JP6619675B2 - 流路構造 - Google Patents

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Description

本発明は、流体が流通する流路構造に関する。
特許文献1には、エンジンのインタークーラとして用いられる熱交換器が開示されている。
上記熱交換器は、冷却流体が循環するコア部と、コア部を収容する吸気流路形成部材と、吸気流路形成部材にダクトを接続する枠状の接続プレートと、を備える。エンジンの吸気は、ダクトを介して吸気流路形成部材内を流通し、コア部内を循環する冷却流体に放熱することで冷却される。
上記熱交換器の製造時には、コア部、吸気流路形成部材、及び接続プレートが組み立てられた組立体が形成される。組立体は、加熱炉にて加熱されることで、各部材どうしがロウ付けされる。
枠状の接続プレートは、吸気流路形成部材の外周に嵌合することで、ロウ付け時に、吸気流路形成部材が外側に変形することを規制する。
特開2014−214955号公報
ところで、特許文献1の熱交換器では、枠状の接続プレートは、吸気流路形成部材の内周に係合する部位を持たない。このため、組立体は、ロウ付け時に、吸気流路形成部材が接続プレートから内側に離れて、両者の間に隙間が生じる組立不良を来すおそれがある。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、流路構造の組立不良を防止することを目的とする。
本発明のある態様によれば、流体が流通する流路構造であって、流体が内周に流れる筒体と、前記筒体に流体を導く流路部材を接続する枠体と、を備え、前記枠体は、前記筒体の外面に嵌合される環状の枠部と、前記筒体の内面に係合して前記筒体の外面が前記枠部に当接した状態に保持する内側係合部と、を有し、前記筒体は、互いに重合して筒状に組み立てられる第1ケース及び第2ケースを備え、前記枠体は、前記枠部と前記内側係合部との間に前記第1ケース及び前記第2ケースが互いに重合する部位を挟持することを特徴とする流路構造が提供される。
上記態様によれば、枠体は、環状の枠部が筒体の外面に嵌合することにより、筒体が外側に変形することを規制する。そして、枠体は、内側係合部が筒体の内面に係合することにより、枠部から筒体が離れることを規制する。これにより、枠部と筒体の外面とが隙間なく組み立てられ、流路構造の組立不良を防止することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。 図2は、熱交換器の組立体を分解した状態で示す斜視図である。 図3は、筒体及びコアを分解した状態で示す斜視図である。 図4は、筒体及びコアを示す断面図である。 図5は、筒体及びコアを示す斜視図である。 図6は、コアを示す斜視図である。 図7は、組立体を示す斜視図である。 図8は、枠体を示す正面図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1に示す熱交換器1は、エンジン(図示省略)に過給される吸気を冷却液(媒体)によって冷却する水冷式チャージエアクーラとして用いられる。
熱交換器1は、パイプ3、4が突出する筒状の筒体5と、筒体5の両開口端に接続される1対のダクト6、7と、筒体5の内部に収容されるコア2(図2参照)と、を備える。
筒体5及びダクト6、7は、吸気(流体)が流通する流路構造を構成する。
ダクト6、7には、エンジンの吸気管(図示省略)が接続される。エンジンの運転時に、吸気は、吸気管を通じて一方のダクト6から筒体5を介してコア2に流入する。コア2を流通する吸気は、コア2の内部を流通する冷却液に放熱して冷却される。こうして熱交換器1で冷却された吸気は、他方のダクト7から吸気管を通じてエンジンに吸入される。
コア2に接続するパイプ3、4には、冷却液が循環する配管(図示省略)が接続される。エンジンの運転時に、ポンプ(図示省略)から配管を通じて送られる冷却液は、一方のパイプ3を通じてコア2の内部に流入する。コア2の内部を流通して熱交換した冷却液は、他方のパイプ4から流出する。こうして熱交換器1から流出した冷却液は、配管を通じて放熱器(図示省略)に導かれ、放熱器で外気に放熱した後に、ポンプに吸い込まれて循環するようになっている。
次に、コア2について説明する。コア2は、吸気(流体)を冷却する処理手段として設けられる。
図2に示すように、コア2は、積層される複数のチューブ9と、各チューブ9の間に介装されるフィン8と、を備える。チューブ9とフィン8との間には、吸気を導く流路19(熱交換流路)が形成される。コア2は、フィン8を備えることで表面積が増大する。なお、コア2は、フィン8を備える構成に限らず、チューブ9のみが空間を介して積層される構成であってもよい。
以下、各図面において互いに直交するX、Y、Zの3軸を設定して説明する。なお、コア2において、チューブ9が延びるX軸方向を「流路幅方向」と呼び、吸気が流路19を流れるY軸方向を「流路方向」と呼び、チューブ9が並ぶZ軸方向を「積層方向」と呼ぶ。
図3、図4に示すように、チューブ9は、流路幅方向(X軸方向)及び流路方向(Y軸方向)に延びる扁平な流路部材である。チューブ9は、第1流体と第2流体との間で熱を伝達するチューブ伝熱部9Cと、前記筒体5の内面5Bに沿って流路方向(Y軸方向)に延びるチューブ端部9A、9Bと、を備える。チューブ9は、2枚のトレイ状をしたチューブシート20を接合して形成される。
チューブシート20は、チューブ内流路11を形成する流路壁27と、流路壁27から円環状に突出する2つのバーリング29と、流路壁27を囲むように接合されるフランジ26と、を有する。
フランジ26は、流路幅方向(X軸方向)に延びるチューブ9の中心線Oについて対称的に形成される。1つのチューブ9を構成する2枚のチューブシート20は、互いに対向して接合される。チューブ端部9A、9Bは、互いに接合する2つのフランジ26によって構成される。
流路壁27は、U字状に延びる複数(3本)のビード28と、バーリング29が開口する2つのタンク壁部27Bと、冷却液を折り返すように流通させるターン壁部27Aと、を有する。ビード28は、一方のタンク壁部27Bの近傍から他方のタンク壁部27Bの近傍へと延びる。チューブ伝熱部9Cは、互いに対向する2つの流路壁27によって構成される。
隣り合うチューブ9に設けられるバーリング29どうしは、互いに接続され、冷却液が流通する給排流路12(タンク流路)を形成する。
図2に示すように、筒体5の上端には、パイププレート18を介してパイプ3、4が接合される。パイプ3、4は、最上部に設けられる2つのバーリング29にそれぞれ接続される。
パイプ3を通じてコア2の内部に流入する冷却液は、一方の給排流路12から各チューブ内流路11に分配される。冷却液は、チューブ内流路11にて流路幅方向(X軸方向)について折り返すように流通して熱交換した後に、他方の給排流路12に集合し、パイプ4を通じて流出する。
コルゲート状のフィン8は、チューブ9との間にY軸方向に延びる流路19を形成する。矩形の外形を有するフィン8は、流路方向(Y軸方向)に延びるフィン側端8A、8Bを有する。
図5に示すように、矩形の外形を有するチューブ9は、フィン8の両フィン側端8A、8Bに対して流路幅方向(X軸方向)に突出して流路方向(Y軸方向)に延びるチューブ端部9A、9B(図5参照)を有する。
熱交換器1は、チューブ9を筒体5に組み付ける際に、チューブ9を筒体5に対して位置決めする位置決め機構を備える。
図4に示すように、位置決め機構は、チューブ端部9A、9Bに開口するスリット21、22と、筒体5から突出してスリット21、22にそれぞれ差し込まれるリブ31、32と、によって構成される。
スリット21は、チューブ端部9Aに開口し、流路幅方向(X軸方向)に延びるスリット状に形成される。スリット21は、2つのタンク壁部27Bの間に配置され、チューブ9の中心線O上に延びるように形成される。
2つのスリット22は、チューブ端部9Bに開口し、流路幅方向(X軸方向)に延びるスリット状に形成される。2つのスリット22は、ターン壁部27Aを挟むようにチューブ端部9Bの両隅部に配置される。
こうして、スリット21、22は、チューブ内流路11を避けるようにして、チューブ端部9A、9Bに形成される。
次に、熱交換器1を構成する流路構造について説明する。流路構造は、筒体5及び枠体60を備える。
図3に示すように、筒状の筒体5は、互いに組み付けられる第1ケース30及び第2ケース40を備える。第1ケース30及び第2ケース40は、互いに対向するコの字形(Uの字形)にプレス成形される。
第1ケース30は、流路幅方向(X軸方向)及び流路方向(Y軸方向)に延びる底板部35と、底板部35の両端から曲折して積層方向(Z軸方向)及び流路方向(Y軸方向)に延びる側板部33及び側板部34と、を有する。底板部35は、フィン8の下部が収まる矩形状の収容凹部35Aを有する。側板部33及び側板部34は、チューブ端部9A、9Bのそれぞれに対峙する。
第1ケース30の側板部33は、チューブ端部9Aに向けて突出するリブ31を有する。リブ31は、側板部33の中央部を打ち抜いた部位を曲折して形成される。側板部33は、リブ31が折り曲げられたあとに開口する開口部33Aを有する。
リブ31は、流路幅方向(X軸方向)及び積層方向(Z軸方向)に延びる矩形の板状に形成され、チューブ端部9Aに向けて突出する。図5に示すように、組み立て時に、リブ31は、チューブ9のスリット21に差し込まれる。これにより、リブ31は、その先端が積層されるフィン8のフィン側端8Aに対して近接して対向する。なお、これに限らず、リブ31は、その先端が積層されるフィン8のフィン側端8Aに当接して接合される構成としてもよい。
第1ケース30には、筒体5の内面5Bから突出する突出部として、側板部34の2箇所を打ち抜いた部位を折り曲げて2つのリブ32が形成される。側板部34は、2つのリブ31が折り曲げられたあとに開口する2つの開口部34Aを有する。
第2ケース40は、流路幅方向(X軸方向)及び流路方向(Y軸方向)に延びる底板部45と、底板部35の両端から曲折して積層方向(Z軸方向)及び流路方向(Y軸方向)に延びる側板部43及び側板部44と、を有する。底板部45は、フィン8の上部が収まる矩形状の収容凹部45Aを有する。
第2ケース40の側板部43及び側板部44は、第1ケース30の側板部33及び側板部34にそれぞれ重合する。第1ケース30の側板部33の開口部33Aは、第2ケース40の側板部43によって塞がれる。第1ケース30の側板部34の開口部34Aは、第2ケース40の側板部44によって塞がれる。
2つのリブ32は、流路幅方向(X軸方向)及び積層方向(Z軸方向)に延びる矩形の板状に形成される。図5に示すように、組み立て時に、2つのリブ32は、チューブ9のスリット22に差し込まれる。これにより、2つのリブ32は、それぞれの先端が積層されるフィン8のフィン側端8Bに対して近接して対向する。なお、これに限らず、2つのリブ32は、それぞれの先端が積層されるフィン8のフィン側端8Bに当接して接合される構成としてもよい。
図3〜図6に示すように、第1ケース30には、前後1対(4つ)の膨出部36Aが形成される。膨出部36Aは、側板部33と側板部34とが曲折する部位の前後端にそれぞれ形成される。
第2ケース40には、側板部43及び側板部44の先端隅部に開口する前後1対(4つ)の切欠部46Aが形成される。切欠部46Aは、第1ケース30と第2ケース40とが組み立てられた状態で、第1ケース30の膨出部36Aを避けるように形成される。
第2ケース40は、切欠部46Aが第1ケース30の膨出部36Aに嵌ることにより、側板部43、側板部44が筒体5の角部5Cを避けるようにして第1ケース30の側板部33、側板部34に重合する。
図8に示すように、筒体5は、前の開口端部に4つの角部5Cを有する。図8において上方の2つの角部5Cは、第2ケース40によって形成される。図8において下方の2つの角部5Cは、第1ケース30の膨出部36Aによって形成される。なお、筒体5は、後の開口端部にも同様の角部5Cを有する。
図2に示すように、第1ケース30及び第2ケース40によって形成される筒体5の前後開口端部には、1対の枠体60が嵌合される。
図8に示すように、枠体60は、略矩形の環状をした枠部61を有する。枠部61は、その内周に環状の嵌合面61Aを有する。嵌合面61Aは、筒体5の外面5Aに嵌合される。
図7に示すように、枠部61は、U字形の断面形状を有し、その内側にダクト6、7が組み付けられる環状の収容凹部66が形成される。
枠体60は、枠部61の内周端からフック状に突出する複数(14個)の内側係合部65を有する。内側係合部65は、枠部61からU字形の断面形状をもって延設される。内側係合部65は、間隙をもって嵌合面61Aに対峙する係合面65Aを有する。係合面65Aは、筒体5の内面5Bに係合する。
図8に示すように、積層方向(Z軸方向)に並ぶ2対の内側係合部65は、枠部61との間に第1ケース30及び第2ケース40を挟持する。
積層方向(Z軸方向)に並ぶ2対の内側係合部65のうち下方の内側係合部65は、係合面65Aの一部が第1ケース30の膨出部36Aに対峙し、膨出部36Aによって形成される筒体5の角部5Cを枠体60の角部60Cに押し付けるようになっている。
図8の上方にて流路幅方向(X軸方向)に並ぶ5つの内側係合部65は、枠部61との間に第2ケース40のみを挟持する。
図8の下方にて流路幅方向(X軸方向)に並ぶ5つの内側係合部65は、枠部61との間に第1ケース30のみを挟持する。
流路幅方向(X軸方向)について両端の内側係合部65は、枠体60の角部60Cに近接する部位に係合する。具体的には、流路方向(Y軸方向)から見た図8において、枠体60は、筒体5の角部5Cに対峙して湾曲する角部60Cと、角部60Cに連設して内面5Bが直線状に延びる角連設部60Dと、を有する。内側係合部65は、角連設部60Dから突出して、内側係合部65は筒体5の角部5Cの近傍に係合することにより、筒体5の角部5Cを枠体60の角部60Cに押し付けるようになっている。
枠体60は、枠部61の外周端から爪状に突出する複数の外側係合部67を有する。図1に示すように、外側係合部67は、枠部61の収容凹部66に収まるダクト6、7の外面に対峙するように突出し、所定の間隔をもって並ぶ。外側係合部67は、後述するように、枠部61に組み付けられたダクト6、7をカシメ結合するように折り曲げられる。
チューブシート20、フィン8、第1ケース30、第2ケース40、パイププレート18、及び枠体60の各部材は、例えばアルミニウムなどの金属板をプレス成形される。各部材は、接合面にロウ材及びフラックスが塗布されたクラッド材が用いられる。
熱交換器の製造時には、パイプ3、4、チューブシート20、フィン8、第1ケース30、第2ケース40、パイププレート18、及び枠体60によって組立体10(図7参照)を組み立てる組み立て工程と、組立体10を加熱炉(図示省略)に搬送して各部材をロウ付けする接合工程と、が行われる。
組み立て工程では、以下の手順で組立体10を組み立てる。
・先ず、第1ケース30にチューブシート20、フィン8を積層して収容する。
・続いて、第1ケース30に第2ケース40を重合させて組み付ける。
・続いて、第1ケース30及び第2ケース40にわたって前後の枠体60を嵌合させて組み付ける。
・続いて、内側係合部65を折り曲げて、第2ケース40及び第1ケース30を枠部61との間に挟持する。
・パイプ3、4をパイププレート18を介して筒体5に組み付ける。
なお、組み立て工程では、上述した構成に限らず、内側係合部65を折り曲げる作業を行わないようにしてもよい。この場合に、第1ケース30及び第2ケース40にわたって枠体60を嵌合させる際に、第1ケース30及び第2ケース40が枠部61と内側係合部65との間隙に圧入される構成とする。
こうして組み立てられた組立体10は、積層されたチューブシート20、フィン8、第1ケース30、第2ケース40が前後の枠体60によって拘束される。これにより、コア2を構成するチューブシート20、フィン8が隙間なく積層された状態に保持される。このため、組立体10は、各部材を拘束するバンドまたは治具などの拘束具を用いないで各部材の組み付け状態が維持される。
なお、上述した構成に限らず、バンド(拘束具)または治具などを用いて、組立体10の各部材を保持する構成としてもよい。
接合工程において、組立体10は、加熱炉に搬入されて加熱処理が行われる。これにより、組立体10は、各部材が溶融するロウ材を介して接合するロウ付けが行われる。
接合工程を経て接合された組立体10には、ダクト6、7が接続される。ダクト6、7は、その開口端が枠体60の枠部61に嵌合され、各外側係合部67が折り曲げられることによってカシメ結合される。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、吸気(流体)が流通する流路構造は、吸気が内周を流れる筒体5と、筒体5に吸気を導くダクト6、7(流路部材)を接続する枠体60と、を備える。枠体60は、筒体5の外面5Aに嵌合して接合される環状の枠部61と、筒体5の内面5Bに係合して筒体5の外面5Aが枠部61に当接した状態に保持する内側係合部65と、を有する構成とした。
上記構成に基づき、枠体60は、環状の枠部61が筒体5の外面5Aに嵌合することにより、接合時に筒体5が外側に変形することを規制する。そして、枠体60は、内側係合部65が筒体5の内面5Bに係合することにより、接合時に枠部61から筒体5が離れることを規制する。これにより、枠部61が筒体5の外面5Aに隙間なく組み立てて接合され、流路構造の組立(接合)不良を防止することができる。
また、筒体5は、互いに重合して筒状に組み立てられる第1ケース30及び第2ケース40を備える。枠体60は、枠部61と内側係合部65との間に第1ケース30及び第2ケース40が互いに重合する部位を挟持する構成とした。
上記構成に基づき、互いに重合する第1ケース30及び第2ケース40の部位は、枠部61と内側係合部65との間に挟持されることにより、互いに離れることが規制される。これにより、枠部61、第1ケース30、及び第2ケース40がロウ材を介して隙間なく接合される。
また、筒体5は、外面5Aが湾曲する角部5Cを有する。枠体60は、枠部61が筒体5の角部5Cに沿って湾曲する角部60Cを有する。内側係合部65は、枠部61の角部60Cに連設する内面5B(角連設部60D)に係合する構成とした。
上記構成に基づき、枠体60は、内側係合部65が筒体5の角部5Cに近接する位置で角連設部60Dを角部5Cに押圧することにより、筒体5の角部5Cが枠体60の角部60Cから離れることが有効に抑えられ、枠体60と筒体5とがロウ材を介して隙間なく接合される。
また、筒体5には、冷却液(流体)が流通するチューブ9が設けられ、チューブ9の内外を流通する冷却液と吸気(流体)とが熱交換する構成とした。
上記構成に基づき、チューブ9の内外を流通する冷却液と吸気とが熱交換する熱交換器1を提供することができる。
また、チューブ9は、複数積層される。筒体5は、チューブ9を積層方向(Z軸方向)に挟持して接合される第1ケース30及び第2ケース40を備える。枠体60は、第1ケース30及び第2ケース40にわたって嵌合する構成とした。
上記構成に基づき、枠体60によって第1ケース30と第2ケース40の間に積層される複数のチューブ9が挟持された組立体10が設けられる。組立体10は、第1ケース30、複数のチューブ9、及び第2ケース40が枠体60によって拘束された状態で一体的に接合される。これにより、組立体10を拘束するバンドまたは治具などの結束具を用いないで接合することが可能となる。
また、チューブ9は、筒体5の内面5Bに沿って吸気の流路方向に延びるチューブ端部9A、9Bと、チューブ端部9A、9Bに開口するスリット21、22(凹部)と、を有する。筒体5は、筒体5の内面5Bから突出してチューブ端部9A、9Bに開口するスリット21、22に差し込まれるリブ31、32(突出部)を有する。
上記構成に基づき、熱交換器1の作動時に、筒体5の内部を流通する吸気は、チューブ伝熱部9Cに沿って流通することにより、チューブ9の内部を流通する冷却液とチューブ伝熱部9Cを介して熱交換する。筒体5の内面5Bに沿って流通する吸気は、チューブ端部9A、9Bのスリット21、22に差し込まれたリブ31、32に当たることにより、チューブ端部9A、9Bからチューブ伝熱部9Cに向かう方向に導かれる。こうして、熱交換器1では、吸気がブ31、32を介してチューブ伝熱部9Cに沿って流通するように導かれることにより、吸気と冷却液との熱交換が促され、熱交換器1における熱交換効率が向上する。
また、筒体5は、リブ31、32が折り曲げられた部位に開口する開口部33A、34Aを有する第1ケース30と、第1ケース30に重合して開口部33A、34Aを塞ぐ第2ケース40と、を備える構成とする。
上記構成に基づき、熱交換器1は、吸気が開口部33A、34Aを通じて外部に流出することが防止される。そして、熱交換器1は、開口部33A、34Aを塞ぐ部位が第2ケース40に一体に形成されることにより、部品数が増えることが回避される。
さらに、筒体5は、リブ31、32が突出する第1ケース30に第2ケース40が重合して接合されることにより、耐圧性が高められる。
また、第1ケース30は、枠体60の角部60Cに対峙して膨出する膨出部36Aを有する。そして、第2ケース40は、膨出部36Aを避けるように開口する切欠部46Aを有する構成とした。
上記構成に基づき、筒体5は、第2ケース40の先端が枠体60の角部60Cから離れるため、第2ケース40の板厚によって筒体5の角部5Cと枠体60の角部60Cとの間に隙間が形成されることが回避される。これにより、第2ケース40は、第1ケース30の開口部33A、34Aを塞ぐように広い範囲で第1ケース30に重合することが可能になる。
なお、筒体5は、第1ケース30及び第2ケース40が互いに重合する構成に限らない。例えば、筒体5は、第1ケース30及び第2ケース40の先端どうしを突き合わせて接合する構成としてもよい。
また、枠体60は、枠部61から突出してダクト6、7(流路部材)に係合する複数の外側係合部67と、を有する。枠部61は、ダクト6、7の開口端部を収容する収容凹部66を有する。内側係合部65と外側係合部67とは、収容凹部66を挟むように枠部61から突出する。
また、筒体5は、吸気を処理する処理手段としてコア2を収容する。コア2は、エンジンに吸入される吸気が筒体5を介してチューブ9の外部を流通し、吸気を冷却する冷却液がチューブ9の内部を流通する構成とした。
上記構成に基づき、流路構造は、エンジンの吸気を冷却する水冷式チャージエアクーラとして用いられる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
本発明の流路構造は、車両に搭載されるチャージエアクーラに好適であるが、これに限らず、車両に搭載される触媒コンバータ、排気マフラなどの流路構造にも適用できる。また、車両以外に使用される流路構造にも適用できる。
1 熱交換器
5 筒体
5A 外面
5B 内面
5C 角部
6 ダクト
9 チューブ
10 組立体
30 第1ケース
40 第2ケース
60 枠体
60C 角部
61 枠部
65 内側係合部

Claims (5)

  1. 流体が流通する流路構造であって、
    流体が内周に流れる筒体と、
    前記筒体に流体を導く流路部材を接続する枠体と、を備え、
    前記枠体は、
    前記筒体の外面に嵌合される環状の枠部と、
    前記筒体の内面に係合して前記筒体の外面が前記枠部に当接した状態に保持する内側係合部と、を有し、
    前記筒体は、互いに重合して筒状に組み立てられる第1ケース及び第2ケースを備え、
    前記枠体は、前記枠部と前記内側係合部との間に前記第1ケース及び前記第2ケースが互いに重合する部位を挟持することを特徴とする流路構造。
  2. 請求項に記載の流路構造であって、
    前記筒体は、前記外面が湾曲する角部を有し、
    前記内側係合部は、前記筒体の前記角部に連設する部位に係合することを特徴とする流路構造。
  3. 請求項1又は2に記載の流路構造であって、
    前記筒体には、流体が流通するチューブが設けられ、
    前記チューブの内外を流通する流体どうしが熱交換することを特徴とする流路構造。
  4. 請求項に記載の流路構造であって、
    前記チューブは、複数積層され、
    前記第1ケース及び前記第2ケースは、前記チューブを積層方向に挟持して接合され、
    前記枠体は、前記第1ケース及び前記第2ケースにわたって嵌合することを特徴とする流路構造。
  5. 請求項3又は4に記載の流路構造であって、
    エンジンに吸入される吸気が前記筒体を介して前記チューブの外部を流通し、吸気を冷却する冷却液が前記チューブの内部を流通することを特徴とする流路構造。
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