WO2018021029A1

WO2018021029A1 - 熱交換器

Info

Publication number: WO2018021029A1
Application number: PCT/JP2017/025449
Authority: WO
Inventors: 栄一森
Original assignee: カルソニックカンセイ株式会社
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2018-02-01
Also published as: JP2018017415A

Abstract

プレート（１０）とタンク本体（２０）との間に流体を導く流路（９）を形成するタンク（５）を備える熱交換器（１）であって、前記タンク本体（２０）は、前記プレート（１０）に結合されるフランジ部（２２）と、前記フランジ部（２２）から延在して前記流路（９）を形成する側壁部（２４）と、前記側壁部（２４）から湾曲して前記プレート（１０）に対向する湾曲壁部（２５）と、前記側壁部（２４）から前記タンク（５）の外側に突出する外リブ（２７）と、前記側壁部（２４）から前記タンク（５）の内側に突出する内リブ（２８）と、を有する。

Description

熱交換器

　本発明は、熱交換器を構成するタンクの構造に関する。

　ＪＰ２００６－１６２１３５Ａには、複数のチューブに流体を導くタンクを備える熱交換器が開示されている。

　上記熱交換器のタンクは、チューブが接合されたコアプレートと、コアプレートがカシメ固定されるタンク本体と、を備える。

　上記タンク本体は、その外面から突出するリブを有し、リブによってその剛性が高められる。

　しかしながら、上記熱交換器では、限られた設置スペースにおいてリブの突出高さが制限される場合に、タンクの内圧を受けることでタンクが変形し、タンク本体の剛性が十分に得られないおそれある。

　本発明は、限られた設置スペースにおいて特にタンクの内圧に十分に耐え得る熱交換器を提供することを目的とする。

　本発明のある態様によれば、プレートとタンク本体との間に流体を導く流路を形成するタンクを備える熱交換器であって、前記タンク本体は、前記プレートに結合されるフランジ部と、前記フランジ部から延在して流路を形成する側壁部と、前記側壁部から湾曲して前記プレートに対向する湾曲壁部と、前記側壁部から前記タンクの外側に突出する外リブと、前記側壁部から前記タンクの内側に突出する内リブと、を有する熱交換器が提供される。

　上記態様によれば、タンク本体は、外リブの突出高さ又は突出幅が小さい部位の剛性が内リブによって高められることで、その強度が確保される。よって、熱交換器は、限られた設置スペースにおいてタンクの内圧に十分に耐え得る。

図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器の概略正面図である。図２は、タンク本体を示す斜視図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う熱交換器の断面図である。図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿う熱交換器の断面図である。図５は、熱交換器の変形例を示す断面図である。図６は、熱交換器の他の変形例に係るタンク本体を示す斜視図である。図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う熱交換器の断面図である。図８は、図６のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う熱交換器の断面図である。

　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

　図１に示す熱交換器１は、車両用ラジエータとして用いられ、エンジン（図示省略）の冷却液（流体）と外気（流体）との間で熱交換をする。

　熱交換器１は、中央部に設けられるコア６と、コア６の両端に設けられる一対のタンク５と、を備える。

　コア６は、冷却液が流れる複数のチューブ２と、チューブ２と交互に並ぶように積層される複数のフィン３と、フィン３より積層方向外側に設けられる一対のレインフォース４と、各チューブ２及び各レインフォース４の両端部がそれぞれ結合される一対のプレート１０と、を備える。コア６を構成するこれらの部材は、アルミニウムなどの金属によって形成される。コア６は、これらの各部材が互いに接合されて一体化したものである。

　タンク５は、金属製のプレート１０と、樹脂製のタンク本体２０と、によって形成される。タンク５は、プレート１０とタンク本体２０との間に冷却液を導く流路９（図３参照）を形成する。

　一方のタンク５は、各チューブ２に冷却液を分配する。各チューブ２では、その内部を流通する冷却液と、その外部を流通する外気と、の間で熱交換が行われる。他方のタンク５は、各チューブ２から流出した冷却液を集合させる。

　図２及び図３に示すように、タンク本体２０は、チューブ２に接続される側が開口した箱状に形成される。タンク本体２０は、プレート１０に結合される枠状のフランジ部２２と、流路９を介して互いに対向する一対の側壁部２４と、側壁部２４から湾曲してプレート１０に対向する一対の湾曲壁部２５と、一対の湾曲壁部２５を結ぶように延在する天壁部２６と、を有する。

　タンク本体２０は、一方の側壁部２４から突出する筒状のパイプ部２１を有する。パイプ部２１には、冷却液を導く配管が接続される。

　プレート１０は、チューブ２が挿入される孔１１と、フランジ部２２を収容する溝１２と、溝１２のまわりに間隔をもって突出する複数のかしめ爪部１３と、を有する。タンク５の組み立て時に、かしめ爪部１３が折り曲げられることで、かしめ爪部１３がフランジ部２２に押し付けられる。これにより、プレート１０とタンク本体２０とは、互いに結合される。

　溝１２の底部には、環状のシールパッキン８が介装される。シールパッキン８は、ゴム材などの弾性材によって形成される。シールパッキン８は、溝１２とフランジ部２２との間に挟持され、両者の間を密封する。

　ところで、エンジンの運転時に、流路９の圧力（タンク５の内圧）が高まると、タンク本体２０が外側に膨らんで、湾曲壁部２５及びフランジ部２２の付け根部２２Ａの曲率が大きくなる弾性変形をする。このため、流路９の圧力変化によるタンク本体２０の弾性変形が繰り返されると、タンク本体２０の強度が低下したり、シールパッキン８による密封性が低下したりするおそれがある。

　この対処方法として、タンク本体２０は、タンク５の外側に突出する複数の外リブ２７と、外リブ２７に沿ってタンク５の内側に突出する複数の内リブ２８と、を有する。後述するように、タンク本体２０は、外リブ２７及び内リブ２８によってその剛性が高められる。これにより、熱交換器１では、タンク本体２０の強度が確保されるとともに、シールパッキン８による密封性が確保される。

　図３及び図４に示すように、外リブ２７は、隣り合うかしめ爪部１３の間からリブ状（帯板状）に突出する。外リブ２７は、フランジ部２２から突出する基端部２７Ａと、側壁部２４から突出する中程部２７Ｂと、湾曲壁部２５から突出する先端部２７Ｃと、を有する。タンク本体２０は、中心線Ｏについて対称的に形成される。

　外リブ２７は、その突出高さ（肉厚）が基端部２７Ａから中程部２７Ｂを経て先端部２７Ｃへと次第に低くなっている。

　天壁部２６は、プレート１０と平行に配置される平板状に形成される。外リブ２７は、天壁部２６から突出する部位を有さない。これにより、熱交換器１は、タンク５の高さが抑えられ、車両のエンジンルームの限られたスペースに設置することができる。また、タンク本体２０は天壁部２６から突出する部位を持たないため、タンク５の組み立て時に、治具（図示省略）を用いて天壁部２６を押圧する際に、治具からの荷重を天壁部２６に均等に与えることができる。これにより、かしめ爪部１３を折り曲げてプレート１０とタンク本体２０とを結合することが精度良く行われる。

　なお、上記した構成に限らず、タンク本体２０は、これに要求される剛性に応じて、外リブ２７が天壁部２６から突出する部位を有する構成としてもよい。また、天壁部２６は、平板状に限らず、湾曲壁部２５から連続して曲がる湾曲板状に形成される構成としてもよい。

　内リブ２８は、タンク本体２０の内面からリブ状に突出する。内リブ２８は、天壁部２６から突出する基端部２８Ａと、湾曲壁部２５から突出する中程部２８Ｂと、側壁部２４から突出する先端部２８Ｃと、を有する。

　内リブ２８は、その突出高さ（肉厚）が基端部２８Ａから中程部２８Ｂへと次第に高くなり、中程部２８Ｂから先端部２８Ｃへと次第に低くなっている。こうして、タンク本体２０は、内リブ２８の突出高さが側壁部２４から湾曲壁部２５にかけて大きくなっている。

　図２に示すように、外リブ２７は、タンク５の長手方向について隣り合うかしめ爪部１３に対応した間隔をもって突出する。

　なお、図２に矢印で示すように、「タンク５の長手方向」は、タンク本体２０が延在する方向（チューブ２が積層される方向）である。「タンク５の幅方向」は、プレート１０が延在して「タンク５の長手方向」に直交する方向である。また、「タンク５の高さ方向」は、「タンク５の長手方向」及び「タンク５の幅方向」に直交する方向である。

　図４に示すように、外リブ２７及び内リブ２８は、タンク５の長手方向について互いに同じ位置に形成される。外リブ２７及び内リブ２８は、互いに側壁部２４及び湾曲壁部２５を挟むように、タンク５の幅方向に並んでいる。

　外リブ２７及び内リブ２８は、タンク５の幅方向について両者の寸法（幅）を合計した値が略一定になっている。こうして、タンク本体２０では、外リブ２７の突出高さが小さくなる部位において、内リブ２８の突出高さが大きくなっている。

　次に、本実施形態の効果について説明する。

　本実施形態によれば、プレート１０とタンク本体２０との間に流体を導く流路９を形成するタンク５は、タンク本体２０は、プレート１０に結合される枠状のフランジ部２２と、フランジ部２２から延在して流路９を形成する一対の側壁部２４と、一対の側壁部２４から曲折してプレート１０に対向する一対の湾曲壁部５５と、一対の湾曲壁部５５から延在して流路９を形成する天壁部２６と、側壁部２４からタンク５の外側に突出する外リブ２７と、側壁部２４からタンク５の内側に突出する内リブ２８と、を有する構成である。

　上記構成によれば、タンク本体２０は、外リブ２７の突出高さ又は突出幅が小さい部位の剛性が内リブ２８によって高められることで、その強度が確保される。さらに、外リブ２７の突出幅が小さくなることによって、プレート１０は、かしめ爪部１３のかしめ幅を大きくすることが可能になる。これにより、プレート１０の剛性が高められ、シールパッキン８による密封性が確保される。よって、熱交換器１は、限られた設置スペースにおいてタンク５の内圧に十分に耐え得る。

　また、プレート１０は、タンク本体２０のフランジ部２２に係合する複数のかしめ爪部１３を有し、外リブ２７は、隣り合うかしめ爪部１３の間からフランジ部２２と側壁部２４とにわたって突出する構成である。

　上記構成によれば、外リブ２７によってフランジ部２２の付け根部２２Ａの剛性が高められることにより、流路９の圧力上昇によってフランジ部２２の付け根部２２Ａの曲率が変化する弾性変形が抑えられる。これにより、プレート１０のかしめ爪部１３による結合力が維持され、シールパッキン８によるタンク５の密封性が保たれる。そして、流路９の圧力変化が繰り返される場合にも、付け根部２２Ａに亀裂などが生じることが防止される。

　また、内リブ２８は、側壁部２４と湾曲壁部２５にわたって突出する構成である。

　上記構成によれば、内リブ２８によって湾曲壁部２５の剛性が高められることにより、流路９の圧力上昇によって湾曲壁部２５の曲率が変化する弾性変形が抑えられる。これにより、流路９の圧力変化が繰り返される場合にも、湾曲壁部２５に亀裂などが生じることが防止される。よって、熱交換器１は、限られた設置スペースにおいてタンク５の内圧に十分に耐え得る。

　また、内リブ２８は、その突出高さが側壁部２４から湾曲壁部２５にかけて大きくなるように形成される構成である。

　上記構成によれば、内リブ２８によって湾曲壁部２５の剛性が有効に高められ、湾曲壁部２５に亀裂などが生じることが防止される。よって、熱交換器１は、タンク５の内圧に十分に耐え得る。

　また、外リブ２７及び内リブ２８は、タンク５の長手方向について互いに同じ位置に形成される構成である。

　上記構成によれば、外リブ２７及び内リブ２８は、互いにタンク５の幅方向に並ぶように配置される。これにより、タンク本体２０は、外リブ２７の突出高さ又は突出幅が小さい部位の剛性をその裏側から突出する内リブ２８によって有効に高められる。よって、熱交換器１は、タンク５の内圧に十分に耐え得る。

　次に、図５に示す変形例について説明する。

　本変形例に係るタンク本体３０では、外リブ２７及び内リブ３８がタンク５の長手方向について互いに異なる位置に形成される。

　この場合に、タンク本体３０は、外リブ２７及び内リブ３８が交互に突出することにより、側壁部２４及び湾曲壁部２５の剛性をタンク５の長手方向について均一化して高められる。

　次に、図６から図８に示す他の変形例について説明する。

　本変形例に係るタンク４５の内部には、オイルクーラを構成する内蔵コア４６が収容される。内蔵コア４６は、積層される複数のエレメント４７を有する。エレメント４７では、内部を流通するエンジンのオイル（流体）と、流路９を流通する冷却液（流体）と、の間で熱交換が行われる。

　タンク４５のタンク本体５０は、内蔵コア４６が取り付けられる取り付け壁部５１を有する。取り付け壁部５１には、開口部５３が形成される。開口部５３には、オイルを導くパイプ（図示省略）が挿入される。

　図７は、取り付け壁部５１を含むタンク本体５０の断面図である。取り付け壁部５１に対向する側壁部５４には、その外面から突出する外リブ５９が形成される。

　取り付け壁部５１は、これに結合される内蔵コア４６によって剛性が確保される。取り付け壁部５１の内面５１Ａには、内リブが形成されない。このため、取り付け壁部５１の内側には、内蔵コア４６を収容するスペースが確保される。

　図８は、取り付け壁部５１を含まない部位におけるタンク本体５０の断面図である。この部位において、タンク本体５０は、中心線Ｏについて対称的に形成される。タンク本体５０は、タンク４５の外側に突出する複数の外リブ５７と、タンク４５の内側に突出する複数の内リブ５８と、を有する。

　内リブ５８は、湾曲壁部５５と側壁部５４との間にわたって略一定の突出高さを有するリブ状に突出する。内リブ５８の突出高さが抑えられることにより、湾曲壁部５５及び側壁部５４の内側に内蔵コア４６を収容するスペースが確保される。

　外リブ５７は、フランジ部５２と湾曲壁部５５との間にわたってリブ状に突出する。外リブ５７の突出高さは、フランジ部５２に連接する部位から湾曲壁部５５に連接する部位へと次第に高くなる。

　ここで、エンジンの運転時に、流路９の圧力変化によって湾曲壁部５５の弾性変形が繰り返されると、タンク本体５０の強度が低下するおそれがある。

　これに対処して、本変形例では、内リブ５８の突出高さと、外リブ５７の突出高さと、を合わせた寸法（厚さ）が、フランジ部５２に連接する部位から湾曲壁部５５に連接する部位へと次第に大きくなっている。

　よって、タンク本体５０は、内リブ５８及び外リブ５７によって湾曲壁部５５の剛性が有効に高められる。これにより、流路９の圧力変化が繰り返される場合にも、湾曲壁部２５に亀裂などが生じることが防止される。よって、熱交換器１は、タンク５の内圧に十分に耐え得る。

　外リブ５７は、天壁部５６から突出する部位を有さない。これにより、熱交換器１は、タンク５の高さが抑えられ、車両のエンジンルームの限られたスペースに設置することができる。

　なお、上記した構成に限らず、タンク本体３０に要求される剛性に応じて、外リブ５７が天壁部５６から突出する部位を有する構成としてもよい。

　本実施形態によれば、外リブ５７は、側壁部５４から湾曲壁部５５にわたって突出し、外リブ５７の突出高さが側壁部５４から湾曲壁部５５にかけて高くなるように形成される構成とした。

　上記構成に基づき、熱交換器１は、外リブ５７、５９及び内リブ５８によってタンク本体５０の剛性を確保することと、湾曲壁部５５に対する内リブ５８の突出高さを外リブ５７の突出高さより低くすることで内蔵コア４６の収容スペースを確保することと、が両立される。

　本発明は、ラジエータに限らず、車両に搭載される他の熱交換器にも適用できる。また、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。

　本願は、２０１６年７月２５日に日本国特許庁に出願された特願２０１６－１４５６２６に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

　プレートとタンク本体との間に流体を導く流路を形成するタンクを備える熱交換器であって、
　前記タンク本体は、
　前記プレートに結合されるフランジ部と、
　前記フランジ部から延在して前記流路を形成する側壁部と、
　前記側壁部から湾曲して前記プレートに対向する湾曲壁部と、
　前記側壁部から前記タンクの外側に突出する外リブと、
　前記側壁部から前記タンクの内側に突出する内リブと、を有する、
熱交換器。
　請求項１に記載の熱交換器であって、
　前記プレートは、前記フランジ部に係合する複数のかしめ爪部を有し、
　前記外リブは、隣り合う前記かしめ爪部の間から前記フランジ部と前記側壁部とにわたって突出する、
熱交換器。
　請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
　前記内リブは、前記側壁部から前記湾曲壁部にわたって突出する、
熱交換器。
　請求項３に記載の熱交換器であって、
　前記内リブの突出高さが前記側壁部から前記湾曲壁部にかけて大きくなる、
熱交換器。
　請求項１から４のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
　前記外リブ及び前記内リブは、前記タンクの長手方向について同じ位置に形成される、
熱交換器。
　請求項１から４のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
　前記外リブ及び前記内リブは、前記タンクの長手方向について異なる位置に形成される、
熱交換器。
　請求項１から６のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
　前記タンクの内部に収容される内蔵コアをさらに備え、
　前記内蔵コアでは、その内部を流通する流体と前記流路を流通する流体との間で熱交換が行われる、
熱交換器。
　請求項７に記載の熱交換器であって、
　前記外リブは、前記側壁部から前記湾曲壁部にわたって突出し、
　前記外リブの突出高さが前記側壁部から前記湾曲壁部にかけて大きくなる、
熱交換器。