JP2018204904A

JP2018204904A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2018204904A
Application number: JP2017112857A
Authority: JP
Inventors: 岩崎　充; Mitsuru Iwasaki; 充岩崎; 回谷　雄一; Yuichi Kaitani; 雄一回谷; 勉古川; Tsutomu Furukawa; 真由美山中; Mayumi Yamanaka
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】熱交換器１は、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部２２と、を備え、複数のチューブ２１は、互いに間隔をあけて配置されエンジンオイルの流路を画成する中間部２１ａと、中間部２１ａの両端部に中間部２１ａと比較して大径に形成される一対の大径部２１ｂと、を有し、一対の端板部２２は、左右方向と上下方向とに並べられる大径部２１ｂによって形成される。
【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、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部と、を備え、前記複数のチューブは、互いに間隔をあけて配置され前記第２の流体の流路を画成する中間部と、前記中間部の両端部に前記中間部と比較して大径に形成される一対の大径部と、を有し、前記一対の端板部は、第１の方向と当該第１の方向と交差する第２の方向とに並べられる前記大径部によって形成される。

上記態様では、チューブの両端部に形成される大径部が第１の方向と第２の方向とに並べられて端板部が形成される。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、チューブを並べるだけで大径部が端板部を形成するので、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に示す熱交換器の断面図である。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、熱交換部のチューブについて説明する図である。図５Ａは、熱交換部の構成を示す構成図である。図５Ｂは、変形例に係る熱交換部の構成を示す構成図である。図６Ａは、変形例に係る熱交換部のチューブについて説明する図である。図６Ｂは、他の変形例に係る熱交換部のチューブ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、一対のリング部材３と、ケース４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部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、中間部２１ａと、一対の大径部２１ｂと、を有する。

中間部２１ａは、互いに間隔をあけて配置され、ケース４内にオイル流路２９を画成する。チューブ２１は、中間部２１ａの外径が１．０ｍｍ以下のマイクロチューブである。ここでは、チューブ２１は、中間部２１ａの外径が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。

大径部２１ｂは、中間部２１ａの両端部に中間部２１ａと比較して大径に形成される。大径部２１ｂは、左右方向（第１の方向）と上下方向（第２の方向）とに並べられて端板部２２を形成する。端板部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。

一対の端板部２２は、複数のチューブ２１の中間部２１ａ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。端板部２２の構成については、図５Ａを参照して後で詳細に説明する。端板部２２の外周には、リング部材３が設けられる。

リング部材３は、熱交換部２の端板部２２にそれぞれ取り付けられる。リング部材３は、端板部２２の外周を全周にわたって覆う環状に形成される。リング部材３は、チューブ２１と一体にロウ付けされる。なお、リング部材３を設けずに、ケース４の後述するケース本体４１内にチューブ２１を直接並べてもよい。

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、円弧状の断面形状を有する一対のシェル４１ａ，４１ｂを有する。ケース本体４１は、シェル４１ａとシェル４１ｂとが突き合わされて、略円筒状に形成される。ケース本体４１は、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４１ｃ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４１ｄ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。図１に示すように、ヘッダ部材４２は、ケース本体４１のフランジ部４１ｅにロウ付けや溶接等によって取り付けられるフランジ部４２ａを有する。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。図１に示すように、ヘッダ部材４３は、ケース本体４１のフランジ部４１ｅにロウ付けや溶接等によって取り付けられるフランジ部４３ａを有する。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。

次に、図４から図６Ｂを参照して、端板部２２の構成について説明する。

図４に示すように、一対の大径部２１ｂは、チューブ２１の両端部が拡径されて形成される。即ち、大径部２１ｂは、チューブ２１の両端部が中間部２１ａと連続した状態で大径に形成される。

図５Ａに示すように、端板部２２は、左右方向と上下方向とに並べられるチューブ２１の大径部２１ｂによって形成される。また、端板部２２は、大径部２１ｂどうしを接合して間の空隙を埋める接合部２２ａを有する。

図５Ｂに示すように、チューブ２１の大径部２１ｂを、円形ではなく多角形状（図５Ｂでは四角形状）の断面を有するように形成してもよい。この場合、大径部２１ｂの間には空隙は形成されないので、大径部２１ｂどうしをロウ付けして確実に端板部２２を形成することができる。

図５Ａに示すように、大径部２１ｂは左右方向に並べられ、その上の段の大径部２１ｂは下の段の一対の隣り合う大径部２１ｂの間に入り込むように並べられる。これにより、上側に並べられるチューブ２１を下側に並べられるチューブ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。

端板部２２は、リング部材３の内周にチューブ２１の大径部２１ｂが左右方向と上下方向とに並べられた状態で、リング部材３と共にロウ付けされて一体にされる。

チューブ２１は、ロウ材や接着剤等を塗布しながら積層される。よって、チューブ２１を並べてリング部材３と共に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、チューブ２１及びリング部材３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２２ａは、チューブ２１の大径部２１ｂどうしの間の空隙と、チューブ２１とリング部材３との間の空隙を埋める。接合部２２ａ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、チューブ２１の大径部２１ｂどうしの間と、チューブ２１とリング部材３との間とには、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２２ａを形成する。これにより、端板部２２が形成される。

なお、図６Ａ及び図６Ｂに示す変形例のように、チューブ２１の中間部２１ａの両端部に取り付けられる大径部材２３によって大径部２１ｂを形成してもよい。この場合、大径部２１ｂは、チューブ２１の両端部を拡径するのではなく、円筒形又は多角形形状に形成された大径部材２３を中間部２１ａの両端部に取り付けることによって形成される。

これにより、チューブ２１の両端部を拡径して大径部２１ｂを形成する場合と比較して、大径部材２３を例えば多角形形状等の複雑な形状に形成して、大径部２１ｂの間の空隙を更に小さくすることができる。よって、大径部２１ｂの形状の自由度を向上させることができると共に、大径部２１ｂの間の空隙を更に小さくすることができる。

また、図４に示すように、チューブ２１の両端部を拡径して大径部２１ｂを形成する場合には、中間部２１ａと大径部２１ｂとの間の外径が徐々に拡径される部分が形成される。これに対して、図６Ａ及び図６Ｂに示す変形例のように、大径部材２３を用いて大径部２１ｂを形成する場合には、中間部２１ａの長さを最大にすることができるので、オイル流路２９の容積を大きくすることができる。

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、一対のリング部材３の内周に大径部２１ｂが位置するようにチューブ２１を左右方向に並べる。このとき、チューブ２１の大径部２１ｂにロウ材を塗っておく。

次に、その上の段のチューブ２１を、下の段にて左右方向に並べられた一対の隣り合う大径部２１ｂの間に大径部２１ｂが張り込むように並べる。この手順を繰り返すことで、左右方向と上下方向とに、一対のリング部材３の上端まで隙間なくチューブ２１が並べられる。

なお、リング部材３内にてチューブ２１を下の段から上の段に向けて順に並べるのではなく、所定の本数のチューブ２１をまとめて束ねておき、同時にリング部材３の内周に挿入してもよい。

最後に、このようにして組み立てられたチューブ２１とリング部材３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。

このように、熱交換器１では、チューブ２１の両端部に形成される大径部２１ｂが左右方向と上下方向とに並べられて端板部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、チューブ２１を並べるだけで大径部２１ｂが端板部２２を形成するので、熱交換部２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部２２と、を備える。複数のチューブ２１は、互いに間隔をあけて配置されエンジンオイルの流路を画成する中間部２１ａと、中間部２１ａの両端部に中間部２１ａと比較して大径に形成される一対の大径部２１ｂと、を有する。一対の端板部２２は、左右方向と上下方向とに並べられる大径部２１ｂによって形成される。

これにより、チューブ２１を並べるだけで大径部２１ｂが端板部２２を形成するので、熱交換部２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、端板部２２は、大径部２１ｂどうしを接合して間の空隙を埋める接合部２２ａを更に有する。

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２２ａを形成する。これにより、ロウ付けを行うだけで端板部２２を形成することができる。

また、熱交換器１は、端板部２２の外周を覆う環状のリング部材３を更に備える。

これにより、リング部材３の内周に大径部２１ｂが沿うようにチューブ２１を並べるだけで熱交換部２を形成することができる。よって、熱交換部２を所望の形状に容易に形成することができる。

また、第１の方向（左右方向）と第２の方向（上下方向）とは、直交する。

これにより、複数のチューブ２１を下の段に重ねるように上の段に順に並べ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、一対の大径部２１ｂは、チューブ２１の両端部が中間部２１ａと連続した状態で大径に形成される。

これにより、大径部２１ｂは、チューブ２１の両端部を拡径するだけで形成できるので、大径部２１ｂの形成が容易である。

また、一対の大径部２１ｂは、中間部２１ａの両端部に取り付けられる大径部材２３によって形成される。

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、上述のとおり端板部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。

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、流入通路４１ｃ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部２２と同様に、チューブ２１の大径部２１ｂによって形成することができる。

１熱交換器
２熱交換部
３リング部材
４ケース
２１チューブ
２１ａ中間部
２１ｂ大径部
２２端板部
２２ａ接合部
２３大径部材
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）

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部と、を備え、
前記複数のチューブは、
互いに間隔をあけて配置され前記第２の流体の流路を画成する中間部と、
前記中間部の両端部に前記中間部と比較して大径に形成される一対の大径部と、を有し、
前記一対の端板部は、第１の方向と当該第１の方向と交差する第２の方向とに並べられる前記大径部によって形成される、
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、
前記端板部は、前記大径部どうしを接合して間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又は２に記載の熱交換器であって、
前記端板部の外周を覆う環状のリング部材を更に備える、
ことを特徴とする熱交換器。
請求項１から３のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記第１の方向と前記第２の方向とは、直交する、
ことを特徴とする熱交換器。
請求項１から４のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記一対の大径部は、前記チューブの前記両端部が前記中間部と連続した状態で大径に形成される、
ことを特徴とする熱交換器。
請求項１から４のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記一対の大径部は、前記中間部の前記両端部に取り付けられる大径部材によって形成される、
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。