JP2011122747A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 通常の漏れ検査でエンボス部分でのロー付け接合の不良を容易に発見できるようにする。
【解決手段】
オイルクーラのコア３は、第１プレート１１と第２プレート１２とを交互に積層して、各プレート間にオイルが流れるオイル通路１３と冷却水が流れる冷却水通路１４とを交互に形成して構成される。各プレート１１，１２に、隣接する他方のプレート側へ向かって突出する複数のエンボス１５，１６を膨出形成する。隣接するプレートの平面部１７に接合される各エンボスの先端面１８に貫通孔２１，２２を形成する。エンボス部分に接合不良が生じた場合、貫通孔２１，２２を通してオイル通路１３と冷却水通路１４とが短絡状態となるために、通常の漏れ検査で容易に発見できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば内燃機関のオイルクーラ等として用いられる熱交換器に関する。

プレート積層型の熱交換器として、本出願人が先に提案したものが特許文献１に開示されている。この熱交換器は、交互に積層される第１プレートと第２プレートとの周縁部をロー付け接合することで、各プレート間に第１流体が流れる第１流体通路と第２流体が流れる第２流体通路とを交互に形成している。第１プレートには、隣接する第２プレート側へ向かって突出する複数のエンボスが膨出形成されており、各エンボスの先端の接合面部が第２プレートの平面部にロー付け接合されている。これによって、伝熱面積を向上させ、かつ、乱流を促進することで、熱交換効率を向上させている。また、エンボスにより剛性及び耐久性が向上し、内部の流体圧などに起因するプレートの変形を抑制することができるために、流体通路を構成するプレート間の間隙を確保するためのスペーサプレートやフィンなどを省略することが可能である。

特開２００９−１６８３８２号公報

しかしながら、このようなプレート積層型の熱交換器においては、上述したようにエンボスでの接合が剛性や耐久性に大きく影響を与えているにも関わらず、その接合状態、つまりはエンボスの接合面部が隣接するプレートの平面部に適切にロー付け接合されているか否かについて、容易に検知することができない。

すなわち、このような熱交換器では、通常、内部の流体通路に適宜な圧力のガスを供給して、第１，第２流体通路同士の連通（短絡）などの漏れがあるか否かを検査する漏れ検査が行われるが、仮にエンボス部分での接合状態が不良であっても、流体通路同士が短絡することはなく、漏れを生じることがないために、このような漏れ検査でエンボス部分の接合不良を検知することはできない。

このため、エンボス部分での接合不良があるにもかかわらず検知されずに市場へ供給されて車両に取り付けられる可能性があり、この場合、エンボス部分での接合不良により剛性や耐久性が低くなることから、プレートの変形や流体漏れを生じるおそれが高くなる。

そこで、この発明は、通常の漏れ検査でエンボス部分の接合不良を容易に検知できるようにしたものである。

すなわち、本発明は、第１プレートと第２プレートとを交互に積層して、各プレート間に第１流体が流れる第１流体通路と第２流体が流れる第２流体通路とを交互に形成してなる熱交換器において、上記第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に、隣接する他方のプレート側へ向かって突出する複数のエンボスが膨出形成されており、隣接する他方のプレートにそれぞれ接合される各エンボスの接合面部に貫通孔を形成したことを特徴としている。

具体的な一例として、各エンボスは、上記他方のプレートの平面部にロー付け接合される平坦な接合面部を有する円錐台形状をなしており、各エンボスの接合面部の中央部に微細な貫通孔が貫通形成されている。

好ましくは、上記第１プレートと第２プレートの双方に上記エンボスが形成されている。この場合、エンボスにより剛性が向上し、第１，第２流体通路内に補強用のスペーサプレートやフィン等を敢えて介装することなく、第１流体通路と第２流体通路とを構成するプレート間の間隙を安定的に確保することが可能となる。

このような熱交換器によれば、仮にエンボス部分での接合状態が不良であれば、貫通孔を通して第１流体通路と第２流体通路とが連結するために、第１流体通路と第２流体通路に所定圧の流体を供給する通常の漏れ検査の際に、エンボス部分での接合状態の不良を検知することが可能となる。

このように本発明の熱交換器においては、エンボス部分での接合不良を簡易な漏れ検査で検知することができ、エンボス部分での接合不良によるプレートの変形や流体漏れを可及的に抑制し、耐久性・信頼性を向上することができる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明を内燃機関のシリンダブロックに取り付けられるオイルクーラとして構成した一実施例を示している。先ず、この図１を参照して、オイルクーラの基本構成について説明する。

このオイルクーラは、カップ状つまり有底円筒状をなすケーシング１と、このケーシング１内に収容されたコア３と、上記ケーシング１の開口面を覆うカバープレート４と、このカバープレート４の下面に積層されたパッキンガイド５と、上記ケーシング１の底壁１ａの上面に積層されたシートプレート６と、から大略構成されている。コア３は、金属製の第１プレート１１と、同じく金属製の第２プレート１２と、を交互に積層して構成されている。言い換えると、一組の第１プレート１１と第２プレート１２とにより１つの偏平チューブ２が構成され、複数の偏平チューブ２が積層された形となっている。なお、理解を容易にするために、以下の説明では、便宜上、「上」「下」の方向を図１の姿勢を基準として用いることとする。

上記ケーシング１の底壁１ａおよびシートプレート６の中心には、取付孔１ｂ，６ｂが開口形成されており、コア３およびパッキンガイド５等の中心に同様に設けられた開口部を通して挿通される図示せぬセンタボルトによって、オイルクーラ全体が図示せぬシリンダブロックに取り付けられるようになっている。この取付状態において、上記シートプレート６の上に図示せぬカートリッジ型オイルフィルタが装着される。

コア３は、第１プレート１１と第２プレート１２とを交互に積層することで、各プレート間に、オイル（第１流体）が流れる偏平なオイル通路（第１流体通路）１３と、冷却水（第２流体）が流れる偏平な冷却水通路（第２流体通路）１４と、が積層方向に交互に形成されている。両通路１３，１４は互いに液密に仕切られている。

冷却水通路１４は、外周側でケーシング１の内部の空間７と連通しており、ケーシング１の外周面には、冷却水入口と冷却水出口とが設けられている。オイル通路１３には、コア３を積層方向に貫通する図示せぬオイル連通孔を介してオイルが供給及び排出される。なお、シートプレート６には図示せぬオイルフィルタへ通じるオイル用開口部８が形成されるとともに、シートプレート６の内側に上記オイル連通孔に通じるオイル室９が設けられている。

第１，第２プレート１１，１２は、各々外周縁に、傾斜したテーパ面となった嵌合壁１１ａ，１２ａを有し、これらの嵌合壁１１ａ，１２ａが互いに嵌合することで、偏平な空間を有する円盤状のチューブ２を構成している。なお、必要に応じて、各チューブ２の内部に、適宜形状のフィンプレートを封入するようにしてもよい。

各第１プレート１１には、その全面にわたって、多数の微細な第１エンボス１５がプレス加工されている。この第１エンボス１５は、円錐台形状をなし、各々下側つまりカバープレート４側へ向かって突出している。同じく第２プレート１２にも、その全面にわたって、多数の微細な第２エンボス１６がプレス加工されている。この第２エンボス１６も、円錐台形をなし、各々下側つまりカバープレート４側へ向かって突出している。これらのエンボス１５，１６は、互いに異なる位置で、対向するプレート１１，１２の平面部１７にロー付け接合される。

また、第１プレート１１の中心部には中心開口部が開口形成され、その開口縁１１ｂは、下方へ向けて短い円筒状に折り曲げられており、コア３として多段に積層したときに、各チューブ２の円筒状開口縁１１ｂが順次連続し、１本の円筒状の通路を構成するようになっている。また、第２プレート１２の中心部には、上記円筒状開口縁１１ｂが通過可能な中心開口部が開口形成され、その開口縁１２ｂは、隣接する段のチューブ２の第１プレート１１に当接するようにステップ状に突出している。そして、この開口縁１２ｂの全周を囲むように、逆に下方へ凹んだ段部１９が形成されている。この段部１９は、上記の第２エンボス１６と同じ高さに設定され、第２エンボス１６と同様に第１プレート１１の平面部１７に接合されることで、チューブ２内の空間の内周側を仕切っている。

上記の第１プレート１１および第２プレート１２は、カバープレート４等とともに、基材の両面にロー材層を備えたクラッド材からなり、全体を仮組付した状態で、炉内で加熱することにより、各部のロー付け接合が行われる。なお、このロー付け接合の際には、オイルクーラの軸方向（図１の上下方向）に重錘により適宜な加圧力を与え、各部の密接状態を保つようにしている。

上記の第１プレート１１および第２プレート１２を交互に積層した状態では、外周側では両プレート１１，１２の嵌合壁１１ａ，１２ａが互いに嵌合するとともに、内周側では第２プレート１２の段部１９が第１プレート１１に当接している。そして隣接するプレート１１，１２同士の間では、第１プレート１１の第１エンボス１５が下方に位置する第２プレート１２上面に当接するとともに、第２プレート１２の第２エンボス１６が下方に位置する第１プレート１１上面に当接し、かつ第２プレート１２の中心開口部の開口縁１２ｂが上方に位置するチューブ２の第１プレート１１の下面に当接して、プレート間に交互に形成される各通路１３，１４の間隙が確保されている。なお、これらの各部の当接部は、最終的にロー付け接合されている。ここで、隣接するプレート１１，１２同士の間では、第１プレート１１の多数の第１エンボス１５が第２プレート１２の平面上に当接するとともに、第２プレート１２の多数の第２エンボス１６が第１プレート１１の平面上に当接するので、常に安定した位置関係が得られる。

なお、コア３の最下部においても、２つのプレート１１，１２間の関係と同様、平坦面をなすカバープレート４の上面に、コア３の最下部の第１プレート１１の多数の第１エンボス１５が当接し、冷却水通路１４を構成する同様の間隙が確保されている。また、カバープレート４の中心開口部の開口縁４ｂが上方へステップ状に立ち上がっていて、第１プレート１１の中心開口部の周囲を支持している。なお、これらの接触部も最終的に互いにロー付け接合されている。

一方、コア３の最上部に位置する第２プレート１２Ａは、他の第２プレート１２と若干異なっている。すなわち、この最上部の第２プレート１２Ａでは、第２エンボス１６を除く大半の平面部１７がケーシング１の底壁１ａの下面に当接するように、中心開口縁１７ａが上方へステップ的に突出することなく平面部１７と同じ高さに設定されており、他の第２プレート１２の中心開口縁１２ｂよりも低いものとなっている。これらの接触部も最終的に互いにロー付け接合されている。

このように、第１プレート１１と第２プレート１２の双方に多数のエンボス１５，１６を設けることで、コア３全体の剛性が向上するとともに、流体通路１３，１４を構成するプレート１１，１２間の間隙を安定して確保することができる。このため、従来のスペーサプレートが不要となっており、部品点数が少なくなるとともに、スペーサプレートの付加による熱交換効率の低下が回避される。

図２は、本実施例の特徴的な構成であるエンボス１５，１６付近の断面形状を示す図１の要部拡大図である。同図に示すように、各エンボス１５，１６は、円錐台形状を呈しており、その先端の平坦な接合面部１８の中央部に、貫通孔２１，２２が貫通形成されている。これらの貫通孔２１，２２は、エンボス１５，１６のプレス加工と同時に容易に形成することができる。第１貫通孔２１が形成される第１プレート１１の接合面部１８は、対応する第２プレート１２の平面部１７に接合され、第２貫通孔２２が形成される第２プレート１２の接合面部１８は、対応する第１プレート１１の平面部１７に接合される。

図２の符号Ｆ１は、エンボス接合面部１８とプレート平面部１７とが正常にロー付け接合されている状態を示し、符号Ｆ２は、エンボス接合面部１８とプレート平面部１７とが正常にロー付け接合されていない接合不良の状態を示している。このような接合不良により、エンボス接合面部１８と対向するプレート平面部１７とが離間している場合、貫通孔２１（２２）を通してオイル通路１３と冷却水通路１４とが連通・短絡状態となり、漏れが必ず発生することとなる。従って、製品完成後に通常の漏れ検査を実施することにより、エンボス部分の接合不良を容易に発見することができる。すなわち、上記の漏れ検査として、例えば乾式の気密検査では、周知のように、内部のオイル通路及び冷却水通路に適宜な圧力のガスが供給されるが、この際、上述したようなエンボス部分での接合不良を生じている場合には、貫通孔２１（２２）を通してオイル通路１３と冷却水通路１４とが短絡状態となるために、漏れが検出されることとなる。よって、このような不良品が市場に供給されることを確実に防止することができる。

各貫通孔２１，２２の大きさは、大きすぎると、貫通孔周囲の接合面部１８でのロー付け接合を損ねるおそれがあり、小さすぎると、貫通孔を通して流体が流れ難く、仮に接合不良があっても漏れを検出できないおそれがあるために、適切な大きさに設定される。具体的には、貫通孔の直径は、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度、より具体的には０．５ｍｍ程度に設定される。

なお、全てのエンボスに貫通孔を形成するものに限らず、幾つかのエンボスにのみ貫通孔を形成するようにしても良い。例えば、接合不良が生じ易い部位に集中的に貫通孔を形成するようにしても良く、あるいは、全体的に均一に貫通孔が配置されるように、貫通孔を間欠的に設けるようにしても良い。

また、上記の実施例では第１プレート１１と第２プレート１２の双方にエンボスを設けているが、いずれか一方のプレートにのみエンボスを設けるようにしても良い。

更に、貫通孔の形状についても、上記実施例のような円形に限らず、その接合面の形状に応じて多角形状や長孔などの非円形としても良い。更に、エンボスの形状についても、上述したような円錐台形状に限らず、波形や帯型の形状のものであっても良い。

本発明の一実施例に係るオイルクーラの断面図。 図１のエンボス部分の要部拡大図。

１…ケーシング
２…チューブ
３…コア
１１…第１プレート
１２，１２Ａ…第２プレート
１３…オイル通路（第１流体通路）
１４…冷却水通路（第２流体通路）
１５，１６…エンボス
１７…平面部
１８…接合面部
２１，２２…貫通孔

Claims (4)

1. 第１プレートと第２プレートとを交互に積層して、各プレート間に第１流体が流れる第１流体通路と第２流体が流れる第２流体通路とを交互に形成してなる熱交換器において、
   上記第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に、隣接する他方のプレート側へ向かって突出する複数のエンボスが膨出形成されており、隣接する他方のプレートにそれぞれ接合される各エンボスの接合面部に貫通孔を形成したことを特徴とする熱交換器。
2. 各エンボスは、上記他方のプレートの平面部にロー付け接合される平坦な接合面部を有する円錐台形状をなし、
   各エンボスの接合面部の中央部に上記貫通孔が貫通形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 上記第１プレートと第２プレートの双方に上記エンボスが形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器に対し、上記第１流体通路と第２流体通路に所定圧の流体を供給する漏れ検査によって、上記エンボスの接合不良を検知することを特徴とする熱交換器の検査方法。

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