JP2014202379A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、扁平な配管内を流れる流体とその外側を流れる流体との間で熱交換が行われる熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger in which heat exchange is performed between a fluid flowing in a flat pipe and a fluid flowing outside thereof.
特許文献１には、燃焼室で発生した排気を冷却水との熱交換により冷却し、吸気系に還流させる熱交換器の一例が開示されている。こうした熱交換器は、内部を冷却水が循環するケーシングと、このケーシング内に配置される複数の配管とを備えている。各配管は、幅方向における寸法が同幅方向と直交する厚さ方向における寸法よりも大きく、扁平になっている。そして、ケーシング内では、こうした扁平な各配管が上記厚さ方向に並んでおり、各配管内を排気が流れるようになっている。 Patent Document 1 discloses an example of a heat exchanger that cools exhaust gas generated in a combustion chamber by heat exchange with cooling water and recirculates the exhaust gas to an intake system. Such a heat exchanger includes a casing in which cooling water circulates and a plurality of pipes arranged in the casing. Each pipe has a dimension in the width direction that is larger than a dimension in the thickness direction orthogonal to the width direction, and is flat. In the casing, the flat pipes are arranged in the thickness direction, and the exhaust gas flows through the pipes.
各配管の上流端及び下流端には、上流端と下流端との間に位置する通路部よりも上記厚さ方向における寸法の大きい拡開部が設けられている。拡開部は、隣り合う他の配管の拡開部に当接している。一方、上流端の拡開部と下流端の拡開部との間に位置する通路部は隣り合う他の配管の通路部と当接しておらず、互いに隣り合う通路部同士の間を冷却水が流れるようになっている。そして、こうした冷却水と各配管内を流れる排気との熱交換によって、排気が冷却される。 The upstream end and the downstream end of each pipe are provided with an expanded portion having a larger dimension in the thickness direction than the passage portion located between the upstream end and the downstream end. The expansion part is in contact with the expansion part of another adjacent pipe. On the other hand, the passage portion positioned between the upstream end expansion portion and the downstream end expansion portion is not in contact with the passage portions of other adjacent pipes, and cooling water is provided between the adjacent passage portions. Is flowing. The exhaust gas is cooled by heat exchange between the cooling water and the exhaust gas flowing in each pipe.
配管の内部を排気が流れている場合、排気の圧力により配管の内部の圧力が配管の外部の圧力よりも高くなることがある。その場合、図９に示すように、断面視略四角環状をなす配管１００の側壁には、同側壁を外側に押し広げようとする力Ｆ１が作用する。また、図９に示すように、配管１００の管壁が厚さ方向から幅方向に折り曲がっている４隅の部分をコーナー部分１３０としたとき、コーナー部分１３０には同コーナー部分１３０を展開させようとする力Ｆ２が作用する。その結果、コーナー部分１３０ではこの力Ｆ２による応力集中が生じやすい。 When exhaust flows inside the pipe, the pressure inside the pipe may be higher than the pressure outside the pipe due to the pressure of the exhaust. In this case, as shown in FIG. 9, a force F <b> 1 is exerted on the side wall of the pipe 100 having a substantially quadrangular ring shape in cross section so as to push the side wall outward. Further, as shown in FIG. 9, when the four corner portions where the pipe wall of the pipe 100 is bent from the thickness direction to the width direction are used as the corner portions 130, the corner portions 130 are developed on the corner portions 130. The force F2 to be applied acts. As a result, stress concentration due to the force F2 is likely to occur in the corner portion 130.
なお、配管１００の拡開部は、他の配管の拡開部に当接しているために拡大されにくく、同拡開部のコーナー部分には上記力Ｆ２が作用しにくい。一方、上流端の拡開部と下流端の拡開部との間に位置する通路部は、他の配管に当接していないために拡開部と比較して排気の圧力によって拡大されやすく、コーナー部分を展開させようとする力Ｆ２による応力集中が生じやすい。 In addition, since the expansion part of the piping 100 is in contact with the expansion part of other piping, it is difficult to expand, and the said force F2 does not act easily on the corner part of the expansion part. On the other hand, the passage portion located between the upstream end expanding portion and the downstream end expanding portion is not in contact with other pipes, and therefore is easily expanded by the exhaust pressure compared to the expanding portion, Stress concentration is likely to occur due to the force F2 trying to expand the corner portion.
本発明の目的は、扁平な配管の内部を流体が流れる際に、同配管の特定箇所に応力が集中することを抑制することができる熱交換器を提供することにある。 The objective of this invention is providing the heat exchanger which can suppress that stress concentrates on the specific location of the piping, when a fluid flows through the inside of flat piping.
上記課題を解決するための熱交換器は、通路部と同通路部よりも厚さ方向における寸法が大きく同通路部と連通している拡開部とを有し、上記厚さ方向と直交する幅方向における寸法が上記厚さ方向における寸法よりも大きい扁平な複数の配管が、上記厚さ方向に並んだ態様でケーシング内に配置されている。また、この熱交換器では、上記厚さ方向で互いに隣り合う拡開部同士が当接している一方、上記厚さ方向で互いに隣り合う通路部同士が当接しておらず、配管内を流れる流体と通路部同士の間を流れる流体との間で熱交換が行われる。そして、この熱交換器においては、上記幅方向及び上記厚さ方向の双方と直交する方向を長さ方向とし、この長さ方向と直交する断面において上記配管の管壁が折れ曲がっている部分をコーナー部分としたとき、通路部のコーナー部分の曲率半径が、拡開部のコーナー部分の曲率半径よりも大きい。 A heat exchanger for solving the above-described problems has a passage portion and an expanded portion that is larger in the thickness direction than the passage portion and communicates with the passage portion, and is orthogonal to the thickness direction. A plurality of flat pipes whose dimensions in the width direction are larger than the dimensions in the thickness direction are arranged in the casing in a manner of being arranged in the thickness direction. Further, in this heat exchanger, the expanding portions adjacent to each other in the thickness direction are in contact with each other, while the passage portions adjacent to each other in the thickness direction are not in contact with each other, and the fluid flowing in the pipe And heat exchange between the fluid flowing between the passage portions. And in this heat exchanger, the direction perpendicular to both the width direction and the thickness direction is the length direction, and the section where the pipe wall of the pipe is bent in the cross section perpendicular to the length direction is a corner. When it is set as a part, the curvature radius of the corner part of a channel | path part is larger than the curvature radius of the corner part of an expansion part.
配管のコーナー部分には、配管内を流れる流体の圧力による同配管の側壁の拡大によって同コーナー部分を展開させようとする力が作用することになる。ここで、コーナー部分の曲率半径が大きいほど、上記のようなコーナー部分を展開させようとする力が作用したときに同コーナー部分に作用する応力が広く分散して作用するようになる。そこで、上記構成では、通路部のコーナー部分の曲率半径を拡開部のコーナー部分の曲率半径よりも大きくした。これにより、通路部のコーナー部分の曲率半径が拡開部のコーナー部分の曲率半径と同一であった場合と比較して、通路部のコーナー部分において応力集中が生じにくくなる。したがって、扁平な配管の内部を流体が流れる際に、同配管の特定箇所に応力が集中することを抑制することができるようになる。 At the corner portion of the pipe, a force is exerted to expand the corner portion by expanding the side wall of the pipe due to the pressure of the fluid flowing in the pipe. Here, the greater the radius of curvature of the corner portion, the more widely the stress acting on the corner portion when the force for expanding the corner portion is applied. Therefore, in the above configuration, the radius of curvature of the corner portion of the passage portion is made larger than the radius of curvature of the corner portion of the expanded portion. Thereby, compared with the case where the curvature radius of the corner part of a channel | path part is the same as the curvature radius of the corner part of an expansion part, it becomes difficult to produce stress concentration in the corner part of a channel | path part. Therefore, when a fluid flows through the inside of a flat pipe, it can suppress that stress concentrates on the specific location of the pipe.
上記熱交換器において、拡開部を配管の上記長さ方向における両端に設けるようにすることもできる。
また、配管のうち、同配管の並ぶ厚さ方向において最も外側に位置する配管を最外配管としたとき、最外配管の拡開部を、隣り合う他の配管の拡開部に加えて、ケーシングの側壁にも当接させることが好ましい。この構成によれば、最外配管をケーシングによって支持させ、各配管をより強固に支持することができるようになる。
In the heat exchanger, it is possible to provide the expanded portions at both ends in the length direction of the pipe.
In addition, when the pipe located on the outermost side in the thickness direction in which the pipes are arranged is the outermost pipe, the expanded part of the outermost pipe is added to the expanded part of the other adjacent pipes, It is preferable to contact also the side wall of the casing. According to this configuration, the outermost pipe can be supported by the casing, and each pipe can be supported more firmly.
そして、互いに隣り合う各拡開部のコーナー部分とケーシングの側壁とに囲まれている隙間を、接合剤で埋めるようにしてもよい。この構成によれば、拡開部のコーナー部分の曲率半径が通路部のコーナー部分の曲率半径よりも小さいため、上記隙間が狭い分、同隙間を埋めるのに使用する接合剤の使用量が少なくてすむ。また、上記のように最外配管をケーシングにも当接させる構成によれば、最外配管内の圧力の増大によって、最外配管の拡開部が拡大しようとしても、他の配管の拡開部やケーシングの側壁によって最外配管の拡開部の拡大を規制することができる。また、最外配管よりも内側の配管の拡開部は、同配管の両側に位置する配管の拡開部に当接しているため、同拡開部の拡大は規制されている。そのため、上記のように拡開部のコーナー部分の曲率半径を通路部のコーナー部分の曲率半径よりも小さくして接合剤の使用量を抑制する場合であっても、同拡開部のコーナー部分への応力集中を抑制できるようになる。 And you may make it fill the clearance gap surrounded by the corner part of each adjacent expansion part, and the side wall of a casing with a bonding agent. According to this configuration, since the radius of curvature of the corner portion of the expanded portion is smaller than the radius of curvature of the corner portion of the passage portion, the amount of the bonding agent used to fill the gap is small because the gap is narrow. Tesumu. Further, according to the configuration in which the outermost pipe is also brought into contact with the casing as described above, even if the expansion portion of the outermost pipe is expanded due to an increase in pressure in the outermost pipe, the expansion of other pipes is increased. The expansion of the expanded portion of the outermost pipe can be regulated by the side wall of the portion or the casing. Moreover, since the expansion part of the pipe inside the outermost pipe is in contact with the expansion part of the pipe located on both sides of the pipe, the expansion of the expansion part is restricted. For this reason, even when the radius of curvature of the corner portion of the expanded portion is made smaller than the radius of curvature of the corner portion of the passage portion as described above and the amount of bonding agent used is suppressed, the corner portion of the expanded portion It becomes possible to suppress stress concentration on the surface.
さらに、最外配管の通路部とケーシングの側壁との間に隙間が設けられていることが好ましい。この構成によれば、最外配管の通路部とケーシングの側壁との間に設けられた隙間にも熱交換用の流体を介在させることが可能となり、最外配管内を流れる流体との間で効果的に熱交換させることができるようになる。 Furthermore, it is preferable that a gap is provided between the passage portion of the outermost pipe and the side wall of the casing. According to this configuration, the heat exchange fluid can be interposed in the gap provided between the passage portion of the outermost pipe and the side wall of the casing, and between the fluid flowing in the outermost pipe. Effective heat exchange can be achieved.
また、この熱交換器は、内燃機関の排気を吸気系に還流させる排気還流通路の一部に取り付け、配管内を流れる排気とケーシング内の配管外側を流れる冷却水との間で熱交換を行ういわゆる冷却器として適用することが可能である。 The heat exchanger is attached to a part of the exhaust gas recirculation passage for recirculating the exhaust gas of the internal combustion engine to the intake system, and performs heat exchange between the exhaust gas flowing in the piping and the cooling water flowing outside the piping in the casing. It can be applied as a so-called cooler.
以下、図１〜図８を参照して、熱交換器を、吸気系に還流させる排気を冷却する内燃機関の熱交換器として具体化した一実施形態について説明する。
図１に示す熱交換器１１は、排気をＥＧＲガスとして吸気系に還流させる還流経路の途中に配置されており、同熱交換器１１内を流れるＥＧＲガスを冷却する機能を有しているいわゆるＥＧＲクーラーである。なお、ＥＧＲとは、「Exhaust Gas Recirculation」の略記である。
Hereinafter, an embodiment in which the heat exchanger is embodied as a heat exchanger of an internal combustion engine that cools exhaust gas recirculated to an intake system will be described with reference to FIGS.
The heat exchanger 11 shown in FIG. 1 is arranged in the middle of a recirculation path for recirculating exhaust gas as EGR gas to the intake system, and has a function of cooling the EGR gas flowing in the heat exchanger 11. EGR cooler. EGR is an abbreviation for “Exhaust Gas Recirculation”.
図１に示すように、熱交換器１１のケーシング２０は、ケース本体２２と、固定部材２３と、第１の蓋体２５と、第２の蓋体２６とを備えている。固定部材２３には、ケーシング２０内に熱交換用の流体の一例としての冷却水を流入させる冷却水流入部２３１と、ケーシング２０内を循環した冷却水を外部に流出させる冷却水流出部２３２とが設けられている。また、第１の蓋体２５にはＥＧＲガスをケーシング２０内に流入させるガス流入部２５１が設けられ、第２の蓋体２６にはケーシング２０内を流れたＥＧＲガスを外部に流出させるガス流出部２６１が設けられている。 As shown in FIG. 1, the casing 20 of the heat exchanger 11 includes a case main body 22, a fixing member 23, a first lid body 25, and a second lid body 26. The fixing member 23 includes a cooling water inflow portion 231 that allows cooling water as an example of a heat exchange fluid to flow into the casing 20, and a cooling water outflow portion 232 that causes the cooling water circulated through the casing 20 to flow outside. Is provided. Further, the first lid 25 is provided with a gas inflow portion 251 for allowing EGR gas to flow into the casing 20, and the second lid 26 has a gas outflow for allowing the EGR gas flowing through the casing 20 to flow outside. A portion 261 is provided.
図２に示すように、ケース本体２２は、略Ｕ字状に構成されている。すなわち、ケース本体２２は、固定部材２３に対向する基部２２１と、この基部２２１の両側に立設されている一対の側壁部２２２とを有している。そして、一対の側壁部２２２の先端に固定部材２３が固定されることにより、略四角筒状をなす筒状体２１が構成される。この筒状体２１の一端の開口が第１の蓋体２５によって閉塞され、筒状体２１の他端の開口が第２の蓋体２６によって閉塞されている。 As shown in FIG. 2, the case body 22 is configured in a substantially U shape. That is, the case main body 22 includes a base portion 221 that faces the fixing member 23 and a pair of side wall portions 222 that are erected on both sides of the base portion 221. And the fixing member 23 is fixed to the front-end | tip of a pair of side wall part 222, and the cylindrical body 21 which makes a substantially square cylinder shape is comprised. The opening at one end of the cylindrical body 21 is closed by the first lid body 25, and the opening at the other end of the cylindrical body 21 is closed by the second lid body 26.
また、ケーシング２０内には、幅方向における寸法Ｌ１が同幅方向に直交する厚さ方向における寸法Ｌ２よりも大きい扁平な複数（ここでは５つ）の配管３０が収容されている。配管３０は、一枚の板材を折り曲げることにより構成されている。各配管３０は、上記厚さ方向に並べられているとともに、厚さ方向及び幅方向の双方に直交する長さ方向が筒状体２１の長さ方向と一致する態様で、ケーシング２０内に配置されている。 The casing 20 accommodates a plurality of flat (here, five) pipes 30 in which the dimension L1 in the width direction is larger than the dimension L2 in the thickness direction orthogonal to the width direction. The pipe 30 is configured by bending a single plate material. The pipes 30 are arranged in the casing 20 in such a manner that the length directions perpendicular to both the thickness direction and the width direction coincide with the length direction of the cylindrical body 21 while being arranged in the thickness direction. Has been.
そして、第１の蓋体２５のガス流入部２５１を通じてケーシング２０内に流入したＥＧＲガスは、各配管３０の手前で分流されて各配管３０内に流入する。また、各配管３０内を流れたＥＧＲガスは、各配管３０を流出してから合流し、第２の蓋体２６のガス流出部２６１を通じてケーシング２０外に流出する。 Then, the EGR gas that has flowed into the casing 20 through the gas inflow portion 251 of the first lid body 25 is diverted before the pipes 30 and flows into the pipes 30. Further, the EGR gas that has flowed through the pipes 30 flows out of the pipes 30, joins, and flows out of the casing 20 through the gas outflow portion 261 of the second lid 26.
図３に示すように、ケーシング２０を構成するケース本体２２の基部２２１の長さ方向における端部のうち、第１の蓋体２５が固定されている側の端部を「上流端部分２２１Ａ」とし、第２の蓋体２６が固定されている側の端部を「下流端部分２２１Ｂ」とする。そして、上流端部分２２１Ａと下流端部分２２１Ｂとの間となる部分を「中央部分２２１Ｃ」とする。基部２２１には、中央部分２２１Ｃが上流端部分２２１Ａ及び下流端部分２２１Ｂよりも外側に位置するように凹みが形成されている。これに対して、配管３０は、ケース本体２２の基部２２１の上流端部分２２１Ａ及び下流端部分２２１Ｂに当接している一方で、中央部分２２１Ｃに当接していない。そして、各配管３０と中央部分２２１Ｃとの間に形成されている空間ＳＰ１には冷却水が流れるようになっている。 As shown in FIG. 3, among the end portions in the length direction of the base portion 221 of the case main body 22 constituting the casing 20, the end portion on the side where the first lid body 25 is fixed is referred to as “upstream end portion 221 </ b> A”. The end portion on the side where the second lid body 26 is fixed is referred to as a “downstream end portion 221B”. A portion between the upstream end portion 221A and the downstream end portion 221B is referred to as a “center portion 221C”. The base portion 221 is formed with a recess so that the central portion 221C is positioned outside the upstream end portion 221A and the downstream end portion 221B. On the other hand, the pipe 30 is in contact with the upstream end portion 221A and the downstream end portion 221B of the base 221 of the case main body 22, but is not in contact with the central portion 221C. And cooling water flows through the space SP1 formed between each pipe 30 and the central portion 221C.
図４に示すように、配管３０の上流端及び下流端には、上流端と下流端との間の通路部３２よりも上記厚さ方向における寸法の大きい拡開部３１が設けられている。こうした拡開部３１内は通路部３２内と連通しており、ガス流入部２５１からケーシング２０内に流入し、上流端の拡開部３１内を流れたＥＧＲガスは通路部３２内を流れてから下流端の拡開部３１内に流入し、同拡開部３１から配管３０外に流出し、ガス流出部２６１を通じてケーシング２０外に流出する。 As shown in FIG. 4, the upstream end and the downstream end of the pipe 30 are provided with an expanded portion 31 having a dimension larger in the thickness direction than the passage portion 32 between the upstream end and the downstream end. The inside of the expanding portion 31 communicates with the inside of the passage portion 32, and the EGR gas flowing into the casing 20 from the gas inflow portion 251 and flowing in the expanding portion 31 at the upstream end flows in the passage portion 32. Flows into the expanded portion 31 at the downstream end, flows out of the pipe 30 from the expanded portion 31, and flows out of the casing 20 through the gas outflow portion 261.
図５（ａ）に示すように、配管３０の拡開部３１は、隣り合う配管３０の拡開部３１に当接している。また、拡開部３１の幅方向における両側壁は、固定部材２３及びケース本体２２の基部２２１に当接している。さらに、配管３０のうち最も外側に位置する最外配管３０Ａの拡開部３１は、最外配管３０Ａの内側に位置する配管３０の拡開部３１、固定部材２３及びケース本体２２の基部２２１に加え、ケース本体２２の側壁部２２２にも当接している。すなわち、各配管３０は、それらの上流端及び下流端でケーシング２０に支持されている。 As shown in FIG. 5A, the expanded portion 31 of the pipe 30 is in contact with the expanded portion 31 of the adjacent pipe 30. Further, both side walls in the width direction of the expanding portion 31 are in contact with the fixing member 23 and the base portion 221 of the case main body 22. Further, the expanded portion 31 of the outermost pipe 30 </ b> A located on the outermost side of the pipe 30 is connected to the expanded portion 31, the fixing member 23, and the base 221 of the case body 22 positioned on the inner side of the outermost pipe 30 </ b> A. In addition, it is in contact with the side wall 222 of the case body 22. That is, each piping 30 is supported by the casing 20 at their upstream end and downstream end.
なお、図５（ｂ）に示すように、断面視略四角環状をなす拡開部３１において折れ曲がっている４隅をそれぞれ「コーナー部分３１１」としたとき、コーナー部分３１１の曲率半径は、比較的小さい第１の曲率半径Ｒ１となっている。そのため、互いに隣り合う各拡開部３１とケーシング２０の側壁との間に形成される隙間ＳＰ２は非常に狭い。そして、こうした隙間ＳＰ２内には、同隙間ＳＰ２を埋めるべく接合剤としての鑞（ろう）が充填されている。 As shown in FIG. 5B, when the four corners bent in the widened portion 31 having a substantially quadrangular ring shape in cross section are defined as “corner portions 311”, the radius of curvature of the corner portions 311 is relatively The first curvature radius R1 is small. Therefore, the gap SP <b> 2 formed between each of the adjacent expanded portions 31 and the side wall of the casing 20 is very narrow. The gap SP2 is filled with wax as a bonding agent so as to fill the gap SP2.
図６（ａ）に示すように、配管３０の通路部３２は、隣り合う他の配管３０に当接していない。また、最外配管３０Ａの通路部３２は、ケース本体２２の側壁部２２２にも当接していない。そして、こうした通路部３２同士の間及び最外配管３０Ａの通路部３２とケース本体２２の側壁部２２２との間に形成されている隙間ＳＰ３を冷却水が流れるようになっている。また、図６（ｂ）に示すように、断面視略四角環状をなす通路部３２において折れ曲がっている４隅をそれぞれ「コーナー部分３２１」としたとき、コーナー部分３２１の曲率半径は、拡開部３１のコーナー部分３１１の曲率半径である第１の曲率半径Ｒ１よりも大きい第２の曲率半径Ｒ２となっている。 As shown in FIG. 6A, the passage portion 32 of the pipe 30 is not in contact with another adjacent pipe 30. Further, the passage portion 32 of the outermost pipe 30 </ b> A does not contact the side wall portion 222 of the case body 22. The cooling water flows through the gap SP3 formed between the passage portions 32 and between the passage portion 32 of the outermost pipe 30A and the side wall portion 222 of the case body 22. Further, as shown in FIG. 6B, when the four corners bent in the passage portion 32 having a substantially quadrangular annular shape in cross section are defined as “corner portions 321”, the radius of curvature of the corner portion 321 is the expanded portion. The second radius of curvature R2 is larger than the first radius of curvature R1, which is the radius of curvature of the 31 corner portion 311.
次に、図７を参照して、本実施形態の熱交換器１１の作用について説明する。
熱交換器１１の各配管３０内をＥＧＲガスが流れている場合、ＥＧＲガスの圧力によって配管３０の内部の圧力が配管３０の外部の圧力よりも高くなり、配管３０が外側に拡大しようとする。このとき、配管３０の通路部３２は、隣り合う他の配管３０やケーシング２０のケース本体２２の側壁部２２２に当接していないため、外側に拡大しやすい。そのため、通路部３２のコーナー部分３２１には、同コーナー部分３２１を展開させようとする力が作用しやすい。
Next, with reference to FIG. 7, the effect | action of the heat exchanger 11 of this embodiment is demonstrated.
When EGR gas is flowing in each pipe 30 of the heat exchanger 11, the pressure inside the pipe 30 becomes higher than the pressure outside the pipe 30 due to the pressure of the EGR gas, and the pipe 30 tends to expand outward. . At this time, since the passage portion 32 of the pipe 30 is not in contact with the other adjacent pipe 30 or the side wall portion 222 of the case body 22 of the casing 20, the passage portion 32 easily expands outward. Therefore, a force for expanding the corner portion 321 is likely to act on the corner portion 321 of the passage portion 32.
その一方で、配管３０の拡開部３１は、隣り合う他の配管３０の拡開部３１やケーシング２０に当接しているため、拡開部３１の拡大が規制されている。その結果、拡開部３１のコーナー部分３１１には、同コーナー部分３１１を展開させようとする力が作用しにくい。 On the other hand, since the expansion part 31 of the piping 30 is in contact with the expansion part 31 and the casing 20 of the other adjacent pipes 30, the expansion of the expansion part 31 is restricted. As a result, it is difficult for a force to unfold the corner portion 311 to act on the corner portion 311 of the expanding portion 31.
ここで、図７には、コーナー部分の曲率半径と応力集中度との関係を示すグラフが図示されている。図７に示すように、配管を構成する板材の厚みが同等という条件下では、応力集中度はコーナー部分の曲率半径が大きいときほど小さくなる。 Here, FIG. 7 shows a graph showing the relationship between the radius of curvature of the corner portion and the stress concentration degree. As shown in FIG. 7, under the condition that the thicknesses of the plate members constituting the pipe are equal, the stress concentration degree decreases as the radius of curvature of the corner portion increases.
本実施形態の熱交換器１１においては、通路部３２のコーナー部分３２１の曲率半径（Ｒ２）は、拡開部３１のコーナー部分３１１の曲率半径（Ｒ１）よりも大きい。そのため、力が作用しやすい通路部３２のコーナー部分３２１であっても、同コーナー部分３２１への応力集中が抑制される。 In the heat exchanger 11 of the present embodiment, the radius of curvature (R2) of the corner portion 321 of the passage portion 32 is larger than the radius of curvature (R1) of the corner portion 311 of the expanded portion 31. Therefore, even if it is the corner part 321 of the channel | path part 32 where a force tends to act, the stress concentration to the corner part 321 is suppressed.
上記構成に及び作用によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）通路部３２のコーナー部分３２１の曲率半径を拡開部３１のコーナー部分３１１の曲率半径よりも大きくした。これにより、通路部３２のコーナー部分３２１の曲率半径が拡開部３１のコーナー部分３１１の曲率半径と同一であった場合と比較して、通路部３２のコーナー部分３２１において応力集中が生じにくくなる。したがって、扁平な配管３０の内部をＥＧＲガスが流れる際に、配管３０の特定箇所への応力集中を抑制することができる。
According to the above configuration and operation, the following effects can be obtained.
(1) The radius of curvature of the corner portion 321 of the passage portion 32 is made larger than the radius of curvature of the corner portion 311 of the expanded portion 31. Thereby, compared with the case where the curvature radius of the corner part 321 of the channel | path part 32 is the same as the curvature radius of the corner part 311 of the expansion part 31, it becomes difficult to produce stress concentration in the corner part 321 of the channel | path part 32. . Therefore, when EGR gas flows through the flat pipe 30, it is possible to suppress stress concentration at a specific location of the pipe 30.
（２）最外配管３０Ａの上流端及び下流端に設けられている拡開部３１をケーシング２０に支持させるようにしたことにより、各配管３０をより強固に支持することができる。
（３）また、拡開部３１のコーナー部分３１１の曲率半径を通路部３２のコーナー部分３２１の曲率半径よりも小さくしたことにより、各拡開部３１の間の隙間ＳＰ２が狭くなり、同隙間ＳＰ２を埋めるのに使用する鑞（ろう）の使用量を少なくすることができる。
(2) Since the expanded portion 31 provided at the upstream end and the downstream end of the outermost pipe 30A is supported by the casing 20, each pipe 30 can be supported more firmly.
(3) Further, since the radius of curvature of the corner portion 311 of the expanded portion 31 is made smaller than the radius of curvature of the corner portion 321 of the passage portion 32, the gap SP2 between the expanded portions 31 becomes narrower. The amount of wax used to fill SP2 can be reduced.
また、上記隙間ＳＰ２内に鑞（ろう）を充填する処理は、鑞（ろう）付け用の炉内で行われることがある。この場合、上記隙間ＳＰ２を囲む各コーナー部分３１１で発生する表面張力によって鑞（ろう）を保持できるため、少量の鑞（ろう）によって上記隙間ＳＰ２を確実に埋めることができる。 Moreover, the process which fills the said clearance gap SP2 with a soot (wax) may be performed in the furnace for a soot (brazing). In this case, since the wrinkles can be held by the surface tension generated at each corner portion 311 surrounding the gap SP2, the gap SP2 can be reliably filled with a small amount of wrinkles.
（４）互いに隣り合う各通路部３２は離れているため、各通路部３２の間に冷却水を流すことができる。また、最外配管３０Ａの通路部３２は、ケーシング２０の側壁部２２２にも当接していないため、最外配管３０Ａの通路部３２と側壁部２２２との間にも冷却水を流すことができる。したがって、配管３０の通路部３２内を流れるＥＧＲガスを効率良く冷却することができる。 (4) Since the adjacent passage portions 32 are separated from each other, the cooling water can flow between the respective passage portions 32. Further, since the passage portion 32 of the outermost pipe 30 </ b> A is not in contact with the side wall portion 222 of the casing 20, the cooling water can also flow between the passage portion 32 and the side wall portion 222 of the outermost pipe 30 </ b> A. . Therefore, the EGR gas flowing through the passage portion 32 of the pipe 30 can be efficiently cooled.
（５）互いに隣り合う各拡開部３１は当接しており、最外配管３０Ａの拡開部３１は、同最外配管３０Ａの内側に位置する配管３０の拡開部３１に加え、ケーシング２０の側壁部２２２にも当接している。そのため、配管３０内の圧力の増大によって、拡開部３１が拡大しようとしても他の配管３０の拡開部３１やケーシング２０の側壁部２２２によって拡開部３１の拡大を規制することができる。そのため、拡開部３１のコーナー部分３１１の曲率半径を通路部３２のコーナー部分３２１の曲率半径よりも小さくしても、同拡開部３１のコーナー部分３１１への応力集中を抑制することができる。 (5) The adjacent expanded parts 31 are in contact with each other, and the expanded part 31 of the outermost pipe 30A is in addition to the expanded part 31 of the pipe 30 located inside the outermost pipe 30A. The side wall 222 is also in contact with the other side wall 222. Therefore, even if the expanded portion 31 tries to expand due to an increase in pressure in the piping 30, the expansion of the expanded portion 31 can be regulated by the expanded portion 31 of the other piping 30 or the side wall portion 222 of the casing 20. Therefore, even if the radius of curvature of the corner portion 311 of the expanded portion 31 is smaller than the radius of curvature of the corner portion 321 of the passage portion 32, stress concentration on the corner portion 311 of the expanded portion 31 can be suppressed. .
なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・配管３０内には高温のＥＧＲガスが流入することとなるため、配管３０も温度上昇する。そのため、互いに隣り合う各配管３０の拡開部３１のコーナー部分３１１の間に形成される隙間ＳＰ２内に充填される接合剤は、想定される配管３０の温度上限よりも高い融点を有するものにする必要がある。ただし、想定される配管３０の温度上限よりも高い融点を有するものであれば鑞（ろう）以外の他の接合剤であってもよい。
The above embodiment may be changed to another embodiment as described below.
-Since hot EGR gas will flow in the piping 30, the temperature of the piping 30 also rises. Therefore, the bonding agent filled in the gap SP2 formed between the corner portions 311 of the expanded portions 31 of the pipes 30 adjacent to each other has a melting point higher than the assumed upper temperature limit of the pipe 30. There is a need to. However, a bonding agent other than brazing may be used as long as it has a melting point higher than the assumed upper temperature limit of the pipe 30.
・配管３０は、その上流端及び下流端以外の任意の箇所に拡開部３１を設けた構成であってもよい。例えば、配管３０の長さ方向における中央に拡開部３１を設けてもよい。この場合、こうした拡開部３１の上流側及び下流側には通路部３２が設けられることとなる。 -The piping 30 may be the structure which provided the expansion part 31 in arbitrary places other than the upstream end and downstream end. For example, you may provide the expansion part 31 in the center in the length direction of the piping 30. FIG. In this case, the passage portion 32 is provided on the upstream side and the downstream side of the expanding portion 31.
・最外配管３０Ａの拡開部３１を、ケーシング２０のケース本体２２の側壁部２２２に当接させなくてもよい。この場合、拡開部３１と側壁部２２２との間に支持部材を別途介在させることで、各配管３０をケーシング２０に支持させるようにしてもよい。 The expanded portion 31 of the outermost pipe 30 </ b> A may not be in contact with the side wall portion 222 of the case body 22 of the casing 20. In this case, each pipe 30 may be supported by the casing 20 by separately interposing a support member between the expanded portion 31 and the side wall portion 222.
・配管３０の通路部３２は、その側壁から外側に突出する突起又はリブを設けた構成であってもよい。この場合、隣り合う他の配管３０にこうした突起又はリブが当接することにより、通路部３２の拡大を抑制することができる。 -The channel | path part 32 of the piping 30 may be the structure which provided the protrusion or rib which protrudes outside from the side wall. In this case, the expansion of the passage portion 32 can be suppressed by such protrusions or ribs coming into contact with other adjacent pipes 30.
・配管３０の通路部３２の特定箇所への応力集中を抑制するためには、通路部３２のコーナー部分３２１の曲率半径を極力大きくすることが好ましい。例えば、図８（ａ），（ｂ）に示すように、通路部３２の厚さ方向における寸法を「Ｔ」とし、コーナー部分３２１の曲率半径を「Ｒ」としたとき、Ｒ＝Ｔ／２の関係が成立するように、コーナー部分３２１を形成してもよい。この場合、一つの通路部３２において厚さ方向に並ぶ２つのコーナー部分３２１が滑らかに繋がることになり、通路部３２の上記幅方向における両端は円弧状になる。 In order to suppress stress concentration at a specific location in the passage portion 32 of the pipe 30, it is preferable to increase the radius of curvature of the corner portion 321 of the passage portion 32 as much as possible. For example, as shown in FIGS. 8A and 8B, when the dimension in the thickness direction of the passage portion 32 is “T” and the radius of curvature of the corner portion 321 is “R”, R = T / 2 The corner portion 321 may be formed so that the above relationship is established. In this case, two corner portions 321 arranged in the thickness direction in one passage portion 32 are smoothly connected, and both ends of the passage portion 32 in the width direction are arcuate.
・ケーシング２０内において配管３０外を循環する流体は、配管３０内を流れるＥＧＲガスの冷却効率を十分に確保することができるのであれば、空気などの気体やオイルといった冷却水以外の他の流体であってもよい。 -The fluid circulating outside the pipe 30 in the casing 20 is a fluid other than cooling water such as a gas such as air or oil if the cooling efficiency of the EGR gas flowing in the pipe 30 can be sufficiently secured. It may be.
・配管３０は、長さ方向と直交する方向で切断した場合の断面形状が多角環状をなす形状であれば、断面視略三角環形状などのように断面視略四角環形状以外の形状であってもよい。 -If the cross-sectional shape when the pipe 30 is cut in a direction perpendicular to the length direction is a polygonal ring shape, the pipe 30 has a shape other than the substantially quadrangular ring shape in cross section, such as the substantially triangular ring shape in cross section. May be.
・熱交換器を具現化した一例としてＥＧＲガスを冷却する熱交換器を例示したが、扁平な配管を流れる流体とその外側を流れる流体との間で熱交換が行われる熱交換器であれば、上記熱交換器と同様の構成を適用することにより、配管への応力集中を抑制することができる。例えば過給内燃機関において吸気を冷却するインタークーラーにこの熱交換器の構成を適用することもできる。 -Although the heat exchanger which cools EGR gas was illustrated as an example which embodied heat exchanger, if it is a heat exchanger with which heat exchange is performed between the fluid which flows through flat piping, and the fluid which flows the outside By applying the same configuration as that of the heat exchanger, stress concentration on the piping can be suppressed. For example, the configuration of this heat exchanger can be applied to an intercooler that cools intake air in a supercharged internal combustion engine.
・配管を流れる流体は気体に限らず液体であってもよいし、配管の外側を流れる流体が気体であってもよい。
・配管内を流れる流体を配管の外側を流れる冷媒としての流体で冷却する冷却器として機能する熱交換器を例示した。これに対して、この熱交換器の構成は、配管内を流れる流体と配管の外側を流れる流体との間で熱交換を行うものであれば蓄熱器として機能する熱交換器や、配管内を流れる流体を配管の外側を流れる流体で暖める加熱器として機能する熱交換器にも適用可能である。
The fluid flowing through the pipe is not limited to gas but may be liquid, or the fluid flowing outside the pipe may be gas.
An example of the heat exchanger that functions as a cooler that cools the fluid flowing in the pipe with the fluid as the refrigerant flowing outside the pipe is illustrated. On the other hand, the configuration of this heat exchanger is a heat exchanger that functions as a heat accumulator as long as it exchanges heat between the fluid flowing in the pipe and the fluid flowing outside the pipe, The present invention can also be applied to a heat exchanger that functions as a heater that warms a flowing fluid with a fluid flowing outside a pipe.
１１…熱交換器、２０…ケーシング、２２２…ケーシングの側壁としての側壁部、３０…配管、３０Ａ…最外配管、３１…拡開部、３１１…拡開部のコーナー部分、３２…通路部、３２１…通路部のコーナー部分、ＳＰ２…隙間。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Heat exchanger, 20 ... Casing, 222 ... Side wall part as side wall of casing, 30 ... Piping, 30A ... Outermost piping, 31 ... Expansion part, 311 ... Corner part of expansion part, 32 ... Passage part, 321 ... Corner portion of passage, SP2 ... gap.
Claims (6)
前記厚さ方向で互いに隣り合う前記拡開部同士が当接している一方、前記厚さ方向で互いに隣り合う前記通路部同士が当接しておらず、前記配管内を流れる流体と前記通路部同士の間を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換器において、
前記幅方向及び前記厚さ方向の双方と直交する方向を長さ方向とし、同長さ方向と直交する断面において前記配管の管壁が折れ曲がっている部分をコーナー部分としたとき、
前記通路部のコーナー部分の曲率半径が、前記拡開部のコーナー部分の曲率半径よりも大きい
ことを特徴とする熱交換器。 A passage portion and an expanded portion having a larger dimension in the thickness direction than the passage portion and communicating with the passage portion, and a dimension in a width direction perpendicular to the thickness direction is larger than a dimension in the thickness direction. A plurality of large flat pipes are arranged in the casing in a manner aligned in the thickness direction,
While the expanding portions adjacent to each other in the thickness direction are in contact with each other, the passage portions adjacent to each other in the thickness direction are not in contact with each other, and the fluid flowing in the pipe and the passage portions are in contact with each other. In a heat exchanger that exchanges heat with a fluid flowing between
When the direction perpendicular to both the width direction and the thickness direction is the length direction, and the portion where the pipe wall of the pipe is bent in the cross section perpendicular to the length direction is a corner portion,
A heat exchanger, wherein a radius of curvature of a corner portion of the passage portion is larger than a radius of curvature of a corner portion of the spread portion.
請求項１に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1, wherein the expansion portions are provided at both ends of the pipe in the length direction.
前記最外配管の拡開部が、前記ケーシングの側壁に当接している
請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。 Among the pipes, when the pipe located on the outermost side in the thickness direction in which the pipes are lined is the outermost pipe,
The heat exchanger according to claim 1, wherein an expanded portion of the outermost pipe is in contact with a side wall of the casing.
請求項３に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to claim 3, wherein a gap surrounded by a corner portion of each of the expanded portions adjacent to each other and a side wall of the casing is filled with a bonding agent.
前記最外配管の前記通路部と前記ケーシングの側壁との間に隙間が設けられている
請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の熱交換器。 Among the pipes, when the pipe located on the outermost side in the thickness direction in which the pipes are lined is the outermost pipe,
The heat exchanger as described in any one of Claims 1-4 in which the clearance gap is provided between the said channel | path part of the said outermost piping, and the side wall of the said casing.
前記配管内を流れる排気と前記ケーシング内の前記配管外側を流れる冷却水との間で熱交換を行う
請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の熱交換器。 It is attached to a part of the exhaust gas recirculation passage for recirculating the exhaust gas of the internal combustion engine to the intake system,
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 5, wherein heat exchange is performed between exhaust gas flowing in the pipe and cooling water flowing outside the pipe in the casing.
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