JPH0697145B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動車等に用いられるエンジンオイルやトルコ
ンオイル等を冷却する熱交換器に関する。

［従来の技術］ 自動車におけるエンジンオイルやトルコンオイルを冷却
するオイルクーラは、自動車用ラジエータの下部タンク
内に収容され、このラジエータ内のエンジン冷却水と上
記オイルクーラ内のオイルとの間で熱交換することによ
りオイルの冷却を行っていることは知られている。

従来におけるオイルクーラ、つまり熱交換器は、同心状
に嵌合された２本の伝熱管の間をオイル流路として構成
し、このオイル流路内を流すオイルと、上記内外伝熱管
の表面を流れるエンジン冷却水と間で熱交換するように
なっていた。

しかしながら、上記２重管構造のものは、伝熱面積が小
さく、熱交換能力を上げようとすると２重管の長さを増
大しなければならず、大形化するとともに、ラジエータ
内に収容不能になってしまう不具合がある。

この欠点を解決するため、実開昭54-165850号公報に記
載されているように、熱交換器を４本の伝熱管の嵌合構
造とし、最内周の第１の伝熱管とその外側に位置する第
２の伝熱管との間に内側流体通路を形成するとともに、
上記第２の伝熱管の外側に位置する第３の電熱管と最外
周の第４の伝熱管との間に外側流体通路を形成し、これ
ら内側流体通路と外側流体通路とをそれぞれ一端にて連
通したものが提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の多重管構造のものは、流体入
口および流体出口が多重管の一端側に集中しており、こ
のためラジエータの下部タンク内に取り付けると、片持
ち支持構造となるため、振動に対して弱いという問題が
ある。

また、第２の伝熱管と第３の伝熱管の間にエンジン冷却
水を通す空間を形成しているが、この空間は伝熱寄与率
が低く、したがって熱交換器の径が増大し、かつ重量も
大きくなる欠点もある。

本発明においては、耐振性に優れた支持構造が可能とな
り、径および重量も軽減できる熱交換器を提供しようと
するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明においては、互に径の異なる３個の伝熱管を同心
状に嵌合し、最内周の第１の伝熱管とその外側に位置す
る第２の伝熱管との間に内側流体通路を形成するとも
に、上記第２の伝熱管と最外側に位置する第３の伝熱管
との間に外側流体通路を形成し、これら内側流体通路と
外側流体通路をそれぞれ両端部で相互に連通し、かつ外
側流体通路は軸方向の中間部位で互に区画し、この区画
された一方の外側通路の区画側端部に流体入口を、他方
の外側通路の区画側端部に流体出口を設けたことを特徴
とする。

［作用］ このような構成によれば、伝熱面積を前記従来の４重管
構造と略同レベルに保ちながら、伝熱管を１本省略する
ことができるので、重量の軽減および外径を縮小するこ
とができる。しかも流体入口および出口が区画部を挾ん
だ中央部位に集中して配置されるから、これら出入口に
よって支持することができ、片持ち支持が解消されて耐
振性が向上する。

［発明の実施例］ 以下本発明について図面にもとづき詳細に説明する。

図面は本発明を自動車用ラジエータに内蔵されるオイル
クーラに適用した場合を示す。

第３図において、１は自動車用ラジエータ全体を示し、
２はその上部タンクである。３は上部タンク２に接合さ
れた入口パイプで、図示しない自動車エンジンからエン
ジン冷却水が流入する。４は上部タンク２の頂部に接合
された注水口パイプ、５は上部タンク２の開口端に接合
されたコアープレート、６は下部タンク、７はこの下部
タンク６に接合された出口パイプで、エンジン冷却水を
自動車エンジンに戻す。８は下部タンク６の開口端に接
合されたコアープレート、９は偏平チューブで、その両
端は上下のコアープレート5,8に接合され、上下のタン
ク2,6内へ開口している。10は偏平チューブ９の間に接
合されたコルゲートフィン、11は上下のタンク2,6の側
部間に接合された取付ブラケットで、ラジエータ１の自
動車車体への取付用のものである。

12は本発明に係る熱交換器で、ラジエータ１の下部タン
ク６内に設置されており、その詳細は第１図および第２
図に示す通りである。

すなわち、13,14,15はそれぞれ互いに径の異なる第１〜
第３の伝熱管であり、第１図に示す如く同心状に嵌合配
置されている。最内周の第１の伝熱管13とその外側に位
置する第２の伝熱管14との間に円筒状の内側流体通路16
が形成されており、この内側通路16内には円筒状のイン
ナーフィン17が設置されている。

また第２の伝熱管14とその外側に位置する最外周の第３
の伝熱管15との間には円筒状の外側流体通路18が形成さ
れている。この外側通路18は、第３の伝熱管15の軸方向
中間部に形成した絞り部15aにより流入側通路18aと流出
側通路18bとに分割独立されている。これら通路18a,18b
内にはそれぞれ円筒状インナーフィン19a,19bが設置さ
れている。

また第２の伝熱管14は第1,第３の両伝熱管13,15より短
く形成され、その端部において内外の両流体通路16と18
aおよび16と18bが連通されている。

最外周の第３の伝熱管15には、外側流体通路18を区画す
る絞り部15aに近接して流体入口20aおよび流体出口20b
が開口され、これら流体入口20aと流体出口20bは絞り部
15aを挾んで軸方向に互に離間されている。

上記第３の伝熱管15は、円筒状のスペーサ21a,21bを介
して下部タンク６の側壁に取り付けられており、この下
部タンク６の側壁には入口パイプ22aおよび出口パイプ2
2bが接合されている。これら入口パイプ22aおよび出口
パイプ22bは、それぞれ上記スペーサ21a,21b内および入
口20a、出口20bを介して前記流入側通路18aおよび流出
側通路18bに連通している。

なお、熱交換器12の各構成部材は耐食性、伝熱特性、ろ
う付（半田付）等に優れている銅，黄銅，アルミニウム
等の金属で形成するとよい。

次に、上記の熱交換器12の組付について説明すると、ま
ず第３の伝熱管15の内周にインナーフィン19a,19bを円
筒状に巻装し、これらのインナーフィン19a,19bの内周
に第２の伝熱管14を嵌合させ、第３の伝熱管15の絞り部
15aと第２の伝熱管14の中央部とを全周にわたり抵抗溶
接、ろう付または半田付等により水密に接合する。な
お、この絞り部15aの接合は外側流体通路18の軸方向へ
の分割を目的としているため、嵌合状態により省略は可
能である。

次に第１の伝熱管13の外側にインナーフィン17を巻装
し、このインナーフィン17の外周に前記第２伝熱管14を
嵌合させ、第1,第３の両伝熱管13,15の両端部全周をア
ルゴン溶接またはろう付もしくは半田付等により水密に
接合する。

次に第３の伝熱管15の流体入口20a、流体出口20bに円筒
状スペーサ21a,21bをろう付、半田付または溶接等によ
り水密に接合する。

そして上記熱交換器本体をラジエータ１の下部タンク６
内に組込み、円筒状スペーサ21a,21bの先端部を下部タ
ンク６の穴6a,6b内に嵌入すると共に、この先端部の内
周に入口パイプ22a、出口パイプ22bを嵌合し、下部タン
ク６と円筒状スペーサ21a,21bおよび入口パイプ22a、出
口パイプ22bとを水密にかつ一体に接合する。これによ
り熱交換器12の組付が完了する。

このような構成による熱交換器の作用を説明する。

エンジンオイル等のオイルは矢印Ａの如く入口パイプ22
a（図示左側パイプ）から円筒状スペーサ21a、流体入口
20aを経て外側流体通路18における流入側通路18aへ流入
し、この流入側通路18a内を図示左側へ流れ、左端につ
きあたったのち内側流体通路16の図示左端部へ流入す
る。そして、このオイルは内側流体通路16内の図示左側
から右側へ流れ、図示右端へ突きあたり流出側通路18b
の図示右端部へ流入する。そして、流出側通路18b内を
左側へ流れ、流体出口22b、円筒状スペーサ21bを経て出
口パイプ22bより外部へ流出する。一方、エンジン冷却
水は矢印Ｂの如く、第１の伝熱管13の内周と第３の伝熱
管の外周を流れる。

ここでこの種の熱交換器の熱交換のメカニズムについて
説明する。熱の移動はまずA:オイルからインナーフィン
17,19a,19bを通じて各伝熱管13,15の内面への熱伝達、
次にB:各伝熱管における内面から外面への熱伝導、そし
てC:各伝熱管外面から冷却水への熱伝達により行われ
る。ここで熱移動量をＱ、温度差Δｔ、伝熱面積をＦ、
熱伝達率をα、伝熱管の熱伝導率をλｔ、伝熱管の板厚
をδｔとすると、前記の熱移動Ａ〜Ｃは次式のように表
わされる。

A:Q_Ａ＝α_ｏＦ_ｏΔｔ_Ａ C:Q_Ｃ＝α_ｗＦ_ｗΔＴ_Ｃ ここにおいて添字o,wはそれぞれオイル側、水側を示す
ものである。前記の３式においてＱ_Ａ＝Ｑ_Ｂ＝Ｑ_Ｃであ
り、またオイルと冷却水の温度差をΔtmとおくと となる。ここにおいて は熱抵抗と呼ばるもので、小さい程熱移動量は大きくな
る。今これらの熱抵抗の大きさを比較すると一般に前者
より4:0:1程度であり が他の２者よりかなり大きい。これはオイルからインナ
ーフィンを通じ伝熱管内面への熱伝達が全性能の約８割
を左右するということであり、オイル側伝熱面積Ｆ_ｏを
増やすことは効率よく性能向上が図られる。

前述したように本発明では半径方向に内外の２つの流体
通路16,18a,18bを形成しているため、長さの短いコンパ
クトな構造でもってオイル側伝熱面積を増やすことがで
き、これを３個の伝熱管13,14,15により構成したから外
径を小さく、かつ重量を小さくして構成することがで
き、従って小型で高性能の熱交換器を提供できるという
効果が大である。

しかも入口パイプ22aと出口パイプ22bは、流入側通路18
aと流出側通路18bを区画する絞り部15aを挾んで両側に
形成することができるので、熱交換器12の機械的支持が
略中央部でなされることになり、中央部支持構造となる
ため、耐振性が向上する。

それと同時に入口パイプ22aと出口パイプ22bの間隔が熱
交換器12の全長に関係なく一定にできるためラジエータ
１の下部タンク６の穴6a,6bの位置を変えることなく、
より高性能なオイルクーラ即ち全長の長い熱交換器に換
装したり、その逆のことが容易にできるという利点もあ
る。

なお、本発明は上記の実施例に制約されるものではな
い。

例えば、必要に応じ第1,第３の伝熱管13,15の水に接触
する側の面にもフィンを設けるようにしてもよい。

また、入口パイプ22a、出口パイプ22bとスペーサ21a,21
bを一体形成することもできる。

そしてまた、自動車用ラジエータ内蔵のオイルクーラに
限らず、他分野の熱交換器にも広く適用できる。

［発明の効果］ 以上説明した通り本発明によると、３個の伝熱管によっ
て内外２重の流体通路を形成するので、４個の伝熱管に
より構成した従来の場合に比べて、熱交換能力を低下さ
せることなく小形、軽量化が可能になる。しかも、熱交
換器の支持部となる流体入口と流体出口は、区画部を挾
んで離間しかつ軸方向の中央部位に位置するので熱交換
器が中央部支持構造となり、耐振性が向上する利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る熱交換器の断面図で第
２図中Ｉ−Ｉ線の断面図、第２図は側面図、第３図はこ
の熱交換器を内蔵する自動車用ラジエータの正面図であ
る。 １……ラジエータ、２……上部タンク、６……下部タン
ク、12……オイルクーラ（熱交換器）、13……第１の伝
熱管、14……第２の伝熱管、15……第３の伝熱管、15a
……絞り部（区画部）、16……内側流体通路、17,19a,1
9b……インナーフィン、18……外側流出通路、18a……
流入側通路、18b……流出側通路、20a……流体入口、20
b……流体出口、21a,21b……スペーサ、22a……入口パ
イプ、22b……出口パイプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに径の異なる３個の伝熱管を同心状に
   嵌合させ、最内周の第１の伝熱管とその外側に位置する
   第２の伝熱管との間に内側流体通路を形成すると共に、
   上記第２の伝熱管とその外側に位置する最外周の第３の
   伝熱管との間に外側流体通路を形成し、この外側流体通
   路は軸方向の中間部位で互に独立するように区画し、か
   つ上記内側流体通路と外側流体通路とをこれらの両端に
   おいて連通し、前記相互に区画された外側流体通路のう
   ちいずれか一方の通路の上記区画側端部に流体入口を、
   他方の通路の上記区画側端部に流体出口を設けたことを
   特徴とする熱交換器。