(57)【要約】【課題】熱交換性能を確保しつつ、フィンの耐食性を向上させることができる熱交換器を提供する。【解決手段】過給器３により加圧された吸気と冷却風との間で熱交換を行う熱交換器であって、過給器３により加圧された吸気に接触し、過給器３により加圧された吸気と冷却風との間での熱交換を促進させるインナーフィン４４を設け、インナーフィン４４を、純銅製の芯材４４ａと、芯材４４ａの表面に形成されたすずめっき層４４ｂとから構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
前記第１の流体および前記第２の流体の少なくとも一方に接触し、前記第１の流体と前記第２の流体との間での熱交換を促進させるフィン（４４）を備え、
前記フィン（４４）は、純銅製の芯材（４４ａ）と、前記芯材（４４ａ）の表面を被覆する耐食性を有する金属からなる被覆材（４４ｂ）とからなることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
内部を前記第１の流体が通過するチューブ（４１）を備え、
前記第２の流体は、前記チューブ（４１）の外側を流れるようになっており、
前記フィン（４４）は、前記チューブ（４１）の内側および外側の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１の流体には、内燃機関（１）の排気ガスが混入されており、
前記フィンは、前記チューブ（４１）の内側に配置されるインナーフィン（４４）であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１の流体は、前記内燃機関（１）の排気ガスを利用する過給器（３）により加圧された前記内燃機関（１）の吸気であり、
前記第２の流体は、前記過給器（３）により加圧された吸気を冷却する冷却流体であり、
前記内燃機関（１）は、排気系における前記過給器（３）のタービン（３ｂ）よりも下流から分岐して吸気系における前記過給器（３）のコンプレッサ（３ａ）よりも上流に排気ガスを循環させるようになっていることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記被覆材は、すずめっき層であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記チューブ（４１）は、純銅もしくは銅合金からなることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。
【請求項７】
前記フィン（４４）と前記チューブ（４１）とが、銅、すず、ニッケルおよびリンを主成分とする融点が６００〜７００℃のろう材で接合されていることを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関するもので、内燃機関に吸入される燃焼用の空気（吸気）を冷却するインタークーラに適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、純銅もしくは銅合金からなる熱交換器においては、高い熱交換性能を確保するために、フィン材として純銅が使用されている。
【０００３】
しかしながら、このような熱交換器が腐食性環境（例えば海水、融雪塩、自動車の排気ガス等）において使用される場合、フィンが腐食してしまい、熱交換性能の低下や強度の低下を引き起こすという問題がある。
【０００４】
これに対し、フィン材に耐食性を有する銅合金を採用することが考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記フィン材に銅合金を採用した熱交換器では、銅合金は純銅よりも熱伝導性が著しく低下する場合が多いため、熱交換性能が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、熱交換性能を確保しつつ、フィンの耐食性を向上させることができる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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、第１の流体および第２の流体の少なくとも一方に接触し、第１の流体と第２の流体との間での熱交換を促進させるフィン（４４）を備え、フィン（４４）は、純銅製の芯材（４４ａ）と、芯材（４４ａ）の表面を被覆する耐食性を有する金属からなる被覆材（４４ｂ）とからなることを第１の特徴としている。
【０００８】
このように、フィン（４４）において、熱伝導性の高い純銅を芯材とし、その表面を耐食性を有する金属で被覆することで、熱交換性能を確保しつつ、フィン（４４）の耐食性を向上させることが可能となる。
【０００９】
上記特徴において、内部を第１の流体が通過するチューブ（４１）を設け、第２の流体を、チューブ（４１）の外側を流れるようにし、フィン（４４）を、チューブ（４１）の内側および外側の少なくとも一方に配置することができる。
【００１０】
また、本発明では、第１の流体には、内燃機関（１）の排気ガスが混入されており、フィンは、チューブ（４１）の内側に配置されるインナーフィン（４４）であることを第２の特徴としている。
【００１１】
内燃機関（１）の排気ガスにはＮＯｘやＳＯｘが含まれているため、排気ガスと直接接触するインナーフィン（４４）の耐食性を向上させることは、より効果的である。
【００１２】
また、本発明では、第１の流体は、内燃機関（１）の排気ガスを利用する過給器（３）により加圧された内燃機関（１）の吸気であり、第２の流体は、過給器（３）により加圧された吸気を冷却する冷却流体であり、内燃機関（１）は、排気系における過給器（３）のタービン（３ｂ）よりも下流から分岐して吸気系における過給器（３）のコンプレッサ（３ａ）よりも上流に排気ガスを循環させるようになっていることを第３の特徴としている。
【００１３】
このような排気ガスの一部を過給器（３）のコンプレッサ（３ａ）より上流側に還流するシステムでは、従来の過給システムによる吸気より高温高圧となり、さらに吸気にＮＯｘやＳＯｘを含む排気ガスが混入するため、吸気を冷却する熱交換器の内部が強酸環境となり、腐食が特に懸念される。したがって、このような場合に、インナーフィン（４４）の耐食性を向上させることは、特に効果的である。
【００１４】
また、上記第１〜第３の特徴において、被覆材を、すずめっき層とすることができる。
【００１５】
また、チューブ（４１）を純銅もしくは銅合金から構成してもよい。
【００１６】
また、フィン（４４）とチューブ（４１）とを、銅、すず、ニッケルおよびリンを主成分とする融点が６００〜７００℃のろう材で接合することができる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器を内燃機関に吸入される燃焼用の空気（吸気）を冷却するインタークーラに適用したものである。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るインタークーラを適用した内燃機関の全体構成を示す図である。図１に示す内燃機関（以下、エンジンとも称する）１は、車両に搭載される水冷式ディーゼル内燃機関であり、その車両は内燃機関１にて駆動される。
【００２０】
内燃機関１は、吸気通路（吸気系）を構成する吸気管１１および吸気マニホールド１２、排気通路（排気系）を構成する排気マニホールド２１および排気管２２、吸入空気を加圧するターボ過給器３を備えている。
【００２１】
ターボ過給器３は、吸気管１１に配置されたコンプレッサ３ａと、排気管２２に配置されたタービン３ｂとを有し、コンプレッサ３ａとタービン３ｂはタービン軸を介して連結されている。これにより、排出ガスの熱エネルギーを利用してタービン３ｂを駆動するとともに、タービン軸を介してコンプレッサ３ａを駆動し、吸気管１１に導入される吸入空気をコンプレッサ３ａで加圧する。
【００２２】
ターボ過給器３のコンプレッサ３ａの下流側の吸気管１１には、コンプレッサ３ａにより圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ４が設けられている。また、本実施形態では、吸気管１１におけるコンプレッサ３ａとインタークーラ４との間にプレクーラ５が設けられており、コンプレッサ３ａにより圧縮された空気はプレクーラ５で予冷された後にインタークーラ４に送り込まれる。
【００２３】
ターボ過給器３のコンプレッサ３ａの上流側の吸気管１１には、吸入空気の異物を除去するエアクリーナ６が設けられている。また、ターボ過給器３のタービン３ｂの下流側の排気管２２には、排気ガスを浄化または排気ガス中の排気微粒子（ＰＭ）を補足する排気浄化装置７が設けられている。
【００２４】
また、本実施形態におけるエンジン１は、排気エミッションの対策としてＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気ガス再循環）システムが採用されている。このＥＧＲシステムは、排気還流通路８と、排気還流通路８の途中に設けられ、還流される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ９とを備えている。排気還流通路８の入口側は、排気浄化装置７の下流側の排気管２２に接続され、出口側はターボ過給器３のコンプレッサ３ａの上流側の吸気管１１、すなわち吸気管１１におけるコンプレッサ３ａとエアクリーナ６との間に接続されている。これにより、排気ガスの一部を吸気管１１に還流することができる。このようなＥＧＲシステムの配置は、いわゆるロープレッシャーループ（ＬＰＬ）と称されている。この場合、ターボ過給器３のタービン３ｂに供給される排気エネルギーが減少しないので、ターボ過給器３の過給効率の悪化を抑制することができる。
【００２５】
次に、本実施形態に係るインタークーラ４の構成について説明する。図２は、本実施形態に係るインタークーラ４の正面図である。
【００２６】
図２に示すように、インタークーラ４は、フィンチューブ型の熱交換器であり、平行に複数本配置されたチューブ４１と、隣り合うチューブ４１同士の間に配置されたアウターフィン４２とを備えている。また、インタークーラ４は、チューブ４１の長手方向両端側に配置されたヘッダタンク４３を備えている。
【００２７】
チューブ４１は、吸気を流す流路を構成するものであり、扁平形状となっている。そして、各チューブ４１は、長径方向が、図２中紙面垂直方向である冷却風流れと一致するように配置されている。なお、ターボ過給器３により加圧された吸気が本発明の第１の流体に相当し、冷却風が第２の流体に相当している。
【００２８】
アウターフィン４２は、波状に形成されるとともにチューブ４１に接合されており、チューブ４１同士の間を流れる冷却風とチューブ４１の内部を流れる吸気との熱交換を促進するものである。アウターフィン４２には、空気の流れを乱して温度境界層が成長することを防止すべく、その一部を切り起こして鎧窓状としたルーバ４２ａが設けられている（図３参照）。
【００２９】
ヘッダタンク４３は、一方がターボ過給器３（図１参照）から圧送された吸気を各チューブ４１に分配供給し、他方がチューブ４１から流出する吸気を集合回収してエンジン１の吸気マニホールド１２（図１参照）に送り出すものである。このヘッダタンク４３は、開口部を有するヘッダプレート４３ａと、ヘッダプレート４３ａとともにタンク内空間を構成するタンク本体４３ｂとから構成されている。そして、ヘッダプレート４３ａの開口部にチューブ４１が挿入されており、ヘッダプレート４３ａとチューブ４１とが嵌合している。なお、チューブ４１、アウターフィン４２およびヘッダタンク４３は、例えば、純銅もしくは銅合金により構成されている。なお、本明細書において「純銅」とは、純度９９％以上の銅のことをいう。
【００３０】
図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３に示すように、チューブ４１の内部には、インナーフィン４４が配置されている。このインナーフィン４４は、波状に形成されるとともにチューブ４１に接合され、冷却風と吸気との熱交換を促進するものである。
【００３１】
図４は、図３におけるＢ部を拡大した模式図である。図４に示すように、インナーフィン４４は、純銅製の芯材４４ａと、芯材４４ａの表面に形成されたすずめっき層４４ｂとからなっている。すなわち、インナーフィン４４は、芯材４４ａの表面にすずめっきを施した板材により形成されている。なお、すずめっき層が、本発明の耐食性を有する金属からなる被覆材に相当している。
【００３２】
本実施形態では、インナーフィン４４を波状に成形する前に、純銅製の芯材４４ａにすずめっきを施している。また、すずめっきの方法は、電気めっき、化学めっき、置換めっき、溶融めっき等いずれででもよく、特に限定されない。そして、すずめっきが施されたインナーフィン４４を波状に成形した後、インナーフィン４４とチューブ４１とを、ろう接にて一体接合している。本実施形態では、銅、すず、ニッケルおよびリンを主成分とする融点６００〜７００℃のろう材を用いている。なお、インナーフィン４４とチューブ４１との接合部には、図４のＣ部に示されるようなフィレット（ろう材の固まり）が形成され、インナーフィン４４およびチューブ４１が強固にろう接される。
【００３３】
以上説明したように、インナーフィン４４において、熱伝導性の高い純銅を芯材とし、その両面に高耐食性のすずめっきを施すことで、熱交換性能を確保しつつ、インナーフィン４４の耐食性を向上させることが可能となる。
【００３４】
また、排気ガスの一部を吸気管１１に還流するロープレッシャーループ（ＬＰＬ）システムは、従来の過給システムによる吸気より高温高圧となり、さらに吸気にＮＯｘやＳＯｘを含む排気ガスが混入するため、インタークーラ４の内部が強酸環境となり、腐食が特に懸念される。したがって、このような場合に、本実施形態に係るインナーフィン４４を採用することは、特に効果的である。
【００３５】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、インタークーラ４に本発明の熱交換器を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば車両用空調装置の放熱器、車両用空調装置の暖房用ヒータコア、蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器や凝縮器、エンジン１の冷却水を冷却するラジエータ等の熱交換器にも本発明は適用することができる。特に、排気ガス等の腐食環境において使用される熱交換器に本発明を適用して好適である。
【００３６】
また、上記実施形態では、チューブ４１の内部に配置されるインナーフィン４４に本発明のフィンを適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えばチューブ４１の外側に配置されるアウターフィン４２等のフィンにも本発明は適用することができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、インナーフィン４４を波状に成形する前に芯材４４ａにすずめっきを施したが、これに限らず、インナーフィン４４を波状に成形した後にすずめっきを施してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、耐食性を有する金属としてすずを用いた。他に、高価ではあるが、金や白金等の被覆によっても耐食性は得られる。
【００３９】
また、上記実施形態では、インナーフィン４４を波状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば平板状に形成されたプレートフィン、針状に形成されたピンフィン等としてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、チューブ４１、アウターフィン４２およびヘッダタンク４３を、純銅もしくは銅合金により構成したが、これに限らず、例えばアルミニウム等の他の金属により構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係るインタークーラ４を適用した内燃機関の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るインタークーラ４の正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３におけるＢ部を拡大した模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…内燃機関、３…過給器、３ａ…コンプレッサ、３ｂ…タービン、４１…チューブ、４４…インナーフィン、４４ａ…芯材、４４ｂ…すずめっき層（被覆材）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008064399.tif 000005
【図４】
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