JP2008249252A

JP2008249252A - 熱交換装置

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Publication number: JP2008249252A
Application number: JP2007091454A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Watanabe; 晴彦渡邊; Sumio Susa; 澄男須佐; Maki Harada; 真樹原田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16
Also published as: WO2008123603A1

Abstract

【課題】過給気の圧力損失を低減可能とし、連結時の剛性を高めることによって、耐振性を向上させるようにした、熱交換装置を提供する。
【解決手段】複数の熱交換器１０ｕをヘッダタンク１１を介して順次連結する。熱交換器１０ｕは、コア部１２として、流体が流通する複数のチューブ１３と、これらチューブ１３間に介在される波状のフィン１４とを備える。
ヘッダタンク１１は、それぞれの熱交換器１０ｕにおける、複数のチューブ１３端部近傍を互いに接合したコアプレート部１１ａを備えて、これらコアプレート部１１ａを、互いに密着固定して連結する。複数のチューブ１３端部側は、ヘッダタンク１１内の密閉された空間に開放する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換装置に関するものである。

従来、熱交換装置（例えばインタークーラー）を形成するために、複数の熱交換器（インタークーラーＩ．Ｃ．単体）を、パイプＰを介して直列状に連結したものがある（図９、図１０参照）。
この場合、例えば大型の建設機械等のエンジンに使用されるラジエータには、激しい振動や衝撃等の過酷な使用条件に耐え得るように、またラジエータ損傷時に、損傷部の部分的な交換により、容易に修理し得るように、小型熱交換装置を、直列あるいは並列に連結して形成した複合型熱交換装置がしばしば使用される。
例えば、特許文献１のように、直列に並ぶ上下の熱交換器単体の互いに重合しうる突出部を設けると共に、両突出物の重合面に、両サブタンクを連通するボルトとナットとをもって、両サブタンクを結合し、さらに両サブタンクを、適宜の手段で、両メインタンクと一体をなす補強杆に固定してなるものがある。

実開昭６３−３０７７０号公報

ところで、インタークーラーの熱交換装置性能指標の一つである過給気の圧力損失は、一般的に次のように分割できるとされている。
ΔＰｇ total＝ΔＰｇ pipe ＋ΔＰｇ tube ＋ΔＰｇ core
｛ただし、ΔＰｇ total：インタークーラー全体の圧力損失，ΔＰｇ pipe：パイプ部圧力損失（拡大収縮、摩擦），ΔＰｇ tube：チューブ入口出口圧力損失（拡大収縮），ΔＰｇ core：コア部損失（チューブ内部摩擦）｝

従って、各インタークーラーＩ．Ｃ．を接続する場合、図９のように連結すると、圧力損失を生じるパイプ部ｐ（ΔＰｇ pipe）が３箇所、チューブ入口出口（ΔＰｇ tube）が２箇所、コア部が１箇所であり、単体のインタークーラーＩ．Ｃ．（図１０参照）における圧力損失を生じる箇所として、パイプ部ｐ（ΔＰｇ pipe）が２箇所、チューブ入口出口（ΔＰｇ tube）が１箇所、コア部が１箇所であるから、図９のような直列連結したものは、単体のインタークーラーＩ．Ｃ．よりも全体の圧力損失（ΔＰｇ total）が高くなってしまうことがわかる。
本発明はこのような課題を改善するために提案されたものであって、過給気の圧力損失を低減可能とする一方、連結時の剛性を高めることによって構造の強化を図り、耐振性を向上させるようにした、熱交換装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の熱交換器（１０ｕ）をヘッダタンク（１１）を介して順次連結して構成した熱交換装置（１０）であって、熱交換器（１０ｕ）は、コア部（１２）として、流体が流通する複数のチューブ（１３）と、これらチューブ（１３）間に介在される波状のフィン（１４）とを備え、ヘッダタンク（１１）は、それぞれの熱交換器（１０ｕ）における、複数のチューブ（１３）端部近傍を互いに接合したコアプレート部（１１ａ）を備えて、これらコアプレート部（１１ａ）を、互いに密着固定して連結する構成とし、複数のチューブ（１３）端部側は、コアプレート部（１１ａ）で構成するヘッダタンク（１１）内の密閉された空間に開放されていることを特徴とする。
これにより、熱交換器（１０ｕ）を繋ぐパイプを廃止して、パイプにおける圧力損失をなくすことができ、熱交換装置（１０）全体としての圧力損失を抑制することができる。

また請求項２に記載の発明では、ヘッダタンク（１１）内において、隣接する熱交換器（１０ｕ）における複数のチューブ（１３）間を、互いに流通可能に連結する構成としたことを特徴とする。
これにより、チューブ同士を直接的に連結したことにより、一層、圧力損失を抑えることができる。

また請求項３に記載の発明では、チューブ（１３）内にフィン（ｆ）を介在する構成としたことを特徴とする。
これにより、チューブ（１３）内を流体がフィン（ｆ）に接触しながら流通することで、熱拡散の効果を促進させることができる。

さらに請求項４に記載の発明では、隣接する熱交換器（１０ｕ）間のヘッダタンク（１１）を、車両本体に取り付ける構成としたことを特徴とする。
これにより、複数に連結した熱交換装置の剛性が高まり、耐振性が向上する。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、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一例である。

（第１実施形態）
図１、図２に、本発明にかかる熱交換装置１０を模式的に示す。この熱交換装置１０は、インタークーラーであり、複数（ここでは２つ）の熱交換器１０ｕをヘッダタンク１１を介して互いに連結して構成したものである。
熱交換器１０ｕは、実質的に、コア部１２として、流体として冷却水が流通する複数本の断面扁平形状のチューブ１３と、これらチューブ１３間において、チューブ１３の外表面に接合されて空気との伝熱面積を増大させる波状のフィン１４とを備え、それぞれの熱交換器１０ｕを、チューブ１３の長手方向両端側に位置して、各チューブ１３と連通するヘッダタンク１１とから構成されている。

ヘッダタンク１１は、それぞれの熱交換器１０ｕにおける、複数のチューブ１３端部近傍を互いに接合したコアプレート部１１ａを備え、これらコアプレート部１１ａを、互いに所定の密接面積で液密に、例えばろう付けにより固定した合わせ縁部１１ｅを介して連結して構成している。
その場合、それぞれの熱交換器１０ｕは、複数のチューブ１３端部側が、コアプレート部１１ａで構成するヘッダタンク１１内の密閉された空間に開放されている（図３参照）。
なお、これら２つの熱交換器１０ｕで構成される熱交換装置１０では、図中、上部の導入タンク部１５には、冷却水の入口パイプ１６、下部の排出タンク部１７には出口パイプ１８が設けられている。

以上のような接続構成によれば、圧力損失が生じる箇所は、冷却水の入口パイプ１６、出口パイプ１８の２箇所（ΔＰｇ pipe）、コア部１２におけるチューブ１３への入口出口圧力損失として２箇所（ΔＰｇ tube）、コア部１２における圧力損失として１箇所（ΔＰｇ core）となり、少なくとも、図９に示す連結構成のインタークーラーに比較して圧力損失を抑制することができる。

また、２つの熱交換器１０ｕをヘッダタンク１１を介して結合したことにより、少なくとも、同寸法の単体の熱交換器（インタークーラー）に比較して、２つの熱交換器１０ｕの中間位置にあるヘッダダンク１１結合箇所によって剛性が高くなり、耐振性は向上する。

（第２実施形態）
本発明にかかる熱交換装置１０は、また、図４のように構成することもできる。
この熱交換装置１０では、２つの熱交換器１０ｕを連結する構造として、ヘッダタンク１１内において、隣接する熱交換器１０ｕにおける複数本のチューブ１３間を、互いに流通可能に連結する構成としている。
すなわち、隣接する熱交換器１０ｕにおける複数本のチューブ１３間を、直接、それぞれ連結パイプ１９によって連結する構成としている。なお、チューブ１３内には、図５に示すように、フィンｆが介在されていてもよい。

これにより、チューブ１３同士を直接的に連結したことにより、第１実施形態で示した、圧力損失より、コア部１２におけるチューブ１３への入口出口圧力損失が１箇所（ΔＰｇ tube）となり、一層、圧力損失を抑えることができる。
なお、チューブ１３内にフィンｆを介在する構成とすれば、圧力損失という点では不利になるものの、チューブ１３内を流体がフィンｆに接触しながら流通するため、熱拡散の効果を促進させることができる。

（第３実施形態）
本発明にかかる熱交換装置１０は、また、図６のように構成することもできる。
この場合の熱交換装置１０では、隣接する熱交換器１０ｕ同士を連結するヘッダタンク１１において、車両本体における適宜な固定部材に固定している。
この場合、双方の熱交換器１０ｕにおけるヘッダタンク１１の互いの当接面である、合わせ縁部１１ｅ間に、支持補助部材２０を第１の締付けボルト２１により挟持し、この支持補助部材２０に、車体本体の適宜な固定部材２２に対して第２の締付けボルト２３により固定するようにしている。

以上のような熱交換装置１０によれば、熱交換器１０ｕ同士をヘッダタンク１１を介して連結したことにより剛性、強度が向上したことから、このヘッダタンク１１を利用して車体側に固定することにより、車体から伝わる運転時の振動や衝撃などにも、充分に耐え得る強度を確保することができる。

（第４実施形態）
本発明にかかる熱交換装置１０は、また、図７，８のように構成することもできる。
前述したように、第１〜第３実施形態は、熱交換器１０ｕを２基、連結した例を挙げたが、勿論、熱交換器１０ｕを３基、結合するようにしてもよい。
この場合の圧力損失が生じる箇所は、冷却水の入口パイプ１６、出口パイプ１８の２箇所（ΔＰｇ pipe）、コア部１２におけるチューブ１３への入口出口圧力損失として３箇所（ΔＰｇ tube）、コア部１２における圧力損失として１箇所（ΔＰｇ core）となる。

このように、本発明は、これまでのように、熱交換器１０ｕをつなぐパイプをなくし、熱交換器１０ｕ同士をヘッダタンク１１を介して連結したことにより、剛性、強度が向上すると共に、熱交換器１０ｕをつなぐパイプをなくしたことから、圧力損失を減じることができ、３基、熱交換器１０ｕを連結しても、高効率を確保することができる。

本発明にかかる熱交換装置における、第１実施形態を示す、構成説明図である。図１に示す熱交換装置の側面図である。図２に示すＡ−Ａ線に沿って切断して見た、切断断面図である。本発明にかかる熱交換装置の第２実施形態にかかる連結箇所の、断面説明図である。図４に示す連結箇所の連結構成を示す、模式的な分解斜視図である。本発明にかかる熱交換装置の第３実施形態にかかる連結箇所の、断面説明図である。本発明にかかる熱交換装置における、第４実施形態を示す、構成説明図である。図７に示す熱交換装置の側面図である。従来の熱交換装置の組付け構成の一例を示した、概略構成説明図である。熱交換器単体の概略構成説明図である。

符号の説明

１０熱交換装置
１０ｕ熱交換器
１１コア部
１２チューブ
１３フィン
１４ヘッダタンク
１４ａタンク外郭部
１４ｅ合わせ縁部
１５導入タンク部
１６入口パイプ
１７排出タンク部
１８出口パイプ
１９連結パイプ
２０支持補助部材
２１第１締付けボルト
２２固定部材
２３第２締付けボルト
ｆフィン

Claims

複数の熱交換器（１０ｕ）をヘッダタンク（１１）を介して順次連結して構成した熱交換装置（１０）であって、
前記熱交換器（１０ｕ）は、コア部（１２）として、流体が流通する複数のチューブ（１３）と、これらチューブ（１３）間に介在される波状のフィン（１４）とを備え、
前記ヘッダタンク（１１）は、それぞれの熱交換器（１０ｕ）における、複数のチューブ（１３）端部近傍を互いに接合したコアプレート部（１１ａ）を備えて、これらコアプレート部（１１ａ）を、互いに密着固定して連結する構成とし、
前記複数のチューブ（１３）端部側は、コアプレート部（１１ａ）で構成するヘッダタンク（１１）内の密閉された空間に開放されていることを特徴とする熱交換装置。
前記ヘッダタンク（１１）内において、隣接する熱交換器（１０ｕ）における複数のチューブ（１３）間を、互いに直接、流通可能に連結する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
前記チューブ（１３）内にフィン（ｆ）を介在する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換装置。
隣接する熱交換器（１０ｕ）間のヘッダタンク（１１）を、車両本体に取り付ける構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換装置。