JP2005274010A - 積層型熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の熱交換器コアを積層してなる積層型熱交換器において、積層型熱交換器の小型化を図る。
【解決手段】 蓋部材12aの周縁が上方または下方に折り曲げられて蓋側フランジ20u,20dが形成され、ケース側フランジ19u,19dと蓋側フランジ20u,20dとがロウ付けされる。蓋側フランジ20u,20dおよびケース側フランジ19u,19dが上方または下方に向けて延伸する分、側方への張り出しが少なくなり、積層型熱交換器1aが小型化される。
【選択図】 図2

Description

本発明は、FCV車(燃料電池車)の発電システムの排熱回収熱交換器等に好適な積層型熱交換器に関する。
従来の積層型熱交換器として、図5〜図8に示すものが知られている。
この積層型熱交換器1は、図5に示すように、コルゲート形状のアウターフィン3を介装しつつ複数の熱交換器コア2を積層したものを、上面に開口18を有する箱形のケース4内に収納し、その開口18を蓋部材としてのアッパープレート12で被覆したものである。
図7に示すように、各熱交換器コア2は、外周部同士がかしめ加工されロウ付けされた第1、第2チューブシート6,7の一端部および他端部を膨出させて冷媒(例えば冷却液)の入口タンク8および出口タンク9(図9参照)を形成するとともに、入口タンク8と出口タンク9との間に冷媒通路10を配した構造となっている。入口タンク8同士は、第1チューブシート6に形成された貫通孔6aおよび第2チューブシート7に形成された貫通孔7aを介して互いに連通し、また出口タンク9同士は、第1チューブシート6に形成された貫通孔6bおよび第2チューブシート7に形成された貫通孔7bを介して互いに連通している。
図5に示すように、最下段の第2チューブシート7には貫通孔7a,7bが形成されていない。したがって、最下段の熱交換器コア2内に流入した冷媒は、第1チューブシート6に形成された貫通孔6aを介して上方に隣接する熱交換器コア2内に流入する。他の熱交換器コア2の出口タンク9に流入した冷媒も、図8に示すように、下方に隣接する熱交換器コア2から流入する冷媒に押し上げられて、上方に隣接する熱交換器コア2に流入する。こうして最上段の熱交換器コア2に流入した冷媒は、出口パイプ15を介して外部に流出する。
一方、熱交換流体(例えば気体)Gは、ケース4の入口(導入用開口)16からケース4内に流入し、熱交換器コア2間の空隙を図8に示す方向に流通して、出口(排出用開口)17から外部に流出する。各熱交換器コア2内に流入した冷媒は、冷媒通路10を流通する間に、空隙間をアウターフィン3に沿って流通する高温の熱交換流体Gと熱交換して当該熱交換流体Gを冷却する。なお、各熱交換器コア2の外周の接合部11とケース4の内側面との間の空隙では、熱交換流体Gと冷媒との熱交換は行われない。このため、この空隙はシール材5で充填されている。
コルゲート形状のアウターフィン3は、互いに隣接する熱交換器コア2間の空隙に、当該熱交換器コア2と接触した状態で配されており、その熱伝導性により冷媒と熱交換流体との熱交換効率を向上させる熱交換フィンとして機能するものである。
図5および図7に示すように、ケース4の上面に設けられた開口18の周囲には、アッパープレート12を接合するためのケース側フランジ19が設けられている。ここで、アッパープレート12とケース側フランジ19とは、第1、第2チューブシート6,7から所定の伝熱距離Lだけ離間した位置でロウ付けされる。この伝熱距離Lが近いと、アッパープレート12とケース側フランジ19とをロウ付けするときの熱が第1、第2チューブシート6,7のロウ付け部分に作用し、この部分のロウが融解してしまうおそれがあるからである。このため、ケース側フランジ19を側方に張り出させることで、十分な伝熱距離Lを確保するようにしている。
特開2003−130572号公報
しかしながら、上記従来の積層型熱交換器では、ケース側フランジが側方に張り出す分、積層型熱交換器のサイズが大きくなってしまうという問題があった。
そこで、本発明は、積層型熱交換器において、蓋部材とケース側フランジとの接合部分における張り出しを少なくし、積層型熱交換器の小型化を図ることを目的とする。
請求項1の発明にあっては、外周部同士が接合された第1、第2チューブシート6,7の一端部および他端部を膨出させて入口タンク8および出口タンク9を形成し、入口タンク8と出口タンク9との間に冷媒通路を配した扁平状の熱交換器コア2を、入口タンク8同士および出口タンク9同士が互いに連通するように複数積層して、側面に熱交換流体の入口16および出口17が形成され上部を開口18とするケース4に挿入し、ケース4の開口18の周縁に設けられたケース側フランジ19u,19dと開口18の蓋部材12aとをロウ付けして成り、相互に隣接する熱交換器コア2間の空隙で熱交換流体を流通させて冷媒と熱交換流体との間で熱交換させる積層型熱交換器1aにおいて、上記蓋部材12aの周縁が上方または下方に折り曲げられて蓋側フランジ20u,20dが形成され、上記開口18が上記蓋部材12aによってされたときに、上記ケース側フランジ19u,19dおよび上記蓋側フランジ20u,20dが互いに当接するように形成され、上記ケース側フランジ19u,19dと蓋側フランジ20u,20dとがロウ付けされることを特徴とする。
請求項2の発明にあっては、請求項1にかかる発明において、入口16および出口17の直上方で、上記蓋側フランジ20uが上方に折り曲げられていることを特徴とする。
請求項3の発明にあっては、請求項1または2にかかる発明において、断熱シート21で被覆される領域において、上記蓋側フランジ20u,20dが下方に折り曲げられていることを特徴とする。
請求項1の発明によれば、蓋部材12aの周縁が上方または下方に折り曲げられて蓋側フランジ20u,20dが形成され、ケース側フランジ19u,19dと蓋側フランジ20u,20dとがロウ付けされるため、第1、第2チューブシート6,7のロウ付け部分から十分な距離を確保しながらも、ケース側フランジ19u,19dおよび蓋部材12aの側方への張り出しが少なくなり、積層型熱交換器が小型化される。
請求項2の発明によれば、入口16および出口17の直上方では、蓋側フランジ20uは上方に折り曲げられている。下方に折り曲げられている場合、折り曲げられた部分が入口16および出口17に差し掛かり熱交換流体の流通の障害となる場合があるが、請求項2の発明のようにケース側フランジ20uが上方に折り曲げられていればそのようなことはない。
請求項3の発明によれば、断熱シート21で被覆される領域において、蓋側フランジ20u,20dが下方に折り曲げられている。積層型熱交換器ではその周囲を断熱シート21で被覆する場合があるが、上方に折り曲げられた部分は外方に突出することになるから、その部分で断熱シート21が切れやすくなる。また、仮に切れることなく断熱シート21を巻回することができたとしても、折り曲げられた部分はケース4aの外壁から離間して突出しているから、その周辺では断熱シート21をケース4aの外壁に密着させるのが難しくなる。そのような事態を防止するには、断熱シート21を複数に分割して貼り付ければよいが、そうすると、装着に手間がかかることになる。請求項3の発明のようにケース側フランジ20dが下方に折り曲げられた部位については、断熱シート21を巻回しても切れにくくなるし、ケース4aとの密着性も向上し、ひいては断熱性が向上する。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は、積層型熱交換器の分解斜視図、図2は、図1のC面での断面図、図3は、積層型熱交換器を熱交換流体の入口側から見た図(矢視D、一部断面図)である。
本実施形態にかかる積層型熱交換器1aは、ケース4および蓋部材としてのアッパープレート12に代えて、ケース4aおよびアッパープレート12aを備える点以外、従来の積層型熱交換器1とほぼ同様の構成を有する。したがって、それら従来と同様の構成要素については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図1に示すように、箱形のケース4aの上側には矩形の開口18が形成されている。この開口18は、熱交換器コア2やアウターフィン3がケース4a内に挿入された後、アッパープレート12aによって被覆される。
アッパープレート12aの周縁は、上方または下方に折り曲げられ、蓋側フランジ20u,20dが形成されている。図1に示すように、本実施形態では、略矩形のアッパープレート12aの4辺のうち、アッパープレート12aを装着したときに入口16および出口17の上方に位置する一対の辺には、上方に折り曲げられた蓋側フランジ20uが形成され、他の対には下方に折り曲げられた蓋側フランジ20dが形成される。
また、ケース4aの開口18の周縁には、ケース側フランジ19u,19dが形成されている。このケース側フランジ19u,19dは、アッパープレート12aによって開口18が被覆されたときに、蓋側フランジ(20u,20d)に沿って当接する。したがって、略矩形の開口18の4辺のうち、入口16および出口17の上方に位置する一対の辺には上方に延びるケース側フランジ19uが形成され、他の対には下方に折り曲げられたケース側フランジ19dが形成される。
図2に示すように、上向きに折り曲げられた蓋側フランジ20uと上方に伸びるケース側フランジ19uとは、接合点(加熱点)P1でロウ付けされる。ここで、接合点P1は、第1、第2チューブシート6,7の接合点P2からの伝熱距離(アッパープレート12aに沿った長さ)Lが所定の閾値Lth(例えば20mm)以上となるように設定される。閾値Lthの値は、接合点P1を加熱したときに、アッパープレート12aを伝わった熱が第1、第2チューブシート6,7のロウ付けを融解させないように確保する距離であって、アッパープレート12aの特性(例えば熱伝達率等)などに応じて適宜設定されたものである。本実施形態では、図2に示すように、蓋側フランジ20uおよびケース側フランジ19uを上方に向けたことで、この距離を確保しながらも側方への張り出しが少なくなっていることがわかる。すなわち、本実施形態によれば、第1、第2チューブシートのロウ付けの融解を防止しつつ、側方への張り出しを少なくして積層型熱交換器1aを小型化することができる。
また、図3に示すように、下向きに折り曲げられた蓋側フランジ20dと下向きに折り曲げられたケース側フランジ19dについても、上向きに折り曲げた場合と同様に、閾値Lth以上の伝熱距離Lを確保しつつ側方への張り出しが少なくなり、積層型熱交換器1aを小型化することができるという効果が得られる。
本実施形態では、入口16および出口17の直上方では、蓋側フランジ20uは上方に折り曲げられている。この部分で下方に折り曲げられている場合、折り曲げられた部分が入口16および出口17に差し掛かり熱交換流体の流通の障害となることがあるからである。本実施形態では、この部位では蓋側フランジ20uを上方に折り曲げ、熱交換流体の流通の障害となるのを防止している。
さらに、本実施形態では、アッパープレート12aの周縁部のうち入口16および出口17の直上方以外の領域では、蓋側フランジ20dは下方に折り曲げられている。図4に示すように、積層型熱交換器1aは、断熱性を向上すべく、その周囲を断熱シート21で被覆する場合がある。ところが、上方に折り曲げられた部分は外方に突出することになるから、その部分では断熱シートが切れやすくなる。また、仮に切れることなく断熱シート21を巻回することができたとしても、折り曲げられた部分が突出しているから、その周辺では断熱シート21をケース4aに密着させるのが難しくなる。そのような事態を防止するには、断熱シートを複数に分割して貼り付ければよいが、そうすると、装着に手間がかかることになる。そこで、本実施形態では、断熱シート21を巻回する部位については、蓋側フランジ20dを下方に折り曲げ、その部分については断熱シートを切れにくくするとともに、ケース4aとの密着性を向上させている。
また、図4に示すように、上方に折り曲げられた蓋側フランジ20uおよび上方に伸びるケース側フランジ19uは、断熱シート21を巻回する際のガイドとしても機能する。なお、断熱シート21には、アッパープレート12aから上方に突出する入口パイプ14および出口パイプ15を逃げる(それらパイプが緩挿される)貫通孔22,23が設けられている。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に種々の改変を施すことができる。
本発明の実施形態にかかる積層型熱交換器の分解斜視図。 図1の積層型熱交換器のC面での断面図。 図2の積層型熱交換器の矢視Dの側面図。 本発明の実施形態にかかる積層型熱交換器に断熱シートを巻回する説明図。 従来の積層型熱交換器の分解斜視図。 図5の積層型熱交換器のA面での断面図。 図6の積層型熱交換器のB−B断面図。 図5〜図7の積層型熱交換器における冷媒および熱交換流体の流れ方向の説明図。
符号の説明
1a 積層型熱交換器
4a ケース
12a アッパープレート(蓋部材)
16 入口
17 出口
18 開口
19u,19d ケース側フランジ
20u,20d 蓋側フランジ

Claims (3)

  1. 外周部同士が接合された第1、第2チューブシート(6,7)の一端部および他端部を膨出させて入口タンク(8)および出口タンク(9)を形成し、入口タンク(8)と出口タンク(9)との間に冷媒通路を配した扁平状の熱交換器コア(2)を、入口タンク(8)同士および出口タンク(9)同士が互いに連通するように複数積層して、側面に熱交換流体の入口(16)および出口(17)が形成され上部に開口(18)が形成されたケース(4)に挿入し、ケース(4)の開口(18)の周縁に設けられたケース側フランジ(19u,19d)と開口(18)の蓋部材(12a)とをロウ付けして成り、相互に隣接する熱交換器コア(2)間の空隙で熱交換流体を流通させて冷媒と熱交換流体との間で熱交換させる積層型熱交換器(1a)において、
    前記蓋部材(12a)の周縁が上方または下方に折り曲げられて蓋側フランジ(20u,20d)が形成され、
    前記開口(18)が前記蓋部材(12a)によって被覆されたときに、前記ケース側フランジ(19u,19d)および前記蓋側フランジ(20u,20d)が互いに当接するように形成され、
    前記ケース側フランジ(19u,19d)と蓋側フランジ(20u,20d)とがロウ付けされることを特徴とする積層型熱交換器。
  2. 入口(16)および出口(17)の直上方で、前記蓋側フランジ(20u,20d)が上方に折り曲げられていることを特徴とする請求項1に記載の積層型熱交換器。
  3. 断熱シート(21)で被覆される領域において、前記蓋側フランジ(20u,20d)が下方に折り曲げられていることを特徴とする請求項1または2に記載の積層型熱交換器。
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