(57)【要約】【課題】熱交換器内を流通する流体の流量の分布を均等化し、熱交換効率の高い熱交換器を提供すること。【解決手段】熱交換器１００は、内部を吸気（第１流体）が流通する複数のチューブ１０と、積層されるチューブ１０の間に形成され、冷却液（第２流体）が流通する複数の積層流路部２５〜２９と、冷却液が供給される供給流路部２３と、供給流路部２３に供給される冷却液を積層流路部２５〜２９に分配する分配流路部２４と、を備える。チューブ１０の積層方向(Y軸方向)において供給流路部２３に最も近い積層流路部２７の流路幅L３は、他の積層流路部２５、２６、２８、２９の流路幅L１、L２、Ｌ４、Ｌ５より小さい構成とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、
内部を第１流体が流通する複数のチューブと、
積層される前記チューブの間に形成され、第２流体が流通する複数の積層流路部と、
第２流体が供給される供給流路部と、
前記供給流路部に供給される第２流体を前記積層流路部に分配する分配流路部と、を備え、
前記チューブの積層方向において前記供給流路部に最も近い前記積層流路部の流路幅は他の前記積層流路部の流路幅より小さい、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記積層流路部は前記チューブの積層方向において前記供給流路部に対する距離が長いほど当該積層流路部の流路幅が大きい、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
前記積層流路部に配置される伝熱体をさらに備え、
前記チューブの積層方向において前記供給流路部と前記積層流路部との距離が長いほど前記伝熱体が第２流体に付与する流路抵抗が小さい、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項３に記載の熱交換器であって、
前記伝熱体として前記チューブの間に配置され、所定のピッチで曲折するフィンを備え、
前記チューブの積層方向において前記供給流路部と前記積層流路部との距離が長いほど前記フィンの前記ピッチが大きい、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項３に記載の熱交換器であって、
前記伝熱体として前記チューブから前記積層流路部に突出するディンプルを備え、
前記チューブの積層方向において前記供給流路部と前記積層流路部との距離が長いほど前記ディンプルの数が少ない、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
第２流体が排出される排出流路部と、
前記積層流路部を流通した第２流体前記排出流路部に集合する集合流路部と、をさらに備え、
前記チューブの積層方向において前記排出流路部に最も近い前記積層流路部の流路幅は他の前記積層流路部の流路幅より小さい、
ことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体どうしの間で熱交換が行われる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の燃焼用空気を冷媒によって冷却する熱交換装置が開示されている。
【０００３】
上記熱交換装置は、内部に燃焼用空気が流通する複数の扁平管と、各扁平管の間に冷媒を流通させるハウジングと、を備える。ハウジングには、冷媒をハウジング内に導入する供給部と、ハウジング内から冷媒を排出する排出部と、が形成される。
【０００４】
上記熱交換装置の作動時に、供給部からハウジング内に流入した冷媒は、ハウジング内に積層される各扁平管の間に分流する。各扁平管の間を流通する冷媒は、各扁平管の内部を流通する燃焼用空気と熱交換して燃焼用空気を冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５１３３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の熱交換装置では、供給部からハウジング内に流入する冷媒の多くが供給部に近い扁平管の間に向かうため、供給部から遠い扁平管の間を流通する冷媒の流量が低くなり、熱交換効率が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換器内を流通する流体の流量の分布を均等化し、熱交換効率の高い熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様によれば、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、内部を第１流体が流通する複数のチューブと、積層される前記チューブの間に形成され、第２流体が流通する複数の積層流路部と、第２流体が供給される供給流路部と、前記供給流路部に供給される第２流体を前記積層流路部に分配する分配流路部と、を備え、前記チューブの積層方向において前記供給流路部に最も近い前記積層流路部の流路幅は他の前記積層流路部の流路幅より小さいことを特徴とする熱交換器が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
上記態様によれば、積層方向において供給流路部に最も近い積層流路部は、他の積層流路部に比べて供給流路部に対する開口面積が最も小さくなっているため、他の積層流路部に比べて多くの第２流体が流入することが抑えられる。これにより、熱交換器において、各積層流路部を流通する第２流体の流量が均等化し、熱交換効率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図４は、変形例に係る熱交換器の断面図である。
【図５】図５は、他の変形例に係る熱交換器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態に係る熱交換器１００について説明する。なお、説明の簡略化のため、添付図面は、熱交換器１００の一部を省略して図示している。
【００１２】
熱交換器１００は、車両（図示せず）に搭載され、エンジン（図示せず）に過給される吸気（第１流体）を冷却液（第２流体）によって冷却する水冷式チャージエアクーラとして用いられる。冷却回路(図示せず)を循環する冷却液は、熱交換器１００を流通した後に、放熱器（図示せず）を流通して外気に放熱するようになっている。
【００１３】
図１に示すように、熱交換器１００は、内部に吸気が流通する第１流路２１を形成する複数のチューブ１０と、各チューブ１０の間に冷却液が循環する第２流路２２を形成するハウジング１１と、を備える。
【００１４】
以下、各図面において互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定して熱交換器１００の構成を説明する。
【００１５】
チューブ１０は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に延在する両側面１０ａ(図２参照)を有し、Y軸方向において扁平な筒状をしている。各チューブ１０は、Ｙ軸方向(積層方向)に間隔を持って並んで配置される。
【００１６】
図２に示すように、ハウジング１１は、各チューブ１０の両開口端部に接合されるプレート１７、１８を備える。プレート１７、１８は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に延在し、各チューブ１０の両開口端部がそれぞれ挿入される複数の孔１９、２０を有する。
【００１７】
各プレート１７、１８には、吸気を導くダクト（図示せず）がそれぞれ接続される。各チューブ１０の両開口端部は、それぞれダクト内の第１流路２１に臨んで開口している。
【００１８】
熱交換器１００の作動時に、図１に白抜き矢印で示すように、第１流路２１を流通する吸気は、一方のプレート１７に接続するダクト（図示せず）内を通じて各チューブ１０内に分配される。図２に白抜き矢印で示すように各チューブ１０内を流通する吸気は、各チューブ１０の間を流通する冷却液に放熱することで冷却される。図１に白抜き矢印で示すように、各チューブ１０から流出する吸気は、他方のプレート１８に接続するダクト（図示せず）内を通じて集合し、エンジンの燃焼室（図示せず）に供給される。
【００１９】
図１に示すように、ハウジング１１は、各チューブ１０の上下端(Ｚ軸方向端)に接合されるプレート１５、１６を備える。プレート１５、１６は、Ｘ軸方向及びY軸方向に延在してハウジング１１の上下壁部を形成する。ハウジング１１の側壁部は、左右端に配置されるチューブ１０によって形成される。なお、これに限らず、ハウジング１１の側壁部は、チューブ１０とは別体で設けられるプレートによって形成されてもよい。
【００２０】
ハウジング１１の上壁部となるプレート１５には、一対のタンク１３が膨出して形成される。各タンク１３は、Ｘ軸方向においてプレート１５の両端部に配置される。
【００２１】
Y軸方向において各タンク１３の中央部には、各パイプ１４が接続される。一方のパイプ１４には、冷却液を供給する配管(図示せず)が接続される。他方のパイプ１４には、冷却液を排出する配管(図示せず)が接続される。
【００２２】
図２に示すように、第２流路２２は、一方のパイプ１４内に形成される供給流路部２３と、一方のタンク１３内に形成される分配流路部２４と、各チューブ１０の間に形成される積層流路部２５〜２９と、他方のタンク１３内に形成される集合流路部３１と、他方のパイプ１４内に形成される排出流路部３２と、によって構成される。
【００２３】
図３に示すように、各チューブ１０の間に形成される積層流路部２５〜２９は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に延在し、Y軸方向において扁平な流路である。後述するように、積層流路部２５〜２９は、間隔L１、L２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を持ってY軸方向に並んでいる。
【００２４】
各パイプ１４内に形成される供給流路部２３及び排出流路部３２は、それぞれ積層流路部２５〜２９のうちで中央に配置される積層流路部２７に対してＺ軸方向に並んで延在するように配置される。各パイプ１４は、チューブ１０の側面１０ａと平行に延在している。なお、これに限らず、各パイプ１４は、チューブ１０の側面１０ａ(Ｚ軸)に対して傾斜するように延在してもよい。
【００２５】
各タンク１３内に形成される分配流路部２４及び集合流路部３１は、それぞれ積層流路部２５〜２９が並ぶY軸方向に延在するように配置される。供給流路部２３は、Y軸方向において分配流路部２４の中央部に連通している。
【００２６】
熱交換器１００の作動時に、第２流路２２を循環する冷却液は、供給流路部２３、分配流路部２４、積層流路部２５〜２９、集合流路部３１、及び排出流路部３２を順に流通する。図２に黒矢印で示すように各チューブ１０間の積層流路部２５〜２９を流通する冷却液は、図２に白抜き矢印で示すように各チューブ１０内を流通する吸気の熱を吸収する。
【００２７】
供給流路部２３に供給される冷却液は、図３に黒矢印で示すように分配流路部２４を流通して積層流路部２５〜２９に分流する。分配流路部２４において積層流路部２５〜２９に分配される冷却液の流れに付与される流路抵抗は、供給流路部２３と積層流路部２５〜２９とを結ぶ流路長さに応じて大きくなる。このため、分配流路部２４において冷却液が積層流路部２５〜２９に流入する速度は、供給流路部２３に最も近い中央の積層流路部２７が最も高く、供給流路部２３から離れる積層流路部２６、２８が次に高く、両端の積層流路部２５、２９が最も低くなる。
【００２８】
熱交換器１００は、分配流路部２４において供給流路部２３と積層流路部２５〜２９を結ぶ流路長さに応じて、積層流路部２５〜２９の分配流路部２４に対する開口面積が決められる。
【００２９】
図３に示すように、積層流路部２５〜２９は、それぞれY軸方向において流路幅L１、L２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を有する。各流路幅L１、L２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５は、Y軸方向において供給流路部２３と積層流路部２５〜２９との距離が長くなるのに応じて大きくなるように、L３＜L２＜L１、かつL３＜Ｌ４＜Ｌ５の寸法関係を持つ。
【００３０】
中央の積層流路部２７では、これに流入する冷却液の速度が最も高くなるのに応じて、流路幅L３が最も小さくなり、分配流路部２４に対する開口面積が最も小さくなっている。このため、熱交換器１００の作動時に、中央の積層流路部２７に流入する冷却液の流量が他の積層流路部２５、２６、２８、２９に比べて多くなることが抑えられる。
【００３１】
中央の積層流路部２７に並ぶ各積層流路部２５、２６、２８、２９では、これらに流入する冷却液の速度が低くなるのに応じて各流路幅L１、L２、Ｌ４、Ｌ５が大きくなり、分配流路部２４に対するそれぞれの開口面積が大きくなっている。このため、熱交換器１００の作動時に、積層流路部２５〜２９に分流する冷却液の流量の差が小さく抑えられる。
【００３２】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００３３】
本実施形態によれば、熱交換器１００は、内部を吸気が流通する複数のチューブ１０と、積層されるチューブ１０の間に形成され、冷却液が流通する複数の積層流路部２５〜２９と、冷却液が供給される供給流路部２３と、供給流路部２３に供給される冷却液を積層流路部２５〜２９に分配する分配流路部２４と、を備える。熱交換器１００は、チューブ１０の積層方向(Y軸方向)において供給流路部２３に最も近い積層流路部２７の流路幅L３は、他の積層流路部２５、２６、２８、２９の流路幅L１、L２、Ｌ４、Ｌ５より小さい構成とした。
【００３４】
このように構成することで、熱交換器１００は、吸気（第１流体）と冷却液（第２流体）との間で熱交換が行われる。このとき、積層方向において供給流路部２３に最も近い積層流路部２７では、これに流入する冷却液の速度が最も高くなるが、他の積層流路部２５、２６、２８、２９に比べて供給流路部２３に対する開口面積が最も小さくなっているため、冷却液が多く流入することが抑えられる。これにより、熱交換器１００において、積層流路部２５〜２９の流量が均等化し、熱交換効率の向上が図れる。
【００３５】
また、熱交換器１００は、チューブ１０の積層方向(Y軸方向)において供給流路部２３と積層流路部２５〜２９との距離が長いほど積層流路部２５〜２９の流路幅L１、L２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５は大きい構成とした。
【００３６】
このように構成することで、積層流路部２５〜２９では、冷却液が分配流路部２４を流通する流路抵抗が大きくなるのに応じて供給流路部２３に対する開口面積が大きくなっているため、それぞれに分流する冷却液の流量の差が小さく抑えられる。こうして、熱交換器１００は、積層流路部２５〜２９を流通する冷却液の流量が均等化されることにより、熱交換効率の向上が図れる。
【００３７】
また、熱交換器１００は、冷却液が排出される排出流路部３２と、積層流路部２５〜２９を流通した冷却液を集合して排出流路部３２に導く集合流路部３１と、を備える。このため、集合流路部３１において排出流路部３２に最も近い積層流路部２７から排出流路部３２に向かう冷却液の流れに付与される流路抵抗は、他の積層流路部２５、２６、２８、２９から排出流路部３２に向かう冷却液の流れに付与される流路抵抗に比べて小さくなる。これに対処して、熱交換器１００は、チューブ１０の積層方向(Y軸方向)において排出流路部３２に最も近い積層流路部２７の流路幅Ｌ３は他の積層流路部２５、２６、２８、２９の流路幅L１、L２、Ｌ４、Ｌ５より小さい構成となっているため、積層流路部２７に多くの冷却液が流れることが抑えられ、積層流路部２５〜２９の流量が均等化し、熱交換効率の向上が図れる。
【００３８】
次に、図４に示す熱交換器１００の変形例について説明する。
【００３９】
図４に示すように、供給流路部２３は、左端の積層流路部２５に対してＺ軸方向に並んで延在するように配置される。供給流路部２３は、Y軸方向において分配流路部２４の端部に連通している。
【００４０】
積層流路部２５〜２９は、それぞれY軸方向において流路幅Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５を有する。各流路幅Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５は、Y軸方向において供給流路部２３と積層流路部２５〜２９との距離が長くなるのに応じて大きくなるように、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４＜Ｓ５の寸法関係を持つ。
【００４１】
積層流路部２５〜２９には、伝熱体として波板状のフィン３５〜３９が配置される。フィン３５〜３９は、チューブ１０の熱を冷却液に伝える。フィン３５〜３９の断面が曲折する部位の寸法であるピッチＦ１〜Ｆ５は、フィン３５〜３９の順に大きくなっている。フィン３５〜３９が冷却液の流れに付与する流路抵抗は、フィン３５〜３９のピッチＦ１〜Ｆ５が大きくなるのに伴って小さくなる。
【００４２】
積層流路部２５〜２９では、これらに流入する冷却液の速度が低くなるのに応じて供給流路部２３に対する開口面積が大きくなっているとともに、フィン３５〜３９が冷却液に付与する流路抵抗が小さくなっている。このため、熱交換器１００の作動時に、積層流路部２５〜２９に分流する冷却液の流量の差が小さく抑えられる。
【００４３】
本変形例に係る熱交換器１００は、積層流路部２５〜２９に配置される伝熱体(フィン３５〜３９)を備え、チューブ１０の積層方向(Y軸方向)において供給流路部２３と積層流路部２５〜２９との距離が長いほど伝熱体(フィン３５〜３９)が冷却液に付与する流路抵抗が小さい構成とした。
【００４４】
このように構成することで、積層流路部２５〜２９では、冷却液が分配流路部２４を流通する流路抵抗が大きくなるのに応じて、各フィン３５〜３９が冷却液に付与する流路抵抗が小さくなる。これにより、熱交換器１００は、積層流路部２５〜２９に分流する冷却液の流量の差が小さく抑えられ、熱交換効率の向上が図れる。
【００４５】
また、熱交換器１００は、伝熱体としてチューブ１０の間に配置されて所定のピッチＦ１〜Ｆ５で曲折するフィン３５〜３９を備え、チューブ１０の積層方向(Y軸方向)において供給流路部２３と積層流路部２５〜２９との距離が長いほど各フィン３５〜３９のピッチＦ１〜Ｆ５が大きい構成とした。
【００４６】
このように構成することで、積層流路部２５〜２９では、各フィン３５〜３９によって各チューブ１０の熱が冷却液に伝えられることが促されるとともに、各フィン３５〜３９のピッチＦ１〜Ｆ５に応じて流路抵抗が調整されることで積層流路部２５〜２９に分流する冷却液の流量の差が小さく抑えられる。
【００４７】
次に、図５に示す熱交換器１００の変形例について説明する。
【００４８】
図５に示す熱交換器１００の供給流路部２３、分配流路部２４、及び積層流路部２５〜２９は、図４に示す熱交換器１００と同様に配置される。
【００４９】
積層流路部２５〜２９に配置される伝熱体として、各チューブ１０にディンプル４５〜４９(突起)がそれぞれ形成される。ディンプル４５〜４９は、各チューブ１０の側面１０ａから積層流路部２５〜２９に突出し、チューブ１０の熱を冷却液に伝えるとともに、冷却液に乱流を生じさせる。
【００５０】
積層流路部２５〜２９に配置されるディンプル４５〜４９の数は、Y軸方向において供給流路部２３から離れる積層流路部２５〜２９の順に多くなるように設定される。隣り合う各ディンプル４５〜４９どうしの間隔であるピッチＤ１〜Ｄ５は、ディンプル４５〜４９の順に大きくなっている。これにより、積層流路部２５〜２９においてディンプル４５〜４９が冷却液の流れに付与する流路抵抗は、ディンプル４５〜４９のピッチＤ１〜Ｄ５が大きくなるのに伴って小さくなる。
【００５１】
積層流路部２５〜２９では、これらに流入する冷却液の速度が低くなるのに応じて供給流路部２３に対する開口面積が大きくなっているとともに、ディンプル４５〜４９が冷却液に付与する流路抵抗が小さくなっている。このため、積層流路部２５〜２９に分流する冷却液の流量の差が小さく抑えられる。
【００５２】
熱交換器１００は、伝熱体として各チューブ１０から積層流路部２５〜２９に突出するディンプル４５〜４９を備え、チューブ１０の積層方向(Y軸方向)において供給流路部２３と積層流路部２５〜２９との距離が長いほどディンプル４５〜４９の数が少ない構成とした。
【００５３】
このように構成することで、積層流路部２５〜２９では、各ディンプル４５〜４９によって各チューブ１０の熱が冷却液に伝えられることが促されるとともに、各ディンプル４５〜４９のピッチＤに応じて流路抵抗が調整されることで積層流路部２５〜２９に分流する冷却液の流量の差が小さく抑えられる。
【００５４】
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。
【００５５】
例えば、上記実施形態では、チューブ１０が単一の部材で形成されているが、チューブ１０が複数の部材で形成されるものであってもよい。また、複数のチューブ１０が共通の部材で形成されるものであってもよい。
【００５６】
本発明は、車両に搭載される熱交換器として好適であるが、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１０  チューブ
２３  供給流路部
２４  分配流路部
２５〜２９  積層流路部
３５〜３９  フィン(伝熱体)
４５〜４９  ディンプル(伝熱体)
１００  熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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