熱交換器

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【発明の名称】	熱交換器
【発明者】	【氏名】加藤宗一【氏名】桜田宗夫【氏名】栗原慎【氏名】秋山勝司
【要約】	【課題】入口パイプがタンクに接続される位置に影響されることなく、熱交換媒体の分配の均等化を図ることができる熱交換器を提供することを目的とする。【解決手段】通風方向に並設された入口側タンク１０と出口側タンク１１とについて、当該入口側タンク１０及び出口側タンク１１を、第１の画室１８、２０と第２の画室１９、２２とに隔壁１６、１７により各々分割し、隔壁１６の積層方向端部側に前記第１の画室１８と第２の画室２９とを連通する貫通孔２２を設けると共に、隔壁１７の前記貫通孔２２とは反対側の積層方向端部側に前記第１の画室２０と第２の画室２１とを連通する貫通孔２３を設ける。

【特許請求の範囲】
【請求項１】通風方向に並列された入口側タンク及び出口側タンクと、この入口側タンクと出口側タンクとに接続される出入口パイプと、少なくとも一方が開口した２つの通路を有して、前記入口側タンクと出口側タンクとを連通するチューブと、このチューブと交互に配置されたフィンとを備えた熱交換器において、前記入口側タンク及び出口側タンクを、出入口パイプ側に位置する第１の画室とチューブの通路側に位置する第２の画室とに隔壁により各々分割し、前記入口側タンクを分割する隔壁の積層方向端部側に、前記第１の画室と第２の画室とを連通する貫通孔を設けると共に、前記出口側タンクを分割する隔壁の、前記入口側タンクに設けられている貫通孔とは反対側の積層方向端部側に、前記第１の画室と第２の画室とを連通する貫通孔を設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】前記隔壁の貫通孔は、出入口パイプの軸方向の投影する位置にないことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】前記隔壁は、前記入口側タンク又は出口側タンクと一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】前記隔壁は、前記入口側タンク又は出口側タンクと別部材により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば車両用空調装置において加熱手段として用いられるヒータコア等の熱交換器であって、片側のタンクが入口側タンクと出口側タンクとで構成され、出入口パイプが前記入口側タンクと出口側タンクとに接続された所謂カウンターフロータイプの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種のタンクが仕切壁によりチューブの積層方向に仕切られたカウンターフロータイプの熱交換器としては、例えば実開昭６３－１５４９６２号公報に開示された熱交換器が既に公知となっている。
【０００３】この実用新案公開公報で示される熱交換器を概説すると、タンクは、底部側が開口した細長い箱状の入口側タンクプレート及び出口側タンクプレートと、前記入口側タンクプレート、出口側タンクプレートの開口部を閉塞すると共に複数段に積層されたチューブの開口部側挿入するエンドプレートとを備えたものである。そして、この熱交換器においては、入口パイプは、入口側タンクプレートの上面において積層方向の一方側に寄った位置に設けられていると共に、出口パイプは、出口側タンクプレートの上面において入口パイプとは積層方向の反対側に寄った位置に設けられた構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この公報例をもとに作図した図５に示されるように、熱交換器１００の出入口パイプ１０１、１０２は、当該熱交換器１００の空調ダクト内への設置場所、その他の状況に応じてタンク１０３の長手方向中央寄りとなるように当該タンク１０３に接続せざるを得ない場合がある。
【０００５】この構成の熱交換器では、入口パイプ１０１からタンクの入口部１０４に熱交換媒体が流入する際に、慣性によって入口パイプ１０１の直下に位置するブロックＸ（複数のチューブからなる、以下ブロックＹＺも同じ））に熱交換媒体が集中し、かつ、そのブロックＸのＵ字状通路を通ってタンクの出口部１０５に移行した熱交換媒体は、そのまま出口パイプ１０２から流出するという偏流を生じやすい。
【０００６】このため、この入口パイプ１０１及び出口パイプ１０２から離れた位置にあるブロックＹ、Ｚでは、熱交換媒体の流量がブロックＸよりも少なくなり、熱交換器の温度分布にも偏りが生ずるという不具合を有していた。
【０００７】そこで、この発明は、出入口パイプがタンクに接続される位置に影響されることなく、熱交換媒体の偏流を防止し、熱交換媒体の分配の均等化を図ることができる熱交換器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】しかして、この発明に係る熱交換器は、通風方向に並列された入口側タンク及び出口側タンクと、この入口側タンクと出口側タンクとに出入口パイプが接続されると共に、少なくとも一方が開口した２つの通路を有し、この通路は前記入口側タンクと出口側タンクとを連通するチューブと、このチューブと交互に配置されたフィンとを備えた熱交換器において、前記入口側タンク及び出口側タンクを、出入口パイプ側に位置する第１の画室とチューブの通路側に位置する第２の画室とに隔壁により各々分割し、前記入口側タンクを分割する隔壁の積層方向端部側に、前記第１の画室と第２の画室とを連通する貫通孔を設けると共に、前記出口側タンクを分割する隔壁の、前記入口側タンクに設けられている貫通孔とは反対側の積層方向端部側に、前記第１の画室と第２の画室とを連通する貫通孔を設けたことを特徴とする（請求項１）。そして、慣性により入口パイプから流入した熱交換媒体が貫通孔を介してチューブに入口パイプの軸方向に真っ直ぐに移行することで、当該出入口パイプ直下のチューブに熱交換媒体が集中するのを防止するために、前記隔壁の貫通孔は、出入口パイプの軸方向の投影する位置にないことが望ましい（請求項２）。尚、入口側タンクと出口側タンクとは、一のタンクの内部を通風方向に延びる仕切板により仕切ることで構成されるものとしても、また独立の２つのタンクを通風方向に連接させることで構成されるものとしても良い。
【０００９】このような熱交換器の構成とすることにより、入口パイプから入口側タンクのうち第１の画室に流入した熱交換媒体の流れは、積層方向端部側に移行して、当該端部に形成された貫通孔より入口側タンクの第２の画室に流入する一方で、チューブの熱交換媒体通路から出口側タンクのうち第２の画室に流入した熱交換媒体は、前記入口側タンクの積層方向端部とは反対側の端部に移行して、当該端部に形成された貫通孔より出口側タンクの第１の画室に流出し、更に出口パイプから外部に流出するものである。
【００１０】このため、入口側タンクの隔壁に設けられた貫通孔から各チューブの熱交換媒体通路を通って出口側タンクの隔壁に設けられた貫通孔にまで至る距離は、積層方向端部側と積層方向の中央側とでほぼ同様となり、熱交換媒体の通路抵抗もどの部位でも略等しくなるので、熱交換媒体の分布の均等化を図ることが可能となる。
【００１１】尚、前記隔壁は、前記入口側タンク又は出口側タンクと一体に形成されているものとしても（請求項３）又、反対に、前記隔壁は、前記入口側タンク又は出口側タンクと出口部と別部材により構成されているものとしても良い（請求項４）。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面により説明する。
【００１３】図１乃至図３において熱交換器の一例が示されており、この熱交換器１は、例えば車両用空調装置において熱交換媒体としてエンジンの冷却水が循環するヒータコアとして用いられるもので、Ｕ字状の熱交換媒体通路３を有するチューブ２とコルゲート状のフィン４とを交互に複数段に積層すると共に、積層されたチューブ２の一端側と入口パイプ５、出口パイプ６が接続されるタンク７とで構成されたものである。
【００１４】このうち、タンク７は、タンク本体８と該タンク本体８の両側の開口部を塞ぐ閉塞部材９とにより構成されているもので、タンク本体８は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金から成り、その長手方向内部中央にタンク７内部を入口側タンク１０と出口側タンク１１とに仕切る仕切壁１２が設けられていると共に、この実施形態では、上面の長手方向中央寄りの２箇所に出入口パイプ５、６を挿入固定するためのパイプ挿入孔１３、１４が穿設されている。また、下面には、チューブ２を接続するためのチューブ挿入孔１５が複数積層方向に沿って複数並設されている。
【００１５】このように、上記タンク本体８の両側の開口部を閉塞部材９で塞ぐことで、入口側タンク１０と出口側タンク１１とが通風方向に並列されたタンク７が構成され、かかるタンク７のパイプ挿入孔１３、１４に出入口パイプ５、６を挿入固定することにより、出入口パイプ５、６が積層方向中央で近接した状態で、入口側タンク１０と入口パイプ５及び出口側タンク１１と出口パイプ６とが連通することとなる。
【００１６】以上のようなタンク７の構成において、入口側タンク１０内と出口側タンク１１内とに、タンク７の長手方向に沿うと共に仕切壁１２と交差する方向に延びる隔壁１６、１７が配されており、入口側タンク１０は、この隔壁１６によって入口パイプ５側に位置する第１の画室１８とチューブ挿入孔１５側に位置する第２の画室１９とに分割され、また、出口側タンク１１は、前記隔壁１７によって出口パイプ６側に位置する第１の画室２０とチューブ挿入孔１５側に位置する第２の画室２１とに分割されたものとなっている。
【００１７】そして、隔壁１６、１７は、この実施形態ではタンク本体８と別部材となっているが必ずしもこれに限定されず、タンク本体８と押出成形等により一体に形成されるようにしても良いものである。また、隔壁１６には、図２で特に示されるように、積層方向の一方側端部近傍に当該隔壁１６を貫通する貫通孔２２が形成され、これにより第１の画室１８と第２の画室１９とが連通していると共に、隔壁１７には、同じく図２で特に示されるように、積層方向であって前記貫通孔２２が形成された側と反対側の端部近傍に当該隔壁１７を貫通する貫通孔２３が形成され、これにより第１の画室２０と第２の画室２１とが連通したものとなっている。
【００１８】尚、タンク７の構成は上記した構造のものに特に限定されず、図示しないが、例えば深絞りタンク部材の開口部側を平プレートで閉塞すると共に、その内部に仕切壁を取り付ける構成としても良い。また、タンク７は、入口側タンク１０と出口側タンク１１とを別ブロックとして構成し、ブロック同士を通風方向に接合することにより構成されたものとしても良い。そして、このようにタンク７を複数のブロックで構成する場合には、後述するチューブ２の熱交換媒体通路もＵ字状ではなく直線状の２つの通路とし、代わりにタンク７の反対側端にもタンクを配すると共に、このタンクを複数のブロックから構成して、各ブロックにチューブ２の熱交換媒体通路が連通すると共に、ブロック相互も連通したものとしても良い。
【００１９】これに対し、チューブ２は、略矩形状の公知のもので、ろう材がクラッドされたアルミニウムを主原料とするアルミニウム合金で形成された２枚の成形プレート２４、２４を対面接合することにより構成されている。そして、各チューブ２の熱交換媒体通路３は、図３に示されるように、熱交換媒体が流入する往路を構成する通路２５と、熱交換媒体が流出する復路を構成する通路２６と、この通路２５と通路２６とを一部を残して仕切る突条２７とで成るもので、チューブ２の下端には図１に示されるように、チューブ２、２間を閉塞する下板２８が積層方向に断面がＴ字状となるように延出している。
【００２０】また、チューブ２の前記下板２８と反対側では、タンク７と接続するタンク接続口部２９とタンク接続口部３０とが二股に分岐し、チューブ２のタンク接続口部２９、３０をタンク７のチューブ接続孔１５に挿嵌され、チューブ２の通路２５がタンクの入口部１０に、チューブ２の通路２６がタンクの出口部１１に連通する。
【００２１】このような構成となる熱交換器１は、出入口パイプ５、６が積層方向の中央部位に近接してタンク７に接続されたものとしても、熱交換媒体が流れる代表的なルートを３つ選択して見た場合には、図４に示されるような流れをなす。
【００２２】すなわち、まず入口パイプ５から入口側タンク１０に流入した熱交換媒体は、隔壁１６に遮られているため、チューブ２の通路２５に個々別々に流入することなく、第１の画室１８内を積層方向端部近傍の貫通孔２２側に向かう流れ（図上■）を形成し、当該貫通孔２２から第２の画室１９に移行する。
【００２３】次に、第２の画室１９に移行することで、熱交換媒体は、個々別々のチューブ２の通路２５に流れる。この時に、例えば、貫通孔２２からそのまま直下に位置するチューブ２の通路２５に流入する流れ（図上■）、第２の画室１９内を積層方向中央まで移行した後、チューブ２の通路２５に流入する流れ（図上■）及び、第２の画室１９内を積層方向反対側端部まで移行した後、チューブ２の通路２５に流入する流れ（図上■）が形成される。
【００２４】そして、各チューブ２の通路２５に流入した熱交換媒体は、Ｕターンして通路２６を出口側タンク１１に向かって上昇して、第２の画室２１内で合流する。この場合に、例えば、流れ■は、チューブ２の通路２５からそのまま直上の貫通孔２３に向かう流れを形成し、流れ■は、積層方向中央から貫通孔２３側の積層方向端まで移行する流れを形成し、流れ■は、貫通孔２３とは反対側の積層方向端から貫通孔２３側の積層方向端まで移行する流れを形成する。そして、合流した流れ（図上■）は、貫通孔２３から第１の画室２０に移行し、更に出口パイプ６から外部に流出する。
【００２５】しかるに、前述した流れ■■■でその距離を比較してみると、各チューブ２の通路２５積層方向の中央部位の流れ■を基準とした場合に、貫通孔２２が形成された側の積層方向端部位の流れ■は、貫通孔２２から通路２５の接続口部までの距離が最も短い一方で、通路２６の接続口部から貫通孔２３までの距離が最も長くなっており、また、貫通孔２３が形成された側の積層方向端部位の流れ■は、貫通孔２２から通路２５の接続口部までの距離が最も長い一方で、通路２６の接続口部から貫通孔２３までの距離が最も短くなっており、貫通孔２２から貫通孔２３までの距離として見た場合には流れ■■■はいずれも略同じである。すなわち、流れ■■■でチューブ２の通路２５に熱交換媒体が流れるときに生ずる通路抵抗は、いずれもほぼ近似した値となる。更には、隔壁１６によって入口パイプ５から慣性によりその軸方向に位置するチューブ２に熱交換媒体が多量に流入することも防止できる。このため、熱交換器１内を流れる熱交換媒体量の均等化が図られ、温度分布もほぼ均一化されるので、熱交換器の熱交換性能を向上させることができる。
【００２６】しかも、入口パイプ５から貫通孔２２までの距離及び貫通孔２３から出口パイプ６までの距離は、この熱交換器１の熱交換媒体量の均等化において何ら影響を与えるものではない。これにより、タンク本体８に形成するパイプ挿入孔１５の位置を変えるだけで、出入口パイプ５、６のレイアウトも容易に変えられるものであり、入口パイプ５と出口パイプ６との位置は積層方向中央部からの距離が違っても良いので、出入口パイプ５、６の軸方向の投影する位置に貫通孔２２、２３が存しない限り、熱交換器１の空調ダクト内への設置場所、その他の状況に応じて、自由に出入口パイプ５、６のレイアウトを決定することができる。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、熱交換媒体が、入口側タンク内に配された隔壁の貫通孔からチューブまでの第２の画室内を移行する距離及びチューブから出口側タンク内に配された隔壁の貫通孔までの第２の画室内を移行する距離は、積層方向の全ての部位で略同様であり、通路抵抗も略等しくなるので、熱交換器１の熱交換媒体量の均等化を確実に図ることができる。
【００２８】しかも、出入口パイプから隔壁の貫通孔までの距離は、出入口パイプの軸方向の投影する位置に貫通孔がない限り、熱交換媒体の分配に影響を与えることがないので、出入口パイプのレイアウトを熱交換器の配置などのあらゆる状況に応じて自由に決定することができる。

【出願人】	【識別番号】５００３０９１２６【氏名又は名称】株式会社ゼクセルヴァレオクライメートコントロール
【出願日】	平成１２年１月１３日（２０００．１．１３）
【代理人】	【識別番号】１０００６９０７３【弁理士】【氏名又は名称】大貫和保
【公開番号】	特開２００１－１９４０８７（Ｐ２００１－１９４０８７Ａ）
【公開日】	平成１３年７月１７日（２００１．７．１７）
【出願番号】	特願２０００－４４００（Ｐ２０００－４４００）