JP2013122368A - Vehicle heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用熱交換器に関し、より詳しくは、それぞれの作動流体が流入されて相互に熱交換して温度が調節される車両用熱交換器に関する。 The present invention relates to a vehicular heat exchanger, and more particularly to a vehicular heat exchanger in which respective working fluids are introduced and heat is mutually exchanged to adjust the temperature.
最近の自動車産業は、環境とエネルギーに対する関心が高まることに伴って、燃費改善のための研究が行われており、多様な消費者の要求を満足させるために軽量化、小型化および高機能化のための研究開発が続いて行われている。
熱交換器は、伝熱壁を通って温度が高い流体から温度が低い流体に熱を伝達するもので、ラジエータ、加熱器、冷却器、蒸発器、および凝縮器などに使用されており、車両では、エンジンルームに装着され、空調システムや変速機オイルクーラーなどに適用されている。
The recent automobile industry has been researched to improve fuel economy as interest in the environment and energy has increased, and it has become lighter, smaller and more functional in order to satisfy diverse consumer demands. Research and development for is ongoing.
Heat exchangers transfer heat from a high temperature fluid to a low temperature fluid through a heat transfer wall, and are used in radiators, heaters, coolers, evaporators, condensers, etc. Is installed in the engine room and applied to air conditioning systems and transmission oil coolers.
熱交換器は、エンジンルームに装着しようとすると、限られた空間であることから装着するに困難を伴い、そこで、熱交換器の小型化、軽量化、さらに高効率化が求められ、精力的な研究が続いている〔例えば、特許文献1〜3参照〕。 When heat exchangers are installed in the engine room, it is difficult to install them due to the limited space. Therefore, heat exchangers are required to be smaller, lighter, and more efficient. Research has continued [see, for example, Patent Documents 1 to 3].
最近は、プレートが積層され、冷却水を熱交換媒体として使用する板型熱交換器や、パイプ内部にさらに細いパイプを配置したシェルアンドチューブ(Shell and Tube)タイプ熱交換器の開発が行われている。しかしながら、板型熱交換器は、高圧流体と低圧流体の相互熱交換の時、プレートの厚さを増大させなければならず、作動流体間の熱交換効率が低下し、製作原価が高くなり、全体重量も増すなどの問題がある。シェルアンドチューブタイプ熱交換器は、比較的熱交換効率に優れるが、流体を乱流にするに難しく、さらに二重パイプとするので製作費用に比べて熱交換効率を上げ難いという問題がある。 Recently, plate-type heat exchangers in which plates are stacked and cooling water is used as a heat exchange medium, and shell and tube type heat exchangers in which thinner pipes are arranged inside pipes have been developed. ing. However, the plate heat exchanger has to increase the thickness of the plate when the heat exchange between the high-pressure fluid and the low-pressure fluid is performed, the heat exchange efficiency between the working fluids is reduced, and the production cost is increased. There are problems such as increasing the overall weight. The shell-and-tube type heat exchanger is relatively excellent in heat exchange efficiency, but it is difficult to make the fluid turbulent, and further, there is a problem that it is difficult to increase the heat exchange efficiency compared to the manufacturing cost because it is a double pipe.
上記問題点を解決するためになされた本発明の目的は、流入する作動流体の流れを変え、乱流を起すことによって、熱交換効率を向上し、冷却性能を向上させることができる車両用熱交換器を提供することにある。 The object of the present invention made to solve the above problems is to improve the heat exchange efficiency and the cooling performance by changing the flow of the inflowing working fluid and causing the turbulent flow. To provide an exchange.
上記目的を達成するための本発明の車両用熱交換器は、第1流入ポートと第1排出ポートを通って第1作動流体が流入および排出できるように形成されたタンクと、タンクの下部と上部に装着され、第1チャンバーと第2チャンバーを形成し、それぞれに第2流入ポートと第2排出ポートを通って第2作動流体が流入および排出できるようにした第1ヘッダと第2ヘッダと、長さ方向に沿って複数の突出部が形成されたプレートを組み合わせて形成された結合管を備え、第1ヘッダの第1チャンバーと第2ヘッダの第2チャンバーを流体が流れることができるように連結された複数の放熱ユニットとを有して、結合管の内部には、第2作動流体が流れる連結流路が形成されて、結合管を流れる第2作動流体が、結合管の外部を流れる第1作動流体と熱交換して冷却される。 In order to achieve the above object, a vehicle heat exchanger according to the present invention includes a tank formed so that a first working fluid can flow in and out through a first inlet port and a first outlet port, a lower portion of the tank, A first header and a second header mounted on the top, forming a first chamber and a second chamber, and allowing a second working fluid to flow in and out through the second inlet port and the second outlet port, respectively; A coupling pipe formed by combining a plate formed with a plurality of protrusions along the length direction so that fluid can flow through the first chamber of the first header and the second chamber of the second header. A plurality of heat dissipating units connected to each other, and a connection flow path through which the second working fluid flows is formed inside the coupling pipe, and the second working fluid flowing through the coupling pipe passes outside the coupling pipe. Flowing first operation It is cooled by the body heat exchange.
以下、本発明に係る車両用熱交換器の好ましい形態を挙げる。
第1ヘッダと第2ヘッダには、それぞれ第1チャンバーに連結された第1装着ホールと第2チャンバーに連結された第2装着ホールが形成され、放熱ユニットの両端は、第1装着ホールと第2装着ホールにそれぞれ挿入される。
Hereinafter, the preferable form of the heat exchanger for vehicles which concerns on this invention is given.
A first mounting hole connected to the first chamber and a second mounting hole connected to the second chamber are formed in the first header and the second header, respectively. 2 are inserted into the mounting holes, respectively.
第1流入ポートと第1排出ポートは、第1チャンバーと第2チャンバーの間でタンクの一側面上部と他側面下部にそれぞれ対角線方向に配置され、第2流入ポートと第2排出ポートは、タンクの下面と上面に対角線方向に配置される。 The first inflow port and the first discharge port are disposed diagonally between the first chamber and the second chamber, respectively, on one side upper part and the other side lower part of the tank. Are arranged in a diagonal direction on the lower surface and the upper surface.
各突出部は、プレス成型によりプレートに一体加工される。また、突出部は、半円形状に形成された外周面と内周面を有し、プレートの長さ方向に沿って螺旋形状に配置される。
放熱ユニットの両端部は、第1ヘッダと第2ヘッダにそれぞれ挿入され、放熱ユニットの両端部には、突出部が形成されない。
Each protrusion is integrally formed on the plate by press molding. Moreover, the protrusion has an outer peripheral surface and an inner peripheral surface formed in a semicircular shape, and is arranged in a spiral shape along the length direction of the plate.
Both ends of the heat dissipation unit are inserted into the first header and the second header, respectively, and no protrusions are formed at both ends of the heat dissipation unit.
各結合管は、複数の突出部により形成された円形のパイプであり、結合管の内周面と外周面は、螺旋形状に形成されて連結流路の内部を流れる第2作動流体に回転による渦巻流を発生させ、連結流路の外部を通過する第1作動流体に乱流形成を誘導する。
結合管は、一対のプレートの突出部が外側に向かって突出されるように配置された状態で、一対のプレートを結合して形成する。
Each coupling pipe is a circular pipe formed by a plurality of projecting portions, and the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the coupling pipe are formed in a spiral shape and are rotated by the second working fluid flowing inside the connection flow path. A vortex flow is generated, and turbulent flow formation is induced in the first working fluid passing outside the connection flow path.
The coupling tube is formed by coupling a pair of plates in a state where the protruding portions of the pair of plates are arranged so as to project outward.
隣接した放熱ユニットは、幅方向に互いに交差するように配置されて、隣接した一つの放熱ユニットの結合管は隣接した他の一つの放熱ユニットの隣接した結合管の間に配置される。
放熱ユニットに含まれる結合管の個数は、第1ヘッダと第2ヘッダの大きさに応じて調節される。
一つの放熱ユニットを構成する結合管は、互いに分離可能に組立てられる。
Adjacent heat dissipation units are arranged so as to cross each other in the width direction, and a coupling pipe of one adjacent heat dissipation unit is arranged between adjacent coupling pipes of another adjacent heat dissipation unit.
The number of coupling pipes included in the heat dissipation unit is adjusted according to the size of the first header and the second header.
The coupling pipes constituting one heat radiating unit are assembled so as to be separable from each other.
一つのプレートに複数列の突出部を形成し、一列の突出部が他列の突出部と共に結合管を形成するように一つのプレートを畳んで放熱ユニットを形成する。
プレートは、結合管の間に形成された複数の流動ホールが備えられる。
結合管の連結流路内部を通過する第2作動流体の流動方向と結合管の外部を通過する第1作動流体の流動方向とは互いに反対方向である。
A plurality of rows of protrusions are formed on one plate, and one plate is folded to form a heat radiating unit so that one row of protrusions forms a coupling tube together with the other row of protrusions.
The plate is provided with a plurality of flow holes formed between the coupling tubes.
The flow direction of the second working fluid that passes through the inside of the coupling channel of the coupling pipe is opposite to the flow direction of the first working fluid that passes through the outside of the coupling pipe.
第1流入ポートと第1排出ポートは、タンクの上部と下部で第2ヘッダおよび第1ヘッダを貫通して形成され、タンクの上面と下面にそれぞれ対角線方向に配置される。
第2流入ポートは、第1排出ポートの対角線方向にタンクの下面に形成され、第2排出ポートは、第1流入ポートの対角線方向にタンクの上面に形成される。
第1流入ポートに流入する第1作動流体と第2流入ポートに流入する第2作動流体とはタンクの内部で互いに反対方向に移動しながら熱交換する。
The first inflow port and the first discharge port are formed through the second header and the first header at the upper and lower portions of the tank, and are arranged diagonally on the upper surface and the lower surface of the tank, respectively.
The second inlet port is formed on the lower surface of the tank in the diagonal direction of the first outlet port, and the second outlet port is formed on the upper surface of the tank in the diagonal direction of the first inlet port.
The first working fluid flowing into the first inflow port and the second working fluid flowing into the second inflow port exchange heat while moving in opposite directions within the tank.
本発明の車両用熱交換器によれば、その内部に流れる作動流体の流れを変化させ、乱流を起させることによって、作動流体間の熱交換効率をよくし、全体的な冷却性能を上げることができる。また、螺旋形状の突出部が形成されたプレートを結合して連結流路を有する螺旋形状の結合管を形成することにより、熱交換効率をさらに上げることができる。また、高圧の作動流体が流れる連結流路の断面形状を、円形にすることができ、従来の板型熱交換器に比べて耐久性を高めることができる。製作が簡単で、製造原価を節減でき、さらに全体重量を下げることができる。 According to the vehicle heat exchanger of the present invention, by changing the flow of the working fluid flowing inside the vehicle and causing turbulent flow, the heat exchange efficiency between the working fluids is improved and the overall cooling performance is improved. be able to. In addition, the heat exchange efficiency can be further increased by combining the plates on which the spiral protrusions are formed to form a spiral coupling tube having a connection channel. Moreover, the cross-sectional shape of the connection flow path through which the high-pressure working fluid flows can be made circular, and durability can be improved compared to the conventional plate heat exchanger. It is easy to manufacture, reduces manufacturing costs, and lowers overall weight.
以下、本発明に係る車両用熱交換器について、好ましい実施形態を挙げ、添付図面に基づいて説明する。
図1は、第1の実施形態による車両用熱交換器の投影斜視図であり、図2は、図1のA−A線断面図であり、図3は、図1のB−B線断面図であり、図4は、第1実施形態による車両用熱交換器に適用される放熱ユニットの斜視図であり、図5は、放熱ユニットの分解斜視図である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a vehicle heat exchanger according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings with preferred embodiments.
1 is a projected perspective view of a vehicle heat exchanger according to the first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 4 is a perspective view of a heat dissipation unit applied to the vehicle heat exchanger according to the first embodiment, and FIG. 5 is an exploded perspective view of the heat dissipation unit.
車両用熱交換器100は、流入する作動流体の流れを変え、乱流を起させることによって、作動流体の熱交換効率を高め、冷却性能を向上させることができる構造であり、タンク110、第1ヘッダ120、第2ヘッダ130、および放熱ユニット140を有している。
The
タンク110は、第1流入ポート112と第1排出ポート114を備えており、第1流入ポート112を通って第1作動流体が流入し、第1排出ポート114を通って第1作動流体が排出する。また、第1ヘッダ120と第2ヘッダ130は、それぞれタンク110の下部と上部に装着され、タンク110壁との間に第1チャンバー124と第2チャンバー134を形成する。
The
すなわち、タンク110の内部の下部には、第1ヘッダ120により第1チャンバー124が、タンク110の内部の上部には第2ヘッダ130により第2チャンバー134がそれぞれ形成され、第1チャンバー124は第2作動流体が流入する第2流入ポート122と連通し、第2チャンバー134は第2作動流体が排出する第2排出ポート132と連通している。第1チャンバー124は、第2流入ポート122を通って流入された第2作動流体を一時貯蔵し、第2チャンバー134は、第2排出ポート132を通って排出する第2作動流体を一時貯蔵するようになる。
That is, a
また、第1ヘッダ120の上面と第2ヘッダ130の下面には放熱ユニット140の両端がそれぞれ装着される。放熱ユニット140は、長さ方向に沿って複数の突出部144が形成されたプレート142を結合して形成された結合管148を有し、結合管148の内部には連結流路146があり、連結流路146には第1チャンバー124から第2チャンバー134に第2作動流体が流れる。
Further, both ends of the
従って、第2作動流体は、第2流入ポート122から第1チャンバー124に入り、放熱ユニット140の連結流路146を通り、第2チャンバー134を経て、第2排出ポート132から出る流路を作る。
Accordingly, the second working fluid enters the
一方、第1作動流体は、第1流入ポート112からタンク110に入り、第1ヘッダ120と第2ヘッダ130に挟まれた領域を分散されて流れ、第1排出ポート114から出る流れとなる。
On the other hand, the first working fluid enters the
ここで、第1流入ポート112と第1排出ポート114は、第1チャンバー124と第2チャンバー134の間で、タンク110の一側面上部と他側面下部にそれぞれ対角線方向に配置される。
第2流入ポート122と第2排出ポート132は、タンク110の下面と上面に対角線方向に配置される。つまり、第2流入ポート122は、タンク110の下面一側部に形成され、第2排出ポート132は、タンク110の上面他側部に形成される。
Here, the
The
タンク110の内部では、第1作動流体と第2作動流体は互いに混ざり合うことないようにされていて、放熱ユニット140において第1作動流体と第2作動流体の間で熱が交換される。
Inside the
放熱ユニット140は、代表的には板状で、複数枚が平行に配置されている。結合管148の内部を通過する第2作動流体は、タンク110の内部で結合管148の外部を流れる第1作動流体と熱交換を通って冷却される。複数枚の放熱ユニット140は、第1ヘッダ120と第2ヘッダ130を連結するようになる。
The
つまり、放熱ユニット140の下端は、第1ヘッダ120に形成された第1装着ホール126に挿入され、放熱ユニット140の上端は、第2ヘッダ130に形成された第2装着ホール136に挿入される。
That is, the lower end of the
隣接した放熱ユニット140は、図3に示したように、その結合管148が、隣接した放熱ユニット140の結合管148の間に配置されるようにする。また、結合管148の連結流路146内部を流れる第2作動流体の流れ方向と、結合管148の外部を流れる第1作動流体の流れ方向は、互いに上下方向が逆、水平方向で逆にする。これにより、放熱ユニット140における熱交換効率を高めることができる。
As shown in FIG. 3, the adjacent
突出部144は、図4および図5に示したように、その外周面と内周面が半円形状に形成され、プレート142の長さ方向に沿って螺旋形状に配置される。
放熱ユニット140の両端部には、突出部144を形成しない。放熱ユニット140の両端部は、第1ヘッダ120と第2ヘッダ130に形成された第1装着ホール126、第2装着ホール136にそれぞれ挿入されるため、放熱ユニット140の両端部と第1装着ホール1260よび第2装着ホール136との間を密閉させるためには放熱ユニット140の両端部は直線としておく。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
The
突出部144は、プレス成型によりプレート142と一体に加工できる。
本実施形態において、結合管148は、複数の突出部144により形成される円形のパイプであり、結合管148の内周面と外周面は螺旋形状に形成する。螺旋形状にすることで、第2作動流体が連結流路146の内部を流れる時、回転して渦巻流を誘導するようになる。また、結合管148の外では、その外部を通過する第1作動流体に乱流を誘導して第1作動流体と第2作動流体の熱交換効率を上げることができる。
The
In the present embodiment, the
このような放熱ユニット140は、突出部144が外側に向かって突出するように一対のプレート142を配置して結合することにより形成することができる。つまり、一対のプレート142を、突出部144の内側面が互いに向き合うようにして溶接などにより結合し、その内部に連結流路146のある結合管148とすることができる。
Such a
放熱ユニット140の結合管148の個数は、第1ヘッダ120と第2ヘッダ130の大きさに応じて調整される。また、一つの放熱ユニット140を構成する結合管148は、分離可能に組立ててもよい。
The number of
図3に示した例では、一つの放熱ユニット140に7つの結合管148をもっているが、これに限定されるものではない。つまり、第1ヘッダ120と第2ヘッダ130の大きさに応じて一つの放熱ユニット140を構成する結合管148の個数を、任意に設定することができる。
In the example shown in FIG. 3, one
一方、本実施形態において、プレート142には結合管148の間に、プレート142の長さ方向に沿って流動ホール149を形成している。流動ホール149は、プレート142で突出部144のプレス成型を行った後、パンチングにより形成できる。流動ホール149は、放熱ユニット140の外部を流れる第1作動流体が、放熱ユニット140を基準に上側または下側へ移動可能にすることができ、結合管148の外周面に第1作動流体の流れを多様化して、第1作動流体と第2作動流体の間の熱交換効率をより上げることができる。
On the other hand, in the present embodiment, a
放熱ユニット140は、二つのプレート142を互いに結合した実施形態で説明したが、これに限定されない。一つのプレートに複数列の突出部を形成し、一列の突出部が他列の突出部と共に結合管を形成するように一つのプレートを畳んで放熱ユニットを形成することもできる。
Although the
次に、上記のように構成した車両用熱交換器100の作動および作用を説明する。
図6および図7は、車両用熱交換器の作動状態図である。図6に示したように、第1作動流体は、第1流入ポート112を通ってタンク110の内部に入る。第1作動流体は、放熱ユニット140の結合管148外部を流れて、第1排出ポート114から排出される。
Next, the operation and action of the
6 and 7 are operation state diagrams of the vehicle heat exchanger. As shown in FIG. 6, the first working fluid enters the inside of the
一方、第2作動流体は、第2流入ポート122から第1チャンバー124に入り、放熱ユニット140に形成された結合管148の連結流路146を流れて第2チャンバー134に流れ、第2排出ポート132から出る。
On the other hand, the second working fluid enters the
結合管148の内周面と外周面は螺旋形状にすることによって、連結流路146の内部を流れる第2作動流体は回転して渦巻流とになり、一方、図7に示したように、結合管148の外部に沿って流れる第1作動流体は、その螺旋形状によって乱流となる。
By making the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the
同時に、第1作動流体の一部は、流動ホール149を通って複層に構成された放熱ユニット140の上下に分散して流れ、これも乱流を作ることになり、第2作動流体との熱交換効率がよくなる。
At the same time, a part of the first working fluid flows through the
図8は、本発明の別の第2の実施形態による車両用熱交換器の斜視図であり、図9は、図8のC−C線断面図であり、図10は、車両用熱交換器の作動状態図である。 8 is a perspective view of a heat exchanger for a vehicle according to another second embodiment of the present invention, FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 8, and FIG. 10 is a heat exchanger for a vehicle. It is an operation state figure of a device.
図面を参照すると、車両用熱交換器200は、第1流入ポート212と第1排出ポート214の取付け位置を除いては、第1の実施形態による車両用熱交換器100と同じである。つまり、車両用熱交換器200において、第1流入ポート212と第1排出ポート214は、図8に示したように、タンク210の上部と下部で第2ヘッダ230と第1ヘッダ220を貫通して形成されている。
Referring to the drawings, the
このような第1流入ポート212と第1排出ポート214は、タンク110の上面と下面にそれぞれ対角線方向に配置される。そして、第2流入ポート222はタンク210の下面に形成され、第2排出ポート232はタンク210の上面に形成され、第2流入ポート222と第2排出ポート232は対角線方向に形成される。また、第2排出ポート232は第1流入ポート212に対角線方向に配置され、第2流入ポート222は第1排出ポート214に対角線方向に配置される。これにより、タンク210の内部を流れる第1作動流体と第2作動流体は、互いに反対方向に流れ、互いの熱交換が効率よく行われる。
The
第2の実施形態による車両用熱交換器200のその他の構成要素は、第1の実施形態による車両用熱交換器100と同じであるため、詳細な説明は省略する。
Since the other components of the
本発明の実施形態による車両用熱交換器100、200において、第1作動流体と第2作動流体は、熱交換が要求される冷却水、エンジンオイル、変速機オイル、エアコン冷媒、車両排気ガスなどいずれの流体であってもよい。また、本発明の熱交換器100は、車両を含む多様な分野への適用が可能である。
In the
従って、本発明に係る車両用熱交換器100、200によれば、その内部に流れる作動流体の流れを変化させ、かつ乱流を作ることによって、2つの作動流体間の熱交換効率が向上し、全体的な冷却性能を高めることができ、しかも製作原価を下げ、全体重量を小さくすることができる。高圧の作動流体が流す場合には、連結流路146の断面形状が円形にすればよく、従来の板型熱交換器に比べて全体的な耐久性を向上させることができる。
Therefore, according to the
本発明を、限定された実施形態と図面により説明したが、本発明はこれにより限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者により本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形が可能であることは当然である。 Although the present invention has been described with reference to the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and those skilled in the art to which the present invention pertains have the technical idea of the present invention and the scope of the claims. Naturally, various modifications and variations can be made within an equivalent range.
100、200;車両用熱交換器
110、210;タンク
112、212;第1流入ポート
114、214;第1排出ポート
120、220;第1ヘッダ
122、222;第2流入ポート
124;第1チャンバー
126;第1装着ホール
130、230;第2ヘッダ
132、232;第2排出ポート
134;第2チャンバー
136;第2装着ホール
140;放熱ユニット
142;プレート
144;突出部
146;連結流路
148;結合管
149;流動ホール
100, 200;
Claims (18)
前記タンクの下部と上部に装着され、第1チャンバーと第2チャンバーを形成し、それぞれに第2流入ポートと第2排出ポートを通って第2作動流体が流入および排出できるようにした第1ヘッダと第2ヘッダと、
長さ方向に沿って複数の突出部が形成されたプレートを組み合わせて形成された結合管を備え、前記第1ヘッダの第1チャンバーと前記第2ヘッダの第2チャンバーを流体が流れることができるように連結された複数の放熱ユニットと、
を有して、
前記結合管の内部には、前記第2作動流体が流れる連結流路が形成されて、前記結合管を流れる前記第2作動流体が、前記結合管の外部を流れる前記第1作動流体と熱交換して冷却されることを特徴とする車両用熱交換器。 A tank configured to allow the first working fluid to flow in and out through the first inflow port and the first discharge port;
A first header mounted at a lower portion and an upper portion of the tank, forming a first chamber and a second chamber, and allowing a second working fluid to flow in and out through a second inlet port and a second outlet port, respectively. And a second header,
A coupling pipe formed by combining a plate having a plurality of protrusions formed along the length direction can flow through the first chamber of the first header and the second chamber of the second header. A plurality of heat dissipating units connected to each other,
Having
A connection channel through which the second working fluid flows is formed inside the coupling pipe, and the second working fluid flowing through the coupling pipe exchanges heat with the first working fluid flowing outside the coupling pipe. And the vehicle heat exchanger.
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