(57)【要約】【課題】  レインフォースを最適な分割位置で分割してレインフォースの３次元曲げ変形を緩和することにより偏平チューブの亀裂・破損を防止でき、安価な構成で耐久性を向上できる熱交換器の提供。【解決手段】  偏平チューブ１ａ内に冷却水が流通する際における前記偏平チューブの平坦部２０の熱歪量をＨ、円弧部２１の熱歪量をＲとした場合、レインフォース7,7を、略Ｒ＝Ｈを満たす位置（分割位置15,16）で分割した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、
前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、
前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、
前記偏平チューブ内に冷却媒体が流通する際における前記偏平チューブの平坦部の熱歪量をＨ、円弧部の熱歪量をＲとした場合、前記レインフォースを、略Ｒ＝Ｈを満たす位置で分割したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、
前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、
前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、
前記偏平チューブ内に冷却媒体が流通する際における前記偏平チューブの平坦部の熱歪量をＨ、円弧部の熱歪量をＲとした場合、前記レインフォースを、Ｒ＝Ｈを満たす位置から±２０ｍｍ以内の位置で分割したことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２記載の熱交換器において、
前記レインフォースをタンクに近接した位置で分割された３つの分割片から構成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、
前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、
前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、
前記レインフォースの幅を３５ｍｍ及び板厚を１．５ｍｍ、コアの偏平チューブの板厚を０．３ｍｍとした場合に、タンクから１１０ｍｍの位置で前記レインフォースを分割したことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、
前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、
前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、
前記レインフォースの幅を４９ｍｍ及び板厚を１．８ｍｍ、コアの偏平チューブの板厚を０．３２ｍｍとした場合に、タンクから１５０ｍｍの位置で前記レインフォースを分割したことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、
前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、
前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、
前記レインフォースの幅を５４ｍｍ及び板厚を１．８ｍｍ、コアの偏平チューブの板厚を０．３ｍｍとした場合に、タンクから１５０ｍｍの位置で前記レインフォースを分割したことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に関し、特に、レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱交換器のレインフォースに掛かる熱応力を緩和するために、タンクにレインフォースを直接固設せずに伸縮可能な波状の伸縮部を設けて固設したり、曲げ変形を容易にするスリットをレインフォースのタンクとの接続部近傍に設ける技術が公知となっている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１４７９７３号公報
【特許文献２】ＵＳＰ５，９５４，１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の発明にあっては、車幅方向の一平面内の曲げに対しては有効に作用するものの、実際のレインフォースには複雑な３次元曲げ変形が生じ、換言すると、レインフォースには捩じり変形が発生し、波状の伸縮部やスリットではなおも偏平チューブに亀裂が生じて冷却媒体の漏れを招来すると共に、特に波状の伸縮部を形成する場合には高価になるという問題があった。
【０００４】
さらに、前記伸縮部等の曲げ変形防止構造をタンクに近接させて設けても変形による偏平チューブの破断防止には所望のように効果がないことも発明者らの研究で明らかになった。
【０００５】
また、特許文献２の発明にあっては、レインフォースを分割して熱応力の緩和を図っているが、最適な分割の位置については特に開示されていない。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、レインフォースを最適な分割位置で分割してレインフォースの３次元曲げ変形を緩和することにより偏平チューブの亀裂・破損を防止でき、安価な構成で耐久性を向上できる熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１記載の発明では、一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、前記偏平チューブ内に冷却媒体が流通する際における前記偏平チューブの平坦部の熱歪量をＨ、円弧部の熱歪量をＲとした場合、前記レインフォースを、略Ｒ＝Ｈを満たす位置で分割したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明では、一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、前記偏平チューブ内に冷却媒体が流通する際における前記偏平チューブの平坦部の熱歪量をＨ、円弧部の熱歪量をＲとした場合、前記レインフォースを、Ｒ＝Ｈを満たす位置から±２０ｍｍ以内の位置で分割したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明では、請求項１または２記載の熱交換器において、前記レインフォースをタンクに近接した位置で分割された３つの分割片から構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明では、一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、前記レインフォースの幅を３５ｍｍ及び板厚を１．５ｍｍ、コアの偏平チューブの板厚を０．３ｍｍとした場合に、タンクから１１０ｍｍの位置で前記レインフォースを分割したことを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明では、一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、前記レインフォースの幅を４９ｍｍ及び板厚を１．８ｍｍ、コアの偏平チューブの板厚を０．３２ｍｍとした場合に、タンクから１５０ｍｍの位置で前記レインフォースを分割したことを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明では、一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、前記レインフォースの幅を５４ｍｍ及び板厚を１．８ｍｍ、コアの偏平チューブの板厚を０．３ｍｍとした場合に、タンクから１５０ｍｍの位置で前記レインフォースを分割したことを特徴とする熱交換器。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明にあっては、コアの偏平チューブ内に冷却媒体が流通する際における前記偏平チューブの平坦部の熱歪量をＨ、円弧部の熱歪量をＲとした場合、前記レインフォースを、略Ｒ＝Ｈを満たす位置で分割したため、レインフォースはコアの変形を不必要に拘束することがなくなり、これによりレインフォースを最適な位置で分割して３次元曲げ変形を緩和できると同時に、偏平チューブの耐久性を向上でき、ひいては熱交換器の耐久性を向上できる。
【００１４】
請求項２記載の発明にあっては、偏平チューブ内に冷却媒体が流通する際における前記偏平チューブの平坦部の熱歪量をＨ、円弧部の熱歪量をＲとした場合、前記レインフォースを、Ｒ＝Ｈを満たす位置から±２０ｍｍ以内の位置で分割したため、偏平チューブの耐久性や車両走行時の振動の影響を配慮しつつレインフォースを最適な位置で分割して３次元曲げ変形を緩和できると同時に、偏平チューブの耐久性を向上でき、ひいては熱交換器の耐久性を向上できる。
【００１５】
請求項３記載の発明にあっては、レインフォースをタンクに近接した位置で分割された３つの分割片から構成したため、最も安定した状態でレインフォースの３次元曲げ変形を効果的に緩和できる。
【００１６】
請求項４記載の発明にあっては、一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、前記レインフォースの幅を３５ｍｍ及び板厚を１．５ｍｍ、コアの偏平チューブの板厚を０．３ｍｍとした場合に、タンクから１１０ｍｍの位置で前記レインフォースを分割したため、一般的に使用される熱交換器におけるレインフォースの最適な分割位置を決定でき、従来の熱交換器の耐久性を向上できる。
【００１７】
請求項５記載の発明にあっては、一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、前記レインフォースの幅を４９ｍｍ及び板厚を１．８ｍｍ、コアの偏平チューブの板厚を０．３２ｍｍとした場合に、タンクから１５０ｍｍの位置で前記レインフォースを分割したため、一般的に使用される熱交換器におけるレインフォースの最適な分割位置を決定でき、従来の熱交換器の耐久性を向上できる。
【００１８】
請求項６記載の発明にあっては、一対のタンクの間に冷却媒体が流通する複数の偏平チューブを備えたコアと、前記コアの両側に配置されて前記一対のタンクに両端部が固設された一対のレインフォースを備え、前記レインフォースが長手方向に部分的または完全に分割された複数の分割片からなる熱交換器において、前記レインフォースの幅を５４ｍｍ及び板厚を１．８ｍｍ、コアの偏平チューブの板厚を０．３２ｍｍとした場合に、タンクから１５０ｍｍの位置で前記レインフォースを分割したため、一般的に使用される熱交換器におけるレインフォースの最適な分割位置を決定でき、従来の熱交換器の耐久性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
なお、本実施例では熱交換器を車両用のラジエータに適用した場合について説明する。
図１は本発明の実施例のラジエータの斜視図、図２は同側面図、図３は図１のＳ３−Ｓ３線における斜視断面図、図４は偏平チューブの拡大断面図、図５はレインフォースの斜視図である。
図６は幅３５ｍｍのレインフォースの分割位置と偏平チューブの熱歪との関係を示す解析線図、図７は幅４９ｍｍのレインフォースの分割位置と偏平チューブの熱歪との関係を示す解析線図、図８は幅５４ｍｍのレインフォースの分割位置と偏平チューブの熱歪との関係を示す解析線図である。
【００２１】
先ず、構成について説明する。
図１、２に示すように本実施例の熱交換器は、エンジン冷却用の冷却水（冷却媒体に相当）を冷却するためのラジエータ１であり、一対のラジエータタンク（タンクに相当）3,3と、ラジエータコア（コアに相当）４と、レインフォース7,7を主要な構成としている。
【００２２】
前記ラジエータタンク3,3はそれぞれの底部がラジエータコア４の上下両側に配置されたチューブプレートT,Tに加締め固定されている。
また、前記ラジエータタンク3,3にはそれぞれ冷却水の出入り口である給排ポートP1,P2が設けられる他、両端部には車両にラジエータを搭載するためのピン９が設けられている。
【００２３】
図３に示すように、前記ラジエータコア４は、チューブプレートT,Tにその両端部が嵌挿固定された複数の偏平チューブ１ａと、各偏平チューブ１ａの間に配置された波状のフィン１ｂで構成されている。
また、図３、４に示すように、前記偏平チューブ１ａはＢ型断面形状に形成された所謂Ｂ型偏平チューブが採用されている。
また、前記フィン１ｂには切り起こし成形されたルーバー１ｄが形成されている。
【００２４】
前記ラジエータコア４の左右両側には一対のレインフォース7,7が配置され、各レインフォース7,7の両端はチューブプレートT,Tに嵌挿固定されている。
具体的には、図５に示すように、前記レインフォース7,7は、長手方向に形成された本体１０と、チューブプレートT,Tに嵌挿固定される差込取り付部11,11と、幅方向両側に立設されたフランジ12,12を備えている。
また、前記本体１０は、ろう付け後に切断される位置に予め部分的が切欠された２箇所のスリット13,13が設けられる他、このスリット13,13に対応する前記フランジ12,12の部分が薄肉部14,14となっており、該薄肉部14,14によってレインフォース7,7は長手方向に一体となっている。
【００２５】
なお、前述したラジエータ１のラジエータタンク3,3を除く全ての構成部材はアルミニウム製であり、各部材が当接する当接部のうち少なくとも一方側にはろう材が被覆されたブレージングシート（クラッド層）が設けられている。
【００２６】
このように構成されたラジエータ１は、ラジエータコア２、レインフォース7,7、チューブプレートT,Tが仮組された状態で図外の熱処理炉内でろう付け処理されて各部が接合された後、チューブプレートT,Tにはラジエータタンク3,3が組みつけられ、一方、レインフォース7,7は各薄肉部14,14で切断されて完全に分割された分割片7a,7b,7cで構成される。
【００２７】
従って、この薄肉部14,14はろう付けされたレインフォース7,7上における分割位置15,16となると共に、切断時に切断カッターはラジエータコア２に接触することなく薄肉部14,14を切断することができる。
【００２８】
次に、前記分割位置15,16について詳述する。
図２に示すラジエータタンク3,3、正確にはチューブプレートT,Tにおける偏平チューブ１ａの付け根から分割位置15,16までの距離Ｗ１を様々な値に設定したラジエータ１を複数用意し、各々のラジエータ１のラジエータコア４の偏平チューブ１ａに冷却水を流通させて、図４に示す偏平チューブ１ａの平坦部２０と円弧部２１における熱歪量の相関関係について台上実験を行った。
【００２９】
なお、実験に用いたラジエータ１は、レインフォース7,7の幅Ｗ２（図２参照）が３５ｍｍ及び板厚が１．５ｍｍであり、偏平チューブ１ａの板厚は０．３ｍｍの一般的なタイプである。
また、熱歪量の計測方法は、レインフォース7,7に最も近い最外端の偏平チューブ１ａ及びその近傍の偏平チューブ１ａの冷却水下流側端部に偏平チューブ１ａの長手方向の歪量を検出するセンサを取り付けて行った。
【００３０】
図６の解析線図に示すように、平坦部２０の熱歪量Ｈで形成される直線Ａは、分割位置15,16がラジエータタンク3,3から離れるにつれて、換言すると、Ｗ１が大きくなるにつれて熱歪量が大きくなる傾向にある。
【００３１】
一方、円弧部２１の熱歪量Ｒで形成される直線Ｂ（一点鎖線で図示）は、分割位置15,16がラジエータタンク3,3から離れるにつれて、換言すると、Ｗ１が大きくなるにつれて熱歪量が小さくなる傾向にあり、直線Ｂは直線Ａと反比例の関係にあることが明らかである。
【００３２】
そして、両直線A,Bが交わる位置Ｃ、つまり、Ｒ＝Ｈを満たす位置であるＷ１が１００ｍｍの位置は、偏平チューブ１ａに作用する熱歪に偏りが無くバランスの良い分割位置であり、レインフォース7,7の３次元曲げ変形が緩和されて偏平チューブ１ａに悪影響がない分割位置であると考えられる。
【００３３】
続いて、Ｗ１を８０ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍにしたそれぞれのラジエータ１について熱疲労耐久実験を行った結果を下記の表に示す。
なお、実験方法は全ての偏平チューブ１ａに温水と冷水を交互に通水して偏平チューブ１ａが亀裂・破損するまでの耐久回数を計測した。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
上記表に示すように、Ｗ１を９０ｍｍにしたラジエータ１の耐久性が最も高く、Ｗ１を１００ｍｍとした場合に比べて、Ｗ１を８０ｍｍ、１５０ｍｍとしたラジエータ１は耐久性が低かった。
さらに、詳しく実験した結果、Ｗ１が１００ｍｍから±２０ｍｍの範囲外になると耐久性が低くなることが判明した。
【００３６】
ここで、偏平チューブ１ａの熱歪量の結果を優先するとＷ１を１００ｍｍに設定することが適当であり、偏平チューブ１ａの耐久性の結果を優先するとＷ１を９０ｍｍに設定することが適当であるが、この実験に用いたレインフォース7,7や偏平チューブ１ａは他のものに比べて幾分剛性が低いため、実際の採用に当たっては車両走行時の振動の影響を考慮してＷ１を１００ｍｍの位置から＋２０ｍｍ以内の位置に設定することが好ましい。
【００３７】
一方、レインフォース7,7や偏平チューブ１ａに十分な剛性が得られ、ラジエータ１の耐久性を優先する場合には、Ｗ１を１００ｍｍの位置から−２０ｍｍ以内の位置に設定することもあり、結果、Ｗ１を１００ｍｍの位置から±２０ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。
【００３８】
なお、一般的なラジエータ１のその他の例として、レインフォース7,7の幅Ｗ２（図２参照）が４９ｍｍ及び板厚が１．８ｍｍ、偏平チューブ１ａの板厚が０．３２ｍｍのタイプについて、同様の台上実験を行った結果、図７に示すように、Ｒ＝Ｈを満たすＷ１が１５０ｍｍの場合に偏平チューブ１ａに作用する熱歪に偏りが無くバランスの良い分割位置であり、レインフォース7,7の３次元曲げ変形が緩和されて偏平チューブ１ａに悪影響がない分割位置であると考えられ、熱疲労耐久実験においてもＷ１を１５０ｍｍとしたラジエータ１が実際の採用に適していた。
【００３９】
同様に、一般的なラジエータ１のその他の例として、レインフォース7,7の幅Ｗ２（図２参照）が５４ｍｍ及び板厚が１．８ｍｍ、偏平チューブ１ａの板厚が０．３ｍｍのタイプについて、同様の台上実験を行った結果、図８に示すように、Ｒ＝Ｈを満たすＷ１が１５０ｍｍの場合に偏平チューブ１ａに作用する熱歪に偏りが無くバランスの良い分割位置で、レインフォース7,7の３次元曲げ変形が緩和されて偏平チューブ１ａに悪影響がない分割位置であると考えられ、熱疲労耐久実験においてもＷ１を１５０ｍｍとしたラジエータ１が実際の採用に適していた。
【００４０】
また、レインフォース7,7の分割位置の数を変更して、換言すると分割片の数を増減させて同様の実験を行ったが、ラジエータタンク3,3に近接した前記最適なＷ１の位置で、且つ、３つの分割片7a,7b,7cで構成した場合が最も優れた効果を得られた。
【００４１】
従って、平坦部２０の熱歪量をＨ、円弧部２１の熱歪量をＲとした場合、レインフォース7,7を、略Ｒ＝Ｈを満たす位置に分割位置15,16を設定して分割することによって、レインフォース7,7の３次元曲げ変形を緩和できると同時に、偏平チューブ１ａの耐久性を向上でき、ひいてはラジエータ１の耐久性を向上できる。
【００４２】
また、レインフォース7,7をＲ＝Ｈを満たす位置から±２０ｍｍ以内の位置で分割することによって、ラジエータ１の耐久性や車両の振動の影響を配慮しつつレインフォース7,7の３次元曲げ変形を緩和できると同時に、偏平チューブ１ａの耐久性を向上でき、ひいてはラジエータ１の耐久性を向上できる。
【００４３】
なお、補足ではあるが、Ｗ１を１０ｍｍ以下に設定すると極端にレインフォース7,7の剛性が低くなるため好ましくない。
【００４４】
次に、本実施例の作用・効果を説明する。
このように構成されたラジエータ１は、給排ポートＰ１から一方のラジエータタンク３内に流入した高温（例えば１１０℃前後）のエンジン冷却水が各偏平チューブ１ａ内を流通する間にフィン１ｂと熱交換されて７０度前後まで冷却された後、他方のラジエータタンク３に流入して給排ポートＰ２から排出される冷却回路となる。
【００４５】
ここで、従来のラジエータにおいては、レインフォースには複雑な３次元曲げ変形が生じ、換言すると、レインフォースには捩じり変形が発生して各偏平チューブに亀裂・破損が生じてしまうという問題があった。
【００４６】
これに対し、本実施例のラジエータ１においては、レインフォース7,7を前述した最適な分割位置15,16で完全に分割して３つの分割片7a,7b,7cで構成したため、安価な構成でレインフォース7,7の３次元曲げ変形を緩和できると同時に、偏平チューブ１ａの耐久性を向上でき、ひいてはラジエータ１の耐久性を向上できる。
【００４７】
以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、本実施例ではレインフォース7,7が分割位置15,16で完全に分割された３つの分割片7a,7b,7cで構成された場合について説明したが、レインフォース7,7は分割位置15,16で完全に分割される必要はなく、分割位置15,16においてレインフォース7,7を長手方向に切欠したスリットをそれぞれ形成して部分的に分割しても同様の効果が得られる。
【００４８】
また、分割位置の数、換言すると分割片の形成数については任意に設定できる。
【００４９】
さらに、本実施例では、レインフォース7,7の両方を分割位置15,16でそれぞれ分割したが、一方のみを分割する場合も有り得る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例のラジエータの斜視図である。
【図２】本実施例のラジエータの側面図である。
【図３】図１のＳ３−Ｓ３線における斜視断面図である。
【図４】偏平チューブの拡大断面図である。
【図５】レインフォースの斜視図である
【図６】幅３５ｍｍのレインフォースの分割位置と偏平チューブの熱歪との関係を示す解析線図である。
【図７】幅４９ｍｍのレインフォースの分割位置と偏平チューブの熱歪との関係を示す解析線図である。
【図８】幅５４ｍｍのレインフォースの分割位置と偏平チューブの熱歪との関係を示す解析線図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｔ  チューブプレート
１  ラジエータ（熱交換器）
１ａ  偏平チューブ
１ｂ  フィン
１ｄ  ルーバー
３  ラジエータタンク（タンク）
４  ラジエータコア（コア）
７  レインフォース
７ａ、７ｂ、７ｃ  分割片
９  ピン
１０  本体
１１  差込取り付部
１２  フランジ
１３  スリット
１４  薄肉部
１５、１６  分割位置
２０  平坦部
２１  円弧部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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