JP2007212084A

JP2007212084A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2007212084A
Application number: JP2006033763A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Watanabe; 晴彦渡邊; Sumio Susa; 澄男須佐; Maki Harada; 真樹原田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-08-23
Also published as: US20070187081A1; CN101017061A; DE102007006170A1

Abstract

【課題】少ない作業工数で製造しうる、ろう付け性が良好な熱交換器を提供する。
【解決手段】内部を流体が通過する複数のチューブと、チューブの外表面に接合され、かつチューブ周りを通過する流体とチューブ内を通過する流体との熱交換を促進するフィンと、チューブが挿通される挿通穴が形成されたコアプレートと、コアプレートに接合されるタンク本体とを有し、チューブを通過する流体を分配もしくは集合させるタンク部とを有する熱交換器であって、チューブは、対向接合される第１、第２チューブプレートと、第１、第２チューブプレートの間に配されたインナーフィンとを有し、チューブのうち、コアプレートの挿通穴に挿通される部位は、挿通穴の周縁とほぼ同じ外面形状を有しており、第１、２チューブプレートのうち、コアプレートの挿通穴に挿通されない部位は、チューブの積層方向において互いに重なり合う重なり部を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に内燃機関の過給機用の熱交換器に関する。

従来、吸気の充填効率を高めるべく熱膨張した吸気を冷却するために用いられる、内燃機関の過給機用熱交換器としては、例えば特許文献１に記載されたように、一対のタンクと、内部を過給気が通過する複数本のチューブと、放熱を促進させるフィンとが一体ろう付けされた熱交換器が知られている。このような熱交換器では、タンクはタンク本体とコアプレートとを有しており、チューブは、コアプレートに形成されたチューブ挿通穴に挿通されている。

特開２００２‐２８６３９４

このような熱交換器では、熱交換性能をさらに向上させるために、チューブの内部にインナーフィンが配されている。インナーフィンをチューブ内部に組み付けるにあたって、インナーフィンをチューブ内に摺動させて挿入する方法は、互いに接触した時にろう材を剥がしてしまい、ろう付け不良により冷却水の漏れを引き起こす可能性がある。そのため、図１４に示すように、インナーフィン２０１ｃを載置した一方のチューブプレート２０１ａに、他方のチューブプレート２０１ｂを嵌め合わせてチューブ２０１を形成し、このチューブ２０１を、コアプレートのチューブ挿通穴２０２に挿通させる構造が知られている。

ところが、図１５に示すように、嵌め合わされたチューブプレート２０１ａ、２０１ｂは、コの字形状に曲げられた「たち」と呼ばれる部分において、プレス成形時のプレスの抜勾配や材料のスプリングバックに起因して、開いてしまい、その結果、嵌合部２０１ｆに隙間が生じ、ろう付け不良の原因となるという問題がある。

また、図１６に示すように、嵌合部２０１ｆを形成した結果として生じる段差２０１ｇは、チューブ２０１が挿通されるチューブ挿通穴２０２の開口縁と、チューブ２０１との間のクリアランスが大きくなり、ろう付け不良の原因となるという問題がある。

さらに、熱交換器が大型である場合、各構成要素の位置決め精度を確保することが非常に困難であり、治具等を用いて調整するなどの作業を要するため、作業工数が増えてしまうという問題点がある。

上記問題点を鑑みて、本発明は、少ない作業工数で製造しうる、ろう付け性が良好な熱交換器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、内部を流体が通過する複数のチューブ（１０４）と、チューブ（１０４）の外表面に接合され、かつチューブ（１０４）周りを通過する流体とチューブ（１０４）内を通過する流体との熱交換を促進するフィン（１０５）と、チューブ（１０４）が挿通される挿通穴（１０１ｃ、１０２ｃ）が形成されたコアプレート（１０１ｂ、１０２ｂ）と、コアプレートに接合されるタンク本体（１０１ａ、１０２ａ）とを有し、チューブを通過する流体を分配もしくは集合させるタンク部（１０１、１０２）とを有する熱交換器であって、チューブ（１０４）は、対向接合される第１、第２チューブプレート（１０４ａ、１０４ｂ）と、第１、第２チューブプレート（１０４ａ、１０４ｂ）の間に配されたインナーフィン（１０９）とを有し、チューブ（１０４）のうち、コアプレートの挿通穴に挿通される部位は、挿通穴の周縁とほぼ同じ外面形状を有しており、第１、２チューブプレート（１０４ａ、１０４ｂ）のうち、コアプレートの挿通穴に挿通されない部位は、チューブの積層方向において互いに重なり合う重なり部（１０４ａ、１０４ｂ）を有している。
請求項１に記載の発明によれば、チューブのうちコアプレートの挿通穴に挿入される部位を、挿通穴の周縁とほぼ同一の外面形状とすることによって、コアプレートとチューブとのろう付け性を向上させることができる。また、請求項１に記載の発明によれば、第１、第２チューブプレートのうちコアプレートの挿通穴に挿入される部位はチューブ積層方向に互いに重なりあう重なり部を有しているので、冶具などでチューブ積層方向に圧縮した状態でろう付けすることにより、重なり部どうしを確実に当接させることができ、ろう付け性を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、重なり部（１０４ｃ、１０４ｄ）は、第１チューブプレート（１０４ａ）と第２チューブプレート（１０４ｂ）の内面同士が重ね合わされていることにより形成されている。請求項２に記載の発明によれば、チューブプレートを成形しやすい形状とすることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、重なり部（１０４ｃ、１０４ｄ）は、第１チューブプレート（１０４ａ）と第２チューブプレート（１０４ｂ）の一方を折り曲げることによりかしめ固定されている。このように、拝み形状の重なり部をかしめ固定することによって、重なり部をさらに一層確実に固定し、ろう付け性をさらに良好とすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記重なり部は前記チューブの外側に形成されており、前記重なり部のチューブ長手方向端部は前記コアプレートに当接している。請求項４に記載の発明によれば、重なり部の、チューブ長手方向端部がコアプレートに当接するので、何らかの治具を必要とすることなく、コアプレートに対するチューブ長手方向の位置決めをすることができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本発明に係る熱交換器は、内燃機関の過給機で用いる吸気を冷却する装置に適用されるのに適している。図１は、本発明である熱交換器１００の正面図である。熱交換器１００は、一対のタンク１０１、１０２と、過給気と外気とを熱交換させる熱交換コア部１０３とを有し、一体ろう付けされている。

タンク１０１、１０２は、それぞれ、タンク本体１０１ａ、１０２ａと、コアプレート１０１ｂ、１０２ｂとから構成されている。コアプレート１０１ｂ、１０２ｂには、チューブ１０４を挿通させるチューブ挿通穴１０１ｃ、１０２ｃが形成されている。タンク１０１の上端部には、過給気の入口となる入口管１０７が接続されており、タンク１０２の上端部には、過給気の出口となる出口管１０８が接続されている。

熱交換コア部１０３は、タンク１０１、１０２を接続し、内部を過給気が通過する複数本のチューブ１０４と、これらのチューブ１０４の外表面に接合されることによりチューブ１０４に熱的に接続されている、過給気の放熱を促進させるフィン１０５と、チューブ１０４の積層方向外側に配されたサイドプレート１０６からなる。ここで、チューブの材質は亜鉛１５％、鉄０．８％を含む丹銅材としている。

チューブ１０４は、図２に示すように、断面略コの字形状を有し、かつ対向するよう嵌め合わされた、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂと、チューブ１０４の内部に配置された、過給気と外気との熱交換を促進するインナーフィン１０９とを有している。なお、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂの内面には、ろう材ペースト（具体的には銅７５％−錫１５％Ｎｉ５％−燐５％のろう材）が塗布されており、インナーフィンとろう付けされる。

第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂにおいて、それぞれ、水平方向に縁曲げされた端縁が、コアプレート１０１ｂとコアプレート１０２ｂの間の距離だけ、長手軸線方向に延びている。この構成により、これらチューブプレート１０４ａ、１０４ｂが嵌め合わされる時、図３に示すように、これらチューブプレート１０４ａ、１０４ｂの内面同士が当接された状態の、重なり部１０４ｃ、１０４ｄが形成される。なお、チューブ１０４がコアプレート１０１ｂ及びコアプレート１０２ｂと嵌め合わされる時、これら端縁の長手軸線方向両端は、コアプレート１０１ｂ、１０２ｂと当接するので、チューブ１０４を確実にシールすることができる。

また、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂの両端は、水平方向に縁曲げされておらず、この両端の断面形状は、図４に示すように、チューブ挿通穴１０１ｃ、１０２ｃの周縁とほぼ同じ形状である。これにより、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂをチューブ挿通穴１０１ｃ、１０２ｃに挿通させることで、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂを互いに関して固定的に位置決めすることができる。

次に、本発明の熱交換器の製造方法について説明する。インナーフィンを挟み込むように、かつ互いの重なり部同士が重なるように第１、第２チューブプレートは対向して配され、チューブが仮組みされる。仮組みされたチューブとフィンとが交互に積層され、各チューブの端部はコアプレートの挿通穴に挿通され、熱交換コア部が仮組付けされる。仮組付けされた熱交換コア部は、ワイヤを巻き付けることによりチューブ積層方向に圧縮された状態で、炉内で加熱されて一体ろう付けされる。続いて、コアプレート１０１ｂ、１０２ｂに、入口管１０７及び出口管１０８が組みつけられたタンク本体１０１ａ、１０２ａを溶接などで接合される。第１チューブプレート１０４ａと第２チューブプレート１０４ｂは、コアプレート１０１ｂ、１０２ｂのチューブ挿通穴１０１ｃ、１０２ｃに挿通されていない部分において、面同士が重ね合わされている重なり部１０４ｃ、１０４ｄを２つ形成している。このように、第１チューブプレート１０４ａと第２チューブプレート１０４ｂは、面同士で当接しているので、互いに安定して位置決めすることができ、ろう付け性を良好にすることができる。また、重なり部はチューブの積層方向に重なるように形成されているので、チューブ積層方向に圧縮しながらろう付けする場合、重なり部同士を確実に当接させることができ、ろう付け性を向上させることができる。

一方、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂは、図４に示すように、コアプレート１０１ｂ、１０２ｂのチューブ挿通穴１０１ｃ、１０２ｃに挿通されている両端において、チューブ１０４の外面がチューブ挿通穴１０１ｃ、１０２ｃの周縁と当接する。このように、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂは、コアプレート１０１ｂ、１０２ｂのチューブ挿通穴１０１ｃ、１０２ｃに挿通されている両端において、チューブ挿通穴１０１ｃ、１０２ｃによって位置決めすることができ、ろう付け性を良好にすることができる。

他方、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂは、重なり部１０４ｃ、１０４ｄの長手軸線方向の両端でコアプレート１０１ｂ、１０２ｂと当接することで、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂとコアプレート１０１ｂ、１０２ｂを治具で調整せずに確実に位置決めすることができ、ろう付け性を良好にすることができる。以上のように、少ない作業工数で、ろう付け性が良好な熱交換器を製造することができる。

本実施例では、２つの重なり部１０４ｃ、１０４ｄとして、第１チューブプレート１０４ａと第２チューブプレート１０４ｂの内面同士が重ね合わされている構成を採用したことにより、積層した第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂの重みによって、重なり部１０４ｃ、１０４ｄの当接状態が一層確実となり、ろう付け性をさらに良好とすることができる。

なお、拝み形状の重なり部１０４ｃ、１０４ｄの形態として、図８に示すように、２つのチューブプレート１０４ａ、１０４ｂの中の一方のみが縁曲げされており、かつ他方が平坦である構成が挙げられる。なお、この構成では、縁曲げ加工すべきチューブプレートの数が１つのみであるという利点がある。

また、重なり部１０４ｃ、１０４ｄの形態として、上述のような、チューブプレート１０４ａ、１０４ｂの内面同士が当接している、拝み形状の構成の他に、図９に示すように、第１チューブプレート１０４ａの内面が、第２チューブプレート１０４ｂの外面に重ね合わされている構成が挙げられる。なお、この構成では、第１チューブプレート１０４ａの端縁が、断面コの字形状の第２チューブプレート１０４ｂを覆うように、チューブプレート１０４ａの板厚分だけ外方に位置するように、縁曲げされている。なお、当然、第１チューブプレート１０４ａと第２チューブプレート１０４ｂが逆の構成でもよい。

また、重なり部１０４ｃ、１０４ｄの変形例として、２つの重なり部１０４ｃ、１０４ｄは、それぞれ、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂの一方の端縁を折り曲げ、これらチューブプレート１０４ａ、１０４ｂをかしめ固定してもよい。これにより、重なり部１０４ｃ、１０４ｄをさらに一層確実に固定し、ろう付け性をさらに良好とすることができる。

次に、本発明の第二実施例について説明する。本実施例は、図１０に示すように、チューブ１０４が１枚のチューブプレートで構成され、１つの重なり部１０４ｃは、チューブプレート１０４ａの内面同士が重ね合わされていることにより形成されている点のみが異なっている。そのため、上記実施例と同様な点については説明を省略する。

本実施例では、チューブ１０４は、気体通路を形成するように折り曲げられている、２つの長手方向端縁を有する１枚のチューブプレート１０４ａと、チューブ１０４の内部に配置され、かつ気体と流体との熱交換を促進するインナーフィン１０９とを有している。チューブ１０４の、チューブ挿通穴１０１ｃ、１０２ｃに挿通されていない部分において、チューブプレート１０４ａは、面同士が重ね合わされている重なり部１０４ｃを１つ形成しており、重なり部１０４ｃの長手軸線方向の両端がコアプレート１０１ｂ、１０２ｂの面と当接している。また、図１１に示すように、上記実施例と同様に、重なり部１０４ｃをかしめ固定することが好ましい。

なお、本実施例が製造方法に関して第一実施例と異なる点は、本実施例では、第一実施例において第１、２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂを嵌め合わせる代わりに、チューブプレート１０４ａにインナーフィン１０９を載置した後、チューブプレート１０４ｂを曲げ加工を行って筒状のチューブ１０４を形成するという点である。以上により、前述の実施例と同様な効果、すなわち、少ない作業工数で製造しうる、ろう付け性が良好な熱交換器を提供することができる。

最後に、チューブ１０４の、コアプレート１０１ｂ、１０２ｂのチューブ挿通穴１０１ｃ、１０２ｃに挿通されている両端の変形例について説明する。第１の変形例は、図１２に示すように、第１チューブプレート１０４ａが、端縁１０４ｃ´、１０４ｄ´において、第２チューブプレート１０４ｂの端縁１０４ｃ´´、１０４ｄ´´の内側にはめ込まれる構成である。また、第２の変形例は、図１３に示すように、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂの端縁１０４ｃ´、１０４ｃ´´が、内方に縁曲げされ、外面同士が当接している構成である。これらの変形例は、共に、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂがコアプレート１０１ｂ、１０２ｂのチューブ挿通穴１０１ｃ、１０２ｃの全周縁と当接する構成であるので、第１、第２チューブプレート１０４ａ、１０４ｂを確実に位置決めすることができ、ろう付け性を良好にすることができる。

本発明の熱交換器１００の正面図である。本発明の第一実施例のチューブ１０４の断面図である。本発明の第一実施例のチューブ１０４の斜視図である。本発明の第一実施例のチューブ１０４がコアプレート１０１ｂに嵌められた状態を示す断面図である。本発明の第一実施例のチューブ１０４がコアプレート１０１ｂに嵌められた様子を示す斜視図である。本発明の第一実施例のチューブ１０４がコアプレート１０１ｂに嵌められた様子を示す拡大断面図である。本発明の第一実施例のチューブ１０４の変形例の断面図である。本発明の第一実施例のチューブ１０４の変形例の断面図である。本発明の第一実施例のチューブ１０４の変形例の断面図である。本発明の第二実施例のチューブ１０４の断面図である。本発明の第二実施例のチューブ１０４の変形例の断面図である。本発明のチューブ１０４の変形例の断面図である。本発明のチューブ１０４の変形例の部分断面図である。従来技術のチューブ２０１の断面図である。従来技術のチューブ２０１が開いた状態を示す断面図である。コアプレート２０３のチューブ挿通穴２０３ａに嵌められている状態を示す、従来技術のチューブ２０１の断面図である。

符号の説明

１００熱交換器
１０１タンク
１０１ｂコアプレート
１０１ｃチューブ挿通穴
１０２タンク
１０２ｂコアプレート
１０２ｃチューブ挿通穴
１０４チューブ
１０４ａ第１チューブプレート
１０４ｂ第２チューブプレート
１０４ｃ重なり部
１０４ｄ重なり部
１０９インナーフィン

Claims

内部を流体が通過する複数のチューブ（１０４）と、
前記チューブ（１０４）の外表面に接合され、かつ前記チューブ（１０４）周りを通過する流体と前記チューブ（１０４）内を通過する流体との熱交換を促進するフィン（１０５）と、
前記チューブ（１０４）が挿通される挿通穴（１０１ｃ、１０２ｃ）が形成されたコアプレート（１０１ｂ、１０２ｂ）と、前記コアプレートに接合されるタンク本体（１０１ａ、１０２ａ）とを有し、前記チューブを通過する流体を分配もしくは集合させるタンク部（１０１、１０２）とを有する熱交換器であって、
前記チューブ（１０４）は、対向接合される第１、第２チューブプレート（１０４ａ、１０４ｂ）と、前記第１、第２チューブプレート（１０４ａ、１０４ｂ）の間に配されたインナーフィン（１０９）とを有し、
前記チューブ（１０４）のうち、前記コアプレートの前記挿通穴に挿通される部位は、前記挿通穴の周縁とほぼ同じ外面形状を有しており、前記第１、２チューブプレート（１０４ａ、１０４ｂ）のうち、前記コアプレートの前記挿通穴に挿通されない部位は、前記チューブの積層方向において互いに重なり合う重なり部（１０４ａ、１０４ｂ）を有することを特徴とする熱交換器。
前記重なり部（１０４ｃ、１０４ｄ）は、前記第１チューブプレート（１０４ａ）と前記第２チューブプレート（１０４ｂ）の内面同士が重ね合わされていることにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記重なり部（１０４ｃ、１０４ｄ）は、前記第１チューブプレート（１０４ａ）と前記第２チューブプレート（１０４ｂ）の一方を折り曲げることによりかしめ固定されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
前記重なり部は前記チューブの外側に形成されており、前記重なり部のチューブ長手方向端部は前記コアプレートに当接していることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１つに記載の熱交換器。