JP5792591B2

JP5792591B2 - ヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブ

Info

Publication number: JP5792591B2
Application number: JP2011239506A
Authority: JP
Inventors: 大久保　厚; 厚大久保
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: JP2013096632A

Description

本発明は、主として、ＥＧＲクーラとして用いられるヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブに関する。

ヘッダープレートレス熱交換器として、下記の各種特許文献が知られている。
これは、一対の溝型プレートを互いに逆向きに嵌着して、偏平チューブを構成し、その両端開口部を厚み方向に拡開したものである。このような偏平チューブを厚み方向に多数積層し、熱交換器コアを構成する。そして、コアの外周に横断面方形のケーシングを被嵌するとともに、コアの長手方向両端にヘッダを被嵌したものである。なお、偏平チューブには通常インナーフィンが介装される。このようなコアは、偏平チューブの長手方向両端部の外面どうしが互いに接触し、その中間部には隙間が形成され、その各隙間に冷却水が流通する。そして、チューブ内には高温の排ガスが流通し、それと冷却水とが熱交換して排ガスを冷却するものである。

この熱交換器は、各偏平チューブの開口部が厚み方向に膨出した矩形に形成され、各偏平チューブがその開口部で密着し、コア全体の端部外周が方形に形成されているため、その外周にケーシングが被嵌されたとき、ケーシングの内側とコアとが液密に形成される。そのため、ヘッダプレートを不要とし、部品点数が少なく、組立て容易である特徴がある。

次に、特許文献２および３に記載の「ヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブ」は、下側の溝型プレートの側壁の先端部が内側に段付に形成され、その段部に上側の溝型プレートの側壁先端部が嵌着するものである。

ＷＯ２００６／１６２７３６Ａ１特開２００４−２８４６９号公報特開２０１１−１６３６４２号公報

従来のヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブは、一対の溝型プレートからなり、その両プレートが嵌着されて偏平チューブを構成する。そして、一方のプレートに段付き部が形成されたものにおいては、上下一対のプレートを嵌着したとき、両プレートが上下方向および長手方向にずれ易く、その偏平チューブの積層体であるコアの組立てが極めて面倒である欠点がある。
そこで本発明は、かかる欠点を取除き、組立て容易で、且つヘッダープレートレスの機能を損なわない、偏平チューブを提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、それぞれ金属板が溝形にプレス成形されると共に、その長手方向の両端に厚み方向に膨出した膨出部(3)が形成された一対の第１プレート(1)と第２プレート(2)とを有し、
両プレート(1)(2)の溝底を対向させ、第１プレート(1)の側壁(1a)の外面に第２プレート(2)の側壁(2a)内面が嵌着されて偏平チューブ(4)を構成し、
多数の前記偏平チューブ(4)がその膨出部(3)で厚み方向に互いに接触するように積層されてコア(5)を構成し、
そのコア(5)の外周にケーシング(6)が被嵌されて、少なくとも、各偏平チューブ(4)の長手方向の両端部でそのケーシング(6)の平坦な面と各偏平チューブ(4)とが気密に接合されたヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブにおいて、
各プレート(1)(2)の膨出部(3)の両側壁に、その底面と直交する断面コ字状の垂直壁部(1b)(2b)が形成され、その膨出部(3)以外では、各プレート(1)(2)の両側壁(1a)(2a)の断面が外側に湾曲する湾曲壁部(7)を形成し、
第１プレート(1)の前記垂直壁部(1b)は、その高さ方向の中間で、その肉厚分だけ内側に段付きに形成された段付き端部(8)を有し、その各段付き端部(8)の先端縁に内側に曲折する一対の第１案内面(9)が形成され、その両第１案内面(9)の外面側の先端間の距離Ｄと、第２プレート(2)の両垂直壁部(2b)の内面側の先端間の距離Ｅとが、
Ｅ＞Ｄであり、
第１プレート(1)の両湾曲壁部(7)には、その先端縁が内側に曲折する第２案内面(10)を有し、その両第２案内面(10)の外面側の先端間の距離（Ｂ）と、第２プレート(2)の湾曲壁部(7)の内面側の先端間の距離（Ａ）と、第２プレート(2)の両湾曲壁部(7)の高さ方向の中間位置の内面間の距離（Ｃ）が、
Ａ＞Ｂ，Ｃ＞Ａであり、
第１プレート(1)の第１案内面(9)の先端は、第２プレート(2)の垂直壁部(2b)の根元に当接し、
さらに、嵌着後、両プレート(1)(2)の湾曲壁部(7)の弾性により、それらが圧着されるように、前記第２プレート(2)の湾曲壁部(7)の高さ方向の中間位置の内面間の距離(Ｃ)は、その自由状態で、第１プレート(1)の湾曲壁部(7)の高さ方向の中間位置の外面間の距離（Ｇ）より僅かに小に形成されることを特徴とするヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブである。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブにおいて、
各プレート(1)(2)の各垂直壁部(1b)(2b)とそれらの各湾曲壁部(7)との境に、その高さ方向に欠切部(16)(17)を設け、両欠切部(16)(17)が重ならないように、各プレート(1)(2)の長手方向の先端からそれらの欠切部(16)(17)までの距離を互いに異ならせ、
第２プレート(2)の垂直壁部(2b)の先端が、第１プレートの垂直壁部(1b)の段付き部(8)の根元に当接するヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブである。

本発明の偏平チューブは、その各プレート１、２の長手方向の両端に垂直壁部1b、2bが形成され、それ以外では湾曲壁部７が形成されている。そのため、偏平チューブの積層体のコア５はその両端の両側に垂直な壁面が形成され、ケーシング６の平坦な内面との気密性を確保できる。そして他の部分では両プレート１、２の各湾曲壁部７どうしが重なり、厚み方向に抜け止めされて、偏平チューブの状態を自己保持でき、その組立てが容易となる。

これは、第１プレート１の両湾曲壁部７の先端縁に第２案内面10を有し、その外面側の先端間の距離(Ｂ)と、第２プレート２の湾曲壁部７の内面側の先端間の距離(Ａ)と、第２プレート２の両湾曲壁部７の高さ方向の中間位置の内面間の距離(Ｃ)が、Ａ＞Ｂ，Ｃ＞Ａであることに基づく。さらには、第１プレート１の段付き端部８の先端部に第１案内面９が形成され、その外面側の先端間の距離(Ｄ)と、第２プレート２の両垂直壁部2bの内面側の先端間の距離(Ｅ)とが、Ｅ＞Ｄであることにも基づく。
さらに、第２プレート２の湾曲壁部７の高さ方向の中間位置の内面間の距離(Ｃ)が、その自由状態で、第１プレート１の湾曲壁部７の高さ方向の中間位置の外面間の距離（Ｇ）より僅かに小に形成されることに基づく。
また、第１プレート１の第１案内面９の先端は、第２プレート２の垂直壁部2bの根元に当接するから、その当接により各偏平チューブの両端が積層されても、その高さ寸法が特定され、精度の高いコアを形成できる。

上記構成において、請求項２に記載のように、各プレート１、２の各垂直壁部1b、2bとそれらの各湾曲壁部７との境に、その高さ方向に欠切部16、17を設け、両欠切部16、17が重ならないようにした場合には、各欠切部で垂直壁部1b、2bと湾曲壁部７とを縁切りして、それぞれの壁面の横断面形状を正確に成形できる。そのため、偏平チューブの組立てが精度よくできる。

本発明の偏平チューブ４の一部破断平面図。同正面図。図１のIII−III矢視断面拡大図。図１のIV−IV矢視拡大図。図１のV-V矢視断面拡大図。本発明の偏平チューブ４の要部分解斜視図。同偏平チューブ４の第１プレート１および第２プレート２の端部における両者の寸法関係を示す説明図。同第１プレート１および第２プレート２の長手方向中間部における寸法関係を示す説明図。同偏平チューブ４の積層体からなるコア５の斜視図。同コア５を有する熱交換器の正面図であって、ケーシング６とヘッダ14のみを切断したもの。

次に図面に基づいて、本発明の実施の形態につき説明する。
本発明のヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブは、一対の第１プレート１と第２プレート２とインナーフィン11とを有する。
第１プレート１および第２プレート２は、それぞれ金属板を偏平な溝形にプレス成形するともに、その長手方向の両端に厚み方向に膨出した膨出部３を形成する。両第１プレート１、２は、図４〜図６に示す如く、その溝底を対向して、第１プレート１の側壁1aの外面に第２プレート２の側壁2a内面が嵌着されて、偏平チューブ４を構成する。そして、多数の偏平チューブ４が図９、図10に示す如く、その膨出部３で厚み方向に互いに接触するように積層されて、コア５を構成する。そして、そのコア５の外周にケーシング６が被嵌されて、各偏平チューブ４の長手方向両端部で、そのケーシング６の平坦な内面と各偏平チューブ４の両側壁並びに、積層方向の上下両端の偏平チューブ４の上縁および下縁とケーシング６とが気密且つ液密に接合される。

各第１プレート１、第２プレート２の膨出部３の両側壁は、その底面と直行する断面コ字状の垂直壁部1b、2bに形成されている。そして、膨出部３以外では、第１プレート１、第２プレート２の両側壁1a、2aは、その断面が外側に湾曲する湾曲壁部７を形成する。
第１プレート１の垂直壁部1bは、その高さ方向の中間でその板厚分だけ内側に段つきに形成された段付き端部８を有する。そして、その段付き端部８の先端縁は、内側に湾曲する第１案内面９が図４、図６のごとく形成されている。さらに、その膨出部３を除く、第１プレート１の湾曲壁部７には、その先端縁を内側に曲折した第２案内面10が図５、図６のごとく形成されている。なお、第１プレート１と第２プレート２は、図６に示すごとく、その垂直壁部1b及び垂直壁部2bとそれ以外の湾曲壁部７との間に欠切部16、欠切部17が形成され、それを境に各側壁の横断面の形状が異なる。両欠切部16と欠切部17は、その端部からの距離が異なり、互いに重ならない位置にある。それにより、互いに嵌着したとき、両者が気密に保持される。各第１プレート１、第２プレート２の外面側には、多数のディンプル12が互いに整合する位置で、外面側に突出する。そのディンプル12の突出高さは、膨出部３の突出高さと同一である。

そして、第１プレート１および第２プレート２の嵌着を容易にするため、それらの膨出部３においては、図７に示すごとく、第１案内面９の外面側の先端間の距離(Ｄ)と、第２プレート２の垂直壁部2bの内面側の先端間距離(Ｅ)とが、Ｅ＞Ｄである。また、その膨出部３以外では、図８に示すごとく、第１プレート１の第２案内面10の外面側の先端間距離Ｂが第２プレート２の湾曲壁部７の内面側の先端間距離(Ａ)に対して、Ａ＞Ｂである。また、第１プレート１および第２プレート２の湾曲壁部７は外側に湾曲し、例えば、第２プレート２において、その高さ方向中間部の内面間距離(Ｃ)は、高さ方向の上端及び下端部の内面間距離(Ａ)、(Ｆ)より大である。さらに、その値（Ｃ）は自由状態で、第１プレート１の高さ方向中間部の外面間距離（Ｇ）より僅かに小であるＧ＞Ｃである。

このような寸法関係によって、第１プレート１と第２プレート２とを互いに嵌着したとき、図５に示すごとく、両者は容易に嵌着されるとともに、一旦両者が嵌着されると、両プレートの湾曲壁部７の存在により、それらの間が弾性的に圧着し、両者が分離しないように形成される。このとき、内部にインナーフィン11が介装される。なお、インナーフィン11は、図３に示すごとく第１プレート１および第２プレート２の膨出部３には存在せず、それ以外で存在する。そのインナーフィン11は、この例では金属板を横断面矩形波に曲折してなり、さらにその稜線および谷部が長手方向にゆるく蛇行する。

また、各プレートの膨出部３においては、図４のごとく、第２プレート２の垂直壁部2b先端が第１プレート１の段付き端部８の根元に当接する。この状態で、第１プレート１、第２プレート２は、上下方向および前後方向に位置決めされ、その状態を自己保持する。

各プレートおよびインナーフィン11の互いに接触する少なくても一方の面にはろう材が塗布または被覆される。そして、図９のごとく各偏平チューブ４がその両端の膨出部３で積層され、その外周にケーシング６およびヘッダ14が被嵌され、それらの各部が押圧状態で、高温の炉内で一体的にろう付け固定される。このとき、各偏平チューブ４の内部にはインナーフィン11が介装されており、且つ各偏平チューブ４の外面のディンプル12どうしが接触し、偏平チューブ４の中間部においては、その高さが特定される。
また、偏平チューブ４の膨出部３においては、垂直壁部2bの先端が垂直壁部1bの段付き端部８に当接され且つ、図４の如く、第１プレート１の第２案内面９の先端が第２プレート２の平面に接触しているため、膨出部３部分においても、その高さが特定される。

次に、ケーシング６は一対の溝形材を互いに嵌着して筒状に形成され、その横断面が方形で、図９および図10に示すごとく、その側壁に一対の冷却水出入口15が設けられ、そこに図示しない冷却水パイプが連結される。
そして、コア５の各偏平チューブ４内には排気ガスが流通し、偏平チューブ４の外面側には冷却水が流通して、その冷却水によって排気ガスが冷却される。コア５の両端部は、図９に示すごとく、その両端における開口部外周が方形に形成され、その外周とケーシング６とが密着した状態で、両者間がろう付けされ、液密性を保つ。

１第１プレート
1a 側壁
1b 垂直壁部
２第２プレート
2a 側壁
2b 垂直壁部
３膨出部
４偏平チューブ
５コア
６ケーシング

７湾曲壁部
８段付き端部
９第１案内面
10 第２案内面
11 インナーフィン
12 ディンプル

13 突条
14 ヘッダ
15 冷却水出入口
16 欠切部
17 欠切部

Claims

それぞれ金属板が溝形にプレス成形されると共に、その長手方向の両端に厚み方向に膨出した膨出部(3)が形成された一対の第１プレート(1)と第２プレート(2)とを有し、
両プレート(1)(2)の溝底を対向させ、第１プレート(1)の側壁(1a)の外面に第２プレート(2)の側壁(2a)内面が嵌着されて偏平チューブ(4)を構成し、
多数の前記偏平チューブ(4)がその膨出部(3)で厚み方向に互いに接触するように積層されてコア(5)を構成し、
そのコア(5)の外周にケーシング(6)が被嵌されて、少なくとも、各偏平チューブ(4)の長手方向の両端部でそのケーシング(6)の平坦な面と各偏平チューブ(4)とが気密に接合されたヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブにおいて、
各プレート(1)(2)の膨出部(3)の両側壁に、その底面と直交する断面コ字状の垂直壁部(1b)(2b)が形成され、その膨出部(3)以外では、各プレート(1)(2)の両側壁(1a)(2a)の断面が外側に湾曲する湾曲壁部(7)を形成し、
第１プレート(1)の前記垂直壁部(1b)は、その高さ方向の中間で、その肉厚分だけ内側に段付きに形成された段付き端部(8)を有し、その各段付き端部(8)の先端縁に内側に曲折する一対の第１案内面(9)が形成され、その両第１案内面(9)の外面側の先端間の距離Ｄと、第２プレート(2)の両垂直壁部(2b)の内面側の先端間の距離Ｅとが、
Ｅ＞Ｄであり、
第１プレート(1)の両湾曲壁部(7)には、その先端縁が内側に曲折する第２案内面(10)を有し、その両第２案内面(10)の外面側の先端間の距離（Ｂ）と、第２プレート(2)の湾曲壁部(7)の内面側の先端間の距離（Ａ）と、第２プレート(2)の両湾曲壁部(7)の高さ方向の中間位置の内面間の距離（Ｃ）が、
Ａ＞Ｂ，Ｃ＞Ａであり、
第１プレート(1)の第１案内面(9)の先端は、第２プレート(2)の垂直壁部(2b)の根元に当接し、
さらに、嵌着後、両プレート(1)(2)の湾曲壁部(7)の弾性により、それらが圧着されるように、前記第２プレート(2)の湾曲壁部(7)の高さ方向の中間位置の内面間の距離(Ｃ)は、その自由状態で、第１プレート(1)の湾曲壁部(7)の高さ方向の中間位置の外面間の距離（Ｇ）より僅かに小に形成されることを特徴とするヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブ。
請求項１に記載のヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブにおいて、
各プレート(1)(2)の各垂直壁部(1b)(2b)とそれらの各湾曲壁部(7)との境に、その高さ方向に欠切部(16)(17)を設け、両欠切部(16)(17)が重ならないように、各プレート(1)(2)の長手方向の先端からそれらの欠切部(16)(17)までの距離を互いに異ならせ、
第２プレート(2)の垂直壁部(2b)の先端が、第１プレートの垂直壁部(1b)の段付き部(8)の根元に当接するヘッダープレートレス熱交換器の偏平チューブ。