JP4847162B2 - Laminate heat exchanger - Google Patents

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Description

本発明は、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラとして最適な熱交換器に関する。   The present invention relates to a heat exchanger that is optimal as an EGR cooler that cools exhaust gas of an exhaust gas recirculation device (EGR).

従来のＥＧＲクーラは、シェル＆チューブ型のものが多く知られている。
これは多数の断面円形チューブを並列してコアを形成し、そのコアの両端に一対のヘッダを設けると共にコア外周をシェルで被嵌し、シェル内に冷却水を流通すると共に、ヘッダを介して各チューブに排気ガスを流通させたものである（例えば、特許文献１）。 Many conventional EGR coolers are of the shell and tube type.
This is because a core is formed by arranging a large number of circular tubes in parallel, a pair of headers are provided at both ends of the core, the outer periphery of the core is fitted with a shell, and cooling water is circulated in the shell, and An exhaust gas is circulated through each tube (for example, Patent Document 1).

また、円形チューブの代わりに偏平チューブを用いたものも、下記特許文献２として知られている。
さらには、一対のバー材と方形のプレートとを交互に井桁状に配置し、各部品間を一体的にろう付けすると共に、コアの四側面に夫々ヘッダを取り付けた積層型のＥＧＲクーラも知られている。 Moreover, what uses a flat tube instead of a circular tube is also known as the following patent document 2.
Furthermore, a stack-type EGR cooler is also known, in which a pair of bar members and square plates are alternately arranged in a cross-beam shape, and the parts are brazed together, and headers are attached to the four sides of the core. It has been.

特開２００５−２７３５１２号公報JP 2005-273512 A 特開２００４−２６３６１６号公報JP 2004-263616 A

シェル＆チューブ型の熱交換器は、チューブとヘッダプレートとの間の組立て及び接合作業が面倒であると共に、部品点数が多くなる欠点があった。
また、シェル＆チューブ型および積層型のＥＧＲクーラは、それ自体にバイパス回路を内蔵することが難しかった。さらには、全体としてＥＧＲクーラが大型化し、コンパクト性に欠ける欠点があった。
そこで本発明は、ヘッダプレートを不要とし、組立て容易で部品点数が少なく且つ、コンパクトなＥＧＲクーラ用の熱交換器を提供することを課題とする。さらには、バイパス回路を内蔵した熱交換器を提供することを目的とする。 The shell-and-tube type heat exchanger has a drawback in that the assembly and joining work between the tube and the header plate is troublesome and the number of parts increases.
In addition, it has been difficult for shell and tube type and laminated type EGR coolers to incorporate a bypass circuit therein. Furthermore, the EGR cooler is enlarged as a whole, and there is a drawback that it is not compact.
Therefore, an object of the present invention is to provide a compact heat exchanger for an EGR cooler that does not require a header plate, is easy to assemble, has a small number of parts, and is compact. Furthermore, it aims at providing the heat exchanger which incorporated the bypass circuit.

請求項１に記載の本発明は、幅方向の一側に近接した縦リブ(1a)とその縦リブ(1a)の両端に連続する一対の横リブ(1b)とで平面コ字状に突設形成された第２流体ガイド(1) を外面に有する多数の偏平チューブ(2) と、
夫々の前記偏平チューブ(2) が前記第２流体ガイド(1) で互いに接触して積層体をなすコア(3) と、
そのコア(3) の外周を被嵌するケーシング(4) と、
を具備し、
前記偏平チューブ(2) は、前記プレートの中心線上に、その両端の一対のタブ(8) を残して、スリット(9) が形成され、そのスリット(9) に近接して前記縦リブ(1a)が形成され、前記一対のタブ(8) が折返し曲折されてなり、
前記コア(3) の各スリット(9) が仕切板(10)で閉塞され、その仕切板(10)と前記ケーシング(4) 内面との間に、前記第１流体(5) のバイパス路(11)が形成され、
各偏平チューブ(2) 内に第１流体(5) が導かれると共に、各偏平チューブ(2) の外面側であって前記第２流体ガイド(1) で囲まれた空間に、第２流体(7) が導かれる積層型熱交換器である。 The present invention according to claim 1 is a U-shaped projection formed by a longitudinal rib (1a) close to one side in the width direction and a pair of lateral ribs (1b) continuous to both ends of the longitudinal rib (1a). A number of flat tubes (2) having an externally formed second fluid guide (1);
A core (3) in which each of the flat tubes (2) comes into contact with each other at the second fluid guide (1) to form a laminate;
A casing (4) covering the outer periphery of the core (3);
Equipped with,
The flat tube (2) is formed with a slit (9) on the center line of the plate, leaving a pair of tabs (8) at both ends thereof, and the vertical rib (1a) close to the slit (9). ), The pair of tabs (8) are folded back,
Each slit (9) of the core (3) is closed by a partition plate (10), and a bypass path (the first fluid (5) is provided between the partition plate (10) and the inner surface of the casing (4). 11) is formed,
The first fluid (5) is guided into each flat tube (2), and the second fluid (in the space surrounded by the second fluid guide (1) on the outer surface side of each flat tube (2). 7) is a stacked heat exchanger led by

請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記コア(3) の側面で且つ第２流体ガイド(1) の開放側に対向した位置の前記ケーシング(4) に、一対の前記第２流体(7) 用の出入口パイプ(16)が取付られ、
コアの両端に一対の第１流体(5) 用のヘッダ(17)が取付られた積層型熱交換器である。 The present invention according to claim 2 is the method according to claim 1,
A pair of inlet / outlet pipes (16) for the second fluid (7) are attached to the casing (4) at a position facing the open side of the second fluid guide (1 ) on the side surface of the core (3). ,
The stacked heat exchanger has a pair of headers (17) for the first fluid (5) attached to both ends of the core.

請求項３に記載の本発明は、請求項２において、
前記偏平チューブ(2) にインナーフィン(23)が内装され、第１流体(5) として排ガスが各偏平チューブ(2) 内に導かれると共に、第２流体(7) として冷却水が各偏平チューブの外面側に導かれ、ＥＧＲクーラとして用いられる積層型熱交換器である。 The present invention described in claim 3 provides the method according to claim 2 ,
Inner fins (23) are incorporated in the flat tubes (2), exhaust gas is introduced into the flat tubes (2) as the first fluid (5), and cooling water is supplied to the flat tubes as the second fluid (7). This is a stacked heat exchanger that is led to the outer surface side of the EGR and used as an EGR cooler.

本発明の積層型熱交換器は、夫々の偏平チューブ２の外面に突設された平面コ字状の第２流体ガイド１が、隣接する偏平チューブ２に接触して、その内側に第２流体７の流路が形成されると共に、それ自体が第１流体５のシール体を構成する。そのため、チューブプレートを必要としないコンパクトで部品点数が少ない製造容易な積層型熱交換器を提供できる。
さらに、偏平チューブ２としてプレートの中心線上にスリット９を形成し、その両端に位置するタブ８によってプレートを折り返し曲折し、夫々のスリット９を仕切板10で閉塞したので、偏平チューブ２の製造が容易で精度の高いものを提供できる。 In the laminated heat exchanger according to the present invention, a planar U-shaped second fluid guide 1 projecting from the outer surface of each flat tube 2 is in contact with the adjacent flat tube 2, and the second fluid guide is placed inside the second fluid guide 1. 7 flow path is formed, and itself constitutes a seal body for the first fluid 5. Therefore, it is possible to provide a stacked heat exchanger that does not require a tube plate and is easy to manufacture with a small number of parts.
Furthermore, since the slit 9 is formed on the center line of the plate as the flat tube 2, the plate is folded back by the tabs 8 positioned at both ends thereof, and the respective slits 9 are closed by the partition plate 10. Easy and accurate products can be provided.

上記構成において、偏平チューブ２としてプレートを曲折し、その両平面に第２流体ガイド１を設けて、第２流体ガイド１の開放側に対向して第２流体７の出入口パイプ16を設けた場合には、第２流体７の流通空間を充分に確保し、熱交換を促進し得る。   In the above configuration, the plate is bent as the flat tube 2, the second fluid guide 1 is provided on both planes thereof, and the inlet / outlet pipe 16 for the second fluid 7 is provided facing the open side of the second fluid guide 1. Therefore, it is possible to secure a sufficient flow space for the second fluid 7 and promote heat exchange.

また、上記積層型熱交換器は、ＥＧＲクーラとして用いることもできる。 Further, the stacked heat exchanger can also be used as the EGR cooler.

次に、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明の熱交換器コアのエレメントの展開図であり、図２はその偏平チューブ２の斜視図である。また、図３は本熱交換器の分解斜視図であり、図４は同熱交換器の組立て状態を示す縦断面図である。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a development view of elements of a heat exchanger core according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a flat tube 2 thereof. 3 is an exploded perspective view of the heat exchanger, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an assembled state of the heat exchanger.

この熱交換器は図３に示す如く、多数の偏平チューブ２を互いに接触するように重ね合わせてコア３を構成し、そのコア３を構成する各偏平チューブ２のスリット９を仕切板10によって閉塞すると共に、それらの外周にケーシング４を被嵌し、その長手方向両端に一対のヘッダ17を設けると共に、そのヘッダ17にフランジ18を接続したものである。   In this heat exchanger, as shown in FIG. 3, a large number of flat tubes 2 are overlapped so as to be in contact with each other to form a core 3, and slits 9 of the flat tubes 2 constituting the core 3 are closed by a partition plate 10. In addition, the casing 4 is fitted on the outer periphery thereof, a pair of headers 17 are provided at both longitudinal ends thereof, and a flange 18 is connected to the header 17.

この積層型熱交換器において、本発明の特徴とするものはコア３を構成する偏平チューブ２である。この偏平チューブ２は図１に示す如く、プレートの中心線上にスリット９を形成し、その両端に補助スリット9aを介して一対のタブ８を設けたものである。
さらに、この例ではタブ８の一側には欠切部24が形成されている。そしてこのスリット９の両側に近接して一対の縦リブ1aが設けられ、各縦リブ1aの両端にそれに直交する横リブ1bが延在され、それらにより平面コ字状の突条を形成する。なお、横リブ1bの先端はプレートの両端にＬ字状に連結されている。これらのリブ1a，1bの横断面は台形状に形成されている。 In this laminated heat exchanger, a feature of the present invention is a flat tube 2 constituting the core 3. As shown in FIG. 1, the flat tube 2 is formed by forming slits 9 on the center line of the plate and providing a pair of tabs 8 at both ends via auxiliary slits 9a.
Further, in this example, a notch 24 is formed on one side of the tab 8. A pair of vertical ribs 1a are provided adjacent to both sides of the slit 9, and horizontal ribs 1b perpendicular to the two ends of each vertical rib 1a are extended to form planar U-shaped protrusions. Note that the ends of the lateral ribs 1b are connected to both ends of the plate in an L shape. These ribs 1a and 1b have a trapezoidal cross section.

第２流体ガイド１で囲まれた平面には、多数のディンプル12がその外面側に突設されている。ディンプル12の突出高さは、第２流体ガイド１の突出高さと同一である。また、プレートの両縁には夫々段付状に小フランジ部14が形成されている。
このようなプレートは、一対のタブ８の周りに折返し曲折されて、図２に示す如く、偏平チューブ２が構成される。そして、一方の小フランジ部14の周りに他方の縁部が巻き締められて巻き締め部13を形成する。また、偏平チューブ２の他側にはスリット９が開口する。このようにスリット９を形成することにより、その両端の短いタブ８のみ曲折すれば偏平チューブを構成することができ、偏平チューブを容易に且つ精度よく製造できる。 なお、スリット９を設けずに偏平チューブ２を形成してもよい。 A large number of dimples 12 project from the outer surface of the plane surrounded by the second fluid guide 1. The protruding height of the dimple 12 is the same as the protruding height of the second fluid guide 1. In addition, small flange portions 14 are formed in stepped shapes on both edges of the plate.
Such a plate is folded around the pair of tabs 8 to form the flat tube 2 as shown in FIG. Then, the other edge portion is wound around one small flange portion 14 to form a tightened portion 13. A slit 9 is opened on the other side of the flat tube 2. By forming the slit 9 in this way, a flat tube can be formed if only the short tabs 8 at both ends thereof are bent, and the flat tube can be manufactured easily and accurately. The flat tube 2 may be formed without providing the slit 9.

このようにしてなる偏平チューブ２は、図３に示す如く、隣接する偏平チューブ２の夫々の第２流体ガイド１が互いに重なるように積層される。また、偏平チューブ２内にはインナーフィン23が介装される。このようにしてなるコア３の他側には仕切板10が接触し、各偏平チューブ２のスリット９を閉塞する。コア３の一側には端蓋4bが被嵌されると共に、コア３の他側にはケーシング本体4aが被嵌される。そして、そのケーシング本体4aと端蓋4bとによりケーシング４を構成する。このケーシング本体4aは、図４に示す如く仕切板10との間にバイパス路11が形成される。   As shown in FIG. 3, the flat tubes 2 formed in this way are laminated so that the second fluid guides 1 of the adjacent flat tubes 2 overlap each other. An inner fin 23 is interposed in the flat tube 2. The partition plate 10 is in contact with the other side of the core 3 thus formed, and the slit 9 of each flat tube 2 is closed. An end cover 4b is fitted on one side of the core 3, and a casing body 4a is fitted on the other side of the core 3. And the casing 4 is comprised by the casing main body 4a and the end cover 4b. A bypass path 11 is formed between the casing body 4a and the partition plate 10 as shown in FIG.

コア３の長手方向両端には、一対のヘッダ17が被嵌される。ヘッダ17の一側には閉塞部19が突設され、その閉塞部19が図４に示す如く、横リブ1bの先端に接触して横リブ1b先端と偏平チューブ２の一側との隙間を閉塞する。
図４において、左側のヘッダ17にはバイパス口21と開口25とを有するフランジ18が接合され、それらの間に仕切板10の先端が接続される。右側のヘッダ17には一つの開口25のみを有するフランジ18が接合される。また、端蓋4bの長手方向両端には、マニホールドを形成する一対の膨出部15が設けられ、その膨出部15に夫々出入口パイプ16が連通する。 A pair of headers 17 are fitted on both ends of the core 3 in the longitudinal direction. On one side of the header 17, a blocking portion 19 is projected, and the blocking portion 19 contacts the tip of the horizontal rib 1b as shown in FIG. 4 to form a gap between the tip of the horizontal rib 1b and one side of the flat tube 2. Block.
In FIG. 4, a flange 18 having a bypass port 21 and an opening 25 is joined to the left header 17, and the tip of the partition plate 10 is connected between them. A flange 18 having only one opening 25 is joined to the right header 17. Further, a pair of bulging portions 15 forming a manifold are provided at both ends in the longitudinal direction of the end cover 4b, and the inlet / outlet pipes 16 communicate with the bulging portions 15, respectively.

なお、コア３の最上端および最下端の各偏平チューブ２の表面はケーシング本体4aより被嵌され、その内面が偏平チューブ２の第２流体ガイド１に接触する。また、互いに接触する各部品の少なくとも一方の表面にはろう材が被覆されたものが用いられる。或いは、ろう箔が介装又は粉末ろう材がバインド剤を介して塗布される。そして全体を組み立てた状態で、高温の炉内で一体にろう付け固定し、本熱交換器を完成する。   Note that the surface of each of the flat tubes 2 at the uppermost end and the lowermost end of the core 3 is fitted from the casing body 4a, and the inner surface thereof contacts the second fluid guide 1 of the flat tube 2. In addition, at least one surface of each component in contact with each other is coated with a brazing material. Alternatively, a brazing foil is interposed or a powder brazing material is applied via a binding agent. Then, in the assembled state, the heat exchanger is completed by brazing and fixing together in a high-temperature furnace.

この熱交換器をＥＧＲクーラとして用いる場合には、第２流体７として冷却水を一方の出入口パイプ16から各偏平チューブ２の外面側に供給する。その第２流体７は第２流体ガイド１で囲まれた平面内を図４の如く、一方の出入口パイプ16から他方の出入口パイプ16に移動する。また、第１流体５として高温の排気ガスが左側フランジの開口25およびヘッダ17を介し、各偏平チューブ２内に流通する。このとき偏平チューブ２の第２流体ガイド２が各偏平チューブ２間のガスシールを構成する。そのため、ヘッダープレートを不要とする。偏平チューブ２内にはインナーフィン23が設けられ、その内部を流通し、第２流体７との間に熱交換が行われる。
第１流体５の温度が比較的低温の場合には、図示ない切替弁を介し、それが左側のフランジ18のバイパス口21に導かれ、バイパス路11を介して右側の開口25から外部に導かれる。 When this heat exchanger is used as an EGR cooler, cooling water is supplied as the second fluid 7 from one inlet / outlet pipe 16 to the outer surface side of each flat tube 2. The second fluid 7 moves from one inlet / outlet pipe 16 to the other inlet / outlet pipe 16 in a plane surrounded by the second fluid guide 1 as shown in FIG. In addition, hot exhaust gas as the first fluid 5 flows into each flat tube 2 through the opening 25 of the left flange and the header 17. At this time, the second fluid guide 2 of the flat tube 2 constitutes a gas seal between the flat tubes 2. Therefore, the header plate is unnecessary. Inner fins 23 are provided in the flat tube 2, and the heat is exchanged with the second fluid 7 through the inside thereof.
When the temperature of the first fluid 5 is relatively low, it is led to a bypass port 21 of the left flange 18 via a switching valve (not shown), and led to the outside from the right opening 25 via the bypass passage 11. It is burned.

本発明のコア３を構成する偏平チューブ２の展開図。The expanded view of the flat tube 2 which comprises the core 3 of this invention. 同偏平チューブ２の斜視図。The perspective view of the flat tube 2. FIG. 同熱交換器の分解斜視図。The exploded perspective view of the heat exchanger. 同熱交換器の組立て状態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the assembly state of the same heat exchanger.

符号の説明Explanation of symbols

１ 第２流体ガイド
1a 縦リブ
1b 横リブ
２ 偏平チューブ
３ コア
４ ケーシング
4a ケーシング本体
4b 端蓋
５ 第１流体 1 Second fluid guide
1a Vertical rib
1b Horizontal rib 2 Flat tube 3 Core 4 Casing
4a Casing body
4b End cover 5 First fluid

６ 出入口
７ 第２流体
８ タブ
９ スリット
9a 補助スリット
10 仕切板
11 バイパス路
12 ディンプル
13 巻き締め部
14 小フランジ部
15 膨出部 6 Entrance / Exit 7 Second Fluid 8 Tab 9 Slit
9a Auxiliary slit
10 Partition plate
11 Bypass
12 dimples
13 Tightening part
14 Small flange
15 bulge

16 出入口パイプ
17 ヘッダ
18 フランジ
19 閉塞部
20 曲がり部
21 バイパス口
22 端縁
23 インナーフィン
24 欠切部
25 開口
16 Entrance / exit pipe
17 Header
18 Flange
19 Blockage
20 bend
21 Bypass port
22 Edge
23 Inner fin
24 Notch
25 opening

Claims (3)

幅方向の一側に近接した縦リブ(1a)とその縦リブ(1a)の両端に連続する一対の横リブ(1b)とで平面コ字状に突設形成された第２流体ガイド(1) を外面に有する多数の偏平チューブ(2) と、
夫々の前記偏平チューブ(2) が前記第２流体ガイド(1) で互いに接触して積層体をなすコア(3) と、
そのコア(3) の外周を被嵌するケーシング(4) と、
を具備し、
前記偏平チューブ(2) は、前記プレートの中心線上に、その両端の一対のタブ(8) を残して、スリット(9) が形成され、そのスリット(9) に近接して前記縦リブ(1a)が形成され、前記一対のタブ(8) が折返し曲折されてなり、
前記コア(3) の各スリット(9) が仕切板(10)で閉塞され、その仕切板(10)と前記ケーシング(4) 内面との間に、前記第１流体(5) のバイパス路(11)が形成され、
各偏平チューブ(2) 内に第１流体(5) が導かれると共に、各偏平チューブ(2) の外面側であって前記第２流体ガイド(1) で囲まれた空間に、第２流体(7) が導かれる積層型熱交換器。 A second fluid guide (1) projecting in a U-shape with a vertical rib (1a) close to one side in the width direction and a pair of horizontal ribs (1b) continuous to both ends of the vertical rib (1a). ) A number of flat tubes (2) having an outer surface,
A core (3) in which each of the flat tubes (2) comes into contact with each other at the second fluid guide (1) to form a laminate;
A casing (4) covering the outer periphery of the core (3);
Equipped with,
The flat tube (2) is formed with a slit (9) on the center line of the plate, leaving a pair of tabs (8) at both ends thereof, and the vertical rib (1a) close to the slit (9). ), The pair of tabs (8) are folded back,
Each slit (9) of the core (3) is closed by a partition plate (10), and a bypass path (the first fluid (5) is provided between the partition plate (10) and the inner surface of the casing (4). 11) is formed,
The first fluid (5) is guided into each flat tube (2), and the second fluid (in the space surrounded by the second fluid guide (1) on the outer surface side of each flat tube (2). 7) Laminated heat exchanger led by. 請求項１において、
前記偏平チューブ(2) は、プレートを幅方向に曲折して、その両縁が接合されたものからなり、その両平面に前記第２流体ガイド(1) が設けられ、隣接する偏平チューブ(2) の第２流体ガイド(1) どうしが互いに接触し、
コア(2) の側面で且つ第２流体ガイド(1) の開放側に対向した位置の前記ケーシング(4) に、一対の前記第２流体(7) 用の出入口パイプ(16)が取付られ、
コアの両端に一対の第１流体(5) 用のヘッダ(17)が取付られた積層型熱交換器。 In claim 1,
The flat tube (2) is formed by bending a plate in the width direction and joining both edges thereof. The second fluid guide (1) is provided on both planes of the flat tube (2). ) Second fluid guide (1) are in contact with each other,
A pair of inlet / outlet pipes (16) for the second fluid (7) are attached to the casing (4) at the side of the core (2) and facing the open side of the second fluid guide (1),
A stacked heat exchanger in which a pair of first fluid (5) headers (17) are attached to both ends of a core. 請求項２において、
前記偏平チューブ(2) にインナーフィン(23)が内装され、第１流体(5) として排ガスが各偏平チューブ(2) 内に導かれると共に、第２流体(7) として冷却水が各偏平チューブの外面側に導かれ、ＥＧＲクーラとして用いられる積層型熱交換器。 In claim 2 ,
Inner fins (23) are incorporated in the flat tubes (2), exhaust gas is introduced into the flat tubes (2) as the first fluid (5), and cooling water is supplied to the flat tubes as the second fluid (7). Laminated heat exchanger used as an EGR cooler.
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