JPH0688684A - 多板式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷媒による燃料の冷却効率が良く、多板式フ
ューエルクーラの小型軽量化が図れ、製作工数が少なく
製作コストを低下させることを可能にする。 【構成】 平板状プレート１３の上端面に第１湾状プレ
ート１４の開放側を接合し、平板状プレート１３の下端
面に第２湾状プレート１５の開放側を接合してこれらを
一体ろう付けする。そして、平板状プレート１３と第１
湾状プレート１４との間にインナーフィン２４を配した
燃料冷却通路３９を形成する。また、平板状プレート１
３と第２湾状プレート１５との間に２つのリブ部を設
け、燃料冷却通路３９より高さの低い冷媒蒸発通路４１
を形成する。このような構造の多板式フューエルクーラ
７の燃料冷却通路３９内を流れるガソリンを、冷媒蒸発
通路４１内に流入する気液二相の霧状冷媒によって冷却
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃料を冷媒
サイクルの低圧側を流れる液相冷媒を利用して冷却する
ようにした多板式熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両に搭載される内燃機関の
燃料と車両用空気調和装置の冷凍サイクルの冷媒蒸発器
より流出した気相冷媒（過熱蒸気）とを熱交換させて燃
料を冷却するようにして、燃料の高温化によるベーパの
発生を防止した二重管式フューエルクーラ（以下従来の
技術と呼ぶ）が知られている。

【０００３】その従来の技術は、図６および図７に示し
たように、内部に気相冷媒が流入する冷媒通路１０１を
形成する内周側円筒管１０２と、この内周側円筒管１０
２との間に燃料が流入する燃料通路１０３を形成する外
周側円筒管１０４とを備えている。そして、従来の技術
は、燃料と気相冷媒との熱伝達率を向上させるために、
冷媒通路１０１、燃料通路１０３内にそれぞれインナー
フィン１０５、１０６を配していた。さらに、従来の技
術は、冷媒通路１０１内の気相冷媒が燃料通路１０３側
を流れるように冷媒通路１０１の軸心にセンターボルト
１０７を設けていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
においては、図６および図７に示したように、気相冷媒
により燃料を冷却しているため、気相冷媒と燃料との温
度差および熱伝達率が小さく、燃料の冷却効率が悪いと
いう課題があった。また、冷媒通路１０１の断面積が大
きいために、センターボルト１０７を設けているので、
燃料と冷媒との熱交換に寄与しないデッドスペースがあ
るため、二重管式フューエルクーラ１００の体格が大型
化してしまうという課題があった。

【０００５】さらに、従来の技術を製作する際には、内
周側円筒管１０２の筒方向の両端部を拡管して外周側円
筒管１０４の内周面に当接するようにする拡管工程や、
この拡管工程によって内周側円筒管１０２の筒方向の両
端部に形成された拡管部１０８、１０９と外周側円筒管
１０４の内周面とをトーチろう付けするトーチろう付け
工程等が必要となるので、製作工数が多く高コストとな
るという課題があった。本発明は、冷媒による燃料の冷
却効率が良く、熱交換器の体格の小型化が図れ、製作工
数が少なく製作コストを低下させることが可能な多板式
熱交換器の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、平板状プレー
トの一端面側に第１湾状プレートの開放部側が接合さ
れ、且つ前記平板状プレートの他端面側に第２湾状プレ
ートの開放部側が接合された多板式熱交換器であって、
前記多板式熱交換器は、前記平板状プレートと前記第１
湾状プレートとの間に、内部に熱伝達率を向上させるイ
ンナーフィンを有する燃料冷却通路が形成され、前記平
板状プレートと前記第２湾状プレートとの間に、内部に
流入する液相冷媒と前記燃料冷却通路内の燃料とを熱交
換させる冷媒蒸発通路が形成され、前記第２湾状プレー
トより前記平板状プレートの他端面側に突出するリブ部
が形成された技術手段を採用した。

【０００７】

【作用】本発明は、平板状プレートと第１湾状プレート
との間に形成される燃料冷却通路内に燃料が流入し、平
板状プレートと第２湾状プレートとの間に形成される冷
媒蒸発通路内に液相冷媒が流入する。ここで、インナー
フィンを燃料冷却通路内に配して熱伝達率と伝熱面積を
向上させている。その上、気相冷媒よりも冷媒を液相よ
り気相に相変化している時の方が熱伝達率が高く且つ冷
却能力が高いので、インナーフィンと平板状プレートを
介して燃料と液相冷媒とが熱交換すると、冷媒が効率良
く燃料を冷却する。一方、燃料と熱交換した液相冷媒
は、燃料の保有熱を奪うため蒸発気化して気相冷媒にな
る。このように、液相冷媒が蒸発気化する際には、冷媒
の体積が膨張するが、冷媒蒸発通路を形成する第２湾状
プレートに形成されたリブ部によって平板状プレートと
第２湾状プレートと耐圧強度が向上する。

【０００８】また、本発明は、平板状プレートの一端面
側に第１湾状プレートの開放部側が接合され、平板状プ
レートの他端面側に第２湾状プレートの開放部側が接合
されている。このため、多板式熱交換器を製作する際に
例えば一体ろう付けを採用することも可能となるので、
複雑な製作工程を廃止することが可能となり、製作工数
が減る。そして、ガソリンと冷媒との熱交換に寄与しな
いデッドスペースがなくなるため、多板式熱交換器の体
格の小型化が図れる。

【０００９】

【実施例】つぎに、本発明の多板式熱交換器を図１ない
し図５に示す複数の実施例に基づいて説明する。 〔第１実施例〕図１は車両用空気調和装置の冷凍サイク
ル１の概略構成を示した図である。その冷凍サイクル１
は、冷媒圧縮機２、冷媒凝縮器３、レシーバ４、膨張弁
５、冷媒蒸発器６、多板式フューエルクーラ７およびこ
れらを順次環状に接続するための冷媒配管８よりなる。

【００１０】冷媒圧縮機２は、吸入した冷媒を圧縮して
高温高圧の気相冷媒を吐出するものである。冷媒凝縮器
３は、冷媒圧縮機２より吐出された気相冷媒と室外空気
とを熱交換させて冷媒を凝縮液化するものである。レシ
ーバ４は、気相冷媒と液相冷媒とを分離して液相冷媒の
み膨張弁５へ供給するものである。膨張弁５は、レシー
バ４より供給された液相冷媒を断熱膨張して気液二相の
霧状冷媒にするものである。冷媒蒸発器６は、霧状冷媒
と室内空気とを熱交換させて冷媒を蒸発気化させるもの
である。

【００１１】多板式フューエルクーラ７は、霧状冷媒と
燃料とを熱交換させてリターンガソリン（燃料：以下ガ
ソリンと略す）を冷却させるものである。冷媒配管８
は、冷媒蒸発器６に冷媒を供給する冷媒管路９と、この
冷媒管路９を迂回し多板式フューエルクーラ７に冷媒を
供給する冷媒管路１０とを有している。なお、冷媒管路
９の冷媒蒸発器６の上流側には、冷媒管路９を開閉する
電磁弁１１が取り付けられている。また、冷媒管路１０
の多板式フューエルクーラ７の上流側には、冷媒管路１
０を開閉する電磁弁１２が取り付けられている。冷凍サ
イクル１は、電磁弁１１、１２の開度を調整することに
よって冷媒蒸発器６へ流入する冷媒量と多板式フューエ
ルクーラ７へ流入する冷媒量とを調整する。但し、この
実施例では、冷凍サイクル１の運転中、すなわち、冷媒
圧縮機２の運転中は電磁弁１１が完全に閉弁しないよう
に電磁弁１１の開度調整が行われる。

【００１２】以下に多板式フューエルクーラ７の構造を
詳細に説明する。ここで、図２は多板式フューエルクー
ラ７を示した図である。多板式フューエルクーラ７は、
平板状プレート１３、第１湾状プレート１４および第２
湾状プレート１５等より構成されている。平板状プレー
ト１３は、例えばアルミニウム合金等の金属製で、プレ
ス成形により長円形状の平板状に形成されている。この
平板状プレート１３の上端面の外周縁端部１６には、第
１湾状プレート１４が接合されている。また、平板状プ
レート１３の下端面の外周縁端部１７には、第２湾状プ
レート１５が接合されている。

【００１３】第１湾状プレート１４は、例えばアルミニ
ウム合金等の金属製で、プレス成形によりカップ状に形
成されており、長円形状の平板部１８およびこの平板部
１８の開放部側に鍔状部１９が形成されている。その開
放部側の鍔状部１９は、平板状プレート１３の上端面の
外周縁端部１６に当接するように形成されている。その
第１湾状プレート１４の図示右側には、例えばアルミニ
ウム合金等の金属製のパイプ２０の先端が差し込まれる
円孔２１が形成されている。また、第１湾状プレート１
４の図示左側には、例えばアルミニウム合金等の金属製
のパイプ２２の先端が差し込まれる円孔２３が形成され
ている。

【００１４】なお、パイプ２０は、電子制御ガソリン噴
射装置（図示せず）のプレッシャーレギュレータ（図示
せず）より燃料配管（図示せず）を介して平板状プレー
ト１３と第１湾状プレート１４との間にガソリンを流入
させるものである。また、パイプ２２は、平板状プレー
ト１３と第１湾状プレート１４との間より燃料タンク
（図示せず）へ燃料配管（図示せず）を介してガソリン
を流出させるものである。そして、平板状プレート１３
と第１湾状プレート１４との間には、ガソリンと冷媒と
の熱伝達率を向上させるための例えばアルミニウム合金
等の金属製のインナーフィン２４が挟み込まれている。

【００１５】図３は第２湾状プレート１５を示した図で
ある。その第２湾状プレート１５は、例えばアルミニウ
ム合金等の金属製で、プレス成形により第１湾状プレー
ト１４より浅いカップ状に形成されており、長円形状の
平板部２５およびこの平板部２５より開放部側に鍔状部
２６が形成されている。その開放部側の鍔状部２６は、
平板状プレート１３の下端面の外周縁端部１７に当接す
るように形成されている。その第２湾状プレート１５の
図示左側には、例えばアルミニウム合金等の金属製のジ
ョイントブロック２７の先端が差し込まれる円孔２８が
形成されている。そのジョイントブロック２７には、電
磁弁１２を介して膨張弁５に接続する冷媒管路１０に連
結する例えばアルミニウム合金等の金属製のジョイント
２９が取り付けられている。これらのジョイントブロッ
ク２７内およびジョイント２９内には、膨張弁５で断熱
膨張された気液二相の霧状冷媒を平板状プレート１３と
第２湾状プレート１５との間に流入させるための入口通
路３０、３１が形成されている。

【００１６】また、第２湾状プレート１５の図示右側に
は、例えばアルミニウム合金等の金属製のジョイントブ
ロック３２の先端が差し込まれる円孔３３が形成されて
いる。そのジョイントブロック３２には、冷媒圧縮機２
の吸入側に接続する冷媒管路１０に連結する例えばアル
ミニウム合金等の金属製のジョイント３４が取り付けら
れている。これらのジョイントブロック３２内およびジ
ョイント３４内には、平板状プレート１３と第２湾状プ
レート１５との間より冷媒圧縮機２の吸入側へ冷媒を流
出させるための出口通路３５、３６が形成されている。
そして、第２湾状プレート１５には、図３に示したよう
に、平板部２５より平板状プレート１３の下端面に当接
するように２つのリブ部３７がプレス成形により形成さ
れている。２つのリブ部３７は、平板部２５の長手方向
に並列して形成され、直線形状よりも平板状プレート１
３の下端面へのろう付け面が多くなるように、各々の一
方の端部が内側に折り曲げられている。また、２つのリ
ブ部３７は、図３に示したように、第２湾状プレート１
５の殆ど全面に設けられているので、圧力が均等に分散
することにより第２湾状プレート１５に圧力強度を持た
せている。そして、２つのリブ部３７は、平板状プレー
ト１３と第２湾状プレート１５との間を流れる冷媒の流
れを妨げないように形成されている。

【００１７】なお、多板式フューエルクーラ７は、平板
状プレート１３と第１湾状プレート１４を接合すること
によって第１管路３８が形成され、その第１管路３８内
に燃料冷却通路３９が形成される。この燃料冷却通路３
９内には、冷媒と熱交換することによって冷却されるガ
ソリンが流れる。また、多板式フューエルクーラ７は、
平板状プレート１３と第２湾状プレート１５を接合する
ことによって第２管路４０が形成され、その第２管路４
０内に冷媒蒸発通路４１が形成される。この冷媒蒸発通
路４１は、燃料冷却通路３９より高さが低く、内部に燃
料冷却通路３９内を流れるガソリンと熱交換して蒸発気
化する冷媒が流れる。

【００１８】つぎに、この多板式フューエルクーラ７の
組み付け方法を図２に基づいて簡単に説明する。まず、
第１湾状プレート１４の２つの円孔２１、２３内にパイ
プ２０、２２の先端を差し込む。また、第２湾状プレー
ト１５の円孔２８内にジョイントブロック２７の先端を
差し込み、円孔３３内にジョイントブロック３２の先端
を差し込む。そして、平板状プレート１３の上端面の外
周縁端部１６と第１湾状プレート１４の開放側の鍔状部
１９とが当接するように、平板状プレート１３の上端面
に第１湾状プレート１４の開放側を重ね合わせる。ま
た、平板状プレート１３の下端面の外周縁端部１７と第
２湾状プレート１５の開放側の鍔状部２６とが当接する
ように、平板状プレート１３の下端面に第２湾状プレー
ト１５の開放側を重ね合わせる。上述のように、組み付
けたジョイントブロック２７、３２にジョイント２９、
３４を接触させた組付品を、例えば炉中に入れて一体的
にろう付けすることによって各接触部分を接合すること
により多板式フューエルクーラ７を製作する。

【００１９】以上によって、この多板式フューエルクー
ラ７を製作する際に一体ろう付けを採用することができ
るので、拡管工程やトーチろう付け工程等の複雑な製作
工程を廃止することができ、製作工数を減少でき、製作
コストの低減化を図ることができる。そして、従来の技
術のようにセンターボルト１０７を設ける必要はないの
で、ガソリンと冷媒との熱交換に寄与しないデッドスペ
ースがなくなるため、多板式フューエルクーラ７を小型
軽量化することができる。また、第２湾状プレート１５
に形成された２つのリブ部３７が線対称となるように形
成されているので、第２湾状プレート１５を平板状プレ
ート１３の下端面に左右逆にして組み付けても同じ形状
の多板式フューエルクーラ７を製作できる。

【００２０】つぎに、この多板式フューエルクーラ７の
作用を図１ないし図３に基づいて簡単に説明する。冷媒
圧縮機２で圧縮された高温高圧の気相冷媒は、冷媒凝縮
器３内に流入して室外空気と熱交換して凝縮液化され高
温の液相冷媒になる。この高温の液相冷媒は、冷媒凝縮
器３を流出してレシーバ４内に流入する。レシーバ４内
に流入した冷媒は、気相冷媒と液相冷媒とに分離され、
液相冷媒のみ膨張弁５へ供給される。膨張弁５へ供給さ
れた液相冷媒は、膨張弁５を通過する際に断熱膨張され
て低温低圧で気液二相の霧状冷媒となる。この気液二相
の霧状冷媒は、電磁弁１１が開弁し、電磁弁１２が閉弁
している時には冷媒蒸発器６内に流入して室内空気と熱
交換して蒸発気化され気相冷媒となり、冷媒圧縮機２へ
吸入される。

【００２１】また、電磁弁１１、１２が共に開弁した時
には、冷媒蒸発器６と多板式フューエルクーラ７とに気
液二相の霧状冷媒が流入する。冷媒蒸発器６内に流入し
た気液二相の霧状冷媒は上述のように、室内空気と熱交
換して蒸発気化され気相冷媒となり、冷媒圧縮機２へ吸
入される。一方、多板式フューエルクーラ７内に流入し
た気液二相の霧状冷媒は、入口通路３１、３０を通っ
て、平板状プレート１３と第２湾状プレート１５との間
に形成される冷媒蒸発通路４１内に流入する。そして、
冷媒蒸発通路４１内に流入した気液二相の霧状冷媒は、
燃料冷却通路３９内のガソリンと熱交換して蒸発気化さ
れ気相冷媒となり、冷媒圧縮機２へ吸入される。

【００２２】一方、プレッシャーレギュレータより流出
したガソリンは、パイプ２０を通って、平板状プレート
１３と第１湾状プレート１４との間に形成される燃料冷
却通路３９内に流入する。燃料冷却通路３９内に流入し
たガソリンは、燃料冷却通路３９内を通過する際に、平
板状プレート１３とインナーフィン２４とを介して冷媒
蒸発通路４１内の冷媒と熱交換する。このとき、インナ
ーフィン２４を燃料冷却通路３９内に入れて熱伝達率と
伝熱面積を向上させ、冷媒蒸発通路４１の高さを燃料冷
却通路３９より低くして熱の接触抵抗を低下させること
によって熱抵抗をバランスさせているので、ガソリンが
効率良く冷却される。そして、冷却されたガソリンは、
パイプ２２を通って多板式フューエルクーラ７より流出
して燃料タンク内に戻される。

【００２３】以上のように、多板式フューエルクーラ７
は、平板状プレート１３と第１湾状プレート１４との間
に形成される燃料冷却通路３９内にガソリンが流入し、
平板状プレート１３と第２湾状プレート１５との間に形
成される冷媒蒸発通路４１内に気液二相の霧状冷媒が流
入する。ここで、気相冷媒よりも冷媒が相変化（液→気
体）している時の方が熱伝達率が遙かに高く且つ冷却能
力が高いので熱交換性に優れ、冷媒が効率良くガソリン
を冷却することができる。そして、燃料冷却通路３９の
高さより冷媒蒸発通路４１の高さを低くし、且つ２つの
リブ部３７の存在によって冷媒蒸発通路４１の通路断面
積を小さくしている。このため、冷媒の蒸発気化が進行
した場合でも、液相冷媒が平板状プレート１３側を通過
するようになるため、冷媒が蒸発気化し、熱抵抗が上が
ることによるガソリンの冷却効率の低下を抑えることが
できる。

【００２４】そして、ガソリンと熱交換した霧状冷媒
は、ガソリンの保有熱を奪うため蒸発気化して気相冷媒
になる。このように、霧状冷媒が蒸発気化する際には、
冷媒の体積が膨張するが、直線形状より平板状プレート
１３の下端面へろう付け面の多い２つのリブ部３７によ
って平板状プレート１３と第２湾状プレート１５と耐圧
強度が向上しているので、耐久性を向上させることがで
きる。また、多板式フューエルクーラ７は、燃料冷却通
路３９内をガソリンが流れる方向に対して、冷媒蒸発通
路４１内を冷媒が流れる方向が逆方向（対流方向）にな
るため、ガソリンと冷媒とが対流熱伝達となるので熱交
換性に優れ、冷媒が効率良くガソリンを冷却することが
できる。

【００２５】〔第２実施例〕図４は多板式フューエルク
ーラを示した図である。多板式フューエルクーラ７が１
個のみではガソリンの冷却能力が不足する場合に、単純
に２個の多板式フューエルクーラ７を直列に連結しても
効果は少ない。このため、この実施例では、冷媒蒸発通
路４１のみ並列接続する冷凍サイクル１を使用してい
る。

【００２６】〔第３実施例〕図５は多板式フューエルク
ーラ７を示した図である。この実施例では、第２湾状プ
レート１５の下端面にこの第２湾状プレート１５より小
型の第３湾状プレート４３をろう付けにより接合してい
る。第３湾状プレート４３は、例えばアルミニウム合金
等の金属製で、プレス成形によりカップ状に形成されて
いる。その第３湾状プレート４３の図示右側には、例え
ばアルミニウム合金等の金属製のパイプ４４の先端が差
し込まれる円孔４５が形成されている。また、第３湾状
プレート４３の図示左側には、例えばアルミニウム合金
等の金属製のパイプ４６の先端が差し込まれる円孔４７
が形成されている。

【００２７】そして、第２湾状プレート１５と第３湾状
プレート４３との間には、ガソリンと冷媒との熱伝達率
を向上させるための例えばアルミニウム合金等の金属製
のインナーフィン４８を有する燃料冷却通路４９が形成
されている。この実施例は、冷媒蒸発通路４１側のポテ
ンシャルを１００％使用するために、２つの燃料冷却通
路３９、４９を設けることによって熱抵抗をバランスさ
せ、多板式フューエルクーラ７として最大の熱交換効率
を得ることができる。

【００２８】〔変形例〕本実施例では、多板式フューエ
ルクーラ７を室外空気に晒したが、多板式フューエルク
ーラ７の外周を断熱材で覆うことによって、冷却能力の
損失を防ぐようにしても良い。本実施例では、冷媒蒸発
通路４１内に車両用空気調和装置の冷凍サイクル１を循
環する冷媒を流入させたが、冷媒蒸発通路４１内に燃料
冷却専用の冷凍サイクル１を循環する冷媒を流入させて
も良い。本実施例では、多板式フューエルクーラ７の形
状に長円形状を採用したが、多板式熱交換器の形状に円
形状、楕円形状、環状、多角形状等を採用しても良い。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、インナーフィンを燃料冷却通
路内に配して熱伝達率と伝熱面積を向上させ、冷媒蒸発
通路の高さを燃料冷却通路より低くして熱の接触抵抗を
低下させることによって熱抵抗をバランスさせている。
その上、液相冷媒と燃料とを熱交換させて燃料を冷却し
ているので、冷媒による燃料の冷却効率を向上すること
ができる。そして、ガソリンと冷媒との熱交換に寄与し
ないデッドスペースがなくなるため、多板式熱交換器を
小型化できる。また、例えば一体ろう付けにより多板式
熱交換器を製作することができるので、製作工数を減少
でき、製作コストを低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を組み込んだ車両用空気調
和装置の冷凍サイクルを示した構成図である。

【図２】本発明の第１実施例の多板式フューエルクーラ
の概略構成を示した断面図である。

【図３】図２の第２湾状プレートを示した平面図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例の多板式フューエルクーラ
の概略構成を示した断面図である。

【図５】本発明の第３実施例の多板式フューエルクーラ
の概略構成を示した断面図である。

【図６】従来の技術の概略構成を示した断面図である。

【図７】従来の技術の概略構成を示した断面図である。

【符号の説明】

１ 車両用空気調和装置の冷凍サイクル ７ 多板式フューエルクーラ（多板式熱交換器） １３ 平板状プレート １４ 第１湾状プレート １５ 第２湾状プレート ２４ インナーフィン ３７ リブ部 ３９ 燃料冷却通路 ４１ 冷媒蒸発通路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状プレートの一端面側に第１湾状プ
   レートの開放部側が接合され、且つ前記平板状プレート
   の他端面側に第２湾状プレートの開放部側が接合された
   多板式熱交換器であって、 前記多板式熱交換器は、 前記平板状プレートと前記第１湾状プレートとの間に、
   内部に熱伝達率を向上させるインナーフィンを有する燃
   料冷却通路が形成され、 前記平板状プレートと前記第２湾状プレートとの間に、
   内部に流入する液相冷媒と前記燃料冷却通路内の燃料と
   を熱交換させる冷媒蒸発通路が形成され、 前記第２湾状プレートより前記平板状プレートの他端面
   側に突出するリブ部が形成されたことを特徴とする多板
   式熱交換器。
2. 【請求項２】 前記冷媒蒸発通路は、前記燃料冷却通路
   より高さが低いことを特徴とする請求項１に記載の多板
   式熱交換器。