JP5967300B2 - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器 Download PDF

Info

Publication number
JP5967300B2
JP5967300B2 JP2015515674A JP2015515674A JP5967300B2 JP 5967300 B2 JP5967300 B2 JP 5967300B2 JP 2015515674 A JP2015515674 A JP 2015515674A JP 2015515674 A JP2015515674 A JP 2015515674A JP 5967300 B2 JP5967300 B2 JP 5967300B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
flow
heat exchange
exchange body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2015515674A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2014181404A1 (ja
Inventor
翔 冨田
翔 冨田
黒木 錬太郎
錬太郎 黒木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Application granted granted Critical
Publication of JP5967300B2 publication Critical patent/JP5967300B2/ja
Publication of JPWO2014181404A1 publication Critical patent/JPWO2014181404A1/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/32Liquid-cooled heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/003Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/04Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0425Air cooled heat exchangers
    • F02B29/0431Details or means to guide the ambient air to the heat exchanger, e.g. having a fan, flaps, a bypass or a special location in the engine compartment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0437Liquid cooled heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • F02B29/045Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0462Liquid cooled heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • F02B29/045Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0475Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly the intake air cooler being combined with another device, e.g. heater, valve, compressor, filter or EGR cooler, or being assembled on a special engine location
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0082Charged air coolers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

本発明は、熱交換器に関する。
従来、種々の熱交換器が知られている。例えば、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1には、複数のハニカム構造体が第二の流体が流通するための間隔を互いに有した状態で積層された態様が開示されている。
国際公開2011/071161号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示された複数のハニカム構造体を積層した態様のように、ハニカム構造体、すなわち、熱交換体を複数配置した構成とする場合、その配置によっては、冷媒が滞留したり、沸騰したりする可能性がある。具体的に、熱交換体と冷媒の入口及び出口との関係や冷媒の取り回し如何によっては、冷媒の滞留、沸騰が懸念される。冷媒の滞留や沸騰が生じると、冷却効率が低下する。上記特許文献1では、これらの点で、改良の余地を有していた。
そこで、本明細書開示の熱交換器における良好な冷却性能を得ることを課題とする。
かかる課題を解決するために、本明細書に開示された熱交換器は、並列に配置され、それぞれ内部に冷却対象となる流体が同一方向に流通する複数の熱交換体と、前記熱交換体の周囲に冷媒を流通させる冷媒通路を前記熱交換体毎に形成するハウジングと、前記熱交換体における前記冷却対象となる流体の流通方向に沿った一端側に対応する位置に設けられた冷媒導入部及び冷媒排出部と、前記熱交換体における前記冷却対象となる流体の流通方向に沿った他端側に対応する位置に前記冷媒通路同士を連通させる連通部を残して前記熱交換体毎に形成された冷媒通路を分断する仕切部と、前記連通部の流路面積を拡大する流路面積拡大部と、を、備える。
これにより、冷媒の滞留を抑制し、熱交換器における良好な冷却性能を得ることができる。
前記冷媒導入部及び前記冷媒排出部は、前記熱交換体における前記冷却対象となる流体の流通方向下流側に設けるようにしてもよい。冷媒導入部及び冷媒排出部をこのような配置とすることにより、冷媒は、冷却対象となる流体の流れの下流側から導入され、上流側で折り返し、再び下流側に流れて排出される。冷媒がこのような経路を辿ることにより、冷媒導入部より導入されたより温度が低い冷媒の流れを、冷却対象となる流体の流れに対する対向流とすることができ、冷却効率を高めることができる。また、冷媒が高温となる冷媒排出部近傍において、冷却対象となる流体の温度が低くなっていることにより、熱交換器内での冷媒の沸騰を抑制することができる。
前記冷媒通路に前記冷媒の整流を行う冷媒案内部を配置してもよい。冷媒案内部は、前記それぞれの熱交換体の周囲に螺旋状に配置するようにしてもよい。冷媒を効率よく流通させることにより、冷却効率を高めることができる。
前記冷媒通路の流路面積、前記連通部の流路面積、前記冷媒導入部の流路面積及び前記冷媒排出部の流路面積を一致させることができる。冷媒が通過する各部の流路面積を一致させることで、冷媒の圧力損失が極端に大きくなる箇所が出現することを回避して冷却効率を向上することができる。
前記仕切部は、空気抜き部を備えることができる。冷媒通路の一部に空気が混入すると、その空気が溜まった部分が冷媒から露出し、露出部分が高温となる可能性がある。空気抜き部を備えることにより、露出部分の出現を回避することができる。
また、前記冷媒導入部は、前記熱交換体に対しオフセットさせて設けてもよい。これにより、冷媒の旋回流を創出することができる。
前記冷媒導入部に近い側に配置された前記熱交換体への前記冷却対象となる流体の流入量を他の熱交換体への前記冷却対象となる流体の流入量よりも多くすることができる。冷媒導入部に近い位置ほど、冷媒の温度が低く、冷却能力が高い状態となる。このため、より冷却能力が高い側へ、より多くの冷却対象を流入させることにより、熱交換器としての冷却効率を向上させることができる。
本明細書開示の熱交換器によれば、熱交換器における良好な冷却性能を得ることができる。
図1(A)は第1実施形態のEGRクーラを背面側から観た斜視図であり、図1(B)は第1実施形態のEGRクーラを正面側から観た斜視図である。 図2は第1実施形態のEGRクーラの内部を模式的に示す説明図である。 図3は分解された第1実施形態のEGRクーラの主要部を示す説明図である。 図4は図2におけるA−A線断面図である。 図5(A)〜(C)はそれぞれ、比較例における冷却水の流通状態を模式的に示す説明図である。 図6は第1実施形態のEGRクーラ内を冷却水が螺旋状に流通する様子を模式的に示す説明図である。 図7(A)は図6におけるB1−B1線断面図であり、図7(B)は図7(A)に対応する比較例の断面図である。 図8(A)は図6におけるB2−B2線断面図であり、図8(B)は図8(A)に対応する比較例の断面図である。 図9は比較例の断面図である。 図10は第2実施形態のEGRクーラの内部を模式的に示す説明図である。 図11(A)は第2実施形態のEGRクーラにおける流路面積を示し、図11(B)は比較例2おける流路面積を示す説明図である。 図12は第2実施形態のEGRクーラにおける各部の流路面積を示す説明図である。 図13は第3実施形態のEGRクーラを模式的に示す説明図である。 図14は第4実施形態のEGRクーラを模式的に示す説明図である。 図15は第5実施形態のEGRクーラを模式的に示す説明図である。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。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。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。
(第1実施形態)
まず、図1乃至図9を参照して、第1実施形態のEGRクーラ1について説明する。EGRクーラ1は、熱交換器の一例であり、本明細書開示の熱交換器は、種々の流体を冷却対象とすることができる。第1実施形態におけるEGRクーラ1は、内燃機関に装備される排気再循環装置に組み込まれる。従って、第1実施形態における冷却対象となる流体は、EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスとなる。
図1(A)は第1実施形態のEGRクーラ1を背面側から観た斜視図であり、図1(B)は第1実施形態のEGRクーラ1を正面側から観た斜視図である。図2は第1実施形態のEGRクーラ1の内部を模式的に示す説明図である。図3は分解された第1実施形態のEGRクーラ1の主要部を示す説明図である。図4は図2におけるA−A線断面図である。図5(A)〜(C)はそれぞれ、比較例における冷却水の流通状態を模式的に示す説明図である。
図1や図2を参照すると、EGRクーラ1は、2本の並列に配置された熱交換体、すなわち、第1熱交換体2及び第2熱交換体3を備える。第1熱交換体2、第2熱交換体3には、それぞれ、冷却対象となる流体、すなわち、本実施形態では、EGRガスが通過する。EGRガスの流通方向は同一方向である。第1熱交換体2及び第2熱交換体3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、熱交換体として好適である。第1熱交換体2及び第2熱交換体3は、同一物であり、それぞれ、円筒状に成形されており、EGRガスが通過できるように通路が形成されている。第1熱交換体2及び第2熱交換体3は、後に詳説する第1冷媒通路11、第2冷媒通路12内を流通する冷却水と熱交換することができる。これにより、EGRガスが冷却される。なお、熱交換体の数は、2本に限られるものでなく、さらに多くの本数を装備することもできる。また、熱交換体の形状は、円筒状に限られず、他の形状を採用することもできる。
EGRクーラ1は、熱交換体の周囲に冷媒を流通させる冷媒通路を熱交換体毎に形成するハウジング4を備える。具体的に、ハウジング4は、第1熱交換体2の周囲に第1冷媒通路11を形成し、第2熱交換体3の周囲に第2冷媒通路12を形成する。ハウジング4は、ステンレス(SUS)製である。図3を参照すると、ハウジング4は、第1半割部材4aと第2半割部材4bとを組み合わせてそのおおよその外形形状をなす。第1半割部材4aは、第1熱交換体2の周囲に位置することとなる第1湾曲部4a1と第2熱交換体3の周囲に位置することとなる第2湾曲部4a2とを備えている。同様に、第2半割部材4bは、第1熱交換体2の周囲に位置することとなる第1湾曲部4b1と第2熱交換体3の周囲に位置することとなる第2湾曲部4b2とを備えている。第2半割部材4bの第1湾曲部4b1には、後に詳説する冷媒導入部6が設けられている。また、第2半割部材4bの第2湾曲部4b2には、冷媒排出部7が設けられている。冷媒導入部6には、冷媒導入口6aが形成されている。冷媒排出部7には、冷媒排出口7aが形成されている。なお、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。
第1半割部材4aと第2半割部材4bとは、2本の筒状部が形成されるように対向させて組み合わされ、ハウジング4を形成する。ハウジング4内には、第1熱交換体2及び第2熱交換体3が収納される。ハウジング4の両端部には、それぞれ、2個の環状部分を繋げた形状のリング部材8が装着されている。これにより、第1熱交換体2及び第2熱交換体3がハウジング4に支持されると共に、冷却水の漏れが止められる。
第1熱交換体2及び第2熱交換体3がハウジング4内に収納され、リング部材8で支持されることにより、第1冷媒通路11及び第2冷媒通路12が形成される。このままの状態であると、第1冷媒通路11及び第2冷媒通路12は、第1熱交換体2及び第2熱交換体3の長手方向のほぼ全域において、連通した状態となる。本実施形態のEGRクーラ1では、第1冷媒通路11と第2冷媒通路12とを分断する仕切部を形成する板状のセパレータ10を装備している。なお、仕切部を形成するために、第1半割部材4a及び第2半割部材4bの形状を変更することもできる。具体的に、第1半割部材4aと第2半割部材4bとを組み合わせたときに、仕切部が形成されるようにしてもよい。
図2を参照すると、セパレータ10は、EGRガスの排出側に寄せて装着される。すなわち、セパレータ10は、EGRガスの流通方向上流側に第1冷媒通路11と第2冷媒通路12とを連通させる連通部13を形成する状態で第1熱交換体2と第2熱交換体3との間に配置されている。このようにセパレータ10は、第1冷媒通路11と第2冷媒通路12とを分断するものであるが、一部に連通部13を残した状態でハウジング4内に装着されている。
EGRクーラ1は、上述のごとく、ハウジング4に冷媒導入部6及び冷媒排出部7を備える。冷媒導入部6及び冷媒排出部7はEGRガスの流通方向に沿った一端側に対応する位置に設けられている。すなわち、冷媒導入部6及び冷媒排出部7は、EGRガスの流通方向の同一の端部に設けられている。本実施形態では、冷媒導入部6及び冷媒排出部7は、共にEGRガスの流通方向下流側に設けられている。本実施形態では、連通部13がEGRガスの流通方向上流側に設けられている。このため、本実施形態における冷媒たる冷却水は、EGRガスの流通方向下流側から導入され、EGRガスの流通方向上流側に向かって流れる。そして、EGRガスの流通方向上流側において流通方向が折り返され、EGRガスの流通方向下流側で排出される。冷媒導入部6は、下側に位置し、冷媒排出部7は、上側に配置されている。なお、冷媒導入部6及び冷媒排出部7は、共にEGRガスの流通方向上流側に設けるようにしてもよい。
ここで、連通部13と、冷媒導入部6及び冷媒排出部7との位置関係について説明する。上述のように、冷媒導入部6及び冷媒排出部7はEGRガスの流通方向に沿った一端側に対応する位置に設けられている。これに対し、連通部13はEGRガスの流通方向に沿った他端側に対応する位置に設けられている。これにより、並列に配置された第1熱交換体2、第2熱交換体3に沿って冷却水を流通させることができる。
図4を参照すると、EGRクーラ1は、連通部13の流路面積を拡大する流路面積拡大部5aを備える。流路面積拡大部5aは、図1に明確に表されているように、ハウジング4の背面側に設けられた凸部5によって形成されている。図3、図4に明確に表されているように、凸部5をハウジング4の内側から見ると、凹状の流路面積拡大部5aが形成されていることがわかる。この流路面積拡大部5aは、連通部13の位置に対応されて設けられている。これにより、冷却水の滞留が抑制され、第1冷媒通路11から第2冷媒通路12への冷却水の流入がスムーズになる。
図1や図3では、省略されているが、EGRクーラ1は、その上流側端部及び下流側端部にそれぞれコーン状の部材を備える。具体的に、EGRガスの流通方向上流側に上流側コーン部材9aを備える。EGRガスの流通方向下流側に下流側コーン部材9bを備える。上流側コーン部材9aは、ハウジング4内の第1熱交換体2及び第2熱交換体3にEGRガスを導入する導入部となる部材である。下流側コーン部材9bは、ハウジング4内の第1熱交換体2及び第2熱交換体3からEGRガスを排出する排出部となる部材である。上流側コーン部材9a及び下流側コーン部材9bは、それぞれ、径の大きい側がハウジング4の端部を覆うようにしてハウジング4にろう付けにより接合される。
以上が、本実施形態のEGRクーラ1の概略構成である。EGRクーラ1は、上述のように、EGRガスの流通方向下流側から上流側に向かって冷却水が導入される。そして、冷却水は上流側において折り返され、再び下流側に向かって流れ、下流側で排出される。冷却水がこのような経路を辿ることにより、冷媒導入部6より導入されたより温度が低い冷却水の流れを、EGRガスの流れに対する対向流とすることができる。これによりEGRクーラの冷却効率を高めることができる。冷却効率が向上すれば、冷却水が沸騰し易くなるが、冷却水の温度が高温となる冷媒排出部7付近のEGRガス温度が低くなることから冷却水の沸騰を抑制することができる。以上のようなEGRクーラ1の特性につき、図5(A)〜(C)を参照し、比較例を示しつつ説明する。
まず、図5(A)を参照すると、EGRクーラ100は、EGRガスの流通方向下流側に冷媒導入部106を備えるとともに、EGRガスの流通方向上流側に冷媒排出部107を備える。冷媒導入部106及び冷媒排出部107は、いずれも図面上、上側に位置している。そして、第1実施形態のEGRクーラ1とは異なり、セパレータ10を備えていない。このようなEGRクーラ100における冷却水は、下側に位置する第1熱交換体2の周囲に到達しにくい。すなわち、冷媒導入部106から導入された冷却水の流れのうち、冷媒排出部107に向かう流れが強くなり、冷却水は、第1熱交換体2の周囲に到達しにくい。その結果、図中、X1で示す領域に冷却水の流れの淀みが生じ易く、十分な冷却効率が発揮されづらい状態となる。
つぎに、図5(B)を参照すると、EGRクーラ110は、EGRガスの流通方向下流側に冷媒導入部116を備えるとともに、EGRガスの流通方向上流側に冷媒排出部117を備える。セパレータ10も装備されていない。そして、冷媒導入部116は図面上、上側に位置しているのに対し、冷媒排出部117は図面上、下側に位置している。従って、冷媒導入部116と冷媒排出部117とは、EGRクーラ110の対角線上に配置された状態とされている。このようなEGRクーラ110における冷却水は、第1熱交換体2の下流側周辺や第2熱交換体3の上流側周辺に到達しにくい。すなわち、冷媒導入部116から導入された冷却水の流れのうち、冷媒排出部117に向かう流れが強くなり、第1熱交換体2の下流側や第2熱交換体3の上流側の周囲に到達しにくい。その結果、図中、X2、X3で示す領域に冷却水の流れの淀みが生じ易く、十分な冷却効率が発揮されづらい状態となる。
つぎに、図5(C)を参照すると、EGRクーラ120は、EGRガスの流通方向上流側に冷媒導入部126及び冷媒排出部127を備える。そして、セパレータ10が装備されている。しかしながら、セパレータ10は、EGRガスの流通方向上流側に寄せて装着されており、下流側に連通部が形成されている。すなわち、第1実施形態のEGRクーラ1と冷媒導入部、冷媒排出部及び連通部の配置が入れ替わった態様となっている。冷媒排出部127から排出される冷却水は、すでにEGRクーラ120内を循環し、熱交換された後の状態となっているため、温度が高くなっている。このように高温となっている冷却水と上流側コーン部材9aを通じて導入される高温のEGRガスとを熱交換させることとなり、冷却水の沸騰が起こり易いため、効果的な冷却の面からは、改良の余地があるといえる。
以上のように、比較例においては、淀みの発生等の面で改良の余地があり、第1実施形態のEGRクーラ1による冷却が効果的であることが理解される。
以下、このようなEGRクーラ1の各部における冷却水の流通状態について、適宜、比較例を示しつつ説明する。
まず、図6を参照すると、冷媒は、螺旋状に流れることがわかる。すなわち、冷媒導入部6からハウジング4内に導入された冷却水は、図中、矢示14a、14b及び14cで示すように第1冷媒通路11内を螺旋状に流れる。そして、冷却水は、連通部13を通じて第2冷媒通路12内へ流入し、第2冷媒通路12においても、図中、矢示15a、15b及び15cで示すように螺旋状に流通する。第1冷媒通路11と第2冷媒通路12とは、セパレータ10によって仕切られているため、各通路内で螺旋状の流れを形成することができる。冷却水は、螺旋状に流れることにより、第1熱交換体2及び第2熱交換体3の外周壁に沿って流れることができ、淀みが極力抑制される。これにより、冷却性能を向上させることができる。
また、図7(A)を参照すると、冷媒導入部6は、第1熱交換体2に対しオフセットさせて設けられている。具体的に冷媒導入部6は、第1熱交換体2の側方に位置し、さらに、第1熱交換体2の中心軸よりもずらした位置に設けられている。このため、導入された冷却水は、導入時点で旋回流を形成することができる。一旦、形成された旋回流は、上述のように、第1冷媒通路11及び第2冷媒通路12内で螺旋状に流れることができる。また、冷媒排出部7も第2熱交換体3に対してオフセットさせて設けられている。具体的に冷媒排出部7は、第2熱交換体3の側方に位置し、さらに、第2熱交換体3の中心軸よりもずらした位置に設けられている。これにより、螺旋状に流れてきた冷却水は、スムーズにハウジング4の外部へ排出される。これに対し、図7(B)に示す比較例のEGRクーラ20では、冷媒導入部26は、第1熱交換体2の中心部と一致させて設けられている。また、冷媒排出部17も第2熱交換体3の中心部と一致させて設けられている。このため、冷媒導入部26から導入された冷却水は、第1熱交換体2に衝突し易く、圧力損失を生じ易い。また、冷媒排出部27においても、第2熱交換体3の周囲を両側から回り込む状態で流れてくる冷却水同士が衝突し易く、ここでも圧力損失を生じ易い。第1実施形態のEGRクーラ1であれば、これらの不都合を回避することができる。
つぎに、図8(A)を参照すると、本実施形態のEGRクーラ1は、連通部13に距離Lが確保され、流路面積拡大部5aが形成されているため、螺旋状の旋回流を第1冷媒通路11から第2冷媒通路12へスムーズに誘導することができる。すなわち、連通部13における圧力損失の発生を抑制することができる。これに対し、図8(B)に示す比較例のEGRクーラ30では、連通部において何らの対策もとられておらず、絞り31が形成されている。この結果、冷却水のスムーズな移行が妨げられ、圧力損失も発生する。第1実施形態のEGRクーラ1であれば、これらの不都合を回避することができる。なお、図9に示すように、連通部位外の箇所、すなわち、セパレータ41が配置されている箇所にも流路面積拡大部41aを形成すると、図中、X4やX5で示す領域で旋回流を形成し難く、軸方向に沿った流れになり易い。一部にでもこのような箇所が存在していると、螺旋状の流れが途切れる。この結果、スムーズな冷却水の流通が妨げられる。
(第2実施形態)
つぎに、第2実施形態について、図10乃至図12を参照しつつ説明する。第2実施形態のEGRクーラ50は、以下の点で、第1実施形態のEGRクーラ1と異なる。すなわち、第2実施形態のEGRクーラ50は、第1冷媒通路11及び第2冷媒通路12に冷却水の整流を行う冷媒案内部16を備えている点で第1実施形態と異なっている。具体的に、冷媒案内部16は、第1熱交換体2及び第2熱交換体3のそれぞれの周囲に螺旋状に配置された針金状の部材によって形成されている。螺旋状に配置された冷媒案内部16を設けることにより、ハウジング4内に導入された冷却水の流速が遅く、慣性力が弱い場合であっても旋回流を形成することができる。これにより、淀みの発生を抑制することができる。また、配置幅(ピッチ)Wを保って配置される冷媒案内部16は、図11(A)に示すように流路断面積を小さくすることになるため、同量の冷却水が流通する場合に、流速を高めることができる。この結果、伝熱効率が高くなり、温度効率が向上する。なお、図11(B)は、冷媒案内部16を備えない場合の流路面積S1を示す。冷媒案内部16を備えない場合は、第1冷媒通路11又は第2冷媒通路12の環状の形状がそのまま、流路面積を律することとなり、図11(A)に示す冷媒案内部16を備えた場合の流路面積S2よりも大きくなる。換言すれば、冷媒案内部16を設けることにより、流路面積は、冷媒案内部16の配置幅、すなわち、ピッチWと熱交換体とハウジング4との隙間で律されることとなり、流路面積S2は流路面積S1よりも小さくすることができる。
ここで、第2実施形態のEGRクーラ50の各部の流路面積について図12を参照しつつ説明する。図12を参照すると、第1冷媒通路11及び第2冷媒通路12の流路面積は、S2で表されている。冷媒導入部6の流路面積、具体的に、冷媒導入口6aの面積はS3で表されている。冷媒排出部7の流路面積、具体的に、冷媒排出口7aの面積はS4で表されている。連通部13の流路面積、より具体的には、流路面積拡大部5aの流路面積はS5で表されている。これらの流路面積S2乃至S5は一致している。このように各部の流路面積を一致させることにより、局所的に圧力損失が発生しないように配慮されている。この結果、全体を通して、冷却水をスムーズに流すことができ良好な冷却性能を得ることができる。
(第3実施形態)
つぎに、第3実施形態につき、図13を参照しつつ説明する。図13は第3実施形態のEGRクーラ60を模式的に示す説明図である。第3実施形態のEGRクーラ60は、仕切部を形成するセパレータ10に空気抜き部61を備えている。冷媒通路の一部に空気が混入すると、その空気が溜まった部分が冷却水から露出し、露出部分が高温となる可能性がある。特に、本実施例のようにセパレータ10が配置され、第1冷媒通路11と第2冷媒通路12とが仕切られている場合、流路の角部となるような箇所に空気が溜まることが想定される。空気が溜まると、その箇所が冷却水からの露出部分となる。そこで、空気抜き部61を設ける。このとき、EGRクーラ60は、傾けて車両に搭載する。より具体的に、EGRクーラ60は、空気抜き部61が連通部13よりも上側に位置するように傾けて車両に搭載する。これにより、空気が直接冷媒排出部7側へ移動し、EGRクーラ60内から排出される。
(第4実施形態)
つぎに、第4実施形態のEGRクーラ70について図14を参照しつつ説明する。図14は第4実施形態のEGRクーラ70を模式的に示す説明図である。第4実施形態のEGRクーラ70は、冷媒導入部6に近い側に配置された熱交換体、すなわち、第1熱交換体2へのEGRガスの流入量を第2熱交換体3へのEGRガスの流入量よりも多くするものである。冷媒導入部6に近い位置ほど、冷媒の温度が低く、冷却能力が高い状態となる。このため、より冷却能力が高い側へ、より多くの冷却対象を流入させることにより、熱交換器としての冷却効率を向上させる。具体的に、上流側コーン部材79の形状を変更し、第1熱交換体2側へのEGRガスの流入量を増大させる。上流側コーン部材79の下縁79a1の長さを上縁79a2よりも長くすることによって上流側コーン部材97の内側の容積配分を変更する。すなわち、第1熱交換体2側の容積を広くし、より第1熱交換体2へEGRガスが流入し易い状態とする。これにより、より効果的にEGRガスを冷却することができる。
(第5実施形態)
つぎに、第5実施形態のEGRクーラ80について図15を参照しつつ説明する。図15は第5実施形態のEGRクーラを模式的に示す説明図である。第5実施形態のEGRクーラ80は、第4実施形態のEGRクーラ70と同様に、第1熱交換体2へのEGRガスの流入量を第2熱交換体3へのEGRガスの流入量よりも多くするものである。第5実施形態と第4実施形態とは、EGRガスの流入量を変更する手段が異なる。第5実施形態のEGRクーラ80は、第1熱交換体82の径Dinが第2熱交換体83の径Doutよりも大きい。すなわち、冷媒導入部6に近い側となる第1熱交換体82の径を第2熱交換体83の径よりも大きくすることより、第1熱交換体82で冷却するEGRガスの量を増大させる。これにより、より効果的にEGRガスを冷却することができる。
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、EGRクーラ以外の用途にも用いることができる。
1、50、60、70、80 EGRクーラ
2 第1熱交換体
3 第2熱交換体
4 ハウジング
5 凸部
5a 流路面積拡大部
6 冷媒導入部
7 冷媒排出部
8 リング部材
9a 上流側コーン部材
9b 下流側コーン部材
10 セパレータ
11 第1冷媒通路
12 第2冷媒通路
13 連通部

Claims (8)

  1. 並列に配置され、それぞれ内部に冷却対象となる流体が同一方向に流通する複数の熱交換体と、
    前記熱交換体の周囲に冷媒を流通させる冷媒通路を前記熱交換体毎に形成するハウジングと、
    前記熱交換体における前記冷却対象となる流体の流通方向に沿った一端側に対応する位置に設けられた冷媒導入部及び冷媒排出部と、
    前記熱交換体における前記冷却対象となる流体の流通方向に沿った他端側に対応する位置に前記冷媒通路同士を連通させる連通部を残して前記熱交換体毎に形成された冷媒通路を分断する仕切部と、
    前記連通部の流路面積を拡大する流路面積拡大部と、
    を、備える熱交換器。
  2. 前記冷媒導入部及び前記冷媒排出部は、前記熱交換体における前記冷却対象となる流体の流通方向下流側に設けられた請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記冷媒通路に前記冷媒の整流を行う冷媒案内部を配置した請求項1又は2に記載の熱交換器。
  4. 前記冷媒案内部は、前記それぞれの熱交換体の周囲に螺旋状に配置された請求項3に記載の熱交換器。
  5. 前記冷媒通路の流路面積、前記連通部の流路面積、前記冷媒導入部の流路面積及び前記冷媒排出部の流路面積を一致させた請求項1乃至4のいずれか一項に記載の熱交換器。
  6. 前記仕切部は、空気抜き部を備える請求項1乃至5のいずれか一項に記載の熱交換器。
  7. 前記冷媒導入部は、前記熱交換体に対しオフセットさせて設けられた請求項1乃至6のいずれか一項に記載の熱交換器。
  8. 前記冷媒導入部に近い側に配置された前記熱交換体への前記冷却対象となる流体の流入量を他の熱交換体への前記冷却対象となる流体の流入量よりも多くした請求項1乃至7のいずれか一項に記載した熱交換器。
JP2015515674A 2013-05-08 2013-05-08 熱交換器 Expired - Fee Related JP5967300B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2013/062952 WO2014181404A1 (ja) 2013-05-08 2013-05-08 熱交換器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5967300B2 true JP5967300B2 (ja) 2016-08-10
JPWO2014181404A1 JPWO2014181404A1 (ja) 2017-02-23

Family

ID=51866908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015515674A Expired - Fee Related JP5967300B2 (ja) 2013-05-08 2013-05-08 熱交換器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9874407B2 (ja)
JP (1) JP5967300B2 (ja)
CN (1) CN105247312B (ja)
DE (1) DE112013007041B4 (ja)
WO (1) WO2014181404A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101887743B1 (ko) * 2016-04-22 2018-08-10 현대자동차주식회사 차량의 배기 시스템 및 그 제어방법
DE102018109688A1 (de) * 2018-04-23 2019-10-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasrückführungsanordnung mit Wärmetauscher, Wärmetauscher und Brennkraftmaschine
JP7027247B2 (ja) * 2018-05-16 2022-03-01 本田技研工業株式会社 冷却器
JP7244251B2 (ja) * 2018-10-19 2023-03-22 株式会社ティラド 積層型熱交換器
KR20200118539A (ko) * 2019-04-08 2020-10-16 현대자동차주식회사 튜브-핀 어셈블리
JP2021020509A (ja) * 2019-07-25 2021-02-18 サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 熱媒体加熱装置
EP3828406A1 (en) * 2019-11-29 2021-06-02 Borgwarner Emissions Systems Spain, S.L.U. Heat exchanger device for egr systems
CN114111386A (zh) * 2021-12-01 2022-03-01 浙江银轮机械股份有限公司 Egr冷却器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58112870U (ja) * 1982-01-20 1983-08-02 株式会社日立製作所 横置式伝熱装置
JPH11241891A (ja) * 1998-02-25 1999-09-07 Tennex Corp 内燃機関のegrガスクーラ
JP2007093142A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Main Kk 分解可能な構造をもつ流路
JP2007132575A (ja) * 2005-11-09 2007-05-31 Rinnai Corp 小型熱交換器
JP2007211748A (ja) * 2006-02-13 2007-08-23 Toyota Motor Corp 熱交換器及び熱発電装置
WO2011071161A1 (ja) * 2009-12-11 2011-06-16 日本碍子株式会社 熱交換器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS629183A (ja) * 1985-07-04 1987-01-17 Kyocera Corp ハニカム熱交換器
FR2653544B1 (fr) * 1989-10-24 1992-02-14 Gaz De France Pompe a vapeur a echangeur air-produits de combustion a contre-courant sans fluide intermediaire.
JP3509563B2 (ja) * 1998-03-10 2004-03-22 トヨタ自動車株式会社 燃焼式ヒータを有する内燃機関
JP4247942B2 (ja) 1999-07-14 2009-04-02 臼井国際産業株式会社 Egrガス冷却装置
JP2003065147A (ja) 2001-08-23 2003-03-05 Yanmar Co Ltd 内燃機関のシリンダライナ冷却水通路構造
JP4324924B2 (ja) * 2004-09-28 2009-09-02 株式会社ティラド 熱交換器
JP5001752B2 (ja) 2007-08-28 2012-08-15 愛三工業株式会社 Egrクーラバイパス切替システム
US7774937B2 (en) * 2007-10-02 2010-08-17 Honeywell International Inc. Heat exchanger with divided coolant chamber
CN201250720Y (zh) * 2008-08-18 2009-06-03 潍坊恒安散热器集团有限公司 Egr冷却器
CN101650138A (zh) * 2009-07-03 2010-02-17 广州联合冷热设备有限公司 管壳式换热器
JP5506428B2 (ja) 2010-01-27 2014-05-28 住友精密工業株式会社 積層型熱交換器
JP5533715B2 (ja) 2010-04-09 2014-06-25 株式会社デンソー 排気熱交換装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58112870U (ja) * 1982-01-20 1983-08-02 株式会社日立製作所 横置式伝熱装置
JPH11241891A (ja) * 1998-02-25 1999-09-07 Tennex Corp 内燃機関のegrガスクーラ
JP2007093142A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Main Kk 分解可能な構造をもつ流路
JP2007132575A (ja) * 2005-11-09 2007-05-31 Rinnai Corp 小型熱交換器
JP2007211748A (ja) * 2006-02-13 2007-08-23 Toyota Motor Corp 熱交換器及び熱発電装置
WO2011071161A1 (ja) * 2009-12-11 2011-06-16 日本碍子株式会社 熱交換器

Also Published As

Publication number Publication date
CN105247312B (zh) 2017-03-22
JPWO2014181404A1 (ja) 2017-02-23
WO2014181404A1 (ja) 2014-11-13
DE112013007041T5 (de) 2016-01-21
CN105247312A (zh) 2016-01-13
US9874407B2 (en) 2018-01-23
DE112013007041B4 (de) 2021-10-28
US20160061535A1 (en) 2016-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5967300B2 (ja) 熱交換器
EP3415854B1 (en) Plate-type heat exchanger and heat-pump-type heating and hot-water supply system equipped with same
JP6075381B2 (ja) 熱交換器
US10202880B2 (en) Exhaust heat exchanger
JP6216118B2 (ja) 熱交換器
JP2009091948A (ja) Egrクーラ
US10094619B2 (en) Heat exchanger having arcuately and linearly arranged heat exchange tubes
JP2013122368A (ja) 車両用熱交換器
CN109642778B (zh) 空调单元
US8381804B2 (en) Twist vane counter-parallel flow heat exchanger apparatus and method
EP2990749B1 (en) Heat exchanger
JP2011196620A (ja) 沸騰冷却式熱交換器
KR20140088124A (ko) 가스, 특히 엔진 배기 가스용 열 교환기
JP2013122367A (ja) 車両用熱交換器
JP2010209878A (ja) Egrクーラ
JP2007085331A (ja) 排気還流ガス冷却装置
JP2012154580A (ja) 熱交換器
JP2010230213A (ja) 熱交換器
JP2013200053A (ja) 熱交換器
KR20220155393A (ko) 열교환기
JP2010078241A (ja) 熱交換器
JP2011043318A (ja) 熱交換機
JP2005127596A (ja) 熱交換器
JP2013152057A (ja) 熱交換器
JP2018105534A (ja) インタークーラ

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160607

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160620

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5967300

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees