(57)【要約】【課題】偏流現象を発生させず、チューブの熱歪みを低減することができる熱交換器を提供する。【解決手段】不凍液を含むエンジン冷却水が流れる平行に配置された複数のチューブ２とチューブ２の外表面に接合されて冷却水の熱交換を促進するフィン３とを有するコア部４と、チューブ２の軸方向両端部にて前記チューブ２の軸方向と直交する方向に延びてチューブ２と連通するヘッダタンク５と、を備える熱交換器であって、冷却水温度が所定温度以下の時、前記冷却水を加熱する冷却水加熱器５０、６０を備えることを特徴とする熱交換器１００、２００。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不凍液を含むエンジン冷却水が流れる平行に配置された複数のチューブ（２）と前記チューブ（２）の外表面に接合されて前記冷却水の熱交換を促進するフィン（３）とを有するコア部（４）と、
前記チューブ（２）の軸方向両端部にて前記チューブ（２）の軸方向と直交する方向に延びて前記チューブ（２）と連通するヘッダタンク（５）と、を備える熱交換器であって、
冷却水温度が所定温度以下の時、前記冷却水を加熱する冷却水加熱器（５０、６０）を備えることを特徴とする熱交換器（１００、２００）。
【請求項２】
前記冷却水加熱器は、前記ヘッダタンク（５）もしくは前記チューブ（２）の内部または外面に備えられることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器（１００、２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関するもので、車両用エンジン等のエンジンの冷却水を冷却するいわゆるマルチフロー型のラジエータに適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、マルチフロー型のラジエータは、図１、図４に示すように、複数のチューブ２およびこれらのチューブの外表面に接合されたフィン３を有するコア部４と、複数のチューブ２と連通するヘッダタンク５と、コア部４の端部に配置されてコア部４を補強するインサート７とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２４１８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載の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に熱歪みに伴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との根付部（接合部）近傍が疲労破壊するという問題がある。
【０００５】
一方、寒冷使用時には、冷却水に用いられるＬＬＣ（不凍液）の濃度を高くする。例えば、通常使用時には、ＬＬＣ濃度を３０％の冷却水を用いるが、寒冷使用時には、５０％以上のＬＬＣ濃度の冷却水を用いる。ちなみに、ＬＬＣ（不凍液）は、通常エチレングリコールを使用する。この場合、図５に示すように、極低温時（−１０℃以下）において、ＬＬＣの粘度が急激に高くなる。このため、図６および図７（ａ）に示すように、冷却水導入口６ａに近く、ＬＬＣの温度が高くなる鉛直方向上方のチューブ２に冷却水が集中して流れ、鉛直方向下方のチューブ２には冷却水が流れにくくなるという偏流現象が生じる。
【０００６】
特に、外気温度がより低い場合（−３０℃）において、図７（ｂ）に示すように、偏流境界部において隣接するチューブ間の温度差が大きくなる。このため、図７（ｃ）に示すように、偏流境界部近傍のチューブ２に大きな熱歪みが発生してしまう。したがって、このような極低温時における冷却水の偏流現象も、熱歪みによるラジエータ破損の主要な要因のひとつであるといえる。
【０００７】
なお、図７（ｃ）は、各チューブ２にかかる応力状況を調査した結果を表している。図７（ｃ）の横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７（ｃ）の縦軸は端から数えたチューブ２の段数を示している。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、偏流現象を発生させず、チューブの熱歪みを低減することができ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】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の熱交換器を提供する。
請求項１に記載の発明によれば、上記目的を達成するため、熱交換器１００、２００は、冷却水温度が所定温度以下の時、前記冷却水を加熱する冷却水加熱器５０、６０を備えることを特徴とする。
【００１０】
この冷却水加熱器を使用することにより、冷却水に含まれるＬＬＣの粘度が低下し、偏流現象を防止できる。このため、偏流境界部発生可能性のある地点近傍のチューブ２に大きな熱歪みが発生することを防止することが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、冷却水加熱器５０、６０は、ヘッダタンク５もしくはチューブ２の内部または外面に備えられることを特徴とする。
【００１２】
これにより、偏流境界部発生可能性のある地点近傍の冷却水を加熱することができる。
なお、上記各手段の符号は、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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１および図２に基づいて説明する。第１実施形態は、本発明に係る熱交換器を車両用エンジン冷却水と大気（空気）との間で熱交換するラジエータ１に適用したものである。図１は、従来例のラジエータ１の正面図で、図２は第１実施形態のラジエータ１００の要部を示す拡大断面図である。なお、第１実施形態に係るラジエータ１００は、冷却水加熱器５０および関連機器（温度センサ、コントローラ）を除き従来例のラジエータ１と同一である。
【００１４】
まず、第１実施形態のベースとなる従来例のラジエータ１について、図１を参照して説明する。図１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、冷却風の流通方向（紙面に対して垂直方向）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鉛直方向に複数本平行に配置されている。
【００１５】
チューブ２の両側の扁平面２ａ（図２参照）には波状に成形されたフィン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、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。
【００１６】
ヘッダタンク５は、チューブ２の軸方向端部（図１では、左右端）にてチューブ２の軸方向と直交する方向（図１では、鉛直方向）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。
【００１７】
なお、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２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。
【００１８】
また、ヘッダタンク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１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。
【００１９】
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に対して略直交する方向（本実施形態では、水平方向）に突出してチューブ２の軸方向と略平行に延びるリブ７ｂとを有している。インサート７において、リブ７ｂは、ベース部７ａのうちベース部７ａの軸方向と直交する方向両端側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。
【００２０】
ここで冷却水の流れ方を説明する。エンジン冷却水通路を通過した高温の冷却水は、冷却水配管（図示せず）からまず入口６ａからラジエータ１に流入する。さらに、流入した高温の冷却水は、図１における右側ヘッダタンク５からチューブ２を左方向へ通過し、左側ヘッダタンク５を経由して、出口６ｂからラジエータ１から低温となって流出する。高温の冷却水は、チューブ２を左方向へ通過中に空気との熱交換がされて低温となるのである。ラジエータ１から低温となって流出した冷却水は、再びエンジンへ戻り、エンジンを冷却する。後は、この繰り返しである。
【００２１】
以上が従来例のラジエータ１である。本発明に係る第１実施形態は、以下に述べる箇所が上記従来例とは異なる。
第１実施形態においては、ヘッダタンク５の内部には、図２に示すように、冷却水加熱器５０が備えられている。この冷却水加熱器５０は、棒状をしており、内部にニクロム線が設けられている。このニクロム線が通電されることにより熱が発生する。さらに、ラジエータ１００には、ラジエータ１００の内部または近傍の冷却水の温度を検知する冷却水温度センサ９０（図示せず）が配設されている。冷却水加熱器５０と冷却水温度センサ９０は、ともにコントローラ（図示せず）に配線されている。
【００２２】
次に、第１実施形態の作動を説明する。
ここでは、寒冷地仕様である不凍液濃度５０％のエンジン冷却水を使用するラジエータ１００において、冷却水温度が所定温度、例えば０℃以下の時の冷却水加熱器５０の作動を説明する。冷却水温度が０℃以下になると、コントローラ（図示せず）は、温度センサ９０（図示せず）から検知信号を受け、ヘッダタンク５内に配置された冷却水加熱器５０への通電をオンする。これにより、冷却水加熱器５０が発熱し、ラジエータ１内に存在する不凍液を含んだ冷却水が加熱される。冷却水温度が所定温度、例えば１５℃まで上昇すると、コントローラは、冷却水加熱器５０への通電をオフする。これにより、冷却水加熱器５０の発熱作動も終了する。
【００２３】
上記作動により、不凍液を含んだ冷却水は常に、約０℃以上となり、粘度が約０．０１Ｐａ・ｓ以下となる。このため、偏流現象は発生しなくなり、偏流現象により引起こされるチューブ２の熱歪みも発生しなくなる。
【００２４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図３は、第２実施形態に係るラジエータ２００の要部を示す拡大断面図である。図３に示すように、第２実施形態では、第１実施形態とは、冷却水加熱器およびその設置場所のみ異なり、他は全く同じである。第２実施形態では、冷却水加熱器６０が、ヘッダタンク５の外面に当接して備えられる。冷却水加熱器６０は、シート状の形態をしており、ヘッダタンク５の外面に接着剤等により貼り付けられている。冷却水加熱器６０の内部には、第１実施形態と同様にニクロム線が設けられている。冷却水加熱器６０の作動は、第１実施形態の冷却水加熱器５０の作動と同じであるので、その説明を省略する。
【００２５】
（他の実施形態）
冷却水加熱器は、チューブ２の内部または外面に備えられても良い。
あるいは、ラジエータ１のコア４近傍に金網状の冷却水加熱器を設けてもよい。この場合、加熱器が発熱すると、フィンまたはチューブへその熱が伝達してラジエータ１内の冷却水を加熱することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来のラジエータの正面図である。
【図２】第１実施形態に係るラジエータの要部を示す拡大断面図である。
【図３】第２実施形態に係るラジエータの要部を示す拡大断面図である。
【図４】従来のラジエータの要部を示す拡大断面図である。
【図５】ＬＬＣの濃度を変更した場合における冷却水の温度と粘度との関係を示す特性図である。
【図６】外気温度−１０℃時におけるラジエータの冷却水温度分布を示す模式図である。
【図７】（ａ）は外気温度−３０℃時におけるラジエータの冷却水温度分布を示す模式図で、（ｂ）はチューブ２の段数とそのチューブ２の出口側根付部温度との関係を示す特性図で、（ｃ）はチューブ２の段数と熱歪みとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    従来のラジエータ（熱交換器）
２    チューブ
３    フィン
４    コア部
５    ヘッダタンク
６    配管接続部
６ａ    冷却水導入口
７    インサート
【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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