(57)【要約】【課題】サイドプレート側の端部に位置する扁平中空体に、曲げ方向の応力が発生することのない熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器は、上下方向に並列状に配された複数の扁平中空体２と、隣り合う扁平中空体２の両端部間に配されたスペーサと、両スペーサ間において隣り合う扁平中空体２間に配されたフィン５と、上下両端の扁平中空体２の左右両端部の上下方向外側に配されたフィン配置空間形成部材６と、左右のフィン配置空間形成部材６間に配された端部フィン５と、上下両端部フィン５の外側に配されてフィン配置空間形成部材６および端部フィン５にろう付されたサイドプレート７とを備えている。フィン配置空間形成部材６は、互いに間隔をおいて配置された上下両壁6aと、上下両壁6a間に左右方向に間隔をおいて設けられかつ上下両壁6aを連結する連結壁6bとよりなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に間隔をおいて並列状に配された左右方向に伸びる扁平中空体と、上下に隣り合う扁平中空体の左右両端部間に配されて扁平中空体にろう付されたスペーサと、左右のスペーサ間において隣り合う扁平中空体間に配されて扁平中空体にろう付されたフィンと、上下両端の扁平中空体の左右両端部の上下方向外側に配されて扁平中空体にろう付されたフィン配置空間形成部材と、左右のフィン配置空間形成部材間に配されて扁平中空体にろう付された端部フィンと、上下両端部フィンの上下方向外側に配されてフィン配置空間形成部材および上下両端部フィンにろう付された上下両サイドプレートとを備えた熱交換器であって、上下両端部の左右両フィン配置空間形成部材が、それぞれ変形機能を有している熱交換器。
【請求項２】
扁平中空体が、上下方向に間隔をおいて配置された１対の平板と、両平板間に配置されかつ両平板に接合された流路形成体とよりなる請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
フィン配置空間形成部材が、互いに間隔をおいて配置された上下両壁と、上下両壁間に左右方向に間隔をおいて設けられかつ上下両壁を連結する連結壁とを備えている請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】
すべての扁平中空体が、複数の扁平中空体からなりかつ上下に連続して並んだ複数のパスに区分され、各パスを構成する扁平中空体が、上下に隣り合う扁平中空体の左右両端部間に配された連通用スペーサにより通じさせられ、隣り合う２つのパスの近接した扁平中空体が、左右いずれか一端部において連通用スペーサにより連通させられるとともに、同他端部において流れ遮断用スペーサにより非連通状態となされており、流れ遮断用スペーサが変形機能を有している請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【請求項５】
流れ遮断用スペーサが、互いに間隔をおいて配置された上下両壁と、上下両壁間に左右方向に間隔をおいて設けられかつ上下両壁を連結する連結壁とを備えている請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれかに記載の熱交換器をオイルクーラとして備えている産業機械。
【請求項７】
請求項１〜５のうちのいずれかに記載の熱交換器をアフタークーラとして備えている産業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、オイルクーラ、アフタークーラ、ラジエータ等として用いられ、別個に形成されたヘッダタンクを備えていない、所謂タンクレスタイプの熱交換器に関する。
【０００２】
この明細書において、図１の上下、左右をそれぞれ上下、左右といい、図１に矢印Ｘで示す方向を前、これと反対側を後というものとする。また、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【背景技術】
【０００３】
オイルクーラ、アフタークーラ、ラジエータなどとして用いられる熱交換器として、上下方向に間隔をおいて並列状に配された左右方向に伸びるアルミニウム製扁平中空体と、上下に隣り合う扁平中空体の左右両端部間に配されて扁平中空体にろう付されたアルミニウム製スペーサと、左右のスペーサ間において隣り合う扁平中空体間に配されて扁平中空体にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィンと、上下両端の扁平中空体の左右両端部の上下方向外側に配されて扁平中空体にろう付されたブロック状のアルミニウム製フィン配置空間形成部材と、左右のフィン配置空間形成部材間に配されて上下両端の扁平中空体にろう付された上下両端のアルミニウム製コルゲートフィンと、上下両端のコルゲートフィンの上下方向外側に配されてフィン配置空間形成部材および上下両端のフィンにろう付されたアルミニウムブレージングシート製上下両サイドプレートを備えており、扁平中空体が、上下方向に間隔をおいて配置された１対のアルミニウムブレージングシート製平板と、両平板間に配置されかつ両平板にろう付されたアルミニウム製流路形成体とよりなるものが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
このような熱交換器において、扁平中空体内に高温の流体が流れると、熱膨張により長さ方向に伸びが発生する。一方、サイドプレートには熱の伝わりが遅いので、熱膨張による伸びの発生が遅くなり、上下両端部の扁平中空体とサイドプレートとに伸びの差が生じる。ところが、サイドプレートの左右両端部が、ブロック状フィン配置空間形成部材の上下方向外面に、サイドプレートの前後方向の全幅にわたってろう付されているので、サイドプレート側の端部に位置する扁平中空体の伸びがサイドプレートによって強く拘束されることになる。したがって、サイドプレート側の端部に位置する扁平中空体、特に扁平中空体を構成する両平板のうちサイドプレート側の平板に、曲げ方向の比較的大きな応力が発生するおそれがある。
【特許文献１】特開２００４−４４９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の目的は、上記問題を解決し、サイドプレート側の端部に位置する扁平中空体に、曲げ方向の応力が発生することのない熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【０００７】
1)上下方向に間隔をおいて並列状に配された左右方向に伸びる扁平中空体と、上下に隣り合う扁平中空体の左右両端部間に配されて扁平中空体にろう付されたスペーサと、左右のスペーサ間において隣り合う扁平中空体間に配されて扁平中空体にろう付されたフィンと、上下両端の扁平中空体の左右両端部の上下方向外側に配されて扁平中空体にろう付されたフィン配置空間形成部材と、左右のフィン配置空間形成部材間に配されて扁平中空体にろう付された端部フィンと、上下両端部フィンの上下方向外側に配されてフィン配置空間形成部材および上下両端部フィンにろう付された上下両サイドプレートとを備えた熱交換器であって、上下両端部の左右両フィン配置空間形成部材が、それぞれ変形機能を有している熱交換器。
【０００８】
2)扁平中空体が、上下方向に間隔をおいて配置された１対の平板と、両平板間に配置されかつ両平板に接合された流路形成体とよりなる上記1)記載の熱交換器。
【０００９】
3)フィン配置空間形成部材が、互いに間隔をおいて配置された上下両壁と、上下両壁間に左右方向に間隔をおいて設けられかつ上下両壁を連結する連結壁とを備えている上記1)または2)記載の熱交換器。
【００１０】
4)すべての扁平中空体が、複数の扁平中空体からなりかつ上下に連続して並んだ複数のパスに区分され、各パスを構成する扁平中空体が、上下に隣り合う扁平中空体の左右両端部間に配された連通用スペーサにより通じさせられ、隣り合う２つのパスの近接した扁平中空体が、左右いずれか一端部において連通用スペーサにより連通させられるとともに、同他端部において流れ遮断用スペーサにより非連通状態となされており、流れ遮断用スペーサが変形機能を有している上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
【００１１】
5)流れ遮断用スペーサが、互いに間隔をおいて配置された上下両壁と、上下両壁間に左右方向に間隔をおいて設けられかつ上下両壁を連結する連結壁とを備えている上記4)記載の熱交換器。
【００１２】
6)上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の熱交換器をオイルクーラとして備えている産業機械。
【００１３】
7)上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の熱交換器をアフタークーラとして備えている産業機械。
【発明の効果】
【００１４】
上記1)の熱交換器によれば、扁平中空体内に高温の流体が流れると、熱膨張により長さ方向に伸びが発生する。一方、サイドプレートには熱の伝わりが遅いので、熱膨張による伸びの発生が遅くなり、上下両端部の扁平中空体とサイドプレートとに伸びの差が生じる。ところが、フィン配置空間形成部材が変形機能を有しているので、上下両端部の扁平中空体とサイドプレートとに伸びの差が生じた場合、フィン配置空間形成部材が変形し、上下両端部に位置する扁平中空体の伸びがサイドプレートによって強く拘束されることが防止される。したがって、上下両端部に位置する扁平中空体に、曲げ方向の応力が発生することが防止される。
【００１５】
上記2)の熱交換器のように、扁平中空体が、上下方向に間隔をおいて配置された１対の平板と、両平板間に配置されかつ両平板に接合された流路形成体とよりなる場合、扁平中空体とサイドプレートの伸びの程度が異なった場合、上下両端部に位置する扁平中空体を構成する両平板のうちサイドプレート側の平板に、曲げ方向の比較的大きな応力が発生し、破損するおそれがあるが、この場合であっても、上記1)の構成を備えていると、上下両端部に位置する扁平中空体の伸びがサイドプレートによって強く拘束されることが防止される。したがって、上下両端部に位置する扁平中空体を構成する両平板のうちサイドプレート側の平板に、曲げ方向の応力が発生することが防止される。
【００１６】
上記3)の熱交換器によれば、比較的簡単な構造で、フィン配置空間形成部材に変形機能を付与することができる。そして、扁平中空体内に高温の流体が流れることに起因して、上下両端部の扁平中空体とサイドプレートとに伸びの差が生じた場合、フィン配置空間形成部材が、その上下両壁が左右方向にずれるように変形する。したがって、上下両端部に位置する扁平中空体の伸びがサイドプレートによって強く拘束されることが防止される。また、変形機能を有するフィン配置空間形成部材の軽量化を図ることができ、ひいては熱交換器全体の軽量化を図ることができる。
【００１７】
上記4)の熱交換器の場合、隣り合うパスを流れる流体の温度は異なったものになるので、隣り合う２つのパスの近接した扁平中空体における熱膨張による伸びの程度が異なったものになり、両扁平中空体に伸びの差が生じる。ところが、隣り合う２つのパスの近接した扁平中空体が、左右いずれか一端部において連通用スペーサにより連通させられるとともに、同他端部において流れ遮断用スペーサにより非連通状態となされていると、隣り合う２つのパスの近接した扁平中空体に伸びの差が生じた場合、流れ遮断用スペーサが変形し、高温流体が流れる側のパスの端部の扁平中空体の伸びが、低温流体が流れる側のパスの端部の扁平中空体によって強く拘束されることが防止される。したがって、高温流体が流れる側のパスにおける低温流体が流れる側の端部の扁平中空体に、曲げ方向の応力が発生することが防止される。
【００１８】
上記5)の熱交換器によれば、比較的簡単の構造で、流れ遮断用スペーサに変形機能を付与することができる。そして、扁平中空体内に高温の流体が流れることに起因して、隣り合う２つのパスの近接した扁平中空体に伸びの差が生じた場合、流れ遮断用スペーサが、その上下両壁が左右方向にずれるように変形する。したがって、高温流体が流れる側のパスの端部の扁平中空体の伸びが、低温流体が流れる側のパスの端部の扁平中空体によって強く拘束されることが防止される。また、変形機能を有する流れ遮断用スペーサの軽量化を図ることができ、ひいては熱交換器全体の軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１はこの発明による熱交換器の実施形態の全体構成を示し、図２〜図５はその要部の構成を示す。
【００２１】
図１において、熱交換器(1)は産業機械、たとえばロードコンプレッサのオイルクーラとして用いられるものであって、上下方向に間隔をおいて並列状に配されかつ左右方向に伸びるアルミニウム製の高温オイル流通用扁平中空体(2)と、上下に隣り合う扁平中空体(2)の左右両端部間に配されて扁平中空体(2)にろう付されたアルミニウムベア製スペーサ(3)(21)と、左右のスペーサ(3)(21)間において隣り合う扁平中空体(2)間の通風間隙(4)に配されかつ扁平中空体(2)にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィン(5)とを備えている。
【００２２】
熱交換器(1)における上端の扁平中空体(2)の左右両端部上面および下端の扁平中空体(2)の左右両端部下面には、それぞれアルミニウム押出形材製フィン配置空間形成部材(6)が配置されて扁平中空体(2)にろう付されている。上端の扁平中空体(2)の上側および下端の扁平中空体(2)の下側において、左右のフィン配置空間形成部材(6)間にもアルミニウム製コルゲートフィン(5)が配されて扁平中空体(2)にろう付されている。上下両端のコルゲートフィン(5)の上下方向外方には、それぞれ両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなるサイドプレート(7)が配され、コルゲートフィン(5)およびフィン配置空間形成部材(6)にろう付されている。上下両端の扁平中空体(2)と両サイドプレート(7)との間も通風間隙(4)となされている。
【００２３】
図２に示すように、フィン配置空間形成部材(6)はアルミニウム押出形材製であって、互いに間隔をおいて配置された上下両壁(6a)と、上下両壁(6a)間に左右方向に間隔をおいて形成されかつ上下両壁(6a)を連結する複数の垂直状連結壁(6b)とが一体に形成されたものであり、これにより変形機能が付与されている。また、フィン配置空間形成部材(6)の隣り合う連結壁(6b)間には、前後方向にのびかつ前後両端部が開口した貫通穴状の通風路(6c)が形成されている。
【００２４】
図３に示すように、扁平中空体(2)は、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートよりなりかつ上下方向に間隔をおいて配された２枚の長方形状平板(11)と、両平板(11)間に配されかつ両平板(11)にろう付されたアルミニウムベア材製流路形成体(12)とよりなる。両平板(11)の左右両端部にはそれぞれ貫通穴(13)が形成されている。流路形成体(12)は、両平板(11)の周縁部間に跨る周壁(14)、および周壁(14)における両平板(11)の前後両側縁に位置する２つの前後両側壁部分(14a)の高さ方向の中間部どうしを、貫通穴(13)に合致する左右亜両端部を除いて一体に連結するように設けられた伝熱面積拡大部(15)よりなる。上下の平板(11)が扁平中空体(2)の上下壁(2a)となり、流路形成体(12)における前後両側壁部分(14a)が上下壁(2a)の前後両側縁に跨る側壁(2b)となる。伝熱面積拡大部(15)は、上方突出屈曲部(16a)と下方突出屈曲部(16b)とが、水平部(16c)を介して左右方向に交互に設けられてなる波状帯板部(16)が、前後方向に複数並べられかつ水平部(16c)において相互に一体に連結されることにより形成されたものである。また、伝熱面積拡大部(15)において、前後方向に隣接する波状帯板部(16)の上方突出屈曲部(16a)どうしおよび下方突出屈曲部(16b)どうしはそれぞれ左右方向にずれて形成されている。なお、ここでは、伝熱面積拡大部(15)の各波状帯板部(16)における左右方向に隣接する上方突出屈曲部(16a)と下方突出屈曲部(16b)との間には水平部(16c)が存在し、前後方向に隣接する波状帯板部(16)どうしは水平部(16c)において相互に一体に連結されているが、水平部(16c)は必ずしも必要としない。この場合、隣接する波状帯板部(16)における上方突出屈曲部(16a)から下方突出屈曲部(16b)に切り替わる部分が交差することになるので、この部分において相互に一体に連結される。
【００２５】
図４に示すように、流路形成体(12)は、直線状の一対のサイドバー(17)と、両サイドバー(17)の高さの中間部間に一体に形成されかつサイドバー(17)の全長にわたる平板状部(18)とよりなるアルミニウム押出形材を製造し（図４(a)参照）、ついで平板状部(18)の両端部をそれぞれ所定長さにわたって切除し（図４(b)参照）、ついで平板状部(18)にプレス加工を施すことにより伝熱面積拡大部(15)を形成し（図４(c)参照）、その後両サイドバー(17)の両端部を内側に曲げて先端どうしを突き合わせるとともに（図４(d)参照）、ろう付することにより形成される。なお、両サイドバー(17)の先端どうしのろう付は、後述する熱交換器(1)の製造のさいに、平板(11)から溶け出した溶融ろう材により行われる。
【００２６】
すべての扁平中空体(2)は、複数の扁平中空体(2)からなりかつ上下に並んだ複数、ここでは２つのパス(P1)(P2)に区分されている。各パス(P1)(P2)おいて、上下に隣り合う扁平中空体(2)の左右両端部間に配置されたスペーサ(3)は、アルミニウム押出形材製であり、扁平中空体(2)の上下壁(2a)の貫通穴(13)に通じる垂直貫通穴(19)が、貫通穴(13)と合致するように形成されている（図３参照）。そして、これらのスペーサ(3)が、各パス(P1)(P2)を構成する扁平中空体(2)を通じさせる連通用スペーサとなっている。また、両パス(P1)(P2)間の近接した２つの扁平中空体(2)、すなわち上側パス(P1)の下端の扁平中空体(2)と下側パス(P2)の上端の扁平中空体(2)とは、左端部において連通用スペーサ(3)により連通させられているとともに、右端部においてアルミニウムベア材製流れ遮断用スペーサ(21)により非連通状態とされている。流れ遮断用スペーサ(21)はアルミニウム押出形材製であって、フィン配置空間形成部材(6)と同様な構成である。すなわち、流れ遮断用スペーサ(21)は、互いに間隔をおいて配置された上下両壁(21a)と、上下両壁(21a)間に左右方向に間隔をおいて形成されかつ上下両壁(21a)を連結する複数の垂直状連結壁(21b)とが一体に形成されたものであり、これにより変形機能を付与されている。また、流れ遮断用スペーサ(21)の隣り合う連結壁(21b)間には、前後方向にのびかつ前後両端部が開口した貫通穴状の通風路(21c)が形成されている（図１参照）。
【００２７】
上側パス(P1)を構成する複数の扁平中空体(2)のうちの隣接する２つの扁平中空体(2)の右端部間に配されたスペーサ(3)の右側面には、垂直貫通穴(19)内部に通じるように、アルミニウム製オイル入口管(22)がろう付により接続されている。また、下側パス(P2)を構成する複数の扁平中空体(2)のうちの隣接する２つの扁平中空体(2)の右端部間に配されたスペーサ(3)の右側面には、その垂直貫通穴(19)内部に通じるように、アルミニウム製オイル出口管(23)がろう付により接続されている（図１参照）。そして、オイル入口管(22)から熱交換器(1)内に流入したオイルは、上側パス(P1)の扁平中空体(2)を左方に流れ、左端部においてＵターンして下側パス(P2)の扁平中空体(2)内に流入し、下側パス(P2)の扁平中空体(2)を右方に流れ、オイル出口管から流出する。
【００２８】
熱交換器(1)は、アルミニウムブレージングシート製平板(11)と、流路形成体(12)と、スペーサ(3)と、流れ遮断用スペーサ(21)と、コルゲートフィン(5)と、フィン配置空間形成部材(6)と、アルミニウムブレージングシート製両サイドプレート(7)とを所定の順序で重ね合わせるとともに、オイル入口管(22)および同出口管(23)とを組み合わせて、適当な手段により仮止めし、これらを一括してろう付することにより製造される。
【００２９】
上述した熱交換器(1)において、高温のオイルは、オイル入口管(22)から熱交換器(1)内に流入し、上側パス(P1)の扁平中空体(2)を左方に流れ、左端部においてＵターンして下側パス(P2)の扁平中空体(2)内に流入し、下側パス(P2)の扁平中空体(2)を右方に流れ、オイル出口管(23)から流出する。このとき、扁平中空体(2)は、高温オイルの有する熱により熱膨張して長さ方向に伸びる。一方、上下のサイドプレート(7)には熱の伝わりが遅いので、熱膨張による伸びの発生が遅くなり、上下両端部の扁平中空体(2)とサイドプレート(7)とに伸びの差が生じる。ところが、上下両端の左右のフィン配置空間形成部材(6)がそれぞれ上述したように構成されていることによって変形機能を有しているので、扁平中空体(2)とサイドプレート(7)との伸びの差が生じたとしても、フィン配置空間形成部材(6)が、その上下両壁(6a)が左右方向にずれるように変形することになる（図５参照）。したがって、上下両端部に位置する扁平中空体(2)の伸びがサイドプレート(7)によって強く拘束されることが防止され、その結果上下両端部に位置する扁平中空体(2)に、曲げ方向の応力が発生することが防止される。特に、上下両端部の扁平中空体(2)を構成する両平板(11)のうちサイドプレート(7)側の平板(11)に、曲げ方向の比較的大きな応力が発生することはなく、この平板(11)の破損が防止される。
【００３０】
また、熱交換器(1)において上側パス(P1)を流れるオイルの温度は、下側パス(P2)を流れるオイルの温度よりも高温になるので、隣り合う２つのパスの近接した扁平中空体(2)、すなわち上側パス(P1)の下端の扁平中空体(2)と下側パス(P2)の上端の扁平中空体(2)における熱膨張による伸びの程度が異なったものになる。ところが、流れ遮断用スペーサ(21)が上述したように構成されていることによって変形機能を有しているので、隣り合う２つのパス(P1)(P2)の近接した扁平中空体(2)に伸びの差が生じたとしても、流れ遮断用スペーサ(21)が、その上下両壁(21a)が左右方向にずれるように変形することになる。したがって、上側パス(P1)の下端部に位置する扁平中空体(2)の伸びが、下側パス(P2)の上端に位置する扁平中空体(2)によって強く拘束されることが防止され、その結果上側パス(P1)の下端部の扁平中空体(2)に、曲げ方向の応力が発生することが防止される。特に、上側パス(P1)の下端部の扁平中空体(2)を構成する両平板(11)の下側の平板(11)に、曲げ方向の比較的大きな応力が発生することはなく、この平板(11)の破損が防止される。
【００３１】
上記実施形態においては、この発明による熱交換器はロードコンプレッサのオイルクーラとして用いられているが、これに限定されるものではなく、上述した各種コンプレッサのアフタークーラ、オイルクーラおよびラジエータなどの単体として適用されることもある。また、この発明による熱交換器(1)は、他の産業機械、たとえばクレーン単体、デッキクレーン、クレーン車、ショベルカーなどの油圧機器や、工作機械に用いられるオイルを冷却するオイルクーラとして用いられる。さらに、この発明による熱交換器は、アフタークーラ、オイルクーラおよびラジエータのうちの２または３が一体化された一体型熱交換器にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明による熱交換器の実施形態の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１の一部分を示す分解斜視図である。
【図３】図１の熱交換器における図２とは異なる一部分を示す分解斜視図である。
【図４】図１の熱交換器の扁平中空体における流路形成体の製造方法を示す分解斜視図である。
【図５】この発明による熱交換器の要部を示す部分拡大垂直断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
(1)：熱交換器
(2)：扁平中空体
(3)：スペーサ
(5)：コルゲートフィン
(6)：フィン配置空間形成部材
(6a)：上下壁
(6b)：連結壁
(7)：サイドプレート
(11)：平板
(12)：流路形成体
(21)：流れ遮断用スペーサ
(21a)：上下壁
(21b)：連結壁
(P1)(P2)：パス
【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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