管束ベルト式ラジエーター最外周チャンネルの強度不足に関する原因分析と対策

チューブベルト式ラジエーターの最外チャンネルにおける熱交換チューブまたはサイドプレートの強度が不足すると、組み立て圧力、振動、または偶発的な衝撃により変形やひび割れが発生し、最終的に冷却液漏れを引き起こす可能性があります。これは、エンジニアリングの実践において非常に一般的な問題です。では、根本的に解決するにはどうすればよいでしょうか？

1.サポートの欠如: 内側の熱交換チューブは、冷却フィンによって相互に支えられ、安定した一体構造を形成しています。対照的に、最外チャンネルの片側は開いており、単一の接触点によってのみ支えられています。

2.応力集中: 組み立て中、フレームまたはガスケットからのクランプ力は、動作中の振動応力とともに、これらの最外サポートポイントに集中します。

3.製造上の弱点: ろう付けまたは溶接中、最外チャンネルは最大の熱収縮を経験します。ヘッダータンクとの接合部は急速に冷却される可能性があり、不完全なはんだ付けやコールドソルダージョイントにつながり、強度に関して最も弱い部分となります。

1.サイドプレートの厚さと幅の増加

対策: 最外熱交換チューブを、より厚く、より幅の広い専用の「サイドプレート」に交換します。サイドプレートは通常、チューブと同じ材料（例：真鍮、アルミニウム）で作られますが、1.5〜2倍以上の厚さで、幅も増加する可能性があります。

利点: 直接曲げ断面係数を増加させ、剛性と強度を向上させるための主要な方法となります。

適用: これは現在、主流のラジエーター製造における最も標準的で広範な実践です。

2.外部補強フィンの追加

対策: 最外チャンネルとサイドプレートの間に、特別な「サポートフィン」または「補強フィン」の層を追加します。これらのフィンは、より高いクレスト、より厚い材料を特徴とするか、特定の補強リブ構造で設計されています。

利点: 最外チャンネルに弾性的な外部サポートを提供し、圧力を効果的に分散させ、外向きの膨らみと振動を抑制します。コストの増加を抑えながら、大きな効果を発揮します。

3.ヘッダータンクとサイドプレート間の接続の最適化

重なり面積の増加: サイドプレートとヘッダータンクの重なり面積を、標準チューブの場合よりも大きく設計します。

補強溶接フィレットの使用: 溶接/ろう付け中に、サイドプレートの溶接またはろう付けフィレットが完全で連続していることを確認し、「補強リブ」機能を効果的に作成します。

4.サイドプレート設計の変更

対策: ラジエーターのサイドプレートを、最外チャンネルを部分的に包み込み、横方向のサポートを提供する「ヘム加工」または「フランジ加工」構造で設計します。

利点: 強力な機械的拘束を提供し、組み立て中に最外チャンネルが過度に内側に押し込まれたり、曲がったりするのを防ぎます。

1.より高強度の材料の使用

対策: 最外チャンネルのサイドプレートに、より高強度の合金材料を採用します。たとえば、アルミニウムラジエーターでは、標準チューブに3003アルミニウム合金を使用する一方で、サイドプレートには3005または3105のようなわずかに強力な合金を使用します。

利点: 材料源での強度を向上させます。

欠点: コストの増加につながる可能性があり、溶接/ろう付けプロセスの調整が必要になる場合があります。

2.溶接/ろう付け品質の確保

清浄度: サイドプレートとヘッダータンクの組み立てエリアを完全に清浄にし、油の汚染や酸化層がないことを確認します。

ろう材の塗布: サイドプレートエリアに十分で均一なろう材が塗布されていることを確認します。

炉温度プロファイル: ろう付け炉の温度曲線を最適化して、サイドプレートエリア（通常、ラジエーターの最も冷たい部分）も完璧なろう付け温度に達し、高品質のろう付け接合部を形成するようにします。

3.最外チャンネルをプロセスサポートチャンネルとして設計する

最外フラットチューブを溶接して密閉することにより、プロセスサポートチャンネルとして設計します。これは最も直接的で効果的な方法ですが、ラジエーターの熱性能要件も満たす必要があります。

実際の運用では、ラジエーターメーカーとの緊密なコミュニケーションが不可欠です。有限要素解析（FEA）を実施して応力分布をシミュレーションし、振動試験と圧力パルス試験を通じて補強対策の効果を検証します。この統合されたアプローチは、最も経済的で信頼性の高いソリューションを特定するのに役立ちます。