JP6889651B2 - ヘッダープレートレス型熱交換器の冷却水入口構造 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＧＲクーラ等の熱交換器に最適な冷却水の入口構造に関する。

下記特許文献１に記載のＥＧＲクーラ用熱交換器の冷却水入口構造は、熱交換器内における冷却水の流れを均一化するため、冷却水の入口を複数に分散して配置したものである。即ち、熱交換器のシェル内に冷却水を導入する冷却水入口を２ヶ所以上設け、シェル内から冷却水を排出する冷却水出口を１ヶ所に設けるように構成したものである。
次に、特許文献２に記載の多管式熱交換器は、シェル内に導入される冷却水流にチューブシート内面或いは排気ガス入口側方向に対向する指向性をより高めて、排気ガス入口側での冷却水の沸騰防止作用を高めるものである。そのために、先端が排気ガス入口側のチューブシート内面或いは排気ガス流入口側端部を指向したガイド部材を設けたものである。

特開２００８−２３１９２９号公報 特開２０１４−１９４２９６号公報

引用文献１に記載のＥＧＲクーラ用熱交換器の冷却水入口構造は、シェル内に冷却水を導入する冷却水の入口を２ヶ所以上設けるという構造のため、その入口構造が複雑になる欠点がある。
また、引用文献２に記載の多管式熱交換器は、ガイド部材が複雑でその製作及び取付けが面倒である欠点がある。
そこで、本発明は構成が簡単で、耐沸騰性を向上できるヘッダープレートレス型熱交換器の冷却水入口構造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、それぞれ内面側に第１流体１が流通し、外面側に第２流体２が流通する複数の偏平チューブ３を具備し、各偏平チューブ３は第１流体１の流通方向の両端部に厚み方向に膨出する膨出部４を有して、各偏平チューブ３が各膨出部４で前記厚み方向に積層されてコア５を構成し、
前記コア５の外周にケーシング６が被嵌され、そのケーシング６内に第２流体２を供給して、前記第２流体２を前記各偏平チューブ３の外面側に分配するヘッダープレートレス型熱交換器であって、
コア５を構成する前記各偏平チューブ３の側面Ｓに対向すると共に、前記膨出部４に近接した位置で、各偏平チューブ３の積層方向に平行なマニホールド７が設けられており、そのマニホールド７の端部に第２流体２の流入口８が開口されており、
そのマニホールド７に前記積層方向に細長いバッフルプレート９が配置されており、
そのバッフルプレート９の平面Ｌと前記各偏平チューブ３の側面Ｓとの間隔Ｍが、前記流入口８側である上流側からそれと反対の下流側に遠ざかる程狭くなると共に、
前記側面Ｓに対向する前記バッフルプレート９の平面Ｌには、前記上流側から下流側に斜めに傾斜する段付きの傾斜面１０が形成され、且つその下り傾斜面１０の向きは前記積層方向の下段方向に形成されており、
前記第２流体２が、前記傾斜面１０に案内されて、各偏平チューブ３の外面側に、可及的に均等に分配されることを特徴とするヘッダープレートレス型熱交換器の冷却水入口構造である。

請求項２に記載の本発明は、第１流体１が排ガスであり、第２流体２が冷却水である請求項１に記載のヘッダープレートレス型熱交換器の冷却水入口構造である。

本発明のヘッダープレートレス型熱交換器の冷却水入口構造は、マニホールド７にバッフルプレート９が配置され、
そのバッフルプレート９の平面Ｌと各偏平チューブ３の側面Ｓとの間隔Ｍが、上流側にから下流側になる程狭くなると共に、上流側から下流側に斜めに傾斜する段付きの傾斜面１０が形成されている。

そして、第２流体２が、前記傾斜面１０に案内されて、各偏平チューブ３の外面側に、可及的に均等に分配されることを特徴とする。
そのため、全体として第２流体２が、略均等に各偏平チューブ３の各部に円滑に流通し、熱交換が促進され、性能のよい熱交換器となる。即ち、第２流体は、バッフルプレート９の平面Ｌと前記各偏平チューブ３の前記側面Ｓとの間隔Ｍが、上流側にから下流側になる程狭くなることにより、入口から流入する流体の流速方向の下段側の流量が大きくなる影響を少なくし、傾斜面１０の存在により、さらに積層方向下段側の流体の配分を調整することができる。

本発明のヘッダープレートレス型熱交換器の冷却水入口構造の分解斜視図。 同構造に用いるバッフルプレート９の斜視図であって、（Ａ）はその内面側斜視図、（Ｂ）は外面側斜視図。 同構造の縦断面図。 図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図。 図３の要部側面図。 図５におけるＡ，Ｂ，Ｃの各位置における偏平チューブ３の外面側における第１流体である冷却水の流通状態を示す説明図。 図６（Ｂ）のＶＩＩ部拡大図。 本発明の冷却水入口構造に用いるバッフルプレート９に対比される比較例バッフルプレート１１の斜視図であって、（Ａ）はその内面側、（Ｂ）は外面側。 同比較例バッフルプレート１１を用いた熱交換器の要部正面図。 図９におけるＡ，Ｂ，Ｃの各位置における偏平チューブ３の外面側における冷却水の流通状態を示す説明図。

次に、図面に基づき本発明の実施の形態につき説明する。
図１〜図７は本発明の実施の形態を示す冷却水入口構造であり、図８〜図１０はそれと比較した冷却水入口構造である。

この冷却水入口構造の対象となるヘッダープレートレス型熱交換器は、図１に示す如く、複数の偏平チューブ３を厚み方向に積層してコア５を構成したものである。
各偏平チューブ３の内面側には第１流体１として高温の排気ガスが流通し、外面側には第２流体２として冷却水が流通する。そしてコア５の外周にケーシング６が被嵌され、ケーシング６内のコア側に第２流体２を供給して、それを各偏平チューブ３の外面側に配分するものである。
各偏平チューブ３は、溝型に形成された一対のプレートの各溝底を対向して嵌着したものである。各偏平チューブ３の第１流体１の流通方向の両端部には厚み方向に夫々膨出部４が形成され、その膨出部４において各偏平チューブ３が積層される。

ここにおいて本発明の特徴とするところは、主として第２流体２が流通し、それを均等に分配するバッフルプレート９の形状にある。そのバッフルプレート９は、ケーシング６のマニホールド７に収納される。このケーシング６は、全体として箱状に形成されたケーシング本体６ａと、その上端を閉塞する端蓋６ｂとからなる。そして、ケーシング本体６ａ両端部には横断面が円弧状に形成された半筒状のマニホールド７が外面側に膨出している。

次に、このマニホールド７に収納されるバッフルプレート９は、細長い垂直壁部とその下端にＬ字状に延長する底部とを有する。垂直壁部には、傾斜する階段状の傾斜面１０を介して、略三角状の第１垂直面１０ａと第２垂直面１０ｂとが互いに平行に配置されている。第１垂直面１０ａは、底部１０ｃに対して垂直且つ三角形に立ち上げられている。そして、その第１垂直面１０ａの先端に傾斜面１０が配置され、その傾斜面１０の縁部に三角形の第２垂直面１０ｂが延在する。また、図４に示す如く、第２垂直面１０ｂは、第１垂直面１０ａよりも外側に配置されている。図４に示す如く、第１垂直面１０ａと第２垂直面１０ｂとをつなぐ傾斜面１０は段に形成されており、その段の縦断面は滑らかに湾曲している（左右反転させたＪの字状に近い形状に形成されている）。そして、この傾斜面１０の下端側がコア５の偏平チューブ３の膨出部４に近接して配置されている。

ケーシング６の端蓋６ｂには、一対の入口パイプ１７，出口パイプ１８がコア５の長手方向に離間して配置されている。これら各部品は一体にろう付される。そして、入口パイプ１７から第２流体２（冷却水）が流入し、それがバッフルプレート９を介して各偏平チューブ３の外面側に分配され、それが出口パイプ１８を介して外部に流出する。
また、ケーシング６の長手方向両端にはフランジ１６を介して、図３において第１流体１（排ガス）が右側から左側に流通する。そして、第２流体２と第１流体１との間に熱交換が行われるものである。

マニホールド７の縦断面は図４に示す如く形成され、そこに前述のバッフルプレート９が収納されている。バッフルプレート９の内面側とコア５の各偏平チューブ３の側面との距離である間隔Ｍは、ケーシング６の上端から下端に向けて次第に下方ほど間隔Ｍが狭まっている。そして、バッフルプレート９の傾斜面１０は、図２（Ａ）に示す如く、第１垂直面１０ａの縁部と第２垂直面１０ｂの縁部とを、傾斜する階段状の傾斜面１０によって連結している。

（作用）
図３及び図４において、入口パイプ１７から流入した第２流体２は、ケーシング６のマニホールド７においてバッフルプレート９の内面側に導かれ、バッフルプレート９の傾斜面１０によって、その傾斜面１０の傾斜に沿って案内され、各偏平チューブ３の外面に形成されて隙間に供給される。
このとき、第２流体２はその流入方向に運動エネルギーを有するため、バッフルプレート９がない場合にはコア５の下方の偏平チューブ３程、流量が大きくなる。ところが、本発明ではバッフルプレート９の存在により、その各平面１０ａ，１０ｂおよび傾斜面１０に案内されて第２流体２が各部に可及的に均等に導かれる。それを図示したのが図６である。

この図６は、図５においてＡ，Ｂ，Ｃの位置における流速の大きい部分Ｗの状態を示したものである。即ち、流速の大きい部分Ｗを可及的に均等にしたものである。なお、流速の大きい部分は、結果的に他の部分より温度が高くなる。
この流速を可及的に均等にするとは、相対的なもので、マニホールド７に図８における比較例バッフルプレート１１を挿入した場合に比べての比較である。
図８における比較例バッフルプレート１１は、底面１２ａにＬ字状に第１垂直面１２ｂが延在し、その第１垂直面１２ｂの端部に段付き部１２を介して第２垂直面１２ｃが配置されたものである。そして、図９において、第２流体２がマニホールドに流入したとき、第２流体２にはその流入方向に向かって運動エネルギーが存在するので、コア５の下段程、偏平チューブ３の外面への第２流体２の流入量が多くなりがちである。

図８の例では、その中間に段付き部１２を設けることにより、流量が多くなりがちな下段の流量を調整している。
しかしながら、図１０に示す如く、図１０の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）における流速の大きい部分Ｗの範囲は、各偏平チューブ３において、不均一に形成されている。これに対し、本発明では図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す如く、可及的に流速の大きい部分Ｗが均等に存在する。
これは、バッフルプレート９の形状の違いに基づく。特に、本発明では図２に示すように、傾斜面１０が斜めに形成されていることにより、コア５の各段における偏平チューブ３の外面側の第２流体２の流量が均等になる。

本発明は、主としてＥＧＲクーラに適用される。

１ 第１流体
２ 第２流体
３ 偏平チューブ
４ 膨出部
５ コア
６ ケーシング
６ａ ケーシング本体
６ｂ 端蓋
７ マニホールド
８ 流入口
９ バッフルプレート
１０ 傾斜面
１０ａ 第１垂直面
１０ｂ 第２垂直面
１０ｃ 底部

１１ 比較例バッフルプレート
１２ 段付き部
１２ａ 底面
１２ｂ 第１垂直面
１２ｃ 第２垂直面
１３ ディンプル
１４ａ 入口側マニホールド
１４ｂ 出口側マニホールド
１６ フランジ
１７ 入口パイプ
１８ 出口パイプ
Ｓ 側面
Ｍ 間隔
Ｌ 平面
Ｗ 流速の大きい部分

Claims (2)

1. それぞれ内面側に第１流体（１）が流通し、外面側に第２流体（２）が流通する複数の偏平チューブ（３）を具備し、各偏平チューブ（３）は第１流体（１）の流通方向の両端部に厚み方向に膨出する膨出部（４）を有して、各偏平チューブ（３）が各膨出部（４）で前記厚み方向に積層されてコア（５）を構成し、
   前記コア（５）の外周にケーシング（６）が被嵌され、そのケーシング（６）内に第２流体（２）を供給して、前記第２流体（２）を前記各偏平チューブ（３）の外面側に分配するヘッダープレートレス型熱交換器であって、
   コア（５）を構成する前記各偏平チューブ（３）の側面（Ｓ）に対向すると共に、前記膨出部（４）に近接した位置で、各偏平チューブ（３）の積層方向に平行なマニホールド（７）が設けられており、そのマニホールド（７）の端部に第２流体（２）の流入口（８）が開口されており、
   そのマニホールド（７）に前記積層方向に細長いバッフルプレート（９）が配置されており、
   そのバッフルプレート（９）の平面（Ｌ）と前記各偏平チューブ（３）の側面（Ｓ）との間隔（Ｍ）が、前記流入口（８）側である上流側からそれと反対の下流側に遠ざかる程狭くなると共に、
   前記側面（Ｓ）に対向する前記バッフルプレート（９）の平面（Ｌ）には、前記上流側から下流側に斜めに傾斜する段付きの傾斜面（１０）が形成され、且つその下り傾斜面（１０）の向きは前記積層方向の下段方向に形成されており、
   前記第２流体（２）が、前記傾斜面（１０）に案内されて、各偏平チューブ（３）の外面側に、可及的に均等に分配されることを特徴とするヘッダープレートレス型熱交換器の冷却水入口構造。
2. 第１流体（１）が排ガスであり、第２流体（２）が冷却水である請求項１に記載のヘッダープレートレス型熱交換器の冷却水入口構造。

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