JP2011242119A - 熱交換器のヘッダタンク - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器の各チューブに流れる熱交換流体の流量を均一化する熱交換器のヘッダタンクを提供する。
【解決手段】複数のチューブ５が並列に設けられたコア部２に熱交換流体を供給する熱交換器１のヘッダタンク３であって、熱交換流体をヘッダタンク３に導入する導入部９と、ヘッダタンク３内に突出し、導入部９の中心軸方向と交差する方向に延設し、中心軸方向に並列に設けられ、熱交換流体をチューブ５に流入する複数のリブ８ａ〜８ｄとを備え、複数のリブ８ａ〜８ｄは、導入部９からの距離が大きくなるにつれて、ヘッダタンク３内へ突出する。
【選択図】図５

Description

本発明は熱交換器のヘッダタンクに関する。

従来、熱交換流体が、熱交換器のチューブに行き渡るように熱交換器のヘッダタンクにリブを設けたものが特許文献１に開示されている。

特開２０００−１３０６６号公報

しかし、上記発明では、熱交換流体の流れを遮るように形成されたリブの背面側に供給される熱交換流体が少なくなり、リブの背面側のチューブに流入する熱交換流体の流量が少なくなり、各チューブに流入する熱交換流体の流量を均一化することができない、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、各チューブに流入する熱交換流体の流量を均一化することを目的とする。

本発明のある態様に係る熱交換器のヘッダタンクは、複数のチューブが並列に設けられたコア部に熱交換流体を供給する熱交換器のヘッダタンクであって、熱交換流体をヘッダタンクに導入する導入部と、ヘッダタンク内に突出し、導入部の中心軸方向と交差する方向に延設し、中心軸方向に並列に設けられ、熱交換流体をチューブに流入する複数のリブとを備え、複数のリブは、導入部からの距離が大きくなるにつれて、ヘッダタンク内へ突出する。

上記態様によると、熱交換器の各チューブに流入する熱交換流体の流量を均一化することができる。

第１実施形態のインタークーラーの正面図である。 第１実施形態のインタークーラーの平面図である。 第１実施形態の第１ヘッダタンクの斜視図である。 第１実施形態の第１ヘッダタンクを正面から見た側面図である。 図４におけるＶ−Ｖ断面図である。 図１におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。 第１実施形態における熱交換流体の流れを説明する模式図である。 第２実施形態のインタークーラーの正面図である。 第２実施形態のインタークーラーの平面図である。 第２実施形態の第１ヘッダタンクを正面から見た側面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。

本発明の第１実施形態の構成について図１を用いて説明する。本実施形態では、熱交換器のヘッダタンクとしてインタークーラーのヘッダタンクを例にして説明するが、これに限れることはなく、ラジエータなどのヘッダタンクにも用いることができる。図１は本実施形態のインタークーラーの正面図である。図２は本実施形態のインタークーラーの平面図である。

本実施形態のインタークーラー１は、熱交換流体の熱交換を行うコア部２と、コア部２に熱交換流体を導入する第１ヘッダタンク３と、コア部２から熱交換流体が排出される第２ヘッダタンク４とを備える。

コア部２は、熱交換流体が流入する複数のチューブ５と、複数のフィン６とを備える。

チューブ５は水平方向に延設されており、各チューブ５は鉛直方向に並列に配置され、隣接するチューブ５間にフィン６が配置される。各チューブ５には高温の熱交換流体が流入し、熱交換流体はコア部２において外気と熱交換を行って冷却された後に、各チューブ５から第２ヘッダタンク４へ排出される。なお、図１においては一部のフィン６のみを図示する。本実施形態では、各チューブ５は水平方向に延設され、鉛直方向に並列に配置されているが、これに限られることはなく、例えば水平方向に並列に配置してもよい。

次に第１ヘッダタンク３について図３、４を用いて説明する。図３は第１ヘッダタンク３の斜視図である。図４は第１ヘッダタンク３を正面から見た側面図である。

第１ヘッダタンク３には熱交換流体が導入される室７が形成される。第１ヘッダタンク３は、チューブ５に熱交換流体を流入する複数のリブ８ａ〜８ｄと、熱交換流体を室７へ導入する導入部９と、第１ヘッダタンク３をコア部２に取り付けるフランジ１０とを備える。第１ヘッダタンク３は、鉛直方向下側になるにつれてチューブ５との距離が小さくなるように湾曲している。

導入部９は、円筒状に形成され、室７の上方から室７内に熱交換流体を導入する。なお、本実施形態においては、導入部９の中心軸９ａの軸方向は鉛直方向と一致するが、これに限られることはなく、鉛直方向から傾いていても良い。

リブ８ａ〜８ｄは、第１ヘッダタンク３の内壁を室７に向けて突出して形成される。また、リブ８ａ〜８ｄは、導入部９の中心軸方向と交差する方向に延設され、中心軸方向に並列に設けられる。つまり、リブ８ａ〜８ｄの面は、導入部９の中心軸方向と交差するように設けられている。各リブ８ａ〜８ｄは、導入部９の中心軸を含み、第１ヘッダタンク３の略中心を通る面Ａに対して面対称となる２つのリブで構成される。なお、本実施形態では、面Ａは、導入部９の中心軸９ａとチューブ５の中心軸とを通る平面である。

リブ８ａ〜８ｄは、図１に示すように鉛直方向の上側から下側にかけて湾曲しており、リブ８ａ〜８ｄに当たる熱交換流体の流れ方向を変更して、リブ８ａ〜８ｄがそれぞれ対応するチューブ５に熱交換流体を流入させる。リブ８ａ〜８ｄは、鉛直方向下側のリブほど鉛直方向下側のチューブ５に熱交換流体を流入させる。なお、リブ８ａ〜８ｄを湾曲させずに、導入部９の中心軸９ａの長手方向及び、チューブ５とフィン６が積層する方向に対して、直交するように平面としても良い。

リブ８ａ〜８ｄは、図５に示すように導入部９からの距離が大きくなるにつれてチューブ５側へ突出する。図５は図４におけるＶ−Ｖ断面図である。

また、リブ８ａ〜８ｄは、図６に示すように導入部９からの距離が大きくなるにつれて、リブ８ａ〜８ｄが突出する第１ヘッダタンク３の内壁と向かい合う第１ヘッダタンク３の内壁側へ突出する。本実施形態では、リブ８ａ〜８ｄは、導入部９からの距離が大きくなるにつれて平面Ａ側へ突出する。図６は図１におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。

つまり、リブ８ａ〜８ｄは導入部９からの距離が大きくなるにつれて第１ヘッダタンク３の室７に向けて突出する。

なお、リブ８ａ〜８ｄは、リブ自体の突出量を大きくすることで、第１ヘッダタンク３の室７に向けて突出させても良く、第１ヘッダタンク３をチューブ５側へ湾曲させることで、第１ヘッダタンク３の室７に向けて突出させても良い。つまり、リブ８ａ〜８ｄの端部（縁）が導入部９からの距離が大きくなるにつれて第１ヘッダタンク３に室７側に位置するようにリブ８ａ〜８ｄを形成すれば良い。

リブ８ａ〜８ｄは、鉛直方向上側となるにつれて平面Ａからの距離が大きくなり、例えば最も上側のリブ８ａおよびリブ８ａよりも１つ下側のリブ８ｂでは、導入部９側に位置するリブ８ａ、８ｂの端部は、平面Ａと第１ヘッダタンク３との交線であり、チューブ５と向かい合う交線上に配置されていない。そのため、この交線付近を流れる熱交換流体は、鉛直方向下側のリブ８ｃ、８ｄによって、鉛直方向下側のチューブ５に流入する。

リブ８ａ〜８ｄはチューブ５に対応して設けられ、本実施形態では各リブ８ａ〜８ｄは、それぞれ２つのチューブ５に熱交換流体を流入するように設けられている。しかし、これに限られることはなく、１つのリブが１つのチューブ５または３以上のチューブ５に熱交換流体を流入させても良い。また、例えば鉛直方向上側となるにつれてリブ間のピッチを狭くしても良く、また鉛直方向上側となるにつれてリブ間のピッチを広くしても良い。

なお、第１ヘッダタンク３の外壁をリブ８ａ〜８ｄの形成に合わせて、室７側へ窪ませているが、窪ませずに第１ヘッダタンク３を形成しても良い。また、リブ８ａ〜８ｄを第１ヘッダタンク３とは異なる部材で構成し、第１ヘッダタンク３内に配置しても良い。

第２ヘッダタンク４は第１ヘッダタンク３と同様の構成であり、排出部１１から熱交換流体を排出する。なお、第２ヘッダタンク４を第１ヘッダタンク３と異なる構成としても良い。

次に第１実施形態の作用について説明する。

第１ヘッダタンク３に熱交換流体が導入部９より導入された場合の熱交換流体の流れについて図７を用いて説明する。図７は図５における熱交換流体の流れを示す模式図である。

第１ヘッダタンク３に流入した熱交換流体のうち、チューブ５からの距離が大きい熱交換流体は、鉛直方向において最も上側に位置するリブ８ａに衝突し、リブ８ａによって流れ方向が変更されてリブ８ａに沿って、リブ８ａに対応するチューブ５に流入する。リブ８ａによってチューブ５に流入する熱交換流体よりもチューブ５側の熱交換流体は、リブ８ｂに衝突し、リブ８ｂによって流れ方向が変更されてリブ８ｂに沿って、リブ８ｂに対応するチューブ５に流入する。さらにチューブ５側の熱交換流体は、リブ８ｃまたはリブ８ｄによって、それぞれ対応するチューブ５に流入する。

このように、チューブ５に近づくにつれて、熱交換流体は鉛直方向下側のリブに衝突し、鉛直方向下側のリブによって、鉛直方向下側のリブに対応する鉛直方向下側のチューブ５に流入する。つまり、鉛直方向上側のリブの背面側のリブが、鉛直方向上側のリブよりもチューブ５側に突出することで、背面側のリブは背面側のリブに対応するチューブ５に熱交換流体を流入させる。

なお、本実施形態では、平面Ａに対して対象となるようにリブ８ａ〜８ｄを設けたが、平面Ａに対してリブが非対称となるように、例えば図６において平面Ａの右側のリブと左側のリブとをずらして設けても良い。これにより、リブのピッチを狭くすることなく、各チューブ５に流入する熱交換流体の流量を調整することができる。

また、本実施形態では、リブ８ａ〜８ｄは、導入部９からの距離が大きくなるにつれてチューブ５側および平面Ａ側へ突出しているが、いずれか一方側へ突出するリブであっても良い。また、リブ８ａ〜８ｄを２つのリブで構成せずに、１つのリブまたは連続した１つのリブで構成しても良い。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

本実施形態では、第１ヘッダタンク３内に突出するリブ８ａ〜８ｄを、鉛直方向下側となるにつれて、つまり導入部９からの距離が大きくなるにつれて、第１ヘッダタンク３内へ突出するように設ける。例えば、リブ８ａ〜８ｄを、導入部９からの距離が大きくなるにつれて、チューブ５側、およびリブ８ａ〜８ｄが突出する第１ヘッダタンク３の内壁と向かい合う内壁側に突出するように設ける。これにより、各リブ８ａ〜８ｄによって熱交換流体をリブ８ａ〜８ｄに対応するチューブに流入させることができる。そのため、鉛直方向下側のチューブ５、つまり、或るリブの背面側のチューブ５に流入する熱交換流体の流量が少なくなることを抑制することができ、各チューブ５に流入する熱交換流体の流量を均一化することができる。

鉛直方向上側となるにつれて、平面Ａとの距離が大きくなるようにリブ８ａ〜８ｄを設けるので、鉛直方向上側のリブ８ａ、８ｂの端部は平面Ａと第１ヘッダタンク３との交線上には設けられていない。そのため、この交線付近を流れる熱交換流体を鉛直方向下側のリブ８ｃ、８ｄによって、鉛直方向下側のチューブ５に流入させることができ、各チューブ５に流入する熱交換流体の流量を均一化することができる。

次に本発明の第２実施形態について図８、９を用いて説明する。

図８は本実施形態のインタークーラーの正面図である。図９は本実施形態のインタークーラーの平面図である。ここでは、第１実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

インタークーラー２０のコア部２１は、各チューブ２２が水平方向に並列に配置される。つまり、各チューブ２２は、導入部２５の中心軸２５ａと交差する方向、本実施形態では中心軸２５ａに対して垂直方向に並列に配置される。

第１ヘッダタンク２３について更に図１０、図１１を用いて説明する。

図１０は第１ヘッダタンク２３を正面から見た側面図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。

第１ヘッダタンク２３は、複数のリブ２４ａ、２４ｂを備える。リブ２４ａ、２４ｂは、導入部２５からの距離が大きくなるにつれてチューブ２２側へ突出する。リブ２４ａ、２４ｂは、鉛直方向下側のリブ２４ｂほど中心側のチューブ２２に熱交換流体を流入させる。つまり、鉛直方向の上側のリブ２４ａは、外側のチューブ２２に熱交換流体を流入させる。

リブ２４ａは、面Ａと第１ヘッダタンク２３とが当接する箇所近辺に導入部２５側へ突出する凸部２６ａを備える。凸部２６ａは、平面Ａに沿って形成され、凸部２６の稜線から鉛直方向下側に向けて広がるテーパ状となる。リブ２４ｂも同様に凸部２６ｂを備える。

図１１に示すように、リブ２４ａとリブ２４ｂとは階段状に形成されており、リブ２４ｂによって熱交換流体を確実にチューブ２２に流入させることができる。

本実施形態の作用について説明する。

第１ヘッダタンク２３に流入した熱交換流体のうち、チューブ２２からの距離が大きい熱交換流体は、鉛直方向上側に位置するリブ２４ａに衝突し、リブ２４ａによって流れ方向が変更されて、リブ２４ａに沿って外側のチューブ２２に流入する。また、リブ２４ａに衝突する流体よりもチューブ２２側の熱交換流体は、リブ２４ａよりも鉛直方向下側に位置するリブ２４ｂに衝突し、リブ２４ｂによって流れ方向が変更されて、リブ２４ｂに沿って熱交換流体が流入するチューブ２２よりも内側のチューブ２２に流入する。

また、熱交換流体は、リブ２４ａ、２４ｂに設けた凸部２６ａ、２６ｂによって平面Ａに対して左右方向に均一に流れる。

なお、本実施形態のリブ２４ａ、２４ｂは、１つの連続したリブであるが、第１実施形態と同様に２つのリブで構成してもよい。

本実施形態の効果について説明する。

チューブ２２が水平方向に並列に配置された場合であっても、各チューブ２２に流入する熱交換流体の流量を均一化することができる。

リブ２４ａ、２４ｂに凸部２６ａ、２６ｂを設けることで、リブ２４ａ、２４ｂに衝突した熱交換流体を左右方向に均一に流すことができる。また、凸部２６ａ、２６ｂをテーパ状とすることで、熱交換流体をリブ２４ａ、２４ｂに沿って各チューブ２２にスムーズに流すことができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

１、２０ インタークーラー（熱交換器）
２、２１ コア部
３、２３ 第１ヘッダタンク（ヘッダタンク）
５、２２ チューブ
８ａ〜８ｄ、２４ａ、２４ｂ リブ
９、２５ 導入部
９ａ、２６ａ 中心軸
２６ａ、２６ｂ 凸部

Claims (6)

1. 複数のチューブが並列に設けられたコア部に熱交換流体を供給する熱交換器のヘッダタンクであって、
   前記熱交換流体を前記ヘッダタンクに導入する導入部と、
   前記ヘッダタンク内に突出し、前記導入部の中心軸方向と交差する方向に延設し、前記中心軸方向に並列に設けられ、前記熱交換流体を前記チューブに流入する複数のリブとを備え、
   前記複数のリブは、前記導入部からの距離が大きくなるにつれて、前記ヘッダタンク内へ突出することを特徴とする熱交換器のヘッダタンク。
2. 前記複数のリブは、前記チューブ側へ突出することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器のヘッダタンク。
3. 前記複数のリブは、前記リブが突出する前記ヘッダタンクの内壁と向かい合う前記ヘッダタンクの内壁側へ突出することを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器のヘッダタンク。
4. 前記複数のリブは、前記導入部からの距離が小さくなるにつれて、前記導入部の中心軸を含み、前記ヘッダタンクの略中心を通る面からの距離が大きくなることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器のヘッダタンク。
5. 前記複数のチューブは、前記導入部の中心軸と交差する方向に並列に設けられ、
   前記複数のリブは、前記導入部からの距離が大きくなるにつれて、外側に位置する前記チューブに前記熱交換流体を流入することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の熱交換器のヘッダタンク。
6. 前記リブは、前記導入部側に突出する凸部を備えることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器のヘッダタンク。

Images