| 【発明の名称】 |
車両用ラジエータ |
| 【発明者】 |
【氏名】杉本 竜雄
【氏名】武藤 聡美
【氏名】阪根 高明
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| 【要約】 |
【課題】チューブとフィンとの寸法関係を最適化する。
【解決手段】チューブ１１０の短径寸法（厚み）をＢとし、フィン高さをＨＦとしたときに、チューブ１１０の短径寸法Ｂとフィン高さＨＦが、２・Ｂ＋１．５ｍｍ≦ＨＦ≦３．５・Ｂ＋２．５ｍｍの関係を満たすようにする。これにより、、熱交換コアを細密として放熱能力を増大させつつ、フィン１２０に発生する応力を緩和してラジエータ１００の耐久性を向上させることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車両用内燃機関の冷却水が流通する複数本の扁平状のチューブ（１１０）、及び前記複数本のチューブ（１１０）間に配設されて冷却液と空気との熱交換を促進する波状に成形されたコルゲートフィン（１２０）を備える車両用ラジエータにおいて、前記チューブ（１１０）の短径寸法（Ｂ）は、０．７５ｍｍ以上、かつ、１．２５ｍｍ以下であり、さらに、前記コルゲートフィン（１２０）のフィン高さ（ＨＦ）は、前記チューブ（１１０）の短径寸法（Ｂ）の２倍に１．５ｍｍを加えた寸法以上、かつ、前記チューブ（１１０）の短径寸法（Ｂ）の３．５倍に２．５ｍｍを加えた寸法以下であることを特徴とする車両用ラジエータ。
【請求項２】 前記チューブ（１１０）の肉厚（ｔｔ）は、０．０５ｍｍ以上、かつ、０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の車両用ラジエータ。
【請求項３】 前記チューブ（１１０）の質量（ＷＴ）に対する前記コルゲートフィン（１２０）の質量（ＷＦ）の比（ＷＦ／ＷＴ）は、０．５以上、かつ、１．５以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用ラジエータ。
【請求項４】 前記チューブ（１１０）内には、短径方向に延びて対向する内壁を繋ぐ支柱部（１１２）が設けられており、前記支柱部（１１２）は、２本以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用ラジエータ。
【請求項５】 車両用ラジエータ（１００）と、車両用冷凍サイクル用の放熱器（２００）とが一体ろう付けされている複式熱交換器において、前記車両用ラジエータ（１００）として請求項４に記載の車両用ラジエータを用いたことを特徴とする複式熱交換器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は車両用ラジエータに関するもので、車両用内燃機関の冷却水を冷却するラジエータに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】冷却水と室内に吹き出す空気とを熱交換する車両用熱交換器として、例えば特開平５−１９６３８３号公報に記載の発明では、コルゲートフィンの高さを３ｍｍ〜６ｍｍとして放熱能力（熱交換能力）を向上させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、熱交換器は、周知のごとく、チューブとフィンとによって構成されるものであるので、フィン高さの最適化のみでは、熱交換能力の向上を図る上で限界がある。
【０００４】本発明は、上記点に鑑み、チューブとフィンとの寸法関係を最適化することにより熱交換能力の向上を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、車両用内燃機関の冷却水が流通する複数本の扁平状のチューブ（１１０）、及び複数本のチューブ（１１０）間に配設されて冷却液と空気との熱交換を促進する波状に成形されたコルゲートフィン（１２０）を備える車両用ラジエータにおいて、チューブ（１１０）の短径寸法（Ｂ）は、０．７５ｍｍ以上、かつ、１．２５ｍｍ以下であり、さらに、コルゲートフィン（１２０）のフィン高さ（ＨＦ）は、チューブ（１１０）の短径寸法（Ｂ）の２倍に１．５ｍｍを加えた寸法以上、かつ、チューブ（１１０）の短径寸法（Ｂ）の３．５倍に２．５ｍｍを加えた寸法以下であることを特徴とする。
【０００６】これにより、放熱能力を増大させつつ、コルゲートフィン（１２０）に発生する応力を緩和して車両用ラジエータの耐久性を向上させることができる。
【０００７】請求項２に記載の発明では、チューブ（１１０）の肉厚（ｔｔ）は、０．０５ｍｍ以上、かつ、０．２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】これにより、通水抵抗の抑制しつつ、放熱能力を増大させることができる。
【０００９】なお、チューブ（１１０）の質量（ＷＴ）に対するコルゲートフィン（１２０）の質量（ＷＦ）の比（ＷＦ／ＷＴ）は、請求項３に記載の発明のごとく、０．５以上、かつ、１．５以下とすることが望ましい。
【００１０】請求項４に記載の発明では、チューブ（１１０）内には、短径方向に延びて対向する内壁を繋ぐ支柱部（１１２）が設けられており、支柱部（１１２）は、２本以下であることを特徴とする。
【００１１】これにより、チューブ（１１０）の（耐圧）剛性を向上させることができる。
【００１２】請求項５に記載の発明では、車両用ラジエータ（１００）と、車両用冷凍サイクル用の放熱器（２００）とが一体ろう付けされている複式熱交換器において、車両用ラジエータ（１００）として請求項４に記載の車両用ラジエータを用いたことを特徴とする。
【００１３】これにより、車両用ラジエータ（１００）及び放熱器（２００）とをろう付けする際に、後述するように圧縮力を加えて両者１００、２００を仮固定しても、ラジエータ１００のチューブ１１０が変形してしまうことを防止できる。
【００１４】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１５】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係るラジエータ１００の正面図であり、１１０は冷却水が流通する複数本の扁平状のチューブであり、１２０は複数本のチューブ１１０間に配設されて冷却水と空気との熱交換を促進する波状（本実施形態では、矩形波状）にローラ成形されたコルゲートフィン（以下、フィンと略す。）である。そして、チューブ１１０とフィン１２０とにより冷却水と空気とを熱交換する熱交換コアが形成されている。
【００１６】１３０はチューブ１１０の長手方向両端側に配設されて各チューブ１１０に連通するヘッダタンクであり、紙面右側のヘッダタンク１３０は各チューブ１１０に冷却水を分配供給するもので、紙面左側は熱交換を終えて冷却水を集合回収するものである。なお、チューブ１１０、フィン１２０及びヘッダタンク１３０はアルミニウム製であり、これらはろう付けにて一体接合されている。
【００１７】次に、本実施形態の特徴であるチューブ１１０及びフィン１２０諸元について述べる。
【００１８】チューブ１１０の短径寸法Ｂを、０．７５ｍｍ以上、かつ、１．２５ｍｍ以下とし（（０．７５ｍｍ≦Ｂ≦１．２５ｍｍ）、さらに、フィン１２０のフィン高さＨＦを、チューブ１１０の短径寸法Ｂの２倍に１．５ｍｍを加えた寸法以上、かつ、チューブ１１０の短径寸法Ｂの３．５倍に２．５ｍｍを加えた寸法以下（２・Ｂ＋１．５ｍｍ≦ＨＦ≦３．５・Ｂ＋２．５ｍｍ）としたものである。
【００１９】ここで、チューブ１１０の短径寸法Ｂとは、図１（ｂ）に示すように、チューブ１１０の厚みとに等しい寸法であり、フィン高さＨＦとは、チューブ１１０間の距離に等しい寸法である。
【００２０】さらに、チューブ１１０の肉厚ｔｔを０．０５ｍｍ以上、かつ、０．２ｍｍ以下とし（０．０５ｍｍ≦ｔｔ≦０．２ｍｍ）、さらに、チューブ１１０の質量ＷＴに対するフィン１２０の質量ＷＦの比（ＷＦ／ＷＴ）を０．５以上、かつ、１．５以下（０．５≦ＷＦ／ＷＴ≦１．５）としたものである。
【００２１】次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００２２】図２の曲線はチューブ１１０の肉厚ｔｔを０．１５ｍｍとした場合において、チューブ１１０の短径寸法Ｂをパラメータとして、ラジエータ１００の放熱能力Ｑｖとフィン高さＨＦとの関係を数値シミレーションした結果であり、図２の直線は放熱能力Ｑｖのピーク値（極大値）の２％以内の範囲（以下、この範囲をピーク領域と呼ぶ。）を示すものである。なお、数値シミレーションは、特開平５−１９６３８３号公報に記載の計算方法と同じである。また、チューブ１１０の肉厚ｔｔは放熱能力Ｑｖの計算結果に対して殆ど影響を及ぼさない。
【００２３】また、図３は図２に示す数値シミレーション結果を基に、放熱能力Ｑｖのピーク領域にある短径寸法Ｂとフィン高さＨＦとの関係を示したものであり、本実施形態に係るラジエータ１００の短径寸法Ｂとフィン高さＨＦと関係は、図３の斜線部分に該当する。
【００２４】そして、熱交換コアを細密として放熱面積を増加させるほど、熱交換能力が増大するとともに、図２から明らかなように短径寸法Ｂによって放熱能力Ｑｖのピーク値が異なっており、フィン高さＨＦが大きくなるほど、ピーク領域が拡大することが判る。
【００２５】なお、短径寸法Ｂの下限値はチューブ１１０内に異物が詰まることを考慮した値であり、短径寸法Ｂ上限値はチューブ１１０及び冷却水による荷重、並びチューブ１１０及びフィン１２０の熱変形によって、フィン１２０に発生する応力を所定位置（本実施形態では、５０ＭＰａ）以下とする値である。
【００２６】したがって、本実施形態では、熱交換コアを細密として放熱能力を増大させつつ、フィン１２０に発生する応力を緩和してラジエータ１００の耐久性を向上させることができる。
【００２７】また、図４〜６は、チューブ１１０の肉厚ｔｔ、チューブ１１０内を流通する温水の通水抵抗、短径寸法Ｂ及びフィン高さＨＦとの関係を示すもので、図４、５から明らかなように、チューブ１１０の肉厚ｔｔを０．０５ｍｍ以上、かつ、０．２ｍｍ以下とすることが望ましいことが判る。
【００２８】なお、図７の斜線部分は、通水抵抗が所定値（本実施形態では、５０ＫＰａａｔ １００Ｌ／ｍｉｎ）となるような、チューブ１１０の肉厚ｔｔ、チューブ１１０内を流通する温水の通水抵抗、短径寸法Ｂ及びフィン高さＨＦとの関係を示すものである。
【００２９】ところで、チューブ１１０の質量ＷＴとフィン１２０の質量ＷＦとが大きく相違していると、フィン高さＨＦと短径寸法Ｂの組み合わせによっては、ラジエータ１００の質量増加割合が大きく相違してしまう。
【００３０】ここで、チューブ１１０の質量ＷＴに対するフィン１２０の質量ＷＦの比（ＷＦ／ＷＴ）は、１が望ましいが、実用上、０．５以上、かつ、１．５以下（０．５≦ＷＦ／ＷＴ≦１．５）が有効である。
【００３１】したがって、０．５≦ＷＦ／ＷＴ≦１．５となるように、フィン高さＨＦ、短径寸法Ｂ、チューブ１１０の肉厚ｔｔ、フィン１２０の肉厚ｔｆ、及びフィン１２０のフィンピッチｆｐを選定することが望ましい。
【００３２】なお、本実施形態では、チューブ１１０とフィン１２０とは、アルミニウム製であるので、チューブ１１０の質量ＷＴ及びフィン１２０の質量ＷＦを下記の数式にて算出し、ＷＦ／ＷＴを検討した。
【００３３】
【数１】ＷＴ＝｛（Ａ−Ｂ）×２＋π×（Ｂ−ｔｔ）｝×Ｌ×ｔｔ≒２×Ａ×Ｌ×ｔｔ【００３４】
【数２】
ＷＦ≒（２×ＨＦ＋ｆｐ）×Ｌ／ｆｐ×Ａ×ｔｆ【００３５】
【数３】
ＷＦ／ＷＴ≒ｔｆ／ｔｔ×（ＨＦ／ｆｐ＋１／２）
（第２実施形態）本実施形態は、図８に示すように、チューブ１１０内に短径方向に延びて対向する内壁１１１を繋ぐ支柱部１１２を２本設けたものである。
【００３６】これにより、チューブ１１０の肉厚ｔｔを０．２ｍｍ以下としたことによる、チューブ１１０の（耐圧）剛性の低下を防止できる。なお、支柱部１１２を２本以下とすれば、チューブ１１０の通水抵抗を大きく損なうことなく、チューブ１１０の剛性を向上させることができる。
【００３７】（第３実施形態）本実施形態は、図９に示すように、第２実施形態に係るラジエータ１００と冷凍サイクルのコンデンサ２００とが一体化したものである。なお、ラジエータ１００とコンデンサ２００とが一体ろう付けされたものを、本明細書では、複式熱交換器と呼ぶ。
【００３８】ここで、２１０は冷媒が流通するチューブであり、２２０はコンデンサ２００の冷却フィンである。そして、本実施形態では、ラジエータ１００のフィン１２０とコンデンサ２００のフィン２２０とは一体化されており、両フィン１２０、２２０との連結部分には、ラジエータ１００からコンデンサ２００への熱伝導を阻止する熱遮断用スリットＳが形成されている。
【００３９】次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００４０】一般的に、コンデンサ２００のチューブ２１０は、耐圧強度を高めるべく、図９に示すように、多数本の支柱部２１１を有して多穴構造となっている。これに対して、第１、２実施形態に係るラジエータ１００のチューブ１１０は、支柱部１１２が形成されていないので、コンデンサ２００のチューブ２１０に比べて剛性が低い。
【００４１】このため、コンデンサ２００及びラジエータ１００を同時にろう付け接合すべく、図１０に示すように、ワイヤーＷ等の固定治具にて両者１００、２００を仮固定すると、ワイヤーＷの短径方向の圧縮力により剛性の低いラジエータ１００のチューブ１１０が変形してしまう。
【００４２】これに対して、本実施形態では、チューブ１１０内に短径方向に延びて対向する内壁１１１を繋ぐ支柱部１１２が形成されているので、ワイヤーＷの短径方向の圧縮力によりラジエータ１００のチューブ１１０が変形してしまうことを防止できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２１日（１９９９．１２．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０００２２
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 洋二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４１７７（Ｐ２００１−１７４１７７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６３０２８ |
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