JP2011214783A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フィンケース31の上面から透視したときに、上部フィン34の頂部の中心線である第1中心線65と下部フィン33の頂部の中心線である第2中心線64とが交差するよう、上部フィン34が下部フィン33とは異なる方向に向けて配置されている。
【効果】接触している箇所で上部フィン34と下部フィン33とが互いに支持しあう。フィンケース31の外部から内部に向かってかかる荷重に対して、上部フィン34と下部フィン33とが支持しあうことで、フィンケース31を保護する。一方、上部フィン34と下部フィン33とは、一部で接触する。このため、接触していない箇所では、大きな伝熱面積を得ることができる。
【選択図】図1
Description
図15に示すように、熱交換器を製造するには、まず、頂部101a及び底部101bにろう材が付着されたフィン101をフィンケース102に挿入する。次に、このフィンケース102を圧縮形成し、フィンケース102の内周面にフィン101が接触するようにする。圧縮成形された複数のフィンケース102の両端をエンドプレート103に差し込み、これらをコアケース104に収納する。コアケース104ごとろう付け炉でろう接し、熱交換器105が製造される。
このような2段のフィンを熱交換器105に適用した場合、以下のことがいえる。
前記フィンは、前記フィンケースの底面に設けられる下部フィンと、この下部フィンの上部に設けられる上部フィンとの2枚からなり、これらの下部フィン及び上部フィンは共に、前記フィンケースに接合される底部と、この底部の一端から起立させた起立部と、この起立部の先端から延ばした頂部と、この頂部の先端から下げた下がり部とが連続する鋸歯形状断面を呈し、
前記フィンケースの上面から透視したときに、前記上部フィンの頂部の中心線である第1中心線と前記下部フィンの頂部の中心線である第2中心線とが交差するよう、前記上部フィンが前記下部フィンとは異なる方向に向けて配置されていることを特徴とする。
下部フィンは、下部ケース半体に接合され、上部フィンは、上部ケース半体に接合されていることを特徴とする。
前記フィンは、前記フィンケースの底面に設けられる下部フィンと、この下部フィンの上部に設けられる上部フィンとの2枚からなり、これらの下部フィン及び上部フィンは共に、前記フィンケースに接合される底部と、この底部の一端から起立させた起立部と、この起立部の先端から延ばした頂部と、この頂部の先端から下げた下がり部とが連続する鋸歯形状断面を呈し、
前記下部フィンのピッチと前記上部フィンのピッチとが異なり、且つ、前記下部フィンの頂部が、前記上部フィンの頂部に接触する接触部を有することを特徴とする。
一方、上部フィンと下部フィンとは、一部で接触する。このため、接触していない箇所では、大きな伝熱面積を得ることができる。
以上から、伝熱面積を広く取りつつ、強度が高い熱交換器ということができる。
加えて、それぞれのフィンを正確な位置に容易に配置することができる。フィンを容易に正確に配置することができることで、生産性が高まる。
以上から、伝熱面積を広く取りつつ、強度が高い熱交換器ということができる。
図1に示されるように、熱交換器10は、コアケース11の先端が第1熱媒体としての排気ガスを流入させるガス流入部材12に支持され、コアケース11の後端が排気ガスを流出させるガス流出部材13に支持されている。内燃機関で発生する排気ガスは、ガス流入部材12からガス流出部材13に向かって流される。
このような熱交換器10が搭載される排熱回収装置について次図で説明する。
コアケース11内構造を次図で説明する。
それぞれのフィン32はフィンケース31の底面上に設けられる下部フィン33と、この下部フィン33の上部に設けられる上部フィン34との2枚からなる。
そして、フィンケース31は、下部フィン33が接合される下部ケース半体35と、上部フィン34が接合される上部ケース半体36とを接合してなる。
このとき、フィンケース31内を通過する排気ガスの熱は、フィンケース31を通じてフィンケース31外の冷却水に伝えられる。フィンケース31にフィン32を収納しておくことで、伝熱面積を増加させることができ、伝熱効率が高まる。
さらに、上部フィン34と下部フィン33とで同じ物を用いた場合は、異なるフィンを用いた場合に比べ、コストを低下させることができる。
このようなフィン32が収納されるフィンケース31の製造方法について次図で説明する。
同様の手順で、上部フィン((d)符号、34)も、所定の方向に向けて載置し、上部ケース半体((d)符号、36)に仮止めしておく。
また、仮止め部39は、下部フィン33の端部に設けることが望ましい(上部フィンも同様。)。フィン32の端部は、排気ガスが通過しにくい。このため、端部を平坦にし、この端部を仮止め部39とすることで排気ガスの流路面積が増加する。これにより、排気ガスを流れやすくすることができる。端部にも排気ガスが流れやすくすることで、伝熱効率を高めることができる。加えて、排気ガスの通りにくい端部を平坦にし、端部を仮止め部39とすることでスペースの有効活用を図ることができる。
重ね合わせ面は、TIG溶接の他、ろう接やプラズマ溶接等任意の手段を選択することができる。
溶接することで、(f)にフィンケース31が製造される。
ろう接が終わることで、(b)に示すように熱交換器10が完成する。完成した熱交換器10には、ガス流入部材12、ガス流出部材13が溶接される。
このようにして完成された熱交換器10のフィンケース31に収納されるフィン(図3、符号32)の配置の仕方について次図以降で詳細に説明する。
ここで、下部フィン33の頂部44を左からA、B、Cとし、上部フィン34の頂部56を左からD、Eとする。
フィンケース31上流端では、上部フィン34の頂部56と下部フィン33の頂部44とが交互に並べられている。頂部44、56を接触させないことで、上部フィン34と下部フィン33との伝熱面積を最大とすることができる。
より具体的には、BとCとの間にDが配置され、Cの右側にEが配置されている。
フィンケース31の外部から内部に向かってかかる荷重に対して、上部フィン34と下部フィン33とが支持しあうことで、フィンケース31を保護する((c)参照)。
一方、上部フィン34と下部フィン33とは、一部で接触する。このため、接触していない箇所では、大きな伝熱面積を得ることができる((b)、(d)参照)。
以上から、伝熱面積を広く取りつつ、強度が高い熱交換器ということができる。
このようなフィン32の配置の仕方について、透視図を用いて次図でさらに説明する。
このようなフィンケースの別実施例を次図で説明する。
図9に示されるように、第2中心線64が軸線62に平行になるよう下部フィンが配置され、第1中心線65が軸線62に交差するよう上部フィンが配置されている。
次図で効率的なフィンケースの組立方法について説明する。
フィンケース73の側面を1面のみ溶接すればよい。溶接箇所を1箇所とすることで作業時間の短縮化を図ることができる。
複数のフィン76a、76bを配置する構成にすることで、大きさの異なる複数種類のフィンケースに対応することができる。フィンケースごとに、異なるフィンを準備する必要がなくなり、製造コストを抑えることができる。
排気ガス(第1熱媒体)の温度が高い上流側では、フィン76aのピッチが大きくても、十分に熱の交換を行うことができる。一方、排気ガスの熱が下げられることで体積流量の減る下流側では、フィン76bのピッチを小さくしても、十分に排気ガスを流すことができる。フィン76bのピッチを小さくすることで、伝熱面積が広くなり、伝熱量を増やすことができる。即ち、前部フィン76aのピッチよりも後部フィン76bのピッチを小さくすることで伝熱効率を高めることができる。
一方、上部フィン79と下部フィン78とは、接触部83でのみ接触する。このため、接触していない箇所では、大きな伝熱面積を得ることができる。
以上から、伝熱面積を広く取りつつ、強度が高い熱交換器ということができる。
この場合、上部フィン79と下部フィン78とで囲われた領域が広く繋がることで、広い範囲での熱の撹拌効果を期待することができる。
また、これらの連通孔88の作製の仕方は、任意の方法を用いることができる。即ち、パンチングによる連通孔88の他に、スリット加工や切起し等であってもよい。
上部フィン19は、矢印で示すように、下部フィン17に向かって折り曲げる。折曲げることで、(b)に示すように、上部フィン19が下部フィン17の上部に設けられる。
一方、上部フィン19と下部フィン17とは、一部で接触する。このため、接触していない箇所では、大きな伝熱面積を得ることができる。
以上から、伝熱面積を広く取りつつ、強度が高い熱交換器ということができる。
Claims (5)
- コアケースに、複数個のフィンケースを積層状態で収納し、前記フィンケースにフィンを収納し、前記フィンケース内に第1熱媒体を通し、前記フィンケース外に第2熱媒体を通し、前記第1熱媒体と前記第2熱媒体との間で熱を移動させるようにした熱交換器において、
前記フィンは、前記フィンケースの底面に設けられる下部フィンと、この下部フィンの上部に設けられる上部フィンとの2枚からなり、これらの下部フィン及び上部フィンは共に、前記フィンケースに接合される底部と、この底部の一端から起立させた起立部と、この起立部の先端から延ばした頂部と、この頂部の先端から下げた下がり部とが連続する鋸歯形状断面を呈し、
前記フィンケースの上面から透視したときに、前記上部フィンの頂部の中心線である第1中心線と前記下部フィンの頂部の中心線である第2中心線とが交差するよう、前記上部フィンが前記下部フィンとは異なる方向に向けて配置されていることを特徴とする熱交換器。 - 前記フィンケースは、下部ケース半体と、上部ケース半体とを接合してなる分割型のフィンケースであり、
前記下部フィンは、前記下部ケース半体に接合され、前記上部フィンは、前記上部ケース半体に接合されていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。 - 前記フィンケースの入口及び出口において、隣り合う一対の第1中心線の中間に前記第2中心線が配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の熱交換器。
- コアケースに、複数個のフィンケースを積層状態で収納し、前記フィンケースにフィンを収納し、前記フィンケース内に第1熱媒体を通し、前記フィンケース外に第2熱媒体を通し、前記第1熱媒体と前記第2熱媒体との間で熱を移動させるようにした熱交換器において、
前記フィンは、前記フィンケースの底面に設けられる下部フィンと、この下部フィンの上部に設けられる上部フィンとの2枚からなり、これらの下部フィン及び上部フィンは共に、前記フィンケースに接合される底部と、この底部の一端から起立させた起立部と、この起立部の先端から延ばした頂部と、この頂部の先端から下げた下がり部とが連続する鋸歯形状断面を呈し、
前記下部フィンのピッチと前記上部フィンのピッチとが異なり、且つ、前記下部フィンの頂部が、前記上部フィンの頂部に接触する接触部を有することを特徴とする熱交換器。 - 前記下部フィン及び前記上部フィンは、前記起立部、前記頂部、前記下がり部のいずれかに連通孔が空けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の熱交換器。
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