JP2010266174A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が少なくなるとともに製造コストを安価にすることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器の扁平中空体２は、互いに対向する１対の平坦壁８、および両平坦壁８の両側縁部どうしの間に跨って一体に形成された１対の側壁９とを備えているとともに、内部に流体通路12を有する流体流通部17と、流体流通部17の両側壁９の両端部を平坦壁８の両端部よりも扁平中空体２の長さ方向外方に延ばすとともに扁平中空体２の幅方向内方に曲げて先端部どうしをろう付することにより形成され、かつ流体流通部17の両側壁９の延長部9aに囲まれた開口13を介して流体流通部17の流体通路12を外部に通じさせる連通部18とよりなる。扁平中空体２の連通部18における流体流通部18の両側壁９の延長部9aに囲まれた開口13を、スペーサ３の連通穴14を通じさせる。
【選択図】図３

Description

この発明は、コンプレッサ、工作機械、油圧機器などの産業機械のオイルクーラ、アフタークーラ、ラジエータなどとして使用される熱交換器に関する。

この明細書において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

オイルクーラ、アフタークーラ、ラジエータなどとして用いられる熱交換器として、互いに間隔をおいて配置された複数の流体流通用扁平中空体と、隣り合う扁平中空体の両端部間に配置されたアルミニウム押出形材製スペーサとを備えているとともに、隣り合う扁平中空体内の両端部どうしがスペーサに形成された連通穴により通じさせられており、扁平中空体が、両面にろう材層を有する１対のアルミニウムブレージングシート製平板と、両平板間に配されかつ両平板にろう付されたアルミニウム押出形材製流路形成体とよりなり、両平板の両端部にスペーサの連通穴に通じる貫通穴が形成され、流路形成体が、両平板の両側縁部間にそれぞれ配置されるサイドバーと、両サイドバーにおける扁平中空体の高さ方向の中間部にまたがって一体に形成された伝熱面積拡大部と、両サイドバーの両端部にそれぞれ一体に形成されて扁平中空体の幅方向内側にのび、かつ先端が互いに当接させられてろう付されたエンドバーとを有するものが知られている（特許文献１参照）。

特許文献１記載の熱交換器の流路形成体は、直線状の１対のサイドバーと、両サイドバーの上下方向の中間部間に一体に形成されかつサイドバーの全長にわたる伝熱面積拡大部形成用平板状部とよりなるアルミニウム押出形材を製造し、ついで平板状部の両端部をそれぞれ所定長さにわたって切除し、ついで平板状部にプレス加工を施すことにより伝熱面積拡大部を形成し、その後両サイドバーの両端部を内側に曲げて先端どうしを突き合わせて両エンドバーを形成することによりつくられる。

しかしながら、特許文献１記載の熱交換器においては、扁平中空体が、２枚の平板と流路形成体とからなるので、部品点数が多くなるという問題がある。また、２枚の平板と流路形成体とのろう付の際にフラックスを使用すると、フラックス残渣により流路が詰まるおそれがあるので、２枚の平板と流路形成体とのろう付をフラックスを使用しない真空ろう付法により行わなければならず、製造コストが高くなるという問題がある。さらに、流路形成体が、直線状の１対のサイドバーと、両サイドバーの上下方向の中間部間に一体に形成されかつサイドバーの全長にわたる伝熱面積拡大部形成用平板状部とよりなるアルミニウム押出形材を製造し、ついで平板状部の両端部をそれぞれ所定長さにわたって切除し、ついで平板状部にプレス加工を施すことにより伝熱面積拡大部を形成し、その後両サイドバーの両端部を内側に曲げて先端どうしを突き合わせて両エンドバーを形成することによりつくられているので、扁平中空体の流路形成体の高さを変更するには、アルミニウム押出形材を製造するダイスの他に、伝熱面積拡大部を形成する金型を交換する必要があり、多機種小ロットの製品においては製造コストが高くなる。

特開２００７−２４４４０号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、特許文献１記載の熱交換器に比べて部品点数が少なくなるとともに製造コストを安価にすることができ、しかも多機種小ロットの製品においても製造コストを安価にすることができる熱交換器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)互いに間隔をおいて並列状に配された複数の流体流通用扁平中空体と、隣り合う扁平中空体の両端部間に配されて扁平中空体に接合されたスペーサと、両スペーサ間において隣り合う扁平中空体間に配されかつ扁平中空体に接合されたフィンとを備えており、隣り合う扁平中空体内の両端部どうしがスペーサに形成された連通穴により通じさせられている熱交換器であって、
扁平中空体が押出形材により形成されており、扁平中空体が、互いに対向する１対の平坦壁、および両平坦壁の両側縁部どうしの間に跨って一体に形成された１対の側壁とを備えているとともに、内部に流体通路を有する流体流通部と、流体流通部の両側壁の両端部が平坦壁の両端部よりも扁平中空体の長さ方向外方に延ばされるとともに扁平中空体の幅方向内方に曲げられて先端部どうしが相互に接合されることにより形成され、かつ流体流通部の両側壁の延長部に囲まれた開口を介して流体流通部の流体通路を外部に通じさせる連通部とよりなり、スペーサが扁平中空体の流体流通部の平坦壁外面および連通部に接合され、スペーサの連通穴が、扁平中空体の連通部における流体流通部の両側壁の延長部に囲まれた開口に通じている熱交換器。

2)スペーサにおける扁平中空体の連通部に接合された部分と、連通部とが、扁平中空体の並び方向外方から見て同一の外形を有している上記1)記載の熱交換器。

3)扁平中空体が、ろう材層を持たないアルミニウム押出形材からなり、スペーサが、外周面および連通穴の内周面のうちの少なくともいずれか一方にろう材層を有するアルミニウム押出形材からなり、フィンが、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなる上記1)または2)記載の熱交換器。

上記1)〜3)の熱交換器によれば、扁平中空体が押出形材により形成されており、扁平中空体が、互いに対向する１対の平坦壁、および両平坦壁の両側縁部どうしの間に跨って一体に形成された１対の側壁とを備えているとともに、内部に流体通路を有する流体流通部と、流体流通部の両側壁の両端部が平坦壁の両端部よりも扁平中空体の長さ方向外方に延ばされるとともに扁平中空体の幅方向内方に曲げられて先端部どうしが相互に接合されることにより形成され、かつ流体流通部の両側壁の延長部に囲まれた開口を介して流体流通部の流体通路を外部に通じさせる連通部とよりなり、スペーサが扁平中空体の流体流通部の平坦壁外面および連通部に接合され、スペーサの連通穴が、扁平中空体の連通部における流体流通部の両側壁の延長部に囲まれた開口に通じているので、扁平中空体が２枚の平板と流路形成体とからなる特許文献１記載の熱交換器に比べて部品点数が少なくなる。

また、扁平中空体と、スペーサおよびフィンとのろう付の際にフラックスを使用したとしても、フラックス残渣により扁平中空体の流体流通部の流体通路が詰まることはないので、特許文献１記載の熱交換器を製造する際のように真空ろう付法により行う必要がなく、製造コストが安くなる。

さらに、扁平中空体の高さを変更するには、押出形材を製造するダイスのみを変更すればよく、多機種小ロットの製品においても、特許文献１記載の熱交換器を製造する場合に比べて製造コストが安くなる。

上記3)の熱交換器によれば、扁平中空体が、ろう材層を持たないアルミニウム押出形材からなる場合であっても、スペーサを形成するアルミニウム押出形材のろう材層を利用して、扁平中空体とスペーサ、および扁平中空体の流体流通部における側壁の延長部の先端部どうしをろう付することができる。

この発明の熱交換器を適用したオイルクーラの全体構成を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図１のオイルクーラの扁平中空体、スペーサおよびコルゲートフィンを示す分解斜視図である。 扁平中空体を製造する扁平中空体半製品をつくる方法を示す図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態は、この発明による熱交換器をコンプレッサのオイルクーラに適用したものである。ここで、コンプレッサとしては、たとえばロードコンプレッサ、ガスタービンに用いられるコンプレッサ、鉄道車両用ブレーキに用いられるコンプレッサなどが挙げられる。

以下の説明において、隣り合う扁平中空体間を流れかつ扁平中空体内を流れるオイルと熱交換する空気の流れ方向の下流側、すなわち図１に矢印Ｘで示す方向を前、これと反対側を後というものとする。また、以下の説明において、図１の上下、左右をそれぞれ上下、左右というものとする。

なお、上下、左右および前後は、便宜上定義したものであって、上下、左右および前後はそれぞれ入れ替わる場合もある。

図１はこの発明による熱交換器を適用したオイルクーラの全体構成を示し、図２および図３はその要部の構成を示す。また、図４は図１のオイルクーラに用いられる扁平中空体を製造する方法を示す。

図１に示すように、オイルクーラ(1)は、上下方向に間隔をおいて並列状に配されかつ左右方向に伸びるアルミニウム押出形材製の高温オイル流通用扁平中空体(2)と、上下に隣り合う扁平中空体(2)の左右両端部間に配されて扁平中空体(2)にろう付されたアルミニウムベア製スペーサ(3)と、左右のスペーサ(3)間において隣り合う扁平中空体(2)間の通風間隙(4)に配されかつ扁平中空体(2)にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィン(5)とを備えている。

オイルクーラ(1)における上端の扁平中空体(2)の左右両端部上面および下端の扁平中空体(2)の左右両端部下面には、それぞれ中実ブロック状のアルミニウム製フィン配置空間形成部材(6)が配置されて扁平中空体(2)にろう付されている。上端の扁平中空体(2)の上側および下端の扁平中空体(2)の下側において、左右のフィン配置空間形成部材(6)間にもアルミニウム製コルゲートフィン(5)が配されて扁平中空体(2)にろう付されている。上下両端のコルゲートフィン(5)の上下方向外方には、それぞれ両面にろう材層を有するアルミニウム製サイドプレート(7)が配され、コルゲートフィン(5)にろう付されている。上下両端の扁平中空体(2)と両サイドプレート(7)との間も通風間隙(4)となされている。

図２および図３に示すように、扁平中空体(2)は、オイルが左右方向に流れる流体流通部(17)と、流体流通部(17)の両端に一体に設けられた連通部(18)とよりなる。流体流通部(17)は、上下方向に間隔をおいて互いに対向する１対の平坦壁(8)、両平坦壁(8)の前後両側縁どうしにまたがって一体に設けられた２つの側壁(9)、および両側壁(9)間において両平坦壁(8)にまたがるとともに相互に前後方向に所定間隔をおいて設けられ、かつ左右方向にのびる複数の仕切壁(11)とを備えており、両平坦壁(8)間に、左右方向にのびる複数の流体通路(12)が、仕切壁(11)を介して前後方向に並んで形成されている。連通部(18)は、流体流通部(17)の両側壁(9)の両端部が平坦壁(8)の両端部よりも左右方向外方（扁平中空体(2)の長さ方向外方）に延ばされるとともに前後方向内方（扁平中空体(2)の幅方向内方）に曲げられて先端部どうしが相互にろう付されることにより形成されており、流体流通部(17)の両側壁(9)の延長部(9a)に囲まれた開口(13)を有している。そして、連通部(18)は、流体流通部(17)の流体通路(12)を、開口(13)を介して外部に通じさせる。

スペーサ(3)は内外両周面がアルミニウムろう材層で覆われたアルミニウム押出形材からなるリング状であり、扁平中空体(2)の開口(13)に通じる連通穴(14)が形成されている。連通穴(14)の内周面もアルミニウムろう材層で覆われている。なお、スペーサ(3)は、内外両周面がアルミニウムろう材層で覆われたアルミニウム押出形材からなるものに限定されず、内外両面のうちの少なくともいずれか一方の面がアルミニウムろう材層で覆われたアルミニウム押出形材からなるリング状であればよい。スペーサ(3)は、扁平中空体(2)の流体流通部(17)の平坦壁(8)外面の両端部および連通部(18)にろう付されている。スペーサ(3)における扁平中空体(2)の連通部(18)にろう付された部分と、連通部(18)とは、上下方向外方（扁平中空体(2)の並び方向外方）から見て同一の外形を有している。また、上端の扁平中空体(2)およびその１つ下方に隣接する扁平中空体(2)の左端部間に配されたスペーサ(3)の左側面にはその連通穴(14)内部に通じるように、アルミニウム製オイル入口管(15)がろう付により接続され、下端の扁平中空体(2)およびその１つ上方に隣接する扁平中空体(2)の右端部間に配されたスペーサ(3)の右側面にはその連通穴(14)内部に通じるように、アルミニウム製オイル出口管(16)がろう付により接続されている（図１参照）。

コルゲートフィン(5)は両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなる。また、フィン配置空間形成部材(6)は外周面にろう材層を有するアルミニウム押出形材からなる。サイドプレート(7)はアルミニウムベア材からなる。

オイルクーラ(1)の製造方法は、以下に述べる通りである。

まず、図４に示すように、扁平中空体(2)の流体流通部(17)よりも長い１対の平坦壁(8A)と、両平坦壁(8A)の前後両側縁部に跨って一体に形成されかつ平坦壁(8A)の全長にわたる側壁(9A)と、両側壁(9A)間において両平坦壁(8A)にまたがるとともに相互に前後方向に所定間隔をおいて設けられ、かつ両平坦壁(8A)の全長にわたる複数の仕切壁(11A)とを備えており、両平坦壁(8)間に両平坦壁(8A)の全長にわたる複数の流体通路(12A)が仕切壁(11A)を介して形成されたアルミニウム押出形材(20)を製造する（図４(a)参照）。ついで、押出形材(20)の両平坦壁(8A)の両端部、および全仕切壁(11A)の両端部をそれぞれ所定長さにわたって切除することにより、両平坦壁(8)、両側壁(9)、仕切壁(11)および流体通路(12)よりなる流体流通部(17)と、両側壁(9)の両端部に真っ直ぐに連なった延長部(9a)を形成する（図４(b)参照）。ついで、両側壁(9)の延長部(9a)を両平坦壁(8)の幅方向内方に曲げて先端部どうしを相互に当接させて、開口(13)を有する連通部(18)を形成することにより扁平中空体半製品(2A)をつくる（図４(c)参照）。

また、内外両周面にアルミニウムろう材層を有するアルミニウム押出形材製の筒状体を所定長さに切断することにより、連通穴(14)を有するスペーサ(3)をつくるとともに、両面にアルミニウムろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからコルゲートフィン(5)をつくり、さらに外周面にろう材層を有するアルミニウム押出形材製の棒状体を所定長さに切断することにより、フィン配置空間形成部材(6)をつくる。また、アルミニウムベア材からなるサイドプレート(7)を用意する。

ついで、扁平中空体半製品(2A)を上下に間隔をおいて配置し、隣り合う扁平中空体半製品(2A)の両端部間に、連通穴(14)が扁平中空体半製品(2A)の連通部(18)の開口(13)に通じるようにスペーサ(3)を配置するとともに、上下両端の扁平中空体半製品(2A)の上下方向外面の左右両端部にそれぞれフィン配置空間形成部材(6)を配置する。また、隣り合う扁平中空体半製品(2A)間および上下両端の扁平中空体半製品(2A)の上下方向外側にコルゲートフィン(5)を配置するとともに、上下両端のコルゲートフィン(5)の外側にサイドプレート(7)を配置する。さらに、オイル入口管(15)および同出口管(16)を組み合わせて、すべての部品を適当な手段により仮止めする。

その後、仮止め体にフラックスを塗布し、炉中において所定温度に加熱することによって、扁平中空体半製品(2A)における両側壁(9)の延長部(9a)の先端部どうしをスペーサ(3)のろう材層を利用してろう付するとともに、扁平中空体(2)の流体流通部(17)の平坦壁(8)外面の両端部および連通部(18)における側壁(9)の延長部(9a)とスペーサ(3)とをスペーサ(3)のろう材層を利用してろう付し、さらに扁平中空体(2)とコルゲートフィン(5)とをコルゲートフィン(5)のろう材層を利用してろう付すると同時に、上下両端の扁平中空体(2)とフィン配置空間形成部材(6)とをフィン配置空間形成部材(6)のろう材層を利用してろう付する。こうして、オイルクーラ(1)が製造される。

この発明による熱交換器は、コンプレッサ、工作機械、油圧機器などの産業機械のオイルクーラ、アフタークーラ、ラジエータなどとして好適に用いられる。

(1)：オイルクーラ（熱交換器）
(2)：扁平中空体
(3)：スペーサ
(5)：コルゲートフィン
(8)：平坦壁
(9)：側壁
(9a)：延長部
(12)：流体通路
(13)：開口
(14)：連通穴
(17)：流体流通部
(18)：連通部
(20)：押出形材

Claims (3)

1. 互いに間隔をおいて並列状に配された複数の流体流通用扁平中空体と、隣り合う扁平中空体の両端部間に配されて扁平中空体に接合されたスペーサと、両スペーサ間において隣り合う扁平中空体間に配されかつ扁平中空体に接合されたフィンとを備えており、隣り合う扁平中空体内の両端部どうしがスペーサに形成された連通穴により通じさせられている熱交換器であって、
   扁平中空体が押出形材により形成されており、扁平中空体が、互いに対向する１対の平坦壁、および両平坦壁の両側縁部どうしの間に跨って一体に形成された１対の側壁とを備えているとともに、内部に流体通路を有する流体流通部と、流体流通部の両側壁の両端部が平坦壁の両端部よりも扁平中空体の長さ方向外方に延ばされるとともに扁平中空体の幅方向内方に曲げられて先端部どうしが相互に接合されることにより形成され、かつ流体流通部の両側壁の延長部に囲まれた開口を介して流体流通部の流体通路を外部に通じさせる連通部とよりなり、スペーサが扁平中空体の流体流通部の平坦壁外面および連通部に接合され、スペーサの連通穴が、扁平中空体の連通部における流体流通部の両側壁の延長部に囲まれた開口に通じている熱交換器。
2. スペーサにおける扁平中空体の連通部に接合された部分と、連通部とが、扁平中空体の並び方向外方から見て同一の外形を有している請求項１記載の熱交換器。
3. 扁平中空体が、ろう材層を持たないアルミニウム押出形材からなり、スペーサが、外周面および連通穴の内周面のうちの少なくともいずれか一方にろう材層を有するアルミニウム押出形材からなり、フィンが、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなる請求項１または２記載の熱交換器。

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