JP2004092921A

JP2004092921A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004092921A
Application number: JP2002250804A
Authority: JP
Inventors: Naoki Ueda; 上田　直樹
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25
Also published as: US20040108097A1; DE10339707A1

Abstract

【課題】コスト増加を抑えつつ、耐熱性向上可能とする熱交換器を提供する。
【解決手段】第１熱交換器１００と、この第１熱交換器１００内を流通する内部流体の下流側に配設される第２熱交換器２００とを有する熱交換器において、第１熱交換器１００と第２熱交換器２００とは異なる材質から成るようにする。内部流体が第１熱交換器１００、第２熱交換器２００によって順次冷却される場合には、第１熱交換器１００を形成する材質は、第２熱交換器２００を形成する材質よりも温度に対する強度特性が優れたものにする。更に具体的には、第１熱交換器１００を形成する材質を銅材あるいは銅系材とし、第２熱交換器２００を形成する材質をアルミニウム材あるいはアルミニウム系材とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給されたエンジン燃焼用空気を冷却するインタークーラに用いて好適な熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱交換器として、実開平３−５１１３８号公報に示されるように、エンジン吸気流路に配設されたターボチャージャーの下流側に設けられると共に、第１インタークーラと第２インタークーラとに分割され、且つ両者が一体的に形成された２分割インタークーラが知られている。両インタークーラの間にはスーパーチャージャーおよびバイパスバルブが配設されており、エンジン低中回転領域ではバルブが閉じられ、ターボチャージャーで過給された空気がスーパーチャージャーよりも上流側となる第２インタークーラで冷却されることによって、スーパーチャージャーに対する耐熱性の低下を防止するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、過給された空気によるインタークーラへの耐熱性に関わる考慮は無く、過給される空気温度によっては、インタークーラ自身の耐久性低下に繋がることになり、耐熱性仕様のインタークーラとすればコストが大きく増加してしまう。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、コスト増加を抑えつつ、耐熱性向上可能とする熱交換器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、第１熱交換器（１００）と、この第１熱交換器（１００）内を流通する内部流体の下流側に配設される第２熱交換器（２００）とを有する熱交換器において、第１熱交換器（１００）と第２熱交換器（２００）とは異なる材質から成ることを特徴としている。
【０００７】
これにより、第１熱交換器（１００）と第２熱交換器（２００）とを有するものにおいては、それぞれの熱交換器（１００、２００）に流入する内部流体の温度が異なるので、内部流体の温度に応じてそれぞれの熱交換器（１００、２００）の材質設定が可能となり、コスト増加を抑えて耐熱性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明のように、内部流体が第１熱交換器（１００）、第２熱交換器（２００）によって順次冷却される場合には、第１熱交換器（１００）を形成する材質は、第２熱交換器（２００）を形成する材質よりも温度に対する強度特性が優れたものにしてやれば良い。
【０００９】
更に具体的には、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の発明においては、第１熱交換器（１００）を形成する材質を銅材あるいは銅系材とし、第２熱交換器（２００）を形成する材質をアルミニウム材あるいはアルミニウム系材としてやれば、引張り強さ高めることができるので高温側となる第１熱交換器（１００）の耐熱性を十分に向上させることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、内部流体は、過給されてエンジンに吸入される燃焼用の空気であり、第１熱交換器（１００）および第２熱交換器（２００）は、空気を冷却する第１インタークーラ（１００）および第２インタークーラ（２００）であることを特徴としており、内部流体の温度が第１側と第２側とで大きく異なるインタークーラ（１０）に適用して好適となる。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、請求項３または請求項４に記載の発明において、第１熱交換器（１００）および第２熱交換器（２００）は、エンジン冷却用のアルミニウム製ラジエータ（３００）と共に外部流体の流れ方向に並ぶように配置され、第１熱交換器（１００）は、第２熱交換器（２００）およびラジエータ（３００）の下流側に配置されたことを特徴としている。
【００１２】
これにより、外部流体中に含まれる砂等の微小な異物によって第１熱交換器（１００）の銅材あるいは銅系材が削られて銅粉となって飛散する場合でも、外部流体の下流側に流れ、アルミニウム製のラジエータ（３００）や第２熱交換器（２００）に付着することが無いので、銅粉による電食を防止することができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、第１インタークーラ（１００）および第２インタークーラ（２００）は、エンジン冷却用のアルミニウム製ラジエータ（３００）と共に外部流体の流れ方向に並ぶように配置され、第１インタークーラ（１００）は、第２インタークーラ（２００）の上流側に配置されたことを特徴としている。
【００１４】
これにより、外部流体中に含まれる砂等の微小な異物によって第１インタークーラ（１００）の銅材あるいは銅系材が削られて銅粉となって飛散する場合、外部流体の下流側の第２インタークーラ（２００）に付着することになる。通常、ラジエータとインタークーラとでは、内部流体の作動圧力がインタークーラの方が高いため構成される部材の板厚は厚く設定されるので腐食に対しては優位となり、第２インタークーラ（２００）がラジエータ（３００）に対するフィルターの役目を果たし、銅粉によるラジエータ（３００）の電食を防止することができる。
【００１５】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図３に示す。本発明の熱交換器は、過給され高温となったエンジン燃焼用空気（内部流体）を内部に流通させて冷却風（外部流体）によって冷却するインタークーラ１０としている。
【００１７】
インタークーラ１０は、第１インタークーラ（第１熱交換器）１００と第２インタークーラ（第２熱交換器）２００とから成り、ホース２０によって互いに接続されている。内部を流通する空気は、第１インタークーラ１００側から流入し、下流側となる第２インタークーラ２００側から流出する。
【００１８】
そして、両インタークーラ１００、２００は、車両のエンジンルーム内に配設されており、エンジン冷却用のラジエータ３００に対して、第１インタークーラ１００が冷却風の流れ方向の下流側に位置し、第２インタークーラ２００が冷却風の流れ方向の上流側に位置している。尚、ラジエータ３００は、熱交換部としてのコア部３０１がアルミニウム材あるいはアルミニウム系材から成るアルミニウム製ラジエータとしている。また、冷却風は、車両走行時におけるラム圧および図示しないエンジンによって駆動される冷却ファン１によって得られる。
【００１９】
因みに、上記両インタークーラ１００、２００およびラジエータ３００の配置については以下のような配慮をしている。即ち、両インタークーラ１００、２００を共にラジエータ３００の上流側に配置すると冷却風の温度上昇が大きく、その分ラジエータ３００の冷却性能が低下してしまうので、まず、インタークーラ１００と２００とをラジエータ３００の上流側および下流側に配置している。更に、各インタークーラ１００、２００内を流通する空気と冷却風との温度差を共に大きく確保するために、流入空気温度の高い第１インタークーラ１００を下流側に配置している。
【００２０】
両インタークーラ１００、２００は、図２に示すように、共に基本構造は同一のものとしており、左タンク１１０、右タンク１２０、コア部１３０から成る。左タンク１１０、右タンク１２０は共に断面が略Ｕ字状を成しコア部１３０側に開口する鋳物製の容器であり、天井部にはそれぞれパイプ１１１、１２１が一体で形成されている。
【００２１】
コア部１３０は、フィン１３１およびチューブ１３２が複数積層され、最外方フィン１３１の更に外方にサイドプレート１３３が設けられ、更にチューブ１３２の長手方向両端部にコアプレート１３４が設けられたものである。上記各部材は、一体でろう付けされコア部１３０を形成している。尚、チューブ１３２内には、伝熱面積を拡大すると共に流通する空気に対して乱流効果を与えて熱伝達を向上させるためのインナーフィンが挿入されている。
【００２２】
そして、上記コアプレート１３４に左右タンク１１０、１２０の開口側が溶接により接合されて両インタークーラ１００、２００は形成され、パイプ１２１同士がホース２０によって接続されてインタークーラ１０が形成される。
【００２３】
ここで、本発明の特徴部として、各インタークーラ１００および２００を形成する各部材の材質が異なるようにしている。具体的には、第１インタークーラ１００を形成する各部材は、銅材あるいは銅系材（以下、銅材）から成り、第２インタークーラ２００を形成する各部材は、アルミニウム材あるいはアルミニウム系材（以下、アルミ材）から成るようにしている。銅材は、アルミ材に比べて温度に対する強度特性、例えば引張り強さが図３に示すように優れている。
【００２４】
次に、上記構成に基づく作動および作用効果について説明する。過給された高温（近年では過給度合いが高められ２４０℃レベルとなる）の空気は、第１インタークーラ１００に流入し、ラジエータ３００を通過した冷却風との熱交換により１回めの冷却（略１００℃レベルとなる）が行われる。そして、この空気は第２インタークーラ２００に流入し、ラジエータ３００を通過する前の冷却風との熱交換により２回めの冷却（最終的な空気温度は５０℃レベルまで低下される）が行われ、エンジン側へ流出する。
【００２５】
上記したように第１インタークーラ１００に流入する空気温度はその絶対値自体が非常に高く、また第２インタークーラ２００に流入する空気温度と比べても高いため、図３に示すように、アルミ材のように温度によって引張り強さの低下度合いが大きいものにおいては、車両走行時の振動負荷等に対して十分な強度が確保できなくなる。これを補うために各部材（特にフィン１３１やチューブ１３２等）の板厚を上げて対応することも考えられるが、冷却風や内部空気流通時の大幅な抵抗増加を招き、実質的な対応は不可能である。
【００２６】
しかしながら、本発明のように第１インタークーラ１００と第２インタークーラ２００とを有するものにおいては、それぞれのインタークーラ１００、２００に流入する空気温度に応じて材質設定が可能であり、コスト増加を抑えて耐熱性を向上させることができる。
【００２７】
即ち、流入空気温度の高い第１インタークーラ１００の材質を引張り強さがアルミ材よりも優れる銅材としているので、耐熱性を向上できることになり、コスト増加は第１インタークーラ１００の分だけで済む。尚、銅材による強度アップ分に対して、各部材の板厚を更に調整することで最適な強度確保が可能であり、コスト増加も更に抑えることができる。
【００２８】
また、銅材から成る第１インタークーラ１００を第２インタークーラ２００およびラジエータ３００の下流側に配置しているので、建設用車両のように冷却風中に含まれる砂等の微小な異物によって第１インタークーラ１００の銅材が削られて銅粉となって飛散する場合でも、冷却風の下流側に流れ、アルミニウム製のラジエータ３００や第２インタークーラ２００に付着することが無く、銅粉による電食を防止することができる。
【００２９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図４に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して第１、第２インタークーラ１００、２００の配置を変更したものである。
【００３０】
第１、第２インタークーラ１００、２００本意で考えれば、その冷却性能を向上させるためには冷却風温度の低い領域となるラジエータ３００の上流側に配置するのが望ましい。更にここでは、銅材から成る第１インタークーラ１００をアルミ材から成る第２インタークーラ２００よりも上流側に配置している。
【００３１】
これにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。ここでは、冷却風中に含まれる砂等の微小な異物によって第１インタークーラ１００の銅材が削られて銅粉となって飛散する場合、冷却風の下流側の第２インタークーラ２００に付着することになる。通常、ラジエータとインタークーラとでは、内部流体の作動圧力がインタークーラの方が高いため構成される部材の板厚は厚く設定されるので腐食に対しては優位となり、第２インタークーラ２００がラジエータ３００に対するフィルターの役目を果たし、銅粉によるラジエータ３００の電食を防止することができる。
【００３２】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、本発明の熱交換器をインタークーラ１０に適用して説明したが、これに限らず第１側と第２側の２つに分かれたものであれば、ラジエータ、オイルクーラ、コンデンサー等にも同様に適用できる。
【００３３】
また、材質の選定もアルミ材と銅材に限定されることなく、使用される温度に応じて、温度の厳しい側に強度特性の優れるものを用いれば良い。例えばステンレス材とアルミ材との組合せや、ステンレス材と銅材との組合せ等とすれば良い。
【００３４】
更に、熱交換器は内部流体を冷却するものに限らず加熱するものとしても良く、この場合は温度の高くなる第２熱交換器側の材料選定により耐熱性を向上させるようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるインタークーラおよびラジエータの車両搭載状態を示す断面図である。
【図２】図１におけるインタークーラを示す正面図である。
【図３】温度に対する銅系材およびアルミニウム系材の引張り強さを示す特性図である。
【図４】本発明の第２実施形態におけるインタークーラおよびラジエータの車両搭載状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　インタークーラ（熱交換器）
１００　第１インタークーラ（第１熱交換器）
２００　第２インタークーラ（第２熱交換器）
３００　ラジエータ

Claims

第１熱交換器（１００）と、この第１熱交換器（１００）内を流通する内部流体の下流側に配設される第２熱交換器（２００）とを有する熱交換器において、
前記第１熱交換器（１００）と前記第２熱交換器（２００）とは異なる材質から成ることを特徴とする熱交換器。
前記内部流体は、前記第１熱交換器（１００）、前記第２熱交換器（２００）によって順次冷却されるものであって、
前記第１熱交換器（１００）を形成する前記材質は、前記第２熱交換器（２００）を形成する前記材質よりも温度に対する強度特性が優れていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記第１熱交換器（１００）を形成する前記材質は、銅材あるいは銅系材であり、
前記第２熱交換器（２００）を形成する前記材質は、アルミニウム材あるいはアルミニウム系材であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
前記内部流体は、過給されてエンジンに吸入される燃焼用の空気であり、
前記第１熱交換器（１００）および前記第２熱交換器（２００）は、前記空気を冷却する第１インタークーラ（１００）および第２インタークーラ（２００）であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
前記第１熱交換器（１００）および前記第２熱交換器（２００）は、エンジン冷却用のアルミニウム製ラジエータ（３００）と共に外部流体の流れ方向に並ぶように配置され、
前記第１熱交換器（１００）は、前記第２熱交換器（２００）および前記ラジエータ（３００）の下流側に配置されたことを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の熱交換器。
前記第１インタークーラ（１００）および前記第２インタークーラ（２００）は、エンジン冷却用のアルミニウム製ラジエータ（３００）と共に外部流体の流れ方向に並ぶように配置され、
前記第１インタークーラ（１００）は、前記第２インタークーラ（２００）の上流側に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。