JP2018096617A - 熱交換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、伝熱管は、上側ケース、下側ケース、及び複数の部品の組合せからなる放熱フィンにより構成されている。そして、上側ケース、下側ケース、及び放熱フィンは、それぞれステンレス板をプレス加工して形成されている。
したがって、復路内において、排気ガスが均一に流れず、排気ガスを効率よく冷却することができない。
さらに、伝熱管を構成する放熱フィンは、凹部と凸部をプレスにより交互に形成されるものであるため、凹部と凸部の間隔すなわちフィンの間隔を狭くするには限界がある。
この実施形態において、熱交換装置Mは、外側ケース10、ケースカバー20、外側ケース10に挿入される第1通路ユニットUにより構成されている。
第1通路ユニットUは、二つの通路部材30、スペーサ部材40、ヘッダー部材50、フランジ部材60により構成されている。
そして、第1通路ユニットUは、第1流体を通すべく、長手方向Lに伸長する直線状の往路Gr、Uターン路Ur、長手方向Lに伸長する直線状の復路Crからなる通路R1を形成するものである。
外側ケース10は、収容部11、開口部12、閉塞部13、ケースフランジ部14、導入管15、導出管16、凹状溝17,18を備えている。
開口部12は、略矩形断面をなし、第1通路ユニットUを挿入し得るように形成されている。
閉塞部13は、第1通路ユニットUを挿入した状態で、第1通路ユニットUのヘッダー部材50と協働して、第2流体の通路R2を画定するように形成されている。
ケースフランジ部14は、第1通路ユニットUのフランジ部材60を当接させる当接面14a、締結用のボルトを通す6個の貫通孔14bを備えている。
導出管16は、外側ケース10の長手方向Lにおいて閉塞部13の近傍でかつ幅方向Wにおいて略中間領域に形成され、収容部11との境界において、第2流体を導出する導出口16aを備えている。
それ故に、第1流体と第2流体との間の熱交換効率を高めることができる。例えば、第1流体が高温流体及び第2流体が低温流体の場合、第1流体を効率良く冷却することができる。
凹状溝18は、第2流体の通路R2を画定するものであり、外側ケース10の長手方向Lにおいて開口部12から閉塞部13まで伸長すると共に、幅方向Wにおいて導出口16aと重なる領域に形成されている。
ケースカバー20は、入口通路21、出口通路22、仕切り壁23、カバーフランジ部24、段差部25を備えている。
出口通路22は、外側ケース10の長手方向Lに伸長して第1通路ユニットUの復路Crに連通すると共に、長手方向L及び幅方向Wに垂直な方向に向けて開口する第1流体の出口22aを画定するように形成されている。
カバーフランジ部24は、ケースフランジ部14と同一の輪郭をなし、第1通路ユニットUのフランジ部材60に当接する当接面24a、締結用のボルトを通す6個の貫通孔24bを備えている。
これによれば、ケースカバー20の入口21aから第1通路ユニットUの往路Grに向けて第1流体が流れ込む際に、段差部25の領域において、第1流体に渦を生じさせて、撹拌作用を得ることができる。それ故に、第1流体の流速が低下して、第1流体と第2流体との間の熱交換効率を高めることができる。
通路半体31は、例えば、アルミニウム材料を用いた押出し成形により形成されており、断面が櫛状をなすように等間隔で一体成型された複数(ここでは、27個)のフィン31aを備えている。
このように、通路半体31が、アルミニウム材料を用いて押出し成形されることにより、複数のフィン31a同士の間隔を狭く設定することができる。それ故に、熱交換効率を向上させることができる。特に、アルミニウム材料は、ステンレス材料等に比べて、高熱伝導性であるため、熱交換効率をさらに向上させることができる。
そして、二つの通路半体31,31を突き合わせることにより、図9に示すように、外壁31´同士及びフィン31a´同士が当接するようになっている。
このように、通路部材30は、予め形成された複数のフィン31a,31a´を有する二つの通路半体31,31を互いに突き合わせて接合することにより構成される。したがって、部品点数の削減、製造工程の簡素化等を達成しつつ、通路部材30を容易に形成することができる。
スペーサ部材40は、幅方向Wにおいて所定の厚みをなし、二つの通路部材30,30の間に第2流体の通路R2を画定するようになっている。
壁面52は、第1流体を往路Grから復路Crに導くUターン路Urを画定するように形成されている。
突出壁53は、Uターン路Urを画定する壁面52から復路Crに向けて突出し、又、Uターン路Urの幅方向Wに亘って伸長する畝状に形成されている。
また、突出壁53は、復路Crの領域でかつ往路Gr側に偏倚した領域に形成されている。
そして、突出壁53は、Uターン路Urにおいて、復路Crに流れ込む第1流体を内側寄り(往路Grに近い側)に指向させるようになっている。
特に、突出壁53が畝状に形成されることで、簡単な形態を採用しつつも、第1流体を復路の外側だけでなく内側に亘って均一に流れるように指向させることができる。これにより、第1流体と第2流体との間での熱交換効率を高めることができる。
したがって、第1流体がエンジンの排気ガス及び第2流体が冷却水の場合は、排気ガスを効率良く冷却することができる。
そして、フランジ部材60は、ケースフランジ部14の当接面14aに当接する当接面61、カバーフランジ部24の当接面24aに当接する当接面62、仕切り壁63、仕切り壁64、締結用のボルトを通す6個の貫通孔65を備えている。
仕切り壁64は、二つの通路部材30,30の他方側の開口部の縁に接合されて、二つの通路部材30,30の間の通路R2を入口通路21及び出口通路22から遮断するように形成されている。
したがって、例えば、第1流体が高温流体及び第2流体が低温流体の場合、第1通路ユニットUを流れる第1流体は、第2流体との熱交換により、体積が膨張した状態から収縮した状態となるため、圧力損失を低減しつつ、熱交換効率を高めることができる。
二つの通路部材30、スペーサ部材40、ヘッダー部材50、フランジ部材60を別々に形成する。
その後、二つの通路部材30の一方側に、スペーサ部材40を挟み込んで接合しつつ、ヘッダー部材50を接合する。
続いて、二つの通路部材30の他方側に、フランジ部材60を接合するだけで、第1通路ユニットUの組付けが完了する。
このように、部品点数の削減、製造工程の簡素化等を達成しつつ、第1通路ユニットUを容易に形成することができる。
外側ケース10、ケースカバー20、第1通路ユニットUを準備する。
続いて、第1通路ユニットUを、外側ケース10の開口部12から収容部11に挿入する。そして、フランジ部材60をケースフランジ部14に当接させる。
続いて、ケースカバー20を、第1通路ユニットUのフランジ部材60に近づけ、カバーフランジ部24をフランジ部材60に当接させて、カバーフランジ部24とケースフランジ部14の間にフランジ部材60を挟み込む。
この状態において、外側ケース10のケースフランジ部14、第1通路ユニットUのフランジ部材60、及びケースカバー20のカバーフランジ部24のそれぞれの貫通孔24b、65、14bにボルトを通してナットと螺合する。
これにより、第1通路ユニットUを外側ケース10内の所定の位置に位置決めしつつ、熱交換装置Mの組付けが完了する。
また、第1通路ユニットUを外側ケース10に挿入しつつ、第1通路ユニットUのフランジ部材60を外側ケース10のケースフランジ部14に当接させて位置決めすることにより、第1通路ユニットUと外側ケース10の間に形成される隙間を、第2流体の通路R2として容易に形成することができる。
第2流体は、外側ケース10の導入口15aから外側ケース10内に導入される。そして、外側ケース10と第1通路ユニットUにより画定される通路R2を経て、外側ケース10の導出口16aから導出される。
ここで、入口通路21の段差部25により渦が生じ、第1流体は撹拌作用を受ける。
続いて、第1流体は、往路Grを流れてUターン路Urに至り、180度方向変換させられて復路Crに流れ込む。
そして、第1流体は、復路Crを通過し、ケースカバー20の出口通路22を経て、出口22aから外部に排出される。
この熱交換装置MがエンジンのEGRシステムに適用される場合、第1流体としての排気ガスを、第2流体としての冷却水により効率良く冷却することができる。
上記実施形態においては、突出壁として畝状をなす突出壁53を示したが、これに限定されるものではなく、複数の突出壁からなる他の形態をなすものを採用してもよい。
上記実施形態においては、外側ケース10がケースフランジ部14を有し、第1通路ユニットUがフランジ部材60を有し、ケースカバー20がカバーフランジ部24を有する構成を示したが、これに限定されるものではなく、相互に連結及び位置決めする構成であれば、その他の形態及び構造を採用してもよい。
上記実施形態においては、第1流体として排気ガス、第2流体として冷却水を示したが、これに限定されるものではなく、その他の流体を適用することができる。
10 外側ケース
R2 第2流体の通路
W 幅方向
11 収容部
12 開口部
13 閉塞部
14 ケースフランジ部
15a 導入口
16a 導出口
20 ケースカバー
21a 入口
22a 出口
23 仕切り壁
24 カバーフランジ部
25 段差部
U 第1通路ユニット
R1 第1流体の通路
Gr 往路
Ur Uターン路
Cr 復路
30 通路部材
31 通路半体
31´ 外壁
31a、31a´ フィン
40 スペーサ部材
50 ヘッダー部材
52 壁面
53 突出壁(指向部)
60 フランジ部材
63,64 仕切り壁
Claims (13)
- 複数のフィンを含むと共に、往路、Uターン路、及び復路により第1流体を通す通路を形成する第1通路ユニットと、
一端側から挿入される前記第1通路ユニットを収容する収容部を有すると共に前記第1通路ユニットと協働して第2流体を通す通路を形成する外側ケースと、
前記第1流体の入口及び出口を画定すると共に前記外側ケースの開口部に連結されるケースカバーと、を備え、
前記第1通路ユニットは、前記Uターン路において、前記復路に流れ込む第1流体を内側寄りに指向させる指向部を有する、
ことを特徴とする熱交換装置。 - 前記指向部は、前記Uターン路の内壁面から前記復路に向けて突出する突出壁として形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換装置。 - 前記突出壁は、前記Uターン路の幅方向に亘って伸長する畝状に形成されている、
ことを特徴とする請求項2に記載の熱交換装置。 - 前記外側ケースは、前記第2流体を導入するべく前記開口部の近傍に設けられた導入口と、前記第2流体を導出するべく前記開口部と反対側の閉塞部の近傍に設けられた導出口を有する、
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれか一つに記載の熱交換装置。 - 前記第1通路ユニットは、複数のフィンを有し前記往路及び復路を直線状に画定する通路部材と、前記通路部材の一方側の開口部を覆うと共に前記Uターン路を形成するヘッダー部材と、前記通路部材の他方側の開口部を前記往路と前記復路に仕切る仕切り壁を有するフランジ部材と、を含む、
ことを特徴とする請求項1ないし4いずれか一つに記載の熱交換装置。 - 前記外側ケースは、前記フランジ部材を当接させて連結するべく、前記開口部の周りに形成されたケースフランジ部を有する、
ことを特徴とする請求項5に記載の熱交換装置。 - 前記ケースカバーは、前記ケースフランジ部に対して、前記フランジ部材を挟み込んで連結されるカバーフランジ部を有する、
ことを特徴とする請求項6に記載の熱交換装置。 - 前記ヘッダー部材は、前記通路部材を内側に嵌め込むように形成されている、
ことを特徴とする請求項5ないし7いずれか一つに記載の熱交換装置。 - 前記通路部材は、断面が櫛状をなすように複数のフィンが一体成型された二つの通路半体を互いに突き合わせて形成されている、
ことを特徴とする請求項5ないし8いずれか一つに記載の熱交換装置。 - 前記第1通路ユニットは、複数の前記通路部材と、前記複数の通路部材の間に介在して前記第2流体の通路を画定するスペーサ部材を含む、
ことを特徴とする請求項5ないし9いずれか一つに記載の熱交換装置。 - 前記ケースカバーは、前記入口の近傍領域において、急拡大する段差部を含む、
ことを特徴とする請求項1ないし10いずれか一つに記載の熱交換装置。 - 前記往路の通路面積は、前記復路の通路面積よりも大きく設定されている、
ことを特徴とする請求項1ないし11いずれか一つに記載の熱交換装置。 - 前記第1通路ユニットは、アルミニウム材料を用いて形成されている、
ことを特徴とする請求項1ないし12いずれか一つに記載の熱交換装置。
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