JP2004084488A - 空冷式熱交換器用プロテクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】空冷式の熱交換器における放熱フィンの保護を図りながら、熱交換器での冷却性能の向上を図ることが可能なプロテクタを提供すること。
【解決手段】外部に向けて突出し直線状に延びる放熱フィン３１ｃを備えた空冷式熱交換器３０に設けられて、放熱フィン３１ｃに沿って空気が流れることを許容するとともに、放熱フィン３１ｃを外方から保護する空冷式熱交換器用プロテクタ４０において、放熱フィン３１ｃの表面近傍に空気の渦流れを形成する渦発生体（突起４２ｃ）を、放熱フィン３１ｃ間に並列的に介装される薄肉プレート４２ａの放熱フィン３１ｃに対向する表裏両面に設けた。
【選択図】 図１２
【解決手段】外部に向けて突出し直線状に延びる放熱フィン３１ｃを備えた空冷式熱交換器３０に設けられて、放熱フィン３１ｃに沿って空気が流れることを許容するとともに、放熱フィン３１ｃを外方から保護する空冷式熱交換器用プロテクタ４０において、放熱フィン３１ｃの表面近傍に空気の渦流れを形成する渦発生体（突起４２ｃ）を、放熱フィン３１ｃ間に並列的に介装される薄肉プレート４２ａの放熱フィン３１ｃに対向する表裏両面に設けた。
【選択図】 図１２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部に向けて突出し直線状に延びる放熱フィンを備えた空冷式熱交換器に設けられて、前記放熱フィンに沿って空気が流れることを許容するとともに、前記放熱フィンを外方から保護する空冷式熱交換器用プロテクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空冷式熱交換器の一つとして、例えば、燃料を空気（走行風）により冷却する自動車用のフューエルクーラがあり、この熱交換器においては、外部に向けて突出し直線状に延びる放熱フィンを並列的に有している。また、この熱交換器においては、外方からの泥はねによる放熱フィンの汚れや飛び石による放熱フィンの変形等を防止するためにプロテクタを装着することがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したプロテクタは、外方からの泥はねによる放熱フィンの汚れや飛び石による放熱フィンの変形等を防止することは可能であるが、放熱フィンへの空気流れを阻害するおそれがあり、放熱フィンでの放熱効果を低下させて当該熱交換器での冷却性能を低下させるおそれがある。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、外部に向けて突出し直線状に延びる放熱フィンを備えた空冷式熱交換器に設けられて、前記放熱フィンに沿って空気が流れることを許容するとともに、前記放熱フィンを外方から保護する空冷式熱交換器用プロテクタにおいて、前記放熱フィンの表面近傍に空気の渦流れを形成する渦発生体を設けたことに特徴がある。
【０００５】
このプロテクタにおいては、外方からの泥はねによる放熱フィンの汚れや飛び石による放熱フィンの変形等を防止することが可能であることは勿論のこと、渦発生体により放熱フィンの表面近傍に空気の渦流れ（２次流れ）を形成することが可能である。ところで、放熱フィンの表面近傍に形成される空気の渦流れは、放熱フィンの表面と空気の接触を促進するため、放熱フィンの表面での熱伝達（放熱）を飛躍的に向上させることが可能である。したがって、このプロテクタにおいては、熱交換器における放熱フィンの保護を図りながら、熱交換器での冷却性能の向上を図ることが可能である。
【０００６】
また、本発明の実施に際して、並列的に設けられた複数の放熱フィン間に並列的に介装される薄肉プレートの放熱フィンに対向する表裏両面に渦発生体が設けられている場合には、薄肉プレートの表裏両面に対向する放熱フィンの表面近傍に空気の渦流れ（２次流れ）を形成することが可能であり、薄肉プレートの表裏両面に対向する放熱フィンの表面での熱伝達（放熱）を飛躍的に向上させることが可能である。また、この場合には、薄肉プレートによる整流効果が期待できて、放熱フィンに沿って流れる空気流量の増大を図ることが可能である。したがって、このプロテクタにおいては、熱交換器での冷却性能の更なる向上を図ることが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、燃料を空気（走行風）により冷却する自動車用のフューエルクーラである熱交換器１０に本発明によるプロテクタ２０を装着した第１実施形態を概略的に示している。また、図２〜図４は熱交換器１０のコア１１を示し、図５および図６は熱交換器１０の一方のヘッダー１２を示し、図７および図８は熱交換器１０の他方のヘッダー１３を示し、図９および図１０はプロテクタ２０を示している。
【０００８】
図１に示した熱交換器１０は、１９個の隔壁１１ａ１〜１１ａ１９（符号１１ａ４〜１１ａ１６の図１への記入は省略）によって仕切られて断面形状を略同一とされた２０個の直線状流路Ｐ１〜Ｐ２０（符号Ｐ４〜Ｐ１７の図１への記入は省略）を幅方向にて並列的に有し、これら各流路Ｐ１〜Ｐ２０が前後方向（図１の上下方向）の両端部にて開口するコア１１を備えるとともに、このコア１１の各端部に嵌合された状態にてろう付けされて密に固着された一対のヘッダー１２，１３を備えている。
【０００９】
また、図１に示した熱交換器１０においては、一方のヘッダー１２に設けた流入口１２ａに、流入パイプ１４が嵌合された状態にてろう付けされて密に固着されるとともに、一方のヘッダー１２に設けた流出口１２ｂに、流出パイプ１５が嵌合された状態にてろう付けされて密に固着されている。
【００１０】
コア１１は、図１と図２〜図４に示したように、アルミニウムの押し出し成形により一体成形されていて、１９個の隔壁１１ａ１〜１１ａ１９を周壁１１ｂの内部に上下方向に有するとともに、周壁１１ｂの下壁部に形成されて下方向に突出し各流路Ｐ１〜Ｐ２０に沿って前後方向に延びる２０個の長尺の放熱フィン１１ｃと１９個の短尺の放熱フィン１１ｄを有している。また、コア１１は、周壁１１ｂの下壁部に形成されて上方向に突出し各流路Ｐ１〜Ｐ２０に沿って前後方向に延びる短尺の吸熱フィン１１ｅを２０個有している。
【００１１】
このコア１１においては、第１の隔壁１１ａ１と偶数番の各隔壁１１ａ２…１１ａ１８と第１９の隔壁１１ａ１９のヘッダー１３側に切欠１１ｆが設けられるとともに、第１と第１９を除く奇数番の各隔壁１１ａ３…１１ａ１７のヘッダー１２側に切欠１１ｇが設けられている。各切欠１１ｆ，１１ｇは、隣接する各流路の端部を連通させるものであり、コア１１の成形後に各隔壁１１ａ１〜１１ａ１９の該当部位を切削により切り欠くことにより形成されている。
【００１２】
このため、このコア１１においては、第２の流路Ｐ２〜第１９の流路Ｐ１９にて、隣接する各流路の端部が交互に連通していて、コア１１と両ヘッダー１２，１３により蛇行流路Ｐａが形成されていて、第２の流路Ｐ２が流入パイプ１４に連通する蛇行流路Ｐａの第１流路とされ、第１９の流路Ｐ１９が流出パイプ１５に連通する蛇行流路Ｐａの最終流路とされている。また、第１の流路Ｐ１が流入パイプ１４に連通するとともに蛇行流路Ｐａの第１流路（第２の流路Ｐ２）に流出側端部にて連通する補助流入路とされ、第２０の流路Ｐ２０が流出パイプ１５に連通するとともに蛇行流路Ｐａの最終流路（第１９の流路Ｐ１９）に流入側端部にて連通する補助流出路とされている。
【００１３】
各ヘッダー１２，１３は、図５〜図８に示したように、アルミニウム母材の片側（コア１１の端部に接合される内側）にコア１１の素材とろう付け性の良好なアルミニウムろうをクラッドしたクラッド金属を素材として、プレス成形により形成されている。これら各ヘッダー１２，１３における各隔壁１１ａ１〜１１ａ１９の端部と接合する部位１２ｃ，１３ｃは平板状とされている。
【００１４】
プロテクタ２０は、外方からの泥はねによる放熱フィン１１ｃ，１１ｄの汚れや飛び石による放熱フィン１１ｃ，１１ｄの変形等を防止するためのものであり、図４、図９および図１０に示したように、合成樹脂により一体成形されていて、その両フック部２１，２２の弾性を利用してコア１１に嵌着されており、コア１１の下方を覆って放熱フィン１１ｃ，１１ｄを下方から保護している。
【００１５】
また、プロテクタ２０のベース部２３には、長尺の放熱フィン１１ｃ間に介在する突起２４が多数形成されている。各突起２４は、走行風（放熱フィン１１ｃ，１１ｄに沿って一方のヘッダー１２から他方のヘッダー１３に向けて流れる空気）の一部により放熱フィン１１ｃの先端部表面近傍に空気の渦流れを形成する渦発生体であり、幅方向にて所定量傾斜して形成されている。
【００１６】
上記のように構成した第１実施形態の熱交換器１０においては、流入パイプ１４の流出側端部が蛇行流路Ｐａの第１流路（第２の流路Ｐ２）と補助流入路（第１の流路Ｐ１）に向けて開口し、流出パイプ１５の流入側端部が蛇行流路Ｐａの最終流路（第１９の流路Ｐ１９）と補助流出路（第２０の流路Ｐ２０）に向けて開口している。
【００１７】
このため、この熱交換器１０においては、内部流体（燃料）が、流入パイプ１４を通して流入パイプ１４の流出側端部から蛇行通路Ｐａの第１流路（Ｐ２）と補助流入路（Ｐ１）に流れ、蛇行通路Ｐａの第１流路と補助流入路から蛇行通路Ｐａの第２流路（Ｐ３）に流れ、蛇行通路Ｐａの第２流路から最終前の流路（Ｐ１８）を順次通って、蛇行通路Ｐａの最終前の流路から蛇行通路Ｐａの最終流路（Ｐ１９）と補助流出路（Ｐ２０）に流れ、蛇行通路Ｐａの最終流路と補助流出路から流出パイプ１５の流入側端部に流れて、この間においてコア１１および両ヘッダー１２，１３外に沿って流れる外部流体（空気）との間にて熱交換される。
【００１８】
また、この第１実施形態においては、熱交換器１０に装着されてコア１１の放熱フィン１１ｃ，１１ｄを外方から保護するプロテクタ２０に、放熱フィン１１ｃの先端部表面近傍に空気の渦流れを形成する渦発生体である突起２４が多数形成されている。このため、外方からの泥はねによる放熱フィン１１ｃ，１１ｄの汚れや飛び石による放熱フィン１１ｃ，１１ｄの変形等を防止することが可能であることは勿論のこと、渦発生体である突起２４により放熱フィン１１ｃの先端部表面近傍に空気の渦流れ（２次流れ）を形成することが可能である。
【００１９】
ところで、放熱フィン１１ｃの先端部表面近傍に形成される空気の渦流れは、放熱フィン１１ｃの先端部表面と空気の接触を促進するため、放熱フィン１１ｃの表面での熱伝達（放熱）を飛躍的に向上させることが可能である。したがって、このプロテクタ２０においては、熱交換器１０における放熱フィン１１ｃ，１１ｄの保護を図りながら、熱交換器１０での冷却性能の向上を図ることが可能である。
【００２０】
また、上記した熱交換器１０においては、流入パイプ１４の流出側端部を蛇行通路Ｐａの第１流路（Ｐ２）と補助流入路（Ｐ１）に向けて開口させ、流出パイプ１５の流入側端部を蛇行通路Ｐａの最終流路（Ｐ１９）と補助流出路（Ｐ２０）に向けて開口させたものである。このため、この熱交換器１０においては、コア１１に形成される各流路Ｐ１〜Ｐ２０の幅方向寸法を、流入パイプ１４と流出パイプ１５（通常、流入パイプと流出パイプは同一寸法のパイプが採用されている）の幅方向寸法（開口径）の略１／２に設定することで、所定の幅方向サイズ内にて、コア１１に蛇行通路Ｐａのための流路を数多く設定することが可能である。したがって、蛇行通路Ｐａの流路全長を長くして、熱交換性能を向上させることが可能である。
【００２１】
また、上記した熱交換器１０においては、コア１１に形成される補助流入路（Ｐ１）と補助流出路（Ｐ２０）の断面形状が蛇行通路Ｐａを構成する各流路Ｐ２〜Ｐ１９の断面形状と略同一であるため、アルミニウムの押し出し一体成形にて製作されるコア１１の成形性は損なわれない。
【００２２】
また、上記した熱交換器１０においては、各ヘッダー１２，１３に仕切り壁（後述する第２実施形態の各ヘッダー３２，３３に設けた仕切り壁３２ｃ，３３ｃ参照）を設けることなく実施することが可能であり、各ヘッダー１２，１３の製法を鋳造、ダイキャストあるいは鍛造等からプレス成形に変更することができて、コスト低減を図ることが可能であるとともに、各ヘッダー１２，１３の小型化、薄肉化が可能であって、当該熱交換器１０の軽量化を図ることが可能である。
【００２３】
また、上記した熱交換器１０においては、各ヘッダー１２，１３の金属素材として、アルミニウム母材の片側（コア１１の端部に接合される内側）にコア１１の素材とろう付け性の良好なアルミニウムろうをクラッドしたクラッド金属を採用したため、コア１１と各ヘッダー１２，１３を密に固着する際のろう付け作業を容易として作業性の改善を図ることが可能である。
【００２４】
図１１〜図１３は、燃料を空気（走行風）により冷却する自動車用のフューエルクーラである熱交換器３０に本発明によるプロテクタ４０を装着した第２実施形態を示している。また、図１４〜図１６は熱交換器３０の一方のヘッダー３２を示し、図１７および図１８は熱交換器１０の他方のヘッダー３３を示し、図１９はプロテクタ４０を示している。
【００２５】
図１１〜図１３に示した熱交換器３０は、２３個の隔壁３１ａ１〜３１ａ２３（符号３１ａ３〜３１ａ２１の図１３への記入は省略）によって仕切られて断面形状を略同一とされた２４個の直線状流路Ｐ１〜Ｐ２４（符号Ｐ３〜Ｐ２２の図１３への記入は省略）を幅方向にて並列的に有し、これら各流路Ｐ１〜Ｐ２４が前後方向（図１３の上下方向）の両端部にて開口するコア３１を備えるとともに、このコア３１の各端部に嵌合された状態にてろう付けされて密に固着された一対のヘッダー３２，３３を備えている。
【００２６】
また、熱交換器３０においては、図１１および図１３に示したように、一方のヘッダー３２に設けた流入口３２ａに、流入パイプ３４が嵌合された状態にてろう付けされて密に固着されるとともに、一方のヘッダー３２に設けた流出口３２ｂに、流出パイプ３５が嵌合された状態にてろう付けされて密に固着されている。
【００２７】
コア３１は、アルミニウムの押し出し成形により一体成形されていて、図１２に示したように、２３個の隔壁３１ａ１〜３１ａ２３を周壁３１ｂの内部に上下方向に有するとともに、周壁３１ｂの下壁部に形成されて下方向に突出し各流路Ｐ１〜Ｐ２４に沿って前後方向に延びる長尺の放熱フィン３１ｃを２４個有している。また、コア３１は、周壁３１ｂの下壁部に形成されて上方向に突出し各流路Ｐ１〜Ｐ２４に沿って前後方向に延びる短尺の吸熱フィン３１ｅを２４個有している。
【００２８】
各ヘッダー３２，３３は、鋳造、ダイキャストあるいは鍛造等により形成されている。一方のヘッダー３２は、図１４〜図１６に示したように、流入口３２ａと流出口３２ｂを有するとともに、１２個の仕切り壁３２ｃを有していて、各仕切り壁３２ｃは、図１３に示したように、奇数番の各隔壁３１ａ１…３１ａ２３のヘッダー３２側端部に接合されている。また、他方のヘッダー３３は、図１７および図１８に示したように、１１個の仕切り壁３３ｃを有していて、各仕切り壁３３ｃは、図１３に示したように、偶数番の各隔壁３１ａ２…３１ａ２２のヘッダー３３側端部に接合されている。
【００２９】
このため、この熱交換器３０においては、流路Ｐ１〜流路Ｐ２４にて、隣接する各流路の端部が交互に連通していて、コア３１と両ヘッダー３２，３３により蛇行流路Ｐａが形成されていて、第１の流路Ｐ１が流入パイプ３４に連通し、第２４の流路Ｐ２４が流出パイプ３５に連通している。
【００３０】
プロテクタ４０は、外方からの泥はねによる放熱フィン３１ｃの汚れや飛び石による放熱フィン３１ｃの変形等を防止するためのものであり、図１２および図１９に示したように、プロテクタ本体４１と、このプロテクタ本体４１に組付けられてコア３１における長尺の放熱フィン３１ｃ間に並列的に介装される２３個の仕切り板４２によって構成されている。
【００３１】
プロテクタ本体４１は、図２０および図２１に示したように、合成樹脂により一体成形されていて、その両フック部４１ａ，４１ｂの弾性を利用してコア３１に嵌着されており、コア１１の下方を覆って放熱フィン３１ｃを下方から保護している。また、プロテクタ本体４１の底壁４１ｃには、図２０に示したように、各仕切り板４２の取付孔４１ｄが多数形成されるとともに、各仕切り板４２間に空気を流通させるための多数の通気長孔４１ｅが貫通して形成されている。
【００３２】
各仕切り板４２は、図２２および図２３に示したように、前後方向に長い矩形の薄肉プレート４２ａと、この薄肉プレート４２ａの下端に所定のピッチで一体的に形成した４個のピン４２ｂと、コア３１における長尺の放熱フィン３１ｃに対向する薄肉プレート４２ａの表裏両面に一体的に形成した多数の突起４２ｃによって構成されている。各突起４２ｃは、走行風（放熱フィン３１ｃに沿って一方のヘッダー３２から他方のヘッダー３３に向けて流れる空気）の一部により放熱フィン３１ｃの表面近傍に空気の渦流れを形成する渦発生体であり、上下方向にて所定量傾斜して形成されている。
【００３３】
上記のように構成した第２実施形態の熱交換器３０においては、流入パイプ３４の流出側端部が蛇行流路Ｐａの第１流路（Ｐ１）に向けて開口し、流出パイプ３５の流入側端部が蛇行流路Ｐａの最終流路（Ｐ２４）に向けて開口している。このため、この熱交換器３０においては、内部流体（燃料）が、流入パイプ３４を通して流入パイプ３４の流出側端部から蛇行通路Ｐａの第１流路（Ｐ１）に流れ、蛇行通路Ｐａの第１流路から最終流路（Ｐ２４）に流れ、蛇行通路Ｐａの最終流路から流出パイプ３５の流入側端部に流れて、この間においてコア３１および両ヘッダー３２，３３外に沿って流れる外部流体（空気）との間にて熱交換される。
【００３４】
また、この第２実施形態においては、熱交換器３０に装着されてコア３１の放熱フィン３１ｃを外方から保護するプロテクタ４０において、各放熱フィン３１ｃ間に並列的に介装される薄肉プレート４２ａの各放熱フィン３１ｃに対向する表裏両面に突起４２ｃが設けられている。このため、薄肉プレート４２ａの表裏両面に対向する各放熱フィン３１ｃの表面近傍に空気の渦流れ（２次流れ）を形成することが可能であり、薄肉プレート４２ａの表裏両面に対向する各放熱フィン３１ｃの表面での熱伝達（放熱）を飛躍的に向上させることが可能である。また、この第２実施形態においては、薄肉プレート４２ａによる整流効果が期待できて、各放熱フィン３１ｃに沿って流れる空気流量の増大を図ることが可能である。したがって、このプロテクタ４０においては、熱交換器３０での冷却性能の更なる向上を図ることが可能である。
【００３５】
上記各実施形態においては、コア１１，３１に放熱フィン１１ｃ・１１ｄ，３１ｃと吸熱フィン１１ｅ，３１ｅが形成される熱交換器１０，３０に設けられて、放熱フィン１１ｃ・１１ｄ，３１ｃに沿って空気が流れることを許容するとともに、放熱フィン１１ｃ・１１ｄ，３１ｃを外方から保護する空冷式熱交換器用プロテクタ２０，４０に本発明を実施したが、図２４、図２５または図２６に示したように、コア５１，６１，７１の上下にそれぞれ複数の放熱フィン５１ｃ・５１ｄ，６１ｃ・６１ｄ，７１ｃ・７１ｄが形成される熱交換器にも同様に実施することが可能であり、上記各実施形態に限定されるものではない。なお、コア６１，７１では、熱交換のための表面積を大きくするために、内表面と外表面のそれぞれに凹凸が多数形成されている。
【００３６】
また、上記各実施形態においては、燃料を空気（走行風）により冷却する自動車用のフューエルクーラに本発明を実施したが、本発明は他の種々な熱交換器にも同様にまたは適宜変更して実施することが可能であり、上記各実施形態に限定されるものではない。また、上記各実施形態においては、一方のヘッダー１２，３２に流入パイプ１４，３４と流出パイプ１５，３５を設けて実施したが、一方のヘッダーに流入パイプまたは流出パイプを設け、他方のヘッダーに流出パイプまたは流入パイプを設けて実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を概略的に示した中央横断平面図である。
【図２】図１に示したコアの側面図である。
【図３】図２に示したコアの底面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】図１に示した一方のヘッダーの背面図である。
【図６】図５に示した一方のヘッダーの底面図である。
【図７】図１に示した他方のヘッダーの正面図である。
【図８】図７に示した他方のヘッダーの底面図である。
【図９】図１と図４に示したプロテクタの正面図である。
【図１０】図９に示したプロテクタの平面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態を示した平面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。
【図１３】図１１に示した第２実施形態の中央横断平面図である。
【図１４】図１１に示した一方のヘッダーの拡大正面図である。
【図１５】図１４に示した一方のヘッダーの中央横断底面図である。
【図１６】図１４に示した一方のヘッダーの背面図である。
【図１７】図１１に示した他方のヘッダーの拡大正面図である。
【図１８】図１７に示した他方のヘッダーの中央横断平面図である。
【図１９】図１１〜図１３に示したプロテクタの正面図である。
【図２０】図１９に示したプロテクタ本体の平面図である。
【図２１】図２０に示したプロテクタ本体の側面図である。
【図２２】図１９に示した仕切り板の一部を省略した拡大側面図である。
【図２３】図２２に示した仕切り板の正面図である。
【図２４】コアの第１変形例を示す正面図である。
【図２５】コアの第２変形例を示す正面図である。
【図２６】コアの第３変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
１０…熱交換器、１１…コア、１１ａ１〜１１ａ１９…隔壁、１１ｂ…周壁、１１ｃ，１１ｄ…放熱フィン、１１ｅ…吸熱フィン、１１ｆ，１１ｇ…切欠、１２…一方のヘッダー、１２ａ…流入口、１２ｂ…流出口、１３…他方のヘッダー、１４…流入パイプ、１５…流出パイプ、Ｐａ…蛇行通路、２０…プロテクタ、２１，２２…フック部、２３…ベース部、２４…突起（渦発生体）、３０…熱交換器、３１…コア、３１ａ１〜３１ａ２３…隔壁、３１ｂ…周壁、３１ｃ…放熱フィン、３１ｅ…吸熱フィン、３２…一方のヘッダー、３２ａ…流入口、３２ｂ…流出口、３２ｃ…仕切り壁、３３…他方のヘッダー、３３ｃ…仕切り壁、３４…流入パイプ、３５…流出パイプ、Ｐａ…蛇行通路、４０…プロテクタ、４１…プロテクタ本体、４１ａ，４１ｂ…フック部、４１ｃ…底壁、４１ｄ…取付孔、４１ｅ…通気長孔、４２…仕切り板、４２ａ…薄肉プレート、４２ｂ…ピン、４２ｃ…突起（渦発生体）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部に向けて突出し直線状に延びる放熱フィンを備えた空冷式熱交換器に設けられて、前記放熱フィンに沿って空気が流れることを許容するとともに、前記放熱フィンを外方から保護する空冷式熱交換器用プロテクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空冷式熱交換器の一つとして、例えば、燃料を空気（走行風）により冷却する自動車用のフューエルクーラがあり、この熱交換器においては、外部に向けて突出し直線状に延びる放熱フィンを並列的に有している。また、この熱交換器においては、外方からの泥はねによる放熱フィンの汚れや飛び石による放熱フィンの変形等を防止するためにプロテクタを装着することがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したプロテクタは、外方からの泥はねによる放熱フィンの汚れや飛び石による放熱フィンの変形等を防止することは可能であるが、放熱フィンへの空気流れを阻害するおそれがあり、放熱フィンでの放熱効果を低下させて当該熱交換器での冷却性能を低下させるおそれがある。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、外部に向けて突出し直線状に延びる放熱フィンを備えた空冷式熱交換器に設けられて、前記放熱フィンに沿って空気が流れることを許容するとともに、前記放熱フィンを外方から保護する空冷式熱交換器用プロテクタにおいて、前記放熱フィンの表面近傍に空気の渦流れを形成する渦発生体を設けたことに特徴がある。
【０００５】
このプロテクタにおいては、外方からの泥はねによる放熱フィンの汚れや飛び石による放熱フィンの変形等を防止することが可能であることは勿論のこと、渦発生体により放熱フィンの表面近傍に空気の渦流れ（２次流れ）を形成することが可能である。ところで、放熱フィンの表面近傍に形成される空気の渦流れは、放熱フィンの表面と空気の接触を促進するため、放熱フィンの表面での熱伝達（放熱）を飛躍的に向上させることが可能である。したがって、このプロテクタにおいては、熱交換器における放熱フィンの保護を図りながら、熱交換器での冷却性能の向上を図ることが可能である。
【０００６】
また、本発明の実施に際して、並列的に設けられた複数の放熱フィン間に並列的に介装される薄肉プレートの放熱フィンに対向する表裏両面に渦発生体が設けられている場合には、薄肉プレートの表裏両面に対向する放熱フィンの表面近傍に空気の渦流れ（２次流れ）を形成することが可能であり、薄肉プレートの表裏両面に対向する放熱フィンの表面での熱伝達（放熱）を飛躍的に向上させることが可能である。また、この場合には、薄肉プレートによる整流効果が期待できて、放熱フィンに沿って流れる空気流量の増大を図ることが可能である。したがって、このプロテクタにおいては、熱交換器での冷却性能の更なる向上を図ることが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、燃料を空気（走行風）により冷却する自動車用のフューエルクーラである熱交換器１０に本発明によるプロテクタ２０を装着した第１実施形態を概略的に示している。また、図２〜図４は熱交換器１０のコア１１を示し、図５および図６は熱交換器１０の一方のヘッダー１２を示し、図７および図８は熱交換器１０の他方のヘッダー１３を示し、図９および図１０はプロテクタ２０を示している。
【０００８】
図１に示した熱交換器１０は、１９個の隔壁１１ａ１〜１１ａ１９（符号１１ａ４〜１１ａ１６の図１への記入は省略）によって仕切られて断面形状を略同一とされた２０個の直線状流路Ｐ１〜Ｐ２０（符号Ｐ４〜Ｐ１７の図１への記入は省略）を幅方向にて並列的に有し、これら各流路Ｐ１〜Ｐ２０が前後方向（図１の上下方向）の両端部にて開口するコア１１を備えるとともに、このコア１１の各端部に嵌合された状態にてろう付けされて密に固着された一対のヘッダー１２，１３を備えている。
【０００９】
また、図１に示した熱交換器１０においては、一方のヘッダー１２に設けた流入口１２ａに、流入パイプ１４が嵌合された状態にてろう付けされて密に固着されるとともに、一方のヘッダー１２に設けた流出口１２ｂに、流出パイプ１５が嵌合された状態にてろう付けされて密に固着されている。
【００１０】
コア１１は、図１と図２〜図４に示したように、アルミニウムの押し出し成形により一体成形されていて、１９個の隔壁１１ａ１〜１１ａ１９を周壁１１ｂの内部に上下方向に有するとともに、周壁１１ｂの下壁部に形成されて下方向に突出し各流路Ｐ１〜Ｐ２０に沿って前後方向に延びる２０個の長尺の放熱フィン１１ｃと１９個の短尺の放熱フィン１１ｄを有している。また、コア１１は、周壁１１ｂの下壁部に形成されて上方向に突出し各流路Ｐ１〜Ｐ２０に沿って前後方向に延びる短尺の吸熱フィン１１ｅを２０個有している。
【００１１】
このコア１１においては、第１の隔壁１１ａ１と偶数番の各隔壁１１ａ２…１１ａ１８と第１９の隔壁１１ａ１９のヘッダー１３側に切欠１１ｆが設けられるとともに、第１と第１９を除く奇数番の各隔壁１１ａ３…１１ａ１７のヘッダー１２側に切欠１１ｇが設けられている。各切欠１１ｆ，１１ｇは、隣接する各流路の端部を連通させるものであり、コア１１の成形後に各隔壁１１ａ１〜１１ａ１９の該当部位を切削により切り欠くことにより形成されている。
【００１２】
このため、このコア１１においては、第２の流路Ｐ２〜第１９の流路Ｐ１９にて、隣接する各流路の端部が交互に連通していて、コア１１と両ヘッダー１２，１３により蛇行流路Ｐａが形成されていて、第２の流路Ｐ２が流入パイプ１４に連通する蛇行流路Ｐａの第１流路とされ、第１９の流路Ｐ１９が流出パイプ１５に連通する蛇行流路Ｐａの最終流路とされている。また、第１の流路Ｐ１が流入パイプ１４に連通するとともに蛇行流路Ｐａの第１流路（第２の流路Ｐ２）に流出側端部にて連通する補助流入路とされ、第２０の流路Ｐ２０が流出パイプ１５に連通するとともに蛇行流路Ｐａの最終流路（第１９の流路Ｐ１９）に流入側端部にて連通する補助流出路とされている。
【００１３】
各ヘッダー１２，１３は、図５〜図８に示したように、アルミニウム母材の片側（コア１１の端部に接合される内側）にコア１１の素材とろう付け性の良好なアルミニウムろうをクラッドしたクラッド金属を素材として、プレス成形により形成されている。これら各ヘッダー１２，１３における各隔壁１１ａ１〜１１ａ１９の端部と接合する部位１２ｃ，１３ｃは平板状とされている。
【００１４】
プロテクタ２０は、外方からの泥はねによる放熱フィン１１ｃ，１１ｄの汚れや飛び石による放熱フィン１１ｃ，１１ｄの変形等を防止するためのものであり、図４、図９および図１０に示したように、合成樹脂により一体成形されていて、その両フック部２１，２２の弾性を利用してコア１１に嵌着されており、コア１１の下方を覆って放熱フィン１１ｃ，１１ｄを下方から保護している。
【００１５】
また、プロテクタ２０のベース部２３には、長尺の放熱フィン１１ｃ間に介在する突起２４が多数形成されている。各突起２４は、走行風（放熱フィン１１ｃ，１１ｄに沿って一方のヘッダー１２から他方のヘッダー１３に向けて流れる空気）の一部により放熱フィン１１ｃの先端部表面近傍に空気の渦流れを形成する渦発生体であり、幅方向にて所定量傾斜して形成されている。
【００１６】
上記のように構成した第１実施形態の熱交換器１０においては、流入パイプ１４の流出側端部が蛇行流路Ｐａの第１流路（第２の流路Ｐ２）と補助流入路（第１の流路Ｐ１）に向けて開口し、流出パイプ１５の流入側端部が蛇行流路Ｐａの最終流路（第１９の流路Ｐ１９）と補助流出路（第２０の流路Ｐ２０）に向けて開口している。
【００１７】
このため、この熱交換器１０においては、内部流体（燃料）が、流入パイプ１４を通して流入パイプ１４の流出側端部から蛇行通路Ｐａの第１流路（Ｐ２）と補助流入路（Ｐ１）に流れ、蛇行通路Ｐａの第１流路と補助流入路から蛇行通路Ｐａの第２流路（Ｐ３）に流れ、蛇行通路Ｐａの第２流路から最終前の流路（Ｐ１８）を順次通って、蛇行通路Ｐａの最終前の流路から蛇行通路Ｐａの最終流路（Ｐ１９）と補助流出路（Ｐ２０）に流れ、蛇行通路Ｐａの最終流路と補助流出路から流出パイプ１５の流入側端部に流れて、この間においてコア１１および両ヘッダー１２，１３外に沿って流れる外部流体（空気）との間にて熱交換される。
【００１８】
また、この第１実施形態においては、熱交換器１０に装着されてコア１１の放熱フィン１１ｃ，１１ｄを外方から保護するプロテクタ２０に、放熱フィン１１ｃの先端部表面近傍に空気の渦流れを形成する渦発生体である突起２４が多数形成されている。このため、外方からの泥はねによる放熱フィン１１ｃ，１１ｄの汚れや飛び石による放熱フィン１１ｃ，１１ｄの変形等を防止することが可能であることは勿論のこと、渦発生体である突起２４により放熱フィン１１ｃの先端部表面近傍に空気の渦流れ（２次流れ）を形成することが可能である。
【００１９】
ところで、放熱フィン１１ｃの先端部表面近傍に形成される空気の渦流れは、放熱フィン１１ｃの先端部表面と空気の接触を促進するため、放熱フィン１１ｃの表面での熱伝達（放熱）を飛躍的に向上させることが可能である。したがって、このプロテクタ２０においては、熱交換器１０における放熱フィン１１ｃ，１１ｄの保護を図りながら、熱交換器１０での冷却性能の向上を図ることが可能である。
【００２０】
また、上記した熱交換器１０においては、流入パイプ１４の流出側端部を蛇行通路Ｐａの第１流路（Ｐ２）と補助流入路（Ｐ１）に向けて開口させ、流出パイプ１５の流入側端部を蛇行通路Ｐａの最終流路（Ｐ１９）と補助流出路（Ｐ２０）に向けて開口させたものである。このため、この熱交換器１０においては、コア１１に形成される各流路Ｐ１〜Ｐ２０の幅方向寸法を、流入パイプ１４と流出パイプ１５（通常、流入パイプと流出パイプは同一寸法のパイプが採用されている）の幅方向寸法（開口径）の略１／２に設定することで、所定の幅方向サイズ内にて、コア１１に蛇行通路Ｐａのための流路を数多く設定することが可能である。したがって、蛇行通路Ｐａの流路全長を長くして、熱交換性能を向上させることが可能である。
【００２１】
また、上記した熱交換器１０においては、コア１１に形成される補助流入路（Ｐ１）と補助流出路（Ｐ２０）の断面形状が蛇行通路Ｐａを構成する各流路Ｐ２〜Ｐ１９の断面形状と略同一であるため、アルミニウムの押し出し一体成形にて製作されるコア１１の成形性は損なわれない。
【００２２】
また、上記した熱交換器１０においては、各ヘッダー１２，１３に仕切り壁（後述する第２実施形態の各ヘッダー３２，３３に設けた仕切り壁３２ｃ，３３ｃ参照）を設けることなく実施することが可能であり、各ヘッダー１２，１３の製法を鋳造、ダイキャストあるいは鍛造等からプレス成形に変更することができて、コスト低減を図ることが可能であるとともに、各ヘッダー１２，１３の小型化、薄肉化が可能であって、当該熱交換器１０の軽量化を図ることが可能である。
【００２３】
また、上記した熱交換器１０においては、各ヘッダー１２，１３の金属素材として、アルミニウム母材の片側（コア１１の端部に接合される内側）にコア１１の素材とろう付け性の良好なアルミニウムろうをクラッドしたクラッド金属を採用したため、コア１１と各ヘッダー１２，１３を密に固着する際のろう付け作業を容易として作業性の改善を図ることが可能である。
【００２４】
図１１〜図１３は、燃料を空気（走行風）により冷却する自動車用のフューエルクーラである熱交換器３０に本発明によるプロテクタ４０を装着した第２実施形態を示している。また、図１４〜図１６は熱交換器３０の一方のヘッダー３２を示し、図１７および図１８は熱交換器１０の他方のヘッダー３３を示し、図１９はプロテクタ４０を示している。
【００２５】
図１１〜図１３に示した熱交換器３０は、２３個の隔壁３１ａ１〜３１ａ２３（符号３１ａ３〜３１ａ２１の図１３への記入は省略）によって仕切られて断面形状を略同一とされた２４個の直線状流路Ｐ１〜Ｐ２４（符号Ｐ３〜Ｐ２２の図１３への記入は省略）を幅方向にて並列的に有し、これら各流路Ｐ１〜Ｐ２４が前後方向（図１３の上下方向）の両端部にて開口するコア３１を備えるとともに、このコア３１の各端部に嵌合された状態にてろう付けされて密に固着された一対のヘッダー３２，３３を備えている。
【００２６】
また、熱交換器３０においては、図１１および図１３に示したように、一方のヘッダー３２に設けた流入口３２ａに、流入パイプ３４が嵌合された状態にてろう付けされて密に固着されるとともに、一方のヘッダー３２に設けた流出口３２ｂに、流出パイプ３５が嵌合された状態にてろう付けされて密に固着されている。
【００２７】
コア３１は、アルミニウムの押し出し成形により一体成形されていて、図１２に示したように、２３個の隔壁３１ａ１〜３１ａ２３を周壁３１ｂの内部に上下方向に有するとともに、周壁３１ｂの下壁部に形成されて下方向に突出し各流路Ｐ１〜Ｐ２４に沿って前後方向に延びる長尺の放熱フィン３１ｃを２４個有している。また、コア３１は、周壁３１ｂの下壁部に形成されて上方向に突出し各流路Ｐ１〜Ｐ２４に沿って前後方向に延びる短尺の吸熱フィン３１ｅを２４個有している。
【００２８】
各ヘッダー３２，３３は、鋳造、ダイキャストあるいは鍛造等により形成されている。一方のヘッダー３２は、図１４〜図１６に示したように、流入口３２ａと流出口３２ｂを有するとともに、１２個の仕切り壁３２ｃを有していて、各仕切り壁３２ｃは、図１３に示したように、奇数番の各隔壁３１ａ１…３１ａ２３のヘッダー３２側端部に接合されている。また、他方のヘッダー３３は、図１７および図１８に示したように、１１個の仕切り壁３３ｃを有していて、各仕切り壁３３ｃは、図１３に示したように、偶数番の各隔壁３１ａ２…３１ａ２２のヘッダー３３側端部に接合されている。
【００２９】
このため、この熱交換器３０においては、流路Ｐ１〜流路Ｐ２４にて、隣接する各流路の端部が交互に連通していて、コア３１と両ヘッダー３２，３３により蛇行流路Ｐａが形成されていて、第１の流路Ｐ１が流入パイプ３４に連通し、第２４の流路Ｐ２４が流出パイプ３５に連通している。
【００３０】
プロテクタ４０は、外方からの泥はねによる放熱フィン３１ｃの汚れや飛び石による放熱フィン３１ｃの変形等を防止するためのものであり、図１２および図１９に示したように、プロテクタ本体４１と、このプロテクタ本体４１に組付けられてコア３１における長尺の放熱フィン３１ｃ間に並列的に介装される２３個の仕切り板４２によって構成されている。
【００３１】
プロテクタ本体４１は、図２０および図２１に示したように、合成樹脂により一体成形されていて、その両フック部４１ａ，４１ｂの弾性を利用してコア３１に嵌着されており、コア１１の下方を覆って放熱フィン３１ｃを下方から保護している。また、プロテクタ本体４１の底壁４１ｃには、図２０に示したように、各仕切り板４２の取付孔４１ｄが多数形成されるとともに、各仕切り板４２間に空気を流通させるための多数の通気長孔４１ｅが貫通して形成されている。
【００３２】
各仕切り板４２は、図２２および図２３に示したように、前後方向に長い矩形の薄肉プレート４２ａと、この薄肉プレート４２ａの下端に所定のピッチで一体的に形成した４個のピン４２ｂと、コア３１における長尺の放熱フィン３１ｃに対向する薄肉プレート４２ａの表裏両面に一体的に形成した多数の突起４２ｃによって構成されている。各突起４２ｃは、走行風（放熱フィン３１ｃに沿って一方のヘッダー３２から他方のヘッダー３３に向けて流れる空気）の一部により放熱フィン３１ｃの表面近傍に空気の渦流れを形成する渦発生体であり、上下方向にて所定量傾斜して形成されている。
【００３３】
上記のように構成した第２実施形態の熱交換器３０においては、流入パイプ３４の流出側端部が蛇行流路Ｐａの第１流路（Ｐ１）に向けて開口し、流出パイプ３５の流入側端部が蛇行流路Ｐａの最終流路（Ｐ２４）に向けて開口している。このため、この熱交換器３０においては、内部流体（燃料）が、流入パイプ３４を通して流入パイプ３４の流出側端部から蛇行通路Ｐａの第１流路（Ｐ１）に流れ、蛇行通路Ｐａの第１流路から最終流路（Ｐ２４）に流れ、蛇行通路Ｐａの最終流路から流出パイプ３５の流入側端部に流れて、この間においてコア３１および両ヘッダー３２，３３外に沿って流れる外部流体（空気）との間にて熱交換される。
【００３４】
また、この第２実施形態においては、熱交換器３０に装着されてコア３１の放熱フィン３１ｃを外方から保護するプロテクタ４０において、各放熱フィン３１ｃ間に並列的に介装される薄肉プレート４２ａの各放熱フィン３１ｃに対向する表裏両面に突起４２ｃが設けられている。このため、薄肉プレート４２ａの表裏両面に対向する各放熱フィン３１ｃの表面近傍に空気の渦流れ（２次流れ）を形成することが可能であり、薄肉プレート４２ａの表裏両面に対向する各放熱フィン３１ｃの表面での熱伝達（放熱）を飛躍的に向上させることが可能である。また、この第２実施形態においては、薄肉プレート４２ａによる整流効果が期待できて、各放熱フィン３１ｃに沿って流れる空気流量の増大を図ることが可能である。したがって、このプロテクタ４０においては、熱交換器３０での冷却性能の更なる向上を図ることが可能である。
【００３５】
上記各実施形態においては、コア１１，３１に放熱フィン１１ｃ・１１ｄ，３１ｃと吸熱フィン１１ｅ，３１ｅが形成される熱交換器１０，３０に設けられて、放熱フィン１１ｃ・１１ｄ，３１ｃに沿って空気が流れることを許容するとともに、放熱フィン１１ｃ・１１ｄ，３１ｃを外方から保護する空冷式熱交換器用プロテクタ２０，４０に本発明を実施したが、図２４、図２５または図２６に示したように、コア５１，６１，７１の上下にそれぞれ複数の放熱フィン５１ｃ・５１ｄ，６１ｃ・６１ｄ，７１ｃ・７１ｄが形成される熱交換器にも同様に実施することが可能であり、上記各実施形態に限定されるものではない。なお、コア６１，７１では、熱交換のための表面積を大きくするために、内表面と外表面のそれぞれに凹凸が多数形成されている。
【００３６】
また、上記各実施形態においては、燃料を空気（走行風）により冷却する自動車用のフューエルクーラに本発明を実施したが、本発明は他の種々な熱交換器にも同様にまたは適宜変更して実施することが可能であり、上記各実施形態に限定されるものではない。また、上記各実施形態においては、一方のヘッダー１２，３２に流入パイプ１４，３４と流出パイプ１５，３５を設けて実施したが、一方のヘッダーに流入パイプまたは流出パイプを設け、他方のヘッダーに流出パイプまたは流入パイプを設けて実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を概略的に示した中央横断平面図である。
【図２】図１に示したコアの側面図である。
【図３】図２に示したコアの底面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】図１に示した一方のヘッダーの背面図である。
【図６】図５に示した一方のヘッダーの底面図である。
【図７】図１に示した他方のヘッダーの正面図である。
【図８】図７に示した他方のヘッダーの底面図である。
【図９】図１と図４に示したプロテクタの正面図である。
【図１０】図９に示したプロテクタの平面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態を示した平面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。
【図１３】図１１に示した第２実施形態の中央横断平面図である。
【図１４】図１１に示した一方のヘッダーの拡大正面図である。
【図１５】図１４に示した一方のヘッダーの中央横断底面図である。
【図１６】図１４に示した一方のヘッダーの背面図である。
【図１７】図１１に示した他方のヘッダーの拡大正面図である。
【図１８】図１７に示した他方のヘッダーの中央横断平面図である。
【図１９】図１１〜図１３に示したプロテクタの正面図である。
【図２０】図１９に示したプロテクタ本体の平面図である。
【図２１】図２０に示したプロテクタ本体の側面図である。
【図２２】図１９に示した仕切り板の一部を省略した拡大側面図である。
【図２３】図２２に示した仕切り板の正面図である。
【図２４】コアの第１変形例を示す正面図である。
【図２５】コアの第２変形例を示す正面図である。
【図２６】コアの第３変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
１０…熱交換器、１１…コア、１１ａ１〜１１ａ１９…隔壁、１１ｂ…周壁、１１ｃ，１１ｄ…放熱フィン、１１ｅ…吸熱フィン、１１ｆ，１１ｇ…切欠、１２…一方のヘッダー、１２ａ…流入口、１２ｂ…流出口、１３…他方のヘッダー、１４…流入パイプ、１５…流出パイプ、Ｐａ…蛇行通路、２０…プロテクタ、２１，２２…フック部、２３…ベース部、２４…突起（渦発生体）、３０…熱交換器、３１…コア、３１ａ１〜３１ａ２３…隔壁、３１ｂ…周壁、３１ｃ…放熱フィン、３１ｅ…吸熱フィン、３２…一方のヘッダー、３２ａ…流入口、３２ｂ…流出口、３２ｃ…仕切り壁、３３…他方のヘッダー、３３ｃ…仕切り壁、３４…流入パイプ、３５…流出パイプ、Ｐａ…蛇行通路、４０…プロテクタ、４１…プロテクタ本体、４１ａ，４１ｂ…フック部、４１ｃ…底壁、４１ｄ…取付孔、４１ｅ…通気長孔、４２…仕切り板、４２ａ…薄肉プレート、４２ｂ…ピン、４２ｃ…突起（渦発生体）。
Claims (2)
- 外部に向けて突出し直線状に延びる放熱フィンを備えた空冷式熱交換器に設けられて、前記放熱フィンに沿って空気が流れることを許容するとともに、前記放熱フィンを外方から保護する空冷式熱交換器用プロテクタにおいて、前記放熱フィンの表面近傍に空気の渦流れを形成する渦発生体を設けたことを特徴とする空冷式熱交換器用プロテクタ。
- 請求項１に記載された空冷式熱交換器用プロテクタにおいて、前記放熱フィンは並列的に複数個有り、前記渦発生体は前記放熱フィン間に並列的に介装される薄肉プレートの前記放熱フィンに対向する表裏両面に設けられていることを特徴とする空冷式熱交換器用プロテクタ。
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- 2002-08-23 JP JP2002243189A patent/JP4125929B2/ja not_active Expired - Fee Related
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