げられてチューブ積層方向または空気流れ方向に延びる周壁部材である。また、上側壁部５１９は、チューブ接合面５１１と平行に延びるとともに、外側壁部５１６に接続されている。
　チューブ接合面５１１と外側壁部５１６との接続部には、弾性変形可能なバネ構造部５７が設けられている。本実施形態では、コアプレート５１におけるチューブ接合面５１１と外側壁部５１６との接続部を円弧状に湾曲させることによりバネ構造部５７を形成している。バネ構造部５７は、コアプレート５１に作用する応力が集中するようになっている。したがって、本実施形態のバネ構造部５７は、「応力集中部」を提供し得る。
　以上説明したように、本実施形態では、ヘッダタンク５におけるチューブ接合面５１１と外側壁部５１６との接続部にバネ構造部５７を設けている。これによれば、チューブ２とヘッダタンク５との間に熱膨張差による熱歪みが生じた場合に、バネ構造部５７に応力が集中して曲げ起点となり、ヘッダタンク５を積極的に撓ませることができる。このため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
　ところで、上記第１実施形態では、ヘッダタンク５を金属製のコアプレート５１と樹脂製のタンク本体部５２を組み合わせることにより構成しているので、コアプレート５１とタンク本体部５２との間をパッキン５３によりシールする必要がある。これに対し、本実施形態では、ヘッダタンク５を金属により箱状に一体的に形成しているので、パッキン５３を設ける必要がなくなり、部品点数を低減することができる。
　（他の実施形態）
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
　（１）上記実施形態では、コアプレート５１の傾斜面５１３における隣り合うチューブ２同士の間にリブ５１５を設けた例について説明したが、これに限らず、リブ５１５を設けなくてもよい。同様に、上記実施形態では、チューブ挿入穴５１１ａの縁部にバーリング部５１４を設けた例について説明したが、これに限らず、バーリング部５１４を設けなくてもよい。
　（２）上記第７実施形態では、応力集中部としてバネ構造部５７を採用した例について説明したが、応力集中部はこれに限定されない。例えば、応力集中部として、ヘッダタンク５の他の部位より板厚の薄い薄肉部を採用してもよい。
　（３）上記実施形態では、ラジエータ１に本開示の熱交換器を適用した例について説明したが、蒸発器や冷媒放熱器（冷媒凝縮器）等の他の熱交換器においても本開示の適用が可能である。

Claims (6)

  1. 　互いに並設配置されるとともに、内部に流体が流通する複数のチューブ（２）と、
    　前記複数のチューブ（２）の長手方向端部に配置されるとともに、前記複数のチューブ（２）の並設方向に延びて前記複数のチューブ（２）に連通するヘッダタンク（５）とを備え、
    　前記ヘッダタンク（５）は、前記複数のチューブ（２）が接合されるコアプレート（５１）と、前記コアプレート（５１）に固定されるタンク本体部（５２）とを有している熱交換器であって、
    　前記コアプレート（５１）は、前記チューブ（２）が挿入接合されるチューブ接合面（５１１）と、弾性変形可能なシール部材（５３）が配置されるシール面（５１２）とを有しており、
    　前記コアプレート（５１）における前記シール面（５１２）よりも前記チューブ接合面（５１１）側には、当該コアプレート（５１）に作用する応力が集中する応力集中部（５５、５７）が設けられている熱交換器。
  2. 　前記応力集中部（５５、５７）は、前記コアプレート（５１）における前記タンク本体部（５２）と対向する側の面に設けられている請求項１に記載の熱交換器。
  3. 　前記応力集中部（５５、５７）は、前記コアプレート（５１）における長手方向に延びている請求項１または２に記載の熱交換器。
  4. 　前記応力集中部（５５）は、前記コアプレート（５１）における前記シール面（５１２）が設けられた部位（５４）と比較して板厚が薄く形成された薄肉部である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
  5. 　前記応力集中部（５７）は、弾性変形可能なバネ構造部である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
  6. 　互いに並設配置されるとともに、内部に流体が流通する複数のチューブ（２）と、
    　前記複数のチューブ（２）の長手方向端部に配置されるとともに、前記複数のチューブ（２）の並設方向に延びて前記複数のチューブ（２）に連通するヘッダタンク（５）とを備え、
    　前記ヘッダタンク（５）は、前記複数のチューブ（２）が挿入接合されるチューブ接合面（５１１）を有する箱状に形成されている熱交換器であって、
    　前記ヘッダタンク（５）は、前記チューブ接合面（５１１）から前記チューブ（２）の長手方向外側に向かって折り曲げられた外側壁部（５１６）を有しており、
    　前記チューブ接合面（５１１）と前記外側壁部（５１６）との接続部には、前記ヘッダタンク（５）に作用する応力が集中する応力集中部（５７）が設けられている熱交換器。
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