(57)【要約】  本発明は空気冷却器に関するものである。空気冷却器は、冷却すべき空気のための通路１０を形成する内面９を有する少なくとも１つのチューブ部材５と、通路１０の内部に取付けられ、通路１０を複数の流路１２，１２′に分割するよう成形された少なくとも１つの熱伝導部材１１，１１′とを含む。空気冷却器で冷却すべき空気よりも低い温度の媒体がチューブ部材５の外表面８に接して流され、もって空気冷却器内の空気が通路１０を通して導かれる時に冷却される。熱伝導部材１１，１１′の寸法は、通路１０の横断面積の一部のみを占める寸法になされ、通路１０の残りの部分に細長いダクト１３，１３′が形成され、細長いダクトの横断面積は、熱伝導部材１１，１１′によって形成される各流路１２，１２′のそれよりも大きい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気冷却器で冷却すべき空気のための通路（１０）を形成する内面（９）を有する少なくとも１つのチューブ部材（５）と、前記通路（１０）の内部に取付けられ、前記通路（１０）を複数の流路（１２，１２′）に分割するよう成形された少なくとも１つの熱伝導部材（１１，１１′）とを含み、
また、前記空気冷却器で冷却すべき空気よりも低い温度の媒体が前記チューブ部材（５）の外表面（８）に接触して流され、もって前記空気冷却器内部の空気が前記通路（１０）を通って導かれる時に冷却を受けるようになっている前記空気冷却器において、
前記熱伝導部材（１１，１１′）の寸法が、前記通路（１０）の横断面積の一部分のみを占める寸法になされて、前記通路（１０）の残りの部分に細長いダクト（１３，１３′）が形成され、この細長いダクトが前記熱伝導部材（１１，１１′）によって形成される各流路（１２，１２′）の横断面積よりも大きい横断面積を有することを特徴とする空気冷却器。
【請求項２】
前記細長いダクト（１３）が、媒体の流れ（１４）の方向に対して、前記チューブ部材の前側（５ｃ）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載された空気冷却器。
【請求項３】
前記細長いダクト（１３）が、媒体の流れ（１４）の方向に対して、前記チューブ部材の後側（５ｄ）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載された空気冷却器。
【請求項４】
前記通路（１０）は、媒体の流れ（１４）の方向における輪郭形状の広がりが、前記流れ（１４）の方向に対して直角方向における輪郭形状の広がりよりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された空気冷却器。
【請求項５】
前記細長いダクト（１３，１３′）は、幅と高さが事実上同じである横断面形状を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された空気冷却器。
【請求項６】
相互間に距離を置いた列として平行に配設された複数のチューブ部材（５）を含み、隣接する前記チューブ部材（５）の間に媒体の流れる間隔（７）が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された空気冷却器。
【請求項７】
前記チューブ部材（５）が、良好な熱伝導特性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された空気冷却器。
【請求項８】
前記熱伝導部材（１１，１１′）が、良好な熱伝導特性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された空気冷却器。
【請求項９】
前記熱伝導部材（１１，１１′）が、折曲げたシート材料で形成されていることを特徴とする請求項８に記載された空気冷却器。
【請求項１０】
前記冷却器が、圧縮空気の冷却に適する給気冷却器であることを特徴とすることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載された空気冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段部分に記載された空気冷却器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
乗物の過給式燃焼機関に供給できる空気量は、空気圧力と空気温度によって決まる。過給式燃焼機関に最大可能空気量を供給するには、燃焼機関へ導く前の圧縮した空気を給気冷却器で冷却する必要がある。給気冷却器は、通常、乗物の従来式ラジエータの前方に配置される。給気冷却器は、通常、２つの集合タンクと、これら集合タンクを連結する平行に配設された複数のチューブ部材とを含む。複数の平行チューブ部材は、周囲の冷たい空気がチューブ部材の間隔を流れてチューブ部材内の圧縮空気を冷却できるように、互いに間隔を置いて配設される。圧縮空気は、周囲空気の温度に事実上同じ温度にまで冷却される。
【０００３】
給気冷却器の冷却効果は、いわゆる乱流手段と称される１つ以上の折曲げた金属シートをチューブ部材内部に嵌め込むことによって高めることができる。これらの金属シートは、チューブ部材を比較的狭い複数の流路に分割する。金属シートは、チューブ部材の内部を流れる圧縮空気に対して増大した接触面を与えることによって、より効率的に圧縮空気を冷却することができる。また、金属シートの形状は、圧縮空気の乱流を促進するようになされる。そのような流れは、チューブ部材内を流れる圧縮空気に対する冷却効果をさらに高める。
【０００４】
或る気候条件で、給気冷却器内の圧縮空気は、空気の露点よりも低い温度にまで冷却される。圧縮空気中の水蒸気は凝縮し、その結果、給気冷却器内に液体状態の水が溜まる。周囲空気の温度が非常に低い場合には、液体状態の水は給気冷却器内部で凍結して氷になる危険性もある。このような氷結は、主に金属シートの表面で生じる。金属シートは圧縮空気のための比較的狭い流路を形成しているので、そのような状態は氷で流路が塞がれてしまう危険を伴う。そのような場合、燃焼機関に対する空気流量は、作動不良を生じる水準にまで減少するだろう。
【０００５】
米国特許第４２４６９６３号は、航空機に好適に使用される熱交換器に言及している。その熱交換器は、冷気と暖気用の分離ダクトを有する冷却器パッケージを含む。種々のダクトが互いに交互に重ねて配列され、冷却器パッケージを通して互いに実質的に直角な長さ部分を有している。冷気は多くの場合氷の結晶を含む。熱交換器に導かれるそのような空気は、冷気用ダクトの入口で氷を形成することになる。そのような氷の形成は、熱交換器を通る冷気の流れを多少とも止めてしまうことになる。この問題を解決するために、冷気用ダクトの入口にチューブ状ビーム部材が配列された。このチューブ状ビーム部材および本来の暖気用ダクトを通して暖気が並列的に導かれる。ビーム部材を通して導かれる暖気は冷気用ダクトの入口を構成するビーム部材の外表面を加熱する。これによりビーム部材の外表面は、冷気用ダクトの入口で氷が形成することを防止できる十分に高い温度となされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、非常に低い温度の媒体によって空気が冷却される環境においても、空気冷却器を通して空気を導入できることを保証するように構成された空気冷却器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１の特徴部分に記載された内容で規定される冒頭で述べた種類の空気冷却器によって達成される。周囲空気であってよい媒体が非常に低温である時、空気冷却器内で冷却される空気中の水蒸気が凝縮し、氷になるまで冷される危険性がある。こうした氷の形成は、チューブ部材の内面および熱伝導部材の表面で生じる。熱伝導部材は、通路を比較的狭い複数の流路に分割するので、熱伝導部材の表面に氷が形成されると、流路が多少なりとも閉塞されてしまう危険性のあることは明白である。熱伝導部材を通路の断面積の一部分のみに配置することで、通路断面積の残りの部分に細長いダクトが形成されることになる。そのようなダクトが十分な寸法を有するのであれば、凍結を生じないようにする実質的な保証が得られる。したがって、空気冷却器を通る空気の流れは実質的に常に保たれる。細長いダクトを通って流れる比較的暖かい空気も熱伝導部材に熱を供給する。これにより、熱伝導部材に形成されている氷が次第に溶解して、隣接する流路の閉塞が取り除かれる。
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、前記細長いダクトが、媒体の流れ方向に対してチューブ部分の前部側に配置される。媒体の流れは、前部側においてチューブ部分の表面に始めて接触する。この箇所で、媒体温度は最も低い。したがって、前記前部側で、チューブ部材の最も効果的な冷却が行われる。細長いダクトがこの位置にあることは、熱伝導部材による補助がなくとも、ダクト内の空気に対して十分に受容できる冷却をしばしば行うことができる。別の例では、代替的に、媒体の流れ方向に対して、チューブ部分の後部側に細長いダクトが配置される。媒体の温度は、熱伝導部材に沿って流れるにつれて上昇するので、熱伝導部材の後部側で冷却作用は小さい。これにより、細長いダクト内に氷が形成される危険性が低下する。したがって、この細長いダクトの寸法は、小さくすることができる。この細長いダクトを通路の中央部分に配置して、熱伝導部材を両側に取付けることも可能である。
【０００９】
本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記通路は媒体の流れ方向の長さが前記流れ方向に対して直角方向の長さよりも大きい横断面形状を有する。そのようなチューブ部材の形状は、流れる媒体に対して比較的長い接触面積を形成することになり、これによりチューブ部材内部の空気の冷却は促進される。有利なことに、前記細長いダクトは幅が高さと実質的に同じ横断面形状を有する。例えば、ダクトが高さまたは幅の長さの小さい横断面形状を有するならば、ダクトの短い長さの方向に氷が成長してダクトを閉塞してしまう危険性のあることは明らかである。逆に、ダクトの一方向の長さが大きいと、不必要に高さまたは幅の大きなダクトになってしまう。そのような寸法の大きなダクトは流路の個数を少なくし、チューブ部材を通して流れる空気の冷却を弱いものにしてしまう。したがって、最適ダクトは高さおよび幅の実質的に等しいものとなる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、冷却器は複数のチューブ部材を含み、それらのチューブ部材は、隣り合うチューブ部材の間に媒体が流れることのできる間隔を形成するように、互いに間隔を隔てて平行に配列される。チューブ部材は互いに実質的に一定した間隔で配列できる。この結果、隣り合うチューブ部材どうしの間隔を通る空気の流れは実質的に一定となされる。このようにして、空気は全てのチューブ部材の内部で実質的に同じ温度になるように冷却される。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、チューブ部材は熱伝導特性の良好な材料で作られる。この結果、チューブ部材の外側の媒体と内側の空気との間で良好な熱伝達を得られる。チューブ部材は、熱伝導特性の優れたアルミニウムで作ることができる。熱伝導部材、熱伝導特性の良好な材料で同様に作られることが好ましい。再び述べるが、アルミニウムは適当な材料である。熱伝導部材はシート材料を折曲げて作られる。シート材料は接触面を形成し、通路内に適当な複数の流路を形成できるように容易に成形することができる。接触面は、流路を通る乱流を促進するよう成形される。表面は、例えば、襞状構造を有して、チューブ部材内部の空気の冷却をさらに効果的に行えるようにすることができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によれば、空気冷却器は、大気圧よりも高い圧力の空気の冷却に適する給気冷却器である。給気冷却器は、過給式燃焼機関へ導く前の圧縮空気を冷却するために、特に乗物に使用できる。給気冷却器の内側で空気中の水蒸気が凝縮することになる露点よりも低い温度にまで圧縮空気を給気冷却器内で冷却することは一般的ではない。周囲空気が非常に低温であるならば、給気冷却器の内側の凝縮液が氷になるまで冷やされる危険性がある。給気冷却器のチューブ部材内の本発明による細長いダクトは、過給式燃焼機関の運転のために、実質的にあらゆる環境の下で給気冷却器を通して十分な空気の流れを保持できるようにする。
【００１３】
以下、添付図面を見ながら、本発明の好適例について説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、例えば過給式燃焼機関で駆動される乗物の前部に取付けられる給気冷却器を示している。過給式燃焼機関は圧縮空気の供給を必要とする。給気冷却器の機能は、燃焼期間に導入される前の圧縮空気を冷却することである。給気冷却器は、圧縮機から暖かい圧縮空気を受入れる第１集合タンク２の入口１を含む。第１集合タンク２は複数の内部開口を含み、それらの内部開口を通して圧縮空気は冷却器パッケージ３へ導かれることができ、冷却器パッケージ３は第１集合タンク２と第２集合タンク４との間を延在している。冷却器パッケージ３は複数のチューブ部材５を含んでおり、チューブ部材５は垂直方向に重ねて平行に配列される。チューブ部材５は隣接部材間に等しい間隔７が形成されるように互いに実質的に一定距離を隔てて配置される。したがって周囲空気は隣接するチューブ部材５の間の前記間隔７を通って流れることができる。冷却器パッケージ３を通る周囲空気の流れは、乗物が移動することにより、および／またはラジエータ・ファンが冷却器パッケージ３を通して空気を吸引することによって引き起こされる。第２の集合タンク４は冷却された圧縮空気をそれぞれのチューブ部材５から受入れるための複数の内部開口を含む。冷却された圧縮空気は、出口６を通して第２集合タンク４から導きだされた後、適当なパイプラインを通して過給式燃焼機関に導かれる。
【００１５】
図２は冷却器パッケージ３の４つのチューブ部材５の横断面図を示している。チューブ部材５は同じ形状である。チューブ部材５は熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウムで作られている。チューブ部材５は、実質的に平坦な反対両側の２つの長辺側面５ａ，ｂを備えた実質的に細長い形状の横断面を有している。反対両側の長辺５ａ，ｂは外方へ向かって凸状の２つの反対両端の短辺側面５ｃ，ｄで結ばれている。チューブ部材５は周囲空気との接触面を形成する外表面８を有する。チューブ部材５は集合タンク２，４の間を導かれる圧縮空気のための通路１０を形成する内面９を有する。
【００１６】
各々のチューブ部材５は熱伝導部材１１を含み、この熱伝導部材１１は通路１０の内側に取付けられると共に、多数箇所で内面９と接触する。熱伝導部材１１は、通路１０を通して導かれる圧縮空気に対する冷却用接触面積を増大させるために通路１０の内部に配置される。熱伝導部材１１は熱伝導率の優れた材料、例えばアルミニウムで作られる。熱伝導部材１１は１つの通路を複数の実質的に平行な流路１２に分割するように折曲げたアルミニウムのシート材で作ることができる。したがって、各流路１２は横断面積の比較的小さなものとなる。それぞれのチューブ部材５の通路１０を通して流れる圧縮空気は周囲空気によって冷却されるようになされている。周囲空気は、垂直方向に重ねて配列されているチューブ部材５の中央を通って延在する平面１５に対して実質的に直角な冷却器パッケージ３へ向かう主な流れ１４の方向を有する。しかしながら周囲空気の一部は、２つのチューブ部材５の間の間隔７を通って流れる前に、チューブ部材５の前側の短辺側面５ｃに衝突する。周囲空気は、通常、チューブ部材５内部の圧縮空気よりもかなり低い温度である。周囲空気はチューブ部材５の外表面８と接触すると、外表面８を冷却することになる。チューブ部材５および熱伝導部材１１は熱伝導率の優れた特性を有する材料で作られているので、それぞれのチューブ部材５の内面９および熱伝導部材１１をも効果的に冷却する。このようにして、内面９および熱伝導部材１１はそれぞれのチューブ部材５の通路１０内部の圧縮空間を非常に効果的に冷却する。
【００１７】
周囲空気の温度が低い時、空気冷却器内部の圧縮空気は圧縮空気の露点温度よりも低い温度にまで冷却されることがあり得る。その場合、圧縮空気中の水蒸気が凝縮し、その結果として液状の水がそれぞれのチューブ部材５の通路１０内部に生じる。周囲空気の温度が非常に低いと、通路１０内部で凝縮液が氷となるまで冷やされる危険がある。氷はチューブ部材５の内面９および熱伝導部材１１の表面上に形成される。熱伝導部材１１は横断面積が比較的小さな複数の流路１２を含むので、熱伝導部材１１の表面上に氷が形成されると流路１２が多少とも閉塞されてしまう危険のあることは明らかである。そのような状況は、空気の供給が不十分となって燃焼機関の運転不良を生じることになる。
【００１８】
しかしながら、本発明によれば、熱伝導部材１１は通路１０の横断面積の一部分にしか存在しないような寸法になされて通路断面積の残りの部分はダクト１３を形成しており、このダクト１３は熱伝導部材１１によって形成される個々の流路１２のそれぞれの横断面積よりも大きな横断面積を有している。図２において、熱伝導部材１１は前記ダクト１３が周囲空気の流れ１４の方向に対してチューブ部材５の前側短辺側面５ｃの箇所に形成されるように通路１０内に配列されている。この例では、細長いダクト１３は実質的に同じ高さおよび幅を有している。ダクト１３は、凍結する危険性を高めるように何れの方向にも少なくとも狭くてはならない。非常に大気温度が低く流路１２が凍結した時は、適当寸法のチャンネルすなわちダクト１３が給気冷却器を通る空気の流れを実質的に常に保持できるようにする。ダクト１３内部の圧縮空気は熱伝導部材１１に熱を与えることもする。このようにして、熱伝導部材１１上に形成された氷は徐々に溶解し、閉塞されていた流路１２は空気を導く機能を回復することができる。
【００１９】
図３は、本発明による４つのチューブ部材５の横断面図を示している。
【００２０】
この例では、ダクト１３′が周囲空気の流れ１４の方向に対してチューブ部材の後側の短辺側面５ｄの箇所に形成されるように、熱伝導部材１１′は通路内部に配置されている。再び述べるが、細長いダクト１３′は高さと幅とが実質的に同じ横断面形状を有する。熱伝導部材１１′は、通路を複数の実質的に平行なそれぞれ小さな横断面積の流路１２′に分割するように折曲げられている。熱伝導部材１１′はまた、複数の突出部分の表面および開口を備え、流路１２′を流れる空気の乱流状態を促進するようになされている。このようにして熱伝導部材１１′は流路１２′を流れる圧縮空気を効果的に冷却できる。空気の流れの冷却は、細長い間隔７に沿って徐々に温度上昇を引き起こす。したがって、チューブ部材の後側の短辺側面５ｄにおける冷却効果は前側の短辺側面５ｃにおける冷却効果と等しくなく、これによりダクト１３′が凍結する危険性はさらに小さくなる。非常に大気温度が低い場合、適当寸法とされたそのようなダクト１３′は給気冷却器を通る空気の流れを常に保持できるようにする。ダクト１３′内部の圧縮空気はまた熱伝導部材１１′に対して熱を与えるので、熱伝導部材１１′上に既に形成されている氷は徐々に溶融できる。
【００２１】
本発明は、図面をもって説明した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載範囲内で自由に変更を行なうことができる。通路には、複数の別体熱伝導部材を配設することができる。細長いダクトを通路の所望箇所に配設可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による給気冷却器。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う給気冷却器の横断面図。
【図３】代替例による給気冷却器。
【図１】
2008530431.tif 000003
【図２】
2008530431.tif 000004
【図３】
2008530431.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月16日(2007.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気冷却器で冷却すべき空気のための通路（１０）を形成する内面（９）を有する少なくとも１つのチューブ部材（５）と、前記通路（１０）の内部に取付けられ、前記通路（１０）を複数の流路（１２，１２′）に分割するよう成形された少なくとも１つの熱伝導部材（１１，１１′）とを含み、
また、前記空気冷却器で冷却すべき空気よりも低い温度の媒体が前記チューブ部材（５）の外表面（８）に接触して流され、もって前記空気冷却器内部の空気が前記通路（１０）を通って導かれる時に冷却を受けるようになっている、圧縮空気の冷却に適する前記空気冷却器において、
前記熱伝導部材（１１，１１′）の寸法が、前記通路（１０）の横断面積の一部分のみを占める寸法になされて、前記通路（１０）の残りの部分に細長いダクト（１３，１３′）が形成され、この細長いダクトが前記熱伝導部材（１１，１１′）によって形成される各流路（１２，１２′）の横断面積よりも大きい横断面積を有することを特徴とする空気冷却器。
【請求項２】
前記細長いダクト（１３）が、媒体の流れ（１４）の方向に対して、前記チューブ部材の前側（５ｃ）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載された空気冷却器。
【請求項３】
前記細長いダクト（１３）が、媒体の流れ（１４）の方向に対して、前記チューブ部材の後側（５ｄ）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載された空気冷却器。
【請求項４】
前記通路（１０）は、媒体の流れ（１４）の方向における輪郭形状の広がりが、前記流れ（１４）の方向に対して直角方向における輪郭形状の広がりよりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された空気冷却器。
【請求項５】
前記細長いダクト（１３，１３′）は、幅と高さが事実上同じである横断面形状を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された空気冷却器。
【請求項６】
相互間に距離を置いた列として平行に配設された複数のチューブ部材（５）を含み、隣接する前記チューブ部材（５）の間に媒体の流れる間隔（７）が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された空気冷却器。
【請求項７】
前記チューブ部材（５）が、良好な熱伝導特性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された空気冷却器。
【請求項８】
前記熱伝導部材（１１，１１′）が、良好な熱伝導特性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された空気冷却器。
【請求項９】
前記熱伝導部材（１１，１１′）が、折曲げたシート材料で形成されていることを特徴とする請求項８に記載された空気冷却器。
【国際調査報告】
2008530431.tif 000006
2008530431.tif 000007
2008530431.tif 000008
2008530431.tif 000009