JP2018031568A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化、配管接続作業の簡素化、及びポンプ負荷の増大抑制が可能な熱交換器の提供。【解決手段】チャージエアクーラ４は、ラジエータ３の下流側冷却水タンク１１に設けられて上流側の空気収容空間２２を内部に区画する上流側空気タンク部２０と、下流側冷却水タンク１１に設けられて下流側の空気収容空間２３を内部に区画する下流側空気タンク部２１と、下流側冷却水タンク１１の冷却水収容空間１４に配置されて上流側の空気収容空間２２と下流側の空気収容空間２３とを連通する複数の通気路３２とを有する。上流側の空気収容空間２２に流入した空気は、複数の通気路３２を流通する際に冷却水収容空間１４（冷却水流通管３１内）を流通する冷却水によって水冷され、下流側の空気収容空間２３から流出する。【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換器に関する。

特許文献１には、冷却水通路を介してラジエータと接続されたインタークーラが記載されている。冷却水は、インタークーラ内を流れる間に吸気の熱を奪った後、冷却水通路を介してラジエータに導入され、ラジエータにて冷却された後、冷却水通路を介してインタークーラに戻される。吸気は、ターボチャージャーによって過給され、インタークーラによって冷却されてエンジンに供給される。

特開２０１１−２１４５４４号公報

特許文献１では、ラジエータの外部に、インタークーラ（チャージエアクーラ）を配置するためのスペースが必要であり、省スペース化が難しい。また、ラジエータとチャージエアクーラとを接続する冷却水通路（配管）が必要であり、配管接続作業の煩雑化や、冷却水の流路長の増大によるポンプ負荷の増大を招く。

そこで、本発明は、省スペース化、配管接続作業の簡素化、及びポンプ負荷の増大抑制が可能な熱交換器の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の熱交換器は、空気を冷却するための熱交換器であって、ラジエータとチャージエアクーラとを備える。

ラジエータは、上流側の冷却水収容空間を内部に区画する上流側冷却水タンクと、下流側の冷却水収容空間を内部区画する下流側冷却水タンクと、上流側の冷却水収容空間と下流側の冷却水収容空間とを連通するラジエータコアとを有する。チャージエアクーラは、下流側冷却水タンクに設けられて上流側の空気収容空間を内部に区画する上流側空気タンク部と、下流側冷却水タンクに設けられて下流側の空気収容空間を内部に区画する下流側空気タンク部と、下流側の冷却水収容空間に配置されて上流側の空気収容空間と下流側の空気収容空間とを連通する複数の通気路とを有する。

上流側の冷却水収容空間に流入した冷却水は、ラジエータコアを流通する際に空冷されて、下流側の冷却水収容空間に流入する。上流側の空気収容空間に流入した空気は、複数の通気路を流通する際に下流側の冷却水収容空間を流通する冷却水によって水冷され、下流側の空気収容空間から流出する。

上記構成では、ラジエータとチャージエアクーラとが一体的に設けられているので、両者を別体として設ける場合に比べて、省スペース化を図ることができる。また、ラジエータとチャージエアクーラとを接続する配管が不要であるので、配管接続作業の簡素化を図ることができるとともに、冷却水の流路長の短縮化によるポンプ負荷の増大抑制を図ることができる。さらに、ラジエータコアによって空冷された直後の冷却水によって空気（例えば、エンジンの吸気）を冷却するので、空気を効率良く冷却することができる。

本発明の熱交換器によれば、省スペース化、配管接続作業の簡素化、及びポンプ負荷の増大抑制が可能である。

第１実施形態の熱交換器をＨＴラジエータとともに示す概略図である。 図１の熱交換器を模式的に示す正面図である。 図１のIII−III矢視断面図である。 図１のIV−IV矢視断面図である。 第２実施形態の熱交換器を模式的に示す正面図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る熱交換器について、図１〜図４を参照して説明する。本実施形態の熱交換器は、エンジンへ供給する空気（吸気）を冷却するための車両用の熱交換器である。なお、以下の説明において、前後方向とは車両の進行方向の前後方向である。また、図中の実線の矢印は冷却水の流通方向を示し、破線の矢印は空気の流通方向を示す。

車体の前部には、図１に示すように、ＬＴラジエータユニット（低温ラジエータユニット）１とＨＴラジエータ（高温ラジエータ）２とが固定される。ＬＴラジエータユニット１は、本実施形態に係る熱交換器（チャージエアクーラ一体型ラジエータ）であり、例えばＨＴラジエータ２の前方に配置される。

ＨＴラジエータ２は、エンジン（図示省略）から回収された冷却水を空冷する。ＨＴラジエータ２によって空冷された冷却水は、ポンプ（図示省略）によってエンジンへ循環供給される。

ＬＴラジエータユニット１は、ラジエータ（ＬＴラジエータ）３とチャージエアクーラ（ＣＡＣ）４とから概ね構成される。ラジエータ３は、ポンプ５とともに冷却水循環路６に設けられ、ポンプ５から吐出されて循環する冷却水を空冷する。チャージエアクーラ４は、例えばターボチャージャー（図示省略）の上流側又は下流側の吸気路に設けられ、エンジンへ供給される空気をラジエータ３が空冷した冷却水によって水冷する。

次に、ＬＴラジエータユニット１の構造について、図２〜図４を参照して説明する。

図２に示すように、ラジエータ３は、上流側冷却水タンク１０と下流側冷却水タンク１１とラジエータコア１２とを有する。上流側冷却水タンク１０は、矩形箱体状であり、上流側の冷却水収容空間１３を内部に区画する。下流側冷却水タンク１１は、上流側冷却水タンク１０に対向配置される矩形箱体状であり、下流側の冷却水収容空間１４を内部に区画する。ラジエータコア１２は、上流側冷却水タンク１０と下流側冷却水タンク１１とを連結して、上流側の冷却水収容空間１３と下流側の冷却水収容空間１４とを連通する。

上流側冷却水タンク１０には、上流側の冷却水収容空間１３と外部とを連通する冷却水流入管１５が固定され、下流側冷却水タンク１１には、下流側の冷却水収容空間１４と外部とを連通する冷却水流出管１６が固定されている。冷却水流入管１５は、上流側冷却水タンク１０の一端側（図２中の上部）に設けられ、冷却水流出管１６は、下流側冷却タンク１１の他端側（図２中の下部）に設けられている。ポンプ５（図１参照）から吐出され、冷却水流入管１５から上流側の冷却水収容空間１３に流入した冷却水は、ラジエータコア１２を流通する際に空冷され、下流側の冷却水収容空間１４を流通し、冷却水流出管１６から流出してポンプ５に戻る。

図３及び図４に示すように、チャージエアクーラ４は、上流側空気タンク部２０と下流側空気タンク部２１とクーラ本体３０とを有する。

クーラ本体３０は、一側の開口端（図３中の左端）から他側の開口端（図３中の右端）へ冷却水が流通する複数（本実施形態では３層分）の冷却水流通管３１と、一方の開口端（図４中の下端）から他方の開口端（図４中の上端）へ空気が流通する複数（本実施形態では４層分）の通気路３２とを有する。冷却水流通管３１は、矩形筒形状である。

クーラ本体３０は、複数（本実施形態では３層分）の冷却水流通管３１と複数（本実施形態では４層分）の放熱フィン３３とを、放熱フィン３３が外層側となるように交互に積層し、冷却水流通管３１の両側（図３中の左右）の開口端部を一側及び他側（図３中の左側及び右側）の管支持板３４，３５にそれぞれ固着することによって構成され、下流側冷却水タンク１１内の中間部（図４中の上下方向の中間部）に収容される。一側（図３中の左側）の管支持板３４は、冷却水収容空間１４とラジエータコア１２との連通部１７に対向し、他側（図３中の右側）の管支持板３５は、ラジエータコア１２の反対側のタンク内面（下流側冷却水タンク１１の内面）に対向し、各管支持板３４，３５の両側縁（図３中の上側の端縁及び下側の端縁）は、相対向するタンク内面にそれぞれ固着される。

クーラ本体３０の一側及び他側（図３中の左端及び右端）の端面３０ａ，３０ｂでは、冷却水流通管３１の内部のみがクーラ本体３０の外部へ開口し、それ以外の領域は管支持板３４，３５によって塞がれている。一側の管支持板３４は、ラジエータコア１２から冷却水が流入する第１冷却水流入空間３６をタンク内面との間に形成し、第１冷却水流入空間３６へ流入した冷却水は、冷却水流通管３１へ流入する。他側の管支持板３５は、冷却水流通管３１を流通した冷却水が流入する第２冷却水流入空間３７をタンク内面との間に形成する。

積層内側の通気路３２は、隣接する２つの冷却水流通管３１と管支持板３４，３５とによって形成され、積層外側の通気路３２は、積層外側の冷却水流通管３１とタンク内面と管支持板３４，３５とによって形成される。各通気路３２には放熱フィン３３が配設され、通気路３２の両端は、クーラ本体３０の一方及び他方（図４中の上端及び下端）の端面３０ｃ，３０ｄで開口する。

下流側空気タンク部２１と上流側空気タンク部２０とは、クーラ本体３０の一方の端面３０ｃ側（図４中の上端面側）と他方の端面３０ｄ側（図４中の下端面側）とに、各端面３０ｃ，３０ｄに隣接して設けられる。下流側空気タンク部２１の内部には、クーラ本体３０の一方の端面３０ｃとタンク内面とによって下流側の空気収容空間２３が区画され、上流側空気タンク部２０の内部には、クーラ本体３０の他方の端面３０ｄとタンク内面と隔壁１８とによって上流側の空気収容空間２２が区画される。隔壁１８は、クーラ本体３０の他方の端面３０ｄと冷却水流出管１６の接続部分との間に配置され、タンク内面に固着される。

下流側冷却水タンク１１には、上流側の空気収容空間２２と外部とを連通する空気流入管２４と、下流側の空気収容空間２３と外部とを連通する空気流出管２５とが固定されている。空気流出管２５は、下流側冷却水タンク１１の一端側（図２中の上部）に設けられ、空気流入管２４は、空気流出管２５と冷却水流出管１６との間に設けられている。

隔壁１８は、冷却水流出管１６及び第２冷却水流入空間３７と連通する第３冷却水流入空間３８を、タンク内壁との間に形成する。

ラジエータコア１２から下流側の冷却水収容空間１４に流入した冷却水は、第１冷却水流入空間３６、クーラ本体３０の冷却水流通管３１、第２冷却水流入空間３７、及び第３冷却水流入空間３８を順次流通し、冷却水流出管１６から流出してポンプ５（図１参照）へ戻る。また、空気流入管２４から上流側の空気収容空間２２に流入した空気は、クーラ本体３０の通気路３２及び下流側の空気収容空間２３を順次流通し、通気路３２を流通する際に冷却水流通管３１内の冷却水へ放熱して（クーラ本体３０によって水冷されて）、空気流出管２５から流出してエンジンに供給される。

下流側冷却水タンク１１内において、冷却水の流通経路である冷却水収容空間１４（第１冷却水流入空間３６、クーラ本体３０の冷却水流通管３１、第２冷却水流入空間３７、及び第３冷却水流入空間３８）と、空気の流通経路（上流側の空気収容空間２２、クーラ本体３０の通気路３２及び下流側の空気収容空間２３）とは、完全に遮断されて相互に連通しない。また、第１冷却水流入空間３６と第３冷却水流入空間３８とは、冷却水流通管３１及び第２冷却水流入空間３７を介してのみ連通し、直接連通しない。

本実施形態によれば、ラジエータ３とチャージエアクーラ４とを一体的に設けたので、両者を別体として設ける場合に比べて、省スペース化を図ることができる。また、ラジエータ３とチャージエアクーラ４とを接続する配管が不要であるので、配管接続作業の簡素化を図ることができるとともに、冷却水の流路長の短縮化によるポンプ負荷の増大抑制を図ることができる。さらに、ラジエータコア１２によって空冷された直後の冷却水によって空気（エンジンの吸気）を冷却するので、吸気を効率良く冷却することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る熱交換器について、図５を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態では、冷却水を循環させるためのポンプ４０がラジエータ４の下流側冷却水タンク１１に設けられ、上流側冷却水タンク１０（上流側の冷却水収容空間１３）と下流側冷却水タンク１１（下流側の冷却水収容空間１４）とが接続管４１によって接続されて連通する。このように、ラジエータ３とポンプ４０とを一体的に設けたので、省スペース化、配管接続作業の簡素化、及びポンプ負荷の増大抑制をさらに図ることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

例えば、内装する熱交換器はエアコン用コンデンサにも適用可能である。また、ラジエータの水の流れる方向は、上下方向でも左右方向でも構わない。

本発明は、車両用及び車両用以外の熱交換器として広く適用可能である。

１：ＬＴラジエータユニット（熱交換器）
３：ラジエータ
４：チャージエアクーラ
５，４０：ポンプ
６：冷却水循環路
１０：上流側冷却水タンク
１１：下流側冷却水タンク
１２：ラジエータコア
１３：上流側の冷却水収容空間
１４：下流側の冷却水収容空間
１５：冷却水流入管
１６：冷却水流出管
１８：隔壁
２０：上流側空気タンク部
２１：下流側空気タンク部
２２：上流側の空気収容空間
２３：下流側の空気収容空間
２４：空気流入管
２５：空気流出管
３０：クーラ本体
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ：クーラ本体の端面
３１：冷却水流通管
３２：通気路
３６：第１冷却水流入空間
３７：第２冷却水流入空間
３８：第３冷却水流入空間

Claims (1)

1. 空気を冷却するための熱交換器であって、
   上流側の冷却水収容空間を内部に区画する上流側冷却水タンクと、下流側の冷却水収容空間を内部区画する下流側冷却水タンクと、前記上流側の冷却水収容空間と前記下流側の冷却水収容空間とを連通するラジエータコアとを有するラジエータと、
   前記下流側冷却水タンクに設けられて上流側の空気収容空間を内部に区画する上流側空気タンク部と、前記下流側冷却水タンクに設けられて下流側の空気収容空間を内部に区画する下流側空気タンク部と、前記下流側の冷却水収容空間に配置されて前記上流側の空気収容空間と前記下流側の空気収容空間とを連通する複数の通気路とを有するチャージエアクーラと、を備え、
   前記上流側の冷却水収容空間に流入した冷却水は、前記ラジエータコアを流通する際に空冷されて、前記下流側の冷却水収容空間に流入し、
   前記上流側の空気収容空間に流入した空気は、前記複数の通気路を流通する際に前記下流側の冷却水収容空間を流通する冷却水によって水冷されて、前記下流側の空気収容空間から流出する
   ことを特徴とする熱交換器。

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