JP2005069567A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィンが規定位置からずれてしまうことを抑制する。
【解決手段】 ベース部６ａの長手方向端部側のうち、チューブ２とインサート６（ベース部６ａ）との間に配置されたフィン３が存在する部位に対応する部位にフィン３側に突出する突出部６ｃを設ける。これにより、インサート６とチューブ２との距離のうち突出部６ｃが設けられた部位は、他の部位より小さくなる。このため、インサート６にフィン３から曲げモーメントを受けたときに、チューブ２から離れるようにインサート６が撓んでも、突出部６ｃが設けられた部位におけるインサート６とチューブ２との距離が過度に大きくなってしまうことを防止できる。したがって、インサート６の長手方向端部側においても、フィン３を十分に拘束することができるので、フィン３が規定位置からずれてしまうことを抑制することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱交換器に関するもので、車両用エンジン等の内燃機関の冷却水を冷却するいわゆるマルチフロー型のラジエータに適用して有効である。

マルチフロー型のラジエータとは、エンジン冷却水が流れる扁平状に形成された複数本のチューブ、及びこれらチューブの外表面に接合されて流体の熱交換を促進するフィンを有するコア部と、チューブの長手方向端部にてチューブの長手方向と直交する方向に延びて複数本のチューブと連通するヘッダタンクと、コア部の端部にてチューブの長手方向と略平行に延びて前記コア部を補強するインサートとを備えるものである（例えば、特許文献１参照）。

そして、チューブおよびインサートは、ヘッダタンクに挿入された状態でろう付け等のろう接によりコアプレートに接合されている。

なお、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」（東京電機大学出版局）に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言う。

因みに、融点が４５０℃以上の溶加材を用いて接合するときをろう付けと言い、その際の溶加材をろう材と呼び、融点が４５０℃以下の溶加材を用いて接合するときをはんだ付けと言い、その際の溶加材をはんだと呼ぶ。
特開平１１−２４１８９５号公報

ところで、フィン、インサート、チューブ及びコアプレートは同時にろう付けされ、かつ、ろう付け時には、当然ながらフィン、インサート、チューブ及びコアプレートはろう材の融点以上の所定温度まで加熱される。

このとき、フィンとチューブとをろう付けするためにチューブの外表面に被覆されているろう材は溶けて流れるので、チューブの厚みがろう付け前に比べて小さくなる。

そこで、通常、フィンとチューブとを組み付ける際には、波状に形成されたフィンを押し潰すように弾性変形させて、ろう付けにチューブの厚みが小さくなってもフィンとチューブとの接触状態を維持することができるようにしている。したがって、チューブ及びインサートは、常に、反作用としてフィンから曲げモーメントを受けていることとなる。

ここで、「波状に形成されたフィンを押し潰すように弾性変形させて」とは、山部及び谷部等の折り曲げ部の内角が、自由状態に比べて大きくなるようにすることを意味しており、押し潰された状態では、フィン高さ、つまり隣り合う山部と谷部との高低差が自由状態に比べて小さい。

そして、ろう材が溶けてチューブの厚みが小さくなると、フィンを押し潰す拘束力が低下するので、折り曲げ部の内角が小さくなるように弾性変形してフィン高さが高くなる。

ところで、前述のごとく、インサートには、フィンを押し潰す拘束力の反力として、フィンから曲げモーメントを受けるが、図４に示すように、インサート６の長手方向端部は、ヘッダタンクを構成するコアプレート５ａに挿入された状態でコアプレート５ａに接合されるので、インサート６の長手方向端部側には、インサート６の曲げ剛性を高めるリブ６ｂを設けることができない。

このため、インサート６の長手方向端部側の曲げ剛性（断面二次モーメント）が、インサート６の長手方向中間部の曲げ剛性に比べて小さくなってしまい、フィン３に十分な拘束力を作用させることができないので、フィン３のうちインサート６の長手方向端部に対応する部位が、規定位置からずれてしまう不具合が発生する。

ここで、フィン３が規定位置からずれる現象としては、フィン３がコアプレート５ａに接触してしまう、又はフィン３がコア面からはみ出してしまう等がある。

そして、フィン３がコアプレート５ａに接触してしまうと、ろう接時に、コアプレート５ａの表面に被覆（クラッド）された溶加材が、チューブ２とコアプレート５ａとの接合部に流れずフィン３に流れてしまい、チューブ２とコアプレート５ａとを液密にろう接できないといった不具合が発生してしまう。

また、フィン３がコア面からはみ出してしまうと、コア幅、つまりラジエータの外形寸法のうち冷却風の流通方向と平行な部位の寸法が拡大してしまうので、ラジエータを設置したときに送風機等のその他の部品と干渉してしまうおそれがあるとともに、チューブ２とフィン３との接合面積が減少してしまうので、チューブ２からフィン３への伝熱量が減少し、ラジエータの放熱能力が低下してしまうおそれがある。

本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な熱交換器を提供し、第２には、フィンが規定位置からずれてしまうことを抑制することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、流体が流れる扁平状に形成された複数本のチューブ（２）、及びこれらチューブ（２）の外表面に接合されて流体の熱交換を促進するフィン（３）を有するコア部（４）と、チューブ（２）の長手方向端部にてチューブ（２）の長手方向と直交する方向に延びて複数本のチューブ（２）と連通するヘッダタンク（５）と、コア部（４）の端部にてチューブ（２）の長手方向と略平行に延びてコア部（４）を補強するとともに、長手方向両端部がヘッダタンク（５）に接合されたインサート（６）とを備え、インサート（６）の長手方向端部側のうち、チューブ（２）とインサート（６）との間に配置されたフィン（３）が存在する部位に対応する部位には、フィン（３）側に突出する突出部（６ｃ）が設けられていることを特徴とする。

これにより、インサート（６）とチューブ（２）との距離のうち突出部（６ｃ）が設けられた部位は、他の部位より小さくなる。

このため、インサート（６）にフィン（３）から曲げモーメントを受けたときに、チューブ（２）から離れるようにインサート（６）が撓んでも、突出部（６ｃ）が設けられた部位におけるインサート（６）とチューブ２との距離が過度に大きくなってしまうことを防止できる。

したがって、インサート（６）の長手方向端部側においても、フィン（３）を十分に拘束することができるので、フィン（３）が規定位置からずれてしまうことを抑制することができる。

請求項２に記載の発明では、突出部（６ｃ）の突出寸法（ｈ）は、フィン（３）の厚み寸法（ｔ）の２倍以下の所定値であることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明では、フィン（３）は多数個の折り曲げ部とこの折り曲げ部間を繋ぐ繋ぎ部を有して波状に形成されており、さらに、突出部（６ｃ）のうちインサート（６）の長手方向と平行な部位に寸法（Ｗ）は、フィン（３）のピッチ寸法（ｆｐ）の３倍以上の所定値であることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明では、突出部（６ｃ）は、プレス加工によりインサート（６）に一体成形されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明では、チューブ（２）、フィン（３）およびインサート（６）は、アルミニウム合金製であり、さらに、チューブ（２）とフィン（３）、およびフィン（３）とインサート（６）とは、ろう接により接合されていることを特徴とするものである。

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本実施形態は、本発明に係る熱交換器を車両用エンジンを冷却したエンジン冷却水と大気（空気）とを熱交換するラジエータ１に適用したものであり、図１はラジエータ１の正面図であり、図２は本実施形態の要部を示す図であり、図３は図２のＡ部拡大図である。

図１中、チューブ２はエンジン冷却水が流れる管であり、このチューブ２は、空気の流通方向（紙面垂直方向）が長径方向と一致するように扁平状に形成されているとともに、その長手方向が鉛直方向に一致するように水平方向に複数本平行に配置されている。

また、チューブ２の両側の扁平面２ａ（図２参照）には、多数個の折り曲げ部とこの折り曲げ部間を繋ぐ繋ぎ部を有して波状に成形されたフィン３が接合されており、このフィン３により空気との伝熱面積を増大させてエンジン冷却水と空気との熱交換を促進している。なお、以下、チューブ２及びフィン３からなる略矩形状の熱交換部をコア部４と呼ぶ。

ヘッダタンク５は、チューブ２の長手方向端部（本実施形態では、上下端）にてチューブ２の長手方向と直交する方向（本実施形態では、水平方向）に延びて複数本のチューブ２と連通するもので、このヘッダタンク５は、チューブ２が挿入接合されたコアプレート５ａ、及びコアプレート５ａと共にタンク内空間を構成するタンク本体５ｂを有して構成されている。

なお、本実施形態では、コアプレート５ａを金属（例えば、アルミニウム合金）製とし、タンク本体５ｂを樹脂製とするとともに、図２に示すように、コアプレート５ａの縁部全周に設けられた凹状の溝部５ｃにゴム等の弾性材からなるパッキン（図示せず。）を配置し、このパッキンにてタンク本体５ｂとコアプレート５ａとの隙間を液密に密閉している。

因みに、タンク本体５ｂは、コアプレート５ａの一部５ｄをタンク本体５ｂに押し付けるようにして塑性変形させることにより、コアプレート５ａにカシメ固定されている。

また、コア部４の端部には、チューブ２の長手方向と略平行に延びてコア部４を補強するインサート６が設けられており、このインサート６は、チューブ２の扁平面２ａと略平行な面を有してチューブ２の長手方向と略平行に延びるベース部６ａ、及びベース部６ａに対して略直交する方向（本実施形態では、水平方向）に突出してチューブ２の長手方向と略平行に延びるリブ６ｂを有して構成されている。

なお、本実施形態に係るインサート６では、リブ６ｂは、ベース部６ａのうちベース部６ａの長手方向と直交する方向両端側にそれぞれに設けられているため、インサート６の断面形状は、コア部４と反対側が開いた略コの状断面となる。

そして、ベース部６ａの長手方向端部は、コアプレート５ａに挿入された状態でコアプレート５ａに接合され、ベース部６ａの長手方向端部側のうち、チューブ２とインサート６（ベース部６ａ）との間に配置されたフィン３が存在する部位に対応する部位には、このフィン３側に突出する突出部６ｃがプレス加工等の塑性加工にてインサート６に一体形成されている。

また、フィン３は、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、ろう接時に、コアプレート５ａの表面に被覆（クラッド）された溶加材が、チューブ２とコアプレート５ａとの接合部に流れずフィン３に流れてしまい、チューブ２とコアプレート５ａとを液密にろう接できないといった不具合が発生しないように、コアプレート５ａから所定寸法離れた位置に配置されているため、突出部６ｃも、コアプレート５ａから所定寸法ずれた位置から所定範囲に渡って形成されている。

具体的には、コアプレート５ａから突出部６ｃまでの寸法Ｌ（図３参照）をフィン３のフィンピッチ寸法ｆｐ（図３参照）の約１倍以上とするとともに、突出部６ｃのうちインサート６の長手方向と平行な部位に寸法Ｗ（図３参照）をフィンピッチ寸法ｆｐの３倍以上の所定値としている。また、突出部６ｃの突出寸法ｈ（図３参照）をフィン３の厚み寸法ｔ（図３参照）の２倍以下、０．０３ｍｍ以上の所定値としている。

因みに、本実施形態では、フィンピッチ寸法ｆｐを３．５ｍｍとし、フィン３の厚み寸法ｔを０．０６ｍｍとし、コアプレート５ａから突出部６ｃまでの寸法Ｌを２ｍｍとし、突出部６ｃのうちインサート６の長手方向と平行な部位に寸法Ｗを１５ｍｍとし、突出部６ｃの突出寸法ｈを０．０７ｍｍとしている。なお、フィンピッチ寸法ｆｐとは、隣り合う折り曲げ部間の距離である。

また、本実施形態では、チューブ２、フィン３、コアプレート５ａ及びインサート６等の金属部品は、全てろう接に接合されており、本実施形態では、母材であるチューブ２、フィン３、コアプレート５ａは全てアルミニウム合金であり、ろう接時の溶加材としてＡ４０４５等のアルミニウムを用いているので、本実施形態では、チューブ２、フィン３、コアプレート５ａ及びインサート６等の金属部品は、全てろう付けにて接合されていることとなる。

因みに、本実施形態では、チューブ２は表面を溶加材（ろう材）に被覆（クラッド）されたクラッド材であり、コアプレート５ａは、少なくともコア部４側の面を溶加材（ろう材）に被覆（クラッド）されたクラッド材であり、フィン３はローラ成形法により製造され、コアプレート５ａ及びインサート６はプレス成形にて製造される。

なお、図１中、流入口７ａはエンジンのエンジン冷却水出口側に接続され、冷媒流出口７ｂはエンジンのエンジン冷却水入口側に接続される。

ピン８はラジエータ１を車両ボディ側、つまりキャリア（ラジエータサポート又はフロントエンドパネル）に組み付けるための突起部であり、キャップ９は、加圧式のラジエータキャップであり、プラグ１０はラジエータ１からエンジン冷却水を抜くためのドレン口を閉塞する栓である。

次に、本実施形態に係るラジエータ１の製造方法の概略を述べる。

フィン３、チューブ２及びインサート６を、図２に示すように組み付けた後、ワイヤー等の治具によりその組み付けた状態を維持したまま、炉内で加熱してフィン３、チューブ２及びインサート６をろう接する。

そして、フィン３、チューブ２及びインサート６を組み付ける際には、フィン３を押し潰すように弾性変形させて、ろう付けにフィン３の厚みが小さくなってもフィン３とチューブ２との接触状態を維持することができるようにする。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

ベース部６ａの長手方向端部側のうち、チューブ２とインサート６（ベース部６ａ）との間に配置されたフィン３が存在する部位に対応する部位には、このフィン３側に突出する突出部６ｃが設けられているので、ベース部６ａ、つまりインサート６とチューブ２との距離のうち突出部６ｃが設けられた部位は、他の部位より小さくなる。

このため、インサート６にフィン３から曲げモーメントを受けたときに、チューブ２から離れるようにインサート６が撓んでも、突出部６ｃが設けられた部位におけるインサート６とチューブ２との距離が過度に大きくなってしまうことを防止できる。

したがって、インサート６の長手方向端部側においても、フィン３を十分に拘束することができるので、フィン３が規定位置からずれてしまうことを抑制することができる。

なお、突出部６ｃの突出寸法ｈを過度に大きくすると、フィン３の拘束力は高めることはできるものの、フィン３を押し潰す力が大きくなるので、フィン３が座屈してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、前述のごとく、突出部６ｃの突出寸法ｈをフィン３の厚み寸法ｔの２倍以下の所定値としている。

また、上述の実施形態では、チューブ２、フィン３、コアプレート５ａ及びインサート６等の金属部品はをろう付けにて接合したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばはんだ付けしてもよい。

また、上述の実施形態では、突出部６ｃをプレス加工でインサート６に一体形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の実施形態に係るラジエータの正面図である。 本実施形態に係るラジエータの要部を示す図である。 図２のＡ部拡大図である。 従来の技術に係るラジエータの要部を示す図である。

符号の説明

２…チューブ、３…フィン、４…コア部、５ａ…コアプレート、
６…インサート、６ａ…ベース部、６ｂ…リブ、６ｃ…突出部。

Claims (5)

1. 流体が流れる扁平状に形成された複数本のチューブ（２）、及びこれらチューブ（２）の外表面に接合されて流体の熱交換を促進するフィン（３）を有するコア部（４）と、
   前記チューブ（２）の長手方向端部にて前記チューブ（２）の長手方向と直交する方向に延びて前記複数本のチューブ（２）と連通するヘッダタンク（５）と、
   前記コア部（４）の端部にて前記チューブ（２）の長手方向と略平行に延びて前記コア部（４）を補強するとともに、長手方向両端部が前記ヘッダタンク（５）に接合されたインサート（６）とを備え、
   前記インサート（６）の長手方向端部側のうち、前記チューブ（２）と前記インサート（６）との間に配置された前記フィン（３）が存在する部位に対応する部位には、前記フィン（３）側に突出する突出部（６ｃ）が設けられていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記突出部（６ｃ）の突出寸法（ｈ）は、前記フィン（３）の厚み寸法（ｔ）の２倍以下の所定値であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記フィン（３）は多数個の折り曲げ部とこの折り曲げ部間を繋ぐ繋ぎ部を有して波状に形成されており、
   さらに、前記突出部（６ｃ）のうち前記インサート（６）の長手方向と平行な部位に寸法（Ｗ）は、前記フィン（３）のピッチ寸法（ｆｐ）の３倍以上の所定値であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記突出部（６ｃ）は、プレス加工により前記インサート（６）に一体成形されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
5. 前記チューブ（２）、前記フィン（３）および前記インサート（６）は、アルミニウム合金製であり、
   さらに、前記チューブ（２）と前記フィン（３）、および前記フィン（３）と前記インサート（６）とは、ろう接により接合されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器。

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