JP2016114320A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】インナーフィンの加工を容易に行えるようにする。【解決手段】インナーフィン２が、上流側流路１１７内に位置する上流側フィン部２１と、下流側流路１２１内に位置する下流側フィン部２２と、上流側フィン部２１と下流側フィン部２１との間に位置し、第１プレート１１の流路間リブ１２２と第２プレート１５との間に挟持されて接合された流路間フィン部２３とを備える熱交換器において、流路間リブ１２２の断面形状をインナーフィン２の断面形状と同じにする。これにより、インナーフィン２は、上流側フィン部２１、下流側フィン部２２、および流路間フィン部２３を、同一のフィンピッチにすることができるため、インナーフィン２の加工を容易に行うことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、チューブの内部を流れる流体とチューブの外部を流れる流体との間で熱交換を行わせる熱交換器に関するものである。

従来、この種の熱交換器として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された熱交換器は、チューブの内部にインナーフィンが収容されている。インナーフィンは、金属薄板を成形して所定の形状に形成されている。チューブは、金属薄板を成形した２枚のプレートが接合されて内部に流路が形成されている。各成形プレートには、内部の流路を分離するように突起状の流路間リブが形成され、それらの流路間リブにインナーフィンの幅方向中央部が挟持されてインナーフィンが固定されている。

特開２００６−３０２５号公報

しかしながら、従来の熱交換器のインナーフィンは、流路に位置する部位は一定のフィンピッチで波形に折り曲げられ、リブ間に挟持される部位は流路に位置する部位とは異なる断面形状になっているため、インナーフィンの加工が非常に困難であるという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、インナーフィンの加工を容易に行えるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、金属薄板よりなる第１プレート（１１）および第２プレート（１５）の外周縁部が接合されて、流体が流通する流路が内部に形成されたチューブ（１）と、金属薄板が折り曲げられて形成され、チューブ内に配置されたインナーフィン（２）とを備える熱交換器であって、チューブは、チューブ長手方向一端側に位置し、外部から流体が流入する入り口側タンク空間（１１２）を形成する入り口側タンク板部（１１１）と、入り口側タンク空間から流入した流体をチューブ長手方向他端側に向かって導く上流側流路（１１７）を形成する上流側流路板部（１１６）と、チューブ長手方向他端側に位置し、上流側流路から流体が流入するＵターン空間（１１９）を形成するＵターン板部（１１８）と、上流側流路に隣接して上流側流路と平行に配置され、Ｕターン部から流入した流体をチューブ長手方向一端側に向かって導く下流側流路（１２１）を形成する下流側流路板部（１２０）と、チューブ長手方向一端側に位置し、下流側流路から流体が流入するとともに、流入した流体を外部に流出させる出口側タンク空間（１１４）を形成する出口側タンク板部（１１３）と、上流側流路と下流側流路との間に位置し、第１プレートから第２プレート側に向かって突出する流路間リブ（１２２、１２２ａ、１２２ｂ）とを備え、インナーフィンは、上流側流路内に位置する上流側フィン部（２１）と、下流側流路内に位置する下流側フィン部（２２）と、上流側フィン部と下流側フィン部との間に位置し、流路間リブと第２プレートとの間に挟持されて接合された流路間フィン部（２３）とを備え、上流側フィン部と下流側フィン部と流路間フィン部は、フィンピッチが同一で、且つチューブ長手方向に対して直交方向の断面形状が同じであり、流路間リブにおけるチューブ長手方向に対して直交方向の断面形状は、インナーフィンにおけるチューブ長手方向に対して直交方向の断面形状と同じであることを特徴とする。

これによると、インナーフィンは、上流側フィン部、下流側フィン部、および流路間フィン部を、同一のフィンピッチおよび同一の断面形状にすることができるため、インナーフィンの加工を容易に行うことができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器を一部破断して示す斜視図である。 第１実施形態のチューブおよびインナーフィンの、チューブ長手方向に対して直交方向の断面図である。 第１実施形態のチューブおよびインナーフィンの、チューブ長手方向に対して直交方向の断面図である。 第１実施形態のチューブの、チューブ長手方向に対して直交方向の断面図である。 第１実施形態の第１プレートの平面図である。 図５の要部の拡大図である。 第１実施形態のインナーフィンおよび第１プレートの平面図である。 第１実施形態のインナーフィンの第１変形例を示す、チューブ長手方向に対して直交方向の図である。 第１実施形態のインナーフィンの第２変形例を示す、チューブ長手方向に対して直交方向の図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器における第１プレートの平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態の熱交換器は、過給機にて加圧されて高温になった吸気と冷却用の流体（例えば、ＬＬＣ）とを熱交換させて吸気を冷却するインタークーラとして用いられる。

図１に示すように、熱交換器は、冷却流体が流通する流路が内部に形成された扁平状のチューブ１（詳細後述）が多数積層配置されている。チューブ１内には、伝熱面積を増加させて熱交換を促進するインナーフィン２（詳細後述）が配置されている。

隣接するチューブ１間を吸気が通過するようになっており、隣接するチューブ１間に、伝熱面積を増加させて熱交換を促進するアウターフィン３が配置されている。アウターフィン３は、アルミニウム等の金属薄板を波形状に成形したものであり、チューブ１にろう付け等にて接合されている。

チューブ１の積層方向（以下、チューブ積層方向という）の一端側には、金属よりなる板状のフランジ４が配置されている。フランジ４とフランジ４に隣接するチューブ１との間も吸気が通過するようになっており、そこにもアウターフィン３が配置されている。

フランジ４には、冷却流体が流通する図示しない配管が接続されるパイプ４１を備えている。そして、冷却流体を冷却する外部の熱交換器（図示せず）と本実施形態の熱交換器は、その配管にて接続される。

また、フランジ４が図示しない内燃機関用吸気経路にボルト等にて締結され、それにより熱交換器が内燃機関用吸気経路に固定されるようになっている。

図２〜図７に示すように、チューブ１は、アルミニウム等の金属薄板が所定の形状にプレス成形された第１プレート１１と第２プレート１５とからなり、第１プレート１１および第２プレート１５の外周縁部がろう付け等にて接合されて、冷却流体が流通する流路が内部に形成されている。

第２プレート１５は、外部に向かって突出する接続筒部１５１を除き平板状になっている。

第１プレート１１は、チューブ１の長手方向（図５の紙面左右方向。以下、チューブ長手方向という）一端側に入り口側タンク板部１１１を備えている。この入り口側タンク板部１１１内に、外部の熱交換器にて冷却された冷却流体が流入する入り口側タンク空間１１２が形成されている。

第１プレート１１は、チューブ長手方向一端側に出口側タンク板部１１３を備えている。この出口側タンク板部１１３内に、吸気を冷却した冷却流体が流入するとともに流入した冷却流体を外部の熱交換器に流出させる出口側タンク空間１１４が形成されている。

第１プレート１１は、入り口側タンク空間１１２と出口側タンク空間１１４との間にタンク間リブ１１５を備えている。このタンク間リブ１１５は、第１プレート１１から第２プレート１５側に向かって突出し、先端部が第２プレート１５に接合されて、入り口側タンク空間１１２と出口側タンク空間１１４とが仕切られている。なお、詳細は後述するが、タンク間リブ１１５は、本発明の第１ストッパに相当する。

第１プレート１１は、チューブ長手方向中間部に上流側流路板部１１６を備えている。この上流側流路板部１１６内に、入り口側タンク空間１１２から流入した冷却流体をチューブ長手方向他端側に向かって導く上流側流路１１７が形成されている。

第１プレート１１は、チューブ長手方向他端側にＵターン板部１１８を備えている。このＵターン板部１１８内に、上流側流路１１７から冷却流体が流入するＵターン空間１１９が形成されている。

第１プレート１１は、チューブ長手方向中間部に下流側流路板部１２０を備えている。この下流側流路板部１２０内に、Ｕターン空間１１９から流入した冷却流体をチューブ長手方向一端側に向かって導く下流側流路１２１が形成されている。この下流側流路１２１は、上流側流路１１７に隣接して上流側流路１１７と平行に配置されている。

第１プレート１１は、上流側流路１１７と下流側流路１２１との間に流路間リブ１２２を備えている。この流路間リブ１２２は、第２プレート１５側に向かって突出している。

第１プレート１１は、Ｕターン板部１１８からＵターン空間１１９側に向かって突出する第２ストッパ１２３を備えている（詳細後述）。

第１プレート１１は、外周縁部全域に連続して形成された外周リブ１２４を備えている。この外周リブ１２４は、第２プレート５側に向かって突出して第２プレート１５の外周縁部とろう付け等にて接合されている。

第１プレート１１は、入り口側タンク板部１１１および出口側タンク板部１１３から外部に向かって突出する接続筒部１２５を備えている。この接続筒部１２５は、第２プレート１５の接続筒部１５１と接合されている。なお、フランジ４に隣接する第２プレート１５の接続筒部１５１は、パイプ４１と接合されている（図１参照）。

インナーフィン２は、アルミニウム等の金属薄板を一定のフィンピッチで折り曲げて波形状にプレス成形したものであり、折り曲げ頂部がチューブ長手方向に沿って直線的に延びているストレートフィンである。より詳細には、インナーフィン２の断面形状は正弦波形状であり、インナーフィン２における折り曲げ頂部の断面形状は、円弧状になっている。

インナーフィン２は、上流側流路１１７内に位置する上流側フィン部２１と、下流側流路１２１内に位置する下流側フィン部２２と、上流側フィン部２１と下流側フィン部２２との間に位置して流路間リブ１２２と重ねられる流路間フィン部２３とを備えている。これらの上流側フィン部２１と下流側フィン部２２と流路間フィン部２３は、フィンピッチが同一で、且つチューブ長手方向に対して直交方向の断面形状が同じである。

図２に示すように、流路間リブ１２２におけるチューブ長手方向に対して直交方向の断面形状は、インナーフィン２におけるチューブ長手方向に対して直交方向の断面形状と同じである。より詳細には、流路間リブ１２２におけるインナーフィン２と接合される面の形状と、インナーフィン２における流路間リブ１２２と接合される面の形状とが、合同になっている。

このように、流路間リブ１２２におけるチューブ長手方向に対して直交方向の断面形状を、インナーフィン２におけるチューブ長手方向に対して直交方向の断面形状と同じにしているため、上流側フィン部２１、下流側フィン部２２、および流路間フィン部２３を、同一のフィンピッチおよび同一の断面形状にすることができる。したがって、インナーフィン２の加工を容易に行うことができる。

流路間リブ１２２の突出高さＨ１は、外周リブ１２４の突出高さＨ２よりも、インナーフィン２の板厚ｔ分低くなっている。

図５、図６に示すように、流路間リブ１２２は、チューブ長手方向一端側がタンク間リブ１１５に繋がっており、チューブ長手方向他端側が第２ストッパ１２３に繋がっている。

タンク間リブ１１５における上流側流路１１７と下流側流路１２１との並び方向の幅Ｗ１は、流路間リブ１２２における上流側流路１１７と下流側流路１２１との並び方向の幅Ｗ２よりも広くなっている。

第２ストッパ１２３における上流側流路１１７と下流側流路１２１との並び方向の幅Ｗ３は、流路間リブ１２２における上流側流路１１７と下流側流路１２１との並び方向の幅Ｗ２よりも広くなっている。

図２、図７に示すように、第１プレート１１にインナーフィン２を組み付けたとき、流路間フィン部２３は流路間リブ１２２と重なり、上流側フィン部２１が上流側流路１１７内に配置され、下流側フィン部２２が下流側流路１２１内に配置される。

そして、流路間フィン部２３が流路間リブ１２２と第２プレート１５との間に挟持された状態で、インナーフィン２と第１プレート１１と第２プレート１５とをろう付け等にて接合することにより、流路間フィン部２３にて上流側流路１１７と下流側流路１２１とが仕切られている。

また、流路間フィン部２３が第１ストッパとしてのタンク間リブ１１５と第２ストッパ１２３との間に位置し、流路間フィン部２３がタンク間リブ１１５に当接することによりチューブ長手方向一端側へのインナーフィン２の移動が制限され、流路間フィン部２３が第２ストッパ１２３に当接することによりチューブ長手方向他端側へのインナーフィン２の移動が制限される。

上記構成において、外部の熱交換器から供給される冷却流体は、各チューブ１の入り口側タンク空間１１２に流入し、上流側流路１１７を通ってＵターン空間１１９に流入し、さらに下流側流路１２１を通って出口側タンク空間１１４に流入する。そして、冷却流体が各チューブ１内を流通する間に、冷却流体と吸気との熱交換が行われ、吸気が冷却される。

ここで、流路間フィン部２３とタンク間リブ１１５との間に隙間がある場合は、冷却流体が入り口側タンク空間１１２からその隙間を通って出口側タンク空間１１４へと流れる所謂ショートカットが発生する。しかし、本実施形態では、流路間フィン部２３がタンク間リブ１１５に当接しているため、換言すると、ショートカットは発生しない。

また、流路間リブ１２２の突出高さＨ１を外周リブ１２４の突出高さＨ２よりもインナーフィン２の板厚ｔ分低くしているため（すなわち、Ｈ２＝Ｈ１＋ｔ）、流路間フィン部２３の頂部を第２プレート１５に容易に且つ確実に当接させることができる。したがって、冷却流体が流路間フィン部２３の頂部と第２プレート１５との隙間を通って出口側タンク空間１１４へ流れることを防止することができる。

以上述べたように、本実施形態によると、インナーフィン２は、上流側フィン部２１、下流側フィン部２２、および流路間フィン部２３を、同一のフィンピッチおよび同一の断面形状にすることができるため、インナーフィン２の加工を容易に行うことができる。

なお、上記実施形態においては、インナーフィン２の断面形状を正弦波形状にしたが、インナーフィン２の断面形状は、図８に示す第１変形例のように三角波形状にしてもよいし、図９に示す第２変形例のように矩形波形状にしてもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１０に示すように、流路間リブは、チューブ長手方向に沿って複数個（本例では２個）に分割されている。具体的には、流路間リブは、複数個の流路間リブのうち最も入り口側タンク空間１１２側に位置してタンク間リブ１１５に繋がったタンク側流路間リブ１２２ａと、複数個の流路間リブのうち最もＵターン空間１１９側に位置して第２ストッパ１２３に繋がったＵターン側流路間リブ１２２ｂとに分割されている。

図示しないインナーフィン２の流路間フィン部２３は、タンク側流路間リブ１２２ａおよびＵターン側流路間リブ１２２ｂのうち少なくともタンク側流路間リブ１２２ａに接合される。

本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、タンク側流路間リブ１２２ａおよび第２ストッパ１２３は、第１実施形態の流路間リブ１２２よりも短くなるため、プレス加工時の打ち出し部が少なくなり、第１プレート１１の加工性が向上する。

なお、本実施形態においては、流路間リブをチューブ長手方向に沿って２個に分割したが、流路間リブをチューブ長手方向に沿って３個以上に分割してもよい。また、Ｕターン側流路間リブ１２２ｂを廃止してもよい。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、第１プレート１１と第２プレート１５を別々にプレス成形したが、第１プレート１１と第２プレート１５を一体にプレス成形してもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１ チューブ
２ インナーフィン
１１ 第１プレート
１５ 第２プレート
２１ 上流側フィン部
２２ 下流側フィン部
２３ 流路間フィン部
１１１ 入り口側タンク板部
１１２ 入り口側タンク空間
１１３ 出口側タンク板部
１１４ 出口側タンク空間
１１６ 上流側流路板部
１１７ 上流側流路
１１８ Ｕターン板部
１１９ Ｕターン空間
１２０ 下流側流路板部
１２１ 下流側流路
１２２ 流路間リブ
１２２ａ タンク側流路間リブ（流路間リブ）
１２２ｂ Ｕターン側流路間リブ（流路間リブ）

Claims (8)

1. 金属薄板よりなる第１プレート（１１）および第２プレート（１５）の外周縁部が接合されて、流体が流通する流路が内部に形成されたチューブ（１）と、金属薄板が折り曲げられて形成され、前記チューブ内に配置されたインナーフィン（２）とを備える熱交換器であって、
   前記チューブは、
   チューブ長手方向一端側に位置し、外部から流体が流入する入り口側タンク空間（１１２）を形成する入り口側タンク板部（１１１）と、
   前記入り口側タンク空間から流入した流体をチューブ長手方向他端側に向かって導く上流側流路（１１７）を形成する上流側流路板部（１１６）と、
   チューブ長手方向他端側に位置し、前記上流側流路から流体が流入するＵターン空間（１１９）を形成するＵターン板部（１１８）と、
   前記上流側流路に隣接して前記上流側流路と平行に配置され、前記Ｕターン部から流入した流体をチューブ長手方向一端側に向かって導く下流側流路（１２１）を形成する下流側流路板部（１２０）と、
   チューブ長手方向一端側に位置し、前記下流側流路から流体が流入するとともに、流入した流体を外部に流出させる出口側タンク空間（１１４）を形成する出口側タンク板部（１１３）と、
   前記上流側流路と前記下流側流路との間に位置し、前記第１プレートから前記第２プレート側に向かって突出する流路間リブ（１２２、１２２ａ、１２２ｂ）とを備え、
   前記インナーフィンは、
   前記上流側流路内に位置する上流側フィン部（２１）と、
   前記下流側流路内に位置する下流側フィン部（２２）と、
   前記上流側フィン部と前記下流側フィン部との間に位置し、前記流路間リブと前記第２プレートとの間に挟持されて接合された流路間フィン部（２３）とを備え、
   前記上流側フィン部と前記下流側フィン部と前記流路間フィン部は、フィンピッチが同一で、且つチューブ長手方向に対して直交方向の断面形状が同じであり、
   前記流路間リブにおけるチューブ長手方向に対して直交方向の断面形状は、前記インナーフィンにおけるチューブ長手方向に対して直交方向の断面形状と同じであることを特徴とする熱交換器。
2. 前記チューブは、前記第１プレートから前記第２プレート側に向かって突出し、先端部が前記第２プレートに接合されて前記入り口側タンク空間と前記出口側タンク空間とを仕切るタンク間リブ（１１５）を備え、
   前記流路間リブは、前記タンク間リブに繋がっており、
   前記流路間フィン部は、前記タンク間リブに当接した状態で前記流路間リブおよび前記第２プレートに接合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. 前記チューブは、チューブ長手方向一端側への前記インナーフィンの移動範囲を定める第１ストッパ（１１５）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記第１ストッパは、前記流路間リブに繋がっており、
   前記第１ストッパにおける前記上流側流路と前記下流側流路との並び方向の幅Ｗ１が、前記流路間リブにおける前記上流側流路と前記下流側流路との並び方向の幅Ｗ２よりも広いことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記チューブは、チューブ長手方向他端側への前記インナーフィンの移動範囲を定める第２ストッパ（１２３）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器。
6. 前記第２ストッパは、前記流路間リブに繋がっており、
   前記第２ストッパにおける前記上流側流路と前記下流側流路との並び方向の幅Ｗ３が、前記流路間リブにおける前記上流側流路と前記下流側流路との並び方向の幅Ｗ２よりも広いことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記第１プレートは、当該第１プレートにおける外周縁部に形成され、前記第２プレート側に向かって突出して前記第２プレートと接合される外周リブ（１２４）を備え、
   前記流路間リブの突出高さ（Ｈ１）は、前記外周リブの突出高さ（Ｈ２）よりも、前記インナーフィンの板厚（ｔ）分低くなっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換器。
8. 前記流路間リブ（１２２ａ、１２２ｂ）は、チューブ長手方向に沿って複数個に分割され、
   複数個の前記流路間リブのうち最も前記入り口側タンク空間側に位置するタンク側流路間リブ（１２２ａ）は、前記タンク間リブに繋がっており、
   前記流路間フィン部は、前記タンク側流路間リブに接合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。

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