JP2005274010A - 積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の熱交換器コアを積層してなる積層型熱交換器において、積層型熱交換器の小型化を図る。
【解決手段】 蓋部材１２ａの周縁が上方または下方に折り曲げられて蓋側フランジ２０ｕ，２０ｄが形成され、ケース側フランジ１９ｕ，１９ｄと蓋側フランジ２０ｕ，２０ｄとがロウ付けされる。蓋側フランジ２０ｕ，２０ｄおよびケース側フランジ１９ｕ，１９ｄが上方または下方に向けて延伸する分、側方への張り出しが少なくなり、積層型熱交換器１ａが小型化される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＦＣＶ車（燃料電池車）の発電システムの排熱回収熱交換器等に好適な積層型熱交換器に関する。

従来の積層型熱交換器として、図５〜図８に示すものが知られている。

この積層型熱交換器１は、図５に示すように、コルゲート形状のアウターフィン３を介装しつつ複数の熱交換器コア２を積層したものを、上面に開口１８を有する箱形のケース４内に収納し、その開口１８を蓋部材としてのアッパープレート１２で被覆したものである。

図７に示すように、各熱交換器コア２は、外周部同士がかしめ加工されロウ付けされた第１、第２チューブシート６，７の一端部および他端部を膨出させて冷媒（例えば冷却液）の入口タンク８および出口タンク９（図９参照）を形成するとともに、入口タンク８と出口タンク９との間に冷媒通路１０を配した構造となっている。入口タンク８同士は、第１チューブシート６に形成された貫通孔６ａおよび第２チューブシート７に形成された貫通孔７ａを介して互いに連通し、また出口タンク９同士は、第１チューブシート６に形成された貫通孔６ｂおよび第２チューブシート７に形成された貫通孔７ｂを介して互いに連通している。

図５に示すように、最下段の第２チューブシート７には貫通孔７ａ，７ｂが形成されていない。したがって、最下段の熱交換器コア２内に流入した冷媒は、第１チューブシート６に形成された貫通孔６ａを介して上方に隣接する熱交換器コア２内に流入する。他の熱交換器コア２の出口タンク９に流入した冷媒も、図８に示すように、下方に隣接する熱交換器コア２から流入する冷媒に押し上げられて、上方に隣接する熱交換器コア２に流入する。こうして最上段の熱交換器コア２に流入した冷媒は、出口パイプ１５を介して外部に流出する。

一方、熱交換流体（例えば気体）Ｇは、ケース４の入口（導入用開口）１６からケース４内に流入し、熱交換器コア２間の空隙を図８に示す方向に流通して、出口（排出用開口）１７から外部に流出する。各熱交換器コア２内に流入した冷媒は、冷媒通路１０を流通する間に、空隙間をアウターフィン３に沿って流通する高温の熱交換流体Ｇと熱交換して当該熱交換流体Ｇを冷却する。なお、各熱交換器コア２の外周の接合部１１とケース４の内側面との間の空隙では、熱交換流体Ｇと冷媒との熱交換は行われない。このため、この空隙はシール材５で充填されている。

コルゲート形状のアウターフィン３は、互いに隣接する熱交換器コア２間の空隙に、当該熱交換器コア２と接触した状態で配されており、その熱伝導性により冷媒と熱交換流体との熱交換効率を向上させる熱交換フィンとして機能するものである。

図５および図７に示すように、ケース４の上面に設けられた開口１８の周囲には、アッパープレート１２を接合するためのケース側フランジ１９が設けられている。ここで、アッパープレート１２とケース側フランジ１９とは、第１、第２チューブシート６，７から所定の伝熱距離Ｌだけ離間した位置でロウ付けされる。この伝熱距離Ｌが近いと、アッパープレート１２とケース側フランジ１９とをロウ付けするときの熱が第１、第２チューブシート６，７のロウ付け部分に作用し、この部分のロウが融解してしまうおそれがあるからである。このため、ケース側フランジ１９を側方に張り出させることで、十分な伝熱距離Ｌを確保するようにしている。
特開２００３−１３０５７２号公報

しかしながら、上記従来の積層型熱交換器では、ケース側フランジが側方に張り出す分、積層型熱交換器のサイズが大きくなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、積層型熱交換器において、蓋部材とケース側フランジとの接合部分における張り出しを少なくし、積層型熱交換器の小型化を図ることを目的とする。

請求項１の発明にあっては、外周部同士が接合された第１、第２チューブシート６，７の一端部および他端部を膨出させて入口タンク８および出口タンク９を形成し、入口タンク８と出口タンク９との間に冷媒通路を配した扁平状の熱交換器コア２を、入口タンク８同士および出口タンク９同士が互いに連通するように複数積層して、側面に熱交換流体の入口１６および出口１７が形成され上部を開口１８とするケース４に挿入し、ケース４の開口１８の周縁に設けられたケース側フランジ１９ｕ，１９ｄと開口１８の蓋部材１２ａとをロウ付けして成り、相互に隣接する熱交換器コア２間の空隙で熱交換流体を流通させて冷媒と熱交換流体との間で熱交換させる積層型熱交換器１ａにおいて、上記蓋部材１２ａの周縁が上方または下方に折り曲げられて蓋側フランジ２０ｕ，２０ｄが形成され、上記開口１８が上記蓋部材１２ａによってされたときに、上記ケース側フランジ１９ｕ，１９ｄおよび上記蓋側フランジ２０ｕ，２０ｄが互いに当接するように形成され、上記ケース側フランジ１９ｕ，１９ｄと蓋側フランジ２０ｕ，２０ｄとがロウ付けされることを特徴とする。

請求項２の発明にあっては、請求項１にかかる発明において、入口１６および出口１７の直上方で、上記蓋側フランジ２０ｕが上方に折り曲げられていることを特徴とする。

請求項３の発明にあっては、請求項１または２にかかる発明において、断熱シート２１で被覆される領域において、上記蓋側フランジ２０ｕ，２０ｄが下方に折り曲げられていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、蓋部材１２ａの周縁が上方または下方に折り曲げられて蓋側フランジ２０ｕ，２０ｄが形成され、ケース側フランジ１９ｕ，１９ｄと蓋側フランジ２０ｕ，２０ｄとがロウ付けされるため、第１、第２チューブシート６，７のロウ付け部分から十分な距離を確保しながらも、ケース側フランジ１９ｕ，１９ｄおよび蓋部材１２ａの側方への張り出しが少なくなり、積層型熱交換器が小型化される。

請求項２の発明によれば、入口１６および出口１７の直上方では、蓋側フランジ２０ｕは上方に折り曲げられている。下方に折り曲げられている場合、折り曲げられた部分が入口１６および出口１７に差し掛かり熱交換流体の流通の障害となる場合があるが、請求項２の発明のようにケース側フランジ２０ｕが上方に折り曲げられていればそのようなことはない。

請求項３の発明によれば、断熱シート２１で被覆される領域において、蓋側フランジ２０ｕ，２０ｄが下方に折り曲げられている。積層型熱交換器ではその周囲を断熱シート２１で被覆する場合があるが、上方に折り曲げられた部分は外方に突出することになるから、その部分で断熱シート２１が切れやすくなる。また、仮に切れることなく断熱シート２１を巻回することができたとしても、折り曲げられた部分はケース４ａの外壁から離間して突出しているから、その周辺では断熱シート２１をケース４ａの外壁に密着させるのが難しくなる。そのような事態を防止するには、断熱シート２１を複数に分割して貼り付ければよいが、そうすると、装着に手間がかかることになる。請求項３の発明のようにケース側フランジ２０ｄが下方に折り曲げられた部位については、断熱シート２１を巻回しても切れにくくなるし、ケース４ａとの密着性も向上し、ひいては断熱性が向上する。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、積層型熱交換器の分解斜視図、図２は、図１のＣ面での断面図、図３は、積層型熱交換器を熱交換流体の入口側から見た図（矢視Ｄ、一部断面図）である。

本実施形態にかかる積層型熱交換器１ａは、ケース４および蓋部材としてのアッパープレート１２に代えて、ケース４ａおよびアッパープレート１２ａを備える点以外、従来の積層型熱交換器１とほぼ同様の構成を有する。したがって、それら従来と同様の構成要素については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１に示すように、箱形のケース４ａの上側には矩形の開口１８が形成されている。この開口１８は、熱交換器コア２やアウターフィン３がケース４ａ内に挿入された後、アッパープレート１２ａによって被覆される。

アッパープレート１２ａの周縁は、上方または下方に折り曲げられ、蓋側フランジ２０ｕ，２０ｄが形成されている。図１に示すように、本実施形態では、略矩形のアッパープレート１２ａの４辺のうち、アッパープレート１２ａを装着したときに入口１６および出口１７の上方に位置する一対の辺には、上方に折り曲げられた蓋側フランジ２０ｕが形成され、他の対には下方に折り曲げられた蓋側フランジ２０ｄが形成される。

また、ケース４ａの開口１８の周縁には、ケース側フランジ１９ｕ，１９ｄが形成されている。このケース側フランジ１９ｕ，１９ｄは、アッパープレート１２ａによって開口１８が被覆されたときに、蓋側フランジ（２０ｕ，２０ｄ）に沿って当接する。したがって、略矩形の開口１８の４辺のうち、入口１６および出口１７の上方に位置する一対の辺には上方に延びるケース側フランジ１９ｕが形成され、他の対には下方に折り曲げられたケース側フランジ１９ｄが形成される。

図２に示すように、上向きに折り曲げられた蓋側フランジ２０ｕと上方に伸びるケース側フランジ１９ｕとは、接合点（加熱点）Ｐ１でロウ付けされる。ここで、接合点Ｐ１は、第１、第２チューブシート６，７の接合点Ｐ２からの伝熱距離（アッパープレート１２ａに沿った長さ）Ｌが所定の閾値Ｌｔｈ（例えば２０ｍｍ）以上となるように設定される。閾値Ｌｔｈの値は、接合点Ｐ１を加熱したときに、アッパープレート１２ａを伝わった熱が第１、第２チューブシート６，７のロウ付けを融解させないように確保する距離であって、アッパープレート１２ａの特性（例えば熱伝達率等）などに応じて適宜設定されたものである。本実施形態では、図２に示すように、蓋側フランジ２０ｕおよびケース側フランジ１９ｕを上方に向けたことで、この距離を確保しながらも側方への張り出しが少なくなっていることがわかる。すなわち、本実施形態によれば、第１、第２チューブシートのロウ付けの融解を防止しつつ、側方への張り出しを少なくして積層型熱交換器１ａを小型化することができる。

また、図３に示すように、下向きに折り曲げられた蓋側フランジ２０ｄと下向きに折り曲げられたケース側フランジ１９ｄについても、上向きに折り曲げた場合と同様に、閾値Ｌｔｈ以上の伝熱距離Ｌを確保しつつ側方への張り出しが少なくなり、積層型熱交換器１ａを小型化することができるという効果が得られる。

本実施形態では、入口１６および出口１７の直上方では、蓋側フランジ２０ｕは上方に折り曲げられている。この部分で下方に折り曲げられている場合、折り曲げられた部分が入口１６および出口１７に差し掛かり熱交換流体の流通の障害となることがあるからである。本実施形態では、この部位では蓋側フランジ２０ｕを上方に折り曲げ、熱交換流体の流通の障害となるのを防止している。

さらに、本実施形態では、アッパープレート１２ａの周縁部のうち入口１６および出口１７の直上方以外の領域では、蓋側フランジ２０ｄは下方に折り曲げられている。図４に示すように、積層型熱交換器１ａは、断熱性を向上すべく、その周囲を断熱シート２１で被覆する場合がある。ところが、上方に折り曲げられた部分は外方に突出することになるから、その部分では断熱シートが切れやすくなる。また、仮に切れることなく断熱シート２１を巻回することができたとしても、折り曲げられた部分が突出しているから、その周辺では断熱シート２１をケース４ａに密着させるのが難しくなる。そのような事態を防止するには、断熱シートを複数に分割して貼り付ければよいが、そうすると、装着に手間がかかることになる。そこで、本実施形態では、断熱シート２１を巻回する部位については、蓋側フランジ２０ｄを下方に折り曲げ、その部分については断熱シートを切れにくくするとともに、ケース４ａとの密着性を向上させている。

また、図４に示すように、上方に折り曲げられた蓋側フランジ２０ｕおよび上方に伸びるケース側フランジ１９ｕは、断熱シート２１を巻回する際のガイドとしても機能する。なお、断熱シート２１には、アッパープレート１２ａから上方に突出する入口パイプ１４および出口パイプ１５を逃げる（それらパイプが緩挿される）貫通孔２２，２３が設けられている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に種々の改変を施すことができる。

本発明の実施形態にかかる積層型熱交換器の分解斜視図。 図１の積層型熱交換器のＣ面での断面図。 図２の積層型熱交換器の矢視Ｄの側面図。 本発明の実施形態にかかる積層型熱交換器に断熱シートを巻回する説明図。 従来の積層型熱交換器の分解斜視図。 図５の積層型熱交換器のＡ面での断面図。 図６の積層型熱交換器のＢ−Ｂ断面図。 図５〜図７の積層型熱交換器における冷媒および熱交換流体の流れ方向の説明図。

符号の説明

１ａ 積層型熱交換器
４ａ ケース
１２ａ アッパープレート（蓋部材）
１６ 入口
１７ 出口
１８ 開口
１９ｕ，１９ｄ ケース側フランジ
２０ｕ，２０ｄ 蓋側フランジ

Claims (3)

1. 外周部同士が接合された第１、第２チューブシート（６，７）の一端部および他端部を膨出させて入口タンク（８）および出口タンク（９）を形成し、入口タンク（８）と出口タンク（９）との間に冷媒通路を配した扁平状の熱交換器コア（２）を、入口タンク（８）同士および出口タンク（９）同士が互いに連通するように複数積層して、側面に熱交換流体の入口（１６）および出口（１７）が形成され上部に開口（１８）が形成されたケース（４）に挿入し、ケース（４）の開口（１８）の周縁に設けられたケース側フランジ（１９ｕ，１９ｄ）と開口（１８）の蓋部材（１２ａ）とをロウ付けして成り、相互に隣接する熱交換器コア（２）間の空隙で熱交換流体を流通させて冷媒と熱交換流体との間で熱交換させる積層型熱交換器（１ａ）において、
   前記蓋部材（１２ａ）の周縁が上方または下方に折り曲げられて蓋側フランジ（２０ｕ，２０ｄ）が形成され、
   前記開口（１８）が前記蓋部材（１２ａ）によって被覆されたときに、前記ケース側フランジ（１９ｕ，１９ｄ）および前記蓋側フランジ（２０ｕ，２０ｄ）が互いに当接するように形成され、
   前記ケース側フランジ（１９ｕ，１９ｄ）と蓋側フランジ（２０ｕ，２０ｄ）とがロウ付けされることを特徴とする積層型熱交換器。
2. 入口（１６）および出口（１７）の直上方で、前記蓋側フランジ（２０ｕ，２０ｄ）が上方に折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器。
3. 断熱シート（２１）で被覆される領域において、前記蓋側フランジ（２０ｕ，２０ｄ）が下方に折り曲げられていることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型熱交換器。

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