JP2009507162A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
【課題】 改良された熱交換器を提供する。
【解決手段】 冷却すべき媒体または加熱する媒体および/または冷却する媒体または加熱すべき媒体のための、少なくとも1つの入口(2)と出口を有する熱交換器、特に自動車のための熱交換器において、
入口(2)が、熱交換器(1)内へ流入する際に、流れる媒体にその前のノーマルな運動方向および/または流入に直接連続するメイン運動方向に関して接線状の方向の運動成分が重畳されるように形成されていることを特徴とする熱交換器。
【選択図】 図3PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an improved heat exchanger.
A heat exchanger having at least one inlet (2) and an outlet for a medium to be cooled or heated and / or a medium to be cooled or medium to be heated, in particular a heat exchanger for an automobile. In
When the inlet (2) flows into the heat exchanger (1), a moving component in a tangential direction is superimposed on the flowing medium in the normal direction of motion before it and / or the main direction of motion directly following the inflow. It is formed so that it may be formed.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、請求項1の前文に記載の熱交換器、特に自動車の排ガスクーラー(すなわち、冷却すべき媒体または加熱する媒体および/または冷却する媒体または加熱すべき媒体のための、少なくとも1つの入口と出口を有する熱交換器、特に自動車のための熱交換器)に関する。
The present invention relates to a heat exchanger according to the preamble of
ディーゼルエンジンにおける粒子と窒素酸化物の放出を減少させるために、排ガスの還流が知られており、その場合に高圧排ガス還流も低圧排ガス還流も可能である。その場合に排ガス流が約150℃から200℃の温度に冷却されて、吸込み空気に混合される。排ガスクーラー内の冷却媒体として、冷却された吸込み空気がこの温度である場合に、通常、エンジン冷却剤の部分流が使用される。その場合に排ガス還流は、排ガスクーラーにおけるガス流出温度が低くなるほど、それだけ効率が良くなる。同様なことが、熱交換器のためにも一般的な、他のクーラーにも当てはまる。 In order to reduce the emission of particles and nitrogen oxides in diesel engines, exhaust gas recirculation is known, in which case either high pressure exhaust gas recirculation or low pressure exhaust gas recirculation is possible. In that case, the exhaust gas stream is cooled to a temperature of about 150 ° C. to 200 ° C. and mixed with the intake air. As a cooling medium in the exhaust gas cooler, a partial flow of engine coolant is usually used when the cooled intake air is at this temperature. In that case, the exhaust gas recirculation becomes more efficient as the gas outflow temperature in the exhaust gas cooler becomes lower. The same applies to other coolers that are also common for heat exchangers.
この従来技術に基づいて、本発明の課題は、改良された熱交換器を提供することである。 Based on this prior art, the object of the present invention is to provide an improved heat exchanger.
この課題は、請求項1の特徴を有する熱交換器(すなわち、入口が次のように、すなわち、熱交換器内へ流入する際に、流れる媒体にその前のノーマルな運動方向および/または流入に直接連続するメイン運動方向に関して接線状の方向の運動成分が重畳されるように、形成されていることを特徴とする熱交換器)によって解決される。好ましい形態が、下位請求項の対象である。 This object is achieved by a heat exchanger having the features of claim 1 (ie when the inlet flows into the heat exchanger as follows, ie the normal direction of motion and / or inflow before the flowing medium. It is solved by a heat exchanger characterized in that the motion component in the tangential direction is superimposed on the main motion direction that is directly continuous with the main motion direction. Preferred forms are the subject of the subclaims.
本発明によれば、特に自動車のための熱交換器、特に好ましくは排ガスクーラーまたは過給空気クーラーは、冷却あるいは加熱すべき媒体および/または冷却または加熱する媒体のための少なくとも1つの入口と出口を有し、その場合に入口が次のように、すなわち、熱交換器内へ流入する際に、好ましくは冷却または加熱すべき媒体が熱交換器、特に流入ディフューザまたは流入ケースへ流入する前に、流れる媒体に、その前のノーマルな運動方向および/または流入に直接連続するメイン運動方向に関して接線方向の運動成分が重畳されるように、形成されている。流れ速度の接線状の成分によって、熱交換器内へ流入する際の流れ推移が、特に流れ横断面が変化する場合に、流れが壁から余り剥がれず、従って横断面全体に、より均一に分配されることによって、改良される。特にそれによって、通常は生じる、中央におけるピーク流れ速度を減少させることができる。さらに、外側の領域内では流れ速度が幾分増大する。 According to the invention, a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, particularly preferably an exhaust gas cooler or a supercharged air cooler, has at least one inlet and outlet for the medium to be cooled or heated and / or the medium to be cooled or heated. In which case the inlet preferably flows into the heat exchanger, i.e. before the medium to be cooled or heated flows into the heat exchanger, in particular the inflow diffuser or the inflow case. The flowing medium is formed so that a tangential motion component is superimposed on the previous normal motion direction and / or the main motion direction directly following the inflow. Due to the tangential component of the flow velocity, the flow transition as it enters the heat exchanger, especially when the flow cross section changes, the flow does not detach much from the wall and is therefore more evenly distributed throughout the cross section. Is improved. In particular, it can reduce the peak flow velocity at the center, which usually occurs. Furthermore, the flow velocity increases somewhat in the outer region.
圧力損失に依存する流量全体にこの種の措置が及ぼす影響は、場合によってはポジティブである。というのは、熱交換器の流れ通路内の改良された等分布によって、本発明に基づく入口の形成による圧力損失が、場合によっては補償されて余りあるからである。流れのよりよい等分布によって、さらに、場合によってはより均一な構成部品パラメータが得られ、それが熱的にもたらされる機械的応力の減少に寄与する。 The effect of this type of measure on the overall flow rate that depends on pressure loss is in some cases positive. This is because, due to the improved equidistribution in the flow passage of the heat exchanger, the pressure loss due to the formation of the inlet according to the invention may be more than compensated in some cases. A better equidistribution of the flow further results in possibly more uniform component parameters, which contributes to the reduction of mechanical stresses that are caused thermally.
好ましくは、入口の領域に、入口領域内の流れ推移をさらに改良する、ディフューザが設けられ、あるいは形成されている。 Preferably, a diffuser is provided or formed in the inlet region which further improves the flow profile in the inlet region.
入口内に、好ましくは流れ通路旋回体配置、特に旋回体を有するディフューザが設けられている。流れ通路旋回体配置内の流れは、好ましくは接線状の成分を有しており、その場合に外周における接線状の成分は、好ましくは中心におけるよりも大きい。 Within the inlet there is preferably a diffuser with a flow channel swivel arrangement, in particular a swivel. The flow in the flow channel swivel arrangement preferably has a tangential component, in which case the tangential component at the outer periphery is preferably greater than at the center.
好ましくは、旋回体は、周方向に均一に分配して配置された、案内部材として用いられる、繰り返される部分を有しており、その繰り返される部分は流入領域においては、流れ方向に延びるように形成され、流出領域においては、流入領域における流れ方向に対して斜めに延びるように形成されている。その場合に、繰り返される部分が、好ましくは2から8か所、特に3から5か所、特に好ましくは4か所設けられている。 Preferably, the swivel body has a repeated portion used as a guide member that is uniformly distributed in the circumferential direction, and the repeated portion extends in the flow direction in the inflow region. The outflow region is formed so as to extend obliquely with respect to the flow direction in the inflow region. In that case, there are preferably 2 to 8 repeated portions, in particular 3 to 5, particularly preferably 4 portions.
流れ通路旋回体配置、ないし旋回体は、好ましくは金属または金属合金から、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金あるいは特殊鋼からなる。それは、好ましくは、熱交換器に使用されるのと、同じ材料である。その場合に好ましくは、配置は入口ないし入口内の旋回体とろう接または溶接される。これは、熱交換器のろう接と共に1つの作業工程で行うことができるので、製造コストが、特に時間消費と必要なエネルギに関して、減少される。同じ材料を使用することによって、さらに、異なる熱伸張が回避されるので、ろう接結合(例えば半田結合)の負荷を減少させることができ、安全性や寿命が向上する。 The flow channel swirl arrangement, or swirl, is preferably made of metal or metal alloy, in particular aluminum or aluminum alloy or special steel. It is preferably the same material used for the heat exchanger. In that case, the arrangement is preferably brazed or welded to the inlet or to the swivel body in the inlet. Since this can be done in one working process with brazing of the heat exchanger, the production costs are reduced, especially with regard to time consumption and required energy. By using the same material, different thermal expansion is avoided, so that the load of brazing joint (for example, solder joint) can be reduced, and safety and life are improved.
実施例によれば、熱交換器の1つまたは複数の構成部品が鋳物から形成されており、旋回体が直接鋳込まれる。代替的に、旋回体は、薄板部品または鋳造部品から打抜きによって形成される。 According to an embodiment, one or more components of the heat exchanger are formed from a casting and the swivel is cast directly. Alternatively, the swivel body is formed by stamping from a sheet or cast part.
旋回体を設ける代わりに、入口領域の流れ通路内への入口の領域における流入を、接線方向に行うことができる。その場合に流れ通路は、簡単なパイプでもあり、ディフューザでもある。好ましくは、速度分布をさらに最適化するために、接線成分の他に、流れ通路の長手軸の方向の成分が設けられる。 Instead of providing a swivel body, the inflow in the region of the inlet into the flow passage of the inlet region can take place tangentially. In that case, the flow passage is both a simple pipe and a diffuser. Preferably, in addition to the tangential component, a component in the direction of the longitudinal axis of the flow passage is provided in order to further optimize the velocity distribution.
以下、図面を参照しながら、2つの実施例を用いて熱交換器を詳細に説明する。 Hereinafter, the heat exchanger will be described in detail using two embodiments with reference to the drawings.
第1の実施例によれば、ターボチャージャの還流される排ガスを冷却するために使用されるような、排ガスクーラーによって形成された、熱交換器1が設けられている。排ガス冷却のために使用されるエンジン冷却剤のできるだけ均一な分布を可能にするために、断面で示す冷却剤通路の前において水玉の円形の領域で図1に図式的に示される、排ガスクーラーの入口2に、図3から図5において詳細に示すように、流れ通路旋回体配置3が設けられている。
According to the first embodiment, there is provided a
流れ通路旋回体配置3は、排ガスクーラーと同様に、特殊鋼からなり、冷却材のための流入開口部の領域で排ガスクーラーとろう接されており、それが、排ガスクーラーを形成する個別部品のろう接ないし溶接と同じ作業ステップで行われる。
The flow
流れ通路旋回体配置3は、旋回体5を有するディフューザ4として形成されており、その場合にディフューザ4の横断面は、流れ方向にやや拡幅している。ディフューザ4の内部に、4つの案内部材6からなる旋回体5が設けられており、その案内部材はここでは外側においてディフューザ4と結合され、中央においてはディフューザ4の長手軸に沿って互いに結合されている。4つの案内部材6は、それぞれ等しく形成されて、ディフューザ4の周面にわたって均一に分配されている。各案内部材6は、流入領域7を有しており、その流入領域は、ディフューザ4の長手軸に対して平行に延びる、ノーマルな流れ方向に対して平行に延びている。流入側において角丸に形成されており、かつその中で各案内部材6がディフューザ4の中心から径方向にディフューザ4まで延びる、比較的短い流入領域7の後方において、案内部材6は曲げて形成されている。ここでは、案内部材6の曲りが始まる領域において、ディフューザ4の直径も拡幅しているので、流れの接線状の速度成分の他に、あるいはそれに続いて径方向の速度成分も重畳され、それによって冷却剤が後続の横断面へより良好に分配される。流入領域7から流出領域8まで、各案内部材6はディフューザ4の中心から径方向にディフューザ4まで延びている(図4を参照)。
The flow passage
流れ通路旋回体配置3を設けることによって、−実質的に壁面に添接して−外側へ向かって広がって、従ってより大きい横断面へ比較的均一に分配される、流れが生じる。特に、横断面全体にわたる、より均一な速度分布によって、中央において通常発生するピーク流れ速度が著しく減少され、その場合に全体として冷却剤の流量はほぼ同じである。
By providing the flow
冷却剤の著しく改良された分布は、図2aと図2bに示すグラフを比較した場合に明らかである。その場合に、流れ通路旋回体配置3を用いて、中間の領域において流れ速度が著しく減少し、それに応じて外側の領域内で流れ速度が増大するので、全体としてずっと均一な速度分布が生じ、それによって排ガスクーラーの効率が著しく向上する。
A significantly improved distribution of the coolant is evident when comparing the graphs shown in FIGS. 2a and 2b. In that case, the flow
図6と図7には、入口領域を然るべく形成することによって、ほぼそれに応じた速度分布の均一化をもたらすことができる、流れ通路旋回体配置3を設けるための変形例が図式的に示されている。その場合に熱交換器1への入口2は、流入する媒体が自動的に接線成分を供給されて、後続の流れ推移がねじ状またはねじ状に拡幅して形成されるように、流れ通路9(ここでは供給導管よりも大きい横断面を有するパイプとして示されているが、ディフューザであってもよい)の端部の側方に配置されているので、流れ通路から流出する際に存在する流れは、−実質的に壁面に添接して−外側へも拡幅し、従ってより大きい横断面へ比較的均一に分配される。
6 and 7 diagrammatically show a variant for providing a flow channel
代替的に、接線状成分の他に、入口をそれに応じて配置することによって、同時に後続の流れ通路の方向への成分も設けることができる。 Alternatively, in addition to the tangential component, a component in the direction of the subsequent flow path can also be provided at the same time by arranging the inlet accordingly.
Claims (12)
入口(2)が、熱交換器(1)内へ流入する際に、流れる媒体にその前のノーマルな運動方向および/または流入に直接連続するメイン運動方向に関して接線状の方向の運動成分が重畳されるように形成されていることを特徴とする熱交換器。 In a heat exchanger having at least one inlet (2) and an outlet for the medium to be cooled or heated and / or the medium to be cooled or heated, in particular a heat exchanger for an automobile,
When the inlet (2) flows into the heat exchanger (1), a moving component in a tangential direction is superimposed on the flowing medium in the normal direction of motion before it and / or the main direction of motion directly following the inflow. It is formed so that it may be formed.
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