JP2013011240A

JP2013011240A - 熱交換ユニット

Info

Publication number: JP2013011240A
Application number: JP2011145216A
Authority: JP
Inventors: Shiro Nakajima; 史朗中嶋; Masayoshi Yasuda; 正義保田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-17

Abstract

【課題】流路抵抗を小さくした熱交換ユニットを提供する。
【解決手段】流体が流入した場合に、流体と冷媒との間で熱交換を行う熱交換部と、熱交換部と並列に配置され、熱交換部をバイパスして流体を流すことが可能なバイパス部と、流体を熱交換部またはバイパス部に流入させるか切り換える切替部７と、切替部７を収容するバルブケース６とを備える熱交換ユニットであって、バルブケース６は、流体が導入される管部９と、切替部７によって流れ方向を設定された流体が流れる導入部１０とを備え、切替部７は、切替部７の回転軸１３を管部９の中心軸Ｏから熱交換部側にオフセットして設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は熱交換ユニットに関するものである。

従来、車両に搭載される内燃機関の排気ガスから熱を回収し、この熱エネルギーを他の用途（内燃機関の暖機、車室内の暖房や発電）に利用することにより、内燃機関の燃費効率を高めるものが知られている。また、排気ガスの一部を内燃機関の吸気側に再循環させるＥＧＲにおいて、再循環される排気ガスの温度を下げて内燃機関の燃費効率を高めるものも知られている。

特許文献１には、熱交換器とバイパス通路とを並列に配置し、フラップを動作させて排気ガスの流れ方向を切り替えることで、排気ガスを熱交換器またはバイパス通路に流入させるものが開示されている。

特表２００７−５３６４６５号公報

しかし、上記の発明では、排気ガスをバイパス通路に流す場合に、排気ガスの流れ方向の曲がりが大きいので、排気ガスの流路抵抗が大きくなる、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、排気ガスの流路抵抗を小さくすることを目的とする。

本発明の態様に係る熱交換ユニットは流体が流入した場合に、流体と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、熱交換器と並列に配置され、熱交換器をバイパスして流体を流すことが可能なバイパス部と、流体を熱交換器またはバイパス部に流入させるか切り換える切替部と、切替部を収容するバルブケースとを備える熱交換ユニットであって、バルブケースは、流体が導入される管部と、切替部によって流れ方向を設定された流体が流れる導入部とを備え、切替部は、切替部の回転軸を管部の中心軸から熱交換器側にオフセットして設けられる。

この態様によると、流体をバイパス部に流入させる場合に、流体の流路抵抗を小さくすることができる。

本発明の第１実施形態の熱交換ユニット斜視図である。図１の平面Ａにおける断面の一部を示す断面図である。第１実施形態のフラッパーの後方斜視図である。図２におけるフラッパーの拡大図である。本発明の第２実施形態の熱交換ユニットの一部を示す断面図である。

本発明の実施形態の熱交換ユニットについて図１を用いて説明する。図１は本実施形態の熱交換ユニット１の斜視図である。以下においては、エンジンから排出される排気ガスを熱交換ユニット１に流入させる場合について説明するが、これに限られることはない。また、ここでは説明のため図１に示す熱交換ユニットを水平方向に配置している。

熱交換ユニット１は、熱交換部２と、バイパス部３と、バルブ部４と、ディフューザ部５とを備える。

バルブ部４は、バルブケース６と、フラッパー７とを備える。バルブ部４は、フランジ８を介してエンジン側の排気管に接続され、エンジン側の排気管から排気ガスが導入される。

バルブケース６についてさらに図２を用いながら説明する。図２は図１の平面Ａにおけるバルブケースの断面図である。平面Ａは、後述する直管部９の中心軸Ｏを通り水平方向に広がる平面である。

バルブケース６は、排気ガスの流れ方向に垂直な断面が円筒状となり、フランジ８と連結する直管部９と、フラッパー７が取り付けられ、排気ガスの流れ方向において直管部９よりも下流側に位置する導入部１０と、バルブケース６の内側に突出する突出部１１とを備える。

導入部１０は、フラッパー７の回動に応じて流れ方向が変更された排気ガスを熱交換部２またはバイパス部３に流入させる。以下において、熱交換部２に排気ガスを流入させる導入部１０を第１導入部１０ａとし、バイパス部３に排気ガスを流入させる導入部１０を第２導入部１０ｂとする。

突出部１１は、導入部１０に設けられる。突出部１１は、第１導入部１０ａ側と第２導入部１０ｂ側とにそれぞれ設けられる。以下において、第１導入部１０ａ側に設けた突出部１１を第１突出部１１ａとし、第２導入部１０ｂ側に設けた突出部１１を第２突出部１１ｂとする。突出部１１は、例えばバルブケース６の一部をプレス成型することによって設けられる。なお、図２においては、フラッパー７が第１突出部１１ａに当接した状態、およびフラッパー７が第２突出部１１ｂに当接した状態を説明のために示している。

排気ガスをバイパス部３に流入させる場合に、第１突出部１１ａにはフラッパー７が当接するが、このときフラッパー７と第１突出部１１ａとが面接触するように第１突出部１１ａは設けられる。

具体的には、第１突出部１１ａにフラッパー７が当接した場合に、第１突出部１１ａと直管部９の中心軸Ｏとの角度と、フラッパー７と直管部９の中心軸Ｏとの角度とが等しくなるように、第１突出部１１ａは設けられる。

排気ガスを熱交換部２に流入させる場合に、第２突出部１１ｂにはフラッパー７が当接するが、このときフラッパー７と第２突出部１１ｂとが面接触するように第２突出部１１ｂは設けられる。

具体的には、第２突出部１１ｂにフラッパー７が当接した場合に、第２突出部１１ｂと直管部９の中心軸Ｏとの角度と、フラッパー７と直管部９の中心軸Ｏとの角度とが等しくなるように、第２突出部１１ｂは設けられる。

フラッパー７についてさらに図３、図４を用いて説明する。図３は、フラッパー７の後方斜視図である。図４は、図２におけるフラッパー７の拡大図である。

フラッパー７は、バルブ軸１３に連結し、バルブ軸１３の軸芯を中心として回動する。バルブ軸１３は、直管部９の中心軸Ｏから熱交換部２側にオフセットして設けられる。バルブ軸１３の軸芯は、図２において直管部９の中心軸Ｏと、平面Ａと直管部９の内周壁との交線Ｘとの間であり、熱交換部２とバイパス部３との境界の延長上に設けられる。

図示しないモータなどのアクチュエータによってバルブ軸１３を回動させることで、フラッパー７はバルブ軸１３と共に回動する。フラッパー７は、第１突出部１１ａと第２突出部１１ｂとの間を回動する。フラッパー７が第１突出部１１ａに当接すると、フラッパー７は、フラッパー７の背面側、つまり熱交換部２へ排気ガスをほとんど流入させずに、第２導入部１０ｂを介してバイパス部３に排気ガスを流入させる。また、フラッパー７が第２突出部１１ｂに当接すると、フラッパー７は、フラッパー７の背面側、つまりバイパス部３へ排気ガスをほとんど流入させずに、第１導入部１０ａを介して熱交換部２に排気ガスを流入させる。

フラッパー７は、フラッパー７が第１突出部１１ａに当接した場合にバルブ軸１３の軸芯を含み、直管部９の中心軸Ｏに対して平行となる平面の一部である平面部１５と、直管部９側の平面部１５の端部から先端側にかけて湾曲する湾曲部１６と、バルブ軸１３に連結し、フラッパー７が第１突出部１１ａに当接した場合に平面部１５よりもバイパス部３側へ突出する取付部１７とを備える。

湾曲部１６は、フラッパー７が第１突出部１１ａに当接した場合に直管部９の中心軸Ｏ側に湾曲するように設けられる。湾曲部１６は、フラッパー７が第１突出部１１ａに当接した場合に熱交換部２側に窪んだ凹部１８を備える。

湾曲部１６に沿って流れる排気ガスと、直管部９の中心軸Ｏ方向に沿って流れる排気ガスとにより取付部１７付近で渦が発生するおそれがあるが、凹部１８は、この渦の発生を抑制するように設けられる。凹部１８は、湾曲部１６の中央付近に設けられ、フラッパー７が第１突出部１１ａに当接した場合に流速が大きい中央部付近の排気ガスの流れによって取付部１７付近に渦が発生することを抑制するように設けられる。

具体的には凹部１８は、フラッパー７が第１突出部１１ａに当接した場合に凹部１８の底部に沿って流れる排気ガスの流線を延長した線が取付部１７と重ならないように設けられる。本実施形態では、凹部１８は、湾曲部１６のバルブ軸１３の軸方向における中央に設けられるが、この位置からバルブ軸１３の軸方向においてずれた位置であってもよい。

熱交換部２は、流入した排気ガスと冷媒導入路２０から導入された冷媒との間で熱交換を行う。熱交換部２で冷媒と熱交換を行い、温度が低くなった排気ガスはディフューザ部５へ排出される。また、排気ガスと熱交換を行い、温度が高くなった冷媒は冷媒排出路２１から排出される。冷媒は、冷却水、フロン類などである。温度が高くなった冷媒は、エンジンの暖機などに使用される。

バイパス部３は、熱交換部２と並列に配置される。バイパス部３は、バルブケース６側から見た場合に略Ｄ字状となる１つの管状の部材で構成される。

ディフューザ部５は、フランジ１９を介して外部側の排気管に接続し、熱交換部２またはバイパス部３から排出された排気ガスを外部側の排気管に排出する。

次に本実施形態の作用について説明する。

フラッパー７が第１突出部１１ａに当接した場合に、排気ガスはバイパス部３に流入する。バルブ軸１３を直管部９の中心軸Ｏから熱交換部２側にオフセットして設けることで、バルブケース６に流入した排気ガスの主な流れは直線的となる。

また、熱交換部２側を流れる排気ガスは、フラッパー７の湾曲部１６に沿って流れる。さらに、流速が大きい直管部９の中心軸Ｏ側の排気ガスは、凹部１８に沿って流れる。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

バルブ軸１３を直管部９の中心軸Ｏから熱交換部２側にオフセットして設けることで、排気ガスをバイパス部３に流入させる場合に、バルブケース６内における排気ガスの流れが直線的になり、流路抵抗を小さくすることができる。これにより、例えばエンジンの排気ガスをバイパス部３に流入させる場合に、排気ガスを外部へ排出するためにエンジンで消費されるエネルギーを小さくすることができ、エンジンの燃費を向上することができる。

フラッパー７の先端側に湾曲部１６を設けることで、第１突出部１１ａおよびフラッパー７に衝突した排気ガスの流路抵抗を小さくすることができる。これにより、例えばエンジンの燃費を向上することができる。また、フラッパー７が第２突出部１１ｂに当接した場合においても、排気ガスの流路抵抗を小さくすることができる。

フラッパー７が第１突出部１１ａに当接した場合に、熱交換部２側へ窪む凹部１８を湾曲部１６に設けることで、湾曲部１６に沿って流れる排気ガスによってバルブ軸１３付近で渦が発生することを抑制することができる。また、フラッパー７の強度を向上することができる。

次に本発明の第２実施形態について図５を用いて説明する。図５は第１実施形態の図２に対応する本実施形態のバルブケース６の断面図である。ここでは、第１実施形態と異なる箇所を中心に説明する。

バルブ軸１３は、平面Ａと直管部９の内周壁との交線Ｘ上であり、熱交換部２とバイパス部３との境界の延長上に設けられる。

バルブケース６は、排気ガスをバイパス部３へ流入させる場合に少なくともフラッパー７の一部を格納する格納部３０を備える。

格納部３０は、第１導入部１０ａ側に設けられる。格納部３０は、排気ガスをバイパス部３に流入させる場合にフラッパー７が当接する当接部３１を備える。排気ガスをバイパス部３に流入させる場合には、フラッパー７は直管部９よりも熱交換部２側でバルブケース６に当接する。格納部３０および当接部３１は、フラッパー７が当接部３１に当接した場合に、フラッパー７の平面部１５が交線Ｘと平行となるように設けられる。

本発明の第２実施形態の効果について説明する。

排気ガスをバイパス部３に流入させる場合に、フラッパー７が直管部９よりも熱交換部２側でバルブケース６に当接するように格納部３０を設けることで、排気ガスをバイパス部３へ流入させる場合に、排気ガスの流路抵抗をさらに小さくすることができる。これにより、例えばエンジンの燃費を向上することができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

本実施形態では、凹部１８を湾曲部１６に設けたが、平面部１５にわたって設けてもよい。また、フラッパー７は、平面部１５を設けずに、全体的に湾曲させても良い。

上記実施形態では、バイパス部３に排気ガスを流入させる場合について説明したが、熱交換部２に排気ガスを流入させる場合に排気ガスの流路抵抗を小さくしてもよい。つまり、上記実施形態において、バイパス部３と熱交換部２との位置が逆であってもよい。

１熱交換ユニット
２熱交換部
３バイパス部
６バルブケース
７フラッパー（切替部）
９直管部（管部）
１０導入部
１３バルブ軸（回転軸）
１６湾曲部
１８凹部
３０格納部

Claims

流体が流入した場合に、前記流体と冷媒との間で熱交換を行う熱交換部と、
前記熱交換部と並列に配置され、前記熱交換部をバイパスして前記流体を流すことが可能なバイパス部と、
前記流体を前記熱交換部または前記バイパス部に流入させるか切り換える切替部と、
前記切替部を収容するバルブケースとを備える熱交換ユニットであって、
前記バルブケースは、
前記流体が導入される管部と、
前記切替部によって前記流れ方向を設定された流体が流れる導入部とを備え、
前記切替部は、前記切替部の回転軸を前記管部の中心軸から前記熱交換部側にオフセットして設けられることを特徴とする熱交換ユニット。
請求項１に記載の熱交換ユニットであって、
前記バルブケースは、前記切替部によって前記流体を前記バイパス部に流入させる場合に、前記切替部が前記管部よりも前記熱交換部側で前記バルブケースに当接するように少なくとも前記切替部の一部を前記熱交換部側に格納する格納部を備えることを特徴とする熱交換ユニット。
請求項１または２に記載の熱交換ユニットであって、
前記切替部は、前記切替部が前記流体を前記バイパス部に流入させる位置にある場合に、前記管部の中心軸側へ湾曲する湾曲部を備えることを特徴とする熱交換ユニット。
請求項３に記載の熱交換ユニットであって、
前記切替部は、前記切替部が前記流体を前記バイパス部に流入させる位置にある場合に、前記熱交換部側へ窪んだ凹部を備えることを特徴とする熱交換ユニット。