WO2006035987A1 - 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

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 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。

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、 櫛状部材の櫛歯を酉己置し、 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 O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 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 &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¾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。 発明の開示

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（la)の一方端と 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 （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^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; 6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 —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 める。

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) に換触固定された熱交 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てなるコア本体 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の外局をケーシング 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と節歯 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との各換触部間が一体にろ 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 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、 ろう付けの信賴' 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 端をコ ァ本体 5の各溝底 3aに弹性的に接触し、 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 24 aを形成し、 それ 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 "の糸且立 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、 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「 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 1 0は図 9の IX部拡大図である。

図 1 1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 1 2は本発明の熱交換器にバッフアブレートを採用した斜視説明図である。 図 1 3は同熱交換器の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っき説明する。

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 1 0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 la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 、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 一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 1 2 ， 図 1 3参照） 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 P粦接する折返し端縁 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、 P粦接する折返し端縁 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、 コァ本体 5の上下両端に折り返し形成され た嵌着縁部 （図 6 , 図 9 , 図 1 0 ) に嵌着する。 なお、 図 1 1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 蝕性材料よりなるへッダ端蓋 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 力 図 1 3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^ 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はへッダ端蓋 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 1 2 , 図 1 3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％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 1 3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 つ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

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、

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、

—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。