JP7411337B2

JP7411337B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP7411337B2
Application number: JP2019080860A
Authority: JP
Inventors: ペドロ・バラタ
Original assignee: Joao de Deus e Filhos SA
Current assignee: Joao de Deus e Filhos SA
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2039-04-22
Also published as: EP3567331A1; US20190346218A1; US10989487B2; JP2019207097A; EP3567331B1; CN110470156A

Description

本発明は、概して熱交換器、特に自動車用途に関する。

本発明は、特に、
第１の流体を搬送するための平行な複数のチューブと、
前記複数のチューブの各々の端部が液密に挿入される複数の開口部をそれぞれ有する一対のヘッダープレートと、
前記一対のヘッダープレートに液密に接続され、第２の流体を収容するための内容積部であって前記チューブが配置される前記内容積部を、一対のヘッダープレートとともに画定するジャケットと、
前記ジャケットの壁部に接続される流路であって、前記壁部に形成された開口部を通じて前記内容積部と流体連通する前記流路と、
を備え、
前記壁部は、流路に対して反対側で、前記チューブの側壁部に接続される、
熱交換器に関する。

このタイプの熱交換器は、例えば、内燃機関エンジンの吸気系で使用されるウォーターチャージエアクーラー（ＷＣＡＣ）を備えている。これらのＷＣＡＣにおいて、水性混合物は、水路に接続されるＷＣＡＣのジャケットを通じて循環される。ジャケットを通過する水性混合物は、熱交換器のチューブによって内燃機関エンジンの吸気系に向けて搬送されるガス状流体（空気又はガス状混合物）を冷却するために使用される。

このタイプの熱交換器において、水路の弱点は、クーラント側の吸入口及び吐出口であり、すなわち、対応するジャケットの壁部に形成される吸入口及び吐出口の各開口部である。特に、チューブにおける応力レベルは、ジャケットがチューブをカバーしていない吸入口及び吐出口の開口部の領域で最も高いことを発見している。更に、ジャケットがチューブをカバーしていない吸入口及び吐出口の開口部の領域は、クーラントの流れにさらされ、当該開口部の領域においてはクーラントの流れがチューブの腐食を促進する。

本発明の目的は、既知の熱交換器の上述の欠点を克服できる熱交換器の構成を提供することにある。

本発明は、上記で定義したタイプの熱交換器を提案する。前記ジャケットの壁部は、前記開口部の対向する縁部の間に延在する複数のチューブカバー延長部を備え、前記ジャケットの壁部には、前記複数のチューブカバー延長部に対して交互に複数のスロットが形成され、当該複数のチューブカバー延長部の各々は、対応するチューブの側壁部に接続されている。

上述の構成によれば、前記ジャケットは、吸入口／吐出口の開口領域も含めてチューブの全長をカバーする。この構成は、応力集中につながるチューブのカバー領域と非カバー領域との間の遷移部を排除する。更に、吸入口／吐出口の開口領域において、チューブの代わりに腐食されるのは、前記ジャケットであることが好ましい。このことは、チューブの寿命を増加させ、クーラントと空気回路との間の漏れを防ぐ。

限定されるものではないが、本発明の好適な実施形態が添付図面を参照しながら記載される。
図１は、本発明に係る熱交換器を示す斜視図である。図２は、図１の熱交換器の分解図である。図３は、図１の熱交換器の平面図である。図４は、図３のＡ－Ａ線で切った断面図である。図５は、図３のＢ－Ｂ線で切った断面図である。

例えば、ウォーターチャージエアクーラー（water charge air cooler）などの熱交換器が図面に示されている。熱交換器は、吸入口ヘッダープレート１１と吐出口ヘッダープレート２１とを備え、両方ともアルミニウムなどの金属部材である。これらのヘッダープレート１１，２１は、それぞれ、既知の方法で吸入口ヘッダータンク（図示せず）及び吐出口ヘッダータンク（図示せず）と接続されることを意図している。また、図２は、ヘッダープレートと対応するヘッダータンクとの間の接続部のシーリング用のガスケット１３，２３を示している。

更に、熱交換器１は、一対のヘッダープレート１１，２１の間に延在する平行で扁平な複数のチューブ３１を有するコア３０を備えている。複数のチューブ３１は、例えばアルミニウムなどの金属部材である。各チューブ３１はそれぞれ、一対のヘッダープレート１１，２１の一方又は他方に形成された開口部又はスロットに挿入される互いに対向する端部を有している。各チューブ３１は、略長方形断面を有し、一対の対向する長辺側壁部と、当該長辺側壁部を相互接続し且つ当該長辺側壁部よりも短い一対の対向する短辺側壁部と、を備えている。図面においては、一対の短辺側壁部の一方のみが、符号３１ａで示されている。

第１の流体、具体的には空気又はガス状混合物などのガス状流体は、吸入口ヘッダープレート１１と複数のチューブ３１との間の流体連通を通じて熱交換器の吸入口ヘッダータンクから、複数のチューブ３１と吐出口ヘッダープレート２１との間の流体連通を通じて熱交換器の吐出口ヘッダータンクに流れるように設計されている。熱交換器は、吸入口ヘッダータンクと吐出口ヘッダータンクとを通じて、例えば内燃機関エンジンの吸気系を有する第１の流体用の流体回路（図示せず）と接続されてもよい。

第２の流体、具体的には水又は水性混合物などの液体クーラントは、コア３０の周囲及び複数のチューブ３１の間の隙間を通じて流れ、複数のチューブ３１の中を流れる第１の流体と熱交換するように設計されている。フィンプレート３２は、複数のチューブ３１の間の隙間内と複数のチューブ３１に隣接するコア３０の両端部とに配置される。

更に、熱交換器は、アルミニウムなどの金属部材のジャケット４０を備えている。ジャケット４０は、一対のヘッダープレート１１，２１と液密に接続され、一対のヘッダープレート１１，２１とともに第２の流体を受け入れ／搬送するための内容積部を画定する。複数のチューブ３１は、ジャケット４０及び一対のヘッダープレート１１，２１によって形成される内容積部内に配置される。

図面に示される実施形態において、ジャケット４０は、長方形断面を有し、一対の対向する第１の壁部４１，４２と、当該一対の対向する第１の壁部４１，４２に対して相互接続される一対の対向する第２の壁部４３，４４と、を備えている。複数の壁部４１～４４は、互いに接続され、従来の方法で一対のヘッダープレート１１，２１に接続される。

更に、熱交換器は、一対のヘッダープレート１１，２１とともにジャケット４０によって形成される内容積部に第２の流体を搬入出するための吸入口流路５１及び吐出口流路６１を備える。両方の流路５１，６１は、アルミニウムなどの金属部材である。各流路５１，６１は、ジャケット４０の壁部に接続される。図面で示される例において、両方の流路５１，６１は、ジャケット４０の第１の壁部の一方である壁部４１と接続される。図面で示される例において、各流路５１，６１は、細長い凹形の殻のように形成され、各流路のリム部５１ａ，６１ａは、ジャケット４０の壁部４１と接続される（図４及び図５参照）。それにより、各流路５１，６１の凹面側は、ジャケット４０の壁部４１に対面する。

各流路５１，６１は、ジャケット４０の壁部４１に形成される各開口部５３，６３を通じてジャケット４０の内容積部と流体連通する。図５に示されるように、この壁部４１は、流路５１，６１に対して反対側で、複数のチューブ３１の短辺側壁部３１ａと接続される。通常、図５に示されるように、ジャケット４０の全ての壁部４１～４４は、複数のチューブ３１の側壁部と接続されてもよく、特に一対の第１の壁部４１，４２は、複数のチューブ３１の短辺側壁部３１ａと接続されてもよい。

また、図２は、第２の流体用の液体クーラント回路などの流体回路（図示せず）に熱交換器を接続するように、吸入口流路５１及び吐出口流路６１に固定される吸入口コネクタ５５及び吐出口コネクタ６５を示している。

一実施形態によれば、複数のチューブ３１と、一対のヘッダープレート１１，２１と、ジャケット４０とは、互いに接続され、複数の流路５１，６１は、ジャケット４０に接続され、複数のコネクタ５５，６５は、従来の方法で、特に蝋付けによって複数の流路５１，６１に接続される。

図２及び図５を参照すると、複数の開口部５３，６３は、ジャケット４０の第１の壁部４１に形成され、それぞれの開口部５３，６３において、各開口部５３，６３の対向する縁部の間に延在する複数のチューブカバー延長部４１ａ，４１ｂを備える。それにより、各開口部５３，６３において複数のチューブカバー延長部４１ａ，４１ｂは、複数のチューブカバー延長部４１ａ，４１ｂに対して交互に複数のスロット５３ａ，６３ａを形成する。各チューブカバー延長部４１ａ，４１ｂは、対応するチューブ３１の各側壁部３１ａに接続される。このようにして、各チューブ３１は、チューブ３１がジャケット４０の対応するチューブカバー延長部４１ａ，４１ｂによって覆われる複数の開口部５３，６３の部分を含めて、一対のヘッダープレート１１，２１の間に挟まれる各チューブ３１の全長に渡ってジャケット４０の壁部４１によって覆われる。具体的には、各チューブカバー延長部４１ａ，４１ｂは、ジャケット４０の全体とともに各チューブ３１の側壁部３１ａに蝋付けされている。

一方、各スロット５３ａ，６３ａは、ジャケット４０の内容積部と複数の流路５１，６１との間を流体連通させるために、隣接する複数のチューブ３１の間、又はチューブ３１とジャケット４０の一対の第２の壁部４３，４４との間の各隙間と重なり合っている。

複数のチューブカバー延長部４１ａ，４１ｂは、ジャケット４０の壁部４１と一体に形成されている。例えば、複数のチューブカバー延長部４１ａ，４１ｂは、ジャケット４０の壁部４１が形成される金属シートに適用される打ち抜き加工によって、複数のスロット５３ａ，６３ａに対応する金属シート部分が除去されることで得られる。

Claims

第１の流体を搬送するための平行な複数のチューブ（３１）と、
前記複数のチューブの各々の端部が液密に挿入される複数の開口部をそれぞれ有する一対のヘッダープレート（１１，２１）と、
前記一対のヘッダープレート（１１，２１）に液密に接続され、第２の流体を収容するための内容積部であって前記チューブ（３１）が配置される内容積部を、前記一対のヘッダープレート（１１，２１）とともに画定するジャケット（４０）と、
前記ジャケット（４０）の壁部（４１）に接続される流路（５１，６１）であって、前記壁部（４１）に形成された開口部（５３，６３）を通じて前記内容積部と流体連通する流路（５１，６１）と、
を備え、
前記ジャケット（４０）の前記壁部（４１）は、前記流路（５１，６１）に対して反対側で、前記複数のチューブ（３１）の側壁部（３１ａ）に接続され、
前記ジャケット（４０）の前記壁部（４１）は、前記ジャケット（４０）の前記壁部（４１）と一体に形成された複数のチューブカバー延長部（４１ａ，４１ｂ）を備え、
前記複数のチューブカバー延長部（４１ａ，４１ｂ）の各々は、前記開口部（５３，６３）の対向する縁部の間に延在し、
前記ジャケット（４０）の前記壁部（４１）には、前記複数のチューブカバー延長部（４１ａ，４１ｂ）に対して交互に複数のスロット（５３ａ，６３ａ）が形成され、
前記複数のチューブカバー延長部（４１ａ，４１ｂ）の各々は、対応するチューブ（３１）の側壁部（３１ａ）に接続されている、
熱交換器。
前記複数のチューブ（３１）に対して交互に複数の隙間が形成され、前記複数のスロット（５３ａ，６３ａ）の各々は、前記ジャケット（４０）の前記内容積部と前記流路（５１，６１）との間を流体連通させるために、対応する隙間と重なり合う、請求項１に記載の熱交換器。
前記ジャケット（４０）の前記壁部（４１）と前記複数のチューブカバー延長部（４１ａ，４１ｂ）とは、前記複数のチューブ（３１）の前記側壁部（３１ａ）に蝋付けされている、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
前記流路（５１，６１）は、前記ジャケット（４０）の前記壁部（４１）に蝋付けされている、請求項１～３のいずれか１つに記載の熱交換器。
前記複数のチューブ（３１）は、ガス状流体を搬送するように構成され、前記ジャケット（４０）は、液体クーラントを収容するように構成されている、請求項１～４のいずれか１つに記載の熱交換器。