JP2018204903A

JP2018204903A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2018204903A
Application number: JP2017112856A
Authority: JP
Inventors: 岩崎　充; Mitsuru Iwasaki; 充岩崎; 栄樹林; Eiki Hayashi; 勉古川; Tsutomu Furukawa; 清水　聡; Satoshi Shimizu; 聡清水
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-12-27

Abstract

【課題】熱交換器を容易に組立可能とする。
【解決手段】冷却水とエンジンオイルとの間で熱交換を行う熱交換器１は、内側を冷却水が流通する複数のチューブ２１と、複数のチューブ２１を収容するケース４と、複数のチューブ２１を互いに間隔をあけて保持すると共にケース４内の複数のチューブ２１間にエンジンオイルの流路を画成する一対の端板２２と、を備え、一対の端板２２は、積層して設けられ複数のチューブ２１を積層方向に挟んで保持する複数の積層部材２３を有する。
【選択図】図４

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、複数のチューブの両端が端板で各々支持されてなる熱交換部が外箱に収容される熱交換器が開示されている。

特開昭６１−１９０２８７号公報

しかしながら、特許文献１の熱交換器では、複数のチューブを端板に形成された孔に挿入するため、組み立て作業が複雑であった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換器を容易に組み立て可能とすることを目的とする。

本発明のある態様によれば、第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行う熱交換器は、内側を第１の流体が流通する複数のチューブと、前記複数のチューブを収容するケースと、前記複数のチューブを互いに間隔をあけて保持すると共に前記ケース内の前記複数のチューブ間に第２の流体の流路を画成する一対の端板と、を備え、前記一対の端板は、積層して設けられ前記複数のチューブを積層方向に挟んで保持する複数の積層部材を有する。

上記態様では、チューブを挟んで積層される積層部材によって端板が形成される。そのため、例えば、端板に形成された孔にチューブを挿入するような必要がなく、積層部材とチューブとを順に積層するだけで、熱交換器を組み立てることができる。したがって、熱交換器を容易に組み立てることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器の側面図である。図２は、図１に示す熱交換器の一部を断面で示した図である。図３は、熱交換器における熱交換部の斜視図である。図４は、熱交換部の端板について説明する図である。図５は、本発明の第２の実施形態に係る熱交換部の端板について説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
以下、図１から図４を参照して、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器１について説明する。

まず、図１から図３を参照して、熱交換器１の全体構成について説明する。

熱交換器１は、例えば、車両（図示省略）に適用され、冷却水と熱交換を行いエンジン（図示省略）内を循環する潤滑油（以下、「エンジンオイル」と称する。）の暖機や冷却を行う水冷式オイルクーラである。ここでは、第１の流体は冷却水であり、第２の流体はエンジンオイルである。

図２に示すように、熱交換器１は、熱交換部２と、一対の端部部材３と、ケース４と、スペーサ５と、を備える。

熱交換部２は、冷却水とエンジンオイルとの間で熱交換を行う。熱交換部２は、互いに間隔をあけて平行に並べられる複数のチューブ２１と、チューブ２１の端部近傍を保持する一対の端板２２と、を有する。熱交換部２は、例えばステンレスなどの金属材料によって形成される。各々のチューブ２１内には、冷却水が流通する冷却水流路２８が形成され、複数のチューブ２１間には、エンジンオイルが流通するオイル流路２９が形成される。

チューブ２１は、円環状の断面を有する円筒形に形成される。これに限らず、チューブ２１を、多角形状の断面を有するように形成してもよい。チューブ２１は、外径が１．０ｍｍ以下のチューブである。ここでは、チューブ２１は、外径が０．４ｍｍである。なお、図２及び図３では、理解を容易にするために、チューブ２１の外径を実際よりも大きく示している。

一対の端板２２は、複数のチューブ２１を互いに間隔をあけて保持すると共にケース４内の複数のチューブ２１間にオイル流路２９を画成する。端板２２の構成については、図４を参照して後で詳細に説明する。端板２２の外周には、端部部材３が設けられる。

端部部材３は、熱交換部２の端板２２にそれぞれ取り付けられる。端部部材３は、端板２２の外周を全周にわたって覆う環状に形成される。端部部材３は、チューブ２１に冷却水が導かれるのを妨げないようにチューブ２１が設けられる領域の外周に設けられる。また、一対の端部部材３は、端板２２における冷却水流れ方向の外側に設けられる。これにより、端部部材３は、熱交換部２の両端を外側から保持する。

端部部材３の外周には、シール部材としてのＯリング３２が収装される環状の環状溝部３１が形成される。環状溝部３１に収装されたＯリング３２は、ケース４との間で潰されて、冷却水流路２８とオイル流路２９との間をシールする。

ケース４は、熱交換部２を収容して内側にエンジンオイルが流通する。ケース４は、ケース本体４１と、一対のヘッダ部材４２，４３と、を有する。ケース４は、例えば、アルミニウム合金によって形成される。

ケース本体４１は、筒状に形成される。ケース本体４１は、スペーサ５を介して熱交換部２の外周に臨む。ケース本体４１は、外部から熱交換部２に供給されるエンジンオイルが流通する流入通路４１ａと、熱交換部２にて冷却水によって冷却され外部に排出されるエンジンオイルが流通する流出通路４１ｂと、を有する。

ヘッダ部材４２は、熱交換部２よりも冷却水の流れ方向上流側に設けられる。ヘッダ部材４２は、ケース本体４１に複数のボルト４４によって締結される。ヘッダ部材４２は、ラジエータ（図示省略）から導かれる冷却水を、複数のチューブ２１に分散させる。

ヘッダ部材４３は、熱交換部２よりも冷却水の流れ方向下流側に設けられる。ヘッダ部材４３は、ケース本体４１に複数のボルト４４によって締結される。ヘッダ部材４３は、複数のチューブ２１を流通してエンジンオイルを冷却した冷却水を合流させ、再びラジエータに導く。

スペーサ５は、端部部材３が設けられることに伴い形成されたケース４と熱交換部２との間隙を埋める。スペーサ５は、例えば、発泡アルミニウム等の発泡金属によって形成される。スペーサ５は、オイル流路２９を流通するエンジンオイルの偏流を防止する。スペーサ５は、ケース本体４１の流入通路４１ａと連通してエンジンオイルが流通する流入通路５ａと、ケース本体４１の流出通路４１ｂと連通してエンジンオイルが流通する流出通路５ｂと、を有する。

次に、図４を参照して、端板２２の構成について説明する。

端板２２は、積層して設けられる複数の積層部材２３を有する。

積層部材２３は、複数のチューブ２１を積層方向に挟んで保持するブロック材である。積層部材２３は、チューブ２１を挟んで積層された状態で、チューブ２１及び端部部材３と共にロウ付けされて一体にされる。

積層部材２３とチューブ２１とは、ロウ材や接着剤等を塗布しながら積層される。よって、積層部材２３とチューブ２１とを積層してロウ付け用の炉に入れるだけでロウ付けが可能である。これに代えて、積層部材２３及びチューブ２１を、あらかじめ表面にロウ材の層が設けられたクラッド材によって形成してもよい。

積層部材２３は、上下方向（第１の方向）に積層される。複数のチューブ２１は、隣接する一対の積層部材２３の間にて、第１の方向と交差する左右方向（第２の方向）に並べられる。端板２２では、第１の方向と第２の方向とは直交しているが、これに限らず交差していればよい。

積層部材２３は、積層方向にチューブ２１の外径に対応した形状の複数の凹部２４を有する。端部部材３の内周と当接する端面２５を有する積層部材２３Ａは、端部部材３と当接しない一方のみに凹部２４を有する。積層部材２３の左右方向の端面２５は、端部部材３の内周と当接する。このように、積層部材２３は、すべて積層された状態で上下左右に端面２５を有する矩形となる。

凹部２４は、チューブ２１の外径に対応して半径０．２ｍｍの半円形状に形成される溝である。隣り合う積層部材２３の凹部２４どうしは、互いに対向するように左右方向の同じ位置に形成される。これにより、下側の凹部２４Ａと上側の凹部２４Ｂとが合致して、内径が０．４ｍｍの円形の孔を形成する。よって、チューブ２１と凹部２４との間に隙間が形成されることがない。

単一の積層部材２３では、下側の凹部２４Ａと上側の凹部２４Ｂとが左右方向に沿って交互に位置するように上下方向にオフセットして形成される。これにより、上側に積層されるチューブ２１を下側に積層されるチューブ２１の間にオーバーラップさせることができるので、隣り合うチューブ２１どうしを近接させて配置することができる。

次に、図４を参照して、熱交換部２の組み立て手順について説明する。

熱交換部２を組み立てる際には、まず、積層部材２３Ａの上側の凹部２４Ａにチューブ２１を載置する。このとき、あらかじめ等間隔に並べておいた複数のチューブ２１を治具等を用いて同時に載置してもよく、また斜め上方からチューブ２１を転がして順に凹部２４Ａに載置してもよい。

次に、上下に凹部２４が形成されている積層部材２３を上側に積層する。このとき、下側の凹部２４Ｂにチューブ２１が嵌まるようにする。そして、上側の凹部２４Ａにチューブ２１を載置する。この手順を繰り返すことで、所望の高さまで積層部材２３とチューブ２１とが積層される。

最後に、チューブ２１の上から、上側の端部の積層部材２３Ａを積層する。これにより、上下方向及び左右方向の端面２５が端部部材３の内周と当接する平面を形成する。このようにして組み立てられた積層部材２３とチューブ２１とをロウ付けして一体にすれば、熱交換部２が形成される。このとき、一対の端部部材３を同時にロウ付けしてもよい。

このように、熱交換器１では、チューブ２１を挟んで積層される積層部材２３によって端板２２が形成される。そのため、例えば、端板に形成された孔にチューブを挿入するような必要がなく、積層部材２３とチューブ２１とを順に積層するだけで、熱交換器１を組み立てることができる。したがって、熱交換器１を容易に組み立てることができる。

以上の第１の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

熱交換器１は、内側を冷却水が流通する複数のチューブ２１と、複数のチューブ２１を収容するケース４と、複数のチューブ２１を互いに間隔をあけて保持すると共にケース４内の複数のチューブ２１間にエンジンオイルの流路を画成する一対の端板２２と、を備え、一対の端板２２は、積層して設けられ複数のチューブ２１を積層方向に挟んで保持する複数の積層部材２３を有する。

これにより、積層部材２３とチューブ２１とを積層するだけで、熱交換器１を組み立てることができる。したがって、熱交換器１を容易に組み立てることができる。

また、積層部材２３は、上下方向に積層され、複数のチューブ２１は、隣接する一対の積層部材２３の間にて、上下方向と交差する左右方向に並べて設けられる。

これにより、積層部材２３と複数のチューブ２１とを上側に向けて順に積層する工程を繰り返すだけで熱交換部２を形成することができる。

また、積層部材２３は、積層方向にチューブ２１の外径に対応した形状の複数の凹部２４を有し、隣り合う積層部材２３の凹部２４どうしは、互いに対向する位置に形成される。

これにより、下側の凹部２４（２４Ａ）と上側の凹部２４（２４Ｂ）とが合致して円形の孔を形成するので、チューブ２１と凹部２４との間に隙間が形成されることがない。

積層部材２３では、上下方向の一方側に形成される凹部２４Ａと、上下方向の他方側に形成される凹部２４Ｂと、は、左右方向に沿って上下方向にオフセットして形成される。

これにより、上側に積層されるチューブ２１を下側に積層されるチューブ２１の間にオーバーラップさせることができるので、隣り合うチューブ２１どうしを近接させて配置することができる。

一般に、マイクロチューブを用いた熱交換器では、外径が２．０ｍｍより大きくなると、マイクロチューブを用いない熱交換器と比較して熱交換効率が同等若しくは低くなることが知られている。また、従来のマイクロチューブを用いた熱交換器では、端板に孔を形成し、数百本から数千本のマイクロチューブを挿入する必要があった。

これに対して、本実施形態では、外径が約１．０ｍｍ以下、板厚が約０．１ｍｍ以下、内径が約０．８ｍｍ以下のマイクロチューブで、熱交換効率の向上の効果が得られた。

更に好ましくは、アルミニウム材系マイクロチューブを適用した熱交換器において、外径が約０．４〜０．８ｍｍ、板厚が約０．０５〜０．１ｍｍ、内径が０．３〜０．６ｍｍのマイクロチューブで、特に熱交換効率の向上の効果が得られた。

また、好ましくはステンレス鋼材系マイクロチューブを適用した熱交換器において、外径が約０．８〜１．０ｍｍ、板厚が約０．０５〜０．１ｍｍ、内径が０．７〜０．８ｍｍのマイクロチューブで、特に熱交換効率の向上の効果が得られた。

なお、アルミニウム材系マイクロチューブを適用した熱交換器では、例えば水冷式オイルクーラなど、ステンレス鋼材系マイクロチューブを適用した熱交換器では、例えばＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）クーラなどで、優れた熱交換効率が得られた。

また、熱交換器１では、上述のとおり端板２２の組み立てが容易であるため、マイクロチューブを用いた場合に特に有効である。

（第２の実施形態）
以下、図５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る熱交換器２０１における熱交換部２０２の端板２２２について説明する。以下に示す各実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の機能を有する構成には同一の符号を付して説明を省略する。

熱交換器２０１は、端板２２２が複数の波型プレート２２３を有する点で、第１の実施形態に係る熱交換器１とは相違する。

端板２２２は、積層方向にチューブ２１が嵌まるように波型に形成される積層部材としての波型プレート２２３と、チューブ２１と波型プレート２２３との間隙を埋める接合部２２５と、を有する。また、端板２２２は、積層方向の端部に設けられて端部部材３の内周と当接する上下方向の端面２５を有する一対の波型ブロック２２６と、隣り合う一対の波型プレート２２３の端部の間隙を埋めて左右方向の端面２５を有する端部ブロック２２７と、を有する。

波型プレート２２３は、積層方向にチューブ２１が載置される複数の凹部２２４を有する。また、波型プレート２２３の左右方向の端部は、折り返されて形成されて端部ブロック２２７と当接する折り返し部２２３ａを有する。この折り返し部２２３ａのスプリングバックにより、波型プレート２２３と端部ブロック２２７とが密着するので、ロウ付けを確実に行うことができる。

隣り合う波型プレート２２３どうしは、上下が互い違いになるように積層される。隣り合う一対の波型プレート２２３は、折り返し部２２３ａどうしが直接当接するか、又は折り返し部２２３ａの間に端部ブロック２２７を挟んで当接する。隣り合う波型プレート２２３の凹部２２４どうしは、互いに対向するように左右方向の同じ位置に形成される。これにより、下側の凹部２２４Ａと上側の凹部２２４Ｂとが合致してチューブ２１が挿入される空間を形成する。

波型プレート２２３とチューブ２１とは、ロウ材や接着剤等を塗布しながら積層される。よって、波型プレート２２３とチューブ２１とを積層してロウ付け用の炉に入れるだけでロウ付けが可能である。これに代えて、波型プレート２２３及びチューブ２１を、あらかじめ表面にロウ材の層が設けられたクラッド材によって形成してもよい。

接合部２２５は、ロウ材又は接着剤等が固化して形成される。ロウ付け用の炉に入れる前の状態では、波型プレート２２３とチューブ２１との間には微小な空隙が形成されている。しかしながら、ロウ付け用の炉に入れてロウ付けを行うと、微小な空隙をロウ材が埋めて接合部２２５を形成する。これにより、端板２２２が形成される。

以上のように、熱交換器２０１では、第１の実施形態に係る熱交換器１の積層部材２３に代えて、波型プレート２２３が用いられる。波型プレート２２３は、積層部材２３と比較して加工が容易である。したがって、熱交換器１を容易に組み立てることができると共に、部材の加工コストを抑制することができる。

波型ブロック２２６は、端部部材３と当接しない一方のみに凹部２２４を有する。波型ブロック２２６の側面は、端板２２２における左右方向の端面２５を構成する。

端部ブロック２２７は、隣り合う一対の波型プレート２２３の折り返し部２２３ａの間に設けられる。端部ブロック２２７の側面は、端板２２２における左右方向の端面２５を構成する。

以上の第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏すると共に、以下に示す効果を奏する。

熱交換器２０１では、端板２２２は、積層方向にチューブ２１が嵌まるように波型に形成される波型プレート２２３を有する。

これにより、波型プレート２２３は、積層部材２３と比較して加工が容易であるので、熱交換器１を容易に組み立てることができると共に、部材の加工コストを抑制することができる。

また、端板２２２は、チューブ２１と波型プレート２２３との空隙を埋める接合部２２５を有する。

これにより、ロウ付け用の炉に入れてロウ付けを行うと、微小な空隙をロウ材が埋めて接合部２２５を形成する。これにより、ロウ付けを行うだけで端板２２２を形成することができる。

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。

例えば、上記実施形態では、熱交換器１がオイルクーラである場合について説明した。しかしながら、熱交換器１は、ラジエータ等の他の熱交換器であってもよい。

また、熱交換部２における冷却水の流れ方向中央近傍に、４１ａから供給されたエンジンオイルがオイル流路２９の一部に偏って流れることを防止するディバイドプレート（図示省略）を設けてもよい。このディバイドプレートもまた、上記実施形態に係る端板２２，２２２と同様に、積層部材２３又は波型プレート２２３の積層によって形成することができる。

１熱交換器
２熱交換部
４ケース
２１チューブ
２２端板
２３積層部材
２４凹部
２８冷却水流路（第１の流体の流路）
２９オイル流路（第２の流体の流路）
２０１熱交換器
２０２熱交換部
２２２端板
２２３波型プレート（積層部材）
２２４凹部
２２５接合部

Claims

第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
内側を第１の流体が流通する複数のチューブと、
前記複数のチューブを収容するケースと、
前記複数のチューブを互いに間隔をあけて保持すると共に前記ケース内の前記複数のチューブ間に第２の流体の流路を画成する一対の端板と、を備え、
前記一対の端板は、積層して設けられ前記複数のチューブを積層方向に挟んで保持する複数の積層部材を有する、
ことを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記積層部材は、第１の方向に積層され、
前記複数のチューブは、隣接する一対の前記積層部材の間にて、前記第１の方向と交差する第２の方向に並べて設けられる、
ことを特徴とする熱交換器。
請求項２に記載の熱交換器であって、
前記積層部材は、前記第１の方向に前記チューブの外径に対応した形状の複数の凹部を有し、
隣り合う前記積層部材の前記凹部どうしは、互いに対向する位置に形成される、
ことを特徴とする熱交換器。
請求項３に記載の熱交換器であって、
前記積層部材では、前記第１の方向の一方側に形成される前記凹部と、前記第１の方向の他方側に形成される前記凹部と、は、前記第２の方向に沿って前記第１の方向にオフセットして形成される、
ことを特徴とする熱交換器。
請求項２から４のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記積層部材は、前記第１の方向に前記チューブが嵌まるように波型に形成される波型プレートである、
ことを特徴とする熱交換器。
請求項５に記載の熱交換器であって、
前記端板は、前記チューブと前記波型プレートとの空隙を埋める接合部を更に有する、
ことを特徴とする熱交換器。
請求項１から６のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記チューブは、外径が１．０ｍｍ以下のチューブである、
ことを特徴とする熱交換器。