JP4810383B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

この発明は、オイルクーラ、アフタークーラ、ラジエータ等として用いられる熱交換器に関する。

この明細書において、図１の上下、左右をそれぞれ上下、左右といい、図１に矢印Ｘで示す方向を前、これと反対側を後というものとする。また、この明細書において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

オイルクーラ、アフタークーラ、ラジエータなどに用いられる熱交換器として、上下方向に間隔をおいて並列状に配された左右方向に伸びるアルミニウム製扁平中空体と、上下に隣り合う扁平中空体の左右両端部間に配されて扁平中空体にろう付されたアルミニウム製スペーサと、左右のスペーサ間において隣り合う扁平中空体間に配されて扁平中空体にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィンとを備えており、扁平中空体の両端部と、隣り合う扁平中空体の両端部間に配置されたスペーサとにより１対のタンク部が形成されているものが知られている（特許文献１参照）。

特許文献１記載の熱交換器においては、一方のタンク部全体が入口ヘッダ部になるとともに他方のタンク部全体が出口ヘッダ部になり、入口ヘッダ部および出口ヘッダ部を構成する全扁平中空体が、スペーサに形成された連通穴を介して通じさせられ、入口ヘッダ部に流体入口が形成されるとともに、出口ヘッダ部に流体出口が形成され、一方のタンク部に流体入口に通じる流入路を有する入口部材がろう付され、他方のタンク部に流体出口に通じる流出路を有する出口部材がろう付されている。

ところが、特許文献１記載の熱交換器においては、入口部材と出口部材とが別部品であるため、この熱交換器からなるオイルクーラを備えた産業機械における配管部品の数が多くなるという問題がある。また、産業機械のオイルの温度を調整する温度調整装置を設置する上で、入口部材の流入路と流体出口の流出路とを近接して形成することが要求される場合があるが、特許文献１記載の熱交換器においては、このような要求に応えることができない。
特開２００４−４４９５１号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、配管部品の数を少なくすることができるとともに、流入路および流出路を近接して形成することができる熱交換器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)互いに間隔をおいて並列状に配置された複数の扁平中空体と、隣り合う扁平中空体の両端部間に配置されて扁平中空体に接合されたスペーサとを備えており、扁平中空体の両端部と、隣り合う扁平中空体の両端部間に配置されたスペーサとにより１対のタンク部が形成されている熱交換器であって、
第１のタンク部に、入口ヘッダ部と出口ヘッダ部とが並んで形成され、第２のタンク部に、扁平中空体を介して入口ヘッダ部および出口ヘッダ部に通じる中間ヘッダ部が形成され、各ヘッダ部を構成する複数の扁平中空体が、スペーサに形成された連通穴を介して通じさせられ、入口ヘッダ部と出口ヘッダ部との間に流れ遮断用スペーサが配置されており、入口ヘッダ部に流体入口が形成されるとともに、出口ヘッダ部に流体出口が形成され、第１タンク部に、流体入口に通じる流入路および流体出口に通じる流出路を有する入出部材が、入口ヘッダ部および出口ヘッダ部に跨るように接合されている熱交換器。

2)流れ遮断用スペーサの入出部材側を向いた面、および入出部材の第１タンク部側を向いた面のうちいずれか一方に通風方向に伸びる凸条が形成されるとともに、同他方に凸条が嵌め入れられる凹溝が形成されている上記1)記載の熱交換器。

3)凸条および凹溝がそれぞれ複数形成されている上記2)記載の熱交換器。

4)入出用部材に、温度調整装置が取り付けられるようになされている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

5)上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の熱交換器をオイルクーラとして備えている産業機械。

6)上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の熱交換器をアフタークーラとして備えている産業機械。

上記1)の熱交換器によれば、第１タンク部に、流体入口に通じる流入路および流体出口に通じる流出路を有する入出部材が、入口ヘッダ部および出口ヘッダ部に跨るように接合されているので、特許文献１記載の熱交換器に比べて、配管部品の数が少なくなる。

また、入出部材に流体入口に通じる流入路および流体出口に通じる流出路が形成されているので、流入路および流出路が近接して形成されることになり、産業機械の流体、たとえばオイルの温度を調整する温度調整装置を設置する上での上述した要求に応えることができる。

上記2)の熱交換器によれば、入口ヘッダ部の流体入口と出口ヘッダ部の流体出口との間での流体の短絡を防止することができる。すなわち、この熱交換器は、入出部材を除いた全部品を一括してろう付した後、入出部材を第１タンク部に、全周にわたって溶接することにより製造される。ところが、全部品の一括ろう付の際にいずれかの部品が位置ずれするおそれがある。そして、部品の位置ずれにより、流れ遮断用スペーサにおける扁平中空体の長さ方向外面と、扁平中空体の端面とがずれた場合、入出部材と流れ遮断用スペーサとの間に隙間が発生し、入出部材を第１タンク部に溶接した後に、入口ヘッダ部の流体入口と出口ヘッダ部の流体出口との間での流体の短絡が発生するおそれがある。ところが、上記2)のように構成されていると、凸条および凹溝の働きにより、このような流体の短絡が防止される。

上記4)の熱交換器によれば、温度調整装置の取付作業が簡単になる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１はこの発明による熱交換器の実施形態の全体構成を示し、図２〜図７はその要部の構成を示す。

図１において、熱交換器(1)は産業機械、たとえばロードコンプレッサのオイルクーラとして用いられるものであって、上下方向に間隔をおいて並列状に配されかつ左右方向に伸びるアルミニウム製の高温オイル流通用扁平中空体(2)と、上下に隣り合う扁平中空体(2)の左右両端部間に配されて扁平中空体(2)にろう付されたアルミニウムベア製スペーサ(3)(3A)と、左右のスペーサ(3)(3A)間において隣り合う扁平中空体(2)間の通風間隙(4)に配されかつ扁平中空体(2)にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィン(5)とを備えており、扁平中空体(2)の両端部と、上下に隣り合う扁平中空体(2)の両端部間に配置されたスペーサ(3)(3A)とにより１対のタンク部(8)(9)が形成されている。

熱交換器(1)における上端の扁平中空体(2)の左右両端部上面および下端の扁平中空体(2)の左右両端部下面には、それぞれアルミニウム押出形材製フィン配置空間形成部材(6)が配置されて扁平中空体(2)にろう付されている。上端の扁平中空体(2)の上側および下端の扁平中空体(2)の下側において、左右のフィン配置空間形成部材(6)間にもアルミニウム製コルゲートフィン(5)が配されて扁平中空体(2)にろう付されている。上下両端のコルゲートフィン(5)の上下方向外方には、それぞれ両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなるサイドプレート(7)が配され、コルゲートフィン(5)およびフィン配置空間形成部材(6)にろう付されている。上下両端の扁平中空体(2)と両サイドプレート(7)との間も通風間隙(4)となされている。また、フィン配置空間形成部材(6)には、前後方向にのび、かつ前後両端部が開口した複数の貫通穴状通風路(6a)が左右方向に並んで形成されている。

図２に示すように、扁平中空体(2)は、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートよりなりかつ上下方向に間隔をおいて配された２枚の長方形状平板(11)と、両平板(11)間に配されかつ両平板(11)にろう付されたアルミニウムベア材製流路形成体(12)とよりなる。両平板(11)の左右両端部にはそれぞれ貫通穴(13)が形成されている。流路形成体(12)は、両平板(11)の周縁部間に跨る周壁(14)、および周壁(14)における両平板(11)の前後両側縁に位置する２つの前後両側壁部分(14a)の高さ方向の中間部どうしを、貫通穴(13)に合致する左右両端部を除いて一体に連結するように設けられた伝熱面積拡大部(15)よりなる。上下の平板(11)が扁平中空体(2)の上下壁(2a)となり、流路形成体(12)における前後両側壁部分(14a)が上下壁(2a)の前後両側縁に跨る側壁(2b)となる。なお、上端の扁平中空体(2)の上壁(2a)の貫通穴(13)および下端の扁平中空体(2)の下壁(2a)の貫通穴(13)は、それぞれフィン配置空間形成部材(6)により閉鎖されている。伝熱面積拡大部(15)は、上方突出屈曲部(16a)と下方突出屈曲部(16b)とが、水平部(16c)を介して左右方向に交互に設けられてなる波状帯板部(16)が、前後方向に複数並べられかつ水平部(16c)において相互に一体に連結されることにより形成されたものである。また、伝熱面積拡大部(15)において、前後方向に隣接する波状帯板部(16)の上方突出屈曲部(16a)どうしおよび下方突出屈曲部(16b)どうしはそれぞれ左右方向にずれて形成されている。なお、ここでは、伝熱面積拡大部(15)の各波状帯板部(16)における左右方向に隣接する上方突出屈曲部(16a)と下方突出屈曲部(16b)との間には水平部(16c)が存在し、前後方向に隣接する波状帯板部(16)どうしは水平部(16c)において相互に一体に連結されているが、水平部(16c)は必ずしも必要としない。この場合、隣接する波状帯板部(16)における上方突出屈曲部(16a)から下方突出屈曲部(16b)に切り替わる部分が交差することになるので、この部分において相互に一体に連結される。

図３に示すように、流路形成体(12)は、直線状の一対のサイドバー(17)と、両サイドバー(17)の高さの中間部間に一体に形成されかつサイドバー(17)の全長にわたる平板状部(18)とよりなるアルミニウム押出形材を製造し（図３(a)参照）、ついで平板状部(18)の両端部をそれぞれ所定長さにわたって切除し（図３(b)参照）、ついで平板状部(18)にプレス加工を施すことにより伝熱面積拡大部(15)を形成し（図３(c)参照）、その後両サイドバー(17)の両端部を内側に曲げて先端どうしを突き合わせるとともに（図３(d)参照）、ろう付することにより形成される。なお、両サイドバー(17)の先端どうしのろう付は、後述する熱交換器(1)の製造のさいに、平板(11)から溶け出した溶融ろう材により行われる。

すべての扁平中空体(2)は、複数の扁平中空体(2)からなりかつ上下に並んだ複数、ここでは２つのパス(P1)(P2)に区分されている。各パス(P1)(P2)おいて、上下に隣り合う扁平中空体(2)の左右両端部間に配置されたスペーサ(3)は、アルミニウム押出形材製であり、扁平中空体(2)の上下壁(2a)の貫通穴(13)に通じる垂直貫通穴(19)が、貫通穴(13)と合致するように形成されている（図２参照）。そして、これらのスペーサ(3)が、各パス(P1)(P2)を構成する扁平中空体(2)を通じさせる連通用スペーサとなっている。また、両パス(P1)(P2)間の近接した２つの扁平中空体(2)、すなわち上側パス(P1)の下端の扁平中空体(2)と下側パス(P2)の上端の扁平中空体(2)とは、左端部において連通用スペーサ(3)により連通させられているとともに、右端部においてアルミニウムベア材からなる押出形材製のブロック状流れ遮断用スペーサ(3A)により非連通状態とされている（図４参照）。

そして、右側の第１タンク部(8)における流れ遮断用スペーサ(3A)よりも上側の部分が入口ヘッダ部(21)になるとともに、同下側の部分が出口ヘッダ部(22)になり、これにより第１タンク部(8)に入口ヘッダ部(21)と出口ヘッダ部(22)とが上下に並んで形成されている。また、左側の第２タンク部(9)の全体が、入口ヘッダ部(21)および出口ヘッダ部(22)に通じる中間ヘッダ部(23)になっている。

図４および図５に示すように、入口ヘッダ部(21)を形成する複数の連通用スペーサ(3)のうちの適当な位置にある連通用スペーサ(3)、ここでは下端の連通用スペーサ(3)における垂直貫通穴(19)よりも右側の壁部分が部分的に切除されることによって、入口ヘッダ部(21)に流体入口(24)が形成されている。また、出口ヘッダ部(22)を形成する複数の連通用スペーサ(3)のうちの適当な位置にある連通用スペーサ(3)、ここでは上端の連通用スペーサ(3)における垂直貫通穴(19)よりも右側の壁部分が部分的に切除されることによって、出口ヘッダ部(22)に流体出口(25)が形成されている。

第１タンク部(8)に、流体入口(24)に通じる流入路(27)および流体出口(25)に通じる流出路(28)を有するアルミニウムベア材製の厚板状入出部材(26)が、入口ヘッダ部(21)および出口ヘッダ部(22)に跨るように接合されている。入出部材(26)の左面および流れ遮断用スペーサ(3A)の右面のうちのいずれか一方、ここでは入出部材(26)の左面に、前後方向（通風方向）に伸びる凸条(29)が一体に形成され、同他方、ここでは流れ遮断用スペーサ(3A)の右面に、凸条(29)が嵌め入れられる凹溝(31)が形成されている。凸条(29)の先端面の横断面形状は凸円弧状となっており、凹溝(31)の底面の横断面形状は凸条(29)の先端面と合致するように凹円弧状となっている。入出部材(26)は、凸条(29)が流れ遮断用スペーサ(3A)の凹溝(31)内に嵌め入れられた状態で、その周面の全周が第１タンク部(8)の扁平中空体(2)の右端面、連通用スペーサ(3)の右面および流れ遮断用スペーサ(3A)の右面に溶融溶接されている。溶接ビードを(32)で示す。そして、入出部材(26)の流入路(27)から入口ヘッダ部(21)内に流入したオイルは、上側パス(P1)の扁平中空体(2)を左方に流れて中間ヘッダ部(23)内に流入し、Ｕターンして下側パス(P2)の扁平中空体(2)内に流入し、下側パス(P2)の扁平中空体(2)を右方に流れて出口ヘッダ部(22)内に流入し、入出部材(26)の流出路(28)を通って排出される。

入出部材(26)には、温度調整装置(33)がねじ(34)によって固定されている。図４〜図７に示すように、温度調整装置(33)は、入出部材(26)の流入路(27)に通じる第１流体通路(35)と、同じく流出路(28)に通じる第２流体通路(36)と、第１および第２流体通路(35)(36)を通じさせる連通路(37)とを有する本体(38)と、第１流体通路(35)における連通路(37)よりも入出部材(26)側の部分に設けられた第１弁(39)と、連通路(37)に設けられた第２弁(41)と、第１流体通路(35)内に流入してきたオイルの温度を検出する温度センサ(42)とを備えている。そして、第１流体通路(35)内に流入してきたオイルの温度に基づいて、両弁(39)(41)の開度を調整しうるようになっている。すなわち、第１流体通路(35)内に流入してきたオイルが高温の場合には、第１弁(39)を全開にするとともに第２弁(41)を全閉にすることによって、第１流体通路(35)内に流入してきたオイルを、入出部材(26)の流入路(27)を通してすべて入口ヘッダ部(21)内に送り込む。また、第１流体通路(35)内に流入してきたオイルが低温の場合には、第２弁(41)を全開にするとともに第１弁(39)を全閉にすることによって、第１流体通路(35)内に流入してきたオイルを、連通路(37)および第２流体通路(36)を通してすべて外部に排出する。さらに、第１流体通路(35)内に流入してきたオイルが、高温と低温の中間温度の場合には、両弁(39)(41)を開状態として、第１流体通路(35)内に流入してきたオイルの一部を、入出部材(26)の流入路(27)を通して入口ヘッダ部(21)内に送り込むとともに、残りのオイルを連通路(37)および第２流体通路(36)を通して外部に排出する。

熱交換器(1)は次のようにして製造される。まずアルミニウムブレージングシート製平板(11)と、流路形成体(12)と、スペーサ(3)と、流れ遮断用スペーサ(3A)と、コルゲートフィン(5)と、フィン配置空間形成部材(6)と、アルミニウムブレージングシート製両サイドプレート(7)とを所定の順序で重ね合わせて、適当な手段により仮止めし、これらを一括してろう付する。ついで、入出部材(26)の凸条(29)を流れ遮断用スペーサ(3A)の凹溝(31)内に嵌め入れた後、入出部材(26)を第１タンク部(8)に溶接する。その後、入出部材(26)に温度調整装置(33)をねじ(34)により固定する。こうして、熱交換器(1)が製造される。

熱交換器(1)の製造にあたって、平板(11)と、流路形成体(12)と、スペーサ(3)と、流れ遮断用スペーサ(3A)と、コルゲートフィン(5)と、フィン配置空間形成部材(6)と、アルミニウムブレージングシート製両サイドプレート(7)とを所定の順序で重ね合わせて、適当な手段により仮止めし、これらを一括してろう付する際に、いずれかの部品が位置ずれすることにより、流れ遮断用スペーサ(3A)における扁平中空体(2)の長さ方向外面（右面）と、扁平中空体(2)の右端面とが同一平面内に位置しなくなる場合がある。この場合、入出部材(26)と流れ遮断用スペーサ(3A)との間に隙間が発生し、入出部材(26)を第１タンク部(8)に溶接した後に、入口ヘッダ部(21)の流体入口(24)と出口ヘッダ部(22)の流体出口(25)との間での流体の短絡が発生するおそれがある。しかも、入出部材(26)の周面の全周が第１タンク部(8)に溶接されて溶接ビード(32)が形成されているので、上述した短絡を外部から確認することができない。ところが、上記凸条(29)および凹溝(31)の働きにより、このような流体の短絡が防止される。

図８は流れ遮断用スペーサ(3A)および入出部材(26)の第１の変形例を示す。

図８において、入出部材(26)の左面および流れ遮断用スペーサ(3A)の右面のうちのいずれか一方、ここでは入出部材(26)の左面に、前後方向（通風方向）に伸びる複数、ここでは２つの凸条(29)が上下方向に間隔をおいて一体に形成され、同他方、ここでは流れ遮断用スペーサ(3A)の右面に、凸条(29)が嵌め入れられる複数、ここでは２つの凹溝(31)が上下方向に間隔をおいて形成されている。

図９は流れ遮断用スペーサ(3A)および入出部材(26)の第２の変形例を示す。

図９において、入出部材(26)の左面および流れ遮断用スペーサ(3A)の右面のうちのいずれか一方、ここでは入出部材(26)の左面に、前後方向（通風方向）に伸びかつ先端に向かって細くなった横断面台形状の凸条(45)が一体に形成され、同他方、ここでは流れ遮断用スペーサ(3A)の右面に、凸条(45)が嵌め入れられる凹溝(46)が形成されている。凹溝(46)の横断面形状は、奥に向かって幅瀬間となった台形状である。

なお、図９に示す凸条(45)および凹溝(46)の場合にも、図８に示す場合と同様に、それぞれ上下方向に間隔をおいて複数設けられることがある。

上記実施形態および２つの変形例においては、入出部材(26)に凸条(29)(45)が形成され、流れ遮断用スペーサ(3A)に凹溝(31)(46)が形成されているが、これに限定されるものではなく、流れ遮断用スペーサ(3A)に凸条が形成され、入出部材(26)に凸条が嵌め入れられる凹溝が形成されていてもよい。また、流れ遮断用スペーサ(3A)に凸条および凹溝が形成され、入出部材(26)に流れ遮断用スペーサの凸条が嵌め入れられる凹溝、および流れ遮断用スペーサ(3A)の凹溝内に嵌め入れられる凸条が形成されていてもよい。

さらに、上記実施形態においては、この発明による熱交換器はロードコンプレッサのオイルクーラとして用いられているが、これに限定されるものではなく、上述した各種コンプレッサのアフタークーラ、オイルクーラおよびラジエータなどの単体として適用されることもある。また、この発明による熱交換器は、他の産業機械、たとえばクレーン単体、デッキクレーン、クレーン車、ショベルカーなどの油圧機器や、工作機械に用いられるオイルを冷却するオイルクーラとして用いられる。さらに、この発明による熱交換器は、アフタークーラ、オイルクーラおよびラジエータのうちの２または３が一体化された一体型熱交換器にも適用可能である。

この発明による熱交換器の実施形態の全体構成を示す斜視図である。 図１の一部分を示す分解斜視図である。 図１の熱交換器の扁平中空体における流路形成体の製造方法を示す分解斜視図である。 この発明による熱交換器の要部を示す部分拡大垂直断面図である。 図１の熱交換器の第１ヘッダ部の一部分を示す分解斜視図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 流れ遮断用スペーサおよび入出部材の第１の変形例を示す図４の一部分に相当する部分拡大垂直断面図である。 流れ遮断用スペーサおよび入出部材の第２の変形例を示す図４の一部分に相当する部分拡大垂直断面図である。

符号の説明

(1)：熱交換器
(2)：扁平中空体
(3)：連通用スペーサ
(3A)：流れ遮断用スペーサ
(8)：第１タンク部
(9)：第２タンク部
(19)：垂直連通穴
(21)：入口ヘッダ部
(22)：出口ヘッダ部
(23)：中間ヘッダ部
(24)：流体入口
(25)：流体出口
(26)：入出部材
(27)：流入路
(28)：流出路
(29)(45)：凸条
(31)(46)：凹溝
(33)：温度調整装置

Claims (6)

1. 互いに間隔をおいて並列状に配置された複数の扁平中空体と、隣り合う扁平中空体の両端部間に配置されて扁平中空体に接合されたスペーサとを備えており、扁平中空体の両端部と、隣り合う扁平中空体の両端部間に配置されたスペーサとにより１対のタンク部が形成されている熱交換器であって、
   第１のタンク部に、入口ヘッダ部と出口ヘッダ部とが並んで形成され、第２のタンク部に、扁平中空体を介して入口ヘッダ部および出口ヘッダ部に通じる中間ヘッダ部が形成され、各ヘッダ部を構成する複数の扁平中空体が、スペーサに形成された連通穴を介して通じさせられ、入口ヘッダ部と出口ヘッダ部との間に流れ遮断用スペーサが配置されており、入口ヘッダ部に流体入口が形成されるとともに、出口ヘッダ部に流体出口が形成され、第１タンク部に、流体入口に通じる流入路および流体出口に通じる流出路を有する入出部材が、入口ヘッダ部および出口ヘッダ部に跨るように接合されている熱交換器。
2. 流れ遮断用スペーサの入出部材側を向いた面、および入出部材の第１タンク部側を向いた面のうちいずれか一方に通風方向に伸びる凸条が形成されるとともに、同他方に凸条が嵌め入れられる凹溝が形成されている請求項１記載の熱交換器。
3. 凸条および凹溝がそれぞれ複数形成されている請求項２記載の熱交換器。
4. 入出用部材に、温度調整装置が取り付けられるようになされている請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器。
5. 請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器をオイルクーラとして備えている産業機械。
6. 請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器をアフタークーラとして備えている産業機械。

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