【手続補正書】
【提出日】平成17年11月7日(2005.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  熱交換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】  左右に間隔をおいて並列状に配置された複数の偏平中空部材と、隣り合う偏平中空部材の上端部間および下端部間に介在されてこれらに接合された環状部材とを備えており、偏平中空部材が、上下環状部材との連通孔を有する左右側壁プレートと、両側壁プレート間に介在されてこれらに接合されかつ少なくとも１つの垂直仕切部を有する枠状中間プレートとからなり、環状部材と偏平中空部材の環状部材に対応する部分とによって上下１対のヘッダ部が形成され、偏平中空部材における両ヘッダ部間の部分によって内部に前後並列状の複数の流体通路を有する熱交換管部が形成されている、熱交換器。
【請求項２】  熱交換管部の各流体通路にインナーフィンが配置固定されている、請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】  中間プレートの内面における流体通路に臨んでいる部分に、乱流発生用凸部および同凹部のうち少なくとも一方が上下に間隔をおいて多数形成されている、請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】  左右側壁プレートが、両面のうち少なくとも内面にろう材がクラッドされたアルミニウムブレージングシートからなり、中間プレートが、Ａｌ−Ｚｎ系合金板またはＡｌ−Ｉｎ系合金板からなる、請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】  中間プレートの枠状部の幅が４〜６ｍｍである、請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】  中間プレートが、各インナーフィンの上下方向の位置決めをするためのインナーフィン位置決め突起を備えている、請求項３記載の熱交換器。
【請求項７】  請求項１〜６のいずれか１つに記載の熱交換器を備えた産業機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に関し、より詳細には、特に産業機器用ラジエータとして好適に用いられる熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の産業機器用ラジエータは、上下１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンクに両端が接続された複数の偏平状熱交換管とを備えてなるものであった。各ヘッダタンクは、例えば、金属製タンク本体と、タンク本体の開口を閉鎖しかつ熱交換管の端部が接続される金属製蓋とで構成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、産業機器用ラジエータは、自動車用ラジエータと比べると機種当りの生産数が少ない。上記従来の産業機器用ラジエータについて、その性能に大きく関わる熱交換管の本数、即ち、左右方向のサイズを変更する場合には、タンク本体等の複雑な形状の金型を新たに用意する必要があるが、それはコスト面において極めて困難であった。
【０００４】
また、産業機器用ラジエータは、冷却水の冷却に当たって、自動車用ラジエータのように走行風を利用することができない。そこで、上記従来の産業機器用ラジエータにおいては、必要な性能を得るために、熱交換管をラジエータの厚み方向に複数列設けて大型化したものもあったが、このようなラジエータは製造に非常な手間を要するものであり、コスト高になっていた。
【０００５】
本発明の目的は、特に産業機器用ラジエータとして好適に用いることのできる熱交換器であって、機種等に応じてサイズを変更する場合でも安価にかつ容易に製造できるものを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明による熱交換器は、左右に間隔をおいて並列状に配置された複数の偏平中空部材と、隣り合う偏平中空部材の上端部間および下端部間に介在されてこれらに接合された環状部材とを備えており、偏平中空部材が、上下環状部材との連通孔を有する左右側壁プレートと、両側壁プレート間に介在されてこれらに接合されかつ少なくとも１つの垂直仕切部を有する枠状中間プレートとからなり、環状部材と偏平中空部材の環状部材に対応する部分とによって上下１対のヘッダ部が形成され、偏平中空部材における両ヘッダ部間の部分によって内部に前後並列状の複数の流体通路を有する熱交換管部が形成されているものである。
【０００７】
熱交換器を上記のように左右側壁プレートおよび中間プレートよりなる偏平中空部材と環状部材とで構成すれば、熱交換器のサイズを左右方向に増減したい場合には、両部材の数を増減すればよい。また、中間プレートが少なくとも１つの垂直仕切部を備えており、偏平中空部材における両ヘッダ部間の部分によって内部に前後並列状の複数の流体通路を有する熱交換管部が形成されているので、熱交換器の厚み方向に複数の熱交換管を設けた従来の熱交換器と同等の性能を発揮し得るにもかかわらず、部品点数が少なくてすみ、製造も容易である。
【０００８】
本発明による熱交換器にあっては、熱交換管部の各流体通路にインナーフィンが配置固定されている場合がある。これらのインナーフィンによって、熱交換器の性能がさらに向上する。
【０００９】
また、本発明による熱交換器にあっては、中間プレートの内面における流体通路に臨んでいる部分に、乱流発生用凸部および同凹部のうち少なくとも一方が上下に間隔をおいて多数形成されている場合がある。このような乱流発生用凸部や凹部を中間プレートの内面における流体通路に臨んでいる部分に形成しておけば、例えば流体通路を流れる流体の速度が遅い場合でも、熱交換効率が低下せず、高性能を維持することができる。
【００１０】
さらに、本発明による熱交換器にあっては、左右側壁プレートが、両面のうち少なくとも内面にろう材がクラッドされたアルミニウムブレージングシートからなり、中間プレートが、Ａｌ−Ｚｎ系合金板またはＡｌ−Ｉｎ系合金板からなる場合がある。Ａｌ−Ｚｎ系合金板としては、Ｚｎ含有量が０．５〜１．５重量％であるものが用いられ、好適には、Ｚｎ含有量が０．８〜１．２重量％であるものが用いられる。Ａｌ−Ｉｎ系合金板としては、Ｉｎ含有量が０．０１〜０．２重量％であるものが用いられ、好適には、Ｉｎ含有量が０．０２〜０．１２重量％であるものが用いられる。これらのプレートを上記材料によって形成すれば、流体通路を流れる流体が例えば水である場合でも、中間プレートが優先的に内部腐食を起こす犠牲腐食材として機能するため、左右側壁プレートに貫通腐食が生じ難く、その結果、流体の漏れを生じるおそれが極めて少ない。
【００１１】
左右側壁プレートおよび中間プレートを上記材料により形成する場合、中間プレートの枠状部の幅が４〜６ｍｍであるのが好ましい。中間プレートの枠状部の幅が４ｍｍ未満の場合、長期間の使用により左右側壁プレートに貫通腐食が生じるおそれがある。また、中間プレートの枠状部の幅が６ｍｍを越えると、流体通路が狭くなって十分な性能が出なくなるうえ、重くなってコスト高となる。
【００１２】
熱交換管部の各流体通路にインナーフィンが配置固定されている場合において、中間プレートが、各インナーフィンの上下方向の位置決めをするためのインナーフィン位置決め突起を備えていることがある。
【００１３】
このようなインナーフィン位置決め用突起があれば、製造時の組立作業が容易となるうえ、インナーフィンを流体通路内に確実に配置させることができる。
【００１４】
また、本発明には、上述した本発明による記載の熱交換器を備えた産業機器が含まれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して以下に説明する。なお、全図面を通じて同一物、同一部分には同一符号を付してあり、以下の説明においては、それによって重複した説明を省略している。
【００１６】
図１〜図４は、本発明の第１実施形態を示すものである。この実施形態は、本発明を産業機器用空冷式オイルクーラ並設ラジエータに適用したものである。図示のオイルクーラ並設ラジエータ(1) は、ラジエータ(1A)が右側にオイルクーラ(1B)が左側になるように並列状に配置されかつ相互にろう付けされてなる。
【００１７】
ラジエータ(1A)は、左右に間隔をおいて並列状に配置された複数の偏平中空部材(2) と、隣り合う偏平中空部材(2) の上端部間および下端部間に介在されてこれらに接合された環状部材(3) とを備えている。偏平中空部材(2) は、上下環状部材との連通孔(41)を有する左右側壁プレート(4) と、両側壁プレート(4) 間に介在されてこれらに接合されかつ２つの垂直仕切部(51)を有する枠状中間プレート(5) とからなる。そして、環状部材(3) と偏平中空部材(2) の環状部材(3) に対応する部分とによって上下１対のヘッダ部(11A) が形成され、偏平中空部材(2) における両ヘッダ部(11A) 間の部分によって内部に前後並列状の複数の冷却水通路(6) を有する熱交換管部(12A) が形成されている。
【００１８】
左右側壁プレート(4) は、両面にろう材がクラッドされたアルミニウムブレージングシートを所定形状に打ち抜くことにより形成されている。側壁プレート(4) の厚みは、例えば０．６ｍｍ程度となされる。中間プレート(5) は、無垢のＡ７０７２板を所定形状に打ち抜くことにより形成されている。中間プレート(5)の枠状部の幅(W) は、約５ｍｍとなされている。冷却水として防食剤の入れられていない普通の水が使用されることがあり、その場合に、偏平中空部材(2) の内部の腐食が問題となるが、中間プレート(5) を、熱交換器の部品材料として通常用いられるアルミニウム合金で形成した場合には、腐食は中間プレート(5) と側壁プレート(4) との接合面に沿って進行し、それによって実用期間中に偏平中空部材(2) に貫通腐食が起きて、冷却水が漏れるおそれがある。上記ラジエータ(1A)のように、中間プレート(5) が、Ａ７０７２板で形成されていれば、アルミニウムブレージングシートよりなる側壁プレート(4) に対して犠牲腐食材として機能するため、側壁プレート(4) に優先して中間プレート(5) が腐食するうえ、中間プレート(5) の枠状部の幅(W) も約５ｍｍであってかなり厚めにしてある。したがって、上記ラジエータ(1A)の場合、実用期間内においては偏平中空部材(2)に貫通腐食が起こらず、冷却水が漏れる心配がない。
【００１９】
環状部材(3) は、横断面略方形のアルミニウム合金押出形材を所定寸法に切断することにより形成されている。
【００２０】
熱交換管部(12A) の各冷却水通路(6) には、インナーフィン(7) が配置固定されている。インナーフィン(7) は、アルミニウム合金製コルゲートフィンで構成されており、左右側壁プレート(4) の内面にろう付けされている。
【００２１】
隣り合う熱交換管部(12A) 間にアウターフィン(8) が介在されてこれらにろう付けされている。アウターフィン(8) は、アルミニウム合金製コルゲートフィンで構成されている。アウターフィン(8) の各水平部には、複数の切り起こし状ルーバ(81)が前後並列状に形成されている（図３参照）。
【００２２】
右端の偏平中空部材(2) の外側にサイドプレート(9) が配置されるとともに、これらの上端部間および下端部間に環状部材(3) が介在されてこれらにろう付けされている。サイドプレート(9) は、片面がろうでコーティングされたアルミニウムブレージングシートを所定形状に打ち抜くことにより形成されている。また、右端の熱交換管部(12A) とこれと隣り合うサイドプレート(9) 部分との間にアウターフィン(8) が介在されてこれらにろう付けされている。
【００２３】
上ヘッダ部(11A) の前壁左端寄り部分に冷却水導入パイプ接続部材(10)が接続され、下ヘッダ部(11A) の前壁右端寄り部分に冷却水排出パイプ接続部材(10)が接続されている。また、上ヘッダ部(11A) の上壁に冷却水注入口（図示略）が形成され、冷却水注入口の周縁部にフィラーネック(13)が溶接され、フィラーネック(13)にフィラーキャップ(14)が嵌められている。
【００２４】
オイルクーラ(1B)は、左右に間隔をおいて並列状に配置された複数の偏平中空部材(20)と、隣り合う偏平中空部材(20)の上端部間および下端部間に介在された環状部材(3) とを備えている。偏平中空部材(20)は、上下環状部材(3) との連通孔(41)を有する左右側壁プレート(4) と、両側壁プレート(4) 間に介在されてこれらに接合されかつ連通孔(41)に対応する部分が切り欠かれたインナーフィン部(52)を有する枠状中間プレート(50)とからなる。そして、環状部材(3) と偏平中空部材(20)の環状部材(3) に対応する部分とによって上下１対のヘッダ部(11B)が形成され、偏平中空部材(20)における両ヘッダ部(11B) 間の部分によって内部にオイル通路（図示略）を有する熱交換管部(12B) が形成されている。
【００２５】
オイルクーラ(1B)の中間プレート(50)は、次のようにして形成される。まず、両縁部に横断面方形の棒状部を有し、両棒状部の厚み中間部分間に板状をなしかつ両面側に交互に突出するように幅方向に並列状に形成された複数の切り起こし突起(53)よりなる突起列が長さ方向に並列状に多数形成されたインナーフィン部(52)を有するアルミニウム合金押出形材製素材を用意する。そして、同素材のインナーフィン部(52)の両端部を所要の長さ分だけ切り欠き、次いで両棒状部の一端部分および他端部分をそれぞれ先端どうしが突き合うように略直角に折り曲げる。最後に、突き合わせ先端どうしをろう付けする（図４参照）。
【００２６】
左端の偏平中空部材(20)の外側にサイドプレート(9) が配置されるとともに、これらの上端部間および下端部間に環状部材(3) の約半分の厚みを有しかつ相互にろう付けされた環状部材(30)および板状スペーサ(15)が介在されてこれらにろう付けされている。スペーサ(15)は、環状部材(30)の横断面における外側の輪郭に合致した形状を有するアルミニウム合金板からなる。左端の熱交換管部(12B)とこれと隣り合うサイドプレート(9) 部分との間にアウターフィン(8) が介在されて両部分にろう付けされている。サイドプレート(9) の上下各端部とこれに隣接するスペーサ(15)とに、貫通孔(16,17) が互いに合致するようにあけられ、両貫通孔(16,17) に取付部材(18)の柱状嵌入部(18A) が嵌め入れられている。そして、取付部材(18)のボス部(18B) の一端がサイドプレート(9) の貫通孔(16)周縁部外面にろう付けされている。
【００２７】
上ヘッダ部(11B) の前壁中央部分にオイル導入パイプ接続部材(19)が接続され、下ヘッダ部(11B) の前壁中央部分にオイル排出パイプ接続部材(19)が接続されている。
【００２８】
ラジエータ(1A) とオイルクーラ(1B) の上ヘッダ部(11A,11B) 間および下ヘッダ部(11A,11B) 間に、相互にろう付けされた２枚の仕切り板(21)が介在されてこれらにろう付けされている。仕切り板(21)は、環状部材(3) の厚みの約半分の厚みを有するとともに環状部材(3) の横断面における外側の輪郭に合致した形状を有するアルミニウム合金板からなる。ラジエータ(1A)の左端の熱交換管部(12A) とオイルクーラ(1B)の右端の熱交換管部(12B) との間にアウターフィン(8) が介在されて両熱交換管部(12A,12B) にろう付けされている。
【００２９】
上記のオイルクーラ並設ラジエータ(1) は、例えば次のようにして製造される。まず、上述した各構成部品を用意する。そして、各接続部材(10,19) 、取付部材(18)およびフィラーネック(13)を除く全ての部品を所定の形態にセッティングして、ジグで拘束しながら炉中ろう付けを行う。その後、各接続部材(10,19) 、取付部材(18)およびフィラーネック(13)を所定箇所にアルゴン溶接する。このようにして、上記オイルクーラ並設ラジエータ(1) を簡単かつ安価に製造することができる。ここで、オイルクーラ並設ラジエータ(1) の左右方向のサイズを変更したい場合には、使用する偏平中空部材(2,20)、環状部材(3) およびアウターフィン(8) の数を増減することによって、きわめて容易に対処できる。また、オイルクーラ並設ラジエータ(1) の上下方向のサイズを変更したい場合には、偏平中空部材(2,20)を構成する側壁プレート(4) および中間プレート(5,50)の長さを変更する必要があるが、打ち抜き型として、各プレートの両端部をそれぞれ打ち抜くものと、各プレートの長さ中間部を打ち抜くものとを使用して、長さ中間部用の打ち抜き型を送るようにすれば、新たな打ち抜き型を用意することなく、容易に対処することができる。
【００３０】
図５は、本発明の第２実施形態を示すものである。この実施形態では、ラジエータ(1A)の中間プレートとして図５に示すものを用いており、各冷却水通路(6)にはインナーフィンが配置されていない。図示の中間プレート(54)は、その前後壁部(542) の内面および２つの垂直仕切部(541) の後面における冷却水通路(6)に臨んでいる部分に、横断面逆Ｖ形の乱流発生用凸部(543) が上下に間隔をおいて多数形成され、２つの垂直仕切部(541) の前面における冷却水通路(6) に臨んでいる部分に、横断面Ｖ形の乱流発生用凹部(544) が上下に間隔をおいて多数形成されている。前後壁部(542) とこれらに隣り合う垂直仕切部(541) との対向面、および両垂直仕切部(541) の対向面に形成された乱流発生用凸部(543) と凹部(544) または凸部(543) どうしは、互いに上下にずれた千鳥状に配置されている。両垂直仕切部(541) の凸部(543) および凹部(544) は、同垂直仕切部(541) の所定箇所が横断面Ｖ形に屈曲した形状となされることにより形成されている。凸部(543) または凹部(544) のピッチは、例えば１０〜３０ｍｍとなされる。
【００３１】
冷却水通路(6) 内を流れる冷却水の流速は、冷却水通路(6) の断面積を小さくすれば速くすることができ、それによって熱交換効率を高めることができる。しかしながら、本発明を適用したラジエータ(1A)の場合、接合の関係等で中間プレートの厚みをあまり薄くできなかったり、軽量化のために中間プレートの打ち抜き量を多くとったりすることがあるため、冷却水通路(6) の断面積を小さくするのは必ずしも容易ではない。そこで、この第２実施形態のように、中間プレート(54)の所要部分に形成した乱流発生用凸部(543) や凹部(544) によって、冷却水通路(6) を流れる冷却水に乱流を発生させるようにすれば、その分だけ熱交換効率が向上するため、冷却水の流速が遅い場合でも高性能を維持することが可能である。
【００３２】
図６は、本発明の第３実施形態を示すものである。この実施形態では、中間プレートとして図６に示すものを用いており、各冷却水通路(6) にはインナーフィンが配置されていない。図示の中間プレート(55)は、その前後壁部(552) の内面および２つの垂直仕切部(551) の前後面における冷却水通路(6) に臨んでいる部分に、斜め下方にのびる枝状の乱流発生用凸部(553) が上下に間隔をおいて多数形成されている。前後壁部(552) とこれらに隣り合う垂直仕切部(551) との対向面、および両垂直仕切部(551) の対向面にそれぞれ形成された乱流発生用凸部(553) どうしは、互いに上下にずれた千鳥状に配置されている。
【００３３】
図７は、本発明の第４実施形態を示すものである。この実施形態では、中間プレートとして図７に示すものを用いており、各冷却水通路(6) にはインナーフィンが配置されていない。図示の中間プレート(56)は、その前後壁部(562) の内面および２つの垂直仕切部(561) の前後面における冷却水通路(6) に臨んでいる部分に、水平方向にのびる横断面方形の乱流発生用凸部(563) が上下に間隔をおいて多数形成されている。前後壁部(562) とこれらに隣り合う垂直仕切部(561) との対向面、および両垂直仕切部(561) の対向面に形成された乱流発生用凸部(563) どうしは、互いに上下にずれた千鳥状に配置されている。
【００３４】
図８は、本発明の第５実施形態を示すものである。この実施形態では、中間プレートとして図８に示すものを用いており、各冷却水通路(6) にはインナーフィンが配置されていない。図示の中間プレート(57)は、その前後壁部(572) 内面における冷却水通路(6) に臨んでいる部分に、横断面逆Ｕ形の乱流発生用凸部(573) が上下に間隔をおいて多数形成され、２つの垂直仕切部(571) の前後面における冷却水通路(6) に臨んでいる部分に、横断面逆Ｕ形の乱流発生用凸部(573) と横断面Ｕ形の乱流発生用凹部(574) とが交互にかつ上下に間隔をおいて多数形成されている。前後壁部(572) の内面に形成された乱流発生用凸部(573) は、両垂直仕切部(571) における前後壁部(572) の内面との対向面に形成された乱流発生用凹部(574) と向かい合うように配置されている。
【００３５】
図９は、本発明の第６実施形態を示すものである。この実施形態では、中間プレートとして図９に示すものを用いている。図示の中間プレート(58)は、各インナーフィン(7) の上下方向の位置決めをするためのインナーフィン位置決め用突起(581) を備えている。このようなインナーフィン位置決め用突起(581) があれば、製造時の組立作業が容易となるうえ、インナーフィン(7) を流体通路(6) 内に確実に配置させることができる。突起(581) は、中間プレート(58) の前壁部(582) と前側垂直仕切部(51)、後壁部(582) と後側垂直仕切部(51)、および両垂直仕切部(51)の各対向面における冷却水通路(6) に臨んでいる部分の上下両端に隣接して形成されている。なお、突起(581) は、必ずしも前記対向面の両方に形成されている必要はなく、少なくとも一方に形成されていればよい。
【００３６】
なお、上記において、前後、左右および上下の位置関係および方向は、説明の便宜上、図面に即して規定したものにすぎず、本発明の熱交換器は、これらの位置関係および方向によっては限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１実施形態を示すものであって、産業機器用オイルクーラ並設ラジエータの斜視図である。
【図２】
ラジエータの一部分解斜視図である。
【図３】
ラジエータの一部水平断面図である。
【図４】
オイルクーラの一部分解斜視図である。
【図５】
本発明の第２実施形態を示すものであって、ラジエータの中間プレートの一部拡大側面図である。
【図６】
本発明の第３実施形態を示すものであって、ラジエータの中間プレートの一部拡大側面図である。
【図７】
本発明の第４実施形態を示すものであって、ラジエータの中間プレートの一部拡大側面図である。
【図８】
本発明の第５実施形態を示すものであって、ラジエータの中間プレートの一部拡大側面図である。
【図９】
本発明の第６実施形態を示すものであって、ラジエータの中間プレートおよびインナーフィンの斜視図である。
【符号の説明】
1A) ラジエータ
11A) ヘッダ部
12A) 熱交換管部
2) 偏平中空部材
3) 環状部材
4) 左右側壁プレート
41) 連通孔
5) 中間プレート
51) 垂直仕切部
54) 中間プレート
541) 垂直仕切部
543) 乱流発生用凸部
544) 乱流発生用凹部(
55) 中間プレート
551) 垂直仕切部
553) 乱流発生用凸部
56) 中間プレート
561) 垂直仕切部
563) 乱流発生用凸部
57) 中間プレート
571) 垂直仕切部
573) 乱流発生用凸部
574) 乱流発生用凹部
58) 中間プレート
6) 冷却水通路
7) インナーフィン
8) アウターフィン