JP2007071434A - 積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】各段の高温流体通路層を通過する高温流体の流量及び流速を十分に均一化するとともに、製造コストの大幅な増加を抑制することができる積層型熱交換器を提供する。
【解決手段】積層型熱交換器１０は、高温流体導入流路１１及び高温流体導出流路１２の各流路内に略円筒状の整流体１００ａ，１００ｂが設けられていて、整流体は、導入口側に向けて凸となり、かつ導入口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オイルクーラやＥＧＲクーラ等の積層型熱交換器に関し、特に、オイルやＥＧＲガス等の高温流体を整流化するための積層型熱交換器に関する。

図３は、従来の積層型熱交換器２０の構成を示す図であり、例えば、積層型オイルクーラやＥＧＲクーラ等を示す。図３に示すように、積層型熱交換器２０には、熱交換媒体である高温流体が通過する複数の高温流体通路層２１（例えば、プレートアッシ等）と、被熱交換媒体である低温流体が通過する複数の低温流体通路層２２と、が交互に積層配置されている。さらに、この積層型熱交換器２０は、高温流体通路層２１に高温流体を導入するための高温流体導入流路２１１と、高温流体通路層２１から高温流体を導出するための高温流体導出流路２１２と、低温流体通路層２２に低温流体を導入するための低温流体導入流路（図示せず）と、低温流体通路層から低温流体を導出するための低温流体導出流路（図示せず）と、を備えている。

そして、高温流体導入流路２１１又は高温流体導出流路２１２のうち少なくとも１方は、高温流体通路層２１の長手方向一端側に設けられ、長手方向と直交する方向に延びて各段の高温流体通路層２１に連通するように構成されている。また、各段の高温流体通路層２１には、通常フィン２３が設けられている。

ところが、かかる構成の積層型熱交換器２０にあっては、各段の高温流体通路層２１を通過する高温流体の流量及び流速は不均一であり、下段側ほど流量が多くなるとともに、流速が速くなる傾向にある。すなわち、上段側の高温流体通路層２１を通過する高温流体は、下段側の高温流体通路層２１を通過する高温流体と比べ、流量が少なく流速が遅い。そのため、下段側の高温流体通路層２１には多量の高温流体が流れて負担が大きくなる一方で、上段側の高温流体通路層２１には高温流体の流量が少なくなり、熱交換機能を十分に発揮しているとはいえない。

そこで、従来、各段の高温流体通路層２１を通過する高温流体の流量及び流速を均一化するために、例えば、各段の高温流体通路層２１に設けられるフィン２３の構造を変え、下段側ほどフィン構造を緻密化したものがある。また、これに関連する技術としては、下記特許文献１に示す技術もある。
特開２００２−１２２３９３号公報

しかしながら、従来の技術であっても、各段の高温流体通路層２１を通過する高温流体の流量及び流速が十分に均一化されているとはいえず、また各段毎にフィン２３の構造を変える必要もあるなど、積層型熱交換器２０の製造コストが大幅に増加してしまうという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、各段の高温流体通路層を通過する高温流体の流量及び流速を十分に均一化するとともに、製造コストの大幅な増加を抑制することができる積層型熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、前記高温流体導入流路は、前記高温流体通路層の長手方向一端側に設けられ、且つ長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通しており、前記高温流体導入流路内には、導入口側に向けて凸となり、且つ導入口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるように構成された整流体が設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、前記高温流体導入流路は、前記高温流体通路層の長手方向一端側に設けられ、長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通するとともに、導入口の反対側がエンドプレートで閉塞されていて、前記エンドプレートのうち、前記導入口の反対側を閉塞する領域には、欠切孔が設けられ、該欠切孔には、導入口側に向けて凸となり、且つ導入口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるとともにその先端部が湾曲成形された整流板が挿入され、該整流板が前記欠切孔を塞いで前記エンドプレートと一体接合していることを特徴とする。

また、本発明は、高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、前記高温流体導出流路は、前記高温流体通路層の長手方向一端側に設けられ、且つ長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通しており、前記高温流体導出流路内には、導出口側に向けて凸となり、且つ導出口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるように構成された整流体が設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、前記高温流体導出流路は、前記高温流体通路層の長手方向一端側に設けられ、長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通するとともに、導出口の反対側がエンドプレートで閉塞されていて、前記エンドプレートのうち、前記導出口の反対側を閉塞する領域には、欠切孔が設けられ、該欠切孔には、導出口側に向けて凸となり、且つ導出口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるとともにその先端部が湾曲成形された整流板が挿入され、該整流板が前記欠切孔を塞いで前記エンドプレートと一体接合していることを特徴とする。

また、本発明は、高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、前記高温流体導入流路及び前記高温流体導出流路は、それぞれ前記高温流体通路層の長手方向両端側に設けられ、いずれも長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通しており、前記高温流体導入流路内には、導入口側に向けて凸となり、且つ導入口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるように構成された整流体が設けられる一方、前記高温流体導出流路内には、導出口側に向けて凸となり、且つ導出口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるように構成された整流体が設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、前記高温流体導入流路及び前記高温流体導出流路は、それぞれ前記高温流体通路層の長手方向一端側に設けられ、長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通するとともに、導入口及び導出口の反対側がエンドプレートで閉塞されていて、前記エンドプレートのうち、前記導入口及び導出口の反対側を閉塞する領域には、いずれも欠切孔が設けられ、該欠切孔には、それぞれ導入口側及び導出口側に向けて凸となり、且つ導入口側及び導出口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるとともにその先端部が湾曲成形された整流板が挿入され、該整流板が前記欠切孔を塞いで前記エンドプレートと一体接合していることを特徴とする。

本発明によれば、各段の高温流体通路層を通過する高温流体の流量及び流速を十分に均一化するとともに、製造コストの大幅な増加を抑制することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態における積層型熱交換器の全体を示す概略断面図、図２は他の実施形態における積層型熱交換器の上流側を示す概略断面図である。但し、同一若しくは類似の箇所には同一符号を付している。

図１に示すように、積層型熱交換器１０は、フィン３が内蔵されオイルや油等の高温流体が通過する複数の高温流体通路層１と、冷却水等の低温流体が通過する複数の低温流体通路層２と、が交互に積層配置されている。さらに、この積層型熱交換器１０は、高温流体通路層１に高温流体を導入するための高温流体導入流路１１と、高温流体通路層１から高温流体を導出するための高温流体導出流路１２と、低温流体通路層２に低温流体を導入するための低温流体導入流路（図示せず）と、低温流体通路層から低温流体を導出するための低温流体導出流路（図示せず）と、を備えており、その最上段側及び最下段側は、エンドプレートである上段プレート４及び下段プレート５で構成されている。なお、最上段側とは、高温流体導入流路１１の導入口１１０が設けられた導入口側及び高温流体導出流路１２の導出口１２０が設けられた導出口側を意味し、他方、最下段側とは、導入口側及び導出口側の反対側を意味するものとする。

高温流体導入流路１１及び高温流体導出流路１２は、高温流体通路層１の長手方向両端側にそれぞれ設けられ、いずれも長手方向と直交する方向、すなわち鉛直方向に延びて各段の高温流体通路層１に連通している。但し、高温流体導入流路１１又は高温流体導出流路１２のうち、いずれか一方が長手方向と直交する方向に延びていればよく、例えば、高温流体導入流路１１が長手方向と直交する方向に延びており、高温流体導出流路１２が長手方向に延びた形態であってもよい。一方、低温流体導入流路及び低温流体導出流路は、図示していないが、各段の低温流体通路層２に連通し、同図に示す低温流体の流れを形成している。

上段プレート４と高温流体通路層の最上段層１ａとの間には、低温流体通路層の最上段層２ａが形成されており、高温流体導入流路１１及び高温流体導出流路１２の上段側端部には、フランジ６ａ，６ｂが設けられている。また、下段プレート５と高温流体通路層の最下段層１ｂとの間には、低温流体通路層の最下段層２ｂが形成され、且つ高温流体導入流路１１及び高温流体導出流路１２の下段側端部１１ａ及び１２ａ、すなわち導入口１１０の反対側及び導出口１２０の反対側は、いずれも下段プレート５で閉塞されている。

高温流体導入流路１１及び高温流体導出流路１２の各流路内には、下段側から上段側に向けて凸となり、且つ下段側から上段側に向けて断面寸法が漸次小さくなるように構成された略円筒状の整流体１００ａ，１００ｂが設けられている。より具体的には、整流体１００ａの先端部１０１ａは、導入口１１０側に向けて凸となり、且つ導入口１１０側に向けて径寸法が漸次小さくなるように構成されており、他方、整流体１００ｂの先端部１０１ｂは、導出口１２０側に向けて凸となり、且つ導出口１２０側に向けて径寸法が漸次小さくなるように構成されている。なお、略円筒状には、円柱形状のみならず、同図に示すような円錐台形状を含むものとし、さらに先端部１０１ａ，１０１ｂが平面状に成形されたものに限らず（図１参照）、湾曲状に変形したもの（図２参照）や、或いは側面部が曲面状に変形したもの（図示せず）をも含むものとする。

また、整流体１００ａ，１００ｂは、高温流体導入流路１１及び高温流体導出流路１２の中心軸上にそれぞれ１個ずつ設けられ、その形状は中心軸に対して対照的である。しかし、整流体の設置箇所、設置数及び形状等は、前述した範囲内であれば特に限定されるものではなく適宜設計し得る。かかる整流体は、高温流体導入流路１１又は高温流体導出流路１２のうち、少なくとも長手方向と直交する方向に延びた流路内のいずれか一方に設けられていればよい。具体的には、高温流体導入流路１１のみが長手方向と直交する方向に延びている場合には、その流路内のみに設けられていればよく、他方、高温流体導入流路１１及び高温流体導出流路１２がともに長手方向と直交する方向に延びている場合には、その流路内のうちいずれか一方に設けられていればよい。さらに、高温流体導入流路１１及び高温流体導出流路１２には、異なる形状の整流体を設けることとしてもよい。

上記の構成によれば、整流体１００ａ，１００ｂが高温流体の抵抗体として作用するため、上段側（導入口１１０及び導出口１２０側）の高温流体通路層１にも高温流体が導入されやすくなるとともに、各段の高温流体通路層１に導入される高温流体の流量及び流速がほぼ同じ状態となるように整流化される。そのため、高温流体通路層１を通過する高温流体の流量及び流速は、各段で均一化されるようになり、全段の高温流体通路層１が熱交換機能を十分に発揮することとなる。

従って、積層型熱交換器１０の熱交換効率を維持しつつ、さらに高温流体通路層１の段数を減少させることも可能であり、例えば、プレート段数を削減してコストダウンを図ることもできる。また、本発明では、上記流路内に整流体１００ａ，１００ｂを設けるだけで足り、各段毎にフィン３の構造等を変える必要もない。そのため、本発明は既存の積層型熱交換器１０に広く適用することが可能であり、製造コストの低減にも寄与する。

さらに、同図に示すように、整流体１００ａ，１００ｂを下段プレート５ａ,５ｂに接合した場合には、その整流体１００ａ，１００ｂがアウターリンフォースの機能をも兼ね備えるようになり、十分な補強効果も期待できる。

ところで、本発明に係る整流体は、図１に示した構成に限定されるものではなく、例えば、図２に示すような整流板２００ａを用いた構成としてもよい。すなわち、図２に示すように、下段プレート５には、高温流体導入流路１１の下段側端部１１ａを閉塞する領域５ａに欠切孔５０が設けられ、その欠切孔５０には略円筒状に成形された整流板２００ａが挿入されており、その整流板２００ａが欠切孔５０を塞いで下段プレート５と一体接合している。要するに、整流板２００ａは、断面略Ｌ字状に折り曲げられて接合部２５０ａが成形されており、この接合部２５０ａが下段プレート５の欠切孔周縁部５ａとろう付けされて一体接合している。

整流板２００ａは、下流側から上流側に向けて凸となるように成形されており、且つ下流側から上流側に向けて径寸法（断面寸法）が漸次小さくなるとともに、その先端部２０１ａが円弧状となるように湾曲成形されている。より具体的には、ａ：整流板２００ａの底部外径寸法、ｂ：先端部２０１ａの幅寸法、ｃ：高温流体導入流路の開口寸法（導入口１１０の開口寸法）、Ｒ：先端部２０１ａの径寸法、ｈ：整流板２００ａの高さ寸法、α：整流板２００ａの側部傾斜角度、Ｈ：高温流体導入流路１１の高さ寸法（≒積層型熱交換器１０の高さ寸法）、とした場合において、高温流体の流量及び流速を均一化して熱交換効率が最大となるようにするには、ｃ−ａ（≧０）、ａ−ｂ（≧０）を最小化し、Ｒ、ｈ、αを最大化すればよい。その場合には、例えば、ｃ≧ａ≧ｃ×０．８、ｂ≒ｃ×０．５、Ｈ≧ｈ≧Ｈ×０．５、などの関係式が導かれる。そして、目標とする熱交換効率を想定し、さらに高温流体の抵抗を考慮して、ａ、ｂ、ｃ、Ｒ、ｈ、α、等の具体的な値を決定する。

本発明の一実施形態における積層型熱交換器の全体を示す概略断面図である。 他の実施形態における積層型熱交換器の上流側を示す概略断面図である。 従来技術における積層型熱交換器を示す概略断面図である。

符号の説明

１、２１ 高温流体通路層
２、２２ 低温流体通路層
３、２３ フィン
４、２４ 上段プレート
５、２５ 下段プレート
６ａ，６ｂ、２６ａ，２６ｂ フランジ
１０、２０ 積層型熱交換器
１１、２１１ 高温流体導入流路
１２、２１２ 高温流体導出流路
５０ 欠切孔
１００ａ，１００ｂ 整流体
１０１ａ，１０１ｂ，２０１ａ 先端部
１１０ 導入口
１２０ 導出口
２００ａ 整流板

Claims (6)

1. 高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、
   前記高温流体導入流路は、前記高温流体通路層の長手方向一端側に設けられ、且つ長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通しており、
   前記高温流体導入流路内には、導入口側に向けて凸となり、且つ導入口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるように構成された整流体が設けられていることを特徴とする積層型熱交換器。
2. 高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、
   前記高温流体導入流路は、前記高温流体通路層の長手方向一端側に設けられ、長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通するとともに、導入口の反対側がエンドプレートで閉塞されていて、
   前記エンドプレートのうち、前記導入口の反対側を閉塞する領域には、欠切孔が設けられ、該欠切孔には、導入口側に向けて凸となり、且つ導入口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるとともにその先端部が湾曲成形された整流板が挿入され、該整流板が前記欠切孔を塞いで前記エンドプレートと一体接合していることを特徴とする積層型熱交換器。
3. 高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、
   前記高温流体導出流路は、前記高温流体通路層の長手方向一端側に設けられ、且つ長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通しており、
   前記高温流体導出流路内には、導出口側に向けて凸となり、且つ導出口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるように構成された整流体が設けられていることを特徴とする積層型熱交換器。
4. 高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、
   前記高温流体導出流路は、前記高温流体通路層の長手方向一端側に設けられ、長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通するとともに、導出口の反対側がエンドプレートで閉塞されていて、
   前記エンドプレートのうち、前記導出口の反対側を閉塞する領域には、欠切孔が設けられ、該欠切孔には、導出口側に向けて凸となり、且つ導出口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるとともにその先端部が湾曲成形された整流板が挿入され、該整流板が前記欠切孔を塞いで前記エンドプレートと一体接合していることを特徴とする積層型熱交換器。
5. 高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、
   前記高温流体導入流路及び前記高温流体導出流路は、それぞれ前記高温流体通路層の長手方向両端側に設けられ、いずれも長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通しており、
   前記高温流体導入流路内には、導入口側に向けて凸となり、且つ導入口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるように構成された整流体が設けられる一方、前記高温流体導出流路内には、導出口側に向けて凸となり、且つ導出口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるように構成された整流体が設けられていることを特徴とする積層型熱交換器。
6. 高温流体が通過する複数の高温流体通路層と、低温流体が通過する複数の低温流体通路層とが交互に積層配置されており、前記高温流体通路層に前記高温流体を導入するための高温流体導入流路と、前記高温流体通路層から前記高温流体を導出するための高温流体導出流路と、前記低温流体通路層に前記低温流体を導入するための低温流体導入流路と、前記低温流体通路層から前記低温流体を導出するための低温流体導出流路と、を備えた積層型熱交換器であって、
   前記高温流体導入流路及び前記高温流体導出流路は、それぞれ前記高温流体通路層の長手方向一端側に設けられ、長手方向と直交する方向に延びて各段の前記高温流体通路層に連通するとともに、導入口及び導出口の反対側がエンドプレートで閉塞されていて、
   前記エンドプレートのうち、前記導入口及び導出口の反対側を閉塞する領域には、いずれも欠切孔が設けられ、該欠切孔には、それぞれ導入口側及び導出口側に向けて凸となり、且つ導入口側及び導出口側に向けて断面寸法が漸次小さくなるとともにその先端部が湾曲成形された整流板が挿入され、該整流板が前記欠切孔を塞いで前記エンドプレートと一体接合していることを特徴とする積層型熱交換器。
   
   

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