JP2021063599A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の少なくとも一つの実施形態は、熱交換管内に異物が詰まることによる熱交換性能の低下を抑制することができる熱交換器を提供することを目的とする。【解決手段】熱媒体が流れる複数の熱交換管３７と、熱交換管の長手方向の一端部に配置され、複数の熱交換管と連通して熱媒体を熱交換管へ流入させる流入側タンク４３と、熱交換管の長手方向の他端部に配置され、複数の熱交換管と連通して熱媒体を熱交換管から流出させる流出側タンク４５と、を備え、流入側タンクへ熱媒体を供給する配管が接続される流入口４７と流出側タンクから熱媒体を排出する配管が接続される流出口４９とを、流入側タンクと流出側タンクとの延在方向において同一側に設けられる熱交換器１５であって、流入側タンク及び流出側タンクの延在方向において、流入口及び流出口から離れるに従って、熱交換管の長手方向の長さが短くなることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本開示は、車両用空調装置のヒータコア、水冷式内燃機関のラジエータ、または水冷式インタークーラなどとして用いられる熱交換器に関する。

これら車両用空調装置のヒータコア、水冷式内燃機関のラジエータ、または水冷式インタークーラなどとして用いられる熱交換器は、例えば、特許文献１に示されるように、主に、両端部がそれぞれヘッダタンクに接続された複数の熱交換管と、隣り合う熱交換管どうしの間に配置された放熱用のコルゲートフィンと、一方のヘッダタンクの一端側に接続され該ヘッダタンク内に流体を流入する流入部と、他方のヘッダタンクに流入部と同じ側に接続され該ヘッダタンクから流体を流出させる流出部と、が備えられている。

そして、特許文献１では、複数の熱交換管内を流れる流体の流量のばらつきを防ぎ均一化を図るために、一方の上ヘッダタンクへの流入部を構成する供給配管接続部に最も遠い流路群の熱交換管の内面が平滑に形成されて、流路抵抗が相対的に小さくなされ、供給配管接続部に最も近い流路群の熱交換管の内面に凸部が複数形成されて、流路抵抗が大きくなされる構成が示されている。

特開２０１８−１９４１８９号公報

しかしながら、特許文献１では、供給配管接続部に最も近い流路群の熱交換管の内面に凸部が複数形成されて、流路抵抗が大きくなされる構成のため、この凸部によって、熱交換管内に侵入した異物が引っ掛かり詰まりを起こすおそれがある。

すなわち、熱交換器が設置される冷却回路内を循環する流体中（冷却水中）には、冷却回路内のアルミニウム（アルミニウム合金含む）が何らかの要因で腐食し、その異物（酸化物）が流体（冷却水）に運ばれて、熱交換管内に侵入して異物が凸部に引っ掛かり詰まりを起こすおそれがある。

このように熱交換管内に異物が詰まると、熱交換管への流体（冷却水）の流入量が低下してしまい、熱交換器としての性能が低下する。

そこで、上記課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、熱交換管内に異物が詰まることによる熱交換性能の低下を抑制することができる熱交換器を提供することを目的とする。

（１）前述した目的を達成するために発明されたものであり、本発明の少なくとも一つの実施形態は、熱媒体が流れるとともに間隔をおいて並設される複数の熱交換管と、前記複数の熱交換管の長手方向の一端部に前記複数の熱交換管の並設方向に延在して配置され、前記複数の熱交換管と連通して前記熱媒体を前記複数の熱交換管へ流入させる流入側タンクと、前記複数の熱交換管の長手方向の他端部に前記複数の熱交換管の並設方向に延在して配置され、前記複数の熱交換管と連通して前記熱媒体を前記複数の熱交換管から流出させる流出側タンクと、を備え、前記流入側タンクへ前記熱媒体を供給する配管が接続される流入口と前記流出側タンクから前記熱媒体を排出する配管が接続される流出口とが、前記流入側タンクと前記流出側タンクとの延在方向において同一側に設けられる熱交換器であって、前記流入側タンク及び前記流出側タンクの延在方向において、前記流入口及び前記流出口から離れるに従って、前記熱交換管の長手方向の長さが短くなることを特徴とする。

このような流入側タンクへ熱媒体を供給する配管が接続される流入口と流出側タンクから熱媒体を排出する配管が接続される流出口とを、流入側タンクと流出側タンクとの延在方向において同一側に設けられる熱交換器では、流入口に近い熱交換管では熱媒体が相対的に多く流れ、流入口から遠い熱交換管では流量が減少する。そのため、熱交換管内を流れる熱媒体の流量にばらつきが生じるとともに、流量が少ない流入口から遠い熱交換管内において異物の詰まりが起こりやすい。

しかし、上記（１）の構成によれば、流入側タンク及び流出側タンクの延在方向において、流入口及び流出口から離れるに従って、熱交換管の長手方向の長さが短く形成されるので、すなわち、熱媒体の流れの遅い（流量が少ない）流入口から遠い熱交換管の長さが流入口側の熱交換管の長さより短くなるので、異物が侵入しても詰まりを起こす領域が短くなるので、詰まりが起こりにくくなる。

また、熱媒体の流れの遅い（流量が少ない）流入口から遠い熱交換管の長さが流入口側の熱交換管の長さより短くなるので、熱交換管の流路抵抗も低減されて、流入口から遠い熱交換管における流量の増大が図れて複数の熱交換管における流量のばらつきも低減できる。

（２）幾つかの実施形態では、前記複数の熱交換管によって形成されるコア部は、前記複数の熱交換管の前記並設方向に直交し且つ前記熱交換管を流れる熱媒体の流れ方向に直交する正面視において、前記流入口及び前記流出口の側を下底とし反対側を上底とする台形状に形成されることを特徴とする。

このような構成によれば、コア部の正面視形状を、流入口及び流出口の側を下底とし反対側を上底とする台形にすることによって、流量が減少する流入口及び流出口から離れる部分の正面視の面積を小さくすることができ、異物が詰まりにくいコア部を有する熱交換器を形成できる。

（３）幾つかの実施形態では、前記台形状の面積は、前記台形状の高さを一辺とする長方形状の面積と同等に設定されることを特徴とする。

このような構成によれば、熱交換器のコア部の長さを従来の長方形状のものと変えることなく、すなわち大型化することなく、異物が詰まりにくいコア部を有する熱交換器を形成できる。これによって、熱交換性能を従来の長方形状のものと変えることなく異物が詰まりにくいコア部を有する熱交換器を容易に形成できる。

（４）幾つかの実施形態では、前記複数の熱交換管によって形成されるコア部は、前記複数の熱交換管の前記並設方向に直交し且つ前記熱交換管を流れる熱媒体の流れ方向に直交する正面視において、前記流入口及び前記流出口の側を底辺とする三角形状に形成されることを特徴とする。

このような構成によれば、コア部の正面視形状を、流入口及び流出口の側を底辺とする三角形状にすることによって、流量が減少する流入口及び流出口から離れる部分の正面視の面積を小さくすることができ、異物が詰まりにくいコア部を有する熱交換器を形成できる。

（５）幾つかの実施形態では、前記三角形状の面積は、前記三角形状の高さを一辺とする長方形状の面積と同等に設定されることを特徴とする。

このような構成によれば、熱交換器のコア部の長さを従来の長方形状のものと変えることなく、すなわち大型化することなく、異物が詰まりにくいコア部を有する熱交換器を形成できる。これによって、熱交換性能を従来の長方形状のものと変えることなく異物が詰まりにくいコア部を有する熱交換器を容易に形成できる。

（６）幾つかの実施形態では、前記熱交換管に流入される前記熱媒体は、内燃機関を冷却する冷却水であり、前記熱交換管は、前記内燃機関の排熱を利用して車室内に供給される空気を加熱する車両の空調装置のヒータコアに用いられることを特徴とする。

このような構成によれば、異物が詰まりにくいコア部を有する車両の空調装置のヒータコアを得ることができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、熱交換管内に異物が詰まることによる熱交換性能の低下を抑制することができる熱交換器を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る熱交換器が車両の空調装置のヒータコアに用いられる場合の全体構成図である。 図１に示す実施形態におけるヒータコアの概略形状を示す斜視図である。 図２のＡ部に示すコア部の詳細構造を示す斜視図である。 図１に示す実施形態のヒータコアの概略を示す正面図である。 いくつかの実施形態に係るヒータコアのコア部、及び該コア部の面積を説明する正面図である。 いくつかの実施形態に係るヒータコアのコア部、及び該コア部の面積を説明する正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、実施形態として記載されている、または図面に示されている構成部品の相対的配置等は、本発明の範囲をこれらに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１〜４を参照して本発明の一実施形態を説明する。本実施形態では、本発明に係る熱交換器を車両１の空調装置３のヒータコア１５に適用した例を説明する。

図１は、車両１の空調装置３の全体構成図を示す。図１に示すように、空調装置３は、空調ダクト７に外気または内気を導き、導かれた空気を車室５内に送出するブロワファン９、空調ダクト７内に導かれた空気を加熱して車室５内を暖房するヒータユニット１１、空調ダクト７内に導かれた空気を冷却して車室５内を冷房するクーリングユニット１３を備えている。ヒータユニット１１によって加熱された温風Ｅが空調ダクト７から車室５内に送出され、クーリングユニット１３によって冷却された冷風Ｆが空調ダクト７から車室５内に送出される。

このヒータユニット１１は、熱交換器であるヒータコア１５を構成機器の一つとして有している。エンジン１７は水冷式エンジンであり、ヒータコア１５とエンジン１７との間には、エンジン１７から吐出された冷却水（熱媒体）Ｃが循環する冷却水循環回路１９が形成されている。

そして、ブロワファン９によって空調ダクト７内に導かれた外気または内気の導入空気Ｇをヒータコア１５と接触させて熱交換して、エンジン１７によって加熱された冷却水Ｃが導入空気Ｇによって冷却され、エンジン１７の排熱を利用して導入空気Ｇが温められるようになっている。

また、クーリングユニット１３は、エバポレータ２１、コンプレッサ２３、コンデンサ２５、レシーバ２７、及び膨張弁２９を有して冷凍サイクルを構成している。そして、エンジン１７によって稼働されるコンプレッサ２３によって圧縮された冷媒は、高温高圧の冷媒ガスとなり、コンデンサ２５に送られ、コンデンサ２５に送られた冷媒ガスは、走行風やファンにより冷却（液化）され、高圧液状の冷媒はレシーバ２７に溜められ、レシーバ２７に溜められた高圧液状の冷媒は膨張弁２９によって急激に膨張し霧化しやすくされ、エバポレータ２１に送られる。エバポレータ２１に送られた冷媒液は、周囲から熱を大量に奪い気化する。これにより、空調ダクト７に導入された外気又は内気の導入空気Ｇは冷却される。一方、気化した冷媒は、低圧の冷媒ガスとなり、コンプレッサ２３に回収される。

図２は、ヒータコア１５の概略形状を示す斜視図である。図２に示すように、全体形状は、正面視が台形状の四角形であり、扁平状の立方体に形成されている。台形状の下底側には、エンジン１７から吐出された冷却水Ｃが供給される配管３１と、熱交換後の冷却水Ｃを排出する配管３３が接続されている。台形状の上底側の長さが下底側より短く形成されている。

図３は、図２のＡ部の詳細構造を示し、ヒータコア１５のコア部３５の詳細構造を示す斜視図である。図３に示すように、冷却水Ｃが流れるとともに間隔をおいて並行に並設される複数の熱交換管３７が設けられる。この熱交換管３７は、水路３９が形成され導入空気Ｇの流れ方向が長径（又は長辺）方向と一致するように扁平状に形成される。この複数の熱交換管３７の夫々の熱交換管３７は、外形の断面形状は同一であり長円形状（又は長方形状）を有し、水路３９の部分の断面形状も同一であり長円形状（又は長方形状）を有している。

熱交換管３７の両側の扁平面には波板状に形成され、長手方向を熱交換管３７の長手方向に向け幅方向を導入空気Ｇの流れ方向に向けた状態で冷却フィン４１が接合されており、この冷却フィン４１により導入空気Ｇとの伝熱面積を増大させて冷却水Ｃと導入空気Ｇとの熱交換を促進している。

なお、この複数の熱交換管３７及び冷却フィン４１からなる熱交換部分をヒータコア１５のコア部３５という。このコア部３５は、図２、４に示すように、複数の熱交換管３７の並設方向に直交し、且つ熱交換管３７を流れる冷却水Ｃの流れ方向に直交する方向である正面視において、冷却水Ｃが供給される配管３１と冷却水Ｃを排出する配管３３が接続される側を下底とし反対側を上底とする台形状に形成されている。

図４は、ヒータコア１５の概略を示す正面図である。図４に示すように、複数の熱交換管３７の長手方向の一端部に複数の熱交換管３７の並設方向に延在して配置され、複数の熱交換管３７の下端部に連通して冷却水Ｃを夫々の熱交換管３７へ流入する流入側タンク４３が設けられている。

また、複数の熱交換管３７の長手方向の他端部に複数の熱交換管３７の並設方向に延在して配置され、複数の熱交換管３７の上端部に連通して冷却水Ｃを夫々の熱交換管３７から流出する流出側タンク４５が設けられている。

なお、図４に示すヒータコア１５の上下関係は、車両１の空調装置３への搭載状態を示し、車両の上下方向を示す。また、逆に流入口４７を流出口４９より上方に配置してもよく、この場合には、熱交換管３７内の冷却水Ｃの流れによって異物が重力方向に押し出されやすくなる。

流入側タンク４３へ冷却水Ｃを供給する配管３１が接続される流入口４７と流出側タンク４５から冷却水Ｃを排出する配管３３が接続される流出口４９とは、流入側タンク４３と流出側タンク４５との延在方向において同一側に設けられている。

さらに、流入側タンク４３及び流出側タンク４５の延在方向において、流入口４７及び流出口４９から遠く離れるにしたがって、熱交換管３７の長手方向の長さが短くなるように形成されている。

コア部３５の台形状の上底及び下低の両側の部分には、熱交換管３７の長手方向と略同一方向に延びてコア部３５を補強する枠部材５１、５３が設けられ、この枠部材５１、５３と、流入側タンク４３及び流出側タンク４５によって、ヒータコア１５の全体が補強されるようになっている。

以上の実施形態の構成によれば、流入側タンク４３及び流出側タンク４５の延在方向において、流入口４７及び流出口４９から遠く離れるにしたがって、熱交換管３７の長手方向の長さが短く形成されるので、すなわち、冷却水Ｃの流れの遅い（流量が少ない）流入口４７から遠い熱交換管３７の長さが流入口４７側の熱交換管３７の長さより短くなるので、異物が侵入しても詰まりを起こす領域が短くなり詰まりが起こりにくくなる。

また、冷却水Ｃの流れの遅い（流量が少ない）流入口４７から遠い熱交換管３７の長さが流入口４７側の熱交換管３７の長さより短くなるので、熱交換管３７の流路抵抗も低減されて、流入口４７から遠い熱交換管３７における流量の増大が図れて複数の熱交換管３７における流量のばらつきも低減される。

また、複数の熱交換管３７によって形成されるコア部３５は、複数の熱交換管３７の並設方向に直交し、且つ熱交換管３７を流れる冷却水Ｃの流れ方向に直交する方向である正面視において、流入口４７及び流出口４９の側を下底とし反対側を上底とする台形状に形成されるので、流量が減少する流入口４７及び流出口４９から遠く離れる部分の正面視の面積を小さくすることができ、異物が詰まりにくいコア部３５を有する熱交換器を形成できる。

いくつかの実施形態では、図５に示すように、コア部５５の台形状の面積Ｓ１は、台形の高さＨ１を一辺とし、他の一辺を台形の高さＨ１の中央部（Ｈ１／２）における熱交換管３７の長手方向の長さＬ１とする長方形の面積Ｓ２と同等になるように設定されている。

このような構成によれば、ヒータコア１５のコア部５５の面積Ｓ１を、従来の長方形状のコア部の面積Ｓ２と変えることなく異物が詰まりにくいコア部５５を形成できる。すなわち、熱交換性能を従来の長方形状のものと変えることなく異物が詰まりにくいコア部５５を容易に形成できる。

なお、図４、５においては、コア部３５、５５の正面視形状を流入口４７及び流出口４９の側を下底とし、流入口４７及び流出口４９とは反対側を上底とする等脚台形として説明したが、等脚台形に限るものではなく、台形の対辺に相当する流入側タンク４３と流出側タンク４５との長さを、異なる長さとした不等脚台形の形状であってもよい。

いくつかの実施形態では、図６に示すように、複数の熱交換管３７によって形成されるコア部６５は、正面視において、流入口４７及び流出口４９の側を底辺とする三角形状に形成される。

そして、三角形状の面積Ｓ３は、三角形の高さＨ２を一辺とし、他の一辺を三角形の高さＨ２の中央部（Ｈ２／２）における熱交換管３７の長手方向の長さＬ２とする長方形の面積Ｓ４と同等になるように設定されている。

このような構成によれば、コア部６５の正面視形状を三角形にすることによって、流量が減少する流入口４７及び流出口４９から遠く離れる部分の正面視の面積を小さくすることができ、異物が詰まりにくいコア部６５を有する熱交換器を形成できる。

また、三角形の面積Ｓ３は、三角形の高さＨ２を一辺とし、他の一辺を三角形の高さＨ２の中央部における熱交換管３７の長手方向の長さＬ２とする長方形の面積Ｓ４と同等になるように設定されるので、コア部６５の長さを従来の長方形状のものと変えることなく異物が詰まりにくいコア部６５を形成できる。すなわち、熱交換性能を従来の長方形状のものと変えることなく異物が詰まりにくいコア部６５を容易に形成できる。

なお、図６においては、コア部６５の正面視形状を流入口４７及び流出口４９の側を底辺とする二等辺三角形として説明したが、二等辺三角形の形状に限るものではなく、流入口４７及び流出口４９の側を底辺とする不当辺三角形、直角三角形の形状であってもよい。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、熱交換管内に異物が詰まることによる熱交換性能の低下を抑制することができる熱交換器を得ることができるので、車両用空調装置のヒータコア、水冷式内燃機関のラジエータ、または水冷式インタークーラなどとしての利用に適している。

１ 車両
３ 空調装置
５ 車室
７ 空調ダクト
９ ブロワファン
１１ ヒータユニット
１３ クーリングユニット
１５ ヒータコア（熱交換器）
１７ エンジン
２１ エバポレータ
３７ 熱交換管
４１ 冷却フィン
４３ 流入側タンク
４５ 流出側タンク
４７ 流入口
４９ 流出口
３５、５５、６５ コア部
Ｓ１ 台形状の面積
Ｓ２、Ｓ４ 長方形状の面積
Ｓ３ 三角形状の面積
Ｃ 冷却水（熱媒体）
Ｇ 導入空気

Claims (6)

1. 熱媒体が流れるとともに間隔をおいて並設される複数の熱交換管と、前記複数の熱交換管の長手方向の一端部に前記複数の熱交換管の並設方向に延在して配置され、前記複数の熱交換管と連通して前記熱媒体を前記複数の熱交換管へ流入させる流入側タンクと、前記複数の熱交換管の長手方向の他端部に前記複数の熱交換管の並設方向に延在して配置され、前記複数の熱交換管と連通して前記熱媒体を前記複数の熱交換管から流出させる流出側タンクと、を備え、
   前記流入側タンクへ前記熱媒体を供給する配管が接続される流入口と前記流出側タンクから前記熱媒体を排出する配管が接続される流出口とが、前記流入側タンクと前記流出側タンクとの延在方向において同一側に設けられる熱交換器であって、
   前記流入側タンク及び前記流出側タンクの延在方向において、前記流入口及び前記流出口から離れるに従って、前記熱交換管の長手方向の長さが短くなることを特徴とする熱交換器。
2. 前記複数の熱交換管によって形成されるコア部は、前記複数の熱交換管の前記並設方向に直交し且つ前記熱交換管を流れる熱媒体の流れ方向に直交する正面視において、前記流入口及び前記流出口の側を下底とし反対側を上底とする台形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記台形状の面積は、前記台形状の高さを一辺とする長方形状の面積と同等に設定されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記複数の熱交換管によって形成されるコア部は、前記複数の熱交換管の前記並設方向に直交し且つ前記熱交換管を流れる熱媒体の流れ方向に直交する正面視において、前記流入口及び前記流出口の側を底辺とする三角形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記三角形状の面積は、前記三角形状の高さを一辺とする長方形状の面積と同等に設定されることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記熱交換管に流入される前記熱媒体は、内燃機関を冷却する冷却水であり、前記熱交換管は、前記内燃機関の排熱を利用して車室内に供給される空気を加熱する車両の空調装置のヒータコアに用いられることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の熱交換器。

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