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公開番号2023148214
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-10-13
出願番号2022056119
出願日2022-03-30
発明の名称熱交換器の補強構造
出願人株式会社ティラド
代理人
主分類F28F 1/00 20060101AFI20231005BHJP(熱交換一般)
要約【課題】 熱交換器の偏平チューブとヘッダプレートとの接合部に亀裂が生じることを防止する補強部材を用いた熱交換器の補強構造の提供。
【解決手段】 補強部材5のベンド部5cが、平坦部5aの偏平チューブ1の長手方向の幅より短くされた切欠き部5dを具備し、その切欠き部5dの端縁5ddが、チューブ挿通孔3aにおけるヘッダプレート3の熱交換器コアの中心側の面と偏平チューブ1の外面の交点4bより、前記熱交換器コアの中心側に位置し、前記交点4bから、前記補強部材5の切欠き部5dの端縁5ddまでの前記長手方向への長さxが、0.3mm≦x≦2.7mmの範囲にあることを特徴とする。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
互いに離間して平行に並列された多数の偏平チューブ(1)と、各偏平チューブ(1)の両端部がチューブ挿通孔(3a)に挿通された一対のヘッダプレート(3)と、を有し、偏平チューブ(1)とヘッダプレート(3)との間がろう付されるアルミニウム製またはアルミニウム合金製の熱交換器コアであって、
前記偏平チューブ(1)の板厚が、0.3mm~0.6mm、前記ヘッダプレート(3)の板厚が1.5mm~3.5mm、であり、
前記偏平チューブ(1)は、その長手方向に直交する横断面が一対の対向する長辺部(1a)と、各長辺部(1a)の両端間を連結する一対の短辺部(1b)と、を有し、
少なくとも1本の偏平チューブ(1)の長手方向の端部の内側に補強部材(5)が挿入され、
前記補強部材(5)は、長辺部(1a)に略整合する平坦部(5a)とその両端に曲折されて短辺部(1b)に略整合する一対の折返し部(5b)と、前記平坦部(5a)で前記長辺部(1a)に接し、前記長手方向に直交する横断面が弧状のベント部(5c)とを有して、前記偏平チューブ(1)の長辺部(1a)と短辺部(1b)との内面を補強する熱交換器の補強構造において、
前記補強部材(5)の前記ベント部(5c)が、前記平坦部(5a)の前記長手方向の幅より短くされた切欠き部(5d)を具備し、
その切欠き部(5d)の端縁(5dd)が、チューブ挿通孔(3a)におけるヘッダプレート(3)の前記熱交換器コアの中心側の面と偏平チューブ(1)の外面の交点(4b)より、前記熱交換器コアの中心側に位置し、
前記交点(4b)から、前記補強部材(5)の切欠き部(5d)の端縁(5dd)までの前記長手方向への長さxが、
0.3mm≦x≦2.7mm
の範囲にある熱交換器の補強構造。
続きを表示(約 160 文字)【請求項2】
請求項1に記載の熱交換器の補強構造において、
前記長さxが、
0.7mm≦x≦2.7mm
の範囲にある熱交換器の補強構造。
【請求項3】
請求項1または請求項2のいずれかに記載の熱交換器の補強構造において、
熱交換器は、チャージエアクーラである補強構造。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、チャージエアクーラ等の熱交換器に最適なものであって、偏平チューブの内部に高温の流体が流通し、特に偏平チューブとヘッダプレートとの接合部に亀裂が生じることを防止するものである。
この種の熱交換器は偏平チューブとコルゲートフィンとが交互に積層され、熱交換器コアを形成し、その熱交換器コアの両側にはコアサポートが接合されている。偏平チューブ内にチャージエア等の高温の第1流体が流通し、その外面側及びコルゲートフィンに空気流等の第2流体が流通し、両者間に熱交換が行われる。
偏平チューブの内部に高温の第1流体が流通すると、偏平チューブはその長手方向に伸長する。ところが、低温環境下では、内部に高温の第1流体が流れる際、コアサポートと偏平チューブに温度差が生じ、熱膨張差が生じる。高温となった偏平チューブはその長手方向に伸びようとするが、コアサポートにより前記長手方向への伸びを制限され、接合部付近で曲がろうとする力が発生する。そのため、偏平チューブの接合部付近が曲がろうとする。そして、コアサポートに近い、偏平チューブの並列方向の端部における少なくとも1列の偏平チューブに大きな熱応力が加わり、偏平チューブとヘッダプレートとの接合部に亀裂が生じる。
続きを表示(約 3,100 文字)【背景技術】
【0002】
前述のように、偏平チューブを用いた熱交換器の破壊形態として、偏平チューブの長手方向の端部に、熱応力による亀裂に伴う、第1流体の洩れが生じる。この対策として偏平チューブの開口部に、補強部材を挿入して、偏平チューブの曲げを防ぎ、亀裂を防止する提案が、下記特許文献1その他に記載されている。
一例として図6Aに示す如く、従来の補強部材7は、平坦部7aとその両端に曲折する一対の折返し部7bと、平坦部7aの間に曲折されたベンド部7cと、各折返し部7bの上縁に設けられた一対ずつの鍔部7eとを有する。
このようにしてなる従来の補強部材7は、図6Bに示す如く、ヘッダプレート3の端部に位置する偏平チューブ1の上下両端に挿入され、ベンド部7cが偏平チューブ1の長辺部1aに接触する。この状態で従来の補強部材7と偏平チューブ1との間及び偏平チューブ1とヘッダプレート3との間が夫々一体にろう付固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第5706666号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
図6Aに示す従来の補強構造は、図6Bのように前記長手方向と平行に従来の補強部材7が偏平チューブ1に差し込まれていることが望ましいが、その補強部材7や偏平チューブ1の出来により、従来の補強部材7の差し込み時に、図6Cのように従来の補強部材7、偏平チューブ1が傾き、図6Cのようにベンド部7cの先端部のみが偏平チューブ1と接触した状態で接合し、低温環境下で高温の第1流体が流れて、熱応力が発生したときに、応力集中を招く。
または、図6Dのように従来の補強部材7のベンド部7cの先端が、偏平チューブ1の内面を強く押して、偏平チューブ1を変形させてしまう。そして、偏平チューブ1の変形部9に応力が集中する。
【0005】
その結果、従来の補強部材7のベンド部7cの先端部付近で、偏平チューブ1に亀裂9aが生じ、第1流体の洩れを起こす虞があった。
そこで、本発明は係る問題点を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、互いに離間して平行に並列された多数の偏平チューブ1と、各偏平チューブ1の両端部がチューブ挿通孔3aに挿通された一対のヘッダプレート3と、を有し、偏平チューブ1とヘッダプレート3との間がろう付されるアルミニウム製またはアルミニウム合金製の熱交換器コアであって、
前記偏平チューブ1の板厚が、0.3mm~0.6mm、前記ヘッダプレート3の板厚が1.5mm~3.5mm、であり、
前記偏平チューブ1は、その長手方向に直交する横断面が一対の対向する長辺部1aと、各長辺部1aの両端間を連結する一対の短辺部1bと、を有し、
少なくとも1本の偏平チューブ1の長手方向の端部の内側に補強部材5が挿入され、
前記補強部材5は、長辺部1aに略整合する平坦部5aとその両端に曲折されて短辺部1bに略整合する一対の折返し部5bと、前記平坦部5aで前記長辺部1aに接し、前記長手方向に直交する横断面が弧状のベンド部5cとを有して、前記偏平チューブ1の長辺部1aと短辺部1bとの内面を補強する熱交換器の補強構造において、
前記補強部材5の前記ベンド部5cが、前記平坦部5aの前記長手方向の幅より短くされた切欠き部5dを具備し、
その切欠き部5dの端縁5ddが、チューブ挿通孔3aにおけるヘッダプレート3の前記熱交換器コアの中心側の面と偏平チューブ1の外面の交点4bより、前記熱交換器コアの中心側に位置し、
前記交点4bから、前記補強部材5の切欠き部5dの端縁5ddまでの前記長手方向への長さxが、
0.3mm≦x≦2.7mm
の範囲にある熱交換器の補強構造である。(請求項1参照。)
【0007】
本発明は、前記長さxを、
0.7mm≦x≦2.7mm
の範囲とすることができる。(請求項2参照。)
【0008】
本発明は、熱交換器をチャージエアクーラとすることができる。(請求項3参照。)
【発明の効果】
【0009】
本発明は、偏平チューブ1の板厚が、0.3mm~0.6mm、ヘッダプレート3の板厚が1.5mm~3.5mmの熱交換器コアにおいて、従来の補強部材7のベンド部7cに切欠き部5dを設け、その端縁5ddを、チューブ挿通孔3aにおけるヘッダプレート3の前記熱交換器コアの中心側の面と偏平チューブ1の外面の交点4bに近づけるものである。
前記ヘッダプレート3と偏平チューブ1との接合部4の交点4bから、前記補強部材5の切欠き部5dの端縁5ddまでの前記長手方向への長さxを、0.3mm≦x≦2.7mmの範囲にしたものである。ここで、図5Aの実線の切欠き部5dの端縁5ddは、長さxが0.3mmとなる端縁5ddの位置を示し、破線の切欠き部5dの端縁5ddは、長さxが2.7mmとなる端縁5ddの位置を示している。(同図は、平坦部5aの図示を省略)(請求項1参照。)
【0010】
長さxの上限を2.7mm以下とすることで、ベンド部5cの切欠き部5dの端縁5ddが、偏平チューブ1内に深く差し込まれることを防ぐ。これにより、補強部材5の差込みの際、補強部材5および偏平チューブ1が傾いて、ベンド部5cの先端部のみが偏平チューブ1と接触した状態で接合しても、低温環境下で、内部に高温の第1流体が流れるときのベンド部5cの発生応力を低減できる。また、ベンド部5cの先端が、偏平チューブ1の内面を強く押すことを防止でき、偏平チューブ1の変形を防ぐことができる。
図5Cが示すように、長さxが2.7mmを超える範囲では、低温環境下で、内部に高温の第1流体が流れるときのベンド部5cの発生応力は、偏平チューブ1の短辺部1bでの発生応力よりも高くなる。それに対して、長さxの上限を2.7mm以下としたときは、偏平チューブ1と補強部材5のベンド部5cの接合部に生じる応力を、短辺部1bに発生する応力(100%)に比べ、それより小さく抑えることができ、補強効果を得られる。
一方で端縁5ddの位置と、ヘッダプレート3の接合による偏平チューブ1の剛性の高まった位置とが重なることで、より剛性が高まる部分が生じるとともに、ヘッダプレート3とベンド部5cのいずれにも接していない偏平チューブ1の部分が生じ、これらの部位が隣接する。すると、熱交換器が高温状態となったとき、その剛性の高い部分と低い部分の境目に応力が集中する。
長さxの下限を0.3mm以上とすることで、図5Aに記載のように、切欠き部5dの端縁5ddの位置を接合部4の交点4bよりコアの中心側に位置させることにより、剛性変化を小さくし、熱交換器が高温状態となったときの応力集中を低減することで、亀裂の発生を防止できる。
図5Bに示すように、長さxが0mm~0.3mm未満の範囲では、長さxが0に近づくと急激に応力が上昇するが、長さxの下限を0.3mm以上とすることで、応力集中を避けることができる。
(【0011】以降は省略されています)

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