JP2008106969A - プレート型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】分配通路における耐圧性能を向上させることが可能なプレート型熱交換器を得る。
【解決手段】アッパシェル２とロアシェル３最中状に重ね合わせ、その内部にアッパシェル２とロアシェル３対してそれぞれ接合されるインナフィン４を内装し、インナフィン４の長手方向両端部に形成された開口８から熱交換媒体Ｒを帯幅方向に分配させる分配通路９が切欠形成されているプレート型熱交換器１において、切欠形成されたインナフィン４の分配通路９内に補強体１０を設け、その補強体１０をアッパシェル２およびロアシェル３の内面に対して接合しているため、分配通路９の耐圧性能が向上し、アッパシェル２およびロアシェル３の板厚の増大を抑えることができる。補強体１０は熱交換媒体Ｒを分配通路９沿って流通可能な形状で、分配通路９よる帯幅方向への分配性能も維持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレート型熱交換器に関する。

自動車のエンジンや変速機のオイルや冷房サイクルの冷媒等の媒体を冷却または加熱するプレート型熱交換器としては、アッパシェルとロアシェルを最中状に重ね合わせて扁平空間を形成し、その扁平空間内に、例えば波形断面のインナフィンを内装した構造を備えている。インナフィンはろう付けにより、アッパシェルとロアシェルに対してそれぞれ接合されている。

プレート型熱交換器は一般に複数個を積層した状態で用いられ、その長手方向両端部には、アッパシェル、インナフィン、ロアシェルの同じ位置に開口が形成されている。そして、長手方向の一方の開口から供給した液媒体を、扁平空間の内部で長手方向に沿って流通させた後、他方の開口から排出させる。高温の液媒体はプレート型熱交換器の内部を流通する間にシェルの外側を流れる空気や水等の媒体と熱交換される。

プレート型熱交換器の内部のインナフィンには、その開口から帯幅方向に延びる分配通路が切欠形成されている。供給側の開口に形成された分配通路は、開口からの熱交換媒体を帯幅方向に分散させて、液媒体をプレート型熱交換器の全面に渡って均一に流通させる役目をする。排出側の開口に形成された分配通路は、帯幅方向に広がった熱交換媒体の流れを排出側の開口に集める役目をする（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１８８４８号公報

しかしながら、このような従来の技術にあっては、熱交換媒体の分散特性を得るために、インナフィンの開口から帯幅方向に延びる分配通路を切欠き状態で形成するため、分配通路部分ではインナフィンが存在せず、耐圧性能の面で不利である。したがって、供給された熱交換媒体の圧力上昇により、分配通路におけるアッパシェルおよびロアシェルが膨張変形するおそれがある。そのため、従来はアッパシェルおよびロアシェル全体の板厚を上げる必要があり、重量増加および成形性の悪化を招いていた。

そこで、本発明は、アッパシェルおよびロアシェル全体の板厚を上げずに、分配通路における耐圧性能を向上させることが可能なプレート型熱交換器を得ることを目的とする。

請求項１の発明にあっては、片面側に膨出するアッパシェル（２）とロアシェル（３）とを重ね合わせて扁平な帯状の内部空間を形成し、当該内部空間に少なくとも入口から出口へ向かう方向に第一熱交換媒体（Ｒ）を流通可能な断面形状でかつアッパシェル（２）とロアシェル（３）に対してそれぞれ接合されるインナフィン（４）を内装し、前記インナフィン（４）の長手方向両端部に開口（８）が形成されているとともに、当該インナフィン（４）に開口（８）から第一熱交換媒体（Ｒ）を帯幅方向に分配する分配通路（９）が切欠形成されて両シェルの外側を流れる第二の熱交換媒体とで熱交換するプレート型熱交換器において、前記分配通路（９）の内部に、第一熱交換媒体（Ｒ）を分配通路（９）に沿って流通可能な形状でありかつアッパシェル（２）とロアシェル（３）に対してそれぞれ接合される補強体（１０）を、設けたことを特徴とする。

請求項２の発明にあっては、前記分配通路（９）に対応する部分で、アッパシェル（２、１６）およびロアシェル（１３、１７）のうち少なくともいずれか一方に、内向きの突起部（１４、１８、１９）を形成するとともに、該突起部（１４）の頂部を他方にあるいは突起部（１８、１９）の頂部同士を接合したことを特徴とする。

請求項３の発明にあっては、前記分配通路（９）に対応する部分で、アッパシェル（２１）およびロアシェル（２２）のうち少なくともいずれか一方に、外向きの突起部（２３、２４）を分配通路（９）に沿って形成したことを特徴とする。

請求項４の発明にあっては、前記突起部（２３、２４）の断面積が、開口（５、６）から帯幅方向外側に向かうにつれて小さくなるようにしたことを特徴とする。

請求項５の発明にあっては、片面側に膨出するアッパシェル（２）とロアシェル（３）とを重ね合わせて扁平な帯状の内部空間を形成し、当該内部空間に少なくとも入口から出口へ向かう方向に第一熱交換媒体（Ｒ）を流通可能な断面形状でかつアッパシェル（２）とロアシェル（３）に対してそれぞれ接合されるインナフィン（２６）を内装し、前記インナフィン（２６）の長手方向両端部に開口（２７）が形成されているプレート型熱交換器において、前記インナフィン（２６）が長手方向に沿う複数の流通路（１１）を区画する波形断面を有し、かつインナフィン（２６）に相互に隣接する流通路（１１）間を連通させる複数の連通孔（２８）を形成し、該連通孔（２８）群によって開口（２７）から第一熱交換媒体（Ｒ）を帯幅方向に分配する分配通路を形成したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、分配通路の内部に第一熱交換媒体を流通可能な補強体を設け、該補強体をアッパシェルおよびロアシェルに対して接合しているため、分配通路の耐圧性能が向上し、アッパシェルおよびロアシェルの板厚の増大を抑えることができる。

請求項２の発明によれば、アッパシェルおよびロアシェルの分配通路に対応する部分の少なくとも一方に、内向きの突起部を形成し、該突起部の頂部を他方にあるいは突起部の頂部同士を接合したため、該突起部の立体形状による剛性向上と、突起部による上下方向での接合力により、分配通路の耐圧性能が向上する。突起部は分配通路よりも狭い幅を有するため、分配通路における第一熱交換媒体の分配性能は維持される。

請求項３の発明によれば、アッパシェルおよびロアシェルの分配通路に対応する部分のうち少なくともいずれか一方に、外向きの突起部を形成したため、該突起部の立体形状による剛性向上により、分配通路の耐圧性能が向上する。突起部が外向きのため、分配通路の断面が拡大されて、第一熱交換媒体の分配性能が向上する。アッパシェルおよびロアシェルの両方に外向きの突起部を形成した場合は、プレート型熱交換器を積層した際に、積層方向で隣接する突起部同士を当接または接合させることができ、分配通路の耐圧性能がさらに向上する。

請求項４の発明によれば、突起部の断面積が、開口から帯幅方向外側に向かうにつれて小さくなるため、冷媒の分配が帯幅方向に均一化されて、シェル外側の第二熱交換媒体との熱交換性能を向上することができる。

請求項５の発明によれば、インナフィンを切り欠かずに、インナフィンに形成した複数の連通孔により、第一熱交換媒体を帯幅方向に分配させる分配通路を形成したため、分配通路における耐圧性能が他の部分と同様に高い。

（第１実施形態）図１は、本実施形態にかかるプレート型熱交換器を示す分解斜視図、図２は、プレート型熱交換器を積層した状態における図１中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図、図３は、プレート型熱交換器を積層した状態における図１中矢示ＳＢ−ＳＢ線に沿う断面図、図４は、分配通路内に補強体を入れた状態を示すインナフィンの平面図、図５は、補強体を示す斜視図、図６は、図４中矢示ＳＣ−ＳＣ線に沿うプレート型熱交換器の断面図である。

本実施形態にかかるプレート型熱交換器１は、エンジンや変速機や冷房サイクルの冷媒で用いる熱交換媒体Ｒ（例えばオイル）を流通させるもので、複数個を積層した構造となっている。積層された状態で、図示しないタンク内(例えばラジエータの冷却液が流通するタンク)に設置され、該タンク内に循環される水により水冷方式で冷却される。

１つのプレート型熱交換器１は、図１に示すように、片面側に膨出して周縁が立ち上げられて略皿状に形成されたアッパシェル２およびロアシェル３と、両者を接合して形成された扁平な帯状の内部空間に介装される波形断面のインナフィン４とを主要な構成要素としている。プレート型熱交換器１は、全ての構成部品がアルミニウム製であり、各部品の接触部には少なくとも一方側にはろう材が被覆されたブレージングシート（クラッド材）が用いられている。

アッパシェル２とロアシェル３には、その長手方向（出口から入口へ向かう方向）の両端部にそれぞれ円形の開口５、６が形成されている。ロアシェル３の開口６はバーリング加工により筒状に形成されている。この筒状の開口６は、隣接するプレート型熱交換器１のアッパシェル２の開口５に接続され、隣接するプレート型熱交換器１同士を積層する。積層された構造のうち、一番上のプレート型熱交換器１では、アッパシェル２の開口５に接続パイプ７が取付けられる。一番下のプレート型熱交換器１では、ロアシェル３の開口６が補強板により塞がれている（図示省略）。

そして、インナフィン４にも、アッパシェル２およびロアシェル３の開口５、６に対応する開口８が、長手方向の両端部に形成されている。そして、各開口８から、一対の分配通路９が切欠形成されている。分配通路９自体は長方形で、互いに対向する方を広げた概略Ｖ状に形成されている。分配通路９は斜め方向ではあるがインナフィン４の帯幅方向に延びている。

この分配通路９の中には補強体１０がそれぞれ収納されている。この補強体１０は、図５に示すように、アルミ板を帯幅方向に波形に曲折するとともに、その稜線方向において隣り合う波の位相をずらし、両波間に切り起こし開口部を多数開口するマルチエントリー型をしている。補強体１０の外周形状は分配通路９に合致している。

このような構成のプレート型熱交換器１を製造するには、まず構成部品を仮組みする。仮組みはアッパシェル２とロアシェル３を、波状のインナフィン４を介装した状態で最中状に重ね合わせて互いに圧入またはカシメ固定する。そして、ロアシェル３に形成された筒状の開口６を利用して複数のプレート型熱交換器１を積層し、一番上のプレート型熱交換器１におけるアッパシェル２の開口５には接続パイプ７も嵌合させる。

このように仮組みされたプレート型熱交換器１は、加熱炉（図示せず）で熱処理され、プレート型熱交換器１の各部の接触部がろう付けされた状態となり、製造が完了する。インナフィン４も、アッパシェル２およびロアシェル３の内面に接合された状態となり、プレート型熱交換器１の内部には、インナフィン４の波形断面により、長手方向に沿う複数の流通路１１が形成される（図３参照）。

また、分配通路９においても、補強体１０がアッパシェル２およびロアシェル３の内面に接合された状態となり、アッパシェル２とロアシェル３とを補強体１０を介して連結した状態となる。

完成したプレート型熱交換器１には、一番上の供給側の接続パイプ７から、エンジンや変速機や冷房サイクルの冷媒の液媒体Ｒが流入される。熱交換媒体Ｒは積層された各プレート型熱交換器１の供給側の開口５内から内部に入る。内部に入った熱交換媒体Ｒは、インナフィン４の開口８から分配通路９を通過し、熱交換媒体Ｒを帯幅方向に分配させる。補強体１０は前述の如きマルチエントリー型のため、熱交換媒体Ｒの分配通路９内での流通を阻害しない。

そして、仮に供給された熱交換媒体Ｒの圧力上昇により、分配通路９におけるアッパシェル２およびロアシェル３が上下に膨らんで変形しようとしても、分配通路９内の補強体１０がアッパシェル２およびロアシェル３の内面に接続され、耐圧性能が高く保たれているため、分配通路９に対応する部分が上下に膨張変形したりするのが抑制される。

分配通路９により帯幅方向に分散された液媒体Ｒは、インナフィン４によって区画された複数の流通路１１を流通する間に、外部に存在するタンクの水（図示せず）により水冷方式で熱交換される。プレート型熱交換器１を長手方向に流通した熱交換媒体Ｒは、他方の分配通路９により出口側の開口８に集められ、そこから他方の接続パイプ７を介して、エンジンや変速機に循環される。

以上説明したように、本実施形態によれば、分配通路９内の補強体１０をアッパシェル２およびロアシェル３に対して接合し、分配通路９の耐圧性能を高めているため、アッパシェル２およびロアシェル３の板厚の増大を抑えることができ、重量の軽減および成形性の向上に寄与することができる。

（第２実施形態）図７は、本実施形態にかかるプレート型熱交換器の要部分解斜視図、図８は、図７中矢示ＳＤ−ＳＤ線に沿う断面図である。なお、本実施形態にかかるプレート型熱交換器１２は、上記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態にかかるプレート型熱交換器１２では、分配通路９に対応するロアシェル１３に、内向きの突起部１４を形成してある。この突起部１４は分配通路９よりも狭い幅を有するエンボス状で、頂部はアッパシェル２の内面に接合される。

本実施形態によれば、分配通路９に対応する部分のアッパシェル２とロアシェル３が、突起部１４を介して連結された状態となるため、分配通路９における耐圧性能が向上する。また、立体的形状の突起部１４を形成したことにより、ロアシェル３の分配通路９に対応する部分の剛性が向上し、この点においても、耐圧性能が向上する。なお、突起部１４は分配通路９よりも幅が狭いため、図８に示すように、突起部１４の両側熱交換媒体Ｒが流れる空間が確保され、分配通路９による熱交換媒体Ｒの分配性能は維持される。

（第３実施形態）図９は、本実施形態にかかるプレート型熱交換器の要部分解斜視図、図１０は、図９中矢示ＳＥ−ＳＥ線に沿う断面図である。

本実施形態にかかるプレート型熱交換器１５では、分配通路９に対応するアッパシェル１６およびロアシェル１７の両方に、それぞれ内向きの突起部１８、１９を形成してある。これらの突起部１８、１９は分配通路９よりも狭い幅を有するエンボス状で、高さはアッパシェル１６とロアシェル１７間の寸法の半分である。そして、突起部１８、１９の頂部同士を接合している。

本実施形態によれば、分配通路９に対応する部分のアッパシェル１６とロアシェル１７が、２つの突起部１８、１９を介して連結された状態となるため、分配通路９における耐圧性能が向上する。また、アッパシェル１６およびロアシェル１７の両方に、立体的形状の突起部１８、１９を形成したことにより、それぞれの分配通路９に対応する部分の剛性が向上し、この点においても、耐圧性能が向上する。なお、突起部１８、１９はそれぞれ分配通路９よりも狭い幅のため、分配通路９による熱交換媒体Ｒの分配性能は維持される。

（第４実施形態）図１１は、本実施形態にかかるプレート型熱交換器の要部分解斜視図、図１２は、図１１中矢示ＳＦ−ＳＦ線に沿う断面図である。

本実施形態にかかるプレート型熱交換器２０では、分配通路９に対応するアッパシェル２１およびロアシェル２２に、それぞれ外向きの突起部２３、２４を形成してある。これらの突起部２３、２４は分配通路９に相応する幅を有し、分配通路９に相応する長さのエンボス状をしている。積層されるプレート型熱交換器２０の互いに向かい合う突起部２３、２４の頂部同士は接合される。

本実施形態によれば、積層方向で隣接するプレート型熱交換器２０における突起部２３、２４の頂部同士が接合されるため、分配通路９の耐圧性能が向上する。また、突起部２３、２４の立体形状により、アッパシェル２１およびロアシェル２２における分配通路９に対応する部分の剛性が向上するため、この点においても、分配通路９の耐圧性能を向上させることができる。

さらに、突起部２３、２４が外向きのため、分配通路９の断面が拡大されて、分配通路９内を熱交換媒体Ｒが流通しやすくなり、分配通路９による熱交換媒体Ｒの分配性能がさらに向上する。

なお、突起部２３、２４の断面積を開口５、６に近いほど大きくし、帯幅方向外側に向かうにつれて小さくすれば、冷媒の分配が帯幅方向に均一化されてシェル内を流下するようになるため、シェル外側の第二熱交換媒体との熱交換性能を向上することができる。

（第５実施形態）図１３は、本実施形態にかかるプレート型熱交換器の要部分解斜視図、図１４は、図１１中矢示ＳＧ−ＳＧ線に沿う断面図である。

本実施形態にかかるプレート型熱交換器２５では、インナフィン２６を開口２７から切り欠かず、開口２７から斜め帯幅方向に延びる複数の連通孔２８を形成してある。この連通孔２８は、相互に隣接する流通路１１間を連通させるもので、この複数の連通孔２８により、熱交換媒体Ｒを帯幅方向に分配する分配通路が形成される。すなわち、開口２７から供給された熱交換媒体Ｒは、流通路１１に沿って長手方向に流通するとともに、連通孔２８を介して帯幅方向へも分配され、分配性能が維持される。

本実施形態によれば、インナフィン２６を開口２７から切り欠かないため、分配通路（連通孔３８群が形成された領域）においても、他の部分と同様に、インナフィン２６がアッパシェル２およびロアシェル３の内面に接合された状態となり、分配通路（連通孔３８群が形成された領域）における耐圧性能が他の部分と同様に高く維持される。

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、種々の変形が可能である。

例えば、分配通路９を斜めに延びるＶ状でなく、帯幅方向へ真っ直ぐに延びるように形成しても良い。

本発明の第１実施形態にかかるプレート型熱交換器を示す分解斜視図。 図１中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。 図１中矢示ＳＢ−ＳＢ線に沿う断面図。 分配通路内に補強体を入れた状態を示すインナフィンの平面図。 補強体を示す斜視図。 図４中矢示ＳＣ−ＳＣ線に沿うプレート型熱交換器の断面図。 本発明の第２実施形態にかかるプレート型熱交換器の要部分解斜視図。 図７中矢示ＳＤ−ＳＤ線に沿う断面図。 本発明の第３実施形態にかかるプレート型熱交換器の要部分解斜視図。 図９中矢示ＳＥ−ＳＥ線に沿う断面図。 本発明の第４実施形態にかかるプレート型熱交換器の要部分解斜視図。 図１１中矢示ＳＦ−ＳＦ線に沿う断面図。 本発明の第５実施形態にかかるプレート型熱交換器の要部分解斜視図。 図１１中矢示ＳＧ−ＳＧ線に沿う断面図。

符号の説明

Ｒ 液媒体
１、１２、１５、２０、２５ プレート型熱交換器
２、１６、２１ アッパシェル
３、１３、１７、２２ ロアシェル
４、２６ インナフィン
８、２７ 開口
９ 分配通路
１０ 補強体
１１ 流通孔

Claims (5)

1. 片面側に膨出するアッパシェル（２）とロアシェル（３）とを重ね合わせて扁平な帯状の内部空間を形成し、当該内部空間に少なくとも入口から出口へ向かう方向に第一熱交換媒体（Ｒ）を流通可能な断面形状でかつアッパシェル（２）とロアシェル（３）に対してそれぞれ接合されるインナフィン（４）を内装し、
   前記インナフィン（４）の長手方向両端部に開口（８）が形成されているとともに、当該インナフィン（４）に開口（８）から第一熱交換媒体（Ｒ）を帯幅方向に分配する分配通路（９）が切欠形成され両シェルの外側を流れる第二の熱交換媒体とで熱交換するプレート型熱交換器において、
   前記分配通路（９）の内部に、熱交換媒体（Ｒ）を分配通路（９）に沿って流通可能な形状でありかつアッパシェル（２）とロアシェル（３）に対してそれぞれ接合される補強体（１０）を、設けたことを特徴とするプレート型熱交換器。
2. 前記分配通路（９）に対応する部分で、アッパシェル（２、１６）およびロアシェル（１３、１７）のうち少なくともいずれか一方に、内向きの突起部（１４、１８、１９）を形成するとともに、該突起部（１４）の頂部を他方にあるいは突起部（１８、１９）の頂部同士を接合したことを特徴とする請求項１に記載のプレート型熱交換器。
3. 前記分配通路（９）に対応する部分で、アッパシェル（２１）およびロアシェル（２２）のうち少なくともいずれか一方に、外向きの突起部（２３、２４）を分配通路（９）に沿って形成したことを特徴とする請求項１に記載のプレート型熱交換器。
4. 前記突起部（２３、２４）の断面積が、開口（５、６）から帯幅方向外側に向かうにつれて小さくなるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のプレート型熱交換器。
5. 片面側に膨出するアッパシェル（２）とロアシェル（３）とを重ね合わせて扁平な帯状の内部空間を形成し、当該内部空間に少なくとも入口から出口へ向かう方向に第一熱交換媒体（Ｒ）を流通可能な断面形状でかつアッパシェル（２）とロアシェル（３）に対してそれぞれ接合されるインナフィン（２６）を内装し、
   前記インナフィン（２６）の長手方向両端部に開口（２７）が形成されているプレート型熱交換器において、
   前記インナフィン（２６）が長手方向に沿う複数の流通路（１１）を区画する波形断面を有し、かつインナフィン（２６）に相互に隣接する流通路（１１）間を連通させる複数の連通孔（２８）を形成し、該連通孔（２８）群によって開口（２７）から第一熱交換媒体（Ｒ）を帯幅方向に分配する分配通路を形成したことを特徴とするプレート型熱交換器。

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