(57)【要約】【課題】  入口タンクと出口タンクを連通させる配管を設けることにより、入口タンク内に滞留したエアを出口タンク側に排出する熱交換器を提供する。【解決手段】  上下方向に沿って配設された複数の熱交換用チューブ１３及び該熱交換用チューブ１３同士を接合するフィン２５からなる入口側コア９及び出口側コア１１と、これらのコア９，１１の上端側に設けられ、前記熱交換用チューブ１３の上端が連通された入口タンク３及び出口タンク５と、前記コア９，１１の下端側に設けられ、前記熱交換用チューブ１３の下端に連通された中間タンク７とを備え、前記入口タンク３と出口タンク５とをエア抜き用配管２９で連結している。【選択図】      図１
2005077026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に熱交換媒体が流通する熱交換用チューブ及びフィンを交互に並設したコアと、該コアの一端側に設けられ、それらの内部が前記熱交換用チューブに連通された入口タンク及び出口タンクと、前記コアの他端側に設けられ、前記熱交換用チューブに連通された中間タンクとを備えた熱交換器であって、
前記入口タンクと出口タンク同士をエア抜き用配管によって連通させたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記エア抜き用配管の一端側を前記入口タンクの上端部に接続すると共に、他端側を前記出口タンクに接続したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記エア抜き用配管を、入口タンク側から出口タンク側に向かうにつれて斜め上方に傾斜するように配置した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】
前記エア抜き用配管に、入口タンク内にエアが混入しているときにはエア抜き用配管を開成し、入口タンク内のエアが排出されたのちにはエア抜き用配管を閉成するように構成された開閉手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記エア抜き用配管に、弾性を有する弾性配管部を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記開閉手段が、前記エア抜き用配管の開口端に取り付けたバネ部と、該バネ部に支持されたシール部とからなり、前記入口タンク内に流入した熱交換媒体の圧力でバネ部が収縮してシール部がエア抜き用配管の開口端を塞ぐように構成したことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記開閉手段が、熱膨張率の異なる２枚の板状部材を互いに当接させて結合させてなり、通常温度の冷却水が接触したときには前記エア抜き用配管の開口端を開成する一方、所定温度以上の冷却水が接触したときには前記エア抜き用配管の開口端を閉成するように構成したことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記開閉手段が、前記エア抜き用配管の内面に沿って配設されたロッド部と、熱交換媒体よりも比重が小さく、且つロッド部に移動自在に挿通されたシール部とからなり、前記入口タンクに入った冷却水によってシール部が浮いてエア抜き用配管の開口端を塞ぐように構成したことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に関し、更に詳しくは、大きな熱交換性能が必要とされる自動車のエンジン等の冷却に用いられる多パス直交流式の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のエンジン等の冷却水を冷却するために、多パス直交流式（Ｕターン式又は複パス式）熱交換器が開発されている。
【０００３】
この多パス直交流式熱交換器においては、上部側に入口タンクと出口タンクが設けられ、下部側に中間タンクが設けられ、これらの入口タンク及び出口タンクと中間タンクとを複数の熱交換用チューブで上下に連結する構造となっている。そして、前記入口タンクに流入した冷却水は、熱交換用チューブを介して中間タンクに流通したのち、再度、熱交換用チューブを介して出口タンクに流れるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３０３４９８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記多パス直交流式の熱交換器においては、入口タンクに流入したエアが入口タンク内に滞留したまま外部に排出されないため、熱交換器の放熱性能が低下したり、流水音が発生するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明では、入口タンク内に滞留したエアを効率的に出口タンク側に排出する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】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明に係る熱交換器は、上下方向に沿って配設された複数の熱交換用チューブ及び該熱交換用チューブ同士を接合するフィンからなる前後複数列のコアと、これらの各コアの上端側に設けられ、前記熱交換用チューブの上端が連通された入口タンク及び出口タンクと、前記コアの下端側に設けられ、前記熱交換用チューブの下端に連通された中間タンクとを備え、前記入口タンクと出口タンクとをエア抜き用配管によって連通させた構成としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る熱交換器によれば、入口タンクと出口タンクを連通させるエア抜き用配管を備えているので、入口タンク内にエアが混入している場合は、エア抜き用配管を介してエアを出口タンク側に排出することができ、熱交換器の放熱性能を向上させると共に、流水音の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
[第１実施形態]
図１は本発明の第１実施形態による熱交換器１を示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線による断面図である。図１に示すように、本実施形態による熱交換器１は、上部側に配置された入口タンク３及び出口タンク５と、下部側に配置された中間タンク７と、これらの入口タンク３及び出口タンク５と中間タンク７との間を上下に連結する前後２列のコア９，１１とから構成された多パス直交流式の熱交換器である。
【００１０】
前記入口タンク３は前方側に配置されて左右方向に細長く延びており、入口タンク３の内部は、入口側コア９を構成する熱交換用チューブ１３に連通している。また、入口タンク３の側壁１５の端部には、入口パイプ１７が配設されており、例えばエンジンの冷却流路（図示せず）に接続されている。
【００１１】
そして、入口タンク３の図１における後方側には、この入口タンク３に沿ってほぼ平行に出口タンク５が並設されている。この出口タンク５も左右方向に細長く形成されており、図２に示すように、入口タンク３よりも高く形成されている。そして、出口タンク５の端部に出口パイプ１９が突設され、後述する図２の冷却配管２１を介してリザーブタンク２３に接続されている。
【００１２】
さらに、入口タンク３及び出口タンク５の下部側に設けられたコアは、前述したように、図１の前方側に配置された入口側コア９と、該入口側コア９の後方側に配置された出口側コア１１とからなる。それぞれのコア９，１１においては、上下方向に沿って延びる熱交換用チューブ１３と、該熱交換用チューブ１３にろう付け等によって接合される波状のコルゲートフィン２５とが交互に並設されている。前記熱交換用チューブ１３は、内部が中空に形成されており、この内部に熱交換用媒体としての冷却水２７（図２参照）が流通する。
【００１３】
また、コア９，１１の下部側には中間タンク７が配設されている。この中間タンク７は、前記入口側コア９及び出口側コア１１の双方に設けられた熱交換用チューブ１３，１３の下端に連通している。
【００１４】
そして、前記入口タンク３及び出口タンク５は、エア抜き用配管２９を介して連通されている。このエア抜き用配管２９は、入口タンク３と出口タンク５の左右方向の略中央部に配設されており、上方から見て、入口パイプ１７と出口パイプ１９との中間近傍に配置されている。また、図２に示すように、エア抜き用配管２９は、入口タンク３の後壁面３１の上端部と出口タンク５の前壁面３３の高さ方向中央部とを連通する位置に配置されている。
【００１５】
そして、エア抜き用配管２９内には、図２に示すように、前後方向に移動自在に構成された第１の開閉装置（開閉手段）３５が設けられている。この第１の開閉装置３５は、前方側に設けられたシール部３７と、後方側に設けられた係止部３９と、これらのシール部３７及び係止部３９を連結するロッド部４１とから一体に形成されており、入口タンク３の内部にエア２が混入している場合はエア抜き用配管２９を開成し、エア２が入口タンク３から排出されたら閉成するように、水と空気との粘性の差を利用して開閉を行うように構成されている。
【００１６】
前記シール部３７の後面は密閉性を有しており、図２の後方側に移動してエア抜き用配管２９の開口端４３に当接すると、エア抜き用配管２９内にエアや冷却水等が流入しないように密閉される。なお、前記係止部３９は、第１の開閉装置３５がエア抜き用配管２９から抜け出ないように係止するものであり、図２の状態においても、エアや冷却水はエア抜き用配管２９から出口タンク５に移動するように構成されている。
【００１７】
前記構成を有する第１実施形態の熱交換器１による作用効果を説明する。
【００１８】
まず、冷却水２７の流れを説明する。図１に示すように、冷却水２７は、図外のエンジンの冷却流路から入口パイプ１７を介して入口タンク３に流入し、入口側コア９の熱交換用チューブ１３内を下方に流れる。さらに、熱交換用チューブ１３から中間タンク７に入った冷却水２７は、出口側コア１１の熱交換用チューブ１３を上昇して出口タンク５に流入したのち、出口パイプ１９を介して冷却配管２１及びリザーブタンク２３（図２参照）に流れる。
【００１９】
ここで、冷却水２７が入口タンク３に流入したときには、冷却水２７の流れ方向で上流側に位置する入口タンク３の方が出口タンク５よりも圧力が高いので、エア２は冷却水２７とともに入口タンク３に入って入口タンク３内に滞留したのち、エア抜き用配管２９を通り、出口タンク５に移動する。
【００２０】
また、入口タンク３が満水になる際は、冷却水２７が第１の開閉装置３５とエア抜き用配管２９との隙間を通ろうとする際に粘性により第１の開閉装置３５を出口タンク５側へ押し付けるので、前記シール部３７によってエア抜き用配管２９の開口端４３が塞がれ、冷却水２７がエア抜き用配管２９を流通しない。
【００２１】
前記第１実施形態の熱交換器１によれば、入口タンク３と出口タンク５をエア抜き用配管２９を介して連通させているため、入口タンク３内に溜まったエア２を出口タンク５側に効率的に排出して熱交換器１の放熱性能の向上、及び流水音の低減を図ることができる。
【００２２】
また、入口タンク３と出口タンク５は、対向して且つ互いに近接して配置されているため、これらの入口タンク３と出口タンク５を連結するエア抜き用配管２９の長さを短くすることができる。従って、エア抜き用配管２９の製造コストを安価にすることができると共に、熱交換器１近傍の配管構造を簡素化することができる。
【００２３】
なお、入口タンク３とリザーブタンク２３、及び出口タンク５とリザーブタンク２３（図２参照）とをそれぞれエア抜き用配管で接続する方法も考えられるが、この場合は、エア抜き用配管の長さが長くなり、熱交換器周辺の配管構造が複雑になると共にスペース効率が低下してしまう。従って、入口タンク３と出口タンク５をエア抜き用配管２９を介して接続する方が、省スペース化を図ると共にコストを低減することができる。
【００２４】
また、エア抜き用配管２９には、第１の開閉装置３５が配設されているため、エア抜き用配管２９を介して出口タンク５にエア２を排出させたのちは、冷却水２７の全量を熱交換用チューブ１３に通流することができるので、熱交換器１の熱交換性能を十分に確保することができる。
【００２５】
[第２実施形態]
次いで、第２実施形態による熱交換器を図３を用いて説明するが、前述した第１実施形態と同一構造の部位は同一符号を付してその説明を省略する。本実施形態においては、弾性配管部５７を有するエア抜き用配管５３を用いている。
【００２６】
図３は、第２実施形態による熱交換器５１の断面図である。入口タンク３と出口タンク５を接続するエア抜き用配管５３は、入口タンク３側に設けた配管本体部５５と、出口タンク５側に設けた弾性配管部５７とから構成されている。
【００２７】
前記配管本体部５５は、その中央部に径方向に広がった拡管部５９が設けられており、該拡管部５９内に第２の開閉装置６１の係止部６３が配置されている。また、前記弾性配管部５７は、例えばゴムのような弾性体から構成されており、入口タンク３と出口タンク５の相対的な位置が変化した場合であっても、弾性配管部５７が変形することによって、この相対的な位置変化を効率的に吸収することができる。
【００２８】
前記構成を有する第２実施形態の熱交換器５１によれば、以下の作用効果を有する。
【００２９】
前記入口タンク３に流入した冷却水２７は、入口側コア９の熱交換用チューブ１３から中間タンク（図示せず）を介して出口側コア１１の熱交換用チューブ１３及び出口タンク５に流通する。
【００３０】
ここで、入口側コア９の熱交換用チューブ１３に流れこむ冷却水２７は温度が高いため、入口側コア９はこの冷却水２７によって膨張する。その一方、出口側コア１１の熱交換用チューブ１３には、十分に冷却した冷却水２７が流入するため、出口側コア１１は冷却されて収縮する。このように、入口側コア９と出口側コア１１との間で温度差による熱変形が生じ、前記入口タンク３と出口タンク５の相対的な位置が変化した場合でも、エア抜き用配管５３に弾性配管部５７を設けることによって、入口タンク３及び出口タンク５は相対的に自由に動くことが可能となり、エア抜き用配管５３が変形することを防ぐことができる。
【００３１】
[第３実施形態]
次いで、第３実施形態による熱交換器７１を図４を用いて説明するが、前述した第１及び第２実施形態と同一構造の部位は同一符号を付してその説明を省略する。本実施形態においては、第３の開閉装置７３のシール部７７を弾性体のバネで支持する態様を採用している。
【００３２】
図４は、第３実施形態による熱交換器７１の断面図である。入口タンク３と出口タンク５とは、エア抜き用配管２９によって連結されており、該エア抜き用配管２９の入口タンク３側の開口端に本実施形態による第３の開閉装置７３が配設されている。
【００３３】
この第３の開閉装置７３は、エア抜き用配管２９の開口端に支持されたバネ部７５と、該バネ部７５に取り付けられたシール部７７とから構成されている。このバネ部７５は、入口タンク３内に大量の冷却水２７が流れ込んで入口タンク３と出口タンク５との圧力差が所定値になる、高い熱交換性能が要求されるときに、第３の開閉装置７３が閉成されるようにバネ定数が設定されている。
【００３４】
つまり、熱交換器７１の冷却性能を向上させるときは、入口タンク３内に冷却水２７を大量に流入させると共に、この冷却水２７を入口側コア９の熱交換用チューブ１３に流して、エア抜き用配管２９内を流れる冷却水２７の水量を極力少なくする必要がある。ここで、入口タンク３内に流れこむ冷却水２７の量が多い場合には、第３の開閉装置７３のバネ部７５が収縮してエア抜き用配管２９の開口端がシール部７７によって塞がれるため、冷却水２７がエア抜き用配管２９内を流れずに、入口側コア９の熱交換用チューブ１３を流れる。
【００３５】
前記構成を有する第３実施形態の熱交換器７１によれば、以下の作用効果を有する。
【００３６】
前記入口タンク３に流入した冷却水２７は、入口側コア９から中間タンク（図示せず）を介して出口側コア１１及び出口タンク５に流通する。
【００３７】
高い熱交換性能を必要とする場合には、熱交換器７１の入口タンク３内に流入する冷却水２７の水量は多くなり、低い熱交換性能で足りる場合には入口タンク３内への冷却水２７の量は少なくてすむ。従って、エア抜き用配管２９内にエア２が混入しているときには、前述した圧力差が小さいので、第３の開閉装置７３は開となっており、冷却水２７とともに入口タンク３に入り滞留したエア２は、エア抜き用配管２９を通り出口タンク５に移動する。また、入口タンク３が満水になり、流量が大きくなった際は、冷却水２７の水圧が第３の開閉装置７３のバネ部７５の反発力に逆らって第３の開閉装置７３のシール部７７を押すので、エア抜き用配管２９に栓をすることができる。こうして、入口タンク３と出口タンク５の圧力差を利用して、入口タンク３内に滞留したエア２を出口タンク５に移動させることができる。
【００３８】
[第４実施形態]
次いで、第４実施形態による熱交換器８１を図５を用いて説明するが、前述した第１〜第３実施形態と同一構造の部位は同一符号を付してその説明を省略する。本実施形態による熱交換器８１は、冷却水２７の温度によってエア抜き用配管２９の開閉を行う第４の開閉装置８３を用いている。
【００３９】
図５は、本実施形態による多パス直交流式の熱交換器８１の内部構造を示す断面図である。入口タンク３と出口タンク５とはエア抜き用配管２９を介して連通されており、このエア抜き用配管２９の入口タンク３側の開口端に第４の開閉装置８３が配設されている。この第４の開閉装置８３は、熱膨張係数の大きい第１板状部材８５と熱膨張係数の小さい第２板状部材８７とを張り合わせたものであり、第１板状部材８５は入口タンク３側で、第２板状部材８７は出口タンク５側に配置されている。また、通常状態において、第１板状部材８５及び第２板状部材８７は入口タンク３側に湾曲して反り返っており、それらの下端部が入口タンク３の後壁面３１に固定されている。
【００４０】
本実施形態の熱交換器８１による作用を説明する。
【００４１】
まず、通常状態においては、第４の開閉装置８３は入口タンク３側に湾曲して反り返っているため、入口タンク３内に滞留したエア２と冷却水２７はエア抜き用配管２９の開口端からエア抜き用配管２９を介して出口タンク５側に移動する。
【００４２】
一方、入口タンク３内に高温の冷却水２７が流入すると、入口タンク３側に配置された第１板状部材８５の方が第２板状部材８７よりも大きな熱膨張を起こすため、第４の開閉装置８３が出口タンク５側に向けて徐々に変形して略平板状になる。このとき、エア抜き用配管２９の開口端は第４の開閉装置８３によって閉成されて、エア２と冷却水２７がエア抜き用配管２９内に流入されなくなるため、冷却水２７は全て入口側コア９の熱交換用チューブ１３を下方に流通するようになり、熱交換性能を向上させることができる。
【００４３】
[第５実施形態]
次いで、第５実施形態による熱交換器９１を図６を用いて説明するが、前述した第１〜第４実施形態と同一構造の部位は同一符号を付してその説明を省略する。本実施形態による熱交換器９１においては、冷却水に浮く略球状に形成されたシール部９３を有する第５の開閉装置９５を用いている。
【００４４】
図６に示すように、入口タンク３の後壁面３１の上端部と出口タンク５の前壁面３３の高さ中央部とは、後方に向かうにつれて徐々に上方に傾斜したエア抜き用配管９７によって連通されており、該エア抜き用配管９７に第５の開閉装置９５が取り付けられている。
【００４５】
この第５の開閉装置９５は、略Ｊ字状に湾曲して形成されたロッド部９９と、該ロッド部９９に挿通する挿通孔１０３が設けられ、該挿通孔１０３内にロッド部９９が挿入された略球状のシール部９３とから構成されており、シール部９３はロッド部９９に沿って上下に移動自在に構成されている。また、ロッド部９９の上端部はボルト１０１によってエア抜き用配管９７の内面に固定されており、ロッド部９９はエア抜き用配管９７の内面形状に沿って斜め下方に滑らかな形状（略Ｊ字状）に湾曲して配置されている。そして、ロッド部９９の下端にはシール部９３の抜止めとなる係止片１０５が設けられている。さらに、シール部９３の比重は冷却水２７よりも小さいため、冷却水２７が入口タンク３内に流入すると、この冷却水２７によってシール部９３が浮いて上昇するように構成されている。
【００４６】
本実施形態の熱交換器９１によれば、略球状のシール部９３を有する第５の開閉装置９５が設けられているため、入口タンク３内にエア２が滞留しているときは、エア抜き用配管９７を介して出口タンク５内にエア２を効率的に排出することができる。
【００４７】
さらに、入口タンク３に冷却水２７が流入し水位が上がると、第５の開閉装置９５のシール部９３がロッド部９９に沿って斜め上方に移動し、エア抜き用配管９７の開口端を効率的に塞ぐことができる。このように、入口タンク３内の冷却水２７の水位が低く、入口タンク３内に滞留したエア２が多いときには、エア抜き用配管９７を介して出口タンク５にエア２を移動させることができる。また、入口タンク３内の冷却水２７の水位が高く、入口タンク３内にエア２がなくなると、入口タンク３内で生じる浮力を利用して、エア抜き用配管９７を塞ぐことができる。
【００４８】
[第６実施形態]
次いで、第６実施形態による熱交換器１１１を図７を用いて説明するが、前述した第１〜第５実施形態と同一構造の部位は同一符号を付してその説明を省略する。本実施形態による熱交換器１１１においては、エア抜き用配管１１３を入口タンク１１５及び出口タンク１１７の上端部同士を橋渡して連結させている。
【００４９】
図７は、本実施形態による熱交換器１１１を示す断面図である。入口タンク１１５は、前述した第１〜第５実施形態の入口タンク３よりも高く、かつ出口タンク１１７よりは若干低く形成されている。
【００５０】
前記エア抜き用配管１１３は、入口タンク１１５の後壁面１１９の上端部と、出口タンク１１７の前壁面１２１の上端部とを連通して設けられているため、後方に向かうにつれて徐々に斜め上方に傾斜するように配置されている。
【００５１】
本実施形態の熱交換器１１１によれば、エア抜き用配管１１３が後方斜め上方に傾斜して配置されているため、入口タンク１１５に滞留したエア２を効率的に出口タンク１１７側に排出することができる。
【００５２】
即ち、入口タンク１１５内にエア２が混入すると、該入口タンク１１５内の上端部にエア２が滞留する。そして、エア抜き用配管１１３は、後方斜め上方に傾斜して配置されているため、エア２はエア抜き用配管１１３を通って出口タンク１１７内に移動する。このように、本実施形態の熱交換器１１１によれば、入口タンク１１５に滞留するエア２の量を常に最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１実施形態の熱交換器を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線による拡大断面図である。
【図３】第２実施形態の熱交換器を示す拡大断面図である。
【図４】第３実施形態の熱交換器を示す拡大断面図である。
【図５】第４実施形態の熱交換器を示す拡大断面図である。
【図６】第５実施形態の熱交換器を示す拡大断面図である。
【図７】第６実施形態の熱交換器を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
３…入口タンク
５…出口タンク
７…中間タンク
９，１１…コア
１３…熱交換用チューブ
２５…コルゲートフィン（フィン）
２７…冷却水（熱交換媒体）
２９，５３…エア抜き用配管
３５，６１，７３，８３，９５…開閉装置（開閉手段）
５７…弾性配管部
７５…バネ部
７７，９３…シール部
９７，１１３…エア抜き用配管
９９…ロッド部
【図１】
2005077026.tif 000003
【図２】
2005077026.tif 000004
【図３】
2005077026.tif 000005
【図４】
2005077026.tif 000006
【図５】
2005077026.tif 000007
【図６】
2005077026.tif 000008
【図７】
2005077026.tif 000009