(57)【要約】【課題】一番端のチューブとその隣接するチューブとの温度差を少なくして、コアプレートにおけるチューブ接合部の破損を防止可能な、製造容易でコストを低減した熱交換器を提供する。【解決手段】内部を熱交換媒体が通過する複数本のチューブ２と、チューブ２と交互に積層されて熱交換媒体の熱伝達を増大させる複数のフィン３と、チューブ２の両端部が接続されるコアプレート５ａと、チューブ２の積層方向において最も外側に配置されるチューブ２よりもさらに外側に配置される端部フィン３ａよりも積層方向外側に配設されてコアプレートに接続されるインサート７と、端部フィン３ａへの冷却風の流入を少なくとも一部妨害する冷却風妨害手段５０、７ｂとを備えていることを特徴とする熱交換器。【選択図】図１
2007315722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を熱交換媒体が通過する複数本のチューブ（２）と、
該チューブ（２）と交互に積層されて前記熱交換媒体の熱伝達を増大させる複数のフィン（３）と、
前記チューブ（２）の両端部が接続されるコアプレート（５ａ）と、
前記チューブ（２）の積層方向において最も外側に配置される前記チューブ（２）よりもさらに外側に配置される端部フィン（３ａ）よりも積層方向外側に配設されて前記コアプレートに接続されるインサート（７）と、
前記端部フィン（３ａ）への冷却風の流入を少なくとも一部妨害する冷却風妨害手段（５０、７ｂ）とを備えていることを特徴とする熱交換器（１０１、１０２、１０３）。
【請求項２】
前記冷却風妨害手段は、インサート（７）の一部（７ｂ）であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器（１０２、１０３）。
【請求項３】
前記インサート（７）は、コの字形状断面を有し、該コの字形状断面を構成する立壁部（７ｂ）の方向が前記フィン（３）側に方向付けられていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器（１０２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に関し、特に、車両用エンジンの冷却水を冷却するラジエータに適用すると有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、内部を熱交換媒体が通過する複数本のチューブと、該チューブと交互に積層されて前記熱交換媒体の熱伝達を増大させる複数のフィンと、チューブの両端部が接続されるコアプレートと、チューブの積層方向において最も外側に配置されるチューブよりもさらに外側に配置される端部フィンよりも積層方向外側に配設されてコアプレートに接続されるインサートと、により構成されるラジエータ等の熱交換器のコア部構造として特許文献１に開示される技術がある。
【０００３】
この種の熱交換器のコア部構造では、所定間隔をおいて対向配置される二つのコアプレートの間にチューブとコルゲートフィンが交互に配置され、二つのコアプレートの両端部がインサートにより架橋されている。そして、チューブ及びインサートの両端部が、コアプレートに配設されるチューブ穴及びインサート穴にそれぞれ挿入されて、その挿入部がろう付けされている（図２、図３参照）。
【０００４】
しかし、上記ラジエータにおいて、隣接するチューブ２間の温度差が大きくなると、チューブ２およびコアプレート５ａに熱歪みにともなう熱応力が発生する。そして、熱応力が繰り返し発生すると、チューブ２におけるコアプレート５ａとの接合部（挿入部）近傍２ｂが疲労破壊するという問題がある。
【０００５】
例えば、チューブ２間の温度差およびチューブ２と冷却水の影響を直接受けないインサート７との温度差に起因した熱歪みによるチューブ２の破損が問題になっている。そして、熱歪みにより破損するチューブ２の大半は、インサート７に隣接する一番端のチューブ（以下、端チューブ２０という）である。
【０００６】
ここで、各チューブ２にかかる応力状況を調査した結果を図５に示す。図５の縦軸は歪みの大きさを示しており、正の値を取るときは引張りの歪みが発生していることを示し、負の値を取るときは圧縮の歪みが発生していることを示している。また、図５の横軸は端から数えたチューブ２の一番端からの番号を示しており、一番左側が端チューブ２０を示している。
【０００７】
図５に示すように、端チューブ２０よりラジエータ中央側（内側）に配置されるチューブ（以下、内チューブ２１という）には圧縮の歪みが発生するのに対して、端チューブ２０のみ引張りの歪みが発生していることが分かる。これは、内チューブ２１は内部を通る高温の冷却水により高温で温度が推移するのに対して、端チューブ２０は、高温の冷却水が流れにくい、隣接するインサート７に熱が奪われてしまう等の理由から、内チューブ２１より低温で温度が推移していることが原因と判明している。したがって、この端チューブ２０が内チューブ２１より低温になる現象が、熱歪みによるラジエータ破損の主要な要因の一つであるといえる。
【０００８】
この対策として特許文献２に記載された技術がある。これは、インサート内部に冷却水流路を形成し、チューブとインサートの流通路の両方に常に同一温度の水が流れるようにしたものである。しかし、この技術では、インサートの構造が複雑であるため、熱交換器の製造が容易ではなくコストの高いものとなっていた。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２４１８９５号公報
【特許文献２】特開２００４−２７１１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、一番端のチューブとその隣接するチューブとの温度差を少なくして、コアプレートにおけるチューブ接合部の破損を防止可能な、製造容易でコストを低減した熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、熱交換器は、端部フィンへの冷却風の流入を少なくとも一部妨害する冷却風妨害手段を備えていることを特徴としている。
【００１２】
これにより、一番端のチューブから端部フィンへの伝達熱が冷却風により奪われにくくなる。その結果、一番端のチューブが低温になることが防止でき、一番端のチューブとその隣接するチューブとの温度差が少なくなり、熱歪みが軽減される。また、冷却風妨害手段は、簡単な構造体で実現可能であるため、本発明に係る熱交換器を製造容易なものとすることが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、冷却風妨害手段は、インサートの一部であることを特徴としている。これにより、本発明に係る熱交換器をコストの安価なものとすることが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、インサートは、コの字形状断面を有し、該コの字形状断面を構成する立壁部の方向がフィン側に方向付けられていることを特徴としている。これにより、本発明に係る熱交換器をコンパクトなものとすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜３に基づいて説明する。第１実施形態は、車両用エンジン用冷却水と大気（空気）とを熱交換する従来型熱交換器（ラジエータ）１００を本発明に係る熱交換器（ラジエータ・システム）１０１に適用したものである。図１は第１実施形態に係るラジエータ・システム１０１の断面図であり、図２におけるＹＹ断面を示したものでもある。図２は従来型熱交換器（ラジエータ）１００の正面図で、図３はラジエータ１００の要部（図１のＸ部）を示す拡大断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の熱交換器は、車両用エンジン（図示せず）の冷却水を空冷するラジエータ１００、ラジエータ１００を囲繞するラジエータケース５３、ラジエータ１００より冷却風下流側に配置され、ファン５１により生じた冷却風をエンジン（図示せず）側へと導くシュラウド５２とを有する。冷却風の流れは、図の矢印で表している。５１はラジエータ１００の冷却風下流側（車両後方側）に配置された吸込式の冷却ファンである。冷却ファン５１は車両前方から後方（図１において矢印方向）に向かって送風する周知の軸流ファンから構成されており、モータ（図示せず）によって回転駆動される。
【００１７】
ラジエータケース５３には、一番端のコルゲートフィン３ａを通過する冷却風の流れを一部妨害するための手段（以下、「冷却風妨害手段」と言う）として邪魔板５０が、一番端のコルゲートフィン３ａ近傍に取付けられている。この邪魔板５０は、ラジエータケース５３とは別部品であり、ラジエータケース５３に締結手段により取付け固定されているが、ラジエータケース５３と一体化しても良い。また、図１において、邪魔板５０はラジエータ１００に対して冷却風上流側に配置されているが、下流側に配置されても良い。冷却風の流れを一部妨害する機能に変わりは無いからである。
【００１８】
冷却風妨害手段５０により、一番端のコルゲートフィンを通過する冷却風の流れが妨害され、一番端のチューブから一番端のフィンへの伝達熱が冷却風により奪われにくくなる。その結果、一番端のチューブが（これに隣接するチューブに対し）低温になることが防止でき、熱歪みが軽減される。
【００１９】
次に従来技術のラジエータ１００に関して詳細に説明する。ラジエータ１００は、内部をエンジン冷却水が通過する複数本のチューブ２と、該チューブと交互に積層されてエンジン冷却水の熱伝達を増大させる複数のフィン３と、チューブの両端部が接続されるコアプレート５ａと、チューブの積層方向において最も外側に配置されるチューブよりもさらに外側に配置される端部フィンよりも積層方向外側に配設されてコアプレートに接続されるインサート７と、により構成されている。そして、チューブ２及びインサート７の両端部が、コアプレート５ａに配設されるチューブ穴及びインサート穴にそれぞれ挿入されて、その挿入部がろう付けされている。
【００２０】
図２中、チューブ２は冷却水が流れる管であり、このチューブ２は、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、その軸方向が水平方向に一致するように、複数本が、上下方向（チューブの積層方向）に互いに平行に配置されている。
チューブ２の両側の扁平面２ａ（図３参照）には波状に成形されたコルゲートフィン３が接合されており、このフィン３により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している。なお、以下、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。
【００２１】
ヘッダタンク５は、チューブ２の軸方向端部（本実施形態では、左右端）にてチューブ２の軸方向と直交する方向（本実施形態では、上下方向）に延びて複数のチューブ２と連通するもので、このヘッダタンク５は、チューブ２が挿入接合されたコアプレート５ａと、コアプレート５ａとともにタンク内空間を構成するタンク本体５ｂとを有して構成されている。
【００２２】
なお、本第１実施形態では、コアプレート５ａを金属（例えば、アルミニウム合金）製とし、タンク本体５ｂを樹脂製とするとともに、図３に示すように、コアプレート５ａの縁部全周に設けられた凹状の溝部５ｃにゴム等の弾性材からなるパッキン（図示せず）を配置し、このパッキンにてタンク本体５ｂとコアプレート５ａとの隙間を液密に密閉している。
【００２３】
また、ラジエータタンク５には、エンジンに設けられた冷却水通路（図示せず）とラジエータ１００とを繋ぐ冷却水配管（図示せず）が接続される配管接続部６が設けられている。
【００２４】
コア部４の両端部には、チューブ２の軸方向と略平行に延びてコア部４を補強するインサート７が設けられている。このインサート７は、チューブ２の扁平面２ａと略平行な面を有してチューブ２の軸方向と略平行に延びるベース部７ａと、ベース部７ａに対して略直角な方向に突出してチューブ２の軸方向と略平行に（本実施形態では、水平方向）延びる立壁部７ｂとを有している。インサート７において、立壁部７ｂは、ベース部７ａのうちベース部７ａの幅方向の両端にそれぞれに設けられているため、インサート７の断面形状は、コア部４と反対側が開いた略コの字状断面となっている。インサート７の断面形状を略コの字状断面とする理由は、インサート７の剛性を確保することにある。インサート７はコア部４と当接しており、コア部４との間で熱伝導が行われるようになっている。
【００２５】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について図４（ａ）に基づいて説明する。第２実施形態に係る熱交換器（ラジエータ）１０２は、従来型熱交換器１００に比べ、インサート７のみ異なり、他は、全く同一である。
第２実施形態は、冷却風妨害手段としてインサート７の一部を利用する。図４（ａ）に示すように、インサート７の断面形状は、コア部４側が開いた略コの字状断面となっている。すなわち、第１実施形態とはコの字の向きが反対となっている。言い換えると、インサート７の立壁部７ｂの方向がコルゲートフィン３側に方向付けられている。このため、第１実施形態に比べ、インサート７の立壁部７ｂの高さ分だけ、ラジエータ１００の体積が小さくなる。そして、インサート７の立壁部７ｂが、冷却風妨害手段となっていることが分かる。立壁部７ｂは、一番端のフィン３ａの一部が顔をのぞく程度の縦方向長さを有する。
【００２６】
（第３実施形態）
さらに本発明の第３実施形態について図４（ｂ）に基づいて説明する。第３実施形態に係る熱交換器（ラジエータ）１０３は、第２実施形態に係る熱交換器（ラジエータ）１０２に比べ、インサート７のみ異なり、他は、全く同一である。図４（ｂ）に示すように、インサート７の立壁部７ｂは、第２実施形態のように２箇所ではなく、いずれか１箇所のみとなっている。立壁部７ｂを、第２実施形態のように２箇所ではなく、いずれか１箇所のみとしても、一番端のコルゲートフィン３ａを通過する冷却風の流れを一部妨害する冷却風一部妨害機能に変わりは無いからである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るラジエータ・システムの断面図である。
【図２】従来例のラジエータの正面図である。
【図３】従来例のラジエータの要部を示す拡大断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るラジエータの断面図であり、（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係るラジエータの断面図である。
【図５】従来例のラジエータのチューブ番号と熱歪みの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    ラジエータ
２    チューブ
３    フィン
４    コア
【図１】
2007315722.tif 000003
【図２】
2007315722.tif 000004
【図３】
2007315722.tif 000005
【図４】
2007315722.tif 000006
【図５】
2007315722.tif 000007