JP5675802B2 - 互いの上に積層された複数の平板を有する平板熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、第１及び第２媒体のための第１及び第２流路空間を形成するように、互いの上に交互に積層された複数のプレートを有していて、各プレートが、周縁部を有する鉢状に形成され、相隣接する２つのプレートがそれぞれ周縁部を介して接続され、端板が、スタックの少なくとも一つの端部にて該端板に隣接するプレートに固定接続され、該隣接するプレートの周縁部が、該周縁部に対して平行に形成された端板の壁面部を介して該端板に支持されていると共に該壁面部に固定接続された平板熱交換器に関する技術分野に属する。

特許文献１（ＥＰ ０ ６２３ ７９８ Ａ２）には、互いの上に積層される複数の鉢状の熱交換器プレートを備えた平板熱交換器が示されている。そして、各熱交換器プレートの周縁部は、互いを支持するとともに、漏洩防止のために半田付けされ、全ての熱交換器プレートは同じ形状を有している。

この種の設計では、最も下側に位置して端板に取り付けられる鉢状プレートは、強度面で最も弱い部分を形成する。従来の構造において、この下側の鉢状プレートと端板との間に生じるノッチ（Ｖ字空間)は、強度及び耐荷重性の面で好ましくない。

このタイプのオイル・クーラは、通常、端板をネジ留めすることによりエンジンブロック又はエンジン近くのモジュールに固定されており、それ故、エンジン作動中のエンジン振動に起因した横荷重にさらされる。より深刻な荷重（負荷）は通常、潤滑システムの油圧脈動によって生じる。これは、油路内及び接続プレート上から生じる。

モジュール又はそれとは反対側のエンジンハウジングは通常、接続部分において、比較的長い油配管用の開口を有していて、それらは曲面状のシール及び熱交換器端板により閉塞される。熱交換器端板（接続プレート）は、シールのための予荷重によって（特に、接続ダクト内の油圧の増加によって）曲げ荷重を受ける。上述のタイプの平板熱交換器は、通常、この種の荷重に耐えることができない。上述のノッチは、しばしば、最も下側のプレート又は半田にクラックを発生させる起点となる。この結果、媒体の漏れや損失を招く。

特許文献２（ＤＥ １９７ １１ ２５８ Ｃ２）には、自動車用エンジンのための熱交換器が開示されており、この熱交換器では、複数の鉢状プレートが、互いの間に中空室を形成してそれらの直立部分が各中空室内に位置するように間隔を空けて積み上げられて半田付けされており、最も下側に位置するプレートは端板に取り付けられている。

エンジンブロックを直接固定する際に必要な強度を得るために、最も下側に位置するプレートと端板との間に補強プレートを設ける場合がある。そして、この補強プレートは、最も下側のプレートとの境界においてその端縁を囲むように形成されている。補強プレートは、最も下側に位置するプレートに半田付けされている。

特許文献３（ＷＯ ２００７／０３８８７１ Ａ１）には、鉢状プレートの積層体及び端板を備えた平板熱交換器が記載されており、最も下側のプレートはその全体が端板上に載置されている。最も下側に位置するプレートは、周方向に延びる補強フレームによって囲まれている。仮にこれらの補強強度が充分でない場合には通常、型抜き成形されたシートメタルからなる端板を、高強度化するべく必要な大きさに形成する必要がある。しかし、これは必要とされる空間、重量及びコストを増加させる要因となる。

欧州公開特許第０６２３７９８号明細書 独国特許第１９７１１２５８号明細書 国際公開第２００７０３８８７１号パンフレット

本発明の目的は、平板熱交換器において、その全体高さ又は使用される材料の総量を増加させることなく、要求強度を満足させることにある。

本発明によれば、端板をアルミニウム合金で形成したことでこの目的が達成される。そして、端板における実質的に平坦で且つ平行な２つの面の間に壁面部を形成することが好ましい。

本発明の第１の形態では、壁面部は、端板に隣接するプレート用に該端板に設けられた鉢状容器部の内側周側面に形成されているものとする。この効果は、端板が平板熱交換器の固定板を形成する点にある。この場合、端板に形成された窪みによって容器部を形成すればよい。

或いは、端板は、平坦状板部と、該平坦状板部に対して着脱不能に接続された枠状部とを有し、容器部の少なくとも一部は、枠状部によって形成されていてもよい。容器部の深さは、少なくとも該端板に隣接するプレートの高さ以上であることが好ましい。

さらに、壁面部が端板の外側周側面によって形成される。この効果は、端板が平板熱交換器のカバープレートを形成する点にある。

端板とこれに隣接するプレートとの間の良好な接続を実現するために、該隣接するプレートが殆どの場合、端板に対して面接触していることが好ましく、端板は該隣接するプレートに半田付けされていることが好ましい。

このような形状によって、上述したノッチを形成する必要がなくなり、荷重の流れは、ネジ固定点からより広いエリアに分散される。熱交換器全体の抵抗力（耐荷重性）がさらに増加する。これは、有限要素法による計算からも明らかにされる。また、使用する材料の量を低減しつつ高強度を実現するために、端板における隣接プレートとは反対側の面に欠損部（好ましくはハニカム構造部）を設けるようにしてもよい。この３次元形状は従来の型抜き部品によって形成することはできないので、他の製造方法を採用する必要がある。そのための適切な製造方法としては、例えば、チクソ鋳造又は真空鋳造のような特殊なアルミ鋳造法があり、この方法によれば、半田付け可能な合金を採用することができる。

また、押出し成形や鋳造などの成形方法、適切な合金を使用可能な焼結による方法を採用することもでき、試作用など経済的な合理性を確保できるのであれば、機械加工による方法も採用することができる。

例えば、必要な開口部（例えば、第１及び第２媒体のための供給口又は排出口）を鋳造により端板に形成することもできる。

以上説明したように、本発明の平板熱交換器によると、全体高さ又は使用される材料の総量を増加させることなく、要求強度を満足させることができる。

本発明は、以下の図面を使用してより詳細に説明される。

図１は、第１の参考形態に係る平板熱交換器を示す斜視図である。 図１のII−II線断面図である。 図３は、平板熱交換器の端板を示す、上方から見た斜視図である。 図４は、端板を下方から見た斜視図である。 図５は、第２の参考形態に係る平板熱交換器を示す斜視図である。 図６は、図５のVI−VI線断面図である。 図７は、平板熱交換器の枠状部を示す、上方から見た斜視図である。 図８は、平板熱交換器の枠状部を示す、下方から見た斜視図である。 図９は、本実施形態に係る平板熱交換器を示す斜視図である。 図１０は、図９のＸ−Ｘ線断面図である。 図１１は、平板熱交換器の端板を示す、上方から見た斜視図である。 図１２は、平板熱交換器の端板を示す、下方から見た斜視図である。 図１３は、図１１に示す端板の変形例を示す、上方から見た斜視図である。 図１４は、図１３の端板を示す、下方から見た斜視図である。

図１及び図２は、互いの上に積層された複数の鉢状のプレート２を備えた平板熱交換器を示し、この平板熱交換器では、相隣接する２つのプレート２の間に、第１又は第２の媒体を流通させるための流路空間３が形成されている。相隣接する２つのプレート２の周縁部同士は互いに半田付けされている。

端板７は、アルミニウム合金からなっていて、スタック５の最も下側のプレート２の周縁部４側とは反対側の領域に配設されている。

端板７は、スタック５の下端部１４において、該端板７に隣接する少なくとも一つのプレート２に固定接続されている。そして、該隣接するプレート２の周縁部４は、該周縁部４に対して平行に形成された端板７の壁面部１９に支持されているとともに、該壁面部１９に固定接続されている。壁面部１９は、平坦状をなす２つの平行面７’，７”の間に形成されている。図１に示す例示的な参考形態では、壁面部１９は、相隣接するプレート２のための鉢状容器部１７の内側周側面１６によって形成されている。この鉢状容器部１７は、端板７に窪み８を形成することで構成され、窪み８の形状は、実質的に最も下側のプレート２と同じ形状である。窪み８を有する端板７は、例えばチクソ鋳造法によって製造される。窪み８の深さｔは、実質的に、プレート２の周縁部４の高さｈ以上であることが好ましい。

例示的な参考形態において、最も下側に位置するプレート２はその全体が窪み８の中に包含される。そして、端板７に対面するプレート２の表面２ａの全体が、端板７上に載置される。このプレート２の表面２ａ全体が端板７に半田付けされる。

図３及び図４からも分かるように、端板７には、冷却用媒体の供給用又は排出用の開口部９が形成されている。

容器部を有する端板７の３次元形状は、従来の型抜き成型法では形成することができないため、他の成型法を採用する必要がある。そのための適切な製造方法としては、例えば、チクソ鋳造又は真空鋳造のような特殊なアルミ鋳造法があり、この方法によれば、半田付け可能な合金を採用することができる。

また、押出し成形や鋳造などの成形方法、適切な合金を使用可能な焼結による方法を採用することもでき、試作用など経済的な合理性を確保できるのであれば、機械加工による方法も採用することができる。

例えばチクソ鋳造法により製造されるアルミニュウム合金からなる端板７によれば、設置高さ及び重量面での不利益を生じることなく、平板熱交換器１の強度を向上させることができる。

図５〜図８に示すように、端板７は、型抜き成形された実質的に平坦な平坦状板部７ａと、該平坦状部７ａに対して着脱不能に接続された枠状部７ｂとからなり、枠状部７ｂは補強材としても機能するとともに熱交換器ブロックを密封する。枠状部７ｂは、上述した製造方法のうちのいずれかの方法によって、図１〜図４に示す例示的な参考形態と同様の形状に形成される。枠状部７ｂ部は端版７に隣接するプレート２用の容器部１７を形成する。そして、枠状部７ｂの内側周側壁面１６は、該隣接するプレート２の周縁部４を支持する。

シートメタルプレートによって形成される平坦状板部７ａは、半田めっきを施していてもよく、該平坦状板部７ａに乱流インサートを半田付けするようにしてもよい。これは、プレートを保護する。

図１〜図８に示す参考形態において、端板７は、いずれのものも取付孔１１を有する取付プレート１２を形成する。

対照的に、図９〜図１４には、平板熱交換器１の端板７がカバープレート１３を形成する本実施形態の例を示している。ここで、従来の型抜き成形されたプレート１３に代えて３次元形状のカバープレート１３を使用することにより、全面接触が可能になり且つノッチを回避可能になり、この結果、同様の効果を得ることができる。カバープレート１３は、同様に、耐油圧性及び耐振動性を有している必要があり、さらには、平板熱交換器１の残りのプレート構造に対する荷重が可能な限り小さくなくてはいけない。スタック５の最も上側１５に位置するプレート２の周縁部４は、端板７の外側周側面１８によって形成される壁面部１９によって支持（圧接）されていて、該端板７に対して半田付けして固定接続されている。材質及び重量を維持しつつ強度を向上させるために、端板７の表面を例えばハニカム構造部２０によって構成するようにしてもよい。

図１３及び図１４に示すように、カバープレート１３に少なくとも一つの接続部２１を設けるようにしてもよい。この接続部２１は、端板７の製造工程と同じ工程で成形することが好ましい。

本発明は、互いの上に積層された複数の平板を有する平板熱交換器に有用である。

１ 熱交換器
２ プレート
３ 流路空間
４ 周縁部
５ スタック
７ 端板
８ 窪み
７’ 平坦状平行面
７” 平坦状平行面
７ａ 平坦状板部
７ｂ 枠状部
９ 開口部
１０ 乱流インサート
１２ 取付プレート
１３ カバープレート
１６ 枠状部の内側周側壁面
１７ 鉢状容器部
１８ 端板の外側周側面
１９ 壁面部

Claims (9)

1. 第１及び第２媒体のための第１及び第２流路空間（３）を形成するように、互いの上に交互に積層された複数のプレート（２）を有していて、各プレート（２）が、周縁部（４）を有する鉢状に形成され、相隣接する２つのプレート（２）がそれぞれ周縁部（４）を介して接続され、端板（７）が、スタック（５）の両端部にて該端板に隣接するプレート（２）にそれぞれ固定接続され、該隣接するプレート（２）の周縁部（４）が、該周縁部（４）に対して平行に形成された端板（７）の壁面部（１９）を介して該端板（７）に支持されると共に該壁面部（１９）に固定接続された平板熱交換器（１）であって、
   上記端板（７）はアルミニウム合金からなり、
   上記端板（７）の壁面部（１９）は、該端板（７）の２つの平坦状平行面（７’，７”）の間に形成され、
   上記スタック（５）の下端部側の上記端板（７）は、上記平板熱交換器（１）の取付プレート（１２）を形成し、
   上記スタック（５）の上端部側の上記端板（７）は、上記平板熱交換器（１）のカバープレート（１３）を形成し、
   上記取付プレート（１２）には、その上面に形成される窪み（８）によって、隣接する上記プレート（２）のための鉢状容器部（１７）が形成され、
   上記スタック（５）の最も下側に位置する上記プレート（２）の周縁部（４）は、上記取付プレート（１２）の鉢状容器部（１７）の内側周側面（１６）によって形成される上記壁面部（１９）に支持され、
   上記スタック（５）の最も上側に位置する上記プレート（２）の周縁部（４）は、上記カバープレート（１３）の外側周側面（１８）によって形成される上記壁面部（１９）に支持されていることを特徴とする平板熱交換器。
2. 請求項１記載の平板熱交換器において、
   上記端板（７）は、平坦状板部（７ａ）と、該平坦状板部（７ａ）に対して着脱不能に接続された枠状部（７ｂ）とを有し、
   上記容器部（１７）の少なくとも一部は、上記枠状部（７ｂ）によって形成されていることを特徴とする平板熱交換器。
3. 請求項１又は２に記載の平板熱交換器において、
   上記容器部（１７）の深さ（ｔ）は、上記プレート（２）の周縁部（４）の高さ（ｈ）以上であることを特徴とする平板熱交換器。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の平板熱交換器において、
   上記端板（７）に隣接するプレート（２）の略全体が、該端板（７）に対面する表面（２ａ）を介して該端板（７）に接触していることを特徴とする平板熱交換器。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の平板熱交換器において、
   上記端板（７）は、該端板（７）に隣接するプレート（２）に対してその全体が半田付けされていることを特徴とする平板熱交換器。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の平板熱交換器において、
   上記端板（７）と該端板（７）に隣接するプレート（２）との間には、乱流インサート（１０）が配設されていることを特徴とする平板熱交換器。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の平板熱交換器において、
   上記端板（７）は、少なくとも一つの開口部（９）及び／又は少なくとも一つの接続部（２１）とを有し、
   上記接続部（２１）は、上記第１又は第２媒体の供給又は排出のために使用されて、上記端板（７）に鋳造により形成されていることを特徴とする平板熱交換器。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の平板熱交換器において、
   上記端板（７）は、アルミ鋳造により形成されていることを特徴とする平板熱交換器。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の平板熱交換器において、
   上記端板（７）は、重量を低減するために、少なくとも一つの欠損部を有していることを特徴とする平板熱交換器。

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