JP2018146161A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ケーシング本体と端蓋からなる熱交換器において、それらの接合部の接合強度を向上させること。【解決手段】 開口部９を有する箱状のケーシング本体２内に熱交換部３が収納され、ケーシング本体２の開口部９に端蓋４が接合された熱交換器１において、ケーシング本体２の開口部９にケーシング本体２の側壁部６からケーシング本体２の外側に向かって折り曲げられて突出するフランジ状の接合部１０が形成され、その側壁部６と接合部１０の境に屈曲部１２が形成され、端蓋４には、前記屈曲部１２に当接する突起部１３が形成され、その端蓋４の周縁部１１が前記ケーシング本体２の接合部１０に接合されると共に、その端蓋４の突起部１３が前記屈曲部１２に接合されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、開口を有する箱状のケーシング本体内に熱交換部が収納され、ケーシング本体の開口に端蓋が接合された熱交換器に関する。

ＥＧＲクーラ、排熱回収器、電子機器冷却器などの熱交換器には、上部が開口された箱状のケーシング本体内に熱交換部（コア部）を収納した後、その開口に密閉用の端蓋（蓋部）をろう付などにより接合することによって組み立てられるものがある。

従来、この種の熱交換器は、ケーシング本体の開口に外側に向かって水平に突出するフランジ状の接合部を有し、それに板状に形成された端蓋の周縁面がろう付などによって接合されることにより、ケーシング本体が密閉されている。

図９（Ａ）は従来の熱交換器におけるケーシング本体と端蓋の接合構造の外観図である。熱交換器１はこの例では上端に開口を有する箱状のケーシング本体２と、その内部に収容された熱交換部３と、ケーシング本体２の開口に接合された板状の端蓋４を備えている。そして、そのケーシング本体２と端蓋４とでケーシングを形成し、そのケーシングの長手方向の両端部には、一対のタンク部１４が設けられている。
熱交換部３は、一例として偏平なチューブ１６とその両端部が挿通されたチューブプレート１５とからなる。そして、熱交換部３の外周がケーシング本体と端蓋で被嵌されている。ケーシング本体２は底部（図示せず）と側壁部６を有しており、そのタンク部１４を除く、側壁部６には冷却水などの一方の流体を流通させる一対の出入口７が設けられている。端蓋４には、その両端部を除き上方に突出する複数の細長いリブ５が互いに平行して形成されている。これらリブは端蓋４の強度補強用である。

図９（Ｂ）は、図９（Ａ）におけるケーシング本体２と端蓋４の接合部分を拡大して示す断面図である。ケーシング本体２の上端には、開口部９が形成され、ケーシング本体２の側壁６からケーシング本体外側に向かって折り曲げられて突出する水平なフランジ状の接合部１０が形成される。端蓋４における環状の周縁部１１はケーシング本体２の接合部１０にろう付などにより接合される。

熱交換器の種類によっては、密閉されたケーシング本体２の内部の温度が次第に高まり、内部圧力もそれに応じて上昇することがある。また、車両や他の移動設備に搭載した熱交換器の場合、細かい振動や揺れを受けることが多い。これら内部圧力の上昇や揺れなどにより、図９（Ｂ）に示すケーシング本体２の接合部１０に接合した端蓋４の一部が剥離したり、接合ずれを生じたりすることがある。そのような場合、ケーシング本体２と端蓋４の接合部分の一部に亀裂が生じ熱交換性能や寿命に悪影響を及ぼすことになる。

これらの問題を回避するためには、ケーシング本体２と端蓋４の接合強度を高める必要がある。接合強度を高めるために、フランジ状の接合部の面積を拡大し、端蓋４の平面の面積もそれに応じて大きく形成すると、熱交換器の全体が大型化する。

すると、重量や設置容積に制限のある車両などの非常に厳しい設置条件には適合できなくなる場合もある。また、ケーシング本体と端蓋を接合する場合、ケーシング本体と端蓋を位置決めする必要があるが、接合面が単一の平坦面だけであると、位置ずれが生じ易い。

そこで本発明は、簡単な構造でこのような問題を解決する新しい熱交換器を提供することを課題とする。

上記課題を解決する第１の発明は、開口部（９）を有する箱状のケーシング本体（２）内に熱交換部（３）が収納され、ケーシング本体（２）の開口部（９）に端蓋（４）が接合された熱交換器（１）において、
ケーシング本体（２）の開口部（９）にケーシング本体（２）の側壁部（６）からケーシング本体（２）の外側に向かって折り曲げられて突出するフランジ状の接合部（１０）が形成され、その側壁部（６）と接合部（１０）の境に屈曲部（１２）が形成され、端蓋（４）には、前記屈曲部（１２）に当接する突起部（１３）が形成され、その端蓋（４）の周縁部（１１）が前記ケーシング本体（２）の接合部（１０）に接合されると共に、その端蓋（４）の突起部（１３）が前記屈曲部（１２）に接合されていることを特徴とする（請求項１）。

本発明の第２の発明は、前記第１の発明において、
前記突起部（１３）は、前記ケーシング本体（２）の側壁部（６）と前記接合部（１０）との境に沿って延長する細長いリブであり、そのリブは前記屈曲部（１２）に整合して当接する面を有し、その面が前記屈曲部（１２）に接合されていることを特徴とする（請求項２）。

本発明の第３の発明は、前記第２の発明において、
前記端蓋（４）が平板状に形成され、その平面に前記突起部（１３）とは平行ではない端蓋補強用のリブ（５）が形成されていることを特徴とする（請求項３）。

本発明の第４の発明は、突起部（１３）は、端蓋（４）の周縁部（１１）に対してケーシング本体（２）の開口部（９）の全体に渡って凹陥した平面（１７）を有することを特徴とする（請求項４）。

本発明の第５の発明は、前記突起部（１３）の縁に、前記凹陥した平面（１７）よりさらに厚み方向に凹陥した補助突起部（１３ａ）が一体に形成され、突起部（１３）および補助突起部（１３ａ）が前記屈曲部（１２）に接合されていることを特徴とする（請求項５）。

本発明の第６の発明は、端蓋（４）は、その周縁部（１１）に対して、他の部分が厚み方向の外側に突出した平面（１８）に形成されると共に、その突出した平面（１８）の縁に突起部（１３）が形成されていることを特徴とする（請求項６）。

第１の発明は、その端蓋４に、ケーシング本体２の屈曲部１２に当接する突起部１３が、屈曲部１２に隣接し形成され、その突起部１３が前記屈曲部１２に接合されていることを特徴とする。このように構成すると、端蓋４の突起部１３によって端蓋とケーシング本体２とを位置決めできるので、仮組および仮固定の作業性が向上する。また、端蓋４の突起部１３とケーシング２の屈曲部１２との接合により接合面積が増加するので、それに応じて接合強度も増加し、熱交換器１の耐圧強度も向上する。

第２の発明は、前記第１の発明において、突起部１３がケーシング本体２の側壁部６と接合部１０との境に沿って延長する細長いリブであり、前記屈曲部１２の内面は曲面であることを特徴とする。このように構成すると、接合される突起部１３と屈曲部１２の接合面積をより増加させることができる。また、屈曲部１２と接合されていない部分の突起部１３に作用する内部圧力の一部は、屈曲部１２の曲面と突起部１３とを押し合わせる方向に作用する。これにより、内部圧力に対する熱交換器１の耐圧強度がより向上する。

このような耐圧強度の向上にもかかわらず、熱交換器全体としてみた場合、外部容積や重量の増加は生じない。また、このリブは端蓋をケーシング本体に接合する際の位置決め部としても、より確実に機能する。

第３の発明は、端蓋４は平板状で且つ前記突起部１３とは平行でない端蓋補強用のリブが形成されていることを特徴とする。
このような補強用リブが追加されたことにより、平板状の端蓋４における曲げ剛性がいずれの曲げ方向においても確保されるので、端蓋４の耐圧強度が向上する。

第４の発明は、突起部１３が端蓋４の周縁部１１に対してケーシング本体２の開口部９の全体に渡って凹陥した平面１７を有することを特徴とする。
このように構成することによっても、端蓋４の突起部１３によって端蓋４とケーシング本体２とを位置決めできるので、仮組および仮固定の作業性が向上する。また、端蓋４の突起部１３とケーシング２の屈曲部１２との接合により接合面積が増加するので、それに応じて接合強度も増加し、熱交換器１の耐圧強度も向上する。

第５の発明は、上記構成に加えて、突起部１３に一体に補助突起部１３aが形成されたことを特徴とする。
このように構成することにより、突起部１３と前記屈曲部１２との接触面がさらに広くなり、よりいっそう耐圧性が向上する。

第６の発明は、端蓋４が、その周縁部に対して厚み方向の外側に突出した平面１８に形成され、その平面の縁に突起部１３が形成されたことを特徴とする。
このように構成すると、屈曲部１２と接合されていない部分の突起部１３に作用する内部圧力によって屈曲部１２の曲面と突起部１３とを押し合わせる方向に作用する力が増加するので、内部圧力に対する熱交換器１の耐圧強度がより向上する。

本発明の熱交換器の分解斜視図。 図１のII−II矢視断面図。 図２のIII部分の拡大断面図。 図１のIV−IV矢視断面図。 本発明の別の実施形態における熱交換器の外観斜視図および側断面図。 本発明の他の実施例の斜視図及び同Ｂ−Ｂ矢視断面図。 本発明のさらに他の実施例の斜視図及び同Ｂ−Ｂ矢視断面図。 本発明のさらに他の実施例の斜視図及び同Ｂ−Ｂ矢視断面図。 従来の熱交換器の外観斜視図および部分断面図。

次に本発明の熱交換器の実施形態を図面により説明する。図１は本発明の熱交換器の分解斜視図、図２は図１のII−II矢視断面図、図３は図２のIII部分の拡大断面図、図４は図１のIV−IV矢視断面図である。これらの図において、熱交換器１は開口を有する箱状のケーシング本体２と、その内部に収容された熱交換部（コア部）３と、ケーシング本体２の開口部９に接合された平板状の端蓋４を備えている。これらケーシング本体２と端蓋４は、ステンレスやアルミニウム合金などの金属類などを成型して形成することができる。または、セラミック材などを成型して形成することもできる。

方形なケーシング本体２は、補強用の複数のリブを設けた底部２ａと、４つの垂直な側壁部６を有しており、その幅方向の側壁部６には冷却水などの流体が導かれる一対の出入口７が設けられている。一方、その長手方向の両端部の側壁部６には加熱された気体などの流体の出入口８が一対設けられている。
端蓋４の周縁部１１の内側の部分には上方に突出する複数の細長いリブ５が互いに平行して幅方向に形成されている。なお、これらリブ５は、端蓋４の強度を補強するため形成される。熱交換部３は複数の偏平なチューブ１６と、それら各チューブ１６の両端が挿通される一対のチューブプレート１５を有する。各チューブ１６は出入口８に連通する。

図１に示すように、ケーシング本体２の側壁部６の上端には開口部９が形成されている。開口部９の周縁部の側壁部６は、ケーシング本体の外側に向かって折り曲げられ、それによりケーシング本体２から水平方向に突出したフランジ状の接合部１０が形成される。接合面１０はケーシング本体２の全周に沿って形成された水平で環状の接合面を有している。

図３に示すように、側壁部６がケーシング本体の外側に向かって折り曲げられる部分、すなわちそのフランジ状の接合部１０は、全体としては直角に折り曲げられる。本実施形態では、側壁部６と接合部１０の境に存在する屈曲部１２の部分は、曲面（円弧状）で形成されている。なお、屈曲部１２の形状は、曲面だけではなく、傾斜平面や、それらの組み合わせによって形成することもできる。

図１に示すように、本実施形態における端蓋４には環状の周縁部１１を有し、一対の突起部１３がその周縁部１１の内側に形成されている。一対の突起部１３は互いに平行に配置された２本の細長いリブで構成される。なお、各リブは周縁部１１の外縁辺に対しても実質的に平行に配置されている。

図３に示すように、各突起部１３はケーシング本体２側に突出している。
なお、突起部１３はリブ以外に所定間隔で並列した複数の円形もしくは楕円形のディンプル形状の突起物で形成することもできる。また、図１の例では突起部１３が互いに平行に配置された２本の細長いリブで構成されているが、それら２本のリブと直交し且つ平行配置された２本の細長いリブを更に加え合計４本のリブで構成してもよい。
端蓋４の突起部１３は、その一部分が確実に前記ケーシング本体２の屈曲部１２に当接できるように形成されている。

次に図１に示すケーシング本体２と、端蓋４の接合形態について説明する。
図３に示すように、ケーシング本体２の開口部９に端蓋４を対向させた状態にすると、端蓋４の環状の周縁部１１の下面がケーシング本体２の環状の接合部１０の上面に接し、それと共に、端蓋４に形成した突起部１３がケーシング本体２に形成された屈曲部１２に当接する。その際の位置決めは突起部１３である一対のリブによって確実に行われる。

上記のような対向状態において、ケーシング本体２の接合面１０の上面と端蓋４の周縁部１１の下面、およびケーシング本体２の屈曲部１２の曲面と端蓋４の突起部１３の接合部分は、互いにろう付などにより接合される。
なお、ろう付はろう材をクラッドしたアルミニウム合金を用いる方法や、ろう材を接合部分に直接配置してろう付する。またそれ以外に、強力な接着剤を使用して接合することもできる。なお、このように接合された後のケーシング本体２と端蓋４の状態は図２〜図４と同様である。

図５（Ａ）は、本発明の別の実施形態における熱交換器の外観斜視図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＢ−Ｂ矢視の側断面図である。本実施形態と図１の実施形態の異なる部分は、端蓋４に形成する突起部１３の数のみで、そのほかは同様に構成される。したがって同じ部分には同一符号を付し重複する説明はできるだけ省略する。

図５（Ａ）に示すように、端蓋４の周縁部１１の内側には、互いに平行する２対の細長いリブで構成した突起部１３が形成されている。具体的には一対の平行するリブと、それに直交する他の一対の平行するリブの合計４本のリブで構成されている。本実施形態の場合も、端蓋４の各突起部１３とケーシング本体２の開口部９に形成される屈曲部１２との接合形態は図１の例と同様である。

このように突起部１３の数を多くした場合でも端蓋４の素材および成型工程は、図１の場合と同様である。また、このように突起部１３の数を多くすると、それに応じて接合面積も増加して補強強度を一層高めることができ、ケーシング本体２に作用する内圧に対する熱交換器の耐圧強度が向上する。

次に、図６（Ａ）は、本発明のさらに他の実施形態における熱交換器の斜視図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）Ｂ−Ｂ矢視断面図である。
この例では、突起部１３は、端蓋４の周縁部１１に対して、ケーシング本体４の開口部９の全体に渡って凹陥した平面１７を有する一つの突起部として形成されている。

次に、図７は前記図６の突起部１３に補助突起部１３ａを加えたものである。このようにすることにより、突起部と屈曲部１２との接合面がさらに広くなり、よりいっそう耐圧性が向上する。図６及び図７のように、この発明において、突起部１３とは、平面を含む一つの大きな突起部であってもよい。

次に、図８は本発明のさらに他の実施例であり、端蓋４が、その周縁部１１に対して厚み方向の外側に突出した平面１８に形成され、その平面１８の縁に突起部１３が形成されたものである。このようにすることにより、屈曲部１２と接合されていない部分の突起部１３に作用する内部圧力によって、屈曲部１２の曲面と突起部１３とを押し合わせる方向に作用する力が増加するので、内部圧力に対する熱交換器１の耐圧強度がより向上する。

本発明の熱交換器は、ＥＧＲクーラ、排熱回収器、電子機器冷却器などの熱交換器に利用できる。

１ 熱交換器
２ ケーシング本体
２ａ 底部
３ 熱交換部
４ 端蓋
５ リブ
６ 側壁部
７ 出入口
８ 出入口
９ 開口部

１０ 接合部
１１ 周縁部
１２ 屈曲部
１３ 突起部
１３ａ 補助突起部
１４ タンク部
１５ チューブプレート
１６ チューブ
１７ 平面
１８ 平面

Claims (6)

1. 開口部（９）を有する箱状のケーシング本体（２）内に熱交換部（３）が収納され、ケーシング本体（２）の開口部（９）に端蓋（４）が接合された熱交換器（１）において、
   ケーシング本体（２）の開口部（９）にケーシング本体（２）の側壁部（６）からケーシング本体（２）の外側に向かって折り曲げられて突出するフランジ状の接合部（１０）が形成され、その側壁部（６）と接合部（１０）の境に屈曲部（１２）が形成され、端蓋（４）には、前記屈曲部（１２）に当接する突起部（１３）が形成され、その端蓋（４）の周縁部（１１）が前記ケーシング本体（２）の接合部（１０）に接合されると共に、その端蓋（４）の突起部（１３）が前記屈曲部（１２）に接合されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記突起部（１３）は、前記ケーシング本体（２）の側壁部（６）と前記接合部（１０）との境に沿って延長する細長いリブであり、そのリブは前記屈曲部（１２）に整合して当接する面を有し、その面が前記屈曲部（１２）に接合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。
3. 前記端蓋（４）が平板状に形成され、その平面に前記突起部（１３）とは平行ではない端蓋補強用のリブ（５）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。
4. 突起部（１３）は、端蓋（４）の周縁部（１１）に対してケーシング本体（２）の開口部（９）の全体に渡って凹陥した平面（１７）を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記突起部（１３）の縁に、前記凹陥した平面（１７）よりさらに厚み方向に凹陥した補助突起部（１３ａ）が一体に形成され、突起部（１３）および補助突起部（１３ａ）が前記屈曲部（１２）に接合されていることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
6. 端蓋（４）は、その周縁部（１１）に対して、他の部分が厚み方向の外側に突出した平面（１８）に形成されると共に、その突出した平面（１８）の縁に突起部（１３）が形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
   
   

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