(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形筒体よりなる本体(1) と、
その本体(1) の両開口端を閉塞する一対のヘッダプレート(2) と、
前記本体(1) の少なくとも対向する一対の内面に、夫々の外周の平面が平行に整列され、その両端が前記ヘッダプレート(2) に液密に貫通され、内部に被冷却用熱交換媒体が流通する多数の偏平チューブ(3) と、
前記本体(1) の長手方向両端部外面に設けられた冷却水の出入口(4) と、
を具備し、前記多数の偏平チューブ(3) で構成するチューブ群の最外周表面と前記本体(1) の内周平面とに僅かの隙間が形成され、
前記本体(1) の長手方向両端部の内周面と、前記チューブ群の最外周表面との間隔(S1)(S2)が、長手方向の中間部におけるそれら(S5)(S6)よりも広くされ、
前記本体(1)の長手方向中間部であって、その内周面とそれに対向する偏平チューブ(3) の外周との間隔(S6)が、整列された前記偏平チューブ(3) どうしの隣り合う外周平面間における間隔(S3)より小に形成され、
それらの偏平チューブ(3)は、その断面の長手方向に複数列に並列され、その列間の隙間となる並列された偏平チューブ(3)の端部間隔(S4)が、前記偏平チューブ(3)どうしの隣り合う外周平面間における間隔(S3)より僅かに大に形成された熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温のガス体を冷却水により冷却する熱交換器であって、いわゆるシェルアンドチューブ型のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるシェルアンドチューブ型のオイルクーラとしての熱交換器が、実開昭６２−１１８９６５号で知られている。これは図４、図５または図６に示す如く、円筒（または断面方形）の本体10の両端にヘッダプレート12が設けられ、そのヘッダプレート12に多数の円形のチューブ11または偏平チューブ３の両端が貫通し、ヘッダプレート12の周縁にダクト13の開口側が被嵌されるものである。そして、本体10の外周の一端に突設されたオイルパイプ15ａから本体10内を高温のオイルが長手方向に移動し、本体10の他端に突設されたオイルパイプ15ｂからそれが流出する。
【０００３】
そして一方のダクト13の冷却水パイプ20ａから各円形のチューブ11または偏平チューブ３内に冷却水が流入し、それが長手方向に流通して他方の冷却水パイプ20ｂから流出する。そして本体10内で、オイルと冷却水との間で熱交換器が行われるものである。
このような熱交換器において、一方のオイルパイプ15ａから他方のオイルパイプ15ｂに流通するオイルは、各チューブ外面を均一に流通させることは難しい。そこで、従来図４の如く本体10の内部にバッファ14を千鳥状に配置し、オイルを蛇行状に流通させる工夫が行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
チューブ外面側の流体を均一に流通させるために図４に示すようなバッファ14を設けても、ある程度流体の停滞は改善するものの充分とはいえない。即ち、バッファ14と本体10の内面の付根部にはやはり流体の停滞が生じ、熱交換性能を充分に発揮できない欠点があった。特に、高温のガス体をチューブ内に流し、その外面側を冷却水で冷却する場合、チューブの外面側の冷却水に偏流が生じると、その熱交換性能を充分引き出せないだけではなく、局部沸騰に起因する局部加熱や、さらなる偏流等の様々な問題を引き起こす。
さらにはバッファ14を設けると、その分だけ流通抵抗が増大する欠点があった。
そこで本発明は、係る問題点を解決することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、矩形筒体よりなる本体(1) と、
その本体(1) の両開口端を閉塞する一対のヘッダプレート(2) と、
前記本体(1) の少なくとも対向する一対の内面に、夫々の外周の平面が平行に整列され、その両端が前記ヘッダプレート(2) に液密に貫通され、内部に被冷却用熱交換媒体が流通する多数の偏平チューブ(3) と、
前記本体(1) の長手方向両端部外面に設けられた冷却水の出入口(4) と、
を具備し、前記多数の偏平チューブ(3) で構成するチューブ群の最外周表面と前記本体(1) の内周平面とに僅かの隙間が形成され、
前記本体(1) の長手方向両端部の内周面と、前記チューブ群の最外周表面との間隔(S1)(S2)が、長手方向の中間部におけるそれら(S5)(S6)よりも広くされ、
前記本体(1)の長手方向中間部であって、その内周面とそれに対向する偏平チューブ(3) の外周との間隔(S6)が、整列された前記偏平チューブ(3)どうしの隣り合う外周平面間における間隔(S3)より小に形成され、
それらの偏平チューブ(3)は、その断面の長手方向に複数列に並列され、その列間の隙間となる並列された偏平チューブ(3)の端部間隔(S4)が、前記偏平チューブ(3)どうしの隣り合う外周平面間における間隔(S3)より僅かに大に形成された熱交換器である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の熱交換器の一部破断正面図であり、図２は図１のII−II矢視断面図、図３は同 III− III矢視断面図である。
この熱交換器は、細長い矩形筒体からなる本体１と、その長手方向両端を閉塞する一対のヘッダプレート２と、各ヘッダプレート２の偏平孔に両端が液密に貫通された多数の偏平チューブ３と、ヘッダプレート２を被嵌する一対のダクト７とを有する。
【０００８】
本体１の内部には図３に示す如く、その平面に平行に多数の偏平チューブ３が定間隔に並列されている。そして多数の偏平チューブ３によって構成する偏平チューブ群の最外周と本体１の内面とは僅かの間隔Ｓ５，Ｓ６が形成されている。また、隣り合う偏平チューブ３の平面間は前記間隔Ｓ５，Ｓ６よりも充分大きな間隔Ｓ３が形成されている。さらに複数列に並列された偏平チューブ３の端部間隔はＳ４とされ、その間隔は前記Ｓ３のそれよりも僅かに大に形成されている。
【０００９】
次に、本体１の長手方向両端部は外方に僅かに膨出され、そこに図１及び図２に示す如く環状膨出空間部５が形成され、その膨出量はＳ７である。そしてその環状膨出空間部５の外周において下面側に冷却水パイプ15の一端が接続され、それと１８０°異なった位置の他方の環状膨出空間部５の出入口に冷却水パイプ15の一端が接続されている。なお、これらの出入口の方向は任意に向けることができる。偏平チューブ３の内部には矩形波状または通常の波形のインナーフィン８が挿入されて、その接触部間がろう付けされている。そして各部品は好ましくはステンレス鋼材からなり、ヘッダプレート２と偏平チューブ３の端部との間、およびヘッダプレート２とダクト７との間は液密に溶接固定されてる。
【００１０】
そして一方のダクト７から高温のガス体19が導入され、各偏平チューブ３を長手方向に流通して他方のダクト７からそれが流出する。なお、この例では高温のガス体19が図１において、左方から右方に流通しているが、その逆向きにガス体19を流通させてもよい。また、下面側等の出入口取付方向からの冷却水パイプ15から冷却水が本体１の環状膨出空間部５に流入し、図において左端部から右端部を流通し、上端側等の冷却水パイプ15からそれが流出する。そして冷却水18によりガス体19が本体１内で冷却される。
【００１１】
図２において出入口４から流入した冷却水18は、その出入口４に対向する偏平チューブ３の外表面を迂回し且つ、比較的隙間の大きな環状膨出空間部５を含む偏平チューブ３群の外周を円滑に流通して、各偏平チューブ３間及び偏平チューブ３と本体１の内面との間に供給される。次いで各偏平チューブ３間及び偏平チューブ３と本体１の内面との間を偏平チューブの長手方向に流通する。そして、環状膨出空間部５を通過した冷却水は、本体１の内面とそれに対向する最外側の偏平チューブ３の外面との間では、比較的狭い間隔Ｓ６を流通し、各偏平チューブ３間はそれよりも僅かに広い間隔Ｓ３間を流通する。しかしながら、横断面の各部における水側温度分布は略同一である。
【００１２】
なぜならば、間隔Ｓ３間を流通する冷却水は、対向する二つの偏平チューブ３の放熱を受けるのに対し、最外側の偏平チューブ３と本体１との間を流通する冷却水には一つの偏平チューブ３のみから放熱を受けるので、より少ない冷却水で充分たり、結果として各部における冷却水の水温上昇が同一に近くなる。
次に、二列に配列された偏平チューブ３の端部間における十字交差点９では、４本の偏平チューブ３によって冷却水が加熱される。しかしながら、その部分における間隔Ｓ４は大きく冷却水流量は他の部分よりも大であるから、結果として十字交差点９の近傍においてもその水温上昇は他の部分と同一に近くなる。
【００１３】
このように本体１の冷却水の出入口部に、比較的隙間の大きな環状膨出空間部５を設けることにより、その環状膨出空間部５の横断面における各部分に冷却水を充分に行き渡らせることができると共に、本体１の中間部においてはその内面と偏平チューブ３との間隔を他の部分よりも僅かに小とし、必要以上に冷却水が本体１の内面に沿ってバイパスすることがないようにし且つ、その部分では水側受熱量も少ないため流路を狭くしても均一なる受熱を行うことが可能となる。
なお、ガス体19が特に高温の場合には、偏平チューブ３とヘッダプレート２との間または本体１の両端とダクト７との間をティグ溶接またはＮｉろう付け構造とすると共に、偏平チューブ３とインナーフィン８との間はニッケルろう付けとすることが好ましい。
【００１４】
【発明の作用・効果】
本発明によれば、本体１の長手方向両端部に比較的隙間の大きな環状膨出空間部５を有するため、その両端部における各部分の冷却水圧力を均一にして、各偏平チューブ３の外周を流通する冷却水の流量を等しくし、各部の熱交換能力を最大限に引き出すことができる。逆に言えば、環状膨出空間部５が本体１の両端部に存在しない場合には、同一の横断面において出入口４からより遠い位置の冷却水圧力は低下し、その分だけ偏平チューブ３の外周の冷却水の流量が減少するおそれがある。しかしながら、本発明では環状膨出空間部５の存在により各部の冷却水の流量を均一にし得る。
また、このように構成することにより単位容積当たりの熱交換効率を向上させることができる。そしてコンパクトで搭載効率の良い熱交換器を提供できる。
【００１５】
さらに、本体１の長手方向の中間部においてその内周面とそれに対向する偏平チューブの外周との間隔が、整列された偏平チューブ３どうしの隣り合う外周平面の間隔より小に形成されたものである。それにより、長手方向中間部において本体１の内周面に沿う冷却水の熱交換量と、各偏平チューブ３間を流通する冷却水の温度分布を略均一にすることができる。
なぜならば、本体１の内周面に沿う冷却水はその内周面に沿う一つのみの偏平チューブから放熱を受けるが、隣接する各偏平チューブ間を流通する冷却水は対向する二つの偏平チューブから放熱を受ける。そのため、より熱交換量の多い部分を流通する流路断面をより大きくすることにより、各部の冷却水の温度上昇を略等しくでき、熱交換をより円滑に行い得る。それと共に、本体１の内面に沿って冷却水がバイパスされることを防止できる。
さらに、それらの偏平チューブ３は、その断面の長手方向に複数列に並列され、その列間の隙間となる並列された偏平チューブ３の端部間隔S4が、前記偏平チューブ３どうしの隣り合う外周平面間における間隔S3より僅かに大に形成されたから、二列に配列された偏平チューブ３の端部間における十字交差点９（図３）では、４本の偏平チューブ３によって加熱されても、その部分における間隔S4が大きいので、冷却水流量が他の部分より大きく、結果として十字交差点９の近傍の水温上昇を他の部分と同一近くにできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換器の一部破断正面図。
【図２】図１のII−II矢視断面図。
【図３】図１の III− III矢視断面図。
【図４】従来型熱交換器の正面略図。
【図５】同熱交換器においてダクト13を取り除いた状態の側面図。
【図６】他の従来型熱交換器の分解斜視図。
【符号の説明】
１  本体
２  ヘッダプレート
３  偏平チューブ
４  出入口
５  環状膨出空間部
６  出入口
７  ダクト
８  インナーフィン
９  十字交差点
10  本体
11  チューブ
12  ヘッダプレート
13  ダクト
14  バッファ
15  冷却水パイプ
15ａ  オイルパイプ
15ｂ  オイルパイプ
16  フランジ
17  フィン
18  冷却水
19  ガス体
20  パイプ
20ａ  冷却水パイプ
20ｂ  冷却水パイプ
【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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