JP7303647B2 - スパイラル式熱交換器 - Google Patents

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Description

本発明は、スパイラル式熱交換器に関する。
従来、工場等では、流体の冷却等の目的で、種々の熱交換器が用いられている。ここで、熱交換器として、例えば、特許文献１に開示されているように、互いに離隔してスパイラル状に巻回された複数の金属板を有し、当該複数の金属板により複数の流路が画成されるスパイラル部を備えるものがある。このような熱交換器は、スパイラル式熱交換器とも呼ばれ、他の熱交換器と比較して小型であるという利点を持っている。
特開２００１－０９９４９１号公報
ところで、スパイラル式熱交換器を車両に適用する場合、車両を軽量化するために、スパイラル部の金属板を工場等で利用されている従来のスパイラル式熱交換器と比較して薄くすることが考えられる。このように金属薄板（つまり、従来よりも薄い金属板）を用いてスパイラル部を形成する場合、例えば、車両の走行中に路上の石等が跳ねてスパイラル部に衝突した際に、スパイラル部が破損しやすくなってしまう。ここで、スパイラル部の破損を抑制するために、スパイラル部を車両に取り付けられたケースに収容することが考えられる。しかしながら、スパイラル状に巻回された金属薄板は、巻回される前の状態に戻るように変形しやすい（つまり、スプリングバックが生じやすい）ので、スパイラル部を所望の形状に維持した状態でケース内に収容することは困難となる。ゆえに、車両を軽量化しつつ、スパイラル式熱交換器を車両に適切に取り付けることを可能とする技術が望まれている。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、車両を軽量化しつつ、スパイラル式熱交換器を車両に適切に取り付けることが可能な、新規かつ改良されたスパイラル式熱交換器を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、互いに離隔してスパイラル状に巻回された複数の金属薄板を有し、前記複数の金属薄板により画成される複数の流路のうちの流路に冷却水が流通するスパイラル部と、車両に取り付けられ、前記スパイラル部を収容するケースと、前記ケースに固定され、前記スパイラル部を保持するブラケットと、を備え、前記ブラケットは、前記スパイラル部の軸方向の少なくとも一方の端部を保持する保持部と、前記スパイラル部の外周面に対して前記スパイラル部の径方向に対向し、かつ、前記ケースの内周面に対しても前記径方向に対向するように、前記スパイラル部の外周面と前記ケースの内周面との間に配置され前記ケースの内周面に固定される固定部と、を有し、前記固定部は、前記スパイラル部の外周面と前記径方向に離隔している、スパイラル式熱交換器が提供される。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、互いに離隔してスパイラル状に巻回された複数の金属薄板を有し、前記複数の金属薄板により画成される複数の流路のうちの流路に冷却水が流通するスパイラル部と、車両に取り付けられ、前記スパイラル部を収容するケースと、前記ケースに固定され、前記スパイラル部を保持するブラケットと、を備え、前記ブラケットは、前記スパイラル部の軸方向の少なくとも一方の端部を保持する保持部と、前記スパイラル部の外周面と前記ケースの内周面との間に配置され前記ケースの内周面に固定される固定部と、を有し、前記固定部は、前記スパイラル部の軸方向の一側から他側に亘って当該軸方向に伸びて形成されており、前記保持部は、前記固定部の当該軸方向の一側から前記ケースの内側に向かって伸びて形成されており、前記スパイラル部の当該軸方向の一側の端部を保持する第１保持部と、前記固定部の当該軸方向の他側から前記ケースの内側に向かって伸びて形成されており、前記スパイラル部の当該軸方向の他側の端部を保持する第２保持部と、を含む、スパイラル式熱交換器が提供される。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、互いに離隔してスパイラル状に巻回された複数の金属薄板を有し、前記複数の金属薄板により画成される複数の流路のうちの流路に冷却水が流通するスパイラル部と、車両に取り付けられ、前記スパイラル部を収容するケースと、前記ケースに固定され、前記スパイラル部を保持するブラケットと、を備え、前記ブラケットは、前記スパイラル部の軸方向の少なくとも一方の端部を保持する保持部と、前記スパイラル部の外周面と前記ケースの内周面との間に配置され前記ケースの内周面に固定される固定部と、を有し、前記保持部は、前記スパイラル部の軸方向の一側の端部を保持し、前記固定部の当該軸方向の一側から前記ケースの内側に向かって伸びて形成されている、スパイラル式熱交換器が提供される。
前記保持部は、前記スパイラル部の軸方向の一側の端部を保持する第１保持部と、前記スパイラル部の軸方向の他側の端部を保持する第２保持部と、を含んでもよい。
前記固定部は、前記スパイラル部の軸方向の一側から他側に亘って当該軸方向に伸びて形成されており、前記第１保持部は、前記固定部の当該軸方向の一側から前記ケースの内側に向かって伸びて形成されており、前記第２保持部は、前記固定部の当該軸方向の他側から前記ケースの内側に向かって伸びて形成されていてもよい。
前記固定部は、前記スパイラル部の外周面と離隔されていてもよい。
前記保持部は、前記スパイラル部の前記複数の金属薄板の各層を保持してもよい。
複数の前記ブラケットが、前記スパイラル部の周方向に互いに間隔を空けて設けられてもよい。
以上説明したように本発明によれば、車両を軽量化しつつ、スパイラル式熱交換器を車両に適切に取り付けることが可能となる。
本発明の実施形態に係るスパイラル式熱交換器が搭載される車両の概略構成を示す模式図である。 同実施形態に係るスパイラル式熱交換器を示す側面端面図である。 同実施形態に係るスパイラル式熱交換器を示す正面断面図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、以下では、タービンエンジンの排気を冷却するためにスパイラル式熱交換器が車両に搭載されている例を説明するが、本発明に係るスパイラル式熱交換器は、他の用途（例えば、ガソリンエンジンの排気を冷却する用途等）で車両に搭載されていてもよい。また、以下では、スパイラル式熱交換器が搭載される車両の一例として車両１を説明するが、スパイラル式熱交換器が搭載される車両の構成は、後述するように、以下で説明する例に特に限定されない。
なお、本明細書では、車両の進行方向を前方向とし、進行方向に対して逆方向を後方向とし、進行方向を向いた状態における左側及び右側をそれぞれ左方向及び右方向とし、鉛直上側及び鉛直下側をそれぞれ上方向及び下方向として、説明する。
＜１．車両の概略＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るスパイラル式熱交換器３０が搭載される車両１の概略について説明する。
図１は、車両１の概略構成を示す模式図である。なお、図１では、太線矢印によって、タービンエンジン２０に取り込まれる空気及び当該タービンエンジン２０から排出されるガスの流れが模式的に示されている。
図１に示すように、車両１は、タービンエンジン２０と、スパイラル式熱交換器３０と、発電機７０と、バッテリ８０と、駆動用モータ９０を備える。
車両１は、駆動用モータ９０を駆動源として走行可能であり、駆動用モータ９０に供給される電力は、バッテリ８０に蓄電されている。車両１では、タービンエンジン２０から出力される動力を用いて発電機７０を駆動し、発電機７０により発電される電力を用いてバッテリ８０を充電することができるようになっている。それにより、航続距離を延長することができる。例えば、タービンエンジン２０、スパイラル式熱交換器３０、発電機７０及び駆動用モータ９０はエンジンルーム１２内に配置されており、バッテリ８０は車室１１の下方に配置されている。
発電機７０は、例えば、タービンエンジン２０の回転軸とギヤ又はチェーン等を介して接続されており、タービンエンジン２０から出力される動力がギヤ又はチェーン等を介して発電機７０に入力されるようになっている。
バッテリ８０としては、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池又は鉛蓄電池等の二次電池が用いられる。
駆動用モータ９０としては、例えば、多相交流式（例えば、三相交流式）のモータが用いられる。駆動用モータ９０は、図示しないインバータを介してバッテリ８０と接続されており、バッテリ８０に蓄電されている電力を用いて動力を生成する。
タービンエンジン２０は、燃焼により生じる高温かつ高圧のガスによりタービン２４が回転駆動されることにより回転エネルギを生成する内燃機関である。
具体的には、タービンエンジン２０の前端部には吸気口２１が形成されており、タービンエンジン２０の内部には回転軸２２を介して接続されている圧縮機２３及びタービン２４が設けられている。回転軸２２は、前後方向に延在しており、回転軸２２の前側に圧縮機２３が固定されており、回転軸２２の後側にタービン２４が固定されている。
このようなタービンエンジン２０では、外気が吸気口２１から吸入され、圧縮機２３により圧縮される。そして、高圧となった空気と図示しない燃料口から供給される燃料とが混合され、燃焼する。そして、燃焼により生じる高温かつ高圧のガスによって、タービン２４が回転駆動される。
タービンエンジン２０の後端部には、排気管４１が接続されており、タービン２４を通過したガスは排気管４１に送られる。排気管４１は、スパイラル式熱交換器３０に接続されている。ゆえに、タービンエンジン２０から排出された高温のガスは、排気管４１を通過してスパイラル式熱交換器３０に送られる。
スパイラル式熱交換器３０は、タービンエンジン２０から排出された高温のガスを熱交換によって冷却するために設けられている。スパイラル式熱交換器３０には、排気管４２が接続されており、スパイラル式熱交換器３０で熱交換されて冷却されたガスは排気管４２に送られる。スパイラル式熱交換器３０から排出されたガスは、排気管４２を通って、車両１の外部へ放出される。
車両１では、スパイラル式熱交換器３０の構造を工夫することによって、スパイラル式熱交換器３０を車両１に適切に取り付けることが実現される。このようなスパイラル式熱交換器３０の詳細については、後述する。
＜２．スパイラル式熱交換器の詳細＞
次に、図２及び図３を参照して、本発明の実施形態に係るスパイラル式熱交換器３０の詳細について説明する。
図２は、スパイラル式熱交換器３０を示す側面端面図である。図３は、スパイラル式熱交換器３０を示す正面断面図である。具体的には、図３は、図２に示される排気管４２を通る断面であるＡ－Ａ断面における断面図である。
図２及び図３に示されるように、スパイラル式熱交換器３０は、スパイラル部３１と、ケース３２と、ブラケット３３とを備える。
スパイラル式熱交換器３０では、車両１に取り付けられているケース３２にスパイラル部３１が収容されており、当該スパイラル部３１はブラケット３３を介してケース３２に取り付けられている。
スパイラル部３１は、流体間の熱交換を実現する機能を有する。
具体的には、スパイラル部３１は、互いに離隔してスパイラル状（具体的には、中心軸方向に見た場合に旋回するにつれて中心から遠ざかる曲線を描く渦巻状）に巻回された複数の金属薄板を有しており、当該複数の金属薄板により画成される複数の流路のうちの流路に冷却水が流通する。
なお、図２及び図３では、スパイラル部３１の軸方向が前後方向と一致している例が示されているが、スパイラル式熱交換器３０におけるスパイラル部３１の姿勢は、このような例に特に限定されない。また、スパイラル部３１を形成する金属薄板の材質は、特に限定されないが、金属薄板の材料としては、例えば、ステンレス又はアルミニウム等が用いられる。
スパイラル部３１を形成する金属薄板の板厚は、具体的には、０．４ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。一方、工場等で用いられているスパイラル式熱交換器のスパイラル部を形成する金属板の板厚は、一般に２．０ｍｍより厚い。つまり、スパイラル式熱交換器３０のスパイラル部３１を形成する金属薄板は、従来のスパイラル式熱交換器のスパイラル部を形成する金属板よりも薄い金属板に相当する。上述したように、一般にスパイラル式熱交換器は他の熱交換器と比較して小型であるという利点を持っているので、車両１に熱交換器としてスパイラル式熱交換器３０を用いることによって、車両１を軽量化することが図られる。さらに、スパイラル式熱交換器３０のスパイラル部３１を形成する金属板として従来のスパイラル式熱交換器のスパイラル部を形成する金属板よりも薄い金属薄板を用いることによって、車両１をより効果的に軽量化することができる。
スパイラル部３１は、詳細には、図２及び図３に示されるように、金属薄板３１１及び金属薄板３１２の２つの金属薄板を有しており、金属薄板３１１及び金属薄板３１２が互いに離隔してスパイラル状に巻回されている。スパイラル部３１では、金属薄板３１１及び金属薄板３１２のうち金属薄板３１１が、金属薄板３１２よりも内側に位置している。
スパイラル部３１では、金属薄板３１１，３１２がスパイラル状に巻回されることにより、スパイラル部３１の径方向に沿って金属薄板の複数の層が形成される。例えば、図３を参照すると、スパイラル部３１では、金属薄板の層数は基本的に４層となっているが、層数が６層となっている部分（具体的には、スパイラル部３１の左下部）も部分的に存在する。なお、スパイラル部３１における金属薄板の層数は、図３に示される例に特に限定されない。
スパイラル部３１の製造工程では、まず、帯状の金属薄板３１１及び金属薄板３１２を重ね合わせ、その後、重ね合わされている金属薄板３１１及び金属薄板３１２をこれらの金属薄板の幅方向に沿った軸まわりにスパイラル状に巻回させる曲げ加工が行われる。上述したように、スパイラル式熱交換器３０のスパイラル部３１では従来のスパイラル式熱交換器のスパイラル部を形成する金属板よりも薄い金属薄板３１１，３１２が用いられているので、スパイラル状に巻回された金属薄板３１１，３１２は巻回される前の状態に戻るように変形しやすい。ここで、スパイラル式熱交換器３０では、後述するように、スパイラル部３１は、当該スパイラル部３１の軸方向の少なくとも一方の端部がブラケット３３により保持された状態でケース３２内に収容される。それにより、ケース３２内のスパイラル部３１を所望の形状に維持することが実現される。
スパイラル部３１では、互いに離隔してスパイラル状に巻回されている金属薄板３１１及び金属薄板３１２により流路５１と流路５２の２つの流路が画成されている。流路５１は、金属薄板３１１の外周面と金属薄板３１２の内周面との間の空間であり、流路５１には冷却水が流通する。一方、流路５２は、金属薄板３１２の外周面と金属薄板３１１の内周面との間の空間であり、流路５２にはタービンエンジン２０から排出され排気管４２を介して送られる高温のガスが流通する。図２及び図３に示される例では、流路５２の幅Ｌ２（つまり、スパイラル部３１の径方向での流路５２の長さ）は流路５１の幅Ｌ１（つまり、スパイラル部３１の径方向での流路５１の長さ）よりも広くなっている。
ここで、図３に示されるように、スパイラル部３１の周方向の端部３１８，３１９において、金属薄板３１１及び金属薄板３１２は接続されており、金属薄板３１１の外周面と金属薄板３１２の内周面との間の隙間はスパイラル部３１の前端部から後端部までの全域に亘って閉鎖されている。なお、端部３１８は、スパイラル部３１の周方向の端部のうち内側の端部に相当し、端部３１９は、スパイラル部３１の周方向の端部のうち外側の端部に相当する。また、図２に示されるように、スパイラル部３１の前端部及び後端部において、金属薄板３１１及び金属薄板３１２は接続されており、金属薄板３１１の外周面と金属薄板３１２の内周面との間の隙間はスパイラル部３１の周方向の端部３１８から端部３１９までの全域に亘って閉鎖されている。よって、冷却水が流通する流路５１は、密閉されている。詳細には、冷却水が循環する循環路がこのような流路５１と接続されており、循環路を循環する冷却水が流路５１内に連続的に供給されるようになっている。
ケース３２は、車両１に取り付けられ、スパイラル部３１を収容する。
なお、ケース３２を形成する金属薄板の材質は、特に限定されないが、ケース３２の材料としては、例えば、ステンレス又はアルミニウム等が用いられる。
ケース３２は、詳細には、図２及び図３に示されるように、略円筒形状を有しており、ケース３２の軸方向とスパイラル部３１の軸方向とが略一致するように、スパイラル部３１がケース３２内に収容される。つまり、図２及び図３に示される例では、ケース３２の軸方向は前後方向と一致している。
ケース３２の外周部には、図３に示されるように、当該ケース３２を車両１に取り付けるための取り付け部３２１が設けられている。取り付け部３２１は、ケース３２の外周部から外側に伸びて形成されており、当該取り付け部３２１の先端部が車両１のフレーム部材５にネジ締結等によって固定されることによって、ケース３２が車両１に取り付けられる。なお、フレーム部材５の、車両１における位置及び形状は、特に限定されない。
タービンエンジン２０から排出されたガスが通過する排気管４１は、ケース３２の前端部の中央部に接続されている。また、スパイラル式熱交換器３０で熱交換されて冷却されたガスが送られる排気管４２は、ケース３２の外周部（具体的には、図２及び図３に示される例ではケース３２の外周部の下部）に接続されている。
ブラケット３３は、ケース３２に固定され、スパイラル部３１を保持する。このように、ブラケット３３は、スパイラル部３１をケース３２に取り付けるための部材である。
具体的には、ブラケット３３は、スパイラル部３１の軸方向の少なくとも一方の端部を保持する保持部３３１と、スパイラル部３１の外周面とケース３２の内周面との間に配置されケース３２の内周面に固定される固定部３３２とを有する。ここで、上記のスパイラル部３１の外周面は、スパイラル部３１における金属薄板の層のうち最も外側の層に相当する部分の外周面を意味する。
なお、ブラケット３３の材質は、特に限定されないが、ブラケット３３の材料としては、例えば、ステンレス又はアルミニウム等が用いられる。
スパイラル式熱交換器３０では、図３に示されるように、複数のブラケット３３が、スパイラル部３１の周方向に互いに間隔を空けて設けられている。なお、図３では、３つのブラケット３３が、スパイラル部３１の周方向に等間隔に設けられている例が示されているが、スパイラル式熱交換器３０におけるブラケット３３の数及び位置は、このような例に特に限定されない。スパイラル部３１が所望の形状に維持されるように当該スパイラル部３１をより適切に保持する観点では、上記のように複数のブラケット３３が、スパイラル部３１の周方向に互いに間隔を空けて設けられることが好ましい。
固定部３３２は、詳細には、図２に示されるように、スパイラル部３１の軸方向の一側（具体的には、車両前側）から他側（具体的には、車両後側）に亘って当該軸方向（つまり、車両前後方向）に伸びて形成されている。後述するように、固定部３３２の前端部及び後端部に保持部３３１（具体的には、第１保持部３３１ａ及び第２保持部３３１ｂ）がそれぞれ接続されている。
固定部３３２は、ケース３２の内周面に、例えば溶接によって、固定されている。図２に示される例では、固定部３３２における前側の部分３３２ａ、中央側の部分３３２ｂ及び後側の部分３３２ｃがケース３２の内周面と接しており、これらの各部分がケース３２の内周面に溶接されている。
なお、固定部３３２は、溶接以外の他の方法によってケース３２の内周面に固定されていてもよい。また、図２に示される例では、固定部３３２における互いに間隔を空けた３つの部分がケース３２の内周面に固定されているが、固定部３３２の少なくとも一部分がケース３２の内周面に固定されていればよい。なお、固定部３３２は、前後方向の全域に亘ってケース３２の内周面に固定されていてもよい。
ここで、ケース３２に対して外部から入力される衝撃（例えば、ケース３２に石等が衝突することにより生じる衝撃）からスパイラル部３１を適切に保護する観点では、図２に示されるように、固定部３３２は、スパイラル部３１の外周面と離隔されていることが好ましい。具体的には、固定部３３２は、前後方向の全域に亘ってスパイラル部３１の外周面と離隔されている。
保持部３３１は、詳細には、図２に示されるように、スパイラル部３１の前端部を保持する第１保持部３３１ａと、スパイラル部３１の後端部を保持する第２保持部３３１ｂとを含む。
第１保持部３３１ａは、固定部３３２の前側からケース３２の内側に向かって伸びて形成されている。そして、スパイラル部３１の前端部が、第１保持部３３１ａの後面に、例えば溶接によって、固定されている。それにより、スパイラル部３１の前端部が第１保持部３３１ａによって保持される。
第２保持部３３１ｂは、固定部３３２の後側からケース３２の内側に向かって伸びて形成されている。そして、スパイラル部３１の後端部は、第２保持部３３１ｂの前面に、例えば溶接によって、固定されている。それにより、スパイラル部３１の後端部が第２保持部３３１ｂによって保持される。
ここで、スパイラル部３１が所望の形状に維持されるように当該スパイラル部３１をより適切に保持する観点では、第１保持部３３１ａ及び第２保持部３３１ｂは、図２及び図３に示されるように、スパイラル部３１の複数の金属薄板３１１，３１２の各層を保持することが好ましい。
具体的には、第１保持部３３１ａ及び第２保持部３３１ｂは、図２及び図３に示されるように、それぞれ固定部３３２の前側及び後側から、スパイラル部３１における金属薄板の層のうち最も内側の層に相当する部分よりも内側まで伸びて形成されている。そして、金属薄板３１１，３１２の各層は、第１保持部３３１ａ及び第２保持部３３１ｂに、例えば溶接によって、固定されている。それにより、金属薄板３１１，３１２の各層が第１保持部３３１ａ及び第２保持部３３１ｂによって保持される。
なお、上記では、スパイラル部３１の端部が保持部３３１に溶接されることによって保持部３３１によるスパイラル部３１の端部の保持が実現される例を説明したが、保持部３３１によるスパイラル部３１の端部の保持は、他の方法によって実現されてもよい。例えば、保持部３３１にスリットが形成されており、スパイラル部３１の端部が当該スリットに挿入された状態で保持部３３１に挟持されることによって、保持部３３１によるスパイラル部３１の端部の保持が実現されてもよい。
また、図２及び図３に示される例では、スパイラル部３１の軸方向の両端部が保持部３３１（具体的には、第１保持部３３１ａ及び第２保持部３３１ｂ）によって保持されているが、保持部３３１は、上述したように、スパイラル部３１の軸方向の少なくとも一方の端部を保持すればよい。ゆえに、例えば、保持部３３１の構成から第１保持部３３１ａ又は第２保持部３３１ｂの一方が省略されてもよいが、スパイラル部３１が所望の形状に維持されるように当該スパイラル部３１をより適切に保持する観点では、保持部３３１は、スパイラル部３１の軸方向の両端部をそれぞれ保持する第１保持部３３１ａ及び第２保持部３３１ｂを含むことが好ましい。
上記で説明したスパイラル式熱交換器３０では、流体間の熱交換が行われる。特に、車両１では、スパイラル式熱交換器３０は、上述したように、タービンエンジン２０から排出されたガスを熱交換によって冷却するために設けられている。ここで、スパイラル式熱交換器３０におけるガスの挙動について説明する。
図２及び図３では、太線矢印によって、タービンエンジン２０から送られる高温のガスの流れが模式的に示されている。タービンエンジン２０から排出され排気管４２を介して送られる高温のガスは、図２に示されるように、まず、スパイラル部３１の内側（具体的には、スパイラル部３１における金属薄板の層のうち最も内側の層に相当する部分よりも内側）に送られる。その後、図３に示されるように、スパイラル部３１の内側に送られたガスは、流路５２内を周方向に沿って外側に向かうように通過する。この際、流路５２内を流通するガスと、流路５２と隣接する流路５１内を流通する冷却水との間で、熱交換が行われる。それにより、ガスから冷却水に熱が吸収され、ガスが冷却される。そして、図２及び図３に示されるように、流路５２を通過し終え冷却されたガスは、排気管４２に送られる。
ところで、スパイラル部３１の寸法は、スパイラル式熱交換器３０の熱交換の性能に大きな影響を与える。ゆえに、例えば、ガスが流通する流路５２の幅Ｌ２を適正化することによって、スパイラル式熱交換器３０の熱交換の性能として所望の性能を得ることができる。よって、スパイラル部３１の形状が所望の形状（例えば、設計時に想定した形状）から乖離してしまった場合、例えば、ガスが流通する流路５２において幅Ｌ２が過度に狭い部分が局所的に存在すること等に起因して、スパイラル式熱交換器３０における熱交換の機能が十分には得られない場合がある。
ここで、スパイラル式熱交換器３０では、上記で説明したように、ブラケット３３は、スパイラル部３１の軸方向の少なくとも一方の端部を保持する保持部３３１と、スパイラル部３１の外周面とケース３２の内周面との間に配置されケース３２の内周面に固定される固定部３３２とを有する。ゆえに、スパイラル部３１の軸方向の少なくとも一方の端部を保持部３３１により保持することによって、スパイラル部３１を所望の形状に維持することができる。さらに、固定部３３２がスパイラル部３１の外周面とケース３２の内周面との間でケース３２の内周面に固定されることによって、スパイラル部３１の外周面とケース３２の内周面との間の空間を有効利用してスパイラル部３１をケース３２に取り付けることができる。よって、スパイラル式熱交換器３０の大型化を抑制しつつ、スパイラル部３１を所望の形状に維持した状態でケース３２内に収容することができる。
このように金属薄板により形成され車両１におけるタービンエンジン２０の排気等の流体を冷却水により冷却可能なスパイラル部３１をケース３２内に収容することによって、スパイラル部３１を外部から入力される衝撃からケースにより保護することができるので、例えば、スパイラル部３１に穴が開き冷却水が外部に漏出することを抑制することができる。さらに、スパイラル部３１を所望の形状に維持することによって、スパイラル式熱交換器３０の熱交換の性能を適切に確保することができる。
＜３．スパイラル式熱交換器の効果＞
次に、本実施形態に係るスパイラル式熱交換器３０の効果について説明する。
本実施形態に係るスパイラル式熱交換器３０は、複数の金属薄板を有し冷却水の流路が形成されるスパイラル部３１を備える。それにより、車両１におけるタービンエンジン２０の排気等の流体を冷却水により冷却可能なスパイラル部３１を形成する金属板として金属薄板を用いることにより車両１を軽量化することができる。さらに、スパイラル式熱交換器３０は、車両１に取り付けられスパイラル部３１を収容するケース３２と、ケース３２に固定されスパイラル部３１を保持するブラケット３３とを備え、ブラケット３３は、スパイラル部３１の軸方向の少なくとも一方の端部を保持する保持部３３１と、スパイラル部３１の外周面とケース３２の内周面との間に配置されケース３２の内周面に固定される固定部３３２とを有する。それにより、スパイラル式熱交換器３０の大型化を抑制しつつ、金属薄板により形成されるスパイラル部３１を所望の形状に維持した状態でケース３２内に収容することができる。ゆえに、車両１を軽量化しつつ、スパイラル部３１を外部から入力される衝撃からケースにより保護し、かつ、スパイラル式熱交換器３０の熱交換の性能を適切に確保することができる。このように、本実施形態に係るスパイラル式熱交換器３０によれば、車両１を軽量化しつつ、スパイラル式熱交換器３０を車両１に適切に取り付けることができる。
また、本実施形態に係るスパイラル式熱交換器３０では、ブラケット３３の保持部３３１は、スパイラル部３１の軸方向の一側の端部（具体的には、前端部）を保持する第１保持部３３１ａと、スパイラル部３１の軸方向の他側の端部（具体的には、後端部）を保持する第２保持部３３１ｂとを含むことが好ましい。それにより、スパイラル部３１の軸方向の各端部を保持部３３１により保持することができるので、スパイラル部３１の軸方向の一側及び他側の双方において、スパイラル部３１の形状が所望の形状（例えば、設計時に想定した形状）から乖離することを抑制することができる。ゆえに、スパイラル部３１が所望の形状に維持されるように当該スパイラル部３１をより適切に保持することができる。
また、本実施形態に係るスパイラル式熱交換器３０では、ブラケット３３の固定部３３２は、スパイラル部３１の軸方向の一側から他側に亘って当該軸方向に伸びて形成されており、第１保持部３３１ａは、固定部３３２の当該軸方向の一側からケース３２の内側に向かって伸びて形成されており、第２保持部３３１ｂは、固定部３３２の当該軸方向の他側からケース３２の内側に向かって伸びて形成されていることが好ましい。それにより、固定部３３２をスパイラル部３１の外周面とケース３２の内周面との間に配置しつつ、スパイラル部３１の軸方向の各端部を保持する第１保持部３３１ａ及び第２保持部３３１ｂを適切に設けることができる。ゆえに、ブラケット３３の大型化を抑制しつつ、スパイラル部３１の軸方向の各端部をブラケット３３により保持する機能を適切に確保することができる。
また、本実施形態に係るスパイラル式熱交換器３０では、ブラケット３３の固定部３３２は、スパイラル部３１の外周面と離隔されていることが好ましい。それにより、ケース３２に対して外部から入力される衝撃（例えば、ケース３２に石等が衝突することにより生じる衝撃）がスパイラル部３１に直接的に伝達されることを抑制することができる。ゆえに、ケース３２に対して外部から入力される衝撃からスパイラル部３１を適切に保護することができる。
また、本実施形態に係るスパイラル式熱交換器３０では、ブラケット３３の保持部３３１は、スパイラル部３１の複数の金属薄板３１１，３１２の各層を保持することが好ましい。それにより、スパイラル部３１の端部における当該スパイラル部３１の径方向に離れた複数の部分を保持することができる。ゆえに、スパイラル部３１が所望の形状に維持されるように当該スパイラル部３１をより適切に保持することができる。
また、本実施形態に係るスパイラル式熱交換器３０では、複数のブラケット３３が、スパイラル部３１の周方向に互いに間隔を空けて設けられることが好ましい。それにより、スパイラル部３１の端部における当該スパイラル部３１の周方向に離れた複数の部分を保持することができる。ゆえに、スパイラル部３１が所望の形状に維持されるように当該スパイラル部３１をより適切に保持することができる。
＜４．むすび＞
以上説明したように、本発明の各実施形態に係るスパイラル式熱交換器３０は、複数の金属薄板を有し冷却水の流路が形成されるスパイラル部３１と、車両１に取り付けられスパイラル部３１を収容するケース３２と、ケース３２に固定されスパイラル部３１を保持するブラケット３３とを備える。また、ブラケット３３は、スパイラル部３１の軸方向の少なくとも一方の端部を保持する保持部３３１と、スパイラル部３１の外周面とケース３２の内周面との間に配置されケース３２の内周面に固定される固定部３３２とを有する。それにより、スパイラル式熱交換器３０の大型化を抑制しつつ、金属薄板により形成され車両１におけるタービンエンジン２０の排気等の流体を冷却水により冷却可能なスパイラル部３１を所望の形状に維持した状態でケース３２内に収容することができる。ゆえに、車両１を軽量化しつつ、スパイラル式熱交換器３０を車両１に適切に取り付けることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記では、図１を参照して、スパイラル式熱交換器３０が搭載される車両の一例として車両１について説明したが、本発明に係るスパイラル式熱交換器が搭載される車両の構成は、上記の例に特に限定されない。例えば、本発明に係るスパイラル式熱交換器が搭載される車両として、車両１の構成要素の一部が省略されたもの、車両１に追加的な構成要素が追加されたもの、又は、車両１の構成要素の配置を変更したものが用いられてもよい。また、上述したように、本発明に係るスパイラル式熱交換器は、タービンエンジン２０の排気以外のガスの冷却に用いられてもよいので、例えば、ガソリンエンジンを搭載する車両において当該ガソリンエンジンの排気が流通する排気管に接続されていてもよい。
また、例えば、上記では、２つの金属薄板を有し、当該２つの金属薄板によって２つの流路が画成されているスパイラル部３１について説明したが、本発明に係るスパイラル部は、３つ以上の金属薄板を有していてもよい。なお、その場合、スパイラル部に形成される流路の数は、３つ以上になるので、３つ以上の流体の間で熱交換が行われ得る。
また、例えば、上記では、図２及び図３を参照して、スパイラル式熱交換器３０について説明したが、図２及び図３に示される例はあくまでも一例であり、本発明に係るスパイラル式熱交換器の各構成要素（具体的には、スパイラル部、ケース及びブラケット）の形状は上記の例に特に限定されない。
１ 車両
５ フレーム部材
１１ 車室
１２ エンジンルーム
２０ タービンエンジン
２１ 吸気口
２２ 回転軸
２３ 圧縮機
２４ タービン
３０ スパイラル式熱交換器
３１ スパイラル部
３２ ケース
３３ ブラケット
４１ 排気管
４２ 排気管
５１ 流路
５２ 流路
７０ 発電機
８０ バッテリ
９０ 駆動用モータ
３１１，３１２ 金属薄板
３２１ 取り付け部
３３１ 保持部
３３１ａ 第１保持部
３３１ｂ 第２保持部
３３２ 固定部

Claims (8)

  1. 互いに離隔してスパイラル状に巻回された複数の金属薄板を有し、前記複数の金属薄板により画成される複数の流路のうちの流路に冷却水が流通するスパイラル部と、
    車両に取り付けられ、前記スパイラル部を収容するケースと、
    前記ケースに固定され、前記スパイラル部を保持するブラケットと、
    を備え、
    前記ブラケットは、
    前記スパイラル部の軸方向の少なくとも一方の端部を保持する保持部と、
    前記スパイラル部の外周面に対して前記スパイラル部の径方向に対向し、かつ、前記ケースの内周面に対しても前記径方向に対向するように、前記スパイラル部の外周面と前記ケースの内周面との間に配置され前記ケースの内周面に固定される固定部と、
    を有し、
    前記固定部は、前記スパイラル部の外周面と前記径方向に離隔している、
    スパイラル式熱交換器。
  2. 前記保持部は、
    前記スパイラル部の軸方向の一側の端部を保持する第１保持部と、
    前記スパイラル部の軸方向の他側の端部を保持する第２保持部と、
    を含む、
    請求項１に記載のスパイラル式熱交換器。
  3. 前記固定部は、前記スパイラル部の軸方向の一側から他側に亘って当該軸方向に伸びて形成されており、
    前記第１保持部は、前記固定部の当該軸方向の一側から前記ケースの内側に向かって伸びて形成されており、
    前記第２保持部は、前記固定部の当該軸方向の他側から前記ケースの内側に向かって伸びて形成されている、
    請求項２に記載のスパイラル式熱交換器。
  4. 前記固定部は、前記スパイラル部の外周面と離隔されている、
    請求項１～３のいずれか一項に記載のスパイラル式熱交換器。
  5. 前記保持部は、前記スパイラル部の前記複数の金属薄板の各層を保持する、
    請求項１～４のいずれか一項に記載のスパイラル式熱交換器。
  6. 複数の前記ブラケットが、前記スパイラル部の周方向に互いに間隔を空けて設けられる、
    請求項１～５のいずれか一項に記載のスパイラル式熱交換器。
  7. 互いに離隔してスパイラル状に巻回された複数の金属薄板を有し、前記複数の金属薄板により画成される複数の流路のうちの流路に冷却水が流通するスパイラル部と、
    車両に取り付けられ、前記スパイラル部を収容するケースと、
    前記ケースに固定され、前記スパイラル部を保持するブラケットと、
    を備え、
    前記ブラケットは、
    前記スパイラル部の軸方向の少なくとも一方の端部を保持する保持部と、
    前記スパイラル部の外周面と前記ケースの内周面との間に配置され前記ケースの内周面に固定される固定部と、
    を有し、
    前記固定部は、前記スパイラル部の軸方向の一側から他側に亘って当該軸方向に伸びて形成されており、
    前記保持部は、
    前記固定部の当該軸方向の一側から前記ケースの内側に向かって伸びて形成されており、前記スパイラル部の当該軸方向の一側の端部を保持する第１保持部と、
    前記固定部の当該軸方向の他側から前記ケースの内側に向かって伸びて形成されており、前記スパイラル部の当該軸方向の他側の端部を保持する第２保持部と、
    を含む、
    スパイラル式熱交換器。
  8. 互いに離隔してスパイラル状に巻回された複数の金属薄板を有し、前記複数の金属薄板により画成される複数の流路のうちの流路に冷却水が流通するスパイラル部と、
    車両に取り付けられ、前記スパイラル部を収容するケースと、
    前記ケースに固定され、前記スパイラル部を保持するブラケットと、
    を備え、
    前記ブラケットは、
    前記スパイラル部の軸方向の少なくとも一方の端部を保持する保持部と、
    前記スパイラル部の外周面と前記ケースの内周面との間に配置され前記ケースの内周面に固定される固定部と、
    を有し、
    前記保持部は、前記スパイラル部の軸方向の一側の端部を保持し、前記固定部の当該軸方向の一側から前記ケースの内側に向かって伸びて形成されている、
    スパイラル式熱交換器。
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