JP2012017921A

JP2012017921A - 熱交換器及びそれを用いたエンジンの吸気冷却装置

Info

Publication number: JP2012017921A
Application number: JP2010155779A
Authority: JP
Inventors: Shin Ishii; 森石井; Kiyohiro Shimokawa; 清広下川; Yusuke Adachi; 祐輔足立; Masaru Nakajima; 大中島; Shotaro Iikubo; 将太郎飯窪
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2012-01-26

Abstract

【課題】入口側タンク内にガイドベーンを設けることなく、チューブの比較的簡単な形状の変更で、一部のチューブへの流体の流れの偏りを抑制し、熱交換性能を向上する。
【解決手段】内部に流体の通過する扁平通路が形成された複数本のチューブ２１ａ〜２３ａが水平方向に延び鉛直方向に間隔をあけて配設され、隣り合うチューブに交互に接触するように波板状に形成された複数枚のフィン２４が各チューブの間に配設される。複数本のチューブの流体入口に単一の入口側タンクが連通接続され、複数本のチューブの流体出口に単一の出口側タンク２６が連通接続される。入口側タンクに流体導入口が形成され、出口側タンクに流体排出口が形成される。流体導入口に対向するチューブ２１ａの水平段における孔面積が最も小さく形成され、流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブ２２ａ,２３ａの孔面積が複数の水平段毎に大きくなるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体を熱媒体により冷却又は加熱する熱交換器と、その熱交換器を用いたエンジンの吸気冷却装置に関するものである。

従来、ブロワの空気吐出管又はターボ過給機のブロワ出口と空気冷却器とが曲り及び面積拡大を伴って連通する空気冷却器の入口ダクト内の空気通路が複数個の主ガイドベーンでほぼ等分割され、各分割された通路にその通路幅の１／２〜１／４の範囲内の曲り内側寄りの位置にそれぞれ副ガイドベーンが設けられたディーゼル機関用過給気冷却器の入口ダクトが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このディーゼル機関用過給気冷却器では、ターボ過給機のブロワ出口より吐出された高温高圧の空気が、空気吐出管及び接続ダクト（入口ダクト）を経て空気冷却管に導入され、そこで冷却されて空気溜まりに供給され、この空気溜まりから各シリンダへ分配されるように構成される。また接続ダクトの外板によって構成されかつ曲り及び面積急拡大を伴う空気通路断面が、接続ダクトの外板の曲りに対応して彎曲した主ガイドベーンによりほぼ通路面積が等分割される。更に主ガイドベーンにより分割された空気通路が副ガイドベーンによって再分割され、副ガイドベーンの曲りの外側に当たる通路の幅をＸ_Aとし、副ガイドベーンの曲りの内側に当たる通路の幅をＸ_Bとするとき、Ｘ_A及びＸ_Bが１／２＞Ｘ_B／（Ｘ_A＋Ｘ_B）＞１／４という関係式を満たすように設定される。

このように構成されたディーゼル機関用過給気冷却器の入口ダクトでは、副ガイドベーンの位置を各通路幅の曲りの内側から１／２〜１／４にすると、圧力損失が急激に減少するという圧力損失軽減作用が実現される。またこの圧力損失軽減作用は同時に接続ダクト（入口ダクト）内に均一な流れが生じるので、空気冷却器内で通路面積全体に空気が流れて、冷却効果が向上し、冷却効果向上作用が実現される。更に空気溜まり側で誘起される給気系の脈動に対して各通路がそれぞれ異なる気柱として振動応答特性を有しているので、給気系の脈動を減衰させる脈動減衰作用が実現される。この結果、上記圧力損失軽減作用、冷却効果向上作用及び脈動減衰作用により低圧力損失、冷却効果良好及び低変動圧力の給気系としての要件を満足するとともに、スペース的にも接続ダクトの小型化を図ることができる。

実開昭５０−５６８１０号公報（請求項１、明細書第２頁第１０行〜同頁第１５行、明細書第６頁第２行〜同頁第１４行、明細書第７頁第８行〜同頁第１１行、明細書第８頁第１６行〜同頁第１９行、明細書第１１頁第１６行〜同頁第１９行、明細書第１３頁第６行〜同頁第９行、第１図、第３図）

しかし、上記従来の特許文献１に示されたディーゼル機関用過給気冷却器の入口ダクトでは、接続ダクト（入口ダクト）の外板、主ガイドベーン及び副ガイドベーンが所定の曲率で彎曲した比較的複雑な形状に形成されているため、これらの部材の曲げ加工の工数が増大するとともに、外板への主ガイドベーン及び副ガイドベーンの溶接工数が増大する不具合があった。

本発明の目的は、入口側タンク内にガイドベーンを設けることなく、チューブの比較的簡単な形状の変更で、一部のチューブへの流体の流れの偏りを抑制でき、熱交換性能を向上できる、熱交換器及びそれを用いたエンジンの吸気冷却装置を提供することにある。

本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、水平方向に延びかつ鉛直方向に間隔をあけて配設され内部に流体の通過する扁平通路が形成された複数本のチューブ２１ａ〜２３ａと、これらのチューブ２１ａ〜２３ａの間に配設され隣り合うチューブ２１ａ〜２３ａに交互に接触するように波板状に形成された複数枚のフィン２４と、チューブ２１ａ〜２３ａの流体入口側に設けられ複数本のチューブ２１ａ〜２３ａの流体入口に連通接続された単一の入口側タンク２５と、チューブ２１ａ〜２３ａの流体出口側に設けられ複数本のチューブ２１ａ〜２３ａの流体出口に連通接続された単一の出口側タンク２６と、入口側タンク２５に形成され入口側タンク２５に流体を導入するための流体導入口２５ａと、出口側タンク２６に形成され出口側タンク２６から流体を排出するための流体排出口２６ａとを備えた熱交換器において、複数本のチューブ２１ａ〜２３ａのうち流体導入口２５ａに対向するチューブ２１ａの水平段における孔面積が最も小さく形成され、流体導入口２５ａから鉛直方向に離れるに従ってチューブ２２ａ，２３ａの孔面積が複数の水平段毎又は各水平段毎に大きくなるように構成されたことを特徴とする。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図１及び図２に示すように、複数本のチューブ２１ａ〜２３ａがそれぞれ同一の長さを有し、複数本のチューブ２１ａ〜２３ａがそれぞれ同一の高さを有し、各水平段におけるチューブ２１ａ〜２３ａが同一幅内に収まるように幅方向に単一本又は複数本設けられ、複数本のチューブ２１ａ〜２３ａのうち流体導入口２５ａに対向する水平段におけるチューブ２１ａの本数が最も多く形成され、流体導入口２５ａから鉛直方向に離れるに従ってチューブ２２ａ，２３ａの本数が複数の水平段毎又は各水平段毎に少なくなるように構成されたことを特徴とする。

本発明の第３の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図４及び図５に示すように、複数本のチューブ６１ａ〜６３ａがそれぞれ同一の長さを有し、複数本のチューブ６１ａ〜６３ａがそれぞれ同一の幅を有し、複数本のチューブ６１ａ〜６３ａのうち流体導入口２５ａに対向するチューブ６１ａの高さが最も低く形成され、流体導入口２５ａから鉛直方向に離れるに従ってチューブ６２ａ，６３ａの高さが複数の水平段毎又は各水平段毎に高くなるように構成されたことを特徴とする。

本発明の第４の観点は、図３に示すように、請求項１ないし３いずれか１項に記載の熱交換器が、ターボ過給機１２により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１３として用いられるエンジンの吸気冷却装置である。

本発明の第５の観点は、請求項１ないし３いずれか１項に記載の熱交換器が、エンジンの排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラとして用いられるエンジンの吸気冷却装置である。

本発明の第１の観点の熱交換器では、流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、流体導入口に対向するチューブを通過する流体の流通抵抗が最も大きく、流体が通過し難い。また流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの孔面積が複数の水平段毎又は各水平段毎に大きくなるように形成されているため、流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブを通過する流体の流通抵抗が小さくなっていき、流体が通過し易くなっていく。この結果、流体は、流体導入口から鉛直方向に離れているチューブを積極的に通過しようとするので、流体導入口に対向するチューブに多くの流体が流入するという偏りを抑制できる。従って、流体が複数本のチューブ全体に分散して流れるので、熱交換器の熱交換性能を向上できる。また流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、流体導入口に対向するチューブへの流体の流入量が減少するとともに、流体が流体導入口に対向するチューブを流通する際の抵抗が大きくなって流体の速度が低下する。この結果、流体が流体導入口に対向するチューブを通過しているときにこの流体が効率良く冷媒又は熱媒により冷却又は加熱されるので、熱交換器の総合的な熱交換性能の向上を図ることもできる。更に接続ダクトの外板、主ガイドベーン及び副ガイドベーンが比較的複雑な形状に形成されているため、これらの部材の加工工数及び溶接工数が増大してしまう従来のディーゼル機関用過給気冷却器の入口ダクトと比較して、本発明では、入口側タンク内にガイドベーンを設けることなく、チューブの比較的簡単な形状の変更で、一部のチューブへの流体の流れの偏りを抑制でき、熱交換性能を向上できる。

本発明の第２の観点の熱交換器では、各水平段における単一本又は複数本のチューブが同一幅内に収まるように構成されかつ流体導入口に対向する水平段におけるチューブの本数が最も多く形成されているため、流体導入口に対向するチューブを通過する流体の流通抵抗が最も大きく、流体が通過し難い。また流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブ本数が複数の水平段毎又は各水平段毎に少なくなるように構成されているため、流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブを通過する流体の流通抵抗が小さくなっていき、流体が通過し易くなっていく。この結果、流体は、上記と同様に、流体導入口から鉛直方向に離れているチューブを積極的に通過しようとするので、流体導入口に対向するチューブに多くの流体が流入するという偏りを抑制できる。また各水平段における単一本又は複数本のチューブが同一幅内に収まるように構成されかつ流体導入口に対向する水平段におけるチューブの本数が最も多く形成されているため、流体導入口に対向するチューブへの流体の流入量が減少するとともに、流体が流体導入口に対向するチューブを流通する際の抵抗が大きくなって流体の速度が低下する。この結果、上記と同様に、流体が流体導入口に対向するチューブを通過しているときにこの流体が効率良く冷媒又は熱媒により冷却又は加熱されるので、熱交換器の総合的な熱交換性能の向上を図ることもできる。

本発明の第３の観点の熱交換器では、複数本のチューブがそれぞれ同一の幅を有しかつ流体導入口に対向するチューブの高さが最も低く形成されているため、流体導入口に対向するチューブを通過する流体の流通抵抗が最も大きく、流体が通過し難い。また流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの高さが複数の水平段毎又は各水平段毎に高くなるように構成されているため、流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブを通過する流体の流通抵抗が小さくなっていき、流体が通過し易くなっていく。この結果、流体は、上記と同様に、流体導入口から鉛直方向に離れているチューブを積極的に通過しようとするので、流体導入口に対向するチューブに多くの流体が流入するという偏りを抑制できる。また複数本のチューブがそれぞれ同一の幅を有しかつ流体導入口に対向するチューブの高さが最も低く形成されているため、流体導入口に対向するチューブへの流体の流入量が減少するとともに、流体が流体導入口に対向するチューブを流通する際の抵抗が大きくなって流体の速度が低下する。この結果、上記と同様に、流体が流体導入口に対向するチューブを通過しているときにこの流体が効率良く冷媒又は熱媒により冷却又は加熱されるので、熱交換器の総合的な熱交換性能の向上を図ることもできる。

本発明の第４の観点の吸気冷却装置では、流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、ターボ過給機により圧縮された吸気のうち流体導入口に対向するチューブを通過する吸気の流通抵抗が最も大きく、吸気が通過し難い。また流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの孔面積が複数の水平段毎又は各水平段毎に大きくなるように形成されているため、流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブを通過する吸気の流通抵抗が小さくなっていき、吸気が通過し易くなっていく。この結果、吸気は、流体導入口から鉛直方向に離れているチューブを積極的に通過しようとするので、流体導入口に対向するチューブに多くの吸気が流入するという偏りを抑制できる。従って、吸気が複数本のチューブ全体に分散して流れるので、インタクーラの冷却性能を向上できる。また流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、流体導入口に対向するチューブへの吸気の流入量が減少するとともに、吸気が流体導入口に対向するチューブを流通する際の抵抗が大きくなって吸気の速度が低下する。この結果、吸気が流体導入口に対向するチューブを通過しているときにこの吸気が効率良く外気により冷却されるので、インタクーラの総合的な冷却性能の向上を図ることもできる。

本発明の第５の観点の吸気冷却装置では、流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、流体導入口に対向するチューブを通過するＥＧＲガスの流通抵抗が最も大きく、ＥＧＲガスが通過し難い。また流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの孔面積が複数の水平段毎又は各水平段毎に大きくなるように形成されているため、流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブを通過するＥＧＲガスの流通抵抗が小さくなっていき、ＥＧＲガスが通過し易くなっていく。この結果、ＥＧＲガスは、流体導入口から鉛直方向に離れているチューブを積極的に通過しようとするので、流体導入口に対向するチューブに多くのＥＧＲガスが流入するという偏りを抑制できる。従って、ＥＧＲガスが複数本のチューブ全体に分散して流れるので、ＥＧＲクーラの冷却性能を向上できる。また流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、流体導入口に対向するチューブへのＥＧＲガスの流入量が減少するとともに、ＥＧＲガスが流体導入口に対向するチューブを流通する際の抵抗が大きくなってＥＧＲガスの速度が低下する。この結果、ＥＧＲガスが流体導入口に対向するチューブを通過しているときにこのＥＧＲガスが効率良く外気により冷却されるので、ＥＧＲクーラの総合的な冷却性能の向上を図ることもできる。

本発明第１実施形態のエンジンの吸気冷却装置であるインタクーラを示す図２のＡ−Ａ線断面図である。図１のＢ矢視図である。そのインタクーラを含むエンジンの吸気系の構成を示す図である。本発明第２実施形態のエンジンの吸気冷却装置であるインタクーラを示す図５のＣ−Ｃ線断面図である。図４のＤ矢視図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図３に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気冷却装置は、ターボ過給機１２により圧縮された吸気（吸入空気）を冷却するインタクーラ１３を備える。エンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１４を通して吸気管１６の一端が接続され、吸気管１６の他端にはエアクリーナ１７が取付けられ、上記インタクーラ１３は吸気管１６の途中に設けられる。またエンジン１１の排気ポートには排気マニホルド１８を通して排気管１９の一端が接続され、排気管１９の他端は大気に開放される。ターボ過給機１２は、エンジン１１から排出される排気（排ガス）のエネルギにより回転するタービン回転翼１２ａと、このタービン回転翼１２ａにシャフト１２ｂを介して連結されエンジン１１に供給される吸気を圧縮するコンプレッサ回転翼１２ｃとを有する。タービン回転翼１２ａはタービンハウジング１２ｄに回転可能に収容され、コンプレッサ回転翼１２ｃはコンプレッサハウジング１２ｅに回転可能に収容される。タービンハウジング１２ｄの入口は排気マニホルド１８に接続され、タービンハウジング１２ｄの出口は排気管１９に接続される。またコンプレッサハウジング１２ｅの入口はエアクリーナ１７側の吸気管１６に接続され、コンプレッサハウジング１２ｅの出口はインタクーラ１３側の吸気管１６に接続される。

インタクーラ１３は、図１及び図２に詳しく示すように、水平方向に延びかつ鉛直方向に間隔をあけて配設された複数本のチューブ２１ａ〜２３ａと、これらのチューブ２１ａ〜２３ａの間に配設された複数枚のフィン２４と、チューブ２１ａ〜２３ａの吸気入口側に設けられた単一の入口側タンク２５と、チューブ２１ａ〜２３ａの吸気出口側に設けられた単一の出口側タンク２６とを有する。複数本のチューブ２１ａ〜２３ａ内には吸気の通過する扁平通路が形成され、複数枚のフィン２４は鉛直方向に間隔をあけて隣り合うチューブ２１ａ〜２３ａに交互に接触するように正弦波からなる波板状に形成される。また入口側タンク２５及び出口側タンク２６は略直方体状に形成され、入口側タンク２５は複数本のチューブ２１ａ〜２３ａ全ての吸気入口に連通接続され、出口側タンク２６は複数本のチューブ２１ａ〜２３ａ全ての吸気出口に連通接続される。入口側タンク２５の上部にはこの入口側タンク２５に吸気を流入するための吸気導入口２５ａが形成され、この吸気導入口２５ａはコンプレッサハウジング１２ｅ側の吸気管１６に接続される。また出口側タンク２６の上部にはこの出口側タンク２６から吸気を排出するための吸気排出口２６ａが形成され、この吸気排出口２６ａは吸気マニホルド１４側の吸気管１６に接続される。なお、この実施の形態では、フィンを正弦波からなる波板状に形成したが、三角波からなる波板状に形成してもよい。

インタクーラ１３の複数本のチューブ２１ａ〜２３ａのうち吸気導入口２５ａに対向するチューブ２１ａの水平段における孔面積が最も小さく形成され、吸気導入口２５ａから鉛直方向に離れるに従ってチューブ２２ａ，２３ａの孔面積が複数の水平段毎に大きくなるように構成される。この実施の形態では、複数本のチューブ２１ａ〜２３ａがそれぞれ同一の長さを有し、複数本のチューブ２１ａ〜２３ａがそれぞれ同一の高さを有する。また各水平段におけるチューブ２１ａ〜２３ａが同一幅内に収まるように幅方向に単一本又は複数本設けられる。但し、図１において、各水平段におけるチューブ群２１〜２３の左端から右端までの距離が同一になるように設定され、かつ同一水平段に複数のチューブが設けられる場合、これらのチューブの間隔はチューブ群全体で同一に設定される。更に複数本のチューブ２１ａ〜２３ａのうち吸気導入口２５ａに対向する水平段におけるチューブ２１ａの本数が最も多く形成され、吸気導入口２５ａから鉛直方向に離れるに従ってチューブ２２ａ，２３ａの本数が複数の水平段毎に少なくなるように構成される。

具体例として、複数のチューブ２１ａ〜２３ａが鉛直方向に間隔をあけて２４段設けられる場合を説明する。これらのチューブ２１ａ〜２３ａのうち上から８段のチューブ群を各水平段に３本ずつのチューブ２１ａが設けられた第１チューブ群２１とする。また第１チューブ群２１直下の８段のチューブ群を各水平段に２本ずつのチューブ２２ａが設けられた第２チューブ群２２とする。更に第２チューブ群２２直下の８段のチューブ群を各水平段に１本ずつのチューブ２３ａが設けられた第３チューブ群２３とする。即ち、各水平段におけるチューブ２１ａ〜２３ａが同一幅内に収まるように幅方向に３本〜１本設けられているため、第１チューブ群２１の各チューブ２１ａの幅をＷ₁とし、第２チューブ群２２の各チューブ２２ａの幅をＷ₂とし、第３チューブ群２３の各チューブ２３ａの幅をＷ₃とするとき、３Ｗ₁＜２Ｗ₂＜Ｗ₃という関係が満たされる。また各チューブ２１ａ〜２３ａの高さＨ（図１）は全て同一であるため、第１チューブ群２１の各チューブ２１ａの孔面積をＳ₁とし、第２チューブ群２２の各チューブ２２ａの孔面積をＳ₂とし、第３チューブ群２３の各チューブ２３ａの孔面積をＳ₃とするとき、第１〜第３チューブ群２１〜２３の水平段毎のチューブ２１ａ〜２３ａの孔面積は３Ｓ₁＜２Ｓ₂＜Ｓ₃という関係が満たされる。なお、複数のチューブは２４段ではなく、２３段以下又は２５段以上であってもよい。

このように構成されたインタクーラ１３の動作を説明する。エンジン１１を始動すると、吸気（吸入空気）がエアクリーナ１７、吸気管１６、ターボ過給機１２のコンプレッサハウジング１２ｅ、インタクーラ１３及び吸気マニホルド１４を通ってエンジン１１のシリンダに流入し、シリンダ内で燃料と混合されて燃焼し排気（排ガス）が発生する。この排気は排気マニホルド１８、ターボ過給機１２のタービンハウジング１２ｄ、排気管１９及び排気処理装置（図示せず）を通って大気に排出される。上記エンジン１１から排出された排気のエネルギがタービン回転翼１２ａを回転し、この回転力がシャフト１２ｂを介してコンプレッサ回転翼１２ｃに伝達されてコンプレッサ回転翼１２ｃが回転する。これにより吸気が圧縮されてその温度が上昇するため、この高温の圧縮された吸気はインタクーラ１３で冷却される。

このときインタクーラ１３の第１〜第３チューブ群２１〜２３の各水平段における３本〜１本のチューブ２１ａ〜２３ａが同一幅内に収まり、吸気導入口２５ａに対向する第１チューブ群２１の各水平段におけるチューブ２１ａの本数が３本と最も多く形成され、更に吸気導入口２５ａから鉛直方向に離れるに従ってチューブ２２ａ，２３ａの本数が８段毎に少なくなるように形成される。具体的には、吸気導入口２５ａに最も近い第１チューブ群２１では各水平段におけるチューブ２１ａの本数が３本であり、吸気導入口２５ａから少し離れた第２チューブ群２２では各水平段におけるチューブ２２ａの本数が２本であり、吸気導入口２５ａから最も離れた第３チューブ群２３では各水平段におけるチューブ２３ａの本数が１本であるため、第１〜第３チューブ群２１〜２３の水平段毎の孔面積は３Ｓ₁＜２Ｓ₂＜Ｓ₃という関係になる。このため吸気導入口２５ａに対向する第１チューブ群２１の各チューブ２１ａを通過する吸気の流通抵抗が最も大きく、吸気が通過し難い。また第２チューブ群２２から第３チューブ群２３へと吸気導入口２５ａから鉛直方向に離れるに従って、チューブ２２ａ，２３ａを通過する吸気の流通抵抗が段階的に小さくなっていき、吸気が段階的に通過し易くなっていく。この結果、吸気は、吸気導入口２５ａから鉛直方向に離れているチューブ２２ａ，２３ａを積極的に通過しようとするので、吸気導入口２５ａに対向する第１チューブ群２１のチューブ２１ａに多くの吸気が流入するという偏りを抑制できる。

また第１〜第３チューブ群２１〜２３の各水平段における３本〜１本のチューブ２１ａ〜２３ａが同一幅内に収まり、かつ吸気導入口２５ａに対向する第１チューブ群２１の各水平段におけるチューブ２１ａの本数が３本と最も多く形成されているため、吸気導入口２５ａに対向する第１チューブ群２１の各チューブ２１ａへの吸気の流入量が減少するとともに、この吸気が第１チューブ群２１の各チューブ２１ａを流通する際の抵抗が大きくなって吸気の速度が低下する。この結果、吸気が第１チューブ群２１の各チューブ２１ａを通過しているときに、この吸気の持つ熱がスムーズにチューブ２１ａ及びフィン２４に伝わって外気により速やかに持ち去られるので、インタクーラ１３の総合的な冷却性能の向上を図ることもできる。

＜第２の実施の形態＞
図４及び図５は本発明の第２の実施の形態を示す。図４及び図５において図１及び図２と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、複数本のチューブ６１ａ〜６３ａがそれぞれ同一の長さを有し、複数本のチューブ６１ａ〜６３ａがそれぞれ同一の幅を有する。そして複数本のチューブ６１ａ〜６３ａのうち吸気導入口２５ａに対向するチューブ６１ａの高さが最も低く形成され、吸気導入口２５ａから鉛直方向に離れるに従ってチューブ６２ａ，６３ａの高さが複数の水平段毎又は各水平段毎に高くなるように構成される。

具体例として、複数のチューブ６１ａ〜６３ａが鉛直方向に間隔をあけて１８段設けられる場合を説明する。これらのチューブ６１ａ〜６３ａのうち上から８段のチューブ群を各チューブ６１ａの高さＨ₁が最も低く形成された第１チューブ群６１とする。また第１チューブ群６１直下の６段のチューブ群を各チューブ６２ａの高さＨ₂が第１チューブ群６１の各チューブ６１ａの高さＨ₁より高く形成された第２チューブ群６２とする。更に第２チューブ群６２直下の４段のチューブ群を各チューブ６３ａの高さＨ₃が第２チューブ群６２の各チューブ６２ａの高さＨ₂より高く形成された第３チューブ群６３とする。即ち、各チューブ６１ａ〜６３ａの幅Ｗが全て同一であり、Ｈ₁＜Ｈ₂＜Ｈ₃であるため、第１チューブ群６１の各チューブ６１ａの孔面積をＳ₁とし、第２チューブ群６２の各チューブ６２ａの孔面積をＳ₂とし、第３チューブ群６３の各チューブ６３ａの孔面積をＳ₃とするとき、Ｓ₁＜Ｓ₂＜Ｓ₃という関係が満たされる。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。なお、複数のチューブは１８段でななく、１７段以下又は１９段以上であってもよい。

このように構成されたインタクーラ５３の動作を説明する。第１〜第３チューブ群６１〜６３の各チューブ６１ａ〜６３ａがそれぞれ同一の幅Ｗを有し、吸気導入口２５ａに対向する第１チューブ群６１の各チューブ６１ａの高さがＨ₁と最も低く形成され、更に吸気導入口２５ａから鉛直方向に離れるに従ってチューブ６２ａ,６３ａの高さが８段毎に低くなるように形成される。具体的には、吸気導入口２５ａに最も近い第１チューブ群６１では各水平段におけるチューブ６１ａの高さがＨ₁と最も低く形成され、吸気導入口２５ａから少し離れた第２チューブ群６２では各水平段におけるチューブ６２ａの高さＨ₂が次に低く形成され、吸気導入口２５ａから最も離れた第３チューブ群６３では各水平段におけるチューブ６３ａの高さＨ₃が最も高く形成されるため、第１〜第３チューブ群６１〜６３の水平段毎の孔面積はＳ₁＜Ｓ₂＜Ｓ₃という関係になる。このため吸気導入口２５ａに対向する第１チューブ群６１の各チューブ６１ａを通過する吸気の流通抵抗が最も大きく、吸気が通過し難い。また第２チューブ群６２から第３チューブ群６３へと吸気導入口２５ａから鉛直方向に離れるに従って、チューブ６２ａ,６３ａを通過する吸気の流通抵抗が段階的に小さくなっていき、吸気が段階的に通過し易くなっていく。この結果、吸気は、吸気導入口２５ａから鉛直方向に離れているチューブ６２ａ，６３ａを積極的に通過しようとするので、吸気導入口２５ａに対向する第１チューブ群６１のチューブ６１ａに多くの吸気が流入するという偏りを抑制できる。

また第１〜第３チューブ群６１〜６３の各チューブ６１ａ〜６３ａが同一の幅Ｗを有し、かつ吸気導入口２５ａに対向する第１チューブ群６１の各チューブ６１ａの高さＨ₁が最も低く形成されているため、吸気導入口２５ａに対向する第１チューブ群６１の各チューブ６１ａへの吸気の流入量が減少するとともに、この吸気が第１チューブ群６１の各チューブ６１ａを流通する際の抵抗が大きくなって吸気の速度が低下する。この結果、吸気が第１チューブ群６１の各チューブ６１ａを通過しているときに、この吸気の持つ熱がスムーズにチューブ６１ａ及びフィン２４に伝わって外気により速やかに持ち去られるので、インタクーラ５３の総合的な冷却性能の向上を図ることもできる。

なお、上記第１及び第２の実施の形態では、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの孔面積が複数の水平段毎に大きくなるように構成したが、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの孔面積が各水平段毎に大きくなるように構成してもよい。具体的には、第１の実施の形態では、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの本数が複数の水平段毎に少なくなるように構成したが、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの本数が各水平段毎に少なくなるように構成してもよい。また第２の実施の形態では、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの高さが複数の水平段毎に高くなるように構成したが、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの高さが各水平段毎に高くなるように構成してもよい。

また、上記第１及び第２の実施の形態では、吸気導入口を入口側タンクの上部に形成し、吸気排出口を出口側タンクの上部に形成したが、吸気導入口を入口側タンクの下部に形成し、吸気排出口を出口側タンクの下部に形成してもよい。この場合、下から８段のチューブ群を各水平段に３本ずつのチューブが設けられた第１チューブ群とし、第１チューブ群直上の８段のチューブ群を各水平段に２本ずつのチューブが設けられた第２チューブ群とし、第２チューブ群直上の８段のチューブ群を各水平段に１本ずつのチューブが設けられた第３チューブ群とする。また吸気導入口を入口側タンクの上部に形成し、吸気排出口を出口側タンクの下部に形成しても本発明を適用できる。これは、吸気排出口を出口側タンクの下部に形成しても、吸気導入口を入口側タンクの上部に形成した場合、入口側タンクの上部に流入した吸気がそのまま真っ直ぐに進んで上部のチューブに流入し易い傾向にあるためである。

更に、上記第１及び第２の実施の形態では、熱交換器として、ターボ過給機により圧縮された吸気を冷却するインタクーラを挙げたが、エンジンの排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ、或いはその他の熱交換器であってもよい。

１２ターボ過給機
１３，５３インタクーラ（熱交換器）
２１ａ〜２３ａ，６１ａ〜６３ａチューブ
２４フィン
２５入口側タンク
２５ａ吸気導入口（流体導入口）
２６出口側タンク
２６ａ吸気排出口（流体排出口）

Claims

水平方向に延びかつ鉛直方向に間隔をあけて配設され内部に流体の通過する扁平通路が形成された複数本のチューブ(21a〜23a,61a〜63a)と、これらのチューブ(21a〜23a,61a〜63a)の間に配設され隣り合うチューブ(21a〜23a,61a〜63a)に交互に接触するように波板状に形成された複数枚のフィン(24)と、前記チューブ(21a〜23a,61a〜63a)の流体入口側に設けられ前記複数本のチューブ(21a〜23a,61a〜63a)の流体入口に連通接続された単一の入口側タンク(25)と、前記チューブ(21a〜23a,61a〜63a)の流体出口側に設けられ前記複数本のチューブ(21a〜23a,61a〜63a)の流体出口に連通接続された単一の出口側タンク(26)と、前記入口側タンク(25)に形成され前記入口側タンク(25)に前記流体を導入するための流体導入口(25a)と、前記出口側タンク(26)に形成され前記出口側タンク(26)から前記流体を排出するための流体排出口(26a)とを備えた熱交換器において、
前記複数本のチューブ(21a〜23a,61a〜63a)のうち前記流体導入口(25a)に対向するチューブ(21a〜23a,61a〜63a)の水平段における孔面積が最も小さく形成され、前記流体導入口(25a)から鉛直方向に離れるに従って前記チューブ(21a〜23a,61a〜63a)の孔面積が複数の水平段毎又は各水平段毎に大きくなるように構成されたことを特徴とする熱交換器。
前記複数本のチューブ(21a〜23a)がそれぞれ同一の長さを有し、
前記複数本のチューブ(21a〜23a)がそれぞれ同一の高さを有し、
各水平段におけるチューブ(21a〜23a)が同一幅内に収まるように幅方向に単一本又は複数本設けられ、
前記複数本のチューブ(21a〜23a)のうち前記流体導入口(25a)に対向する水平段におけるチューブ(21a)の本数が最も多く形成され、前記流体導入口(25a)から鉛直方向に離れるに従ってチューブ(22a,23a)の本数が複数の水平段毎又は各水平段毎に少なくなるように構成された請求項１記載の熱交換器。
前記複数本のチューブ(61a〜63a)がそれぞれ同一の長さを有し、
前記複数本のチューブ(61a〜63a)がそれぞれ同一の幅を有し、
前記複数本のチューブ(61a〜63a)のうち前記流体導入口(25a)に対向するチューブ(61a)の高さが最も低く形成され、前記流体導入口(25a)から鉛直方向に離れるに従って前記チューブ(62a,63a)の高さが複数の水平段毎又は各水平段毎に高くなるように構成された請求項１記載の熱交換器。
請求項１ないし３いずれか１項に記載の熱交換器が、ターボ過給機(12)により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ(13,53)として用いられるエンジンの吸気冷却装置。
請求項１ないし３いずれか１項に記載の熱交換器が、エンジンの排気通路から吸気通路に還流されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラとして用いられるエンジンの吸気冷却装置。