JP2009180467A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のチューブ間での温度のバラツキが生じない熱交換器を提供すること。
【解決手段】熱交換器は、第１のタンク（上タンク１）と第２のタンク（下タンク２）とを並設された複数の熱交換用のチューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）で連通させると共に、前記複数のチューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）を介して前記両タンク（１，２）間で作動流体を流す際に、前記チューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）内の作動流体と前記チューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）外の外部流体との間での熱交換を行うようにしている。しかも、前記複数のチューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）内を流れる前記作動流体の流れ方向を一本置き又は数本置きに異ならせるようにしている。
【選択図】図１

Description

この発明は、並設された複数の熱交換用のチューブを有する熱交換器に関するものである。

この種の熱交換器としては、例えば自動車のラジエータやヒータコア等がある。このような熱交換器では、並設された多数の熱交換用のチューブの両端部を一対のタンクにそれぞれ接続すると共に、この多数のチューブ間にコルゲートフィンを設けた構成としているのが普通である。

ところで、従来の熱交換器には、一方のタンク内の長手方向の中央に隔壁を設けて、一方のタンク内を流入タンク部と流出タンク部とに分けた構成としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この熱交換器において、多数のチューブのうち並設方向の半分は複数の上流側チューブとなり、多数のチューブのうち並設方向の残り半分は複数の下流側チューブとなり、他方のタンクは上流側チューブと下流側チューブの中間に位置する中間タンクとなる。このような熱交換器では、一方のタンクの流入タンク部に流入するクーラント（流体）が、上流側チューブ，中間タンク，下流側チューブ，一方のタンクの流出タンク部の順に流れることになる。
特開平１１−３５１７８６号公報

しかし、従来の熱交換器では、クーラント（冷却水または冷却液）が上流側チューブ，中間タンク，下流側チューブと流れるに従って温度が低下するために、複数の上流側チューブ内のクーラントの温度は複数の下流側チューブ内のクーラントの温度よりも高く、多数のチューブ間で温度のバラツキが生ずるものであった。

そこで、この発明は、複数のチューブ間での温度のバラツキが生じない熱交換器を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するため、この発明は、第１のタンクと第２のタンクとを並設された複数の熱交換用のチューブで連通させると共に、前記複数のチューブを介して前記両タンク間で作動流体を流す際に、前記チューブ内の作動流体と前記チューブ外の外部流体との間での熱交換を行うようにした熱交換器において、前記複数のチューブ内を流れる前記作動流体の流れ方向を一本置き又は数本置きに異ならせるようにした熱交換器としたことを特徴とする。

この構成によれば、複数のチューブ間での温度のバラツキが生じるのを防止できる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図７は、この発明にかかるラジエータ，ヒータコア等の熱交換器を示したものである。この図１，図２，図４〜図６において、１は熱交換器の左右に延びる上タンク（第１のタンク）、２は熱交換器の左右に延びる下タンク（第２のタンク）である。また、上タンク１は、仕切壁３により、流入タンク部としての下部の第１タンク部４と、流出タンク部としての上部の第２タンク部５に区画されている。

この仕切壁３には、図５に示したように上タンク１の左右方向の一端部（右端部）側において下端が第１タンク部４に開口し、且つ、第２タンク部５を貫通して上タンク１の上方に突出するパイプ６が流入パイプ（第１のパイプ）として一体に設けられている。この上タンク１の上壁１ａには、上タンク１の左右方向の他端部（左端部）側において下端が第２タンク部５に開口するパイプ７が流出パイプ（第２のパイプ）として一体に設けられている。

また、上タンク１と下タンク２との間には、扁平で上下に延びる熱交換用の複数の上流側チューブとしての第１チューブ８、及び扁平で上下に延びる熱交換用の複数の下流側チューブとしての第２チューブ９が配設されている。

この複数の第１チューブ８及び第２チューブ９は、互いに平行に且つ左右に間隔をおいて１つ置きに（交互）に配設されている。しかも、第１チューブ８は、上下端部が第１タンク部４と下タンク２に接続されて、第１タンク部４と下タンク２に連通している。

更に、第２チューブ９は、下端が下タンク２に接続されて、下タンク２に連通している。また、第２チューブ９の上端部は、上タンク１の下壁１ｂを貫通して第１タンク部４内に配設されていると共に、第２タンク部５に接続されて第２タンク部５に連通している。

また、第１チューブ８は、第２チューブ９よりも扁平に形成されている。しかも、この第１チューブ８は、図７に示したように水平断面において配列方向と直交する方向のる長さＬ１が第２チューブ９の長さＬ２の略２倍に形成されている（図３参照）。更に、第１チューブ８及び第２チューブ９の断面積は略同じに形成されている。

尚、説明の便宜上、図示は省略したが、第１チューブ８と第２チューブ９との間には放熱フィンが介装されると共に、送風ファン（図示せず）により第１チューブ８と第２チューブ９との間に空気が送風されるようになっている。

このような構成において、パイプ６から第１タンク部４内に作動流体（クーラントである冷却液または冷却水等）を流入させると、この作動流体は矢印Ｂ１のように複数の第１チューブ８内を下方に向けて流れて下タンク２内に流入する。この後、作動流体は、第２チューブ９内を矢印Ｂ２のように上方に向けて流れて第２タンク部５内に流入した後、パイプ７から流出させられる。

このような作動流体の流れに伴って、送風ファン（図示せず）で第１チューブ８と第２チューブ９との間に空気が送風されることにより、第１チューブ８と第２チューブ９の外表面及び放熱フィン（図示せず）の部分で熱交換が行われる。

このように第２チューブ９の横断面形状の扁平度を小さくすることで、第２チューブ９内の流体抵抗を小さくできるので、熱交換器全体の流路抵抗を少なくして効果的な熱交換を行うことができる。
[変形例１]
以上説明した実施例では、第１チューブ８と第２チューブ９との水平断面における寸法や形状を異ならせたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図８〜図１５に示したように構成しても良い。

即ち、図８，図１０，図１５に示したように、第１チューブ８と第２チューブ９との水平断面における寸法や形状を同じにしても良い。また、パイプ６とパイプ７は、図８，図１０に示したように第１チューブ８と第２チューブ９の配列方向の互いに反対側に配置されている。しかも、パイプ６とパイプ７は、配列方向と直交（交差）する方向の互いに反対側に配置されている。尚、第１チューブ８と第２チューブ９の配列範囲をＡ０とすると、パイプ６とパイプ７は配列範囲をＡ０を避けた位置で且つ最も離れた位置に設けられている。

尚、図１では、パイプ６を流入パイプとして、パイプ７を流出パイプとしていると共に、第１チューブ８を上流側チューブとし且つ第２チューブ９を下流側チューブとしているが、必ずしもこれに限定されるものではない。即ち、図８〜図１０に示したように、パイプ６を流出パイプとし且つパイプ７を流入パイプとし、第２チューブ９を上流側チューブとし且つ第１チューブ８を下流側チューブとしてもよい。

このような構成において、パイプ７から第２タンク部５内に作動流体を流入させると、作動流体は第２チューブ９の上部開口端を避けた位置で第２タンク部５内に流入することになる。この後、この作動流体は矢印Ｂ３で示したように複数の第２チューブ９内を下方に向けて流れて下タンク２内に流入する。そして、この作動流体は、第１チューブ８内を上方に向けて流れて第１タンク部４内に流入した後、パイプ６から流出させられる。この際、作動流体は、第１チューブ８の上部開口端を避けた位置でパイプ６から流出させられる。

このような作動流体の流れに伴って、上述した実施例と同様に、送風ファン（図示せず）で第１チューブ８と第２チューブ９との間に空気が送風されることにより、第１チューブ８と第２チューブ９の外表面及び放熱フィン（図示せず）の部分で熱交換が行われる。

このように第２チューブ９の配列範囲Ａ０の真上から互いに水平方向に避けた位置にパイプ７を設けることで、作動流体がパイプ７から第２タンク部５内に流入する際に、作動流体はパイプ７近傍の第２チューブ９に直線的に流入することはないので、作動流体が複数の第２チューブ９により平均的に分散して流入しやすくなる。この結果、複数の第２チューブ９内を流れる作動流体の流速をより均一化できる。

また、第１チューブ８の配列範囲Ａ０の真上から避けた位置にパイプ６を設けることで、作動流体が複数の第１チューブ８から第１タンク部４内に流入する際に、作動流体がパイプ６近傍の第１チューブ８からパイプ６に直線的に流入することはないので、作動流体が複数の第１チューブ８から第１タンク部４内に流入して混合された後、平均化されてパイプ６から流出しやすくなる。この結果、複数の第１チューブ８内を流れる作動流体の流速をより均一化できる。

しかも、図１０に示したようにパイプ７から第２タンク部５内に流入した作動流体が複数の第２チューブ９に流入する際の流れを上流側タンク内流れＢ３とし、複数の第１チューブ８から第１タンク部４内に流入した作動流体がパイプ６に向けて流れる際の流れを下流側タンク内流れをＢ４とすると、第２チューブ９と第１チューブ８の配列範囲の真上から互いに水平方向且つ反対方向に避けた位置にパイプ７とパイプ６を設けることで、上流側タンク内流れＢ３と下流側タンク内流れＢ４は互いにずれた状態となる。

この結果、第１タンク部４と第２タンク部５を仕切壁３で区画した上タンク１であっても、上流側タンク内流れＢ３と下流側タンク内流れＢ４とが仕切壁３を介して熱交換されるエネルギー量が少なくなるので、複数の第１チューブ８と第２チューブ９からなるコア部分で良好な熱交換を行うことができる。
[変形例２]
変形例１では、パイプ６及びパイプ７を上タンク１の上方に突出させるように構成したが、必ずしもこれに限定されるものではない。

例えば、図１６に示したように、パイプ６及びパイプ７を上タンク１の側方に突出させた構成としても良い。
[変形例３]
また、上述した実施例では、上タンク１内を仕切壁３により下側の第１タンク部４と上側の第２タンク部５に区画した構成としたが、必ずしもこれに限定されるものではない。

例えば、図１７〜図１９に示したように構成しても良い。この図１７，図１９において上タンク１内は、上下及び左右方向に延びる仕切壁（第１，第２の仕切壁）１０，１１で中央の接続タンク部１２とその両側の第１タンク部１３及び第２タンク部１４に区画されている。また、接続タンク部１２内は、チューブ配列方向に間隔をおいて配列した複数の仕切壁１５により複数の上流側小流体室１６ａ，１６ｃと下流側小流体室１６ｂ，１６ｄに区画されている。この上流側小流体室１６ａ，１６ｃと下流側小流体室１６ｂ，１６ｄは交互に一つ置きに設けられている。

そして、複数の第１チューブ８は上流側小流体室１６ａ，１６ｃに連通するように接続タンク部１２に接続され、複数の第２チューブ９は下流側小流体室１６ｂ，１６ｄに連通するように接続タンク部１２に接続されている。

しかも、図１９に示したように、仕切壁１０には第１タンク部１３と上流側小流体室１６ａ，１６ｃを連通させている上流側連通口１７ａ，１７ｃが形成され、仕切壁１１には第２タンク部１４と下流側小流体室１６ｂ，１６ｄを連通させている下流側連通口１７ｂ，１７ｄが形成されている（図１８参照）。尚、第１タンク部１３にはパイプ１３ａが接続され、第２タンク部１４にはパイプ１４ａが接続されている。

このような構成において、パイプ１４ｄから第１タンク部１４内に作動流体を流入させると、この作動流体は仕切壁１０の上流側連通口１７ａ，１７ｃを介して上流側小流体室１６ａ，１６ｃに流入する。この上流側小流体室１６ａ，１６ｃの作動流体は、矢印Ｂ５のように第１チューブ８内を下方に流れて、下タンク２内に流入する。

また、下タンク２内に流入した作動流体は、矢印Ｂ６のように第２チューブ９内を上方に向けて流れて下流側小流体室１６ｂ，１６ｄに流入した後、下流側連通口１７ｂ，１７ｄから第２タンク部１４に流入し、パイプ１４ａから流出する。

このような作動流体の流れに伴って、送風ファン（図示せず）で第１チューブ８と第２チューブ９との間に空気が送風されることにより、第１チューブ８と第２チューブ９の外表面及び放熱フィン（図示せず）の部分で熱交換が行われる。

以上説明したように、この発明の実施の形態の熱交換器は、第１のタンク（上タンク１）と第２のタンク（下タンク２）とを並設された複数の熱交換用のチューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）で連通させると共に、前記複数のチューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）を介して前記両タンク（１，２）間で作動流体を流す際に、前記チューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）内の作動流体と前記チューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）外の外部流体との間での熱交換を行うようにしている。しかも、前記複数のチューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）内を流れる前記作動流体の流れ方向を一本置き又は数本置きに異ならせるようにしている。

この構成によれば、複数のチューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）間での温度のバラツキが生じるのを防止できる。

また、この発明の実施の形態の熱交換器において、前記第１のタンク（上タンク１）は仕切壁３により区画された第１，第２タンク部４，５を備え、前記第１タンク部４は前記複数のチューブ側に配置され、前記第１，第２タンク部４，５には作動流体の流入又は流出用の第１，第２のパイプ（６，７）がそれぞれ設けられている。しかも、前記複数のチューブは一本置き又は数本置きに前記第１タンク部４に連通させられている第１チューブ８であり、前記複数のチューブの残りは前記第２タンク部５に連通させられている第２チューブ９である構成としている。

この構成によれば、簡単且つコンパクトな構成で、複数のチューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）間での温度のバラツキが生じるのを防止できる。

更に、この発明の実施の形態の熱交換器において、前記第１チューブ８と前記第２チューブ９の断面積は略同じに形成されていると共に、前記第１チューブ８と前記第２チューブ９は配列方向と直交する方向の長さが異ならせている。

この構成によれば、第１チューブ８と第２チューブ９の放熱条件や流体抵抗を異ならせて、第１チューブ８と第２チューブ９と間での温度のバラツキが生じるのを防止するようにできる。

また、この発明の実施の形態の熱交換器において、前記第１チューブ８の配列方向と直交する方向の長さは前記第２チューブ９の配列方向と直交する方向の長さの略２倍に形成している。

この構成によれば、第１チューブ８と第２チューブ９の放熱条件や流体抵抗を異ならせて、第１チューブ８と第２チューブ９と間での温度のバラツキが生じるのを防止するようにできる。

また、この発明の実施の形態の熱交換器において、前記第１，第２のパイプ（６，７）は前記複数のチューブ（８，９）の配列方向の互いに反対側に配置されている。

この構成によれば、第１，第２タンク部４，５内を流れる流体を互いに反対側において流出入させることができるので、第１チューブ８と第２チューブ９と間での温度のバラツキが生じるのをより効果的に防止できる。

また、この発明の実施の形態の熱交換器において、前記第１チューブ８と前記第２チューブ９の断面積は略同じに形成されていると共に、前記第１，第２チューブ（８，９）の配列方向と直交する方向の長さは同じに形成されている。

この構成によれば、第１チューブ８と第２チューブ９の放熱条件や流体抵抗を同じにして、第１チューブ８と第２チューブ９と間での温度のバラツキが生じるのを防止するようにできる。

また、この発明の実施の形態の熱交換器において、前記第１，第２のパイプ（６，７）は、前記複数のチューブ（８，９）の配列範囲を避けた位置に配置されている。

この構成によれば、複数の第１チューブ８と第１のパイプ（６）との間で直線的な流体の流れが生ぜず、複数の第２チューブ９と第２のパイプ（７）との間で直線的な流体の流れが生じない。この結果、複数の第１チューブ８と第１タンク部４との間の流れの均一化を向上させることができると共に、複数の第２チューブ９と第２タンク部５との間の流れの均一化を向上させることができるので、第１チューブ８と第２チューブ９と間での温度のバラツキが生じるのをより効果的に防止するようにできる。

また、この発明の実施の形態の熱交換器において、前記第１，第２のパイプ（６，７）は、前記複数のチューブ（８，９）の配列方向の互いに反対側の位置で且つ前記複数のチューブ（８，９）の配列方向と交差する方向の互いに反対側に位置に設けられている。この際、前記第１，第２のパイプ（６，７）は、前記複数のチューブ（８，９）の配列範囲を避けた位置に配置されている。

この構成によれば、第１，第２タンク部４，５内を流れる流体を互いに反対側において流出入させることができる。しかも、複数の第１チューブ８と第１のパイプ（６）との間で直線的な流体の流れが生ぜず、複数の第２チューブ９と第２のパイプ（７）との間で直線的な流体の流れが生じない。この結果、複数の第１チューブ８と第１タンク部４との間の流れの均一化を向上させることができると共に、複数の第２チューブ９と第２タンク部５との間の流れの均一化を向上させることができる。これらの結果、第１チューブ８と第２チューブ９と間での温度のバラツキが生じるのをより効果的に防止するようにできる。

また、この発明の実施の形態の熱交換器において、前記第１，第２のパイプ（６，７）は、前記第１，第２タンク部４，５の側方にそれぞれ突出させられている。

この構成によれば、第１タンク１の上方に配管スペースがない場合でも、第１，第２のパイプ（６，７）への配管を第１タンク１の側方から容易に行うことができる。

また、この発明の実施の形態の熱交換器において、前記第１タンク１は中央の接続タンク部１２及び該接続タンク部１２の両側に第１，第２の仕切壁１０，１１を介して設けられた第１，第２タンク部１３，１４を有し、前記第１，第２タンク部１３，１４には作動流体の流入又は流出用の第１，第２のパイプ（１３ａ，１４ａ）がそれぞれ設けられている。しかも、前記接続タンク部１２内は前記チューブ（８，９）の配列方向に間隔をおいて配列した複数の仕切壁１５により複数の上流側小流体室１６ａ，１６ｃと下流側小流体室１６ｂ，１６ｄに区画され、前記上流側小流体室１６ａ，１６ｃには前記第１タンク部１３及び前記第１チューブ８が接続され、前記下流側小流体室１６ｂ，１６ｄには前記第２タンク部１４及び第２チューブ９が接続されている。

この構成によれば、簡単な構成で、複数のチューブ（第１チューブ８，第２チューブ９）間での温度のバラツキが生じるのを防止できる。

この発明に係る熱交換器の概略斜視図である。 図１の熱交換器の正面図である。 図１の熱交換器の平面図である。 図３の熱交換器の右側面図である。 図３のＡ１−Ａ１線に沿う断面図である。 図３のＡ２−Ａ２線に沿う断面図である。 図６のＡ３−Ａ３線に沿う断面図である。 この発明に係る熱交換器の変形例を示す概略斜視図である。 図８の熱交換器の正面図である。 図８の熱交換器の平面図である。 図８の熱交換器の右側面図である。 図１０のＡ４−Ａ４線に沿う断面図である。 図１０のＡ５−Ａ５線に沿う断面図である。 図１０のＡ６−Ａ６線に沿う断面図である。 図１２のＡ７−Ａ７線に沿う断面図である。 この発明に係る熱交換器の他の変形例を示す概略側面図である。 この発明に係る熱交換器の更に他の変形例を示す概略斜視図である。 図１７の熱交換器の上タンクの第１タンク部及び第２タンク部を省略した概略斜視図である。 図１７の上タンクの水平断面図である。

符号の説明

１・・・上タンク（第１のタンク）
２・・・下タンク（第２のタンク）
３・・・仕切壁
４・・・第１タンク部
５・・・第２タンク部
６・・・パイプ（第１のパイプ）
７・・・パイプ（第２のパイプ）
８・・・第１チューブ
９・・・第２チューブ
１０・・・仕切壁（第１の仕切壁）
１１・・・仕切壁（第２の仕切壁）
１２・・・接続タンク部
１３・・・第１タンク部
１３ａ・・・パイプ（第１のパイプ）
１４・・・第２タンク部
１４ａ・・・パイプ（第２のパイプ）
１５・・・仕切壁
１６ａ，１６ｃ・・・上流側小流体室
１６ｂ，１６ｄ・・・下流側小流体室

Claims (10)

1. 第１のタンクと第２のタンクとを並設された複数の熱交換用のチューブで連通させると共に、前記複数のチューブを介して前記両タンク間で作動流体を流す際に、前記チューブ内の作動流体と前記チューブ外の外部流体との間での熱交換を行うようにした熱交換器において、
   前記複数のチューブ内を流れる前記作動流体の流れ方向を一本置き又は数本置きに異ならせるようにしたことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、前記第１のタンクは仕切壁により区画された第１，第２タンク部を備え、前記第１タンク部は前記複数のチューブ側に配置され、前記第１，第２タンク部には作動流体の流入又は流出用の第１，第２のパイプがそれぞれ設けられていると共に、前記複数のチューブは一本置き又は数本置きに前記第１タンク部に連通させられている第１チューブであり、前記複数のチューブの残りは前記第２タンク部に連通させられている第２チューブであることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項２に記載の熱交換器において、前記第１チューブと前記第２チューブの断面積は略同じに形成されていると共に、前記第１チューブと前記第２チューブは配列方向と直交する方向の長さが異なることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項２に記載の熱交換器において、前記第１チューブの配列方向と直交する方向の長さは前記第２チューブの配列方向と直交する方向の長さの略２倍に形成されていることを特徴とする熱交換器。
5. 請求項２〜４のいずれか一つに記載の熱交換器において、前記第１，第２のパイプは前記複数のチューブの配列方向の互いに反対側に配置されていることを特徴とする熱交換器。
6. 請求項２に記載の熱交換器において、前記第１チューブと前記第２チューブの断面積は略同じに形成されていると共に、前記第１，第２チューブの配列方向と直交する方向の長さは同じに形成されていることを特徴とする熱交換器。
7. 請求項６に記載の熱交換器において、前記第１，第２のパイプは、前記複数のチューブの配列範囲を避けた位置に配置されていることを特徴とする熱交換器。
8. 請求項７に記載の熱交換器において、前記第１，第２のパイプは、前記複数のチューブの配列方向の互いに反対側の位置で且つ前記複数のチューブの配列方向と交差する方向の互いに反対側に位置に設けられていることを特徴とする熱交換器。
9. 請求項２に記載の熱交換器において、前記第１，第２のパイプは、前記第１，第２タンク部の側方にそれぞれ突出させられていることを特徴とする熱交換器。
10. 請求項１に記載の熱交換器において、前記第１タンクは中央の接続タンク部及び該接続タンク部の両側に第１，第２の仕切壁を介して設けられた第１，第２タンク部を有し、前記第１，第２タンク部には作動流体の流入又は流出用の第１，第２のパイプがそれぞれ設けられていると共に、前記接続タンク部内は前記チューブの配列方向に間隔をおいて配列した複数の仕切壁により複数の上流側小流体室と下流側小流体室に区画され、前記上流側小流体室には前記第１タンク部及び前記第１チューブが接続され、前記下流側小流体室には前記第２タンク部及び第２チューブが接続されていることを特徴とする熱交換器。

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