JP7218354B2 - Header plateless heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、開口端が厚み方向に膨出した膨出部を有する偏平チューブを、その膨出部で厚み方向に積層してコアが形成され、そのコアの外周をケーシングで被嵌したヘッダプレートレス型熱交換器に関する。 The present invention is a header plate in which a core is formed by stacking flat tubes having a bulging portion whose open end bulges in the thickness direction at the bulging portion, and the outer circumference of the core is covered with a casing. It relates to a less type heat exchanger.
下記特許文献1には、開口端の両端に膨出部を有する偏平チューブを、厚み方向に積層し、コアを構成して、そのコアの外周にケーシングを被嵌したヘッダプレートレス型熱交換器が提案されている。この熱交換器は、偏平チューブの端部を厚み方向に膨出することにより、従来必要としていたヘッダプレートを不要とした、構造の簡単な熱交換器を提供している。
コアの両端部に配置された一方のタンクから他方のタンクに高温ガスが導かれ、その高温ガスと偏平チューブの外周に供給された冷却水との間に熱交換が行われるものである。
この熱交換器において、高温ガスの流入口近傍では、高温ガスによりコアを形成する各偏平チューブに熱応力が生じ、その耐久性に大きな影響を与えることが分かった。
図13は、上記の従来の熱交換器の要部斜視図及びその問題点を示す縦断面図である。この熱交換器は、開口の両端部に膨出部1を有する複数の偏平チューブ2を膨出部1において積層して、コア3を構成し、その端部をOリングプレート4により被蔽し、さらにOリングプレート4の外周にケーシング5を被嵌したものである。
そして、Oリングプレート4とケーシング5との間に形成された環状溝7に同図(C)のごとく、Oリング6を介してタンク本体8の端部開口を嵌入し、ケーシング5の外周に設けたカシメ22によって、タンク本体8をケーシング5に締結固定するものである。図において上方から高温ガスをコア3の各偏平チューブ2に供給する。
High-temperature gas is led from one tank arranged at both ends of the core to the other tank, and heat is exchanged between the high-temperature gas and cooling water supplied to the outer circumference of the flat tube.
In this heat exchanger, it was found that near the hot gas inlet, thermal stress is generated in each flat tube forming the core by the hot gas, which greatly affects the durability.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a main part perspective view of the conventional heat exchanger and its problem. In this heat exchanger, a plurality of
Then, the end opening of the
この様な熱交換器において、永年使用により、コア3の各偏平チューブ2の入口側において、高温ガスの断続によるサーマルサイクルの影響により、偏平チューブ2の開口縁に亀裂19が生じることがあった。
そこで、本発明は、各偏平チューブの高温ガス流入口の近傍において、サーマルサイクルに対する耐久性を向上することを課題とする。In such a heat exchanger, after long-term use,
Accordingly, an object of the present invention is to improve the durability against the thermal cycle in the vicinity of the high-temperature gas inlet of each flat tube.
請求項1に記載の発明は、両端部開口が厚み方向に膨出した膨出部1を有し、対向する一対の短辺部2a及び、それに直交する一対の長辺部2bとで横断面方形に形成された偏平チューブ2と、
前記膨出部1で複数の偏平チューブ2が積層されてなるコア3と、
前記コア3の外周を被嵌する筒状のケーシング5と、
前記ケーシング5と接続されるタンク本体8と、を具備し、
各偏平チューブ2の入口20側の開口から出口21側の開口に第1流体17が流通し、偏平チューブ2の外面側に第2流体18が流通するヘッダプレートレス型熱交換器において、
前記各偏平チューブ2の一対の前記長辺部2bは、前記短辺部2aの端から続く第1高縁部2cと、
その第1高縁部2cより前記出口21側に位置して、前記第1高縁部2cの長さより長く形成された第1低縁部2dと、
第1高縁部2cと第1低縁部2dと結ぶ第1中間部2eと、を具備し、
前記第1中間部2eは、前記第1高縁部2cの端から、前記出口21側に滑らかに凹陥する第1湾曲部2gを通り、その第1湾曲部2gの端で、前記出口21側に一旦凹陥して入口20側に立ち上がり、前記第1低縁部2dの端に滑らかに連続される第2湾曲部2hを通ることを特徴とするヘッダプレートレス型熱交換器である。
請求項2に記載の発明は、両端部開口が厚み方向に膨出した膨出部1を有し、対向する一対の短辺部2aとそれに直交する一対の長辺部2bとで横断面方形に形成された偏平チューブ2と、
前記膨出部1で複数の偏平チューブ2が積層されてなるコア3と、
前記コア3の外周を被嵌する筒状のケーシング5と、
前記ケーシング5と接続されるタンク本体8と、を具備し、
各偏平チューブ2の入口20側の開口から出口21側の開口に第1流体17が流入し、偏平チューブ2の外面側に第2流体18が流通するヘッダプレートレス型熱交換器において、
前記各偏平チューブ2の一対の前記長辺部2bは、前記短辺部2aの端から続く第2高縁部2jと、
その第2高縁部2jより前記出口21側に位置して、前記第2高縁部2jの長さより長く形成された第2低縁部2kと、第2高縁部2jと第2低縁部2kと結ぶ第2中間部2mと、を具備し、
前記第2中間部2mは、前記第2高縁部2jの端から、前記第2低縁部2kより前記出口21側に一旦滑らかに凹陥して入口20側に立ち上がり、その先端が前記第2低縁部2kに接続される第3湾曲部2nを有することを特徴とするヘッダプレートレス型熱交換器である。
請求項3に記載の発明は、前記コア3の端部外周を被嵌する短筒部4aおよびその短筒部4aから横断面L字状に立ち上げ形成されるL字状部4bを有し、そのL字状部4bの端部開口縁4cが環状に形成されたOリングプレート4と、
前記Oリングプレート4を介して、コア3外周を被嵌する矩形筒状のケーシング5と、Oリング6を介して前記ケーシング5とOリングプレート4の間の環状溝7に、フランジ部8aの先端が圧入されるタンク本体8と、を具備することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載のヘッダプレートレス型熱交換器である。According to the first aspect of the invention, openings at both ends have bulging
a
a
and a
In a header plateless heat exchanger in which the
The pair of
a first
A first
The first
According to the second aspect of the present invention, openings at both ends have bulging
a
a
and a
In a header plateless heat exchanger in which the
The pair of
A second
The second
The invention according to
A rectangular
請求項1に記載の発明においては、第1高縁部2cと前記第1低縁部2dとの間に形成された第1湾曲部2gと第2湾曲部2hとの、二つの滑らかな湾曲部の存在により、偏平チューブ2の入口側の端部に生じる熱応力が各部に分散され、また当該湾曲部が弾性変形し熱膨張差を吸収することにより、熱応力が緩和される。その結果、ヒートサイクルに対する耐久性が向上する。
請求項2に記載の発明においては、前記第2高縁部2jと、第3湾曲部2nと、第2低縁部2kとが滑らかな曲線で連続していることにより、偏平チューブ2の入口側の端部に生じる熱応力が各部に分散され、また第3湾曲部2nが弾性変形し熱膨張差を吸収することにより、熱応力が緩和される。その結果、ヒートサイクルに対する耐久性が向上する。In the invention according to
In the invention according to
図1は本発明の熱交換器に用いられるコア3の第1実施形態の要部正面図。
図2は同コア3の要部斜視図。
図3は第1実施形態の偏平チューブ2の分解斜視図。
図4は本発明の第2実施形態のコア3の要部正面図。
図5は同コア3の要部斜視図。
図6は第2実施形態の偏平チューブ2の分解斜視図。
図7は同第2実施形態におけるコア3の要部分解斜視図及びその組み立て図。
図8は同熱交換器の分解斜視図。
図9は同熱交換器の分解斜視図。
図10は第3実施形態のヘッダプレートレス型熱交換器を示す要部正面図。
図11は同熱交換器の要部斜視図。
図12は同熱交換器の内部を示す正面図。
図13は従来型熱交換器における問題点を示す要部斜視図及び要部説明図。FIG. 1 is a front view of essential parts of a first embodiment of a
FIG. 2 is a perspective view of the
FIG. 3 is an exploded perspective view of the
FIG. 4 is a front view of the
FIG. 5 is a perspective view of the
FIG. 6 is an exploded perspective view of the
FIG. 7 is an exploded perspective view of a
FIG. 8 is an exploded perspective view of the same heat exchanger.
FIG. 9 is an exploded perspective view of the same heat exchanger.
FIG. 10 is a front view of a main part showing a header plateless heat exchanger according to a third embodiment;
FIG. 11 is a perspective view of the main part of the same heat exchanger.
FIG. 12 is a front view showing the inside of the heat exchanger.
13A and 13B are a perspective view and an explanatory view of a main part showing a problem in a conventional heat exchanger.
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。
図1及び図2は、本発明の第1実施形態の要部であって、第1流体17である高温ガスの入口20(図9参照)側におけるものである。熱交換器の構造は、図7、図8、図9の構造を適用することができる。また、図3は、その偏平チューブ2の分解斜視図である。
この熱交換器のコア3は、複数の偏平チューブ2をその開口部の両端において、厚み方向に積層したものであり、各偏平チューブ2は、その開口部の両端に膨出部1を有する。この例では、各偏平チューブ2は、対向する一対の短辺部2aとそれに直行する一対の長辺部2bとにより、横断面が方形に形成されている。
そのコア3の両端には、図2、図7に示す如く、Oリングプレート4が被嵌される。そのOリングプレート4は、筒状の短筒部4aとその先端から横断面L字状に形成されたL字状部4bとからなる。そのL字状部4bの先端縁には、環状の端部開口縁4cが形成されている。
Oリングプレート4を介して、コア3の外周には、図2、図8に示す、ケーシング5が被嵌されている。ケーシング5は、筒状に形成されている。そのケーシング5には、第2流体18である冷却水の出入口用のパイプ16が接続される。偏平チューブ2の外面側には第2流体流路24(図7)が形成されており、図8に示す、ケーシング5のパイプ16から、第2流体(冷却水)18が第2流体流路24に供給される。各部品の接触部間は互いにろう付固定されている。
次に、Oリングプレート4の外周に被嵌されたケーシング5とOリングプレート4のL字状部4bとの間に環状溝7(図2)が形成されており、その環状溝7に、図9に示す如く、Oリング6を介して、タンク本体8のフランジ部8aが圧入され、タンク本体8のフランジ部8aの外周がカシメによりケーシング5に締結固定されている。
この例では、ケーシング5の開口縁部にスリット11が形成され、そのスリット11の端縁側が湾曲されてカシメ爪22が形成される(図13参照)。図13のカシメ爪に限らず、ケーシングの開口縁に間欠的に図示しない爪部を突設し、その爪部をタンク本体8側にL字状に折り曲げるカシメ爪を用いてもよい。
偏平チューブ2の内部には、インナーフィンが挿入されることが好ましい。そして、各偏平チューブ2の内面側に第1流体流路25(図7)が形成され、第1流体(高温ガス)17が第1流体流路25に流入し、外面側に第2流体(冷却水)18が流通する。そして、偏平チューブ2の内面側の第1流体(高温ガス)17と、外面側の第2流体(冷却水)18との間に熱交換が行われる。
すなわち、図9において、第2流体18である冷却水が入口側のパイプ16から各偏平チューブ2の外面側に供給され、出口側のパイプ16に導かれる。そして、タンク本体8の入口側の入口20から第1流体17である高温ガスが流入し、出口側のタンク本体8の出口21から、それが流出する。
ここにおいて本発明の特徴は、熱交換器のコアを構成する各偏平チューブ2であって、その第1流体17(図9参照)の入口20側の開口の形状にある。即ち、本発明の偏平チューブ2が従来型の偏平チューブと異なる点は、横断面方形に形成された偏平チューブ2の一対の長辺部2bの両短辺部2a側に、熱応力の分散部が形成されている点である。
偏平チューブ2の開口の具体的構造について説明する。一対の長辺部2bの短辺部2a側の端から続く山形の第1高縁部2cが、角状に突設されている。長辺部2bの第1高縁部2cより出口21(図9)側に位置して、第1高縁部2cより長さが長く形成された第1低縁部2dが形成されている。そして、第1低縁部2dと第1高縁部2cとの間が第1中間部2eにより接続されている。
その第1中間部2eには、第1高縁部2cの端から出口21側に滑らかに凹陥する第1湾曲部2gが形成されている。
そして、第1湾曲部2gと第1低縁部2dとの間に、第2湾曲部2hが形成されている。この第2湾曲部2hは、第1湾曲部2gの端から出口21側に一旦凹陥して入口20側に立ち上がり、第1低縁部2dの端に滑らかに連続している。
図3において、高温ガスの入口20側の長辺部2bの短辺部2a側に第1高縁部2c、第1湾曲部2g、第2湾曲部2hが形成され、それらが第1低縁部2dの両端に連続する。山形に突出する第1高縁部2cの長さは、Oリングプレート4のL字状部4bの幅よりも狭くしておくことが好ましい。
このように、偏平チューブ2の一対の長辺部2bの入口側の端部を形成することにより、従来、長辺部2bの端部に生じる亀裂(図13の亀裂19参照)を防止できることが分かった。
各偏平チューブ2の出口21側では、図3に示すように、膨出部1の開口を直線状に形成することができる。これは第1流体17である高温ガスがこの出口21側では、第2流体18である冷却水により、冷却されて比較的低温となるため、熱応力が入口20側ほど生じないからである。
次に、図4及び図5は、本発明の熱交換器の第2実施形態の要部正面図及び斜視図であり、図6は偏平チューブ2の分解斜視図である。この例が前記図1及び図2の実施形態と異なる点は、偏平チューブ2の入口20側における長辺部2bの長手方向の両端部の形状である。
この例では、一対の長辺部2bの短辺部2a側の縁から続く第2高縁部2jが形成されている。その第2高縁部2jより高温ガスの出口21側に位置するように、第2低縁部2kが第2高縁部2jの長さより長く形成されている。そして、第2高縁部2jと第2低縁部2kは、第2中間部2mにより滑らかに連続している。
その第2中間部2mは、第2高縁部2jの端から、第2低縁部2kより出口21側に一旦滑らかに凹陥して入口20側に立ち上がり、その先端が第2低縁部2kに接続される第3湾曲部2nを有している。
このように形成することにより、前記第1実施形態と同様、各部における熱応力の分散を均等に行い、熱応力により生じる偏平チューブ2の長辺部2bの端部の亀裂を効果的に防止することができる。
第1実施形態及び第2実施形態は、タンク本体8とケーシング5を、Oリング6を介してカシメ固定している構造である。
図10~図12は、本発明の熱交換器の第3実施形態を示すものである。
この第3実施形態のように、タンク本体8にケーシング5をろう付固定、又は溶接固定することができる。この例では、第2実施形態の偏平チューブ2を用いているが、第1実施形態の偏平チューブ2を用いることもできる。
この場合、好ましくは、図10~図11に示す如く、偏平チューブ2の第2高縁部2jに当接するビード5aをケーシング5の短辺部2a側の側壁に設けておくと良い。図12に示す如く、タンク本体8の端部もこのビード5aに当接する。この状態で、ろう付又は溶接を行う。Next, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
1 and 2 show the main part of the first embodiment of the present invention on the inlet 20 (see FIG. 9) side of the high-temperature gas, which is the
The
Both ends of the
A
Next, an annular groove 7 (FIG. 2) is formed between the
In this example, a
An inner fin is preferably inserted inside the
That is, in FIG. 9, the cooling water, which is the
Here, the feature of the present invention lies in the shape of the opening of each
A specific structure of the opening of the
The first
A second
In FIG. 3, a first
By forming the inlet-side ends of the pair of
On the
Next, FIGS. 4 and 5 are a front view and a perspective view of essential parts of a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an exploded perspective view of a
In this example, a second
The second
By forming in this way, like the first embodiment, thermal stress is evenly dispersed in each part, and cracks at the ends of the
1st Embodiment and 2nd Embodiment are the structures which crimp-fix the tank
10-12 show a third embodiment of the heat exchanger of the present invention.
As in the third embodiment, the
In this case, preferably, as shown in FIGS. 10 and 11, a
本発明は、チャージエアクーラ、排気ガス再循環装置(EGRクーラ)等、各種高温ガスが内部を流通する熱交換器に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for heat exchangers in which various high-temperature gases flow, such as charge air coolers and exhaust gas recirculation devices (EGR coolers).
1 膨出部
2 偏平チューブ
2a 短辺部
2b 長辺部
2c 第1高縁部
2d 第1低縁部
2e 第1中間部
2g 第1湾曲部
2h 第2湾曲部
2j 第2高縁部
2k 第2低縁部
2m 第2中間部
2n 第3湾曲部
3 コア
4 Oリングプレート
4a 短筒部
4b L字状部
4c 端部開口縁
5 ケーシング
5a ビード
6 Oリング
7 環状溝
8 タンク本体
8a フランジ部
11 スリット
16 パイプ
17 第1流体(高温ガス)
18 第2流体(冷却水)
19 亀裂
20 入口
21 出口
22 カシメ爪
24 第2流体流路
25 第1流体流路1 Bulging
18 second fluid (cooling water)
19
Claims (3)
前記膨出部(1)で複数の偏平チューブ(2)が積層されてなるコア(3)と、
前記コア(3)の外周を被嵌する筒状のケーシング(5)と、
前記ケーシング(5)と接続されるタンク本体(8)と、を具備し、
各偏平チューブ(2)の入口(20)側の開口から出口(21)側の開口に第1流体(17)が流通し、偏平チューブ(2)の外面側に第2流体(18)が流通するヘッダプレートレス型熱交換器において、
前記各偏平チューブ(2)の一対の前記長辺部(2b)は、前記短辺部(2a)の端から続く第1高縁部(2c)と、
その第1高縁部(2c)より前記出口(21)側に位置して、前記第1高縁部(2c)の長さより長く形成された第1低縁部(2d)と、
第1高縁部(2c)と第1低縁部(2d)と結ぶ第1中間部(2e)と、を具備し、
前記第1中間部(2e)は、前記第1高縁部(2c)の端から、前記出口(21)側に滑らかに凹陥する第1湾曲部(2g)を通り、その第1湾曲部(2g)の端で、前記出口(21)側に一旦凹陥して入口(20)側に立ち上がり、前記第1低縁部(2d)の端に滑らかに連続される第2湾曲部(2h)を通ることを特徴とするヘッダプレートレス型熱交換器。Both end openings have bulging portions (1) that bulge in the thickness direction, and are formed into a rectangular cross section by a pair of opposing short side portions (2a) and a pair of long side portions (2b) perpendicular thereto. a flattened tube (2);
a core (3) formed by stacking a plurality of flat tubes (2) at the bulging portion (1);
a tubular casing (5) for fitting the outer periphery of the core (3);
A tank body (8) connected to the casing (5),
A first fluid (17) flows from an opening on the inlet (20) side of each flat tube (2) to an opening on the outlet (21) side, and a second fluid (18) flows on the outer surface side of the flat tube (2). In a header plateless heat exchanger that
The pair of long sides (2b) of each flat tube (2) includes a first high edge (2c) continuing from the end of the short side (2a);
a first low edge (2d) positioned closer to the outlet (21) than the first high edge (2c) and formed longer than the length of the first high edge (2c);
a first middle portion (2e) connecting the first high edge (2c) and the first low edge (2d);
The first intermediate portion (2e) passes through a first curved portion (2g) smoothly recessed toward the outlet (21) from the end of the first high edge portion (2c), At the end of 2g), a second curved portion (2h) is once recessed toward the outlet (21) side, rises toward the inlet (20) side, and smoothly continues to the end of the first lower edge portion (2d). A header plateless heat exchanger characterized by passing through.
前記膨出部(1)で複数の偏平チューブ(2)が積層されてなるコア(3)と、
前記コア(3)の外周を被嵌する筒状のケーシング(5)と、
前記ケーシング(5)と接続されるタンク本体(8)と、を具備し、
各偏平チューブ(2)の入口(20)側の開口から出口(21)側の開口に第1流体(17)が流入し、偏平チューブ(2)の外面側に第2流体(18)が流通するヘッダプレートレス型熱交換器において、
前記各偏平チューブ(2)の一対の前記長辺部(2b)は、前記短辺部(2a)の端から続く第2高縁部(2j)と、
その第2高縁部(2j)より前記出口(21)側に位置して、前記第2高縁部(2j)の長さより長く形成された第2低縁部(2k)と、第2高縁部(2j)と第2低縁部(2k)と結ぶ第2中間部(2m)と、を具備し、
前記第2中間部(2m)は、前記第2高縁部(2j)の端から、前記第2低縁部(2k)より前記出口(21)側に一旦滑らかに凹陥して入口(20)側に立ち上がり、その先端が前記第2低縁部(2k)に接続される第3湾曲部(2n)を有することを特徴とするヘッダプレートレス型熱交換器。Both end openings have bulging portions (1) that bulge in the thickness direction, and are formed in a rectangular cross section by a pair of opposing short side portions (2a) and a pair of long side portions (2b) perpendicular thereto. a flattened tube (2);
a core (3) formed by stacking a plurality of flat tubes (2) at the bulging portion (1);
a tubular casing (5) for fitting the outer periphery of the core (3);
A tank body (8) connected to the casing (5),
A first fluid (17) flows from an opening on the inlet (20) side of each flat tube (2) to an opening on the outlet (21) side, and a second fluid (18) flows on the outer surface side of the flat tube (2). In a header plateless heat exchanger that
The pair of long sides (2b) of each flattened tube (2) has a second high edge (2j) continuing from the end of the short side (2a);
a second low edge (2k) positioned closer to the outlet (21) than the second high edge (2j) and formed longer than the length of the second high edge (2j); a second intermediate portion (2m) connecting the edge (2j) and the second lower edge (2k);
The second intermediate portion (2m) is once smoothly recessed from the end of the second high edge (2j) to the outlet (21) side of the second low edge (2k) to open the entrance (20). A header-plateless heat exchanger, characterized in that it has a third curved portion (2n) which rises to the side and whose tip is connected to the second lower edge (2k).
前記Oリングプレート(4)を介して、コア(3)外周を被嵌する矩形筒状のケーシング(5)と、Oリング(6)を介して前記ケーシング(5)とOリングプレート(4)の間の環状溝(7)に、フランジ部(8a)の先端が圧入されるタンク本体(8)と、を具備することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載のヘッダプレートレス型熱交換器。It has a short cylindrical portion (4a) for fitting the outer circumference of the end portion of the core (3) and an L-shaped portion (4b) formed upright from the short cylindrical portion (4a) to form an L-shaped cross section, an O-ring plate (4) having an annular end opening edge (4c) of the L-shaped portion (4b);
A rectangular cylindrical casing (5) for fitting the outer periphery of the core (3) through the O-ring plate (4), and the casing (5) and the O-ring plate (4) through the O-ring (6). 3. The header according to claim 1 or 2, further comprising a tank body (8) into which the tip of the flange portion (8a) is press-fitted into the annular groove (7) between Plateless heat exchanger.
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