JP2022129087A - 熱交換器のヘッダタンク - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器のヘッダタンクにおいて、そのヘッダタンクの内部が区画されたものに関し、特に、区画されたことによって生じる温度差に起因する熱応力を低減すること。【解決手段】 流体の流通路を複数に区画する仕切部７が形成された熱交換器のヘッダタンクにおいて、タンク本体４にはヘッダタンク６内を区画する複数の遮蔽板８が互いに離間して形成され、それらの複数の遮蔽板８が一群の前記仕切部７を構成し、前記遮蔽板８がヘッダプレート５から離間し、そのヘッダプレート５との間に間隙９を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器のヘッダタンクにおいて、そのヘッダタンクの内部が区画されたものに関し、特に、区画されたことによって生じる温度差に起因する熱応力の低減に関する。

ハイブリット自動車には、エンジン冷却用のラジエータと、電動機やインバータなどの補機類の冷却用のラジエータが設けられる。これら２つのラジエータはスペース効率などから、単一の熱交換器内を区画し２つの異なる系統の流体が流通する熱交換器として構成することが多い。
電気自動車では、電動機系冷却用のラジエータと電池冷却用のラジエータとが複合された熱交換器として構成される。

下記特許文献１に記載の熱交換器は、上記構成を有する熱交換器の１例が示されている。この熱交換器は、タンクにコア部を構成する複数のチューブが接合されると共に、タンク内には流体の流通路を２つに区画する１つの仕切板が配置されている。仕切板で区画された各タンクの区画部分には、温度の異なる２つの流体が流入する。

特開２００５－０８３７２５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の仕切板は、同文献の図２の如く、区画部分において熱交換器のコアと接合されているので、仕切板の剛性が熱交換器のコアの熱変形を拘束し、そのことによって熱交換器のコアに生じる熱応力が高まる問題がある。
また、１つの仕切板で区画されているので、隣接する区画の間の距離が短く、その区間の温度変化を十分に抑制すること、すなわち、その温度変化に起因する熱応力を十分に抑制することが困難となる。
そこで、本発明は、ヘッダタンクが区画されたことによって生じる熱応力の低減を課題とする。

請求項１に記載の本発明は、底部１とその底部１の周縁に周壁部２が形成されており、一端に開口部３を有する箱状のタンク本体４と、
前記タンク本体４の開口部３が被嵌されるヘッダプレート５と、
を有するヘッダタンク６が形成されており、
そのヘッダタンク６内の長手方向の中間位置に、流体の流通路を複数に区画する仕切部７が形成された熱交換器のヘッダタンクにおいて、
前記タンク本体４には、ヘッダタンク６内を区画する複数の遮蔽板８が互いに離間して形成されており、
前記複数の遮蔽板８が、一群の前記仕切部７を構成しており、
前記遮蔽板８は前記ヘッダプレート５から離間しており、そのヘッダプレート５との間に間隙９を有することを特徴とする熱交換器のヘッダタンクである。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の熱交換器のヘッダタンクにおいて、
仕切部７の中央に位置する遮蔽板８ａと前記ヘッダプレート５との間隙９の間隔は、
仕切部７の端に位置する遮蔽板８ｂと前記ヘッダプレート５との間隙９の間隔よりも小さいことを特徴とする熱交換器のヘッダタンクである。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の熱交換器のヘッダタンクにおいて、
仕切部７の両端に位置する各遮蔽板８ｂと前記ヘッダプレート５との間隙９の間隔は、
仕切部７の中央に位置する遮蔽板８ａと前記ヘッダプレート５との間隙９の間隔よりも小さいことを特徴とする熱交換器のヘッダタンクである。

請求項１に記載の構成においては、ヘッダプレート５から離間した複数の遮蔽板８で一群の仕切部７を構成したことにより、熱交換器２０のコア１７の熱変形は遮蔽板８によって拘束されないので、その拘束に起因する熱応力の発生は防止される。
また、複数の遮蔽板８で一群の仕切部７を構成したことにより、その仕切部７内に位置するチューブ１５への流量が減少し、その仕切部７が温度変化の緩衝領域となるので、隣接する区画部分１０、１１の間の温度変化が穏やかになり、その温度変化に起因する熱応力は抑制される。

請求項２に記載の構成においては、請求項１の構成に加えて、仕切部７の中央に位置する遮蔽板８ａとヘッダプレート５との間隙９の間隔を、仕切部７の端に位置する遮蔽板８ｂとヘッダプレート５との間隙９の間隔よりも小さくしたことにより、中央に位置する遮蔽板８ａが主に仕切として機能し、端に位置する遮蔽板８ｂは主に仕切部７内のチューブ１５の流量を減少する手段として機能し、その仕切部７が温度変化の緩衝領域となるので、隣接する区画部分１０、１１の間の温度変化が穏やかになり、その温度変化に起因する熱応力は抑制される。

請求項３に記載の構成においては、請求項１の構成に加えて、仕切部７の両端に位置する各遮蔽板８ｂとヘッダプレート５との間隙９の間隔を、仕切部７の中央に位置する遮蔽板８ａとヘッダプレート５との間隙９の間隔よりも小さくしたことにより、両端に位置する遮蔽板８ｂが主に仕切および仕切部７内のチューブ１５の流量を減少する手段として機能し、また、両端の間に位置する遮蔽板は仕切および仕切部７内のチューブ１５の流量を減少する手段の補助として機能し、その仕切部７が温度変化の緩衝領域となるので、隣接する区画部分１０、１１の間の温度変化が穏やかになり、その温度変化に起因する熱応力は抑制される。

本発明の第１実施例のヘッダタンクを用いた熱交換器を示す断面図。 図１におけるＩＩ－ＩＩ矢視断面図。 本発明の第２実施例のヘッダタンクを示す要部断面図。 本発明の第３実施例のヘッダタンクを示す要部断面図。 本発明の第１実施例のヘッダタンクを用いた他の例の熱交換器を示す断面図。

次に、図面を基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施例のヘッダタンクを用いた熱交換器を示す断面図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ矢視断面図である。

図１に記載の熱交換器２０は、コア１７とそのコア１７の両端に配置される一対のヘッダタンク６、２１により構成されている。
コア１７は、複数のチューブ１５が並列され、各チューブ１５の間にフィン１６が配置されてコア１７を構成している。各チューブ１５の両端部はろう付けなどでヘッダタンク６、ヘッダタンク２１に接合されており、各チューブ１５と各ヘッダタンク６、２１の内部が互いに連通する。

図１において上下に位置するヘッダタンク６、２１は、タンク本体４とヘッダプレート５からなる。タンク本体４は、底部１とその周縁に立ち上げられた周壁部２とからなる長い箱状に形成されており、その一端に、底部１と対向する開口部３を有する。タンク本体４の開口部３は、ヘッダプレート５に被嵌される。ヘッダプレート５は、浅い皿状に形成されており、その底部にはチューブが挿通される挿通孔がチューブの並列方向に並列されている。そのヘッダプレート５の底部の周縁には、環状のシール材１２が配置されている。タンク本体４は、そのシール材１２を介して、ヘッダプレート５に被嵌される。
ヘッダタンク６の長手方向の中間部の内部には後述する仕切部７が形成されており、仕切部７の左側が第１の区画部分１０に、右側が第２の区画部分１１に区画されている。また、ヘッダタンク２１の長手方向の中間部の内部には仕切２２が形成されている。

一例として、この熱交換器２０をハイブリッド自動車用として使用する場合、第１の流体２３としてエンジン冷却用の冷却水が、ヘッダタンク６の第１の区画部分１０側に取付けられた入口部１８から流入し、各チューブ１５へ流入する。第２の流体２４として電動機などの補機類冷却用の冷却水は、ヘッダタンク６の第２の区画部分１１側に取付けられた入口部１８から流入し、各チューブ１５へ流入する。

そして、チューブ１５に流通した各流体２３、２４は、各チューブ１５の外側を流通する第３の流体（例えば、空気流等）によって冷却され、温度低下した各流体２３、２４が下部に位置するヘッダタンク２１に流入する。そのヘッダタンク２１も仕切２２により仕切られているため、第１の流体２３はヘッダタンク２１の第１の区画部分１０側に取付けられた出口部１９から排出され、第２の流体２４はヘッダタンク２１の第２の区画部分１１側に取付けられた出口部１９から排出される。

本発明の特徴部分は、図１において上部に位置するヘッダタンク６の内部構造にある。
このタンク本体４には、ヘッダタンク６の長手方向の中間部で、その内部を複数に区画する仕切部７が形成されている。
この仕切部７において、複数の遮蔽板８がヘッダタンク６の長手方向に互いに離間して形成されており、それらの複数の遮蔽板８が一群の仕切部７を構成している。
各遮蔽板８は方形な平板状で、タンク本体４と一体的に形成されており、タンク本体４の底部１からヘッダプレート５側に向けて突出している。そして、それらの各遮蔽板８は、図１、図２に示す如く、ヘッダプレート５から離間しており、それらの間に間隙９が形成されている。

さらに、この例では、図１に示す如く、合計７枚の遮蔽板８により一群の仕切部７が形成されており、遮蔽板８ａとヘッダプレート５との間隙９の間隔が一番小さく形成されており、遮蔽板８ｂへ行くにつれ、その間隙９の間隔が大きくなっている。この中央に位置する遮蔽板８ａが主に仕切として機能し、その他の遮蔽板８ｂ等は主に仕切部７内のチューブ１５の流量を減らすことにより各流体２３、２４の温度差に起因する温度変化を穏やかにする緩衝領域として機能する。
このように複数の遮蔽板８で一群の仕切部７を構成したことにより、その仕切部７によってヘッダタンク６の内部が区画されるとともに、仕切部７における温度変化によって生じる熱応力が抑制される。
さらに、先述のとおり、各遮蔽板８は、ヘッダプレート５から離間しているので、熱交換器２０のコア１７の熱変形は遮蔽板８によって拘束されず、その拘束に起因する熱応力が抑制される。

図１に示す例を採用することが好適であるが、これに限定されるものではなく、遮蔽板８ａとヘッダプレート５との間隙９の間隔が一番小さく形成されていればよい。例えば、その他の遮蔽板８の間隙９の間隔は、遮蔽板８ａ以外のいずれかの遮蔽板８の間隙９の間隔と同一であってもよい。
また、各遮蔽板８は、タンク本体４と別体の構成としてもよい。

次に、図３は、本発明の第２実施例のヘッダタンクを示す要部断面図である。
この例では、一群の仕切部７は６枚の遮蔽板８で形成されている。
この例が、第１実施例と異なる点は、一群の仕切部７を構成する各遮蔽板８とヘッダプレート５の平面との間隙９の大きさにある。
この例では、仕切部７の両端に位置する各遮蔽板８ｂとヘッダプレート５との間隙９の間隔が、仕切部７の中央に位置する遮蔽板８ａとヘッダプレート５との間隙９の間隔よりも小さく形成されている。
この例の両端に位置する遮蔽板８ｂが、主に仕切および仕切部７内のチューブ１５の流量を減少する手段として機能する。また、両端の遮蔽板８ｂの間に位置する遮蔽板８は、両端の遮蔽板８ｂの補助として機能する。

次に、図４は、本発明の第３実施例のヘッダタンクを示す要部断面図である。
この例では、一群の仕切部７は８枚の遮蔽板８で形成されているが、仕切部７の中央に位置する遮蔽板８ａとヘッダプレート５との間隙９の間隔も、仕切部７の両端に位置する各遮蔽板８ｂとヘッダプレート５との間隙９の間隔も十分に小さく形成されている。
ここで、仕切部７の中央に位置する遮蔽板８ａは、仕切として機能する。また、遮蔽板８ｂは、仕切および仕切部７内のチューブ１５の流量を減少する手段として機能する。そして、遮蔽板８ａと遮蔽板８ｂの間に位置する遮蔽板８は、それらの補助として機能する。

これまで説明した各実施例は、単一の熱交換器内に別の２つの流体を流通させる熱交換器である。しかしながら、本発明はそれに限らない。
図５は、他の例の熱交換器を示す断面図である。
この例の熱交換器２０は、下部に位置するヘッダタンク２１の仕切２２を形成せずに、そのヘッダタンク２１を介してＵターン状の流路を形成するものであり、一例として、チャージエアを冷却するインタークーラ等に用いることができる。

本発明の熱交換器のヘッダタンクは、ハイブリッド車におけるエンジン冷却用ラジエータと補器類冷却用ラジエータとが複合された熱交換器のヘッダタンク、電気自動車における電動機系冷却用ラジエータと電池冷却用ラジエータとが複合された熱交換器のヘッダタンク、等として利用できる。

１ 底部
２ 周壁部
３ 開口部
４ タンク本体
５ ヘッダプレート
６ ヘッダタンク
７ 仕切部
８ 遮蔽板
８ａ 遮蔽板
８ｂ 遮蔽板
９ 間隙

１０ 第１の区画部分
１１ 第２の区画部分
１２ シール材
１５ チューブ
１６ フィン
１７ コア
１８ 入口部
１９ 出口部
２０ 熱交換器
２１ ヘッダタンク
２２ 仕切
２３ 第１の流体
２４ 第２の流体

Claims (3)

1. 底部（１）とその底部（１）の周縁に周壁部（２）が形成されており、一端に開口部（３）を有する箱状のタンク本体（４）と、
   前記タンク本体（４）の開口部（３）が被嵌されるヘッダプレート（５）と、
   を有するヘッダタンク（６）が形成されており、
   そのヘッダタンク（６）内の長手方向の中間位置に、流体の流通路を複数に区画する仕切部（７）が形成された熱交換器のヘッダタンクにおいて、
   前記タンク本体（４）には、ヘッダタンク（６）内を区画する複数の遮蔽板（８）が互いに離間して形成されており、
   前記複数の遮蔽板（８）が、一群の前記仕切部（７）を構成しており、
   前記遮蔽板（８）は前記ヘッダプレート（５）から離間しており、そのヘッダプレート（５）との間に間隙（９）を有することを特徴とする熱交換器のヘッダタンク。
2. 請求項１に記載の熱交換器のヘッダタンクにおいて、
   仕切部（７）の中央に位置する遮蔽板（８ａ）と前記ヘッダプレート（５）との間隙（９）の間隔は、
   仕切部（７）の端に位置する遮蔽板（８ｂ）と前記ヘッダプレート（５）との間隙（９）の間隔よりも小さいことを特徴とする熱交換器のヘッダタンク。
3. 請求項１に記載の熱交換器のヘッダタンクにおいて、
   仕切部（７）の両端に位置する各遮蔽板（８ｂ）と前記ヘッダプレート（５）との間隙（９）の間隔は、
   仕切部（７）の中央に位置する遮蔽板（８ａ）と前記ヘッダプレート（５）との間隙（９）の間隔よりも小さいことを特徴とする熱交換器のヘッダタンク。

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