JP2008064399A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a heat exchanger, and is effective when applied to an intercooler that cools combustion air (intake air) sucked into an internal combustion engine.
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。 Conventionally, in a heat exchanger made of pure copper or a copper alloy, pure copper has been used as a fin material in order to ensure high heat exchange performance.
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。 However, when such a heat exchanger is used in a corrosive environment (for example, seawater, snowmelt salt, automobile exhaust gas, etc.), the fins corrode, causing a decrease in heat exchange performance and a decrease in strength. There's a problem.
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。 On the other hand, it is conceivable to employ a copper alloy having corrosion resistance for the fin material.
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。 However, in a heat exchanger that employs a copper alloy as the fin material, there is a problem that the heat exchange performance is lowered because the copper alloy often has a significantly lower thermal conductivity than pure copper.
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。 An object of this invention is to provide the heat exchanger which can improve the corrosion resistance of a fin, ensuring heat exchange performance in view of the said point.
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。 In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a heat exchanger for exchanging heat between a first fluid and a second fluid, which is in contact with at least one of the first fluid and the second fluid. And fins (44) for promoting heat exchange between the first fluid and the second fluid, and the fins (44) are made of a pure copper core material (44a) and the surface of the core material (44a). The first feature is that it is made of a coating material (44b) made of a metal having corrosion resistance to coat the metal.
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。 Thus, in the fin (44), the heat resistance is ensured and the corrosion resistance of the fin (44) is improved by using pure copper having high thermal conductivity as a core material and covering the surface with a metal having corrosion resistance. It becomes possible to make it.
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。 In the above feature, a tube (41) through which the first fluid passes is provided, the second fluid is allowed to flow outside the tube (41), and the fin (44) is connected to the inside of the tube (41) and It can be arranged on at least one of the outer sides.
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。 In the present invention, the first fluid is mixed with the exhaust gas of the internal combustion engine (1), and the fin is an inner fin (44) disposed inside the tube (41). It has 2 features.
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。 Since the exhaust gas of the internal combustion engine (1) contains NOx and SOx, it is more effective to improve the corrosion resistance of the inner fin (44) in direct contact with the exhaust gas.
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。 In the present invention, the first fluid is the intake air of the internal combustion engine (1) pressurized by the supercharger (3) using the exhaust gas of the internal combustion engine (1), and the second fluid is A cooling fluid that cools the intake air pressurized by the supercharger (3), and the internal combustion engine (1) branches from the downstream side of the turbine (3b) of the supercharger (3) in the exhaust system. The third feature is that the exhaust gas is circulated upstream of the compressor (3a) of the supercharger (3).
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。 In such a system that recirculates a part of the exhaust gas to the upstream side of the compressor (3a) of the supercharger (3), the temperature becomes higher than the intake pressure of the conventional supercharging system, and the exhaust gas contains NOx or SOx in the intake air. Since gas is mixed, the inside of the heat exchanger that cools the intake air becomes a strong acid environment, and corrosion is a particular concern. Therefore, in such a case, it is particularly effective to improve the corrosion resistance of the inner fin (44).
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。 In the first to third features, the coating material may be a tin plating layer.
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。 The tube (41) may be made of pure copper or a copper alloy.
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。 Further, the fin (44) and the tube (41) can be joined with a brazing material having a melting point of 600 to 700 ° C. mainly composed of copper, tin, nickel and phosphorus.
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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the heat exchanger according to the present invention is applied to an intercooler that cools combustion air (intake air) sucked into an internal combustion engine.
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。 FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an internal combustion engine to which an intercooler according to an embodiment of the present invention is applied. An internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine) 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled diesel internal combustion engine mounted on a vehicle, and the vehicle is driven by the internal combustion engine 1.
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。
The internal combustion engine 1 includes an
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。
The turbocharger 3 includes a
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。
The
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。
An air cleaner 6 is provided in the
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。
In addition, the engine 1 in the present embodiment employs an EGR (Exhaust Gas Recirculation) system as a countermeasure for exhaust emission. The EGR system includes an exhaust
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。
Next, the configuration of the
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
The
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)。
The
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。
One of the
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。
3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. As shown in FIG. 3,
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。
FIG. 4 is an enlarged schematic view of a portion B in FIG. As shown in FIG. 4, the
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。
In the present embodiment, tin plating is applied to the
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。
As explained above, the
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。
In addition, the low pressure loop (LPL) system that recirculates a part of the exhaust gas to the
(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。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the heat exchanger of the present invention is applied to the
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。
Moreover, in the said embodiment, although the fin of this invention was applied to the
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。
Moreover, in the said embodiment, although tin plating was performed to the
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。 Moreover, in the said embodiment, tin was used as a metal which has corrosion resistance. In addition, although it is expensive, corrosion resistance can be obtained by coating with gold or platinum.
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。
Moreover, in the said embodiment, although the
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。
Moreover, in the said embodiment, although the
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)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 3 ... Supercharger, 3a ... Compressor, 3b ... Turbine, 41 ... Tube, 44 ... Inner fin, 44a ... Core material, 44b ... Tin plating layer (coating material).
Claims (7)
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。 A heat exchanger for exchanging heat between a first fluid and a second fluid,
A fin (44) that contacts at least one of the first fluid and the second fluid and facilitates heat exchange between the first fluid and the second fluid;
The fin (44) includes a pure copper core material (44a) and a coating material (44b) made of a metal having corrosion resistance that covers the surface of the core material (44a). .
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。 A tube (41) through which the first fluid passes;
The second fluid flows outside the tube (41);
The heat exchanger according to claim 1, wherein the fin (44) is arranged on at least one of the inside and the outside of the tube (41).
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。 The exhaust gas of the internal combustion engine (1) is mixed in the first fluid,
The heat exchanger according to claim 2, wherein the fin is an inner fin (44) disposed inside the tube (41).
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。 The first fluid is intake air of the internal combustion engine (1) pressurized by a supercharger (3) that uses exhaust gas of the internal combustion engine (1),
The second fluid is a cooling fluid that cools the intake air pressurized by the supercharger (3),
The internal combustion engine (1) branches downstream from the turbine (3b) of the supercharger (3) in the exhaust system and exhausts upstream from the compressor (3a) of the supercharger (3) in the intake system. The heat exchanger according to claim 3, wherein gas is circulated.
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Cited By (3)
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JP2010096449A (en) * | 2008-10-17 | 2010-04-30 | Denso Corp | Heat exchanger |
WO2013073553A1 (en) | 2011-11-18 | 2013-05-23 | カルソニックカンセイ株式会社 | Exhaust gas recirculation system |
WO2015137096A1 (en) * | 2014-03-10 | 2015-09-17 | 株式会社豊田自動織機 | Chemical heat storage device |
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