JP7244438B2 - 積層型熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、主としてオイルクーラとして最適な積層型熱交換器に関する。

下記特許文献１に記載されたオイルクーラは、平面が方形で同一形状の多数の皿状プレートを積層し、各プレートの一枚おきにオイル流路と冷却水流路とを形成したものである。
また、下記特許文献２に記載のオイルクーラは、外周が円形に形成された同一形状のプレートを積層し、前記特許文献１同様にオイル流路と冷却水流路を交互に形成したものである。
これらのオイルクーラは、中心に対して１８０°離れた位置にオイルの連通孔と冷却水の連通孔とが夫々配置されている。
そして、冷却水は、その出口側の連通孔７において、図１３に示す如く、その中心部を主流３ａが流通し、その主流３ａに直交するように側流３ｂが合流する。

特開２００８－０４５４７７号公報 特開平０８－３２７２７５号公報

従来の積層型熱交換器は、流体が出口側の連通孔で、中心部を流通する主流に対して、側流が直交するように合流する。そのため、流路の抵抗が大きくなる。さらには、積層方向に異なる各流路において、流体の流れにバラツキが生じ、それに基づいて各段における熱交換性能が異なる欠点があった。
そこで、本発明は積層型熱交換器の各プレートにおける流体の流れを円滑に行うことにより、可能な限り積層方向の各段における流体の流れのバラツキを解消することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、外周が同一形状で、それぞれ積層方向に整合する少なくとも４つの孔を平面に有する第１プレート１と第２プレート２とが交互に配置されて、積層方向の一枚おきに第１流体３が流通する第１流路４と、第２流体５が流通する第２流路６とが交互に形成され、
第１流路４の両端は第１連通孔７に開口され、第２流路６の両端は第２連通孔８に開口され、
第１連通孔７は、第２流路６の両端に配置されて、対向する一対ずつの孔の孔縁どうしが接合されてなり、
第２連通孔８は、第１流路４の両端に配置されて、対向する一対ずつの孔の孔縁どうしが接合されてなる積層型熱交換器において、
第１流路４または第２流路６の出口側の連通孔では、その中心部を積層方向に主流３ａが流通し、その周縁部では、主流３ａに対して側流３ｂが合流し、
第１プレート１と第２プレート２のいずれか一方の孔縁部に、出口の下流側に向けて流体を案内するバーリング部９が突設され、そのバーリング部９により前記主流３ａに対して斜めに側流３ｂが導かれて、その側流３ｂが主流３ａに斜めに合流するように案内されており、
一方のプレートに形成されたバーリング部９は、他方のプレートの孔縁部に接触していない積層型熱交換器である。

請求項２に記載の発明は、入口側の連通孔７、８においても、前記バーリング部９が形成されたものである。

請求項３に記載の本発明は、第１流体３が冷却水であり、第２流体５がオイルである請求項１に記載の積層型熱交換器である。

請求項４に記載の本発明は、各プレート１、２のバーリング部９の高さが、下流側出口ほど高く形成された請求項１～請求項３のいずれかに記載の積層型熱交換器である。

請求項５に記載の本発明は、各プレート１、２の外周が方形または円形に形成された請求項１～請求項４に記載の積層型熱交換器である。

本発明の熱交換器は、流体の出口側の連通孔の孔縁部では、第１プレート１と第２プレート２のいずれか一方の孔縁部に、出口の下流側に向けて流体を案内するバーリング部９が突設されて、その連通孔の中心部を通過する主流３ａに対して斜めに主流方向に向かう側流３ｂが出口側に導かれて、その側流３ｂが主流３ａに合流するように案内されており、一方のプレートに形成されたバーリング部９は、他方のプレートの孔縁部に接触していないことを特徴とする。
そのため、連通孔に流入する流体が、主流に対して直交して流入する場合に比べて、円滑に下流方向に案内されて、合流部で渦が生じることがなく、流体抵抗を減じて、各段における流体の流量を均一化することが可能となり、熱交換性能を向上できる。

請求項２に記載の発明によれば、流体が流入する入口側の連通孔においても、前記バーリング部９が形成されたので、入口側でも流体の流入抵抗を減じて、各流路に流体を円滑に分配することができる。

請求項３に記載の発明は、第１流体３が冷却水であり、第２流体５がオイルであり、そ
の冷却水の流通を円滑にすることができる。

請求項４に記載の発明は、各プレート１，２のバーリング部９の高さを、下流側出口ほど高くしたので、流量が増大する下流側の流れをより円滑に行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、各プレート１，２の外周が方形であっても、円形に形成されたものであっても適用でき、汎用性の高い熱交換器となる。

図１は本発明の熱交換器の要部説明図。
図２は同熱交換器の分解斜視図。
図３は同平面図。
図４は同縦断面図であって、図３のＩＶ－ＩＶ矢視断面図。
図５は同縦断面図であって、図３のＶ－Ｖ矢視断面図。
図６は本発明の熱交換器の第２実施例の要部縦断面図。
図７は本発明の熱交換器の他の実施例の要部縦断面図。
図８は本発明の熱交換器のさらに他の実施例の要部縦断面図。
図９は本発明の熱交換器のさらに他の実施例の斜視図。
図１０は本発明の熱交換器のさらに他の実施例の斜視図。
図１１は本発明の熱交換器のさらに他の実施例の斜視図。
図１２は本発明の熱交換器のさらに他の実施例の斜視図。
図１３は従来型熱交換器の要部説明図。

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～図５は本発明の第１実施例の熱交換器であって、オイルクーラとして適用したものである。そして、図１はその作用を示す要部縦断面図、図２はその熱交換器の分解斜視図、図３は同平面図、図４は図３のＩＶ－ＩＶ矢視断面図、図５は図３のＶ－Ｖ矢視断面図である。
この積層型熱交換器は、オイルクーラであり、図２～図５に示す如く、夫々積層方向に整合する４つの孔を四隅に形成した第１プレート１と第２プレート２とが交互に配置され、その積層方向の１枚おきに第１流体３が流通する第１流路４と、第２流体５が流通する第２流路６とが交互に形成されている。
両プレート１，２は、外周が方形に形成された同一のものを一枚おきに、周方向に９０°回転して積層したものであり、その対角位置に環状凸部１６が積層方向に突出している。そして、第１流路４を構成する平面にはディンプル１５が形成され、第２流路６を構成する平面にはインナーフィン１３が配置されている。第１流路４の両端は、図４に示す如く第１連通孔７に開口され、第２流路６の両端は図５に示す如く第２連通孔８に開口されている。
また、積層方向の上端には上端板１２が配置され、下端には図４に示す如く、ベースプレート１４が配置されている。そして、第１連通孔７は図４から明らかなように第２流路６の両端に配置されて、対向する一対ずつの孔の孔縁どうしが接合されてなる。
また、第２連通孔８は図５に示す如く、第１流路４の両端に配置されて対向する一対ずつの孔の孔縁どうしが接合されてなる。
〔本発明の特徴〕
本発明の特徴は、図１、図２において、第１流路４の入口側および出口側の第１連通孔７の孔縁部にバーリング部９を、入口パイプ１１および出口パイプ１０方向に立ち上げ形成した点である。
この出口側の第１連通孔７においては、その中心部に主流３ａがプレートの積層方向の出口パイプ１０側に流通し、第１連通孔７の孔縁部では側流３ｂが斜めに第１連通孔７に流入する。この側流３ｂは各第１流路４内を流通し、一方の第１連通孔７から他方の第１連通孔７に導かれ、そのバーリング部９によって流れの方向を主流３ａに対して斜め方向に導く。そして、その主流３ａと側流３ｂとが合流し出口パイプ１０から流出する。
さらに、この入口側の第１連通孔７においても、図４に示す如く、その中心部に主流３ａがプレートの積層方向に流通し、第１連通孔７の孔縁部では側流３ｂが斜めに第１通路４に円滑に流入する。
なお、この例では第１流路４を流通する第１流体３が冷却水であり、第２流路６を流通する第２流体５がオイルである。
図１３における、従来の作用との比較では、従来は第１連通孔７にバーリング部が存在しないため、第１流路４を流通する第１流体３は出口側の第１連通孔７において主流３ａに直行して進入する。
本発明では第１流体３をバーリング部９により斜め方向に導き、それを主流３ａに円滑に合流させることができる。

次に、図６は本発明の第２実施例であり、この例ではバーリング部９が、第２プレート２側の孔縁部に立ち上げられている。前記第１実施例では、バーリング部９が第１プレート１側の孔縁部に立ち上げられていた。
従って、バーリング部９は第１プレート１と第２プレート２の何れの孔縁部でもよい。何れの場合にも、出口パイプ１０側に向けて立上げられている。

次に、図７は本発明の第３実施例であり、この例が前記実施例と異なる点は、バーリング部９の高さが積層方向の上段ほど高く形成されている点である。
即ち、バーリング部９の高さが最上段は一番高く、最下段に行くほどその高さが低く形成されている。実験によれば、このように各部のバーリングを形成すると、各段における流量を可及的に均一にできる。

次に、図８は本発明のさらに他の実施例であり、これが図１の実施例と異なる点は、バーリング部９を孔縁部の半円にのみ形成したものである。このように、孔縁部の冷却水流出部において、バーリング部９を孔縁の半分に形成しても側流のガイド効果が期待できる。

次に、図９は本発明の熱交換器のさらに他の実施例を示す要部斜視図であり、この例が前記図８と異なる点は、バーリング部９の孔縁部に設けた欠切部がプレートのコーナー部に向けられると共に、その欠切部が斜めに形成されている点である。

次に、図１０は本発明の熱交換器のさらに他の実施例を示す要部斜視図であり、この例はバーリング部９が間欠的に形成されている。それにより、バーリング部９による流量の調整が可能となる。

さらには、図１１に示す如く、バーリング部９を鋸刃状に形成してもよい。

さらには、図１２に示す如く、バーリング部９の孔縁部を外側にバーリング加工し、それによって流量調整を行うことも可能である。。
なお、上記実施例は、図４に示す如く、冷却水の入口パイプ１１及び出口パイプ１０が共に上方に突出しているが、本発明は、この例に限定されるものでは勿論なく、出口パイプ１０がベースプレート１４を貫通して下方に導かれたものにも適用できる。

上記実施例は、第１流体３の流通の改善を行うため、その第１連通孔７にバーリング部９を設けたものである。この第１流体３に変えて第２流体５においても同様にバーリング部９を各第２連通孔８に形成しても良い。
それにより、第２流体５（オイル）においても第２連通孔８における流体の流通を促進することができ、結果として各プレートの各段における流量を均一化し、熱交換性能を向上させることができる。それと共に、各流路の圧力損失の低減を図ることができる。

本発明は、熱交換器としてオイルクーラ，ラジエータ，ＥＧＲクーラその他に利用できる。

１ 第１プレート
２ 第２プレート
３ 第１流体
３ａ 主流
３ｂ 側流
４ 第１流路
５ 第２流体
６ 第２流路
７ 第１連通孔
８ 第２連通孔
９ バーリング部
１０ 出口パイプ
１１ 入口パイプ
１２ 上端板
１３ インナーフィン
１４ ベースプレート
１５ ディンプル
１６ 環状凸部
１７ 凸部
１８ 入口
１９ 出口

Claims (5)

1. 外周が同一形状で、それぞれ積層方向に整合する少なくとも４つの孔を平面に有する第１プレート（１）と第２プレート（２）とが交互に配置されて、積層方向の一枚おきに第１流体（３）が流通する第１流路（４）と、第２流体（５）が流通する第２流路（６）とが交互に形成され、
   第１流路（４）の両端は第１連通孔（７）に開口され、第２流路（６）の両端は第２連通孔（８）に開口され、
   第１連通孔（７）は、第２流路（６）の両端に配置されて、対向する一対ずつの孔の孔縁どうしが接合されてなり、
   第２連通孔（８）は、第１流路（４）の両端に配置されて、対向する一対ずつの孔の孔縁どうしが接合されてなる積層型熱交換器において、
   第１流路（４）または第２流路（６）の出口側の連通孔では、その中心部を積層方向に主流（３ａ）が流通し、その周縁部では、主流（３ａ）に対して側流（３ｂ）が合流し、
   第１プレート（１）と第２プレート（２）のいずれか一方の孔縁部に、出口の下流側に向けて流体を案内するバーリング部（９）が突設され、そのバーリング部（９）により前記主流（３ａ）に対して斜めに側流（３ｂ）が導かれて、その側流（３ｂ）が主流（３ａ）に斜めに合流するように案内されており、
   一方のプレートに形成されたバーリング部（９）は、他方のプレートの孔縁部に接触していない積層型熱交換器。
2. 前記入口側の連通孔（７）（８）においても、前記バーリング部（９）が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器。
3. 第１流体（３）が冷却水であり、第２流体（５）がオイルである請求項１に記載の積層型熱交換器。
4. 各プレート（１）（２）のバーリング部（９）の高さが、下流側出口ほど高く形成された請求項１～請求項３のいずれかに記載の積層型熱交換器。
5. 各プレート（１）（２）の外周が方形または円形に形成された請求項１～請求項４に記載の積層型熱交換器。

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