JPH0617665B2 - 燃料冷却用熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、二つの端部壁で仕切られた円筒状ケース
と、第一熱交換液体用の接続短管と、第二熱交換用の接
続短管とを備え、前記ケースの中に第一熱交換液体を流
す冷媒管を配設し、この冷媒管がほぼケース内部にある
第二熱交換液体用のコイル状導管で取り囲まれていて、
端部壁に配設された第一熱交換液体の入口接続短管が第
一熱交換液体をケースの内部空間に導入する開口を有す
る冷媒管に連結している、液体冷却用熱交換器に関す
る。

自動車の燃料は一般に比較的低い沸点を有するので、動
作温度や周囲温度が高いとき、揮発し易い燃料成分を気
化させる。その場合、通常、先ず添加物が気化するの
で、一方で無管理状態で放出されるガスにより環境汚染
が生じ、他方で燃料から添加物を排除するためエンジン
の運転状況が悪化する。気化ガスによる気泡が生じるよ
うな燃料系のこの種の問題を防止するため、自動車の換
気装置に関連して使用する燃料冷却用熱交換器が知られ
ている。

冒頭に述べた類の熱交換器はドイツ特許第１1551527号
明細書により周知である。この場合、冷媒管は第一熱交
換液体の入口接続短管から対向する端部壁まで通しにし
て形成され、この端部壁によって閉ざされている。多数
の開口は冷媒管の閉じた端部のすぐ前の長手方向の短い
領域に設けてあり、周囲に一様に分布させて配置されて
いる。第一熱交換液体としては、ここでは冷却ないし加
熱されている油が使用される。このような熱交換器に
は、熱交換液体を規則正しく装填すると、冷却出力を制
御できないと言う難点がある。他の難点は、冷却すべき
油が熱交換器のケースの壁の真下にあり、故障した場
合、ケースの壁が壊れて直ぐ溢れ出る点にある。更に、
第二熱交換液体用のコイル状に通された導管が気密にす
べき多数の移行部をケース内部に有するため、両方の熱
交換液体が混合することを完全に阻止できない。

米国特許第4,371,027号明細書により、制御可能な熱交
換器が知られている。第一熱交換液体が熱交換器を通
り、第二熱交換液体のコイル状の導管の傍を通過しない
冷媒管を絞り部材で遮断できる。第二熱交換液体のコイ
ル状の導管はここでは通しにして形成され、ケースから
出てゆく。従って、両方の熱交換液体が混合することを
回避できる。難点としては、遮断可能な管をケースから
離して固定する必要がある点にある。絞り部材の制御が
外から行われるので、経費のかかる気密封止すべき回転
伝達体をケースに貫通させる必要がある。

ドイツ実用新案第83 35 036.5号明細書により、熱交
換液体の導管内に熱交換液体に渦を発生させる輪郭体を
有する熱交換器が知られている。これによって、熱交換
の効率が高まる。

この発明の課題は、少くない気密封止個所で単純に作製
しても、冷却出力が良好でしかも制御可能であり、燃料
の冷却に適している、冒頭に述べた類の熱交換器を提供
することにある。

上記の課題は、この発明により、冒頭に述べた種類の熱
交換器にあって、第一熱交換液体として冷媒を使用し、
また第二熱交換液体として冷却すべき燃料を使用し、冷
媒を流す冷媒管がその端部でケースの内部空間に開放状
態で接続し、冷媒を流す冷媒管の開放端部のところに調
節可能な絞り部材を設け、多数の開口を冷媒管の全長に
わたって一様に配分し、コイル状の燃料導管を通しの円
管で形成し、この円管の両端がケースの端部壁から出
て、接続短管を形成していることによって解決されてい
る。

この燃料導管は熱交換器のケースによっても保護され
る。このことは重要なことである。何故なら、熱交換器
を良くするのに第二熱交換液体のコイル状導管の壁をそ
れほど厚くしなくてもよいからである。冷媒管の開放端
部によって、冷媒を熱交換器に流すことができるので、
非常に少量しか燃料のコイル状導管に熱接触しない。こ
れは、燃料を強く冷却しないとき有利である。調節可能
な絞り部材と冷媒管の長さにわたって一様に分布してい
る開口とに結び付けて、熱交換器の出力を制御できる。
絞り部材が冷媒管の開口部を開ければ、大分部の冷媒が
熱交換器を通り抜け、コイル状の燃料導管に熱接触しな
い。冷媒管の内部空間から開口を経由してケースの内部
空間に達する冷媒の一部のみが燃料の冷却に寄与する。
この一部の量は絞り部材で冷媒管の開放端部を閉ざすこ
とによって定まる。冷媒管の端部に残っている冷媒用の
噴出開口が小さければ、それだけ開口を経由してケース
の内部空間に達する冷媒の量が多くなり、熱交換器の冷
却能力も大きくなる。冷媒管の全長にわたって一様に配
分された開口は、一方で熱交換器の最大効率を決め、他
方で熱交換器を通過する冷媒に対して充分小さい通過抵
抗を与える。更に、こうしてケースの内部空間の温度分
布と、最終的には燃料導管の燃料の温度分に影響を与え
るため、均一な分布、あるいは場合によって所望の不均
一な分布を選ぶことができる。通しの円管で形成された
コイル状の燃料導管には気密封止に関する問題が生じな
いので、燃料を冷媒から分離することを確実に保証す
る。気密封止問題は、通しの円管の両方の端部がケース
の一方の端部壁から外に行き、二つの接続短管を形成す
ることによっても防止される。端部壁の材料強度が強い
ので、気密封止部を溶接あるいはろう付けで形成しても
問題とならない。この新規な熱交換器はその形状により
騒音を減衰させる働きがあるので、冷却循環路の中に補
助騒音減衰装置を不要としない。

冷媒を通す冷媒管は冷媒の入口接続短管に連結するため
この接続短管に取り付けられている。この連結部の形状
は簡単に形成してあることを示している。この場合、液
体に対する気密封止連結が問題になるのでなく、ケース
内での冷媒管の強固な座りを保証すべきことに注意する
必要がある。この強固な取付方法としては、例えばプレ
ス嵌めがある。

絞り部材を制御するため、燃料導管に接触して配置され
ている膨張部材を設けている。この膨張部材は絞り部材
を燃料温度に応じて制御する。実際の燃料温度が所望燃
料温度より高いため、より大きな冷却能力が必要であれ
ば、絞り部材が膨張するため、膨張部材は開いている冷
媒管の端部を閉ざす向きに駆動されるので、かなり多量
の冷媒が開口を経由してケースの内部空間に排出され
る。これに反して、実際の燃料温度が所望燃料温度より
低い場合には、膨張部材が収縮して、冷媒を流す冷媒管
の自由端を開く向きに絞り部材を移動させるので、より
多くの冷媒が冷媒管の自由端から内部空間に溢れ出て、
燃料導管を冷却しない状態になる。

冷媒用および燃料用の全ての接続短管を両方の端部壁に
配設できる。これ等の端部壁で気密封止に必要なろう付
けあるいは溶接の作業が相当容易になり、確実に行え
る。何故なら、端部壁の材料は大抵円筒状のケースの壁
の材料より厚いからである。少なくとも溝を付けて円筒
状のケースの壁を丈夫にし、重量を節減することができ
る。燃料用の入口接続短管と出口接続短管および冷媒用
の入口接続短管を一方の端部壁に、また冷媒用の出口接
続短管を対向する他方の端部壁に配置すると有利であ
る。冷媒がケースを一方の端部から他方の端部に一方方
向に流れ、燃料が冷媒の方向とはほぼ逆の流れになって
流れる。

このケースは一体に形成されている。その場合、端部壁
は円管断片の端部に冷間加工で形成されている。この製
作は円管断片から始めて、先ず一端を冷間加工により所
望の接続円管の直径にまで細くし、同時に一方の端部壁
ができるように行われる。この端部壁には、燃料導管を
通す二つの穴がある。燃料導管を挿入した後、一方の端
部壁のところでろう付けあるいは溶接が行われ、円管断
片の他端のところで冷間加工により他方の端部壁と冷媒
用の出口接続短管が成形される。ケースはそれぞれがケ
ースの軸方向の長さのほぼ半分となる互いに合わせた二
つの噴出成形２分割部材片で構成され、コイル状の円管
を挿入した後、互いに接続しても有利である。これは、
溶接あるいはろう付けで行われるので、この実施例の場
合、三つのろう付け個所あるいは溶接個所が生じる。一
方の部分に燃料導管を通す穴を別にすれば、ケースの二
つの２分割部材片を同じように作製しても有利である。

流れている燃料に渦を発生させる形状を有する輪郭体を
燃料導管に設けると有利である。例えば、傷ないしは溝
を付けた星型体あるいは曲げた平坦片が特にこれに適す
る。これ等の部材は簡単に燃料導管に装着でき、その位
置でコイル状にして固定できる。

この発明による熱交換器の実施例を図面に示し、以下に
詳しく説明する。

第１図、一部を切り出した熱交換器、 第２図、熱交換器の側面図、 第３図、第１図の線分III−IIIから見た断面図、 第１図に示す熱交換器には、内部空間２を取り囲む円筒
状のケース１がある。ケース１の一端には、冷媒用の接
続短管４に続く、あるいはそのような接続短管４を設け
た端部壁３がある。この接続短管４を経由して冷媒が矢
印５の方向に導入される。ケース１の他端には、接続短
管７（冷媒の出口接続短管）に続く別な端部壁６が形成
されている。接続短管４の自由断面への接続部を有する
端部壁３には、冷媒を流す冷媒管８が配設されている。
この冷媒管はほぼケース１の軸方向の全長にわたって延
びていて、他端９のところでケース１の内部空間２に開
放状態で移行している。開口１０はこの軸方向の全長と
周囲（第３図）にわたって一様に分布させて、冷媒管８
の壁に配置されている。これ等の開口を経由して冷媒が
冷媒管８の内部からケースの内部空間２に溢れ出る。冷
媒の一部は、特にこの冷媒管８の開放端部で、ケース１
の内部空間２のその部分にも溢れ出る。

ケース１の端部壁３には、燃料導管が通過し、それぞれ
一つのろう付け個所１３によって気密封止状態で固定さ
れている二つの穴１１，１２がある。燃料導管は単品で
作製される通しの円管１４で構成されている。円管１４
は図面から判るようにコイル状の形状を有し、接続短管
１５（入口接続短管）から始まり、湾曲部１６を経由し
て端部壁３に侵入する。上記円管１４は直線状の管片１
７に続く。この管片はケース１ないしは内部空間２のほ
ぼ軸方向の全長にわたって延び、次いでコイル形状部分
に移行する。こうして、燃料は冷媒とは逆の流れになっ
て導入される。次いで、円管１４は他の穴１１を貫通
し、接続短管１８（出口接続短管）で終わる。

直線状の円管断片１７と円管１４のコイル部分の間の移
行部には、ヒンジレバー２０を介して絞り部材２１に連
結している膨張部材１９がある。この絞り部材は、例え
ば絞り弁として冷媒管８の自由端９のところに旋回可能
に支承されている。燃料温度によるこの膨張部材１９の
膨張に応じて、絞り部材２１が移動するので、熱交換器
の出力調整が行われる。円管１４を流れる燃料温度が上
昇すると、膨張部材１９が膨張して、絞り部材２１が冷
媒管８の自由端９を閉じる方向に移動する。その結果、
かなり多量の冷媒が開口１０を経由してケース１の内部
空間２に溢れ出る。従って、燃料はより強く冷却され
る。これに反して、燃料温度が低いと、膨張部材１９が
収縮して、絞り部材２１が冷媒管８の自由端９を開く方
向に移動する。その結果、かなり多量の冷媒が冷媒管８
の端部９から内部空間２に放出される。従って、この冷
媒が燃料導管に沿って内部空間２の大部分に流れるので
なく、言わば短絡式に接続短管に直接流れる。従って、
冷却効率は低減し、燃料温度が上昇する。こうして、出
力調節が行われる。

円管１４内で燃料に渦を発生させるため、燃料導管１４
に星型あるいは角型の輪郭体２２を取り付けてもよい。
この輪郭体２２をコイル状に巻き付ける前に円管１４に
導入する。円管１４の変形によって、これ等の輪郭体２
２をその場で固定する。輪郭体は燃料に渦を発生させて
より良い熱伝達を与える。

参照符号のリスト １＝ケース ２＝内部空間 ３＝端部壁 ４＝接続短管 ５＝矢印 ６＝端部壁 ７＝接続短管 ８＝冷媒管 ９＝端部 １０＝開口 １１＝穴 １２＝穴 １３＝ろう付け個所 １４＝燃料導管 １５＝接続短管 １６＝湾曲部 １７＝直線状の円管断片 １８＝接続短管 １９＝膨張部材 ２０＝ヒンジレバー ２１＝絞り部材 ２２＝輪郭体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二つの端部壁（３，６）で仕切られた円筒
   状ケース（１）と、第一熱交換液体用の接続短管（４，
   ７）と、第二熱交換用の接続短管（１５，１８）とを備
   え、前記ケース（１）の中に第一熱交換液体を流す冷媒
   管（８）を配設し、この冷媒管（８）がほぼケース
   （１）内部にある第二熱交換液体用のコイル状導管で取
   り囲まれていて、端部壁（３）に配設された第一熱交換
   液体の入口接続短管（４）が第一熱交換液体をケース
   （１）の内部空間（２）に導入する開口（１０）を有す
   る冷媒管（８）に連結している、液体冷却用熱交換器に
   おいて、第一熱交換液体として冷媒を使用し、また第二
   熱交換液体として冷却すべき燃料を使用し、冷媒を流す
   冷媒管（８）がその端部（９）でケース（１）の内部空
   間（２）に開放状態で接続し、冷媒を流す冷媒管（８）
   の開放端部（９）のところに調節可能な絞り部材（２
   １）を設け、この絞り部材（２１）を制御するため、燃
   料導管（１４）に接触している膨張部材（１９）が設け
   てあり、多数の開口（１０）を冷媒管（８）の全長にわ
   たって一様に配分し、コイル状の燃料導管を通しの円管
   （１４）で形成し、この円管の両端がケース（１）の端
   部壁（３）から出て、接続短管（１５，１８）を形成し
   ていることを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】冷媒管（８）を入口接続短管（４）に取り
   付け、この取り付けのため、主にプレス嵌めが使用され
   ていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の熱交
   換器。
3. 【請求項３】冷媒および燃料用の全ての接続短管（４，
   ７，１５，１８）を両方の端部壁（３，６）に配設し、
   その場合、燃料用の入口接続短管（１５）と出口接続短
   管（１８）および冷媒用の入口接続短管（４）は一方の
   端部壁（３）に、また冷媒用の出口接続短管（７）は対
   向する他方の端部壁（６）に配設してあることを特徴と
   する請求の範囲第１項に記載の熱交換器。
4. 【請求項４】ケース（１）は一体に構成され、両方の端
   部壁（３，６）は円管断片の端部で冷間加工により形成
   されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の
   熱交換器。
5. 【請求項５】ケース（１）は互いに合わせた押出成形の
   ２分割部材片で構成されていることを特徴とする請求の
   範囲第１項に記載の熱交換器。
6. 【請求項６】燃料用の円管（１４）には、通過する燃料
   に渦を発生させる形状を有する輪郭体（２２）が配設さ
   れていることを特徴とする請求の範囲第１〜４項の何れ
   か１項に記載の熱交換器。