JP2007101158A

JP2007101158A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2007101158A
Application number: JP2005295341A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Tomura; 義宏戸村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-04-19
Also published as: US20070079957A1

Abstract

【課題】内部流体の負荷を極力受けずに、内部流体の流量分配を容易に可能とする熱交換器を提供する。
【解決手段】複数積層されるチューブ１１１の長手方向一端側に接続される細長の入口側タンク１２０と、入口側タンク１２０の長手方向に沿う壁面１２１ｄから突出して、入口側タンク１２０の内部に連通する入口パイプ１２１ａとを有する熱交換器において、入口パイプ１２１ａの内径部が入口側タンク１２０内に投影される投影領域の中心からずらされて、板状を成して入口側タンク１２０内を長手方向に２つに区画するように、且つ、その板面１２３ａが入口パイプ１２１ａの軸方向に沿うように配設されて、入口パイプ１２１ａから流入する流体を板状の端部１２３ｂで分断して、入口側タンク１２０長手方向の一方側、および他方側に所定流量比となるように分配する分断板１２３を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば自動車用のラジエータに用いて好適な熱交換器に関するものである。

従来の熱交換器として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。この熱交換器は、並列した複数のチューブと、チューブの端部が連通するチューブプレートと、チューブプレートに対して開口縁が接合されて、内部流体流入用のパイプが外面に突出された入口タンクとを有している。

パイプは入口タンクの長手方向の中心からずれた位置に設けられており、パイプの付根を境として長手方向に二分した入口タンクの開口面積の大きい方に、より多くの内部流体が誘導できるように、パイプおよび入口タンク内に仕切りを設けている。パイプ内においては、この仕切りによって形成される流路断面が、上記入口タンクの開口面積の大小に対応するように、仕切りの位置を一方に偏らせて配置している。そして、入口タンク内において、仕切りの先端部を開口面積が大きい方に向けて傾斜させている。

これにより、各チューブに対して内部流体を均一に流通させることができ、熱交換器全体として有効な熱交換を可能としている。
実開平２−１２４２２５号公報

しかしながら、上記特許文献１の熱交換器では、入口タンクの開口面積の大きい側に、より多くの内部流体を流すために、仕切りを傾斜させて、この仕切りの傾斜に沿わせて内部流体の流れ方向を変えるようにしているので、仕切りは常に内部流体からの負荷（圧力）を受ける構造となる。上記特許文献１では、熱交換器としてエンジンの給気を冷却するものとして示されており、内部流体が気体であることから、仕切りに対する負荷は小さいものの、例えば、内部流体として冷却水等の液体を扱う場合は、内部流体による負荷は大きくなり、仕切りの強度、耐久性に係わる考慮が必要となる。仕切りの損傷が生ずると、その破片によってチューブ詰まりに至ることも懸念される。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、内部流体の負荷を極力受けずに、内部流体の流量分配を容易に可能とする熱交換器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、複数積層されるチューブ（１１１）の長手方向一端側に接続される細長の入口側タンク（１２０）と、入口側タンク（１２０）の長手方向に沿う壁面（１２１ｄ）から突出するように設けられて、入口側タンク（１２０）の内部に連通する入口パイプ（１２１ａ）とを有する熱交換器において、入口パイプ（１２１ａ）の内径部が入口側タンク（１２０）内に投影される投影領域の中心からずらされて、板状を成して入口側タンク（１２０）内を長手方向に２つに区画するように、且つ、その板面（１２３ａ）が入口パイプ（１２１ａ）の軸方向に沿うように配設されて、入口パイプ（１２１ａ）から流入する流体を板状の端部（１２３ｂ）で分断して、入口側タンク（１２０）長手方向の一方側、および他方側に所定流量比となるように分配する分断板（１２３）を設けたことを特徴としている。

これにより、分断板（１２３）の板面（１２３ａ）は、流体からの負荷を受けることがないので、耐久性に優れる熱交換器（１００）として提供することができる。

請求項２に記載の発明では、入口パイプ（１２１ａ）は、入口側タンク（１２０）長手方向の一方側に位置しており、分断板（１２３）は、投影領域の中心から、入口側タンク（１２０）長手方向の一方側に所定量ずらされて配設されたことを特徴としている。

これにより、分断板（１２３）の設定がない場合では入口側タンク（１２０）長手方向の他方側への流体流量が低下してしまうが、分断板（１２３）によって他方側への流体流量を増加させることができるので、各チューブ（１１１）に流れる流体流量を均一にして、熱交換器（１００）としての熱交換性能を向上させることができる。

また、流体流量の不均一による各チューブ（１１１）の温度差をなくして、温度差に伴う熱歪みをなくして、熱交換器（１００）の耐久性を向上させることができる。

請求項３に記載の発明では、分断板（１２３）は、入口パイプ（１２１ａ）内に延設されたことを特徴としている。

これにより、流体が入口パイプ（１２１ａ）内に流入した時点で、分断板（１２３）による流体の分断が可能となり、確実な流量分配ができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図４に示す。第１実施形態は、本発明の熱交換器を自動車用のラジエータ１００に適用したものである。尚、図１はラジエータ１００の全体を示す正面図、図２は図１におけるＡ部を示す拡大図、図３は図２におけるＢ−Ｂ部を示す断面図、図４は図２におけるＣ−Ｃ部を示す断面図である。

ラジエータ１００は、図１に示すように、コア部１１０のチューブ１１１内を流れる冷却水が図中の上から下方向に向かういわゆるバーチカルフロータイプのものとしており、基本構成としてコア部１１０、アッパタンク１２０、ロウアタンク１３０を有している。

コア部１１０は、チューブ１１１、コルゲートフィン（以下、フィン）１１２、サイドプレート１１３から構成され、後述する両タンク１２０、１３０のプレート部１２２、１３２に接続されている。これらの各部材１１１〜１１３は、耐強度性、耐腐食性に優れるアルミニウムあるいはアルミニウム合金から形成されている。

チューブ１１１とフィン１１２とは、交互に複数積層されており（図１中の左右方向に並べられており）、積層方向の最外方のフィン１１２の更に外方には断面がコの字状に形成された補強部材としてのサイドプレート１１３が設けられている。尚、チューブ１１１は、例えば帯状の平板材の折り曲げ加工によって形成されており、長手方向に直交する断面は扁平状となっている。また、フィン１１２は、例えば薄肉の帯板材からローラ加工によって波形に成形されており、波形に折り曲げられた折曲部がチューブ１１１の外壁面に当接するようになっている。

各チューブ１１１の長手方向端部は、プレート部１２２、１３２のチューブ孔１２２ａ（図３）に挿入され、また、サイドプレート１１３の長手方向端部はプレート部１２２、１３２に当接され、チューブ１１１、サイドプレート１１３、プレート部１２２、１３２のそれぞれの表面に設けられたろう材によって、各部材１１１〜１１３、１２２、１３２は一体でろう付けされている。

アッパタンク（本発明における入口側タンクに対応）１２０、ロウアタンク１３０は、それぞれタンク本体部１２１、１３１とプレート部１２２、１３２とから構成されており、タンク本体部１２１、１３１は樹脂材（例えばナイロン材）から形成され、プレート部１２２、１３２はアルミニウムあるいはアルミニウム合金から形成されている。

タンク本体部１２１、１３１は、その長手方向（以下、タンク長手方向と呼ぶ）に直交する断面形状が略Ｕ字状を成し（図３）、プレート部１２２、１３２に対向する側が開口する容器体を成している。アッパ側のタンク本体部１２１にはパイプ部（本発明における入口パイプに対応）１２１ａ、冷却水注入用の注水口１２１ｂ、車両への取付け用の取付け部１２１ｃが一体で形成されており、また、ロウア側のタンク本体部１３１にはパイプ部（出口パイプ）１３１ａ、取付け部１３１ｂが一体で成形されている。

尚、パイプ部１２１ａ、１３１ａは、それぞれタンク本体部１２１、１３１の側壁（本発明におけるタンク長手方向に沿う壁面に対応）１２１ｄから、タンク長手方向に対して直交する方向に突出しており、タンク本体部１２１、１３１の内部と連通している。

プレート部１２２、１３２は、例えば表面にろう材がクラッドされた外形細長の板状部材であり、内側領域に複数のチューブ孔１２２ａが長手方向に並ぶように設けられている。そして、プレート部１２２、１３２の外周には、タンク本体部１２１、１３１の開口側外周部が挿入されるタンク挿入部１２２ｂと、タンクかしめ用の複数のかしめ爪１２２ｃとが設けられている。各タンク本体部１２１、１３１の開口側外周部と各プレート部１２２、１３２のタンク挿入部１２２ｂとの間にシールパッキン１２２ｄが介在されて、タンク本体部１２１、１３１とプレート部１２２、１３２とは、複数のかしめ爪１２２ｃによってかしめられて機械的に接合されている。

本実施形態では、車両への搭載性の制約等から、アッパタンク１２０において、パイプ部１２１ａは、タンク長手方向の一方側（図１中の左側）に位置している。また、タンク本体部１２１は、パイプ部１２１ａからタンク長手方向の両端側に向けて、Ｕ字状断面が潰されたようにそのチューブ長手方向となる立ち寸法（図１中の上下方向寸法）が小さくなっている。上記のようにパイプ部１２１ａがタンク本体部１２１の一方側に寄っている分、タンク本体部１２１の他方側（図１中の右側）は、Ｕ字状断面が潰された領域が長く形成されている。

そして、パイプ部１２１ａの位置に対応するタンク本体部１２１内には、分断板１２３が設けられている。分断板１２３は、図２、図３に示すように、板面１２３ａがタンク長手方向に対して直交する方向に拡がる、つまり板面１２３ａがパイプ部１２１ａの軸方向に沿う板状の部材であって、タンク本体部１２１の反パイプ部側となる側壁１２１ｅの内壁からパイプ部１２１ａ側に突出するように延びて、タンク本体部１２１と一体的に形成されている。分断板１２３によってタンク本体部１２１内の空間は、タンク長手方向の一方側（図１中の左側）と他方側（図１中の右側）との２つに区画される。

また、分断板１２３は、パイプ部１２１ａの内径部がタンク本体部１２１内に投影される投影領域に配設されている。投影領域というのは、図４中に示すように、タンク長手方向におけるパイプ部１２１ａの内径寸法に対応する領域である。分断板１２３は、投影領域の中心、つまりパイプ部１２１ａの中心に対して、タンク長手方向の一方側に寸法Ｌ１（所定量）分ずらされて配置されている。つまり、投影領域の一方側が狭く、他方側が広くなっている。更に、分断板１２３の先端側となる端部１２３ｂはＲ状に形成されており、端部１２３ｂと、タンク本体部１２１の側壁１２１ｄの内壁との間に、寸法Ｌ２分の隙間が形成されている。尚、分断板１２３のチューブ１１１長手方向の端部は、一方がタンク本体部１２１のＵ字状断面の天井壁１２１ｆに接続され、他方は、パイプ部１２１ａの外径部にほぼ一致する位置としている。

上記のように形成されるラジエータ１００は、車両のエンジンルーム内の前方（グリルの後方）に配設され、取付け部１２１ｃ、１３１ｂが車両フレームに固定（搭載）される。そして、車両エンジンから延びる入口ホースが、パイプ部１２１ａに装着され、また、エンジンに向けて戻る出口ホースが、パイプ部１３１ａに装着される。

次に、上記構成に基づくラジエータ１００の作動およびその作用効果について説明する。

車両エンジンから入口ホースを介して、パイプ部１２１ａ→アッパタンク１２０内に流入する冷却水は、複数のチューブ１１１内を流通し、この間に冷却風との熱交換により冷却される。この時フィン１１２によってこの熱交換が促進される。そして、冷却水はロウアタンク１３０で回収されパイプ部１３１ａから流出し、出口ホースを介してエンジンに戻る。

通常、アッパタンク１２０（タンク本体部１２１）において、パイプ部１２１ａが図１中の左側に位置し、また、図１中の右側が長い領域に渡ってＵ字状断面の立ち寸法が小さく形成されていると、パイプ部１２１ａから流入する冷却水は、コア部１１０の主に左側に多く流れ、右側の流量が低下する。

しかしながら、本実施形態では、アッパタンク１２０内に分断板１２３を設けるようにしているので、パイプ部１２１ａから流入する冷却水は、図４に示すように、分断板１２３の端部１２３ｂで分断され、投影領域からずらされた寸法Ｌ１、隙間寸法Ｌ２に応じて、左側に対して右側に多くの冷却水を流すことができるので、コア部１１０の各チューブ１１１に均一となるように冷却水を流すことができる。即ち、ラジエータ１００としての熱交換性能を向上させることができる。尚、ずらされた寸法Ｌ１を大きくするほど、投影領域において、広くなる側への冷却水分配量を増大でき、また、隙間寸法Ｌ２を小さくするほど、冷却水に対する分配効果が大きくなる。

この時、分断板１２３は冷却水流れを端部１２３ｂで分断するのみであるので、板面１２３ａに冷却水の負荷（圧力）を受けることがなく、耐久性に優れるラジエータ１００（分断板１２３）として提供することができる。

また、冷却水流量の不均一による各チューブ１１１の温度差をなくして、温度差に伴う熱歪みをなくして、ラジエータ１００の耐久性を向上させることができる。

また、分断板１２３は、単純な板形状を基本として、投影領域の中心からのずれ寸法Ｌ１と隙間寸法Ｌ２との設定により、非常にコンパクトな形でアッパタンク１２０内の右側と左側との冷却水流量を所定比に分配できるので、生産性、コスト面への影響を最小限に抑えることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、分断板１２３の端部１２３ｂをパイプ部１２１ａ内に延設したものとしている。

これにより、冷却水がパイプ部１２１ａ内に流入した時点で、分断板１２３による流体の分断が可能となり、より確実な流量分配ができる。

（その他の実施形態）
上記第１、第２実施形態に対して、アッパタンク１２０におけるパイプ部１２１ａの位置（左寄りに位置している）、タンク本体部１２１の形状（右側が長い領域にわたって潰されている）等にかかわらず、分断板１２３を用いることで、冷却水流量の分配比を積極的に変更することができる。例えば、車両グリルから流入する冷却風量に分布が生ずる場合は、冷却風量の多い側の冷却水量を増やすように、分断板１２３を活用するようにしても良い。

また、パイプ部１２１ａがタンク長手方向に対して、直交せずに傾いて設定される場合でも、分断板１２３の板面１２３ａを傾いたパイプ部１２１ａの軸方向に沿うようにすることで、同様の効果を得ることができる。また、パイプ部１２１ａがタンク本体部１２１の天井壁１２１ｆから突出する場合でも、分断板１２３の適用は可能である。

また、熱交換器の材質としては、アルミニウムあるいはアルミニウム合金に代えて、他の銅系材やステンレス系材としても良い。

また、熱交換器としてラジエータ１００に適用したが、これに限らず、オイルクーラ、ヒータコア、冷凍サイクル中に配設される冷媒凝縮用コンデンサ、冷媒蒸発用のエバポレータ等にも同様に適用できる。また、用途も自動車用に限定されることは無く、家庭用のものでも良い。

ラジエータの全体を示す正面図である。図１におけるＡ部を示す第１実施形態の拡大図である。図２におけるＢ−Ｂ部を示す断面図である。図２におけるＣ−Ｃ部を示す断面図である。第２実施形態における分断板を示す断面図である。

符号の説明

１００ラジエータ（熱交換器）
１１１チューブ
１２０アッパタンク（入口側タンク）
１２１ａパイプ部（入口パイプ）
１２１ｄ側壁（壁面）
１２３分断板
１２３ａ板面
１２３ｂ端部

Claims

複数積層されるチューブ（１１１）の長手方向一端側に接続される細長の入口側タンク（１２０）と、
前記入口側タンク（１２０）の長手方向に沿う壁面（１２１ｄ）から突出するように設けられて、前記入口側タンク（１２０）の内部に連通する入口パイプ（１２１ａ）とを有する熱交換器において、
前記入口パイプ（１２１ａ）の内径部が前記入口側タンク（１２０）内に投影される投影領域の中心からずらされて、板状を成して前記入口側タンク（１２０）内を長手方向に２つに区画するように、且つ、その板面（１２３ａ）が前記入口パイプ（１２１ａ）の軸方向に沿うように配設されて、
前記入口パイプ（１２１ａ）から流入する流体を板状の端部（１２３ｂ）で分断して、前記入口側タンク（１２０）長手方向の一方側、および他方側に所定流量比となるように分配する分断板（１２３）を設けたことを特徴とする熱交換器。
前記入口パイプ（１２１ａ）は、前記入口側タンク（１２０）長手方向の一方側に位置しており、
前記分断板（１２３）は、前記投影領域の中心から、前記入口側タンク（１２０）長手方向の一方側に所定量ずらされて配設されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記分断板（１２３）は、前記入口パイプ（１２１ａ）内に延設されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。