JP2005291671A - 積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】積層型熱交換器において、大幅な重量増加を招くことなく、ロウ付け時の伝熱プレートとエンドプレートの位置合わせを確実に行うことができるようにする。
【解決手段】タンク部構成用の連通孔２５、２６を有した複数の伝熱プレート２１、２２を積層することにより、隣接する伝熱プレート間に流体通路２７、２８を形成すると共に、前記連通孔を連ねることで、伝熱プレートの積層体（２）に、前記各流体通路に連通するタンク部２４を形成し、伝熱プレートの積層体２の積層方向の両端部にそれぞれ、伝熱プレートを補強し且つタンク部に連通する出入口を有した第１エンドプレートと、伝熱プレートを補強し且つタンク部の端部を封止する第２エンドプレート１１とを配設した積層型熱交換器において、第２エンドプレート１１の内面に、該エンドプレート１１に隣接する伝熱プレート２２の前記連通孔２６に嵌まる凸部１１ａを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数枚の伝熱プレートを積層することで伝熱プレート間に流体通路を構成した積層型熱交換器に関するものである。

従来の積層型熱交換器としては、図５に示すように、タンク部構成用の連通孔３５、３６を有した複数の伝熱プレート３１、３２を順次積層することにより、隣接する伝熱プレート３１、３２間に流体通路２７、２８を形成すると共に、前記連通孔３５、３６を連ねることで、伝熱プレート３１、３２の積層体に、流体通路２７に連通するタンク部３４を形成したものが知られている。

この場合、伝熱プレート３１、３２は１対で扁平なチューブ３０を構成しており、１対の伝熱プレート３１、３２よりなるチューブ３０を多段に積層することで、伝熱プレート３１、３２の積層体が構成されている。

図示のタンク部３４は、チューブ３０内の第１流体通路２７の一端に連通し、図示外のタンク部が第１流体通路２７の他端に連通している。従って、一方のタンク部から第１熱交換流体を導入し他方のタンク部から導出することで、第１熱交換流体を第１流体通路２７の内部に流すことができる。そして、第１流体通路２７を第１熱交換流体が流れる間に、伝熱プレート３１、３２を介して隣接する第２流体通路２８内を流れる第２熱交換流体との間で熱交換を行う。

なお、隣接するチューブ３０とチューブ３０との間に確保される第２流体通路２８を、開放した通路として、空気を流通させる場合には、図示のように、第２流体通路２８にアウタフィン３３を設けるのが一般的である。また、第２流体通路２８を、第１流体通路２７と同様に閉じた流路空間として、液体等の熱交換流体を流通させる場合には、伝熱プレート３１、３２の積層体に更にもう１組の別系統のタンク部を設けて、流体（第２熱交換流体）を流通させるようにする。また、閉じた空間として構成する場合には、流体通路２７、２８に必要に応じて図示しないインナフィンを設けるのが一般的である。

また、伝熱プレート３１、３２の積層体の積層方向の両側部には、伝熱プレート３１を補強し且つ前記タンク部２４に連通する出入口（通常、出入口パイプが取り付けられる）を有する第１エンドプレート（図示略）と、伝熱プレート３２を補強し且つ前記タンク部２４の端部を封止する第２エンドプレート３８とがそれぞれ配設されている。伝熱プレート３１、３２は各層共通のものを用いることが多く、下側の第２エンドプレート３８はタンク部２４の端部を直接塞ぐことになるため、タンク部２４の内圧が直接的に第２エンドプレート３８にかかることになる。

なお、このような熱交換器の類似技術は、特許文献１に開示されている。
特開２００１−９９５８８３号公報

上述したように複数枚の伝熱プレートを積層して構成した積層型熱交換器では、耐圧性能の向上のために積層方向の最外部にエンドプレートを配置しているのが一般的であるが、従来では、伝熱プレートとエンドプレートの位置決めがないために、ロウ付け時に位置ズレを起こしてしまうことがあった。その点、特許文献１に記載の技術では、伝熱プレートの周縁部にリブが設けられており、そのリブの働きにより、ある程度エンドプレートの位置決め機能が期待できるようになっているが、リブがある分だけ重くなってしまう可能性があった。

本発明の目的は、大幅な重量増加を招くことなく、ロウ付け時の伝熱プレートとエンドプレートの位置合わせを確実に行うことができ、製品の品質向上が図れるようにした積層型熱交換器を提供することにある。

請求項１の発明は、タンク部構成用の連通孔を有した複数の伝熱プレートを積層することにより、隣接する伝熱プレート間に流体通路を形成すると共に、前記連通孔を連ねることで、伝熱プレートの積層体に、前記各流体通路に連通するタンク部を形成し、伝熱プレートの積層体の積層方向の両端部にそれぞれ、伝熱プレートを補強し且つタンク部に連通する出入口を有した第１エンドプレートと、伝熱プレートを補強し且つタンク部の端部を封止する第２エンドプレートとを配設した積層型熱交換器において、前記第２エンドプレートの内面に、該エンドプレートに隣接する伝熱プレートの前記連通孔に嵌まる凸部を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記凸部を前記第２エンドプレートを局部的に凸に湾曲させることで形成したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１において、前記凸部を、前記第２エンドプレートの内面に当板を張り付けることで形成したことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項において、前記タンク部が、前記伝熱プレートの積層体の４箇所に配置されており、４つのタンク部を頂点とする四角形の対角位置にあるタンク部の位置に対応させて前記凸部を設けたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記連通孔を円孔とし、前記凸部を連通孔の径に合致する円形状に形成したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、伝熱プレートを補強し且つタンク部の端部を封止する第２エンドプレートの内面に、該エンドプレートに隣接する伝熱プレートのタンク部構成用の連通孔に嵌まる凸部を設けたので、その凸部を伝熱プレートの連通孔に嵌めることにより、伝熱プレートの積層体と第２エンドプレートとの位置決めを行うことができる。従って、位置ズレなくエンドプレートをロウ付けすることができ、製品の品質の向上を図ることができる。

しかも、タンク部の内方に突出した凸部が、タンク部の内圧を受けることになるから、耐圧性能的に弱部であったタンク部の位置におけるエンドプレートの耐圧性を高めることができる。その結果、エンドプレート全体の肉厚軽減が可能となり、軽量化を図ることができる。

すなわち、最外端の伝熱プレートは、特別なもの（連通孔が塞がったタイプのもの）を用いない限り、他の伝熱プレートと同様の連通孔を有しており、この部分を封止する第２エンドプレートにはタンク部の内圧が直にかかる。従って、エンドプレート上の他の部分は、伝熱プレートとの重なりによって内圧を受けることができるが、タンク部の位置では、エンドプレートのみでタンク部の内圧を受けなくてはならないから、この部分が耐圧上の弱部となる。このため、その弱部の耐圧性を十分にカバーできるように、エンドプレートの肉厚を決めざるを得ず、それにより、他の部分については、過剰な肉厚となる傾向があった。

この点、請求項１の発明では、前記凸部を設けることで、１枚のプレートとしての耐圧性の強化を図ることができるので、その分、エンドプレートの肉厚軽減に貢献することができる。また、エンドプレートの内面に凸部を設けるだけの簡単な構成であるから、特許文献１に記載の技術のように、伝熱プレートの周縁部のリブを利用するものと違って、重量増加を最小限に留めることができる。

請求項２の発明によれば、第２エンドプレートを局部的に凸に湾曲させることにより前記凸部を形成したので、プレスのみで加工でき、加工が容易となる。

請求項３の発明によれば、前記第２エンドプレートの内面に当板を張り付けることにより前記凸部を形成したので、凸部の周縁の段差を明確に出すことができ、位置決めの確実化と耐圧強化を図ることができる。

請求項４の発明によれば、４つのタンク部を頂点とする四角形の対角位置にあるタンク部の位置に対応させて前記凸部を設けたので、最低限の加工で確実な位置決めを行うことができる。

請求項５の発明によれば、タンク部構成用の連通孔を円孔とし、前記凸部を連通孔の径に合致する円形状に形成したので、位置決めの確実化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態となる実施例を図面に基づいて説明する。

図１は実施例１に係わる積層型熱交換器（以下、熱交換器という）の部分断面図であり、図２のＡ−Ａ断面を示す。図２は実施例１に係わる熱交換器の概略斜視図である。

実施例１に係わる熱交換器１は、図２に示すように、熱交換流体の流れるコア部２と、コア部２の両端に配設された第１エンドプレート１０及び第２エンドプレート１１と、第１エンドプレート１０に連結された出入口パイプ３、４、５、６とから構成されている。出入口パイプ３、４、５、６は、平面視矩形状のコア部２の四隅に配置されており、対角位置にあるもの同士が対をなし、対をなすもののうちの一方がコア部２に流体を導入する側、他方がコア部２から流体を導出する側となっている。これらの出入口パイプ３〜６は、コア部２に形成された４つのタンク部にそれぞれ連通している。

コア部２は、図１に示すように、プレスにより成形され、タンク部構成用の円形の連通孔２５、２６を有した複数の金属製の伝熱プレート２１、２２を順次積層することにより構成されている。これにより、隣接する伝熱プレート２１、２２間に第１、第２流体通路２７、２８が形成されると共に、連通孔２５、２６の連なりによって、伝熱プレート２１、２２の積層体に、流体通路２７、２８に連通するタンク部２４（他のタンク部は図示していない）が形成されている。

この場合、伝熱プレート２１、２２は１対で扁平なチューブ２０を構成しており、１対の伝熱プレート２１、２２よりなるチューブ２０を多段に積層することで、コア部（伝熱プレートの積層体）２が構成されている。なお、各伝熱プレート２１、２２の連通孔２５、２６の周縁部には、同方向を向いた起立壁２５ａ、２６ａがバーリング加工されており、これら起立壁２５ａ、２５ｂを互いに嵌合することで、伝熱プレート２１、２２同士の位置決めがなされている。

図１に示すタンク部２４は、チューブ２０内の第１流体通路２７の一端に連通し、図示していないタンク部が第１流体通路２７の他端に連通している。従って、一方のタンク部から第１熱交換流体を導入し、他方のタンク部から導出することで、第１熱交換流体を第１流体通路２７の内部に流すことができるようになっている。そして、第１流体通路２７内を第１熱交換流体が流れる間に、伝熱プレート３１、３２を介して隣接する第２流体通路２８内を流れる第２熱交換流体との間で熱交換を行うようになっている。

ここでは、隣接するチューブ２０とチューブ２０との間に確保される第２流体通路２８も、閉じた流路空間として構成されており、内部に液体等の第２熱交換流体を流通させることができるようになっている。従って、図２に示す一方の対の出入口パイプ３、５がタンク部を介して第１流体通路２７に接続されている場合は、他方の対の出入口パイプ４、６がタンク部を介して第２流体通路２８に接続されている。

なお、各流体通路２７、２８には必要に応じてインナフィン（図示略）が設けられている。但し、図１に示す第２流体通路２８内の符号３３は、第２流体通路２８を開放した空気通路として利用する場合のアウタフィンを示している。

ところで、コア部２の両側部に配設されたエンドプレート１０、１１のうち、第１エンドプレート１０は、伝熱プレート３１を補強し且つタンク部２４（合計４つある）に連通する出入口（出入口パイプ３〜６が取り付けられている）を有している。また、第２エンドプレート１１は、伝熱プレート３２を補強し且つタンク部２４の端部を封止する役目を担っている。

第２エンドプレート１１の内面には、該エンドプレート１１に隣接する伝熱プレート２２の連通孔２６に嵌まる凸部１１ａが、エンドプレート１１を局部的に湾曲させることにより形成されている。連通孔２６が円形孔として形成されているので、凸部１１ａも連通孔２６の径に合致した円形状に形成されている。そして、この凸部１１ａが連通孔２６に嵌まることで、エンドプレート１１がコア部２に対して位置決めされており、その状態で、エンドプレート１１とコア部２がロウ付けされている。これにより、ロウ付け時に位置ズレを生じることなくエンドプレート１１とコア部２とを接合することができるため、ロウ付け作業の確実化と品質の向上を達成することができる。

この凸部１１ａは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、４つのタンク部２４を頂点とする四角形の対角位置にあるタンク部の位置に対応させて配置されている。本実施例では、対角位置の２箇所に凸部１１ａを配置しているが、４つのタンク部２４のすべての位置に対応させて凸部１１ａを配置していもよい。

なお、第２エンドプレート１１が、タンク部２４の端部を封止するのは、最下層の伝熱プレート３２が連通孔２６を持つためである。このため、第２エンドプレート１１には、タンク部２４の内圧が直接かかることになる。

しかし、タンク部２４の内方に突出した凸部１１ａが、タンク部２４の内圧を受けることになるため、耐圧性能的に弱部であったタンク部２４の位置におけるエンドプレート１１の耐圧性を高めることができる。その結果、エンドプレート１１全体の肉厚軽減が可能となり、軽量化を図ることができる。

このように、本実施例の熱交換器１では、第２エンドプレート１１に凸部１１ａを設けているので、それを伝熱プレート２２の連通孔２６に嵌めることにより、エンドプレート１１を確実に位置決めしながらコア部２とロウ付けすることができる。しかも、エンドプレート１１に凸部１１ａを設けるだけで位置決めできるから、特別な重量増を招くことはない。

また、その凸部１１ａは、エンドプレート１１を局部的に凸に湾曲させることで形成してあるので、プレスのみで加工でき、容易に加工することができる。また、凸部１１ａは、４つのタンク部２４を頂点とする四角形の対角位置にあるタンク部２４の位置に対応させて配置しているので、最低限の加工で確実な位置決めを行うことができる。

図４は、実施例２に係わる熱交換器の要部断面図である。図４は図１と同じく図２のＡ−Ａ線における部分断面図に相当する。実施例１と同等部分には同一符号を付している。

この実施例２の熱交換器においては、凸部１１ｂを第２エンドプレート１１を湾曲させて形成するのではなく、第２エンドプレート１１の内面に当板２９を張り付けることで形成している。当板２９の厚さは、バーリング加工した起立壁２６ａと同程度に設定される。

このように、第２エンドプレート１１の内面に当板２９を張り付けることにより凸部１１ｂを形成した場合は、凸部１１ｂの周縁の段差を明確に出すことができるので、エンドプレート１１の位置決めの確実化と耐圧強化の確実化を図ることができる。

実施例１に係わる熱交換器の部分断面図（図２のＡ−Ａ断面）。 実施例１に係わる熱交換器の外観斜視図。 （ａ）は第１エンドプレートの平面図。（ｂ）は第２エンドプレートの下面図。 実施例２に係わる熱交換器の部分断面図。 従来の熱交換器の要部断面図。

符号の説明

１…熱交換器
２…コア部
３〜６…出入口パイプ
１０…第１エンドプレート
１１…第２エンドプレート
１１ａ，１１ｂ…凸部
２０…チューブ
２１，２２…伝熱プレート
２４…タンク部
２５，２６…連通孔
２５ａ，２６ａ…起立壁
２７…流体通路
２７…第１流体通路
２８…第２流体通路
２９…当板

Claims (5)

1. タンク部構成用の連通孔（２５、２６）を有した複数の伝熱プレート（２１、２２）を積層することにより、隣接する伝熱プレート（２１、２２）間に流体通路（２７、２８）を形成すると共に、前記連通孔（２５、２６）を連ねることで、伝熱プレート（２１、２２）の積層体（２）に、前記各流体通路（２７、２８）に連通するタンク部（２４）を形成し、前記伝熱プレートの積層体（２）の積層方向の両端部にそれぞれ、前記伝熱プレート（２１）を補強し且つ前記タンク部（２４）に連通する出入口（３、４、５、６）を有した第１エンドプレート（１０）と、前記伝熱プレート（２２）を補強し且つ前記タンク部（２４）の端部を封止する第２エンドプレート（１１）とを配設した積層型熱交換器において、
   前記第２エンドプレート（１１）の内面に、該エンドプレート（１１）に隣接する伝熱プレート（２２）の前記連通孔（２６）に嵌まる凸部（１１ａ、１１ｂ）を設けたことを特徴とする積層型熱交換器。
2. 前記凸部（１１ａ）を、前記第２エンドプレート（１１）を局部的に凸に湾曲させることで形成したことを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器。
3. 前記凸部（１１ｂ）を、前記第２エンドプレート（１１）の内面に当板（２９）を張り付けることで形成したことを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器。
4. 前記タンク部（２４）が、前記伝熱プレートの積層体（２）の４箇所に配置され、４つのタンク部（２４）を頂点とする四角形の対角位置にあるタンク部（２４）の位置に対応させて前記凸部（１１ａ、１１ｂ）を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層型熱交換器。
5. 前記連通孔（２６）を円孔とし、前記凸部（１１ａ、１１ｂ）を連通孔（２６）の径に合致する円形状に形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の積層型熱交換器。
   

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