JP6874545B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
本開示は、内燃機関に過給される空気を冷却するための熱交換器に関する。 The present disclosure relates to a heat exchanger for cooling the air supercharged to an internal combustion engine.
内燃機関に過給される空気を冷却するための熱交換器では、圧縮されて高温となった空気（過給気）と、冷却水との間で熱交換が行われる。このような熱交換器は、例えば下記特許文献１に記載されているように、内側を高温の空気が通る筒状のダクトと、当該ダクトの内部に配置された複数枚のクーリングプレートと、を備えた構成となっている。複数枚のクーリングプレートは積層された状態で互いにろう接されており、冷却水の通る冷却水流路がその内側に形成されている。ダクトの内部においては、上記の冷却水流路と、空気が通る空気流路とが、積層方向に沿って交互に並ぶように配置されている。
In the heat exchanger for cooling the air supercharged to the internal combustion engine, heat exchange is performed between the compressed air (supercharged air) and the cooling water. Such a heat exchanger includes, for example, as described in
互いに隣り合う冷却水流路の間は、クーリングプレートに設けられたカップ部を介して接続されている。「カップ部」とは、一方の冷却水流路を区画するクーリングプレートから、他方の冷却水流路を区画するクーリングプレートに向けて突出するように形成された部分である。上記構成の熱交換器では、複数の冷却水流路がカップ部を介して互いに並列に接続されている。 The cooling water channels adjacent to each other are connected via a cup portion provided on the cooling plate. The "cup portion" is a portion formed so as to project from a cooling plate that partitions one cooling water flow path toward a cooling plate that divides the other cooling water flow path. In the heat exchanger having the above configuration, a plurality of cooling water channels are connected in parallel to each other via a cup portion.
上記のような構成の熱交換器では、カップ部とクーリングプレートとの間のろう接、及び、カップ部とダクト内面との間のろう接が、板状のスペーサプレートをそれぞれの間に挟んだ状態で行われることが好ましい。スペーサプレートを介して各部のろう接を行なえば、ろう接の接合面を、積層方向に対して垂直な面とすることができる。このため、ろう接時においてそれぞれのクーリングプレート等を積層方向に沿って加圧（圧縮）しても、これにより接合部分で「ずれ」が生じてしまうことが防止される。また、スペーサプレートを介在させることによって接合面を広くとることができるので、ろう接不良の発生を抑制することもできる。 In the heat exchanger having the above configuration, the brazing contact between the cup portion and the cooling plate and the brazing contact between the cup portion and the inner surface of the duct sandwich the plate-shaped spacer plate between them. It is preferably carried out in a state. By brazing each part through the spacer plate, the joint surface of the brazing can be made a plane perpendicular to the stacking direction. Therefore, even if each cooling plate or the like is pressurized (compressed) along the stacking direction at the time of brazing, it is possible to prevent "misalignment" from occurring at the joint portion. Further, since the joint surface can be widened by interposing the spacer plate, it is possible to suppress the occurrence of poor brazing.
ところで、発明者らが検討したところによれば、上記のようにスペーサプレートを介在させた状態でカップ部とダクト内面との接合が行われている構成においては、当該カップ部の一部において大きな歪が発生することがある、という新たな課題が見出された。このようなカップ部の歪は、以下のような原因で生じると考えられる。 By the way, according to the investigation by the inventors, in the configuration in which the cup portion and the inner surface of the duct are joined with the spacer plate interposed therebetween as described above, a part of the cup portion is large. A new issue has been found in which distortion can occur. Such distortion of the cup portion is considered to be caused by the following causes.
ダクトのうち高温の空気の入口又は出口となる部分には、空気が通るタンクが例えば「かしめ」等によって固定されている。ダクトのうちタンクが固定される部分では、内部を通る空気の熱や圧力などにより変形が生じやすい。上記のようにスペーサプレートを介在させている構成においては、ダクトのうちこのように変形が生じやすい部分と、カップ部との間が、比較的厚めの板状体（ダクトとスペーサプレートとを重ねて接合したもの）によって繋がれている。このため、ダクトの入口部分又は出口部分で生じた変形が、上記板状体の変形によっては吸収されず、スペーサプレートに接合されたカップ部を大きく歪ませてしまうこととなってしまう。 A tank through which air passes is fixed to a portion of the duct that serves as an inlet or an outlet for hot air by, for example, "caulking". The part of the duct where the tank is fixed is likely to be deformed by the heat and pressure of the air passing through the inside. In the configuration in which the spacer plate is interposed as described above, a relatively thick plate-like body (duct and spacer plate are overlapped) between the portion of the duct where deformation is likely to occur and the cup portion. It is connected by (the one that was joined together). Therefore, the deformation generated at the inlet portion or the outlet portion of the duct is not absorbed by the deformation of the plate-shaped body, and the cup portion joined to the spacer plate is greatly distorted.
カップ部は、熱伝導率の高いアルミニウムによって形成されることが多く、且つ比較的薄く形成されていることが多い。このため、カップ部で大きな歪が生じることは好ましくない。 The cup portion is often formed of aluminum having a high thermal conductivity, and is often formed relatively thinly. Therefore, it is not preferable that a large distortion occurs in the cup portion.
本開示は、スペーサプレートを介在させてカップ部と他の部材とが接合されている構成としながらも、カップ部で生じる歪を抑制することのできる熱交換器、を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a heat exchanger capable of suppressing strain generated in a cup portion while having a configuration in which a cup portion and another member are joined with a spacer plate interposed therebetween. ..
本開示に係る熱交換器は、内燃機関に過給される空気を冷却するための熱交換器（１０）であって、空気の通る空気流路（ＡＰ）が内側に形成された筒状のダクト（２１０）と、ダクトの内側に複数枚配置された板状の部材であって、冷却水の通る冷却水流路（ＷＰ）が間に形成されるように積層されているクーリングプレート（３００）と、を備える。互いに隣り合う冷却水流路は、クーリングプレートの一部を積層方向に沿って突出させることにより形成されたカップ部（３２１）、を介して連通されている。カップ部と、これと隣り合うクーリングプレートとの間となる位置、及び、カップ部とダクトとの間となる位置、のそれぞれにはスペーサプレート（４００）が配置されている。スペーサプレートのうち、カップ部とダクトとの間となる位置に配置されたものは、平板状の部分であって、その全体がダクトに対して直接又は他の部材を介してろう接される平板部（４１０）、を有している。空気流路を空気が流れる方向における平板部の端部が、同方向におけるクーリングプレートの端部よりも内側となる位置に配置されている。 The heat exchanger according to the present disclosure is a heat exchanger (10) for cooling the air supercharged to the internal combustion engine, and has a tubular shape in which an air flow path (AP) through which air passes is formed inside. A cooling plate (300) which is a plate-shaped member arranged in a plurality of pieces inside the duct (210) and is laminated so as to form a cooling water flow path (WP) through which cooling water passes. And. The cooling water channels adjacent to each other are communicated with each other via a cup portion (321) formed by projecting a part of the cooling plate along the stacking direction. A spacer plate (400) is arranged at a position between the cup portion and the cooling plate adjacent to the cup portion and a position between the cup portion and the duct. Of the spacer plates, the one arranged at a position between the cup portion and the duct is a flat plate-like portion, and the entire spacer plate is brazed directly to the duct or via another member. It has a part (410). The end portion of the flat plate portion in the direction in which air flows through the air flow path is arranged at a position inside the end portion of the cooling plate in the same direction.
このような構成の熱交換器では、空気流路を空気が流れる方向における平板部の端部が、同方向におけるクーリングプレートの端部よりも内側となる位置に配置されている。つまり、スペーサプレートのうちダクトにろう接されている部分が、クーリングプレートの端部となる位置までは伸びておらず、それよりも内側となる位置までしか伸びていない。このため、ダクトうち変形が生じやすい部分とカップ部との間は、その全体が厚めの板状体（ダクトとスペーサプレートとを重ねて接合したもの）によって繋がれているのではなく、少なくとも一部が薄めの板状体によって繋がれている。 In the heat exchanger having such a configuration, the end portion of the flat plate portion in the direction in which air flows through the air flow path is arranged at a position inside the end portion of the cooling plate in the same direction. That is, the portion of the spacer plate that is brazed to the duct does not extend to the position that is the end of the cooling plate, but extends only to the position that is inside. For this reason, the part of the duct that is easily deformed and the cup part are not connected by a thick plate-like body (the duct and the spacer plate are overlapped and joined), but at least one. The parts are connected by a thin plate-like body.
尚、上記における「空気流路を空気が流れる方向における平板部の端部」には、空気の流れの上流側における平板部の端部と、空気の流れの下流側における平板部の端部と、のうちの一方又は両方が含まれる。 The "end of the flat plate portion in the direction in which air flows through the air flow path" in the above includes the end portion of the flat plate portion on the upstream side of the air flow and the end portion of the flat plate portion on the downstream side of the air flow. , One or both of.
このような構成においては、ダクトの端部で生じた変形が、上記の「薄めの板状体」、すなわち平板部には接合されていない部分の変形によって吸収される。このため、カップ部で大きな歪が生じてしまうことが防止される。 In such a configuration, the deformation generated at the end of the duct is absorbed by the deformation of the above-mentioned "thin plate-like body", that is, the portion not joined to the flat plate portion. Therefore, it is possible to prevent a large distortion from occurring in the cup portion.
本開示によれば、スペーサプレートを介在させてカップ部と他の部材とが接合されている構成としながらも、カップ部で生じる歪を抑制することのできる熱交換器、が提供される。 According to the present disclosure, there is provided a heat exchanger capable of suppressing strain generated in the cup portion while having a configuration in which the cup portion and other members are joined with a spacer plate interposed therebetween.
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same components are designated by the same reference numerals as much as possible in each drawing, and duplicate description is omitted.
第１実施形態について説明する。本実施形態に係る熱交換器１０は、車両に搭載される熱交換器であって、不図示の内燃機関に過給される空気を冷却するための所謂ＣＡＣ（Charged Air Cooler）と称されるものである。図１及び図２に示されるように、熱交換器１０は、コア部２０と、空気入口タンク３１と、空気出口タンク３２と、を備えている。
The first embodiment will be described. The
コア部２０は、空気と冷却水との間の熱交換が行われる部分である。コア部２０は、ダクト２１０と、一対のかしめプレート２２０と、冷却水入口部２１と、冷却水出口部２２と、を有している。
The
ダクト２１０は、断面が矩形を成す筒状の部材であって、その内側には空気の通る流路である空気流路ＡＰ（図３を参照）が形成されている。ダクト２１０は金属によって形成されている。ダクト２１０の内側を空気が流れる方向は、図１において上方側から下方側に向かう方向となっている。図２に示されるように、ダクト２１０は、同図において上方側に配置されたダクトプレートアッパ２１１と、下方側に配置されたダクトプレートロア２１２と、を互いに接合することによって形成された部材となっている。ダクト２１０の内側には、上記の空気流路ＡＰの他に、冷却水の通る流路である冷却水流路ＷＰも形成されている。ダクト２１０の内側における具体的な構成については後述する。
The
尚、図１においては、ダクト２１０の内側を空気が流れる方向、すなわち図１において上方から下方に向かう方向をｘ方向としており、同方向に沿ったｘ軸を示している。また、ｘ方向に対して垂直な方向であって、図１において右から左に向かう方向をｙ方向としており、同方向に沿ったｙ軸を示している。更に、ｘ方向及びｙ方向のいずれに対しても垂直な方向であって、図１において紙面奥側から手前側に向かう方向をｚ方向としており、同方向に沿ったｚ軸を示している。図２以降の図面においても、上記と同じｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を示している。
In FIG. 1, the direction in which air flows inside the
かしめプレート２２０は、ｘ方向におけるダクト２１０の両端部にそれぞれ設けられた金属製の枠体である。それぞれのかしめプレート２２０は、ダクト２１０の端部に対して全周に亘りろう接されている。ダクト２１０の−ｘ方向側端部に接合されたかしめプレート２２０は、間に不図示のパッキンを挟み込んだ状態で、後述の空気入口タンク３１に対してかしめにより固定されている部分である。ダクト２１０のｘ方向側端部に接合されたかしめプレート２２０は、間に不図示のパッキンを挟み込んだ状態で、後述の空気出口タンク３２に対してかしめにより固定されている部分である。
The
図３に示されるように、ダクトプレートアッパ２１１のうち−ｘ方向の端部には、ｚ方向に沿って伸びるような立ち上げ部２１１ａが形成されている。かしめプレート２２０のうちｚ方向側の部分は、この立ち上げ部２１１ａに対して−ｘ方向側から当接しており、且つろう接されている。
As shown in FIG. 3, a rising
同図に示されるように、ダクトプレートロア２１２のうち−ｘ方向の端部には、上記のような立ち上げ部が形成されておらず、当該端部近傍の部分はｘ方向に沿った平板状となっている。かしめプレート２２０のうち−ｚ方向側の部分は、この平板状の部分に対して−ｚ方向側から当接しており、且つろう接されている。
As shown in the figure, the rising portion as described above is not formed at the end portion of the duct plate lower 212 in the −x direction, and the portion near the end portion is a flat plate along the x direction. It is in the shape. The portion of the
尚、ｘ方向側に設けられたかしめプレート２２０も、上記と同様の構成によりダクト２１０に対してろう接されている。
The
冷却水入口部２１は、外部から供給される冷却水の入口となる配管である。冷却水入口部２１には、車両の内燃機関及びラジエータ（いずれも不図示）を循環する冷却水が供給される。冷却水入口部２１は、ダクトプレートアッパ２１１の上面（ｚ方向側の面）から突出するように設けられている。
The cooling
冷却水出口部２２は、コア部２０における熱交換に供された冷却水の出口となる配管である。冷却水出口部２２は、ダクトプレートアッパ２１１の上面（ｚ方向側の面）から突出するように設けられている。冷却水出口部２２は、冷却水入口部２１よりも−ｘ方向側となる位置に設けられている。冷却水入口部２１から供給された冷却水が、冷却水出口部２２から排出されるまでに通る経路については、後に説明する。
The cooling
空気入口タンク３１は、不図示の過給機構により圧縮された空気を受け入れて、当該空気をダクト２１０の内部へと導くものである。空気入口タンク３１は、その全体が耐熱性の樹脂によって形成されている。空気入口タンク３１のうちｘ方向側の部分には、コア部２０のかしめプレート２２０に対してかしめ固定されるためのフランジが形成されている。空気入口タンク３１のうち−ｙ方向側の端部には、外部から空気を受け入れるための開口３１ａが形成されている。開口３１ａから空気入口タンク３１に流入した空気は、空気入口タンク３１の内部をｙ方向に流れた後、上記のフランジからダクト２１０の内部へと供給される。
The
空気出口タンク３２は、コア部２０における熱交換に供された空気を、熱交換器１０の外部へと導くものである。空気入口タンク３１と同様に、空気出口タンク３２は、その全体が耐熱性の樹脂によって形成されている。空気出口タンク３２のうち−ｘ方向側の部分には、コア部２０のかしめプレート２２０に対してかしめ固定されるためのフランジが形成されている。空気出口タンク３２のうち−ｙ方向側の端部には、空気を外部へと排出するための開口３２ａが形成されている。上記のフランジから空気出口タンク３２に流入した空気は、空気出口タンク３２の内部を−ｙ方向に流れた後、開口３２ａから外部へと排出される。
The
コア部２０の内部構成について、図３を参照しながら説明する。尚、熱交換器１０の構成は、コア部２０の内部も含めて、ｙ−ｚ平面について概ね対称な構成となっている。このため、以下においては、図３に示される−ｘ方向側の断面についてのみ説明を行うこととし、ｘ方向側の断面についてはその図示及び説明を省略する。
The internal configuration of the
図３に示されるように、ダクト２１０の内側には、クーリングプレート３００と、スペーサプレート４００とが、それぞれ複数枚ずつ配置されている。これらは、図３の上下方向に沿って（つまりｚ軸に沿って）積層されている。このため、ｚ軸に沿う方向のことを以下では「積層方向」とも称する。
As shown in FIG. 3, a plurality of cooling
クーリングプレート３００は、冷却水が流れる流路を形成するための板状の部材である。クーリングプレート３００には、互いに形状の異なる上側クーリングプレート３１０と、下側クーリングプレート３２０と、の２種類が存在している。上側クーリングプレート３１０及び下側クーリングプレート３２０は、積層方向に沿って交互に並んだ状態で積層されている。互いに隣り合う上側クーリングプレート３１０と下側クーリングプレート３２０との間には、冷却水の通る流路である冷却水流路ＷＰが形成されている。
The
上側クーリングプレート３１０には、ｚ方向側に向けて突出する凸部３１１が形成されている。凸部３１１は、その内側に上記の冷却水流路ＷＰを形成するための部分である。図４に示されるように、凸部３１１はｙ軸に沿って伸びるように形成されている。
The
凸部３１１のうち冷却水出口部２２の直下（−ｚ方向側）となる位置には、円形の開口３１１ａが形成されている。また、開口３１１ａの縁からは、更にｚ方向側に向かって突出するバーリング部３１２が形成されている。図４や図５に示されるように、バーリング部３１２は、開口３１１ａの縁に沿った全周に亘るよう一体に形成されているのではなく、開口３１１ａの縁に沿った３箇所に分かれて形成されている。
A
下側クーリングプレート３２０には、−ｚ方向側に向けて突出するカップ部３２１が形成されている。上記の凸部３１１と異なり、カップ部３２１は、ｙ軸に沿って伸びるようには形成されていない。図４に示されるように、カップ部３２１は、冷却水出口部２２や冷却水入口部２１の下方側（−ｚ方向側）にのみ形成されている。つまり、カップ部３２１は、下側クーリングプレート３２０の一部を積層方向に沿って突出させることにより形成された部分、ということができる。
The
カップ部３２１のうち冷却水出口部２２の直下（−ｚ方向側）となる位置には、円形の開口３２１ａが形成されている。開口３２１ａの形状は、開口３１１ａの形状と同一である。開口３２１ａの縁からは、更に−ｚ方向側に向かって突出するバーリング部３２２が形成されている。図５に示されるように、バーリング部３２２は、開口３２１ａの縁に沿った全周に亘るよう一体に形成されているのではなく、開口３２１ａの縁に沿った３箇所に分かれて形成されている。ｚ軸に沿って見た場合においては、バーリング部３２２が形成されている位置と、バーリング部３１２が形成されている位置とは、互いに重なっていない。つまり、バーリング部３１２とバーリング部３２２とは、互いに噛み合った状態となっている。
A
上記のようなカップ部３２１が設けられていることにより、互いに隣り合う冷却水流路ＷＰが、間にあるカップ部３２１を介して連通されている。
By providing the
ダクトプレートロア２１２のうち、開口３２１ａの直下（−ｚ方向側）となる位置には、ｚ方向側に向けて突出する円形の凸部２１３が形成されている。凸部２１３は、バーリング部３２２の内側に挿通されている。
A circular
スペーサプレート４００は、カップ部３２１と、これと隣り合う上側クーリングプレート３１０との間となる位置、及び、最下段に配置されたカップ部３２１とダクトプレートロア２１２との間となる位置、のそれぞれに配置された板状の部材である。
The
スペーサプレート４００には円形の貫通穴４０１が形成されている。下側クーリングプレート３２０のバーリング部３２２は、貫通穴４０１に挿通された状態でかしめにより固定されている。
A circular through
下側クーリングプレート３２０と上側クーリングプレート３１０との間に配置されたスペーサプレート４００のｚ方向側の面は、カップ部３２１の底面に対して当接した状態でろう接されている。また、当該スペーサプレート４００の−ｚ方向側の面は、凸部３１１の上面に対して当接した状態でろう接されている。スペーサプレート４００によって、互いに隣り合う冷却水流路ＷＰ同士の間が水密に塞がれている。
The surface of the
下側クーリングプレート３２０とダクトプレートロア２１２との間に配置されたスペーサプレート４００のｚ方向側の面は、カップ部３２１の底面に対して当接した状態でろう接されている。また、当該スペーサプレート４００の−ｚ方向側の面は、その全体が、ダクトプレートロア２１２の底面に対して、カバープレート２３０を介してろう接されている。スペーサプレート４００によって、下側クーリングプレート３２０とダクトプレートロア２１２との間も水密に塞がれている。
The surface of the
カバープレート２３０は、ダクトプレートロア２１２が冷却水に直接曝されることの無いように、ダクトプレートロア２１２を覆うようにろう接された金属板である。このような態様に替えて、スペーサプレート４００の−ｚ方向側の面全体が、ダクトプレートロア２１２に対して直接ろう接されているような態様であってもよい。
The
本実施形態では、スペーサプレート４００はその全体が平板状に形成されている。その結果、下側クーリングプレート３２０とダクトプレートロア２１２との間に配置されたスペーサプレート４００は、その全体がダクトプレートロア２１２に対してろう接されている。つまり、本実施形態では、スペーサプレート４００の全体が「平板部４１０」に該当する。
In the present embodiment, the
コア部２０が組み立てられた後、ろう接が行われる前においては、コア部の全体が積層方向に沿って圧縮される。しかしながら、スペーサプレート４００を介してろう接されている部分の接合面は、いずれも積層方向（つまり圧縮方向）に対して垂直な面となっている。このため、当該圧縮によって接合部分にずれが生じてしまうことは無い。
After the
また、スペーサプレート４００を介して互いに隣り合う下側クーリングプレート３２０と上側クーリングプレート３１０との距離、及び、スペーサプレート４００を介して互いに隣り合う下側クーリングプレート３２０とダクトプレートロア２１２との距離は、いずれも、スペーサプレート４００の厚さによって一定に保たれる。このため、上記のようにコア部が圧縮されても、それぞれの距離が変化してしまうことが無い。
Further, the distance between the
以上のような構成により、コア部２０では、複数の冷却水流路ＷＰが積層方向に並んでおり、それぞれの冷却水流路ＷＰがカップ部３２１によって互いに並列となるように接続されている。冷却水流路ＷＰの周囲の空間は、高温の空気が通る空気流路ＡＰとなっている。冷却水流路ＷＰを通る冷却水は、空気流路ＡＰを流れる空気によって加熱され、その温度を上昇させて行く。また、空気流路ＡＰを流れる空気は、冷却水流路ＷＰを通る冷却水によって冷却され、その温度を低下させて行く。
With the above configuration, in the
このような熱交換を促進するために、空気流路ＡＰのうち互いに隣り合うクーリングプレート３００の間となる位置には、板状の金属を屈曲させてなる不図示のアウターフィンが配置されている。同様に、冷却水流路ＷＰには、板状の金属を屈曲させてなる不図示のインナーフィンが配置されている。アウターフィンやインナーフィンの具体的な形状等としてはいずれも公知のものを採用し得るので、その具体的な図示や説明については省略する。
In order to promote such heat exchange, an outer fin (not shown) formed by bending a plate-shaped metal is arranged at a position between the cooling
図５に示されるように、冷却水入口部２１側から伸びる冷却水流路ＷＰ（ｘ方向側に形成されている冷却水流路ＷＰ）と、冷却水出口部２２から伸びる冷却水流路ＷＰ（−ｘ方向側に形成されている冷却水流路ＷＰ）とは、−ｙ方向側の端部において互いに接続されている。冷却水入口部２１から供給された冷却水は、カップ部３２１を介してｘ方向側のそれぞれの冷却水流路ＷＰに分配された後、当該冷却水流路ＷＰを−ｙ方向側に向かって流れる。その後、冷却水は−ｘ方向側の冷却水流路ＷＰをｙ方向側に向かって流れた後、カップ部３２１を介して再び合流し、冷却水出口部２２から外部へと排出される。図５では、このような冷却水の流れが複数の矢印で示されている。
As shown in FIG. 5, a cooling water flow path WP extending from the cooling
図３に戻って説明を続ける。カップ部３２１に設けられた開口３２１ａの中心から、平板部４１０の−ｘ方向側端部までの距離（ｘ軸に沿った距離）が、図３では距離Ｌ１として示されている。また、カップ部３２１に設けられた開口３２１ａの中心から、クーリングプレート３００の−ｘ方向側端部までの距離（ｘ軸に沿った距離）が、図３では距離Ｌ４として示されている。本実施形態では、上記の距離Ｌ１が距離Ｌ４よりも小さくなるように、スペーサプレート４００の平板部４１０が形成されている。つまり本実施形態では、空気流路ＡＰを空気が流れる方向における平板部４１０の端部（つまりｘ方向における両端部）が、同方向におけるクーリングプレート３００の端部よりも内側となる位置に配置されている。
The explanation will be continued by returning to FIG. The distance (distance along the x-axis) from the center of the
スペーサプレート４００の平板部４１０が上記のような形状となっていることの効果を説明するために、図１０を参照しながら、比較例に係る熱交換器１０Ａについて説明する。熱交換器１０Ａは、スペーサプレート４００の形状においてのみ熱交換器１０と異なっており、他の点においては熱交換器１０と同一である。
In order to explain the effect of the
熱交換器１０Ａにおいても、スペーサプレート４００は、その全体が平板部４１０となっており、平板部４１０の全体がダクトプレートロア２１２に対し（カバープレート２３０を介して）ろう接されている。ただし、空気流路ＡＰを空気が流れる方向における平板部４１０の端部（つまりｘ方向における両端部）は、同方向におけるクーリングプレート３００の端部と同一の位置まで伸びている。このため、この比較例においては、上記の距離Ｌ１と距離Ｌ４とが互いに同一となっている。
Also in the
ところで、ダクト２１０のうち高温の空気の入口又は出口となる部分、すなわち、空気入口タンク３１や空気出口タンク３２が固定されるかしめプレート２２０の近傍部分では、内部を通る空気の熱や圧力などにより変形が生じやすい。
By the way, in the portion of the
図１１には、かしめプレート２２０が変形し、矢印で示されるように−ｚ方向側に変位した場合の例が示されている。熱交換器１０Ａでは、変位したかしめプレート２２０と、カップ部３２１との間が、ダクトプレートロア２１２、カバープレート２３０、及びスペーサプレート４００を重ねて接合してなる厚めの板状体によって繋がれている。この「厚めの板状体」となっている部分は、比較的剛性が高くなっているので、ほとんど撓むことが無い。このため、かしめプレート２２０の変形は、上記部分の変形によっては吸収されず、スペーサプレート４００に接合されたカップ部３２１を大きく歪ませてしまうこととなる。図１１では、かしめプレート２２０の変位によってカップ部３２１の歪が生じてしまいやすい領域が、領域ＤＳとして示されている。
FIG. 11 shows an example in which the
クーリングプレート３００の一部であるカップ部３２１は、熱伝導率の高いアルミニウムによって形成されることが多く、且つ比較的薄く形成されていることが多い。このため、カップ部３２１で大きな歪が生じることは好ましくない。
The
これに対し本実施形態では、図３を参照しながら既に述べたように、空気流路ＡＰを空気が流れる方向における平板部４１０の端部（つまりｘ方向における両端部）が、同方向におけるクーリングプレート３００の端部よりも内側となる位置までしか伸びていない。このような構成においては、変形の生じやすいかしめプレート２２０と、カップ部３２１との間の一部が、ダクトプレートロア２１２及びカバープレート２３０を重ねて接合してなる薄めの板状体によって繋がれている。かしめプレート２２０が変形しても、当該変形はこの「薄めの板状体」の変形によって吸収される。このため本実施形態では、カップ部３２１で大きな歪が生じてしまうことが防止される。
On the other hand, in the present embodiment, as already described with reference to FIG. 3, the ends (that is, both ends in the x direction) of the
図６に示されるのは、スペーサプレート４００の形状と、カップ部３２１に生じる応力との関係を示す図である。図６の横軸は、上記の距離Ｌ１を距離Ｌ４で除したものの値を示している。当該値は、−ｘ方向に伸びるスペーサプレート４００の寸法を示す指標である。図６の縦軸は、カップ部３２１に生じる応力を示している。点Ｐ２０で示されるのは、図１０の比較例における（つまりＬ１＝Ｌ４の場合における）カップ部３２１の応力σ２０である。点Ｐ１０で示されるのは、本実施形態における（つまりＬ１＜Ｌ４の場合における）カップ部３２１の応力σ１０である。応力σ１０は応力σ２０よりも小さい。本実施形態では、比較例に比べて距離Ｌ１を短くすることにより、カップ部３２１で生じる応力、及びその結果としての歪を小さく抑えている。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the shape of the
図６に示されるように、距離Ｌ１の値が小さくなるほど、カップ部３２１で生じる応力も小さくなる。このため、距離Ｌ１は、スペーサプレート４００がその機能を発揮し得る範囲で、可能な限り小さくする方が好ましい。
As shown in FIG. 6, the smaller the value of the distance L1, the smaller the stress generated in the
図３では、カップ部３２１に設けられた開口３２１ａの中心から、かしめプレート２２０のｘ方向側端部までの距離（ｘ軸に沿った距離）が、距離Ｌ３として示されている。距離Ｌ１を、このように定義される距離Ｌ３よりも短くした構成であっても、カップ部３２１の歪を小さく抑えることができる。
In FIG. 3, the distance (distance along the x-axis) from the center of the
図３では、カップ部３２１に設けられた開口３２１ａの中心から、冷却水流路ＷＰの−ｘ方向側端部までの距離（ｘ軸に沿った距離）が、距離Ｌ２として示されている。距離Ｌ１を、このように定義される距離Ｌ２よりも短くした構成であっても、カップ部３２１の歪を小さく抑えることができる。
In FIG. 3, the distance (distance along the x-axis) from the center of the
本実施形態では、平板部４１０のうち、空気流路ＡＰを空気が流れる方向における上流側（−ｘ方向側）の端部及び下流側（ｘ方向側）の端部の両方が、クーリングプレート３００のうち、同方向におけるクーリングプレート３００の端部よりも内側となる位置に配置されている。このような態様に替えて、平板部４１０のうち上流側又は下流側の一方の端部のみが、クーリングプレート３００の端部よりも内側となる位置に配置されているような態様としてもよい。
In the present embodiment, of the
ただし、かしめプレート２２０の変形は、内部がより高温高圧となる上流側のかしめプレート２２０において特に生じやすい。このため、平板部４１０のうち少なくとも上流側の端部が、クーリングプレート３００のうち、同方向における上流側の端部よりも内側となる位置に配置されている構成とすることが好ましい。
However, deformation of the
第２実施形態について、図７を参照しながら説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。 The second embodiment will be described with reference to FIG. 7. In the following, the points different from the first embodiment will be mainly described, and the points common to the first embodiment will be omitted as appropriate.
本実施形態に係る熱交換器１０では、それぞれのスペーサプレート４００に第１風漏れ防止部４２０が形成されている。第１風漏れ防止部４２０は、平板部４１０のうち−ｘ方向側の端部、及びｘ方向側の端部の両方から、ｚ方向に沿って伸びるように形成された板状の部分である。それぞれの第１風漏れ防止部４２０は、空気流路ＡＰを空気が流れる方向に対して垂直となっている。
In the
尚、スペーサプレート４００のうち平板部４１０の形状は、第１実施形態における平板部４１０の形状と同じである。このため、本実施形態でも、距離Ｌ１は距離Ｌ４よりも小さくなっている。
The shape of the
平板部４１０のうち−ｘ方向側の端部に形成された第１風漏れ防止部４２０（図７）は、冷却水出口部２２の下方側に形成されたカップ部３２１よりも外側（−ｘ方向側）となる位置に配置されている。同様に、平板部４１０のうちｘ方向側の端部に形成された第１風漏れ防止部４２０（不図示）は、冷却水入口部２１の下方側に形成されたカップ部３２１よりも外側（ｘ方向側）となる位置に配置されている。
The first wind leakage prevention portion 420 (FIG. 7) formed at the end of the
このような構成においては、カップ部３２１の外側となる位置に第１風漏れ防止部４２０が存在するので、空気流路ＡＰを流れている高温の空気がカップ部３２１に直接当たることが防止される。このため、流れている空気の温度が大きく変化した場合であっても、カップ部３２１で生じる熱歪によるダメージを軽減することができる。
In such a configuration, since the first wind
このように本実施形態では、かしめプレート２２０の変形の変形に起因したカップ部３２１の歪を抑制するという、第１実施形態と同様の効果に加えて、空気が直接当たることによるカップ部３２１の熱歪を抑制する、という効果も得られる。
As described above, in the present embodiment, in addition to the same effect as that of the first embodiment of suppressing the distortion of the
本実施形態では、それぞれのスペーサプレート４００のうち、空気流路ＡＰを空気が流れる方向においてカップ部３２１よりも上流側となる位置、及び下流側となる位置の両方に、第１風漏れ防止部４２０が形成されている。このような態様に替えて、カップ部３２１よりも上流側となる位置、又は下流側となる位置の一方のみに、第１風漏れ防止部４２０が形成されている態様としてもよい。
In the present embodiment, in each of the
ただし、高温の空気がカップ部３２１に直接当たることによる熱歪は、より高温の空気が存在する上流側において特に生じやすい。このため、それぞれのスペーサプレート４００のうち、少なくとも、空気流路ＡＰを空気が流れる方向においてカップ部３２１よりも上流側となる位置に、第１風漏れ防止部４２０が形成されている態様とすることが好ましい。
However, thermal strain due to the high temperature air directly hitting the
第３実施形態について、図８及び図９を参照しながら説明する。以下では、第２実施形態と異なる点について主に説明し、第２実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。 The third embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. In the following, the points different from the second embodiment will be mainly described, and the points common to the second embodiment will be omitted as appropriate.
本実施形態に係る熱交換器１０では、それぞれのスペーサプレート４００に、第２実施形態（図７）と同様の第１風漏れ防止部４２０が形成されていることに加えて、これとは別に、第２風漏れ防止部４３０が形成されている。第２風漏れ防止部４３０は、平板部４１０のうち−ｙ方向側の端部から、ｚ方向に沿って伸びるように形成された板状の部分である。第２風漏れ防止部４３０は、空気流路ＡＰを空気が流れる方向に対して平行となっている。
In the
第２風漏れ防止部４３０は、その一部が、空気流路ＡＰを空気が流れる方向において第１風漏れ防止部４２０よりも外側に伸びるように形成されている。具体的には、第２風漏れ防止部４３０は、そのｘ方向に沿った両側部分のそれぞれに延長部４３１を有している。ｘ方向側に設けられた延長部４３１は、ｘ方向側に設けられた第１風漏れ防止部４２０よりも更にｘ方向側となる位置まで伸びるように形成されている。同様に、−ｘ方向側に設けられた延長部４３１は、−ｘ方向側に設けられた第１風漏れ防止部４２０よりも更に−ｘ方向側となる位置まで伸びるように形成されている。
A part of the second wind
図９に示されるように、本実施形態に係る熱交換器１０では、空気流路ＡＰを矢印ＡＲ１に沿って流れている空気の一部が、矢印ＡＲ２のように貫通穴４０１側に流入することが防止される。つまり、高温の空気がカップ部３２１側に流入することが、第２風漏れ防止部４３０によって防止される。これにより、カップ部３２１に空気が直接当たることが更に防止され、カップ部３２１の熱歪が防止される。
As shown in FIG. 9, in the
高温の空気がカップ部３２１側に流入することを防止するためだけであれば、第２風漏れ防止部４３０が延長部４３１を有さない態様であってもよい。しかしながら、矢印ＡＲ２で示されるような空気の流れを防止し、熱交換に供される空気の流量を十分に確保するためには、本実施形態のように延長部４３１を有する構成の方が好ましい。
The second wind
尚、カップ部３２１に向かう空気の流れが第１風漏れ防止部４２０によって防止される点は、第２実施形態と同様である。図９では、このような空気の流れが矢印ＡＲ３で示されている。
The point that the air flow toward the
第２風漏れ防止部４３０が有するそれぞれの延長部４３１の−ｚ方向側端部（つまり底面）は、平板部４１０の−ｚ方向側端部よりもｚ方向側に配置されている。このため、それぞれの延長部４３１は、これとｚ方向に沿って隣り合う他の部材（例えばカバープレート２３０やダクトプレートロア２１２）に対して当接しておらず、従ってろう接されていない。このため、かしめプレート２２０が変形した場合であっても、当該変形に起因する力が延長部４３１を介してカップ部３２１に伝達されることは無く、その結果としてカップ部３２１を歪ませてしまうことは無い。
The −z direction side end portion (that is, the bottom surface) of each
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。 The present embodiment has been described above with reference to specific examples. However, the present disclosure is not limited to these specific examples. Those skilled in the art with appropriate design changes to these specific examples are also included in the scope of the present disclosure as long as they have the features of the present disclosure. Each element included in each of the above-mentioned specific examples, its arrangement, conditions, shape, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate. The combinations of the elements included in each of the above-mentioned specific examples can be appropriately changed as long as no technical contradiction occurs.
１０，１０Ａ：熱交換器
２１０：ダクト
３００：クーリングプレート
３２１：カップ部
４００：スペーサプレート
４１０：平板部
ＡＰ：空気流路
ＷＰ：冷却水流路
10, 10A: Heat exchanger 210: Duct 300: Cooling plate 321: Cup part 400: Spacer plate 410: Flat plate part AP: Air flow path WP: Cooling water flow path
Claims (6)
空気の通る空気流路（ＡＰ）が内側に形成された筒状のダクト（２１０）と、
前記ダクトの内側に複数枚配置された板状の部材であって、冷却水の通る冷却水流路（ＷＰ）が間に形成されるように積層されているクーリングプレート（３００）と、を備え、
互いに隣り合う前記冷却水流路は、前記クーリングプレートの一部を積層方向に沿って突出させることにより形成されたカップ部（３２１）、を介して連通されており、
前記カップ部と、これと隣り合う前記クーリングプレートとの間となる位置、及び、前記カップ部と前記ダクトとの間となる位置、のそれぞれにはスペーサプレート（４００）が配置されており、
前記スペーサプレートのうち、前記カップ部と前記ダクトとの間となる位置に配置されたものは、平板状の部分であって、その全体が前記ダクトに対して直接又は他の部材を介してろう接される平板部（４１０）、を有しており、
前記空気流路を空気が流れる方向における前記平板部の端部が、同方向における前記クーリングプレートの端部よりも内側となる位置に配置されている熱交換器。 A heat exchanger (10) for cooling the air supercharged to the internal combustion engine.
A tubular duct (210) with an air flow path (AP) through which air passes,
A cooling plate (300), which is a plate-shaped member arranged inside the duct and is laminated so as to form a cooling water flow path (WP) through which cooling water passes, is provided.
The cooling water flow paths adjacent to each other are communicated with each other via a cup portion (321) formed by projecting a part of the cooling plate along the stacking direction.
A spacer plate (400) is arranged at a position between the cup portion and the cooling plate adjacent thereto and a position between the cup portion and the duct.
The spacer plate arranged at a position between the cup portion and the duct is a flat plate-like portion, and the entire spacer plate may be directly attached to the duct or via another member. It has a flat plate portion (410) that is in contact with it.
A heat exchanger in which the end portion of the flat plate portion in the direction in which air flows through the air flow path is arranged at a position inside the end portion of the cooling plate in the same direction.
前記クーリングプレートのうち、同方向における上流側の端部よりも内側となる位置に配置されている、請求項１に記載の熱交換器。 Of the flat plate portion, at least the upstream end in the direction in which air flows through the air flow path is
The heat exchanger according to claim 1, which is arranged at a position inside the cooling plate on the upstream side in the same direction.
それぞれの前記スペーサプレートのうち、少なくとも、前記空気流路を空気が流れる方向において前記カップ部よりも上流側となる位置に形成されている、請求項３に記載の熱交換器。 The wind leakage prevention part is
The heat exchanger according to claim 3, wherein at least the heat exchanger of each of the spacer plates is formed at a position on the upstream side of the cup portion in the direction in which air flows through the air flow path.
それぞれの前記スペーサプレートには、
前記空気流路を空気が流れる方向に対して平行な第２風漏れ防止部（４３０）が、前記第１風漏れ防止部とは別に形成されており、
前記第２風漏れ防止部は、その一部が、前記空気流路を空気が流れる方向において前記第１風漏れ防止部よりも外側に伸びるように形成されている、請求項４に記載の熱交換器。 The wind leakage prevention unit is a first wind leakage prevention unit.
Each of the spacer plates has
A second wind leakage prevention portion (430) parallel to the direction in which air flows through the air flow path is formed separately from the first wind leakage prevention portion.
The heat according to claim 4, wherein a part of the second wind leakage prevention portion is formed so as to extend outward from the first wind leakage prevention portion in the direction in which air flows through the air flow path. Exchanger.
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