JP4604759B2

JP4604759B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4604759B2
Application number: JP2005045499A
Authority: JP
Inventors: 真樹原田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: CN1825044A; US20060185824A1; JP2006234199A; US7389810B2; DE102006007759A1; CN100462660C

Description

本発明は、流体を熱交換させる熱交換器に関するもので、例えば内燃機関に吸入される燃焼用の過給された空気（過給気）を冷却するインタークーラに適用して有効である。

従来の熱交換器は、図４、５に示すように、多数のチューブ１０と多数のコルゲートフィン１１とを交互に積層してコア部１を構成している。また、コア部１におけるチューブ長手方向Ｘの両端部にタンク２、３を配置し、コア部１におけるチューブ積層方向Ｙの両端部にサイドプレート４を配置している。

この熱交換器は、熱交換器の構成部品を所定の熱交換器構造となるように仮組みした後、ワイヤーによりサイドプレート４の外側から熱交換器構造の組付体を締めつけて、組付体の仮組み状態を保持し、次に、この組付体をろう付け炉内に搬入し、ろう付け炉内にてろう材の融点まで加熱して組付体各部の接合箇所を一体ろう付けする。

ここで、サイドプレート４は、チューブ積層方向Ｙの両端部に位置するコルゲートフィン１１を押さえて、コルゲートフィン１１とチューブ１０とのろう付け性を確保する機能を有している。

ところで、この熱交換器をインタークーラとして用いた場合、近年の特に大型ディーゼルエンジンの排ガス規制強化に伴う過給気温度の上昇により、チューブ１０とサイドプレート４に多大な温度差が生じ、熱膨張差によりチューブ根付（チューブ１０とタンク２、３の接合部）に大きな応力が生じてチューブ１０が破断する不具合が懸念される。

そこで、従来の熱交換器においては、熱膨張差によるチューブ１０の破断を防止するために、チューブ１０の伸びに応じてサイドプレート４も伸びるように、サイドプレート４の底板部４１にスリット４３を設け、サイドプレート４の側板部４２に曲げ変形部４２１を設けている（例えば、特許文献１参照）。
欧州特許出願公開第１００１２４１号明細書

しかしながら、上記の従来の熱交換器においては、底板部４１と曲げ変形部４２１間にチューブ積層方向Ｙの隙間があるため、一体ろう付け前の組み付け時に底板部４１が撓みやすく、またサイドプレート４全体がねじれやすく、その結果、コルゲートフィン１１の座屈やコア部組付け寸法のくるいを招くという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、フィンの座屈やコア部組付け寸法のくるいを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、多数のチューブ（１０）と多数のフィン（１１）とが交互に積層配置されたコア部（１）と、コア部（１）におけるチューブ長手方向（Ｘ）の両端部に配置され、多数のチューブ（１０）と連通するタンク（２、３）、コア部（１）におけるチューブ積層方向（Ｙ）の両端部に配置され、両端がタンク（２、３）に結合されたサイドプレート（４）とを備える熱交換器において、サイドプレート（４）は、フィン（１１）と接する底板部（４１）と、底板部（４１）からチューブ積層方向（Ｙ）に延びる側板部（４２）とを備え、側板部（４２）は、曲げ変形により側板部（４２）におけるチューブ長手方向（Ｘ）の伸縮を容易にする曲げ変形部（４２１）が形成され、底板部（４１）は、曲げ変形部（４２１）に対応する位置に形成されたスリット（４３）によりチューブ長手方向（Ｘ）に分割されており、さらに、底板部（４１）におけるスリット（４３）側の端部に、曲げ変形部（４２１）に向かって延びる爪部（４１１）が形成されており、爪部（４１１）のチューブ積層方向（Ｙ）延長線上に、曲げ変形部（４２１）が位置していることを特徴とする。

これによると、底板部が撓もうとしたりサイドプレート全体がねじれようとした場合、爪部が曲げ変形部に当たることにより底板部の撓みやサイドプレート全体のねじれが抑制ないしは防止されるため、フィンの座屈やコア部組付け寸法のくるいを抑制ないしは防止することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の熱交換器において、曲げ変形部（４２１）における曲げ部分は曲面であることを特徴とする。

ところで、従来は曲げ変形部の曲げ部分は鋭角であったため、応力の集中によるサイドプレートの破断を招く恐れがあったが、請求項２に記載の発明によると、応力の集中を防ぐことができ、ひいてはサイドプレートの破断を防止することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器を、内燃機関に吸入される過給気を冷却するインタークーラに適用したものである。図１は一実施形態に係る熱交換器の正面図、図２は図１のＡ部を拡大して示す正面図、図３は図１のサイドプレート４の斜視図である。

図１に示すように、熱交換器は直方体形状のコア部１を備えており、コア部１は、交互に積層配置された多数のチューブ１０と多数のコルゲートフィン１１とで構成されている。

チューブ１０は、真鍮製であり、車両に搭載された内燃機関に吸入される過給気が流通する流路を内部に有し、扁平状に形成されている。コルゲートフィン１１は、銅製であり、コルゲート状に形成されて過給気と冷却風との熱交換を促進するものである。

コア部１におけるチューブ長手方向Ｘの両端部には、多数のチューブ１０の各流路と連通するタンク２、３が配置されている。一方のタンク２は、真鍮製であり、圧縮されて高温になった過給気を多数のチューブ１０に分配供給するものである。他方のタンク３は、真鍮製であり、冷却風との熱交換により冷却された過給気を集合回収して内燃機関に供給するものである。

コア部１におけるチューブ積層方向Ｙの両端部には、コルゲートフィン１１とチューブ１０とのろう付け性を確保するとともに、コア部１を補強するための、サイドプレート４が配置されている。サイドプレート４は、真鍮製であり、チューブ長手方向Ｘと平行な方向に延びてその両端がタンク２、３に接続されている。

図２、図３に示すように、サイドプレート４は、断面がコの字状となるようにプレス成形され、それにより、コルゲートフィン１１に接してコルゲートフィン１１を押さえる底板部４１と、底板部４１の両側に位置し、底板部４１からチューブ積層方向Ｙに延びる側板部４２が形成されている。

側板部４２には、曲げ変形により側板部４２におけるチューブ長手方向Ｘの伸縮を容易にする曲げ変形部４２１が形成されている。この曲げ変形部４２１における曲げ部分は、緩やかな曲面になっている。そして、チューブ１０とサイドプレート４に熱膨張差が生じた場合、変形部４２１の変形により熱膨張差を吸収して、チューブ１０に作用する熱応力を抑制するようになっている。

底板部４１は、曲げ変形部４２１に対応する位置に形成されたスリット４３によりチューブ長手方向Ｘに分割されており、さらに、底板部４１におけるスリット４３側の端部に、曲げ変形部４２１における底板部４１に対向する面に向かって延びる爪部４１１が形成されている。

曲げ変形部４２１と爪部４１１は自由状態では近接ないしは当接しており、図２に破線で示すような底板部４１の変形、すなわち爪部４１１がコア部１から遠ざかる向きへ底板部４１が変形することを防止するようになっている。

上記構成になる本実施形態の熱交換器は、次のようにして一体ろう付けされる。まず、熱交換器の構成部品であるチューブ１０、コルゲートフィン１１、タンク２、３、およびサイドプレート４を、所定の熱交換器構造となるように仮組みした後、ワイヤーによりサイドプレート４の外側から熱交換器の組付体を締めつけて、組付体の仮組み状態を保持する。次に、この組付体をろう付け炉内に搬入し、ろう付け炉内にてろう材の融点まで加熱して組付体各部の接合箇所を一体ろう付けする。

このろう付け工程において、ワイヤーによる締め付けを行う前の仮組み時点では、コア部１におけるチューブ長手方向Ｘの中間部がチューブ積層方向Ｙ外側に向かって膨らむ傾向になり、サイドプレート４の底板部４１が撓もうとする。

しかし、底板部が撓もうとした場合、爪部４１１が曲げ変形部４２１に当たることにより底板部４１１の撓みやサイドプレート４全体のねじれが抑制ないし防止される。したがって、コルゲートフィン１１の座屈やコア部組付け寸法のくるいを抑制ないし防止することができる。

また、チューブ１０とサイドプレート４に温度差が生じた場合には、曲げ変形部４２１が変形して熱膨張差が吸収されるため、チューブ１０に作用する熱応力を抑制することができる。

しかも、曲げ変形部４２１における曲げ部分を緩やかな曲面にしているため、曲げ変形部４２１が変形する際の応力の集中を防ぐことができ、ひいてはサイドプレート４の破断を防止することができる。因みに、曲げ変形部４２１における曲げ部分の最大主応力を、従来の約１／３〜１／２にすることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、本発明をインタークーラに適用したが、本発明はインタークーラ以外の熱交換器にも適用することができる。

また、チューブ１０、コルゲートフィン１１、タンク２、３、およびサイドプレート４の各部品の材質は、鉄或いはアルミニウムなど他の金属材料を用いてもよい。

本発明の一実施形態に係る熱交換器の正面図である。図１のＡ部を拡大して示す正面図である。図１のサイドプレート４の斜視図である。従来の熱交換器を示す要部の断面図である。図４のサイドプレート４の斜視図である。

符号の説明

１…コア部、２、３…タンク、４…サイドプレート、１０…チューブ、１１…コルゲートフィン、４１…底板部、４２…側板部、４３…スリット、４１１…爪部、４２１…曲げ変形部、Ｘ…チューブ長手方向、Ｙ…チューブ積層方向。

Claims

多数のチューブ（１０）と多数のフィン（１１）とが交互に積層配置されたコア部（１）と、
前記コア部（１）におけるチューブ長手方向（Ｘ）の両端部に配置され、前記多数のチューブ（１０）と連通するタンク（２、３）と、
前記コア部（１）におけるチューブ積層方向（Ｙ）の両端部に配置され、両端が前記タンク（２、３）に結合されたサイドプレート（４）とを備える熱交換器において、
前記サイドプレート（４）は、前記フィン（１１）と接する底板部（４１）と、前記底板部（４１）からチューブ積層方向（Ｙ）に延びる側板部（４２）とを備え、
前記側板部（４２）は、曲げ変形により前記側板部（４２）におけるチューブ長手方向（Ｘ）の伸縮を容易にする曲げ変形部（４２１）が形成され、
前記底板部（４１）は、前記曲げ変形部（４２１）に対応する位置に形成されたスリット（４３）によりチューブ長手方向（Ｘ）に分割されており、
さらに、前記底板部（４１）における前記スリット（４３）側の端部に、前記曲げ変形部（４２１）に向かって延びる爪部（４１１）が形成されており、前記爪部（４１１）のチューブ積層方向（Ｙ）延長線上に、前記曲げ変形部（４２１）が位置していることを特徴とする熱交換器。
前記曲げ変形部（４２１）における曲げ部分は曲面であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。