JPWO2006035987A1 - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

部品点数が少なく組立が容易で、各部品の接合部を少なくし、ろう付けの信頼性を向上させた熱交換器において、帯状金属板をつづら折りに折返し曲折してコア本体５を構成し、厚み方向に第１流路３と第２流路４とを交互に形成する。夫々の第１流路３の両端を、一対の櫛状部材６の各櫛歯６ｂで閉塞し、第２流路４にフィン７を介装してコア８を構成する。そしてコア本体５の外周に筒状のケーシング９を被嵌したものにおいて、前記櫛状部材６は、その歯元６ｃが各櫛歯６ｂに対して直交すると共に、各櫛歯６ｂの付根１４が歯元６ｃに沿ってＬ字状に曲折され、歯元６ｃの平面が前記折返し端縁２に接触し、その櫛状部材６とコア本体５との各接触部間が一体にろう付け固定されたことを特徴とする。

Description

本発明は、自動車の排気ガス再循環装置に用いられる熱交換器（ＥＧＲクーラ），その他の熱交換器に適用できる構造の簡単な熱交換器であって、帯状金属板をつづら折りに折返し曲折して、その金属板の厚み方向に交互に偏平な第１流路と第２流路とを有するコア本体が形成され、そのコア本体の各第１流路は、その両端位置で一対の櫛状部材の各櫛歯により閉塞されたものに関する。

従来のＥＧＲクーラは、多数の偏平なチューブまたは多数のプレートと、多数のフィンおよびケーシング並びにヘッダの組立体からなり、ケーシング側に冷却水を流通すると共に、各偏平なチューブ等の内部に排気ガスを流通させていた特開平５−１８６３４号公報記載の発明が提案されている。
また、他の熱交換器として、帯状金属板をつづら折に曲折したコア本体と、一対の櫛状部材とにより熱交換器のコアを形成し、その外周を筒のケーシングで被嵌すると共に、その長手方向両端開口に一対のヘッダを設け、ケーシングの長手方向の両端に冷却水の出入口を設けたＷＯ ２００４／０６５８７６ Ａ１公報記載の発明が提案されている。
前者のＥＧＲクーラ等の熱交換器は、部品点数が多くその組立てが面倒であると共に、各部品のろう付け部分が多くなり、ろう付け部に漏れを生じがちな欠点があった。
後者の熱交換器は、つづら折りに形成されたコア本体に多数の偏平な溝状部を有し、その溝状部の一つ置きに、櫛状部材の櫛歯を配置し、その溝底と櫛歯の先端とを接合するものである。そしてそのコアの外周にケーシングが被嵌される。この熱交換器は、各櫛歯の根元とコア本体の側面との間のろう付け部および、各櫛歯の先端と各溝底との間に隙間が生じ易く、そこから漏れをおこし易い欠点があった。また、熱交換器の使用に伴う熱応力等により、特に各櫛歯の根元部分のろう付け部分に亀裂が起こり易かった。
そこで本発明は、部品点数が少なく組立てが容易で、漏れをおこすことなく、ろう付け部の信頼性の高い熱交換器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、帯状金属板をつづら折りに折返し曲折して、その折返し端縁（１）（２）が方形の平面部（１ａ）の一方端と他方端とに交互に形成されると共に、その金属板の厚み方向に交互に偏平な第１流路（３）と第２流路（４）とを有するコア本体（５）が形成され、
そのコア本体（５）の各第１流路（３）は、前記折返し端縁（１）の両端位置で、一対の櫛状部材（６）の各櫛歯（６ｂ）により閉塞されると共に、前記第２流路（４）にはフィン（７）が介装されてコア（８）を構成し、
そのコア本体（５）の外周を筒状のケーシング（９）で被嵌して、隣接する各折返し端縁（１）（２）間が閉塞され、
第１流体（１０）が前記ケーシング（９）の外面の一対の出入口（１１）により夫々の第１流路（３）に導かれると共に、第２流体（１２）が前記ケーシング（９）の筒状の一方の開口（１３）から夫々の第２流路（４）を介して、他方の開口（１３）に導かれるように構成された熱交換器において、
夫々の前記櫛状部材（６）は、その歯元（６ｃ）が各櫛歯（６ｂ）に対して直交すると共に、各櫛歯（６ｂ）の付根（１４）が歯元（６ｃ）に沿ってＬ字状に曲折され、歯元（６ｃ）の平面が前記折返し端縁（２）に接触し、その櫛状部材（６）とコア本体（５）との各接触部間が一体にろう付け固定されたことを特徴とする熱交換器である。
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
一方の櫛状部材（６）の各櫛歯（６ｂ）の先端部は湾曲した湾曲部（２４）を有し、その湾曲部（２４）の端が他方の櫛状部材（６）に向くように形成され、一方の櫛状部材（６）の前記歯元（６ｃ）の近傍から前記第１流体（１０）が各第１流路（３）に導かれる熱交換器である。
請求項３に記載の本発明は、請求項２において、
前記湾曲部（２４）の先端を折り返して、そこに折返し先端部（２４ａ）が形成され、その折返し先端部（２４ａ）が前記コア本体（５）の折返し端縁（１）に接触固定された熱交換器。
本発明の熱交換器は以上のような構成からなり、次の効果を奏する。
本発明の熱交換器は、帯状金属板をつづら折りに曲折形成しでなるコア本体５と、櫛状部材６およびフィン７とでコア８を構成し、コア８の外周をケーシング９で被嵌したものにおいて、その櫛状部材６として、その歯元６ｃと櫛歯６ｂとを直交させると共に、櫛歯６ｂの付根１４をＬ字状に歯元６ｃに沿って曲折して、歯元６ｃの平面が前記折返し端縁２に接触し、その櫛状部材６とコア本体５との各接触部間が一体にろう付け固定されたものであるから、特に亀裂の生じ易い各櫛歯の付根部のろう付け強度が強くなり、熱応力等によりろう付け部に亀裂が生じるのを防止し、漏れの起こり難いものとなる。それと共に、コア本体５と櫛元６ｃとの隙間がなくなるように、それらの間を完全に閉塞することができる。それにより、流体の漏れをなくし、ろう付けの信頼性を向上できる。
次に、少なくとも一方の櫛状部材６の先端部に湾曲部２４を形成した場合には、第１流路３内で第１流体１０の流通を円滑に行い、第１流体１０の滞留部を無くして、部分的な加熱による局部沸騰することを防止でき、熱交換性能を向上できる。それと共に、各櫛歯６ｂの先端部の湾曲部２４に弾性が生じ、コアの組立状態でその先端をコア本体５の各溝底３ａに弾性的に接触し、溝底３ａと櫛歯６ｂとの間の隙間をなくして、完全に閉塞し、ろう付けの信頼性が向上する。
また、その湾曲部２４の先端を折返して折返し先端部２４ａを形成し、それをコア本体５の折返し端縁１に接触固定したものは、ろう付けの信頼性を向上できると共に、強度の高いものとなる。それと共に、湾曲部２４にさらに弾性が生じ、コアの組立状態でその先端をコア本体５の各溝底３ａにより弾性的に接触すると共に、その接触面が広くなり、ろう付け強度が強くなり且つ、溝底３ａと櫛歯６ｂとの間の隙間をなくして、完全に閉塞し、ろう付けの信頼性がさらに向上する。

図１は本発明の熱交換器の分解斜視図である。
図２は同熱交換器の組立て状態を示す斜視図である。
図３は同熱交換器のコア本体５と櫛状部材６との組立て説明図である。
図４は同櫛状部材６の斜視図である。
図５は同櫛状部材６をコア本体５に挿入した状態を示す要部斜視拡大図である。
図６は同櫛状部材６とコア本体５との組立て状態を示す斜視図である。
図７は同櫛状部材６の櫛歯６ｂの他の例を示す説明図である。
図８は同櫛状部材６の櫛歯６ｂのさらに他の例を示す説明図である。
図９は本発明の熱交換器の横断面図である。
図１０は図９のＩＸ部拡大図である。
図１１は同拡大図であって、コアの長手方向中間部におけるものである。
図１２は本発明の熱交換器にバッファプレートを採用した斜視説明図である。
図１３は同熱交換器の縦断面平面図である。

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は本発明の熱交換器の分解斜視図であり、図２はその組立て状態を示し、図３はそのコア本体５と櫛状部材６との組立て説明図である。また、図４はその櫛状部材６の斜視図、図５はその組立て状態を示す一部破断斜視拡大図、図６は同組立て状態を示す斜視図である。
さらに、図９は同熱交換器の横断面図であり、図１０は図９のＩＸ部拡大図である。
この熱交換器は、コア本体５と多数のフィン７とケーシング９と一対のヘッダ１６，１７並びに一対の櫛状部材６とを有する。
コア本体５は、図３に示す如く帯状金属板をつづら折りに折返し曲折して、その折返し端縁１，２が、方形の平面部１ａの一方端と他方端に交互に形成されたものであり、その金属板の厚み方向に交互に偏平な第１流路３と第２流路４とを有する。この例では、第１流路３の空間が第２流路４のそれよりも小に形成されている。もちろん、両者の空間を同一または逆にしてもよい。
なお、帯状金属板にはディンプル２９が第１流路３側に多数突設されている。この例では対向するディンプル２９がその先端で互いに接触して、第１流路３の空間を一定に保持している。それら各第１流路３には、折返し端縁１の両端位置に夫々櫛状部材６の各櫛歯６ｂが嵌着され、その嵌着部が一体にろう付け固定される。また、このディンプルの代わりにインナーフィンを第１流路３に挿入し、その内面とインナーフィンの厚み方向両側とをろう付け固定してもよい。
櫛状部材６は、歯元６ｃが櫛歯６ｂに対して直交すると共に、櫛歯６ｂの付根１４が歯元６ｃに沿ってＬ字状に曲折されている（図４，図５）。
このようにしてなる櫛状部材６は、図５に示す如くその歯元６ｃが折返し端縁２の端面に接触すると共に、付根１４がそのコーナー部に接触し、夫々の接触部のろう付け面積を大にしている。それにより、付根１４のろう付け強度を強くし、ろう付けの信頼性を向上させている。また、各櫛歯６ｂの先端は各第１流路３の溝底３ａに接触する。（図７）
なお、付根１４と歯元６ｃとは接触しまたは、極めて僅かな隙間に製作される。
次に、各第２流路４には図３に示す如く、フィン７が介装される。なお、図３ではフィン７を見易くするために、最上位置の第１流路３を上方に持ち上げた状態で図示しているが、実際には図６の如く、最上位置の第１流路３の下面側が最上段のフィン７に接触する。このフィン７は、金属板を横断面方向に波形に曲折すると共に、その稜線および谷部の長手方向にも曲折し、第２流路４内を流通する流体の攪拌効果を高めている。
このようなコア本体５と櫛状部材６とフィン７との組立体によって、図６のコア８を構成する。また、上記のフィン７の代わりに、図示しないスリットフィンやオフセットフィンあるいはルーバフィンを第２流路４に挿入することもできる。
次に、このようなコア８の外周を被嵌するケーシング９は、コア８の長さよりも長い断面方形の筒状に形成され、コア８の両端の外側に一対のヘッダ部３１（図１２，図１３参照）を有する。このケーシング９は、図１および図９に示す如く、この例では溝状材９ａと蓋材９ｂとからなる。
溝状材９ａは、その内周面がコア本体５の上下両面および一側に接触し、コア本体５の隣接する折返し端縁１間を閉塞する。蓋材９ｂは、溝状材９ａの開口側を閉塞すると共に、コア本体５の他側を閉塞し且つ、隣接する折返し端縁２間を閉塞する。溝状材９ａは高耐熱耐蝕性のニッケル鋼やステンレス鋼その他からなり、内面に流通する第２流体１２としての高温排ガスからの損傷を防止している。これに対して、蓋材９ｂはその内面に第１流体１０として冷却水が流通するものであるから、溝状材９ａより耐熱耐蝕性が劣るものでもよい。一般的に耐熱耐蝕性の劣るステンレス鋼板は成形性が高耐熱耐蝕材料のものより良いと共に、材料が安価である。この例では、蓋材９ｂは図１に示す如く、その両端位置の外面側に一対の小タンク部２８がプレス加工により突設形成され、そこに出入口１１が夫々開口すると共に、その出入口１１にパイプ２６が接続されている。耐熱耐蝕性のある程度劣るステンレス鋼板を用いれば、このような小タンク部２８の加工が容易である。
なお、溝状材９ａの両側壁の先端縁は、コア本体５の上下両端に折り返し形成された嵌着縁部１５（図６，図９，図１０）に嵌着する。なお、図１１は、コアの長手方向の中間部における横断面図である。そして、その嵌着縁部１５の外面側に蓋材９ｂの上下両端のＬ字状部が被嵌される。
このようにすることにより、蓋材９ｂと溝状材９ａとコア本体５との各接続部のろう付けの信頼性を向上できる。
次に、ケーシング９の長手方向両端部のヘッダ部３１の開口端は、一対の高耐熱耐蝕性材料よりなるヘッダ端蓋１６，１７で閉塞され、さらにその外側にフランジ２５が嵌着される。ヘッダ端蓋１６，１７は、この例では外側に鍋型に膨出され、その中心部に第２流体１２の出入口が開口する。さらに各ヘッダ端蓋１６，１７の一側には延長部１６ａ，１７ａが一体に延在し、その延長部１６ａ，１７ａが、図１３に示す如く、蓋材９ｂの両端部の内面を覆う。
このような熱交換器の各接触部間にはろう材が被覆または配置され、図２の組立状態で全体が一体に高温の炉内でろう付け固定される。
そして図７に示す如く、第１流路３側に第１流体１０が供給され、第２流路４側に第２流体１２が供給される。一例として冷却水からなる第１流体１０は、ケーシング９の一側に突設された一方のパイプ２６、小タンク部２８を介し各第１流路３に供給され、それが長手方向に流通し他方のパイプ２６から流出する。また、一例として高温排ガスよりなる第２流体１２はヘッダ端蓋１６の開口からケーシング９の開口１３を介して各第２流路４に供給される。
なお、一対の櫛状部材６（図１）はヘッダプレートを構成する。
この櫛状部材６は、その先端部を図７（Ａ）の如く湾曲部２４に形成することができ、その場合には第１流体１０の流れを櫛状部材６の端部において長手方向に円滑に導くことができる。それにより、第１流体１０の滞留部を無くし、第１流体１０が冷却水の場合にはその部分での沸騰を防止でき、熱交換を促進することができる。
この湾曲部２４の先端は、第１流路３の溝底３ａに弾性的に接する状態でコアが組立られる。即ち、図７（Ｂ）の鎖線の状態から実線の状態になるように、各櫛歯６ｂの先端部は、溝底３ａに接する方向に、組立治具によりコア本体の外周が圧縮される。その先端部に湾曲部２４が存在すると、そこに弾性が生じ、コアの組立状態でその先端をコア本体５の各溝底３ａに弾性的に接触させることとなり、溝底３ａと櫛歯６ｂとの間の隙間をなくして、完全に閉塞し、その後のろう付け工程で隙間なくろう付けされて、その信頼性が向上する。
次に、図８は図７の変形例であり、湾曲部２４の先端が折り返されてそこに、折返し先端部２４ａを構成する。そしてその折返し先端部２４ａが第１流路３の折返し端縁１の内面に接触固定されている。この場合にも、その先端部に弾性が生じ、完全に閉塞してろう付けの信頼性が向上する。
次に、図１２，図１３は、第１流体１０の入口側に、バッファプレート３０を設けて、第１流路３の各部に冷却水を均一流通させるものである。図２の例では蓋材９ｂの両端部に一対の小タンク部２８が存在するため、パイプ２６から流入する第１流体１０は、各第１流路３内を流通する際、蓋材９ｂ側をより多く流れる傾向にある。そこで、パイプ２６の冷却水の出口側対向面にバッファプレート３０を対向させ、図１３において、その左側のみスリット状に開口を形成し、その開口から流出する第１流体１０の流速を大きくする。その運動エネルギーにより蓋材９ｂより離間した位置まで第１流体１０を導くものである。即ち、第１流体１０はバッファプレート３０を迂回して矢印の如く絞られた状態で第１流路３に流出する。このとき、第１流体１０の一部は、櫛歯６ｂの付根のＬ字状部に沿って図において左方に導かれ、それが櫛歯６ｂの直線部に沿って流路の幅方向に円滑に導かれる。そのため、櫛歯６ｂの付根のＬ字状の曲折部は、第１流体１０の入口（出口も同様）部近傍の流体抵抗を減ずる効果がある。

Claims (3)

1. 帯状金属板をつづら折りに折返し曲折して、その折返し端縁（１）（２）が方形の平面部（１ａ）の一方端と他方端とに交互に形成されると共に、その金属板の厚み方向に交互に偏平な第１流路（３）と第２流路（４）とを有するコア本体（５）が形成され、
   そのコア本体（５）の各第１流路（３）は、前記折返し端縁（１）の両端位置で、一対の櫛状部材（６）の各櫛歯（６ｂ）により閉塞されると共に、前記第２流路（４）にはフィン（７）が介装されてコア（８）を構成し、
   そのコア本体（５）の外周を筒状のケーシング（９）で被嵌して、隣接する各折返し端縁（１）（２）間が閉塞され、
   第１流体（１０）が前記ケーシング（９）の外面の一対の出入口（１１）により夫々の第１流路（３）に導かれると共に、第２流体（１２）が前記ケーシング（９）の筒状の一方の開口（１３）から夫々の第２流路（４）を介して、他方の開口（１３）に導かれるように構成された熱交換器において、
   夫々の前記櫛状部材（６）は、その歯元（６ｃ）が各櫛歯（６ｂ）に対して直交すると共に、各櫛歯（６ｂ）の付根（１４）が歯元（６ｃ）に沿ってＬ字状に曲折され、歯元（６ｃ）の平面が前記折返し端縁（２）に接触し、その櫛状部材（６）とコア本体（５）との各接触部間が一体にろう付け固定されたことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１において、
   一方の櫛状部材（６）の各櫛歯（６ｂ）の先端部は湾曲した湾曲部（２４）を有し、その湾曲部（２４）の端が他方の櫛状部材（６）に向くように形成され、一方の櫛状部材（６）の前記歯元（６ｃ）の近傍から前記第１流体（１０）が各第１流路（３）に導かれる熱交換器。
3. 請求項２において、
   前記湾曲部（２４）の先端を折り返して、そこに折返し先端部（２４ａ）が形成され、その折返し先端部（２４ａ）が前記コア本体（５）の折返し端縁（１）に接触固定された熱交換器。

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