DE102007006837A1

DE102007006837A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102007006837A1
Application number: DE102007006837A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Kariya Sonoda; Toshihide Kariya Ninagawa; Tatsuo Kariya Ozaki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2007-10-04
Also published as: JP2007218455A; US20070187080A1

Abstract

Ein Wärmetauscher weist einen Tank (110) und einen Kern (130) einschließlich einer Mehrzahl von Rohren (132) auf, die in einer Längsrichtung des Tanks (110) gestapelt sind und in kommunizierender Verbindung mit dem Tank (110) stehen. Der Wärmetauscher weist ferner eine Einlassöffnung (111) zum Einleiten eines Fluids in den Tank (110) und einen ersten Vorsprung (115) auf einer Innenwand des Tanks (110) an einer Position auf, wo das von der Einlassöffnung (111) strömende Fluid auftrifft. Der erste Vorsprung (115) ist dahingehend ausgestaltet, eine Strömungsrichtung eines aus der Einlassöffnung (111) strömenden Fluids in die Längsrichtung des Tanks (110) zu ändern. Zum Beispiel ragt der erste Vorsprung (115) von der Innenwand des Tanks (110) zu der Einlassöffnung (111) im Wesentlichen in Form eines Keils.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher.
Ein Wärmetauscher weist allgemein einen Kern, der aus einem Stapel von Rohren aufgebaut ist, und einen Tank auf. Zum Beispiel sind Enden mit einer Kernplatte verbunden, welche an dem Tank befestigt ist, um so kommunizierende Verbindung mit dem Tank herzustellen. Auch ist der Tank mit einer Einlassleitung versehen, die eine Einlassöffnung zum Einleiten eines inneren Fluids in den Wärmetauscher festlegt. Die Einlassleitung ist beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsrichtung des Tanks. Ein solcher Wärmetauscher wird beispielsweise als ein Radiator zum Kühlen eines Motorkühlwassers verwendet.
In dem Wärmetauscher kollidiert das innere Fluid, welches aus der Einlassleitung strömt, mit einer Innenwand des Tanks, und strömt dann in der Längsrichtung des Tanks. Daher neigt der Widerstand des inneren Fluids gegenüber Strömung dazu, infolge der Kollision mit der Innenwand anzusteigen.
Ebenso strömt das innere Fluid leicht in den Rohren, welche sich nahe der Einlassleitung befinden, und es ist schwierig, eine Strömung in den Rohren zu bewirken, die weiter von der Einlassleitung entfernt sind. Daher wird eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung zwischen den Rohren bewirkt. Im Ergebnis weist der Kern eine Temperaturverteilung auf, welche Verschlechterung der Wärmeabstrahlwirkung und Verschlechterung der Haltbarkeit infolge von Wärmespannung bewirkt.
In einem Fall, in welchem der Wärmetauscher als Radiator verwendet wird, ist im Allgemeinen ein Anbringungsraum für den Radiator in einem Motorabteil begrenzt. Ungeachtet einer solchen Bedingung ist es erforderlich, eine Größe des Kerns zu vergrößern, um Wärmeaustauschleistung zu verbessern. Daher wird vorgeschlagen, eine Größe (Höhe H1) des Tanks zu reduzieren, wie in 10A bis 10C gezeigt ist.
In diesem Beispiel ragt jedoch mit der Größenreduzierung des Tanks 110 eine Einlassleitung 111 um eine Größe von H2 teilweise aus einem Tank 110 in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des Tanks 110. In diesem Fall wird die Menge von innerem Fluid, welches in die Rohre eingeleitet wird, mit einem Abstand der Einlassleitung 111 reduziert. Daher wird die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung leicht erzeugt.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf den vorstehenden Gegenstand gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der zur Reduzierung eines Strömungswiderstands eines Fluids in der Lage ist. Ebenso ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der zur Reduzierung einer Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Fluids in der Lage ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Wärmetauscher einen Tank auf, der einen Tankraum begrenzt, einen Kern, der eine Mehrzahl von Rohren enthält, eine Einlassöffnung, die an dem Tank zum Einleiten eines Fluids in den Tankraum angeordnet ist, und einen ersten Vorsprung, der auf einer Innenwand des Tanks an einer Position angeordnet ist, in welcher das aus der Einlassöffnung strömende Fluid auftrifft. Die Rohre sind in einer Längsrichtung des Tanks gestapelt und stehen mit dem Tankraum in kommunizierender Verbindung. Ferner ist der erste Vorsprung dahingehend ausgestaltet, eine Strömungsrichtung des Fluids in der Längsrichtung des Tanks zur ändern.
In diesem Aufbau wird eine Strömungsrichtung des aus der Einlassöffnung strömenden Fluids in der Längsrichtung des Tanks durch den ersten Vorsprung geändert. Daher wird der Widerstand des Fluids beim Auftreffen auf die Innenwand des Tanks, d.h. Widerstand des Fluids beim Eintritt in den Tankraum, durch den ersten Vorsprung reduziert.
Ferner wird das Fluid wirksam zu längsgerichteten Enden des Tanks durch den ersten Vorsprung eingeleitet. Deshalb reduziert sich die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Fluids zwischen den Rohren. Demgemäß verbessert sich die Strömung des Fluids in dem Wärmetauscher.
Beispielsweise weist der erste Vorsprung eine Keilform auf, die von der Innenwand des Tanks zu der Einlassöffnung ragt. Somit wird das aus der Einlassöffnung strömende Fluid in der Längsrichtung des Tanks durch ein Ende des ersten Vorsprungs geteilt und ferner entlang Seitenwänden des ersten Vorsprungs geführt, wobei die Seitenwände sich von dem Ende erstrecken. Alternativ ragt der erste Vorsprung von der Innenwand des Tanks zu der Einlassöffnung und weist eine im Wesentlichen dreieckige Form auf, wenn dies in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Tanks gesehen wird. Das aus der Einlassöffnung strömende Fluid wird in der Längsrichtung des Tanks durch ein Ende des dreieckig geformten Vorsprungs geteilt und ferner entlang Seitenwänden des ersten Vorsprungs geführt.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ersichtlicher, die unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausgeführt wird, in welchen gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, und in welchen:
1 eine schematische Vorderansicht eines Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Teilperspektivansicht eines Kopplungsabschnitts eines Kerns und eines Tanks des Wärmetauschers gemäß der ersten Ausführungsform ist;
3A eine Perspektivdraufsicht des Tanks an einem Teil benachbart zu einer Einlassleitung gemäß der ersten Ausführungsform ist;
3B eine Vorderansicht des Tanks an dem Teil benachbart zu der Einlassleitung gemäß der ersten Ausführungsform ist;
3C eine schematische Bodenansicht des Tanks an dem Teil benachbart zu der Einlassleitung gemäß der ersten Ausführungsform ist;
4 eine Querschnittsansicht des Tanks ist, die entlang einer Linie IV-IV in 3B genommen ist;
5A eine schematische Seitenansicht eines Tanks eines Wärmetauschers an einem Teil benachbart zu einer Einlassleitung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5B eine schematische Draufsicht des Tanks an dem Teil benachbart zu der Einlassleitung gemäß der zweiten Ausführungsform ist;
5C eine schematische Rückansicht des Tanks an dem Teil benachbart zu der Einlassleitung gemäß der zweiten Ausführungsform ist;
6A eine schematische Seitenansicht eines Tanks eines Wärmetauschers an einem Teil benachbart zu einer Einlassleitung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6B eine schematische Draufsicht des Tanks an dem Teil benachbart zu der Einlassleitung gemäß der dritten Ausführungsform ist;
6C eine schematische Rückansicht des Tanks an dem Teil benachbart zu der Einlassleitung gemäß der dritten Ausführungsform ist;
7A eine schematische Seitenansicht eines Tanks eines Wärmetauschers an einem Teil benachbart zu einer Einlassleitung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7B eine schematische Draufsicht des Tanks an dem Teil benachbart zu der Einlassleitung gemäß der vierten Ausführungsform ist;
7C eine schematische Rückansicht des Tanks an dem Teil benachbart zu der Einlassleitung gemäß der vierten Ausführungsform ist;
8A eine schematische Seitenansicht des Tanks eines Wärmetauschers an einem Teil benachbart zu einer Einlassleitung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
8B eine Vorderansicht eines Tanks an dem Teil benachbart zu der Einlassleitung zur Darstellung eines Beispiels eines zweiten Vorsprungs gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
8C eine Vorderansicht eines Tanks an dem Teil benachbart zu der Einlassleitung zur Darstellung eines weiteren Beispiels des zweiten Vorsprungs gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
9 eine Vorderansicht eines Teils eines Wärmetauschers gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10A eine Perspektivansicht einer Einlassleitung eines Tanks eines Wärmetauschers einer verwandten Technik ist;
10B eine Vorderansicht des Tanks an einem Teil benachbart zu der Einlassleitung der verwandten Technik ist; und
10C eine Seitenansicht des Tanks der verwandten Technik ist.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, wird ein Wärmetauscher beispielsweise als ein Radiator 100 verwendet, der allgemein an einem vorderen Teil eines Motorabteils eines Fahrzeugs zum Kühlen des Motors angeordnet ist. Zum Beispiel strömt Motorkühlwasser in den Radiator 100 als ein inneres Fluid.
Der Radiator 100 weist einen Kern 130 auf, der Rohre 132, einen oberen Tank 110 und einen unteren Tank 120 enthält. Der Radiator 100 ist zum Beispiel ein Wärmetauscher vom Fallstromtyp und ist derart ausgestaltet, dass das Kühlwasser die Rohre 132 in einer Abwärtsrichtung von dem oberen Tank 110 zu dem unteren Tank 120 strömt.
Der Kern 130 stellt ein Wärmeaustauschteil zum Kühlen des Kühlwassers bereit. Der Kern 130 enthält die Rohre 132, Lamellen 131, Seitenplatten 133 und Kernplatten 140. Zum Beispiel sind die Lamellen 131 gewellte Lamellen mit Lüftungsschlitzen in Form von Schlitzen. Jedes der Rohre 132 ist durch Verbinden eines Paars von Plattenelementen aufgebaut, welche alle einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Die Plattenelemente sind beispielsweise an deren Enden geschweißt, um einen Durchtrittsraum des Rohrs 132 bereitzustellen.
Jede Seitenplatte 133 weist einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Die Rohre 132 und die Lamellen 131 sind in 1 abwechselnd in einer Links- und Rechts-Richtung gestapelt. Die Seitenplatten 133 sind an einer am weitesten links angeordneten Lamelle 131 und einer am weitesten rechts angeordneten Lamelle 131 als Verstärkungselemente zum Verstärken des Kerns 130 angeordnet.
Die Kernplatten 140 sind an oberen und unteren Enden der Rohre 132 angeordnet. Die Kernplatten 140 erstrecken sich in einer Richtung parallel zu einer Richtung, in welcher die Rohre 132 und die Lamellen 131 gestapelt sind (nachfolgend als die Stapelungsrichtung bezeichnet). Jede Kernplatte 140 ist beispielsweise durch Zugumformung aus einem Plattenelement ausgebildet. Die Kernplatte 140 ist mit Rohreinsetzöffnungen 142 an Positionen entsprechend den Enden der Rohre 132 ausgebildet. Die Enden der Rohre 132 sind in die Rohreinsetzöffnungen 142 eingesetzt.
Die vorhergehenden Elemente, welche den Kern 130 aufbauen, sind beispielsweise aus Aluminiumlegierung mit Festigkeitseigenschaften und Korrosionsbeständigkeit hergestellt. Diese Elemente werden integral verlötet.
Der obere Tank 110 und der untere Tank 120 sind mechanisch an die oberen und unteren Kernplatten 140, etwa durch Bördeln, mechanisch gekoppelt. Der obere Tank 110 und der untere Tank 120 sind beispielsweise aus Kunstharz wie einem Polyamid-Kunstharz hergestellt.
Der obere Tank 110 ist integral mit einer Einlassleitung 111 ausgebildet, die eine Einlassöffnung zur Einleitung des Kühlwassers in den Radiator 100 bereitstellt. Der untere Tank 120 ist mit einer Auslassleitung 112 integral ausgebildet, welche eine Auslassöffnung zur Abgabe des Kühlwassers aus dem Radiator 100 bereitstellt. Die Einlassleitung 111 und die Auslassleitung 121 sind auf Seitenwänden des oberen Tanks 110 bzw. des unteren Tanks 120 ausgebildet. Die Einlassleitung 111 und die Auslassleitung 112 stehen über Rohre, wie Gummischläuche, in kommunizierender Verbindung mit einem Motorkühlwasserkreislauf.
Wie in 2 gezeigt ist, weist der obere Tank 110 eine behälterartige Form mit einer Öffnung auf einer Seite auf. Der obere Tank 110 weist einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Der obere Tank 110 ist an die obere Kernplatte 140 gekoppelt, so dass die Öffnung durch die obere Kernplatte 140 bedeckt wird.
Zum Beispiel weist der obere Tank 110 Vorsprünge auf, die nach außen auf einem Umfang der Öffnung nach außen herausragen. Die Vorsprünge stellen eine gestufte Wand 112 bereit. Andererseits weist die obere Kernplatte 140 eine Hauptwand 141 und Kopplungsnuten 143 entlang Enden der Hauptwand 141 auf. Die Vorsprünge des oberen Tanks 110 werden in den Kopplungsnuten 143 der oberen Kernplatte 140 über Dichtungselemente 150 aufgenommen. Ferner werden Enden 144 der Kernplatte 140 über die gestufte Wand 112 des oberen Tanks 110 gefaltet. Deshalb werden der obere Tank 110 und die obere Kernplatte 140 aneinander befestigt, wodurch ein Tankraum zwischen diesen bereitgestellt wird.
Die Rohreinsetzöffnungen 142 sind auf der Hauptwand 141 der oberen Kernplatte 140 ausgebildet. Die oberen Enden der Rohre 132 sind in die Rohreinsetzöffnungen 142 der oberen Kernplatte 140 eingesetzt. Somit stehen die Rohre 132 in kommunizierender Verbindung mit dem Tankraum des oberen Tanks 110.
Ebenso ist die Hauptwand 141 der oberen Kernplatte 140 eine Basiswand der oberen Kernplatte 140, und eine innere Oberfläche 141a der Hauptwand 141 stellt eine Bodenwand des Tankraums bereit. Die Kopplungsnuten 143 ragen weiter aus dem Tank heraus, als die Hauptwand 141, so dass innere Bodenwände 143a der Kopplungsnuten 143 sich näher an einem Zentrum bzw. einer Mitte des Kerns 130 befinden, als eine Außenoberfläche der Hauptwand 141. Wenn die Enden 144 der oberen Kernplatte 140 über die gestuften Wände 112 des oberen Tanks 110 gefaltet sind, werden die inneren Bodenwände 143 gegen die Vorsprünge des oberen Tanks 110 über die Abdichtelemente 150 gepresst.
Der untere Tank 120, die untere Kernplatte 140 und die unteren Enden der Rohre 132 sind in ähnlicher Weise an den oberen Tank 110, der oberen Kernplatte 140 und den oberen Enden der Rohre 132 gekoppelt.
Als nächstes wird ein Aufbau des oberen Tanks 110 und der Einlassleitung 111 im Detail unter Bezugnahme auf 3A bis 4 beschrieben.
Die Einlassleitung 111, welche eine Leitungsform aufweist, ist in den oberen Tank 110 integriert ausgebildet. Zum Beispiel befindet sich die Einlassleitung 111 an einer im Wesentlichen mittleren Position in der Längsrichtung des oberen Tanks 110. Auch ist die Einlassleitung 111 derart ausgebildet, dass das Kühlwasser in dem oberen Tank 110 in einer Richtung strömt, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsrichtung des oberen Tanks 110 ist. Das heißt, die Einlassleitung 111 ist derart angeordnet, dass ihre Achse im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des oberen Tanks 110 ist. Auch befindet sich ein oberer Abschnitt der Einlassleitung 111 weiter oben als ein oberes Ende des oberen Tanks 110, wie in 3B gezeigt ist.
Das Kühlwasser, welches aus der Einlassleitung 111 strömt, trifft auf eine innere Wand des oberen Tanks 110 und trennt sich in Längsrichtung, das heißt in 3A bis 3C in der rechten und der linken Richtung. In der Ausführungsform sind, wie in 3C und 4 gezeigt ist, ein geneigter Abschnitt 116 und ein erster Vorsprung 115 in dem oberen Tank 110 bei einer Position, wo das aus der Einlassleitung 111 strömende Kühlwasser auftrifft. Der geneigte Abschnitt 116 und der erste Vorsprung 115 sind nämlich in dem oberen Tank 110 direkt stromabwärts eines stromabwärtigen Endes der Einlassleitung 111 bezüglich einer Strömung des Kühlwassers ausgebildet. Der erste Vorsprung 115 befindet sich unter dem geneigten Abschnitt 116.
Wie in 4 gezeigt ist, erstreckt sich der geneigte Abschnitt 116 von einem oberen Abschnitt des stromabwärtigen Endes der Einlassleitung 111 zu einem Ende (Vorsprungsende) 115a des ersten Vorsprungs 115. Der geneigte Abschnitt 116 ist relativ zu der Achse der Einlassleitung 111 geneigt. Der geneigte Abschnitt 116 dient als eine Führung (Lenkfläche) zur Ausrichtung bzw. Lenkung des Kühlwassers aus der Einlassleitung 111, um gleichmäßig zu dem ersten Vorsprung 115 zu strömen.
Der erste Vorsprung 115 ist dahingehend ausgestaltet, eine Strömungsrichtung des Kühlwassers in der Längsrichtung des oberen Tanks 110 derart zu ändern, dass das Kühlwasser gleichmäßig zu längsgerichteten Enden des oberen Tanks 110 strömt. Insbesondere ragt der erste Vorsprung 115 zu der durch die Einlassleitung 111 festgelegten Einlassöffnung im Wesentlichen in Form eines Keils oder einer V-Form. Somit enthält der erste Vorsprung 115 das Ende 115a und geneigte Seitenwände 115b, welche miteinander an dem Ende 115a zusammenlaufen bzw. sich einander nähern. Die Seitenwände 115b schließen sich an die innere Wand des oberen Tanks 110 an.
Zum Beispiel ist, wie in 3A und 3C gezeigt ist, der erste Vorsprung 115 derart ausgebildet, dass das Ende 115a mit der Achse der Einlassleitung 111 ausgerichtet ist. Die Seitenwände 115b sind relativ zu der Längsrichtung des oberen Tanks 110 geneigt. Somit ist das Ausmaß des Vorspringens des ersten Vorsprungs 115 relativ zu einer inneren Wand des oberen Tanks 110 maximal an der Position, welche dem Ende 115a entspricht, und nimmt allmählich in der Längsrichtung des oberen Tanks 110 infolge der geneigten Seitenwände 115b ab.
In diesem Aufbau wird das aus der Einlassleitung 111 strömende Kühlwasser (Pfeil F1) zu dem ersten Vorsprung 115 entlang des geneigten Abschnitts 116 geführt, und dann in eine rechts gerichtete Strömung und eine links gerichtete Strömung (Pfeile F1, F3) durch das Ende 115a geteilt. Die geteilten Strömungen werden ferner zu dem rechten und dem linken Ende des oberen Tanks 110 entlang der geneigten Seitenwände 115b als Führungswände (Leitflächen) gerichtet.
Da der geneigte Abschnitt 116 zwischen dem stromabwärtigen Ende der Einlassleitung 111 und dem ersten Vorsprung 115 ausgebildet ist, strömt das Kühlwasser gleichmäßig zu dem ersten Vorsprung 115 entlang des geneigten Abschnitts 116. Somit reduziert sich der Strömungswiderstand des Kühlwassers an einem Einlass des oberen Tanks 110.
Ferner wird durch den ersten Vorsprung 115 die Strömung des Kühlwassers geteilt und in der Längsrichtung des oberen Tanks 110 geändert. Somit reduziert sich der Strömungswiderstand des Kühlwassers an einem Einlass des oberen Tanks 110 weiter.
Demgemäß reduziert sich selbst dann, wenn die Einlassleitung 111 teilweise von dem oberen Ende des oberen Tanks 110 infolge der Größenreduzierung des oberen Tanks 110 hervorsteht, der Widerstand des Kühlwassers gegen Einströmen in den oberen Tank 110. Mit anderen Worten, kann, da der Widerstand des Kühlwassers, wenn dieses in den oberen Tank 110 eintritt, durch den ersten Vorsprung 115 und den geneigten Abschnitt 116 reduziert ist, eine Größe des oberen Tanks 110 reduziert werden.
Die Form des ersten Vorsprungs 115 ist nicht auf die im Wesentlichen keilförmige Form beschränkt, solange sie das Ende 115a zum Ändern der Strömungsrichtung des Kühlwassers und die geneigten Seitenwände 115b als die Leitflächen aufweist.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 5A bis 5C beschrieben. In der zweiten Ausführungsform schließt sich das stromabwärtige Ende der Einlassleitung 111 an dem oberen Tank 110 über eine runde oder gekrümmte Wand (R-förmige Wand) an, anstelle an den geneigten Abschnitt 116 der ersten Ausführungsform. Der erste Vorsprung 115 ist über den Abschnitt ausgebildet, auf welchem das Kühlwasser, welches aus der Einlassleitung 111 strömt, auftrifft. Der erste Vorsprung 115 ist nämlich aus dem oberen Abschnitt des stromabwärtigen Endes der Einlassleitung 111 und über die gekrümmte Wand ausgebildet.
Auch weist in der zweiten Ausführungsform der erste Vorsprung 115 die Keil- oder V-Form auf und enthält das Ende 115a der geneigten Seitenwände 115b (Leitflächen). In einem Fall, in welchem die Einlassleitung 111 an der im Wesentlichen mittleren Position des oberen Tanks 110 in der Längsrichtung ausgebildet ist, ist das Ende 115a mit der Achse der Einlassleitung 111 ausgerichtet, wie in 5A gezeigt ist. Die geneigten Seitenwände 115b erstrecken sich von dem Ende 115a und schließen sich an die innere Wand des oberen Tanks 110 an. Somit ist das Ausmaß des Vorspringens des ersten Vorsprungs 115 maximal an der Position, die der Achse der Einlassleitung 111 entspricht und reduziert sich allmählich in der Rechts- und Links-Richtung.
Auch die zweite Ausführungsform ist dahingehend ausgestaltet, dass das Kühlwasser, welches aus der Einlassleitung 111 strömt, auf den ersten Vorsprung 115 trifft. Das Kühlwasser wird in eine linksgerichtete Strömung eine rechtsgerichtete Strömung durch das Ende 115a des ersten Vorsprungs 115 geteilt und zu dem rechten und dem linken Ende des oberen Tanks 110 entlang der geneigten Seitenwände 115b gerichtet bzw. gelenkt. Die Strömungsrichtung des Kühlwassers wird somit gleichmäßig durch den ersten Vorsprung 115 geändert.
Demgemäß reduziert sich, da das Kühlwasser in dem oberen Tank 110 entlang des ersten Vorsprungs 115 strömt, der Widerstand des Kühlwassers, wenn dieses in den oberen Tank 110 eintritt. Somit wird die Größe des oberen Tanks 110 reduziert. Ferner strömt, da das stromabwärtige Ende der Einlassleitung 111 sich an den oberen Tank 110 über die gekrümmte Wand anschließt, das heißt, der stromaufwärtige Abschnitt des ersten Vorsprungs 115 gekrümmt ist, das Kühlwasser gleichmäßig in den oberen Tank 110.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 6A bis 6C beschrieben. In der dritten Ausführungsform wird der erste Vorsprung 115 an der Position ausgebildet, wo das Kühlwasser, welches aus der Einlassleitung 111 ausströmt, auftritt, weist aber eine gegenüber der ersten und zweiten Ausführungsformen unterschiedliche Form auf.
Zum Beispiel ragt der erste Vorsprung 115 aus der inneren Wand des oberen Tanks 110 zu der Einlassleitung 111 und weist eine im Wesentlichen dreieckige Form, wenn dies entlang der Achse der Einlassleitung 111 gesehen wird, auf, wie in 6C gezeigt ist. Ferner ist der erste Vorsprung 115 derart geformt, dass das Ende (Scheitel des Dreiecks) 115a sich auf der Achse der Einlassleitung 111 befindet und sich erste und zweite Seiten 115b von dem Ende 115a diagonal nach unten relativ zu der Längsrichtung des oberen Tanks 110 erstrecken. Ferner befindet sich eine Bodenseite 115c, welche auf einer Seite gegenüber dem Ende 115a ist, höher als die Öffnung des oberen Tanks 110, das heißt, die Hauptwand 141 der Kernplatte 140.
Ähnlich zu den vorstehenden Ausführungsformen wird das aus der Einlassleitung 111 strömende Kühlwasser durch das Ende 115a des ersten Vorsprungs 115 geteilt und durch die Seiten 115b in der Längsrichtung des oberen Tanks 110 gerichtet bzw. gelenkt. Dadurch reduziert sich der Strömungswiderstand des Kühlwassers, wenn dieses in den oberen Tank 110 strömt. Auch ist das stromabwärtige Ende der Einlassleitung 111 zu dem Ende 115a des ersten Vorsprungs 115 gekrümmt, und das Kühlwasser strömt gleichmäßig zu dem ersten Vorsprung 115.
Im Allgemeinen reduziert sich die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers mit dem Abstand von der Einlassleitung 111. Dies führt zu einer Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kühlwassers unter den Rohren 132. Unter Berücksichtigung davon wird in der dritten Ausführungsform eine Strömung des Kühlwassers in einer stromabwärtigen Richtung durch den ersten Vorsprung 115 mit der im Wesentlichen dreieckigen Form reduziert.
Mit anderen Worten, wird das aus der Einlassleitung 111 strömende Kühlwasser in die rechtsgerichtete Strömung und die linksgerichtete Strömung durch das Ende 115a geteilt und durch die Seiten 115b geteilt. Die Menge des in die Rohre 132 strömenden Kühlwassers, welche unter oder benachbart zu der Einlassleitung 111 sind, wird durch den ersten Vorsprung 115 reduziert. Im Ergebnis erreicht das Kühlwasser leichter die längsgerichteten Enden des oberen Tanks 110. Deshalb reduziert sich die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kühlwassers in dem Kern 130. Demgemäß wird die Strömung des Kühlwassers in dem Radiator 100 verbessert.
Auch in dieser Ausführungsform wird das aus der Einlassleitung 111 strömende Kühlwasser gleichmäßig zu der rechtsgerichteten und der linksgerichteten Strömung durch den ersten Vorsprung 115 gerichtet bzw. gelenkt. Daher reduziert sich der Widerstand des in dem oberen Tank 110 strömenden Kühlwassers, und es wird die Größe des oberen Tanks 110 reduziert.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 7A bis 7C beschrieben. In der vierten Ausführungsform weist der erste Vorsprung 115 eine im Wesentlichen dreieckige Form, ähnlich der dritten Ausführungsform, auf. Die Bodenseite des ersten Vorsprungs 115 ist jedoch in der Längsrichtung des oberen Tanks 110 im Vergleich zu der dritten Ausführungsform verlängert.
Wie in 7C gezeigt ist, weist der erste Vorsprung 115 das Ende 115a ähnlich der dritten Ausführungsform auf. Auch weist der erste Vorsprung 115 die Seiten 115b auf, die sich von dem Ende 115a erstrecken. Ferner schließen sich die unteren Enden der Seiten 115b an einem Längsabschnitt an, welcher eine Bodenseite 115d bereitstellt. Die Bodenseite 115d ist länger als die Bodenseite 115c der dritten Ausführungsform in der Längsrichtung des oberen Tanks 110.
Das aus der Einlassleitung 111 strömende Kühlwasser wird durch das Ende 115a getrennt und in die Längsrichtung des oberen Tanks 110 entlang der Seiten 115b gelenkt. Hier dient der Längsabschnitt als eine Führung (Leitschaufel) zum weiteren Lenken der getrennten Strömungen des Kühlwassers zu den längsgerichteten Enden des oberen Tanks 110.
In diesem Aufbau wird die Menge des in die Rohre 132 strömenden Kühlwassers, welche sich benachbart zu der Einlassleitung 111 befinden, durch den Längsabschnitt des ersten Vorsprungs 115 reduziert. Das heißt, das Kühlwasser wird weiter zu den längsgerichteten Enden des oberen Tanks 110 hin eingeleitet und wirksam in die Rohre 132 verteilt, die von der Einlassleitung 111 weiter entfernt sind. Demgemäß verbessert sich die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kühlwassers in dem Kern 130 weiter, und es verbessert sich die Strömung des Kühlwassers in dem Radiator 100. Dieser Aufbau kann wirksam sein, wenn der obere Tank 110 sehr lang ist.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine fünfte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 8A bis 8C beschrieben. Hier ist der obere Tank 110 derart ausgestaltet, dass die stromabwärtige Strömung des Kühlwassers zu den Rohren 132 neben der der Einlassleitung 111 reduziert wird und das Kühlwasser ferner wirksam zu dem ersten Vorsprung 115 gerichtet wird.
Wie in 8A gezeigt ist, ist der erste Vorsprung 115 an der Position ausgebildet, in der das Kühlwasser aus der Einlassleitung 111 auftrifft. Der erste Vorsprung 115 weist im Wesentlichen eine Keilform auf, die zu der Öffnung der Einlassleitung 111 hervorragt, ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform.
Ferner ist ein zweiter Vorsprung 117 auf einer unteren inneren Wand des stromabwärtigen Endes der Einlassleitung 111 ausgebildet. Der zweite Vorsprung 117 ragt allmählich bzw. fortschreitend zu deren stromabwärtigen Ende. Das Ausmaß des Vorspringens des zweiten Vorsprungs 117 vergrößert sich nämlich fortschreitend zu dem stromabwärtigen Ende, wie in 8A gezeigt ist. Der zweite Vorsprung 117 ist als eine Führung zum Einleiten des Kühlwassers zu einer relativ oberen inneren Wand des oberen Tanks 110 ausgestaltet.
Zum Beispiel weist der zweite Vorsprung 117 eine geneigte Oberfläche auf, wie in 8B gezeigt ist. Ein stromabwärtiges Ende der geneigten Oberfläche ist höher als ein stromaufwärtiges Ende der geneigten Oberfläche.
Alternativ kann der zweite Vorsprung 117 im Wesentlichen eine Keilform oder eine umgekehrte V-Form aufweisen, wie in 8C gezeigt ist. In dem Beispiel von 8C weist der zweite Vorsprung 117 ein Ende und schräge Wände auf, die sich von dem Ende erstrecken, und in der Längsrichtung des oberen Tanks 110 abfallen. Der zweite Vorsprung 117, der in 8C gezeigt ist, ändert somit die Strömungsrichtung des Kühlwassers in der Längsrichtung des oberen Tanks 110 ähnlich zu dem ersten Vorsprung 115.
In dieser Konstruktion wird das Kühlwasser einfach zu einem Abschnitt oberhalb des ersten Vorsprungs 115 durch den zweiten Vorsprung 117 gerichtet. Ferner wird die Strömung des Kühlwassers in der rechtsgerichteten und der linksgerichteten Strömung durch den Vorsprung 15 geteilt. Daher wird die Strömung des Kühlwassers zu den Rohren 132, welche der Einlassleitung 111 benachbart sind, durch den zweiten Vorsprung 117 reduziert.
Ferner wird, da das Kühlwasser oberhalb des ersten Vorsprungs 115 durch den zweiten Vorsprung 117 ausgerichtet wird, die Strömung des Kühlwassers wirksam durch den ersten Vorsprung 115 geteilt und in die Längsrichtung des oberen Tanks 110 ausgerichtet. Da die Menge des Kühlwassers, die in die Rohre 132 benachbart zu der Einlassleitung 111 strömt, sich reduziert, vergrößert sich nämlich die Menge des Kühlwassers, welches zu den längsgerichteten Enden des oberen Tanks 110 eingeleitet wird. Deshalb erreicht das Kühlwasser die längsgerichteten Enden des oberen Tanks 110 leichter.
Demgemäß verbessert sich die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kühlwassers. Mit anderen Worten, wird das Kühlwasser im Wesentlichen zu gleichen Maßen in die Rohre 132 eingeleitet. Darüber hinaus wird der Strömungswider stand des zu dem ersten Vorsprung 115 strömenden Kühlwassers durch den zweiten Vorsprung 117 reduziert.
In dem in 8A gezeigten Beispiel wird der erste Vorsprung 115 verwendet, welcher die gleiche Struktur wie der der zweiten Ausführungsform aufweist, die in 5A gezeigt ist. Jedoch ist die Kombination des ersten Vorsprungs 115 und des zweiten Vorsprungs 117 nicht auf die dargestellte Kombination beschränkt. Der erste Vorsprung 115 von irgendeiner der vorstehenden Ausführungsformen kann mit dem zweiten Vorsprung 117 angewandt werden.
(Sechste Ausführungsform)
Eine sechste Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. In dieser Ausführungsform ist die Einlassleitung 111 an einer Position benachbart zu einem der längsgerichteten Enden des oberen Tanks 110 ausgebildet. In dem Beispiel von 9 ist die Einlassleitung 111 benachbart zu dem rechten Ende des oberen Tanks 110 ausgebildet.
Auch in dieser Ausführungsform ist der erste Vorsprung 115 auf der inneren Wand des oberen Tanks 110 an der Position ausgebildet, wo das aus der Einlassleitung 111 ausströmende Kühlwasser auftrifft. Auch ist der zweite Vorsprung 117 auf der unteren inneren Wand des stromabwärtigen Endes der Einlassleitung 111 ausgebildet. Insbesondere erhöht sich die Höhe des zweiten Vorsprungs 117 allmählich von dem stromaufwärtigen Ende der Einlassleitung 111 zu dem stromabwärtigen Ende der Einlassleitung 111 ähnlich zu dem in 8A dargestellten Beispiel. Darüber hinaus ist der zweite Vorsprung 117, da die Einlassleitung 111 an dem rechten Ende des oberen Tanks 110 ausgebildet ist, zu dem linken Ende des oberen Tanks 110 hin abgeschrägt, um so die Strömung des Kühlwassers zu dem linken Ende des oberen Tanks 110 zu richten.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist der erste Vorsprung 115 derart ausgebildet, dass das Ende 115a von der Achse der Einlassleitung 111 zu der rechten Seite derart versetzt ist, dass das Kühlwasser leicht zu dem linken Ende des oberen Tanks 110 eingeleitet wird.
In einem Fall, in welchem die Einlassleitung 111 an dem linken Ende des oberen Tanks 110 ausgebildet ist, neigt sich der zweite Vorsprung 117 zu dem rechten Ende hin, und das Ende 115a des ersten Vorsprungs 115 ist von der Achse der Einlassleitung 111 zu dem linken Ende derart versetzt, dass das Kühlwasser leicht zu dem rechten Ende des oberen Tanks 110 eingeleitet wird. Der erste Vorsprung 115 und der zweite Vorsprung 117 sind nämlich derart ausgestaltet, dass das Kühlwasser leichter zu einer gewünschten Richtung hin eingeleitet wird.
Demgemäß wird, da die Strömung des Kühlwassers in dem oberen Tank 110 durch den ersten Vorsprung 115 und den zweiten Vorsprung 117 vereinfacht wird, die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kühlwassers in dem Kern 130 reduziert. Deshalb verbessert sich die Strömung des Kühlwassers in dem Radiator 100.
(Andere Ausführungsformen)
In den vorstehenden ersten bis fünften Ausführungsformen ist die Einlassleitung 111 an der im Wesentlichen mittleren Position des oberen Tanks 110 ausgebildet und der erste Vorsprung 115 ist derart ausgebildet, dass das Ende 115a mit der Achse der Einlassleitung 111 ausgerichtet ist. Jedoch ist es nicht immer nötig, dass die Einlassleitung 111 an der im Wesentlichen mittleren Position ausgebildet ist. Die Einlassleitung 11 kann in jeder Position bezüglich der Längsrichtung des oberen Tanks 110 ausgebildet sein. In einem solchen Fall kann das Ende 115a relativ zu der Achse der Einlassleitung 111 in Übereinstimmung mit der Position der Einlassleitung 111 in der Längsrichtung des oberen Tanks 110 sein. Das Ende 115a kann nämlich entsprechend einem Verhältnis einer Distanz zwischen der Einlassleitung 111 und einem des oberen Tanks 110 zu einem Abstand zwischen der Einlassleitung 111 und dem anderen Ende des oberen Tanks 110 sein.
Ferner kann in einem Fall, in welchem die Achse der Einlassleitung 111 nicht senkrecht zu der Längsrichtung des oberen Tanks 110 ist, d.h. relativ zu der Längsrichtung des oberen Tanks 110 geneigt ist, ein Neigungswinkel von Seiten/Seiten-Wänden 115b des ersten Vorsprungs 115 und/oder des zweiten Vorsprungs 117 geeignet derart variiert werden, dass das Kühlwasser gleichmäßig über den ganzen oberen Tank eingeleitet wird.
In den vorstehenden Ausführungsformen ist die Einlassleitung 111 mit dem Kunstharztank 110 integriert ausgebildet. Jedoch ist es nicht immer nötig, dass die Einlassleitung 111 mit dem Kunstharztank 110 integriert ausgebildet ist. Die Einlassleitung 111 kann separat ausgebildet und an den oberen Tank 110 gekoppelt werden. Ebenso kann der obere Tank 110 aus einem sich von Kunstharz unterscheidenden Material wie Aluminium hergestellt werden. Die vorliegende Erfindung kann nämlich auf einen Wärmetauscher angewandt werden, in welchem eine Einlassleitung an einen Aluminiumtank gelötet ist. Ferner ist der Aufbau des Wärmetauschers nicht auf den dargestellten Aufbau beschränkt.
In dem Wärmetauscher, in welchem die Höhe des oberen Tanks 110 kleiner als ein Durchmesser der Einlassleitung 111 ist, wie in 1 gezeigt ist, wird die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kühlwassers in dem oberen Tank 110 leicht erzeugt werden. Durch Anwenden des ersten Vorsprungs 115, der vorstehend diskutiert wurde, auf einen solchen Wärmetauscher wird das Kühlwasser in den oberen Tank 110 gleichmäßig eingeleitet und die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kühlwassers in dem oberen Tank 110 wird wirksam reduziert.
Ferner ist die Verwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf den Radiator 100 beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf andere Wärmetauscher wie einen Zwischenkühler, einen Ölkühler, einen EGR bzw. Abgasrückführungs-Gaskühler und dergleichen angewandt werden. Somit ist das Fluid nicht auf Motorkühlwasser beschränkt.
Ebenso können die vorstehenden Ausführungsformen in allen Kombinationen angewandt werden. Ferner kann der erste Vorsprung 115, der geneigte Abschnitt 116 und die gekrümmte Wand in dem unteren Tank 120 und der Auslassleitung 121, falls nötig, ausgebildet sein, um das Fluid aus dem unteren Tank 120 gleichmäßig abzugeben.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend diskutierten und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf andere Weise angewandt werden, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims

Wärmetauscher, umfassend: einen Tank (110), der einen Tankraum begrenzt; einen Kern (130) mit einer Mehrzahl von Rohren (132), die in einer Längsrichtung des Tanks (110) gestapelt sind und in kommunizierender Verbindung mit dem Tankraum stehen; eine Einlassöffnung (111), die an dem Tank (110) zum Einleiten eines Fluids in den Tankraum angeordnet ist; und einen ersten Vorsprung (115), der auf einer Innenwand des Tanks bei einer Position angeordnet ist, in welcher das aus der Einlassöffnung (111) strömende Fluid auftrifft, und der zur Änderung einer Strömungsrichtung des Fluids in die Längsrichtung des Tanks (110) ausgestaltet ist.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, wobei der erste Vorsprung (115) von der Innenwand des Tanks (110) zu der Einlassöffnung (111) in einer im Wesentlichen keilförmigen Form hervorsteht.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 2, wobei der erste Vorsprung (115) ein Ende (115a) und von dem Ende (115a) sich erstreckende Seitenwände (115b) enthält, und sich an jede Innenwand des Tanks (110) anschließt, und wobei die Seitenwände (115b) relativ zu der Längsrichtung des Tanks (110) geneigt sind.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, wobei der erste Vorsprung (115) von der Innenwand des Tanks (110) zu der Einlassöffnung (111) hervorsteht und eine im Wesentlichen dreieckige Form aufweist.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 4, wobei der erste Vorsprung (115) ein Ende (115a) und erste und zweite Seitenwände (115b) enthält, die von dem Ende (115a) schräg abfallen.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Vorsprung (115) eine dritte Seitenwand (115c) auf einer Seite gegenüber dem Ende (115a) aufweist und sich in der Längsrichtung des Tanks (110) erstreckt, und wobei die dritte Seitenwand (115c) stromabwärts des Endes (115a) bezüglich der Strömung des Fluids angeordnet ist.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 6, wobei der erste Vorsprung (115) einen Längsabschnitt (115d) enthält, der sich entlang der dritten Seitenwand in der Längsrichtung des Tanks (110) erstreckt.
Wärmetauscher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend einen zweiten Vorsprung (117), der in der Einlassöffnung (111) zum Führen der Strömung des Fluids vor dem Auftreffen auf die Innenwand des Tanks (110) angeordnet ist.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 8, wobei der zweite Vorsprung (117) dahingehend ausgestaltet ist, das Fluid zu dem ersten Vorsprung (115) auszurichten bzw. zu lenken.
Wärmetauscher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Einlassöffnung (111) einen Durchmesser aufweist, der größer als eine Dimension des Tanks (110) in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung ist.
Wärmetauscher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Einlassöffnung (111) durch ein Leitungselement (111) begrenzt ist, welches mit dem Tank (110) integriert ausgebildet ist, und wobei das Leitungselement (111) eine Achse festlegt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Tanks (110) ist.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 11, wobei das Leitungselement (111) einen geneigten Abschnitt (116) an seinem stromabwärtigen Ende aufweist, der sich an dem Tank (110) anschließt, und wobei der geneigte Abschnitt (116) zu dem ersten Vorsprung (115) zur Ausrichtung bzw. Lenkung des Fluids zu dem ersten Vorsprung (115) geneigt ist.
Wärmetauscher gemäß Anspruch 11, wobei ein stromabwärtiges Ende der Einlassleitung (111) sich an dem Tank (110) über einen gekrümmten Abschnitt anschließt und wobei der erste Vorsprung (115) teilweise in dem gekrümmten Abschnitt ausgebildet ist.
Wärmetauscher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der erste Vorsprung (115) ein Ende (115a) aufweist und das Ende (115a) von einer Mitte der Einlassöffnung (111) in Übereinstimmung mit einer Position der Einlassöffnung (111) relativ zu der Längsrichtung des Tanks (111) versetzt ist.
Wärmetauscher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Kern (130) eine Kernplatte (140) enthält, an welche Enden der Rohre (132) angeschlossen sind, und wobei die Kernplatte (140) an dem Tank (110) derart befestigt ist, dass die Rohre (132) in kommunizierender Verbindung mit dem Tankraum stehen.