(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側を第１流体が流れるチューブ（２）と、
前記チューブ（２）の外側表面に接合されており、前記チューブの外側を流れる第２流体と第１流体との熱交換を促進させるフィン（３）と、
前記チューブ（２）の長手方向両端側に配置されるとともに前記チューブ（２）に連通している第１、第２ヘッダタンク（５、６）とを備え、
前記第１、第２ヘッダタンク（５、６）は、前記チューブ（２）と前記フィン（３）により構成されるコア部（４）を流れる第２流体の出口側の面において、第１流体が流れる配管（５ａ、６ａ）と連通しており、  
前記第１、第２ヘッダタンク（５、６）の少なくとも一方は、前記第２流体の出口側の面における前記チューブと接続される側の端部（１７）からその前記チューブの長手方向反対側に位置する端部（１１）までの第１の高さ（１８）が、前記配管（５ａ、６ａ）の径（１４）と同一もしくはそれよりも大きくなっており、前記コア部（４）の第２流体の入口側面積が、前記コア部（４）の第２流体の出口側面積よりも大きくなるように、第２流体の入口側の面における前記チューブと接続される側の端部（１６）からその前記チューブの長手方向反対側に位置する端部（１１）までの第２の高さ（１９）が、前記第１の高さ（１８）よりも低い形状であることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
流体同士の熱交換を行うコア部（４３、４）に第２流体が流れ、第２流体流れの上流側と下流側に並列して配置される複数の熱交換器（４１、１）のうちの前記下流側に配置される請求項１に記載の熱交換器（１）であって、
前記第１、第２ヘッダタンク（５、６）は、前記上流側に配置される熱交換器（４１）の前記コア部（４３）の全域を通過した第２流体が、前記下流側に配置される熱交換器（１）の前記コア部（４）に流入するように、前記第２の高さ（１９）が設定されていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジエータ等の熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、平行に複数本配置されたチューブと、隣り合うチューブ同士の間に配置されたフィンと、チューブの長手方向両端側に配置され、チューブに連通するヘッダタンクとを備え、チューブ内部を流れる第１流体とチューブ同士の間を流れる第２流体との間の熱交換を行う熱交換器がある。
【０００３】
このような構成の熱交換器では、これらのヘッダタンクには、第２流体の出口側の面に、ヘッダタンク内に第１流体を導くための導入配管もしくはヘッダタンク外へ第１流体を導出する導出配管が連通している。
【０００４】
また、ヘッダタンクのチューブが接続される側の端部からそのチューブの長手方向反対側に位置する端部まで高さは、導入配管および導出配管の配管径よりも大きく、かつ、第２流体の入口側と出口側において同じであり、チューブとフィンからなるコア部の第２流体入口側での通風面積と、第２流体出口側での通風面積とが同じであった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１２７６７６号公報（第１、２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した構造の熱交換器では、熱交換器全体を大きくすれば、コア部に流入する第２流体の量を増加させることができ、第１流体と第２流体の熱交換性能を高めることができる。
【０００６】
しかし、熱交換器を設置する場所の大きさが限られている場合では、熱交換器全体の大きさを設置場所よりも大きくすることは不可能であるため、熱交換性能を高めることができない。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、熱交換器全体の大きさが同じである従来の熱交換器と比較して、熱交換性能を高めることが可能な新規な構造の熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、第１、第２ヘッダタンク（５、６）の少なくとも一方は、第２流体の出口側の面におけるチューブと接続される側の端部（１７）からそのチューブの長手方向反対側に位置する端部（１１）までの第１の高さ（１８）が、配管（５ａ、６ａ）の径（１４）と同一もしくはそれよりも大きくなっており、コア部（４）の第２流体の入口側面積が、コア部（４）の第２流体の出口側面積よりも大きくなるように、第２流体の入口側の面におけるチューブと接続される側の端部（１６）からそのチューブの長手方向反対側に位置する端部（１１）までの第２の高さ（１９）が、第１の高さ（１８）よりも低い形状であることを特徴としている。
【０００９】
本発明では、第２の高さを第１の高さよりも低くすることで、コア部第２流体の入口側面積を、コア部の第２流体の出口側面積よりも大きくしている。これにより、本発明と第１の高さが同じであって、第２の高さが第１の高さと同じである従来の熱交換器と比較して、コア部を流れる第２流体量を増加させることができ、熱交換性能を高めることができる。
【００１０】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１実施形態）
本実施形態では、本発明に係る熱交換器を、車両用エンジンを冷却したエンジン冷却水と大気（空気）とを熱交換するラジエータに適用した場合について説明する。図１、２に、それぞれ、ラジエータ１の正面図と背面図を示す。なお、図１は、ラジエータ１の空気出口側を示しており、図２は、ラジエータ１の空気入口側を示している。
【００１２】
図１、２に示すように、ラジエータ１は、フィンチューブ型の熱交換器であり、複数本のチューブ２と、隣り合うチューブ２同士の間に配置されたフィン３と、チューブ２の長手方向両端側に配置されたヘッダタンク５、６とを備えている。なお、図１、２では図中上下方向がチューブ２の長手方向である。
【００１３】
チューブ２は、内側に第１流体としてのエンジン冷却水が流れる管であり、このチューブ２は、第２流体としての空気の流通方向（紙面垂直方向）が長径方向と一致するように扁平状に形成されているとともに、その長手方向が鉛直方向に一致するように、複数本平行に配置されている。
【００１４】
フィン３は、チューブ２の外側を流れる空気との伝熱面積を増大させてエンジン冷却水と空気との熱交換を促進させるものであり、チューブ２の外側表面に接合されている。本実施形態では、フィン３として、波状に成形されたコルゲートフィンを用いている。なお、以下では、チューブ２およびフィン３からなる略矩形状の熱交換部をコア部４と呼ぶ。
【００１５】
図中上側のヘッダタンク５は、エンジンから流出した高温のエンジン冷却水を各チューブ２に分配するものであり、図中下側のヘッダタンク６は、コア部４にて冷却されたエンジン冷却水を各チューブ２から回収してエンジンに戻すものである。
【００１６】
図中上側と下側のヘッダタンク５、６は、チューブ２の長手方向端部にてチューブ２の長手方向と直交する方向、すなわち、水平方向に延びた形状であり、複数本のチューブ２と連通している。そして、図中上側と下側のヘッダタンク５、６は、図１に示すように、コア部４を流れる空気の出口側、すなわち、空気流れの下流側の面において、それぞれ、導入配管５ａ、導出配管６ａと連通している。なお、導入配管５ａは、エンジンのエンジン冷却水流出側に接続されるもので、この導入配管５ａにより、エンジンから流出したエンジン冷却水が図中上側のヘッダタンク５に導入される。一方、導出配管６ａは、エンジンのエンジン冷却水流入側に接続されるものであり、この導出配管６ａにより、チューブ２を流れたエンジン冷却水が下側のヘッダタンク６から導出される。
【００１７】
ここで、図中上側のヘッダタンク５の構造をより詳細に説明する。図３に、図１中のＡ−Ａ線断面図を示す。
【００１８】
上側のヘッダタンク５は、図１〜３に示すように、チューブ２が挿入接合されたコアプレート５ｂおよびコアプレート５ｂとともにタンク内空間を構成するタンク本体５ｃを有して構成されている。
【００１９】
本実施形態では、タンク本体５ｃは、導入配管５ａと一体となっており、導入配管５ａとともに樹脂で構成されている。また、タンク本体５ｃは、断面略コの字形状あり、コア部４の空気出口側での上端面１１からコアプレート５ｂと固定される端部１２ａまでのチューブ２の長手方向での高さ１３が、導入配管５ａの径１４よりも大きく、コア部４の空気入口側の上端面１１からコアプレート５ｂと固定される端部１２ｂまでの高さ１５が、空気出口側の高さ１３よりも低い形状である。
【００２０】
コアプレート５ｂは、アルミニウム合金等の金属で構成されており、断面略コの字形状である端部１６、１７にタンク本体５ｃの端部１２ａ、１２ｂが挿入された状態で、タンク本体５ｃとカシメ固定されている。そして、コアプレート５ｂは、タンク本体５ｃに固定された状態では、コアプレート５ｂの空気入口側の端部１６が、空気出口側の端部１７より高いところに位置しており、図中破線で示すように、チューブ２が挿入される側の面が水平ではなく斜めの状態となっている。また、チューブ２の先端は、水平ではなく斜めになっており、コアプレート５ｂのチューブ２が挿入される側の面に平行な形状となっている。
【００２１】
なお、本実施形態では、コアプレート５ｂの断面略コの字形状である端部１６、１７に、図示しないゴム等の弾性材からなるパッキンを配置し、コアプレート５ｂとタンク本体５ｃとの間にパッキンを介在させることによって、コアプレート５ｂとタンク本体５ｃとの隙間を密閉している。
【００２２】
このため、本実施形態では、上側のヘッダタンク５は、ヘッダタンク５の中で最も高い位置にある上端面１１から、コア部４の空気出口側で最も低い位置にあるチューブ２と接続される側の端部１７までの第１の高さ１８が、導入配管５ａの径１４よりも大きくなっており、上端面１１からコア部４の空気入口側で最も低い位置にあるチューブ２と接続される側の端部１６までの第２の高さ１９が、第１の高さ１８よりも低い形状となっている。なお、上端面１１は、チューブと接続される側の端部１６、１７に対してチューブの長手方向反対側に位置している。このように、本実施形態では、上側のヘッダタンク５において、チューブ２と接続される側の端部１６、１７の位置が空気入口側と出口側で異なっている。
【００２３】
また、図１、２に示すように、下側のヘッダタンク６も、コアプレート６ｂおよびタンク本体６ｃを有して構成されている。下側のヘッダタンク６は、上側のヘッダタンク５を上下方向で逆にしたものであり、上側のヘッダタンク５と同様の形状である。なお、下側のヘッダタンク６では、図３中の上端面１１が下端面に相当する。
【００２４】
したがって、本実施形態では、図１と図２を比較してわかるように、コア部４は、空気入口側のチューブ２の長手方向、すなわち、図中上下方向での長さ２０が、空気出口側の図中上下方向の長さ２１よりも長くなっており、空気入口側の方が、空気出口側よりも通風面積（空気流れに垂直な面での面積）が大きくなっている。
【００２５】
また、図１、２に示すように、上側、下側のヘッダタンク５、６には、ラジエータ１を車両ボディ側、つまりキャリア（ラジエータサポートまたはフロントエンドパネル）に組み付けるための突起部７が設けられている。また、上側のヘッダタンク５には、加圧式のラジエータキャップ８が取り付けられており、下側のヘッダタンク６には、ラジエータ１からエンジン冷却水を抜くためのドレン口を閉塞する栓９が取り付けられている。
【００２６】
また、図１、２に示すように、コア部４の端部には、チューブ２の長手方向と略平行に延びてコア部４を補強するインサート１０が設けられている。
【００２７】
なお、本実施形態では、チューブ２、フィン３、コアプレート５ｂおよびインサート１０等の金属部品は、全てろう付けにより接合されている。また、本実施形態のラジエータ１は、従来のラジエータの製造方法に対して、タンク本体５ｃ、６ｂの形状等を変更することで、製造可能である。
【００２８】
次に、本実施形態の主な効果について説明する。
【００２９】
（１）上記したように、本実施形態では、コア部４の空気入口側の通風面積が、空気出口側の通風面積よりも大きくなるように、上側のヘッダタンク５は、空気入口側での上端面１１からチューブ２と接続される側の端部１６までの第２の高さ１９が、空気出口側での上端面１１からチューブ２と接続される側の端部１７までの第１の高さ１８よりも低い形状となっており、下側のヘッダタンク６も同様に、空気入口側での下端面からチューブと接続される側の端部までの第２の高さが、空気出口側での下端面からチューブと接続される側の端部までの第１の高さよりも低い形状となっている。
【００３０】
これにより、空気出口側での第１の高さと、空気入口側での第２の高さとが同じであり、これらが、本実施形態の第１の高さ１８と同じである従来のラジエータと比較して、コア部４を流れる空気量を増加させることができるので、ラジエータ１の熱交換性能を高めることができる。  
【００３１】
（２）さらに、本実施形態のラジエータ１は、以下に説明する効果を有している。
【００３２】
図４、５に、それぞれ、従来および本実施形態のラジエータが車両に搭載されている状態を示す。図４に示すラジエータは、本実施形態のラジエータ１とヘッダタンクの形状が異なるものであり、上側のヘッダタンク３２の上端面３２ａからチューブ３３と接続される側の端部３２ｂまでの高さ３４が、空気入口側と空気出口側で同じであり、かつ、導入配管３５の径３５ａよりも大きくなっている。なお、チューブ３３が位置する部分がコア部３６である。
【００３３】
エアコン装備の車両では、図４に示すように、ラジエータ３１をコンデンサ４１の後方（空気流れの下流側）に搭載する。このとき、コンデンサ４１は、ラジエータ３１と同様の構造であるが、ラジエータを９０°回転させたように配置され、コの字型のインサート４２が上下に位置し、図示しないチューブの長手方向が左右方向と一致している。なお、図中インサートよりも下側の部分がコア部４３である。
【００３４】
このとき、搭載スペースの制約上、例えば、ボンネットが存在する等の理由により、図４に示すように、コンデンサ４１およびラジエータ３１の上端が揃えられる場合がある。この場合、ラジエータ３１のヘッダタンク３２に連通している導入配管３５の径３５ａが、コンデンサ４１のインサート４２の幅よりも大きいと、ヘッダタンク３１がインサート４２よりも大きくなるため、ラジエータ３１のコア部３６の上端が、コンデンサ４１のコア部４３の上端よりも低い位置となり、ラジエータ３１のヘッダタンク３２が空気流れの抵抗となる。このため、コンデンサ４１およびラジエータ３１の上端側では、ヘッダタンク３２を避けて空気が流れ、コンデンサ４１のコア部４３の上側部分に空気が流入しないので、コンデンサ４１の放熱性能を有効に活用できていなかった。
【００３５】
これに対して、図５に示すように、本実施形態のラジエータ１をコンデンサ４１の後方に搭載した場合では、コンデンサ４１およびラジエータ１の上端が揃えられる場合であっても、ヘッダタンク５は、上記したように、空気出口側を導入配管５ａと連通できる高さ１８にしつつ、空気入口側の通風面積が空気出口側の通風面積よりも大きくなるように、空気入口側の高さ１９を低くした形状であるため、図４に示す従来のラジエータ３１と比較して、コンデンサ４１のコア部４３およびラジエータ１のコア部４を流れる空気の流れを改善することができる。
【００３６】
なお、コンデンサ４１の放熱性能を全て活用するという観点では、コンデンサ４１のコア部４３の全域を通過した空気が、ラジエータ１のコア部４を流れるように、ヘッダタンク５の空気入口側の高さ１９を設定することが好ましい。例えば、ラジエータ１の空気入口側でのコア部４の上端の位置を、コンデンサ４１のコア部４３の上端の位置と一致させ、もしくは、その近傍となるように、空気入口側の高さ１９を設定する。
【００３７】
なお、図４、５では、ラジエータとコンデンサの上端が揃えられる場合を例として説明したが、下端が揃えられる場合においても、上記と同様のことが言える。また、本実施形態では、図１中の上下方向と天地方向とが一致するように、ラジエータ１が配置される場合を例として説明したが、図１中の上下方向と天地方向とが垂直となるように、ラジエータ１が配置される場合においても、同様のことが言える。
【００３８】
（第２実施形態）
第１実施形態では、ヘッダタンク５のタンク本体５ｃを樹脂で構成する場合を例として説明したが、本実施形態では、ヘッダタンク５のタンク本体５ｃをアルミニウム等の金属で構成する場合を説明する。図６に、本実施形態におけるヘッダタンクの断面図を示す。なお、図６は、図３に対応する図である。
【００３９】
図６に示すように、上側のヘッダタンク５は、ともにＬ字形状であるコアプレート５ｂとタンク本体５ｃとがろう付けにより接合された構成となっている。このコアプレート５ｂは、ヘッダタンク５の空気入口側の面２２と、チューブ２が挿入される側の面２３とのなす角度が鈍角であり、図３に示すヘッダタンク５と同様に、チューブ２が挿入される側の面２３は、水平ではなく斜めの状態となっている。また、タンク本体５ｃと導入配管５ａとは別部品で構成されており、導入配管５ａは、タンク本体５ｃの空気出口側の面２４に設けられた開口部に挿入された状態で固定されている。
【００４０】
そして、本実施形態においても、上側のヘッダタンク５は、ヘッダタンク５の中で最も高い位置にある上端面１１から、コア部４の空気出口側で最も低い位置にあるチューブ２と接続される側の端部１７までの第１の高さ１８が、導入配管５ａの径１４よりも大きくなっており、上端面１１からコア部４の空気入口側で最も低い位置にあるチューブ２と接続される側の端部１６までの第２の高さ１９が、第１の高さ１８よりも低い形状となっている。
【００４１】
また、下側のヘッダタンク６も、上側のヘッダタンク５と同様の構造であり、下側のヘッダタンク６を構成するコアプレート６ｂ、タンク本体６ｃおよび導出配管６ａが、それぞれ、上側のヘッダタンク５のコアプレート５ｂ、タンク本体５ｃおよび導入配管５ａに対応する。
【００４２】
これにより、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を有している。
【００４３】
（他の実施形態）
上記した各実施形態では、例えば、上側のヘッダタンク５において、ヘッダタンク５の中で最も高い位置にある上端面１１から、コア部４の空気出口側で最も低い位置にあるチューブ２と接続される側の端部１７までの第１の高さ１８が、導入配管５ａの径１４よりも大きくなっている場合を例として説明したが、ヘッダタンク５と導入配管５ａとが連通できれば良いことから、第１の高さ１８を導入配管５ａの径１４と同一の大きさとしても良い。
【００４４】
また、第１実施形態では、上側、下側のヘッダタンク５、６の両方に本発明を適用した場合を例として説明したが、少なくとも、一方のタンクに対して本発明を適用すれば、効果の程度に差はあるが、第１実施形態で説明した（１）の効果と同様の効果を奏する。
【００４５】
また、第１実施形態では、（２）の効果において、コンデンサとラジエータを並列して配置する場合を例として説明したが、コンデンサとラジエータに限らず、他の種類の熱交換器を複数並列して配置する場合において、後方側に配置される熱交換器に対して本発明を適用することで、同様の効果が得られる。なお、この場合、エンジン冷却水、空気の代わりに、それぞれ、他の熱媒体（第１流体、第２流体）が用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態における熱交換器の空気出口側の正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における熱交換器の空気入口側での正面図である。
【図３】図１、２中のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】従来のラジエータが車両に搭載されている状態を示す側面図である。
【図５】第１実施形態のラジエータが車両に搭載されている状態を示す側面図である。
【図６】本発明の第２実施形態におけるヘッダタンクの断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…ラジエータ、２…チューブ、３…フィン、４…コア部、
５…上側ヘッダタンク、６…下側ヘッダタンク。  
【図１】
0004613832.tif 000002
【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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