JPWO2005038380A1 - 対向流式熱交換器 - Google Patents

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Abstract

対向流式熱交換器は、チューブ１１、２１とフィン１２、２２とが交互に多数連結配置され、厚み方向に並列に配置された一対の熱交換器コア１、２を有する。流入側熱交換器コア１および流出側熱交換器コア２は、これらの両チューブ１１、２１の一方端側が１つのＵターン用中間タンク３に接続され、チューブ１１、２１の他端側がそれぞれ別体形成された流入側タンク４と流出側タンク５とにそれぞれ接続される。また、両熱交換器コア１、２が中間タンク３を中心としてそれぞれ独立して伸縮可能に流入側タンク４と流出側タンク５および中間タンク３が車体側に対し取り付けられている。

Description

本発明は、１対の熱交換器コアが厚み方向に並設され、これらに接続された中間タンクにて冷却水がＵターンして一方の熱交換器コアから他方の熱交換器コアに流れるようにした対向流式熱交換器に関する。
従来のこの種の対向流式熱交換器は、特開２００２−３９３４９８号公報に記載されている。すなわち、この対向流式熱交換器は、交互に多数連結配置されたチューブとフィンとを有し、厚み方向に並列配置された一対の熱交換器コアと、一方の熱交換器コアのチューブの一端側に連結された流入側タンクと、他方の熱交換器コアのチューブの一端側に連結された流出側タンクと、これら両チューブの他端側に連結されたＵターン用中間タンクとを備えている。流入側タンクと流出側タンクとは一体形成され、これらの間が仕切壁により仕切られて冷却水流路が分離されている。
しかしながら、上記対向流式熱交換器では、流入側タンクと流出側タンクとが、これらの間に設けられた仕切壁だけで仕切られた一体形成構造となっていたため、以下に述べるような問題があった。
即ち、流入側タンクに接続された熱交換器コア側を流れる冷却水と、流出側タンクに接続された熱交換器コア側を流れる冷却水との温度差は約４０℃と極めて大きいため、流入側タンクと流出側タンクとが一体に形成された構造では、両熱交換器コアに発生する熱膨張差によりチューブや流入側タンクおよび流出側タンク等に大きな熱応力が作用し、これにより、これらの各部に歪み、亀裂、破損等を生じさせる虞がある。
また、流入側タンクと流出側タンクとの間が一枚の仕切壁で仕切られただけの構造であるため、流入側タンク内を流れる高温の冷却水の熱が仕切壁を通じて熱伝導され、流出側タンク内を流れる冷却水を加温するため、熱交換効率が悪くなる。
特開２００２−３９３４９８号公報
本発明の解決しようとする課題は、両熱交換器コアを流れる冷却水の温度差に基づく熱応力によって対向流式熱交換器各部の歪み、亀裂、破損等が発生することを防止し、かつ、熱交換効率を高めることができる対向流式熱交換器を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の対向流式熱交換器は、交互に多数連結配置したチューブおよびフィンを有し、厚み方向に並列に配置した一対の熱交換器コアと、両熱交換器コアに設けた各チューブの一方端側をそれぞれ接続したＵターン用中間タンクと、熱交換器コアの一方に設けたチューブの他端側を接続した流入側タンクと、流入側タンクとは別体として分離し、熱交換器コアの他方に設けたチューブの他端側を接続した流出側タンクと、を備え、両熱交換器コアが中間タンクを中心としてそれぞれ独立して伸縮変位可能になるように流入側タンクと流出側タンクと中間タンクとを車体側部材に取り付けて構成した。
本発明の対向流式熱交換器では、両熱交換器コアを、中間タンクを中心としてそれぞれ独立して伸縮変位可能となるように、流入側タンクと流出側タンクと中間タンクとを車体側部材に対し回動可能に取り付けた構成としたことにより、両熱交換器コアを流れる冷却水の温度差に基づく熱応力によって各部の歪み、亀裂、破損等が発生することを防止することができるようになるという効果が得られる。
また、流入側タンクと流出側タンクをそれぞれ別体に形成したことにより、流入側タンク側を流れる冷却水の熱が流出側タンクに伝わることが防止されるため、熱交換効率を高めることができるようになるという効果が得られる。
図１は本発明の第１実施例の対向流式熱交換器を示す一部切欠正面図である。 図２は図１に示した実施例の対向流式熱交換器の斜視図である。 図３は図１に示した実施例の対向流式熱交換器の拡大上面図である。 図４は、図１に示した実施例の対向流式熱交換器の一部切欠拡大側面図である。 図５は、図１の対向流式熱交換器のブラケット周辺を一部変更したものを示す部分拡大斜視図である。
符号の説明
ＲＡ エンジン冷却水用ラジエータ（第１ラジエータ）
ＲＢ 電気系冷却水用ラジエータ（第２ラジエータ）
１ 流入側熱交換器コア
１１ チューブ
１２ フィン
２ 流出側熱交換器コア
２１ チューブ
２２ フィン
３ Ｕターン用中間タンク
３ａ 第１ラジエータ用中間タンク
３ｂ 第２ラジエータ用中間タンク
３１ ドレンパイプ
３２ ドレンパイプ
４ 流入側タンク
４ａ 第１ラジエータ用流入側タンク
４ｂ 第２ラジエータ用流入側タンク
４１ 流入パイプ
４２ 流入パイプ
４３ エア抜きパイプ
５ 流出側タンク
５ａ 第１ラジエータ用流出側タンク
５ｂ 第２ラジエータ用流出側タンク
５１ 流出パイプ
５２ 流出パイプ
５３ エア抜きパイプ
６ ブラケット
６ａ 熱交換器側取付部
６ｂ 車体側取付部
６ｃ ボルト穴
６ｄ ウエルドナット
６１ ボルト
７ ゴムブッシュ（弾性支持部材）
８ ラジエータコアサポート（車体側部材）
８ａ 長孔
以下に、この発明の実施例による対向流式熱交換器を添付の図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例の対向流式熱交換器を示す一部切欠正面図、図２は同斜視図、図３は同拡大上面図、図４は同拡大側面図である。
この実施例の対向流式熱交換器は、流入側熱交換器コア１と、流出側熱交換器コア２と、両熱交換器コア１、２間を接続するＵターン用中間タンク３と、流入側熱交換器コア１に接続された流入側タンク４と、流出側熱交換器コア２に接続された流出側タンク５と、熱交換器を車体側に支持するブラケット６と、中間タンク３を車体側に支持するゴムブッシュ７と、を備えている。なお、上記ゴムブッシュ７は、本発明の弾性支持部材に相当する。
上記対向流式熱交換器の構造につきさらに詳述すると、流入側熱交換器コア１と流出側熱交換器コア２とは、それぞれ冷却水が流通するチューブ１１、２１と冷却用のフィン１２、２２とを交互に横方向に多数連結配置した構造としている。これらの両熱交換器コア１、２はそれらの厚み方向に並設された状態で車体に搭載配置している。
両熱交換器コア１、２は、これらの両チューブ１１、２１の下端側をＵターン用中間タンク３にそれぞれ接続するとともに、両チューブ１１、２１の上端側をそれぞれ別体として形成した流入側タンク４と流出側タンク５とにそれぞれ接続している。
ブラケット６、６は、流入側タンク４と流出側タンク５とをラジエータコアサポート８に取り付けるための金具であり、流入側タンク４と流出側タンク５の長手方向両端部に設けている。なお、ラジエータコアサポート８は、本発明の車体側部材に相当する。
即ち、これらの各ブラケット６は、その熱交換器側取付部６ａを流入側タンク４と流出側タンク５の長手方向両端面部に対しそれぞれ１本のボルト６１、６１によりこれらのボルト６１、６１を中心としてそれぞれ回動可能になるように、取り付けている。また、これらの垂直な熱交換器側取付部６ａ、６ａからそれぞれ内向き略水平方向に折曲形成された車体側取付部６ｂ、６ｂには、車体側に取り付け固定するためのボルト穴６ｃ、６ｃをそれぞれ１箇所設けると共に、これらのボルト穴６ｃ、６ｃの下面側には、ウエルドナット６ｄ、６ｄを溶接にて予め固定しておき、ラジエータコアサポート８側から挿通したボルト６２、６２を、ブッシュを介してウエルドナット６ｄにねじ込むことにより、流入側タンク４と流出側タンク５とをラジエータコアサポート８側に取り付け固定している。
一方、Ｕターン用中間タンク３は、この下部に配置した複数のゴムブッシュ７、７を介してラジエータコアサポートに弾性支持している。
流入側タンク４と流出側タンク５とＵターン用中間タンク３との各内部は、それらの長手方向の途中で仕切って分割することにより、大容量の第１ラジエータＲＡと、小容量の第２ラジエータＲＢとが幅方向に一体化された構造となるようにしている。
第１ラジエータＲＡ側の流入側タンク４ａと流出側タンク５ａとには、流入パイプ４１と流出パイプ５１とをそれぞれ接続している。また、第２ラジエータＲＢ側の流入側タンク４ｂと流出側タンク５ｂとにも、流入パイプ４２と流出パイプ５２とをそれぞれ接続している。なお、流入側タンク４ａ、４ｂにはエア抜きパイプ４３、５３を、または中間タンク３ａ、３ｂにはドレンパイプ３１、３２をそれぞれ設けてある。
なお、一般の内燃機関車両においては、大容量の第１ラジエータＲＡがエンジン冷却水を冷却し、小容量の第２ラジエータＲＢは電気系冷却水を冷却するため等に用いることができ、また、ファンコイルユニット（ＦＣＵ）を用いる燃料電池車（ＦＣＶ）に適用される場合は、大容量の第１ラジエータＲＡがエアコンのヒータ回路やフュエルセルスタック等を冷却し、小容量の第２ラジエータＲＢは冷却水（ＬＬＣ）を用いる燃料電池車（ＦＣＶ）におけるインバータのモータやその回路等を冷却するため等に用いることができる。
次に、この実施例の対向流式熱交換器の作用・効果を説明する。
上記のように構成された対向流式熱交換器では、第１ラジエータＲＡおよび第２ラジエータＲＢにおいて、流入パイプ４１、４２からそれぞれ各流入側タンク４ａ、４ｂ内に流入した加熱冷却水は、それぞれ流入側熱交換器コア１、１のチューブ１１、１１内を流れる間に冷却された後、Ｕターン用中間タンク３ａ、３ｂ内に流入し、この中間タンク３ａ、３ｂ内からそれぞれ流出側熱交換器コア２、２のチューブ２１、２１内を流れる間にさらに冷却されて流出側タンク５ａ、５ｂ内に流入し、流出パイプ５１、５２からそれぞれ排出される。
流入側タンク４ａ、４ｂに接続される流入側熱交換器コア１、１側を流れる冷却水と、流出側タンク５ａ、５ｂに接続される流出側熱交換器コア２、２側を流れる冷却水とは、これら間の温度差が、第１ラジエータＲＡ側では約４０℃と極めて大きく、また、第２ラジエータＲＢ側でも約２０℃の温度差があるため、流入側熱交換器コア１、１と流出側熱交換器コア２、２との熱膨張差が大きくなる。しかしながら、本対向流式熱交換器では、流入側タンク４と流出側タンク５とをそれぞれ別体に分離して形成すると共に、流入側タンク４と流出側タンク５とを車体側であるラジエータコアサポート８に取り付けるためのブラケット６、６を、流入側タンク４と流出側タンク５との長手方向両端面に対しそれぞれ１本のボルト６１、６１により、これらの各ボルト６１、６１を中心として回動可能になるように、取り付けた構造としている。このため、本対向流式熱交換器では、温度変化によりＵターン用中間タンク３を中心として流入側熱交換器コア１と流出側熱交換器コア２とがこれらの長手方向（上下方向）に伸縮し、その際、温度差によって両熱交換器コア１、２間に伸縮長さの差が生じても、流入側タンク４ａ、４ｂおよび流出側タンク５ａ、５ｂに対しブラケット６、６が両ボルト６１、６１を中心としてそれぞれ相対回動することで、伸縮長さの差を吸収することができる。
また、Ｕターン用中間タンク３は、複数のゴムブッシュ７、７を介してラジエータコアサポート８に弾性支持した構成としたため、流入側熱交換器コア１と流出側熱交換器コア２との長手方向伸縮をゴムブッシュ７の弾性により吸収することができる。
従って、流入側熱交換器コア１と流出側熱交換器コア２とを流れる冷却水の温度差に基づく熱応力によって各部の歪み、亀裂、破損等が発生することを防止することができるようになるという効果が得られる。
また、流入側タンク４と流出側タンク５がそれぞれ別体に形成されることにより、流入側タンク側４を流れる冷却水の熱が直接、流出側タンク５に伝わり、流出側の冷却水が加熱されるのを防止することができる。従って、本対向流式熱交換器の熱交換効率を高めることができるという効果が得られる。
以上、本発明を実施例に基づき説明してきたが、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、上記実施例では、ブラケット６、６をそれぞれ１本のボルト６１、６１によりこれらのボルト６１、６１を中心としてそれぞれ回動可能に取り付けるようにしたが、図５に示すように、ブラケット６側のボルト挿通孔を長孔８ａに形成することにより、ブラケット６に対し流入側タンク４ａ、４ｂおよび流出側タンク５ａ、５ｂがそれぞれ独立して相対摺動して変位可能となるよう構成してもよい。なお、ボルト６１、６１とブラケット６、６とは、いずれか一方を流入側タンク４ａ、４ｂと流出側タンク５ａ、５ｂとに、また他方を車体側に取り付けるようにすればよい。
また、上記実施例では、１つのブラケット６に流入側タンク４と流出側タンク５を取り付けるようにしたが、それぞれ別体のブラケットにより取り付けるようにしてもよい。
また、上記実施例では、Ｕターン用中間タンク３側を弾性支持する弾性支持部材としてゴムブッシュ７を用いたが、これに代えて板ばねやコイルスプリング等を用いることもできる。
また、上記実施例では、流入側タンク４と流出側タンク５とＵターン用中間タンク３との各内部をその長手方向の途中で仕切って分割することにより、大容量の第１ラジエータＲＡと、小容量の第２ラジエータＲＢとが幅方向に一体化された構造のものを例に取ったが、このように分割することなく全体を１つのラジエータとして用いるようにしてもよい。
本発明の対向流式熱交換器は、一対の熱交換器を並列配置して用いるものであれば、自動車等の熱交換器へ適用することができる。

Claims (4)

  1. 交互に多数連結配置されたチューブとフィンとを有し、厚み方向に並列に配置された一対の熱交換器コアと、
    該両熱交換器コアに設けられた各チューブの一方端側がそれぞれ接続されたＵターン用中間タンクと、
    前記熱交換器コアの一方に設けられたチューブの他端側が接続された流入側タンクと、
    前記流入側タンクとは別体として分離形成され、前記熱交換器コアの他方に設けられたチューブの他端側が接続された流出側タンクと、を備え、
    前記両熱交換器コアが前記中間タンクを中心としてそれぞれ独立して伸縮可能になるように前記流入側タンクと前記流出側タンクと中間タンクとを車体側部材に取り付けたことを特徴とする対向流式熱交換器。
  2. 請求項１に記載の対向流式熱交換器において、
    前記流入側タンクと流出側タンクとを車体側に取り付けるためのブラケットを前記流入側タンクと前記流出側タンクの長手方向両端部に設け、
    前記各ブラケットを前記流入側タンクと前記流出側タンクの長手方向両端面部に対しそれぞれボルトにより各ボルトを中心としてそれぞれ回動可能となるように車体側に取り付けたことを特徴とする対向流式熱交換器。
  3. 請求項１に記載の対向流式熱交換器において、
    前記流入側タンクと前記流出側タンクとを車体側に取り付けるためのブラケットを前記流入側タンクと前記流出側タンクの長手方向両端部に設け、
    前記各ブラケットに長孔を形成し、該長孔にボルトを摺動可能に挿入することにより、前記流入側タンクと前記流出側タンクとを車体側に相対変位可能に取り付けたことを特徴とする対向流式熱交換器。
  4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の対向流式熱交換器において、
    前記中間タンクを弾性支持部材を介して車体側に取り付けたことを特徴とする対向流式熱交換器。
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