JP2015031509A - 熱交換装置および熱交換器組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】小さい設置空間を実現しながら、熱的な効率に優れた熱交換装置を提供する。【解決手段】熱交換装置１０は、外気が通過するように配置された第１熱交換器、例えばオイルクーラ１２を有する。熱交換装置１０は、第１熱交換器に隣接して配置された第２熱交換器であって、第１熱交換器を出た空気が通過するように配置された第２熱交換器、例えばラジエータ１４を有する。熱交換装置１０は、２つ以上の連結型の熱交換コアを含む第３熱交換器、例えば過給空気冷却器１６をさらに有する。それぞれの過給空気冷却器１６（熱交換コア）はそれぞれに外気が通過するように配置されている。過給空気冷却器１６は、ラジエータ１４の下流側に、ラジエータ１４の両側からラジエータ１４を通過していない新鮮な外気を導入するようにやや斜め外側を指向するように配置されている。【選択図】図６

Description

ここに開示される発明は、車両に搭載される熱交換装置および熱交換器組立体に関する。発明は、例えば、トラクターなどのような非高速走行車両（Off Highway Vehicles）に利用される。

トラクターまたは耕耘機のような非高速走行車両は、集合的に配置されて熱交換装置を形成するオイルクーラ、ラジエータおよび過給空気冷却器（ＣＡＣ）を含むいくつかの熱交換器を採用している。熱交換器はそれぞれコアを有する。コアの典型例のひとつは、フィンアンドチューブ型と呼ばれる構成を有している。車両に搭載されたシステム機器のひとつから供給される高温流体はチューブを通るように流される。同時に、高温流体から熱が奪い去られるように、フィンによって、外気がチューブ上に向けて流される。このように、外気の温度を上昇させながら、各システム機器の流体温度は低下される。

図１において、従来の熱交換装置１は、外気が通過するように配置されたオイルクーラ２と、オイルクーラ２を出る空気が通過するように配置されたＣＡＣ３と、ＣＡＣ３を出る空気が通過するように配置されたラジエータ４とを有する。送風機５は、装置を通して大気を流すために設けられる。カウル６はラジエータ４の出口を囲むように用いられる。カウル６は、複数の熱交換器を通して空気を吸い出すように送風機５の作動による圧力を抑制するためのチャンバを形成する。連続して配置された複数の熱交換器を通過する空気の温度は徐々に上昇し、下流に配置された熱交換器の効率を低下させる。

エンジン技術の進歩、特に排気ガス成分の減少は、ますます高まる高い熱的性能の要求をもたらし、それはより大きな熱交換器を必要とする。排気ガス制御技術と関連付けられた冷却装置は特により大きな過給空気冷却器およびラジエータを必要とする。しかしながら、それらの熱交換器のために利用可能な設置空間は、特に非高速走行車両において、トラック幅と、ボンネット越しの視線とによって制限されている。上記設置空間における従来の熱交換装置は、しばしば要求性能を満たすことができず、望ましくない追加的なひとつまたは複数の熱交換器を必要とする。

特許文献１は、複数の熱交換器の配置を開示する。これら複数の熱交換器には、水のラジエータ、ギアオイルのラジエータ、ブースター空気のラジエータ、加圧油および燃料のラジエータ、およびコンデンサを含んでいる。これら複数の熱交換器は、箱状の構成に配置されており、それぞれのラジエータ（熱交換器）は、箱のひとつの面を形成する。複数の熱交換器のそれぞれは、上記箱状構成の背後に設けられた送風機によって外気が通過するように配置されている。

この構成では、箱状構成の中に大きい空洞があり、設置空間の大きさを増加させる。この配置は多様な用途への適用柔軟性に欠ける。さらに、この配置は、特に熱交換器の大きさが不揃いである場合に、空間の有効利用を妨げる。このような配置の装置、すなわちひとつの熱交換器が箱状構成のひとつの面を構築する装置は、箱の全体的な大きさが、最大の熱交換器によって支配されるから柔軟性に欠ける。さらに、熱交換器がより小さいところでは、箱状構成の側面に目張り板を用いる必要があり、これは非能率的な空間の利用であるといえる。さらに、箱状構成の背面を形成するラジエータを通過する空気は、箱状構成を形成するすべての他の熱交換器によって予め加熱されており、ラジエータの外気に対する能力を低下させる。ラジエータが受け取る空気は、ひとつまたはふたつだけでなく、その装置におけるすべての他の熱交換器によって予備的に加熱されているから、箱状構成の背面におけるラジエータの効率は、著しく低下する。

米国特許第７１２８１７８号明細書

熱交換装置の設置空間の観点から、従来技術の構成は、大きい設置空間を必要とするという問題点を有している。外気に向けて放熱するための熱的な効率の観点から、従来技術の構成は、熱的な効率が低いという問題点を有している。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、従来の熱交換装置および熱交換器組立体にはさらなる改良が求められている。

発明の目的のひとつは、小さい設置空間を実現しながら、熱的な効率に優れた熱交換装置および熱交換器組立体を提供することである。

ここに開示される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。ここに開示される発明によると、熱交換装置が提供される。この熱交換装置は、外気が通過するように配置された第１熱交換器と、第１熱交換器に隣接し、第１熱交換器を出た空気が通過するように配置された第２熱交換器と、外気が通過するように配置された連結型の複数のコアを含む第３熱交換器とを備えることを特徴とする。

連結型の用語は車両システムからの流体がそれぞれのコアを通して流れるように配置されているような、機能的な意味において規定されている。連結型の用語は、それら両方のコアを共通の流体が流れるように流体的に連結されている、または共通の流体に対して熱交換を提供するように相互に連結されているといった用語に置き換えることができる。

外気が入るように２つの熱交換器を配置することは、有効な設置空間を損なうことなく熱的な効率性の高さを提供する。第３熱交換器を２つ以上の連結型の複数のコアに分割することは、それらの設置場所に柔軟性を与える。これは、有効な設置空間の一層の最適化を可能とする。発明によって、熱交換器の外気に対する能力は、この熱交換器を異なる位置に移設することにより、第３熱交換器からの予熱を排除することによって向上される。従来の位置から取り除かれた熱交換器は、第２熱交換器と送風機との間の空間に設置可能な、より小さな複数のユニットに分割される。この配置は、より大きな設置空間を要求することなく、外気に向けて開口する熱交換器範囲を増加させることにより、モジュール効率、例えば複数の熱交換器を含む熱交換装置の全体の価値を改善する。

これは、車両の大きさを大きくすることなく、冷却装置パッケージのボンネット下における設置必要空間を大きくすることなく、または、ラジエータの大きさを減少させることなく、および／またはラジエータの有効性を低下させることなく、分割された熱交換器の性能が向上されることを可能とする。

この装置は、さらに、複数の熱交換器を通過するように空気の流れを案内するカウルを備えることができる。カウルは、気流に対する制御の部分を提供する。カウルは、外気だけが第３熱交換器のコアを通過するように、第３熱交換器の複数のコアを分離するように配置される場合がある。そのような配置は第３熱交換器に最適な効率を提供する。カウルは、第２熱交換器の外縁から第３熱交換器のコアの内縁に延びる少なくとも１つの部分を有することが望ましい。この構成では、第２熱交換器に向かう空気、または第２熱交換器からの空気は、第３熱交換器を通過しない。カウルの上記の部分は、第２熱交換器の隣接した入口または出口の面に対して２０度から６０度の範囲の角度におくことができる。

第１熱交換器と第２熱交換器とはオイルクーラとラジエータとを含むことができ、ひとつの好適な形態では、それらはオイルクーラとラジエータとを含む。熱交換器の出口の空気温度は、第２熱交換器の効率性が著しく損なわれないような十分な低さである。オイルクーラは、ラジエータの上流にあることが望ましい。直接的な対比においてオイルクーラの空気出口の空気温度はラジエータより低いので、この構成は、効率が高い配置を提供する。

第３熱交換器の複数のコアは、過給空気冷却器（ＣＡＣ）を含む場合がある。外気が入るようにＣＡＣを選択する構成は、ＣＡＣが他の車両用熱交換器に比べて外気温度の大幅な上昇を生成することから、機能的な効率が優れている。ＣＡＣは第１熱交換器と第２熱交換器との下流に設置される場合がある。そのような配置は、上流にある第１熱交換器と第２熱交換器との効率を損なわない。

第３熱交換器の複数のコア、すなわち複数のＣＡＣは並列に連結され得る。複数のＣＡＣは、実使用において比較的高い圧力損失を有する。並列の相互連結は、複数のＣＡＣが同様の効率で作動することを意味する。反対に、ＣＡＣは直列に相互連結され得る。この直列の相互連結は、複数のＣＡＣの間の連結通路の配置の容易さと、連結通路の多様な配置の柔軟性とを提供する。熱交換器への並列の相互連結は、直列の相互連結より低い圧力損失を提供する。複数のＣＡＣは、配管またはＣＡＣタンクによって相互に連結され得る。

さらに、装置は、複数の熱交換器の配置に空気を流す送風機を備えることができる。送風機は、装置を通過する空気の体積流量を提供する。送風機は軸流送風機とすることができる。送風機は、複数の熱交換器に空気を通すように空気を押すように配置されるか、または、複数の熱交換器に空気を通すように空気を吸うように配置される。

第２熱交換器は、第１熱交換器に実質的に平行に近接して配置され得る。第２熱交換器は、第１熱交換器の部分設置空間の中に配置されうる。この配置は、有効な設置空間を最小限とする。

ひとつの実施の形態において、第３熱交換器の複数のコアは、第２熱交換器の最も大きい面に対して鋭角をなして配置されうる。これは複数の熱交換器の出口において流れ方向に沿って滑らかな気流を引き起こす。第３熱交換器の複数のコアは、第１熱交換器と第２熱交換器とを通る気流方向に関して対称的に配置され得る。この配置は、複数の熱交換器の出口における流れ方向に沿って滑らかな気流をさらに増強する。

第３熱交換器の複数のコアが第２熱交換器に対してなす角度は、１０度から４０度の範囲とすることができる。この範囲は、流れ方向に沿って滑らかな気流を確実に提供し、かつ深さを抑制するためにきわめて有効である。第３熱交換器の複数のコアが第２熱交換器に対してなす角度が２０度の近傍にあるときがきわめて有効である。

他の実施の形態において、第３熱交換器の複数のコアは、第２熱交換器に対して実質的に直角をなして配置され得る。この配置は、他の車両の配置に依存して、車両にこの発明に係る装置を搭載する場合に有用となる場合がある。第３熱交換器は、連結型の３つのコアを含むことができる。実使用において、連結型の３つのコアのうちのひとつのコアは、第２熱交換器の上側に配置することができ、ふたつのコアは、それぞれ、第２熱交換器の両側に配置することができる。

ひとつの実施の形態では、第２熱交換器は、その周囲によって区切られた部分設置空間を区画し定義する。あらゆるヘッダープレートも含む第２熱交換器の出口の全面が部分設置空間を形成すると言うことができる。第３熱交換器は部分設置空間に重複して配置され得る。好適には、第３熱交換器の大部分の面は部分設置空間と重複する。さらに、第３熱交換器はその全体が部分設置空間内に配置され得る。この配置は、装置の全体の有効な横方向の設置空間を最小にすることを確実化する。

ここに開示される発明の他の観点によると、熱交換器組立体が提供される。この熱交換器組立体は、少なくとも３つの熱交換器と、これら複数の熱交換器を通過するように空気を案内するカウルとを有する。複数の熱交換器のうちの２つは近接しており、それぞれは主要な平面を規定する。これら主要な平面は、互いに平行である。第３熱交換器は、熱交換器組立体の２つの側面部分のそれぞれにあるコアを有する。熱交換器の配置と、カウルとは、第１熱交換器または第２熱交換器を通過することなく第３熱交換器の複数のコアを空気が通過することができるようになっている。

熱交換器組立体は、一体的に取り扱い可能な組立体として組み立てられている。この熱交換器組立体は、工場間の運搬工程、車両への搭載工程においてひとかたまりの組立体として取り扱いが可能である。このため、複数の熱交換器の取り扱いが容易になる。

図１は従来の熱交換装置の模式的な構成図である。 図２は、第１実施形態の熱交換装置の空気流れを示す平面図である。 図３は、図２に図示された空気流の矢印を除いた平面図である。 図４は、図２に図示された熱交換装置の斜視図である。 図５は、図４に図示された熱交換装置の上面を示す平面図である。 図６は、図４に図示された熱交換装置の分解斜視図である。 図７は、第２実施形態の熱交換装置の空気流れを示す平面図である。 図８は、第２実施形態の熱交換装置の斜視図である。 図９は、図８に図示された熱交換装置の分解斜視図である。 図１０は、第３実施形態の熱交換装置の空気流れを示す平面図である。 図１１は、第４実施形態の熱交換装置の斜視図である。 図１２は、図１１に図示された熱交換装置の分解斜視図である。 図１３は、第５実施形態の熱交換装置の斜視図である。 図１４は、図１３に図示された熱交換装置の上面を示す平面図である。

図面を参照しながら、ここに開示される発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については他の形態の説明を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
図２から図６を参照して第１実施形態に係る熱交換装置１０を説明する。熱交換装置１０は、オイルクーラ１２，ラジエータ１４、２つの過給空気冷却器１６（ＣＡＣ）、カウル１８、および軸流型の送風機１９を備える。熱交換装置１０は、非高速走行車両のためのものである。熱交換装置１０は、オイルクーラ１２，ラジエータ１４、２つの過給空気冷却器１６（ＣＡＣ）、カウル１８、および軸流型の送風機１９をひとかたまりの組立体として取り扱うことができる熱交換器組立体として構成されている。熱交換装置１０は、熱交換器組立体の状態のまま車両に対する搭載と車両からの取り外しとが可能である。熱交換装置１０の典型的な用途例は、農作業、土木作業などに使用されるトラクター、耕耘機、建設機械などの車両であり、熱交換装置１０は、それらの車両への搭載に適合されている。

オイルクーラ１２は、トッププレート２０と、ボトムプレートと、オイルと空気との熱交換のためのコアと、コアの両側に配置された固定溝付きの固定器具２２とを有する。２つの固定器具２２は、締め付け装置２４によって、トッププレート２０およびボトムプレートに接続されており、この結果、オイルクーラ１２は箱状の構造を形成している。コアは、図示されない実質的に平行な複数のプレートの列を有する。これら複数のプレートは、トッププレート２０と、ボトムプレートと、それらの間に配置された複数の流路プレートとを有する。

オイルクーラ１２は、外気の入口面２６と、空気の出口面２８とを有する。オイル入口３０は、オイルクーラ１２のひとつの側面に向けて、トッププレート２０に接続されている。オイル出口３２は、オイルクーラ１２の他の側面に向けて、トッププレート２０に接続されている。オイル入口３０およびオイル出口３２は従来と同様の手法でオイル供給ラインおよびオイル戻りラインに接続するように配置されている。

固定器具２２のそれぞれは、第１対をなす複数の固定穴３４と、第２対をなす複数の固定穴３６とを有する。第１対をなす複数の固定穴３４と、第２対をなす複数の固定穴３６とは、それぞれがトッププレート２０とボトムプレートとの近傍に配置されるように、上下方向に関して離れて配置されている。オイルクーラ１２は、車両の内燃機関の潤滑油、および／または車両の油圧機器の作動油を冷却するために利用される。

ラジエータ１４は、箱状の構造を形成するように、従来の手法でトップヘッダータンク４２とボトムヘッダータンク４４との端部に接続された互いに対向する２つのサイドプレート４０を有する。上記２つのサイドプレート４０を上記タンクに接続するために複数の締め付け装置４６が設けられている。ヘッダータンク４２、４４およびサイドプレート４０の中に冷却液と空気との熱交換のためのコアが設けられている。

コアは、空気のための入口面４８と空気のための出口面５０とを有する。コアは、従来の手法でトップヘッダータンク４２とボトムヘッダータンク４４とに挿し込まれ、それらの間を流体的に連通する互いに平行な複数のチューブの列を有する。コアは、さらに、使用においてその周りに空気を流すようにチューブの間に介在する複数のフィンの列を有する。

トップヘッダータンク４２の上に水のための入口ノズル５２が設けられている。入口ノズル５２は、従来の手法で給水ラインに接続されるように配置されている。ボトムヘッダータンク４４の上に水のための出口ノズル５４が設けられている。出口ノズル５４は、従来の手法で戻りラインに接続されるように配置されている。トップヘッダータンク４２の上には、ブリードパイプ５６が配置されている。

第１対をなす複数の固定穴５８と、第２対をなす複数の固定穴６０とが２つのサイドプレート４０のそれぞれに設けられている。第１対をなす複数の固定穴５８と、第２対をなす複数の固定穴６０とは、オイルクーラ１２の第１対をなす複数の固定穴３４および第２対をなす複数の固定穴３６と同じ距離だけ互いに離れるように、互いに上下方向に離れて配置されている。第１ブラケット６２は、締め付け装置によって、オイルクーラ１２の第１対をなす固定穴３４と、ラジエータ１４の第１対をなす固定穴５８とに装着されている。第２ブラケット６４は、締め付け装置によって、オイルクーラ１２の第２対をなす固定穴３６と、ラジエータ１４の第２対をなす固定穴６０とに装着されている。

組み立てられた状態において、オイルクーラ１２の出口面２８は、ラジエータ１４の入口面４８に隣接して、その上流に配置されている。オイルクーラ１２の出口面２８とラジエータ１４の入口面４８との間には、軸方向隔離距離が設けられている。２つのサイドプレート４０のそれぞれは、車両に熱交換装置１０を固定するように、車両にラジエータ１４を固定するための締め付け装置穴が設けられたフランジ６６を有する。ラジエータ１４は、車両に搭載された内燃機関を冷却するための冷却液と外気との熱交換を提供する。

過給空気冷却器１６のそれぞれは、入口ノズル７２および出口ノズル７０を有する。過給空気冷却器１６のうちの１つからの入口ノズル７２は、車両の内燃機関の排気経路に設けられたターボチャージャーからの空気供給ラインに接続されるように配置されている。過給空気冷却器１６はインタークーラとも呼ばれる。他の過給空気冷却器１６からの出口ノズル７０は、エンジンへの空気供給ラインに接続されるように配置されている。過給空気冷却器１６の他の出口ノズル７０および入口ノズル７２は、パイプ７４によって相互に連結されている。過給空気冷却器１６は、このように直列的に相互に連結されている。

過給空気冷却器１６はそれぞれ、互いに対向する一対の側面プレート７６の間に配置されたコアを有する。コアは、過給空気と外気との間の熱交換を提供する。熱交換のためのコアは、入口ノズル７２と出口ノズル７０との間の過給空気を流すために配置された一連の複数のチューブを有する。使用されるときチューブの周りに外気を流すように、一連のフィンが複数のチューブの間に配置されている。

過給空気冷却器１６のそれぞれは、入口面７８および出口面８０を有する。２つの入口面７８がラジエータ１４の出口面５０に対して鋭角を形成するように、２つの過給空気冷却器１６は相互に内側へ回転させられ、ラジエータ１４に対して傾けて配置されている。２つの過給空気冷却器１６は、ラジエータ１４を通る仮想の流れ軸線に関して、実使用状態における配置における左右に対称的に配置されている。

２つの過給空気冷却器１６の入口面７８の角度θ（シータ）は、ラジエータ１４の出口面５０に関して２０度の角度をなしている。両方の過給空気冷却器１６の範囲の大部分が部分設置空間に重複するように、両方の過給空気冷却器１６はラジエータ１４の周囲によって区切られた部分設置空間に重複するように配置されている。

部分設置空間は、ラジエータ１４の周囲において、ラジエータ１４における外気の通過方向に沿ってまっすぐに延びる四角筒状の空間である。２つの過給空気冷却器１６は、この四角筒状の部分設置空間にその左右方向の両側から、それでいて部分設置空間の中央にラジエータ１４を通過する外気の経路を残す程度の量だけ侵入して配置されている。２つの過給空気冷却器１６は、上記外気の通過方向に関してラジエータ１４と重複するように配置されている。２つの過給空気冷却器１６は、すなわち熱交換コアは、それぞれに外気が通過するように配置されている。２つの過給空気冷却器１６は、ラジエータ１４の下流側に、過給空気の流れ方向が上下方向となるように配置されている。２つの過給空気冷却器１６は、そこを通過する外気の流れ方向が、ラジエータ１４を通る外気の流れの上流から下流に向けてやや斜め内側を指向するように配置されている。この配置は、ラジエータ１４の左右方向の両側からラジエータ１４を通過していない新鮮な外気を導入するための配置の一例である。

カウル１８は、ラジエータ１４と２つの過給空気冷却器１６との間に配置された第１カウルと、２つの下流空気冷却器１６より外気の流れの下流側に配置された第２カウルとを有する。カウル１８は、シュラウドまたはカバーとも呼ばれることがある。第１カウルは、２つの過給空気冷却器１６へラジエータ１４を通過していない新鮮な外気を導入することを可能とする側面導入口を提供する。第２カウルは、ラジエータ１４を通過した外気と、２つの過給空気冷却器１６を通過した外気とを排出するための通路を区画する。

カウル１８は、空気流路が下流に向けて徐々に小さくなる縮流部分８６への入口を形成する一次入口８４を有する。カウルの縮流部分８６は、ラジエータ１４の出口面５０に対して角度α（アルファ）をなしている。この角度αは１６度である。一次入口８４は、ラジエータ１４の出口面５０の全体を囲んでいる。

カウル１８は、縮流部分の終了位置において、カウル１８の左右方向の両側に開口するように配置された２つの第２入口８８を有する。第２入口８８のそれぞれは、２つの過給空気冷却器１６のうちの対応付けられたひとつの出口面８０を囲むように配置されている。

カウル１８は、第２入口８８の下流において円形の開口部９０を有する終端壁をもつ箱状の構造を形成する。円形の開口部９０は軸流型の送風機１９を囲むように配置される。カウル１８はラジエータ１４のサイドプレート４０に装着され固定される。

この装置が作動するとき、送風機１９はカウル１８内に負の圧力を作成するように回転する。過給空気冷却器１６のそれぞれの入口面７８の上流における外気入口容積にある外気は、圧力差に起因して、過給空気冷却器１６のそれぞれのコアを通して吸引される。同様に、オイルクーラ１２の入口面２６の上流における外気入口容積にある外気は、オイルクーラ１２のコアを通して、そしてオイルクーラの出口面２８を通して、オイルクーラ１２とラジエータ１４の間の軸方向の分離空間に吸引される。

オイルクーラ１２を出た空気は、引き続いて、ラジエータ１４の入口面４８、コア、および出口面５０を通して吸引される。ラジエータ１４を出た空気は、送風機１９の方へ吸引され、カウル１８の縮流部分８６によって過給空気冷却器１６のまわりを迂回して流される。このように、２つの過給空気冷却器１６の入口面７８は、カウル１８によってラジエータ１４を出る空気から分離される。熱交換器のそれぞれのコアを通り抜ける空気は、熱交換装置１０の熱交換器の各々内の高温流体から熱を奪い去る。

したがって、オイルクーラ１２およびラジエータ１４から出る空気は過給空気冷却器１６を通り抜けない。その代りに、過給空気冷却器１６は、新鮮な外気を受け入れるから、より有効に機能することができる。２つの過給空気冷却器１６が新鮮な外気を受け入れるので、ラジエータ１４およびオイルクーラ１２のための気流のためのそれらの間の隙間を許容し、２つの過給空気冷却器１６はより小さく構成され得る。

カウル１８の縮流部分８６が過給空気冷却器１６の後ろ側に外気が到達するように外気を導くから、この装置は既知の装置ほどの大きい幅をもつ必要がない。この装置の外気の流れ方向における前端と後端との間の奥行寸法は、図１に図示された既知の装置の奥行き寸法とほとんど同じである。２つの過給空気冷却器１６に与えられた傾いた配置により、奥行き寸法はあまり増加されない。

熱交換器のそれぞれは、最も多くてもたった１つの他の熱交換器を通過した空気を受け入れる。２つの熱交換器は、装置の他の熱交換器を通過していない空気、すなわち新鮮な外気を受け入れる。

オイルクーラ１２、ラジエータ１４および過給空気冷却器１６はすべて、従来の製造方法によって作られている。好ましくは、アルミニウムの板材が、上記熱交換器のそれぞれを形成するために使用されている。しかしながら、ヘッダータンクは樹脂材料によって形成することができる。

ラジエータ１４の出口面に対する過給空気冷却器１６の入口面の角度θ（シータ）は、２０度として説明されている。ラジエータ１４の出口面に対するカウル１８の縮流部分８６の傾斜面の角度α（アルファ）は、１６度として説明されている。ラジエータ１４の出口面に対する２つの過給空気冷却器１６の入口面の角度θ（シータ）は、０度から９０度の範囲内に設定することができる。ラジエータ１４の出口面に対するカウル１８の縮流部分８６の傾斜面の角度α（アルファ）は、２つの過給空気冷却器１６の方向に依存して設定される。

下記の第２実施形態および第３実施形態は、上記のような過給空気冷却器１６の方向の可能性の全範囲を使用する場合に当業者が利用可能な変形例を示している。

（第２実施形態）
図７、図８、および図９は、第２実施形態である熱交換装置１１０を示す。第２実施形態は第１実施形態に類似の構成を有しており、以下の説明ではそれらの相違点が説明される。第１実施形態と共通の要素は、同じ符号の前にひとつの数字「１」を付して示されており、同じ符号に関する先の説明を参照することができる。

過給空気冷却器１１６の入口面１７８のラジエータ１１４の出口面１５０に対する角度θ（シータ）は、９０度である。第１実施形態のカウル１８のラジエータ１４に向けて拡張する縮流部分８６を模擬するために、一対の空気流案内器１７１がカウル１１８の入口に提供されている。２つの過給空気冷却器１１６はラジエータ１１４の部分設置空間の内に配置されている。この構成は、熱交換装置１１０が専有する空間を最小化する。従って、ラジエータ１１４の出口面１５０に対する空気流案内器１７１の角度α（アルファ）は、およそ２５度である。

第２実施形態の第１実施形態に対するさらなる変更点のひとつは、２つの過給空気冷却器１１６を連結するパイプ７４に代えて、過給空気タンク１６９によって２つの過給空気冷却器１６９が連結されていることである。

（第３実施形態）
図１０は、第実施形態の熱交換装置２１０を示す。第３実施形態は第１実施形態に類似の構成を有しており、以下の説明ではそれらの相違点が説明される。第１実施形態と共通の要素は、同じ符号の前にひとつの数字「２」を付して示されており、同じ符号に関する先の説明を参照することができる。

過給空気冷却器２１６の入口面２７８のラジエータ２１４の出口面２５０に対する角度θ（シータ）は、０度である。それに従って、カウル２１８の一対の空気流案内器２７１によって形成された縮流部分２８６のラジエータ２１４の出口面２５０に対する角度α（アルファ）は、３０度に変更されている。

（第４実施形態）
図１１および図１２は第４実施形態の熱交換装置３１０を示す。第４実施形態は第１実施形態に類似の構成を有しており、以下の説明ではそれらの相違点が説明される。第１実施形態と共通の要素は、同じ符号の前にひとつの数字「３」を付して示されており、同じ符号に関する先の説明を参照することができる。

２つの過給空気冷却器３１６のそれぞれがもつ２つのノズルのうちの一方である２つのノズル３７０は熱交換装置３１０の下部に配置されている。２つの過給空気冷却器３１６のそれぞれがもつ２つのノズルのうちの他方である２つのノズル３７２は熱交換装置３１０の上部に配置されている。２つのノズル３７２は、連結管３７３によって連結されている。２つのノズル３７０は、連結管３７７によって連結されている。連結管３７３は、過給空気ラインに接続されるポート３７５を有する。連結管３７７は、過給空気ラインに接続されるポート３７９を有する。

この実施形態では、ノズル３７０およびノズル３７２の一方を入口ノズルとし、他方を出口ノズルとすることができる。これらに対応して、ポート３７５およびポート３７９の一方を入口ポートとし、他方を出口ポートとすることができる。入口ポートはターボチャージャーからの過給空気を受け入れるように過給空気ラインに接続される。出口ポートはエンジンへ過給空気を供給するように過給空気ラインに接続される。よって、過給空気冷却器３１６は、互いと並列に配置されている。

熱交換装置３１０の作動において、過給空気は、冷却される間に過給空気冷却器３１６のコアを通過するときに、圧力損失を生じる。２つの過給空気の流れが同じ圧力損失を経るように２つの並列の過給空気冷却器３１６にまたがって過給空気を分流することは、同じ冷却量を生じさせる。過給空気の流れを２つに分岐させる構成は、流路断面積を実質的に増加させ、同時に、流れの長さを抑制する。

（第５実施形態）
図１３および図１４は第５実施形態の熱交換装置４１０を示す。第５実施形態は第１実施形態に類似の構成を有しており、以下の説明ではそれらの相違点が説明される。第１実施形態と共通の要素は、同じ符号の前にひとつの数字「４」を付して示されており、同じ符号に関する先の説明を参照することができる。

熱交換装置４１０は３つの過給空気冷却器４１６を有する。過給空気冷却器４１６のそれぞれは、本質的にラジエータ４１４の出口面４５０に垂直となるように配置される。３つの過給空気冷却器４１６のうちの１つは熱交換装置４１０の上部に配置される。他の２つの過給空気冷却器４１６は、熱交換装置４１０の両側であって、その上側に偏って配置されている。

さらに、２つの過給空気タンク４８１が設けられている。ひとつの過給空気タンク４８１は、上部の過給空気冷却器４１６と横に配置されたひとつの過給空気冷却４１６とを連結する。他の過給空気タンク４８１は、上部の過給空気冷却器４１６と横に配置された他の過給空気冷却４１６とを連結する。よって、３つの過給空気冷却器４１６は、直列的に連結されている。

入口ノズルと出口ノズルとを提供する２つのノズル４７０、４７２が、横に配置された２つの過給空気冷却器４１６、４１６の反対側の端部に設けられている。３つの過給空気冷却器４１６のそれぞれの入口面４７８は、熱交換装置４１０の外側に向けて指向されている。過給空気冷却器４１６のそれぞれの出口面４８０はカウル４１８に内部に位置付けられている。この第５実施形態のカウル４１８は単一の入口を有する。単一の入口は、３つの過給空気冷却器４１６の３つの出口面４８０およびラジエータ４１４の出口面を囲んでいる。３つの過給空気冷却器４１６は、ラジエータ４１４に直接的に固定されている。

オイルクーラ４１２のための外気入口容積は、オイルクーラ４１２の入口面４２６の前に位置している。過給空気冷却器４１６のための外気入口容積は、熱交換装置４１０の横側と上側とに配置されている。カウル４１８の中の負圧は、オイルクーラ４１２およびラジエータ４１４を通して外気を吸引するとともに、同様にして、３つの過給空気冷却器４１６を通して外気を吸引する。第１実施形態および第２実施形態とは対照的に、３つの過給空気冷却器４１６の周囲の外気入口容積は、カウル４１８によって分離されるより、むしろ、ラジエータ４１４に対して過給空気冷却器４１６における外気の通過方向を方向付けることによって、ラジエータ４１４の出口面から出る空気から分離される。

（他の実施形態）
上述の実施形態の要素および特徴に関して多様な代替構成が採用可能であることが理解される。上述のすべての実施形態は、オイルクーラ１２を含む第１熱交換器、ラジエータ１４を含む第２熱交換器、および第３熱交換器を形成する２つ以上の過給空気冷却器１６を備える熱交換装置１０について説明されている。これらの特定の熱交換器の選択と組合せとは、トラクターのような重い車両、すなわち農業、工業などに利用される産業用車両に好適である。しかしながら、熱交換装置１０などが他の形式の熱交換器を利用する他の車両に適用される場合、上述の特定の熱交換器は、他の類似の熱交換器と置換可能である。

送風機１９は軸流型であり、しかも、複数の熱交換器から空気を吸い込むように説明されている。これに代えて、正圧によって熱交換器を通過するように空気を押すまたは付勢する軸流型の送風機１９が用いられてもよい。

過給空気冷却器１６は、ラジエータ１４の周囲によって定義された部分設置空間に重複しているように説明されている。代替的な配置では、過給空気冷却器１６は、ラジエータ１４が仮想の空気流れの軸に垂直な熱交換装置１０の最も外側の部分であるように、ラジエータ１４の周囲によって定義された部分設置空間の中に配置される。この配置は、有効な横方向の設置空間を最小化するから、この点において有利である。

過給空気冷却器の上述の相互連結は直列または並列である。過給空気冷却器タンクまたは接続管はいずれかの構成において適宜に用いられ得る。

ここに開示される発明は、その発明を実施するための実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示される発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示される発明の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

１０ 熱交換装置、
１２ オイルクーラ、
１４ ラジエータ、
１６ 過給空気冷却器、
１８ カウル。

Claims (31)

1. 外気が通過するように配置された第１熱交換器と、
   第１熱交換器に隣接し、前記第１熱交換器を出た空気が通過するように配置された第２熱交換器と、
   外気が通過するように配置された連結型の複数のコアを含む第３熱交換器とを備えることを特徴とする熱交換装置。
2. さらに、複数の前記熱交換器を通過するように空気の流れを案内するカウルを備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
3. 前記カウルは、外気だけが前記第３熱交換器の前記コアを通過するように、前記第３熱交換器の複数の前記コアを分離するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換装置。
4. 前記カウルは、前記第２熱交換器の外縁から前記第３熱交換器の前記コアの内縁に延びる少なくとも１つの部分を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱交換装置。
5. 前記カウルの前記部分は、前記第２熱交換器の隣接した入口または出口の面に対して２０度から６０度の範囲の角度にあることを特徴とする請求項４に記載の熱交換装置。
6. 前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とのうちの１つはオイルクーラを含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱交換装置。
7. 前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とのうちの１つはラジエータを含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱交換装置。
8. 前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とはオイルクーラとラジエータとを含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱交換装置。
9. 前記オイルクーラは、前記ラジエータの上流にあることを特徴とする請求項８に記載の熱交換装置。
10. 前記第３熱交換器の複数の前記コアは、過給空気冷却器を含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の熱交換装置。
11. 複数の前記過給空気冷却器は過給空気冷却のための接続タンクによって連結されていることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換装置。
12. 前記第３熱交換器の複数の前記コアは、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との入口または出口の面に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の熱交換装置。
13. 前記第３熱交換器の複数の前記コアは並列に連結されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の熱交換装置。
14. 前記第３熱交換器の複数の前記コアは直列に連結されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の熱交換装置。
15. さらに、複数の前記熱交換器の配置に空気を流す送風機を備えることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の熱交換装置。
16. 前記送風機は軸流型であることを特徴とする請求項１５に記載の熱交換装置。
17. 前記送風機は、複数の前記熱交換器に空気を押し込むように配置されていることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の熱交換装置。
18. 前記送風機は、複数の前記熱交換器から空気を吸い出すように配置されていることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の熱交換装置。
19. 前記第２熱交換器は、前記第１熱交換器に実質的に平行に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれかに記載の熱交換装置。
20. 前記第３熱交換器の複数の前記コアは、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器とを通る気流方向に関して対称的に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれかに記載の熱交換装置。
21. 前記第３熱交換器の複数の前記コアは、前記第２熱交換器に対して０度から９０度の範囲の角度をなして配置されていることを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれかに記載の熱交換装置。
22. 前記第３熱交換器の複数の前記コアは、前記第２熱交換器に対して鋭角をなして配置されていることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれかに記載の熱交換装置。
23. 前記第３熱交換器の複数の前記コアが前記第２熱交換器に対してなす角度は、１０度から４０度の範囲にあることを特徴とする請求項２２に記載の熱交換装置。
24. 前記第３熱交換器の複数の前記コアが前記第２熱交換器に対してなす角度は、２０度の近傍にあることを特徴とする請求項２２に記載の熱交換装置。
25. 前記第３熱交換器の複数の前記コアは、前記第２熱交換器に対して実質的に直角をなしていることを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれかに記載の熱交換装置。
26. 前記第３熱交換器は、連結型の３つの前記コアを含むことを特徴とする請求項１から請求項２５のいずれかに記載の熱交換装置。
27. 前記第３熱交換器のひとつの前記コアは、前記第２熱交換器の上側に配置されており、前記第３熱交換器のふたつの前記コアは、それぞれ、前記第２熱交換器の両側に配置されていることを特徴とする請求項２６に記載の熱交換装置。
28. 前記第２熱交換器は、その外周によって区切られた部分設置空間を区画しており、前記第３熱交換器は前記部分設置空間と重複していることを特徴とする請求項１から請求項２７のいずれかに記載の熱交換装置。
29. 前記第２熱交換器は、その外周によって区切られた部分設置空間を区画しており、前記第３熱交換器の大部分の範囲は前記部分設置空間と重複していることを特徴とする請求項１から請求項２８のいずれかに記載の熱交換装置。
30. 前記第２熱交換器は、その外周によって区切られた部分設置空間を区画しており、前記第３熱交換器は前記部分設置空間の中に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項２９のいずれかに記載の熱交換装置。
31. 請求項１から請求項３０のいずれかに記載の熱交換装置が一体的に取り扱い可能な組立体として組み立てられていることを特徴とする熱交換器組立体。

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