JP2010106723A - ハイブリッド型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 大型化や部品点数の大幅な増加を招くことなく、冷却性能を向上できるハイブリッド型熱交換器の提供。
【解決手段】 冷却水を流通媒体とするインタークーラ１の放熱部（コア部４）に、インタークーラ１のターボチャージャー１７のコンプレッサ１７ａから導入された吸入空気を熱交換させる受熱部材（ケーシング５）を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド型熱交換器に関する。

従来、熱交換器として特許文献１に記載の水冷式インタークーラの技術が知られている。
この発明によれば、インタークーラのターボチャージャーのコンプレッサから導入された吸入空気を、車両走行風またはファンの強制風で冷却されたサブラジエータの冷却水と熱交換させて冷却している。
特開平２−２９８６２３号公報

しかしながら、近年のエンジン出力向上に伴う高い冷却性能を満足させるために熱交換器は大型化する一方、車室スペースの拡大化に伴ってエンジンルームは狭小化しており、対応が困難になりつつあった。
また、特にターボチャージャー付きエンジン車両の冷却回路では、搭載部品が増えるために高性能でコンパクトな熱交換器が望まれていた。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、大型化や部品点数の大幅な増加を招くことなく、冷却性能を向上できるハイブリッド型熱交換器を提供することである。

冷却水を流通媒体とする熱交換器の放熱部に、インタークーラのターボチャージャーのコンプレッサから導入された吸入空気を熱交換させる受熱部材を設けたことを特徴とする。

この発明では、熱交換器の放熱部に、インタークーラのターボチャージャーのコンプレッサから導入された吸入空気を熱交換させる受熱部材を設けている。
これにより、大型化や部品点数の大幅な増加を招くことなく、冷却性能を向上できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
なお、実施例１ではハイブリッド型熱交換器をインタークーラに適用した例について説明する。

図１は実施例１のハイブリッド型熱交換器の斜視図、図２は同後面図、図３は同上面図、図４は同右側面図である。
図５は図２のＳ５−Ｓ５線における断面図、図６は実施例１のハイブリッド型熱交換器が採用された車両の冷却回路を説明する図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１〜４に示すように、実施例１のハイブリッド型熱交換器が採用されたインタークーラ１は、所定間隔を置いて配置された一対のタンク2,3と、これら一対のタンク2,3の間に配置されたコア部４と、コア部４の一部分とタンク３を囲繞して設けられたケーシング５等が備えられている。

タンク２は、内部中央に介装された仕切り壁２ａによって２つの室R1,R3に区分けされている。
タンク２の後面には、室Ｒ１と連通した状態で円筒状の冷却水入力ポートＰ１が後方へ向けて突設される一方、室Ｒ３と連通した状態で円筒状の冷却水出力ポートＰ２が後方へ向けて突設されている。
一方、タンク３内は密封されて、その内部に室Ｒ２が形成されている。

コア部４は、一対のタンク2,3に両端部が挿通し固定された複数の偏平管状のチューブ６と、チューブ６と交互に積層され、隣接するチューブ６に波状の頂部が接合された複数の波板状のフィン７とから構成されている。
また、コア部４の積層方向両端部は、一対の一対のタンク2,3に両端部が挿通し固定されたレインフォース8,9で連結補強されている。

ケーシング５は、複数のチューブ６が貫通した略平板状の閉塞プレート１０と、この閉塞プレート１０に接合されて、その密閉された内部にタンク３、チューブ６の一部、及びレインフォース8,9の一部を囲繞する略有底箱状のケーシング本体１１とが備えられている。

図５に示すように、ケーシング５の後面における内側中央には、コア部４に近接した位置に延設された板状の仕切り部１２が形成されている。
また、ケーシング５の後面には、仕切り部１２の下方位置において、後方へ向かって徐々に膨出した形状のシュラウド部１３に接続された円筒状の吸入空気入力ポートＰ３がケーシング５内の下方空間に連通して設けられている。
また、ケーシング５の後面には、仕切り部１２の上方位置において、後方へ向かって徐々に膨出した形状のシュラウド部１４に接続された円筒状の吸入空気出力ポートＰ４がケーシング５内の上方空間に連通して設けられている。

一方、ケーシング５の前面には、仕切り部１２の高さ位置を頂点位置として前方へ膨出した円弧状のシュラウド部１５が形成されている。

その他、インタークーラ１の各構成部材は全てアルミ製であり、前述した各構成部材の接合部同士のうちのすくなくとも一方にはブレージングシートから構成され、又は予めフラックスを塗布や貼付したろう材が成形されている。
そして、これらは予め仮組みされた後、加熱炉内で熱処理されることにより、接合部同士がろう付け接合されている。
ケーシング本体１１の各部や閉塞プレート１０に対する接合は溶接等を用いても良い。

インタークーラ１の詳細な部位の形状や寸法等は適宜設定できる。
また、実施例１では、構造上の理由からケーシング５内のチューブ６同士間に配置されたフィン７ａはケーシング５外に設けられたフィン７とは別部材で構成しているが、この限りではなく、フィン７ａを省略する場合もあり得る。

次に、インタークーラが採用される車両について説明する。
図６に示すように、インタークーラ１は、所謂ターボチャージャー付きのエンジン車両が採用されたターボチャージャーガス回路Ａ１に用いられ、エンジンルーム内前方において一対のタンク2,3を車幅方向に離間させた状態で搭載される。
この際、冷却水入力ポートＰ１と冷却水出力ポートＰ２はウォーターポンプ１６と接続管a1,a2で環状に接続されて、冷却水を流通媒体とするインタークーラ専用冷却回路Ａ２を形成する。
一方、ケーシング５の吸入空気入力ポートＰ３は、ターボチャージャー１７のコンプレッサ１７ａ側の接続管ａ４に接続される一方、吸入空気出力ポートＰ４は、エンジン１８側の接続管ａ５に接続される。

次に、作用を説明する。
<インタークーラの作動について>
そして、インタークーラ専用冷却回路Ａ２において、先ず、冷却水（図６の二点鎖線矢印で図示）はウォーターポンプ１６の駆動により接続管ａ１を介してインタークーラ１の冷却水入力ポートＰ１からタンク２の室Ｒ１に流入する。
タンク２の室Ｒ１に流入した冷却水は、室Ｒ１と室Ｒ２に対応するチューブ６を流通する間に、コア部４を通過するファンの強制風または車両走行風（図３の破線矢印で図示）と熱交換されて冷却した後、室Ｒ２に流入する。
次に、室Ｒ２に流入した冷却水は、室Ｒ２と室Ｒ３に対応するチューブ６を流通する間に、コア部４を通過するファンの強制風または車両走行風と熱交換されて冷却した後、室Ｒ３に流入する。
次に、室Ｒ３に流入した冷却水は冷却水出力ポートＰ２を介して排出された後、接続管ａ２を介して再びウォーターポンプ１６に戻って循環する。

一方、ターボチャージャーガス回路Ａ１において、図外のエアクリーナから導入された吸入空気（図６の一点鎖線矢印で図示）は、先ず、接続管ａ３によりターボチャージャー１７のコンプレッサ１７ａへ導入されて所定温度（１６０〜１８０℃前後）に加圧・高温化される。
次に、コンプレッサ１７ａで加圧・高温化された吸入空気は、接続管ａ４によりインタークーラ１の吸入空気入力ポートＰ３からケーシング５内に流入する。
次に、ケーシング５内に流入した吸入空気は、チューブ６内を流通する冷却水と、タンク３内の冷却水の両方と熱交換して所定温度（４０〜６０℃前後）まで冷却された後、吸入空気出力ポートＰ４から排出される。

次に、吸入空気出力ポートＰ４から排出された吸入空気は、接続管ａ５（インテークマニホールド）を介してエンジン１８の図示しない吸気ポートへ供給されることにより、エンジン１８の過給効率を高めてエンジン出力を向上できるようになっている。
次に、エンジン１８の図示しない排気ポートから排出された排気ガスは、接続管ａ６（エキゾーストマニホールド）によりターボチャージャー１７へ導入されてタービン１７ｂを駆動した後、接続管ａ７により図外の触媒装置やメインマフラー等を介して車外へ排出される。

このように、実施例１では、インタークーラ１の冷却水をコア部４を通過するファンの強制風または車両走行風で冷却し、この冷却された冷却水でもってケーシング５内の吸入空気を冷却する。
従って、インタークーラ１は、従来のサブラジエータと水冷式インタークーラが一体的に形成されたハイブリッド型熱交換器として機能する。
これにより、インタークーラ１のコンパクト化を実現できると共に、冷却効率の向上を実現でき、ひいてはエンジン出力の更なる向上を実現できる。

<ケーシングの配置について>
実施例１では、図５に示すように、ケーシング５の前面のシュラウド部１５に車両走行風またはファンの強制風（図５中破線矢印で図示）が当たる。
これにより、ケーシング５内ではコア部４を通過した吸入空気（図５中一点鎖線矢印で図示）をシュラウド部１５と熱交換させて冷却した後、再びコア部４に通過させることができ、これにより、吸入空気の冷却性能を向上できる。

<ケーシングの形状について>
ケーシング５の冷却水入力ポートＰ１及び冷却水出力ポートＰ２には、仕切り部１２で仕切られたコア部４に対応する部位に向かって徐々に拡径するシュラウド部13,14を形成する一方、ケーシング５の前方側には前方へ膨出した形状のシュラウド部１５を形成している。
これにより、図５の一点鎖線矢印で示すように、吸入空気のスムーズな流通を促進でき、無駄な流通抵抗を少なくして、熱気の停滞による冷却性能の低下を防止できる。

<ケーシング内のフィンについて>
実施例１ではケーシング５内のチューブ６同士間にもフィン７ａを配置しているため、フィン７ａを省略する場合に比べて、吸入空気の冷却性能を向上できる。
また、前述したように、ケーシング５内の吸入空気の流通抵抗の低減を図っているため、フィン７ａによる悪影響を考慮する必要がない。

<ケーシング内のフィンについて>
実施例１では、ケーシング５がコア部４の一部及びタンク３を覆って設けられている。
これにより、ケーシング５がコア部４の一部のみを覆って設けられる場合に比べて、吸入空気をタンク３内の冷却水と熱交換させて冷却でき、吸入空気の冷却性能を向上できる。
更に、ケーシング５とチューブ６の温度差による熱歪の影響を受けない為、熱交換器の耐久性が向上すると共に冷却システムを簡素化できる。

<吸入空気と冷却水の流れについて>
ケーシング５内において、吸入空気は吸入空気入力ポートＰ３から吸入空気出力ポートＰ４へ向かって上方に移動し、タンク３内の冷却水は下方に移動する。
これにより、吸入空気と冷却水は対向流となるため、吸入空気の冷却性能を向上できる。

<吸入空気と冷却水の流れについて>
ケーシング５内の略中央にはコア部４に近接して突設された仕切り部１２が形成されているため、吸入空気入力ポートＰ３からケーシング５内に流入した吸入空気を確実にコア部４に２回通過させることができる。
また、吸入空気出力ポートＰ４から排出される吸入空気が再び吸入空気入力ポートＰ３側へ吹き返すのを防止できる。

<インタークーラ専用冷却回路について>
実施例１では、冷却水入力ポートＰ１と冷却水出力ポートＰ２はウォーターポンプ１６と接続管a1,a2で環状に接続されて、冷却水を流通媒体とするインタークーラ専用冷却回路Ａ２を形成している。
これにより、エンジン冷却回路の冷却水の一部を用いる場合に比べて、ラジエータの負担増を招くことなく、安定した冷却水の冷却が可能となり、この結果、吸入空気を安定して冷却でき、ひいてはターボチャージャーによるエンジン出力向上を安定して行える。

次に、実施例１の効果を請求項１〜５に対応する（１）〜（５）共に列記する。
（１）冷却水を流通媒体とするインタークーラ１の放熱部（コア部４）に、インタークーラ１のターボチャージャー１７のコンプレッサ１７ａから導入された吸入空気を熱交換させる受熱部材（ケーシング５）を設けた。
これにより、大型化や部品点数の大幅な増加を招くことなく、冷却性能を向上できる。

（２）インタークーラ１は、所定間隔を置いて配置された一対のタンク2,3と、両タンク2,3に両端部が挿通し固定され、放熱部としての複数のチューブ６を備え、ケーシング５はタンク３とチューブ６の一部を囲繞すると共に、吸入空気の吸入空気入力ポートＰ３及び吸入空気出力ポートＰ４を備えることとした。
これにより、簡便な構成でもって受熱部材を構成できる他、（１）と同様の作用・効果を得ることができる。

（３）インタークーラ１の冷却水入力ポートＰ１と冷却水出力ポートＰ２との間にウォーターポンプ１６を設けて冷却媒体を循環させることとした。
これにより、エンジン冷却回路に負担を与えることがない上、インタークーラ専用冷却回路Ａ２とすることで安定した吸入空気の冷却が可能となる。

（４）受熱部材をチューブ６の下流側に設けたこととした。
これにより、受熱部材をチューブ６の中途部や上流側に設けた場合に比べて、吸入空気の冷却性能を向上できる。
（５）受熱部材内を含むチューブ６同士間にフィン７を設けたこととした。
これにより、吸入空気の冷却性能を向上できる。

次に、その他に考えられる請求項（６）〜（８）とその効果を共に列記する。
（６）所定間隔を置いて配置される一対のタンク2,3と、両タンク2,3に両端部が挿通し固定された複数のチューブ６を備え、チューブ６に車両走行風またはファンによる強制風を当てて該チューブ６の流通媒体（冷却水）を冷却するようにした熱交換器（インタークーラ１）において、チューブ６の一部をケーシング５で囲繞すると共に、このケーシング５に該チューブ６の冷却媒体よりも温度が高い流通媒体（吸入空気）を流通させるための吸入空気入力ポートＰ３及び吸入空気出力ポートＰ４を設けた。
これにより、（１）と同様の作用・効果を得ることができる。

（７）ケーシング５に流通する流通媒体をインタークーラ１のターボチャージャー１７のコンプレッサ１７ａから導入された吸入空気とした。
これにより、近年、高性能化とコンパクト化の両立が要求されているインタークーラに適用して好適となる。

（８）熱交換器のチューブに流通する流通媒体をエンジン冷却回路とは独立して循環するインタークーラ専用冷却回路Ａ２の冷却水とした。
これにより、（３）と同様の作用・効果を得ることができる。

以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、ハイブリッド型熱交換器の種類はインタークーラに限らず、その他の一般的な熱交換器に適用しても良い。

実施例１のハイブリッド型熱交換器の斜視図である。 実施例１のハイブリッド型熱交換器の後面図である。 実施例１のハイブリッド型熱交換器の上面図である。 実施例１のハイブリッド型熱交換器の右側面である。 図２のＳ５−Ｓ５線における断面図である。 実施例１のハイブリッド型熱交換器が採用された車両の冷却回路を説明する図である。

符号の説明

ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７ 接続管
Ａ１ ターボチャージャーガス回路
Ａ２ インタークーラ専用冷却回路
Ｐ１ 冷却水入力ポート
Ｐ２ 冷却水出力ポート
Ｐ３ 吸入空気入力ポート
Ｐ４ 吸入空気出力ポート
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 室
１ インタークーラ
２、３ タンク
２ａ 仕切り壁
４ コア部
５ ケーシング
６ チューブ
７ フィン
８、９ レインフォース
１０ 閉塞プレート
１１ ケーシング本体
１２ 仕切り部
１３、１４、１５ シュラウド部
１６ ウォーターポンプ
１７ ターボチャージャー
１７ａ コンプレッサ
１７ｂ タービン
１８ エンジン

Claims (5)

1. 冷却水を流通媒体とする熱交換器の放熱部に、インタークーラのターボチャージャーのコンプレッサから導入された吸入空気を熱交換させる受熱部材を設けたことを特徴とするハイブリッド型熱交換器。
2. 請求項１記載のハイブリッド型熱交換器において、
   前記熱交換器は、所定間隔を置いて配置された一対のタンクと、
   前記一対のタンクに両端部が連通接続され、前記放熱部としての複数のチューブを備え、
   前記受熱部材は、前記一対のタンクのうちのいずれか一方のタンクと前記チューブの一部とを囲繞すると共に、前記吸入空気の出入り口を備えることを特徴とするハイブリッド型熱交換器。
3. 請求項１または２記載のハイブリッド型熱交換器において、
   前記熱交換器の流通媒体の入口と出口との間に循環ポンプを設けて流通媒体を循環させることを特徴とするハイブリッド型熱交換器。
4. 請求項２または３記載のハイブリッド型熱交換器において、
   前記受熱部材をチューブの下流側に設けたことを特徴とするハイブリッド型熱交換器。
5. 請求項２〜４のうちのいずれかに記載のハイブリッド型熱交換器において、
   前記受熱部材内を含むチューブ同士間にフィンを設けたことを特徴とするハイブリッド型熱交換器。

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