JP7112241B2 - ラジエータ - Google Patents

Description

本願発明は、車両用等の内燃機関に使用するラジエータに関するものである。

ラジエータは、インレットタンクとアウトレットタンクと熱交換ユニットとを備えており、インレットタンクとアウトレットタンクとを上下に配置したタイプと左右に配置したタイプとに大別される。

インレットタンクとアウトレットタンクとを上下に配置して、インレットタンクをアッパタンクと成してアウトレットタンクをロアタンクと成したタイプでは、更に、冷却水をアッパタンクに流す方式として、インレットパイプをアッパタンクの上面に設けて、冷却水がアッパタンクに上から流入する方式（例えば特許文献１）と、インレットパイプをアッパタンクの長手一側面に設けて、冷却水がアッパタンクに水平方向から流入する方式（例えば特許文献２）とに大別される。

特許文献２のように、冷却水がアッパタンクに水平方向から流入する方式では、ラジエータの高さを抑制できるため、配置スペースを抑制できる利点がある。特に、自動車用において、ラジエータをラジエータサポートで吊支するタイプでは、インレットパイプを上向きに配置することは面倒であり、インレットパイプをアッパタンクの長手一側面に取り付けることが合理的である。

実開昭５４－１５６２７３号のマイクロフィルム 特開２００２－４８５８号公報

さて、ラジエータの熱交換ユニットは、冷却水が流れる多数本のチューブを備えており、隣り合ったチューブの間に、ジグザグに曲がった放熱フィンを配置している。そして、チューブ及びフィンとも、放熱性と軽量性との点からアルミ製になっていることが普通である一方、アッパタンク方式のラジエータでは、冷却水の冷却口は、アッパタンクの一端と他端との間に配置されているが、アッパタンクに流入した冷却水が、インレットパイプの近くのチューブ群に集中的に流れ込んで、チューブの群に熱膨張の違いが発生する現象があった。

つまり、インレットパイプに近いチューブでは、高温の冷却水が集中的に流入するため冷却性能は悪く、従って、チューブの熱膨張が大きい一方、インレットパイプからある程度離れているチューブでは、アッパタンク内をゆっくり移動してきて温度が低下した冷却水が流れ込むため冷却水の冷却性能は高く、従って、チューブの熱膨張が小さくなっているのであり、このような熱膨張の違いにより、熱交換ユニットにひずみが発生して、特定のチューブに亀裂が発生することがあった。また、チューブの全体を有効利用していないため、ラジエータ全体としての冷却性能が低下するというおそれもあった。

この熱膨張の違いは、アッパタンクに冷却水が均等に流れないことに起因して起きるものであるか、アッパタンクの内部の冷却水の水位が低下していると、インレットパイプから吐出された冷却水は真下に流下して殆ど分散しないため、熱膨張の違いが顕著に現れていた。

本願発明は、このような現象を改善すべく成されたものである。

本願発明は様々な構造を含んでおり、その典型例を各請求項で特定している。このうち請求項１の発明では、
「水平方向に細長くて略鉛直姿勢の長手一側板と長手他側板とを有するアッパタンクと、前記アッパタンクにその長手一側板のうち一端と他端との間の中途部から冷却水を送り込むインレットパイプとを備えており、
前記インレットパイプは、前記アッパタンクの内部に入り込んだ吐出部を有し、前記インレットパイプの吐出部に、冷却水を前記インレットパイプの軸心方向から見て左右方向に分けて流す冷却水出口穴が形成されている」
という基本構成において、
「前記冷却水出口穴は、前記インレットパイプの軸心を挟んで左右に一対設けられて、それぞれ前記インレットパイプの軸心方向から見て斜め上向きに開口しており、
前記吐出部の先端には、当該吐出部の底面と連続すると共に前記アッパタンクの長手他側板に僅かな隙間を介して近接した先端壁を設けており、前記先端壁のうち前記インレットパイプの軸心よりも下に位置した部位に、前記冷却水出口穴よりも小さい開口面積の補助出口穴を設けている」
という構成が付加されている。

請求項２の発明は請求項１の展開例であり、この発明では、
「前記補助出口穴は、前記長手一側板の軸心方向から見て台形に形成されている」
という構成になっている。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、
「前記インレットパイプは合成樹脂製であり、前記吐出部は、内周面が前記インレットパイプの軸心と同心の円弧面に形成された底壁を有している」
という構成になっている。

本願発明では、冷却水がインレットパイプからアッパタンク内に流入するにおいて、冷却水は、アッパタンクの一端の方向と他端の方向とに向かうように、方向性を付与された状態で流れていく（飛ばされる）。従って、アッパタンク内部の水位が低くても、単に下方に流下するだけという現象は生じず、アッパタンクの全長に広く分散して流すことができる。

従って、各チューブに流入する冷却水の温度を均一化して、チューブの相互間に熱膨張の相違が発生することを、防止又は許容範囲内となるように大きく抑制できる。その結果、熱交換ユニットにひずみが発生することを防止して、熱交換ユニットに亀裂が発生することを防止できる。また、チューブの群の全体を熱交換に有効利用できるため、熱交換の効率も向上できる。更に、インレットパイプの形態を工夫したものであり、他の部材は不要であるため、コスト上昇も防止できる。

上記のとおり、アッパタンク内部の水位が低くても、冷却水を左右方向に飛ばすようにして分流させることができるため、冷却水の量が低下しているときに、特に有益であるといえる。

インレットパイプの冷却水出口穴は様々な態様を採用できるが、請求項２のよう冷却水出口穴を左右一対設けてそれぞれ斜め上向きに開口させると、冷却水に対する方向性の付与を確実化できると共に冷却水を遠くまで飛ばすことができるため、アッパタンク内での冷却水の分散性を更に向上できる。

また、インレットパイプの配置位置がアッパタンクの左右中間点からずれていると、インレットパイプを挟んだ左右両側においてアッパタンクの容積が異なり、従って、冷却水の左右分配量も容積の違いに応じて異ならせる必要があるが、左右の冷却吐出部を設けると、左右の冷却吐出部の開口面積を異ならせることにより、冷却水の左右分配量の調節も容易に実現できる。

さて、熱交換ユニットを構成する多数のチューブは、平面視で、アッパタンクの幅方向に長い偏平な形状になっているが、アッパタンクの前後幅全体に広がっている訳ではなく、アッパタンクの長手内側面とチューブの両端との間には、若干の間隔が空いているのが普通である。従って、アッパタンクの下面のうち長手他側板に沿った部位は、チューブの群が開口していない非連通エリアになっている。

そして、請求項１の発明では、インレットパイプの先端壁に補助出口穴を設けているため、冷却水の一部は補助出口穴からアッパタンクの後ろ壁に向けて吐出されるが、先端壁が僅かの隙間を介してアッパタンクの長手他側板と近接していると共に、補助出口穴はインレットパイプの軸心よりも下に位置しているため、冷却水の流量が少なくても、補助出口から吐出した冷却水は、アッパタンクの長手他側板によって左右方向に流れるように方向変換して、非連通エリアを伝うようにして左右方向に流れていく。これにより、冷却水の分散機能を更に向上できる。従って、請求項１の発明は、冷却水量が低下しているときにも有益である。

インレットパイプは、製造の容易性や軽量化の点から合成樹脂製を採用するのが好ましいが、請求項３の構成では、金型を使用して製造するにおいて、吐出部における底壁の内面は、インレットパイプの内面を形成するコア（内型）によって成形できるため、型抜きを容易に行える状態で成形できる。

また、冷却水が冷却吐出部から左右方向に流れるにおいて、円弧面に沿って斜め上向きに向かうように方向性が付与されるため、インレットパイプを流れる冷却水量が少なくても、冷却水を左右方向にできるだけ遠くまで飛ばすことができる。従って、冷却水量が少ない場合の冷却水の分散性向上に貢献できる。

第１実施形態を自動車の前進方向から見た正面図である。 （Ａ）はインレットパイプの斜視図、（Ｂ）は要部正面図である。 （Ａ）は図２（Ｂ）のIIIA-IIIA 視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視断面図である。 図３（Ａ）の IV-IV視断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車用のラジエータに適用している。本願では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、自動車の進行方向を前として、前後・左右を定義している。

(1).第１実施形態の構造
まず、図１～４に示す第１実施形態を説明する。図１に示すように、ラジエータは、左右長手で断面角形のアッパタンク１及びロアタンク２と、両者の間に配置した熱交換ユニット３とを有している。熱交換ユニット３は、アッパタンク１とロアタンク２とに連通した多数本のチューブ４と、隣り合ったチューブ４の間に配置されたジグザグ状の放熱フィン（図示せず）の群とで構成されている。

アッパタンク１及びロアタンク２はアルミ製であり、両者とも、合成樹脂製のカバー部材５，６が上下外側から嵌着している。ラジエータは、自動車のフロントフレーム（ラジエータサポート）（図示せず）の下方に配置されるようになっており、カバー部材５，６に、フロントフレームに嵌入する左右２本ずつの位置決め突起７を設けている。

アッパタンク１における長手一側板１ａのうち、中間位置から右に若干の寸法Ｌだけずれた位置に、冷却水をアッパタンク１に流し込む円筒形のインレットパイプ８が装着されている。インレットパイプ８は水平姿勢に配置されており、その軸心はアッパタンク１の長手一側板１ａと直交している。敢えて述べるまでもないが、インレットパイプ８の一端８ａとシリンダヘッドに設けた冷却水分配部とは、ホース（図示せず）で接続される。なお、ロアタンク２にはアウトレットパイプが装着されているが、図示は省略している。

インレットパイプ８は合成樹脂を材料にした成形品であり、図２に明示するように、前後中途部に上向き筒部９を一体に設け、上向き筒部９の上端に、上向き筒部９よりも大径のラジェータキャップ取付け部１０を一体に設け、ラジェータキャップ取付け部１０に、リザーバタンク（図示せず）にホースを介して接続される横向き小径筒１１を一体に設けている。

図示していないが、ラジェータキャップには差圧弁が内蔵されており、差圧弁の働きにより、冷却水がリザーバタンクからアッパタンク１に送られたり、アッパタンク１からリザーバタンクに戻されたりして、アッパタンク１の内部の水位が自動調節される。

図３（Ａ）に示すように、アッパタンク１の長手一側板１ａには、手前から後ろに向けて段階的に縮径したホルダー１２が溶接によって設けられている一方、インレットパイプ８には、ホルダー１２に回転不能に嵌まる装着部１３を一体に形成している。装着部１３は、シール材（図示せず）を介してホルダー１２に装着される。

更に、インレットパイプ８は、アッパタンク１の内部に入り込んだ吐出部１４を有しており、吐出部１４に、左冷却水出口穴１５ａと右冷却水出口穴１５ｂとが形成されている。吐出部１４の最先端は先端壁１６で構成されており、また、左冷却水出口穴１５ａ，１５ｂは、上壁１７と底壁１８とで区分されている。上壁１７及び底壁１８の内周面と外周面は、インレットパイプ８の軸心と同心の円弧面になっている。

図３（Ｂ）に明示するように、上壁１７は、細幅でインレットパイプ８の左右中間に位置しているが、底壁１８は、正面視で少し右側に寄せられている（左回りに回転させている。）。従って、左冷却水出口穴１５ａの開口面積が、右冷却水出口穴１５ｂの開口面積よりも大きくなっている。冷却水出口穴１５ａ，１５ｂの開口面積を異ならせているのは、アッパタンク１のうちインレットパイプ８の左側の部位の容積が、右側の部位の容積よりも大きいからである。なお、図３（Ｂ）では、チューブ４は省略している。

いずれにしても、左右の冷却水出口穴１５ａ，１５ｂは、インレットパイプ８の軸心方向から見て斜め上方に向けて開口している。見方を変えて述べると、冷却水出口穴１５ａ，１５ｂは、吐出部１４の周壁と先端壁１６とを斜めにカットすることによって形成されている。また、冷却水出口穴１５ａ，１５ｂは、アッパタンク１の内部のうち長手他側板１ｂの側にずれるようにオフセットされている。

図３（Ａ）及び図４に明示するように、インレットパイプ８の先端壁１６は、アッパタンク１の長手他側板１ｂに僅かの寸法の隙間１９を介して近接しており、先端壁１６に、インレットパイプ８の軸心方向から見た正面視において台形の補助出口穴２０を開口させている。図３（Ｂ）のとおり、補助出口穴２０は左右対称状の台形状に形成されており、インレットパイプ８の軸心よりも下に位置している。従って、補助出口穴２０の開口面積は、冷却水出口穴１５ａ，１５ｂの開口面積よりも遥かに小さくなっている。

(2).まとめ
冷却水がインレットパイプ８を満杯状態又はこれに近い状態で流れている場合は、冷却水の大部分は、左右の冷却水出口穴１５ａ，１５ｂからアッパタンク１の内部に吐出されるが、冷却水は圧送されているため、先端壁１６によって方向変換して、勢いを持って左右方向に流れていく（飛ばされる）。従って、冷却水を、アッパタンク１の内部に広く分散させることができる。その結果、各チューブ４に流入する冷却水の温度を均一化して、熱膨張の違いに起因した亀裂が熱交換ユニット３に生じることを防止できる。

この場合、冷却水出口穴１５ａ，１５ｂは、斜め上向きに傾斜しているため、冷却水をできるだけ遠くに飛ばすことができる。従って、冷却水の分散機能を向上できる。また、左右の冷却水出口穴１５ａ，１５ｂは、冷却水を送る容積に対応して開口面積を異ならせているため、冷却水の温度をアッパタンク１の全長にわたって均一化することが、より確実化されている。

上壁１７もカットされているため、インレットパイプ８の内部を直進してきた冷却水の一部は、図４に矢印２１で示すように、上壁１７の左右両側を通ってアッパタンク１の長手他側板１ｂに衝突し、長手他側板１ｂによって方向変換して左右方向に流れていく。

従って、アッパタンク１の長手他側板１ｂが冷却水の流れをガイドする機能有しているが、図４に示すように、チューブ４の群は長手他側板１ｂの内側面よりも前後内側に少しずれて配置されており、チューブ４の群と長手他側板１ｂとの間には、若干の間隔の非連通エリア２２になっているため、冷却水の一部を、チューブ４に流入させることなく、非連通エリア２２を伝って左右方向に遠くまで移動させることができる。これによっても、冷却水の分散機能を向上できる。

インレットパイプ８を流れる冷却水の量が少ない場合は、吐出部１４の底壁１８が樋の役割を果たして、相対的に、補助出口穴２０から排出される冷却水の量が増える。そして、補助出口穴２０から吐出された冷却水は、図３（Ｂ）及び図４に矢印２３で示すように、アッパタンク１の長手他側板１ｂに衝突して方向変換し、長手他側板１ｂに沿って左右方向に流れていくが、上記のとおり、長手他側板１ｂとチューブ４の群との間は非連通エリア２２になっているため、冷却水を、非連通エリア２２を伝って遠くに流すことができる。これにより、水量が少ない場合でも、アッパタンク１の内部の水温を均等化できる。

なお、補助出口穴２０を出た冷却水は下方にも向かうが、下方に向かった冷却水も、非連通エリア２２に至って左右方向に方向変換するため、分散機能向上に貢献している。左右の冷却水出口穴１５ａ，１５ｂは平面視で長方形になっているが、先端に向けて幅が狭まる台形に形成すると、冷却水をアッパタンク１の長手他側板１ｂに当てる機能が高くなるため、長手他側板１ｂを利用した分散機能を向上できると推測される。

さて、インレットパイプ８を製造する金型装置は、その内部を形成するためのコアと、外面を形成するための外型と、上向き筒部９の内面を形成するためのスライドピンとを有しており、外型は、図３（Ａ）を基準にすると、紙面と直交した方向に密着・離反する割り型によって構成されている。そして、吐出部１４の上壁１７及び底壁１８は、インレットパイプ８の軸心と同心の円弧面になっているため、コアによって成形できて、型抜きも問題なく行える。従って、コストの上昇は生じない。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、冷却水出口穴は、吐出部の先端まで至っていない形態とすることも可能である。また、左又は右若しくは両方の冷却水出口穴を複数形成することも可能である。

本願発明は、自動車用等のラジエータに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ アッパタンク
２ ロアタンク
３ 熱交換ユニット
４ チューブ
８ インレットパイプ
９ 上向き筒部
１０ ラジェータキャップ取付け部
１４ 吐出部
１５ａ，１５ｂ 冷却水出口穴
１６ 先端壁
１７ 上壁
１８ 底壁
１９ 隙間
２０ 補助出口穴
２１ 非連通エリア

Claims (3)

1. 水平方向に細長くて略鉛直姿勢の長手一側板と長手他側板とを有するアッパタンクと、前記アッパタンクにその長手一側板のうち一端と他端との間の中途部から冷却水を送り込むインレットパイプとを備えており、
   前記インレットパイプは、前記アッパタンクの内部に入り込んだ吐出部を有し、前記インレットパイプの吐出部に、冷却水を前記インレットパイプの軸心方向から見て左右方向に分けて流す冷却水出口穴が形成されているラジエータであって、
   前記冷却水出口穴は、前記インレットパイプの軸心を挟んで左右に一対設けられて、それぞれ前記インレットパイプの軸心方向から見て斜め上向きに開口しており、
   前記吐出部の先端には、当該吐出部の底面と連続すると共に前記アッパタンクの長手他側板に僅かな隙間を介して近接した先端壁を設けており、前記先端壁のうち前記インレットパイプの軸心よりも下に位置した部位に、前記冷却水出口穴よりも小さい開口面積の補助出口穴を設けている、
   ラジエータ。
2. 前記補助出口穴は、前記長手一側板の軸心方向から見て台形に形成されている、
   請求項１に記載したラジエータ。
3. 前記インレットパイプは合成樹脂製であり、前記吐出部は、内周面が前記インレットパイプの軸心と同心の円弧面に形成された底壁を有している、
   請求項１又は２に記載したラジエータ。

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