(57)【要約】【課題】放熱性能を向上させつつ流通抵抗の増加をより抑えることのできる熱交換器を提供する。【解決手段】積層型の熱交換器１００では、チューブシート２０は、対向する一対の第１シート２１および第２シート２２と、内部に熱交換媒体としての冷却水が流通する媒体流路４０と、媒体流路４０の冷却水がチューブシート２０の積層方向に流れる積層方向媒体流路４１と、を備える。第１シート２１および第２シート２２は、媒体流路４０に突出するよう形成される突出部２６を有する。突出部２６は、媒体流路４０と積層方向媒体流路４１との間を流通する冷却水の流れを整える整流用突出部２６ａと、媒体流路４０を流通する冷却水を撹拌する撹拌用突出部２６ｂと、から構成される。【選択図】図４
2018013262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチューブシートを積層してなる積層型の熱交換器であって、
前記チューブシートは、
対向する一対の第１シートおよび第２シートと、
前記第１シートと前記第２シートとの間に形成され、内部に熱交換媒体が流通する媒体流路と、
積層方向に連通するように前記第１シートおよび前記第２シートの一端に形成され、前記媒体流路の熱交換媒体が前記チューブシートの積層方向に流れる積層方向媒体流路と、
を備え、
前記第１シートおよび前記第２シートの少なくとも一方は、前記媒体流路に突出するよう形成される突出部を有し、
前記突出部は、
前記第１シートまたは前記第２シートの一端から前記媒体流路の熱交換媒体の流れ方向に延びるように形成され、前記媒体流路と前記積層方向媒体流路との間を流通する熱交換媒体の流れを整える整流用突出部と、
前記媒体流路を流通する熱交換媒体を撹拌する撹拌用突出部と、
から構成される、ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記整流用突出部は、少なくとも一方の端部が前記媒体流路の熱交換媒体の流れ方向に向かって直線状に延びる、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項２に記載の熱交換器であって、
前記第１シートおよび前記第２シートには、同一形状の前記整流用突出部がそれぞれ形成され、
前記整流用突出部は、前記第１シートおよび前記第２シートを対向するように積層させることで、互いに突出端が当接するように重なり合う、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記撹拌用突出部は、波状に屈曲する、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記撹拌用突出部は、円柱状に複数形成される、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記第１シートおよび前記第２シートには、同一形状の前記撹拌用突出部がそれぞれ形成され、
前記撹拌用突出部は、前記第１シートおよび前記第２シートを対向するように積層させることで、互いに反転した状態で重なり合う、
ことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、波状の流路を形成することによって熱交換媒体の流通抵抗の増加を抑えつつ放熱性能を向上させる熱交換器用チューブが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０８８９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の熱交換器用チューブでは、熱交換媒体の流れを考慮して最適な流路が形成されているとはいえず、流通抵抗の増加を抑制できる余地をなお残している。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、放熱性能を向上させつつ流通抵抗の増加をより抑えることのできる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様による熱交換器は、複数のチューブシートを積層してなる積層型の熱交換器であって、前記チューブシートは、対向する一対の第１シートおよび第２シートと、前記第１シートと前記第２シートとの間に形成され、内部に熱交換媒体が流通する媒体流路と、積層方向に連通するように前記第１シートおよび前記第２シートの一端に形成され、前記媒体流路の熱交換媒体が前記チューブシートの積層方向に流れる積層方向媒体流路と、を備え、前記第１シートおよび前記第２シートの少なくとも一方は、前記媒体流路に突出するよう形成される突出部を有し、前記突出部は、前記第１シートまたは前記第２シートの一端から前記媒体流路の熱交換媒体の流れ方向に延びるように形成され、前記媒体流路と前記積層方向媒体流路との間を流通する熱交換媒体の流れを整える整流用突出部と、前記媒体流路を流通する熱交換媒体を撹拌する撹拌用突出部と、から構成される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記態様によれば、媒体流路と積層方向媒体流路との間を流通する熱交換媒体は、媒体流路の熱交換媒体の流れ方向に延びるように突出形成された整流用突出部に案内されることによって、流れが整えられる。そのため、直交する流れとなり流通抵抗が増加しやすい媒体流路と積層方向媒体流路との間における流通抵抗の増加を抑制することができる。また、整流用突出部によって流れが整えられた後に媒体流路を流通する熱交換媒体は、撹拌用突出部によって媒体流路内で撹拌される。その結果、媒体流路を流通する熱交換媒体がチューブシートを介して外部の流体と熱交換を行いやすくなる。したがって、放熱性能を向上させつつ流通抵抗の増加をより抑えることのできる熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る積層型の熱交換器の概略構成図である。
【図２】図２は、熱交換器を分解した図である。
【図３】図３は、コアを分解した図である。
【図４】図４は、チューブシートの平面図である。
【図５】図５は、チューブシートの整流用突出部の端部付近を示す斜視図である。
【図６】図６は、変形例に係るチューブシートの平面図である。
【図７】図７は、第２の変形例に係るチューブシートの平面図である。
【図８】図８は、第３の変形例に係るチューブシートの平面図である。
【図９】図９は、第４の変形例に係るチューブシートに平面図である。
【図１０】図１０は、比較例に係る熱交換器のチューブシートの平面図である。
【図１１】図１１は、比較例に係る熱交換器の撹拌用突出部の端部付近を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る積層型の熱交換器１００の概略構成図である。図２は熱交換器１００を分解した図であり、図３はコア１０を分解した図である。図４はチューブシート２０の平面図であり、図５は、チューブシート２０の整流用突出部２６ａの端部２６ｃ付近を示す斜視図である。
【００１１】
熱交換器１００は、図１および図２に示すように、複数のチューブシート２０を積層してなるコア１０と、コア１０に取り付けられるベース部材３０と、を備える。熱交換器１００は、例えば、図示しないエンジンの吸気通路内に設置される。
【００１２】
ベース部材３０は、エンジンの冷却水の流通流路の上流側に接続される上流側パイプ３１と、流路の下流側に接続される下流側パイプ３２と、を有する。これにより、エアインテークマニホールド内に吸入した空気がコア１０を通過するときに、冷却水との間で熱交換が行われ、吸入した空気が冷却される。
【００１３】
コア１０は、図３に示すように、複数の積層されたチューブシート２０と、チューブシート２０の間に配設されるコルゲート状のフィン１１と、を有する。フィン１１を備えることによってコア１０の表面積が拡大し、熱交換効率が高くなる。
【００１４】
チューブシート２０は、対向する一対の第１シート２１と第２シート２２とから構成される。
【００１５】
第１シート２１および第２シート２２は、例えば、プレス成形によって形成される。第１シート２１および第２シート２２には、図３および図４に示すように、底面２３と、底面２３の外周縁に形成されるフランジ２４と、を有するトレイ状に形成される。底面２３の外周縁付近の一部にはバーリング２５が形成され、中央部にはバーリング２５に向かって延びるように突出部２６が形成される。
【００１６】
また、チューブシート２０の内部、すなわち第１シート２１と第２シート２２とによって囲まれた扁平な空間には、熱交換媒体としての冷却水が流通する媒体流路４０が形成される。このように形成することによって熱交換器１００の作動時に、媒体流路４０を流通する冷却水と吸入した空気との間でチューブシート２０の底面２３やフィン１１を介した熱交換が行われる。なお、冷却水には、例えば不凍液が用いられる。
【００１７】
図２に示すように複数のチューブシート２０を積層させることによって、隣接するチューブシート２０のバーリング２５が連なって、チューブシート２０の積層方向にタンクとしての空間を形成する。当該空間は、媒体流路４０の冷却水がチューブシート２０の積層方向に流れる積層方向媒体流路４１として機能する。したがって、積層方向媒体流路４１は、積層方向に連通するように第１シート２１および第２シート２２の一端に形成されることになる。なお、積層させた各チューブシート２０間の接合は、例えば、各チューブシート２０が接触する部分に予めロウ材を被覆し、組み立てた状態で炉内にて一体にロウ付け固定することによって行われる。
【００１８】
積層方向媒体流路４１は、上流側パイプ３１と連通してコア１０内に冷却水を流入させる流入側流路４１ａと、下流側パイプ３２と連通してコア１０内の冷却水を流出させる流出側流路４１ｂと、チューブシート２０の積層方向に冷却水を循環させる循環流路４１ｃと、からなる。
【００１９】
突出部２６は、媒体流路４０に突出するように第１シート２１および第２シート２２に形成される。第１シート２１と第２シート２２とは、同一の形状となるように形成される。
【００２０】
突出部２６は、媒体流路４０を流通する冷却水を撹拌する撹拌用突出部２６ｂと、流入側流路４１ａまたは流出側流路４１ｂと媒体流路４０との間を流通する冷却水の流れを整える整流用突出部２６ａと、から構成される。
【００２１】
撹拌用突出部２６ｂは、第１シート２１および第２シート２２に同一周期の波状になるように屈曲形成される。このため、第１シート２１および第２シート２２に形成される撹拌用突出部２６ｂは、第１シート２１および第２シート２２を対向するように積層させることで、互いに反転した状態で重なり合う。そして、重なり合った一対の撹拌用突出部２６ｂは、それぞれの波の節の部分で互いに当接する。このように、撹拌用突出部２６ｂは、それぞれ媒体流路４０の厚みの半分の高さとなるように突出して、媒体流路４０の一部を遮る。
【００２２】
その結果、媒体流路４０の冷却水は、一対の撹拌用突出部２６ｂの波状の形状に沿って流れる平面方向の流れと、それぞれの撹拌用突出部２６ｂを越えるように媒体流路４０の厚み方向（積層方向）に流れる積層方向の流れと、に分離された後、再び混合されるような流れを繰り返す。
【００２３】
整流用突出部２６ａは、第１シート２１または第２シート２２の一端から媒体流路４０の冷却水の流れ方向に直線状に延びるように形成される。具体的には、整流用突出部２６ａは、一端が第１シート２１または第２シート２２に向かって延び、他端が撹拌用突出部２６ｂに滑らかに接続される。したがって、積層方向媒体流路４１と媒体流路４０との間を流通する冷却水は、媒体流路の冷却水の流れ方向に直線状に延びるように形成された整流用突出部２６ａに案内されることによって、流れが整えられる。
【００２４】
第１シート２１および第２シート２２に形成される整流用突出部２６ａは、図５に示すように、第１シート２１および第２シート２２を対向するように積層させることで、それぞれの突出端２６ｄが当接するように重なり合う。第１シート２１および第２シート２２の整流用突出部２６ａの突出端２６ｄは、表面が平坦な面状に形成されており、対向するそれぞれの突出端２６ｄと当該表面が密着するように当接する。このように、対向する突出端２６ｄを備えるように整流用突出部２６ａを第１シート２１および第２シート２２に形成することによって、第１シート２１と第２シート２２とを密着させるための接合面が広く確保される。
【００２５】
これに対して、図１０および図１１に示すような比較例に係る熱交換器９００の場合には、撹拌用突出部９２６ｂが第１シート９２１および第２シート９２２の一端まで形成されている。図１０は比較例に係る熱交換器９００のチューブシート９２０の平面図であり、図１１は比較例に係る熱交換器９００の撹拌用突出部９２６ｂの端部９２６ｃ付近を示す斜視図である。
【００２６】
比較例に係る熱交換器９００は、図１０に示すように、上記実施形態の熱交換器１００のように整流用突出部２６ａを有していない。そのため、直交する媒体流路９４０と積層方向媒体流路９４１との間における冷却水が案内されることがなく、媒体流路９４０と積層方向媒体流路９４１との間を流通する冷却水の流れを整えることができない。また、比較例に係る熱交換器９００は、撹拌用突出部９２６ｂが第１シート９２１および第２シート９２２の一端まで形成されているので、図１０および図１１に示すように、対向する波状の撹拌用突出部９２６ｂにおける節の部分のみで第１シート９２１と第２シート９２２とは互いに当接することなる。そのため、第１シート９２１と第２シート９２２とを密着させるための接合面を十分に確保することが難しくなる。
【００２７】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００２８】
熱交換器１００は、複数のチューブシート２０を積層してなる積層型の熱交換器であって、チューブシート２０は、対向する一対の第１シート２１および第２シート２２と、第１シート２１と第２シート２２との間に形成され、内部に熱交換媒体としての冷却水が流通する媒体流路４０と、積層方向に連通するように第１シート２１および第２シート２２の一端に形成され、媒体流路４０の冷却水がチューブシート２０の積層方向に流れる積層方向媒体流路４１と、を備える。第１シート２１および第２シート２２の少なくとも一方は、媒体流路４０に突出するよう形成される突出部２６を有する。突出部２６は、第１シート２１または第２シート２２の一端から媒体流路４０の冷却水の流れ方向に延びるように形成され、媒体流路４０と積層方向媒体流路４１との間を流通する冷却水の流れを整える整流用突出部２６ａと、媒体流路４０を流通する冷却水を撹拌する撹拌用突出部２６ｂと、から構成される。
【００２９】
このような熱交換器１００によれば、媒体流路４０と積層方向媒体流路４１との間を流通する熱交換媒体としての冷却水は、媒体流路４０の冷却水の流れ方向に延びるように突出形成された整流用突出部２６ａに案内されることによって、流れが整えられる。そのため、直交する流れとなり流通抵抗が増加しやすい媒体流路４０と積層方向媒体流路４１との間における流通抵抗の増加を抑制することができる。また、整流用突出部２６ａによって流れが整えられた後に媒体流路４０を流通する冷却水は、媒体流路４０の冷却水の流れを遮るように形成された撹拌用突出部２６ｂによって媒体流路４０内で撹拌される。その結果、媒体流路４０を流通する冷却水がチューブシート２０を介して外部の流体である吸入した空気と熱交換を行いやすくなる。したがって、放熱性能を向上させつつ流通抵抗の増加をより抑えることのできる熱交換器１００を提供することができる。
【００３０】
また、熱交換器１００の整流用突出部２６ａは、少なくとも一方の端部２６ｃが媒体流路４０の冷却水の流れ方向に向かって直線状に延びる。その結果、直線状に延びる整流用突出部２６ａによって、冷却水が媒体流路４０の冷却水の流れ方向に向かって安定して真っ直ぐ流れるように、流れを整えることができる。したがって、同様に、放熱性能を向上させつつ流通抵抗の増加をより抑えることのできる熱交換器１００を提供することができる。
【００３１】
さらに、熱交換器１００では、第１シート２１には、整流用突出部２６ａが形成される。第２シート２２には、第１シート２１の整流用突出部２６ａと同一形状の整流用突出部２６ａが形成される。第１シート２１および第２シート２２の整流用突出部２６ａは、第１シート２１および第２シート２２を対向するように積層させることで、互いに突出端２６ｄが当接するように重なり合う。そのため、整流用突出部２６ａの突出端２６ｄを密着させて接合することができるので、第１シート２１と第２シート２２との接合強度を高めることができる。
【００３２】
また、熱交換器１００では、撹拌用突出部２６ｂは、波状に屈曲する。そのため、第１シート２１および第２シート２２の撹拌用突出部２６ｂによって、媒体流路４０の冷却水を波状に案内することで分離と混合とを繰り返すように撹拌することができるので、底面２３やフィン１１を介して空気との間における冷却水の熱交換効率を高くすることができる。
【００３３】
さらに、熱交換器１００では、第１シート２１および第２シート２２には、同一形状の撹拌用突出部２６ｂがそれぞれ形成される。撹拌用突出部２６ｂは、第１シート２１および第２シート２２を対向するように積層させることで、互いに反転した状態で波状の節と節とが重なり合う。そのため、媒体流路４０を流通する冷却水は、それぞれの撹拌用突出部２６ｂの波状の節以外の部分（特に腹）を越えるように媒体流路４０の厚み方向にも流れるので、媒体流路４０内における冷却水をより効率よく撹拌することができる。したがって、底面２３やフィン１１を介して空気との間における冷却水の熱交換効率をより高くすることができる。
【００３４】
なお、突出部２６は、第１シート２１および第２シート２２の一方のみに形成されることとしてもよい。また、第１シート２１の突出部２６は、第２シート２２の突出部２６と異なる形状となるように形成されてもよい。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００３６】
例えば、整流用突出部２２６ａは、図６に示すように、循環流路４１ｃと媒体流路４０との間を流通する冷却水の流れを整えるように形成されてもよい。図６は、変形例に係るチューブシート２２０の平面図である。
【００３７】
撹拌用突出部２２６ｂの両端には、整流用突出部２２６ａと整流用突出部２２６ａとがそれぞれ滑らかに接続されることになる。このような態様によれば、循環流路４１ｃと媒体流路４０との間を流通する冷却水は、整流用突出部２２６ａに案内されて流れが整えられるので、循環流路４１ｃと媒体流路４０との間における流通抵抗の増加も抑制することができる。
【００３８】
また、撹拌用突出部３２６ｂは、図７や図８に示すように、円柱状に複数形成されてもよい。図７は第２の変形例に係るチューブシート３２０の平面図であり、図８は第３の変形例に係るチューブシート４２０の平面図である。
【００３９】
第２の変形例に係るチューブシート３２０では、媒体流路３４０がＵ字状に形成されている。流入側流路３４１ａから媒体流路３４０へと流入した冷却水は、媒体流路３４０をＵ字状に流通した後、流出側流路３４１ｂから流出する。
【００４０】
第２の変形例に係る撹拌用突出部３２６ｂは、図７に示すように、チューブシート３２０の底面３２３上に線対称となるように形成される。そのため、第２変形例に係るチューブシート３２０の第１シート３２１および第２シート３２２を対向するように積層させることで、撹拌用突出部３２６ｂは互いに突出端３２６ｃが当接するように重なり合う。そのため、整流用突出部３２６ａの突出端３２６ｄだけでなく、撹拌用突出部３２６ｂの突出端３２６ｃも密着させて接合することができるので、第１シート３２１と第２シート３２２との接合強度をより高めることができる。
【００４１】
第３変形例に係るチューブシート４２０も、第２変形例に係るチューブシート３２０と同様に、媒体流路４４０がＵ字状に形成されている。流入側流路４４１ａから媒体流路４４０へと流入した冷却水は、媒体流路４４０をＵ字状に流通した後、流出側流路４４１ｂから流出する。
【００４２】
第３の変形例に係る撹拌用突出部４２６ｂは、図８に示すように、チューブシート４２０の底面４２３上に非線対称となるように形成される。そのため、第３変形例に係るチューブシート４２０の第１シート４２１および第２シート４２２を対向するように積層させると、撹拌用突出部４２６ｂは、対向する撹拌用突出部４２６ｂと当接することなく媒体流路４４０の厚み方向に半分遮ることとなる。したがって、媒体流路４４０を流通する冷却水は、それぞれの撹拌用突出部４２６ｂによって媒体流路４４０の厚み方向や幅方向に撹拌され易くなるので、冷却水の熱交換効率を高くすることができる。
【００４３】
さらに、撹拌用突出部５２６ｂは、図９に示すように、フィン状に形成してもよい。図９は、第４の変形例に係るチューブシート５２０の平面図である。このようなフィン状に形成した撹拌用突出部５２６ｂによっても、媒体流路５４０を流通する冷却水を効率よく撹拌することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１００    熱交換器
１０      コア
１１      フィン
２０、２２０、３２０、４２０、５２０      チューブシート
２１、３２１、４２１      第１シート
２２、３２２、４２２      第２シート
２３、３２３、４２３      底面
２４      フランジ
２５      バーリング
２６      突出部
２６ａ、２２６ａ、３２６ａ    整流用突出部
２６ｂ、２２６ｂ、３２６ｂ、４２６ｂ、５２６ｂ    撹拌用突出部
２６ｃ    端部
２６ｄ、３２６ｃ、３２６ｄ    突出端
３０      ベース部材
３１      上流側パイプ
３２      下流側パイプ
４０、３４０、４４０      媒体流路
４１      積層方向媒体流路
４１ａ、３４１ａ、４４１ａ    流入側流路
４１ｂ、３４１ｂ、４４１ｂ    流出側流路
４１ｃ    循環流路
【図１】
2018013262.tif 000003
【図２】
2018013262.tif 000004
【図３】
2018013262.tif 000005
【図４】
2018013262.tif 000006
【図５】
2018013262.tif 000007
【図６】
2018013262.tif 000008
【図７】
2018013262.tif 000009
【図８】
2018013262.tif 000010
【図９】
2018013262.tif 000011
【図１０】
2018013262.tif 000012
【図１１】
2018013262.tif 000013