(57)【要約】【課題】積層型の熱交換器において、熱交換器コアの内部で流体の分配を均一化する。【解決手段】第１チューブ群１１では入口タンク１５０のみが流体通路１０２と連通し、第２チューブ群１２では入口タンク１４０のみが流体通路１０２と連通するように構成して、第１チューブ群１１、第２チューブ群１２にそれぞれ流入した流体が各群の入口タンク１４０または１５０から流体通路１０２に分配されるようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のチューブシート（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ）を最中合わせに接合して、内部に長手方向に沿った流体通路（１０２）を有し且つ長手方向両端に前記流体通路（１０１）と連通する入口タンク（１４０、１５０）および出口タンク（１６０）を備えたチューブ（１１０、１２０）を形成し、前記入口タンク同士および出口タンク同士を連通結合しながら前記チューブ（１１０、１２０）を積層するとともに、前記チューブ間にフィン（１３０）を配置した熱交換器コアを備えた熱交換器であって、
前記チューブ（１１０、１２０）はｎ（ｎ≧２）個の独立した前記入口タンク（１４０、１５０）を備え、１つの入口タンクのみがチューブ積層方向と内部の流体通路（１０２）とに連通し、他の入口タンクはチューブ積層方向にのみ連通するように構成され、
前記熱交換器コア（１０）はチューブ積層方向に沿ってｎ個のチューブ群（１１、１２）に分割され、且つ同一チューブ群に属する各チューブはチューブ積層方向と内部の流体通路とに連通する前記入口タンクが平面視で同一位置に配置され、前記熱交換器コア（１０）に供給された流体は前記チューブ群（１１、１２）ごとに流入して、前記同一位置に配置された入口タンク（１４０、１５０）に分配されることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記チューブシート（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ）は、長手方向に沿って配列された複数の流体通路溝（１０２ａ）と、長手方向の一端に設けられたｎ個の入口タンク部（１４１〜１４３、１５１〜１５３）と、長手方向の他端に設けられた出口タンク部（１６１〜１６３）とを備え、一対の前記チューブシートを最中合わせに接合することにより、長手方向の一端には接合された前記入口タンク部（１４１〜１４３、１５１〜１５３）からなるｎ個の前記入口タンク（１４０、１５０）が形成され、また長手方向の他端には接合された前記出口タンク部（１６１〜１６３）からなる前記出口タンク（１６０）が形成され、さらに内部には接合された複数の前記流体通路溝（１０２ａ）からなる複数の前記流体通路（１０２）が形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記熱交換器コア（１０）の分割位置に配置されるチューブ（１２０）は、チューブ積層方向と内部の流体通路とに連通する前記入口タンク（１５０）の底面が遮蔽されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記チューブ（１１０、１２０）の入口タンク内径を、流体が供給される上流側よりも下流側を大きくしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用・産業用ラジエータおよびオイルクーラ、車両用・家庭用凝縮器等に用いられる熱交換器に関するもので、とくに流体通路とタンクが構成されるチューブを積層してなる積層型の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体通路を形成した２枚のコアプレートを接合して扁平チューブとし、これをコルゲートフィンとともに重ね合わせた積層型の熱交換器が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、積層型の熱交換器では、タンク内において流体が供給される上流側（入口側）に比べて下流側では圧力損失が大きくなるため、各流体通路への流体の分配が不均一になるという課題がある。そこで、流体入口を有する入口タンクにより、並列に配列されている複数本の流体通路に流体を分配し、その後、流体通路からの流体を流体出口を有する出口タンクに集合させて流出させる熱交換器において、入口タンクの内部に流体通路入口に沿って長さの異なる複数の仕切り板を配置し、各流体通路へ分配される流体の流量が略均等となるように構成したものが知られている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特許第２５６０３４０号公報
【特許文献２】特開平９−１４８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特開平９−１４８８５号公報の熱交換器ではタンク内部に仕切り板を設けているため、タンク構造や部品形状が複雑になっている。とくに、仕切り板の長さや仕切り板の間隔寸法に高い精度が要求され、仕切り板の接合不良や加工精度が悪い場合には目標とする圧力損失を得ることができず、流量の均一化を図れないという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、タンク内部において流体の分配を均一化することができる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、一対のチューブシートを最中合わせに接合して、内部に長手方向に沿った流体通路を有し且つ長手方向両端に前記流体通路と連通する入口タンクおよび出口タンクを備えたチューブを形成し、前記入口タンク同士および出口タンク同士を連通結合しながら前記チューブを積層するとともに、前記チューブ間にフィンを配置した熱交換器コアを備えた熱交換器であって、前記チューブはｎ（ｎ≧２）個の独立した前記入口タンクを備え、１つの入口タンクのみがチューブ積層方向と内部の流体通路とに連通し、他の入口タンクはチューブ積層方向にのみ連通するように構成され、前記熱交換器コアはチューブ積層方向に沿ってｎ個のチューブ群に分割され、且つ同一チューブ群に属する各チューブはチューブ積層方向と内部の流体通路とに連通する前記入口タンクが平面視で同一位置に配置され、前記熱交換器コアに供給された流体は前記チューブ群ごとに流入して、前記同一位置に配置された入口タンクに分配されることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、前記チューブシートは、長手方向に沿って配列された複数の流体通路溝と、長手方向の一端に設けられたｎ個の入口タンク部と、長手方向の他端に設けられた出口タンク部とを備え、一対の前記チューブシートを最中合わせに接合することにより、長手方向の一端には接合された前記入口タンク部からなるｎ個の前記入口タンクが形成され、また長手方向の他端には接合された前記出口タンク部からなる前記出口タンクが形成され、さらに内部には接合された複数の前記流体通路溝からなる複数の前記流体通路が形成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記熱交換器コアの分割位置に配置されるチューブは、チューブ積層方向と内部の流体通路とに連通する前記入口タンクの底面が遮蔽されることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項において、前記チューブの入口タンク内径を、流体が供給される上流側よりも下流側を大きくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、分割された各チューブ群ごとに流入した流体が、各群の入口タンクからそれぞれの流体通路に分配されるため、流体が供給される上流側（入口側）と下流側における圧力損失がほぼ均等になり、流体通路への流体の分配をほぼ均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係わる熱交換器を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。なお、実施例の各図においては、本発明に係わる熱交換器の主要部のみを示すものとし、また構造を分かりやすくするために適宜にハッチング、輪郭線、境界線等を省略する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本実施例に係わる熱交換器コア１０の分解斜視図、図２は熱交換器コア１０の斜視図である。
【００１３】
熱交換器コア１０は、大別すると、第１チューブ１１０、第２チューブ１２０、コルゲートフィン１３０とで構成されている。以下の説明においては、第１チューブ１１０、第２チューブ１２０を適宜にチューブという。
【００１４】
熱交換器コア１０は、チューブ積層方向に沿って２分割され、上側半分が第１チューブ群１１、下側半分が第２チューブ群１２となっている。
【００１５】
第１チューブ１１０は、外部から供給された流体の入口部となる入口タンク１４０、１５０と、チューブ内を流通した流体の出口部となる出口タンク１６０とを備えている。また第２チューブ１２０は、同じく外部から供給された流体の入口部となる入口タンク１４０、１５０と、チューブ内を流通した流体の出口部となる出口タンク１６０とを備えている。入口タンク１４０、１５０は、それぞれ空間的に独立した構造となっている。
【００１６】
複数の第１チューブ１１０を図１のように配置し、上下に隣接する各第１チューブ１１０の入口タンク１４０、１５０同士、および出口タンク１６０同士を連通結合しながら積層するとともに、各チューブ間にコルゲートフィン１３０を配置することで第１チューブ群１１が構成される。また複数の第２チューブ１２０を図１のように配置し、上下に隣接する各第２チューブ１２０の入口タンク１４０、１５０同士、および出口タンク１６０同士を連通結合しながら積層するとともに、各チューブ間にコルゲートフィン１３０を配置することで第２チューブ群１２が構成される。
【００１７】
なお図１では、図を単純化するために第１チューブ１１０と第２チューブをそれぞれ２段に積層した例を示しているが、積層する段数はタンク数、タンク形状、流体通路の形状等により適宜に選択される。図２では、第１チューブ１１０と第２チューブをそれぞれ３段に積層した例を示している。
【００１８】
熱交換器コア１０の上部に位置する入口タンク１４０、１５０および出口タンク１６０には、図２に示すように、流体供給部１３１および流体排出部１３２がそれぞれ接続されている。流体供給部１３１は、内部に二股に分かれた流路が形成され、外部から導入された流体は入口タンク１４０、１５０にそれぞれ均等に供給される。流体排出部１３２は、出口タンク１６０と同じ形状の接続部が形成され、チューブ内を流通した流体は流体排出部１３２から外部に排出される。
【００１９】
図２において、矢印Ａ方向から流体供給部１３１から導入された高温の流体は、入口タンク１４０、１５０に供給され、後述するように所定のチューブ内を通過した後、出口タンク１６０で集合して、流体排出部１３２から矢印Ｂ方向に排出される。この間、矢印Ｃ方向から低温の流体を導入すると、各チューブ内を通過する高温の流体との間で熱交換が行われる。これにより、流体排出部１３２からは所定の温度まで冷却された流体が排出される。
【００２０】
次に、チューブの構造について説明する。図３はチューブを構成するチューブシートの平面図、図４は第１チューブ１１０の分解斜視図、図５は第２チューブ１２０の分解斜視図である。
【００２１】
第１チューブ１１０と第２チューブ１２０は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す各チューブシート１０１Ａ〜１０１Ｃを最中合わせに接合した構造となっている。
【００２２】
チューブシート１０１Ａには長手方向に沿って複数の流体通路部１０２ａが形成されるとともに、この流体通路部１０２ａと入口タンク部１５１とを連通する通路溝部１０３が形成されている。また、長手方向の一端には入口タンク部１４１、１５１が形成され、他端には出口タンク部１６１が形成されている。チューブシート１０１Ａにおいて、左側に位置する入口タンク部１５１は、チューブ積層方向に連通するとともに、通路溝部１０３を通じて流体通路部１０２ａとも連通している。このため、入口タンク部１５１から流入した流体はチューブ積層方向に流入するとともに、その一部は通路溝部１０３から矢印方向に分流して各流体通路部１０２ａに導かれる。また、右側に位置する入口タンク部１４１は、チューブ積層方向にのみ連通している。
【００２３】
チューブシート１０１Ｂには長手方向に沿って複数の流体通路部１０２ａが形成されるとともに、この流体通路部１０２ａと入口タンク部１５２とを連通する通路溝部１０３が形成されている。また、長手方向の一端には入口タンク部１４２、１５２が形成され、他端には出口タンク部１６２が形成されている。このチューブシート１０１Ｂにおいて、右側に位置する入口タンク部１５２は、チューブ積層方向に連通するとともに、通路溝部１０３を通じて流体通路部１０２ａとも連通している。このため、入口タンク部１５２から流入した流体はチューブ積層方向に流入するとともに、その一部は通路溝部１０３から矢印方向に分流して各流体通路部１０２ａに導かれる。また、左側に位置する入口タンク部１４２は、チューブ積層方向にのみ連通している。
【００２４】
チューブシート１０１Ｃには長手方向に沿って複数の流体通路部１０２ａが形成されるとともに、この流体通路部１０２ａと入口タンク部１４３とを連通する通路溝部１０３が形成されている。また、長手方向の一端には入口タンク部１４３、１５３が形成され、他端には出口タンク部１６３が形成されている。このチューブシート１０１Ｃにおいて、右側に位置する入口タンク部１４３は、チューブ積層方向に連通するとともに、通路溝部１０３を通じて流体通路部１０２ａとも連通している。このため、入口タンク部１４３から流入した流体はチューブ積層方向に流入するとともに、その一部は通路溝部１０３から矢印方向に分流して各流体通路部１０２ａに導かれる。また、左側に位置する入口タンク部１５３は底面が遮蔽され、チューブ積層方向に連通しないように構成されている。なお、第２チューブ群１２の最下段に配置される第２チューブ１２０のチューブシート１０１Ｃでは、入口タンク部１４３、１５３のいずれも底面が遮蔽されている。
【００２５】
また、チューブシート１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃにおいて、入口タンク部１４１〜１４３および１５１〜１５３には、外側に膨出した形状の外縁部１４１ａ〜１４３ａ、１５１ａ〜１５３ａが形成されている。また、出口タンク部１６１〜１６３についても、外側に膨出した形状の外縁部１６１ａ〜１６３ａが形成されている（いずれも図１の形状参照）。各チューブを図２のように積層すると、各チューブの両端に形成された外縁部は隣接する相手側チューブの外縁部と接合される。積層した第１チューブ１１０、第２チューブ１２０およびコルゲートフィン１３０は、ロウ付けや拡散接合により接合することができる。
【００２６】
第１チューブ１１０は、図４に示すように、チューブシート１０１Ａとチューブシート１０１Ｂとを、それぞれの流体通路部１０２ａが向かい合うように最中合わせにして接合したものである。ここで、入口タンク部１４１と１４２とが接合して入口タンク１４０となり、入口タンク部１５１と１５２とが接合して入口タンク１５０となる。また出口タンク部１６１と１６２とが接合して出口タンク１６０となる。また、それぞれの流体通路部１０２ａが接合して、図６に示すような断面矩形状の流体通路１０２となる。図６は、図４において、チューブシート１０１Ａとチューブシート１０１Ｂとを接合したときのＡ−Ａ′断面に相当する部分断面図である。この第１チューブ１１０において、入口タンク１４０に供給された流体はチューブ積層方向に流通する。一方、入口タンク１５０に供給された流体はチューブ積層方向に流通するとともに、その一部は分流して流体通路１０２に導入される。
【００２７】
第２チューブ１２０は、図５に示すように、チューブシート１０１Ａとチューブシート１０１Ｃとを、それぞれの流体通路部１０２ａが向かい合うように最中合わせにして接合したものである。ここで、入口タンク部１４１と１４３とが接合して入口タンク１４０となり、入口タンク部１５１と１５３とが接合して入口タンク１５０となる。また出口タンク部１６１と１６３とが接合して出口タンク１６０となる。また、それぞれの流体通路部１０２ａが接合して図６に示すような断面矩形状の流体通路１０２となる。この第２チューブ１２０において、入口タンク１４０に供給された流体はチューブ積層方向に流通するとともに、その一部は分流して流体通路１０２に導入される。一方、入口タンク１５０に供給された流体は入口タンク部１５３で堰き止められる。
【００２８】
上記のように構成されたチューブとコルゲートフィンとからなる熱交換器コア１０を図示しないハウジングまたはケース等に収納し、流体を供給、排出する外部配管と接続することにより熱交換器として組み立てられる。
【００２９】
次に、熱交換器コア１０の内部における流体の流れについて説明する。
【００３０】
図７は、熱交換器コア１０の内部での流体の流れを示す模式図である。図７では、流体通路１０２と連通する入口タンク１４０、１５０および出口タンク１６０をグレートーンで示している。
【００３１】
外部から熱交換器コア１０に供給された流体は、入口部分で２分割されて第１チューブ群１１の入口タンク１４０、１５０にそれぞれ流入する。このうち、入口タンク１５０に流入した流体Ｌ１は、第１チューブ群１１において、チューブ積層方向に連通する入口タンク１５０内を流通するとともに、その一部が分流して流体通路１０２に導入される。すなわち、各段の第１チューブ１１では入口タンク１５０と流体通路１０２とが連通しているため、流体はチューブ積層方向に流通するだけでなく、その一部が分流して流体通路１０２に導入される。また、第１チューブ群１１の最終段（第１チューブ群１１と第２チューブ群１２との境界層となる段）に配置される第１チューブ１１０では、第２チューブ１２０の入口タンク部１５３の底面が遮蔽されているため、入口タンク１５０に流入した流体Ｌ１の第２チューブ群１２への流通は阻止される。
【００３２】
一方、入口タンク１４０に流入した流体Ｌ２は、チューブ積層方向に連通する入口タンク１４０内を流通して、第１チューブ群１１を通過する。ここで、第１チューブ群１１の各段の第１チューブ１１では、入口タンク１４０と流体通路１０２とが連通していないため、流体は各段で分流することなしにチューブ積層方向に流通する。
【００３３】
第１チューブ群１１を通過して第２チューブ群１２に流入した流体Ｌ２は、チューブ積層方向に連通する入口タンク１４０内を流通するとともに、各段の第２チューブ１２０では、その一部が分流して流体通路１０２に導入される。すなわち、各段の第２チューブ１２０では入口タンク１４０と流体通路１０２とが連通しているため、流体はチューブ積層方向に流通するだけでなく、その一部が分流して流体通路１０２に導入される。また、第２チューブ群１２の最下段に配置される第２チューブ１２０では、入口タンク部１４３の底面が遮蔽されているため、最下段の第２チューブ１２０に流入した流体Ｌ２はチューブ積層方向に流通することなく流体通路１０２へ導入される。
【００３４】
第１チューブ群１１および第２チューブ群１２のそれぞれの流体通路１０２に導入された流体Ｌ１、Ｌ２は、流体通路１０２を通過する間に熱交換され、さらに出口タンク１６０で集合して、流体Ｌ３として排出される。
【００３５】
以上説明したように、本実施例に係わる熱交換器コア１０においては、外部から供給された流体が各チューブ群ごとに流入して、各段の入口タンク１４０または１５０から流体通路１０２に分配されるため、流体が供給される上流側（入口側）と下流側における圧力損失がほぼ均等になり、流体通路１０２への流体の分配をほぼ均一化することができる。このように流体の分配をほぼ均一化することができると、熱交換器コア１０の温度分布がほぼ均一化するため、熱交換効率を向上させることができる。
【００３６】
また、本実施例の熱交換器コア１０では、特開平９−１４８８５号公報の熱交換器のようにタンク内部に仕切り板を設ける必要がないため、タンク構造や部品形状を単純化することができる。加えて、チューブとコルゲートフィンを積層する構造であるため、コアの組み付けが容易であり、内部部品の接合不良や加工精度に影響されることなしに、圧力損失をほぼ均等なものとすることができる。
【００３７】
上記実施例では、入口タンク１４０、１５０のタンク内径をすべて同一とした例について示したが、図８の断面模式図に示すように、タンク内径を流体が供給される上流側よりも下流側を大きくするようにしてもよい。これによれば、流体が供給される上流側と下流側における圧力損失がより均等になるため、流体通路１０２への流体の分配をさらに均一化することができる。
【００３８】
また、本実施例では、熱交換器コア１０をチューブ積層方向に沿って２分割し、各チューブに２個の独立した入口タンクを設けた例を示したが、熱交換器コアをチューブ積層方向に沿って３分割し、各チューブに３個の独立した入口タンクを設けてもよい。すなわち、熱交換器コアをチューブ積層方向に沿ってｎ（ｎ≧２）分割し、各チューブにｎ個の独立した入口タンクを設けることにより本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例に係わる熱交換器コアの分解斜視図。
【図２】熱交換器コアの斜視図。
【図３】チューブを構成するチューブシートの平面図。（ａ）はチューブシート１０１Ａの平面図。（ｂ）はチューブシート１０１Ｂの平面図。（ｃ）はチューブシート１０１Ｃの平面図。
【図４】第１チューブの分解斜視図。
【図５】第２チューブの分解斜視図。
【図６】図４のＡ−Ａ′断面に相当する部分断面図。
【図７】熱交換器コアの内部での流体の流れを示す模式図。
【図８】タンク内径を変化させた場合の断面模式図。
【符号の説明】
【００４０】
１０…熱交換器コア
１１…第１チューブ群
１２…第２チューブ群
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ…チューブシート
１０２…流体通路
１０２ａ…流体通路部
１０３…通路溝部
１１０…第１チューブ
１２０…第２チューブ
１３０…コルゲートフィン
１３１…流体供給部
１３２…流体排出部
１４０、１５０…入口タンク
１４１〜１４３…入口タンク部
１４１ａ〜１４３ａ…外縁部
１５１〜１５３…入口タンク部
１５１ａ〜１５３ａ…外縁部
１６０…出口タンク
１６１〜１６３…出口タンク部
１６１ａ〜１６３ａ…外縁部
【図１】
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【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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【図８】
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