JP2014052086A

JP2014052086A - ヘッダプレートレス熱交換器

Info

Publication number: JP2014052086A
Application number: JP2012194715A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Okubo; 厚大久保; Takuya Bungo; 卓也文後; Taiji Sakai; 耐事坂井
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-03-20

Abstract

【課題】ヘッダプレートレス熱交換器において、各偏平チューブ外面側の流体の淀みを無くし、熱交換性能を向上させること。
【解決手段】偏平チューブ２を構成する一対のプレート１の溝底側外面に一対の膨出部３を形成し、その中間において、それらに平行に第１仕切条８をその一端から他端に達する手前までその外面側に、膨出部３と同一高さで突出させる。それにより、両膨出部３，３間で、第１流体を第１仕切条８の周りにＵ字状に流通させる。
【選択図】図２

Description

本発明はヘッダプレートを不要とする熱交換器において、その各偏平チューブ外面側の各部に第１の流体を均一に流通させるものに関する。

ヘッダプレートレス熱交換器は、下記特許文献１に記載されているように、複数の偏平チューブの積層体によりコアを構成し、そのコア外周にケーシングを筒状に被嵌したものである。各偏平チューブは、一対の溝形に形成されたプレートが互いにその溝底を対向させ、その両側壁を互いに嵌着したものである。その各プレートの両端部は、溝底方向外側へ膨出部が形成されている。そして、複数の偏平チューブはその膨出部で互いに接するように積層されてコアを構成する。そのため、ヘッダプレートを不要とする。
そして、ケーシング内に第１流体が導かれ、それが各偏平チューブ外面側に流通する。そして、偏平チューブ内には第２流体が流通し、両流体間に熱交換が行なわれるものである。

特開２００７−２２５１９０号公報

従来のヘッダプレートレス熱交換器は、ＥＧＲクーラ等に用いられ、一例として、各偏平チューブの外面側に冷却水が流通するとともに、各チューブ内に高温の排ガスが導かれるものである。
ところが、冷却水はケーシングの入口パイプから出口パイプに導かれるとき、両口を結ぶ最短ルートを通りがちであり、そのルートから外れた部分に冷却水の淀みが生じ、部分的な過熱が起こる。それを防止するには、適宜なガイドを介装することが考えられる。
しかしながら、その場合には部品点数が多くなり、組立てが面倒で、さらにろう付けの信頼性に欠ける欠点もある。
特に、熱交換器の各偏平チューブの長さが短くなればなるほど、冷却水の入口と出口の距離が短くなり、冷却水は最短距離をより多く流通する欠点がある。

そこで、本発明はヘッダプレートレス熱交換器に特有なチューブの外形に着目し、それを利用して、チューブ外面側の冷却水の滞留を効果的に防止する熱交換器を提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、一対の溝形に形成されたプレート(1)が互いにその溝底(1a)を対向し、その両側壁(1b)が互いに嵌着して、偏平チューブ(2) を形成し、各偏平チューブ(2) はその両開口端部に、溝底方向の外側へ膨出部(3)が形成され、
複数の偏平チューブ(2) がその膨出部(3)で互いに接するように積層されてコア(4)を構成し、
そのコア(4)の外周にケーシング(5)が筒状に被嵌され、
ケーシング(5)の外周に第１流体の入口(6)および出口(7)が設けられ、各部品間がろう付けにより、一体的に接合されて、
その入口(6)から導かれた第１流体が各偏平チューブ(2) の外面側に流通すると共に、各偏平チューブ(2) 内には第２流体が流通するヘッダプレートレス熱交換器において、
各偏平チューブ(2) の両プレート(1)の各溝底(1a)側の外面に、前記入口(6)と出口(7)との間を部分的に仕切る第１仕切条(8)が、その幅方向の一端から他端の手前まで、前記膨出部(3)に平行に且つ、その高さの分だけ突出され、各偏平チューブ(2) の第１仕切条(8)が互いに接触し、
その第１仕切条(8)に整合した第２仕切条(9)が、前記ケーシング(5)の内面側に突設され、その第２仕切条(9)が積層方向の最外側の偏平チューブ(2) の第１仕切条(8)に接触し、各部品の前記接触部が互いにろう付け接合され、
前記第１流体が、その各第１仕切条(8)および第２仕切条(9)をＵターンして前記入口(5)から出口(6)に流通するヘッダプレートレス熱交換器である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のヘッダプレートレス熱交換器において、
前記偏平チューブ(2) の前記第１仕切条(8)は偏平チューブ(2) の前記溝底(1a)側の平面のみに形成され、前記ケーシング(5)の第２仕切条(9)は、前記偏平チューブ(2) の溝底(1a)側の第１仕切条(8)に接する平面条(9a)と、その一端に連続して、それに直交する方向に延在する垂直条(9b)とを有し、その垂直条(9b)が偏平チューブ(2) の前記側壁(1b)に接するヘッダプレートレス熱交換器である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載のヘッダプレートレス熱交換器において、
前記ケーシング(5)の前記入口(6)および出口(7)を含むそれらの近傍に、一対の入口タンク部(11)と出口タンク(12)とが、そのケーシング(5)の外面側に突出し、そのケーシング(5)の前記Ｕターン部に中間タンク部(13)が外面側に突出されたヘッダプレートレス熱交換器である。

請求項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３に記載のヘッダプレートレス熱交換器において、
前記ケーシング(5)は、断面コ字状のケーシング本体(5a)と、その開口を閉塞する閉塞板(5b)とにより筒状に形成され、そのケーシング本体(5a)および閉塞板(5b)に前記第２仕切条(9)が形成されたヘッダプレートレス熱交換器である。

請求項５に記載の本発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のヘッダプレートレス熱交換器において、
前記偏平チューブ(2) の各溝底(1a)側の外面およびケーシング(5)の内面に多数のディンプル(10)が分散して、前記膨出部(3)の高さ分だけ突出配置され、
隣接する各偏平チューブ(2) の各ディンプル(10)どうし、および積層方向の最外側の偏平チューブ(2) のディンプル(10)とケーシング(5)内面のディンプル(10)どうしが互いに接するように形成されたヘッダプレートレス熱交換器である。

請求項１に記載の本発明のヘッダプレートレス熱交換器は、各偏平チューブ(2) の一対のプレート(1)の各溝底(1a)側の外面に、前記入口(6)と出口(7)との間を部分的に仕切る第１仕切条(8)が、その幅方向の一端から他端の手前まで、前記膨出部(3)に平行に且つ、その高さの分だけ突出され、各偏平チューブ(2) の第１仕切条(8)が互いに接触し、
ケーシング(5)の第２仕切条(9)が、最外側の偏平チューブ(2) の第１仕切条(8)に接触する。そして、第１流体が、その各第１仕切条(8)および第２仕切条(9)をＵターンして前記入口(6)から出口(7)に流通するように構成したものである。
そのため、両端に膨出部(3)を有する一対のプレート(1)の嵌着体からなる偏平チューブの外面側で、その両膨出部(3)(3)を利用して、入口(6)から出口(7)に向かい、第１流体の流路を、膨出部(3)に平行で且つ、その両膨出部(3)(3)で挟まれた間に、細長いＵ字状に形成して、熱交換を促進できる。それと共に、偏平チューブの外面側で生じがちな、第１流体の淀みを解消できる。即ち、偏平チューブの外面側では、第１流体がその入口(6)から出口(7)に最短距離の流路をとり、それから外れた部分に淀みが生じ勝ちである。それを本発明では、各仕切条(8)(9)を膨出部に平行に位置することにより、流体を入口(5)から出口(6)の間に蛇行状に導き、各部の流体の淀み、滞留を防止する。

請求項２に記載の発明は、偏平チューブ(2) の第１仕切条(8)がその溝底(1a)側の平面のみに形成され、その側壁(1b)は平坦に形成されている。そして、ケーシング(5)の第２仕切条(9)は、偏平チューブ(2) の溝底(1a)側の第１仕切条(8)に接する平面条(9a)と、その一端に連続して、それに直交する方向に延在する垂直条(9b)とを有し、その垂直条(9b)が偏平チューブ(2) の前記側壁(1b)に接するものである。
そのため、各偏平チューブ(2) の側面の長手方向への第１流体の流通を、第２仕切条(9)の垂直条(9b)により阻止することができる。
そして、一対の溝形プレートで構成された偏平チューブ(2) の側面の接続部を単純な形状にして、その偏平チューブの接合部の液密性を確保できる。即ち、仮に一対の溝形プレートの嵌着部に仕切部を付けるとすると、その嵌着部は複雑な形状となり、そこに隙間が生じて、嵌着部のろう付けの信頼性が低下する。請求項２の発明はそれを避けるものである。

請求項３に記載の発明は、ケーシング(5)の入口(6)および出口(7)を含むそれらの近傍に、一対の入口タンク部(11)と出口タンク(12)とが、そのケーシング(5)の外面側に突出し、そのケーシング(5)の前記Ｕターン部に中間タンク部(13)が外面側に突出されたものである。
このようにすることにより、第１流体を各偏平チューブ外周の各部に均等に流通させることができる。

請求項４に記載の発明は、ケーシング(5)が、断面コ字状のケーシング本体(5a)と、その開口を閉塞する閉塞板(5b)とにより筒状に形成され、そのケーシング本体(5a)および閉塞板(5b)に第２仕切条(9)が形成されたものである。
このように構成することにより、ケーシング(5)に仕切条の連続性を保ちかつ、製造容易で気密性、液密性の高い熱交換器を提供できる。

請求項５に記載の発明は、偏平チューブ(2) の各溝底(1a)側の外面およびケーシング(5)の内面に多数のディンプル(10)が分散して、それらが膨出部(3)の高さ分だけ突出配置され、
隣接する各偏平チューブ(2) の各ディンプル(10)どうし、および積層方向の最外側の偏平チューブ(2) のディンプル(10)とケーシング(5)内面のディンプル(10)どうしが互いに接するように形成されたものである。
このように形成することにより、耐圧性の高い熱交換器を提供できる。

本発明の熱交換器の分解斜視図。同熱交換器の斜視図。図２において、偏平チューブの平面方向に切断した断面図。図３のIV−IV矢視断面図。図３のV-V矢視断面図。図３のVI-VI矢視断面図。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明のヘッダプレートレス熱交換器18の分解斜視図である。このヘッダプレートレス熱交換器18は、複数の偏平チューブ２の積層体からなるコア４と、その外周を筒状に被嵌するケーシング５とを有する。偏平チューブ２を構成する一対のプレート１はそれぞれ溝形に形成され、その溝底1aを対向し、その両側壁1bを互いに嵌着するものである。

図１において、下側のプレート１の側壁1bに内側に段付き部1cを形成し、そこに上側のプレート１の側壁1bが着座する。
各プレート１は、その両端縁が厚み方向に膨出し、そこに膨出部３が形成されている。それとともに、一対の膨出部３の中央位置に、膨出部３に平行に第１仕切条８がプレート１の幅方向一端から他端の手前まで膨出部３の高さ分だけ突出されている。さらに、その溝底外面に多数のディンプル10が等間隔に、その高さを膨出部３と同一にして配置されている。ディンプル10の横断面は台形状に形成され、その頂部が膨出部３の高さと一致する。そして、各偏平チューブ２は、それぞれの膨出部３が積層方向に互いに接触する。それとともに、それぞれの第１仕切条８が互いに接触し、且つディンプル10どうしも接触する。

次に、ケーシング５は、ケーシング本体5aと閉塞板5bとからなる。そのケーシング本体5aは、偏平チューブ２の積層体からなるコア４の高さ分だけの側壁部を有する溝形に形成されている。そして、ケーシング本体5aの側壁の端部が閉塞板5bの立ち上がり部に嵌着する。ケーシング本体5aと閉塞板5bには、それぞれ第２仕切条９が偏平チューブ２の第１仕切条８に整合した位置に配置されている。その各第２仕切条９は、偏平チューブ２の平面に平行な平面条9aと、それに直行する垂直条9bとからなり、両者は連続する。そして、この例では、垂直条9bの両側に一対の入口タンク部11、出口タンク部12が外面側に膨出し、且つそれに対向する位置に中間タンク部13が外面側に膨出されている。そして、入口タンク部11、出口タンク部12に入口６、出口７が穿設され、そこにそれぞれパイプ15の端部が嵌着される。

そして、互いに接する各部品の少なくとも一方側には、ろう材が被覆または塗布されて組立てられる。この時、ケーシング５の第２仕切条９の平面条9aが積層方向の上端および下端に位置する偏平チューブ２の第１仕切条８に接触する。それとともに、図３に示すごとく、第２仕切条９の垂直条9bが各偏平チューブ２の一側面に当接する。なお、各偏平チューブ２内には図示しないインナーフィンが挿入される。なお、それを省略することもできる。

また、図４および図５に示すごとく、第２仕切条９の平面条9aとコア４の最上段および最下段に位置する偏平チューブ２の第１仕切条８とが当接する。さらに、それぞれのディンプル10どうしが接触する。また、ケーシング５の両端には、予め出入口ヘッダ14が接続されることがある。そして、図のように組立てられたヘッダプレートレス熱交換器18は、高温の炉内に挿入され、各部品間が一体的にろう付け固定される。即ち、各部品の接触部間が互いにろう付けされる。

そして、図２に示すごとく、ケーシング５の一端開口から第２流体17が導かれ、コア４の各偏平チューブ２内を流通する。そして、ケーシング５の入口タンク部11に設けられたパイプ15から第１流体16が導かれ、図３のごとく、各偏平チューブ２の外面をＵ字状に流通する。即ち、図３において、第１流体16が第１仕切条８と左の膨出部３との間を図において上昇し、第１仕切条８の先端でＵターンし、その第１仕切条８と右側の膨出部３との間を下降し、他方のパイプ15から流出する。そして、第１流体16と第２流体17との間で熱交換が行なわれる。

このように、第１流体16は各偏平チューブ２外面側を一対の膨出部３と第１仕切条８との間に形成された細長いＵ字状の流路を流通する。そのため、偏平チューブ２の外面側で第１流体16に淀みが生じることがない。特に、偏平チューブ２の第２流体17の流通方向の長さが短い場合に、最適である。なお、この例では一本の第１仕切条８のみを配置したが、その第１仕切条８を複数本千鳥状に配置してもよい。それにより、第１流体16の多パス構造が形成される。
また、第１仕切条８はこの例では各プレート１の一端から他端に達する手前で終わっているが、それに代えて、他端まで延長してもよい。他端にまで達しても、中間タンク部13の存在により、各プレート平面をＵ字状に流通することが可能となる。

次に、本発明の耐圧性につき述べる。
各偏平チューブ２の第２流体17の流通方向の両端開口は、互いに接続されてコアを構成する。それとともに、そのコアの外周はケーシング５により被嵌され、コアの両端部外周が環状にケーシング５にろう付けされている。それとともに、各偏平チューブ２の中間位置では、各第１仕切条８どうし、およびその第１仕切条８と第２仕切条９の平面条9aも互いに整合して直線的に接合されている。さらには、第２仕切条９の垂直条9bと各偏平チューブ２の側面との間も一体的にろう付けされている。そのため、耐圧性の高いろう付け構造となる。さらには、各偏平チューブ２のディンプル10どうしおよび、それとケーシング５のディンプル10との間もろう付けされ、さらに強度を増している。

また、一対のプレート１は図において下側の側壁1bの段付き部1cに上側のプレート１の側壁1bが着座し、それらの間がろう付けされている。それとともに、各偏平チューブ２の両側面は平坦に形成され、そこにケーシング５の垂直条9bが接触してろう付けされるため、単純な構造で且つ、ろう付けの信頼性が高い。

１プレート
1a 溝底
1b 側壁
1c 段付き部
２偏平チューブ
３膨出部
４コア
５ケーシング
5a ケーシング本体
5b 閉塞板
６入口
７出口

８第１仕切条
９第２仕切条
9a 平面条
9b 垂直条
10 ディンプル
11 入口タンク部
12 出口タンク部
13 中間タンク部
14 出入口ヘッダ
15 パイプ
16 第１流体
17 第２流体
18 ヘッダプレートレス熱交換器

Claims

一対の溝形に形成されたプレート(1)が互いにその溝底(1a)を対向し、その両側壁(1b)が互いに嵌着して、偏平チューブ(2) を形成し、各偏平チューブ(2) はその両開口端部に、溝底方向の外側へ膨出部(3)が形成され、
複数の偏平チューブ(2) がその膨出部(3)で互いに接するように積層されてコア(4)を構成し、
そのコア(4)の外周にケーシング(5)が筒状に被嵌され、
ケーシング(5)の外周に第１流体の入口(6)および出口(7)が設けられ、各部品間がろう付けにより、一体的に接合されて、
その入口(6)から導かれた第１流体が各偏平チューブ(2) の外面側に流通すると共に、各偏平チューブ(2) 内には第２流体が流通するヘッダプレートレス熱交換器において、
各偏平チューブ(2) の両プレート(1)の各溝底(1a)側の外面に、前記入口(5)と出口(6)との間を部分的に仕切る第１仕切条(8)が、その幅方向の一端から他端の手前まで、前記膨出部(3)に平行に且つ、その高さの分だけ突出され、各偏平チューブ(2) の第１仕切条(8)が互いに接触し、
その第１仕切条(8)に整合した第２仕切条(9)が、前記ケーシング(5)の内面側に突設され、その第２仕切条(9)が積層方向の最外側の偏平チューブ(2) の第１仕切条(8)に接触し、各部品の前記接触部が互いにろう付け接合され、
前記第１流体が、その各第１仕切条(8)および第２仕切条(9)をＵターンして前記入口(5)から出口(6)に流通するヘッダプレートレス熱交換器。
請求項１に記載のヘッダプレートレス熱交換器において、
前記偏平チューブ(2) の前記第１仕切条(8)は偏平チューブ(2) の前記溝底(1a)側の平面のみに形成され、前記ケーシング(5)の第２仕切条(9)は、前記偏平チューブ(2) の溝底(1a)側の第１仕切条(8)に接する平面条(9a)と、その一端に連続して、それに直交する方向に延在する垂直条(9b)とを有し、その垂直条(9b)が偏平チューブ(2) の前記側壁(1b)に接するヘッダプレートレス熱交換器。
請求項１または請求項２に記載のヘッダプレートレス熱交換器において、
前記ケーシング(5)の前記入口(6)および出口(7)を含むそれらの近傍に、一対の入口タンク部(11)と出口タンク(12)とが、そのケーシング(5)の外面側に突出し、そのケーシング(5)の前記Ｕターン部に中間タンク部(13)が外面側に突出されたヘッダプレートレス熱交換器。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のヘッダプレートレス熱交換器において、
前記ケーシング(5)は、断面コ字状のケーシング本体(5a)と、その開口を閉塞する閉塞板(5b)とにより筒状に形成され、そのケーシング本体(5a)および閉塞板(5b)に前記第２仕切条(9)が形成されたヘッダプレートレス熱交換器。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のヘッダプレートレス熱交換器において、
前記偏平チューブ(2) の各溝底(1a)側の外面およびケーシング(5)の内面に多数のディンプル(10)が分散して、前記膨出部(3)の高さ分だけ突出配置され、
隣接する各偏平チューブ(2) の各ディンプル(10)どうし、および積層方向の最外側の偏平チューブ(2) のディンプル(10)とケーシング(5)内面のディンプル(10)どうしが互いに接するように形成されたヘッダプレートレス熱交換器。