JP2017008911A

JP2017008911A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2017008911A
Application number: JP2015128589A
Authority: JP
Inventors: 恭平滝本; Kyohei Takimoto; 雅宏加藤; Masahiro Kato
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2017-01-12

Abstract

【課題】簡便な構造によって流体の流れ方向を調整できる熱交換器を提供すること。【解決手段】冷却液（媒体）とインテークマニホールド１０（流路部材）によって導かれる吸気（流体）との間で熱交換が行われる熱交換器３０は、冷却液が循環するコア部３１と、インテークマニホールド１０に対してコア部３１を支持するコア支持枠６１と、コア支持枠６１に延設されてコア部３１に導かれる吸気の流れ方向を調整する整流板７０、８０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、流体と媒体との間で熱交換が行われる熱交換器に関する。

特許文献１には、熱交換器として、エンジンに還流されるＥＧＲガスと冷却水との間で熱交換が行われるＥＧＲクーラが開示されている。

上記ＥＧＲクーラは、冷却水が循環するクーラコアと、クーラコアに流入するＥＧＲガスの流路を形成するハウジングと、ハウジング内でＥＧＲガスを案内するフラップと、を備える。

上記フラップは、ＥＧＲガスの流路においてクーラコアの上流側に設けられる。ＥＧＲガスの流路では、フラップの角度位置に応じてクーラコアに向かうＥＧＲガスの流れ方向が調整される。

特開２０１０−２６５７６７号公報

しかしながら、上記ＥＧＲクーラにあっては、ハウジングにフラップを支持する部材が設けられるため、フラップによってＥＧＲガスの流れ方向を調整する構造が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡便な構造によって流体の流れ方向を調整できる熱交換器を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、媒体と流路部材によって導かれる流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、媒体が循環するコア部と、流路部材に対してコア部を支持するコア支持枠と、コア支持枠に延設されてコア部に導かれる流体の流れ方向を調整する整流板と、を備えることを特徴とする熱交換器が提供される。

上記態様によれば、熱交換器では、整流板がコア支持枠に延設される構造のため、流路部材に対して整流板を支持する部材を持たない簡便な構造によって流体の流れ方向を調整できる。

本発明の実施形態に係る熱交換器を備える吸気装置を示す斜視図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図２の一部を拡大した断面図である。熱交換器を示す斜視図である。コア支持枠を示す斜視図である。コア支持枠の変形例を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、各図面において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸がエンジンの左右方向、Ｙ軸がエンジンの前後方向、Ｚ軸がエンジンの上下方向に延びるものとして説明する。

図１は、本実施形態に係るエンジン（図示省略）の吸気装置１を示す斜視図である。なお、説明の簡略化のため、吸気装置１は一部を省略して図示している。

エンジンは、車両に搭載され、車輪を駆動する動力源として用いられる。エンジンは、Ｙ軸方向について列状に並ぶ複数（４つ）のシリンダ（図示省略）を有する。エンジンは、各シリンダに吸入される吸気によって燃料を燃焼させて、動力を取り出すようになっている。エンジンは、吸気（外気）を加圧して供給する過給器（図示省略）を備える。

吸気装置１は、過給器から送られる吸気（流体）を各シリンダに分配するインテークマニホールド１０と、インテークマニホールド１０を通過する吸気を冷却液（媒体）によって冷却する熱交換器３０（チャージエアクーラ）と、を備える。

インテークマニホールド１０は、吸気を導く流路部材として、熱交換器３０の上流側に設けられる上流側マニホールド１１と、熱交換器３０の下流側に設けられる下流側マニホールド２１と、を備える。

上流側マニホールド１１及び下流側マニホールド２１は、樹脂によって形成される。一方、熱交換器３０を構成する各部材は、アルミ材や銅材などの熱伝導率が高い金属によって形成される。吸気装置１は、樹脂製の上流側マニホールド１１と下流側マニホールド２１との間に、金属製の熱交換器３０が介装される。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う吸気装置１の断面図である。上流側マニホールド１１は、吸気を導入する入口１２と、吸気を熱交換器３０のコア部３１へと導くコア上流路１７を形成する上流路壁部１３と、熱交換器３０に結合されるフランジ部１４と、を有する。

インテークマニホールド１０の入口１２は、その流路中心線ＯがＹ軸方向に延びる管状に形成され、吸気ダクト（図示省略）の一端が結合される。吸気ダクトの上流側には、過給器が設けられる。

上流路壁部１３は、コア部３１の端面３１Ａ（Ｙ軸）に対して傾斜して延びる部位を有する。コア上流路１７は、上流路壁部１３によって断面積がＹ軸方向について次第に減少するテーパ状の空間として形成される。

下流側マニホールド２１は、熱交換器３０に結合されるフランジ部２４と、熱交換器３０との間にコア下流路２７を形成する下流路壁部２３と、下流路壁部２３から管状に分岐する複数（４本）の分岐管部２５と、を有する。各分岐管部２５は、フランジ部２６（図１参照）を介してエンジン本体（図示省略）に結合される。

下流路壁部２３には、各分岐管部２５の一端がＹ軸方向に並んで開口する。熱交換器３０から流出する吸気は、図２に矢印Ｄで示すように、コア下流路２７を通じて各分岐管部２５へと分流し、各シリンダに分配される。

車両には、冷却液が循環する冷媒回路（図示省略）が設けられる。熱交換器３０は、冷媒回路に介装される。

図４は、熱交換器３０の斜視図であり、インテークマニホールド１０に組み付けられる前の状態を示している。

熱交換器３０は、冷却液を導くタンク部３２、３３と、タンク部３２、３３によって導かれる冷却液が循環するコア部３１と、を備える。

コア部３１は、冷却液が循環するチューブ３７と、吸気を導くフィン３８（伝熱部材）と、を備える。各チューブ３７は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に延びる扁平な管状に形成され、Ｘ軸方向に所定の間隔を持って並ぶように配置される。フィン３８は、波板状に形成され、チューブ３７と交互に並ぶように積層される。

対のタンク部３２、３３は、Ｙ軸方向についてコア部３１を挟むように並んで設けられる。タンク部３２、３３には、各チューブ３７の両端が接続される。

図１に示すように、一方のタンク部３２には、冷媒入口管４１及び冷媒出口管４２が設けられる。冷媒入口管４１及び冷媒出口管４２には、冷却液を導く配管（図示省略）が接続される。タンク部３２の内部は、冷媒入口管４１が開口する入口流路と、冷媒出口管４２が開口する出口流路と、に仕切られる。各チューブ３７の内部は、タンク部３２の入口流路に接続する上流側流路と、タンク部３２の出口流路に接続する下流側流路と、に仕切られる。

熱交換器３０では、冷却液が図１に矢示Ｅで示すように冷媒入口管４１から流入し、タンク部３２内の入口流路から各チューブ３７内の上流側流路を通ってタンク部３３へと流れる。そして、冷却液は、タンク部３３にて折り返した後に、各チューブ３７内の下流側流路を通ってタンク部３２へと流れ、タンク部３２内の出口流路から冷媒出口管４２を通って図１に矢示Ｆで示すように流出する。

熱交換器３０は、コア部３１及びタンク部３２、３３を包囲する筒状の包囲体５１と、コア部３１及びタンク部３２、３３を包囲体５１を介してインテークマニホールド１０に対して支持するコア支持枠６１、６５と、を備える。

包囲体５１は、コア部３１及びタンク部３２、３３のまわりに巻かれる１枚の金属板によって形成される。包囲体５１は、プレス機によってコア部３１及びタンク部３２、３３の外形に沿う筒状に成形された後に、コア部３１及びタンク部３２、３３のまわりに組み付けられる。これにより、包囲体５１の内壁面をタンク部３２、３３の外壁面に接合させて、包囲体５１とタンク部３２、３３との間に設けられる隙間を小さくすることができる。熱交換器３０では、タンク部３２、３３のまわりに設けられる隙間を小さくすることにより、隙間を流れる吸気量が減らされる分だけ、コア部３１を流れる吸気量が増えるため、吸気を冷却する効率を高められる。

各コア支持枠６１、６５は、包囲体５１の両開口端部５３、５４を上流側マニホールド１１、下流側マニホールド２１にそれぞれ結合する座板（プレート）として設けられる。コア部３１及びタンク部３２、３３は、包囲体５１及びコア支持枠６１を介してインテークマニホールド１０に支持される。

コア支持枠６１は、コア上流路１７を囲む枠部６４と、インテークマニホールド１０に結合される結合部６７と、を有する。

枠部６４は、包囲体５１の開口端部５３に嵌合する四角形の枠状に形成される。

結合部６７は、枠部６４のまわりに形成される環状のカシメ溝部６２と、カシメ溝部６２のまわりに並んで突出するカシメ片部６３と、を有する。

図３に示すように、コア支持枠６１のカシメ溝部６２とフランジ部１４との間には、環状のシールパッキン１９が介装される。シールパッキン１９は、ゴム材などの弾性材によって形成される。

吸気装置１の製造時におけるカシメ工程では、カシメ機（図示省略）によってカシメ片部６３がフランジ部２４に向けて折り曲げられる。これにより、コア支持枠６１は、カシメ溝部６２及びカシメ片部６３を介して下流側マニホールド２１に結合される。フランジ部２４がシールパッキン１９に押し付けられることにより、下流側マニホールド２１と熱交換器３０との間が密封される。

コア支持枠６５も、コア支持枠６１と同様の構成によって上流側マニホールド１１に結合される。

図４に示すように、コア支持枠６１には、コア部３１に導かれる吸気の流れ方向を調整する第１整流板７０及び第２整流板８０が延設される。第１整流板７０及び第２整流板８０は、それぞれコア上流路１７を横断して枠部６４にわたされ、互いにＹ軸方向に並ぶように設けられる。

第１整流板７０は、コア部３１に対向する傾斜板部７１と、傾斜板部７１から枠部６４へと延びる対の側板部７２と、インテークマニホールド１０の入口１２に対向して開口する開口部７３と、を有する。

傾斜板部７１は、コア部３１の端面３１Ａ（Ｙ軸）に対して傾斜する湾曲板状に形成される。傾斜板部７１は、インテークマニホールド１０の入口１２の流路中心線Ｏ１２（Ｙ軸）に対して傾斜するとともに、コア部３１の流路中心線Ｏ３１（Ｚ軸）に対して傾斜する。

各側板部７２は、コア部３１の端面３１Ａ（Ｘ軸）に対して傾斜し、傾斜板部７１を挟むように対向する板状に形成される。

第１整流板７０は、コア部３１の端面３１Ａとの間に、その断面積がＹ軸方向について次第に減少するテーパ状の空間を形成する。

第２整流板８０は、第１整流板７０と同様の形状を有する。第２整流板８０は、コア部３１に対向する傾斜板部８１と、傾斜板部８１からコア支持枠６１へと延びる対の側板部８２と、第２整流板８０の背後でインテークマニホールド１０の入口１２に対向して開口する開口部８３を有する。

コア支持枠６１は、１枚の金属板をプレス機によって成形することにより、枠部６４、結合部６７、及び整流板７０、８０が一体に形成される。

熱交換器３０のロウ付け工程では、図４に示すように組み立てられた各部材３１、３２、３３、５１、６１が加熱炉に搬送されて熱処理が行われることにより、各接合部がロウ付けによって結合される。

吸気装置１の組み立て工程では、図２に示すように、上流側マニホールド１１のフランジ部１４、下流側マニホールド２１のフランジ部２４は、各コア支持枠６１、６５を介して熱交換器３０に結合される。

以上のようにして製造される吸気装置１は、エンジンに組み付けられる。

次に、吸気装置１の作用、効果について説明する。

エンジンの運転時には、過給機によって圧縮されて温度上昇した吸気が上流側マニホールド１１を通じて熱交換器３０のコア部３１に導かれる。コア部３１では、冷却液がチューブ３７の内部を流れる一方、吸気がフィン３８を介してチューブ３７の外部（熱交換流路）を流れる。これにより、コア部３１では、吸気の熱がチューブ３７及びフィン３８を介して冷却液に放出される、熱交換が行われる。コア部３１を通過して冷却された吸気は、下流側マニホールド２１を通じてエンジンの各シリンダに分配される。

上流側マニホールド１１内を流れる吸気は、図１、図２に矢印Ａで示すようにＹ軸方向に進んで入口１２からコア上流路１７に流入する。コア上流路１７を流れる吸気は、図２に矢印Ｂ、Ｃで示すように、第１整流板７０の傾斜板部７１及び第２整流板８０の傾斜板部８１に沿って流れ、コア部３１に向かうように円滑に導かれる。

こうして第１整流板７０及び第２整流板８０によってコア上流路１７における吸気の流れ方向が調整されることにより、コア部３１に流入する吸気の流量の分布が均一化される。これにより、コア部３１を流れる吸気が均一に冷却され、吸気の冷却効率が高められる。さらに、下流側マニホールド２１から各シリンダに分配される吸気の流量及び温度が均一化されることにより、各シリンダにおける燃焼条件が均一化される。

以上のように、熱交換器３０は、冷却液（媒体）が循環するコア部３１と、吸気（流体）をコア部３１に導くコア上流路１７を形成するインテークマニホールド１０（流路部材）に対してコア部３１を支持するコア支持枠６１と、コア支持枠６１に延設されてコア部３１に導かれる吸気の流れ方向を調整する整流板７０、８０と、を備える。

上記構成に基づき、熱交換器３０では、整流板７０、８０がコア支持枠６１に延設される構造により、インテークマニホールド１０に整流板７０、８０を支持する部材を設ける必要がなく整流板７０、８０がコア上流路１７に設置される。こうして、熱交換器３０では、簡便な構造によってコア部３１に導かれる吸気の流れ方向を調整できる。

また、コア支持枠６１は、インテークマニホールド１０（流路部材）に結合される結合部６７と、コア上流路１７を囲む枠部６４と、を有する。そして、整流板７０、８０は、コア上流路１７を横断して枠部６４にわたされる。

上記構成に基づき、熱交換器３０の製造時において、コア支持枠６１がプレス機によって金属板を成形して形成される場合には、金属板の枠部６４の内側を打ち抜いて残った部位によって整流板７０、８０が形成される。このため、コア支持枠６１に整流板７０、８０を形成するのにあたって、材料となる金属板が大きくならずに済み、熱交換器３０の製造コストが抑えられる。

また、整流板７０、８０は、コア部３１の端面３１Ａに対して傾斜して吸気をコア部３１に導く傾斜板部７１、８１を有する。

上記構成に基づき、インテークマニホールド１０では、吸気が整流板７０、８０の傾斜板部７１、８１に沿ってコア部３１に向かうように円滑に導かれ、吸気の冷却効果を高めることができる。

また、整流板７０、８０は、傾斜板部７１、８４を枠部６４に対して両持ち支持する対の側板部７２、８４を有する。

上記構成に基づき、整流板７０、８０では、傾斜板部７１、８４が対の側板部７２、８４を介して枠部６４に両持ち支持されるため、十分な剛性が確保される。これにより、整流板７０、８０は、エンジンから受ける振動や衝撃に対してガタツキが生じることが抑えられ、十分な耐久性が確保される。

次に、図６に示すコア支持枠６１の変形例を説明する。

図６に示すように、コア支持枠６１の整流板９０は、コア部３１に対向する傾斜板部９１と、コア上流路１７を横断して枠部６４にわたされる基端部９２と、を有する。

傾斜板部９１は、コア部３１の端面３１Ａ（Ｙ軸）に対して傾斜する湾曲板状に形成される。基端部９２は、Ｘ軸方向に延びる梁状に形成され、枠部６４に対して傾斜板部９１を片持ち支持する。

エンジンの運転時には、コア上流路１７を流れる吸気は、整流板７９の傾斜板部９１に沿って流れ、コア部３１に向かうように導かれる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

本発明は、車両に搭載される過給器付きエンジンの吸気を冷却するチャージエアクーラとして好適であるが、車両に搭載されるＥＧＲクーラなどの熱交換器や、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。

１０インテークマニホールド（流路部材）
１２入口
１７コア上流路
３０熱交換器
３１コア部
３１Ａ端面
６１コア支持枠
６４枠部
６７結合部
７０、８０整流板
７１、８１傾斜板部
７２、８２側板部

Claims

媒体と流路部材によって導かれる流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、
媒体が循環するコア部と、
前記流路部材に対して前記コア部を支持するコア支持枠と、
前記コア支持枠に延設され、前記コア部に導かれる流体の流れ方向を調整する整流板と、を備えることを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記コア支持枠は、
前記流路部材に結合される結合部と、
流体が前記コア部へと流れるコア上流路を囲む枠部と、を有し、
前記整流板は、前記コア上流路を横断して前記枠部にわたされることを特徴とする熱交換器。
請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
前記整流板は、前記コア部の端面に対して傾斜して流体を導く傾斜板部を有することを特徴とする熱交換器。
請求項３に記載の熱交換器であって、
前記整流板は、前記傾斜板部を前記枠部に対して両持ち支持する対の側板部を有することを特徴とする熱交換器。