JP2006138508A - 積層型熱交換器の取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】取付強度に対する信頼性が高く大型化が容易となり、あるいはケーシング及び多数のボルトや配管等が不要で製造コストを抑えることが可能な積層型熱交換器の取付構造を提供する。
【解決手段】複数のプレートが複数段に積層されて一体成形された積層型熱交換器１の取付構造であって、積層されたプレートの各段の間に介挿された補助スペーサー１０により構成され、最上段から最下段まで積層方向に貫通するボルト孔１００が形成された柱状部１０１と、ボルト孔１００に挿通され、積層型熱交換器１の取付側６に設けられた接続金具５にねじ込まれて固定されたボルト７とを有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、積層型熱交換器の取付構造に関する。

近年、積層型熱交換器としては、高温流体通路及び低温流体通路の双方とも複数のプレートを積層して構成するもの（以下、「タイプＡ」という。；特許文献１参照）と、高温流体通路のみ複数のプレートを積層して構成し、これをケーシング等で包み込んだもの（以下、「タイプＢ」という。；特許文献２参照）とがある。

そして、タイプＡの積層型熱交換器は、小型熱交換器に採用されており、このような積層型熱交換器を内燃機関等に取り付ける場合には、ケーシングが不要であるため、製造コストが低くなるという点で優れている。他方、タイプＢの積層型熱交換器は、大型熱交換器に採用されており、このような積層型熱交換器を内燃機関等に取り付ける場合には、取付強度に対する信頼性が高いため、大型化が容易となるという点で優れている。

図６は、上記したタイプＢの積層型熱交換器の取付構造を示す分解斜視図である。
図６に示すように、積層型熱交換器１１は、高温流体用の配管１４を介して内燃機関１２と連通しており、接続金具１５（計２個）及びナット５１（計４個）でケーシング１３に固定されるとともに、このケーシング１３は、積層型熱交換器１１を包み込むように多数のボルト１７（計２２個）で内燃機関１２の取付側（シリンダブロック）１６に位置決め固定されるようになっている。このようにして、積層型熱交換器１１は内燃機関１２に取り付けられる。

図７は、図６の積層型熱交換器を示す構成図であり、（ａ）は図６の矢印IVの向きから見たIV視正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同下面図である。

図７に示すように、取り付けられた積層型熱交換器１１は、ケーシング１３で包み込まれ、内燃機関１２の取付側１６に配管１４を介して接続されている。このような接続により、内燃機関１２から供給された高温流体は、内燃機関１２と積層型熱交換器１１内との間で循環し、他方、低温流体は、内燃機関１２とケーシング１３内との間で循環するようになっており、高温流体と低温流体とが、積層型熱交換器１１で熱交換される様子がわかる。
実開平６−６５７７４号公報 特開２００４−２１８９３０号公報

しかしながら、タイプＡの積層型熱交換器の取付構造では、取付強度に対する信頼性が低いため、大型化が困難となってしまうという問題がある。他方、タイプＢの積層型熱交換器の取付構造では、ケーシング及び多数のボルトや配管等が必要であるため、製造コストが高くなってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、取付強度に対する信頼性が高く大型化が容易となり、あるいはケーシング及び多数のボルトや配管等が不要で製造コストを抑えることが可能な積層型熱交換器の取付構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数のプレートが複数段に積層されて一体成形された積層型熱交換器の取付構造であって、積層されたプレートの各段の間に介挿された補助スペーサーにより構成され、最上段から最下段まで積層方向に貫通するボルト孔が形成された柱状部と、ボルト孔に挿通され、積層型熱交換器の取付対象物にねじ込まれて固定されたボルトとを有することを特徴とする。また、本発明の補助スペーサーは、上下段のプレートと一体ろう付けされていることを特徴としてもよい。

さらに、本発明は、内燃機関から供給された高温流体が流れる高温流体通路と、高温流体との間で熱交換する低温流体が流れる低温流体通路とを備えた内燃機関用の積層型熱交換器であり、高温流体通路及び／又は低温流体通路の出入口は、最上段及び／又は最下段のプレートに設けられ、各々、内燃機関の取付側に設けられた高温流体及び／又は低温流体の出入口と接続されて接続部を形成するとともに、ボルトは、接続部の周縁部にねじ込まれて固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、取付強度に対する信頼性が高く大型化が容易となり、あるいはケーシング及び多数のボルト等（配管含む）が不要で製造コストを抑えることが可能な積層型熱交換器の取付構造を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の積層型熱交換器の取付構造を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態における積層型熱交換器の取付構造を示す分解斜視図である。

なお、本実施形態では、上記したタイプＡの積層型熱交換器１を内燃機関２（例えば、ディーゼルエンジン等）に取り付ける場合を例に挙げて説明しているが、本発明の積層型熱交換器の取付構造は、必ずしもこのような場合に限定されるものではなく、例えば、上記したタイプＢの積層型熱交換器を内燃機関以外の取付側に取り付ける場合等にも適用し得ることは言うまでもない。

図１に示すように、本実施形態におけるボルト７は、積層型内燃機関１を構成する各積層プレートを貫通し、内燃機関２の取付側６に設けられた接続金具５にねじ込まれて固定されるようになっている。このようにして、積層型熱交換器１は内燃機関２に取り付けられる。

図２は、図１の積層型熱交換器を示す構成図であり、（ａ）は図１の矢印Iの向きから見たI視正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）の下面図である。

図２に示すように、取り付けられた積層型熱交換器１は、所定形状にプレス成形された積層プレート（薄板プレート）を２枚一組とし、この組をなす積層プレートを厚み方向に積層した後、各積層プレートを熱伝導性のフィンと共に所定のろう材（銅等）で一体ろう付して成形された内燃機関用の積層型熱交換器であって、内燃機関２から供給された高温流体が流れる高温流体通路８（図１参照）と、低温流体が流れる低温流体通路９（図１参照）とを備えている。

同図において、高温流体通路８は、内燃機関２から供給された高温流体（例えば、オイルやＥＧＲガス等）が流れる通路であって、高温コア領域８１と、高温流体連通路８２（８２ａ，８２ｂ）とから構成されている。

上記の高温コア領域８１は、積層型熱交換器１の中心領域に設けられ、その領域内を流れる高温流体を低温流体との熱交換によって冷却するための通路である。そして、高温コア領域８１の通路内には、例えば、ＳＰＣ材やステンレス製のフィン（図２ではインナーフィン）が設けられており、高温流体と低温流体との接触面積を拡大させ、各流体間で効率的な熱交換が行われるようになっている。このようなフィンとして、図示するようなインナーフィン以外にもコルゲートフィンやオフセット型フィン等が設けられていてもよい。

他方、上記の高温流体連通路８２は、積層型熱交換器１の長手方向両端部（内側）に設けられ、内燃機関２から供給された高温流体を各段の高温コア領域８１に分配するための通路８２ａ（図中右側・流入側）と、高温コア領域８１で冷却された（高温）流体を再び内燃機関２に還元するための通路８２ｂ（図中左側・流出側）とから構成されている。そして、高温流体連通路８２の入口及び出口は、ともに積層型熱交換器１の最下段のプレートに設けられ、各々、内燃機関の取付側６に設けられた高温流体の入口及び出口と接続金具５を介して接続されている。このように、内燃機関２と積層型熱交換器１とが配管を介することなく直接連通しており、高温流体が内燃機関２と積層型熱交換器１との間で循環するようになっている。

また、同図において、低温流体通路９は、内燃機関２から供給された低温流体（例えば、冷却空気や冷却水等）が流れる通路であって、低温コア領域９１と、低温流体連通路９２（９２ａ，９２ｂ）とから構成されている。

上記の低温コア領域９１は、積層型熱交換器１の中心領域に高温コア領域８１と交互に積層して設けられ、その領域内を流れる低温流体と高温コア領域８１を流れる高温流体との間で熱交換を行うための通路である。なお、同図では、低温コア領域９１は、扁平形状をしており、その領域内にはフィンが設けられていないが、高温コア領域８１のようにフィンが設けられていてもよい。

他方、上記の低温流体連通路９２は、積層型熱交換器１の長手方向両端部（外側）に設けられ、内燃機関２から供給された低温流体を各段の低温コア領域９１に分配するための通路９２ａ（図中右側・流入側）と、低温コア領域９１で熱交換された（低温）流体を再び内燃機関２に還元するための通路９２ｂ（図中左側・流出側）とから構成されている。そして、低温流体連通路９２の入口及び出口は、ともに積層型熱交換器１の最下段のプレートに設けられ、各々、内燃機関の取付側６に設けられた低温流体の入口及び出口と接続金具５を介して接続されている。このように、内燃機関２と積層型熱交換器１とが配管を介することなく直接連通しており、低温流体が内燃機関２と積層型熱交換器１との間で循環するようになっている。

図３は、図２の積層型熱交換器を示す断面図であり、（ａ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図３に示すように、積層されたプレートの各段の間には、補助スペーサー１０が介挿され、このスペーサー１０及びプレートが上下に積み重なることにより、図２の柱状部１０１が構成されている。柱状部１０１の内径側には、最上段から最下段まで積層方向に貫通するボルト孔１００が形成されている。そして、このボルト孔１００には、ボルト７が挿通されており、接続金具５を介して積層型熱交換器１の取付側６に固定されている。

上記の柱状部１０１は、積層型熱交換器１の高温流体連通路８２ａ,８２ｂ及び低温流体連通路９２ａ,９２ｂの各周縁部に対照的に設けられており（計８個）、高温流体及び低温流体の流れを阻害しないように、これらの連通路と平行に配置されている。なお、柱状部１０１の設置位置、設置数、設置方向等を適宜設計し得ることは言うまでもない。また、補助スペーサー１０は、積層プレートと同質部材（ステンレス等）のものが好ましいが、異質部材であってもよい。

上記のボルト７は、このような柱状部１０１に形成されたボルト孔１００に挿入されており、その先端部が内燃機関の取付側６（例えば、シリンダブロック等）にねじ込まれ、接続金具５（ジョイントブロック）を介して固定されている。なお、ボルト７の設置位置、設置数、設置方向等を適宜設計し得ることは言うまでもない。このようにして、積層型熱交換器１は内燃機関２に強固に取り付けられている。

また、図３（ａ）に示すように、高温流体連通路８２ａの周縁部に設けられた２本の柱状部１０１間（長手方向と直交する同一線上）には、高温コア領域８１が設けられており、高温コア領域８１には、略コ字状の断面形状をしたフィンが設けられ、多数の高温用流体室が形成されている。そして、高温流体連通路８２ａの入口は、積層型熱交換器１の最下段のプレート（エンドプレートを含む）に設けられ、内燃機関の取付側６に設けられた高温流体の入口と接続金具５を介して接続されている。さらに、ボルト７は、接続部の周縁部にねじ込まれて接続固定されているため、高温流体が接続部から洩れてしまうことはない。

このような取付構造により、内燃機関と連通する高温流体連通路８２ａを流れる高温流体は、高温コア領域８１に分配されるとともに、これと交互に積層された低温コア領域９１を流れる低温流体との間で熱交換が行われるようになっている。

一方、図３（ｂ）に示すように、低温流体連通路９２ａの周縁部に設けられた２本の柱状部１０１間（長手方向と直交する同一線上）には、コア領域が形成されておらず、低温流体が流れる広い空間が形成されている。そして、低温流体連通路９２ａの入口は、積層型熱交換器１の最下段のプレート（エンドプレートを含む）に設けられ、内燃機関の取付側６に設けられた高温流体の入口と接続金具５を介して接続されている。さらに、ボルト７は、接続部の周縁部にねじ込まれて接続固定されているため、低温流体が接続部から洩れてしまうことはない。

このような取付構造により、内燃機関と連通する低温流体連通路９２ａを流れる低温流体は、低温コア領域９１に分配されるとともに、これと交互に積層された高温コア領域８１を流れる低温流体との間で熱交換が行われるようになっている。

以上のように、上記の取付構造によれば、タイプＡの積層型熱交換器を内燃機関等に取り付ける場合に、取付強度に対する信頼性が高くなるため、大型化が容易となるという優れた効果を奏するようになる。また、ケーシングや多数のボルト等が不要となり、取付工数を削減することもできるため、製造コストが低くなるという優れた効果を奏するようになる（同性能で従来比約３０〜４０％減少）。

さらに、上記の取付構造によれば、タイプＢの積層型熱交換器を内燃機関等に取り付ける場合にも、取付強度に対する信頼性が従来よりも高くなるため、大型化がよりいっそう容易となるという優れた効果を奏するようになる。また、従来の取付構造を適用する場合よりもボルトや配管等の取付部品数を減少させることも可能であるため、製造コストが低くなるという優れた効果を奏するようになる。

なお、本発明の他の実施形態として、例えば、図４に示すような形態であってもよい。すなわち、高温流体通路８及び／又は低温流体通路９の出入口が、最上段及び／又は最下段のプレートに設けられたものであってもよい（図４（ａ），図４（ｂ）参照）。また、本発明の他の実施形態として、例えば、図５に示すような形態であってもよい。すなわち、補助スペーサー１０等が上下プレートのかしめ領域の外側に設けられたものであってもよい。さらに、上記の実施形態では、上下プレートが一体ろう付されたものを示しているが、本発明は必ずしもこのような形態に限られるものではなく、上下プレートが他の形態により一体成形されたものであってもよい。

本発明の実施形態における積層型熱交換器の取付構造を示す分解斜視図である。 図１の積層型熱交換器を示す構成図であり、（ａ）は図１のI視正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）の下面図である。 図２の積層型熱交換器を示す断面図であり、（ａ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 従来の積層型熱交換器の取付構造を示す分解斜視図である。 図６の積層型熱交換器を示す構成図であり、（ａ）は図４のIV視正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同下面図である。

符号の説明

１，１１ 積層型熱交換器
２，１２ 内燃機関
５，１５ 接続金具
６，１６ 内燃機関の取付側（シリンダーブロック）
７，１７ ボルト
８ 高温流体通路
９ 低温流体通路
１０ 補助スペーサー
１３ ケーシング
１４ 配管
５１ ナット
８１ 高温コア領域
８２（８２ａ，８２ｂ） 高温流体連通路
９１ 低温コア領域
９２（９２ａ，９２ｂ） 低温流体連通路
１００ ボルト孔
１０１ 柱状部

Claims (3)

1. 複数のプレートが複数段に積層されて一体成形された積層型熱交換器の取付構造であって、
   前記積層されたプレートの各段の間に介挿された補助スペーサーにより構成され、最上段から最下段まで積層方向に貫通するボルト孔が形成された柱状部と、
   前記ボルト孔に挿通され、前記積層型熱交換器の取付対象物にねじ込まれて固定されたボルトと、
   を有することを特徴とする積層型熱交換器の取付構造。
2. 前記補助スペーサーは、
   前記上下段のプレートと一体ろう付けされていることを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器の取付構造。
3. 前記積層型熱交換器は、
   内燃機関から供給された高温流体が流れる高温流体通路と、
   前記高温流体との間で熱交換する低温流体が流れる低温流体通路と、
   を備えた内燃機関用の積層型熱交換器であり、
   前記高温流体通路及び／又は前記低温流体通路の出入口は、
   最上段及び／又は最下段の前記プレートに設けられ、各々、前記内燃機関の取付側に設けられた前記高温流体及び／又は前記低温流体の出入口と接続されて接続部を形成するとともに、
   前記ボルトは、
   前記接続部の周縁部にねじ込まれて固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層型熱交換器の取付構造。
   
   

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