JP2017138013A

JP2017138013A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2017138013A
Application number: JP2016017117A
Authority: JP
Inventors: 石森　崇; Takashi Ishimori; 崇石森
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2017-08-10

Abstract

【課題】管内圧力の高い運転条件であっても各円管部に個別に媒体の旋回流を形成し得るインナーフィンレスタイプの扁平管を採用してコスト面と品質面の両方でメリットが得られる熱交換器を実現する。
【解決手段】複数本の円管を互いに近接させて平面状に並べ且つその相互間の近接部位を連通部として接続した如き形状の扁平管１を熱交換コア部６の構成要素として備え、前記扁平管１の前記円管に相当する円管部２の内周面に該円管部２の中心軸Ｏと同心の螺旋軌道に沿うように旋回流形成突起３が形成され、複数の前記扁平管１を相互の円管部２の位置及び該各円管部２の旋回流形成突起３の位相が一致するように重ね合わせた状態で前記熱交換コア部６が構成され、該熱交換コア部６がシェル７により前記各扁平管１の重ね方向に押圧された状態で被包されている水冷式のインタークーラ５（熱交換器）とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車用のインタークーラ等として利用することが可能な熱交換器に関するものである。

例えば、シェルアンドチューブ型の熱交換器等においては、複数本の伝熱管をシェルにより抱持して、伝熱管内を流れる一次側の媒体と、シェル内を流れる二次側の媒体とを熱交換させるようにしているが、前記伝熱管の外周面側をスパイラル溝として凹ませることで反転形状として内周面側にスパイラル突起を形成し、伝熱管内を流れる媒体を旋回流として該媒体の伝熱管内周面に対する接触頻度や接触距離を増加させて熱交換効率を向上することが下記の特許文献１や特許文献２等として既に提案されている。

一方、このような複数本の伝熱管を平行に並べてシェル内に収容する構造では、単位体積当たりの交換熱量が小さいために熱交換器の全体構造が大きくなり、機器類への搭載性が悪くなるという課題があったため、図６に一例を示す如く、複数本の円管を互いに近接させて平面状に並べ且つその相互間の近接部位を連通部１ａとして接続した如き形状の扁平管１を形成し、該扁平管１の前記円管に相当する円管部２の内周面に該円管部２の中心軸Ｏと同心の螺旋軌道に沿うように旋回流形成突起３を形成し、前記各円管部２に個別に媒体４の旋回流を形成し得るように構成することも特許文献３として提案されている。

前述の如き扁平管１をシェル内に収容して構成される熱交換器は、エンジンの排気ガスの一部をエンジンに再循環して窒素酸化物の発生を低減させるＥＧＲ装置のＥＧＲクーラ等としての利用が想定されていたが、近年において増加傾向にある水冷式のインタークーラへの適用も検討されるようになってきている。

即ち、これまでの水冷式のインタークーラにあっては、流路内にフィンを備えたインナーフィンタイプのチューブが採用されていたが、前述の如き流路内にフィンを備えないインナーフィンレスタイプの扁平管１を採用すれば、熱交換器としての性能を保ちつつ部品点数の増加やフィンの接合不良等といった懸念を払拭することができ、コスト面と品質面の両方でメリットが得られることになる。

特開２０００−３４５９２５号公報特開２００１−２５４６４９号公報特開２０１３−７９７７９号公報

しかしながら、これまでの水冷式のインタークーラにあっては、フィンを接合することで管内圧力に対する耐力を持たせるようにしていたため、フィンを接合しないインナーフィンレスタイプの扁平管１を採用した場合に、管内圧力（吸気の過給圧）に対し十分な耐力を持たせることが難しいという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、管内圧力の高い運転条件であっても各円管部に個別に媒体の旋回流を形成し得るインナーフィンレスタイプの扁平管を採用してコスト面と品質面の両方でメリットが得られる熱交換器を実現することを目的とする。

本発明は、複数本の円管を互いに近接させて平面状に並べ且つその相互間の近接部位を連通部として接続した如き形状の扁平管を熱交換コア部の構成要素として備え、前記扁平管の前記円管に相当する円管部の内周面に該円管部の中心軸と同心の螺旋軌道に沿うように旋回流形成突起が形成され、複数の前記扁平管を相互の円管部の位置及び該各円管部の旋回流形成突起の位相が一致するように重ね合わせた状態で前記熱交換コア部が構成され、該熱交換コア部がシェルにより前記各扁平管の重ね方向に押圧された状態で被包されていることを特徴とする熱交換器、に係るものである。

而して、このようにすれば、一次側の媒体が各扁平管の円管部を流れる際に旋回流形成突起により螺旋軌道に沿う方向に流れを案内されて各円管部毎に個別に旋回流が形成される結果、該各円管部の内周面に対する一次側の媒体の接触頻度や接触距離が増加して熱交換効率が高められる。

しかも、各扁平管を相互の円管部の位置及び該各円管部の旋回流形成突起の位相が一致するように重ね合わせているので、各扁平管の外周面における稜部同士（各円管部の軸心方向の旋回流形成突起間で外側に隆起している部分同士）が互いに押し合うことで管内圧力に対する変形抑制効果が高まり、管内を流れる一次側の媒体の圧力に対する耐力が大幅に向上されることになる。

他方、各扁平管の相互間で各円管部の境界の谷部分も互いに位置が揃うので、該谷部分同士が対峙することで二次側の媒体の主たる流路が確実に形成されると共に、各扁平管の相互間で旋回流形成突起の反転形状として外側に現れる溝部分も互いに位置が揃うので、該溝部分同士が対峙することで前記主たる流路間を繋ぐ補助的な流路が確実に形成されることになり、しかも、この補助的な流路が各扁平管の相互間を縫うように形成されて熱交換効率の向上に寄与することになる。

更に、本発明においては、熱交換コア部を被包するシェルの一部に、前記熱交換コア部を収容した状態で各扁平管の重ね方向に弾性拡張して復元力により前記各扁平管を重ね方向に押圧する弾性変形部が形成されていることが好ましく、このようにすれば、シェルの一部に形成された弾性変形部を弾性拡張させつつ前記シェル内に熱交換コア部を収容させるだけで、該熱交換コア部を構成する各扁平管を重ね方向に押圧することが可能となる。

また、シェルの一部に弾性変形部を形成するにあたっては、シェルが各扁平管の重ね方向中間に仕切壁を備え、該仕切壁を挟んだ前記各扁平管の重ね方向両側に弾性変形部が形成されていることが好ましく、例えば、扁平管を多数重ね合わせて熱交換コア部を大型化したい場合、全ての扁平管を仕切壁無しで重ね合わせてしまうと、その重ね方向に重畳される個々のバラツキや圧縮量が増加して組み付けが難しくなるが、重ね方向中間に仕切壁を入れて二組に分ければ、夫々の組で重畳されるバラツキや圧縮量が半減して組み付けを容易に行うことが可能となる。

上記した本発明の熱交換器によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、各扁平管の相互間で稜部同士を互いに押し合わせて管内圧力に対し変形を抑制する効果を高め、前記各扁平管内を流れる一次側の媒体の圧力に対する耐力を大幅に向上することができるので、管内圧力の高い運転条件であっても各円管部に個別に媒体の旋回流を形成し得るインナーフィンレスタイプの扁平管を採用してコスト面と品質面の両方でメリットが得られる熱交換器を実現することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、各扁平管の相互間で各円管部の境界の谷部分同士を対峙させて二次側の媒体の主たる流路を確実に形成することができると共に、各扁平管の相互間で旋回流形成突起の反転形状として外側に現れる溝部分同士を対峙させて前記主たる流路間を繋ぐ補助的な流路も確実に形成することができ、しかも、この補助的な流路を各扁平管の相互間を縫うように形成して熱交換効率の向上に寄与せしめることもできる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、シェルの一部に形成された弾性変形部を弾性拡張させつつ前記シェル内に熱交換コア部を収容させるだけで、該熱交換コア部を構成する各扁平管を重ね方向に押圧することができ、前記熱交換コア部の組み付けに関する作業を従来よりも容易に行うことができる。

（ＩＶ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、各扁平管の重ね方向中間に仕切壁を入れて前記各扁平管を二組に分ければ、夫々の組で重畳される扁平管のバラツキや圧縮量を半減させることができ、扁平管を多数重ね合わせて熱交換コア部を大型化したい場合であっても、該熱交換コア部の組み付けに関する作業を従来よりも更に容易に行うことができる。

本発明を実施する形態の一例を示す斜視図である。図１のインタークーラを分解した状態を示す斜視図である。図１の要部について拡大して示す断面図である。図３のＩＶ−ＩＶ矢視での扁平管に関する断面図である。本発明における弾性変形部の別の例を示す断面図である。既に提案されている熱交換器用の扁平管を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、一次側の媒体が吸気Ａ（過給されて昇温した吸気）であり、二次側の媒体が冷却水Ｗである水冷式のインタークーラ５（熱交換器）として適用した場合を例示しており、このインタークーラ５の熱交換コア部６には、先に図６で説明したものと同様の扁平管１が構成要素として備えられている。

即ち、複数本の円管を互いに近接させて平面状に並べ且つその相互間の近接部位を連通部として接続した如き形状の扁平管１が熱交換コア部６の構成要素として備えられており、この扁平管１の前記円管に相当する円管部２の内周面には、該円管部２の中心軸Ｏ（図３参照）と同心の螺旋軌道に沿うように旋回流形成突起３（図３参照）が形成されている（各円管部２の外周面側を溝状に凹ませることで反転形状として旋回流形成突起３を形成する）。

尚、ここに図示している例の場合は、隣り合う円管部２の旋回流形成突起３の向きを、互いに逆向きの螺旋軌道に沿うように形成してあり（図６における各円管部２の外観を参照）、隣り合う円管部２の連通部１ａ（図３参照）で旋回流同士が同じ向きの流れとなるようにして相互の流れが打ち消し合わないように工夫してある（図３中に矢印で示す旋回流の向きを参照）。

そして、特に図３及び図４に示されている通り、複数の前記扁平管１を相互の円管部２の位置及び該各円管部２の旋回流形成突起３の位相が一致するように重ね合わせた状態で前記熱交換コア部６が構成されるようになっており、該熱交換コア部６がシェル７により前記各扁平管１の重ね方向（シェル７の幅方向）に押圧された状態で被包されるようにしてある。

即ち、熱交換コア部６を被包するシェル７は、前記熱交換コア部６の上面を覆う天板８と、前記熱交換コア部６の両側面を夫々覆う側板９と、前記熱交換コア部６の下面を覆う底板１０とにより構成され、前記天板８の下面と前記底板１０の上面には、互いに突き合わせることで仕切壁１１を成す分割壁８ａ，１０ａが夫々形成されていて、この仕切壁１１が前記熱交換コア部６を成す各扁平管１の重ね方向中間に挿し入れられるようになっている。

また、前記天板８及び前記底板１０の夫々における幅方向両端部には、前記各側板９の上下端に対し外側から圧接する弾性変形部１２，１３（図３参照）が形成されており、該各弾性変形部１２，１３が前記熱交換コア部６の収容時に各扁平管１の重ね方向に弾性拡張して復元力により前記各扁平管１を両側の側板９を介し重ね方向に押圧するようになっている。

尚、ここに図示している例では、天板８及び底板１０に弾性変形部１２，１３を夫々備え、該各弾性変形部１２，１３により側板９を介して各扁平管１を押圧するようにしているが、図５に示すように、天板８及び底板１０の一方（ここでは底板１０）の弾性変形部１３の終端を側板９’として延ばして他方（ここでは天板８）の弾性変形部１２で押さえ込むようにすることも可能である。

更に、前記各扁平管１における各円管部２の軸心方向両端部には、矩形状に開口する吸気入口１４と吸気出口１５が夫々形成されており、前記各扁平管１を重ね合わせた際に吸気入口１４と吸気出口１５が夫々隙間無く並んでシェル７の開放端面を塞ぐようにしてある。

一方、前記シェル７の底板１０には、前記吸気入口１４の近傍で冷却水Ｗをシェル７内に取り込む冷却水入口１６（図２参照）と、前記吸気出口１５の近傍で冷却水Ｗをシェル７外へ送り出す冷却水出口１７（図２参照）とが夫々形成されるようになっている。

而して、このようにインタークーラ（熱交換器）を構成すれば、各吸気入口１４から各吸気出口１５へ向け吸気Ａを各扁平管１の円管部２を通して流した際に、該各円管部２の内周面における旋回流形成突起３により螺旋軌道に沿う方向に流れを案内されて各円管部２毎に個別に旋回流が形成される結果、該各円管部２の内周面に対する吸気Ａの接触頻度や接触距離が増加して熱交換効率が高められる。

しかも、特に図４に示されている通り、各扁平管１を相互の円管部２の位置及び該各円管部２の旋回流形成突起３の位相が一致するように重ね合わせているので、各扁平管１の外周面における稜部同士（各円管部２の軸心方向の旋回流形成突起３間で外側に隆起している部分同士）が互いに押し合うことで管内圧力に対する変形抑制効果が高まり、管内を流れる吸気Ａの圧力に対する耐力が大幅に向上されることになる。

他方、各扁平管１の相互間で各円管部２の境界の谷部分も互いに位置が揃うので、該谷部分同士が対峙することで冷却水Ｗの主たる流路Ｐ₁（図３参照）が確実に形成されると共に、各扁平管１の相互間で旋回流形成突起３の反転形状として外側に現れる溝部分も互いに位置が揃うので、該溝部分同士が対峙することで前記主たる流路Ｐ₁間を繋ぐ補助的な流路Ｐ₂（図４参照）が確実に形成されることになり、しかも、この補助的な流路Ｐ₂が各扁平管１の相互間を縫うように形成されて熱交換効率の向上に寄与することになる。

従って、上記形態例によれば、各扁平管１の相互間で稜部同士を互いに押し合わせて管内圧力に対し変形を抑制する効果を高め、前記各扁平管１内を流れる吸気Ａの圧力に対する耐力を大幅に向上することができるので、管内圧力の高い運転条件であっても各円管部２に個別に吸気Ａの旋回流を形成し得るインナーフィンレスタイプの扁平管１を採用してコスト面と品質面の両方でメリットが得られる水冷式のインタークーラ５を実現することができる。

また、各扁平管１の相互間で各円管部２の境界の谷部分同士を対峙させて冷却水Ｗの主たる流路Ｐ₁を確実に形成することができると共に、各扁平管１の相互間で旋回流形成突起３の反転形状として外側に現れる溝部分同士を対峙させて前記主たる流路Ｐ₁間を繋ぐ補助的な流路Ｐ₂も確実に形成することができ、しかも、この補助的な流路Ｐ₂を各扁平管１の相互間を縫うように形成して熱交換効率の向上に寄与せしめることもできる。

更に、本形態例においては、天板８及び底板１０の夫々における幅方向両端部に弾性変形部１２，１３が形成され、該各弾性変形部１２，１３が前記熱交換コア部６の収容時に各扁平管１の重ね方向に弾性拡張して復元力により前記各扁平管１を両側の側板９を介し重ね方向に押圧するようになっているので、前記各弾性変形部１２，１３を弾性拡張させつつ前記シェル７内に熱交換コア部６を収容させるだけで、該熱交換コア部６を構成する各扁平管１を重ね方向に押圧することができ、前記熱交換コア部６の組み付けに関する作業を従来よりも容易に行うことができる。

しかも、本形態例においては、シェル７が各扁平管１の重ね方向中間に仕切壁１１を備え、該仕切壁１１を挟んだ前記各扁平管１の重ね方向両側に弾性変形部１２，１３が形成されるようになっているので、各扁平管１が仕切壁１１により二組に分けられて夫々の組で重畳される各扁平管１のバラツキや圧縮量が半減することになり、扁平管１を多数重ね合わせて熱交換コア部６を大型化したい場合であっても、該熱交換コア部６の組み付けに関する作業を従来よりも更に容易に行うことができる。

即ち、扁平管１を多数重ね合わせて熱交換コア部６を大型化したい場合に、全ての扁平管１を仕切壁無しで重ね合わせてしまうと、その重ね方向に重畳される個々のバラツキや圧縮量が増加して組み付けが難しくなってしまうが、各扁平管１の重ね方向中間に仕切壁１１を挿し入れて各扁平管１を二組に分ければ、夫々の組で重畳される各扁平管１のバラツキや圧縮量が半減して組み付けが容易となる。

尚、本発明の熱交換器は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、インタークーラ以外の熱交換器としても適用し得ること、弾性変形部の形状は図示例に限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１扁平管
１ａ連通部
２円管部
３旋回流形成突起
６熱交換コア部
７シェル
１１仕切壁
１２弾性変形部
１３弾性変形部
Ａ吸気（一次側の媒体）
Ｏ中心軸
Ｗ冷却水（二次側の媒体）

Claims

複数本の円管を互いに近接させて平面状に並べ且つその相互間の近接部位を連通部として接続した如き形状の扁平管を熱交換コア部の構成要素として備え、前記扁平管の前記円管に相当する円管部の内周面に該円管部の中心軸と同心の螺旋軌道に沿うように旋回流形成突起が形成され、複数の前記扁平管を相互の円管部の位置及び該各円管部の旋回流形成突起の位相が一致するように重ね合わせた状態で前記熱交換コア部が構成され、該熱交換コア部がシェルにより前記各扁平管の重ね方向に押圧された状態で被包されていることを特徴とする熱交換器。
熱交換コア部を被包するシェルの一部に、前記熱交換コア部を収容した状態で各扁平管の重ね方向に弾性拡張して復元力により前記各扁平管を重ね方向に押圧する弾性変形部が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。
シェルが各扁平管の重ね方向中間に仕切壁を備え、該仕切壁を挟んだ前記各扁平管の重ね方向両側に弾性変形部が形成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。