(57)【要約】【課題】  沸騰冷却装置におけるチューブとヘッダの接合部が熱膨張等により破壊することを防止する。【解決手段】  蒸発部コア２１と凝縮部コア２２を有する沸騰冷却装置２０において、蒸発部コア２１と凝縮部コア２２は互いに分離され、蒸発部コア２１を構成するチューブ２６と凝縮部コア２２を構成するチューブ３３は中間チューブ３７を介して連通される。前記チューブ２６の軸方向とチューブ３３の軸方向が互いに交差するように、蒸発部コア２１と凝縮部コア２２がフレーム３８に支持される。そして蒸発部コア２１と凝縮部コア２２の少なくとも一方における中間チューブ３７側は、中間チューブ３７の変形力を抑制しないようにフレーム３８には連結されない。【選択図】        図２
2008051454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発部コア(21)と凝縮部コア(22)を有する沸騰冷却装置(20)において、
前記蒸発部コア(21)と前記凝縮部コア(22)は互いに分離され、前記蒸発部コア(21)を構成するチューブ(26)と凝縮部コア(22)を構成するチューブ(33)は中間チューブ(37)を介して連通され、
前記蒸発部コア(21)を構成するチューブ(26)の軸線方向と前記凝縮部コア(22)を構成するチューブ(33)の軸線方向が互いに交差するように、前記蒸発部コア(21)と前記凝縮部コア(22)がフレーム(38)に支持され、
前記蒸発部コア(21)における前記中間チューブ(37)側は、前記中間チューブ(37)の変形力を抑制しないように、前記フレーム(38)には連結されていないことを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記蒸発部コア(21)を構成するチューブ(26)の軸線方向と前記凝縮部コア(22)を構成するチューブ(33)の軸線方向が互いに略９０度の角度で交差するように、前記蒸発部コア(21)と前記凝縮部コア(22)がフレーム(38)に支持されることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記中間チューブ(37)の一方の端部が前記蒸発部コア(21)を構成するチューブ(26)と同軸とされ、他方の端部が前記凝縮部コア(22)を構成するチューブ(33)と同軸とされ、前記中間チューブ(37)の中間部分に前記２つのチューブ(26)、(33)の軸線方向の交差位置より外側に拡大する円弧部(37a)が形成されていることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記蒸発部コア(21)を構成するチューブ(26)と凝縮部コア(22)を構成するチューブ(33)と中間チューブ(37)とが一体に形成された沸騰冷却装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
蒸発部コア(21)では、コアの幅方向の一端側から他端側に高温流体(43)が流通するように構成した沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸発部コアと凝縮部コアを有する沸騰冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばＥＧＲクーラ（排ガス再循環装置の冷却装置）、その他の熱交換器として沸騰冷却装置が使用されており、そのような沸騰冷却装置の１例が特許文献１に記載されている。
【０００３】
図７は特許文献１に記載されているような従来の沸騰冷却装置の原理を示す断面図である。沸騰冷却装置１は互いに上下方向に直線的に配置される蒸発部コア２と凝縮部コア３を備えている。蒸発部コア２はエンジン排ガス等の高温流体４３が流通する流体通路４と、流体通路４内に配置された多数の偏平なチューブ５と、各チューブ５の外周部にろう付けされたコルゲート型のフィン６を有し、複数のチューブ５の下端はヘッダ７で互いに連通している。
【０００４】
凝縮部コア３は図示しないファンから送風される冷却空気などの低温流体４４が流通する流体通路８と、流体通路８内に配置された複数のチューブ９と、各チューブ９の外周部に配置されたフィン１０を有し、複数のチューブ９の上端はヘッダ１１で互いに連通している。そして蒸発部コア２を構成する複数のチューブ５の上端は凝縮部コア３を構成する複数のチューブ９の下端にそれぞれ連通している。
【０００５】
例えば、高温流体４３が流体通路４内に右方から左方に矢印の如く流入すると、その高温流体４３はチューブ５内に存在する液状態の冷却媒体と熱交換して冷却され、反対側から排出する。チューブ５内の液状態の冷却媒体は熱交換により加熱されて沸騰し、その沸騰した部分は比重差でチューブ５内を上昇して上方に位置する凝縮部コア３のチューブ９内に移動する。そのためチューブ９内は沸騰状態の冷却媒体の割合が多くなる。
【０００６】
一方、ファンで送風される冷却空気が左方から右方に矢印方向へ凝縮部コア３の流体通路８に流入すると、その冷却空気はチューブ９内の冷却媒体と熱交換して加熱され反対側から排出する。チューブ９内の冷却媒体は熱交換により冷却され、沸騰状態の熱交換媒体の大部分が凝縮して液状態に戻り、比重差により下方に位置する蒸発部コア２のチューブ５内に下降する。このようにして冷却媒体は蒸発部コア２のチューブ５内における蒸発作用と、凝縮部コア３のチューブ９内における凝縮作用を交互に受けて、両チューブ間の移動を繰り返すことにより、高温流体４３が冷却空気で連続的に冷却される。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１９０２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に従来の沸騰冷却装置は、高温流体４３が流通する蒸発部コア２を構成するチューブ５と低温流体４４が流通する凝縮部コア３を構成するチューブ９は同じチューブを直線状に延長して形成される。そのため蒸発部コア２を構成するチューブ５部分が高温流体４３により熱膨張（線膨張）すると、軸線方向の応力によりチューブ５とヘッダ７との接合部またはチューブ９とヘッダ１１との接合部にその応力が集中し、それら接合部が破壊されるという問題がある。そこで本発明はこのような問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決する本発明の第１の構成は、蒸発部コアと凝縮部コアを有する沸騰冷却装置であり、蒸発部コアと凝縮部コアは互いに分離され、蒸発部コアを構成するチューブと凝縮部コアを構成するチューブは中間チューブを介して連通される。そして前記蒸発部コアを構成するチューブの軸線方向と前記凝縮部コアを構成するチューブの軸線方向が互いに交差するように、蒸発部コアと凝縮部コアがフレームに支持され、蒸発部コアにおける中間チューブ側は、中間チューブの変形力を抑制しないように、フレームには連結されていないことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の構成は、上記沸騰冷却装置において、蒸発部コアを構成するチューブの軸線方向と凝縮部コアを構成するチューブの軸線方向が互いに略９０度の角度で交差するように、蒸発部コアと凝縮部コアがフレームに支持されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の構成は、上記いずれかの沸騰冷却装置において、中間チューブの一方の端部が蒸発部コアを構成するチューブと同軸とされ、他方の端部が凝縮部コアを構成するチューブと同軸とされ、中間チューブの中間部分に前記２つのチューブの軸線方向の交差位置より外側に拡大する円弧部が形成されていることを特徴とする。
本発明の第４の構成は、上記のいずれかの構成において、
前記蒸発部コアを構成するチューブと凝縮部コアを構成するチューブと中間チューブ)とが一体に形成されたことを特徴とする。
本発明の第５の構成は、上記のいずれかの構成において、
蒸発部コア(21)では、コアの幅方向の一端側から他端側に高温流体が流通するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
前記第１の構成に係る沸騰冷却装置は、蒸発部コアを構成するチューブの軸線方向と前記凝縮部コアを構成するチューブの軸線方向が互いに交差するように、蒸発部コアと凝縮部コアがフレームに支持され、蒸発部コアにおける中間チューブ側は、中間チューブの変形力を抑制しないように、フレームには連結されていない。このように構成すると、蒸発部コアを構成するチューブに熱による応力が加わったとき、その応力は中間チューブの変形により吸収される。そのため従来の沸騰冷却装置のように蒸発部コアや凝縮部コアを構成するチューブとヘッダの接合部が破壊されるという問題を回避できる。
【００１３】
前記第２の構成に係る沸騰冷却装置は、上記沸騰冷却装置において、蒸発部コアを構成するチューブの軸線方向と凝縮部コアを構成するチューブの軸線方向が互いに略９０度の角度で交差するように、蒸発部コアと凝縮部コアがフレームに支持されることを特徴とする。このように構成すると、蒸発部コアと凝縮部コアの相互配置関係が単純化されると共に、中間チューブによる応力吸収性も高まる。
【００１４】
前記第３の構成に係る沸騰冷却装置は、上記いずれかの沸騰冷却装置において、中間チューブの一方の端部が蒸発部コアを構成するチューブと同軸とされ、他方の端部が凝縮部コアを構成するチューブと同軸とされ、中間チューブの中間部分に前記２つのチューブの軸線方向の交差位置より外側に拡大する円弧部が形成されていることを特徴とする。このように構成すると、中間チューブによる応力吸収性が一層高まる。
前記第４の構成に係る沸騰冷却装置は、上記いずれかの沸騰冷却装置において、各コア部のチューブが一体に形成されたものであるから、構造が簡単で量産性に適する。
前記第５の構成に係る沸騰冷却装置は、上記いずれかの沸騰冷却装置において、蒸発部コアの幅方向に高温流体が流通し、コンパクトで高性能なものを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に図面に基づいて本発明の最良の実施形態を説明する。図１は本発明の沸騰冷却装置のフレームを取り除いた斜視略図、図２はフレーム３８を含む同装置の縦断面図、図３は図２のIII―III矢視図、図４は図２におけるチューブ内の冷却媒体の形態を説明する断面図である。これらの図において、沸騰冷却装置２０は蒸発部コア２１と凝縮部コア２２を有する。
【００１６】
蒸発部コア２１は偏平で断面方形な筒状のケース２３と、ケース２３を構成する側壁間２４，２５に平行に配列された複数の直線状の断面円形のチューブ２６と、各チューブ２６の周囲に配置されたプレート型のフィン２７と、各チューブ２６の一方の端部（左端）が連通するヘッダ２８を有し、ケース２３の側壁２４，２５に平行する方向にエンジンの排ガス等の高温流体４３を流通させる流体通路２９が形成される。また凝縮部コア２２は偏平で断面方形な筒状のケース３０と、ケース３０を構成する側壁３１，３２に平行に配列された複数の直線状の断面円形のチューブ３３と、各チューブ３３の周囲に配置されたプレート型のフィン３４と、各チューブ３３の一方の端部（上端）が連通したヘッダ３５を有し、ケース３０の側壁３１，３２に平行する方向に低温流体４４としての冷却空気を流通させる流体通路３６が形成される。そして流体通路３６の上流側に冷却空気を送風するファン３９が配置される。
【００１７】
蒸発部コア２１の各チューブ２６と凝縮部コア２２のチューブ３３は同数本（本実施形態では５本のみ記載し他を省略する）とされ、それらの他方の端部は同数本の中間チューブ３７にそれぞれ連通され、それら中間チューブ３７を介して両コアのチューブが互いに連通している。そして蒸発部コア２１と凝縮部コア２２は、蒸発部コア２１を構成するチューブ２６の軸線方向ａと凝縮部コア２２を構成するチューブ３３の軸線方向ｂが互いに交差（本実施形態では略９０度に交差）するようにフレーム３８に支持される。
【００１８】
上記フレーム３８に対する蒸発部コア２１と凝縮部コア２２の支持形態を具体的に説明すると、蒸発部コア２１のケース２３のヘッダ２８側の上部がフレーム３８に連結され、ケース２３の他方の端部、すなわち中間チューブ３７側はフレーム３８には連結されておらず自由端となっている。また凝縮部コア２２は蒸発部コア２１と略直交するように配置された状態で、そのケース３０のヘッダ３５側がフレーム３８に連結されると共に、ケース３０の他方の端部、すなわち中間チューブ３７側もフレーム３８に連結されている。なお、この例では、ケース３０がフレーム３８を兼用する。そして、そのフレーム３８に蒸発部コア２１のヘッダ２８のみが固定的に支持されている。
【００１９】
図５は本発明に係る沸騰冷却装置の他の実施形態を図４に準じて示す断面図である。本実施形態が図１（図４）の例と異なる部分は、中間チューブ３７の形状のみであり、そのほかは同様に構成される。従って、図１（図４）の例と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２０】
この実施形態では、中間チューブ３７の一方の端部が蒸発部コア２１を構成するチューブ２６の軸線ａと同軸とされ、他方の端部が凝縮部コア２２を構成するチューブ３３の軸線ｂと同軸とされる。そして中間チューブ３７の中間部分には前記チューブ２６，３３の軸線方向が交差する位置より外側に拡大する円弧部３７ａが形成されている。中間チューブ３７の中間部分にこのような円弧部３７ａを形成すると、チューブ２６が熱膨張し、中間チューブ３７に対し図５の右方向への応力を加えた場合、その応力は円弧部３７ａの高い変形性により容易に吸収される。そのため熱膨張による応力がヘッダ２８、３５等に加わり、それらの接合部分（例えばろう付け部分）が破壊されることを防止できる。
【００２１】
図６は本発明に係る沸騰冷却装置の他の実施形態を図２に準じて示す断面図である。本実施形態が図１（図２）と異なる部分は、蒸発部コア２１に形成される流体通路２９における高温流体４３の流通方向とそのためのダクト構成のみで、そのほかは同様に構成される。従って、本実施形態においても図１（図２）の例と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
この実施形態ではフレーム３８が蒸発部コア２１に高温流体４３を供給するダクトと凝縮部コア２２に低温流体４４を供給するダクトを兼ねている。すなわち筒状に形成されたフレーム３８の内部に仕切り部４０が設けられ、その仕切り部４０の片側（図６の下側）に高温流体４３を供給するダクト４２が形成され、他側に低温流体４４（冷却空気）を供給するダクト４１が形成される。
【００２３】
高温流体４３は矢印の如くダクト４２内を流通して、蒸発部コア２１を上方から下方に向かって流通（通過）する。そのため蒸発部コア２１を構成する偏平で断面が立方形のケース２３には、高温流体４３が通過する上下方向に開口部が形成され、それに直交するに左右には側壁２４，２５が設けられ、さらに側壁２４，２５間に直交する側壁が設けられる。すなわち蒸発部コア２１には図６の上下方向に開口する流体通路２９が形成される。このような２つの分割形ダクトにすると、沸騰冷却装置２０がコンパクトに形成でき、設置場所におけるスペース効率が高くなる。この例でも蒸発部コア２１はフレーム３８にヘッダ２８のみが固定されている。
【００２４】
次に本発明の沸騰冷却装置１の作用を説明する。蒸発部コア２１の流体通路２９に矢印方向に高温流体４３を流通すると、チューブ２６内の打え替えフロン等の気液二相に変化する冷却媒体は加熱されて沸騰し、その蒸気はチューブ２６から中間チューブ３７に押し出され、さらに比重差で凝縮部コア２２のチューブ３３の内部を上昇する。
【００２５】
凝縮部コア２２はその周囲を冷却空気等の低温流体４４で冷却されているので、上昇した蒸気はそこで凝縮して比重差で下降し中間チューブ３７を経て蒸発部コア２１のチューブ２６に戻る。このように冷却媒体が沸騰と凝縮を繰り返しながら両コア間を循環して高温流体４３を冷却する。
【００２６】
沸騰冷却装置２０の運転中は蒸発部コア２１が凝縮部コア２２より高温状態になっており、蒸発部コア２１のチューブ２６は熱膨張状態になるが、前記のようにその熱膨張による応力は中間チューブ３７で吸収される。なお、蒸発部コア２１はフレーム３８にヘッダ２８のみ固定され、図２、図６において、そのコア全体が右方には自由に伸長する。
また沸騰冷却装置２０の運転開始時と運転停止時には加熱による急激な熱膨張と冷却による急激な熱収縮が発生するが、それらの熱膨張や熱収縮による急激な応力変化も中間チューブ３７により効果的に吸収できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の沸騰冷却装置は、排ガス再循環装置（ＥＧＲ）の冷却装置の長寿命化対策として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の沸騰冷却装置の斜視図。
【図２】図１の右側面図。
【図３】図２のIII―III矢視図。
【図４】図２におけるチューブ内の冷却媒体の形態を説明する断面図。
【図５】本発明に係る沸騰冷却装置の他の実施形態を図４に準じて示す断面図。
【図６】本発明に係る沸騰冷却装置の他の実施形態を図２に準じて示す断面図。
【図７】従来の沸騰冷却装置の原理を示す断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１  沸騰冷却装置
２  蒸発部コア
３  凝縮部コア
４  流体通路
５  チューブ
６  フィン
７  ヘッダ
８  流体通路
９  チューブ
１０  フィン
１１  ヘッダ
【００３０】
２０  沸騰冷却装置
２１  蒸発部コア
２２  凝縮部コア
２３  ケース
２４，２５  側壁
２６  チューブ
２７  フィン
２８  ヘッダ
２９  流体通路
３０  ケース
３１，３２  側壁
３３  チューブ
【００３１】
３４  フィン
３５  ヘッダ
３６  流体通路
３７  中間チューブ
３７ａ  円弧部
３８  フレーム
３９  ファン
４０  仕切り部
４１、４２  ダクト
４３  高温流体
４４  低温流体
【図１】
2008051454.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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