(57)【要約】【課題】  チューブの破壊寿命を低下させることなく、チューブの板厚の薄肉化を可能にする。【解決手段】  チューブ１０の端部をタンク２に挿入して接合した熱交換器において、挿入穴はチューブ長手方向Ｘで且つタンク２の外側に向かって凸となる凸状部位２１０に設けられる。また、チューブ１０の外周面の周長をＡとし、チューブ１０とタンク２の接合部位の周長をＢとし、Ｂ／Ａを接合部長さ比としたとき、接合部長さ比が１．１５以上である。接合部長さ比が大きくなるほどチューブ１０に発生する応力が分散されて応力が小さくなり、特に、接合部長さ比を１．１５以上にした場合、接合部長さ比が１．０のものと比較して応力は半減する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数積層配置された扁平形状のチューブ（１０）と、
前記チューブ（１０）におけるチューブ長手方向（Ｘ）の端部に配置され、前記多数のチューブ（１０）と連通するタンク（２、３）とを備え、
前記チューブ（１０）におけるチューブ長手方向（Ｘ）の端部を前記タンク（２、３）の挿入穴（２１１）に挿入して接合した熱交換器において、
前記挿入穴（２１１）はチューブ長手方向（Ｘ）で且つ前記タンク（２、３）の外側に向かって凸となる凸状部位（２１０）に設けられ、
前記チューブ（１０）の外周面の周長をＡとし、前記チューブ（１０）と前記タンク（２、３）の接合部位の周長をＢとし、Ｂ／Ａを接合部長さ比としたとき、前記接合部長さ比が１．１５以上であることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記接合部長さ比が１．４以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記チューブ（１０）および前記タンク（２、３）は、アルミニウム製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。
【請求項４】
前記タンク（２、３）は、チューブ積層方向（Ｙ）に見たときの形状が略矩形であ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。
【請求項５】
前記タンク（２、３）は、チューブ積層方向（Ｙ）に延びる筒状部を有し、
前記筒状部は、前記挿入穴（２１１）が形成された板部材（２１）と前記挿入穴（２１１）が形成されていない板部材（２２）とを含む複数の板部材を接合して形成されていることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
チューブ長手方向（Ｘ）およびチューブ積層方向（Ｙ）に対してともに直交する方向の前記チューブ（１０）の外形寸法をチューブ幅Ｃとし、
チューブ長手方向（Ｘ）およびチューブ積層方向（Ｙ）に対してともに直交する方向の前記タンク（２、３）の外形寸法をタンク幅Ｄとしたとき、
前記タンク幅Ｄが前記チューブ幅Ｃの１．５倍以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を熱交換させる熱交換器に関するもので、特に水冷エンジンの冷却水の熱を大気中に放熱する車両用ラジエータに適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器は、多数のチューブと多数のコルゲートフィンとを交互に積層してコア部を構成している。そして、チューブにおけるチューブ長手方向の端部をタンクの挿入穴に挿入して接合している。また、コア部を補強するために、コア部におけるチューブ積層方向の両端部にサイドプレートを配置している（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
ところで、この熱交換器を車両用ラジエータとして用いる場合、サイドプレートにはエンジン冷却水は流れず、チューブにはエンジン冷却水が流れる。サイドプレートはコルゲートフィンと接合されており冷却風で冷却される。このため、チューブとサイドプレートには温度差が生じ、チューブとサイドプレートの熱膨張差が発生する。
【０００４】
また、コア部の各部位での冷却風量にバラツキがある場合は、多数のチューブはその配置位置によって温度差が生じ、チューブ間の熱膨張差が発生する。
【特許文献１】実用新案登録第３０５９９７１号公報
【特許文献２】特開平１１−３３７２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そして、特許文献１に示された熱交換器は、チューブとサイドプレートの熱膨張差を吸収する変形部をサイドプレートに設けているため、チューブとサイドプレートの熱膨張差による応力は緩和される。
【０００６】
しかしながら、チューブ間の熱膨張差を吸収することはできないため、チューブにはチューブ間の熱膨張差による応力が発生する。したがって、チューブの板厚を現状よりもさらに薄くすると、熱膨張差による応力によってチューブが破損する恐れがあり、すなわち、チューブの破壊寿命を低下させる恐れがあるため、チューブの板厚を薄くすることが困難になっている。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、チューブの破壊寿命を低下させることなく、チューブの板厚の薄肉化を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、多数積層配置された扁平形状のチューブ（１０）と、チューブ（１０）におけるチューブ長手方向（Ｘ）の端部に配置され、多数のチューブ（１０）と連通するタンク（２、３）とを備え、チューブ（１０）におけるチューブ長手方向（Ｘ）の端部をタンク（２、３）の挿入穴（２１１）に挿入して接合した熱交換器において、挿入穴（２１１）はチューブ長手方向（Ｘ）で且つタンク（２、３）の外側に向かって凸となる凸状部位（２１０）に設けられ、チューブ（１０）の外周面の周長をＡとし、チューブ（１０）とタンク（２、３）の接合部位の周長をＢとし、Ｂ／Ａを接合部長さ比としたとき、接合部長さ比が１．１５以上であることを特徴とする。
【０００９】
これによると、接合部長さ比が大きくなるほどチューブに発生する応力が分散されて応力が小さくなり、図５に示すように、特に、接合部長さ比を１．１５以上にした場合、接合部長さ比が１．０のものと比較して応力は半減する。したがって、チューブの破壊寿命を低下させることなく、チューブの板厚を薄くすることが可能になる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の熱交換器において、接合部長さ比が１．４以下であることを特徴とする。
【００１１】
ところで、チューブとタンクの接合が良好に行われるように、チューブの端部をタンクの挿入穴に挿入後、チューブの端部近傍を口拡治具にて広げてチューブとタンクの接合予定部を密着させる場合がある。
【００１２】
そして、接合部長さ比が大きくなると、挿入穴の凸形状の度合いが強くなって、チューブの端部から接合予定部までの距離が増加するため、接合予定部を密着させることが困難になってくる。これに対し、請求項２に記載の発明のように、接合部長さ比を１．４以下にした場合には、接合予定部を確実に密着させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の熱交換器において、チューブ（１０）およびタンク（２、３）は、アルミニウム製であることを特徴とする。
【００１４】
ところで、チューブをアルミニウム製とし、タンクを樹脂製にした熱交換器においては、チューブとサイドプレートの熱膨張差やチューブ間の熱膨張差が樹脂製タンクによって吸収されるため、チューブに発生する応力は緩和される。
【００１５】
一方、チューブおよびタンクがともにアルミニウム製である場合には、上記のような樹脂製タンクによる熱膨張差吸収効果はあまり期待できない。したがって、請求項３に記載の発明のように、チューブ（１０）およびタンク（２、３）がアルミニウム製である熱交換器に好適である。なお、本明細書で言うアルミニウムは、アルミニウム合金を含む。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器において、タンク（２、３）は、チューブ積層方向（Ｙ）に見たときの形状が略矩形であることを特徴とする。
【００１７】
ところで、例えばラジエータのように通過流体の流量が大流量である場合、充分な流路面積を確保する必要があるため、タンクが円管であるとその直径はある程度の大きさが必要となり、タンクの幅（チューブ幅方向の寸法）が大きくなってしまう。
【００１８】
これに対し、請求項４に記載の発明のように、タンクを略矩形にした場合、タンクにおけるチューブ長手方向の寸法を大きくして充分な流路面積を確保することにより、タンクの幅を小さくすることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の熱交換器において、タンク（２、３）は、チューブ積層方向（Ｙ）に延びる筒状部を有し、筒状部は、挿入穴（２１１）が形成された板部材（２１）と挿入穴（２１１）が形成されていない板部材（２２）とを含む複数の板部材を接合して形成されていることを特徴とする。
【００２０】
これによると、接合予定部を密着させる作業を、挿入穴が形成されていない板部材が装着されていない状態、すなわち、チューブの端部が覆われていない状態で行うことにより、接合予定部を密着させる作業を容易に行うことができ、ひいては、接合予定部を確実に密着させることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、請求項４または５に記載の熱交換器において、チューブ長手方向（Ｘ）およびチューブ積層方向（Ｙ）に対してともに直交する方向のチューブ（１０）の外形寸法をチューブ幅Ｃとし、チューブ長手方向（Ｘ）およびチューブ積層方向（Ｙ）に対してともに直交する方向のタンク（２、３）の外形寸法をタンク幅Ｄとしたとき、タンク幅Ｄがチューブ幅Ｃの１．５倍以下であることを特徴とする。
【００２２】
ところで、タンク幅Ｄがチューブ幅Ｃよりも充分に大きい場合には、サイドプレートの熱膨張差やチューブ間の熱膨張差は、タンクにおける挿入穴が形成されている辺の変形により吸収されやすい。
【００２３】
一方、タンク幅Ｄがチューブ幅Ｃと比較してあまり大きくない場合には、上記のような挿入穴が形成されている辺の変形による熱膨張差吸収効果はあまり期待できない。したがって、請求項６に記載の発明のように、タンク幅Ｄがチューブ幅Ｃの１．５倍以下である熱交換器に好適である。
【００２４】
なお、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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器を車両走行用水冷エンジンの冷却水を冷却するラジエータに適用したものである。
【００２６】
図１は本実施形態に係るラジエータの正面図、図２は図１のＥ−Ｅ線に沿う断面図、図３は図２のタンクを単体で示すＦ矢視図である。
【００２７】
図１に示すように、ラジエータは直方体形状のコア部１を備えており、コア部１は、交互に積層配置された多数のチューブ１０と多数のコルゲートフィン１１とで構成されている。
【００２８】
チューブ１０は、車両に搭載された水冷エンジン（図示せず）の冷却水が流通する流路を内部に有する。より詳細には、チューブ１０は、板厚が０．２〜０．３ｍｍ程度のアルミニウム製板材を所定の扁平形状に折り曲げ後、溶接またはろう付けして形成される。
【００２９】
コルゲートフィン１１は、アルミニウム製であり、コルゲート状に形成されて空気と冷却水との熱交換を促進するものである。
【００３０】
コア部１におけるチューブ長手方向Ｘの両端部には、多数のチューブ１０の各流路と連通するタンク２、３が配置されている。
【００３１】
一方のタンク２は、アルミニウム製であり、エンジンから流出した高温の冷却水を多数のチューブ１０に分配供給するものである。この一方のタンク２には、ホース（図示せず）を介してエンジンの冷却水出口側に接続される、アルミニウム製の流入口パイプ２０が配置されてる。
【００３２】
他方のタンク３は、アルミニウム製であり、空気との熱交換により冷却された冷却水を集合回収してエンジンに向けて排水するものである。この他方のタンク３には、ホースを介してエンジンの冷却水入口側に接続される、アルミニウム製の流出口パイプ３０が配置されている。
【００３３】
コア部１におけるチューブ積層方向Ｙの両端部には、コア部１を補強するサイドプレート４が配置されている。サイドプレート４は、アルミニウム製であり、チューブ長手方向Ｘと平行な方向に延びてその両端がタンク２、３に接続されている。
【００３４】
図２、図３に示すように、一方のタンク２は、チューブ積層方向Ｙに延びるとともに、チューブ積層方向Ｙに見たときの形状が略矩形の筒状になった筒状部と、この筒状部の両端を閉塞する端板部を有している。筒状部は、挿入穴が形成された第１板部材２１と、挿入穴が形成されていない第２板部材２２とを接合して形成されている。
【００３５】
第１板部材２１は、チューブ長手方向Ｘで且つタンク２の外側に向かって凸となる台形形状の凸状部位２１０を有し、この凸状部位２１０に挿入穴２１１が設けられている。そして、チューブ１０におけるチューブ長手方向Ｘの端部が挿入穴２１１に挿入された後、挿入穴２１１の部位でチューブ１０と第１板部材２１が接合されている。
【００３６】
第２板部材２２は、チューブ積層方向Ｙに延びる断面が略Ｌ字状の側板部２２０と前述した端板部２２１が一体に形成されている。なお、凸状部位２１０を台形形状としたが、図４に示すように、凸状部位２１０は円弧状であってもよい。
【００３７】
因みに、他方のタンク３も、一方のタンク２と同様の構成になっており、他方のタンク３の挿入穴（図示せず）に、チューブ１０におけるチューブ長手方向Ｘの端部が挿入されて、他方のタンク３とチューブ１０が接合されている。
【００３８】
なお、一体ろう付けのために、チューブ１０、コルゲートフィン１１、タンク２、３、パイプ２０、３０、およびサイドプレート４のうちの少なくとも一部の部品は、ろう材がクラッドされたクラッド材を用いる。
【００３９】
本実施形態では、タンク２におけるチューブ長手方向Ｘの寸法を大きくして充分な流路面積を確保することにより、タンク２の幅Ｄを小さくしている。なお、タンク幅Ｄは、チューブ長手方向Ｘおよびチューブ積層方向Ｙに対してともに直交する方向のタンク２の外形寸法である。因みに、本実施形態においては、チューブ長手方向Ｘおよびチューブ積層方向Ｙに対してともに直交する方向は、コア部１を通過する空気の流れ方向と一致する。
【００４０】
また、本実施形態では、チューブ１０と第１板部材２１の接合が良好に行われるように、チューブ１０の端部を第１板部材２１の挿入穴２１１に挿入後、チューブ１０の端部近傍を図示しない口拡治具にて広げてチューブ１０と第１板部材２１の接合予定部を密着させる作業（以下、口拡作業という）を行う。
【００４１】
この口拡作業は、第１板部材２１に第２板部材２２が装着されていない状態、すなわち、チューブ１０の端部が覆われていない状態で行う。したがって、口拡作業を容易に行うことができ、ひいては、接合予定部を確実に密着させることができる。
【００４２】
ところで、台形形状や円弧状等の凸状部位２１０に挿入穴２１１を設けているため、タンク２とチューブ１０の接合部位の長さが増加し、これによりチューブ１０に発生する応力が分散されて応力が小さくなる。
【００４３】
そこで、上記構成になる本実施形態のラジエータについて、チューブ１０の外周面の周長をＡとし、チューブ１０とタンク２の接合部位の周長（以下、接合部位周長という）をＢとし、Ｂ／Ａを接合部長さ比としたとき、接合部長さ比の望ましい範囲について検討を行った。なお、接合部位周長Ｂは、タンク２の板厚の中心部で測定した値である。
【００４４】
この検討は、以下の条件で行った。まず、チューブ１０は、チューブ幅Ｃが１６ｍｍ、チューブ厚さが１．４ｍｍである。タンク２は、タンク幅Ｄが２１．８ｍｍ、板厚が１．６ｍｍである。なお、チューブ幅Ｃは、チューブ長手方向Ｘおよびチューブ積層方向Ｙに対してともに直交する方向のチューブ１０の外形寸法であり、チューブ厚さは、チューブ積層方向Ｙのチューブ１０の外形寸法である。
【００４５】
図５は検討結果を示すもので、横軸は接合部長さ比（Ｂ／Ａ）であり、縦軸は接合部長さ比が１．０のときにチューブ１０に発生する応力を１００％とする発生応力比である。また、図５中の□記号は凸状部位２１０が台形形状の場合の結果を示し、○記号は凸状部位２１０が円弧状の場合の結果を示している。
【００４６】
図５から明らかなように、特に、接合部長さ比を１．１５以上にした場合、接合部長さ比が１．０のものと比較して応力は半減する。したがって、チューブ１０の破壊寿命を低下させることなく、チューブ１０の板厚を薄くすることが可能になる。
【００４７】
一方、接合部長さ比が大きくなると、挿入穴２１１が形成された凸状部位２１０の凸形状の度合いが強くなって、チューブ１０の端部から接合予定部までの距離が増加するため、口拡作業において接合予定部を密着させることが困難になってくる。そして、接合部長さ比を１．４以下にした場合、口拡作業において接合予定部を確実に密着させることができることが確認された。
【００４８】
ところで、チューブ１０をアルミニウム製とし、タンク２を樹脂製にした熱交換器においては、チューブ１０とサイドプレート４の熱膨張差やチューブ１０間の熱膨張差が樹脂製タンクによって吸収されるため、チューブ１０に発生する応力は緩和される。一方、チューブ１０およびタンク２がともにアルミニウム製である場合には、上記のような樹脂製タンクによる熱膨張差吸収効果はあまり期待できない。したがって、チューブ１０およびタンク２がともにアルミニウム製であるラジエータに好適である。
【００４９】
また、タンク幅Ｄがチューブ幅Ｃよりも充分に大きい場合には、サイドプレート４の熱膨張差やチューブ１０間の熱膨張差は、タンク２における挿入穴２１１が形成されている辺の変形により吸収されやすい。しかし、タンク幅Ｄがチューブ幅Ｃと比較してあまり大きくない場合には、挿入穴２１１が形成されている辺の変形による熱膨張差吸収効果はあまり期待できない。したがって、タンク幅Ｄがチューブ幅Ｃと比較してあまり大きくないラジエータ、例えば、タンク幅Ｄがチューブ幅Ｃの１．５倍以下であるラジエータに好適である。
【００５０】
（他の実施形態）
上記実施形態では、本発明をラジエータに適用したが、本発明はラジエータ以外の熱交換器にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係るラジエータの正面図である。
【図２】図１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図３】図２のタンクを単体で示すＦ矢視図である。
【図４】タンクの変形例を示す断面図である。
【図５】接合部長さ比Ｂ／Ａとチューブに発生する応力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
２、３…タンク、１０…チューブ、２１０…凸状部位、２１１…挿入穴、Ｘ…チューブ長手方向。
【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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