JP2014109391A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger.
従来、例えば、排気再循環装置が備えるEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを冷却する熱交換器が知られている。また、セラミックを用いた熱交換器が知られており(例えば、特許文献1)、これをEGRガス冷却装置に用いることもできる。特許文献1には、第一の流体である加熱体が流通する複数のセルを有するハニカム構造体によって形成された第一流体流通部と、この第一流体流通部の外周部に設けられた第二流体流通部を備えた熱交換器が開示されている。第二流体流通部には、冷媒が流通し、第一流体流通内を流通する加熱体から熱を奪い、加熱体を冷却する。また、特許文献2には、ハニカム構造を有し、流体が流通する流体流路と、流体の熱を蓄熱する媒体が封じ込められた蓄熱媒体部を備えた蓄熱体が開示されている。特許文献2に開示された蓄熱体では、蓄熱媒体部に封じ込められた媒体と、流体流路を流通する流体との間で熱交換が行われる。
Conventionally, for example, a heat exchanger for cooling EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas included in an exhaust gas recirculation device is known. Further, a heat exchanger using ceramic is known (for example, Patent Document 1), and this can also be used for an EGR gas cooling device. In
しかしながら、上記特許文献1に開示された熱交換器は、ハニカム構造体の外周部に冷媒を流通させているため、ハニカム構造体の中心部近傍が冷却されにくく、冷却対象となる加熱体が十分に冷却されない可能性がある。また、上記特許文献2に開示された蓄熱体における媒体は、ハニカム両端面を目封止することによって形成された蓄熱媒体部に封入されており、流体の冷却との観点からは、改良の余地がある。
However, in the heat exchanger disclosed in
そこで本明細書開示の熱交換器は、冷却対象となる流体の冷却性能を向上させることを課題とする。 Then, the heat exchanger of this specification indication makes it a subject to improve the cooling performance of the fluid used as cooling object.
上記課題を解決するために本明細書開示の熱交換器は、冷却対象となる流体が通過する複数の管状通路が形成された熱交換体と、前記熱交換体の周囲に配置され、前記熱交換体との間に前記熱交換体と熱交換する冷媒が流通する外周部冷媒通路を形成するハウジング部材と、前記外周部冷媒通路と連通し、前記外周部冷媒通路内の冷媒を前記熱交換体の内側に導く内部冷媒通路と、を備える。 In order to solve the above problems, a heat exchanger disclosed in this specification includes a heat exchanger formed with a plurality of tubular passages through which a fluid to be cooled passes, and is disposed around the heat exchanger, and the heat exchanger A housing member that forms an outer periphery refrigerant passage through which a refrigerant that exchanges heat with the heat exchanger flows between the exchanger and the outer periphery refrigerant passage, and the heat exchange of the refrigerant in the outer periphery refrigerant passage An internal refrigerant passage leading to the inside of the body.
内部冷媒通路を備えることにより、熱交換体の内側まで冷媒が導かれ、冷却対象となる流体の冷却性能を向上させることができる。 By providing the internal refrigerant passage, the refrigerant is guided to the inside of the heat exchanger, and the cooling performance of the fluid to be cooled can be improved.
前記内部冷媒通路は、前記熱交換体を前記冷却対象となる流体の流通方向から観たときに、前記熱交換体の中心部から前記外周部冷却通路に向かって放射状に設けてもよい。熱交換体が備える任意の管状通路と冷媒との距離が短縮されるため、管状通路内を流通する流体を効果的に冷却することができる。 The internal refrigerant passage may be provided radially from the center of the heat exchange body toward the outer peripheral cooling passage when the heat exchange body is viewed from the flow direction of the fluid to be cooled. Since the distance between the arbitrary tubular passage provided in the heat exchanger and the refrigerant is shortened, the fluid flowing in the tubular passage can be effectively cooled.
前記内部冷媒通路は、前記熱交換体を横断し、前記外周部冷媒通路間を接続してもよい。内部冷媒通路を通じて外周部冷媒通路間の冷媒の流れを創出することにより、冷却効率を向上させることができる。 The internal refrigerant passage may cross the heat exchanger and connect between the outer peripheral refrigerant passages. By creating a flow of refrigerant between the outer peripheral refrigerant passages through the internal refrigerant passage, the cooling efficiency can be improved.
本明細書に開示された熱交換器によれば、冷却対象となる流体の冷却性能を向上させることができる。 According to the heat exchanger disclosed in this specification, it is possible to improve the cooling performance of the fluid to be cooled.
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, in the drawings, the dimensions, ratios, and the like of each part may not be shown so as to completely match the actual ones.
(第1実施形態)
まず、図1乃至3を参照して、第1実施形態の熱交換器1について説明する。図1(A)は第1実施形態の熱交換器1を冷却対象となる流体の入口側から観た説明図であり、図1(B)は、図1(A)におけるA−A線断面図である。図2は図1(B)におけるB−B線に対応する場所で熱交換器を断面とした説明図である。図3は熱交換器内の冷媒の流通を模式的に示す説明図である。熱交換器1は、種々の流体を冷却対象とすることができるが、第1実施形態では、内燃機関に装備される排気再循環装置に組み込まれ、EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを冷却するEGRクーラとして用いられる。すなわち、冷却対象となる流体はEGRガスである。
(First embodiment)
First, the
熱交換器1は、冷却対象となるEGRガスが通過する複数の管状通路2aが形成された熱交換体2を備える。熱交換体2は、炭化ケイ素(SiC)セラミック製である。セラミック材料は、効率的な熱伝導を有するとともに、高い耐蝕性を発揮することができる。このため、高熱伝導率を有するセラミック材料は、熱交換体2の材料として好適である。熱交換体2は、ハニカム構造又はハニカム構造類似の構造を有することによって複数の管状通路2aを備えている。ここで、ハニカム構造類似の構造と記載したのは、管状通路2aの形状として、六角柱形状のみでなく、例えば、四角柱形状、他の形状であってもよいことを示す意図である。
The
熱交換体2は、外周縁から内側に向かう領域の管状通路2aを埋め立てて設けられた埋立部2bを備える。図1(A)を参照すると、埋立部2bは、90°ずらして4箇所に設けられている。埋立部2bの位置、数は、これらに限定されるものではないが、埋立部2bを設ける際は、EGRガス流通に対する圧損への影響を考慮する。埋立部2bは、熱交換体2の材料と同一の材料を用いている。埋立部2bは、熱交換体2を押出成形した後、所望の部分管状通路2aに、材料を埋め込むことで成形することができる。埋立部2aは、他の方法によって成形することもできる。各埋立部2aは、熱交換体2の全長に亘って設けられている。各埋立部2aには、熱交換体2の長手方向に沿って、切削により溝が設けられている。この溝は、内部冷媒通路2cとなる。内部冷媒通路2cは、後述する外周部冷媒通路4と連通し、外周部冷媒通路4内の冷媒を前記熱交換体の内側に導く。なお、内部冷媒通路2cの幅や、長さは、特に限定されるものではない。
The
内部冷媒通路2cは、熱交換体2をEGRガスの流通方向から観たとき、すなわち、図1(A)の視点で観たときに、熱交換体2の中心部から外周部冷却通路4に向かって放射状に設けられている。
When the
熱交換器1は、熱交換体2との間に熱交換体2と熱交換する冷媒が流通する外周部冷媒通路4を形成するハウジング部材3を備える。ハウジング部材3は、ステンレス(SUS)製の管材である。ハウジング部材3はアルミ等、他の材料を用いることもできる。ハウジング部材3は、その両端にそれぞれフランジ部3aを備える。各フランジ部3aの内側には、熱交換体2の端部が位置し、焼嵌めによって両者が一体化されている。フランジ部3aと、熱交換体2との間には、シール剤が設けられ、水止め処置が施されている。図2や図3を参照すると、外周部冷媒通路4は、ハウジング部材3の内周面と熱交換体2の外周壁2dとの間に形成されている。すなわち、冷媒は、熱交換体2に直接触れることになる。熱交換体2と冷媒とを分離する構成とすることもできる。例えば、インナーパイプを備える構成である。なお、このように、熱交換体2には冷媒が直接触れるので、熱交換体2の緻密性は高いことが望ましい。
The
ハウジング部材3には、外周部冷媒通路4に冷媒を導入する冷媒入口3b1と外周部冷媒通路4内の冷媒を排出する冷媒出口3b2を備えている。冷媒はどのようなものであってもよいが、本実施形態では、冷却水を用いている。外周部冷媒通路4は、各内部冷媒通路2cと連通している。このため、熱交換器1では、熱交換体2の中心部近傍にも冷媒を導入し、中心部近傍からも熱を奪うことができる。この結果、熱交換器1は、内部冷媒通路2cを備えていない場合と比較して冷却対象となる流体の冷却性能が向上している。また、内部冷媒通路2cが設けられたことにより、熱交換体2と冷媒との接触面積が増大するため、この点においても冷却対象となる流体の冷却性能が向上している。
The
なお、内部冷媒通路2cを熱交換体2の中心部から外周部冷却通路4に向かって放射状に設ける際に、熱交換体2中の任意の点から、直近の冷媒までの距離をできるだけ均等にすることが望ましい。これにより、熱交換体2の各部が均質に冷却される。熱交換体2の各部、特に、半径方向において均質に冷却されることにより、均等に冷却されたEGRガスが排出される。また、熱交換体2が均質に冷却されると、径方向の温度勾配が緩和され、熱交換体2に作用する熱応力が低減する。これにより、熱交換体2の割れ等が抑制される。
When the internal
(第2実施形態)
つぎに、第2実施形態の熱交換器20について図4を参照しつつ説明する。図4(A)は第2実施形態の熱交換器20を冷却対象となる流体の入口側から観た説明図であり、(B)は、図4(A)におけるC−C線断面図である。第2実施形態の熱交換器20が第1実施形態の熱交換器1と異なる点は、第1実施形態における第1実施形態における埋立部2b及び内部冷媒通路2cに代えて埋立部22b及び内部冷媒通路22cを備えた点である。また、第2実施形態では、ハウジング部材3に仕切り板3cが設けられ、この仕切り板3cによって外周部冷媒通路4が高圧部4aと低圧部4bに分断されている。冷媒入口3b1は、高圧部4a側に設けられ、冷媒出口3b2は、低圧部4b側に設けられている。これにより、冷媒が導入される上流側が高圧となり、排出される下流側が低圧となる。
(Second Embodiment)
Next, the
埋立部22bは、第1実施形態における埋立部2bと同様に熱交換体22を押出成形した後、所望の部分の管状通路22aに材料を埋め込むことで成形する。埋立部22bは、図4(A)に明らかであるように、熱交換体22を横断して設けられている。より具体的に、高圧部4aと低圧部4bを接続するように熱交換体22を横断している。このような埋立部22bには、熱交換体22を横断し、外周部冷媒通路4間、より具体的に、高圧部4aと低圧部4bとを接続する内部冷媒通路22c1、22c2が設けられている。内部冷媒通路22c1、22c2はドリルパスにより設けられている。なお、内部冷媒通路の角度や、本数は、適宜設定することができる。内部冷媒通路22c1、22c2は、熱交換体22の中央部を通過しているため、熱交換体22の中央部を冷却することができる。また、高圧部4aと低圧部4bを設けて両者を内部冷媒通路22c1、22c2によって接続したため冷媒の流速を上昇させることができる。これにより、冷却効率を向上させることができる。また、第1実施形態と同様に、熱交換体22と冷媒との接触面積が増大するため、この点でも冷却効率が向上する。
The
図4(A)、(B)に示した例では、内部冷媒通路22c1、22c2は、熱交換体22の直径部分で高圧部4aと低圧部4bとを接続しているが、他の部分で両者を接続するようにすることもできる。
In the example shown in FIGS. 4A and 4B, the internal refrigerant passages 22c1 and 22c2 connect the high-
なお、第1実施形態と共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。 In addition, about the component which is common in 1st Embodiment, the same reference number is attached | subjected in drawing and the detailed description is abbreviate | omitted.
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。 The above embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to these, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.
1、20 熱交換器
2、22 熱交換体
2a、22a 管状通路
2b 埋立部
2c 内部冷媒通路
2d 外周壁
3 ハウジング部材
3a フランジ部
3b1 冷媒入口
3b2 冷媒出口
4 外周部冷媒通路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記熱交換体の周囲に配置され、前記熱交換体との間に前記熱交換体と熱交換する冷媒が流通する外周部冷媒通路を形成するハウジング部材と、
前記外周部冷媒通路と連通し、前記外周部冷媒通路内の冷媒を前記熱交換体の内側に導く内部冷媒通路と、
を備える熱交換器。 A heat exchanger in which a plurality of tubular passages through which a fluid to be cooled passes are formed;
A housing member that is disposed around the heat exchange body and forms an outer peripheral refrigerant passage through which a refrigerant that exchanges heat with the heat exchange body flows between the heat exchange body;
An internal refrigerant passage that communicates with the outer peripheral refrigerant passage and guides the refrigerant in the outer peripheral refrigerant passage to the inside of the heat exchanger;
A heat exchanger.
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