JPH0717954Y2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、内燃機関その他各種の装置から排出される廃
ガス等の高温流体の熱エネルギーを回収するための熱交
換器に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関その他各種の装置から排出される高温流体の熱
エネルギーを回収するための水冷式の熱交換器として
は、例えば、特開昭59−225294号公報及び特開昭59−49
447号公報に提案されているものがある。

上記特開昭59−225294号公報に提案されているものは、
ほぼ円筒状の熱交換器本体の内周面に沿って環状にヘッ
ダ及びウオータジャケットを設け、この内側に複数の仕
切板を軸方向に配設し、ヘッダ間にわたってこの仕切板
を貫通して複数の伝熱管を、互いに平行に配設した構成
となっている。そして、熱交換器本体の互いに対向する
外周面位置に前述のウオータジャケットに通じる冷却水
導入口と冷却水導出口が設けられ、熱交換器本体の内部
に通じる排ガス導入口と排ガス導出口がウオータジャケ
ットを貫通して形成されている。

この特開昭59−225294号公報に提案されている熱交換器
では、冷却水導入口から導入されヘッダ、ウオータジャ
ケット及び伝熱管内を流れて冷却水導出口から流出する
冷却水が、口排ガス導入口から導入される排ガスによっ
てヘッダ、ウオータジャケット、伝熱管及び仕切板を介
して暖められて熱交換が行なわれる。

また、上記特開昭59−49447号公報に提案されている熱
交換器は、上部及び下部に高温ガスの排気部及び供給部
がそれぞれ設けられている筒状の熱交換器本体内に、排
気部と供給部間に互いに平行に複数のフィンが設けら
れ、熱交換器本体の側壁に沿って複数の吸熱管が設けら
れた構成となっている。

この特開昭59−49447号公報に提案されている熱交換器
では、吸熱管内に冷却水が流され、熱交換器本体内に排
ガスが流され、複数のフィンを介して熱交換器本体から
吸熱管に排ガスの熱が伝達されて、冷却水が暖められて
熱交換が行なわれる。

〈考案が解決しようとする問題点〉 前述の特開昭59−225294号公報に提案されている形式の
熱交換器は、ヘッダ、ウオータジャケット、伝熱管等の
各種部材がそれぞれ別個に製作され、これらが組み合わ
され製造されるので、構造上継目部分が多い。

これらの継目部分はガスケット等を用いるか、またはロ
ウ付け等により密封構造とされているが、この継目部分
が破損すると、排ガス洩れや水洩れ事故が発生すること
がある。

一方、前述の特開昭59−49447号公報に記載されている
方式の熱交換器では、熱交換器を複雑な形状の鋳型を用
いて鋳造せざるをえないために、鋳造中に発生したガス
が熱交換器の壁面を貫通し、ピンホールを発生させ易い
という問題点がある。このピンホールもまた、排ガス洩
れや水洩れ事故の発生につながる。

さらに、鋳造した熱交換器には、どのようにしても巣が
発生する。この巣は、熱交換器の表面を加工したり、圧
力が加わったりすると貫通し、排ガス漏れや水洩れ事故
の発生につながる。

本考案の目的は、構造が簡単で軽量化され、製造も容易
に行なわれて排ガス洩れや冷却水洩れの事故が発生する
ことがない熱交換器を提供することである。

〈問題点を解決するための手段〉 本考案の熱交換器は、押出成形より形成された筒状外形
の熱交換本体部と、該熱交換本体部の両端に固定された
第１及び第２の連結部とからなり、第１及び第２の連結
部には、それぞれ冷却水出入口と高温流体出入口が設け
られ、熱交換本体部内には、本体部内を貫通する冷却水
通路と、冷却水通路よりも半径方向内側において冷却水
通路に沿ってのびる高温流体通路と、高温流体通路内に
突出するように本体部と一体に形成された熱交換用フィ
ンが設けられている。

〈作用〉 上記の熱交換器本体部は押出成形によって筒状に形成さ
れているため、組織が連続してつながっていて内部に巣
が発生することがなく、また、冷却水通路と高温流体通
路及び熱交換用フィンとを熱交換器本体部内にその軸線
方向に沿って一体に形成することができる。さらに、高
温流体通路を冷却水通路よりも半径方向内側に設けるよ
うにしたので、高温流体通路を、本体部の軸心近傍位置
に集約して形成することが可能である。

このような熱交換本体部の両端面に、鋳造で形成された
第１及び第２の連結部が固定されている。これら第１及
び第２の連結部は鋳造で形成されてはいるが、軸方向の
長さが短かくでき、さらに単純な形状の鋳型で鋳造でき
るので、鋳造時のガス抜きが容易でピンホールや巣の発
生を避けることができる。

このように、押出成形による熱交換本体部の両端に密封
固定手段によって第１及び第２の鋳造連結部が連結され
て形成されるので、ピンホールや各種部材間の多数の連
結部からの冷却水やガスの洩出等のおそれがなくなる。
また第１又は第２の連結部の冷却水出入口から導入され
た冷却水と、第１又は第２の連結部の高温流体流入口か
ら導入された高温流体は、熱交換本体部内の軸線方向に
延びる通路を通って反対側の連結部に設けられている排
出口から排出される間において相互に熱交換を行うが、
熱交換本体部が押出成形によるものであるため、本体部
の長さや各通路及び熱交換用フィンの断面形状を、高温
流体の種類等に応じ、円滑な流路と効率的な熱交換に適
するような長さや形状に形成することが容易である。

なお、冷却水と高温流体の双方を、同一の連結部（第１
又は第２）の出入口から流入させてもよく、或いは、冷
却水と高温流体を異なる連結部から流入させて逆方向流
通による熱交換を行ってもよい。

〈実施例〉 以下、本考案をエンジン排気ガスの熱交換器に適用した
実施例について、図面を参照して説明する。

第１図は本考案の実施例の構成を示す斜視図で、Al材の
押出成形で形成され外形がほぼ円柱状の熱交換器本体１
の一端面に、冷却水出入口４と排気ガス出入口５を有
し、Al鋳造で形成された第１の熱交換器連結体２が、密
封固定手段により連結固定されている。

同様にして、熱交換器本体１の他端面に、冷却水口６と
排気ガス口７を有し、Al鋳造で形成された第２の熱交換
器連結体３が、密封固定手段により連結固定されてい
る。

第２図は本考案の実施例の構成を示す縦断面図、第３図
及び第４図はそれぞれ第２図のＢ−Ｂ部分及びＣ−Ｃ部
分での一部断面図である。

これらの図で明らかなように、Al材の押出成形で形成さ
れる熱交換器本体１には周囲に等間隔で軸方向に帯状突
起８が全周にわたって複数個形成されている。

また、熱交換器本体１の内部には、その外周面の近傍
に、同一円周上において軸方向に延長された複数の冷却
水通路９が互いに平行に形成され、これらの冷却水通路
９の内側においては、熱交換器本体１は内周面が凹凸状
の熱交換用フィン10に形成された状態で全長にわたって
くりぬかれている。

そして、熱交換器本体１の中心部には、その全長にわた
って中空円筒部11が前述の熱交換用フィン10に対向する
ようにして配設され、中空円筒部11の外周面と熱交換用
フィン10間に前述の冷却水通路９に同心状に排気ガス通
路12が形成されている。

また、中空円筒部11の両端部の近傍にはこの排気ガス通
路12に通じる開口13がその周面に形成されている。

第１の熱交換器連結体２は、熱交換器本体１及び熱交換
器本体１を貫通して配設される中空円筒部11の端部と、
ガスケット15を介して対接配設され、熱交換器本体１に
形成されている帯状突起８に対応して、第１の熱交換器
連結体２の周面に形成されている帯状突起16の端面が帯
状突起８の端面と対接され、帯状突起８及び16間にボル
トが貫通固定されて相互に固定されている。

このガスケット15は環状に形成されて中空円筒部11の端
部に密接嵌合され、その板面には冷却水通路９に対応す
る位置に開口が形成されている。

このため、第１の熱交換器連結体２に冷却水出入口４か
ら流入する冷却水は、ガスケット15に形成されている開
口から、熱交換器本体１の冷却水通路９に流入するよう
に構成されている。

また、第１の熱交換器連結体２に排気ガス出入口５から
流入する排気ガスは、中空円筒部11の端部に形成されて
いる開口13から熱交換器本体１の排気ガス通路12に流入
するように構成されている。

一方、熱交換器本体１の他端側においても、ガスケット
16を介して、第２の熱交換器連結体３が、熱交換器本体
１及び中空円筒部11に対して同様にして固定されてい
る。

このため、熱交換器本体１の冷却水通路９を通った冷却
水がガスケット16に形成されている開口から第２の熱交
換器連結体３の冷却水出入口６に導かれ、熱交換器本体
１の排気ガス通路12を通った排気ガスは中空円筒部11の
他端側に形成されている開口から、第２の熱交換器連結
体３の排気ガス口７に導かれるように構成されている。

そして、熱交換器本体１の排気ガス通路12の周面には、
前述したような熱交換用フィン10が形成されているため
に、排気ガス通路12を通る排気ガス通路12を通る排気ガ
スとの接触面積が増大するようになっている。

なお、第３図に示すように熱交換用フィン10は、２個の
長突起フィン18に挟まれて短突起フィン19が形成され、
これらの長突起フィン18と短突起フィン19の複数組が熱
交換器本体１の内周の全面にわたって形成されている
が、この短突起フィン19はAl材の押出成形で熱交換器本
体１を形成する際の形状寸法の補正片にもなっている。
また、第３図及び第４図に示すように、第１及び第２の
熱交換器連結体2,3には鋳造の中子除去の穴を塞ぐため
のプラグ20が圧入されている。

このような構成の実施例において、ガスケット15、16と
第１及び第２の熱交換器連結体2,3の帯状突起及び熱交
換器本体１の帯状突起間に貫通固定されるボルトとが密
封固定手段を構成し、熱交換用フィン10が熱交換壁部を
構成している。

この実施例の装置は、例えばガスエンジン・ヒートポン
プのエンジン部分に取付台21、22部分で固定されて使用
され、エンジンの排気ガスの熱を冷却水に回収してガス
エンジン・ヒートポンプの暖房能力を増加させるために
用いられる。

第１の熱交換器連結体２の排気ガス出入口５から排気ガ
スが導入された場合には、この排気ガスは中空円筒部11
の端部の開口13から熱交換器本体１の排気ガス通路12に
流入し、排気ガス通路12の内周面に形成されている凹凸
面10と接触し、排気ガスの熱は広い接触面積の凹凸形状
面10を介して熱交換器本体１に伝送される。

そして、熱交換器本体１に熱を放出した排気ガスは、中
空円筒部11の他端部の開口13から第２の熱交換器連結体
３の排気ガス出入口７から外部に放出される。

また、第１の熱交換器連結体２の冷却水口４から導入さ
れた冷却水は、ガスケット15に形成されている開口を通
って熱交換器本体１の冷却水通路９に流入し、この冷却
水通路９を通過する課程で排気ガスの熱により暖められ
る。

この冷却水が、図示していないガスエンジン・ヒートポ
ンプの室外側熱交換器に送り込まれ、室外側熱交換器を
通過する冷媒に対して熱を放出し、ガスエンジン・ヒー
トポンプの暖房能力が増大する。

なお、上記の説明においては、冷却水と排気ガスの双方
が、第１の熱交換器連結体に設けられている出入口（４
及び５）から導入する場合について説明したが、冷却水
と排気ガスをそれぞれ反対側の熱交換器連結体の出入口
から導入してもよいことは勿論である。例えば、冷却水
は第１の熱交換器連結体の冷却水出入口４から導入して
第２の熱交換器連結体の冷却水出入口７から排出し、排
気ガスは第２の熱交換器連結体の排気ガス出入口７から
導入して第１の熱交換器連結体の排気ガス出入口５から
排出するようにしてもよい。このようにすると、熱交換
器本体内における冷却水と排気ガスの流水が相互に逆方
向となり、熱交換をより効率的に行なうことができる場
合がある。

上記の実施例においては、熱交換器本体１及び第１、第
２の熱交換器連結体2,3はAl材で形成されているので、
装置全体を軽量化することができる。

また、上記の実施例においてはシール部分は熱交換器本
体１の両端部のガスケット15,16のみで、いずれも軸方
向にシールが行なわれているので、同一熱膨張率の熱交
換器本体１と第１、第２の熱交換器連結体2,3との軸方
向の膨張はシール効果に何らの悪影響も及ぼさない。

そして、半径方向に熱交換器本体１と第１、第２の熱交
換器連結体2,3が膨張した場合には、半径方向の膨張は
軸方向に比して充分小さいので、熱交換器本体１、第
１、第２の熱交換器連結体２、３及び中空円筒部11間の
シールが不良となるようにガスケット15、16が移動し
て、ガス洩れや冷却水洩れ事故が生ずることがない。

また、熱交換器本体１はAlの押出成形で形成されて巣が
存在せず、第１及び第２の熱交換器連結体2,3はAl鋳造
で形成させるが、軸方向に短かく充分にガス抜きが行わ
れるので、水洩れやガス洩れの原因となる巣が存在しな
いために、熱交換器全体としてピンホールが発生するこ
とがなく、ピンホールの発生することがほとんどない。

さらに熱交換器１は一体構造で途中にシール部分が存在
せず、熱の伝達率が向上し熱交換効率が高められる。

なお、本考案の実施例においては熱交換器本体１の長さ
を変えることにより、簡単に熱交換容量の異なる水冷式
排気ガス熱交換器を作成することができる。

実施例は、本考案をガスエンジン・ヒートポンプに適用
した場合について説明したが、本考案は実施例に限定さ
れるものでなく、例えば車両の暖房装置に使用すること
もできる。

〈考案の効果〉 以上詳細に説明したように、本考案の水冷式排気ガス熱
交換器は、構造が簡単で軽量化され、製造も容易に行な
われ、シール部分が少なくピンホールの発生もないの
で、排ガス洩れや冷却水洩れ事故が発生せず、しかも良
好な熱交換効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の構成を示す斜視図、第２図は
本考案の実施例の構成を示す縦断面図、第３図は第２図
のＢ−Ｂ部分の一部断面図、第４図は第２図のＣ−Ｃ部
分の一部断面図である。 １……熱交換器本体 ２……第１の熱交換器連結体 ３……第２の熱交換器連結体 4,6……冷却水出入口 5,7……排気ガス出入口 ８……帯状突起、９……冷却水通路 10……熱交換用フィン、11……中空円筒部 12……排気ガス通路、13……開口 15,16……ガスケット

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】押出成形により形成された筒状外形の熱交
   換本体部と、該熱交換本体部の一端に固定され冷却水出
   入口と高温流体出入口を有する第１の連結部と、前記熱
   交換本体部の他端に固定され高温流体出入口と冷却水出
   入口を有する第２の連結部とからなり、前記熱交換本体
   部内には、前記第１の連結部の冷却水出入口と前記第２
   の連結部の冷却水出入口に通じかつ熱交換本体部の軸線
   方向に延びる冷却水通路と、前記第１の連結部の高温流
   体出入口と前記第２の連結部の高温流体出入口とに通
   じ、かつ前記冷却水通路よりも熱交換本体部の半径方向
   内側の位置において冷却水通路に沿って延びる高温流体
   通路と、前記高温流体通路内に突出するように熱交換本
   体部と一体に形成された熱交換用フィンが設けられてい
   ることを特徴とする熱交換器。