JP2009092269A - 二重管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】内部流体に対する抵抗低減と、攪拌作用の強化とによって、更なる性能向上を可能とする二重管式熱交換器を提供する。
【解決手段】外管１１０の内側に内管１２０が挿通されて、両管１１０、１２０の間に形成される内部流路１３０を流通する内部流体と、内部流路１３０の外側を流通する外部流体との間で熱交換する二重管式熱交換器において、外管１１０、および内管１２０の表面に、螺旋状の外管螺旋溝１１１、および内管螺旋溝１２１をそれぞれ形成し、両螺旋溝１１１、１２１のピッチ寸法を異なるものとして、両管１１０、１２０の軸線に対して直交する断面で見た時に、外管螺旋溝１１１の谷部１１１ａ、および内管螺旋溝１２１間の峰部１２１ａが接触する接触部１３１を備える接触断面部と、谷部１１１ａ、および峰部１２１ａが非接触状態となる非接触断面部とを軸線の方向に交互に繰返し形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、外管と内管とから成り、例えばラジエータのタンク内に装着されてＡＴＦ（オートマッチックトランスミッションフルード）の冷却用に適用して好適な二重管式熱交換器に関するものである。

従来、外管と内管とを備える二重管式熱交換器として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。即ち、特許文献１における二重管式熱交換器は、外管と内管とにそれぞれ捩り方向が逆向きとなる螺旋状の波形が形成されており、外管の波形の谷部と内管の波形の頂部とが交差する部位で互いに接合されるようになっている。

これにより、外管と内管との間の内部流路が多数の流通路として形成され、内部流体に対して攪拌作用を与えて、インナーフィンを不要として、内部流体の伝熱性能を高めるようにしている。
特開平１０−３８４９１号公報

しかしながら、上記の二重管式熱交換器においては、外管の波形の谷部と内管の波形の頂部とが交差するすべての部位で、谷部と頂部とが接合されるようになっているので、内部流路は接合部を多数含む規則正しい流通路となり、内部流体に対する攪拌作用をもたらすと言えども、多数の接合部による抵抗増加や、更には内部流体の流速、流れ方向の画一化を招いており、更なる性能向上の余地を残していた。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、内部流体に対する抵抗低減と、攪拌作用の強化とによって、更なる性能向上を可能とする二重管式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、外管（１１０）の内側に内管（１２０）が挿通されて、両管（１１０、１２０）の間に形成される内部流路（１３０）を流通する内部流体と、内部流路（１３０）の外側を流通する外部流体との間で熱交換する二重管式熱交換器において、
外管（１１０）、および内管（１２０）の表面には、螺旋状の外管螺旋溝（１１１）、および内管螺旋溝（１２１）がそれぞれ形成され、
両螺旋溝（１１１、１２１）のピッチ寸法は異なっており、
両管（１１０、１２０）の軸線に対して直交する断面で見た時に、
外管螺旋溝（１１１）の谷部（１１１ａ）、および内管螺旋溝（１２１）間の峰部（１２１ａ）が接触する接触部（１３１）を備える接触断面部と、
谷部（１１１ａ）、および峰部（１２１ａ）が非接触状態となる非接触断面部とが軸線の方向に交互に繰返し形成されたことを特徴としている。

これにより、まず、内部流路（１３０）内を接触断面部の接触部（１３１）によって多数の流路に分割することができる。そして、非接触断面部によって内部流体の流れ方向、および内部流体の流速に対して変化を持たせることができ、より複雑な内部流体の流れを形成できるので、引用文献１に対して更に熱交換性能を向上させることができる。

また、非接触断面部を設けることで、内部流路（１３０）の流通断面積を大きくすることができるので、内部流体に対する抵抗を低減することができる。

接触断面部と非接触断面部の形成にあたっては、請求項２に記載の発明のように、両螺旋溝（１１１、１２１）の螺旋方向を逆向きとする、あるいは請求項３に記載の発明のように、両螺旋溝（１１１、１２１）の螺旋方向を同じ向きにすることで、確実に対応することができる。

請求項４に記載の発明では、外管（１１０）、および内管（１２０）の軸線に対して直交する断面は、長円状に形成されたことを特徴としている。

これにより、一つの方向に対して搭載条件の厳しい場合に、長円状の短径方向を搭載条件の厳しい方向に合わせることで、搭載性に優れる二重管式熱交換器（１００Ａ）とすることができる。

請求項５に記載の発明では、外管螺旋溝（１１１）、および内管螺旋溝（１２１）は、共に多条に形成される多条螺旋溝（１１１、１２１）であることを特徴としている。

これにより、内部流路（１３０）をより細かく分割することができ、内部流体に対する攪拌効果を高めることができる。

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実施形態の二重管式熱交換器は、ＡＴＦ（オートマチックトランスミッション用のフルード）冷却用の二重管式オイルクーラ１００Ａに適用したものである。尚、図１は二重管式オイルクーラ１００Ａの外観を示す外観図、図２は図１におけるＡ−Ａ部を示す断面図、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。

二重管式オイルクーラ（以下、オイルクーラ）１００Ａは、ラジエータのロウアタンクに内蔵されて、外管１１０および内管１２０の間に形成される内部流路１３０を流通するＡＴＦ（内部流体）と、内部流路１３０の外側（外管１１０の外側および内管１２０の内側）を流通するエンジン冷却水（外部流体）との間で熱交換する二重管式の熱交換器である。

図１、図２に示すように、オイルクーラ１００Ａは、外管１１０および内管１２０によって形成される本体部１０１と、この本体部１０１に接合されるニップル１０２とを備えている。外管１１０、内管１２０、ニップル１０２は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金から成り、互いに組付けされた後に一体的にろう付けされている。

外管１１０は、管軸に対して直交する基本断面形状が長円状を成す管部材（扁平管部材）であり、長手方向の両端部近傍に図示しないニップル用孔が２箇所、穿設されている。そして、外管１１０の表面で、２箇所のニップル用孔の間に位置する領域には、外管螺旋溝１１１が形成されている。外管螺旋溝１１１は、多条（例えば３条）の螺旋溝として形成されている。

内管１２０は、上記外管１１０よりも外径寸法が一回り小さく設定され、管軸に対して直交する基本断面形状が長円状を成す管部材（扁平管部材）である。内管１２０の長手方向の両端部近傍には、外管１１０の長手方向端部の内周面に当接するように拡管された拡管部１２２が形成されている。内管１２０は、外管１１０の内側に挿通されて、外管１１０の長手方向端部と内管１２０の拡管部１２２の端部とが周方向全体に渡ってろう付けされている。よって、外管１１０と内管１２０との間には空間部が形成されて、この空間部はＡＴＦが流通する内部流路１３０となっている。

そして、内管１２０の表面には、外管螺旋溝１１１と同様に内管螺旋溝１２１が形成されている。内管螺旋溝１２１は、多条（例えば３条）の螺旋溝として形成されており、また、内管螺旋溝１２１の螺旋方向は、外管螺旋溝１１１の螺旋方向に対して、逆向きとなっている。更に、外管螺旋溝１１１と内管螺旋溝１２１とでは、螺旋ピッチ（一巻き分の溝間の寸法）が異なる螺旋溝となっている。

上記の本体部１０１においては、管軸方向に対して直交する断面で見た時の外管１１０と内管１２０との接触、非接触状態が以下のようになっている。

即ち、図３に示すように、本体部１０１は、外管螺旋溝１１１の谷部１１１ａと、内管螺旋溝１２１の間に形成される峰部１２１ａとが、周方向の少なくとも２箇所で接触状態となる接触部１３１（図３では３箇所）を形成する接触断面部を有している。

更に、図４に示すように、この接触断面部から螺旋溝の半ピッチ隣となる位置で、外管螺旋溝１１１の谷部１１１ａと、内管螺旋溝１２１の峰部１２１ａとが、非接触状態となる（リング状空間となる）非接触断面部を有している。そして、接触部１３１を形成する接触断面部と、リング状空間を形成する非接触断面部とが、管軸方向に交互に繰り返し形成されている。

よって、内部流路１３０は、接触断面部における接触部１３１によって複数に分割される空間と、非接触断面におけるリング状空間とが交互に接続されて形成される流路となっている。

ニップル１０２は、一端側に鍔状部を備える円筒状部材であり、鍔状部側の端部が外管１１０のニップル用孔に挿入されて、ろう付けされている。よって、ニップル１０２は内部流路１３０と連通し、一方のニップル１０２が外部から内部流路１３０へのＡＴＦ流入用の入口部となり、他方のニップル１０２が内部流路１３０から外部へのＡＴＦ流出用の出口部となっている。

上記のように形成されるオイルクーラ１００Ａは、図示しないエンジン冷却用のラジエータのロウアタンク内に収容される。ロウアタンクは断面がＵ字状を成しており、オイルクーラ１００Ａの長円状断面の長径、短径方向がロウアタンクのＵ字状断面の長径、短径方向に沿うように配設される。ニップル１０２は、ロウアタンクの側壁を内部から外部に向けて貫通するように取付けされる。

そして、ＡＴＦが一方のニップル１０２から内部流路１３０に流入され、内部流路１３０を流通したＡＴＦは、他方のニップル１０２から流出される。また、ラジエータ内を流通するエンジン冷却水は、アッパタンク、コア部を経てロウアタンクにおいてオイルクーラ１００Ａの外管１１０の外側と内管１２０の内側を流通してエンジンに戻される。オイルクーラ１００Ａにおいては、ＡＴＦとエンジン冷却水との間で熱交換されて、ＡＴＦは冷却されることになる。

本実施形態では、外管１１０と内管１２０との表面にピッチ寸法が異なり、螺旋方向が逆向きとなる外管螺旋溝１１１と内管螺旋溝１２１とを形成して、更に、内部流路１３０において、接触断面部と非接触断面部とが交互に繰り返されるようにしている。

これにより、まず、内部流路１３０内を接触断面部の接触部１３１によって多数の流路に分割することができる。そして、非接触断面部によって内部流体の流れ方向、および内部流体の流速に対して変化を持たせることができ、より複雑な内部流体の流れを形成できるので、引用文献１に対して更に熱交換性能を向上させることができる。

また、非接触断面部を設けることで、内部流路１３０の流通断面積を大きくすることができるので、内部流体に対する抵抗を低減することができる。

また、外管１１０、内管１２０の断面形状を長円状としているので、断面形状がＵ字状を成すラジエータのロウアタンクのように、一つの方向に対して搭載寸法の厳しいものにおいて、長円状の短径方向を搭載寸法の厳しい方向に合わせることで、搭載性に優れるオイルクーラ１００Ａとすることができる。

更に、各螺旋溝１１１、１２１を多条の螺旋溝としているので、内部流路１３０をより細かく分割することができ、内部流体に対する攪拌効果を高めることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態におけるオイルクーラ１００Ｂを図５〜図８に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して外管螺旋溝１１１と内管螺旋溝１２１との螺旋方向を同じ向きにしたものである。

上記第１実施形態と同様に、両螺旋溝１１１、１２１のピッチ寸法は異なるものとしているので、本体部１０１においては、両螺旋溝１１１、１２１の螺旋方向が同じ向きであっても、内部流路１３０は、図７、図８に示すように、接触部１３１を形成する接触断面部（図７）と、谷部１１１ａおよび峰部１２１ａが非接触状態となる非接触断面部（図８）とが交互に繰返される流路として形成されている。これにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、各管１１０、１２０の断面形状を長円状のものとしたが、これに限らず円形の管としても良い。

また、各螺旋溝１１１、１２１を多条の螺旋溝としたが、１条の螺旋溝としても良い。

また、各部材はアルミニウム系材料に関らず、銅系、黄銅系の材料としても良い。

また、本二重管式熱交換器を、内部流体としてのＡＴＦを外部流体としてのエンジン冷却水によって冷却するものとして説明したが、その他エンジンオイル等の内部流体を冷却するもの、あるいは、ＡＴＦ、エンジンオイル等の内部流体を外部流体によって加熱するもの等に適用しても良い。

第１実施形態における二重管式オイルクーラの外観を示す外観図である。 図１におけるＡ−Ａ部を示す断面図である。 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実施形態における二重管式オイルクーラの外観を示す外観図である。 図５におけるＤ−Ｄ部を示す断面図である。 図６におけるＥ−Ｅ部を示す断面図である。 図６におけるＦ−Ｆ部を示す断面図である。

符号の説明

１００Ａ、１００Ｂ 二重管式オイルクーラ（二重管式熱交換器）
１１０ 外管
１１１ 外管螺旋溝
１１１ａ 谷部
１２０ 内管
１２１ 内管螺旋溝
１２１ａ 峰部
１３０ 内部流路
１３１ 接触部

Claims (5)

1. 外管（１１０）の内側に内管（１２０）が挿通されて、前記両管（１１０、１２０）の間に形成される内部流路（１３０）を流通する内部流体と、前記内部流路（１３０）の外側を流通する外部流体との間で熱交換する二重管式熱交換器において、
   前記外管（１１０）、および前記内管（１２０）の表面には、螺旋状の外管螺旋溝（１１１）、および内管螺旋溝（１２１）がそれぞれ形成され、
   前記両螺旋溝（１１１、１２１）のピッチ寸法は異なっており、
   前記両管（１１０、１２０）の軸線に対して直交する断面で見た時に、
   前記外管螺旋溝（１１１）の谷部（１１１ａ）、および前記内管螺旋溝（１２１）間の峰部（１２１ａ）が接触する接触部（１３１）を備える接触断面部と、
   前記谷部（１１１ａ）、および前記峰部（１２１ａ）が非接触状態となる非接触断面部とが前記軸線の方向に交互に繰返し形成されたことを特徴とする二重管式熱交換器。
2. 前記外管螺旋溝（１１１）と前記内管螺旋溝（１２１）の螺旋方向が逆向きとなっていることを特徴とする請求項１に記載の二重管式熱交換器。
3. 前記外管螺旋溝（１１１）と前記内管螺旋溝（１２１）の螺旋方向が同じ向きとなっていることを特徴とする請求項１に記載の二重管式熱交換器。
4. 前記外管（１１０）、および前記内管（１２０）の前記軸線に対して直交する断面は、長円状に形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の二重管式熱交換器。
5. 前記外管螺旋溝（１１１）、および前記内管螺旋溝（１２１）は、共に多条に形成される多条螺旋溝（１１１、１２１）であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の二重管式熱交換器。

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