JP2006207970A

JP2006207970A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2006207970A
Application number: JP2005023607A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Shinnaga; 秀孝新長; Toshiyuki Horiuchi; 俊行堀内; Tsutomu Wada; 努和田
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】製造作業の簡素化が図れ、製造コストの低減化が可能となると共に、ケースと各伝熱管との間に流体を均一に流通させることができ、熱交換性能の向上を図る。
【解決手段】本発明は、伝熱管２を有するコア３を収容するケース６を備え、ケース６と伝熱管２との間を流通する流体と伝熱管２内を流通する流体との間で熱交換を行うように構成された熱交換器１，３１，４１であって、ケース６と伝熱管２の間を流通する流体の出入口１３，１１がケース６とコア３の間の空間に連通するように設けられ、前記流体の出入口１３，１１の近傍において該流体をコア３側に振り分け可能なように構成されたバッフル部材１５，３２，４２が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に、伝熱管を有するコアを収容するケースを備え、このケースと伝熱管との間を流通する流体と伝熱管内を流通する流体との間で熱交換を行うように構成された熱交換器に関する。

従来、燃料電池や船舶などの用途において、複数の伝熱管が並設されたコアをケース内に収容させて構成した熱交換器が使用されており、この熱交換器では、ケースと各伝熱管との間を流通する流体により、各伝熱管内を流通する流体を冷却又は加熱するようになっている。

そして、この種の熱交換器では、ケースと各伝熱管との間を流通する流体が淀むことなく、均一に流通するようにするため、ケースの中央部をコア側に絞って流体が伝熱管側へ流れるようにしたり、或いは、伝熱管の外面に多数の膨出部を形成させ、伝熱管外面に流体が均等に流れるようにしたりしていた。（例えば、特許文献１参照）、
特開２００４−１７７０６０号公報

しかしながら、上記した従来の熱交換器では、ケースと各伝熱管との間を流通する流体を均一に流通させるために、ケースを絞り加工したり、伝熱管の外面に多数の膨出部を形成させたりする必要があり、熱交換器の製造作業に手間が掛かり、製造コストが増大するといった問題があった。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、製造作業の簡素化が図れ、製造コストの低減化が可能となると共に、ケースと各伝熱管との間に流体を均一に流通させることができ、熱交換性能の向上を図ることができる熱交換器を提供しようとするものである。

本発明は、伝熱管を有するコアを収容するケースを備え、該ケースと前記伝熱管との間を流通する流体と前記伝熱管内を流通する流体との間で熱交換を行うように構成された熱交換器であって、前記ケースと前記伝熱管の間を流通する流体の出入口が前記ケースと前記コアの間の空間に連通するように設けられ、前記流体の出入口の近傍において該流体を前記コア側に振り分け可能なように構成されたバッフル部材が設けられていることを特徴とする。

そして、前記バッフル部材は、板バネ状の部材を折曲することにより形成され、前記ケースの対向する周壁間に介装可能なように構成されていてもよい。

また、前記バッフル部材は、前記出入口の近傍領域を除く前記ケースと前記コアの間の空間を充填可能な充填部材から構成されていてもよい。

さらに、前記バッフル部材は、前記出入口の近傍領域が前記出入口から離れるに従って小さくなるように形成されていてもよい。

さらにまた、前記バッフル部材は、パイプを半割りに切り欠いた形状を有する部材から形成され、その一端部が前記流体の出入口を構成可能なように形成されていてもよく、また、パイプの左右周壁に通過孔が形成された部材から形成され、その一端部が前記流体の出入口を構成可能なように形成されていてもよい。

本発明によれば、製造作業の簡素化が図れ、製造コストの低減化が可能となると共に、ケースと各伝熱管との間に流体を均一に流通させることができ、熱交換性能の向上を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

先ず、図１及び図２を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器１について説明する。なお、以下の説明では、冷却水により被冷却流体を冷却する場合に使用される熱交換器について例示して説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視図である。

この熱交換器１は、内部に被冷却流体が流通可能な複数（図示では３本）の扁平チューブ２から成るコア３と、コア３の両端にそれぞれ設けられたアッパタンク４及びロアタンク５と、コア３を収容するケース６と、ケース６の両端を閉塞するように設けられたヘッダプレート７とから概略構成されている。そして、アッパタンク４には、被冷却流体の入口８が設けられ、ロアタンク５には、被冷却流体の出口９がそれぞれ設けられており、扁平チューブ２とケース６の間には冷却水が流通可能となっている。

ケース６は、角筒状を成しており、その前面側周壁１０には、前面右側上部に冷却水入口１１が設けられ、冷却水入口１１はコア３とケース６の右側壁１２の間に形成された右側空間２０に連通するようになっている。また、ケース６の前面側周壁１０の前面左側下部には、冷却水入口１１と対角を成すように冷却水出口１３が設けられており、冷却水出口１３はコア３とケース６の左側壁１４の間に形成された左側空間２１に連通するようになっている。

ケース６内の右側空間２０及び左側空間２１には、それぞれバッフル部材１５が設けられている。バッフル部材１５は、板バネ状の部材を台形状に折曲することにより形成され、上下にそれぞれ傾斜部１８，１９が形成されている。そして、バッフル部材１５の幅Ｗはコア３とケース６の右側壁１２又は左側壁１４の間隔に等しく、その高さＨは上下ヘッダプレート７間の間隔に等しく、その奥行きＬはケース６の前面側周壁１０と後面側周壁１７の間隔に等しくなっている。

したがって、バッフル部材１５は、ケース６の互いに対向する前面側周壁１０と後面側周壁１６の間に介装されると共に、コア３とケース６の右側壁１２又は左側壁１４、及び上下のヘッダプレート７により保持されるため、溶接等の接合手段を必要とすることなく、ケース６内の所定箇所に簡単且つ確実に固定することができ、振動等によりずれ等の不具合が生じることはない。さらにまた、バッフル部材１５は、右側空間２０の冷却水入口１１の近傍領域２２、及び左側空間２１の冷却水出口１３の近傍領域２３が冷却水入口１１及び出口１３から離れるに従って小さくなるように形成されている。

このように、上記した第１の実施の形態に係る熱交換器１によれば、バッフル部材１５により冷却水がコア３の各扁平チューブ２に均一に振り分けられるようになっているため、ケース６内において冷却水の淀みの発生を抑制することができると共に冷却水の経路を長く取ることができ、熱交換性能を高めることができる。

また、バッフル部材１５は、上記したように右側空間２０の冷却水入口１１の近傍領域２２、及び左側空間２１の冷却水出口１３の近傍領域２３が冷却水入口１１及び出口１３から離れるに従って小さくなるように形成されており、ケース６内に流入する冷却水の流量に応じて入口近傍領域２２及び出口近傍領域２３の大きさが調整されるようになっている。さらに、バッフル部材１５が板バネ状の部材により形成されており、容易に折曲することができるため、入口近傍領域２２や出口近傍領域２３の容積を自由自在に調整することができる。したがって、冷却水の流量や圧力損失の最適化が可能となり、冷却水の流量の均一化や制御を容易且つ確実に行うことができるようになる。

次に、本実施の形態に係る熱交換器１の作用を説明する。

被冷却流体は、入口８からアッパタンク４を通ってコア３の扁平チューブ２内に流入し、ロアタンク５を通って出口９から外部に流出する。一方、入口１１からケース６内の右側空間２０に流入した冷却水は、バッフル部材１５の上側傾斜部１８によりコア３の各扁平チューブ２に均一に振り分けられ、被冷却流体との間で熱交換を行う。また、ケース６内において右側空間２０又は左側空間２１を流通した冷却水は、バッフル部材１５の下側傾斜部１９によりコア３の各扁平チューブ２に均一に振り分けられ、各扁平チューブ２内を流通する被冷却流体との間で熱交換を行った後、出口１３から外部に流出する。

なお、上記した第１の実施の形態におけるバッフル部材１５の形状は単なる例示に過ぎず、これに限定する趣旨ではなく、例えば、図３に示すように、折り返し部分を増やして波形に形成させる等、各種変更が可能である。そして、図３に示すようにバッフル部材１５を波形に形成させた場合、冷却水出口１３はケース６の後面側周壁１６に設けられる。

次に、図４及び図５を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器３１について説明する。ここで、図４は本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器を示す断面図、図５は図４のＢ−Ｂ矢視図である。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、上記した第１の実施の形態に係る熱交換器１と同等の構成については、図４及び図５において、図１及び図２中の符号と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態におけるバッフル部材３２は、冷却水入口１１の近傍領域２２及び冷却水出口１３の近傍領域２３を除く空間を充填可能な充填部材から構成されている。バッフル部材１５は、側面視で略台形状を成し、上下に傾斜部３３，３４が形成され、冷却水入口１１の近傍領域２２及び冷却水出口１３の近傍領域２３が冷却水入口１１及び出口１３から離れるに従ってそれぞれ小さくなるように形成されている。そして、バッフル部材３１の幅Ｗはコア３とケース６の右側壁１２又は左側壁１４の間隔に等しく、その高さＨは上下ヘッダプレート７間の間隔に等しく、その奥行きＬはケース６の前面側周壁１０と後面側周壁１６の間隔に等しくなっている。したがって、バッフル部材３２は、コア３とケース６の右側壁１２又は左側壁１４、上下ヘッダプレート７間、及びケース６の前面側周壁１０と後面側周壁１６により保持されるため、溶接等の接合手段を必要とすることなく、ケース６内の所定箇所に簡単且つ確実に固定することができ、振動等によりずれ等の不具合が生じることはない。

このように、上記した第２の実施の形態に係る熱交換器３１によれば、バッフル部材３２により冷却水がコア３の各扁平チューブ２に均一に振り分けられるようになっているため、ケース６内において冷却水の淀みの発生を抑制することができると共に冷却水の経路を長く取ることができ、熱交換性能を高めることができる。

また、バッフル部材３２は、上記したように冷却水入口１１の近傍領域２２及び冷却水出口１３の近傍領域２３が冷却水入口１１及び出口１３から離れるに従って小さくなるように形成されており、ケース６内に流入する冷却水の流量に応じて入口近傍領域２２及び出口近傍領域２３の大きさを調整可能となっている。したがって、冷却水の流量や圧力損失の最適化が可能となり、冷却水の流量の均一化や制御を容易且つ確実に行うことができるようになる。

次に、図６〜図９を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器４１について説明する。ここで、図６は本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器を示す断面図、図７は図６のＣ−Ｃ矢視図、図８は本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器の別の例を示す断面図、図９は図８のＤ−Ｄ矢視図である。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、上記した第１の実施の形態に係る熱交換器１と同等の構成については、図６〜図９において、図１及び図２中の符号と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態におけるバッフル部材４２は、丸パイプを利用して形成されており、例えば、図６及び図７に示すように、丸パイプを半割りに切り欠いた形状を有する部材から形成させたり、或いは、図８及び図９に示すように、丸パイプの左右周壁に複数の通過孔４３が形成された部材から形成させたり、各種変更が可能である。そして、いずれの場合にも、丸パイプの一端部はケース６に貫設され、冷却水入口１１及び出口１３を構成するようになっている。

このように、バッフル部材４２は、ケース６に貫設することにより固定され、しかも、冷却水の出入口としての機能も合わせ持つようになるため、熱交換器の製造作業が簡素化され、製造コストの低減化を図ることが可能となる。また、上記した第３の実施の形態に係る熱交換器４１によれば、バッフル部材４２により冷却水がコア３の各扁平チューブ２に均一に振り分けられるようになっているため、ケース６内において冷却水の淀みの発生を抑制することができると共に冷却水の経路を長く取ることができ、熱交換性能を高めることができる。さらに、丸パイプの切り欠き形状や通過孔４３の大きさを自由自在に変更することでき、これにより冷却水の流量や圧力損失の最適化が可能となり、冷却水の流量の均一化や制御を容易且つ確実に行うことができるようになる。

なお、冷却水入口１１及び出口１３の接続方向や、扁平チューブ２の配列方向及び数は、上記した第１〜第３の実施の形態の場合に限定される趣旨ではなく、各種変更か可能である。

また、伝熱管としては、上記した扁平チューブ２だけでなく、他の部材を使用することも可能である。

さらに、上記各実施の形態においては、冷却水により被冷却流体を冷却する場合に使用される熱交換器について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明は、流体を加熱する場合等、他の熱交換器にも適用可能であることは言う迄もない。

本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器を示す断面図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の別の例を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器を示す断面図である。図４のＢ−Ｂ矢視図である。本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器を示す断面図である。図６のＣ−Ｃ矢視図である。本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器の別の例を示す断面図である。図８のＤ−Ｄ矢視図である。

符号の説明

１熱交換器
２扁平チューブ
３コア
６ケース
１１冷却水入口
１３冷却水出口
１５バッフル部材
２０右側空間
２１左側空間
２２入口近傍領域
２３出口近傍領域
３１熱交換器
３２バッフル部材
４１熱交換器
４２バッフル部材
４３通過孔

Claims

伝熱管を有するコアを収容するケースを備え、該ケースと前記伝熱管との間を流通する流体と前記伝熱管内を流通する流体との間で熱交換を行うように構成された熱交換器であって、
前記ケースと前記伝熱管の間を流通する流体の出入口が前記ケースと前記コアの間の空間に連通するように設けられ、前記流体の出入口の近傍において該流体を前記コア側に振り分け可能なように構成されたバッフル部材が設けられていることを特徴とする熱交換器。
前記バッフル部材は、板バネ状の部材を折曲することにより形成され、前記ケースの対向する周壁間に介装可能なように構成されている請求項１に記載の熱交換器。
前記バッフル部材は、前記出入口の近傍領域を除く前記ケースと前記コアの間の空間を充填可能な充填部材から構成されている請求項１に記載の多流体熱交換器。
前記バッフル部材は、前記出入口の近傍領域が前記出入口から離れるに従って小さくなるように形成されている請求項２又は３に記載の熱交換器。
前記バッフル部材は、パイプを半割りに切り欠いた形状を有する部材から形成され、その一端部が前記流体の出入口を構成可能なように形成されている請求項１に記載の熱交換器。
前記バッフル部材は、パイプの左右周壁に通過孔が形成された部材から形成され、その一端部が前記流体の出入口を構成可能なように形成されている請求項１に記載の熱交換器。