JP5695513B2 - 熱交換ユニット - Google Patents

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、熱交換器通路を熱交換器側に延設し、熱交換器通路の端部を熱交換器の外側までオーバーラップさせているので、熱交換器通路の端部を熱交換器に溶接した場合には、溶接する時の熱が熱交換器通路に伝達し、熱交換器通路が変形する、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、熱交換器通路を熱交換器に溶接した場合に、熱交換通路の変形を抑制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い、外周壁で囲まれた熱交換器と、熱交換器のみを収容するケースと、熱交換器に流体を導入するバルブケースと、熱交換器と並列に配置されたバイパス部とを備える熱交換ユニットであって、バルブケースは、熱交換器に流体を導入する導入部と、熱交換器側の導入部の端部から導入部と交差する方向に延設される連結部と、連結部の延設方向と交差する方向であり、ケース側の連結部の端部から熱交換器側に向けて延設され、ケースに溶接される溶接部とを備え、溶接部とケースとを溶接固定し、ケースの開口部の端部は、バイパス部の外壁に接合されることを特徴とする。

この態様によると、溶接部をケースに溶接した場合に、導入部への熱伝達を抑制することができ、導入部の変形を抑制することができる。

本実施形態の熱交換ユニットの斜視図である。 本実施形態の熱交換ユニットの分解斜視図である。 導入部と連結部と溶接部との関係を示す断面図である。

本発明の第１実施形態における熱交換ユニットについて図１、図２を用いて説明する。図１は熱交換ユニット１の斜視図である。図２は熱交換ユニット１の分解斜視図である。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。
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。

熱交換部２は、熱交換器１４と、ケース１５とを備える。

熱交換器１４は、流入した排気ガスと冷媒導入路１６から導入された冷媒との間で熱交換を行う。熱交換器１４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１７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。

ケース１５は、熱交換器１４を収容する。ケース１５は、バルブ部４側から見た場合に、開口部１８がバイパス部３側に位置する略コの字状となる。

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を流れる排気ガスは、熱交換器１４において冷媒と熱交換を行わずに外部へ排出される。バイパス部３は、バルブ部４側から見た場合に略Ｄ字状となる。ケース１５の開口部１８の端部がバイパス部３の外壁に接合され、熱交換部２とバイパス部３とが一体化される。

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し、エンジン側の排気管から排気ガスが導入される。

フラッパー７は、バルブケース６に設けた孔１２に挿入されたバルブ軸１３に連結し、バルブ軸１３の軸芯を中心としてバルブケース６内を回動する。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が回動することで、バルブ部４に流入する排気ガスの流れは、熱交換部２側またはバイパス部３側に選択的に切り替えられる。具体的には、フラッパー７が熱交換部２側に回動すると、フラッパー７は、バルブケース６に設けた第１突出部（図示せず）に当接し、バルブケース６内に流入した排気ガスはフラッパー７によって熱交換部２への流入が妨げられ、バイパス部３へ流入する。また、フラッパー７がバイパス部３側に回動すると、フラッパー７は、バルブケース６に設けた第２突出部（図示せず）に当接し、バルブケース６内に流入した排気ガスはフラッパー７によってバイパス部３への流入が妨げられ、熱交換部２へ流入する。

バルブケース６は、導入部９と、連結部１０と、溶接部１１とを備える。

導入部９は、フラッパー７によって流れ方向を選択された排気ガスを熱交換部２またはバイパス部３に導く。導入部９は、図３に示すように熱交換部２側の端部の内壁９ａと熱交換器１４のガス流路の内壁１４ａとの位置が一致するように形成される。つまり、熱交換部２側から導入部９を見た場合に、導入部９の端部の内壁９ａが、熱交換器１４の内壁１４ａと一致するように導入部９は形成されている。

連結部１０は、熱交換部２側の導入部９の端部から導入部９と交差する方向であり、熱交換部２側の導入部９の端部よりも外側に向けて直線状に延設される。連結部１０には熱交換器１４およびケース１５の端部が当接し、連結部１０は、バルブケース６と熱交換部２とを一体化する場合にはバルブケース６と熱交換部２との位置決めの役割を果たす。

溶接部１１は、外側に位置する連結部１０の端部から連結部１０の延設方向と交差する方向、具体的には直交する方向であり、連結部１０の端部からケース１５に沿って延設される。溶接部１１はケース１５に溶接される。これによって、バルブケース６と熱交換部２とが一体化される。

導入部９と連結部１０との断面、および連結部１０と溶接部１１との断面は、それぞれ図３に示すように略Ｌ字状となる。

バルブケース６は、プレス成型によって導入部９、連結部１０および溶接部１１が形成される。

ディフューザ部５は、フランジ２５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流入させる。

次に本実施形態の作用について説明する。

本実施形態では、バルブケース６に略Ｌ字状となる連結部１０および溶接部１１を形成し、溶接部１１をケース１５に溶接する。溶接部１１とケース１５とを溶接すると溶接部１１付近の温度が高くなるが、溶接部１１と連結部１０とは略Ｌ字状に形成されているので、連結部１０および導入部９への熱伝達が抑制される。さらに、連結部１０と導入部９とも略Ｌ字状に形成されているので、導入部９への熱伝達がさらに抑制される。

本実施形態の効果について説明する。

導入部９と溶接部１１との間に、導入部９および溶接部１１に交差するように連結部１０を設けることで、溶接部１１をケース１５に溶接する際の導入部９への熱伝達を抑制することができ、熱による導入部９の変形を抑制することができる。導入部９が変形すると、フラッパー７の動作が悪くなるおそれがあるが、本実施形態では、導入部９の変形を抑制することで、フラッパー７の動作を正確に行うことができ、製造コストを抑制することができる。

本実施形態を用いずに、熱交換部側の導入部の端部の内壁が、熱交換器のガス流路の内壁よりも外側に位置する場合には、導入部から熱交換器のガス流路へ流入する際の流路抵抗が大きくなる。これにより、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が大きくなり、エンジンの燃費が悪くなる。

本実施形態では、熱交換部２側の導入部９の端部の内壁９ａと、熱交換器１４のガス流路の内壁１４ａとを一致させることで、流路抵抗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。

また、導入部９を流れる排気ガスは熱交換部２側の導入部９の端部付近で滞留することなく、熱交換器１４に流入する。そのため、高温の排気ガスが滞留することによる導入部９の熱変形を抑制することができる。

また、熱交換部２側における導入部９の長さを短くすることができる。

このように本実施形態では、温度が高い排気ガスを熱交換器１４に流入させることができ、熱交換器１４における冷媒への熱伝達量を大きくすることができ、熱交換器１４における熱回収量を大きくすることができる。

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。

なお、熱交換部２側の端部の内壁９ａが、熱交換器１４のガス流路の内壁１４ａよりも内側に位置するように形成してもよい。

また、連結部１０は直線状でなくてもよく、例えば断面が円弧、Ｓ字状となる形状であってもよく、溶接部１１から導入部９への熱伝達を抑制できればよい。

これらによっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

１ 熱交換ユニット
２ 熱交換部
６ バルブケース
９ 導入部
９ａ 内壁
１０ 連結部
１１ 溶接部
１４ 熱交換器
１４ 内壁
１５ ケース

Claims (3)

1. 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い、外周壁で囲まれた熱交換器と、
   前記熱交換器のみを収容するケースと、
   前記熱交換器に前記流体を導入するバルブケースと、
   前記熱交換器と並列に配置されたバイパス部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、
   前記熱交換器に前記流体を導入する導入部と、
   前記熱交換器側の前記導入部の端部から前記導入部と交差する方向に延設される連結部と、
   前記連結部の延設方向と交差する方向であり、前記ケース側の前記連結部の端部から前記熱交換器側に向けて延設され、前記ケースに溶接される溶接部とを備え、
   前記溶接部と前記ケースとを溶接固定し、
   前記ケースの開口部の端部は、前記バイパス部の外壁に接合されることを特徴とする熱交換ユニット。
2. 請求項１に記載の熱交換ユニットであって、
   前記熱交換器側から前記バルブケースを見た場合に、前記熱交換器側の前記導入部の端部の内壁と、前記熱交換器の流体流路の内壁とは一致することを特徴とする熱交換ユニット。
3. 請求項１に記載の熱交換ユニットであって、
   前記熱交換器側の前記導入部の端部の内壁は、前記熱交換器の流体流路の内壁よりも内側に位置することを特徴とする熱交換ユニット。

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