JP2019158175A

JP2019158175A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2019158175A
Application number: JP2018041676A
Authority: JP
Inventors: 彰平野; Akira Hirano; 幸貴西山; Yukitaka Nishiyama; 太一浅野; Taichi Asano
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-09-19

Abstract

【課題】第１流体が流路の各段に流出入する範囲における熱交換性能の低下を抑制することができる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換部１１３は、カップ部１１０を含む範囲を除いた範囲において、一方のチューブ１００と他方のチューブ１００との隙間１０５にアウターフィン２００が設けられ、複数のチューブ１００の流路１０３に流れる冷却水と、隙間１０５に流れる過給気と、の熱交換を行う。カップ部１１０は、隙間１０５のうち当該カップ部１１０に対応する範囲に設けられた伝熱促進部２０１を有し、伝熱促進部２０１を介して、複数のチューブ１００の流路１０３に流れる冷却水と、隙間１０５のうち当該カップ部１１０に対応する範囲に流れる過給気と、の熱交換を行う。これにより、カップ部１１０を含む範囲に過給気が流入しても、伝熱促進部２０１を介して冷却水と過給気との熱交換が可能になる。【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に関する。

従来より、第１流体が流通する複数の流路が積層配置されていると共に、隣の流路との間に熱交換を促進するアウターフィンが配置された熱交換器が、例えば特許文献１で提案されている。複数の流路には、流路に接続されたパイプが固定されている。これにより、第１流体はパイプを介して複数の流路の各段に流出入する。

アウターフィンは、パイプが設けられた範囲を除いた熱交換部に設けられている。よって、熱交換器は、熱交換部において、流路を流通する第１流体と流路間を通る第２流体との熱交換を行う。

国際公開第２０１６／１４０２０３号

しかしながら、上記従来の技術では、第１流体がパイプを介して複数の流路の各段に流出入する範囲にはアウターフィンが設けられていないので、当該範囲に流入する第２流体が熱交換されずに排出されてしまう。このため、熱交換器の熱交換性能が低下してしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、第１流体が流路の各段に流出入する範囲における熱交換性能の低下を抑制することができる熱交換器を提供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、熱交換器は、第１プレート（１０１）と第２プレート（１０２）とが重ねられていると共に各プレート（１０１、１０２）の間に第１流体の流路（１０３）が設けられた複数のチューブ（１００）を含んでいる。

熱交換器は、第１プレートの一部に窓状に設けられた第１貫通孔（１０８）の外縁部分と、第２プレートの一部に窓状に設けられていると共に第１貫通孔に対応する位置に設けられた第２貫通孔（１０９）の外縁部分と、が複数のチューブの積層方向に接続されたことにより複数のチューブの最上層から最下層までが繋がったカップ部（１１０）を含んでいる。

熱交換器は、カップ部を含む範囲を除いた範囲において、一方のチューブと他方のチューブとの隙間（１０５）にアウターフィン（２００）が設けられ、複数のチューブの流路に流れる第１流体と、隙間に流れる第２流体と、の熱交換を行う熱交換部（１１３）を含んでいる。

そして、カップ部は、隙間のうち当該カップ部に対応する範囲に設けられた伝熱促進部（２０１、２０３、３００）を有し、伝熱促進部を介して、複数のチューブの流路に流れる第１流体と、隙間のうち当該カップ部に対応する範囲に流れる第２流体と、の熱交換を行う。

これによると、伝熱促進部がカップ部に設けられているので、カップ部を含む範囲に第２流体が流入しても、伝熱促進部を介して第１流体と第２流体との熱交換が可能になる。したがって、第１流体が複数のチューブの各段に流出入する範囲における熱交換性能の低下を抑制することができる。

なお、この欄及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。

第１実施形態に係る熱交換器の一部を破断して模式的に示した斜視図である。第１実施形態に係るカップ部において、過給気流れ方向に垂直な方向におけるカップ部の一部を示した断面図である。第１実施形態に係るアウターフィン及び伝熱促進部の斜視図である。第２実施形態に係るアウターフィン及び伝熱促進部を示した斜視図である。第２実施形態に係るカップ部において、過給気流れ方向に垂直な方向におけるカップ部の一部を示した断面図である。変形例として、カップ部にスペーサが設けられた断面図である。変形例として、第１側壁部を示した平面図である。変形例として、第１側壁部及び第２側壁部を示した平面図である。第３実施形態に係るスペーサの斜視図である。

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）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る熱交換器は、積層型であり、過給機にて加圧されて高温になった過給気と冷却水とを熱交換させて過給気を冷却する水冷インタークーラに適用される。

図１及び図２に示されるように、熱交換器１は、複数のチューブ１００を備えている。１つのチューブは、第１プレート１０１と第２プレート１０２とが重ねられていると共に、各プレート１０１、１０２の間に第１流体である冷却水が流れる流路１０３が設けられている。

チューブ１００は、内部にインナーフィン１０４を収容している。インナーフィン１０４は、一方のチューブ１００と他方のチューブ１００との隙間１０５を通る過給気流れ方向に波状に折り曲げられた形状になっている。

また、チューブ１００は、第１カップ部１０６及び第２カップ部１０７を有している。第１カップ部１０６は、第１プレート１０１の一部に窓状に設けられた第１貫通孔１０８の縁部分が第２プレート１０２とは反対側に突出した部分である。第２カップ部１０７は、第２プレート１０２のうち第１貫通孔１０８に対応する位置に設けられた第２貫通孔１０９の縁部分が第１カップ部１０６とは反対側に突出した部分である。

そして、複数のチューブ１００の積層方向において一方のチューブ１００の第２カップ部１０７と他方のチューブ１００の第１カップ部１０６とが接続されている。これにより、複数のチューブ１００の最上層から最下層までが第１カップ部１０６及び第２カップ部１０７を介して繋がったカップ部１１０が構成されている。

なお、各チューブ１００の積層方向において、最上層のチューブ１００の上と最下層のチューブ１００の下にはプレート１１１が配置されている。プレート１１１は、チューブ１００に冷却水を流出入させるための接続筒部１１２を備えている。

ここで、熱交換器１のうちカップ部１１０を含む範囲を除いた範囲を熱交換部１１３とすると、一方のチューブ１００と他方のチューブ１００との隙間１０５は、カップ部１１０と熱交換部１１３とで構成される。そして、当該隙間１０５にはアウターフィン２００が設けられている。

本実施形態では、図３に示されるように、アウターフィン２００は、熱交換部１１３及びカップ部１１０の全体に連続して形成されている。アウターフィン２００のうち、カップ部１１０に対応する部分は、カップ部１１０に流入する過給気の熱交換を促進するための伝熱促進部２０１として機能する。つまり、伝熱促進部２０１は、アウターフィン２００の一部である。言い換えると、カップ部１１０は、隙間１０５のうち当該カップ部１１０に対応する範囲に設けられた伝熱促進部２０１を有すると言える。

なお、図１では、伝熱促進部２０１を省略しており、熱交換部１１３のアウターフィン２００のみを示している。

図２及び図３に示されるように、アウターフィン２００をカップ部１１０に位置させるため、伝熱促進部２０１は、チューブ１００の第１カップ部１０６及び第２カップ部１０７を通す貫通孔部２０２を有している。これによると、カップ部１１０において、伝熱促進部２０１の面積を最大限に確保することができる。よって、カップ部１１０における熱交換性能を最大限に確保することができる。

各部品は、金属薄板等によって成形されている。また、各部品は、ろう付けによって一体化されている。

上記の構成により、熱交換部１１３は、熱交換器１のうちカップ部１１０を含む範囲を除いた範囲において、複数のチューブ１００の流路１０３に流れる冷却水と、隙間１０５に流れる過給気と、の熱交換を行う。また、カップ部１１０は、伝熱促進部２０１を介して、複数のチューブ１００の流路１０３に流れる冷却水と、隙間１０５のうち当該カップ部１１０に対応する範囲に流れる過給気と、の熱交換を行う。

以上説明したように、本実施形態では、熱交換を行うための伝熱促進部２０１がカップ部１１０にも設けられている。これにより、伝熱促進部２０１を介してカップ部１１０に流入する過給気と冷却水とを熱交換することができる。よって、カップ部１１０における熱交換性能の低下を抑制することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、カップ部１１０に位置する伝熱促進部２０３は、熱交換部１１３に位置するアウターフィン２００とは別体として構成されている。つまり、伝熱促進部２０３とアウターフィン２００とは分離した部品になっている。

また、伝熱促進部２０３は、アウターフィン２００とは別体の別体フィンとして構成されている。例えば、アウターフィン２００としてルーバフィンが採用され、伝熱促進部２０３としてオフセットフィンやウェーブフィン等が採用される。

オフセットフィンは、過給気流れ方向に直交する断面形状が波形状の波部に部分的に切り起こされた切り起こし部が形成されたフィンである。ウェーブフィンは、過給気流れ方向に直交する断面形状が矩形波あるいは台形波の波状に形成されたフィンである。これらのフィンは、各チューブ１００への接触面積を確保できるので、ろう付け時にフィンを確実にチューブ１００に固定することができる。

もちろん、伝熱促進部２０３としてルーバフィンが採用されても良い。この場合、アウターフィン２００としてオフセットフィンやウェーブフィンが採用される。伝熱促進部２０３のフィンと熱交換部１１３のフィンとして、同種のフィンを採用しても良い。

伝熱促進部２０３が別体フィンの場合、貫通孔部２０２の孔空け性に優れたフィンをカップ部１１０の周囲に設けることができる。このため、通常のアウターフィン２００に対して成形性に悪影響を与えることがなく、カップ部１１０に対する干渉を回避する形状にすることができる。

変形例として、図５に示されるように、伝熱促進部２０３であるオフセットフィンは、アウターフィン２００のフィンピッチよりも大きくなっていても良い。フィンピッチは、フィンの形状の繰り返しの周期であり、例えば頂点から隣の頂点までの距離である。

逆に、オフセットフィンは、アウターフィン２００のフィンピッチよりも小さくなっていても良い。このように、カップ部１１０に対応する別体フィンは、アウターフィン２００のフィンピッチとは異なるフィンピッチであっても良い。もちろん、オフセットフィンのフィンピッチは、アウターフィン２００のフィンピッチと同じになっていても良い。

別の変形例として、図６に示されるように、カップ部１１０は、スペーサ３００を有していても良い。スペーサ３００は、隙間１０５のうちカップ部１１０に対応する範囲に設けられた板状の部品である。

図７に示されるように、スペーサ３００は、板状の本体部３０１を有している。スペーサ３００は、各カップ部１０６、１０７に対応した貫通孔部３０２を有している。本体部３０１は他方のチューブ１００に一体化されている。スペーサ３００は、少なくとも、第１側壁部３０３を有する。第１側壁部３０３は、スペーサ３００の本体部３０１のうちカップ部１１０への過給気の流入側の第１端部３０４が一方のチューブ１００側に折り曲げられた部分である。第１側壁部３０３を有する場合は第１側壁部３０３が一方のチューブ１００に一体化されている。なお、図６は、図７における貫通孔部３０２の位置を熱交換部１１３側に切断した断面図に対応している。

図８に示されるように、スペーサ３００は、第１側壁部３０３及び第２側壁部３０５の両方を有していても良い。第２側壁部３０５は、スペーサ３００の本体部３０１のうち熱交換部１１３側の第２端部３０６が一方のチューブ１００側に折り曲げられた部分である。この場合、第１側壁部３０３及び第２側壁部３０５の両方が一方のチューブ１００に一体化されている。

第１側壁部３０３によって、あるいは第１側壁部３０３及び第２側壁部３０５によって、カップ部１１０への過給気の流入をコントロールすることができる。つまり、カップ部１１０に流入する過給気を低流量にすることができる。第１側壁部３０３や第２側壁部３０５によって、カップ部１１０への過給気の流入を完全に抑制することはできないが、伝熱促進部２０３による熱交換が可能になっているので、熱交換器１の熱交換性能の低下を抑制できる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、スペーサ３００自体が、熱交換器１の隙間１０５のうちカップ部１１０に対応する範囲に設けられた伝熱促進部として機能する。よって、本実施形態では、図６の構成に対して、カップ部１１０には別体フィン等は設けられていない。

そして、図９に示されるように、スペーサ３００は、切り起こしフィン３０７を有している。切り起こしフィン３０７は、スペーサ３００の本体部３０１の板面から一体に切り起こし成形されたフィンである。これにより、カップ部１１０に過給気が流れても、熱交換可能になっている。

変形例として、図７に示された形状と同様に、スペーサ３００は少なくとも第１側壁部３０３を有していても良い。また、図８に示された形状と同様に、スペーサ３００は、第１側壁部３０３及び第２側壁部３０５の両方を有していても良い。なお、第１側壁部３０３及び第２側壁部３０５は一方のチューブ１００に一体化されていても良い。

別の変形例として、スペーサ３００は、ピンフィンを有していても良い。ピンフィンは、スペーサ３００の本体部３０１の板面から柱状に突出したフィンである。これにより、各側壁部３０３、３０５から風洩れしても冷却性能が低下しない。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された熱交換器１の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、伝熱促進部２０１、２０３やスペーサ３００は、各チューブ１００の各カップ部１０６、１０７を避ける手段として各貫通孔部２０２、３０２を有していたが、窓状の形状ではなく、スリット状等の他の形状でも良い。貫通孔部２０２、３０２は各カップ部１０６、１０７を通す１つの貫通孔部として構成されていても良い。

熱交換器１は、冷却水と過給気との熱交換を行うコア部と、コア部を収容すると共に過給気が流れるダクトと、内燃機関に接続されるタンクと、を備えた構成でも良い。コア部は冷却水が通る空間部を構成するクーリングプレートが複数積層されると共に、クーリングプレートの間に過給気が通る空間部が構成されている。タンクは接続部品としての枠状のプレートを介してダクトに固定される。また、各クーリングプレートの各空間部に冷却水を分配するため、クーリングプレートは当該クーリングプレートの積層方向に突出すると共に開口したカップ部を有している。そして、当該積層方向にカップ部の開口部同士が接合されている。これにより、冷却水はカップ部を介して当該積層方向に流れると共に、各階層のクーリングプレートに分配される。タンクは、ダクトに固定された枠状のかしめプレートに固定される。

１００チューブ
１０１、１０２プレート
１０３流路
１０５隙間
１０８、１０９貫通孔
１１０カップ部
１１３熱交換部
２００アウターフィン
２０１、２０３、３００伝熱促進部

Claims

第１プレート（１０１）と第２プレート（１０２）とが重ねられていると共に前記各プレート（１０１、１０２）の間に第１流体の流路（１０３）が設けられた複数のチューブ（１００）と、
前記第１プレートの一部に窓状に設けられた第１貫通孔（１０８）の外縁部分と、前記第２プレートの一部に窓状に設けられていると共に前記第１貫通孔に対応する位置に設けられた第２貫通孔（１０９）の外縁部分と、が前記複数のチューブの積層方向に接続されたことにより前記複数のチューブの最上層から最下層までが繋がったカップ部（１１０）と、
前記カップ部を含む範囲を除いた範囲において、前記一方のチューブと前記他方のチューブとの隙間（１０５）にアウターフィン（２００）が設けられ、前記複数のチューブの前記流路に流れる前記第１流体と、前記隙間に流れる第２流体と、の熱交換を行う熱交換部（１１３）と、
を含み、
前記カップ部は、前記隙間のうち当該カップ部に対応する範囲に設けられた伝熱促進部（２０１、２０３、３００）を有し、前記伝熱促進部を介して、前記複数のチューブの前記流路に流れる前記第１流体と、前記隙間のうち当該カップ部に対応する範囲に流れる前記第２流体と、の熱交換を行う熱交換器。
前記伝熱促進部は、前記第１貫通孔の縁部分と前記第２貫通孔の縁部分との接続部分を通す貫通孔部（２０２、３０２）を有している請求項１に記載の熱交換器。
前記伝熱促進部は、前記アウターフィンの一部であり、前記アウターフィンが前記熱交換部及び前記カップ部の全体に連続して形成されたものである請求項１または２に記載の熱交換器。
前記伝熱促進部は、前記アウターフィンとは別体として構成されている請求項１または２に記載の熱交換器。
前記伝熱促進部は、前記アウターフィンとは別体の別体フィンである請求項４に記載の熱交換器。
前記別体フィンは、前記アウターフィンのフィンピッチとは異なるフィンピッチである請求項５に記載の熱交換器。
前記別体フィンは、オフセットフィンである請求項５または６に記載の熱交換器。
前記別体フィンは、前記第２流体の第２流体流れ方向に直交する断面形状が矩形波あるいは台形波の波状に形成されたウェーブフィンである請求項５または６に記載の熱交換器。
前記カップ部は、前記隙間のうち当該カップ部に対応する範囲に設けられた板状のスペーサ（３００）を有する請求項５ないし８のいずれか１つに記載の熱交換器。
前記スペーサは、板状の本体部（３０１）を有し、
前記スペーサは、前記本体部のうち前記カップ部への前記第２流体の流入側の第１端部（３０４）が前記一方のチューブ側に折り曲げられた第１側壁部（３０３）を有するか、または、前記本体部のうち前記熱交換部側の第２端部（３０６）が前記一方のチューブ側に折り曲げられた第２側壁部（３０５）及び前記第１側壁部の両方を有し、
さらに、前記スペーサは、前記本体部が前記他方のチューブに一体化されていると共に、前記第１側壁部を有する場合は前記第１側壁部が前記一方のチューブに一体化され、前記第１側壁部及び前記第２側壁部の両方を有する場合は前記第１側壁部及び前記第２側壁部の両方が前記一方のチューブに一体化されている請求項９に記載の熱交換器。
前記伝熱促進部は、板状の本体部（３０１）を有すると共に、前記隙間のうち当該カップ部に対応する範囲に設けられたスペーサ（３００）である請求項４に記載の熱交換器。
前記スペーサは、前記本体部の板面から一体に切り起こし成形された切り起こしフィン（３０７）を有している請求項１１に記載の熱交換器。
前記スペーサは、前記本体部の板面から柱状に突出したピンフィンを有している請求項１１に記載の熱交換器。
前記スペーサは、前記本体部のうち前記カップ部への前記第２流体の流入側の第１端部（３０４）が前記一方のチューブ側に折り曲げられた第１側壁部（３０３）を有するか、または、前記本体部のうち前記熱交換部側の第２端部（３０６）が前記一方のチューブ側に折り曲げられた第２側壁部（３０５）及び前記第１側壁部の両方を有している請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の熱交換器。
前記スペーサは、前記本体部が前記他方のチューブに一体化されていると共に、前記第１側壁部を有する場合は前記第１側壁部が前記一方のチューブに一体化され、前記第１側壁部及び前記第２側壁部の両方を有する場合は前記第１側壁部及び前記第２側壁部の両方が前記一方のチューブに一体化されている請求項１４に記載の熱交換器。