JP4338667B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、特に車両に搭載する熱交換器に関するものである。

自動車のエンジンルームの前方には、ラジエータやコンデンサ等の熱交換器が配置される。この種の熱交換器は、一対のタンク間に、波形状の熱交換本体を複数設け、その間に蛇行したエアー通路を形成している。熱交換本体の一部は円筒状のチューブにて形成され、このチューブ内に一方のタンクから他方のタンクへ向けてエンジン冷却水や冷媒等の熱交換媒体が流れるようになっている。

エアー通路が蛇行しているため、その間を通過するエアーに乱流が生じて、エアーの熱交換本体内面に対する密着性が向上し、単なるストレート型のエアー通路よりも熱交換効率が向上するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
実開平２−１１５６６５号公報

しかしながら、このような従来の技術にあっては、エアー通路を蛇行させることより、そこを通過するエアーに乱流が生じ、チューブを有する熱交換本体との間の熱交換効率をある程度向上させるものの、チューブが円筒状のため、高温となるチューブの外表面積が小さく、チューブの外表面とエアーとの接触による熱交換効率に限界があり、熱交換本体全体の熱交換効率も、それ以上向上させることができなかった。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、チューブを有する熱交換本体全体の熱交換効率を向上させることができる熱交換器を提供するものである。

請求項１記載の発明は、一対のタンク間に、パネルの断面が屈曲形成された接続部と、熱交換媒体を通過可能なるように中空チューブ状に形成された本体部とが幅方向で交互に連続し且つ長手方向で同一形状が連続した波形状の熱交換本体を、熱交換本体の幅方向をエアー流れ方向に合致させた状態で設けると共に、少なくとも一部の熱交換本体の一部又は全部が熱交換媒体を通過させる筒状の本体部で形成された熱交換器であって、前記本体部が扁平筒状であると共に前記接続部の頂点を挟んだ上流側及び下流側に、長手方向に沿うスリット開口がそれぞれ形成されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、スリット開口内にルーバーを一体的に形成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記本体部の対向する内壁同士がリブにて連結されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、隣接する熱交換本体の向きを逆にしたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、前記熱交換本体のエアー流れ方向の上流側端部に、隣接する熱交換本体間のエアー通路側へ突出するフィンを所定間隔ごとに対向状態で形成したことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、前記本体部の外表面に、エアー流れ方向に沿う凸部又は凹部を、長手方向に複数形成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、中空チューブ状の本体部を円筒でなく扁平筒状にしたため、高温となる本体部の外表面積が拡大し、本体部の外表面とエアーとの接触による熱交換効率が向上し、熱交換本体全体の熱交換効率が向上する。

また、本体部を中空チューブ状に形成し、応力が集中的に加わる接続部をパネルで形成したため、熱交換本体全体の強度低下を防ぐことができる。

更に、接続部の少なくとも一部にスリット開口を形成したため、エアーがスリット開口から他側のエアー通路に入り、更なる乱流を形成するため、熱交換本体の熱交換効率が向上する。更に、接続部としてのパネルの頂点を挟んだ上流側及び下流側にそれぞれスリット開口を形成したため、上流側のスリット開口から他側のエアー通路に入って乱流を形成したエアーが、再度下流側のスリット開口から元のエアー通路に戻って再び乱流を形成するため、熱交換本体の熱交換効率が更に向上する。

請求項２記載の発明によれば、スリット開口内にルーバーが一体的に形成されているため、スリット開口を通過するエアーとの接触面積が拡大し、熱交換効率が更に向上する。

請求項３記載の発明によれば、前記本体部の対向する内壁同士がリブにて連結されているため、熱交換本体全体をチューブで形成するような場合も、本体部の強度が低下しない。

請求項４記載の発明によれば、隣接する熱交換本体の向きを逆にしたため、エアーの流れ方向においてエアー通路の幅が変化し、エアー通路内において複雑な乱流が発生して、熱交換本体の熱交換効率が更に向上する。

請求項５記載の発明によれば、熱交換本体の上流側端部にフィンを形成して、エアー通路の入口に幅広部と幅狭部を長手方向で交互に形成したため、幅狭部に入ったエアーは幅広部側へ広がるように流れる。従って、幅広部側を流れるエアーと乱流を起こし、熱交換本体の熱交換効率が向上する。

請求項６記載の発明によれば、前記本体部の外表面に凸部又は凹部を複数形成したため、外表面積が増し、熱交換本体の熱交換効率が向上する。特に、乱流状態のエアーが接触することにより、熱交換効率を向上させる。

チューブを有する熱交換本体全体の熱交換効率を向上させることができる熱交換器を提供するという目的を、一対のタンク間に、パネルの断面が屈曲形成された接続部と、熱交換媒体を通過可能なるように中空チューブ状に形成された本体部とが幅方向で交互に連続し且つ長手方向で同一形状が連続した波形状の熱交換本体を、熱交換本体の幅方向をエアー流れ方向に合致させた状態で設けると共に、少なくとも一部の熱交換本体の一部又は全部が熱交換媒体を通過させる筒状の本体部で形成された熱交換器であって、前記本体部が扁平筒状であると共に前記接続部の頂点を挟んだ上流側及び下流側に、長手方向に沿うスリット開口がそれぞれ形成されていることで、実現した。以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図５は、本発明の第１実施例を示す図である。図１は、自動車のエンジンルームに前方に搭載される「熱交換器」としてのラジエータ１を示している。このラジエータ１は、上下に一対のタンク２、３を有し、その間に上下方向に沿う複数の熱交換本体４が設けられている。熱交換本体４は、「接続部」であるパネル５と、「本体部」である扁平筒形状のチューブ６とが幅方向で交互に連続し且つ長手方向で同一形状が連続した波形状を有している。

そして、熱交換本体４はその幅方向を前後方向に合わせた状態で、左右方向に所定間隔ごと設けられている。そして、エンジンから上側のタンク２に導入された高温のエンジン冷却水がチューブ６内を流れて下側のタンク２に至り、下側のタンク３からエンジンに戻されるようになっている。

隣接する一対の熱交換本体４の間には、エアーＥを熱交換本体４の幅方向（前後方向）に沿ったエアー流れ方向Ａへ通過させる蛇行状態のエアー通路７が形成される。尚、このエアー通路７内に、コルゲート状のフィンを設けても良い。

この熱交換本体４における上下中央範囲４ａ（図１参照）には、上下方向に沿う一対のスリット開口８、９が、パネル５の頂点を挟んだ上流側及び下流側にそれぞれ形成されている。また、各スリット開口８、９内にはルーバー８ａ、９ａも一体形成されている。

この実施例によれば、熱交換本体４が波形で、エアー通路７が蛇行しているため、エアーＥが熱交換本体４の屈曲部であるパネル５の頂点を通過した際に乱流Ｒ１が生じる。その乱流のために、エアーＥの熱交換本体４の内面に対する密着性が向上し、従来同様に、ストレート型のエアー通路よりも熱交換効率が向上する。

また、高温のエンジン冷却水が内部を流れ、それ自体が高温になるチューブ６が、円筒状でなく、扁平筒状であるため、従来の円筒形状に比べて、チューブ６の外表面積が拡大し、チューブ６の外表面とエアーＥとの接触による熱交換効率が向上し、熱交換本体４全体の熱交換効率が向上する。

「本体部」をチューブ６で形成し、応力が集中的に加わる「接続部」をパネル５で形成したため、熱交換本体４全体の強度低下を防ぐことができる。

パネル５の頂点を挟んだ上流側及び下流側にそれぞれスリット開口８、９を形成したため、まず上流側のスリット開口８から他側のエアー通路７に入って乱流Ｒ２を形成し、熱交換効率を向上させると共に、他側のエアー通路７に入ったエアーＥが、再度下流側のスリット開口９から元のエアー通路７に戻って再び乱流Ｒ３を形成するため、熱交換本体４の熱交換効率がより確実に向上する。

スリット開口８、９内にルーバー８ａ、９ａが一体的に形成されているため、スリット開口８、９を通過するエアーＥとの接触面積が拡大し、熱交換効率が向上する。

図６は、本発明の第２実施例を示す図である。この実施例では、熱交換本体１０の全体をチューブ構造にしたものである。また、熱交換本体４内に対向する内壁同士を連結する複数のリブ１１を形成した。

この実施例によれば、熱交換本体１０の全体をチューブ構造にしたため、高温の外表面積が最大になり、熱交換効率が更に向上する。また、熱交換本体１０の対向する内壁同士がリブ１１にて連結されているため、熱交換本体１０全体をチューブ構造にしても、強度が低下しない。その他の構成及び作用効果は先の実施例と同様につき、共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図７は、本発明の第３実施例を示す図である。この実施例では、熱交換本体１２の全体をチューブ構造にすると共に、熱交換本体１２の向きを交互に逆にした。

この実施例によれば、エアーの流れ方向Ａにおいて、エアー通路１３の幅が変化し、エアー通路１３内において複雑な乱流が発生し、熱交換本体１２の熱交換効率が向上する。その他の構成及び作用効果は先の実施例と同様につき、共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図８は、本発明の第４実施例を示す図である。この実施例では、ストレート状の熱交換本体１４と、波形状の熱交換本体１５を、交互に配置した。また、どちらの熱交換本体１４、１５も全体がチューブ構造になっている。波形の熱交換本体１５の方には、屈曲部に相当する部分に、対向する内壁同士を連結するリブ１６が形成されている。

この実施例のように、全てを波形状の熱交換本体１５にせず、波形状の熱交換本体１５の間にストレート形状の熱交換本体１４を設けても、間に形成されるエアー通路１７は非ストレート状となるため、エアー通路１７内を流れるエアーＥに乱流が生じ、熱交換効率の向上を図ることができる。また、約半分がストレート状の熱交換本体１４のため、全てを波形状にする場合よりも、製造が容易である。その他の構成及び作用効果は先の実施例と同様につき、共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図９〜図１１は、本発明の第５実施例を示す図である。この実施例に係る熱交換本体１８は、２つの部材を接合して「接続部」であるパネル１９と、「本体部」である扁平筒形状のチューブ２０を形成している。そして、熱交換本体１８のエアー流れ方向Ａの上流側端部には、その接合した２つの部材の端部を加工したフィン２１が形成されている。フィン２１は長手方向に沿って左右交互に形成され、隣接する熱交換本体１８の間のエアー通路７側へ突出する状態で形成されている。そして、隣接するフィン２１同士は対向するように形成され、エアー通路７の入口に幅広部７ａと幅狭部７ｂを長手方向で交互に形成している。

また、チューブ２０の外表面には、エアー流れ方向Ａに沿う凸部２２（凹部でも可）が、長手方向に複数形成されている。

この実施例によれば、熱交換本体１８の上流側端部にフィン２１を形成して、エアー通路７の入口に幅広部７ａと幅狭部７ｂを長手方向で交互に形成したため、幅狭部７ｂに入ったエアーＥは幅広部７ａ側へ広がるように流れる。従って、幅広部７ａ側を流れるエアーＥと乱流Ｒ４を起こし、熱交換本体１８の熱交換効率を向上させる。

また、チューブ２０の外表面に凸部２２を複数形成したため、外表面積が増し、熱交換本体１８の熱交換効率が向上する。特に、幅狭部７ｂから上下に広がった乱流Ｒ４が斜めに接触することにより、熱交換効率が向上する。その他の構成及び作用効果は先の実施例と同様につき、共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

以上の実施例では、上下一対のタンク２、３間に上下方向に沿う熱交換本体４、１０、１２、１４を配置する縦型の熱交換器を例にしたが、左右一対のタンク間に左右方向に沿う熱交換本体を備えた横型の熱交換器でも良い。そして、熱交換本体４、１０、１２、１４における接続部はＶ形でもＵ形でも良く、本体部は完全に平坦でなく若湾曲していても良い。

本発明の第１実施例に係るラジエータを示す正面図。 図１中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。 図１中矢示ＳＢ−ＳＢ線に沿う断面図。 図３中矢示ＤＡ部分の拡大図。 熱交換本体を示す斜視図。 第２実施例を示す熱交換本体の断面図。 第３実施例を示す熱交換本体の断面図。 第４実施例を示す熱交換本体の断面図。 第５実施例に係る熱交換本体を示す斜視図。 第５実施例を示す熱交換本体の断面図。 第５実施例を示すエアー通路の入口の拡大正面図。

符号の説明

１ ラジエータ（熱交換器）
２、３ タンク
４、１０、１２、１４、１５、１８ 熱交換本体
５、１９ パネル（接続部）
６、２０ チューブ（本体部）
７、１３、１７ エアー通路
７ａ 幅広部
７ｂ 幅狭部
８、９ スリット開口チューブ
８ａ、９ａ ルーバー
１１、１６ リブ
２１ フィン
２２ 凸部
Ａ エアー流れ方向
Ｅ エアー
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 乱流

Claims (6)

1. 一対のタンク（２、３）間に、パネルの断面が屈曲形成された接続部（５、１９）と、熱交換媒体を通過可能なるように中空チューブ状に形成された本体部（６、１０，１５，２０）とが幅方向で交互に連続し且つ長手方向で同一形状が連続した波形状の熱交換本体（４、１２，１８）を、熱交換本体（４、１２，１８）の幅方向をエアー流れ方向（Ａ）に合致させた状態で設けると共に、少なくとも一部の熱交換本体（４、１２，１８）の一部又は全部が熱交換媒体を通過させる筒状の本体部（６、１０，１５，２０）で形成された熱交換器であって、
   前記本体部（６、１０，１５，２０）が扁平筒状であると共に前記接続部（５，１９）の頂点を挟んだ上流側及び下流側に、長手方向に沿うスリット開口（８，９）がそれぞれ形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１記載の熱交換器であって、
   前記スリット開口（８，９）内にルーバー（８ａ，９ａ）を一体的に形成したことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の熱交換器であって、
   前記本体部（６，１０，１５、２０）の対向する内壁同士がリブ（１１，１６）にて連結されていることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器であって、
   隣接する熱交換本体（１２）の向きを逆にしたことを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器であって、
   前記熱交換本体（１８）のエアー流れ方向（Ａ）の上流側端部に、隣接する熱交換本体（１８）間のエアー通路（Ａ）側へ突出するフィン（２１）を所定間隔ごとに対向状態で形成したことを特徴とする熱交換器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器であって、
   前記本体部（２０）の外表面に、エアー流れ方向（Ａ）に沿う凸部（２２）又は凹部を、長手方向に複数形成したことを特徴とする熱交換器。

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