JP2015218936A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】部材の変形を防止し、小型化した熱交換器を提供する。
【解決手段】第１媒体が流れるチューブ８を並列に配置し、隣接するチューブ８間に第２媒体が流れる流路４０を形成し、第１媒体と第２媒体との間で熱交換を行う熱交換器１であって、チューブ８の長手方向に沿って溝部２１が形成され、溝部２１にチューブ８の端部が挿入されることでチューブ８を保持する保持部材２、３と、長手方向の端部側で、流路４０から第２媒体が漏洩しないように流路４０を封止する封止部材５と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は熱交換器に関するものである。

特許文献１には、空気用チューブ間に水通路を形成し、空気と水との間で熱交換を行う熱交換器が開示されており、この熱交換器では、空気用チューブの端部がヘッダープレートによって保持されている。

特表２０１１−５２５６１０号公報

上記熱交換器では、空気用チューブ間に水用インナーフィンが設けられ、水用インナーフィンは空気用チューブにろう付けされている。そのため、空気用チューブ、及び水用インナーフィンの寸法公差を吸収するスペースが無く、寸法公差が大きい部材が用いられると、空気用チューブと水用インナーフィンとを積層して構成される熱交換部は、積層方向の長さが長くなる。このような熱交換部は、空気を空気用チューブに供給するヘッダープレートの孔に対する空気用チューブの位置ずれが大きくなる。

上記熱交換器では、位置ずれがある場合でもヘッダープレートを熱交換部に取り付ける際にヘッダープレートが変形しないように、ヘッダープレートに補強壁部（バーリング）が形成されている。補強壁部を形成することで、ヘッダープレートの剛性を高めてヘッダープレートの変形を抑制すると共に、空気用チューブがヘッダープレートに保持される。しかし、補強壁部の厚さが厚くなることで、水通路の幅が大きくなり、熱交換器の幅が大きくなるので、熱交換器を小型化することができない。

一方、補強壁部を形成しない場合、または補強壁部の厚さが薄い場合には、空気用チューブにヘッダープレートを取り付ける際にヘッダープレートが変形するおそれがある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、熱交換器を小型化し、ヘッダープレートの変形を防止することを目的とする。

本発明のある態様に係る熱交換器は、第１媒体が流れるチューブを並列に配置し、隣接するチューブ間に第２媒体が流れる流路を形成し、第１媒体と第２媒体との間で熱交換を行う熱交換器であって、チューブの長手方向に沿って溝部が形成され、溝部にチューブの端部が挿入されることでチューブを保持する保持部材と、長手方向の端部側で、流路から第２媒体が漏洩しないように流路を封止する封止部材と、を備える。

この態様によると、バーリングを設けずに封止部材が変形することを防止し、熱交換器を小型化することができる。

第１実施形態の熱交換器の斜視図である。 第１実施形態の熱交換器の一部を分解した斜視図である。 長手方向から見た上部プレートの正面図である。 上部プレートの平面図である。 上部プレートの底面図である。 封止プレートを外した状態の熱交換器の一部を示す図である。 第１実施形態の熱交換器を封止プレート側から見た正面図である。 第２実施形態の熱交換器の一部を分解した斜視図である。 第２実施形態の熱交換器を封止プレート側から見た正面図である。 第２実施形態の熱交換部の平面図である。 図１０Ａにおける熱交換部の端部の拡大図である。 図８のXI−XI断面における熱交換器の上部側の一部を示す概略図である。

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。

本発明の第１実施形態の熱交換器１を図１、図２に示す。図１は熱交換器１の斜視図である。図２は熱交換器１の一部を分解した斜視図である。以下においては、冷却水（第２媒体）によって空気（第１媒体）を冷却するインタークーラーを一例として説明するが、これに限られることはなく、２つの媒体間で熱交換を行う熱交換器に適用することができる。

熱交換器１は、上部プレート２と、下部プレート３と、熱交換部４と、一対の封止プレート５と、冷却水導入タンク６と、冷却水排出タンク７とを備える。熱交換器１は、上部プレート２と下部プレート３とによって熱交換部４を上下方向から、一対の封止プレート５によって熱交換部４を熱交換部４の長手方向から挟んで保持する。

上部プレート２について図３〜５を用いて説明する。図３は、長手方向から見た上部プレート２の正面図であり、図４は、上部プレート２の平面図であり、図５は上部プレート２の底面図である。

上部プレート２には、下面から突出する凸部２０が長手方向に沿って延設され、凸部２０は長手方向に直交する方向に複数形成され、隣接する凸部２０間に溝部２１が形成される。つまり、上部プレート２には、複数の溝部２１が並列して形成される。溝部２１には図６に示すように後述するチューブ８の端部が挿入され、上部プレート２はチューブ８を保持する。図６は封止プレート５を外した状態の熱交換器１の一部を示す図である。

上部プレート２には、溝部２１の並列方向における両端から上側に突出し、冷却水導入タンク６、及び冷却水排出タンク７を係止する係止部２２が形成される。また、上部プレート２には、長手方向の端部側に、冷却水分配孔２３と冷却水回収孔２４とが形成される。冷却水分配孔２３、及び冷却水回収孔２４は、並列方向に沿って延設される。冷却水分配孔２３は、冷却水導入タンク６と熱交換部４に形成される各冷却水流路４０とを連通し、冷却水導入タンク６から各冷却水流路４０に冷却水を流入させる。冷却水回収孔２４は、冷却水流路４０と冷却水排出タンク７とを連通し、各冷却水流路４０から冷却水を冷却水排出タンク７に流入させる。

下部プレート３には、上面から突出する凸部３０が上部プレート２と同様に形成され、上部プレート２と同様に複数の溝部３１が並列して形成される。

上部プレート２の溝部２１の幅、及び下部プレート３の溝部３１の幅は等しく、上部プレート２の凸部２０の幅、及び下部プレート３の凸部３０の幅も等しい。つまり、上部プレート２、及び下部プレート３には、同じ幅の溝部２１、３１が、等間隔で形成されている。

熱交換部４は、上部プレート２、及び下部プレート３に形成した一対の溝部２１、３１にチューブ８の端部を挿入して上部プレート２、及び下部プレート３によってチューブ８を保持し、複数のチューブ８を並列に配置することにより構成される。熱交換部４には、隣接するチューブ８間に凸部２０の幅に応じた冷却水流路４０が形成される。チューブ８の内部には、内部フィン９が設けられる。また、冷却水流路４０には、チューブ８に当接する外部フィンが設けられる。熱交換部４において、チューブ８を流れる空気と、冷却水流路４０を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、空気が冷却される。

熱交換部４において、並列方向の両端に位置するチューブ８の外側側面８ａは、熱交換器１の側面として機能する。

チューブ８の長手方向の長さは、上部プレート２、及び下部プレート３の長手方向の長さよりも長く、長手方向におけるチューブ８の両端は上部プレート２、及び下部プレート３よりも突出しており、この突出した箇所に封止プレート５が取り付けられる。

封止プレート５は、枠部５０と、格子部５１とによって構成される。枠部５０は、熱交換部４の外周に沿って形成される。格子部５１は、上下方向に延設して形成され、格子部５１の両端は枠部５０に連結している。封止プレート５は、隣接するチューブ８間に格子部５１が挿入され、上部プレート２、及び下部プレート３よりも突出したチューブ８に取り付けられる。枠部５０の背面は上部プレート２、及び下部プレート３に当接し、枠部５０の内周面、及び格子部５１の側面はチューブ８の外周面に当接しており、当接する箇所はろう付けされ、接合される。これにより、冷却水流路４０の冷却水は、図１、図７に示すように封止プレート５によって封止され、冷却水流路４０からの冷却水の漏洩が防止される。図７は、熱交換器１を封止プレート５側から見た正面図である。

冷却水導入タンク６は、冷却水導入孔６ａから流入した冷却水を上部プレート２の冷却水分配孔２３を介して各冷却水流路４０に流入させる。冷却水排出タンク７は、冷却水流路４０から冷却水回収孔２４を介して流入した冷却水を冷却水排出孔７ａから排出する。

並列方向の冷却水導入タンク６の端部、及び冷却水排出タンク７の端部は、係止部２２によって係止されており、冷却水導入タンク６、及び冷却水排出タンク７は上部プレート２の上面にろう付けされている。

熱交換器１は、上部プレート２、及び下部プレート３の溝部２１、３１にチューブ８を挿入し、隣接するチューブ８間に外部フィンを配置し、上部プレート２に冷却水導入タンク６、及び冷却水排出タンク７を配置し、一対の封止プレート５を上部プレート２、及び下部プレート３よりも突出するチューブ８に取り付けて組み立てられる。なお、組み立てる際には、部材の接合部にろう材が配置される。そして、組み立てた熱交換器１を炉に入れて加熱することで、各部材がろう付けされ、各部材が接合される。

第１実施形態の効果について説明する。

チューブ８の端部を上部プレート２、及び下部プレート３の溝部２１、３１に挿入し、隣接するチューブ８間に外部フィンを配置することで、並列方向の熱交換部４の長さは、溝部２１に応じて規制される。具体的には、溝部２１の幅に対して幅が大きいチューブ８が配置されることが防止され、また隣接するチューブ８間の幅（凸部２０の幅）に対して幅が大きい外部フィンが配置されることが防止される。その結果、チューブ８、及び外部フィンの寸法公差が並列方向に累積し、熱交換部４としての並列方向の長さが長くなることを抑制することができる。そのため、封止プレート５を熱交換部４に取り付ける際に、チューブ８や封止プレート５にかかる負荷を小さくすることができ、これらの部材の剛性を高くせずに、熱交換器１を容易に組み立てることができる。

溝部２１、３１を上部プレート２、下部プレート３に設けずに封止プレートの格子部にバーリングを設けることで、封止プレートの剛性を高くし、封止プレートを熱交換部に取り付けることも可能であるが、その場合、格子部にバーリングを成形するために格子部の幅を小さくすることができず、並列方向の長さが長くなる。これに対して、本実施形態では、バーリングを設ける必要がなく、格子部５１の幅を小さくすることができ、並列方向における熱交換部４の長さを短くし、熱交換器１を小型化し、熱交換器１を軽量化することができる。

並列方向の端に位置するチューブ８の外側側面８ａを、熱交換器１の側面とすることで、並列方向における熱交換器１の長さを短くすることができ、並列方向における熱交換器１を小型化し、熱交換器１を軽量化することができる。

長手方向の冷却水流路４０の端部を格子部５１によって封止することで、冷却水がチューブ８内に漏洩することを防止することができる。

冷却水導入タンク６、及び冷却水排出タンク７の端部を上部プレート２に設けた係止部２２によって係止することで、冷却水導入タンク６、及び冷却水排出タンク７を上部プレート２に容易に取り付けることができ、上部プレート２に対する位置づれを抑制することができる。

次に本発明の第２実施形態について図８〜図１１を用いて説明する。

図８は、第２実施形態の熱交換器１の分解斜視図である。図９は、長手方向から見た熱交換器１の正面図である。図１０Ａは、熱交換部４の平面図である。図１０Ｂは、図１０Ａにおける熱交換部４の端部の拡大図である。図１１は、図８のXI−XI断面における熱交換器１の上部側の一部を示す概略図である。第２実施形態については第１実施形態と異なる部分を説明する。

第２実施形態の熱交換器１は、封止プレート５が枠部５０によって構成される。また、チューブ１０の長手方向の両端に拡管部１０ａが形成され、隣接する拡管部１０ａを密着して接合することで熱交換部４が構成される。これにより、長手方向の冷却水流路４０の端部が封止される。

第２実施形態の構成によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、チューブ８内に内部フィン９を設け、冷却水流路４０に外部フィンを設けたが、これらのフィンの少なくとも一方を設けなくてもよい。また、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせてもよい。

１ 熱交換器
２ 上部プレート（保持部材）
３ 下部プレート（保持部材）
４ 熱交換部
５ 封止プレート（封止部材）
６ 冷却水導入タンク（タンク）
７ 冷却水排出タンク（タンク）
８ チューブ
８ａ 外側側面
１０ チューブ
１０ａ 拡管部
２１ 溝部
２２ 係止部
２３ 冷却水分配孔（連通孔）
２４ 冷却水回収孔（連通孔）
３１ 溝部
４０ 冷却水流路（流路）
５０ 枠部
５１ 格子部

Claims (5)

1. 第１媒体が流れるチューブを並列に配置し、隣接する前記チューブ間に第２媒体が流れる流路を形成し、前記第１媒体と前記第２媒体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
   前記チューブの長手方向に沿って溝部が形成され、前記溝部に前記チューブの端部が挿入されることで前記チューブを保持する保持部材と、
   前記長手方向の端部側で、前記流路から前記第２媒体が漏洩しないように前記流路を封止する封止部材と、
   を備えることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器であって、
   前記封止部材は、前記流路の前記長手方向の端部側を封止する格子部を備える、
   ことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１に記載の熱交換器であって、
   前記チューブは、前記長手方向の端に拡管部を備え、
   隣接する前記チューブの拡管部が密着することで、前記流路の前記長手方向の端部が封止される、
   ことを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の熱交換器であって、
   前記第２媒体が流通するタンクを備え、
   前記保持部材は、
   前記タンクと前記流路とを連通する連通孔と、
   前記タンクの端部を係止する係止部と、
   を備えることを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の熱交換器であって、
   前記保持部材は、前記チューブを挟んで一対設けられ、
   前記チューブの並列方向の端に位置する前記チューブの外側側面は、前記熱交換器の側面を構成する、
   ことを特徴とする熱交換器。

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