JP7094701B2

JP7094701B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP7094701B2
Application number: JP2018002413A
Authority: JP
Inventors: 孝範永井
Original assignee: Sankei Giken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sankei Giken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2022-07-04
Anticipated expiration: 2038-01-11
Also published as: JP2019120474A

Description

本発明は、例えば自動車の内燃機関の排気等の加熱流体と被加熱流体との熱交換を行う熱交換器に関する。

従来、自動車の内燃機関で発生した排気と被加熱流体との熱交換を行う熱交換器として、特許文献１の熱交換器が知られている。この熱交換器は、第１プレートの縁、第２プレートの縁にそれぞれ同一方向に突出した壁部を形成し、第１プレートの壁部と第２プレートの壁部を係合して第１プレートと第２プレートを対向配置することにより被加熱流体が流れる扁平流路管を形成し、この扁平流路管を間隔を開けて複数並列配置し、複数の扁平流路管を接続するフィンを設け、扁平管の扁平した部分とフィンで熱交換面積を増加させ、熱交換効率を高めた構造になっている。

特開２０１６－１１４３３１号公報

ところで、図１６に示すように、第１プレート１０２と第２プレート１０３を対向配置して扁平流路管１０１を形成し、複数の扁平流路管１０１を間隔を開けて並列配置すると共に、複数の板状のフィン１０４を扁平流路管１０１の管軸方向に間隔を開けて並列配置し、複数の扁平流路管１０１を共通するフィン１０４の挿通穴１０５に挿通し、扁平流路管１０１とフィン１０４の挿通穴１０５の周縁部をろう付けや溶接で接合する構造とする場合、第１プレート１０２の平坦部と第２プレート１０３の平坦部は剛性が弱く歪が発生し易いため、扁平流路管１０１とフィン１０４が接触しない大きな隙間１０６が生じやすい。

この扁平流路管１０１とフィン１０４が接触しない大きな隙間１０６は、扁平流路管１０１とフィン１０４との境界部分における熱伝導を大きく低下させ、熱交換効率を大幅に低下させてしまう。また、扁平流路管１０１とフィン１０４が非接触となる大きな箇所は、扁平流路管１０１とフィン１０４との固定強度を弱め、熱交換器の耐衝撃性、耐久性を低下させてしまう。そのため、斯様な熱交換器において熱交換効率と耐衝撃性、耐久性を向上することが求められている。

本発明は上記課題に鑑み提案するものであり、プレートを対向配置して形成される扁平流路管を並列配置し、扁平流路管の管軸方向に並列配置されるフィンに扁平流路管を挿通して構成される熱交換器において、熱交換効率を高めることができると共に、耐衝撃性、耐久性を向上することができる熱交換器を提供することを目的とする。

本発明の熱交換器は、基板の幅方向の両側で側壁が同一方向に屈曲されている一方のプレートと、基板の幅方向の両側で側壁が同一方向に屈曲されている他方のプレートを対向配置し、前記一方のプレートの両側の側壁と前記他方のプレートの両側の側壁を全長に亘って密接配置で係合して固定することにより扁平流路管が形成され、前記扁平流路管が厚み方向に間隔を開けて配置され、ルーバーが設けられていない略板状のフィンが前記扁平流路管の管軸方向に間隔を開けて配置され、複数の前記フィンの挿通穴を貫通するようにして前記扁平流路管の各々が設けられ、前記扁平流路管の内側を流れる第１流体と前記扁平流路管の外側を流れる第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、前記扁平流路管の両端以外の領域に前記扁平流路管の厚さを支持する支持部が前記扁平流路管の内方に突出し且つ相互に間隔を開けて設けられていると共に、前記扁平流路管の両端の領域には前記支持部が設けられていないことを特徴とする。
これによれば、支持部によって扁平流路管の厚さを支持し、扁平流路管に座屈や歪が発生することを防止し、扁平流路管とフィンとの間に接触しない大きな隙間が発生することを防止することができる。従って、扁平流路管とフィンとの境界部分における良好な熱伝導を確保し、第１流体と第２流体との間の熱交換効率を高めることができる。また、扁平流路管の両端以外の領域に扁平流路管の内方に突出し且つ相互に間隔を開けて設けられる支持部により、扁平流路管の内側を流れる第１流体の流れを乱流化し、熱交換を促進し、熱交換効率をより高めることができる。また、扁平流路管とフィンとの間に非接触となる大きな箇所を生ずることがないことから、扁平流路管とフィンとの固定強度を確保し、熱交換器の耐衝撃性、耐久性を向上することができる。

本発明の熱交換器は、前記一方のプレートに内方へ突出する第１突出部が形成されると共に、前記他方のプレートに内方へ突出する第２突出部が形成され、前記第１突出部の先端と前記第２突出部の先端が当接されて前記支持部が構成されていることを特徴とする。
これによれば、先端が当接される第１突出部と第２突出部は対応する位置に形成されることになることから、例えば第１突出部を有する金属製の一方のプレートと第２突出部を有する金属製の他方のプレートを共通する金型を用いてプレス成形、鋳造成形等で製造することが可能となり、高価な金型に要する費用を低減し、製造コストを低減することができる。

本発明の熱交換器は、前記一方のプレートの基板が平坦面で形成されると共に、前記他方のプレートに内方へ突出する前記支持部が形成され、前記支持部の先端が前記平坦面に当接されていることを特徴とする。
これによれば、一方のプレートの平坦面によって扁平流路管とフィンとの接触面積を増加させ、熱交換効率をより一層高めることができる。また、支持部の先端を平坦面に当接させることにより、例えば支持部を構成する第１突出部の先端と第２突出部の先端を当接させる構成よりも、支持部の位置に対する加工精度の許容範囲を大きくすることができ、ひいては歩留まりを向上することができる。

本発明の熱交換器は、前記一方のプレートに内方へ突出する前記支持部が形成されると共に、前記他方のプレートに内方へ突出する前記支持部が前記一方のプレートの前記支持部と異なる位置に形成され、前記一方のプレートの前記支持部の先端が前記他方のプレートの基板の平坦部に当接され、前記他方のプレートの前記支持部の先端が前記一方のプレートの基板の平坦部に当接されていることを特徴とする。
これによれば、一方のプレートの支持部が当接される他方のプレートの平坦部と、他方のプレートの支持部が当接される一方のプレートの平坦部によって扁平流路管とフィンとの接触面積を増加させ、熱交換効率をより一層高めることができる。また、一方のプレートの支持部の先端を他方のプレートの平坦部に当接させ、他方のプレートの支持部の先端を一方のプレートの平坦部に当接させることにより、例えば支持部を構成する第１突出部の先端と第２突出部の先端を当接させる構成よりも、支持部の位置に対する加工精度の許容範囲を大きくすることができ、ひいては歩留まりを向上することができる。

本発明の熱交換器は、前記扁平流路管が金属製の前記一方のプレートと金属製の前記他方のプレートから構成され、前記扁平流路管の前記支持部の外側が内方へ突出する形状に略対応して内方へ凹んでいることを特徴とする。
これによれば、一方のプレートと他方のプレートを金属製とし、内方へ突出する形状に略対応して外側が内方へ凹む支持部とすることにより、金属板材をプレス金型を用いてプレス成形し、一方のプレートと他方のプレートを製造することができる。即ち、プレス成形加工を用いて一方のプレートと他方のプレートを製造することができ、扁平流路管の製造に当たり、生産速度の向上、安定した量産性、材料歩留まりの向上を図ることができる。更に、一方のプレートの第１突出部の先端と他方のプレートの第２突出部の先端を当接して支持部を構成する構造では、一方のプレートと他方のプレートを共通する金型を用いてプレス成形することが可能であり、高価なプレス金型に要する費用を低減し、製造コストを低減することもできる。

本発明の熱交換器は、線状に設けられていることを特徴とする。
これによれば、線状に設けられる支持部により、扁平流路管の内側を流れる第１流体の流れ抵抗を抑え、第１流体のスムーズな流れを得ることができると共に、支持部で第１流体の流れを適度に乱流化し、熱交換を促進して熱交換効率を高めることができる。

本発明の熱交換器は、前記支持部が点在して設けられていることを特徴とする。
これによれば、点在する支持部により、扁平流路管の内側を流れる第１流体の流れをより複雑に乱流化し、熱交換を促進して熱交換効率をより一層高めることができる。

本発明の熱交換器は、前記扁平流路管の各々が前記フィンの各々に非連続接合状態で圧入保持されていることを特徴とする。
これによれば、溶接やろう付け等で連続接合せずに圧入保持だけで扁平流路管の各々とフィンの各々を位置決め固定できることから、溶接やろう付け等の連続接合の作業を無くすことができる。また、扁平流路管の厚さを支持する支持部が設けられていることにより、圧入保持によって扁平流路管の各々とフィンの各々を高強度で安定して固定することができる。

本発明の熱交換器は、前記扁平流路管の前記支持部の外側が内方へ突出する形状に略対応して内方へ凹んで形成されていると共に、前記フィンの各々の前記挿通穴にテーパ縁が形成され、前記扁平流路管の各々が前記フィンの各々に前記テーパ縁で圧入保持されていることを特徴とする。
これによれば、外側に凹みを有する扁平流路管の各々をフィンの各々に、テーパ縁の圧入保持によって高強度で安定して固定することができる。また、フィンのテーパ縁の扁平流路管への接触により、フィンと扁平流路管の接触面積を増加させ、熱交換効率をより一層高めることができる。

本発明の熱交換器は、各々の前記扁平流路管の管軸方向の両端に設けられているスリーブ部が全体に亘って内方への凹みのない略扁平楕円の断面形状で形成されており、前記スリーブ部の各々が構成部材に連続接合で固定されていることを特徴とする。
これによれば、扁平流路管の両端のスリーブ部を凹みのない略扁平楕円状にすることにより、スリーブ部を熱交換器の構成部材に溶接、ろう付け等の連続接合で固定し易くし、スリーブ部の各々を構成部材に高強度且つ高い安定性で連続接合し、固定することができる。

本発明によれば、プレートを対向配置して形成される扁平流路管を並列配置し、扁平流路管の管軸方向に並列配置されるフィンに扁平流路管を挿通して構成される熱交換器において、熱交換効率を高めることができると共に、耐衝撃性、耐久性を向上することができる。

（ａ）は本発明による第１実施形態の熱交換器の斜視図、（ｂ）はその正面図。（ａ）は図１（ｂ）のＡ－Ａ断面図、（ｂ）は図１（ｂ）のＢ－Ｂ断面図。（ａ）は第１実施形態の熱交換器における扁平流路管の斜視図、（ｂ）はその分解斜視図。（ａ）は第１実施形態の熱交換器における扁平流路管の正面図、（ｂ）は図３（ａ）のＣ－Ｃ端面図。第１実施形態の熱交換器におけるフィンの斜視図。（ａ）は第１実施形態の熱交換器における扁平流路管の一方の端部を構成部材に溶接した状態を示す斜視図、（ｂ）はその溶接した部分の一部を正面から視た状態の部分正面説明図。第１実施形態の熱交換器に外側の構成部材を設置した状態を説明する斜視説明図。第１実施形態の第１変形例の熱交換器における扁平流路管の正面図。（ａ）は第１実施形態の第２変形例の熱交換器における扁平流路管の斜視図、（ｂ）はその正面図。第１実施形態の第３変形例の熱交換器における扁平流路管の斜視図。第１実施形態の第４変形例の熱交換器における扁平流路管の斜視図。本発明による第２実施形態の熱交換器の斜視図。（ａ）は第２実施形態の熱交換器における扁平流路管の斜視図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）は同図（ａ）のＤ－Ｄ断面図。本発明による第３実施形態の熱交換器の斜視図。（ａ）は第３実施形態の熱交換器における扁平流路管の斜視図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）は同図（ａ）のＥ－Ｅ断面図。（ａ）は複数の扁平流路管と複数の板状フィンをそれぞれ並列配置して扁平流路管を板状フィンに接合する熱交換器の構成例を示す斜視図、（ｂ）はその部分拡大図。

〔第１実施形態の熱交換器〕
本発明による第１実施形態の熱交換器１は、図１～図５に示すように、厚み方向に間隔を開けて並列するように配置されている複数の扁平流路管２と、扁平流路管２の管軸方向に間隔を開けて並列するように配置されている複数の略板状のフィン７を備え、扁平流路管２の内側を流れる第１流体と扁平流路管２の外側を流れる第２流体との間で熱交換する熱交換器１を構成している。

各々のフィン７には対応する位置に挿通穴７１が形成されており、それぞれの扁平流路管２は並列配置された複数のフィン７の対応位置に形成された挿通穴７１に連通され、複数のフィン７の挿通穴７１を貫通するようにして扁平流路管２の各々が設けられている。図示例では、それぞれのフィン７において、高さ方向に並ぶように挿通穴７１が形成されていると共に、この高さ方向に並ぶ挿通穴７１がフィン７の幅方向に間隔を開けて２組設けられている。そして、２組の高さ方向に並ぶ挿通穴７１のそれぞれに扁平流路管２が連通されている。

扁平流路管２は、一方のプレートに相当する第１プレート３と、他方のプレートに相当する第２プレート４とから構成され、第１プレート３と第２プレート４を対向配置して形成されている。

第１プレート３は、例えば金属製の略矩形の平板をプレス成形する等により形成され、図２～図４に示すように、基板３１と、基板３１の幅方向の両側で同一方向に屈曲されて形成されている側壁３２・３２を有する。基板３１には、側壁３２が突出する側に正面視略山形で突出するようにして第１突出部３３が形成されており、第１突出部３３は第１プレート３の長さ方向に延びて線状に形成されていると共に、基板３１の幅方向に間隔を開けて並設されている。基板３１の側壁３２が突出する側と逆側の面は第１突出部３３が突出する形状に略対応して凹んで形成されている。また、第１プレート３の長さ方向の両端の部分には、全体に亘って凹みのない断面視略コ字形のスリーブ構成部３４が設けられている。

第２プレート４も、例えば金属製の略矩形の平板をプレス成形する等により形成され、図２～図４に示すように、基板４１と、基板４１の幅方向の両側で同一方向に屈曲されて形成されている側壁４２・４２を有する。基板４１には、側壁４２が突出する側に正面視略山形で突出するようにして第２突出部４３が形成されており、第２突出部４３は第２プレート４の長さ方向に延びて線状に形成されていると共に、基板４１の幅方向に間隔を開けて並設されている。基板４１の側壁４２が突出する側と逆側の面は第２突出部４３が突出する形状に略対応して凹んで形成されている。また、第２プレート４の長さ方向の両端の部分にも、全体に亘って凹みのない断面視略コ字形のスリーブ構成部４４が設けられている。

扁平流路管２は、第１プレート３の一方の側壁３２の内側に第２プレート４の一方の側壁４２を密接配置すると共に、第１プレート３の他方の側壁３２の外側に第２プレート４の他方の側壁４２を密接配置して、第１プレート３の側壁３２・３２と第２プレート４の側壁４２・４２を係合し、第１プレート３の基板３１と第２プレート４の基板４１を対向配置して形成されている。密接配置して係合された第１プレート３の側壁３２・３２と第２プレート４の側壁４２・４２は溶接等で連続接合されて固定されている。

扁平流路管２において、第１プレート３の内方へ突出する第１突出部３３と、第２プレート４の内方へ突出する第２突出部４３は、扁平流路管２の両端以外の領域で対応する位置に設けられており、第１突出部３３の先端と第２突出部４３の先端が当接されて扁平流路管２の厚さを支持する支持部５が構成されている。即ち、扁平流路管２の厚さを支持する支持部５は、扁平流路管の両端以外の領域に、扁平流路管２の内方に突出し且つ相互に間隔を開けて設けられている。

図示例における支持部５は、扁平流路管２の管軸方向に沿って線状に設けられている。また、扁平流路管２の支持部５の外側は、第１突出部３３と第２突出部４３によって構成される支持部５の内方へ突出する形状に略対応して、内方へ凹んで形成されており、図示例では扁平流路管２の外面に線状に延びる凹部５１が設けられている。

扁平流路管２の管軸方向の両端には、第１プレート３の断面視略コ字形のスリーブ構成部３４と第２プレート４の断面視略コ字形のスリーブ構成部４４との係合によってスリーブ部６が設けられており、スリーブ部６は全体に亘って内方への凹みのない略扁平楕円の断面形状で形成されている。

フィン７は、図示例では略矩形板状であり、各々のフィン７が同形で同サイズに形成されている。フィン７・７相互の間隔は熱交換器として使用可能な範囲で適宜設定することが可能であり、例えば熱交換器１を自動車用の熱交換器とし、扁平流路管２の内側を流れる第１流体を被加熱流体の冷却水等、扁平流路管２の外側を流れる第２流体を加熱流体の内燃機関の排気とする場合には、フィン７・７相互の間隔は１．０ｍｍ～２０ｍｍとすると好適であり、３ｍｍ～５ｍｍとするとより好適である。これにより、所要の熱交換を確保することができると共に、フィン７の密集で排気流路が狭まって排気の圧力損失、背圧の上昇が生ずることを防止し、自動車の内燃機関の排気効率、吸気効率、燃焼効率を高めることができる。

フィン７の挿通穴７１には、図２及び図５に示すように、テーパ状に起立するテーパ縁７２が挿通穴７１の周縁に沿って設けられており、フィン７の各々の挿通穴７１のテーパ縁７２は同一方向に起立して形成されている。

熱交換器１の扁平流路管２の各々は、フィン７の各々に溶接、ろう付け等の連続接合を用いずに非連続接合状態で圧入保持或いは押圧保持されており、フィン７の各々の挿通穴７１で圧入保持或いは押圧保持されている。本実施形態では、フィン７の挿通穴７１にテーパ縁７２が形成されていることから、基板３１、基板４２の外面に凹部５１を有する扁平流路管２の各々は、フィン７の各々にテーパ縁７２で圧入保持或いは押圧保持されている。この熱交換器１の構造は、間隔を開けて並列配置したフィン７にテーパ縁７２の起立側と逆側から扁平流路管２を圧入することにより、或いは間隔を開けて並列配置した扁平流路管２にテーパ縁７２の起立側と逆側からフィン７を圧入することにより形成される。

扁平流路管２の全体に亘って内方への凹みのない略扁平楕円断面形状のスリーブ部６の各々は、扁平流路管２、フィン７以外の熱交換器１の構成部材に溶接、ろう付け等の連続接合で固定され、例えば内部に第２流体が流れる熱交換器１のボディを構成する図６及び図７に示すボディ側部８１の挿通穴８２にスリーブ部６が挿入され、スリーブ部６と挿通穴８２の周縁が溶接、ろう付け等の連続接合の接合部８５で固定される。尚、図７における８３は排気等の第２流体の流入管、８４は排気等の第２流体の流出管であり、又、扁平流路管２の扁平面或いは基板３１、基板４２は第２流体の流通方向に沿って延びるように配置することが好ましい。

第１実施形態の熱交換器１によれば、支持部５によって扁平流路管２の厚さを支持し、扁平流路管２に圧入時や製造時等に座屈や歪が発生することを防止し、扁平流路管２とフィン７との間に接触しない大きな隙間が発生することを防止することができる。従って、扁平流路管２とフィン７との境界部分における良好な熱伝導を確保し、第１流体と第２流体との間の熱交換効率を高めることができる。また、扁平流路管２の両端以外の領域に扁平流路管２の内方に突出し且つ相互に間隔を開けて設けられる支持部５により、扁平流路管２の内側を流れる第１流体の流れを乱流化し、熱交換を促進し、熱交換効率をより高めることができる。また、扁平流路管２とフィン７との間に非接触となる大きな箇所を生ずることがないことから、扁平流路管２とフィン７との固定強度を確保し、熱交換器の耐衝撃性、耐久性を向上することができる。

また、先端が当接される第１プレート３の第１突出部３３と第２プレート４の第２突出部４３が対応する位置に形成されることになることから、例えば第１突出部３３を有する金属製の第１プレート３と第２突出部４３を有する金属製の第２プレート４を共通する金型を用いてプレス成形、鋳造成形等で製造することが可能となり、高価な金型に要する費用を低減し、製造コストを低減することができる。

更に、第１プレート３と第２プレート４を金属製とし、内方へ突出する形状に略対応して外側が内方へ凹む支持部５とすることにより、金属板材をプレス金型を用いてプレス成形し、第１プレート３と第２プレート４を製造することができる。即ち、プレス成形加工を用いて第１プレート３と第２プレート４を製造することができ、扁平流路管２の製造に当たり、生産速度の向上、安定した量産性、材料歩留まりの向上を図ることができる。特に、第１プレート３の第１突出部３３の先端と第２プレート４の第２突出部４３の先端を当接して支持部５を構成する構造では、第１プレート３と第２プレート４を共通する金型で製造することが可能であり、高価なプレス金型に要する費用を低減し、製造コストを低減することもできる。

また、扁平流路管２の管軸方向に沿って線状に設けられる支持部５により、扁平流路管２の内側を流れる第１流体の流れ抵抗を極力抑え、第１流体のスムーズな流れを得ることができると共に、支持部５で第１流体の流れを適度に乱流化し、熱交換を促進して熱交換効率を高めることができる。

また、溶接やろう付け等で連続接合せずに圧入保持だけで扁平流路管２の各々とフィン７の各々を位置決め固定できることから、溶接やろう付け等の連続接合の作業を無くすことができる。また、扁平流路管２の厚さを支持する支持部５が設けられていることにより、圧入保持によって扁平流路管２の各々とフィン７の各々を高強度で安定して固定することができる。

また、外側に凹みを有する扁平流路管２の各々をフィン７の各々に、テーパ縁７２の圧入保持によって高強度で安定して固定することができる。また、フィン７のテーパ縁７２の扁平流路管２への接触により、フィン７と扁平流路管７の接触面積を増加させ、熱交換効率をより一層高めることができる。

また、扁平流路管２の両端のスリーブ部６を凹みのない略扁平楕円状にすることにより、スリーブ部６を熱交換器１のボディ側部８１等の構成部材に溶接、ろう付け等の連続接合で固定し易くし、スリーブ部６の各々を構成部材に高強度且つ高い安定性で連続接合し、固定することができる。

〔第１実施形態の熱交換器の第１変形例～第４変形例〕
次に、第１プレート３の第１突出部３３の先端と第２プレート４の第２突出部４３の先端が当接されて支持部５が構成される第１実施形態の熱交換器１における第１変形例～第４変形例について説明する。

第１実施形態の第１変形例の熱交換器１では、図８に示すように、扁平流路管２を構成する第１プレート３の第１突出部３３ａの先端が略平坦な平坦面３３１ａで形成され、第２プレート４の第２突出部４３ａの先端が略平坦な平坦面４３１ａで形成され、第１突出部３３ａの先端の平坦面３３１ａと第２突出部４３ａの先端の平坦面４３１ａが当接されて支持部５ａが構成されている。第１突出部３３ａ、第２突出部４３ａは正面視略台形で扁平流路管２の内方に突出しており、又、第１プレート３の第１突出部３３ａ・３３ａ相互のプレート幅方向の間隔、第２プレート４の第２突出部４３ａ・４３ａ相互のプレート幅方向の間隔は、第１実施形態における第１突出部３３・３３相互の間隔、第２突出部４３・４３相互の間隔よりも大きくなっている。その他の構成は第１実施形態と同一である。

第１変形例によれば、第１突出部３３ａの先端の平坦面３３１ａと第２突出部４３ａの先端の平坦面４３１ａとの当接で、より高強度で安定性の高い支持部５ａを形成することができ、扁平流路管２の厚みをより高い強度で安定して支持することができる。その他、第１実施形態と対応する構成から対応する効果を得ることができる。

第１実施形態の第２変形例の熱交換器１では、図９に示すように、扁平流路管２を構成する第１プレート３の基板３１に略截頭円形で内方に突出する第１突出部３３ｂが外側で凹むようにして千鳥配置で点在して設けられていると共に、第２プレート４の基板４１に略截頭円形で内方に突出する第２突出部４３ｂが外側で凹むようにして千鳥配置で点在して設けられており、対応する位置に設けられている第１突出部３３ｂの先端と第２突出部４３ｂの先端が当接されて支持部５ｂが構成されている。即ち、扁平流路管２の厚さを支持する支持部５ｂが扁平流路管２内に点在して設けられている。尚、点在して設けられる第１突出部３３ｂ、４３ｂ、支持部５ｂの平面視形状は略円形以外に略多角形など適宜であり、又、点在して設ける配列も千鳥配置以外に行列配置など適宜である。

第２変形例によれば、点在する支持部５ｂにより、扁平流路管２の内側を流れる第１流体の流れをより複雑に乱流化し、熱交換を促進して熱交換効率をより一層高めることができる。その他、第１実施形態と対応する構成から対応する効果を得ることができる。

第１実施形態の第３変形例の熱交換器１では、図１０に示すように、扁平流路管２を構成する第１プレート３の基板３１に正面視略台形で内方に突出する第１突出部３３ｃが外側で凹むようにして線状に設けられていると共に、第２プレート４の基板４１に正面視略台形で内方に突出する第２突出部が外側で凹むようにして線状に設けられており、対応する位置に設けられている第１突出部３３ｃの先端と第２突出部の先端が当接されて扁平流路管２の厚さを支持する支持部が構成されている。この支持部は扁平流路管２の長さ方向に延びると共に幅方向に間隔を開けて設けられ、又、幅方向に間隔を開けて並置された支持部が扁平流路管２の長さ方向に間隔を開けて２組設けられ、長さ方向で前後に位置する２組の並置された支持部は扁平流路管２の幅方向における位置をズラして設けられている。その他の構成は第１実施形態と同一である。

第３変形例によれば、それぞれが管軸方向に線状に延びる支持部により、扁平流路管２の内側を流れる第１流体の流れ抵抗を抑え、第１流体のスムーズな流れを得ることができると共に、複数組の並置された支持部を扁平流路管２の幅方向における位置をズラして設けることにより、扁平流路管２の内側を流れる第１流体の流れをより複雑に乱流化し、熱交換を促進して熱交換効率をより一層高めることができる。その他、第１実施形態と対応する構成から対応する効果を得ることができる。

第１実施形態の第４変形例の熱交換器１では、図１１に示すように、扁平流路管２を構成する第１プレート３の基板３１に延在方向視略山形で内方に突出する第１突出部３３ｄが外側で凹むようにして線状に設けられていると共に、第２プレート４の基板４１に延在方向視略山形で内方に突出する第２突出部が外側で凹むようにして線状に設けられており、対応する位置に設けられている第１突出部３３ｄの先端と第２突出部の先端が当接されて扁平流路管２の厚さを支持する支持部が構成されている。この支持部は扁平流路管２の幅方向に間隔を開けて設けられていると共に、扁平流路管２の管軸方向に対して斜めに延びて設けられ、異なる長さの支持部が間隔を開けて並設されている。その他の構成は第１実施形態と同一である。

第４変形例によれば、線状に延びる支持部により、扁平流路管２の内側を流れる第１流体の流れ抵抗を抑え、第１流体のスムーズな流れを得ることができると共に、扁平流路管２の管軸方向に対して斜めに延びて設けられる支持部により、扁平流路管２の内側を流れる第１流体の流れの乱流化を促進し且つ第１流体が流れる流路の長さを長くし、熱交換の促進、熱交換効率の向上を図ることができる。その他、第１実施形態と対応する構成から対応する効果を得ることができる。

〔第２実施形態の熱交換器〕
次に、本発明による第２実施形態の熱交換器１ｐについて説明する。尚、第２実施形態で特に言及しない構成については第１実施形態と同様である。

第２実施形態の熱交換器１ｐは、図１２に示すように、厚み方向に間隔を開けて並列するように配置されている複数の扁平流路管２ｐと、扁平流路管２ｐの管軸方向に間隔を開けて並列するように配置されている複数の略板状のフィン７を備え、扁平流路管２ｐの内側を流れる第１流体と扁平流路管２ｐの外側を流れる第２流体との間で熱交換する熱交換器１ｐを構成している。

第２実施形態におけるフィン７は第１実施形態におけるフィン７と同一であり、それぞれの扁平流路管２ｐは並列配置された複数のフィン７の対応位置に形成された挿通穴７１に連通され、複数のフィン７の挿通穴７１を貫通するようにして扁平流路管２ｐの各々が設けられている。扁平流路管２ｐの各々は、フィン７の各々に溶接、ろう付け等の連続接合を用いずに非連続接合状態で圧入保持或いは押圧保持されており、フィン７の各々の挿通穴７１で圧入保持或いは押圧保持、より詳細にはフィン７の各々にテーパ縁７２で圧入保持或いは押圧保持されている。

扁平流路管２ｐは、図１３に示すように、一方のプレートに相当する第１プレート３ｐと、他方のプレートに相当する第２プレート４ｐとから構成され、第１プレート３ｐと第２プレート４ｐを対向配置して形成されている。

第１プレート３ｐは、例えば金属製の略矩形の平板をプレス成形する等により形成され、基板３１ｐと、基板３１ｐの幅方向の両側で同一方向に屈曲されて形成されている側壁３２ｐ・３２ｐを有する。基板３１ｐは平坦面で形成されており、側壁３２ｐが突出する側の面も、その逆側の面も平坦面になっている。

第２プレート４ｐは、例えば金属製の略矩形の平板をプレス成形する等により形成され、基板４１ｐと、基板４１ｐの幅方向の両側で同一方向に屈曲されて形成されている側壁４２ｐ・４２ｐを有する。基板４１ｐには、側壁４２ｐが突出する側に正面視略山形で突出するようにして支持部５ｐが形成されており、支持部５ｐは第２プレート４ｐの長さ方向に延びて線状に形成されていると共に、基板４１ｐの幅方向に間隔を開けて並設されている。基板４１ｐの側壁４２ｐが突出する側と逆側の面は支持部５ｐが突出する形状に略対応して凹んで形成されている。また、第２プレート４ｐの長さ方向の両端の部分には、全体に亘って凹みのない断面視略コ字形のスリーブ構成部４４ｐが設けられている。

扁平流路管２ｐは、第１プレート３ｐの一方の側壁３２ｐの内側に第２プレート４ｐの一方の側壁４２ｐを密接配置すると共に、第１プレート３ｐの他方の側壁３２ｐの外側に第２プレート４ｐの他方の側壁４２ｐを密接配置して、第１プレート３ｐの側壁３２ｐ・３２ｐと第２プレート４ｐの側壁４２ｐ・４２ｐを係合し、第１プレート３ｐの基板３１ｐと第２プレート４ｐの基板４１ｐを対向配置して形成されている。密接配置して係合された第１プレート３ｐの側壁３２ｐ・３２ｐと第２プレート４ｐの側壁４２ｐ・４２ｐは溶接等で連続接合されて固定されている。

扁平流路管２ｐにおいて、第２プレート４ｐの支持部５ｐは扁平流路管２ｐの両端以外の領域に設けられており、扁平流路管２ｐの管軸方向に沿って線状に設けられている支持部５ｐの先端が第１プレート３ｐの基板３１ｐの平坦面に当接されている。そして、この平坦面に当接して扁平流路管２ｐの厚さを支持する支持部５ｐは、扁平流路管２ｐの内方に突出し且つ相互に間隔を開けて設けられている。

扁平流路管２ｐの支持部５ｐの外側は支持部５ｐの内方へ突出する形状に略対応して、内方へ凹んで形成され、凹部５１ｐが設けられている。また、扁平流路管２ｐの管軸方向の両端には、断面視略コ字形の第１プレート３ｐと第２プレート４ｐの断面視略コ字形のスリーブ構成部４４ｐとの係合によってスリーブ部６ｐが設けられており、スリーブ部６ｐは全体に亘って内方への凹みのない略扁平楕円の断面形状で形成されている。

第２実施形態の熱交換器１ｐによれば、第１プレート３ｐの平坦面によって扁平流路管２ｐとフィン７との接触面積を増加させ、熱交換効率をより一層高めることができる。また、支持部５ｐの先端を平坦面に当接させることにより、例えば支持部を構成する第１突出部の先端と第２突出部の先端を当接させる構成よりも、支持部５ｐの位置に対する加工精度の許容範囲を大きくすることができ、ひいては歩留まりを向上することができる。その他、第１実施形態と対応する構成から対応する効果を得ることができる。

〔第３実施形態の熱交換器〕
次に、本発明による第３実施形態の熱交換器１ｑについて説明する。尚、第２実施形態で特に言及しない構成については第１実施形態と同様である。

第３実施形態の熱交換器１ｑは、図１４に示すように、厚み方向に間隔を開けて並列するように配置されている複数の扁平流路管２ｑと、扁平流路管２ｑの管軸方向に間隔を開けて並列するように配置されている複数の略板状のフィン７を備え、扁平流路管２ｑの内側を流れる第１流体と扁平流路管２ｑの外側を流れる第２流体との間で熱交換する熱交換器１ｑを構成している。

第３実施形態におけるフィン７は第１実施形態におけるフィン７と同一であり、それぞれの扁平流路管２ｑは並列配置された複数のフィン７の対応位置に形成された挿通穴７１に連通され、複数のフィン７の挿通穴７１を貫通するようにして扁平流路管２ｑの各々が設けられている。扁平流路管２ｑの各々は、フィン７の各々に溶接、ろう付け等の連続接合を用いずに非連続接合状態で圧入保持或いは押圧保持されており、フィン７の各々の挿通穴７１で圧入保持或いは押圧保持、より詳細にはフィン７の各々にテーパ縁７２で圧入保持或いは押圧保持されている。

扁平流路管２ｑは、図１５に示すように、一方のプレートに相当する第１プレート３ｑと、他方のプレートに相当する第２プレート４ｑとから構成され、第１プレート３ｑと第２プレート４ｑを対向配置して形成されている。

第１プレート３ｑは、例えば金属製の略矩形の平板をプレス成形する等により形成され、基板３１ｑと、基板３１ｑの幅方向の両側で同一方向に屈曲されて形成されている側壁３２ｑ・３２ｑを有する。基板３１ｑには、側壁３２ｑが突出する側に略截頭円錐形で突出するようにして支持部５ｑが形成されており、支持部５ｑは基板３１ｑに点在して形成され、相互に間隔を開けて並設されている。基板３１ｑの側壁３２ｑが突出する側と逆側の面は支持部５ｑが突出する形状に略対応して凹んで形成されている。また、第１プレート３ｑの長さ方向の両端の部分には、全体に亘って凹みのない断面視略コ字形のスリーブ構成部３４ｑが設けられている。

第２プレート４ｑも、例えば金属製の略矩形の平板をプレス成形する等により形成され、基板４１ｑと、基板４１ｑの幅方向の両側で同一方向に屈曲されて形成されている側壁４２ｑ・４２ｑを有する。基板４１ｑには、側壁４２ｑが突出する側に略截頭円錐形で突出するようにして支持部５ｑが形成されており、支持部５ｑは基板４１ｑに点在して形成され、相互に間隔を開けて並設されていると共に、第１プレート３ｑの支持部５ｑとは異なる位置に形成されている。基板４１ｑの側壁４２ｑが突出する側と逆側の面は支持部５ｑが突出する形状に略対応して凹んで形成されている。また、第２プレート４ｑの長さ方向の両端の部分には、全体に亘って凹みのない断面視略コ字形のスリーブ構成部４４ｑが設けられている。

扁平流路管２ｑは、第１プレート３ｑの一方の側壁３２ｑの内側に第２プレート４ｑの一方の側壁４２ｑを密接配置すると共に、第１プレート３ｑの他方の側壁３２ｑの外側に第２プレート４ｑの他方の側壁４２ｑを密接配置して、第１プレート３ｑの側壁３２ｑ・３２ｑと第２プレート４ｑの側壁４２ｑ・４２ｑを係合し、第１プレート３ｑの基板３１ｑと第２プレート４ｑの基板４１ｑを対向配置して形成されている。密接配置して係合された第１プレート３ｑの側壁３２ｑ・３２ｑと第２プレート４ｑの側壁４２ｑ・４２ｑは溶接等で連続接合されて固定されている。

扁平流路管２ｑにおいて、第１プレート３ｑの支持部５ｑ、第２プレート４ｑの支持部５ｑは、それぞれ扁平流路管２ｑの両端以外の領域に設けられている。第１プレート３ｑで内方へ突出する支持部５ｑの先端は第２プレート４ｑの基板４１ｑの平坦部に当接され、第２プレート３ｑで内方へ突出する支持部５ｑの先端は第１プレート３ｑの基板３１ｑの平坦部に当接され、扁平流路管２ｑの厚さを支持する支持部５ｑが、扁平流路管２ｑの内方に突出し且つ相互に間隔を開けて設けられる。

扁平流路管２ｑの支持部５ｑの外側は支持部５ｑの内方へ突出する形状に略対応して、内方へ凹んで形成され、凹部５１ｑが設けられている。また、扁平流路管２ｑの管軸方向の両端には、第１プレート３ｑの断面視略コ字形のスリーブ構成部３４ｑと第２プレート４ｑの断面視略コ字形のスリーブ構成部４４ｑとの係合によってスリーブ部６ｑが設けられており、スリーブ部６ｑは全体に亘って内方への凹みのない略扁平楕円の断面形状で形成されている。

第３実施形態の熱交換器１ｑによれば、第１プレート３ｑの支持部５ｑが当接される第２プレート４ｑの平坦部と、第２プレート４ｑの支持部５ｑが当接される第１プレート３ｑの平坦部によって扁平流路管２とフィン７との接触面積を増加させ、熱交換効率をより一層高めることができる。また、第１プレート３ｑの支持部５ｑの先端を第２プレート４ｑの平坦部に当接させ、第２プレート４ｑの支持部５ｑの先端を第１プレート３ｑの平坦部に当接させることにより、例えば支持部を構成する第１突出部の先端と第２突出部の先端を当接させる構成よりも、支持部５ｑの位置に対する加工精度の許容範囲を大きくすることができ、ひいては歩留まりを向上することができる。その他、第１実施形態と対応する構成から対応する効果を得ることができる。

〔本明細書開示発明の包含範囲〕
本明細書開示の発明は、発明として列記した各発明、各実施形態の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な内容を本明細書開示の他の内容に変更して特定したもの、或いはこれらの内容に本明細書開示の他の内容を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な内容を部分的な作用効果が得られる限度で削除して上位概念化して特定したものを包含する。そして、本明細書開示の発明には下記変形例や追記した内容も含まれる。

例えば第１～第３実施形態では、第１プレート３、３ｐ、３ｑの側壁３２、３２ｐ、３２ｑと第２プレート４、４ｐ、４ｑの側壁４２、４２ｐ、４２ｑを密接配置して係合し、当該箇所で連続接合して形成される扁平流路管２、２ｐ、２ｑとしたが、本発明の熱交換器における扁平流路管には、一方のプレートと他方のプレートを対向配置して形成される適宜の扁平流路管が包含され、例えば一方のプレートと他方のプレートを対向配置し、側壁に対応する箇所に別部材の側壁を配置し、これらを連続接合して形成した扁平流路管等とすることも可能である。

また、各実施形態の支持部５、５ａ、５ｂ、５ｐ、５ｑ等の形状、配置、線状又は点状又は線状と点状の組み合わせで設けるかは適宜変更することが可能である。

また、本発明の熱交換器における扁平流路管とフィンとの固定は、テーパ縁を有しないフィンの挿通穴で圧入保持或いは押圧保持する構成での固定とすることも可能であり、又、溶接、ろう付け等の連続接合、若しくは溶接、ろう付け等の連続接合と圧入保持・押圧保持との組み合わせとすることも可能である。

また、本発明の熱交換器において、扁平流路管の内側を流れる第１流体と、扁平流路管の外側を流れる第２流体のいずれを加熱流体、被加熱流体とするかは適宜である。更に、加熱流体は排気等の適宜のものとすることが可能であり、被加熱流体は冷却水、エア等の適宜のものとすることが可能である。また、本発明の熱交換器は、適宜の用途の熱交換器とすることが可能であり、例えば自動四輪車、自動二輪車等の自動車用熱交換器の他、建設機械用熱交換器、コージェネレーションシステムの熱交換器等とすることができる。

本発明は、例えば自動車の内燃機関の排気と被加熱流体との熱交換を行う排気用熱交換器などの熱交換器として利用することができる。

１、１ｐ、１ｑ…熱交換器２、２ｐ、２ｑ…扁平流路管３、３ｐ、３ｑ…第１プレート３１、３１ｐ、３１ｑ…基板３２、３２ｐ、３２ｑ…側壁３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ…第１突出部３３１ａ…平坦面３４、３４ｑ…スリーブ構成部４、４ｐ、４ｑ…第２プレート４１、４１ｐ、４１ｑ…基板４２、４２ｐ、４２ｑ…側壁４３、４３ａ、４３ｂ…第２突出部４３１ａ…平坦面４４、４４ｐ、４４ｑ…スリーブ構成部５、５ａ、５ｂ、５ｐ、５ｑ…支持部５１、５１ｐ、５１ｑ…凹部６、６ｐ、６ｑ…スリーブ部７…フィン７１…挿通穴７２…テーパ縁８１…ボディ側部８２…挿通穴８３…流入管８４…流出管８５…接合部１０１…扁平流路管１０２…第１プレート１０３…第２プレート１０４…フィン１０５…挿通穴１０６…隙間

Claims

基板の幅方向の両側で側壁が同一方向に屈曲されている一方のプレートと、基板の幅方向の両側で側壁が同一方向に屈曲されている他方のプレートを対向配置し、前記一方のプレートの両側の側壁と前記他方のプレートの両側の側壁を全長に亘って密接配置で係合して固定することにより扁平流路管が形成され、
前記扁平流路管が厚み方向に間隔を開けて配置され、
ルーバーが設けられていない略板状のフィンが前記扁平流路管の管軸方向に間隔を開けて配置され、
複数の前記フィンの挿通穴を貫通するようにして前記扁平流路管の各々が設けられ、
前記扁平流路管の内側を流れる第１流体と前記扁平流路管の外側を流れる第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、
前記扁平流路管の両端以外の領域に前記扁平流路管の厚さを支持する支持部が前記扁平流路管の内方に突出し且つ相互に間隔を開けて設けられていると共に、前記扁平流路管の両端の領域には前記支持部が設けられていないことを特徴とする熱交換器。
前記一方のプレートに内方へ突出する第１突出部が形成されると共に、前記他方のプレートに内方へ突出する第２突出部が形成され、
前記第１突出部の先端と前記第２突出部の先端が当接されて前記支持部が構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。
前記一方のプレートの基板が平坦面で形成されると共に、前記他方のプレートに内方へ突出する前記支持部が形成され、
前記支持部の先端が前記平坦面に当接されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
前記一方のプレートに内方へ突出する前記支持部が形成されると共に、前記他方のプレートに内方へ突出する前記支持部が前記一方のプレートの前記支持部と異なる位置に形成され、
前記一方のプレートの前記支持部の先端が前記他方のプレートの基板の平坦部に当接され、
前記他方のプレートの前記支持部の先端が前記一方のプレートの基板の平坦部に当接されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
前記扁平流路管が金属製の前記一方のプレートと金属製の前記他方のプレートから構成され、
前記扁平流路管の前記支持部の外側が内方へ突出する形状に略対応して内方へ凹んでいることを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の熱交換器。
前記支持部が線状に設けられていることを特徴とする請求項１～５の何れかに記載の熱交換器。
前記支持部が点在して設けられていることを特徴とする請求項１～５の何れかに記載の熱交換器。
前記扁平流路管の各々が前記フィンの各々に非連続接合状態で圧入保持されていることを特徴とする請求項１～７の何れかに記載の熱交換器。
前記扁平流路管の前記支持部の外側が内方へ突出する形状に略対応して内方へ凹んで形成されていると共に、前記フィンの各々の前記挿通穴にテーパ縁が形成され、
前記扁平流路管の各々が前記フィンの各々に前記テーパ縁で圧入保持されていることを特徴とする請求項８記載の熱交換器。
各々の前記扁平流路管の管軸方向の両端に設けられているスリーブ部が全体に亘って内方への凹みのない略扁平楕円の断面形状で形成されており、
前記スリーブ部の各々が構成部材に連続接合で固定されていることを特徴とする請求項１～９の何れかに記載の熱交換器。