JP4440957B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、車両の熱交換器に関する。

従来、それぞれ流通媒体の出入り口となるポートを有して所定間隔を置いて配置された一対の長尺なタンクと、一対のタンクの間に配置され、且つ、それぞれ対応するタンクに挿通し固定された複数のチューブと、隣接するチューブ同士間に配置されたフィンとから成るコア部を備える熱交換器の技術が公知になっている（特許文献１参照）。
特開２００７−１０７７９９号公報

しかしながら、従来の発明にあっては、高温な流通媒体がポートを介して上流側のタンクに流入した際に、ポートに近接した位置に既存していた低温の流通媒体は、チューブを介して勢い良く下流側のタンクへ押し出される一方、ポートから離間した位置に既存していた低温の流通媒体は、チューブを介して下流側のタンクへ所望のように押し出されないため、高温な流通媒体がポートから離間した位置に到達する迄に時間が掛かり、高温な流通媒体と低温な流通媒体との入れ替えに時間が掛かってしまう。

加えて、ポートに近接した位置に既存していた低温の流通媒体は、高温の流通媒体と直接混合して温度上昇しつつチューブを介して下流側タンクへ押し出される一方、ポートから離間した位置に既存していた低温の流通媒体は、高温な流通媒体と混合して温度上昇することなく低温の状態でチューブを介して下流側タンクへ押し出される。

これらにより、熱交換器が流通媒体の流入・排出を繰り返す度に、上流側のタンク内で流通媒体の大きな温度分布が生じると同時に、チューブの配置毎に異なる熱膨張量差に起因してコア部に大きな温度分布が生じ、これらの熱応力に起因する悪影響によって熱交換器の耐久性が低下するという問題点があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、タンクやコア部の温度分布に伴う熱応力を低減して耐久性を向上できる熱交換器を提供することである。

本発明の請求項１記載の発明では、それぞれ流通媒体の出入り口となるポートを有して所定間隔を置いて配置された一対の長尺なタンクと、前記一対のタンクの間に配置され、且つ、それぞれ対応するタンクに挿通し固定された複数のチューブと、隣接するチューブ同士間に配置されたフィンとから成るコア部を備える熱交換器において、一端を前記タンク内の前記ポート開口部に接続するとともに、前記タンク内にタンク長手方向に平行に延びて前記タンク内の側面に接続する第１壁部と、前記第１壁部と前記タンク内の前記ポート側の側面との間にタンク長手方向と直交して設けた第２壁部と、を形成することにより、タンク内に長手方向へ向かう狭い通路を形成し、前記タンク内を長手方向に流通する流通媒体の流通を促進可能な流通促進手段を備えることを特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明にあっては、それぞれ流通媒体の出入り口となるポートを有して所定間隔を置いて配置された一対の長尺なタンクと、前記一対のタンクの間に配置され、且つ、それぞれ対応するタンクに挿通し固定された複数のチューブと、隣接するチューブ同士間に配置されたフィンとから成るコア部を備える熱交換器において、前記タンク内を長手方向に流通する流通媒体の流通を促進可能な流通促進手段を備えるため、タンクやコア部の温度分布に伴う熱応力を低減して耐久性を向上できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
なお、実施例１では熱交換器をラジエータとした場合について説明する。
図１は本発明の実施例１の熱交換器を車両後方側から見た正面図、図２は実施例１のコア部を説明する正面図、図３は図１のＳ３−Ｓ３線における断面図、図４は図１のＳ４−Ｓ４線における断面図、図５は実施例１のタンクの平面図、図６は同斜視図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、実施例１のラジエータ１は、所定間隔を置いて左右に離間して配置された一対の樹脂製のタンク2,3と、これら両タンク2,3の間に配置されたアルミ製のコア部４が備えられている。

図２に示すように、コア部４は、タンク2,3が装着され、外側に開口した略器状のチューブプレート5,6と、両端部がチューブプレート5,6の底部に挿通し固定された偏平管状の複数のチューブ７と、隣接するチューブ７同士間に介装された波板状のフィン８とから構成されている。
コア部４の上下端部は、両端部がチューブプレート5,6の底部に挿通し固定された一対のレインフォース9,10で連結補強されている。

また、コア部４の各構成部材の接合部のうちの少なくとも一方側には、ろう材から成るクラッド層（ブレージングシート）が設けられ、これらは予め仮組みされた後、図外の加熱炉で熱処理されることにより、各接合部がろう付けされて一体的に形成されている。
そして、図３、４に示すように、前述したろう付け処理後のコア部４に対して、各チューブプレート5,6の外周縁に形成された複数の爪部１１がそれぞれ対応するタンク2,3の底部外周縁にシール部材１２を介して加締められることにより、各タンク2,3の内部が密閉されている。

タンク２は、コア部４側に開口した略器状に形成される他、その後面の上部には流通媒体の入口であるポート１３が開口形成される一方、下部にはドレンポート１４が設けられている。
一方、タンク３の後面の下部には、流通媒体の出口であるポート１５が開口形成されている。
なお、実施例１のポート13,15は開口部となっており、ここに図外の脱着式のパイプが接続固定されるタイプであるが、タンク２と一体的にパイプを形成するタイプを採用しても良い。

また、タンク2,3の前面には、図外のコンデンサを固定支持するための取付ブラケット部１６（図５、６参照）が上下に離間してそれぞれ設けられる他、タンク2,3の上下端部には、ラジエータ１をコンデンサと共に図外の車体側（ラジエータコアサポート等）に固定するための車両搭載用のピン１７が設けられている。

そして、図３〜６に示すように、タンク２の内部には、タンク２の長手方向と平行に平板状のリブ１８（請求項の第１壁部に相当）が該タンク２の底部から所定の高さＨ１（４参照）を有して一体的に形成されている。

また、リブ１８の一部は、ポート１３付近で切欠されてポート１３の両側に接続され、これにより、タンク２の内部には、ポート１３と直接連通した状態でタンク２の長手方向へ延びる狭い通路１９と、通路１９に対してリブ１８とチューブ７との隙間Ｈ２（図４参照）を介して連通した状態で区分けされる室20,21が形成されている。
なお、タンク３は、リブ１８が省略されることと、ポート１５の位置が異なること以外はタンク２と同様であるため、その説明は省略する。

次に、作用を説明する。
このように構成されたラジエータ１は、その前面に図外のコンデンサがタンク2,3の各取付ブラケット部１６で固定支持された状態で、ピン１７を介して車体側（ラジエータコアサポート等）に固定される。
また、ポート１３には、図外のパイプが接続固定され、このパイプに被冷却物（エンジンまたはモータのインバータ回路等）を冷却後の流通媒体が流れる接続管が接続される。
一方、ポート１５には図外のパイプが接続され、このパイプに被冷却物を冷却前の流通媒体が流れる接続管が接続される。

そして、ラジエータ１のポート１３を介してタンク２に流入した高温な流通媒体は、各チューブ７を流通してタンク３へ流入する間に車両走行風または図外のファンの強制風と熱交換して冷却された後、タンク３のポート１５から排出され、熱交換器として機能する。

ここで、従来の発明にあっては、ラジエータが流通媒体の流入・排出を繰り返す度に、上流側のタンク内で流通媒体の大きな温度分布が生じると同時に、チューブの配置毎に異なる熱膨張量差に起因してコア部に大きな温度分布が生じ、これらの熱応力に起因する悪影響によってラジエータの耐久性が低下するという問題点があった。

これに対し、実施例１のラジエータ１では、図５に示すように、ポート１３からタンク２に流入した高温な流通媒体（一点鎖線で図示）は、通路１９内に既存していた低温な流通媒体と混合しつつタンク２の長手方向へ速やかに流通すると同時に、各チューブ７を介してタンク３へ押し出される。
加えて、室20,21において既存していた低温な流通媒体は、隙間Ｈ２（図４参照）を介して通路１９を流通する高温な流通媒体と混合することとなる。

これにより、高温な流通媒体を狭い通路１９に優先的に流通させて、ポート１３から離間したタンク２の上下端部付近に到達する迄の時間を短縮できると同時に、高温な流通媒体と低温な流通媒体との入れ替えをスムーズに行ってタンク２内の流通媒体の温度を均一にできる。
さらに、タンク２から全てのチューブ７に均一な温度の流通媒体が流れるまでの時間を短縮できるため、コア部４の温度分布を速やかに均一にできる。

従って、タンク２やコア部４の温度分布に伴う熱応力を軽減してラジエータ１の耐久性を向上できる。

さらに、通路１９をポート１３と対向する壁部側に形成したため、ポート１３の壁部側に設けた場合に比べてポート１３を介してタンク２へ流入した直後の流通媒体の流通抵抗を低減できる。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、実施例１のラジエータにあっては、それぞれ流通媒体の出入り口となるポート13,15を有して所定間隔を置いて配置された一対の長尺なタンク2,3と、一対のタンク2,3の間に配置され、且つ、それぞれ対応するタンク2,3に挿通し固定された複数のチューブ７と、隣接するチューブ７同士間に配置されたフィン８とから成るコア部４を備えるラジエータ１において、タンク２内を長手方向に流通する流通媒体の流通を促進可能なリブ１８を備えるため、流通媒体のタンク長手方向への流通を促進することにより、タンク２内やコア部４の温度分布に伴う熱応力を低減して耐久性を向上できる。

また、リブ１８とタンク２を一体的に形成したため、これらを別体にした場合に比べて容易に形成できる。

また、実施例１では、流通媒体の上流側のタンク２にリブ１８を設けたため、下流側のタンク３に比べて流通媒体の温度差が大きくなる上流側のタンク２において、特に熱応力が掛かるチューブ７におけるチューブプレート５との付け根を保護するのに好適となる。

以下、実施例２を説明する。
実施例２において、前記実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。

図７は実施例２のタンクを示す平面図、図８は同斜視図である。

図７、８に示すように、実施例２では、実施例１で説明したリブ１８から室20,21側にタンク２の長手方向と直交するように延設された複数（実施例２では５つ）のリブ３０（請求項の第２壁部に相当）が形成されている。

これにより、タンク２の内部は、実施例１で説明した室２０が２つの室31,32に区分けされ、実施例１で説明した室２１が５つの室３３〜３７に区分けされている。
なお、実施例１のリブ１８とリブ３０の高さや厚み等の寸法は同じである。
また、リブ１８にはタンク２の樹脂成形時に形成される円柱状の注入部３８が複数形成されているが、この限りではない。

このように構成されたラジエータ１では、実施例１と同様に、ポート１３からタンク２に流入した高温な流通媒体は、通路１９において既存していた低温な流通媒体と混合してタンク２の長手方向を速やかに流通しつつ各チューブ７を介してタンク３へ押し出される。
一方、室３１〜３７において既存していた低温な流通媒体は、実施例１と同様にチューブ７との隙間Ｈ２を介して通路１９を流通する高温な流通媒体と混合することとなるが、この際、室３１〜３７に既存の低温な流通媒体は、小さく区分けされているため、タンク２の長手方向へ流れにくくなって、通路１９を流通する高温な流通媒体との混合が促進される。

この結果、高温な流通媒体を狭い通路１９に優先的に流通させつつ、室３１〜３７によって高温な流通媒体と低温な流通媒体との入れ替えを促進でき、タンク２内の流通媒体の温度を速やかに均一にできる。

以下、実施例３を説明する。
実施例３において、前記実施例２と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。

図９は実施例３のタンクの斜視図である。
図９に示すように、実施例３のラジエータ１では、タンク２のリブ１８と、リブ３０のリブ１８側の一部の高さが実施例２に比べて低く形成されている点が実施例２と相違する。

従って、実施例３では、実施例２と同様の作用・効果を得ることができることに加え、リブ18,30を低く形成したことにより、タンク２を樹脂成形する際の成形型を簡略化でき、型費を削減できる。

以下、実施例４を説明する。
実施例４において、前記実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。

図１０は実施例４のタンクの平面図、図１１は同斜視図である。

図１０、１１に示すように、実施例４のラジエータ１では、リブ１８が省略されている点が実施例２と相違する。

従って、実施例４では、実施例２と同様の作用・効果を得ることができることに加え、高温な流通媒体を狭い通路１９に優先的に流通させつつ、高温な流通媒体と低温な流通媒体との入れ替えをさらに促進できる。

最後に、本発明のラジエータ１の温度試験を行った結果を図１２に示す。
なお、試験に際しては、予め外気温（２０℃前後）と等しい温度の流通媒体を導入した実施例１の発明品とリブ１８を有しない従来品を用意しておき、それぞれ高温（１１０℃前後）な流通媒体をタンク２のポート１３から流入させて温度の変化を測定・分析して比較した。

この結果、図１２に示すように、本発明品は、従来品に比べて特にタンク2,3の上下端部に対応するコア部４の上下端部付近が流通媒体の導入後に速やかに温度上昇して全体が均一となることが判明し、その効果を証明できた。
なお、実施例２〜４の発明品についても同様の効果が得られた。

以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、本発明は、流通媒体のタンク長手方向への流通を促進できる手段を有していれば良く、例えば、図１３に示すように、タンク２内部を略コ字状断面としてポート１３と対向する壁部４０を形成したり、図１４に示すように、タンク２の内部をＬ字状断面としてポート１３と対向する壁部４１を形成することにより、タンク２内に長手方向へ向かう狭い通路を形成して流通媒体のタンク長手方向への流通を促進するようにしても良い。

また、ポート１３の位置、リブ１８またはリブ３０の厚みや高さ等の寸法、形成数等については適宜設定できる。
また、流通促進手段は下流側のタンク３に設けることもできる。

さらに、タンク２をアルミ製としても良いし、リブ１８またはリブ３０を金属製としてタンク２の樹脂成形時にインサート成形しても良い。

本発明の実施例１のラジエータを車両後方側から見た正面図である。 実施例１のコア部を説明する正面図である。 図１のＳ３−Ｓ３線における断面図である。 図１のＳ４−Ｓ４線における断面図である。 実施例１のタンクの平面図である。 実施例１のタンクの斜視図である。 実施例２のタンクの平面図である。 実施例２のタンクの斜視図である。 実施例３のタンクの斜視図である。 実施例４のタンクの平面図である。 実施例４のタンクの斜視図である。 本発明のラジエータの実験結果を示す図である。 その他の実施例のタンクの内部を説明する断面図である。 その他の実施例のタンクの内部を説明する断面図である。

符号の説明

１ ラジエータ
２、３ タンク
４ コア部
５、６ チューブプレート
７ チューブ
８ フィン
９、１０ レインフォース
１１ 爪部
１２ シール部材
１３ ポート
１４ ドレンポート
１５ ポート
１６ 取付ブラケット部
１７ ピン
１８ リブ
１９ 通路
２０、２１ 室
３０ リブ
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７ 室
３８ 注入部
４０、４１ 壁部

Claims (4)

1. それぞれ流通媒体の出入り口となるポートを有して所定間隔を置いて配置された一対の長尺なタンクと、
   前記一対のタンクの間に配置され、且つ、それぞれ対応するタンクに挿通し固定された複数のチューブと、隣接するチューブ同士間に配置されたフィンとから成るコア部を備える熱交換器において、
   一端を前記タンク内の前記ポート開口部に接続するとともに、前記タンク内にタンク長手方向に平行に延びて前記タンク内の側面に接続する第１壁部と、前記第１壁部と前記タンク内の前記ポート側の側面との間にタンク長手方向と直交して設けた第２壁部と、を形成することにより、タンク内に長手方向へ向かう狭い通路を形成し、前記タンク内を長手方向に流通する流通媒体の流通を促進可能な流通促進手段を備えることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、
   前記第２壁部をＬ字状に形成したことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１または２に記載の熱交換器において、
   前記第１壁部または第２壁部をタンクと共に樹脂で一体的に形成したことを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１〜３のうちいずれかに記載の熱交換器において、
   前記流通促進手段が備えられるタンクを流通媒体の上流側のタンクとしたことを特徴とする熱交換器。