JPH0579791A

JPH0579791A - 排気熱回収用熱交換器

Info

Publication number: JPH0579791A
Application number: JP3236475A
Authority: JP
Inventors: Keizo Kushibiki; 啓三櫛引
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 1993-03-30
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: JP3209760B2

Abstract

(57)【要約】【目的】十分な耐蝕性を有し、コンパクトであり、フ
ィンの線膨脹に起因するチューブの熱疲労の生起を軽減
でき、低コストな「排気熱回収用熱交換器」を提供する
ことを目的としている。【構成】シェルを上下に二分割された一対の半体から
構成し、チューブの下端を支持する下側の支持部の表面
を傾斜面とし、この支持部の下方側となる位置にドレン
パイプを配設され、さらに、フィンに折曲部を形成した
もの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気熱回収用熱交換器
に関し、詳しくは、車両のエンジンの排気系に装着さ
れ、排気ガスと水など媒体を熱交換し、排気熱を回収し
てエアコンなどの熱源として利用するための排気熱回収
用熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両のエンジンの排気系から排気ガスの
排気熱を回収して、エアコンなどの熱源として利用する
試みがなされている。この排気熱回収手段としては、エ
ンジンから延びた排気系の触媒コンバータの下流側に排
気熱回収用熱交換器を装着し、この排気熱回収用熱交換
器において流通する排気ガスと熱交換媒体である水など
との間で熱交換を行ない、前記水等の熱交換媒体を自動
車用空気調和装置のヒータコアの熱源として利用するよ
うにしたものである。

【０００３】しかし、この排気熱回収用熱交換器には、
種々の要請があり、一般的な熱交換器をそのままの状態
で利用することはできないと言われている。例えば、排
気ガス中には窒素酸化物あるいは硫黄酸化物等が含まれ
ているが、これらが熱交換中に生じるドレン水に混入す
ると、極めて酸性度の高いドレン水が生成される虞れが
あることから、耐蝕性に優れたものであることが好まし
い。また、この熱交換器は、車両にの下面等のように狭
少なスペースに搭載されるため、その全体形状はコンパ
クトなものでなければならない。

【０００４】以下、図９乃至図１３を参照して具体的に
説明する。図９は、最も一般的に使用されているシェル
アンドチューブ型の熱交換器の断面図である。このシェ
ルアンドチューブ型の熱交換器の場合には、シェル１内
に導入する排気ガス（白抜き矢印）を図の左方から右方
に流し、シェル１内を平行に延びるチューブ２内に導く
一方、水などの媒体（実線矢印）をチューブ２の周囲に
流し、これにより、排気熱を水などの媒体により回収し
ている。しかし、シェルアンドチューブ型の熱交換器で
は、同一熱交換量の場合に、外形寸法が大きくなり、コ
ンパクト化の要請に反するという問題がある。

【０００５】図１０，１１は、エンジンオイルや自動変
速機のオイルの冷却に主として用いられている積層型熱
交換器であり、シェルを破断した状態の図と、この図１
０の１１−１１線に沿う断面図である。積層型熱交換器
は、２つのプレート３，４により密閉された空間を形成
し、この空間内にインナーフィン５を介装し、排気ガス
は空間内をインナーフィン５と接触しながら流れ、水な
どの媒体はプレート３，４の外周に沿って流されてい
る。この積層型熱交換器は、排気ガス側から水側への熱
伝達が悪く、熱交換効率が悪いといった問題がある。ま
た、排気ガスの冷却により生成した硫酸などの凝縮水の
処理も困難となるという問題もある。

【０００６】図１２，１３は、シェルを破断したフィン
アンドチューブ型の熱交換器の断面図、図１３は、図１
２の１３−１３線に沿う断面図である。このフィンアン
ドチューブ型の熱交換器は、図１２の左方から右方にシ
ェル７内に排気ガスを流す一方、排気ガスの流れ方向に
垂直に延びるチューブ８内に水などを流している。特
に、チューブ８の外周にはフィン９が設けてあるため、
上記のものに比べて熱交換効率が良い。しかし、シェル
７は、ロー付け又は溶接により接合された合せ面７ａを
有しており、排気ガスが冷却されることにより生成され
る酸性度の高いドレン水が、シェル７の合せ面７ａに貯
留し、この合せ部７ａを腐蝕させるという問題がある。
加えて、排気ガスはフィン９により効率良く冷却されて
も、このフィン９は、反面、排気ガスにより急激に加熱
されることになる結果、フィン９が膨脹し、このフィン
膨脹量だけチューブ８が曲げ変形を受け、これが繰り返
し行なわれると熱疲労を起すという問題もある。

【０００７】

【発明が解決すべき課題】上述したように、一般的な熱
交換器を排気熱回収用熱交換器に適用しようとすれば、
酸性度の高いドレン水の処理あるいは耐蝕性に関する問
題、コンパクト化の問題、フィンの膨脹に起因するチュ
ーブの熱疲労の問題などがあり、かかる問題を全て解決
するような排気熱回収用熱交換器の早期出現が期待され
ているというのが実状である。

【０００８】本発明の目的は、上記課題を解決するため
になされたものであって、十分な耐蝕性を有し、コンパ
クトであり、フィンの膨脹に起因するチューブの熱疲労
の生起を軽減でき、しかも、低コストである排気熱回収
用熱交換器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、エンジンから排出された排気ガスが流通す
る排気系の流路途上に設けられたシェルと、このシェル
内に設けられ、内部を熱交換媒体が流通する複数のチュ
ーブと、これらチューブが挿通して設けられたプレート
状の伝熱フィンとを有する排気熱回収用熱交換器におい
て、前記シェルは上下一対の半体を合体し合せ面を接合
したものにより構成し、このシェル内に前記チューブを
略垂直に設け、このチューブの下端を支持する支持部は
少なくとも表面を傾斜面としかつこの支持部の下方側に
ドレンパイプを設け、前記プレート状の伝熱フィンは中
折れ状に折曲したことを特徴とする排気熱回収用熱交換
器である。そして、前記ドレンパイプは、シェルの端部
に設けられた凹部に設けたことが好ましい。

【００１０】

【作用】本発明では、チューブの下端開口が装着される
下側の半体の支持部は傾斜面が形成され、この支持部の
下方側となる位置にドレンパイプが配設されている。こ
のため、排ガスが冷却されて酸性度の高いドレン水が生
成されたとしても、このドレン水は支持部の表面に沿っ
てドレンパイプに流れ、このドレンパイプを通して外部
に排出される。しかも、シェルは上下に二分割される一
対の半体から構成されているため、シェルの合せ面にド
レン水が貯留することはなく、従来のものに比べて、耐
蝕性が著しく向上することになる。また、フィンが排気
ガスにより急激に加熱されて線膨張したとしても、フィ
ンが折曲して形成されているため、線膨張はフィンの折
曲部が変形することにより吸収され、チューブが繰返し
荷重を受けて熱疲労することを防止することができる。
さらに、シェルは上下に二分割される一対の半体から構
成されているため、部品点数を削減でき、溶接箇所も減
少できるため、コストを低く抑えることができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例に
ついて説明する。図１は、本発明の一実施例に係る排気
熱回収用熱交換器の断面図であり、図２は、図１に示す
排気熱回収用熱交換器の下方部の拡大断面図であり、図
３は、図１に示す排気熱回収用熱交換器を側方から見た
側面図であり、図４は、図１に示す排気熱回収用熱交換
器に装着されるフィンの平面図であり、図５は、図４の
５−５線に沿う断面図である。

【００１２】本実施例に係る排気熱回収用熱交換器は、
エンジンの排気系の触媒コンバータの下流側に接続さ
れ、この排気系から取り入れた排気ガスと水などの媒体
とを熱交換し、排気ガスの熱を回収するように構成した
ものである。図１に示すように、本熱交換器２０は、入
口部２１より排気ガスを受け入れ、内部をほぼ水平方向
に流通させた後、出口部２２より排気ガスを放出するシ
ェル２３を備えている。このシェル２３は、図３に示す
ように、上下に二分割されプレス一体成型された一対の
半体２３ａ，２３ｂからなっている。上側の半体２３ａ
と下側の半体２３ｂとの合せ面２３ｃ（図３）は、溶接
若しくはロー付けにより取付けられている。また、入口
部２１および出口部２２は、排気系と接続するためのフ
ランジ２１ａ，２２ａを有し、前記半体２３ａ，２３ｂ
に溶接若しくはロー付けにより取付けられている。

【００１３】このシェル２３内には、排気ガスと熱交換
する水などの媒体を流通するための多数個のチューブ２
４が垂直方向に平行に配設されている。このチューブ２
４は、丸管若しくは偏平チューブのいずれであってもよ
い。このチューブ２４の上端開口および下端開口は、各
々、シェル２３の上側の半体２３ａおよび下側の半体２
３ｂに装着されている。このチューブ２４が装着された
上側の半体２３ａ（簡単のため、支持部２５と称す）
は、水などの媒体を供給する供給管２７が連結された入
口ヘッダ２８により覆われており、また、下側の半体２
３ｂのチューブ２４が装着された部分（簡単のため、支
持部２６と称す）も、水などの媒体を一時的に貯留する
出口ヘッダ２９が溶接により取付けられ、この出口ヘッ
ダ２９には排出管３０が連結されている。このチューブ
２４が装着された前記支持部２５及び／又は２６の内面
には、固定板３３が溶接またはロー付け等により固定さ
れ、これら支持部２５，２６を補強しかつチューブ２４
の支持を確実にしている。

【００１４】さらに、図２に拡大して示すように、下側
の半体２３ｂの支持部２６は、左方の方が右方よりΔｈ
だけ高くなるような傾斜面に形成されていると共に、こ
の傾斜面の下方側となる部位には、ドレンパイプ３１が
取付具３２を介して取付けられている。このドレンパイ
プ３１の取付は、前記シェル２３の端部に形成された凹
部Ｏに設けることが好ましい。

【００１５】図２，４，５に示すように、チューブ２４
の外周域には、多数枚のフィンｆが設けられている。こ
のフィンｆはリング部材３４によりチューブ２４に取付
けられており、このフィンｆには、チューブ２４間で下
方が凸となるように図５のＳ寸法だけ所定角度曲げられ
た折曲部ｒが形成されている。また、フィンｆのリング
部材３４は、図４に示すように、チューブ２４の配置関
係に対応して配置されている。

【００１６】このように構成されているので、フィンｆ
が排気ガスにより急激に加熱されて線膨張した場合、図
１に符号ａ_１，ａ_２で示す位置では、フィンｆは、図６
に示すように、ａ_１に近いほど多く、ａ_２に近づくほど
少なく、この線膨脹量δだけチューブ２４に排気ガスの
流れ方向に曲げ変形が生じる虞れがある。しかし、本実
施例では、フィンｆには、折曲部ｒが形成されているた
め、線膨張はこの折曲部ｒにより吸収され、チューブ２
４が曲げ変形する虞れが少なくなり、チューブ２４が繰
返し荷重を受けて熱疲労することを著しく軽減できる。

【００１７】チューブ２４の下端開口が装着された下側
の半体２３ｂの支持部２６はテーパ状に形成されると共
に、この支持部２６近傍でこのテーパ状の下方側となる
位置にドレンパイプ３１が配設されている。このため、
排ガスがフィンｆまたはチューブ２４に接触して冷却さ
れて硫酸などを含む酸性度の高いドレン水が生成された
としても、このドレン水は傾斜面とされた支持部２６に
沿って自然とドレンパイプ３１に導かれ、このドレンパ
イプ３１を通して外部に排出される。しかも、シェル２
３は上下に二分割されプレス一体成型された一対の半体
２３ａ，２３ｂを合体することにより構成されているた
め、シェル２３の合せ面にドレン水が貯留されることが
ない。したがって、従来に比べて、耐蝕性が著しく向上
することになる。さらに、シェル２３は上下に二分割さ
れる一対の半体２３ａ，２３ｂから構成されているた
め、部品点数を削減でき、溶接箇所も減少できるため、
コストを低く抑えることができる。

【００１８】また、図７には、図１に符号ａ_１からａ_２
で示す位置における排気ガスの温度分布が示されてい
る。水などの媒体との熱交換により、当初ｔ_ｇ１であっ
た排気ガス温度がｔ_ｇ２に変化する。図８には、図１に
符号ｂ_１，ｃ_１からｂ_２，ｃ_２で示す位置における水な
どの媒体の温度分布が示されている。排気ガスとの熱交
換により、当初ｔ_ｗ１であった水などの媒体の温度が、
ｂ_２，ｃ_２の位置において、各々、ｔ_ｗ２，ｔ_ｗ３に変
化する。この加温された水などの媒体は、自動車用空気
調和装置のヒータコアに導かれ、車室内を暖房する場合
の熱源として利用される。なお、本発明は、上述した実
施例に限定されるものではなく、実用新案登録請求の範
囲内で種々変形可能である。例えば、シェルの形状、チ
ューブの形状及び本数、中折れ状に折曲された伝熱フィ
ンの波形のピッチ等は、適宜選択することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、チュー
ブの下端開口が装着される下側の半体の支持部は傾斜面
に形成され、この傾斜面の下方側となる位置にドレンパ
イプを配設したため、酸性度の高いドレン水が生成され
ても、外部に容易に排出でき、しかも、シェルは上下に
二分割される一対の半体から構成されているため、シェ
ルの合せ面にドレン水が貯留されることがない。したが
って、従来のものに比べて耐蝕性が著しく向上する。ま
た、フィンが折曲して形成されているため、フィンが排
気ガスにより急激に加熱されて線膨張したとしても、線
膨張はこの折曲されたフィンにより吸収され、チューブ
が繰返し荷重を受けて熱疲労することを著しく軽減でき
る。さらに、シェルは上下に二分割される一対の半体か
ら構成されているため、部品点数を削減でき、溶接箇所
も減少できるため、コストを低く抑えるこことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明に係る排気熱回収用熱交換器の断面
図、

【図２】は同排気熱回収用熱交換器の下方部の拡大断面
図、

【図３】は同排気熱回収用熱交換器を側方から見た側面
図、

【図４】は同排気熱回収用熱交換器に装着されるフィン
の平面図、

【図５】は図４の５−５線に沿う断面図、

【図６】はフィンが排気ガスにより加熱された場合の線
膨張量を示すグラフ、

【図７】は図１に符号ａ_１からａ_２で示す位置における
排気ガスの温度分布を示すグラフ、

【図８】は本図（ａ）（ｂ）は、図１に符号ｂ_１，ｃ_１
からｂ_２，ｃ_２で示す位置における水などの媒体の温度
分布を示すグラフ、

【図９】は一般的なシェル・アンド・チューブ型の熱交
換器の断面図、

【図１０】は積層型のの熱交換器の断面図、

【図１１】は図２３の１１−１１線に沿う断面図、

【図１２】はフィン・アンド・チューブ型の熱交換器の
断面図、

【図１３】は図１２の１３−１３線に沿う断面図であ
る。

【符号の説明】

２０…排気熱回収用熱交換器、２３…シェ
ル、２３ａ，２３ｂ…半体、２３ｃ
…合せ面、２４…チューブ、２６…
支持部、３１…ドレンパイプ、ｆ
…伝熱フィン、ｒ…折曲部、
Ｏ…凹部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２８Ｆ 17/00 9141−3Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンから排出された排気ガスが流通
する排気系の流路途上に設けられたシェル(23)と、この
シェル(23)内に設けられ、内部を熱交換媒体が流通する
複数のチューブ(24)と、これらチューブ(24)が挿通して
設けられたプレート状の伝熱フィン(f) とを有する排気
熱回収用熱交換器(20)において、前記シェル(23)は上下
一対の半体(23a,23b) を合体し合せ面(23c) を接合した
ものにより構成し、このシェル(23)内に前記チューブ(2
4)を略垂直に設け、このチューブ(24)の下端を支持する
支持部(26)は少なくとも表面を傾斜面としかつこの支持
部(26)の下方側にドレンパイプ(31)を設け、前記プレー
ト状の伝熱フィン(f) は中折れ状に折曲したことを特徴
とする排気熱回収用熱交換器。
【請求項２】前記ドレンパイプ(31)は、シェル(23)の
端部に設けられた凹部(O) に設けたことを特徴とする請
求項１に記載の排気熱回収用熱交換器。