JP5842598B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関するものである。

インタークーラやＥＧＲクーラ等の熱交換器においては、一般的に、断面矩形状の外管内に、それぞれ扁平な内部空間を有する複数のチューブを互いの間に流通用の隙間を確保するようにして積層状態で配設して、各チューブの両端部を外管に密接された状態で固定している。そして、各チューブの両端部の固定部位の間となる中間部位においては、例えば外管を外側に向けて膨出させることにより、各チューブと外管との間に大きな流通空間を確保することも行われている。このような熱交換器は、各チューブを流れる第１流体（例えば排気ガスや過給直後の空気）と上記流通用の隙間および流通空間を流れる第２流体（例えば冷却水や空気）との間で、各チューブを介して熱交換されるようになっている。

各チューブの両端部を外管に固定するに際しては、ロウ付けが一般的に行われている。このロウ付けによる固定を行う際、各チューブの長手方向（第１流体の流れ方向）に、外管と各チューブとが位置決めされていることが重要となる。各チューブの長手方向の位置決めのために、特許文献１には、各チューブの長手方向中間部位に、外管の内壁部に当接される複数の凸部設けることが開示されている。

特開２００７−２２５１９０号公報

特許文献１に記載のように、各チューブの中間部位に位置決め用の凸部を設けることは、第２流体が外管と各チューブとの間を流れる際に凸部が抵抗となったり淀みを発生させる原因となり、熱交換を効率的に行うという点では好ましくないものとなる。このような観点から、例えば外管の端部に、各チューブの端面に当接するように内向きフランジ部を設けることにより位置決めすることも考えられる。しかしながらこの場合は、各チューブの両端部を外管に対してロウ材を塗布する際に、内向きフランジ部が邪魔となってロウ材の塗布に支障をきたす恐れがあり、採用しがたいものである。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、各チューブと外管との固定部位へのロウ材の塗布に支障がなく、しかも外管と各チューブとの間を流れる流体が大きな抵抗を受けることのないようにした熱交換器を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
断面矩形状の外管と、それぞれ扁平な内部空間を有すると共に長手方向の両端が開放端とされた複数のチューブとを有し、
前記複数のチューブは、その幅広面同士を対向させるようにしてかつ互いの幅広面の間に流通用の隙間を確保するようにして積層状態で前記外管内に配設され、
前記各チューブの両端部が拡開されて、該拡開された部位において前記外管に密接された状態で固定され、
前記外管と前記各チューブとの間には、前記各チューブの両端部の間において、流通空間が形成され、
前記チューブ内を流れる第１流体と、前記流通空間および前記流通用の隙間を流れる第２流体との間で、前記チューブを介して熱交換されるようにした熱交換器であって、
前記各チューブの両端部にはそれぞれ、前記外管に対する固定部位よりも該各チューブの長手方向内方側において、該各チューブの開放端側に向けて拡開する傾斜部が形成され、
前記外管の両端部にそれぞれ、前記傾斜部に当接して前記各チューブが該外管に対して該チューブの長手方向に相対変位するのを規制するため各チューブに近づく凸部形状の内向き突起部が形成されている、
ようにしてある。

上記解決手法によれば、各チューブの両端部に形成された傾斜部と外管に形成された内向き突起部によって各チューブの長手方向での外管に対する位置決めが行われるので、つまり第２流体の流れを邪魔するような凸部を設ける必要がなくなり、熱交換を効率的に行うことができる。また、各チューブと外管との位置決め状態において、各チューブの長手方向から目視した際に、邪魔になるものが存在せず、例えばロウ付けに先立ち、ロウ材の塗布が支障なく行え、各チューブと外管との固定を所望どおり確実に行う上で好ましいものとなる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記外管のうち前記各チューブの幅狭面に対向する面に、該幅狭面から離間するように外方側に膨出されて前記流通空間を大きく確保するための膨出部が形成され、
前記内向き突起部は、前記膨出部の延長領域に形成されている、
ようにしてある（請求項２対応）。この場合、膨出部の形成によって外管と各チューブの幅狭面との間に第２流体が流れる十分な流通空間を確保しつつ、この膨出部を有効に利用して内向き突起部を形成することができる。

前記内向き突起部は、積層状態とされた前記複数のチューブの積層方向に連続して形成されている、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、複数のチューブ全てについて確実かつしっかりと位置決めを行うことができ、また外管の加工も容易となってコスト的にも好ましいものとなる。

本発明によれば、熱交換の効率を向上させることができる。また、各チューブと外管との固定部位へのロウ材の塗布に支障がなく、これにより固定不良発生を防止する上で好ましいものとなる。

本発明が適用された熱交換器の一例を示す側面図。 図１に示す熱交換器の側面断面図で、図４のＸ２−Ｘ２線相当断面図。 図２の状態から、両端部にある接続部材を取外した状態を示す断面図。 図３を左方から見た正面図。 図４の状態からチューブを取外した状態を示す断面図。 図３のＸ６−Ｘ６線相当断面図。 図３のＸ７−Ｘ７線相当断面図。 図３のＤ部分での拡大断面図。

図１，図２において、熱交換器Ｈは、自動車用のＥＧＲクーラとされている。１は外管、２は複数設けられたチューブ、３、４は第１流体の供給、排出用となる接続部材、５，６は第２流体の供給、排出用となる接続パイプである。外管１は、断面コ字状の分割部材によって２つ割り構造として嵌合されて(図４，図５参照）、断面形状が矩形状（４角筒）とされている。チューブ２は複数設けられて、それぞれ、扁平な矩形状とされて、その内部に、第１流体が流通される扁平な内部空間２Ａ（図４，図６，図７参照）が画成されている。各チューブ２は、例えば板材を矩形状に曲げ加工して、曲げ加工された端部同士を接合（例えばロウ付けや溶接等）することにより形成されている。勿論、外管１およびチューブ２は、従来同様に伝熱性の優れた金属材によって形成されている。

複数のチューブ２は、図４に示すように、その幅広面が対向するようにして積層状態で外管１内に配設される。各チューブ２の幅広な両面（積層方向となる面で、隣り合うチューブ２に対向する側の面）には、わずかに外部に向けて突出した複数の凸部２ａ（図２、図３参照で、図６では凸部２ａを省略して示してある）が形成されている。この凸部２ａの先端は平坦面とされて、積層したときに、隣り合うチューブ２の凸部２ａの先端面同士が当接されて、隣り合うチューブ２同士の間に流通用の隙間が形成される（図６参照）。

各チューブ２は、その両端部において拡開されて、この拡開部位が外管１に対して例えばロウ付けによって密接状態で固定されている（外管１と各チューブ２との間で気密性および液密性が確保される）。この外管１と各チューブ２との固定部位となる領域が符合α（図２、図３参照）で示され、この固定領域αは各チューブ２の上記拡開部位の大半を占めている。この固定領域αにおいては、図７に示すように、各チューブ２同士が密接し、しかも各チューブ２と外管１とが密接された状態でロウ付けされて、各チューブ２内に供給される第１流体が各チューブ２内のみを流れるようにされている。

前記一対の接続部材３、４は、その一方が外管１の一端側端部に固定され、その他方が外管１の他端側端部に固定される。この一対の接続部材３、４はそれぞれ、板材を加工した第１部材１０と、第１部材１０に固定されたフランジ部を構成する第２部材１１とから構成されている。第１部材１０の一端側に形成された大径部が、外管１の端部内に嵌合された状態で外管１に固定されている（例えばロウ付け）。また、第１部材１０の他端側に形成された小径部の外周に対して、第２部材１１が嵌合された状態で固定されている。接続部材３、４は、各チューブ２に対してのみ連通されて、外管１とは遮断されたものとなる。勿論、接続部材３，４は、第１流体の供給、排出用となる。

前記接続パイプ５，６は、２つ割り構造とされた外管１の一方側分割部材に連結、固定されている（図４，図５参照）。接続パイプ５は、チューブ２の長手方向（流路方向）一端部側において外管１に連結され、接続パイプ６はチューブ２の長手方向他端部側において外管１に連結されている。各接続パイプ５，６は、外管１内に連通されている。この接続パイプ５，６は、第２流体の供給、排出用となる。

外管１は、その内部が、第２流体流通用の流通空間Ｓとされる。外管１は、固定領域αの間の中間部位において、特に各チューブ２の幅狭面に対向する面について、外方側に膨出した膨出部１ａが形成されて、上記流通空間Ｓとして大きな容積を確保している。

次に、特に図８を参照しつつ、外管１と各チューブ２との位置決めと、固定に着目して説明するが。まず、各チューブ２は、その両端部において、開放端側に向けて徐々に拡径する傾斜部２ｂが形成されている（図８では一方側端部の傾斜部２ｂのみを示すが他方側端部において図８と同様に構成されている）。この傾斜部２ｂは、固定領域αよりも内方側に形成されている。なお、傾斜部２ｂは、チューブ２を外管１に密接状態で固定するために採択された平坦な拡開部２ｃ（固定領域αに対応）へ徐々に連なる部分とされている。

一方、外管１には、前記傾斜部２ｂに対応した位置において、内向き突起部１ｂが形成されている。この内向き突起部１ｂは、略円弧状に湾曲した凸部形状とされている。すなわち、内向き突起部１ａは、固定領域α側から徐々にチューブ２に近づく側に伸びた後、湾曲されて、膨出部１ａに向けて徐々にチューブ２から離れるように伸びている。そして、外管１の内向き突起部１ｂ（の最突出部）が、各チューブ２の傾斜部２ｂに当接されている。このような内向き突起部１ｂは、図５に示すように、各チューブ２の積層方向に連続するように形成されている。

各チューブ２の両端部側において、上記のような傾斜部２ｂと内向き突起部１ｂとが存在することにより、各チューブ２は、外管１に対して、各チューブ２の長手方向に確実に位置決めされることになる（外管１に対する各チューブ２の長手方向への相対変位が規制される）。すなわち、各部材の寸法公差の範囲で、チューブ２のいずれか一端部側では傾斜部２ｂと内向き突起部１ｂとが当接し、いずれか他端部側では傾斜部２ｂと内向き突起部１ｂとが非当接となり得るが、これは公差の範囲であり、外管１に対する各チューブ２の長手方向への位置規制と言う点では十分である。これにより、固定領域αにおける外管１と各チューブ２との固定を所望位置に精度よく行うことが可能となる。内向き突起部１ｂが各チューブ２の積層方向に連続するように形成されているので、各傾斜部２ｂと内向き突起部１ｂとが接近ないし当接される状態を確実に確保する上で好ましいものとなり、また内向き突起部２ｂを有する外管１の形成が容易となってコスト的にも好ましいものとなる。勿論、内向き突起部１ｂは、膨出部１ａの延長領域（膨出部１ａと他の部分との連結領域）を有効に利用して形成するので、この点からも内向き突起部１ｂの形成が容易となる。また、固定領域αにおける外管１と各チューブ２との幅方向（チューブ２の積層方向と直交する方向）の規制は、各チューブ２の拡開部２ｃの幅をそれに対応する外管１のコ字状の対抗する壁面により直接規制することにより成立させている。

内向き突起部１ｂ（傾斜部２ｂ）は、固定領域αよりも内方側に位置するので、固定領域αを各チューブ２の長手方向端から目視した際に、この固定領域ａを目視等によって容易に確認することができるとともに、ロウ材を塗布する際に障害となる部分が存在せず、ロウ材の塗布に支障をきたすことがなく、固定不良発生を防止する上で極めて好ましいものとなる。

以上説明したような熱交換器Ｈは、接続部材３，４を利用して、エンジンの排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路に接続される。すなわち、排気通路からの排気ガスが、例えば接続部材３から各チューブ２内に導入されて、各チューブ２内を流れた後、接続部材４から排出されることになる。

一方、接続パイプ５，６は、冷却媒体としての例えば冷却水が流通される冷却通路に接続される。すなわち、冷却水が、接続パイプ５から外管１内（の流通空間Ｓ）に導入されて、外管１内を流れた後、接続パイプ６から排出される。勿論、冷却水は、各チューブ２の間の隙間をも流れることになる。

外管１内を流れる冷却水と各チューブ２内を流れる排気ガスとの間で、各チューブ２を介して熱交換されて、排気ガスが冷却されることになる。特許文献１では、外管１の膨出部１ａに相当する部分に各チューブ２の位置決め用の凸部が存在したが、本発明ではこのような位置決め用の凸部が存在しないものとなる。このため、外管１内を流れる冷却水は、大きな抵抗を受けたり流れが淀んだりすることがなくスムーズに流れ、熱交換の効率を向上させる上で好ましいものとなる。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。本発明による熱交換器Ｈとしては、ＥＧＲクーラに限らず、例えば、過給機付きのエンジンにおいて過給された吸入空気を冷却するためのインタークーラである等、種々の用途として適用可能である。第１流体と第２流体とは、熱交換器の用途等に応じて適宜のものとすることができる。内向き突起部１ｂは、膨出部１ａとは全く別個独立して形成するようにしてもよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明によれば、熱交換効率の向上と固定不良発生防止とを共に満足させた熱交換器を提供できる。

Ｈ：熱交換器
α：固定領域
１：外管
１ａ：膨出部
１ｂ：内向き突起部
２：チューブ
２Ａ：内部空間
２ｂ：傾斜部
２ｃ：拡開部位
３、４：接続部材（第１流体の給排用）
５、６：接続パイプ（第２流体用の給排用）

Claims (3)

1. 断面矩形状の外管と、それぞれ扁平な内部空間を有すると共に長手方向の両端が開放端とされた複数のチューブとを有し、
   前記複数のチューブは、その幅広面同士を対向させるようにしてかつ互いの幅広面の間に流通用の隙間を確保するようにして積層状態で前記外管内に配設され、
   前記各チューブの両端部が拡開されて、該拡開された部位において前記外管に密接された状態で固定され、
   前記外管と前記各チューブとの間には、前記各チューブの両端部の間において、流通空間が形成され、
   前記チューブ内を流れる第１流体と、前記流通空間および前記流通用の隙間を流れる第２流体との間で、前記チューブを介して熱交換されるようにした熱交換器であって、
   前記各チューブの両端部にはそれぞれ、前記外管に対する固定部位よりも該各チューブの長手方向内方側において、該各チューブの開放端側に向けて拡開する傾斜部が形成され、
   前記外管の両端部にそれぞれ、前記傾斜部に当接して前記各チューブが該外管に対して該チューブの長手方向に相対変位するのを規制するため各チューブに近づく凸部形状の内向き突起部が形成されている、
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１において、
   前記外管のうち前記各チューブの幅狭面に対向する面に、該幅狭面から離間するように外方側に膨出されて前記流通空間を大きく確保するための膨出部が形成され、
   前記内向き突起部は、前記膨出部の延長領域に形成されている、
   ことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記内向き突起部は、積層状態とされた前記複数のチューブの積層方向に連続して形成されている、ことを特徴とする熱交換器。
   

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