JP4527557B2 - 熱交換器 - Google Patents

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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製造し易いものに関する。
従来のＥＧＲクーラは、一例として特許文献１に記載の発明の如く、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２００３−９０６９３号公報
従来の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。それと共に、流路中に流体の滞留部が生じて部分的に冷却水の沸騰が生じるおそれがあった。
それを防止するため上記公報記載の発明は、特に冷却水の入口部の下流位置で、チューブの外面に断続した一対の閉塞突条を設け、入口パイプからそれに対向するケーシングに冷却水を衝突させ、その反射流を突条に導き、その突条の存在しない中間部に導くようにしていた。このようなチューブの製作は面倒であると共に、冷却水はチューブ表面に各部に均一には流れない欠点があった。
そこで本発明は、部品点数が少なく組立てが容易で、ろう付け部が少なく信頼性が高いと共に、冷却水が各部に均一に流通し、部分的な沸騰の生じな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) の第１流路(3) は、前記折返し端縁(1) の両端位置で、細長い板材または棒材からなるスリット閉塞体(6) で閉塞されて、一方の側部のみに偏平な開口部(3b)が形成されると共に、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、
前記第１流路(3) の前記開口部(3b)側に対向する前記ケーシング(9) の一側面の両端部に、一対の冷却水(10)の出入口(11)が形成され、
その出入口(11)に対向する位置で且つ、前記スリット閉塞体(6) に近接すると共にそれに沿って、前記第１流路(3) 内の対面する平面に夫々突条(3a)が曲折形成され、夫々の突条(3a)間に隙間(3c)が形成されるように構成され、
前記冷却水(10)が前記出入口(11)から夫々の第１流路(3) に導かれて、その一部が前記突条(3a)に案内されると共に、対向する一対の突条(3a)間を通過するように構成され、
被冷却流体(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である。
請求項２に記載の発明は、請求項１において、
前記突条(3a)間の隙間(3c)がその長手方向に沿って変化するように構成された熱交換器である。
請求項３に記載の発明は、請求項２において、
突条(3a)の長手方向中間部の隙間(3c)が、両端部のそれより大きく、または小さく形成された熱交換器である。
請求項４に記載の発明は、請求項１において、
対向する一対の突条(3a)が、平面的に互いに交差するように形成された熱交換器である。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
突条(3a)の少なくとも長手方向両端部が、第１流路(3) の中心部側に湾曲した熱交換器である。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、
前記突条(3a)の幅が長手方向に沿って変化するように形成された熱交換器である。
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てなるコア本体５と、スリット閉塞体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で被嵌したものであるから、部品点数が少なく製造容易で構造の簡単な熱交換器を安価に提供できる。
しかも、接続部分が少なくなり気密性および液密性が向上すると共に、コンパクトで性能の良い熱交換器を提供できる。さらに、第１流路３内の出入口において、一対の突条3aが形成されているから、その出入口近傍に冷却水の滞留部が生じることを防止できかつ、その一対の突条3a間に隙間3cが設けられているので、その隙間3cからも冷却水が流通するため、冷却水が各部を均一に流通して熱交換を促進する。
上記構成において、突条3a間の隙間3cをその長手方向に沿って変化させ、各種条件に対応して冷却水の均一な流れを微調整することができる。
また、突条3aの長手方向の中央部の隙間3cを、その両端部のそれより大きくしまたは、小さくすることにより、各種条件に対応して冷却水の均一な流れを他の方法により微調整することができる。
さらには、対向する一対の突条3aを平面視で交差するようにし、各種条件に対応して冷却水の均一な流れをさらに他の方法により微調整することができる。
また、突条3aの長手方向の両端部を第１流路の中心部側に湾曲させ、冷却水の円滑な流通を図ることができる。
或いは、突条3aの幅を長手方向に沿って変化させ、各種条件に対応して冷却水の均一な流れを他の方法により微調整することができる。
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要部分解斜視図であり、図２はその組立て状態の断面図、図３は同熱交換器の全体の分解斜視図、図４はその組立状態の斜視図、図５は図２のＶ−Ｖ矢視断面要部略図、図６は同斜視図である。
この熱交換器は、図３に示す如く、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並びに一対のスリット閉塞体６とを有する。
コア本体５は、図１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ブル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の両端位置に夫々スリット閉塞体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。
さらに、そのスリット閉塞体６に近接し、それに平行に突条3aが第１流路３内に一対突出している。この突条3aは図５，図６の如く、互いに対向し、その突条3a間に隙間3cが形成されている。この突条は各第１流路３の全てに設けられていると共に、図３に示す如く、各第１流路３の長手方向の両端部に存在する。
また突条3aの長さはコア本体５の幅より短く形成され、そのコア本体５の幅方向の中間位置に突条3aが配置されている。さらにこの突条3aは、図２に示す如く、冷却水10の出入口11に対向した位置にある。
そして、出入口10から流入した冷却水10がこの突条3aに導かれて、それが折返し端縁１近傍までに達するようにしている。それと共に、図５に示すごとく、対向する突条3aの間の隙間3cをとおり、冷却水10が突条3aの各部をその幅方向にも矢印（図２）のごとく流通するように構成されている。そのため、冷却水10の滞留部が無くなると共に、第１流路３内の各部を均一に流通し、冷却水10の沸騰部を無くしている。同様な作用は、冷却水10の出口側でも行われている。
スリット閉塞体６は、この例では櫛状部材6aからなる。その櫛状部材6aは、歯元6cが櫛歯6bに対して直交する（図１）。
次に、各第２流路４には図１に示す如く、フィン７が介装される。なお、図１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とスリット閉塞体６とフィン７との組立体によって、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２参照）を有する。このケーシング９は、図３および図４に示す如く、この例では溝状材9aと溝蓋材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。溝蓋材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間の開口部3b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、内面に流通する被冷却流体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、溝蓋材9bはその内面に冷却水10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、溝蓋材9bは図３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１）に嵌着する。そして、その嵌着縁部15の外面側に溝蓋材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、溝蓋材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、その中心部に被冷却流体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２に示す如く、溝蓋材9bの両端部（一方側は省略）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，図４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。
（作用）
そして図２，図４に示す如く、第１流路３側に冷却水10が供給され、第２流路４側に被冷却流体12が供給される。
その冷却水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に図２の如く供給される。このとき、小タンク部28に対向する位置に上下一対の突条3aが第１流路３内に突設されているため、冷却水10はその突条3aに案内されて、突条3aと櫛歯6bとの間を流通し、それが折返し端縁１近傍まで達する。しかも、突条3aと櫛歯6bとの間を流通する冷却水10は、その一部が上下一対の突条3a間の隙間3cを通過して矢印の如く、第１流路３の幅方向各部で均等に流通する。
なお、厳密に第１流路３の幅方向各部で均等に流通させるには、冷却水10の流通実験により緒条件を決定すればよい。そして求めた最適な突条3aの形状および各突条3a間の隙間3cの高さを採用すればよい。突条3aの平面視の形状は、一例として図７の（Ａ〜Ｄ）の何れかを採用できる。（Ａ）は突条3aの両端部がへの字状に曲折したものであり、（Ｂ）は突条3aの両端部が湾曲したものである。また（Ｃ）は突条3aが全体として弓なりに曲折形成され、（Ｄ）は突条3aの幅が各部で異なるものである。
さらには、図８（Ａ）の如く、上下一対の突条3aを平面視で、互いに交差するように構成してもよい。この場合、金属板には予め（Ｂ）の如く、突条3aを展開状態でハの字状に形成し、それを折返し端縁１，２の位置でつづら折りに形成すればよい。
なお、図８（Ａ）では、スリット閉塞体６の各櫛歯6bの先端部を湾曲し、冷却水10をそれに沿って円滑に流通させている。それによりさらに、冷却水10の滞留を有効に無くすことができる。
各第１流路３を長手方向に流通した冷却水10は、他方のパイプ26に向かい、そこから外部に流出する。このとき、出口側にも上下一対の突条3aが存在し、それに冷却水10が案内されて、滞留部を生じることなく円滑に流通する。
次に、一例として高温排ガスよりなる被冷却流体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。
本発明の熱交換器のコア部の要部分解斜視図。 同熱交換器の組立て状態の要部断面図。 同熱交換器全体の分解斜視図。 同熱交換器の組立状態を示す斜視図。 図２のＶ−Ｖ矢視断面略図。
同断面の斜視略図。 熱交換器の突条3aの各例を示す平面図。 同突条3aの他の例の平面図および、その製造工程説明図。 同突条3a間の隙間3cの各種の例を示す断面図。
符号の説明
１，２ 折返し端縁
1a 平面部
３ 第１流路
3a 突条
3b 開口部
3c 隙間
４ 第２流路
５ コア本体
６ スリット閉塞体
6a 櫛状部材
6b 櫛歯
6c 歯元
７ フィン
８ コア
９ ケーシング
9a 溝状材
9b 溝蓋材
lO 冷却水
ll 出入口
12 被冷却流体
13 開口
14 付根
15 嵌着縁部
16，17 ヘッダ端蓋
16a,17a 延長部
25 フランジ
26 パイプ
27 リブ
28 小タンク部
29 ディンプル
31 ヘッダ部

Claims (6)

  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)の一方瑞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) の第１流路(3) は、前記折返し端縁(1) の両端位置で、細長い板材または棒材からなるスリット閉塞体(6) で閉塞されて、一方の側部のみに偏平な開口部(3b)が形成されると共に、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、
    前記第１流路(3) の前記開口部(3b)側に対向する前記ケーシング(9) の一側面の両端部に、一対の冷却水(10)の出入口(11)が形成され、
    その出入口(11)に対向する位置で且つ、前記スリット閉塞体(6) に近接すると共にそれに沿って、前記第１流路(3) 内の対面する平面に夫々突条(3a)が曲折形成され、夫々の突条(3a)間に隙間(3c)が形成されるように構成され、
    前記冷却水(10)が前記出入口(11)から夫々の第１流路(3) に導かれて、その一部が前記突条(3a)に案内されると共に、対向する一対の突条(3a)間を通過するように構成され、
    被冷却流体(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。
  2. 請求項１において、
    前記突条(3a)間の隙間(3c)がその長手方向に沿って変化するように構成された熱交換器。
  3. 請求項２において、
    突条(3a)の長手方向中間部の隙間(3c)が、両端部のそれより大きく、または小さく形成された熱交換器。
  4. 請求項１において、
    対向する一対の突条(3a)が、平面的に互いに交差するように形成された熱交換器。
  5. 請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
    突条(3a)の少なくとも長手方向両端部が、第１流路(3) の中心部側に湾曲した熱交換器。
  6. 請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、
    前記突条(3a)の幅が長手方向に沿って変化するように形成された熱交換器。
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