JP2006153424A - 熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信機器等の冷却に用いられる外気と内気を分離した熱交換器のコスト低減を図る。
【解決手段】平板状のコアプレート５１が積層された第１流体が流れる通路と、第２流体が流れる通路が交互に形成されて、第１流体と第２流体とを熱交換させる熱交換器において、熱交換を行う熱交換コア５と、熱交換に関与しない第１流体通路と第２流体通路を分けるカバー６、７とに分割し、熱交換に関与しないカバー６、７は例えば樹脂製にしてコストを低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温流体と低温流体の熱交換を行う熱交換器およびその製造方法に関するもので、特に内外気を完全に分離したい場合に好適であり、例えば通信機器等の発熱体を冷却する携帯電話基地局用冷却装置の熱交換器として好適である。

上記の用途に使用する熱交換器として特許文献１にて提案された熱交換器は、図２５（ａ）に示すように、内気用箱体１００内に内気の通路が形成され、内気用箱体１００内の通路中にフィン５４が配置されている。また、図２５（ｂ）に示すように、外気用箱体２００内に外気の通路が形成され、外気用箱体２００内の通路中にフィン５４が配置されている。そして、内気用箱体１００と外気用箱体２００とを交互に積層して、内気と外気の熱交換を行わせるようになっている。
特開１０−９５９２３号公報

しかしながら、この熱交換器は、箱体１００、２００のうち実質的に熱交換に関与する部位はフィン５４が接合された部位のみであるにも拘わらず、箱体１００、２００全体がアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料にて形成されているため、その材料費が嵩み、熱交換器のコストが高くなるという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、熱交換器のコスト低減を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１空間（２）と第２空間（３）とを仕切る取付板部（１１）に装着されて、第１空間（２）内の第１流体と第２空間（３）内の第２流体とを熱交換させる熱交換器であって、平板状のコアプレート（５１）が積層されて第１流体が流れるコア内第１流体通路（５２）と第２流体が流れるコア内第２流体通路（５３）が交互に形成されるとともに、コア内第１流体通路（５２）およびコア内第２流体通路（５３）内に第１流体および第２流体との熱交換を促進するフィン（５４）が設置されて、第１流体と第２流体とを熱交換させる熱交換コア（５）と、第１流体が流れるカバー内第１流体通路（６４）と第２流体が流れるカバー内第２流体通路（６５）が、コアプレート（５１）の積層方向に沿って交互に形成されるとともに、熱交換コア（５）の一端側に取り付けられた第１カバー（６）と、第１流体が流れるカバー内第１流体通路（７４）と第２流体が流れるカバー内第２流体通路（７５）が、コアプレート（５１）の積層方向に沿って交互に形成されるとともに、熱交換コア（５）の他端側に取り付けられた第２カバー（７）とを備えることを特徴とする。

これによると、熱交換を行う熱交換コアと熱交換に関与しないカバーとに分割しているため、熱交換に関与しないカバーは例えば請求項４に記載の発明のように樹脂製にすることができ、熱交換器のコストを低減することができる。

請求項２に記載の発明のように、コアプレート（５１）はアルミニウム製にすることができ、また、請求項３に記載の発明のように、フィン（５４）はアルミニウム製にすることができる。

請求項５に記載の発明では、第１カバー（６）および第２カバー（７）は、それぞれ複数個に分割して成形されていることを特徴とする。

これによると、第１カバーあるいは第２カバーを一体成形する場合よりも、成形が容易である。

請求項６に記載の発明では、第１カバー（６）および第２カバー（７）は、コアプレート（５１）の積層方向に対して直交する面を有してカバー内第１流体通路（６４、７４）とカバー内第２流体通路（６５、７５）とを隔てる隔壁（６１、７１）と、隣接する隔壁（６１、７１）における第１空間（２）側の縁部を繋いで、第１空間（２）とカバー内第２流体通路（６５、７５）とを隔てる第１蓋部（６３、７３）と、隣接する隔壁（６１、７１）における第２空間（３）側の縁部を繋いで、第２空間（３）とカバー内第１流体通路（６４、７４）とを隔てる第２蓋部（６２、７２）とを備え、第１蓋部（６３、７３）における第１空間（２）側の面が円弧状であり、第２蓋部（６２、７２）における第２空間（３）側の面が円弧状であることを特徴とする。

これによると、第１蓋部における第１空間側の面および第２蓋部における第２空間側の面が円弧状であるため、換言すると、カバー内第１流体通路およびカバー内第２流体通路の流体流入口および流体流出口の周囲が円弧状であるため、流体流入口および流体流出口付近での流体の流れがスムーズになり、圧損を小さくすることができる。

請求項７に記載の発明では、第１カバー（６）および第２カバー（７）におけるコアプレート（５１）と対向する面に溝（６６、６６ａ〜ｄ、７６、７６ａ〜ｄ）が形成され、溝にコアプレート（５１）の外周縁部が挿入されていることを特徴とする。

これによると、第１カバーおよび第２カバーと熱交換コアとの組み付けが容易である。

請求項８に記載の発明では、溝（６６ｂ、７６ｂ）はテーパー状であることを特徴とする。これによると、溝とコアプレートの外周縁部との当接部が線接触となるため、シール性が向上する。

請求項９に記載の発明では、溝（６６ａ、７６ａ）は円弧状であることを特徴とする。これによると、溝とコアプレートの外周縁部との当接部位が線接触となるため、シール性が向上する。

請求項１０に記載の発明では、第１カバー（６）および第２カバー（７）とコアプレート（５１）の外周縁部との当接部位に、シール材を備えることを特徴とする。これによると、各カバーとコアプレートの外周縁部との当接部位のシール性が向上する。

請求項１１に記載の発明では、フィン（５４）は、ルーバが形成されていることを特徴とする。これによると、熱交換性能を向上させることができる。

請求項１２に記載の発明では、フィン（５４）は、ルーバが形成されていないことを特徴とする。これによると、圧損を小さくすることができる。

請求項１３に記載の発明では、請求項７に記載の熱交換器において、コアプレート（５１）の外周縁部を溝（６６ｃ、６６ｄ、７６ｃ、７６ｄ）に挿入する際にコアプレート（５１）の外周縁部を溝に案内するガイド部（６８、６８ａ、７８、７８ａ）が、溝の端部に形成されていることを特徴とする。

ところで、各カバーと熱交換コアとの組み付ける際には、複数のコアプレートの外周縁部と各カバーの複数の溝との複数の嵌合部を同時に位置合わせして組み付ける必要がある。しかしながら、製造時の寸法バラツキやコアプレートの歪み等により、コアプレートの外周縁部と各カバーの溝との全ての嵌合部の位置を合わせることができない場合があり、その場合にはコアプレートの外周縁部をカバーの溝に挿入することができず、各カバーと熱交換コアとを組み付けることができないという問題が発生する。

これに対し、請求項１３に記載の発明では、コアプレートの外周縁部と各カバーの溝との位置がずれていたりあるいはコアプレートが歪んでいても、ガイド部によってコアプレートの外周縁部が各カバーの溝に案内されるため、コアプレートの外周縁部を溝に容易且つ確実に挿入することができる。

請求項１４に記載の発明では、ガイド部（６８、６８ａ、７８、７８ａ）が溝（６６ｃ、６６ｄ、７６ｃ、７６ｄ）の長手方向（ｘ）端部に形成された請求項１３に記載の熱交換器を用意し、コアプレート（５１）の外周縁部をガイド部に位置合わせし、次に、第１カバー（６）および第２カバー（７）に対して熱交換コア（５）を溝の長手方向にスライドさせて、コアプレート（５１）の外周縁部を溝に浅く挿入し、次に、第１カバー（６）および第２カバー（７）に対して熱交換コア（５）を溝の深さ方向（ｙ）に押し込んで、コアプレート（５１）の外周縁部を溝に深く挿入することを特徴とする。

これによると、各カバーに対して熱交換コアをスライドさせることにより、コアプレートの外周縁部と各カバーの溝との位置ずれやコアプレートの歪みが修正（矯正）されて、コアプレートの外周縁部を溝に容易且つ確実に挿入することができる。

請求項１５に記載の発明では、ガイド部（６８、６８ａ、７８、７８ａ）が熱交換コア（５）側の端部に形成された請求項１３に記載の熱交換器を用意し、コアプレート（５１）の外周縁部をガイド部に位置合わせし、次に、第１カバー（６）および第２カバー（７）に対して熱交換コア（５）を溝（６６ｃ、６６ｄ、７６ｃ、７６ｄ）の深さ方向（ｙ）に押し込んで、コアプレート（５１）の外周縁部を溝に挿入することを特徴とする。

これによると、各カバーに対して熱交換コアを溝の深さ方向に押し込むことにより、コアプレートの外周縁部と各カバーの溝との位置ずれやコアプレートの歪みが修正（矯正）されて、コアプレートの外周縁部を溝に容易且つ確実に挿入することができる。

請求項１６に記載の発明では、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の熱交換器において、第１カバー（６）および第２カバー（７）は、取付板部（１１）に固定される鍔部（９）を備え、鍔部（９）におけるカバー内第１流体通路（６４、７４）およびカバー内第２流体通路（６５、７５）の流体流入口側に繋がる部位（９１）が曲面であることを特徴とする。

これによると、流体流入口付近での流体の流れがスムーズになり、圧損を小さくすることができる。

また、請求項１７に記載の発明のように、請求項１６に記載の熱交換器において、鍔部（９）の曲面の曲率半径を４〜１５ｍｍにした場合、特に圧損低減率が大きくなる。

請求項１８に記載の発明では、請求項１６または１７に記載の熱交換器において、鍔部（９）におけるカバー内第１流体通路（６４、７４）およびカバー内第２流体通路（６５、７５）の流体流出口側に繋がる部位が曲面であることを特徴とする。

これによると、流体流出口付近での流体の流れがスムーズになり、圧損を小さくすることができる。

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。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る熱交換器を含む冷却装置を示す図、図２は図１の冷却装置における外気通路部位の断面図、図３は図１の冷却装置における内気通路部位の断面図、図４は図１の熱交換器単体の斜視図、図５は図４の熱交換器における熱交換コアの斜視図、図６は図４の熱交換器におけるカバーの斜視図、図７は図４のＡ−Ａ線に沿うカバーの断面図、図８は図４のＢ−Ｂ線に沿うカバーの断面図、図９は図１の熱交換器における熱交換コアとカバーの嵌合部を示す図である。

まず、第１実施形態に係る熱交換器を含む冷却装置の概略構成について説明する。図１〜図３に示すように、筐体１内には通信機器等の発熱体が収納される内部空間２が形成され、筐体１の平らな取付板部１１に四角形の開口部１２が形成されている。この開口部１２に、内部空間２と外部空間３とを仕切るようにして、シール部材１３を介在させて熱交換器４（詳細後述）が装着されている。

そして、この熱交換器４により、内部空間２の高温空気（以下、内気という）と外部空間３の低温空気（以下、外気という）とを熱交換させるようになっている。なお、内部空間２は本発明の第１空間に相当し、外部空間３は本発明の第２空間に相当し、内気は本発明の第１流体に相当し、外気は本発明の第２流体に相当する。

次に、熱交換器４の構成について説明する。図４〜図６に示すように、熱交換器４は、内気と外気とを熱交換させる熱交換コア５と、内気および外気を熱交換コア５に導入するとともに内気および外気を熱交換コア５から導出する第１カバー６および第２カバー７を有している。

図５に示すように、熱交換コア５は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料より構成される。熱交換器コア５は、複数の平行に配置された長方形のコアプレート５１と、これらコアプレート５１間に区画形成された扁平な通路内に配置されたコルゲート型のフィン５４とを有する。これらコアプレート５１とフィン５４とはロウ付けによって一体的に構成されることができる。

アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料よりなる平板状のコアプレート５１が多数積層され、隣接するコアプレート５１間に、内気が流れる内気通路５２と、外気が流れる外気通路５３が、積層方向に沿って交互に形成されている。内気通路５２は、本発明のコア内第１流体通路に相当し、外気通路５３は本発明のコア内第２流体通路に相当する。なお、コアプレート５１の積層方向を、以下、単にプレート積層方向という。

また、内気通路５２および外気通路５３には、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料よりなるフィン５４が設置され、フィン５４はコアプレート５１にろう付け等にて接合されている。このフィン５４は、空気との熱交換を促進するもので、コアプレート５１に接合される部位が円弧状に形成されたコルゲートフィンであり、多数のルーバ（図示せず）が形成されている。

フィン５４は、コアプレート５１の長手方向に沿って波状あるいは矩形波状に成形されている。フィン５４の複数の頂部は隣接するコアプレート５１に接合されている。フィン５４の頂部間の板状部分には、多数のスリット状の開口部が形成されており、板状部分を貫通する空気流を許容するとともに、熱交換性能を高めている。

フィン５４は、コアプレート５１間の通路において、コアプレート５１の長手方向に沿って広がる一端の開口から他端の開口へと、相対的に空気を流しやすい。フィン５４の短手方向の幅、および長手方向の長さは、コアプレート５１の幅および長さよりも小さくされている。この結果、コアプレート５１の４辺の縁は、フィン５４より外側に延びだしている。

熱交換コア５は、平板状に形成され、その最も広い一方の平面から他方の平面へ向けて相対的に空気を最も通しやすい。複数のコアプレート５１の縁は、熱交換コア５の両側面を除く外周面に露出しており、平行に延びる複数の稜線を提供している。

因みに、ルーバは、空気流れを蛇行させるように乱して温度境界層が成長することを抑制して熱伝達率を向上させるもので、車両用空調装置のコンデンサや車両用ラジエータに採用されているものと同様のものである。

図２、図３、図６に示すように、第１カバー６は、複数のほぼ直角３角形の第１カバー隔壁６１を所定間隔づつ離して保持して構成されている。それぞれの第１カバー隔壁６１は、プレート積層方向に対して直交する方向、すなわちコアプレート５１の面方向と平行な方向に第１カバー隔壁６１の面が延びるようにして、プレート積層方向に配置、保持されている。第１カバー隔壁６１は、その斜辺に、上記コアプレート５１の一方の長辺と一方の短辺とに対向する形状を備えることができる。この場合、斜辺にはコアプレート５１の２辺に対応するノッチ状あるいは三角状の切り欠きが形成される。

また、プレート積層方向の１枚目と２枚目の第１カバー隔壁６１における外部空間３側の縁部同士が第１カバー底板６２によって繋がれ、プレート積層方向の２枚目と３枚目の第１カバー隔壁６１における内部空間２側の縁部同士が第１カバー縦板６３によって繋がれ、以下、第１カバー隔壁６１はプレート積層方向に沿って交互に第１カバー底板６２と第１カバー縦板６３によって繋がれている。

そして、第１カバー底板６２とそれに隣接する２枚の第１カバー隔壁６１によって、内気を熱交換コア５から導出する内気導出通路６４が形成され、第１カバー縦板６３とそれに隣接する２枚の第１カバー隔壁６１によって、外気を熱交換コア５に導入する外気導入通路６５が形成されている。また、内気導出通路６４と外気導入通路６５は、プレート積層方向に沿って交互に形成されている。

換言すると、第１カバー隔壁６１は内気導出通路６４と外気導入通路６５とを隔て、第１カバー底板６２は外部空間３と内気導出通路６４とを隔て、第１カバー縦板６３は内部空間２と外気導入通路６５とを隔てている。

図７に示すように、第１カバー縦板６３における内部空間２側の面は、内部空間２側に向かって凸の円弧状になっており、これにより、内気導出通路６４から内部空間２に内気が吹き出されるときの吹き出しジェットロスを低減するようにしている。

また、図８に示すように、第１カバー底板６２における外部空間３側の面は、外部空間３側に向かって凸の円弧状になっており、これにより、外部空間３から外気導入通路６５に外気を吸い込むときの吸い込み圧損を低減するようにしている。

第１カバー６は、ＡＢＳ、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）等の樹脂にて一体成形される。

図２、図３、図６に示すように、第２カバー７は、複数のほぼ直角３角形の第２カバー隔壁７１を所定間隔づつ離して保持して構成されている。それぞれの第２カバー隔壁７１は、プレート積層方向に対して直交する方向、すなわちコアプレート５１の面方向と平行な方向に第２カバー隔壁７１の面が延びるようにして、プレート積層方向に配置、保持されている。第１カバー隔壁６１は、その斜辺に、上記コアプレート５１の一方の長辺と一方の短辺とに対向する形状を備えることができる。この場合、斜辺にはコアプレート５１の２辺に対応するノッチ状あるいは三角状の切り欠きが形成される。

また、プレート積層方向の１枚目と２枚目の第２カバー隔壁７１における外部空間３側の縁部同士が第２カバー縦板７２によって繋がれ、プレート積層方向の２枚目と３枚目の第２カバー隔壁７１における内部空間２側の縁部同士が第２カバー天板７３によって繋がれ、以下、第２カバー隔壁７１はプレート積層方向に沿って交互に第２カバー縦板７２と第２カバー天板７３によって繋がれている。

そして、第２カバー縦板７２とそれに隣接する２枚の第２カバー隔壁７１によって、内気を熱交換コア５に導入する内気導入通路７４が形成され、第２カバー天板７３とそれに隣接する２枚の第２カバー隔壁７１によって、外気を熱交換コア５から導出する外気導出通路７５が形成されている。また、内気導入通路７４と外気導出通路７５は、プレート積層方向に沿って交互に形成されている。

換言すると、第２カバー隔壁７１は内気導入通路７４と外気導出通路７５とを隔て、第２カバー縦板７２は外部空間３と内気導入通路７４とを隔て、第２カバー天板７３は内部空間２と外気導出通路７５とを隔てている。なお、第１カバー隔壁６１および第２カバー隔壁７１は、本発明の隔壁に相当する。

図示しないが、第２カバー天板７３における内部空間２側の面、および第２カバー縦板７２における外部空間３側の面は、第１カバー縦板６３や第１カバー底板６２と同様に円弧状になっている。

第２カバー７は、ＡＢＳ、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）等の樹脂にて一体成形される。

図９に示すように、第１カバー６の第１カバー隔壁６１におけるコアプレート５１と対向する縁部（面）には、コアプレート５１と対向する範囲の全長に渡ってコの字状の連結部が形成されている。この連結部には、溝６６が形成されている。溝６６は、コアプレート５１と対向する範囲の全長に渡って形成されている。溝６６は、ほぼ直角三角形の第１カバー隔壁６１の縁に沿って延在しており、その延在方向と直角方向に開口して細長いスリット状の溝としての形状を呈する。溝６６の幅は、コアプレート５１の縁を受け容れ可能な幅に設定されている。この結果、溝６６内には、コアプレート５１が受け容れ可能である。例えば、溝６６の細長い開口部から垂直方向に沿ってコアプレート５１を差し込むことができる。

コアプレート５１を、溝６６の長手方向に沿って引きずりながらスライドさせてコアプレート５１の縁を溝６６内に受け容れることが可能である。例えば、溝６６は、ほぼ直角三角形の第１カバー隔壁６１の少なくともひとつの頂点に対応する端部でその溝自身の延在方向に向けても開口する形状とすることができる。この場合、溝６６の端部から、コアプレート５１の縁の角部を溝６６内に受け容れ、コアプレート５１と第１カバー隔壁６１とを互いにスライドさせて溝６６内にコアプレート５１の一辺の縁全体を受け容れることができる。

第１カバー隔壁６１の斜辺にコアプレート５１の隣接する２辺に対応するノッチ状あるいは三角状の切り欠きが形成される場合、この切り欠きを区画する２辺に上記溝６６を形成することができる。そして、コアプレート５１の角部を溝６６の終端開口から挿入し、コアプレート５１の長辺に沿って第１カバー隔壁６１とコアプレート５１とをスライドさせて長辺を溝６６内に位置づけた後、コアプレート５１の短辺を、第１カバー隔壁６１の残された溝６６内に垂直に押し込むという製造方法をとることができる。

また、第２カバー７の第２カバー隔壁７１におけるコアプレート５１と対向する縁部（面）にも、コアプレート５１と対向する範囲の全長に渡ってコの字状の連結部が形成されている。この連結部には、溝７６が形成されている。溝７６は、コアプレート５１と対向する範囲の全長に渡って形成されている。溝７６は、ほぼ直角三角形の第１カバー隔壁７１の縁に沿って延在しており、その延在方向と直角方向に開口して細長いスリット状の溝としての形状を呈する。溝７６の幅は、コアプレート５１の縁を受け容れ可能な幅に設定されている。この結果、溝７６内には、コアプレート５１が受け容れ可能である。例えば、溝６６の細長い開口部から垂直方向に沿ってコアプレート５１を差し込むことができる。

コアプレート５１を、溝７６の長手方向に沿って引きずりながらスライドさせてコアプレート５１の縁を溝７６内に受け容れることが可能である。例えば、溝７６は、ほぼ直角三角形の第２カバー隔壁７１の少なくともひとつの頂点に対応する端部でその溝自身の延在方向に向けても開口する形状とすることができる。この場合、溝７６の端部から、コアプレート５１の縁の角部を溝７６内に受け容れ、コアプレート５１と第２カバー隔壁７１とを互いにスライドさせて溝７６内にコアプレート５１の一辺の縁全体を受け容れることができる。

第２カバー隔壁７１の斜辺にコアプレート５１の隣接する２辺に対応するノッチ状あるいは三角状の切り欠きが形成される場合、この切り欠きを区画する２辺に上記溝７６を形成することができる。そして、コアプレート５１の角部を溝７６の終端開口から挿入し、コアプレート５１の長辺に沿って第２カバー隔壁７１とコアプレート５１とをスライドさせて長辺を溝６６内に位置づけた後、コアプレート５１の短辺を、第２カバー隔壁７１の残された溝６６内に垂直に押し込むという製造方法をとることができる。

そして、これらの溝６６、７６にコアプレート５１の外周縁部が圧入され、これにより、第１カバー６および第２カバー７と熱交換コア５とが一体化され、第１カバー隔壁６１とコアプレート５１との結合部のシール性が確保され、第２カバー隔壁７１とコアプレート５１との結合部のシール性が確保されている。因みに、溝６６、７６にコアプレート５１の外周縁部を挿入可能にするために、コアプレート５１はフィン５２よりひとまわり大きくなっている。

図２〜図４に示すように、熱交換コア５における空気流れ方向の一端側に内気カバー６が取り付けられ、熱交換コア５における空気流れ方向の他端側に外気カバー７が取り付けられている。また、図２に示すように、外気通路５３は外気導入通路６５および外気導出通路７５と連通し、図３に示すように、内気通路５２は内気導出通路６４および内気導入通路７４に連通するようになっている。

なお、内気導出通路６４と内気導入通路７４は、本発明のカバー内第１流体通路に相当し、外気導入通路６５と外気導出通路７５は、本発明のカバー内第２流体通路に相当し、第１カバー縦板６３と第２カバー天板７３は、本発明の第１蓋部に相当し、第１カバー底板６２と第２カバー縦板７２は、本発明の第２蓋部に相当する。

次に、熱交換器４を含む冷却装置の概略作動を説明する。

図示しない内気用送風機により送られる内部空間２内の高温空気は、図３に示すように、内気導入通路７４に流入した後熱交換コア５の内気通路５２を通って内気導出通路６４に流れ、再び内部空間２に戻される。

一方、図示しない外気用送風機により送られる外部空間３内の低温空気は、図２に示すように、外気導入通路６５に流入した後熱交換コア５の外気通路５３を通って外気導出通路７５に流れ、再び外部空間３に戻される。

そして、内気と外気は、熱交換コア５内を通過する際に熱交換され、この熱交換により、内部空間２内の高温空気が冷却され、ひいては筐体１内の通信機器等が冷却される。

本実施形態では、熱交換コア５は、コアプレート５１とフィン５４を積層したもので、少ない部品点数で簡素な構造であり、また、内気通路と外気通路を分ける第１カバー６および第２カバー７も、それぞれ一体部品としているため部品点数が少ない。

また、熱交換を行う熱交換コア５と熱交換に関与しない第１カバー６および第２カバー７とに分割して、熱交換に関与しない第１カバー６および第２カバー７を樹脂製にしているため、熱交換器のコストを低減することができる。

また、第１カバー縦板６３および第２カバー天板７３における内部空間２側の面を円弧状にし、第１カバー底板６２および第２カバー縦板７２における外部空間３側の面を円弧状にしているため、内外気の吸い込み部位や吹き出し部位での内外気の流れがスムーズになり、圧損を小さくすることができる。

また、フィン５４は、多数のルーバを有するものであるため、高い熱交換性能を得ることができる。

また、第１カバー６の溝６６および第２カバー７の溝７６にコアプレート５１の外周縁部を圧入して第１カバー６および第２カバー７と熱交換コア５とを一体化しているため、第１カバー６および第２カバー７と熱交換コア５との組み付けが容易である。

（第２実施形態） 本発明の第２実施形態について説明する。図１０は第２実施形態に係る熱交換器における熱交換コアとカバーの嵌合部を示す図である。

第１実施形態では、第１カバー６の溝６６および第２カバー７の溝７６はコの字状であったが、本実施形態は、第１カバー６の溝６６ａおよび第２カバー７の溝７６ａを円弧状にしている。

このように、溝６６ａ、７６ａを円弧状にすると、溝６６ａ、７６ａとコアプレート５１の外周縁部との当接部位が線接触となるため、シール性が向上する。

（第３実施形態） 本発明の第３実施形態について説明する。図１１は第３実施形態に係る熱交換器における熱交換コアとカバーの嵌合部を示す図である。

第１実施形態では、第１カバー６の溝６６および第２カバー７の溝７６はコの字状であったが、本実施形態は、第１カバー６の溝６６ｂおよび第２カバー７の溝７６ｂをテーパー状あるいはＶ字状と呼びうる断面にしている。

このように、溝６６ｂ、７６ｂをテーパー状にすると、溝６６ｂ、７６ｂとコアプレート５１の外周縁部との当接部位が線接触となるため、シール性が向上する。

（第４実施形態） 本発明の第４実施形態について説明する。図１２は第４実施形態に係る熱交換器における熱交換コアとカバーの当接部位を示す図である。

第１実施形態では、第１カバー６の溝６６および第２カバー７の溝７６にコアプレート５１の外周縁部を圧入してシールしていたが、本実施形態は、溝６６、７６を廃止し、第１カバー６および第２カバー７におけるコアプレート５１と対向する部位（面）に平板部６７、７７を形成し、平板部６７、７７とコアプレート５１の外周縁部との当接部位に、ブチルゴム等のシール材８を設けている。シール材８は平板部６７，７７上に所定の厚さをもって設けることができ、コアプレート５１の縁を押しつけることによりコアプレート５１の縁の近傍を包み込むように変形させることができる。また、シール材８の断面を、コ字形、Ｕ字形、あるいはＶ字形等とすることができ、シール材８によって上記溝６６、７６に対応する構造を得ることができる。

本実施形態によると、製造時の寸法誤差により、コアプレート５１の外周縁部と第１カバー隔壁６１および第２カバー隔壁７１との積層方向の位置が多少ずれても、熱交換コア５と第１カバー６および第２カバー７とを組み付けることができる。

（第５実施形態） 本発明の第５実施形態について説明する。図１３（ａ）は第５実施形態に係る熱交換器におけるカバーを熱交換コア側から見た正面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の左側面図である。図１４（ａ）、（ｂ）は熱交換コア５と第１カバー６との製造方法の手順を示す斜視図である。

図１５（ａ）は図１４（ａ）の工程における熱交換コアと第１カバーの状態を示す正面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）の左側面図である。図１６（ａ）は図１４（ｂ）の工程における熱交換コアとカバーの状態を示す正面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の左側面図である。図１７（ａ）は図１４（ｂ）の次の工程における熱交換コアとカバーの状態を示す正面図、図１７（ｂ）は図１７（ａ）の左側面図である。

図１３（ｂ）に示すように、第１カバー６の第１カバー隔壁６１におけるコアプレート５１と対向する面には、段付き状に２つの溝６６ｃ、６６ｄが形成されている。これらの溝６６ｃ、６６ｄは、コアプレート５１側に位置する第１溝６６ｃの幅（図１３（ｂ）において紙面上下方向の寸法）が、コアプレート５１から遠い側に位置する第２溝６６ｄの幅よりも広くなっている。

因みに、第１溝６６ｃの幅はコアプレート５１の板厚の２〜５倍に設定されている。また、第２溝６６ｄの幅はコアプレート５１が圧入されるような寸法になっている。

図１３（ａ）に示すように、第１カバー隔壁６１における第１溝６６ｃの長手方向端部には、外側に向かってハの字状に開いたガイド部６８が形成されている。このガイド部６８は、コアプレート５１の外周縁部を第１溝６６ｃに挿入する際に、コアプレート５１の外周縁部が第１溝６６ｃにスムーズに挿入されるように、コアプレート５１を案内するものである。

なお、第１カバー隔壁６１の２つの溝６６ｃ、６６ｄに相当する溝７６ｃ、７６ｄ、および、第１カバー６のガイド部６８に相当するガイド部７８が、第２カバー７の第２カバー隔壁７１にも形成されている。

次に、熱交換器の製造方法について説明する。

まず、位置合わせ工程では、図１４（ａ）および図１５に示すように、熱交換コア５のコアプレート５１の外周縁部を第１カバー６のガイド部６８に位置合わせする。この時、コアプレート５１の第１溝６６ｃへの挿入量Ｌは１〜３ｍｍ程度を狙う。

次に、スライド工程では、図１４（ｂ）および図１６に示すように、第１カバー６に対して熱交換コア５を溝６６ｃ、６６ｄの長手方向ｘに沿ってスライドさせて、コアプレート５１の外周縁部を第１溝６６ｃに挿入する。

この際、コアプレート５１の外周縁部と第１溝６６ｃとの位置がずれていたりあるいはコアプレート５１が歪んでいても、ガイド部６８によってコアプレート５１の外周縁部が第１溝６６ｃに案内される。また、熱交換コア５をスライドさせてコアプレート５１の外周縁部を第１溝６６ｃに挿入することにより、コアプレート５１の外周縁部が第１溝６６ｃに倣い、コアプレート５１の外周縁部と第１溝６６ｃとの位置ずれやコアプレート５１の歪みが修正（矯正）される。

次に、押し込み工程では、図１７に示すように、第１カバー６に対して熱交換コア５を溝６６ｃ、６６ｄの深さ方向ｙに沿って押し込んで、コアプレート５１の外周縁部の先端側を第２溝６６ｄに圧入する。

この圧入により、熱交換コア５と第１カバー６とを一体化するとともに、コアプレート５１の外周縁部と第２溝６６ｄ間をシールする。

以上のようにして、熱交換コア５と第１カバー６との組み付けが完了した後、熱交換コア５に第２カバー７を組み付ける。すなわち、熱交換コア５のコアプレート５１の外周縁部を第２カバー７のガイド部７８に位置合わせし、次に、熱交換コア５に対して第２カバー７を溝７６ｃ、７６ｄの長手方向ｘに沿ってスライドさせて、コアプレート５１の外周縁部を第１溝７６ｃに挿入し、次に、熱交換コア５に対して第２カバー７を溝７６ｃ、７６ｄの深さ方向ｙに沿って押し込んで、コアプレート５１の外周縁部の先端側を第２溝７６ｄに圧入する。

本実施形態では、ガイド部６８、７８によってコアプレート５１の外周縁部が各カバー６、７の第１溝６６ｃ、７６ｃに案内されるため、コアプレート５１の外周縁部を第１溝６６ｃ、７６ｃに容易且つ確実に挿入することができる。また、コアプレート５１の外周縁部を第１溝６６ｃに挿入することにより、コアプレート５１の外周縁部が第１溝６６ｃに倣い、コアプレート５１の外周縁部と第１溝６６ｃとの位置ずれやコアプレート５１の歪みが修正（矯正）されるため、コアプレート５１の外周縁部を第２溝６６ｄ、７６ｄ溝に容易且つ確実に挿入することができる。

なお、上記した熱交換器の組み付け作業は、手作業によって行うこともできるし、或いは、熱交換コア５等の部品を保持する治具や治具を駆動する駆動装置を用いて行うこともできる。

（第６実施形態） 本発明の第６実施形態について説明する。図１８（ａ）は第６実施形態に係る熱交換器におけるカバーを熱交換コア側から見た正面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

第５実施形態では、カバー隔壁６１、７１における第１溝６６ｃ、７１ｃの長手方向端部にガイド部６８、７８を設けたが、本実施形態は、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、カバー隔壁６１、７１における熱交換コア５側の端部にガイド部６８ａ、７８ａを設けている。

このガイド部６８ａ、７８ａは、カバー隔壁６１、７１からプレート積層方向（図１８（ａ）、（ｂ）において紙面上下方向）に突出するとともに、熱交換コア５側に向かってハの字状に開いた形状になっている。また、ガイド部６８ａ、７８ａは、カバー隔壁６１、７１に一体に形成されるとともに、１つのカバー隔壁に複数個形成されている。

次に、熱交換器の製造方法について説明する。

まず、熱交換コア５のコアプレート５１の外周縁部を第１カバー６のガイド部６８ａに位置合わせした後、第１カバー６に対して熱交換コア５を溝６６ｃ、６６ｄの深さ方向ｙに沿って、コアプレート５１の外周縁部の先端側が第２溝６６ｄの底に突き当たるまで押し込む。

この際、コアプレート５１の外周縁部と第１溝６６ｃとの位置がずれていたりあるいはコアプレート５１が歪んでいても、ガイド部６８ａによってコアプレート５１の外周縁部が第１溝６６ｃに案内される。また、コアプレート５１の外周縁部が第１溝６６ｃに倣い、コアプレート５１の外周縁部と第１溝６６ｃとの位置ずれやコアプレート５１の歪みが修正（矯正）される。

以上のようにして、熱交換コア５と第１カバー６との組み付けが完了した後、熱交換コア５に第２カバー７を組み付ける。すなわち、熱交換コア５のコアプレート５１の外周縁部を第２カバー７のガイド部７８ａに位置合わせした後、第２カバー７に対して熱交換コア５を溝７６ｃ、７６ｄの深さ方向ｙに沿って、コアプレート５１の外周縁部の先端側が第２溝７６ｄの底に突き当たるまで押し込む。

本実施形態では、ガイド部６８ａ、７８ａによってコアプレート５１の外周縁部が各カバー６、７の第１溝６６ｃ、７６ｃに案内されるため、コアプレート５１の外周縁部を第１溝６６ｃ、７６ｃに容易且つ確実に挿入することができる。また、コアプレート５１の外周縁部が第１溝６６ｃに倣い、コアプレート５１の外周縁部と第１溝６６ｃとの位置ずれやコアプレート５１の歪みが修正（矯正）されるため、コアプレート５１の外周縁部を第２溝６６ｄ、７６ｄ溝に容易且つ確実に挿入することができる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について説明する。図１９は第７実施形態に係る熱交換器を含む冷却装置を示す側面図、図２０は図１９の熱交換器の平面図、図２１は図２０のＤ−Ｄ線に沿う断面図、図２２は図１９の熱交換器の要部の斜視図、図２３は図２０のＥ−Ｅ線に沿う断面図、図２４は鍔部入口側曲面部の曲率半径と圧損低減率との関係を示す図である。なお、第１実施形態と同一または均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１９、図２０に示すように、第１カバー６および第２カバー７には、それらの外周部に板状の鍔部９が一体に形成されている。そして、鍔部９は、シール部材１３を介在させて筐体１の取付板部１１にネジ等の締結手段（図示せず）にて固定されている。

図２１〜図２３に示すように、鍔部９において、第２カバー７の内気導入通路７４に繋がる部位９１（以下、鍔部入口側曲面部９１という）が曲面になっている。具体的には、鍔部入口側曲面部９１は、内部空間２側に向かって凸の円弧状になっている。本例では、鍔部入口側曲面部９１における内部空間２側の面の曲率半径Ｒを５ｍｍとし、鍔部入口側曲面部９１と鍔部入口側曲面部９１周囲とを曲率半径２ｍｍの曲面で接続している。

また、第２カバー７の第２カバー天板７３における内部空間２側の面も、内部空間２側に向かって凸の円弧状になっている。本例では、第２カバー天板７３における内部空間２側の面の曲率半径を８ｍｍとしている。

このように、第２カバー７の内気導入通路７４における入り口部の周囲を、直角部のない平滑な構造にすることにより、内気導入通路７４の入り口部での圧損の低下を図っている。

なお、図示しないが、鍔部９において、第１カバー６の外気導入通路６５に繋がる部位（第２カバー７の鍔部入口側曲面部９１に相当）を、外部空間３側に向かって凸の円弧状とし、これにより外気導入通路６５の入り口部での圧損の低下を図っている。

また、図示しないが、鍔部９において、第１カバー６の内気導出通路６４に繋がる部位を、内部空間２側に向かって凸の円弧状とし、鍔部９において、第２カバー７の外気導出通路７５に繋がる部位を、外部空間３側に向かって凸の円弧状とし、これにより内気導出通路６４および外気導出通路７５の出口部での圧損の低下を図っている。

図２４は、鍔部入口側曲面部９１の曲率半径Ｒをパラメータとして圧損低減率を調べた結果を示すものであり、鍔部入口側曲面部９１の曲率半径Ｒが４ｍｍ以上の場合に圧損が大幅が低減され、特に、鍔部入口側曲面部９１の曲率半径Ｒが４〜１５ｍｍの時に最も圧損が低減される。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、第１カバー６を一体成形したが、第１カバー６は複数個に分割して成形してもよい。同様に、第２カバー７も複数個に分割して成形してもよい。これによると、第１カバー６あるいは第２カバー７を一体成形する場合よりも、成形が容易である。

また、シール部材１３と接するフランジを熱交換コア５の外周部に設けることにより、シール部の構成を簡素にすることができる。

また、第１カバー６は、隣接する第１カバー隔壁６１間をブリッジで連結することにより、隣接する第１カバー隔壁６１間の寸法精度を向上させることができる。この場合、ブリッジをガイド形状にして第１カバー６の各通路６４、６５内での内外気の流れの向きを制御することにより、第１カバー６の各通路６４、６５内での内外気の流れをスムーズにして、圧損を小さくすることができる。同様に、第２カバー７においても、隣接する第２カバー隔壁７１間をブリッジで連結してもよい。

また、第１カバー６の溝６６、６６ａ、６６ｂおよび第２カバー７の溝７６、７６ａ、７６ｂとコアプレート５１の外周縁部との当接部位に、第１カバー６および第２カバー７とコアプレート５１の固定およびシールのために、シール材を設けてもよい。そのシール材としては、ブチルゴム、エラストマー、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。

また、上記各実施形態では、ルーバを有するフィン５４を用いたが、ルーバが形成されていないフィンを用いることにより、圧損を小さくすることができる。

また、上記各実施形態では、フィン５４はコルゲートフィンを用いたが、コアプレート５１に接合される部位がフラットに形成された矩形波形状のフラットトップフィンを用いてもよい。

また、上記各実施形態では、第１カバー６および第２カバー７を樹脂製にしたが、第１カバー６および第２カバー７は、冷間圧延鋼板等の安価な金属板にて形成してもよい。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器を含む冷却装置を示す図である。 図１の冷却装置における外気通路部位の断面図である。 図１の冷却装置における内気通路部位の断面図である。 図１の熱交換器単体の斜視図である。 図４の熱交換器における熱交換コアの斜視図である。 図４の熱交換器におけるカバーの斜視図である。 図４のＡ−Ａ線に沿うカバーの断面図である。 図４のＢ−Ｂ線に沿うカバーの断面図である。 図４の熱交換器における熱交換コアとカバーの嵌合部を示す図である。 第２実施形態に係る熱交換器における熱交換コアとカバーの嵌合部を示す図である。 第３実施形態に係る熱交換器における熱交換コアとカバーの嵌合部を示す図である。 第４実施形態に係る熱交換器における熱交換コアとカバーの当接部位を示す図である。 （ａ）は第５実施形態に係る熱交換器におけるカバーを熱交換コア側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図である。 （ａ）、（ｂ）は第５実施形態に係る熱交換器の製造方法の手順を示す斜視図である。 （ａ）は第５実施形態に係る熱交換器の位置合わせ工程における熱交換コアと第１カバーの状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図である。 （ａ）は第５実施形態に係る熱交換器のスライド工程における熱交換コアと第１カバーの状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図である。 （ａ）は第５実施形態に係る熱交換器の押し込み工程における熱交換コアと第１カバーの状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 （ａ）は第６実施形態に係る熱交換器におけるカバーを熱交換コア側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図である。 本発明の第７実施形態に係る熱交換器を含む冷却装置を示す側面図である。 図１９の熱交換器の平面図である。 図２０のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 図１９の熱交換器の要部の斜視図である。 図２０のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。 鍔部入口側曲面部の曲率半径と圧損低減率との関係を示す図である。 従来の熱交換器を示す斜視図である。

符号の説明

２…内部空間（第１空間）、３…外部空間（第２空間）、５…熱交換コア、６…第１カバー、７…第２カバー、１１…取付板部、５１…コアプレート、５２…内気通路（コア内第１流体通路）、５３…外気通路（コア内第２流体通路）、５４…フィン、６４…内気導出通路（カバー内第１流体通路）、６５…外気導入通路（カバー内第２流体通路）、７４…内気導入通路（カバー内第１流体通路）、７５…外気導出通路（カバー内第２流体通路）。

Claims (18)

1. 第１空間（２）と第２空間（３）とを仕切る取付板部（１１）に装着されて、前記第１空間（２）内の第１流体と前記第２空間（３）内の第２流体とを熱交換させる熱交換器であって、
   平板状のコアプレート（５１）が積層されて前記第１流体が流れるコア内第１流体通路（５２）と前記第２流体が流れるコア内第２流体通路（５３）が交互に形成されるとともに、前記コア内第１流体通路（５２）および前記コア内第２流体通路（５３）内に前記第１流体および前記第２流体との熱交換を促進するフィン（５４）が設置されて、前記第１流体と前記第２流体とを熱交換させる熱交換コア（５）と、
   前記第１流体が流れるカバー内第１流体通路（６４）と前記第２流体が流れるカバー内第２流体通路（６５）が、前記コアプレート（５１）の積層方向に沿って交互に形成されるとともに、前記熱交換コア（５）の一端側に取り付けられた第１カバー（６）と、
   前記第１流体が流れるカバー内第１流体通路（７４）と前記第２流体が流れるカバー内第２流体通路（７５）が、前記コアプレート（５１）の積層方向に沿って交互に形成されるとともに、前記熱交換コア（５）の他端側に取り付けられた第２カバー（７）とを備えることを特徴とする熱交換器。
2. 前記コアプレート（５１）はアルミニウム製であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記フィン（５４）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。
4. 前記第１カバー（６）および前記第２カバー（７）は樹脂製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。
5. 前記第１カバー（６）および前記第２カバー（７）は、それぞれ複数個に分割して成形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。
6. 前記第１カバー（６）および前記第２カバー（７）は、
   前記コアプレート（５１）の積層方向に対して直交する面を有して前記カバー内第１流体通路（６４、７４）と前記カバー内第２流体通路（６５、７５）とを隔てる隔壁（６１、７１）と、
   隣接する前記隔壁（６１、７１）における前記第１空間（２）側の縁部を繋いで、前記第１空間（２）と前記カバー内第２流体通路（６５、７５）とを隔てる第１蓋部（６３、７３）と、
   隣接する前記隔壁（６１、７１）における前記第２空間（３）側の縁部を繋いで、前記第２空間（３）と前記カバー内第１流体通路（６４、７４）とを隔てる第２蓋部（６２、７２）とを備え、
   前記第１蓋部（６３、７３）における前記第１空間（２）側の面が円弧状であり、
   前記第２蓋部（６２、７２）における前記第２空間（３）側の面が円弧状であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。
7. 前記第１カバー（６）および前記第２カバー（７）における前記コアプレート（５１）と対向する面に溝（６６、６６ａ〜ｄ、７６、７６ａ〜ｄ）が形成され、前記溝に前記コアプレート（５１）の外周縁部が挿入されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換器。
8. 前記溝（６６ｂ、７６ｂ）はテーパー状であることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記溝（６６ａ、７６ａ）は円弧状であることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
10. 前記第１カバー（６）および前記第２カバー（７）と前記コアプレート（５１）の外周縁部との当接部位に、シール材を備えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の熱交換器。
11. 前記フィン（５４）は、ルーバが形成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の熱交換器。
12. 前記フィン（５４）は、ルーバが形成されていないことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の熱交換器。
13. 前記コアプレート（５１）の外周縁部を前記溝（６６ｃ、６６ｄ、７６ｃ、７６ｄ）に挿入する際に前記コアプレート（５１）の外周縁部を前記溝に案内するガイド部（６８、６８ａ、７８、７８ａ）が、前記溝の端部に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
14. 前記ガイド部（６８、６８ａ、７８、７８ａ）が前記溝（６６ｃ、６６ｄ、７６ｃ、７６ｄ）の長手方向（ｘ）端部に形成された請求項１３に記載の熱交換器を用意し、
    前記コアプレート（５１）の外周縁部を前記ガイド部に位置合わせし、
    次に、前記第１カバー（６）および前記第２カバー（７）に対して前記熱交換コア（５）を前記溝の長手方向にスライドさせて、前記コアプレート（５１）の外周縁部を前記溝に浅く挿入し、
    次に、前記第１カバー（６）および前記第２カバー（７）に対して前記熱交換コア（５）を前記溝の深さ方向（ｙ）に押し込んで、前記コアプレート（５１）の外周縁部を前記溝に深く挿入することを特徴とする熱交換器の製造方法。
15. 前記ガイド部（６８、６８ａ、７８、７８ａ）が前記熱交換コア（５）側の端部に形成された請求項１３に記載の熱交換器を用意し、
    前記コアプレート（５１）の外周縁部を前記ガイド部に位置合わせし、
    次に、前記第１カバー（６）および前記第２カバー（７）に対して前記熱交換コア（５）を前記溝（６６ｃ、６６ｄ、７６ｃ、７６ｄ）の深さ方向（ｙ）に押し込んで、前記コアプレート（５１）の外周縁部を前記溝に挿入することを特徴とする熱交換器の製造方法。
16. 前記第１カバー（６）および前記第２カバー（７）は、前記取付板部（１１）に固定される鍔部（９）を備え、
    前記鍔部（９）における前記カバー内第１流体通路（６４、７４）および前記カバー内第２流体通路（６５、７５）の流体流入口側に繋がる部位（９１）が曲面であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の熱交換器。
17. 前記鍔部（９）の曲面の曲率半径が、４〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１６に記載の熱交換器。
18. 前記鍔部（９）における前記カバー内第１流体通路（６４、７４）および前記カバー内第２流体通路（６５、７５）の流体流出口側に繋がる部位が曲面であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の熱交換器。
    

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