JP2000274234A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換量が少なくなることなく熱交換器内部
の高温流体の蛇行を少なくし、圧力損失を低減すること
ができる熱交換器を提供する。 【解決手段】 排気ガス流路の下流側にはフィン６が配
設され、排気ガスはフィン６によって互いが略平行な流
路に分流されるため、排気ガスの蛇行が少なくなり、熱
交換器内の圧力損失が低減される。この際に、排気ガス
とフィン６との接触面積は大きくなるため熱交換量が少
なくなることはない。又、排気ガスとフィン６とが接触
することによって生じるスラッジは、上流側においては
排気ガス流速が高いために流されやすく少なくなり、下
流側においては比較的温度が低いために、シェル２とフ
ィン６の酸化等表面の劣化に起因する固着が起きにく
く、内部クリーニング等のメンテナンスが容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器に係り、詳
しくは高温流体としての排気ガスより熱を取り出し、様
々に利用を図るための熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】排気ガスの熱交換器として、特開平８−
４９５３４号公報には図６に示すようなものが開示され
ている。熱交換器３１の排気ガス流路は円筒形状のシェ
ル３２内に、円板状の一箇所が切り落とされた形状にな
っている仕切り板３３を排気ガスの入口部３４から出口
部３５に向かって間隔が徐々に狭くなるように配列する
ことによって構成されている。この際に、仕切り板３３
の切り落とされた箇所を交互に対向する位置に配列する
構成とすることによって排気ガスと邪魔板３３との接触
面積が大きくなり、熱交換量を多くすることができる。
排気ガスはシェル３２に設けられた入口部３４より流入
し、シェル３２の内周に配列された仕切り板３３によっ
て形成された流路を蛇行し、シェル３２に設けられた出
口部３５より流出する。

【０００３】一方、冷却水流路はタンク部３６，３７、
チューブ３８によって構成されている。冷却水はタンク
部３６に設けられた入口部３７より流入し、仕切り板３
３に複数設けられた孔に嵌入固定支持されたチューブ３
８へ分流され、再びタンク部３９で集流されてタンク部
３９に設けられた出口部４０より流出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−４９５３４号公報に開示された熱交換器では、下流
側の仕切り板３３の配列具合が上流側の仕切り板３３の
配列具合に比較して密になっているため、特に下流側に
おいて、圧力損失の大きい流路の折り返し部の数が多
く、全体としての圧力損失が大きくなるという問題があ
る。

【０００５】本発明は前記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、熱交換量が少なくなる
ことなく熱交換器内部の高温流体の蛇行を少なくし、圧
力損失を低減することができる熱交換器を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、ケーシングの内部に高温流
体流路と低温流体流路を有し、流路壁面を介して間接的
に熱交換を行う熱交換器において、ケーシング内部にお
ける前記高温流体流路が相対的に流路断面積が狭い流速
依存部と、相対的に流路断面積が広く流路中に前記低温
流体流路の壁面に連なる補助部材が配設されている伝熱
面積依存部とからなる。

【０００７】請求項２に記載の発明は請求項１に記載の
発明において、前記伝熱面積依存部は高温流体流路の下
流側に配置され、前記流速依存部は高温流体流路の上流
側に配置されている。

【０００８】請求項３に記載の発明は請求項１又は請求
項２に記載の発明において、前記伝熱面積依存部での高
温流体は補助部材によって互いが略平行な流路に分流さ
れる。

【０００９】請求項１〜請求項３に記載の発明では、流
路中に低温流体流路の壁面に連なる補助部材が配設され
ている伝熱面積依存部が設けられているため、高温流体
の蛇行が少なくなり、熱交換器内の圧力損失が低減され
ると同時に、伝熱面積依存部では高温流体と流路壁面と
の接触面積が大きくなり、複数の高温流体流路の流路断
面積が大きくなることにより高温流体流速が低下するこ
とによって熱交換量が少なくなることを防止する。

【００１０】請求項２に記載の発明では、伝熱面積依存
部は高温流体流路の下流側に配置され、流速依存部は高
温流体流路の上流側に配置されているため、伝熱面積依
存部を高温流体流路の上流側に配置し、流速依存部を高
温流体流路の下流側に配置する場合に比較して、高温流
体と流体壁面とが接触することによって生じるスラッジ
が、上流側においては高温流体流速が高いために流され
やすく少なくなる。下流側においては比較的温度が低い
ため、ケーシング内での補助部材の酸化等表面の劣化に
起因する固着が起きにくくなり、内部クリーニング等の
メンテナンスが容易になる。

【００１１】請求項３に記載の発明では、伝熱面積依存
部での高温流体は補助部材によって互いが略平行な流路
に分流されるため、高温流体と流路壁面との接触面積は
大きくなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を高温流体としての
内燃機関の排気ガスと、低温流体としての内燃機関の冷
却水との熱交換器に具体化した一実施形態を図１〜図５
に基づいて説明する。

【００１３】図１に示すように、熱交換器１は排気ガス
流路と冷却水流路とを備えることによって形成されてい
る。排気ガス流路はケーシングとしてのシェル２、壁円
板３，４、仕切り板５及び補助部材としてのフィン６に
よって構成され、冷却水流路はタンク部７，８、チュー
ブ９によって構成されている。

【００１４】シェル２は円筒形状を成し、その中心線方
向両端には壁円板３，４が溶接固定されている。シェル
２の壁円板３，４近辺にはそれぞれ排気ガス入口部１０
と排気ガス出口部１１が円筒状のシェル２の外周面に互
いが略並行に突設され、壁円板３，４にはそれぞれ開口
した孔１２が三個設けられている。壁円板３，４の外側
にはそれぞれタンク部７，８が溶接固定され、該タンク
部７，８の中心部にはそれぞれ冷却水入口部１３と冷却
水出口部１４が突設されている。

【００１５】熱交換器１内の排気ガス流路の上流側とな
る流速依存部（図１のシェル２内部の右側）には仕切り
板５が、下流側となる伝熱面積依存部（図１のシェル２
内部の左側）にはフィン６がそれぞれ配設されている。

【００１６】流速依存部内の仕切り板５ａ，５ｂ，５ｃ
は図２に示すように、円の一箇所を切り落とした形状に
なっており、該箇所がシェル２の内部で交互に対向する
位置に略等間隔で配列されている。最も排気ガスの入口
側に位置する仕切り板５ａは排気ガス入口部１０よりも
やや出口側に配設され、排気ガス入口部１０側から順に
仕切り板５ａ，５ｂ，５ｃが配設されている。図３及び
図４（ａ）に示すように、仕切り板５の周囲には折り曲
げ部５ｄが形成され、仕切り板５をシェル２の内部に圧
入機で圧入する際に、折り曲げ部５ｄとシェル２の内面
が当接するようになっている。又、仕切り板５ａ，５
ｂ，５ｃにはそれぞれ開口した孔１２が三個設けられて
おり、仕切り板５ｂのシェル２との接触部近辺には小さ
い孔１５が複数個開口されている。

【００１７】同様に、伝熱面積依存部内のフィン６は図
２に示すように、円板状の対向する二箇所を切り落とし
た形状になっており、略等間隔で９枚配列されている。
フィン６の切り落とされた二箇所の一方は排気ガス出口
部１１側に位置しており、他方はその対向する側に位置
している。仕切り板５ｃと仕切り板５ｃに最も近い位置
に配設されているフィン６との間隔は、略等間隔で配列
されているフィン６の間隔とほぼ同一になっている。図
３及び図４（ｂ）に示すように、フィン６の周囲には折
り曲げ部６ｄが形成され、フィン６をシェル２の内部に
圧入機で圧入する際に、折り曲げ部６ｄとシェル２の内
部が当接するようになっている。又、フィン６にはそれ
ぞれ開口した孔１２が三個設けられている。

【００１８】壁円板３，４、仕切り板５及びフィン６に
それぞれ開口されている孔１２によって円筒状のチュー
ブ９は嵌入固定支持されている。チューブ９の長さは壁
円板３と壁円板４の間隔と等しくなっている。なお、流
速依存部と伝熱面積依存部とは排気ガス入口部１０と排
気ガス出口部１１が位置する側と対向する側で連通され
ており、該側の壁円板４付近には排気ガスと仕切り板５
ａ，５ｂ，５ｃ及びフィン６とが接触することによって
生じるガス凝縮水を排出するためのドレン１６が設けら
れている。又、熱交換器自体は伝熱面積依存部側にやや
傾いている。（図示せず） 次に、上記のように構成された熱交換器の作用について
説明する。

【００１９】高温流体としての排気ガスは排気ガス入口
部１０からシェル２内へ進入し、仕切り板５ａ，５ｂ，
５ｃに順に案内されながら流速依存部を蛇行していく。
仕切り板５ａ，５ｂ，５ｃは排気ガス流路を決定すると
同時に、排気ガスの熱を冷却水が流れるチューブ９に伝
える役割も果たす。つまり、排気ガスの熱はチューブ９
に直接伝わる場合と仕切り板５ａ，５ｂ，５ｃを介して
伝わる場合とがある。

【００２０】排気ガスは排気ガス入口部１０と排気ガス
出口部１１が位置する側と対向する側で伝熱面積依存部
に進入すると同時に、フィン６によって１０本の流路に
分流され、１０本の流路の総断面積は大きくなるために
速度は低下する。分流された排気ガスはフィン６に案内
されて一定方向へのみ流れていくため、下流側での排気
ガスの蛇行はなくなり、排気ガス入口部１０及び排気ガ
ス出口部１１側で再び集流されて排気ガス出口部１１か
ら流出する。

【００２１】排気ガスが仕切り板５及びフィン６に接触
する際に、排気ガス中に含まれる油等が仕切り板５及び
フィン６に付着することによってスラッジが堆積する。
該スラッジが堆積することによって排気ガスと仕切り板
５及びフィン６との伝熱性は悪化するが、上流側の流速
依存部では排気ガス流速が高く保たれるため、スラッジ
は流されやすくなり堆積しにくくなっている。下流側の
伝熱面積依存部では温度が比較的低いために、シェル２
とフィン６の酸化等表面の劣化に起因する固着が起きに
くく、タンク部８及び壁円板４を外して内部クリーニン
グ等のメンテナンスをすることが容易になる。

【００２２】又、排気ガスが下流側に流れながら冷却さ
れていくと、チューブ９の周辺にはガス凝縮水が付着す
る。ガス凝縮水は仕切り板５及びフィン６を伝わってシ
ェル２の下部に滞留する。流速依存部での排気ガス流速
は高く保たれ、又、熱交換器を内燃機関に設置する際に
伝熱面積依存部側にやや傾いているため、ガス凝縮水は
仕切り板５ｂのシェル２との接触部近辺の小さい孔１５
を介して伝熱面積依存部側に流れやすくなっている。従
って、流速依存部の下部が腐食する虞は少ない。伝熱面
積依存部では排気ガスが冷却されることに伴いガス凝縮
水は多いが、伝熱面積依存部を排気ガスの下流側に配置
することによって、ガス凝縮水を素早くドレン１６に排
出することが可能になる。従って、伝熱面積依存部の下
部が腐食する虞は少ない。

【００２３】又、低温流体としての冷却水は冷却水入口
部１３から進入し、タンク部８で分流される。分流され
た冷却水はチューブ９内を一定方向へ流れ、タンク部７
で再び集流されて冷却水出口部１４から流出する。冷却
水と排気ガスとの温度差はその熱容量の差から排気ガス
の上流側で大きく下流側で小さくなっている。

【００２４】従って、本実施形態によれば以下に示す効
果がある。

【００２５】（１）排気ガス流路内には排気ガスがフィ
ン６によって互いが略平行な流路に分流される伝熱面積
依存部が設けられているので、排気ガスの蛇行が少なく
なり、熱交換器内の圧力損失が低減されると同時に、伝
熱面積依存部では排気ガスとフィン６との接触面積が大
きくなり、複数の排気ガス流路の流路断面積が大きくな
ることにより排気ガス流速が低下することによって熱交
換量が少なくなることを防止することができる。

【００２６】（２）伝熱面積依存部は排気ガス流路の下
流側に配置され、流速依存部は排気ガス流路の上流側に
配置されているため、伝熱面積依存部を排気ガス流路の
上流側に配置し、流速依存部を排気ガス流路の下流側に
配置する場合に比較して、上流側での排気ガス流速は高
く保たれるため、スラッジは流されやすく少なくなる。
又、下流側では比較的温度が低いために、シェル２とフ
ィン６の酸化等表面の劣化に起因する固着が起きにく
く、容易に内部クリーニング等のメンテナンスをするこ
とができる。

【００２７】（３）下流側に伝熱面積依存部を配置する
ことによって下流側にガス凝縮水が多く滞留するので、
下流側に設けられたドレン１６によってガス凝縮水を素
早く排出することができる。従って、シェル２内部がガ
ス凝縮水の成分である硫酸等によって腐食することを少
なくすることができる。

【００２８】（４）伝熱面積依存部はフィン６を圧入す
るだけで構成されるので、熱交換器１の製造を容易にす
ることができる。

【００２９】（５）伝熱面積依存部での排気ガス流路は
円板状のフィン６の対向する二箇所を切り落とすことに
よって形成されているので、それぞれの排気ガスの流路
が最も長くなる。従って、排気ガスとフィン６との接触
面積が大きくなり、熱交換量を多くすることができる。

【００３０】（６）仕切り板５ｂのシェル２との接触部
近辺には小さい孔１５が複数個開口されているので，仕
切り板５ｂよりも上流側で生じるガス凝縮水を下流側へ
流すことができる。

【００３１】尚、実施の形態は前記に限定されるもので
はなく、例えば次のように適宜に変更して実施すること
もできる。

【００３２】○ フィン６は円板状の対向する二箇所を
切り落とした形状でなくても、例えば一箇所でも三箇所
以上でもよい。一箇所の場合、排気ガスは一旦分流した
後に再び集流されず、分流された排気ガスがそのまま流
出するようにシェル２に排気ガス出口部を排気ガス流路
と同じ数だけ設ける構成とする。従って、排気ガスとフ
ィン６との接触面積が更に大きくなり、熱交換量が多く
なる。又、仕切り板５の切り落とされた箇所の形状は何
でもよく、例えば一箇所を凹状に切り欠いた形状であっ
てもよい。

【００３３】○ 伝熱面積依存部の流路方向の断面形状
はハニカム構造でもよい。この場合、排気ガスと補助部
材との接触面積が大きくなり熱交換量が多くなる。

【００３４】○ 伝熱面積依存部を排気ガス流路の上流
側に配置し、流速依存部を排気ガス流路の下流側に配置
してもよい。この場合、上流側では排気ガスとフィン６
との接触面積が大きく、排気ガスと冷却水との温度差も
大きいので熱交換量が多くなる。

【００３５】○ 伝熱面積依存部内のフィン６は図５に
示すように、シェル２に当接することなくチューブ９の
みによって固定嵌入支持される形状であってもよい。こ
の場合、フィン６に折り曲げ部６ｄを設ける必要がなく
フィン６をチューブ９に固着するだけでよいため、熱交
換器の製造が容易になる。

【００３６】○ シェル２と壁円板３，４とは溶接によ
って固定されなくてもネジなどによって螺合されてもよ
い。この場合、容易に下流側の内部クリーニング等のメ
ンテナンスを行うことができる。

【００３７】○ 壁円板３，４、仕切り板５及びフィン
６に嵌入固定支持されているチューブ９は三本ではな
く、二本以下でも四本以上でもよい。二個以下の場合は
熱交換器３１の製造が容易になり、四個以上の場合は排
気ガスと冷却水との熱交換量が多くなる。

【００３８】○ 仕切り板５及びフィン６の数はいくつ
でもよい。又、間隔は等しくなくてもよいし、決まった
値でなくてもよい。

【００３９】○ シェル２の形状は円筒状でなくても、
例えば直方体状でもよい。

【００４０】○ 低温流体は冷却水でなくても、例えば
油冷でもよい。

【００４１】○ 熱交換器は内燃機関に設けられなくて
も焼却炉に設けられてもよい。

【００４２】前記実施の形態から把握され、特許請求の
範囲に記載されていない技術的思想を、その効果ととも
に以下に記載する。

【００４３】（１） 請求項１〜請求項３のいずれか一
項に記載の熱交換器において、前記補助部材は円板状の
対向する二箇所が切り落とされた形状になっているフィ
ンであり、分流された高温流体は再び集流される。この
場合、フィンを圧入するだけで伝熱面積依存部が構成さ
れ、熱交換器の製造が容易になる。

【００４４】（２） 請求項１〜請求項３及び前記技術
的思想のいずれか一項に記載の熱交換器において、前記
ケーシング内の下流端近辺にはドレンが形成されてい
る。この場合、ガス凝縮水を素早くケーシング内から排
出することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
３に記載の発明によれば、熱交換量が少なくなることな
く熱交換器内部の高温流体の蛇行を少なくし、圧力損失
を低減することができる。

【００４６】請求項２に記載の発明によれば、上流側で
はスラッジ堆積を少なくすることができ、又下流側では
ケーシング内の補助部材の固着が起きにくくなり、容易
にケーシング内をクリーニングすることができる。

【００４７】請求項３に記載の発明によれば、熱交換量
をより多くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】排気ガス熱交換器を示す正面断面図。

【図２】仕切り板及びフィンの固定方法を示す模式斜視
図。

【図３】仕切り板を示す正面断面図。

【図４】（ａ）は仕切り板を示す平面図、（ｂ）はフィ
ンを示す平面図。

【図５】別例の排気ガス熱交換器を示す側面断面図。

【図６】従来の排気ガス熱交換器を示す正面断面図。

【符号の説明】

１…熱交換器、２…ケーシングとしてのシェル、６…補
助部材としてのフィン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングの内部に高温流体流路と低温
   流体流路を有し、流路壁面を介して間接的に熱交換を行
   う熱交換器において、 ケーシング内部における前記高温流体流路が、 相対的に流路断面積が狭い流速依存部と、 相対的に流路断面積が広く、流路中に前記低温流体流路
   の壁面に連なる補助部材が配設されている伝熱面積依存
   部とからなる熱交換器。
2. 【請求項２】 前記伝熱面積依存部は高温流体流路の下
   流側に配置され、前記流速依存部は高温流体流路の上流
   側に配置されている請求項１に記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記伝熱面積依存部での高温流体は補助
   部材によって互いが略平行な流路に分流される請求項１
   又は請求項２に記載の熱交換器。