JP2004011936A

JP2004011936A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004011936A
Application number: JP2002161894A
Authority: JP
Inventors: Kenji Miyamoto; 宮本　健二
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】熱交換器の耐久性を向上させる。
【解決手段】フィン形成部材１７の表裏両面に、凹凸部を複数形成し、このフィン形成部材１７をその板厚方向に複数積層する際に、互いに隣接するフィン形成部材１７の凸部１７ａ同士を接合する。これにより、フィン形成部材１７相互間に高温流体流路１９および低温流体流路２１がそれぞれ形成される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、板材相互を積層してその板材相互間に流体流路を形成する熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平７−１６７５８０号公報に記載されているような従来の熱交換器を図１２に示す。この熱交換器は、全体が直方体形状を呈しており、プレート１と、図１３に斜視図として示すような波型の凹凸形状を有するフィン３とが、図１２中で上下方向に交互に積層されて構成されている。
【０００３】
フィン３が収容されるプレート１，１相互の空間に、上記した積層方向に高温流体流路５と低温流体流路７とが交互に形成され、各流体流路５，７に高温流体と低温流体とがそれぞれ流れることで、高温流体と低温流体との間で熱交換が行われる。
【０００４】
上記したプレート１とフィン３とは、相互の接触部にて溶接やろう付けなどによって接合固定されている。また、高温流体流路５の両側部は側板９，１１により塞がれ、低温流体流路７の両側部は、側板１３，１５により塞がれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当然ながら、高温流体と低温流体との間には温度差があり、また高温流体の入口部付近と出口部付近との間あるいは、高温流体の入口部付近と低温流体の入口部付近との間にも、温度差がそれぞれ生じるので、これらの間で、熱膨張差が発生する。この結果、プレート１およびフィン３は、互いに接合されていることから上記した熱膨張差に起因して熱応力が発生し、亀裂が発生しやすく、耐久性の低下を招く。
【０００６】
特に、フィン３は、図１３に示すように、座標軸を互いに直交するＸとＹとに定義すると、Ｘ方向の変形が比較的自由であるのに対し、Ｙ方向については変形しくいので、このＹ方向の変形が拘束されて亀裂が発生しやすくなる。
【０００７】
そこで、この発明は、熱交換器の耐久性を向上させることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、板状のフィン形成部材の表裏両面に、凹凸部を複数形成し、前記フィン形成部材をその板厚方向に複数積層する際に、互いに隣接するフィン形成部材の凸部同士を接合して、前記フィン形成部材相互間に流体流路を形成した構成としてある。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、前記凹凸部における凸部の先端は、凸曲面に形成されている構成としてある。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の発明の構成において、前記凹凸部における凸部の先端は、平面に形成されている構成としてある。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明の構成において、互いに接合される前記凸部の一方の先端に、他方の凸部の先端が入り込む収容凹部を設けた構成としてある。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明の構成において、前記フィン形成部材となる平板部材をその板厚方向に複数積層し、この各平板部材の隣接するもの同士の複数箇所をあらかじめ互いに接合しておき、前記凸部同士の接合部は、前記隣接する平板部材相互間に液圧を付与して前記接合部周囲を膨らませることで形成される構成としてある。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項５の発明の構成において、前記平板部材は、あらかじめ接合した部位の周囲の平板部材相互間に空間が形成されるよう曲面状に形成する構成としてある。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、隣接するフィン形成部材の凸部同士を接合して、フィン形成部材相互間に流体流路を形成するようにしたので、フィン形成部材は、必要な熱交換機能を確保しつつ、多軸方向への高い伸縮性によって熱膨張差に起因する変形を吸収でき、熱応力が低減されて亀裂発生を回避でき、熱交換器として耐久性の向上を図ることができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、隣接するフィン形成部材の凸部先端の凸曲面同士を接合して、フィン形成部材相互間に流体流路を形成するようにしたので、フィン形成部材は、必要な熱交換機能を確保しつつ、多軸方向への高い伸縮性によって熱膨張差に起因する変形を吸収でき、熱応力が低減されて亀裂発生を回避でき、熱交換器として耐久性の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、隣接するフィン形成部材の凸部先端の平面同士を接合して、フィン形成部材相互間に流体流路を形成するようにしたので、フィン形成部材は、必要な熱交換機能を確保しつつ、多軸方向への高い伸縮性によって熱膨張差に起因する変形を吸収でき、熱応力が低減されて亀裂発生を回避でき、熱交換器として耐久性の向上を図ることができる。また、フィン形成部材相互の接合部が平面での面接触となるので、凸曲面同士が接合される場合に比べ接触面積が大きくとれ、接合部における熱伝導性能を向上させることができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、互いに接合される凸部の一方の先端に設けた収容凹部に、他方の凸部の先端が入り込むようにしたので、フィン形成部材相互を積層する際に、位置合わせが容易かつ確実となる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、凸部同士の接合部となる部位が、あらかじめ接合されているので、フィン形成部材相互を積層して位置合わせを行うという煩雑な作業が不要となる。
【００１９】
請求項６の発明によれば、平板部材を、あらかじめ相互間に空間が形成されるよう曲面状に形成してあるので、液圧による膨らむ部分をほぼ均一とすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１は、この発明の第１の実施形態に係わる熱交換器の内部構造を示す斜視図である。この熱交換器は、板状のフィン形成部材１７を図中で上下方向に複数積層してあるが、この各フィン形成部材１７は、図１のＡ−ＡまたはＢ−Ｂ断面図である図２に示すように、フィン形成部材１７の面と平行な方向で、かつ互いに直交する図１中でＸ方向およびＹ方向に沿ってほぼ正弦波形を形成するような凹凸形状を備えている。つまり、ここでのフィン形成部材１７の凸部１７ａの先端は凸曲面に形成されている。
【００２２】
これにより、このフィン形成部材１７は、前記図１３に示した従来のフィン３のように変形しやすい方向が一方向（Ｘ方向）のみではなく、Ｙ方向にも変形しやすく多軸方向への伸縮性が高いものとなっている。
【００２３】
そして、このフィン形成部材１７の上下に隣接するもの相互の凸部１７ａ同士を、図３に示すように、接着剤や抵抗溶接などによって互いに接合してある。これにより、図１に示すように高温流体流路１９と低温流体流路２１とが積層方向に交互に形成される。高温流体流路１９のＸ方向両側部は側板２３，２５で塞がれ、低温流体流路２１のＹ方向両側部は側板２７，２９で塞がれている。
【００２４】
上記した各流体流路１９，２１に高温流体と低温流体とがそれぞれ流れることで、高温流体と低温流体との間で熱交換が行われる。このような熱交換動作がなされる過程において、当然ながら、高温流体と低温流体との間には温度差があり、また高温流体の入口部付近と出口付近との間あるいは、高温流体の入口部付近と低温流体の入口部付近との間にも、温度差がそれぞれ生じるので、これらの間で、熱膨張差が発生する。
【００２５】
しかしながら、ここでは、表裏両面を凹凸形状として多軸方向へ変形しやすいいフィン形成部材１７をフィンとして使用しているので、上記した熱膨張差が発生しても、必要な熱交換機能を確保しつつ、多軸方向への高い伸縮性によって、フィン形成部材１７同士の互いの拘束力が弱められて熱膨張差に起因する変形を吸収でき、フィン形成部材１７の熱応力が低減されて亀裂発生を回避でき、熱交換器として耐久性が向上する。
【００２６】
図４は、この発明の第２の実施形態を示している。この実施形態におけるフィン形成部材３１は、図４のＣ−ＣまたはＤ−Ｄ断面図である図５に示すように、フィン形成部材３１の面と平行な方向で、かつ互いに直交する図４でＸ方向およびＹ方向に沿って、上下が互いに逆となる台形が繰り返し形成されるような凹凸形状を備えている。すなわち、ここでのフィン形成部材３１は、凹凸形状の凸部３１ａの先端が平面３１ｂに形成されている。
【００２７】
そして、このフィン形成部材３１を、その板厚方向に多数積層して、図６に示すように、凸部３１ａの平面３１ｂ同士を、図１のものと同様にして接着剤や抵抗溶接などによって互いに接合する。
【００２８】
この第２の実施形態による熱交換器おいても、高温部位と低温部位との間で熱膨張差が発生しても、必要な熱交換機能を確保しつつ、多軸方向への高い伸縮性によって、フィン形成部材３１同士の互いの拘束力が弱められて熱膨張差に起因する変形を吸収でき、熱応力が低減されて亀裂発生を回避でき、熱交換器として耐久性の向上を図ることができる。
【００２９】
また、この第２の実施形態においては、フィン形成部材３１相互の接合部が平面３１ｂでの面接触となっているので、接触面積が図１のものに比べて大きくとれ、接合部における熱伝導性能が向上する。
【００３０】
図７は、この発明の第３の実施形態を示す。この実施形態におけるフィン形成部材３３は、前記図１〜図３に示した第１の実施形態におけるフィン形成部材１７に対し、凸部３３ａ相互の接合部において、一方の凸部３３ａに他方の凸部３３ａが入り込む収容凹部３３ｂを形成する点が異なっている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００３１】
この第３の実施形態の場合は、第１の実施形態と同様の効果を有するほか、フィン形成部材３３相互を重ね合わせる際に、他方の凸部３３ａが一方の凸部３３ａの収容凹部３３ｂに入り込むので、フィン形成部材３３相互の位置合わせ作業が容易かつ確実に行えるという効果がある。また、この例においても、第２の実施形態と同様に、互いの接触部が面接触となるので、接触面積が図１のものに比べて大きくとれ、接合部における熱伝導性能が向上する。
【００３２】
なお、前記図４〜図６に示した第２の実施形態においても、互いに接合される凸部３１ａ先端の平面３１ｂの対向面に、互いに嵌合する凹部およ凸部を設けることで、フィン形成部材３１相互の位置合わせ作業が容易かつ確実に行えるという、上記図７に示した第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
図８は〜図１０は、この発明の第４の実施形態を示している。この実施形態は、図８に示すように、フィン形成部材となる平板部材３５をその板厚方向に複数積層し、この各平板部材３５の互いに隣接する２枚一組のもの同士の複数箇所を、あらかじめ接着剤やレーザ溶接あるいはスポット溶接により互いに接合して接合部３７を形成しておく。この各接合部３７は、互いの間隔がほぼ同程度となるよう全体に均等な位置に形成する。平板部材３５の互いに接合した２枚一組相互間は、接合部３７を除く部位、例えば接合部３７相互のほぼ中間部位を互いに接合固定しておく。
【００３４】
また、平板部材３５の互いに対向する２箇所の側縁３５ａ，３５ｂは、その全長にわたり接着剤やレーザ溶接により接合し、密閉状態としておく。そして、上記した平板部材３５の２枚一組のものは、上下に隣接するもの同士の側縁３５ａ，３５ｂが、互いに直交する側となるよう互い違いに配置する。
【００３５】
この状態で、図８中で最上部の平板部材３５_１とその下部の平板部材３５_２との間に液圧を付与する。以下同様にして、平板部材３５_２のさらに下部の平板部材３５_３とその下部の平板部材３５_４との間、平板部材３５_５と３５_６との間に、順次液圧を付与する。この液圧付与は、上記密閉状態とした２箇所の側縁３５ａ，３５ｂと直交する側の２箇所の平板部材３５相互の合わせ部から行う。
【００３６】
上記した、各平板部材３５_１と３５_２との間、平板部材３５_３と３５_４との間、平板部材３５_５と３５_６との間……にそれぞれ付与された液圧によって、図９に示すように、前記した接合部３７および側縁３５ａ，３５ｂの接合状態が保持されたまま、接合部３７および側縁３５ａ，３５ｂ以外の部分が互いに離れて、接合部３７周囲が膨らんだ状態となり、高温流体流路４１および低温流体流路４３がそれぞれ形成されることになる。
【００３７】
図１０は、液圧付与後の一組の平板部材３５の断面図であり、接合部３７にて平板部材３５相互が接合され、この接合部３７には互いに向かい合う方向に突出する凸部３５ｃが形成されるものとなる。
【００３８】
液圧を付与しない平板部材３５_２と３５_３との間、平板部材３５_４と３５_５との間……は、前述したように接合部３７を除く適宜部位同士を接合してあり、ほぼ密着した状態のままである。なお、平板部材３５_２と３５_３との間、平板部材３５_４と３５_５との間……にも、液圧を付与し、すべての平板部材３５相互間に流体流路を形成するようにしてもよい。
【００３９】
上記した第４の実施形態によれば、平板部材３５相互は接合部３７にてあらかじめ接合されているので、第１〜第３の実施形態で行うような凸部同士の位置合わせが不要となる。
【００４０】
なお、第４の実施形態においては、前記図７に示した第３の実施形態のように、接合部３７に凸部および凸部が収容される収容凹部をあらかじめ形成しておいてもよい。
【００４１】
図１１は、この発明の第５の実施形態を示している。この実施形態は、前記第４の実施形態における図８の平板部材３５に代えて、なめらかな曲面となるよう予加工した曲面部材４７を用い、これをフィン形成部材としている。その他の構成は第４の実施形態と同様である。
【００４２】
上記予加工してある曲面部材４７に対し、曲面部材４７相互間に液圧を付与することで、第４の実施形態と同様に、接合部３７および側縁４７ａ，４７ｂの接合状態が保持されたまま、接合部３７および側縁４７ａ，４７ｂ以外の部分が互いに離れた状態となり、前記図９に示したように、高温流体流路４１および低温流体流路４３がそれぞれ形成されることになる。
【００４３】
上記した第５の実施形態によれば、第４の実施形態と同様の効果を有するほか、あらかじめ相互間に空間が形成されるよう曲面状に形成した曲面部材４７を用いて、液圧を付与するようにしているので、液圧による膨らむ部分をほぼ均一とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係わる熱交換器の内部構造を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−ＡまたはＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図１のフィン形成部材相互の接合部を示す断面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態に係わる熱交換器の内部構造を示す斜視図である。
【図５】図４のＣ−ＣまたはＤ−Ｄ断面図である。
【図６】図４のフィン形成部材相互の接合部を示す断面図である。
【図７】この発明の第３の実施形態に係わるフィン形成部材相互の接合部を示す断面図である。
【図８】この発明の第４の実施形態を示す液圧付与前の平板部材の斜視図である。
【図９】図８の平板部材相互間に液圧を付与した後の状態を示す斜視図である。
【図１０】図９における互い接合されている一組の平板部材の断面図である。
【図１１】この発明の第５の実施形態を示す液圧付与前の曲面部材の斜視図である。
【図１２】従来の熱交換器の全体構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２の熱交換器に使用されているフィンの斜視図である。
【符号の説明】
１７，３１，３３　フィン形成部材
１７ａ，３１ａ，３３ａ，３５ｃ　凸部
１９，４１　高温流体流路
２１，４３　低温流体流路
３１ｂ　平面
３３ｂ　収容凹部
３５　平板部材（フィン形成部材）
３７　接合部
４７　曲面部材（フィン形成部材）

Claims

板状のフィン形成部材の表裏両面に、凹凸部を複数形成し、前記フィン形成部材をその板厚方向に複数積層する際に、互いに隣接するフィン形成部材の凸部同士を接合して、前記フィン形成部材相互間に流体流路を形成したことを特徴とする熱交換器。
前記凹凸部における凸部の先端は、凸曲面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
前記凹凸部における凸部の先端は、平面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
互いに接合される前記凸部の一方の先端に、他方の凸部の先端が入り込む収容凹部を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器。
前記フィン形成部材となる平板部材をその板厚方向に複数積層し、この各平板部材の隣接するもの同士の複数箇所をあらかじめ互いに接合しておき、前記凸部同士の接合部は、前記隣接する平板部材相互間に液圧を付与して前記接合部周囲を膨らませることで形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換器。
前記平板部材は、あらかじめ接合した部位の周囲の平板部材相互間に空間が形成されるよう曲面状に形成してあることを特徴とする請求項５記載の熱交換器。