WO2006035988A1 - 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

明 細 書 熱交換器 技術分野

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 （E G R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。 背景技術

従来の E G R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へ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 - 1 8 6 3 4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 2 0 0 4 / 0 6 5 8 7 6 A 1 公報記載の発明が提案されている。 ·

前者の E G R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 つた。 o 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レ、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 の両端がへ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ァ本体の各第 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流路のー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。 発明の開示

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（la)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 ァ本体 (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) の両端部に一対のへッダ部（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 （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 t目』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)が各檢歯（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、 E G R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/レギ一により蓋材 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 6 c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； 0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 進する。

上記構成において、 熱交換器を E G R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。 図面の簡単な説明

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との組立て説日月図である。

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に揷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。 発明を実施するための最良の形態 '

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 laの一方端と他方端に交互に形成された 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 ~Τ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 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 ^こ夫々 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、 前言己ディ ンプルの代わりにィンナーフィンを第 1流路 3に揷入し、 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 ブイン 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。

このようなコァ本体 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ゃォ フセットフイ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％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は高耐熱耐蝕性の二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 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 イブ 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 %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、 —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。 さらに各へ ッダ端蓋 16， 17 の一側には延長部 16a ， 17aがー体に延在し、 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 E G R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

請 求 の 範 囲

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（la)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)の出口側に片寄つて配置され、 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)に沿つて 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、 E G Rグーラであり、 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。