JP3982379B2 - 熱交換器 - Google Patents

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    • F28D2021/0096Radiators for space heating

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車室内に吹出す空気を加熱するヒータコア等の加熱用熱交換器に適用して好適な熱交換器に関するもので、特に車両の車室内における左側座席の空調ゾーンと右側座席の空調ゾーンとを互いに独立して温度調節することが可能な左右独立温度コントロール方式の空調ユニット内に設置されて好適な熱交換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の左右独立温度コントロール方式の空調ユニット内に設置される熱交換器として、特許文献1に示されるものが知られている。即ち、この熱交換器のコア部本体は、左右方向に複数並べられるチューブの中央部を境にして第1コア部と第2コア部とに区画されており、更に第1、第2コア部のチューブは空気流れ方向に2列に配列されている。
【0003】
空気の加熱源となるエンジンからの温水は、第1、第2コア部において空気流れ方向の一方のチューブ群を流れ、チューブの反流入側端部で接続されるタンク部内でUターンして、空気流れ方向の他方のチューブ群を流れ、この間に空気を加熱するようにしている。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−294029号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1における熱交換器においては、温水の流量が微小の場合、第1、第2コア部のチューブへの流入側近傍で大半の放熱が進行し、チューブの反流入側に向けて空気温度は低下してしまう。即ちチューブの長手方向において加熱される空気の温度差が生じ、温度の低い空気が車室内に送風されるとその部位においては暖房不足となる。
【0006】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、内部流体の流量が微小の場合でもチューブの長手方向における空気の温度差が生じない熱交換器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【0008】
請求項1に記載の発明では、内部を内部流体が流通し、長手方向に対して交差する方向に複数配列されるチューブ(111)と、チューブ(111)の配列方向に延び、チューブ(111)の長手方向両端部に接続される一対のタンク(120、130)とを有する熱交換器において、タンク(120、130)の少なくとも一方の内部には、このタンク(120、130)内の空間を仕切る複数の仕切り板(121、131)が設けられ、仕切り板(121、131)によって内部流体が流通する流路が、一方のタンク(130)の両端部側からそれぞれチューブ(111)をUターンしながら他方あるいは一方のタンク(120)の中央部側に繋がるように形成され、Uターンによって形成される流路のうち、両端部側から最初に内部流体が流通する流路は、次の流路よりも断面面積が小さくなるように形成されたことを特徴としている。
【0009】
これにより、内部流体の流量が微小の場合であっても、まず配列方向の両端部側のチューブ(111)に温度の高い内部流体が満たされるように流通させることができるので、チューブ(111)の長手方向における外部流体の温度差が生じないようにすることができる。
【0010】
請求項2に記載の発明では、複数配列されるチューブ(111)のうち、中央部に位置する中央チューブ(111a)は、他の一般チューブ(111)よりも断面面積が大きく形成されたことを特徴としている。
【0011】
これにより、チューブ(111)の配列方向において狭い範囲で最終ターン後の内部流体の流路を形成できるので、その分、上流側のUターンの形成に自由度を持たせてチューブ(111)の長手方向における温度差の調整を容易に行うことができる。
【0012】
請求項3に記載の発明では、中央チューブ(111a)の内部流体が流通する下流側は、他方あるいは一方のタンク(120)を貫通するように配置され、この貫通部で中央チューブ(111a)およびタンク(120)は互いに接合されたことを特徴としている。
【0013】
これにより、中央チューブ(111a)の壁部がタンク(120)内における仕切り板(121)の役目を果たすので、仕切り板(121)の設定を減らすことができる。
【0014】
請求項4に記載の発明では、最終ターン後の内部流体流れの上流側となるタンク(130)内には、仕切り板(121、131)としてこの内部空間を中央部を境に長手方向に分割する中央仕切り板(131a)が設けられ、且つ、中央チューブ(111a)内には、中央仕切り板(131a)に対応するチューブ内仕切り板(111b)が設けられたことを特徴としている。
【0015】
これにより、タンク(130)の両端部側からそれぞれ流通する内部流体は、中央仕切り板(131a)によって最終ターン後も混合することが無くなるので、チューブ(111)配列方向の一方側と他方側とにおいてそれぞれ独立した温度制御が容易にできるようになる。
【0016】
請求項5に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、内部流体の最下流側が繋がる他方あるいは一方のタンク(120)およびチューブ(111)の中央部側におけるそれぞれの内部には、これらの内部空間をチューブ(111)の外部を通過する外部流体の流れ方向に2分割する分割仕切り板(121a、111d)が設けられ、この分割仕切り板(121a、111d)によって、内部流体の最後のUターンは、外部流体の流れ方向に行われることを特徴としている。
【0017】
これにより、最終ターン後の内部流体流れを形成する中央部側のチューブ(111)の本数を多くした設定が可能となり、請求項2、請求項3における中央チューブ(111a)に相当する流路を形成できるので、特殊サイズとなる中央チューブ(111a)の設定を不要とすることができる。
【0018】
請求項6に記載の発明では、請求項1または請求項5に記載の発明において、最終ターン後の内部流体流れの上流側となるタンク(130)内には、仕切り板(121、131)としてこの内部空間を中央部を境に長手方向に分割する中央仕切り板(131a)が設けられたことを特徴としている。
【0019】
これにより、請求項4に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【0020】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
第1実施形態は、本発明の熱交換器を図1、図2に示すヒータコア100に適用したものである。更に詳しくは、車両の車室内における左側座席の空調ゾーンと右側座席の空調ゾーンとを互いに独立して温度調節することが可能な左右独立温度コントロール方式の空調ユニット内に設置されるヒータコア100としている。
【0022】
ヒータコア100は、チューブ111の長手方向が上下方向となり、チューブ111の配列方向が左右方向となるように図示しない空調ユニット内に配設される。尚、空調ユニットの上側と車室内のデフロスタ吹出し口とがダクトで接続され、空調ユニットの下側と車室内のフット吹出し口とがダクトで接続されている。よって、ヒータコア100の上側を通過して加熱された空気は、デフロスタ吹出し口側に流れやすく、また、ヒータコア100の下側を通過して加熱された空気は、フット吹出し口側に流れやすくなる。
【0023】
ヒータコア100は、主にコア部110、上タンク120、下タンク130等から構成されている。尚、後述する各部を構成する部材はアルミニウムあるいはアルミニウム合金から成り、嵌合、かしめ、治具固定等により組付けられ、予め各部材表面の必要部位に設けられたろう材により一体でろう付けされている。
【0024】
コア部110は、チューブ111、中央チューブ111a、フィン112、サイドプレート113、コアプレート114から成る。チューブ111は、断面が扁平状を成し、長手方向に対して交差する方向に複数配列されている。複数配列されるチューブ111の中央部には、断面面積がこれらチューブ111に比べて大きく設定(ここでは略4倍)された中央チューブ111aが配設されている。尚、ヒータコア100が空調ユニット内で配設される姿勢に合わせて、以下、チューブ111の長手方向を上下方向、チューブ111の配列方向を左右方向とする。
【0025】
上記チューブ111、中央チューブ111aの間には、薄肉の帯板材から波状に成形され、放熱面積を拡大するフィン112が介在されている。そして左右方向の最外方フィン112の更に外方には、補強部材としてのサイドプレート113が設けられている。
【0026】
各チューブ111、中央チューブ111aの長手方向両端部側には、外周に縁立て部が形成され、平面部に複数のチューブ穴が形成されたコアプレート114が配設され、各チューブ111、中央チューブ111aの長手方向両端部は、チューブ穴に嵌入して接合されている。また、サイドプレート113の長手方向両端部は、コアプレート114の平面部に接合されている。
【0027】
上タンク120、下タンク130は、外形が直方体を成す容器体であり、コアプレート114側に開口しており、この開口側がそれぞれコアプレート114の縁立て部に嵌合して接合されている。
【0028】
上タンク120の内部には、この内部空間を左上タンク部120a、中央上タンク部120b、右上タンク部120cの3つに仕切る仕切り板121が中央チューブ111aを挟むように2つ設けられている。また、上タンク120の天井部において、2つの仕切り板121の間となる中央上タンク部120bに出口パイプ122が設けられている。よって、上タンク120内の左右のタンク部120a、120cはそれぞれ左側、右側のチューブ111群と連通し、また、中央上タンク部120bは中央チューブ111aおよび出口パイプ122と連通している。
【0029】
下タンク130の内部には、この内部空間を左下タンク部130a、中央下タンク部130b、右下タンク部130cの3つに仕切る仕切り板131が下タンク130の長手方向両端部側近傍に2つ設けられている。また、下タンク130の両端部、即ち左下タンク部130a、右下タンク部130cには、第1入口パイプ132、第2入口パイプ133が設けられている。よって、下タンク130内の左右のタンク部130a、130cはそれぞれ左側、右側のチューブ111と連通し、また、中央下タンク部130bはその他のチューブ111および中央チューブ111aと連通している。
【0030】
以上のように構成されるヒータコア100においては、図示しないエンジンからの温水(内部流体)が、まず第1入口パイプ132および第2入口パイプ133の両者から下タンク130の左右のタンク部130a、130cに流入する。そして、左右両端部側のチューブ111を上側に向けて流れ、上タンク120の左右のタンク部120a、120cでUターンし、下タンク130側に下降する。更に、下タンク130の中央下タンク部130bでUターンして中央チューブ111aを上側に向けて流れ、上タンク120の中央上タンク部120bを経て出口パイプ122から流出する。この間にヒータコア100は、コア部110(チューブ111、フィン112)を通過する空気(外部流体)を加熱する。
【0031】
これにより、温水の流量が微小の場合であっても、まず左右両端部側のチューブ111に温度の高い温水が満たされるように流通させることができるので、チューブ111の上下方向における空気の温度差が生じないようにすることができる。そして、デフロスタ吹出し口やフット吹出し口への暖房性能を共に満足させることができる。
【0032】
また、コア部110の中央部に一般チューブ111に比べて断面面積を大きく設定した中央チューブ111aを設定しているので、チューブ111の配列方向において狭い範囲で最終ターン後の温水の流路を形成でき、その分、上流側のUターンの形成に自由度を持たせて、上下方向の温度差の調整を容易にすることができる。即ち、上タンク120内で一回目のターンを行った後に温水が下降するチューブ111群の本数設定を多くすることで、このチューブ群111の上側において、比較的温度の高い領域を作ることができるので、最も高い空気温度の得られる下側との温度調整のための領域とすることができる。
【0033】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図3に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、中央チューブ111aと上タンク120とを接合して仕切り板121を廃止するようにしたものである。
【0034】
中央チューブ111aの温水が流れる下流側は、上タンク120の天井部を貫通するように延ばされ、この貫通部で中央チューブ111aと上タンク120とを接合している。そして出口パイプ122は、中央チューブ111aの開口部を内包するように設けられている。
【0035】
これにより、中央チューブ111aの壁部が上記第1実施形態で説明した上タンク120内における仕切り板121の役目を果たすので、上記第1実施形態に対して仕切り板121の設定を減らすことができる。
【0036】
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図4、図5に示す。第3実施形態は、上記第1実施形態に対して、第1、第2入口パイプ132、133からそれぞれ流入する温水の流れを完全に分離するようにしたものである。
【0037】
ここでは、下タンク130内に上記第1実施形態における中央下タンク部130bを中央部を境にして左右に分割する中央仕切り板131aを設けている。更に、中央チューブ111aの内部には、中央仕切り板131aに対応するチューブ内仕切り板111bを設けている。
【0038】
この中央仕切り板131aとチューブ内仕切り板111bとによって、下タンク130の左右のタンク部130a、130cからそれぞれ流通する温水は、最終ターン後も混合することが無くなるので、コア部110の左側と右側とにおいてそれぞれ独立した温度制御が容易にできるようになる。
【0039】
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態を図6〜図8に示す。第4実施形態は、上記第1実施形態に対して、仕切り板121、131の設定を変更して中央チューブ111aを廃止するようにしたものである。
【0040】
上タンク120内の中央部側には、コの字状を成し空気の流れ方向に上タンク120内の空間を2分割する分割仕切り板121aが設けられ、また、分割仕切り板121aのコの字状の反開口側には、上タンク120内の空間を左右に分割する仕切り板121が設けられている。即ち、上タンク120内は、分割仕切り板121aのコの字状の内側となる内側タンク部120dと、外側となる左外側タンク部120e、右外側タンク部120fに分割されている。
【0041】
内側タンク部120d内に配置される中央部側チューブ111cの内部には、分割仕切り板121aに対応する区画壁111dが形成されており、中央部側チューブ111cの内部も空気流れ方向に2分割されている。尚、内側タンク部120d内の中央部側チューブ111cのトータル開口面積は、一般のチューブ111の略4本分(1/2本×8本)としており、上記第1実施形態における中央チューブ111aの開口面積と同等にしている。
【0042】
また、出口パイプ122は、内側タンク部120dと連通するように設けられている。
【0043】
一方、下タンク130内の両端部側において、分割仕切り板121aの左右の端部121bに対応する位置にはそれぞれ仕切り板131が設けられ、また、中央部には中央仕切り板131aが設けられ、下タンク130の内部空間は、左下タンク部130a、左中央下タンク部130b1、右中央下タンク部130b2、右下タンク部130cの4つに分割されている。
【0044】
このヒータコア100においては、温水は、まず第1入口パイプ132および第2入口パイプ133の両者から下タンク130の左右のタンク部130a、130cに流入する。そして、左右両端部側のチューブ111を上側に向けて流れ、上タンク120の左右の外側タンク部120e、120fに流入する。そして区画壁111dが設けられた中央部側チューブ111cの空気流れ下流側に流入して、下タンク130の左右の中央タンク部130b1、130b2に下降する。更に、中央仕切り板131aによって左右からの温水は互いに混合する事無く、中央部側チューブ111cの空気流れ上流側にUターンして上側に向けて流れ、内側タンク部120dを経て出口パイプ122から流出する。
【0045】
これにより、最終ターン後の温水の流れを形成する中央部側チューブ111cの本数を多くした設定が可能となり、上記第1〜第3実施形態における中央チューブ111aに相当する流路を形成できるので、特殊サイズとなる中央チューブ111aの設定を不要とすることができる。
【0046】
尚、空気流れ方向は、図7、図8に示す方向とは逆になるようにしても良い。
【0047】
(その他の実施形態)
上記第1〜第3実施形態において設定した中央チューブ111aは、複数本の一般のチューブ111に置き換えても良い。また、出口パイプ122は、温水流れのターン数を調整して、下タンク130側に設定するようにしても良い。ヒータコア100を構成する各部材の材質は、アルミニウム系に限らず、銅系等他の材質としても良い。
【0048】
更に、対象とする熱交換器は、ヒータコア100に限らず、車両用空調装置の蒸発器等の冷却用熱交換器に適用しても良い。この場合、内部流体は冷媒となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態におけるヒータコアを示す断面図である。
【図2】図1におけるA−A部を示す断面図である。
【図3】第2実施形態におけるヒータコアを示す断面図である。
【図4】第3実施形態におけるヒータコアを示す断面図である。
【図5】図4におけるB−B部を示す断面図である。
【図6】第4実施形態におけるヒータコアを示す断面図である。
【図7】図6におけるC−C部を示す断面図である。
【図8】図6におけるD−D部を示す断面図である。
【符号の説明】
100 ヒータコア(熱交換器)
111 チューブ
111a 中央チューブ
111b チューブ内仕切り板
111d 区画壁(分割仕切り板)
120 上タンク
121 仕切り板
121a 分割仕切り板
130 下タンク
131 仕切り板
131a 中央仕切り板

Claims (6)

  1. 内部を内部流体が流通し、長手方向に対して交差する方向に複数配列されるチューブ(111)と、
    前記チューブ(111)の配列方向に延び、前記チューブ(111)の長手方向両端部に接続される一対のタンク(120、130)とを有する熱交換器において、
    前記タンク(120、130)の少なくとも一方の内部には、このタンク(120、130)内の空間を仕切る複数の仕切り板(121、131)が設けられ、
    前記仕切り板(121、131)によって前記内部流体が流通する流路が、一方の前記タンク(130)の両端部側からそれぞれ前記チューブ(111)をUターンしながら他方あるいは一方の前記タンク(120)の中央部側に繋がるように形成され
    前記Uターンによって形成される前記流路のうち、前記両端部側から最初に前記内部流体が流通する流路は、次の流路よりも断面面積が小さくなるように形成されたことを特徴とする熱交換器。
  2. 複数配列される前記チューブ(111)のうち、中央部に位置する中央チューブ(111a)は、他の一般チューブ(111)よりも断面面積が大きく形成されたことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記中央チューブ(111a)の前記内部流体が流通する下流側は、他方あるいは一方の前記タンク(120)を貫通するように配置され、この貫通部で前記中央チューブ(111a)および前記タンク(120)は互いに接合されたことを特徴とする請求項2に記載の熱交換器。
  4. 最終ターン後の前記内部流体流れの上流側となる前記タンク(130)内には、前記仕切り板(121、131)としてこの内部空間を中央部を境に長手方向に分割する中央仕切り板(131a)が設けられ、
    且つ、前記中央チューブ(111a)内には、前記中央仕切り板(131a)に対応するチューブ内仕切り板(111b)が設けられたことを特徴とする請求項2または請求項3のいずれかに記載の熱交換器。
  5. 前記内部流体の最下流側が繋がる他方あるいは一方の前記タンク(120)および前記チューブ(111)の前記中央部側におけるそれぞれの内部には、これらの内部空間を前記チューブ(111)の外部を通過する外部流体の流れ方向に2分割する分割仕切り板(121a、111d)が設けられ、
    前記分割仕切り板(121a、111d)によって、前記内部流体の最後のUターンは、前記外部流体の流れ方向に行われることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
  6. 最終ターン後の前記内部流体流れの上流側となる前記タンク(130)内には、前記仕切り板(121、131)としてこの内部空間を中央部を境に長手方向に分割する中央仕切り板(131a)が設けられたことを特徴とする請求項1または請求項5のいずれかに記載の熱交換器。
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