JPWO2006035988A1 - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

この発明は帯状金属板をつづら折りに折返し曲折して、多数の偏平な流路を有するコア本体５が構成され、その両端で一対の櫛状部材６の各櫛歯が各流路を閉塞すると共に、コア本体５にケーシング９を被嵌し、そのケーシングの側面に流体の出入口を設けたものにおいて、その流体が偏平な各流路に均一に流通するようにすることを目的とする。この目的を解決する手段は、筒状の前記ケーシング９の両端部に一対のヘッダ部３１が設けられると共に、ケーシング９の一側の両端部に一対の小タンク部２８を介して出入口１１が設けられ、第１流体１０の入口側の小タンク部２８は、前記コア本体５との間にバッファプレート３０がその第１流体１０の出口側に片寄って配置され、第１流体１０が小タンク部２８内をそのバッファプレート３０を迂回して出口と反対側の縁より、前記第１流路３の一端部に流入するように構成し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ものと、一対の櫛状部材とにより熱交換器のコアを形成し、その外周を筒状のケーシングで被嵌すると共に、その長手方向両端にタンクを設けた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。
後者の熱交換器のコアは、コア本体がつづら折りに形成されて多数の偏平な溝部を有し、一つ置きに第１流路と第２流路が設けられ、その第１流路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。そしてそのコア本体の外周にケーシングが被嵌されている。そのケーシングは、前記コア本体の外周の３面を覆う溝状材と、その溝状材の開口を閉塞する蓋材とで、筒状に形成され、その両端がヘッダに接続されたものである。蓋材の両端部には一対の冷却水タンクが配置され、そこに取り付けられた出入口パイプからコア本体の各第１流路内に冷却水が流通する。そして第２流路には排ガスが流通し、両者間に熱交換が行われるものである。
ところが、本発明者らの実験によれば、後者の熱交換器において、出入口パイプと各第１流路の一側の出入口とを対向させると、出入口パイプから流出入する第１流体は、各第１流路内を流通する際、出入口パイプ側をより多く流れる傾向にある。これは、各流路内を第１流体が不均一に流れることにつながり、流路内の一部に第１流体の滞留がおこり、その部分の熱交換が低下して、そこに過熱部が生じる不都合を生じる。
そこで本発明は、かかる問題点を解決することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、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、
筒状の前記ケーシング（９）の両端部に一対のヘッダ部（３１）が設けられると共に、ケーシング（９）の一側の両端部に一対の小タンク部（２８）を介して前記出入口（１１）が設けられ、第１流体（１０）の入口側の小タンク部（２８）は、前記コア本体（５）との間にバッファプレート（３０）がその第１流体（１０）の出口側に片寄って配置され、第１流体（１０）が小タンク部（２８）内をそのバッファプレート（３０）を迂回して出口と反対側の縁より、前記第１流路（３）の一端部に流入するように構成したことを特徴とする熱交換器である。
請求項２に記載の発明は、請求項１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、
前記コア本体（５）の両端位置で、前記歯元（６ｃ）の平面が前記折返し端縁（２）に接触し、前記各櫛歯の付根側の歯元（６ｃ）の縁部に第１流路（３）の入口が開口された熱交換器である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、
前記熱交換器は、ＥＧＲクーラであり、第１流体が冷却水であると共に、第２流体が排ガスであるものである。
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。
本発明は、ケーシング９の一側の両端部に小タンク部２８を介して出入口１１を設け、その小タンク部２８内にバッファプレート３０を設けることにより、それを迂回して第１流体１０が第１流路３内の各部に均一に流通して熱交換を促進する。これは、第１流路３の入口が小タンク部２８より小さなスリット状の開口に形成され、その開口から流入する第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を迂回して絞られた状態で第１流路３に流入するからである。
上記構成において、コア本体５の両端位置で、櫛状部材６の歯元６ｃの平面がコア本体５の折返し端縁２に接触し、前記各櫛歯の付根側の歯元６ｃの縁部に第１流路３の入口が開口されたものでは、バッファプレート３０を迂回して第１流路３に流入した第１流体１０の一部は、櫛歯の付根のＬ状部に沿って内部に流入し、各櫛歯の直線部に案内されて第１流路の平面の幅方向の端部まで円滑に導かれる。それにより、第１流体１０が第１流路３内の各部に均一に流通して熱交換を促進する。
上記構成において、熱交換器をＥＧＲクーラとして用いる場合には、冷却水の局部沸騰を効果的に防止できる。

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は本発明の熱交換器の要部を示す斜視説明図である。
図７は同熱交換器の要部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は同発明の要部を示す一部組立で状態の斜視図、図７は同発明の要部縦断面図である。
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の空間を一定間隔に保持している。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、前記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、ろう付けの信頼性を向上させている。
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、その厚みがコアの厚みより厚くされて、その強度を強くする。それと共に、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７参照）を有する。このケーシング９は、図１及び図２に示す如く、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。蓋材９ｂとして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断面コ字状の嵌着縁部１５（図６）に嵌着する。また、蓋材９ｂの上下両端に直角に折り曲げられたＬ字状部が嵌着縁部１５の外面側に被嵌される。
図６，図７は、本発明の要部を示し、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。このバッファプレート３０が存在しないと、蓋材９ｂの両端部に一対の小タンク部２８が存在し、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７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。
また、コア本体５の両端位置で、櫛状部材６の歯元６ｃの平面がコア本体５の折返し端縁２に接触し、前記各櫛歯６ｂの付根１４側の歯元６ｃの縁部に第１流路３の入口が開口されているので、バッファプレート３０を迂回して第１流路３に流入した第１流体１０の一部は、櫛歯の付根１４からそのＬ状部に沿って内部に流入し、各櫛歯６ｂの直線部に案内されて第１流路３の平面の幅方向の端部まで円滑に導かれる。それにより、第１流体１０が第１流路３内の各部に均一に流通して熱交換を促進する。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。
次に、図６，図７において、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（図１，図７）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７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、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。熱交換器がＥＧＲクーラとして用いられる場合には、第１流体１０として冷却水が、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、第２流体１２として高温排ガスが、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。

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、
   筒状の前記ケーシング（９）の両端部に一対のヘッダ部（３１）が設けられると共に、ケーシング（９）の一側の両端部に一対の小タンク部（２８）を介して前記出入口（１１）が設けられ、第１流体（１０）の入口側の小タンク部（２８）は、前記コア本体（５）との間にバッファプレート（３０）がその第１流体（１０）の出口側に片寄って配置され、第１流体（１０）が小タンク部（２８）内をそのバッファプレート（３０）を迂回して出口と反対側の縁より、前記第１流路（３）の一端部に流入するように構成したことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１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、
   前記コア本体（５）の両端位置で、前記歯元（６ｃ）の平面が前記折返し端縁（２）に接触し、前記各櫛歯の付根側の歯元（６ｃ）の縁部に第１流路（３）の入口が開口された熱交換器。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記熱交換器は、ＥＧＲクーラであり、第１流体が冷却水であると共に、第２流体が排ガスであるもの。

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