WO2019003868A1 - 熱交換器のヘッダタンク - Google Patents
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Abstract
ヘッダタンク(20)は、ヘッダタンク(20)の一端(21)側において2つの側壁(22、25)のうちいずれかの側壁(22)側に偏って設けられ、熱交換流体をヘッダタンク(20)に導入する導入部(23)と、2つの側壁(22、25)のうち導入部(23)から導入される熱交換流体が沿って流れる一方の側壁(25)側においてヘッダタンク(20)内に突出して設けられ、ヘッダタンク(20)の他端(26)に近いほどコア(10)に近づく第1リブ(25a、25b)と、2つの側壁(22、25)のうちヘッダタンク(20)の他端(26)側を経由してヘッダタンク(20)の一端(21)側に向けて還流する熱交換流体が沿って流れる他方の側壁(22)側においてヘッダタンク(20)内に突出して設けられ、ヘッダタンク(20)の一端(21)に近いほどコア(10)に近づく第2リブ(22a、22b)と、を備える。
Description
本発明は、熱交換器のヘッダタンクに関する。
JP2002-310593Aには、複数のチューブに熱交換流体が行き渡るように、ヘッダタンク内に熱交換流体の流れを案内するリブを設けた熱交換器が開示されている。
上記の熱交換器では、ヘッダタンクに熱交換流体を導入する導入部がヘッダタンクの2つの側壁のうちいずれかの側壁側に偏って設けられた場合は、熱交換流体が偏流する可能性がある。その結果として熱交換流体の流れに渦が発生すると、ヘッダタンクへの熱交換流体の流入抵抗が増大して熱交換器の効率が低下するおそれがある。
本発明は、熱交換流体の流れに渦が発生することを抑制することを目的とする。
本発明のある態様によれば、複数のチューブが並列に設けられたコアに熱交換流体を供給する熱交換器のヘッダタンクが提供される。
ヘッダタンクは、ヘッダタンクの一端側において2つの側壁のうちいずれかの側壁側に偏って設けられ、熱交換流体をヘッダタンクに導入する導入部を備える。
また、ヘッダタンクは、2つの側壁のうち導入部から導入される熱交換流体が沿って流れる一方の側壁側においてヘッダタンク内に突出して設けられ、ヘッダタンクの他端に近いほどコアに近づく第1リブを備える。
また、ヘッダタンクは、2つの側壁のうちヘッダタンクの他端側を経由してヘッダタンクの一端側に向けて還流する熱交換流体が沿って流れる他方の側壁側においてヘッダタンク内に突出して設けられ、ヘッダタンクの一端に近いほどコアに近づく第2リブを備える。
上記態様によれば、ヘッダタンクの他端側を経由して一端側に向けて還流する熱交換流体が、第2リブによりコアに向けて案内されることでチューブに流入しやすくなる。よって、熱交換流体の流れに渦が発生することを抑制できる。
<第1実施形態>
以下、添付図面を参照しながら本発明の第1実施形態に係る熱交換器としてのインタークーラ100について説明する。図1は、インタークーラ100の概略を説明するための図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の第1実施形態に係る熱交換器としてのインタークーラ100について説明する。図1は、インタークーラ100の概略を説明するための図である。
インタークーラ100は、図1に示すように、熱交換流体の熱交換を行うコア10と、コア10に熱交換流体を導入する第1ヘッダタンク20と、コア10から熱交換流体が排出される第2ヘッダタンク30と、を備える熱交換器である。図1の矢印は、熱交換流体が流れる方向を示している。
コア10は、第1ヘッダタンク20から熱交換流体が流入する複数のチューブ11と、複数のフィン12とを備える。なお、図1では、一部のフィン12のみを図示している。
チューブ11は水平方向に延設されており、各チューブ11は鉛直方向に並列に配置され、隣接するチューブ11間にフィン12が配置される。各チューブ11には高温の熱交換流体が流入し、熱交換流体はコア10において外気と熱交換を行って冷却された後に、各チューブ11から第2ヘッダタンク30へ排出される。
本実施形態では、各チューブ11は水平方向に延設され、鉛直方向に並列に配置されているが、これに限られることはなく、例えば、各チューブ11を水平方向に並列に配置してもよい。
次に、第1ヘッダタンク20について図2から図5を参照しながら説明する。図2は、図1の矢視IIである。図3は、図2の矢視IIIであって、一部を切欠いて第1ヘッダタンク20の内側を示す図である。図4は、図2の矢視IVであって、一部を切欠いて第1ヘッダタンク20の内側を示す図である。図5は、図4のV-V断面である。
第1ヘッダタンク20は、一端21側において側壁22(他方の側壁)側に偏って設けられ、熱交換流体を第1ヘッダタンク20内に導入する導入部23と、第1ヘッダタンク20をコア10に取り付けるフランジ24と、を備える。
第1ヘッダタンク20は、図3及び図4に示すように、鉛直方向下側になるにつれてコア10との距離が小さくなるように湾曲している。
導入部23は、円筒状に形成され、図2に示すように、中心軸CL1(一点鎖線)がコア10における複数のチューブ11の側面で形成された面F(破線)と直交する方向に沿うように設けられている。
このため、導入部23から第1ヘッダタンク20内に導入される熱交換流体は、側壁22と対向する側壁25(一方の側壁)に沿って流れる。
第1ヘッダタンク20の側壁25側には、図3及び図5に示すように、第1ヘッダタンク20内に突出する第1リブ25a、25bが設けられる。
第1リブ25a、25bは、一端21側における導入部23の基端部近傍に起点を有し、第1ヘッダタンク20の他端26に近いほど第1ヘッダタンク20内に大きく突出して形成される。
図3に示すように、第1リブ25a、25bは、他端26に近いほどコア10に向かって湾曲している。つまり、第1リブ25a、25bは、他端26に近いほどコア10に近づくように形成されている。
また、第1ヘッダタンク20の側壁22側には、図4及び図5に示すように、第1ヘッダタンク20内に突出する第2リブ22a、22bが設けられる。
第2リブ22a、22bは、他端26側に起点を有し、一端21に近いほど第1ヘッダタンク20内に大きく突出して形成される。
図4に示すように、第2リブ22a、22bは、一端21に近いほどコア10に向かって湾曲している。つまり、第2リブ22a、22bは、一端21に近いほどコア10に近づくように形成されている。
なお、本実施形態では、第1リブ25a、25b及び第2リブ22a、22bの形成に合わせて、第1ヘッダタンク20の外壁を内側へ窪ませているが、窪ませずに第1ヘッダタンク20を形成しても良い。
また、第1リブ25a、25b及び第2リブ22a、22bを第1ヘッダタンク20とは異なる部材で構成し、第1ヘッダタンク20内に配置しても良い。
第2ヘッダタンク30は、内側に突出するリブを有していない点が第1ヘッダタンク20と相違し、その他の構成は第1ヘッダタンク20と同様である。
続いて、インタークーラ100を上記のように構成することの作用効果について説明する。
上述したように、本実施形態では、導入部23から第1ヘッダタンク20内に流入した熱交換流体は、側壁25に沿って流れる。
このため、第1ヘッダタンク20内に流入した熱交換流体の流れは、図5に点線の矢印で示すように、第1リブ25a、25bによって案内される。
上述したように、第1リブ25a、25bは、他端26に近いほどコア10に近づくように形成されている。このため、第1リブ25a、25bに案内されることで、熱交換流体の流れの方向がコア10に向かうように変換され、熱交換流体がチューブ11に流入する。
なお、第1リブ25a、25bは、第1ヘッダタンク20の他端26側がコア10に向かって湾曲して設けられるので、熱交換流体の流れの方向は徐々に変換される。よって、熱交換流体の流れが乱れることを抑制できる。
第1リブ25aによって案内された熱交換流体は、一端21側に位置するチューブ11に導かれ、第1リブ25bによって案内された熱交換流体は、他端26側に位置するチューブ11に導かれる。よって、各チューブ11に流入する熱交換流体の流量を均一化することができる。
本実施形態では、各チューブ11に流入する熱交換流体の流量を均一化することができるという効果を、側壁25側に設けられるリブを複数設けることで向上させている。
すなわち、第1リブ25aと第1リブ25bとを設けることで、当該効果を向上させている。しかしながら、側壁25側に設けられるリブが1つであっても同様の効果を得ることができる。また、リブを3つ以上設けることでより効果を向上させることもできる。
ここで、導入部23から第1ヘッダタンク20内に流入した熱交換流体の一部は、チューブ11に流入することなく、第1ヘッダタンク20の他端26側を経由して側壁22側を通って一端21側に向けて還流される。
一端21側に向けて還流する熱交換流体がそのまま第1ヘッダタンク20内を循環してしまうと、熱交換流体の流れに渦が発生し、第1ヘッダタンク20への熱交換流体の流入抵抗が増大してインタークーラ100の効率が低下してしまう。
これに対して、本実施形態では、側壁22側に、第2リブ22a、22bを設けている。
これによれば、チューブ11に流入することなく一端21側に向けて還流する熱交換流体が、図5に実線の矢印で示すように、第2リブ22a、22bによって案内される。
上述したように、第2リブ22a、22bは、一端21に近いほどコア10に近づくように形成されている。このため、一端21側に向けて還流する熱交換流体は、第2リブ22a、22bに案内されることで、流れの方向がコア10に向かうように変換されてチューブ11に流入しやすくなる。
よって、第1ヘッダタンク20内を循環する熱交換流体を低減でき、熱交換流体の流れに渦が発生することを抑制できる。
なお、第2リブ22a、22bは、第1ヘッダタンク20の一端21側がコア10に向かって湾曲して設けられるので、熱交換流体の流れの方向は徐々に変換される。よって、熱交換流体の流れが乱れることを抑制できる。
第2リブ22aによって案内された熱交換流体は、一端21側に位置するチューブ11に導かれ、第2リブ22bによって案内された熱交換流体は、他端26側に位置するチューブ11に導かれる。よって、各チューブ11に流入する熱交換流体の流量を均一化することができる。
本実施形態では、各チューブ11に流入する熱交換流体の流量を均一化することができるという効果を、側壁22側に設けられるリブを複数設けることで向上させている。
すなわち、第2リブ22aと第2リブ22bとを設けることで、当該効果を向上させている。しかしながら、側壁22側に設けられるリブが1つであっても同様の効果を得ることができる。また、リブを3つ以上設けることでより効果を向上させることもできる。
以上述べたように、本実施形態では、インタークーラ100の第1ヘッダタンク20は、第1ヘッダタンク20の一端21側において側壁22側に偏って設けられ、熱交換流体を第1ヘッダタンク20に導入する導入部23を備える。
また、第1ヘッダタンク20は、導入部23から導入される熱交換流体が沿って流れる一方の側壁25側において第1ヘッダタンク20内に突出して設けられ、第1ヘッダタンク20の他端26に近いほどコア10に近づく第1リブ25a、25bを備える。
また、第1ヘッダタンク20は、第1ヘッダタンク20の他端26側を経由して第1ヘッダタンク20の一端21側に向けて還流する熱交換流体が沿って流れる他方の側壁22側において第1ヘッダタンク20内に突出して設けられ、第1ヘッダタンク20の一端21に近いほどコア10に近づく第2リブ22a、22bを備える。
また、本実施形態では、導入部23の中心軸CL1は、コア10における複数のチューブ11の側面で形成された面Fに対して直交する方向に沿う。
これによれば、第1ヘッダタンク20の他端26側を経由して側壁22側を通って一端21側に還流する熱交換流体が、第2リブ22a、22bによりコア10に向けて案内されることでチューブ11に流入しやすくなる。よって、熱交換流体の流れに渦が発生することを抑制できる。
また、第1リブ25a、25bは、第1ヘッダタンク20の他端26側がコア10に向かって湾曲して設けられ、第2リブ22a、22bは、第1ヘッダタンク20の一端21側がコア10に向かって湾曲して設けられる。
これによれば、熱交換流体の流れ方向が徐々に変換されるので、熱交換流体の流れが乱れることを抑制できる。
また、第1リブ及び第2リブは、それぞれ複数設けられる。
これによれば、各チューブ11に流入する熱交換流体の流量を均一化することができるという効果を向上させることができる。
<第2実施形態>
続いて、本発明の第2実施形態に係る熱交換器としてのインタークーラ200が備える第1ヘッダタンク120について図6から図8を参照しながら説明する。図6は、第1ヘッダタンク120について説明するための模式図であって、第1実施形態の図2に相当する。図7は、図6の矢視VIIであって、一部を切欠いて第1ヘッダタンク120の内側を示す図である。図8は、図6の矢視VIIIであって、一部を切欠いて第1ヘッダタンク120の内側を示す図である。
続いて、本発明の第2実施形態に係る熱交換器としてのインタークーラ200が備える第1ヘッダタンク120について図6から図8を参照しながら説明する。図6は、第1ヘッダタンク120について説明するための模式図であって、第1実施形態の図2に相当する。図7は、図6の矢視VIIであって、一部を切欠いて第1ヘッダタンク120の内側を示す図である。図8は、図6の矢視VIIIであって、一部を切欠いて第1ヘッダタンク120の内側を示す図である。
なお、インタークーラ200は、第1ヘッダタンクの構成が第1実施形態と相違する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
インタークーラ200が備える第1ヘッダタンク120は、一端121側において側壁122(一方の側壁)側に偏って設けられ、熱交換流体を第1ヘッダタンク120内に導入する導入部123と、第1ヘッダタンク120をコア10に取り付けるフランジ124と、を備える。
第1ヘッダタンク120は、図7及び図8に示すように、鉛直方向下側になるにつれてコア10との距離が小さくなるように湾曲している。
導入部123は、円筒状に形成され、図6に示すように、中心軸CL2(一点鎖線)がコア10における複数のチューブ11が並列に設けられた方向に沿うように設けられている。
このため、導入部123から第1ヘッダタンク120内に導入される熱交換流体は、側壁122に沿って流れる。
第1ヘッダタンク120の側壁122側には、図8に示すように、第1ヘッダタンク120内に突出する第1リブ122a、122bが設けられる。
第1リブ122a、122bは、一端121側における導入部123の基端部近傍に起点を有し、第1ヘッダタンク120の他端126に近いほど第1ヘッダタンク120内に大きく突出して形成される。
第1リブ122a、122bは、他端126に近いほどコア10に向かって湾曲している。つまり、第1リブ122a、122bは、他端126に近いほどコア10に近づくように形成されている。
また、側壁122と対向する側壁125(他方の側壁)側には、図7に示すように、第1ヘッダタンク120内に突出する第2リブ125a、125bが設けられる。
第2リブ125a、125bは、他端126側に起点を有し、一端121に近いほど第1ヘッダタンク120内に大きく突出して形成される。
第2リブ125a、125bは、一端121に近いほどコア10に向かって湾曲している。つまり、第2リブ125a、125bは、一端121に近いほどコア10に近づくように形成されている。
なお、本実施形態では、第1リブ122a、122b及び第2リブ125a、125bの形成に合わせて、第1ヘッダタンク120の外壁を内側へ窪ませているが、窪ませずに第1ヘッダタンク120を形成しても良い。
また、第1リブ122a、122b及び第2リブ125a、125bを第1ヘッダタンク120とは異なる部材で構成し、第1ヘッダタンク120内に配置しても良い。
続いて、インタークーラ200を上記のように構成することの作用効果について説明する。
上述したように、本実施形態では、導入部123から第1ヘッダタンク120内に流入した熱交換流体は、側壁122に沿って流れる。
このため、第1ヘッダタンク120内に流入した熱交換流体の流れは、第1リブ122a、122bによって案内される。
上述したように、第1リブ122a、122bは、他端126に近いほどコア10に近づくように形成されている。このため、第1リブ122a、122bに案内されることで、熱交換流体の流れの方向がコア10に向かうように変換され、熱交換流体がチューブ11に流入する。
なお、第1リブ122a、122bは、第1ヘッダタンク120の他端126側がコア10に向かって湾曲して設けられるので、熱交換流体の流れの方向は徐々に変換される。よって、熱交換流体の流れが乱れることを抑制できる。
第1リブ122aによって案内された熱交換流体は、一端121側に位置するチューブ11に導かれ、第1リブ122bによって案内された熱交換流体は、他端126側に位置するチューブ11に導かれる。よって、各チューブ11に流入する熱交換流体の流量を均一化することができる。
本実施形態では、各チューブ11に流入する熱交換流体の流量を均一化することができるという効果を、側壁122側に設けられるリブを複数設けることで向上させている。
すなわち、第1リブ122aと第1リブ122bとを設けることで、当該効果を向上させている。しかしながら、側壁122側に設けられるリブが1つであっても同様の効果を得ることができる。また、リブを3つ以上設けることでより効果を向上させることもできる。
ここで、導入部123から第1ヘッダタンク120内に流入した熱交換流体の一部は、チューブ11に流入することなく、第1ヘッダタンク120の他端126側を経由して側壁125側を通って一端121側に向けて還流される。
一端121側に向けて還流する熱交換流体がそのまま第1ヘッダタンク120内を循環してしまうと、熱交換流体の流れに渦が発生し、第1ヘッダタンク120への熱交換流体の流入抵抗が増大してインタークーラ200の効率が低下してしまう。
これに対して、本実施形態では、側壁125側に、第2リブ125a、125bを設けている。
これによれば、チューブ11に流入することなく一端121側に向けて還流する熱交換流体が、第2リブ125a、125bによって案内される。
上述したように、第2リブ125a、125bは、一端121に近いほどコア10に近づくように形成されている。このため、一端121側に向けて還流する熱交換流体は、第2リブ125a、125bに案内されることで、流れの方向がコア10に向かうように変換されてチューブ11に流入しやすくなる。
よって、第1ヘッダタンク120内を循環する熱交換流体を低減でき、熱交換流体の流れに渦が発生することを抑制できる。
なお、第2リブ125a、125bは、第1ヘッダタンク120の一端121側がコア10に向かって湾曲して設けられるので、熱交換流体の流れの方向は徐々に変換される。よって、熱交換流体の流れが乱れることを抑制できる。
第2リブ125aによって案内された熱交換流体は、一端121側に位置するチューブ11に導かれ、第2リブ125bによって案内された熱交換流体は、他端126側に位置するチューブ11に導かれる。よって、各チューブ11に流入する熱交換流体の流量を均一化することができる。
本実施形態では、各チューブ11に流入する熱交換流体の流量を均一化することができるという効果を、側壁125側に設けられるリブを複数設けることで向上させている。
すなわち、第2リブ125aと第2リブ125bとを設けることで、当該効果を向上させている。しかしながら、側壁125側に設けられるリブが1つであっても同様の効果を得ることができる。また、リブを3つ以上設けることでより効果を向上させることもできる。
以上述べたように、本実施形態では、インタークーラ200の第1ヘッダタンク120は、第1ヘッダタンク120の一端121側において側壁122側に偏って設けられ、熱交換流体を第1ヘッダタンク120に導入する導入部123を備える。
また、第1ヘッダタンク120は、導入部123から導入される熱交換流体が沿って流れる一方の側壁122側において第1ヘッダタンク120内に突出して設けられ、第1ヘッダタンク120の他端126に近いほどコア10に近づく第1リブ122a、122bを備える。
また、第1ヘッダタンク120は、第1ヘッダタンク120の他端126側を経由して第1ヘッダタンク120の一端121側に向けて還流する熱交換流体が沿って流れる他方の側壁125側において第1ヘッダタンク120内に突出して設けられ、第1ヘッダタンク120の一端121に近いほどコア10に近づく第2リブ125a、125bを備える。
また、本実施形態では、導入部123の中心軸CL2は、コア10における複数のチューブ11が並列に設けられた方向に沿う。
また、第1リブ122a、122bは、第1ヘッダタンク120の他端126側がコア10に向かって湾曲して設けられ、第2リブ125a、125bは、第1ヘッダタンク20の一端121側がコア10に向かって湾曲して設けられる。
また、第1リブ及び第2リブは、それぞれ複数設けられる。
よって、本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
例えば、上記実施形態では、熱交換器をインタークーラ100、200として説明したが、熱交換器は、ラジエータ、オイルクーラ、コンデンサ等であってもよい。
また、インタークーラ100、200を配置する向きは、適宜変更可能である。
また、上記第1実施形態では、導入部23を、中心軸CL1が面Fと直交する方向に沿うように設けている。また、第2実施形態では、導入部123を、中心軸CL2が複数のチューブ11が並列に設けられた方向に沿うように設けている。しかしながら、導入部23、123の構成はこれに限定されるものではない。
導入部23は、導入部23から第1ヘッダタンク20内に流入した熱交換流体が側壁25に沿うように流れる限度において、一端21側において側壁22側に偏って設けることができる。
また、導入部123は、導入部123から第1ヘッダタンク120内に流入した熱交換流体が側壁122に沿うように流れる限度において、一端121側において側壁122側に偏って設けることができる。
本願は2017年6月26日に日本国特許庁に出願された特願2017-124459に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (5)
- 複数のチューブが並列に設けられたコアに熱交換流体を供給する熱交換器のヘッダタンクであって、
前記ヘッダタンクの一端側において2つの側壁のうちいずれかの側壁側に偏って設けられ、前記熱交換流体を前記ヘッダタンクに導入する導入部と、
前記2つの側壁のうち前記導入部から導入される前記熱交換流体が沿って流れる一方の側壁側において前記ヘッダタンク内に突出して設けられ、前記ヘッダタンクの他端に近いほど前記コアに近づく第1リブと、
前記2つの側壁のうち前記ヘッダタンクの前記他端側を経由して前記ヘッダタンクの前記一端側に向けて還流する前記熱交換流体が沿って流れる他方の側壁側において前記ヘッダタンク内に突出して設けられ、前記ヘッダタンクの前記一端に近いほど前記コアに近づく第2リブと、
を備える熱交換器のヘッダタンク。 - 請求項1に記載の熱交換器のヘッダタンクであって、
前記導入部の中心軸は、前記コアにおける前記複数のチューブの側面で形成された面に対して直交する方向に沿う、
熱交換器のヘッダタンク。 - 請求項1に記載の熱交換器のヘッダタンクであって、
前記導入部の中心軸は、前記複数のチューブが並列に設けられた方向に沿う、
熱交換器のヘッダタンク。 - 請求項1から3のいずれか1つに記載の熱交換器のヘッダタンクであって、
前記第1リブは、前記ヘッダタンクの前記他端側が前記コアに向かって湾曲して設けられ、
前記第2リブは、前記ヘッダタンクの前記一端側が前記コアに向かって湾曲して設けられる、
熱交換器のヘッダタンク。 - 請求項1から4のいずれか1つに記載の熱交換器のヘッダタンクであって、
前記第1リブ及び前記第2リブは、それぞれ複数設けられる、
熱交換器のヘッダタンク。
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