JP2009041824A

JP2009041824A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2009041824A
Application number: JP2007206360A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Takise; 真一郎滝瀬; Naomi Sugimoto; 尚規杉本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2009-02-26

Abstract

【課題】タンク内を上流側と下流側とに仕切る仕切部材を備える熱交換器において、仕切部材に隣接するチューブの熱歪みを低減する。
【解決手段】複数のチューブ２と、複数のチューブ２と連通する上側タンク４１および下側タンク４２と、下側タンク４２の内部を上流側と下流側とに仕切る第２仕切板７２とを備えるヒータコアにおいて、複数のチューブ２のうち、第２仕切板７２と対応する部位に配置される仕切チューブ２０の内部に、仕切チューブ２０内の一部をチューブ積層方向に分割するセパレータ２１を設け、セパレータ２１を第２仕切板７２と連続的に繋げ、下側タンク４２のうち第２仕切板７２より上流側の空間４２Ａから仕切チューブ２０内におけるセパレータ２１より上流側に流入した冷却水の一部が、仕切チューブ２０内におけるセパレータ２１より下流側から下側タンク４２のうち第２仕切板７２より下流側の空間４２Ｂに流出するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器に関し、車両用空調装置の加熱用熱交換器に適用して有効である。

従来、この種の加熱用熱交換器（ヒータコア）として、暖房効率を向上させるため、上側タンクと下側タンクの少なくとも一方に、タンク内を上流側と下流側とに仕切る仕切部材を設け、冷却水がＵターン状またはＮターン状に流れるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−９２９４７号公報

このような構成のヒータコアにおいて、仕切部材より上流側のチューブには、冷却水流入口からの高温の冷却水が直接流入するが、仕切部材より下流側のチューブには、空気と熱交換した後の冷却された低温の冷却水が流入する。このため、仕切部材に隣接するチューブ間には温度差が発生するので、仕切部材に隣接する２つのチューブの熱膨張量は互いに異なる。

したがって、仕切部材に隣接するチューブ間の温度差に起因する熱膨張量の違いにより、仕切部材に隣接するチューブとタンクとの根付部（接合部）に熱歪みに伴う熱応力が発生しやすい。そして、この熱応力が繰り返し発生すると、根付部近傍のチューブが破断するという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、タンク内を上流側と下流側とに仕切る仕切部材を備える熱交換器において、仕切部材に隣接するチューブの熱歪みを低減することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、複数のチューブ（２）のうち、仕切部材（７２）と対応する部位に配置される仕切チューブ（２０）の内部には、仕切チューブ（２０）内の一部を複数のチューブ（２）の積層方向に分割するセパレータ（２１）が設けられており、セパレータ（２１）は、仕切部材（７２）と連続的に繋がっており、少なくとも一方のタンク（４２）のうち仕切部材（７２）より上流側の空間（４２Ａ）から仕切チューブ（２０）内におけるセパレータ（２１）より上流側に流入した熱媒体の一部が、仕切チューブ（２０）内におけるセパレータ（２１）より下流側から少なくとも一方のタンク（４２）のうち仕切部材（７２）より下流側の空間（４２Ｂ）に流出するように構成されていることを特徴としている。

これによれば、仕切チューブ（２０）内において、熱媒体の一部を他方のタンク（４１）をバイパスさせて、一方のタンク（４２）うち仕切部材（７２）より下流側の空間（４２Ｂ）に直接流入させることができる。このため、仕切部材（７２）に隣接するチューブ（２）間で発生する温度差を緩和することができるので、仕切部材（７２）に隣接するチューブ（２）の熱歪みを低減することが可能となる。

また、上記特徴の熱交換器において、仕切チューブ（２０）は、他のチューブ（２）よりも複数のチューブ（２）の積層方向における長さが長くなっていてもよい。これによれば、仕切チューブ（２０）内にセパレータ（２１）を設けても、熱媒体が流通するのに十分な通路断面積を確保することが可能となる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態について図１に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器を、車両用空調装置内に配置され、エンジンを冷却した冷却水（熱媒体）を熱源とするヒータコア（加熱用熱交換器）１に適用したものである。図１は、本実施形態に係るヒータコア１を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態のヒータコア１は、冷却水が流通するチューブ２を備えている。このチューブ２は、空気の流通方向（紙面垂直方向）が長径方向と一致するように扁平状に形成されているとともに、その長手方向が鉛直方向に一致するように水平方向に複数本平行に配置されている。また、チューブ２の積層方向（以下、チューブ積層方向という）中央部には、他のチューブ２よりチューブ積層方向の長さが長い、すなわち流路断面積が大きいセンターチューブ３が配置されている。

チューブ２の長手方向端部には、チューブ２の長手方向と直交する方向に延びて複数のチューブ２およびセンターチューブ３と連通するヘッダタンク４が設けられている。このヘッダタンク４は、チューブ２およびセンターチューブ３が挿入接合されたコアプレート４ａと、コアプレート４ａとともにタンク内空間を構成するタンク本体４ｂとを有して構成されている。

ここで、ヘッダタンク４のうち、上方側に配置されるものを上側タンク４１といい、下方側に配置されるものを下側タンク４２という。そして、上側タンク４１の中央部の上面には、上側タンク４１内から冷却水を流出させる冷却水流出口４１０が設けられている。また、下側タンク４２の左右の端部には、下側タンク４２内に冷却水を流入させる冷却水流入口４２０が設けられている。なお、上側タンク４１が本発明の第１タンクに相当し、下側タンク４２が本発明の第２タンクに相当している。

チューブ２およびセンターチューブ３の両側の扁平面には波状に成形されたフィン５が接合されており、このフィン５により空気との伝熱面積を増大させて冷却水と空気との熱交換を促進している。なお、以下、チューブ２、センターチューブ３およびフィン５からなる略矩形状の熱交換部をコア部６と呼ぶ。また、コア部６の両端部には、チューブ２の長手方向と略平行に延びてコア部６を補強するインサート７が設けられている。

上側タンク４１内には、中央寄りに２つの第１仕切板７１が間隔を開けて配置されている。そして、２つの第１仕切板７１により、上側タンク４１のタンク内空間が、複数のチューブ２の上端と連通する上流側空間４１Ａと、センターチューブ３の上端および冷却水流出口４１０と連通する下流側空間４１Ｂとに仕切られている。

下側タンク４２内には、２つの第２仕切板７２が間隔を開けて配置されている。第２仕切板７２は、センターチューブ３の左側と右側とに１つずつ配置されている。そして、第２仕切板７２により、下側タンク４２のタンク内空間が、複数のチューブ２のうち上流側（本実施形態ではチューブ積層方向外側）に配置される上流側チューブ群２Ａの下端および冷却水流入口４２０と連通する上流側空間４２Ａと、複数のチューブ２のうち下流側（本実施形態ではチューブ積層方向内側）に配置される下流側チューブ群２Ｂおよびセンターチューブ３の下端と連通する下流側空間４２Ｂとに仕切られている。なお、第２仕切板７２が、本発明の仕切部材に相当している。

これにより、冷却水は、冷却水流入口４２０から下側タンク４２の上流側空間４２Ａに流入し、上流側チューブ群２Ａを通じて上側タンク４１の上流側空間４１Ａに流れる。続いて、下流側チューブ群２Ｂを経て下側タンク４２の下流側空間４２Ｂに流れ、センターチューブ３を通じて上側タンク４１の下流側空間４１Ｂ、すなわち２つの第１仕切板７１間に流入し、冷却水流出口４１０から流出するというＮターン状に流れる。

ところで、複数のチューブ２のうち、第２仕切板７２と対応する部位に配置されるチューブを仕切チューブ２０という。この仕切チューブ２０は、他のチューブ２よりチューブ積層方向の長さのみが長くなっており、本実施形態ではセンターチューブ３と同じチューブが使用されている。

また、仕切チューブ２０の内部には、仕切チューブ２０内の冷却水通路の一部をチューブ積層方向に分割するセパレータ２１が配設されている。セパレータ２１は、第２仕切板７２と連続的に繋がっている。本実施形態では、セパレータ２１は、第２仕切板７２と一体に形成されている。そして、セパレータ２１は、仕切チューブ２０におけるチューブ積層方向中央部において、仕切チューブ２０内の一部をチューブ積層方向に２つに分割している。

ここで、仕切チューブ２０内にセパレータ２１によって形成された２つの冷却水通路のうち、セパレータ２１より上流側（本実施形態ではチューブ積層方向外側）の冷却水通路を上流側通路２０Ａといい、セパレータ２１より下流側（本実施形態ではチューブ積層方向内側）の冷却水通路を下流側通路２０Ｂという。上流側通路２０Ａは下側タンク４２の上流側空間４２Ａと連通しており、下流側通路２０Ｂは下側タンク４２の下流側空間４２Ｂと連通している。

これにより、下側タンク４２の上流側空間４２Ａから仕切チューブ２０の上流側通路２０Ａに流入した冷却水の一部が、仕切チューブ２０の下流側通路２０Ｂから下側タンク４２の下流側空間４２Ｂに流出する。すなわち、仕切チューブ２０内において、冷却水がセパレータ２１に沿ってＵターンするように流れる。

以上説明したように、第２仕切板７２と対応する部位に配置される仕切チューブ２０の内部に、仕切チューブ２０内の一部をチューブ積層方向に分割するセパレータ２１を設け、このセパレータ２１を第２仕切板７２と連続的に繋げることにより、仕切チューブ２０内において、下側タンク４２の上流側空間４２Ａから流入した冷却水の一部を、上側タンク４１をバイパスさせて下側タンク４２の下流側空間４２Ｂに直接流入させるようにできる。このため、第２仕切板７２に隣接するチューブ２間で発生する温度差を緩和することができるので、第２仕切板７２に隣接するチューブ２の熱歪みを低減することが可能となる。

このとき、セパレータ２１におけるチューブ長手方向の長さを変更することで、仕切チューブ２０内において上側タンク４１をバイパスする冷却水量を調整し、仕切チューブ２０内における冷却水の温度分布の最適化を図ることができる。

また、仕切チューブ２０を、他のチューブ２よりもチューブ積層方向における長さを長く形成することで、仕切チューブ２０内にセパレータ２１を設けても、冷却水が流通するのに十分な通路断面積を確保することができる。また、本実施形態のように、仕切チューブ２０としてセンターチューブ３と同じチューブを用いることで、仕切チューブ２０のために新たなチューブを用意する必要がないため、部品種類の増加を抑制できる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、ヒータコア１を、冷却水が上下方向に流れるダウンフロー型の熱交換器とした例について説明したが、冷却水が水平方向に流れるクロスフロー型の熱交換器としてもよい。

また、上記実施形態では、本発明に係る熱交換器をヒータコア１に適用した例について説明したが、これに限らず、ラジエータ、エバポレータ等の各種の熱交換器に適用してもよい。この場合、熱媒体としては、エンジン冷却水以外のものを用いてもよい。

また、上記実施形態では、本発明に係る熱交換器を、上側タンク４１および下側タンク４２それぞれに仕切板７１、７２を配設し、冷却水がＮターン状に流れるように構成した熱交換器に適用した例について説明したが、これに限らず、２つのタンク４１、４２のうちいずれか一方のみに仕切板を配設し、冷却水がＵターン状に流れるように構成した熱交換器に適用してもよい。

本実施形態に係るヒータコア１を示す断面図である。

符号の説明

２…チューブ、２０…仕切チューブ、２１…セパレータ、４１…上側タンク（第１タンク）、４２…下側タンク（第２タンク）、４２Ａ…上流側空間、４２Ｂ…下流側空間、７２…第２仕切板（仕切部材）。

Claims

熱媒体が流れる複数のチューブ（２）と、
前記チューブ（２）の長手方向両端部に配置され、前記複数のチューブ（２）と連通する第１、第２タンク（４１、４２）と、
前記第１、第２タンク（４１、４２）のうち少なくとも一方のタンク（４２）の内部を上流側と下流側とに仕切る仕切部材（７２）とを備える熱交換器であって、
前記複数のチューブ（２）のうち、前記仕切部材（７２）と対応する部位に配置される仕切チューブ（２０）の内部には、当該仕切チューブ（２０）内の一部を前記複数のチューブ（２）の積層方向に分割するセパレータ（２１）が設けられており、
前記セパレータ（２１）は、前記仕切部材（７２）と連続的に繋がっており、
前記少なくとも一方のタンク（４２）のうち前記仕切部材（７２）より上流側の空間（４２Ａ）から前記仕切チューブ（２０）内における前記セパレータ（２１）より上流側に流入した熱媒体の一部が、前記仕切チューブ（２０）内における前記セパレータ（２１）より下流側から前記少なくとも一方のタンク（４２）のうち前記仕切部材（７２）より下流側の空間（４２Ｂ）に流出するように構成されていることを特徴とする熱交換器。
前記仕切チューブ（２０）は、他の前記チューブ（２）よりも前記複数のチューブ（２）の積層方向における長さが長くなっていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。