(57)【要約】【課題】円筒型冷却器の冷却効率低下を抑制するフィンプレートを提供すること。【解決手段】本発明に係るフィンプレート１００は、上面部と上面部に平行な下面部と上面部と下面部とを接続する脚部とを有する複数の均等な矩形波を形成する第１矩形波部１１０を有する。また、フィンプレート１００は、矩形波の進行方向である長さ方向において、上面部の中央と下面部の中央とにそれぞれ折れ部を有し上面部の半分の長さと下面部の半分の長さとにおいてそれぞれ第１矩形波部と連結する第１矩形波部と同じ矩形波を形成する第２矩形波部１２０を有する。第１矩形波部１１０と第２矩形波部１２０とは進行方向に対して垂直な方向に交互に配列さる。上面部の長さは下面部の長さより長く、且つ、上面部または下面部の一部が上方に湾曲し、脚部の長さがそれぞれ均等に形成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面部と、当該上面部に平行な下面部と、前記上面部と前記下面部とを接続する脚部とを有する複数の均等な矩形波を形成する第１矩形波部と、
前記矩形波の進行方向である長さ方向において、前記上面部の中央と前記下面部の中央とにそれぞれ折れ部を有し前記上面部の半分の長さと前記下面部の半分の長さとにおいてそれぞれ前記第１矩形波部と連結する前記第１矩形波部と同じ矩形波を形成する第２矩形波部と、を備え、
前記第１矩形波部と前記第２矩形波部とが前記進行方向に対して垂直な方向に交互に配列されたフィンプレートであって、
前記上面部の長さは前記下面部の長さより長く、且つ、前記上面部または前記下面部の一部が上方に湾曲し、前記脚部の長さがそれぞれ均等に形成される、フィンプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィンプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状の外筒と、外筒内に配される内筒とを有し、外筒と内筒とで被冷却流体の通過する流体通路を形成し、かかる被冷却流体を冷却する技術が存在する。このような技術を用いた冷却器において、外筒と内筒との間にフィンを設けることにより、熱交換効率を高める種々の工夫がなされている。
【０００３】
特許文献１に記載されている熱交換器は、外筒と内筒との間にインナーフィンを備える。インナーフィンには被冷却流体の流れ方向に開口部を有する複数個の矩形突起を形成する。この矩形突起は、矩形突起自身の内外筒円周方向長さの間隔で円周方向に複数個連続して形成されることにより矩形突起列を形成する。この矩形突起列は外筒および内筒の軸方向に複数列形成された矩形突起列のうち、相隣接する矩形突起列は前記矩形突起の円周方向長さの、半分の距離だけ円周方向に位置が異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１６９９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、特許文献１に記載されているインナーフィンの製作工程および形状を検討した。インナーフィンを制作する工程は、例えば以下のとおりである。まず、第１の工程は、プレス加工により所定の大きさに加工した金属板を、複数の矩形波型の凹凸が平行かつ均等に配列されるように成形する。かかる矩形波を、第１の矩形波とする。次に、第２の工程は、矩形波型に成形された金属板に対して切れ込みを入れ、当該第１の矩形波と同じ形状の第２の矩形波が、第１の矩形波の進行方向上面中央と下面中央とにそれぞれ折れ線が現れるようにオフセットした形状を成形する。このとき、かかる第１の矩形波と第２の矩形波の幅はそれぞれ同じになるように加工する。このようにしてフィンプレートを成形する。そして、第３の工程は、成形したフィンプレートを、例えば、かかる矩形波の下面が内周側に、上面が外周側に配置されるように円筒状に丸める。そして、第４の工程は、円筒状に丸めたフィンプレートを外筒に挿入する。さらに、第５の工程は、内筒をフィンプレートの内側に挿入する。
【０００６】
発明者らはこのような工程によりインナーフィンを制作した場合に、以下の課題が存在することを見出した。すなわち、上述の工程によって制作したフィンプレートを円筒状に丸め、外筒に挿入することを考慮すると、円筒の外周側に配置する矩形波の上面の長さを、円筒の内周側に配置する矩形波の下面の長さよりも長くした方が流路内のフィンが均等に配置される。しかしながら、かかる矩形波の上面の長さを下面の長さよりも長くすると、上面と下面とを接続する脚部の長さが不均等となる。その結果、加工したフィンプレートを外筒に挿入した際に、フィンプレートと外筒との接触面積が低下する。フィンプレートと外筒との接触面積の低下は、冷却器の冷却効率低下につながるおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、円筒型冷却器の冷却効率低下を抑制するフィンプレートを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかるフィンプレートは、上面部と、当該上面部に平行な下面部と、前記上面部と前記下面部とを接続する脚部とを有する複数の均等な矩形波を形成する第１矩形波部と、前記矩形波の進行方向である長さ方向において、前記上面部の中央と前記下面部の中央とにそれぞれ折れ部を有し前記上面部の半分の長さと前記下面部の半分の長さとにおいてそれぞれ前記第１矩形波部と連結する前記第１矩形波部と同じ矩形波を形成する第２矩形波部と、を備え、前記第１矩形波部と前記第２矩形波部とが前記進行方向に対して垂直な方向に交互に配列されたフィンプレートであって、前記上面部の長さは前記下面部の長さより長く、且つ、前記上面部または前記下面部の一部が上方に湾曲し、前記脚部の長さがそれぞれ均等に形成されるものである。
【０００９】
このような構成により、かかるフィンプレートを円筒状に丸めて外筒に挿入し、内筒をさらに挿入した場合、脚部の長さが均等に形成されているために、均等な拡径力を得ることができ、インナーフィンと外筒または内筒との接触面積の低下が抑制される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、円筒型冷却器の冷却効率低下を抑制するフィンプレートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１にかかるフィンプレートを用いた冷却器の概略構成を示す構成図である。
【図２】冷却器のインナーフィンの構造を示す図である。
【図３】フィンプレートの製作工程の例を示す図である。
【図４】実施の形態１にかかるフィンプレートの形状を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態２にかかるフィンプレートの形状を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に共通する構成についてはそれぞれ共通の符号を付している。そのため、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
【００１３】
＜実施の形態１＞
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態１について説明する。実施の形態１にかかる冷却器は、円筒形の流体通路に被冷却流体を通過させることにより冷却する。かかる冷却器は、内燃機関等において流体を冷却するために用いられる。より具体的な例としては、自動車のエンジンにおいて排気再循環（ＥＧＲ＝Exhaust Gas Recirculation）を行う際に再循環させるガスを冷却する際に用いられる。
【００１４】
以下に、自動車のエンジンにおいて、シリンダヘッドの内部に冷却器を設けた例を示す。図１は、実施の形態１にかかるフィンプレートを用いた冷却器の概略構成を示す構成図である。図１は、シリンダヘッド１の部分断面を模式的に示したものである。シリンダヘッド１は、外形部１０、ウォータジャケット２０、外筒部３０、ガス流路４０、および内筒部５０を有している。
【００１５】
外形部１０は例えばアルミニウムを鋳造して成形するにより形成される。ウォータジャケット２０は、シリンダヘッド１の内部を切削して形成される冷却用流体を通過させる流体通路である。
【００１６】
外筒部３０は、ウォータジャケット２０を形成し、インナーフィンを指示するための構造体である。外筒部３０は、シリンダヘッド１の一部であってもよいし、別途金属部材を成形して組み込んだものであってもよい。また、外筒部３０は、外筒部３０の外側に位置するウォータジャケット２０を通過する冷却用流体と、外筒部３０の内側に位置するガス流路４０を通過する被冷却用流体との熱交換を行う。
【００１７】
ガス流路４０は、被冷却用流体であるガスを通過させる流体通路である。ガス流路４０にはガスを冷却するためのインナーフィンが設けられている。インナーフィンは、ガス流路４０を通過するガスと熱交換を行い、かかる被冷却流体を冷却する。インナーフィンは、金属板を成形して形成したフィンプレートを円筒状に丸めて外筒部３０に挿入したものである。
【００１８】
内筒部５０は、金属製の棒状部材である。内筒部５０は、挿入されたガス流路４０の内径と略同じ直径を有し、ガス流路４０が挿入された後に、挿入される。内筒部５０が挿入された後は、インナーフィンは、外筒部３０と内筒部５０との間でがたつくことがないように固定される。内筒部５０は、外筒部３０と同心となるように配置される。
【００１９】
次に、図２を参照しながらインナーフィンの詳細を説明する。図２は、冷却器のインナーフィンの構造を示す図である。ガス流路４０において、インナーフィンはフィンプレート１００により構成されている。フィンプレート１００は、第１矩形波部１１０と第２矩形波部１２０とを有する。
【００２０】
第１矩形波部１１０は、上面部１１１、下面部１１２、および脚部１１３を有している。第１矩形波部１１０は、ガス流路４０の円周に沿って、上面部１１１、脚部１１３、下面部１１２、脚部１１３、という順に複数の均等な矩形波が繰り返して形成されるように構成されている。
【００２１】
第２矩形波部１２０は、第１矩形波部１１０と同じ矩形波を形成している。第２矩形波部１２０も、第１矩形波部１１０と同様に、ガス流路４０の円周に沿って、上面部１２１、脚部１２３、下面部１２２、脚部１２３、という順に複数の均等な矩形波が繰り返して形成されるように構成されている。また、第２矩形波部１２０は、円周方向において、第１矩形波部１１０の上面部１１１の中央部と、第１矩形波部１１０の下面部１１２の中央部とにそれぞれ折れ部を有しており、上面部１１１の半分の長さと下面部１１２の半分の長さとにおいてそれぞれ第１矩形波部１１０と連結している。
【００２２】
また、第１矩形波部１１０の脚部１１３および第２矩形波部１２０の脚部１２３はそれぞれ同じ長さを有しており、外筒部３０および内筒部５０の中心から放射状に延伸している。すなわち、図２において、脚部１１３と脚部１２３とは、円周に沿って交互に且つ等間隔に配置されている。このような構成により、フィンプレート１００を通過するガスは偏りなく流れる。これにより、高い冷却効率を実現することが出来る。
【００２３】
また、実施の形態１において、フィンプレート１００は、内筒部５０が挿入された後は、外筒部３０と内筒部５０との間でがたつくことがないように固定される。つまり、内筒部５０の外径は、フィンプレート１００の内径よりも大きく、内筒部５０は、円筒状に丸められたフィンプレート１００に対して圧入できる程度に構成されている。
【００２４】
このような構成により、フィンプレート１００および内筒部５０は、挿入後に別途接着やロウ付け等の工程を加える必要がなくなる。
【００２５】
また、内筒部５０が圧入された後は、下面部１１２および下面部１２２は、内筒部５０の外周面５１に所定の圧力により当接する。同様に、上面部１１１および上面部１２１は、外筒部３０の内周面３１に所定の圧力により接触する。つまり、上述の構成により、実施の形態１にかかる冷却器は、高い拡径力を有する。そして、高い拡径力を伴って、上面部１１１および上面部１２１が外筒部３０の内周面に接触することにより、フィンプレート１００は熱交換率が向上し、冷却効率が上昇する。
【００２６】
次に、図３を参照しながら、実施の形態１にかかるフィンプレート１００の製作工程について説明する。フィンプレート１００は、金属の平板をプレス加工することにより制作される。プレス加工の工程は、例えば次に示す３つの工程を含むものである。
【００２７】
第１の工程は、金属の平板が複数の均等な矩形波を形成するように曲げ加工を行う。
【００２８】
第２の工程は、第１の工程を経た金属板に対して、矩形波の進行方向に沿って予め設定された長さの切り込みＣを加工する。かかる切り込み加工は、予め設定された幅Ｂごとに施される。
【００２９】
第３の工程は、第２の工程を経た金属板に対して、かかる切り込みに沿って、矩形波の進行方向に予め設定された長さＰ１およびＰ２をオフセットした矩形波を形成するように成形する。第３の工程により、上面部１１１と下面部１１２とが平行な第１矩形波部１１０が形成される。また、第３の工程により、第１矩形波部１１０と第２矩形波部１２０とが矩形波の進行方向に対して垂直な方向である幅方向に交互に配列されたフィンプレート１００が形成される。なお、本実施の形態において、予め設定された長さＰ１は上面部１１１の半分の長さであり、長さＰ２は下面部１１２の半分の長さである。
【００３０】
このような工程を含む加工を行うことにより、フィンプレート１００を制作することができる。フィンプレート１００は、円筒状に丸められると円周方向の端部同士が連続した矩形波を形成するように成形される。フィンプレート１００は、長さ方向に対して圧縮され、かつ、円筒状に丸められ、丸められた状態のまま外筒部３０に挿入される。
【００３１】
次に、図４を参照しながら、フィンプレート１００のさらに詳細な形状について説明する。図４は、実施の形態１にかかるフィンプレートの形状を模式的に示す図である。
【００３２】
以下に図４を参照しながら、第１矩形波部１１０の形状について説明する。第１矩形波部１１０は、図４の右下に位置する点Ｐ２２から、脚部１１３ｂ、上面部１１１、脚部１１３ａ、下面部１１２、という順に連なって矩形波を形成している。
【００３３】
脚部１１３ｂは、下面部１１２の端部である点Ｐ２２から上面部１１１の端部である点Ｐ１０に亘り延伸している。
【００３４】
上面部１１１は、一方の端部である点Ｐ１０から他方の端部である点Ｐ１２に亘り延伸している。上面部１１１は、中央に点Ｐ１１を有している。点Ｐ１０は点Ｐ１１および点Ｐ１２よりも上方に位置している。また、点Ｐ１１および点Ｐ１２は下面部１１２からの距離が同じである。上面部１１１は、点Ｐ１０から点Ｐ１１の範囲において、湾曲しながら徐々に下降し、点Ｐ１１において、点Ｐ１１と点Ｐ１２とを結ぶ直線に滑らかに接続している。すなわち、上面部１１１の一部である範囲１１１ｂは、上面部１１１の中央から端部にかけて反り上がりながら湾曲した形状を呈している。
【００３５】
脚部１１３ａは、上面部１１１の端部である点Ｐ１２から下面部１１２の端部である点Ｐ２０に亘り延伸している。下面部１１２は、一方の端部である点Ｐ２０から他方の端部である点Ｐ２２に亘り水平方向に延伸している。第１矩形波部１１０は、上述した矩形波形状を繰り返すように形成されている。
【００３６】
次に、第２矩形波部１２０の形状について説明する。第２矩形波部１２０は、図４の右下に位置する点Ｐ２２から、下面部１２２、脚部１２３ｂ、上面部１２１、脚部１２３ｂという順に連なって矩形波を形成している。
【００３７】
脚部１２３ａは、下面部１２２の端部である点Ｐ２３から上面部１２１の端部である点Ｐ１１に亘り延伸している。
【００３８】
上面部１２１は、一方の端部である点Ｐ１１から他方の端部である点Ｐ１３に亘り延伸している。上面部１２１は、中央に点Ｐ１２を有している。点Ｐ１３は点Ｐ１１および点Ｐ１２よりも上方に位置している。また、点Ｐ１１および点Ｐ１２は下面部１１２からの距離が同じである。上面部１２１は、点Ｐ１１から点Ｐ１２に亘り水平方向に延伸している。そして、上面部１２１は、点Ｐ１２から点Ｐ１３の範囲において、湾曲しながら徐々に上昇している。すなわち、上面部１２１の一部である範囲１２１ｂは、上面部１２１の中央から端部にかけて反り上がりながら湾曲した形状を呈している。
【００３９】
脚部１２３ｂは、上面部１２１の端部である点Ｐ１３から下面部１２２の端部である点Ｐ２１に亘り延伸している。下面部１２２は、一方の端部である点Ｐ２１から他方の端部である点Ｐ２３に亘り水平方向に延伸している。第２矩形波部１２０は、上述した矩形波形状を繰り返すように形成されている。
【００４０】
ここで、上述した範囲１１１ｂにおいて上面部１１１の一部が中央部から端部にかけて湾曲して反り上がっている理由について説明する。図３を参照しながら説明したように、フィンプレート１００は、上面部１１１が外筒部３０に接し、下面部１１２が内筒部５０に接するように円筒状に丸められて使用される。すなわち、上面部１１１が円筒の外周側に位置し、下面部１１２が円筒の内周側に位置する。そのため、第１矩形波部１１０において、上面部１１１の長さは下面部１１２の長さより長くなるように構成されている。すなわち、点Ｐ１０から点Ｐ１２までの長さは、点Ｐ２０から点Ｐ２３までの長さより長くなっている。したがって、点Ｐ１０から点Ｐ１１の長さは、点Ｐ２２から点Ｐ２３までの長さよりも長い。一方、脚部１１３ｂと脚部１２３ａとは同じ長さである。したがって、範囲１１１ｂにおいて上面部１１１の一部が中央部から端部にかけて湾曲して反り上がり、それぞれの長さを維持しているのである。第２矩形波部１２０の範囲１２１ｂにおいて上面部１２１の一部が中央部から端部にかけて湾曲して反り上がっているのも、同様の理由による。
【００４１】
なお、上述した形状を実現するに際し、点Ｐ２２から点Ｐ１０を経由して点Ｐ１１に到達するまでの長さが、点Ｐ２２から点Ｐ２３を経由して点Ｐ１１に到達するまでの長さよりも長くなるように、図３の工程３または工程３の前後の工程において延伸加工を施している。
【００４２】
このような構成により、フィンプレート１００は、均等なオフセット量を維持しつつ、それぞれの脚部の長さが均等に形成される。そのため、フィンプレート１００を円筒状に丸めて外筒部３０に挿入し、内筒部５０をさらに挿入した場合、均等な拡径力を得ることができる。その結果、インナーフィンと外筒または内筒との接触面積の低下が抑制される。したがって、本実施の形態１は、円筒型冷却器の冷却効率低下を抑制するフィンプレートを提供することができる。
【００４３】
＜実施の形態２＞
次に、図５を参照しながら、実施の形態２について説明する。実施の形態２にかかるフィンプレート２００は、上面部に代えて、下面部を反り上がらせる形状に成形することにより、脚部の長さを均等にするものである。
【００４４】
フィンプレート２００は、第１矩形波部２１０および第２矩形波部２２０を有している。第１矩形波部２１０は、上面部２１１、下面部２１２、および脚部２１３を有している。第２矩形波部２２０は、上面部２２１、下面部２２２、および脚部２２３を有している。
【００４５】
図５において、フィンプレート２００の上面部は湾曲部を有しておらず、いずれも水平方向に延伸している。一方、第１矩形波部２１０が有する下面部２１２の範囲２１２ａは下面部２１２の中央である点Ｑ２１から下面部２１２の端部にかけて、湾曲して反り上がっている。同様に、第２矩形波部２２０が有する下面部２２２の範囲２２２ａは下面部２２２の中央である点Ｑ２２から下面部２２２の端部にかけて、湾曲して反り上がっている。
【００４６】
このような構成により、フィンプレート２００は、均等なオフセット量を維持しつつ、それぞれの脚部の長さが均等に形成される。そのため、フィンプレート２００を円筒状に丸めて外筒部３０に挿入し、内筒部５０をさらに挿入した場合、均等な拡径力を得ることができる。その結果、インナーフィンと外筒または内筒との接触面積の低下が抑制される。したがって、本実施の形態２は、円筒型冷却器の冷却効率低下を抑制するフィンプレートを提供することができる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  シリンダヘッド
１０  外形部
２０  ウォータジャケット
３０  外筒部
３１  内周面
４０  ガス流路
５０  内筒部
５１  外周面
１００、２００  フィンプレート
１１０、２１０  第１矩形波部
１１１、１２１、２１１、２２１  上面部
１１２、１２２、２１２、２２２  下面部
１１３、１２３、２１３、２２３  脚部
１２０、２２０  第２矩形波部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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