JP5739603B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に係り、例えばラジエータ等に代表される熱交換器に関する。

従来、ラジエータ、オイルクーラ、インタークーラ（アウタクーラ）等の熱交換器において、熱交換器内に空気が滞留するのを抑制する構造を採用したものはよく知られている（特許文献１，２）。
特許文献１に記載されたものは水冷式インタークーラであるが、このインタークーラでは、冷却水が流入するケーシングの上面において、上向きに膨出した断面円弧状の溝を設けておき、ケーシング内の空気を当該溝を通して冷却水注入口まで導き、ここから外部へ排出する構造が採られている。
特許文献２に記載されたものは横流れ式のオイルクーラであるが、このオイルクーラでは、ヘッダパイプ内に空気が残らないように、ヘッダパイプのキャップとチューブとの隙間を小さくし、この隙間に実質的に空気溜まりが発生しない構造を採用している。

実開平５−９６７７９号公報 特開２００１−１１６４８６号公報

しかし、ダンプトラックに用いられるエンジン冷却水用のラジエータを見てみると、悪路走行などにおいて車両が左右に大きく傾斜した場合、ラジエータのアッパータンクでは、もともと存在する空気溜まりが冷却水の液面と共に傾斜してしまい、特許文献１の構造を採用した場合でも、空気を冷却水注入口まで確実に導くことができず、また、特許文献２の構造を採用しても、液面が傾斜することで気泡の発生箇所が安定せず、空気溜まりの発生を完全には防止できない。

そして、アッパータンク内で冷却水の液面が傾斜すると、アッパータンクとコアとを連通させる連通管も空気溜まりに曝されてしまうため、この連通管を通して空気溜まりの空気がラジエータコア内に吸い込まれてしまうことがあり、コアでの冷却水と外気との熱交換が効率よく行われないという問題が生じる。

本発明の目的は、熱交換を効率よく行える熱交換器を提供することにある。

以上の目的を達成するために本発明の熱交換器は、アッパータンク内に存在する空気溜まりを外部に排出したり、空気溜まりの発生そのものを抑制したりするものではなく、大きく姿勢変化した場合でも、存在する空気溜まりがコア内に吸い込まれるのを確実に防止できるよう構成したものであり、具体的には以下の通りである。

すなわち、本発明の熱交換器は、熱交換される流体が流入する入口管を有するアッパータンクと、前記アッパータンクの下側に配置され、前記アッパータンクから流れ落ちる流体が熱交換されるコアと、前記コアの下側に配置され、前記コアからの流体を集約するロアータンクとを備えた縦流れ式であり、前記アッパータンクの内部には、内部空間を下部空間と上部空間とに２分するとともに、前記下部空間および上部空間を連通する連通開口を有したバッフルプレートが設けられ、前記バッフルプレートの長手方向の両端部には、前記下部空間側に折曲した折曲部が設けられ、前記バッフルプレートにおける、前記入口管に対応した前記入口管よりも上方位置に、上向きに凸形状の屋根部が設けられていることを特徴とする。

本発明の熱交換器では、前記折曲部は、水平面に対して前記下部空間側に所定角度傾斜して設けられていることを特徴とする。
ここでの「所定角度傾斜して」とは、水平面に対して鋭角の範囲で傾斜していることをいう。

以上の本発明によれば、熱交換器が傾斜した場合、空気溜まりが形成される上部空間においては、傾斜した上方側に空気溜まりが移動する。この際、バッフルプレートの端部には折曲部が設けられているので、この折曲部によって空気溜まりが形成される容積が増え、空気溜まりを端部側に寄せて確実に溜めておくことができ、空気溜まりの下方側がバッフルプレートの連通開口にかかるのを防止できる。従って、その連通開口部分で空気溜まりから気泡が分離したり、分離した気泡がコア側に引き込まれたりする心配がなくなり、コアでの冷却効率が低下するのを防止できる。

以上の発明において、折曲部を所定角度傾斜させて設けた場合には、ラジエータが傾斜した状態から水平に戻った場合や、流体面が大きく揺れた場合など、当該折曲部での流体の跳ね返りを抑制でき、空気溜まりから気泡が分離し易い状況となるのを回避できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るラジエータ（熱交換器）１０を示す全体斜視図である。ラジエータ１０は、大型のダンプトラック等に搭載されたエンジンの冷却水（熱交換される流体）を冷却するものであり、エンジンからの冷却水が流入するアッパータンク１１と、アッパータンク１１内から流れ落ちる冷却水と外気との熱交換により当該冷却水を冷却するコア１２と、コア１２から流出した冷却水を集約してエンジン側のウォータポンプに戻すロアータンク１３とを備えた縦流れ式に構成されている。なお、アッパータンク１１については後述する。

コア１２は、本実施形態では、水平方向に並設された複数（本実施形態では４つ）のモジュールコア１４で構成されている。コア１２が非常に大型であることから、コア１２を単体で構成すると製造上の困難性が生じる。このために本実施形態では、コア１２をモジュール化された複数のモジュールコア１４で構成することとし、容易に製造できるようにしている。

それぞれのモジュールコア１４は、通常のラジエータに用いられるコアと同様に、アッパータンク１１からの冷却水をロアータンク１３に導く複数のチューブと、チューブ間に介装された波状のフィンとを備えるコルゲートコアなどが採用されている。

これらのモジュールコア１４は、四周枠組みされた枠体２０内に収容されている。この枠体２０は、左右一対の縦フレーム１６、縦フレーム１６の上端間をブラケット１９を介して連結する上フレーム１７、および縦フレーム１６の下端間をブラケット１９を介して連結する下フレーム１８とで構成されている。縦フレーム１６の側面には、ラジエータ１０を車両フレームに固定するためのステイ２１が取り付けられている。

ロアータンク１３は、下フレーム１８の下面に固定されており、各モジュールコア１４と連通した内部空間を有する箱状に形成されている。ロアータンク１３のエンジン側に面した側面には、冷却水戻し用のラジエータホースが接続される出口管２２が取り付けられている。

図２には、アッパータンク１１を一部透視した斜視図が示されている。アッパータンク１１は、矩形状の底プレート３１とその両端に立設された側面プレート３２とを断面略コ字形状のカバープレート３３で覆った箱状とされ、カバープレート３３のフランジ３３Ａを利用して枠体２０の上フレーム１７にボルトにより固定されている。フランジ３３Ａと上フレーム１７との間には薄板状のシート部材３４（図１）が密着した状態で介装されている。

底プレート３１には、各モジュールコア１４（図１）に対応した位置に連通管３５が取り付けられている。すなわち、底プレート３１の下面側にはモジュールコア１４が取り付けられており、連通管３５によりアッパータンク１１の内部空間とモジュールコア１４の上部側とが連通している。アッパータンク１１内に流入した冷却水は、各連通管３５を通してそれぞれのモジュールコア１４に分配される。

カバープレート３３のエンジン側の側面には、冷却水流入用のラジエータホースが接続される入口管３６が取り付けられている。カバープレート３３の一端側の上面には、吸水用のフィラー３７が取り付けられている。カバープレート３３の両端側において、上面の裏側には、スタッドボルト３８が内部空間に収容された状態で取り付けられている。このスタッドボルト３８には、ラジエータ１０を車両に搭載する際などに、吊り込み用のフックボルトが螺設される。また、カバープレート３３の中央には、冷却水の水温や各種状態を検出するセンサの取付ボス３９が設けられている。

このようなアッパータンク１１の内部には、内部空間を長手方向に沿って下部空間４１および上部空間４２に２分するバッフルプレート４０が溶接により取り付けられている。このバッフルプレート４０は、入口管３６を通して下部空間４１内に流入した冷却水中に気泡が含まれる場合、この気泡を上部空間４２に移動させて分離するとともに、分離した気泡を下部空間４１に戻り難くし、連通管３５からモジュールコア１４に引き込まれるのを防止している。

従ってバッフルプレート４０の水平面部分には、長手方向に沿った適宜な位置に複数の連通開口４３が設けられている。この連通開口４３を通して気泡（冷却水を含む）が下部空間４１から上部空間４２に移動する。また、このような構成であるから、上部空間４２内には常時、図３に示すように、空気溜まり４４が存在することになる。ラジエータ１０が水平状態にあるとき、バッフルプレート４０は、後述の屋根部４６の頂部を除き、冷却水の液面よりも下側に位置する。

さらに、本実施形態のバッフルプレート４０の両端には、水平面に対して下部空間４１側に折曲して傾斜した折曲部４５が設けられている。折曲部４５は、両側の連通管３５と干渉しない程度の角度で折曲している。連通管３５と干渉しない角度であれば、例えば９０度程度の角度で折曲されていてもよい。このような折曲部４５が設けられることにより、上部空間４２の両端側での容積が大きくなっている。

そして、折曲部４５の折曲位置および折曲角度は、増量させたい容積とも関係している。車両の悪路走行時には、車両が左右に傾くことでラジエータ１０も傾く。ラジエータ１０が傾くとアッパータンク１１内では、図４に示すように、上部空間４２内の上方に位置した側に空気溜まり４４が移動する。この時、上部空間４２の端部（この場合では上方側の端部）の容積が少ないと、空気溜まり４４の下方側が連通開口４３にかかってしまうため、空気溜まり４４から分離した気泡が連通開口４３を通って下部空間４１に入り込み、連通管３５からモジュールコア１４に引き込まれる可能性がある。

この状態では、モジュールコア１４のチューブ内に気泡が存在することになるから、冷却水の流れが阻害され、冷却効率が低下する。また、場合によっては、気泡がウォータポンプまで達し、キャビテーションの原因になることも考えられ、このような気泡の引込を防止する必要がある。

つまり、本実施形態では、そのような気泡の引込を防止するために、バッフルプレート４０の両端に折曲部４５を設けて容積アップを図っているのである。この構成により、図４に示すように、空気溜まり４４が上方に移動した場合でも、空気を容積増量部分に十分に溜めておくことができ、空気溜まり４４の下方側が連通開口４３にかからないようになっている。

図４に図示した状態は、ラジエータ１０が約２０度傾斜した状態であるが、本実施形態では、ラジエータ１０が２５度傾斜した場合でも、空気溜まり４４の下方側が連通開口４３にかからないように上部空間４２の端部容積が増量されており、そのような増量分の容積が確保されるように折曲部４５の折曲位置および折曲角度が決められている。

以上のバッフルプレート４０により、ラジエータ１０が傾斜した場合でも、空気溜まり４４が連通開口４３にかかる心配がないから、空気溜まり４４から気泡が分離するのを防いでコア１２内に引き込まれるのを防止でき、冷却効率の低下を抑制できる。
また、バッフルプレート４０が設けられていることで、入口管３６から流入した冷却水を、波打つことなくなめらかにモジュールコア１４に流すことができる。さらに、冷却水が波打つことがないので、冷却水中に気泡をより混入し難くできる。

ここで、連通開口４３を中央寄りに設けることで、ラジエータ１０が傾斜した際の空気溜まりの連通開口４３へのかかりを防止することも可能であるが、連通開口４３を中央寄りにのみ設けると、流入した冷却水中の気泡を良好に上部空間４２に導くことができない可能性がある。このことから、複数の連通開口４３を、本実施形態のように、バッフルプレート４０の長手方向に互いに離間させて設けることが望ましい。

なお、アッパータンク１１は、ラジエータ１０全体の小型化の要請から、上下寸法が低く抑えられている。一方で、空気溜まり４４を確保するためには所定容積の上部空間４２が必要となる。そのためには、バッフルプレート４０の位置を低くし、できる限り下部空間４１の容積を抑える必要がある。

そこで、本実施形態では、バッフルプレート４０の前記入口管３６に対応した位置に、当該入口管３６と干渉しないように上向きに凸状とされた屋根部４６を設け、この屋根部４６の下方に入口管３６を位置させることで、バッフルプレート４０全体の位置を低くしつつ、冷却水を下部空間４１に確実に流入させるようにしている。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、前記実施形態では、折曲部４５がバッフルプレート４０の端部に設けられていたが、バッフルプレート４０の中央位置から端部に向けて全体的に傾斜するように折曲部を設けてもよい。
また、前記実施形態の折曲部４５は斜めに傾斜した形状であったが、前述したように鉛直に折曲していてもよく、さらに、段差を有した階段状に設けられていてもよい。

前記実施形態では、本発明の熱交換器としてラジエータ１０について例示したが、本発明の熱交換器としてはこれに限定されず、オイルクーラなどであってもよく、アッパータンクを備えたあらゆる熱交換器に適用できる。

本発明は、ダンプトラック等の大型の輸送車両や、姿勢変化が頻繁に生じる建設機械に限らず、一般のトラックあるいは自動車などにも利用可能である。

本発明の一実施形態に係る熱交換器を示す全体斜視図。 前記熱交換器を構成するアッパータンクを一部透視した斜視図。 前記アッパータンクを示す断面図。 前記アッパータンクが傾斜した状態を示す断面図。

１０…熱交換器、１１…アッパータンク、１２…コア、１３…ロアータンク、４０…バッフルプレート、４１…下部空間、４２…上部空間、４３…連通開口、４４…空気溜まり、４５…折曲部。

Claims (2)

1. 熱交換される流体が流入する入口管を有するアッパータンクと、
   前記アッパータンクの下側に配置され、前記アッパータンクから流れ落ちる流体が熱交換されるコアと、
   前記コアの下側に配置され、前記コアからの流体を集約するロアータンクとを備えた縦流れ式であり、
   前記アッパータンクの内部には、内部空間を下部空間と上部空間とに２分するとともに、前記下部空間および上部空間を連通する連通開口を有したバッフルプレートが設けられ、
   前記バッフルプレートの長手方向の両端部には、前記下部空間側に折曲した折曲部が設けられ、
   前記バッフルプレートにおける、前記入口管に対応した前記入口管よりも上方位置に、上向きに凸形状であって、前記連通開口の上下方向における位置よりも前記上部空間側に突出する屋根部が設けられている
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、
   前記折曲部は、水平面に対して前記下部空間側に所定角度傾斜して設けられている
   ことを特徴とする熱交換器。

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