JP2016521842A

JP2016521842A - 車両のための熱交換器

Info

Publication number: JP2016521842A
Application number: JP2016518805A
Authority: JP
Inventors: マッツォーニ、アルマンド; ノモト、エデル
Original assignee: ヴァレオシステマスアウトモチヴォスリミターダ
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2016-07-25
Also published as: KR101893807B1; BR102013014855A2; US20160131430A1; BR102013014855B1; KR20160113090A; ES2668929T3; EP3008416B1; CN105473972A; US9746244B2; EP3008416A1; PL3008416T3; WO2014197960A1; CN105473972B

Abstract

車両のための熱交換器１０であって、この熱交換器１０が、第１のヘッダ１４及び第２のヘッダ１６であって、第１のヘッダ１４が高温流体入口１８及び低温流体出口２０に接続され、その結果、第１のヘッダ１４が壁２８によって分離される高温領域２４及び低温領域２６を備える、第１のヘッダ１４及び第２のヘッダ１６と、複数のチューブ２２、２９、３０、３１であって、各チューブが第１のヘッダ１４と第２のヘッダ１６とを流体連通させ、これには、第１のヘッダ１４の高温領域２４内で壁２８の隣に位置する「高温端チューブ」３１と称される１つのチューブ３１と、第１のヘッダの低温領域内で壁の隣に位置する「低温端チューブ」３２と称される１つのチューブとが含まれる、複数のチューブ２２、２９、３０、３１とを備える。熱交換器１０が、高温領域２４内に位置する他のチューブ２９、３０内の流体流れと比較して高温端チューブ３１内の流体流れを減少させるためのフロー・レデューサ３６を備える。

Description

本発明は車両のための熱交換器に関し、限定しないがより詳細には、給気冷却器（ＣＡＣ：ｃｈａｒｇｅａｉｒｃｏｏｌｅｒ）などの熱交換器を扱う。

ほとんどの熱交換器は、チューブの列を通してクーラント（例えば、空気）を流している間に給気流れの邪魔になるように配置されるチューブのいくつかの列を備える。通常、特に給気冷却器では、熱交換器が、高温空気入口（ｈｏｔａｉｒｉｎｌｅｔ）さらには低温空気出口（ｃｏｌｄａｉｒｏｕｔｌｅｔ）を有ししたがって高温空気領域（ｈｏｔａｉｒｒｅｇｉｏｎ）及び低温空気領域（ｃｏｌｄａｉｒｒｅｇｉｏｎ）を画定する第１のヘッダを備える。チューブの一方の部分が高温空気領域に接続され、対して、もう一方の部分が低温空気領域に接続され、高温領域及び低温領域の両方が壁によって分離される。

このような交換器によって生じる１つの問題は、交換器が「高温端チューブ（ｈｏｔｅｎｄｔｕｂｅ）」と称される高温空気を導通させる１つのチューブを有しているが、ヘッダ内で低温空気領域の隣に高温空気領域が位置しているために、このチューブが「低温端チューブ（ｃｏｌｄｅｎｄｔｕｂｅ）」と称される低温空気を導通させる別のチューブのすぐ隣に位置しているということにある。したがって、高温端チューブと低温端チューブとの間の温度差により熱交換器の小さい領域内での温度勾配が高くなり、それにより結果的にヘッダの近傍でチューブに亀裂が生じる場合もある。

本発明の一目的は、より高い耐久性を有する熱交換器を提供することである。

したがって、本発明の目的は、
第１のヘッダ及び第２のヘッダであって、第１のヘッダが高温流体入口（ｈｏｔｆｌｕｉｄｉｎｌｅｔ）及び低温流体出口（ｃｏｌｄｆｌｕｉｄｏｕｔｌｅｔ）に接続され、その結果、第１のヘッダが壁によって分離される高温領域及び低温領域を備える、第１のヘッダ及び第２のヘッダと、
複数のチューブであって、各チューブが第１のヘッダと第２のヘッダとを流体連通させ、これには、第１のヘッダの高温領域内で壁の隣に位置する「高温端チューブ」と称される１つのチューブと、第１のヘッダの低温領域内で壁の隣に位置する「低温端チューブ」と称される１つのチューブとが含まれる、複数のチューブと
を備える、車両のための熱交換器であって、
熱交換器が、高温領域内に配置される他のチューブ内の流体流れと比較してエンド・ホット・チューブ内の流体流れを減少させるためのフロー・レデューサを備える、熱交換器である。

このような熱交換器は、エンド・コールド・チューブとエンド・ホット・チューブとの間の温度勾配が低くなることが有利である。実際には、高温端チューブ内に存在するフロー・レデューサのおかけで、高温端チューブを通過する流体が減少し、それにより、流体速度が低下する。これにより高温領域に接続される他のチューブ内よりも流体がより低温となり、その結果、低温端チューブ内の流体の温度勾配が低くなる。したがって、これらのチューブに通常加えられるような熱応力も減少し、チューブが故障するリスクが低減され、それにより、熱交換器全体の耐久性が向上する。

好適には、流体は空気である。したがって、高温流体入口及び低温流体出口はそれぞれ高温空気入口及び低温空気出口であり、フロー・レデューサが高温端チューブ内の空気流れを減少させる。

フロー・レデューサが高温端チューブ内の流体流れを減少させることができる任意の手段を含むことに留意されたい。フロー・レデューサは高温端チューブ内の流体流れをゼロにするように減少させることができ、つまり、チューブを通過する流体が存在しなくなる。

フロー・レデューサは、第１のヘッダ内に位置するか、第２のヘッダ内に位置するか、第１及び第２のヘッダ内に位置するか、又は、高温端チューブ内に位置してよい。

上述した熱交換器はまた、以下の特徴のうちの１つ又は複数の特徴を単独で又は組み合わせで有することができる。

フロー・レデューサが、高温端チューブに対して上流側で第１のヘッダ内に位置する壁を備える。この構成により、具体的には、高温端チューブの上流側で第１のヘッダの断面を縮小させるのを可能とし、したがって、高温端チューブに入る流体の量を減少させるのを可能とし、それにより空気流れを効率的に減少させるのを可能とする。

壁がアパーチャを有し、このアパーチャは好適には円形状を有し、このようなアパーチャは、１ｍｍ^２から２０００ｍｍ^２（平方ミリメートル）、好適には１ｍｍ^２から１２００ｍｍ^２、より好適には２０ｍｍ^２から３２０ｍｍ^２を含む面積を画定する。

フロー・レデューサが、高温端チューブの前方で第１のヘッダ内に配置される部分を有する。このようにフロー・レデューサを固有に配置することにより、高温端チューブの前方での第１のヘッダの断面を縮小させることが可能となる。有利には、この部分は、チューブの幅又は直径以上の幅又は直径を有する。

高温端チューブが流体入口を有し、フロー・レデューサが、フロー・レデューサとこの流体入口との間の距離を０ｍｍから２０ｍｍまでの範囲とするように第１のヘッダ内に配置される。これにより、第１のヘッダの断面のサイズを縮小させることが可能となる。

フロー・レデューサが高温端チューブ内に位置する壁を備え、前記壁がチューブの一部分又は全体を塞ぐ。このようにして、フロー・レデューサが、第１又は第２のヘッダの構成からから独立してチューブと一体に製造され得るか又はチューブに組み付けられ得、それでもヘッダが標準のタイプのままとなり得る。

フロー・レデューサが、第２のヘッダ内の、高温端チューブの流体出口の近くに位置する。第２のヘッダ内でフロー・レデューサをこのように配置することにより、代替的手法で高温端チューブ内の空気流れを減少させることが可能となる。第１のヘッダ内に配置されるフロー・レデューサに加えて第２のヘッダ内にフロー・レデューサが位置する場合、高温端チューブ内の空気流れをさらに減少させることが可能となる。

熱交換器が、高温領域内で高温端チューブの隣に位置する高温チューブ内の流体流れを減少させるためのフロー・レデューサを備える。高温端チューブの隣に位置する高温チューブ内の空気流れを減少させることにより、温度勾配をさらに低くすることが可能となる。

高温端チューブが、熱交換器内で高温端チューブを他のチューブから区別するのを可能にする識別手段を備える。識別手段が、好適には、熱交換器のコア上に設けられる相補的な誤り防止デバイスと協働するように構成される誤り防止デバイスを備える。このような識別手段により熱交換器内で高温端チューブが確実に正確に配置されるようになり、他のチューブと混同されることが一切回避される。

熱交換器は給気冷却器である。通常、このような給気冷却器は、自動車業界（ｖｅｈｉｃｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙ）では、スーパー・チャージド・エンジン又はターボ・チャージド・エンジンの圧縮空気を冷却するのに使用される。しかし、熱交換器は、それ以外に、ラジエータ、復水器、油冷却器及び排ガス冷却器に適用されてもよい。

添付図面を参照する単に例として与えられる以下の説明から、本発明がより完全に理解される。

熱交換器の第１の実施例による熱交換器を示す三次元図である。図１と同様の熱交換器を示す概略の長手方向断面図である。図２の部分Ｖを示す拡大図である。熱交換器の別の実施例による熱交換器を示す一部分の概略の長手方向断面図である。熱交換器の第３の実施例による熱交換器を示す一部分の概略の長手方向断面図である。熱交換器の第４の実施例による熱交換器を示す一部分の概略の長手方向断面図である。

図１に示される第１の実施例による、車両のための熱交換器１０は、この実例では、スーパー・チャージド・エンジン又はターボ・チャージド・エンジンの圧縮空気を冷却することが意図される給気冷却器である。

熱交換器１０が、コア１２と、第１のヘッダ１４と、第２のヘッダ１６とを備える。第１のヘッダ１４が高温流体入口１８及び低温流体出口２０に接続される。この実例では、流体は空気であり、熱交換器１０により、この実例ではやはり空気であってよいクーラントによって冷却され得るように空気を循環させることが可能となる。

熱交換器１０のコア１２は、２つの反対側にある長手方向面を有する長手方向（図１では垂直）に延びる平行六面体形状を本質的に有し、第１のヘッダ１４及び第２のヘッダ１６がそれぞれコア１２の各々の長手方向面に接続される。コア１２が複数のチューブ２２を備え、各チューブが第１のヘッダ１４と第２のヘッダ１６とを流体連通させるのを可能にする。この事例では、チューブ２２は平坦であり、したがって、クーラントの空気流れ（ｃｏｏｌａｎｔａｉｒｆｌｏｗ）の方向Ｆに平行に延在する平坦な側面を有する。別法として、チューブ２２は、例えば円筒形状などの、他の形状を有してもよい。

第１のヘッダ１４が高温流体領域２４及び低温流体領域２６を備え、これらは実際には高温空気領域２４及び低温空気領域２６である。高温領域２４が高温空気入口１８を用いて高温空気を受け取ってこの空気の方向を第２のヘッダ１６の方に変化させ、低温領域２６が第２のヘッダ１６から空気を受け取ってこの空気の方向を低温空気出口２０の方に変化させる。

図２が、壁２８によって分離される高温領域２４及び低温領域２６を示す。この実例では、壁２８が第１のヘッダ１４の中間セクション内に位置する。複数のチューブ２２には、高温領域２４に接続される高温チューブ２９、及び、低温領域２６に接続される低温チューブ３０が含まれる。これらのチューブは、熱交換器１０のコア１２を通過するクーラントの流れＦと熱を交換するように構成される。高温チューブ２９は第１のヘッダ１４から高温空気を取り込んでその高温空気を第２のヘッダ１６の方に導通させることを意図され、対して、低温チューブ３０は第２のヘッダ１６から低温空気を取り込んでその低温空気を第１のヘッダ１４の方に導通させることを意図される。したがって、第２のヘッダ１６は、高温チューブ２９内で冷却された高温空気である空気を受け取ってその空気を低温チューブ３０内に分配することを意図される。これらの低温チューブ３０は、低温空気を第１のヘッダ１４の方に導通させてその低温空気をさらに冷却することを意図される。

高温チューブ２９の中で、１つのチューブ３１が第１のヘッダ１４の高温領域２４内で壁２８の隣に位置する。このチューブは理解しやすいように「高温端チューブ」３１と称される。高温端チューブ３１が第１のヘッダ１４内に位置する空気入口３４を備え、高温空気がこの空気入口３４を通って流れる。同様の形で、低温チューブ３０の中の１つのチューブが第１のヘッダ１４の低温領域２６内で壁２８の隣に位置し、これは「低温端チューブ」３２と称される。

この実施例では、第１のヘッダ１４が、他の高温チューブ２９の流体流れと比較して高温端チューブ３１内の流体流れを減少させるためのフロー・レデューサ３６を備える。フロー・レデューサ３６は、高温端チューブ３１を基準として上流側で、第１のヘッダ１４の高温領域２４内に位置する。より正確には、フロー・レデューサ３６は高温端チューブ３１の入口３４の前方に位置する。図３に示されるように、この実施例のフロー・レデューサ３６は、高温端チューブ３１の断面形状に類似の断面形状を有する部分３６を備える。この実施例では、部分３６は完全な長方形であり、チューブ３１の幅と好適には同等の幅を有する。しかし、フロー・レデューサ３６の部分３６は、他の高温チューブ２９の空気流れと比較して第１の高温端チューブ３１の空気流れを減少させるのを可能にすることを条件として、長方形とは異なる形状を有してもよい。高温端チューブ３１は、フロー・レデューサ３６とエンド・ホット・チューブ３１の空気入口３４との間の距離を０ｍｍから２０ｍｍまでの範囲とするように第１のヘッダ１４内に配置され、この距離は例えば約１０ｍｍの長さである。

図４から６に具体的に示されるように、フロー・レデューサ３６の他の構成も使用され得る。第１の実施例の同様の特徴を示すのに使用した参照符号が、これらの他の実施例に関連して再使用される。

図４によると、フロー・レデューサ３６が、第１のヘッダ１４の高温領域２４内の、高温端チューブ３１と高温端チューブ３１の隣にあるチューブ４６との間に位置する壁を備える。チューブ４６は第２の高温チューブ４６とも称される。この特定の実施例では、フロー・レデューサ３６の壁が薄いバッフルの外観を有し、これが、高温端チューブ３１の空気入口３４まで空気を到達させるための隙間を残して第１のヘッダ１４の断面を部分的に閉鎖する。

この具体的な実施例では、熱交換器１０が、高温端チューブ３１の空気出口４４及び高温端チューブ３１の隣にある高温チューブ４６の空気出口４４の近くで第２のヘッダ１６内に位置する追加のフロー・レデューサ４２を備える。したがって、この追加のフロー・レデューサ４２により高温端チューブ３１の隣の高温チューブ４６内の空気流れを減少させることが可能となり、ここでは空気流れがやはりさらに減少する。

図５によると、フロー・レデューサ３６の壁が第１のヘッダ１４の高温領域２４内の、高温端チューブ３１と第２の高温チューブ４６との間に位置する。フロー・レデューサ３６のこの壁が、１ｍｍ^２から２０００ｍｍ^２、好適には１ｍｍ^２から１２００ｍｍ^２、又は、より好適には２０ｍｍ^２から３２０ｍｍ^２の範囲の面積を画定する円形状のアパーチャ４８を備え、これは例えば約２０ｍｍ^２である。

図６に示されるように、フロー・レデューサ３６が高温端チューブ３１の下側部分内に位置して高温端チューブ３１の全体を塞ぐ壁４０を備え、したがって空気流れがゼロまで減少する。しかし、空気流れを減少させるのを可能にするために壁４０により高温端チューブ３１が部分的にのみ塞がれてもよいこと想定することも可能である。壁４０が高温端チューブを完全に塞ぐような事例では、チューブの両端部を遮断することが好適であり、この構成は、フロー・レデューサがエンド・ホット・チューブの頂部のところに位置する第２の壁を備えることを暗に意味する。このような遮断されたチューブを装備する高温端チューブ３１を備える熱交換器１０を製造するのを容易にするために、熱交換器１０が、熱交換器１０内で高温端チューブ３１を他のチューブから差別化するために設けられる識別手段を備える。識別手段は、好適には、熱交換器のコア１２上に設けられる相補的な誤り防止デバイスと協働するように構成される誤り防止デバイスを備える。このようなデバイスは、例えば、残りのチューブ２２より小さい直径を有する特定の高温端チューブ３１であってよく、第１のヘッダが前記特定の第１の高温チューブ３１を受けるための対応する直径のスロットを有する。

上述した種々の実施例は多くの手法で変化し得る。例えば、第１のヘッダ１４内に配置されるフロー・レデューサ３６は第２の高温チューブ４６の前方で延在することができ、それにより、第２の高温チューブ内さらには高温端チューブ内の流れを減少させることができる。別法として、フロー・レデューサ３６が、第１のヘッダ１４内、高温端チューブ３１内、及び／又は、第２の高温チューブ４６内に位置するいくつかの部分を備えることができる。

Claims

第１のヘッダ（１４）及び第２のヘッダ（１６）であって、前記第１のヘッダ（１４）が高温流体入口（１８）及び低温流体出口（２０）に接続され、その結果、前記第１のヘッダ（１４）が壁（２８）によって分離される高温領域（２４）及び低温領域（２６）を備える、第１のヘッダ（１４）及び第２のヘッダ（１６）と、
複数のチューブ（２２、２９、３０、３１）であって、各チューブが前記第１のヘッダ（１４）と前記第２のヘッダ（１６）とを流体連通させ、これには、前記第１のヘッダ（１４）の前記高温領域（２４）内で前記壁（２８）の隣に位置する「高温端チューブ」（３１）と称される１つのチューブ（３１）と、前記第１のヘッダの前記低温領域内で前記壁の隣に位置する「低温端チューブ」（３２）と称される１つのチューブとが含まれる、複数のチューブ（２２、２９、３０、３１）と
を備える、車両のための熱交換器（１０）であって、
前記熱交換器（１０）が、前記高温領域（２４）内に位置する他のチューブ（２９、３０）内の流体流れと比較して前記高温端チューブ（３１）内の流体流れを減少させるためのフロー・レデューサ（３６）を備える、
ことを特徴とする熱交換器（１０）。
前記フロー・レデューサ（３６）が、前記高温端チューブ（３１）に対して上流側で前記第１のヘッダ（１４）内に位置する壁を備える、請求項１に記載の熱交換器（１０）。
前記壁がアパーチャ（４８）を備え、前記アパーチャ（４８）が好適には円形状を有し、このようなアパーチャ（４８）が、１ｍｍ^２から２０００ｍｍ^２、好適には１ｍｍ^２から１２００ｍｍ^２、より好適には２０ｍｍ^２から３２０ｍｍ^２を含む面積を画定する、請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
前記フロー・レデューサ（３６）が、前記高温端チューブ（３１）の前方で前記第１のヘッダ（１４）内に配置される部分を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一の請求項に記載の熱交換器。
前記高温端チューブ（３１）が流体入口（３４）を有し、前記フロー・レデューサ（３６）が、前記フロー・レデューサ（３６）とこの流体入口（３４）との間の距離を０ｍｍから２０ｍｍまでの範囲とするように前記第１のヘッダ（１４）内に配置される、請求項１から請求項４までのいずれか一の請求項に記載の熱交換器。
前記フロー・レデューサ（３６）が、前記高温端チューブ（３１）内に位置して前記高温端チューブ（３１）の一部分又は全体を塞ぐ壁（４０）を備える、請求項１から請求項５までのいずれか一の請求項に記載の熱交換器。
前記フロー・レデューサ（３６）が、前記第２のヘッダ（１６）内の、前記高温端チューブの流体出口（４４）の近くに位置する、請求項１から請求項６までのいずれか一の請求項に記載の熱交換器。
前記高温領域（２４）内で前記高温端チューブ（３１）の隣に位置する高温チューブ（３１）内の流体流れを減少させるためのフロー・レデューサ（３６）をさらに備える、請求項１から請求項７までのいずれか一の請求項に記載の熱交換器。
前記高温端チューブ（３１）が、前記熱交換器内で前記高温端チューブ（３１）を他のチューブ（２９、３０）から区別するのを可能にする識別手段を備え、前記識別手段が、好適には、前記熱交換器のコア（１２）上に設けられる相補的な誤り防止デバイスと協働するように構成される誤り防止デバイスを備える、請求項１から請求項８までのいずれか一の請求項に記載の熱交換器。
前記熱交換器が給気冷却器である、請求項１から請求項９までのいずれか一の請求項に記載の熱交換器。