JP2006226649A - 一体型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 １つの熱交換器コアに複数の熱交換部を形成しつつ、チューブとチューブプレートとの熱膨張量差に起因する悪影響を防止できる一体型熱交換器の提供。
【解決手段】 チューブ４とフィン５を交互に複数配置して熱交換器コア１を形成すると共に、この熱交換器コア１のチューブの両端部にチューブプレート2a〜2dを介してそれぞれ独立したタンクT１〜T4を装着することにより、独立した複数の熱交換部11,12を備える一体型熱交換器を形成し、隣接する熱交換部11,12同士の境となる位置でチューブプレートを分断してチューブプレート2a,2c（2b,2d）を形成すると共に、この位置に対応するチューブをデッドチューブ１５とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１つの熱交換器コアに互いに独立した複数の熱交換器部を有する一体型熱交換器に関する。

従来、１つの熱交換器コアに独立した複数の熱交換器部を有する一体型熱交換器の技術が公知になっている（特許文献１参照）。
このような一体型熱交換器では、隣接する熱交換部の境となるチューブを流通媒体を流さないデッドチューブとすることにより、両熱交換部を流通する流通媒体の熱温度差に起因する熱応力の悪影響を防止している。
特開２００２−１１５９９１号公報

しかしながら、特許文献１記載の一体型熱交換器においては、デッドチューブによって両熱交換部の温度差に起因する熱応力の悪影響をある程度防止することはできるものの、チューブとチューブプレートとの熱膨張量差に起因する熱応力によってチューブが破壊される虞があるという問題点があった。

なお、一体型熱交換器は、１つの熱交換器コアに対して独立した複数の熱交換部を形成することによって、製造及材料コストの削減、コンパクト化等を達成しているため、予め複数の熱交換器コアを形成した後、これらを結合した場合には上記目的を達成できない。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、１つの熱交換器コアに独立した複数の熱交換部を形成しつつ、チューブとチューブプレートとの熱膨張量差に起因する悪影響を防止できる一体型熱交換器を提供することである。

本発明の請求項１記載の発明では、チューブとフィンを交互に複数配置して熱交換器コアを形成すると共に、この熱交換器コアのチューブの両端部にチューブプレートを介してそれぞれ独立したタンクを装着することにより、独立した複数の熱交換部を備える一体型熱交換器を形成し、前記隣接する熱交換部同士の境となる位置でチューブプレートを分断すると共に、この位置に対応するチューブをデッドチューブとしたことを特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明にあっては、チューブとフィンを交互に複数配置して熱交換器コアを形成すると共に、この熱交換器コアのチューブの両端部にチューブプレートを介してそれぞれ独立したタンクを装着することにより、独立した複数の熱交換部を備える一体型熱交換器を形成し、前記隣接する熱交換部同士の境となる位置でチューブプレートを分断すると共に、この位置に対応するチューブをデッドチューブとしたため、１つの熱交換器コアに独立した複数の熱交換部を形成しつつ、チューブとチューブプレートとの熱膨張量差に起因する悪影響を防止できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
なお、本実施例１の一体型熱交換器では、１つの熱交換器コアに対して独立した２つの熱交換部が備えられる場合について説明する。
図１は本発明の実施例１の一体型熱交換器を示す正面図、図２は同右側面図、図３は同左側面図、図４は本実施例１のチューブ及びフィンを説明する斜視図、図５は本実施例１の一体型熱交換器の要部拡大斜視図、図６は架橋部を示す斜視図、図７は本実施例１の一体型熱交換器における流通媒体の流れを説明する図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１〜３に示すように、本実施例１の一体型熱交換器は、熱交換器コア１と、熱交換器コア１の上方両側に対を成して配置されるタンクT1,T2と、熱交換器コア１の下方両側に対を成して配置されるタンクT3,T4が備えられている。

タンクT1,T2のうち、タンクＴ１は、略コ字状断面のチューブプレート２ａに最中状に重ねられた状態で設けられ、その内部は、図２に示すように、仕切り部３ａ（破線で図示）で前後方向に分割されることにより、室R1,R2が形成されている。
また、タンクＴ２は、略コ字状断面のチューブプレート２ｂに最中状に重ねられた状態で設けられ、図３に示すように、その内部には室Ｒ３が形成されている。

タンクT3,T4のうち、タンクＴ３は、略コ字状断面のチューブプレート２ｃに最中状に重ねられた状態で設けられると共に、その内部は、図２に示すように、仕切り部３ｂ（破線で図示）で前後方向に分割されることにより、室R4,R5が形成されている。
また、タンクＴ４は、略コ字状断面のチューブプレート２ｄに最中状に重ねられた状態で設けら、図３に示すように、その内部には室Ｒ６が形成されている。

熱交換器コア１は、図４に示すように、車両前後方向に所定間隔に離間した状態で配置されるチューブ4a,4bで構成される偏平状のチューブ４と、このチューブ４と交互に配置される波状のフィン５が複数設けられると共に、各チューブ４の両端部は対応するチューブプレート2a〜2dに嵌挿固定されている。
なお、本実施例１の熱交換器コア１のチューブ4a,4bは、フィン５を共用しているが、チューブ4a,4bにそれぞれ対応するフィンを設けても良い。
また、フィン５の中央に切欠された断熱部を設けたり、ルーバを設けても良い。

また、チューブプレート2a〜2dは一対のレインフォース6,7で連結固定されている。

さらに、タンクＴ１の室R1,R2に連通して入出力ポートP1,P2がそれぞれ車両後方側に突出した状態で設けられ、タンクＴ３の室R4,R5に連通して入出力ポートP3,P4がそれぞれ車両後方側に突出した状態で設けられている。

これにより、１つの熱交換器コア１の上側に、一対のタンクT1,T2と、このタンクT1,T2に対応するチューブ４とフィン５で構成される第１熱交換部１１が形成され、その下側に、一対のタンクT3,T4と、このタンクT3,T4に対応するチューブ４とフィン５で構成される第２熱交換部１２が形成されている。

そして、図５に示すように、両熱交換部11,12の境となる位置でチューブプレート２ａ（２ｂ）とチューブプレート２ｃ（２ｄ）に分断されると共に、両タンクT1,T3（T2,T4）において対応するチューブプレート2a,2c(2b,2d)から最も離れた部位を結合するように板状の架橋部１３（１４）が設けられている。
なお、本実施例１の架橋部13,14は、図６に示す板状の金属製板材が対応するタンクT1,T3（T2,T4）にそれぞれ溶接Ｘで固定されることにより設けられている。

また、両熱交換部11,12の境となる位置に対応するチューブは、外部に露出した状態でどのタンクT1〜T4にも連通されず、これによってデッドチューブ１５となっている。
なお、本実施例１ではデッドチューブ１５を合計２本設けているが、この本数については適宜設定できる。

その他、本実施例１の一体型熱交換器の全ての構成部材はアルミ製であり、各構成部材の接合部のうちの少なくとも一方側にはろう材から成るクラッド層（ブレージングシート）が設けられている。

次に、作用を説明する。
このように構成された一体型熱交換器を製造する際は、先ず、チューブ４とフィン５を交互に複数配置して１つの熱交換器コア１を形成する。
続いて、この熱交換器コア１のチューブ４の両端部をそれぞれ図外の一対のチューブプレートに嵌挿固定すると共に、これら一対のチューブプレートを一対のレインフォース6,7で連結固定した後、タンクT１〜T4を装着して仮組する。

次に、仮組された一体型熱交換器を図外の加熱炉で熱処理することにより、各構成部材をろう付けして一体的に形成する。

次に、両熱交換部11,12同士の境となる位置で一対のチューブプレートをそれぞれ長手方向に分断することにより、チューブプレート2a〜2dを形成した後、タンクT1,T3（T2,T4）同士を架橋部１３（１４）で溶接Ｘして結合する。

なお、タンクT1,T3（T2,T4）同士と架橋部１３（１４）を予め一体型熱交換器と共にろう付けして固定した後、両熱交換部11,12同士の境となる位置で一対のチューブプレートをそれぞれ長手方向に分断しても良い。

このように構成された一体型熱交換器では、第１熱交換部１１をＦＣＶ車の燃料電池を冷却するためのメインラジエータとし、第２熱交換部１２をモータや回路等を冷却するためのサブラジエータとした場合、図７に示すように、第１熱交換部１１の入出力ポートＰ１からタンクＴ１の室Ｒ１に流入した約８０℃前後の流通媒体（二点鎖線矢印で図示）は、室R1,R3に対応するチューブ４ａを流通する間にフィン５を介して車両走行風またはファンによる強制風と熱交換して冷却された後、タンクＴ２の室Ｒ３に流入する。

次に、タンクＴ２の室Ｒ３の流通媒体は、室R2,R3に対応するチューブ４ｂを流通する間にフィン５を介して車両走行風またはファンによる強制風と熱交換して約４０℃前後まで冷却された後、タンクＴ１の室Ｒ２に流入して入出力ポートＰ２から排出される。

また、第２熱交換部１２の入出力ポートＰ３からタンクＴ３の室Ｒ４に流入した約６０℃前後の流通媒体（一点鎖線矢印で図示）は、室R4,R6に対応するチューブ４ａを流通する間にフィン５を介して車両走行風またはファンによる強制風と熱交換して冷却された後、タンクＴ４の室Ｒ６に流入する。

次に、タンクＴ４の室Ｒ６の流通媒体は、室R5,R6に対応するチューブ４ｂを流通する間にフィン５を介して車両走行風またはファンによる強制風と熱交換して４０℃前後まで冷却された後、タンクＴ３の室Ｒ５に流入して入出力ポートＰ４から排出される。

従って、本実施例１の一体型熱交換器は、１つの熱交換器コア１に対して独立した２つの熱交換部11,12を備えて機能することになる。

ここで、本実施例１の一体型熱交換器では、両熱交換部11,12を流通する流通媒体の温度差が異なることにより、室R1〜R6の流通媒体の温度が異なる。
従って、両熱交換部11,12を流通する流通媒体の温度差に起因する様々な方向の熱応力によってチューブ４が破損する虞がある。
具体的には、両熱交換部11,12のチューブ４には主に長手方向に膨張するような力に加え、チューブ４とチューブプレート2a〜2dとの熱膨張量差に起因する多方向の力が作用する。

また、両熱交換部11,12の境となる位置のチューブには両者の温度差に起因する力が生じる。

なお、流通媒体が２系統あることからタンクT1〜T4の流通媒体に温度差が生じることは相違ないが、各タンクT1〜T4の流通媒体の具体的な温度については、熱交換部11,12が使用される冷却対象及び流通媒体の種類、その冷却性能に応じて異なり、この限りではない。

しかしながら、本実施例１の一体型熱交換器にあっては、前述したように、両熱交換部11,12の境となる位置でチューブプレートを分断してチューブプレート2a,2c（2b,2d）で構成したため、チューブ４の長手方向に作用する力と、チューブ４とチューブプレート2a〜2dとの熱膨張量差に起因する多方向の力によるチューブプレート2a,2c（2b,2d）の変位を許容でき、これによって、チューブ４が破壊されるのを防止できる。

また、熱交換部同士の境となるチューブ４をデッドチューブ１５としたため、両熱交換部11,12の温度差に起因する悪影響を防止できる。

さらに、架橋部13,14によって両タンクT1,T3（T2,T4）を結合したことにより、チューブプレート2a,2c（2b,2d）の変位を最大限に許容しつつ、適切に規制できる。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、本実施例１の一体型熱交換器にあっては、チューブ４とフィン５を交互に複数配置して熱交換器コア１を形成すると共に、この熱交換器コア１のチューブの両端部にチューブプレート2a〜2dを介してそれぞれ独立したタンクT１〜T4を装着することにより、独立した複数の熱交換部11,12を備える一体型熱交換器を形成し、隣接する熱交換部11,12同士の境となる位置でチューブプレートを分断してチューブプレート2a,2c（2b,2d）を形成すると共に、この位置に対応するチューブをデッドチューブ１５としたため、１つの熱交換器コア１に複数の熱交換部11,12を形成しつつ、チューブ４とチューブプレートチューブプレート2a〜2dとの熱膨張量差に起因する悪影響を防止できる。

また、隣接する熱交換部11,12のタンクT1,T3（T2,T4）同士を架橋部１３（１４）で結合したため、分断されたチューブプレート2a,2c（2b,2d）の変位をある程度許容しつつ、適切に規制できる。

さらに、前記架橋部13,14を隣接する熱交換部11,12のタンクT1,T3（T2,T4）におけるチューブプレート2a,2c（2b,2d）から最も離れた部位同士を結合するように設けたため、分断されたチューブプレート2a,2c（2b,2d）の変位を最大限に許容しつつ、適切に規制でき、好適となる。

以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、本実施例１では、１つの熱交換器コア１に対して２つの熱交換部11,12を形成したが、２つ以上の熱交換部を形成しても良い。
また、架橋部、チューブプレートの形状、形成数については適宜設定できる。

また、本実施例１では、タンクT1,T3の内部を車両前後方向に仕切ることにより両熱交換部11,12の流通媒体の流路を長くなるように形成したが、タンクT1,T3の内部を仕切らず、入出力ポートP2,P4をタンクT2,T4側に設ける構造にしても良い。

本発明の実施例１の一体型熱交換器を示す正面図である。 本発明の実施例１の一体型熱交換器を示す右側面図である。 本発明の実施例１の一体型熱交換器を示す左側面図である。 本実施例１のチューブ及びフィンを説明する斜視図 本実施例１の一体型熱交換器の要部拡大斜視図である。 架橋部を示す斜視図である。 本実施例１の一体型熱交換器における流通媒体の流れを説明する図である。

符号の説明

Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 入出力ポート
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６ 室
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ タンク
１ 熱交換器コア
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ チューブプレート
３ａ、３ｂ 仕切り部
４、４ａ、４ｂ チューブ
５ フィン
６、７ レインフォース
１１ 第１熱交換部
１２ 第２熱交換部
１３、１４ 架橋部
１５ デッドチューブ

Claims (3)

1. チューブとフィンを交互に複数配置して熱交換器コアを形成すると共に、この熱交換器コアのチューブの両端部にチューブプレートを介してそれぞれ独立したタンクを装着することにより、独立した複数の熱交換部を備える一体型熱交換器を形成し、
   前記隣接する熱交換部同士の境となる位置でチューブプレートを分断すると共に、この位置に対応するチューブをデッドチューブとしたことを特徴とする一体型熱交換器。
2. 請求項１記載の一体型熱交換器において、
   前記隣接する熱交換部のタンク同士を架橋部で結合したことを特徴とする一体型熱交換器。
3. 請求項１または２記載の一体型熱交換器において、
   前記架橋部を隣接する熱交換部のタンクにおけるチューブプレートから最も離れた部位同士を結合するように設けたことを特徴とする一体型熱交換器。

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