WO2011058924A1 - 沸騰冷却式熱交換器 - Google Patents

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WO2011058924A1
WO2011058924A1 PCT/JP2010/069677 JP2010069677W WO2011058924A1 WO 2011058924 A1 WO2011058924 A1 WO 2011058924A1 JP 2010069677 W JP2010069677 W JP 2010069677W WO 2011058924 A1 WO2011058924 A1 WO 2011058924A1
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WO
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cooled
fin
passage
fluid
refrigerant
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/069677
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English (en)
French (fr)
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文彦 石黒
加藤　裕久
久保　充
智則 佐々木
雄一朗 友野
Original Assignee
株式会社 豊田自動織機
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/02—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the heat-exchange media travelling at an angle to one another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F13/02—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by influencing fluid boundary
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning

Definitions

  • the present invention relates to a boiling cooling heat exchanger.
  • the heat exchanger of the boiling cooling device has a cooled fluid passage through which the fluid to be cooled flows, and a refrigerant passage through which the liquid refrigerant that cools the fluid to be cooled flows, and the cooled fluid passage and the refrigerant passage are partitions.
  • Heat exchange is possible.
  • the liquid refrigerant flowing in the refrigerant passage is heated by removing heat from the partition heated by the fluid to be cooled, and when the temperature of the heat transfer surface in the partition exceeds the saturation temperature of the liquid refrigerant, bubbles are generated in the wall of the partition Nucleate boiling occurs, which is repeated generation and detachment.
  • a heat exchanger of such a boiling cooling device is disclosed, for example, in Patent Document 1.
  • the exhaust gas heat exchanger of Patent Document 1 is a plate fin type exhaust gas heat exchanger. This exhaust gas heat exchanger is formed by laminating the necessary number of stages of fluid passages in which corrugated fins are disposed to increase the heat transfer area between two tube plates or partitions closed on both sides by a pair of spacer bars. .
  • the high temperature fluid (fluid to be cooled) and the low temperature fluid (liquid refrigerant) flow from the adjacent side into separate fluid passages, and the high temperature fluid and the low temperature fluid flow through the tube plate and the corrugated fins. While being heat-exchanged, boiling cooling is performed.
  • An object of the present invention is to suppress the occurrence of local burnout in a boiling cooling type heat exchanger in which fins are disposed in a fluid passage to be cooled.
  • a boil cooling type heat exchanger in one aspect of the present invention, separates a to-be-cooled fluid passage through which a fluid to be cooled flows and a refrigerant passage through which a refrigerant cooling the fluid to be cooled flows.
  • a partition and a fin disposed in the fluid passage to be cooled and thermally coupled to the partition are provided.
  • the fins comprise a first fin and a second fin which makes the local heat flux of the partition smaller than the first fin.
  • the first fin and the second fin are disposed based on the relationship between the local heat flux of the partition wall and the critical heat flux of the refrigerant.
  • the thickness of the second fin is greater than the thickness of the first fin. In another embodiment, the second fin is disposed upstream in the flow direction of the fluid to be cooled in the fluid passage to be cooled where the local heat flux of the partition increases.
  • the second fin is disposed in the to-be-cooled fluid passage corresponding to the downstream portion in the flow direction of the refrigerant in the refrigerant passage where the critical heat flux decreases.
  • the to-be-cooled fluid passage and the refrigerant passage are juxtaposed so that the flowing direction of the to-be-cooled fluid and the flowing direction of the refrigerant cross each other.
  • the second fin may be disposed upstream in the flow direction of the fluid to be cooled in the fluid passage to be cooled, and in the fluid passage to be cooled corresponding to the downstream portion in the flow direction of the refrigerant in the coolant passage.
  • the disassembled perspective view of the heat exchange part in the heat exchanger of FIG. The longitudinal cross-sectional view which shows a 2nd fin.
  • the longitudinal cross-sectional view which shows a 1st fin. 7 is a graph showing the relationship between the heat flux and the position in the flow direction of the fluid passage to be cooled and the flow direction of the refrigerant passage in the first embodiment.
  • the disassembled perspective view which shows a part of heat exchange part in another embodiment. 10 is a graph showing the relationship between the heat flux and the position in the flow direction of the fluid passage to be cooled and the flow direction of the coolant passage in the embodiment of FIG. 9;
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the heat flux and the position in the flow direction of the fluid passage to be cooled and the flow direction of the refrigerant passage in the embodiment of FIG. 11;
  • a boiling cooling type heat exchanger (hereinafter referred to simply as “heat exchanger”) of a boiling cooling device (EGR cooler) of an EGR gas in an exhaust gas recirculation (EGR) device of a vehicle according to a first embodiment of the present invention
  • the description will be made in accordance with FIGS. 1 to 4).
  • the heat exchanger 11 of this exhaust gas recirculation device exchanges heat between the EGR gas as the fluid to be cooled and the water as the refrigerant (liquid refrigerant) to boil part of the water and cool the EGR gas. .
  • a heat exchange unit 12 is accommodated in a substantially square box-like housing 11 a that forms an outer shell of the heat exchanger 11.
  • a fluid-to-be-cooled introduction portion 14 is provided forward of the heat exchange portion 12 and a fluid-to-be-cooled discharge portion 15 behind the heat exchange portion 12.
  • An inlet pipe 16 for introducing the EGR gas into the fluid-to-be-cooled portion 14 is connected to the front end surface of the housing 11a, and an EGR gas from the fluid-to-be-cooled portion 15 is connected to the rear end surface of the housing 11a.
  • a discharge pipe 17 for discharging is connected.
  • the introduction pipe 16 is connected to the EGR passage inlet, and the exhaust pipe 17 is used connected to the EGR passage outlet.
  • the first end 22a of the refrigerant introduction pipe 22 for introducing water into the heat exchange portion 12 in the housing 11a is the housing 11a at the right end surface of the pair of end surfaces sandwiched by the front and rear end surfaces. It is drawn in.
  • the first end 23a of the refrigerant discharge pipe 23 for discharging water from the heat exchange portion 12 is drawn into the housing 11a at the left end surface of the pair of end surfaces sandwiched between the front and rear end surfaces. ing.
  • the heat exchange unit 12 includes a plurality of (three in the present embodiment) passage partitions 18, and each passage partition 18 is a flat plate whose both sides are closed by a pair of spacer bars 20.
  • the first fins 31 and the second fins 30 are sandwiched between the two partition walls 19.
  • the heat exchange section 12 includes a front wall 13a joined to the front open end of each passage section 18 and a rear wall 13b joined to the rear open end, and each passage section
  • the body 18 is joined to the front wall 13a and the rear wall 13b at a certain distance between the partition walls 19 of the adjacent passage sections 18.
  • Each passage partition 18 is disposed such that the opening on the front side is located on the side of the fluid to be cooled inlet 14 and the opening on the rear side is located on the side of the fluid outlet for cooling 15.
  • elongated holes 13 e communicating the inside of the fluid-to-be-cooled introducing portion 14 with the front opening of each passage section 18 are formed in the portion corresponding to each passage section 18.
  • long holes (not shown) for communicating the inside of the fluid-to-be-cooled fluid discharge portion 15 with the rear opening of each passage segment 18 are formed in the region corresponding to each passage segment 18 .
  • the EGR gas which has flowed into the to-be-cooled fluid introduction portion 14 from the introduction piping 16 flows into the respective passage divisions 18 from the front opening through the long hole 13e of the front wall 13a, and from the rear opening to the rear wall It flows out to the to-be-cooled fluid discharge part 15 via the long hole of 13b, and flows in to the EGR passage exit via the discharge piping 17. Therefore, as shown in FIG. 2, the space in the passage section 18 forms a cooled fluid passage 21 through which the EGR gas flows.
  • the opening at the front of the passage section 18 is an inlet for EGR gas, and the inlet portion of the passage section 18 is a fluid to be cooled in the flow direction of EGR gas (direction of arrow X1 shown in FIG. 2). It is the upstream portion 21 a of the passage 21.
  • the opening at the rear of the passage segment 18 is an outlet, and the outlet portion of the passage segment 18 is the downstream portion 21b of the to-be-cooled fluid passage 21 in the EGR gas flow direction.
  • the “upstream portion 21 a of the fluid passage 21 to be cooled” in the present embodiment refers to a region from the central portion in the flow direction of the fluid passage 21 to be cooled to the inlet side.
  • the downstream portion 21 b of “21” refers to a region on the outlet side of the central portion in the flow direction of the fluid passage 21 to be cooled.
  • refrigerant passages 24 are defined between the opposing partitions 19 of the adjacent passage divisions 18. As shown in FIG. 1, the front opening of the refrigerant passage 24 is in communication with the first end 23 a of the refrigerant discharge pipe 23 through a hole formed in the front wall 13 a. The rear opening of the refrigerant passage 24 is in communication with the first end 22 a of the refrigerant introduction pipe 22 through a hole 13 c formed in the rear wall 13 b. A pair of side surfaces orthogonal to the front wall 13a and the rear wall 13b in the refrigerant passage 24 is closed by the left end surface and the right end surface of the housing 11a.
  • the first end 23a of the refrigerant discharge pipe 23 is disposed to face the front opening of the refrigerant passage 24, and the first end 22a of the refrigerant introduction pipe 22 is disposed to face the rear opening of the refrigerant passage 24.
  • the second end of the refrigerant introduction pipe 22 is connected to the first end of the water circulation pipe (not shown), and the second end of the refrigerant discharge pipe 23 is the second end of the circulation pipe It is connected. Water is introduced into the refrigerant passage 24 from the first end 22a of the refrigerant introduction pipe 22, and the water which has passed through the refrigerant passage 24 is discharged to the first end 23a of the refrigerant discharge pipe 23 and is recirculated to the circulation pipe. .
  • a rear opening facing the first end 22a of the refrigerant introduction pipe 22 is an inlet of the refrigerant passage 24, and an inlet portion of the refrigerant passage 24 is a water flow direction (direction of arrow X2 shown in FIG. 2)
  • the front opening facing the first end 23a of the refrigerant discharge pipe 23 is the outlet of the refrigerant passage 24, and the outlet portion of the refrigerant passage 24 is the downstream portion 24b of the refrigerant passage 24 in the water flow direction. It is.
  • the “upstream portion 24 a of the refrigerant passage 24” in the present embodiment means a region from the central portion in the flow direction of the refrigerant passage 24 to the inlet side
  • the downstream portion 24 b of the refrigerant passage 24 Denotes a region from the central portion of the refrigerant passage 24 in the flow direction to the outlet side.
  • the inlet of the refrigerant passage 24 overlaps the outlet of the fluid passage 21 in the stacking direction of the passage partition 18, and the outlet of the refrigerant passage 24 is the fluid to be cooled in the stacking direction of the passage partition 18.
  • a fluid passage 21 to be cooled and a refrigerant passage 24 are juxtaposed so as to overlap with the inlet of the passage 21. Therefore, the flow of the EGR gas and the water in the heat exchanger 11 in the present embodiment is a countercurrent flow in which the flow direction of the EGR gas and the flow direction of the water face each other.
  • a partition 19 forming the passage partition 18 divides the fluid passage 21 to be cooled and the refrigerant passage 24.
  • the graph of FIG. 4 shows the relationship between the heat flux (vertical axis) and the position (horizontal axis) in the flow direction of the fluid passage 21 to be cooled and the flow direction of the refrigerant passage 24.
  • the region of the partition 19 thermally connected to the normal fins in the case where the normal fins of the same thickness are arranged all over the area of the fluid passage 21 to be cooled (the region from the upstream to the downstream).
  • the local heat flux is indicated by a two-dot chain line.
  • the critical heat flux of water is indicated by a broken line.
  • the EGR gas has a high temperature since it immediately flows into the to-be-cooled fluid passage 21 in the upstream portion 21a of the to-be-cooled fluid passage 21 and is cooled by heat exchange with water toward the downstream portion 21b. . Therefore, as shown by the two-dot chain line in FIG. 4, the local heat flux of the portion of the partition 19 thermally connected to the normal fins is larger toward the upstream portion 21 a of the fluid passage 21 to be cooled. It becomes smaller toward the downstream portion 21 b of the passage 21.
  • the critical heat flux of water decreases from the upstream portion 24 a to the downstream portion 24 b of the refrigerant passage 24. Therefore, the region in the to-be-cooled fluid passage 21 which is the upstream portion 21 a of the to-be-cooled fluid passage 21 and corresponds to the downstream portion 24 b of the coolant passage 24 is a portion of the partition 19 thermally connected to the normal fins.
  • the local heat flux is likely to be higher than the critical heat flux of water.
  • the second fin 30 is disposed in a region corresponding to the upstream portion 21 a of the fluid passage 21 to be cooled and the downstream portion 24 b of the refrigerant passage 24.
  • the second fins 30 extend in a wave shape along the direction orthogonal to the flow direction of the EGR gas. As shown in FIG. 3A, the second fin 30 has a flat surface 30 a in contact with the wall surface 19 a of the partition wall 19. The height of the second fins 30 is the same as the distance between the pair of partition walls 19.
  • the corner portions 30b of the second fin 30 located at both ends of the flat surface 30a are formed in a curved shape, and the brazing material R1 is poured between the corner portions 30b and the partition walls 19 to melt the brazing material R1.
  • the second fins 30 are brazed to the bulkheads 19.
  • the second fins 30 and the partition walls 19 are thermally connected to be able to transfer heat.
  • the first fins 31 are disposed in a region corresponding to the downstream portion 21 b of the to-be-cooled fluid passage 21 and the upstream portion 24 a of the coolant passage 24.
  • the first fins 31 extend in a wave shape along the direction orthogonal to the flow direction of the EGR gas.
  • the 1st fin 31 is provided with the flat surface 31a which contacts the wall surface 19a of the partition 19.
  • the height of the first fins 31 is the same as the distance between the pair of partition walls 19.
  • the corner portions 31b of the first fins 31 positioned at both ends of the flat surface 31a are formed in a curved shape, and the brazing material R1 is poured between the corner portions 31b and the partition walls 19 to melt the brazing material R1.
  • the first fins 31 are brazed to the bulkheads 19.
  • the first fins 31 and the partition walls 19 are thermally connected to be able to transfer heat.
  • the thickness L1 of the second fin 30 is larger than the thickness L2 of the first fin 31. Therefore, the cross-sectional area of the second fin 30 is larger than the cross-sectional area of the first fin 31. Also, the surface areas of the second fins 30 and the first fins 31 are substantially the same. Furthermore, the ratio of the surface area to the cross-sectional area in the cross section perpendicular to the heat transfer direction is smaller than that of the first fin 31.
  • EGR gas which is a part of exhaust gas of the internal combustion engine, flows into the EGR passage inlet and the cooled fluid passage 21 through the introduction pipe 16, the cooled fluid introducing portion 14 and the long hole 13e. It will be introduced in The EGR gas introduced into the cooled fluid passage 21 flows from the inlet to the outlet of the cooled fluid passage 21.
  • water is forcibly circulated in the circulation pipe by driving a pump (not shown) disposed on the circulation pipe, and is introduced into the refrigerant passage 24 through the refrigerant introduction pipe 22.
  • the water introduced into the refrigerant passage 24 flows from the inlet to the outlet of the refrigerant passage 24.
  • the heat of the high temperature EGR gas is thermally transferred to the low temperature water through the partition wall 19, the second fins 30, and the first fins 31.
  • the local heat flux of the portion thermally connected to the normal fins in the partition 19 is the upstream portion 21 a of the fluid passage 21 to be cooled which easily tends to exceed the limit heat flux of water, and the downstream portion 24 b of the refrigerant passage 24 In a region in the to-be-cooled fluid passage 21 corresponding to the second fin 30 having a larger cross-sectional area than the first fin 31 disposed in the other region is disposed. Therefore, in the cooled fluid passage 21, the heat of the portion of the partition 19 thermally connected to the second fin 30 is dispersed compared to the portion of the partition 19 thermally connected to the first fin 31. Local heat flux rise is suppressed.
  • the second fins 30 are disposed in the to-be-cooled fluid passage 21 corresponding to the downstream portion 24b. For this reason, even if the critical heat flux of water is small, the local heat flux of the portion of the partition 19 thermally connected to the second fins 30 is smaller than the critical heat flux of water.
  • the graph of FIG. 4 indicates the local heat flux of the portion of the partition wall 19 thermally connected to the second fin 30 and the first fin 31 by a solid line.
  • the graph of FIG. 4 indicates the local heat flux of the portion of the partition wall 19 thermally connected to the second fin 30 and the first fin 31 by a solid line.
  • the local heat flux of a portion thermally connected to the second fin 30 in the partition wall 19 is smaller than the critical heat flux of water, and as a result, the occurrence of local burnout is suppressed .
  • the thickness L1 of the second fin 30 is set to a thickness such that the local heat flux of the portion where the second fin 30 and the partition 19 are thermally connected is smaller than the critical heat flux of water. There is a need.
  • a region in the to-be-cooled fluid passage 21 corresponding to the upstream portion 21 a of the to-be-cooled fluid passage 21 and corresponding to the downstream portion 24 b of the coolant passage 24 is thermally connected to the second fin 30 in the partition 19
  • the local heat flux at the site is likely to be large, and the critical heat flux of water is likely to be small, and the second fins 30 are disposed in this region.
  • the first fin 31 is disposed in the other area, and the thickness L 1 of the second fin 30 is larger than the thickness L 2 of the first fin 31.
  • the heat passing area of the portion thermally connected to the second fin 30 in the partition 19 is increased, and the local heat flux of the portion thermally connected to the second fin 30 in the partition 19 is reduced.
  • the local heat flux of a portion thermally connected to the second fin 30 in the partition wall 19 can be suppressed to be higher than the critical heat flux of water, and as a result, the occurrence of local burnout Can be suppressed.
  • the upstream portion 21 a of the fluid passage 21 to be cooled has high heat exchangeability. Therefore, the heat transfer area can be increased and the occurrence of film boiling can be suppressed by arranging the second fin 30 having a thickness greater than that of the normal fin in the upstream portion 21a of the fluid passage 21 to be cooled. .
  • FIGS. 5 and 6 a heat exchanger of an EGR gas cooling device (EGR cooler) in an exhaust gas recirculation (EGR) device of a vehicle according to a second embodiment of the present invention will be described according to FIGS. 5 and 6. .
  • EGR cooler EGR gas cooling device
  • EGR exhaust gas recirculation
  • the inlet of the cooled fluid passage 21 overlaps the inlet of the refrigerant passage 24 in the stacking direction of the passage partition 18, and the outlet of the cooled fluid passage 21 is a passage partition It overlaps with the outlet of the refrigerant passage 24 in the stacking direction of the body 18. Therefore, the flow of EGR gas and water in the heat exchanger 11 in this embodiment is the flow direction of the EGR gas (direction of arrow X1 shown in FIG. 5) and the flow direction of water (direction of arrow X2 shown in FIG. 5) Are parallel to each other.
  • a second fin 30 is disposed in the downstream portion 21 b of the to-be-cooled fluid passage 21 and in the region within the to-be-cooled fluid passage 21 corresponding to the downstream portion 24 b of the refrigerant passage 24.
  • a first fin 31 is disposed in the upstream portion 21 a of the fluid passage 21 to be cooled and in the region in the fluid passage 21 corresponding to the upstream portion 24 a of the refrigerant passage 24.
  • the inlet of the refrigerant passage 24 is provided at one end in a direction orthogonal to the flow direction of the EGR gas (the direction of the arrow X1 shown in FIG. 7). It is provided on the other end side in the direction orthogonal to the flow direction of the Therefore, the flow of the EGR gas and water in the heat exchanger 11 in the present embodiment is a cross flow in which the flow direction of the EGR gas and the flow direction of the water (the direction of the arrow X2 shown in FIG. 7) are orthogonal to each other .
  • the to-be-cooled fluid passage 21 and the refrigerant passage 24 are juxtaposed so that the flow direction of the EGR gas and the flow direction of water intersect, or more specifically, intersect with each other.
  • a second fin 30 is disposed in the upstream portion 21 a of the to-be-cooled fluid passage 21 and in the region within the to-be-cooled fluid passage 21 corresponding to the downstream portion 24 b of the refrigerant passage 24.
  • the second fins 30 have a right triangle shape in top view.
  • the 1st fin 31 is arrange
  • the second fins 30 are disposed in the area in the fluid-to-be-cooled passage 21 corresponding to the upstream portion 21 a of the fluid-to-be-cooled passage 21 and the downstream portion 24 b of the refrigerant passage 24
  • the first fin 31 is disposed in the other area.
  • the same effects as the effects (1) and (2) of the first embodiment can be obtained.
  • the above embodiment may be modified as follows.
  • the second fin 30 is disposed in the downstream fluid passage 21 corresponding to the downstream portion 21b of the fluid passage 21 and corresponding to the downstream portion 24b of the coolant passage 24,
  • the first fins 31 are disposed in the area of (1), but the present invention is not limited to this.
  • the second fins 30 are disposed in the area in the fluid-to-be-cooled passage 21 corresponding to the upstream portion 21a of the fluid-to-be-cooled passage 21 and the upstream portion 24a of the refrigerant passage 24.
  • the first fins 31 may be disposed in other regions. As shown by the two-dot chain line in the graph of FIG.
  • the second fin 30 is disposed in the area in the to-be-cooled fluid passage 21 which is the upstream portion 21 a of the to-be-cooled fluid passage 21 and corresponds to the upstream portion 24 a of the refrigerant passage 24.
  • the first fins 31 are disposed in the other area.
  • the second fin 30 is disposed in the central portion of the fluid passage 21 to be cooled, and the other regions in the fluid passage 21 to be cooled are firstly
  • the fins 31 may be disposed.
  • the central portion of the fluid passage 21 to be cooled is The local heat flux of the site connected to is likely to be higher than the critical heat flux of water.
  • the second fins 30 are disposed at the central portion in the fluid passage 21 to be cooled, and the first fins 31 are disposed in the other region.
  • the local heat flux of the portion of the partition 19 thermally connected to the second fin 30 is suppressed smaller than the critical heat flux of water.
  • the thickness L1 of the second fin 30 is made larger than the thickness L2 of the first fin 31, but the present invention is not limited to this.
  • the second fin 30 and the first fin 31 are formed to have the same thickness, and the amount of the brazing material R1 poured between the corner 30b of the second fin 30 and the partition 19
  • the area where the base portion of the second fin 30 contacts the brazing material R1 may be increased by an amount larger than the amount of the brazing material R1 poured between the corner 31b and the partition wall 19.
  • the height of the second fin 30 may be lower than the height of the first fin 31. According to this, the surface area of the second fin 30 is smaller than the surface area of the first fin 31. Therefore, the contact area between the EGR gas and the second fin 30 becomes smaller compared to the case where the height of the second fin 30 is the same as the height of the first fin 31, and the second fin 30 in the partition 19 is The local heat flux at the site thermally connected to
  • the shape of the second fin 30 is not limited to a right triangle in top view, and is an area corresponding to the upstream portion 21 a of the fluid passage 21 and the downstream portion 24 b of the refrigerant passage 24. Is not particularly limited as long as it contains at least a minimum, for example, it may be square in top view.
  • the EGR gas and the water flow in the cross flow direction orthogonal to each other, but the present invention is not limited thereto.
  • the EGR gas and the flow direction in the water are not orthogonal to each other. , And may simply intersect.
  • the second fins 30 and the first fins 31 are formed in a wave shape, but the present invention is not limited to this, and the shapes of the second fins 30 and the first fins 31 are arbitrary. Good.
  • the first end 22a of the refrigerant introduction pipe 22 is inserted into the right end face side of the housing 11a, and the first end 23a of the refrigerant discharge pipe 23 is inserted into the left end face side of the housing 11a.
  • water was introduced into the exchange unit 12 and discharged, the configuration for introducing and discharging water into the heat exchange unit is not limited to this.
  • water is supplied to the heat exchange portion by connecting the refrigerant introduction pipe 22 to the upper surface of the housing 11a and connecting the refrigerant discharge pipe 23 to the lower surface of the housing 11a. It may be introduced and discharged.
  • the heat exchanger 11 is the heat exchanger 11 provided in the EGR gas boil cooling apparatus (EGR cooler).
  • EGR cooler EGR gas boil cooling apparatus
  • the heat exchanger 11 is not limited to this, and may be, for example, an on-vehicle device
  • the invention may be embodied in a heat exchanger provided in a refrigerator, a refrigerator, a freezer or the like.
  • the fluid to be cooled is the EGR gas.
  • the fluid to be cooled is not limited to this, and may be a gas other than the EGR gas or a high temperature liquid.
  • the present invention may be applied to a shell-and-tube boiling cooled heat exchanger.

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Abstract

　沸騰冷却式熱交換器は、被冷却流体が流れる被冷却流体通路２１と被冷却流体を冷却する冷媒が流れる冷媒通路２４とを区画する隔壁１９と、被冷却流体通路２１内に配設され隔壁１９に対して熱的に連結するフィンと、を備える。フィンは、第１のフィン３１と、隔壁１９の局所熱流束を第１のフィン３１よりも小さくする第２のフィン３０とを備える。第１のフィン３１及び第２のフィン３０は、隔壁１９の局所熱流束と冷媒の限界熱流束との関係に基づいて配設されている。それにより、沸騰冷却式熱交換器における局所的なバーンアウトの発生が抑制される。

Description

沸騰冷却式熱交換器
　本発明は、沸騰冷却式熱交換器に関する。
　一般に、沸騰冷却装置の熱交換器は、被冷却流体が流れる被冷却流体通路と、被冷却流体を冷却する液冷媒が流れる冷媒通路とを有するとともに、被冷却流体通路と冷媒通路とは隔壁を介して熱交換可能になっている。熱交換器では、冷媒通路を流れる液冷媒が、被冷却流体によって加熱された隔壁を除熱して加熱され、隔壁における伝熱面の温度が液冷媒の飽和温度を越えると、隔壁の壁面において気泡の発生及び離脱が繰り返される核沸騰が始まる。この核沸騰による沸騰気化潜熱を利用して、被冷却流体通路を流れる被冷却流体が冷却される。このような沸騰冷却装置の熱交換器が、例えば特許文献１に開示されている。
　特許文献１の排ガス用熱交換器は、プレートフィン型の排ガス用熱交換器である。この排ガス用熱交換器は、両側を一対のスペーサーバーで閉塞した二枚のチューブプレートすなわち隔壁の間に、伝熱面積を増やすために波形フィンが配置された流体通路を必要段数積層してなる。排ガス用熱交換器では、高温流体（被冷却流体）と低温流体（液冷媒）とが隣接する側面から別々の流体通路に流入し、高温流体と低温流体とがチューブプレート及び波形フィンを介して熱交換されるとともに、沸騰冷却が行われる。
実開平３－７９０７０号公報
　しかしながら、特許文献１の排ガス用熱交換器では、高温流体が流れる流体通路内において、チューブプレートにおける波形フィンとの接触部の熱流束が局所的に上昇する。すると、低温流体が流れる流体通路内において、局所的に熱流束が上昇した上記接触部と対応する位置では、低温流体の沸騰が激しくなり、チューブプレートが気泡膜で覆われる膜沸騰へと移行してバーンアウトが発生しやすくなる。バーンアウトが発生すると、低温流体が流れる流体通路内において、上記接触部と対応する位置で乾きが生じるとともに、熱交換器における冷却性能が低下してしまう。
 
　本発明の目的は、被冷却流体通路内にフィンを配設した沸騰冷却式熱交換器において、局所的なバーンアウトの発生を抑制することにある。
　本発明の一態様では、沸騰冷却式熱交換器が提供され、沸騰冷却式熱交換器は、被冷却流体が流れる被冷却流体通路と被冷却流体を冷却する冷媒が流れる冷媒通路とを区画する隔壁と、被冷却流体通路内に配設され隔壁に対して熱的に連結するフィンとを備える。フィンは、第１のフィンと、隔壁の局所熱流束を第１のフィンよりも小さくする第２のフィンとを備える。隔壁の局所熱流束と冷媒の限界熱流束との関係に基づいて、第１のフィン及び第２のフィンが配設されている。
　ある実施形態では、第２のフィンの厚さは前記第１のフィンの厚さよりも大きい。
　別の実施形態では、第２のフィンは、隔壁の局所熱流束が大きくなる被冷却流体通路における被冷却流体の流通方向の上流部に配設されている。
　さらに別の実施形態では、第２のフィンは、限界熱流束が小さくなる冷媒通路における冷媒の流通方向の下流部に対応する被冷却流体通路内に配設されている。
　また別の実施形態では、被冷却流体の流通方向と冷媒の流通方向とが交差するように、被冷却流体通路と前記冷媒通路とが並設される。第２のフィンは、被冷却流体通路における被冷却流体の流通方向の上流部であり、且つ冷媒通路における冷媒の流通方向の下流部に対応する被冷却流体通路内に配設されてよい。
第１の実施形態における沸騰冷却式熱交換器の概略斜視図。 図１の熱交換器における熱交換部の分解斜視図。 第２のフィンを示す縦断面図。 第１のフィンを示す縦断面図。 第１の実施形態における被冷却流体通路の流通方向及び冷媒通路の流通方向における位置と熱流束との関係を示すグラフ。 第２の実施形態における熱交換部の一部を示す分解斜視図。 第２の実施形態における被冷却流体通路の流通方向及び冷媒通路の流通方向における位置と熱流束との関係を示すグラフ。 第３の実施形態における熱交換部の一部を示す分解斜視図。 第３の実施形態における被冷却流体通路の流通方向における位置と熱流束との関係を示すグラフ。 別の実施形態における熱交換部の一部を示す分解斜視図。 図９の実施形態における被冷却流体通路の流通方向及び冷媒通路の流通方向における位置と熱流束との関係を示すグラフ。 さらに別の実施形態における熱交換部の一部を示す分解斜視図。 図１１の実施形態における被冷却流体通路の流通方向及び冷媒通路の流通方向における位置と熱流束との関係を示すグラフ。
　（第１の実施形態）
　以下、本発明の第１の実施形態による、車両の排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置におけるＥＧＲガスの沸騰冷却装置（ＥＧＲクーラ）の沸騰冷却式熱交換器（以下、単に「熱交換器」と記載する）を図１～図４にしたがって説明する。この排気ガス再循環装置の熱交換器１１は、被冷却流体としてのＥＧＲガスと冷媒としての水（液冷媒）との間で熱交換させ、水の一部を沸騰させてＥＧＲガスを冷却する。なお、以下の説明において、「前後方向」、「上下方向」及び「左右方向」をいう場合は、特に説明がない限り、図１において矢印で示す「前後方向」、「上下方向」及び「左右方向」をいうものとする。
　図１に示すように、熱交換器１１の外郭をなす略四角箱状のハウジング１１ａ内には、熱交換部１２が収容されている。ハウジング１１ａ内において、熱交換部１２よりも前方側には、被冷却流体導入部１４が設けられるとともに、熱交換部１２よりも後方側には、被冷却流体排出部１５が設けられている。
　ハウジング１１ａの前端面には、ＥＧＲガスを被冷却流体導入部１４内に導入するための導入配管１６が接続されるとともに、ハウジング１１ａの後端面には、ＥＧＲガスを被冷却流体排出部１５から排出するための排出配管１７が接続されている。熱交換器１１は、導入配管１６がＥＧＲ通路入口に連結されるとともに、排出配管１７がＥＧＲ通路出口に連結されて使用される。
　ハウジング１１ａにおいて、前後両端面に挟まれた一対の端面のうちの右端面には、水をハウジング１１ａ内の熱交換部１２内に導入するための冷媒導入配管２２の第１端２２ａがハウジング１１ａ内に引き込まれている。また、ハウジング１１ａにおいて、前後両端面に挟まれた一対の端面のうち左端面には、熱交換部１２から水を排出するための冷媒排出配管２３の第１端２３ａがハウジング１１ａ内に引き込まれている。
　熱交換部１２は、図２に示すように、複数（本実施形態では３つ）の通路区画体１８を備え、各通路区画体１８は、両側を一対のスペーサーバー２０で閉塞した平板状の二枚の隔壁１９の間に第１のフィン３１及び第２のフィン３０を挟み込んで形成されている。図１に示すように、熱交換部１２は、各通路区画体１８の前方の開口端に接合された前壁１３ａと、後方の開口端に接合された後壁１３ｂとを備え、各通路区画体１８は、隣り合う通路区画体１８の隔壁１９の間に一定の間隔を置いて、前壁１３ａ及び後壁１３ｂに接合されている。
　各通路区画体１８は、前方の開口が被冷却流体導入部１４側に位置するとともに、後方の開口が被冷却流体排出部１５側に位置するように配置されている。前壁１３ａには、被冷却流体導入部１４内と各通路区画体１８における前方の開口とを連通させる長孔１３ｅが、各通路区画体１８と対応する部位に形成されている。後壁１３ｂには、被冷却流体排出部１５内と各通路区画体１８における後方の開口とを連通させる長孔（図示せず）が、各通路区画体１８と対応する部位に形成されている。
　導入配管１６から被冷却流体導入部１４に流入されたＥＧＲガスは、前壁１３ａの長孔１３ｅを介して前方の開口から各通路区画体１８内に流入されるとともに、後方の開口から後壁１３ｂの長孔を介して被冷却流体排出部１５に流出され、排出配管１７を介してＥＧＲ通路出口に流入されるようになっている。したがって、図２に示すように、通路区画体１８内の空間は、ＥＧＲガスが流れる被冷却流体通路２１を形成している。
　被冷却流体通路２１において、通路区画体１８の前方の開口はＥＧＲガスの入口であり、通路区画体１８の入口部分はＥＧＲガスの流通方向（図２に示す矢印Ｘ１の方向）における被冷却流体通路２１の上流部２１ａである。また、被冷却流体通路２１において、通路区画体１８の後方の開口は出口であり、通路区画体１８の出口部分はＥＧＲガスの流通方向における被冷却流体通路２１の下流部２１ｂである。ここで、本実施形態における「被冷却流体通路２１の上流部２１ａ」とは、被冷却流体通路２１における流通方向での中央部よりも入口側にかけての領域のことをいい、「被冷却流体通路２１の下流部２１ｂ」とは、被冷却流体通路２１における流通方向での中央部よりも出口側にかけての領域のことをいう。
　熱交換部１２において、隣り合う通路区画体１８の各々の対向する隔壁１９の間には、冷媒通路２４が区画形成されている。図１に示すように、冷媒通路２４における前方の開口は、前壁１３ａに形成された孔を介して冷媒排出配管２３の第１端２３ａに連通している。冷媒通路２４における後方の開口は、後壁１３ｂに形成された孔１３ｃを介して冷媒導入配管２２の第１端２２ａに連通している。冷媒通路２４における前壁１３ａ及び後壁１３ｂに対して直交する一対の側面は、ハウジング１１ａの左端面及び右端面によって閉塞されている。
　冷媒通路２４における前方の開口に対して冷媒排出配管２３の第１端２３ａが対向配置されるとともに、冷媒通路２４における後方の開口に対して冷媒導入配管２２の第１端２２ａが対向配置されている。なお、冷媒導入配管２２の第２端は、水の循環管路（図示せず）の第１端と連結されるとともに、冷媒排出配管２３の第２端は、循環管路の第２端と連結されている。冷媒導入配管２２の第１端２２ａから冷媒通路２４に水が導入されるとともに、冷媒通路２４を通過した水は、冷媒排出配管２３の第１端２３ａに流出されて循環管路に還流される。
　冷媒通路２４において、冷媒導入配管２２の第１端２２ａに対向する後方の開口は冷媒通路２４の入口であり、冷媒通路２４の入口部分は水の流通方向（図２に示す矢印Ｘ２の方向）における冷媒通路２４の上流部２４ａである。また、冷媒通路２４において、冷媒排出配管２３の第１端２３ａに対向する前方の開口は冷媒通路２４の出口であり、冷媒通路２４の出口部分は水の流通方向における冷媒通路２４の下流部２４ｂである。ここで、本実施形態における「冷媒通路２４の上流部２４ａ」とは、冷媒通路２４における流通方向の中央部よりも入口側にかけての領域のことをいい、「冷媒通路２４の下流部２４ｂ」とは、冷媒通路２４における流通方向の中央部よりも出口側にかけての領域のことをいう。
　熱交換部１２において、冷媒通路２４の入口は、通路区画体１８の積層方向において被冷却流体通路２１の出口と重なり合うとともに、冷媒通路２４の出口は、通路区画体１８の積層方向において被冷却流体通路２１の入口と重なり合うように、被冷却流体通路２１と冷媒通路２４とが並設されている。よって、本実施形態における熱交換器１１でのＥＧＲガス及び水の流れは、ＥＧＲガスの流通方向と水の流通方向とが対向する対向流となっている。通路区画体１８を形成する隔壁１９が、被冷却流体通路２１と冷媒通路２４とを区画している。
　図４のグラフは、被冷却流体通路２１の流通方向及び冷媒通路２４の流通方向における位置（横軸）と、熱流束（縦軸）との関係を示す。被冷却流体通路２１の全域（流通方向の上流部から下流部にかけての領域）に全て同じ厚みの通常のフィンを配設した場合の、隔壁１９における通常のフィンと熱的に連結された部位の局所熱流束を二点鎖線で示す。さらに、水の限界熱流束を破線で示す。
　ＥＧＲガスは、被冷却流体通路２１の上流部２１ａでは被冷却流体通路２１内に流入して間もないため高温であり、下流部２１ｂに向かうほど水との熱交換によって冷却されて低温になる。このため、図４における二点鎖線に示すように、隔壁１９における通常のフィンと熱的に連結された部位の局所熱流束は、被冷却流体通路２１の上流部２１ａ側ほど大きく、被冷却流体通路２１の下流部２１ｂに向かうにつれて小さくなる。
　一方、水は、冷媒通路２４の上流部２４ａでは冷媒通路２４内に流入して間もないため低温であり、下流部２４ｂに向かうほどＥＧＲガスとの熱交換により一部が沸騰し、水と気泡とが混合した状態となる。そして、水は、気泡と混合した状態で冷媒通路２４内を冷媒通路２４の出口に向かって移動する。気泡は、冷媒通路２４の下流部２４ｂに行くにしたがって互いに合体して大きくなったり、数が増えたりする。
　その結果、図４における破線で示すように、水の限界熱流束は、冷媒通路２４の上流部２４ａから下流部２４ｂに向かうにつれて小さくなっている。したがって、被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する被冷却流体通路２１内の領域は、隔壁１９における通常のフィンと熱的に連結された部位の局所熱流束が、水の限界熱流束以上になりやすい。
　本実施形態では、被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する領域に第２のフィン３０が配設されている。第２のフィン３０は、ＥＧＲガスの流通方向と直交する方向に沿って波形状に延びている。図３Ａに示すように、第２のフィン３０は、隔壁１９の壁面１９ａに接触する平坦面３０ａを備えている。第２のフィン３０の高さは一対の隔壁１９の間の間隔と同じである。また、平坦面３０ａの両端に位置する第２のフィン３０の角部３０ｂは湾曲状に形成されるとともに、角部３０ｂと隔壁１９の間にろう材Ｒ１が流し込まれ、ろう材Ｒ１が溶融されることで第２のフィン３０が隔壁１９に対してろう付けされている。よって、第２のフィン３０と隔壁１９とが熱的に連結されて熱伝達可能になっている。
　被冷却流体通路２１において、被冷却流体通路２１の下流部２１ｂであり、且つ冷媒通路２４の上流部２４ａに対応する領域に第１のフィン３１が配設されている。第１のフィン３１は、ＥＧＲガスの流通方向と直交する方向に沿って波形状に延びている。図３Ｂに示すように、第１のフィン３１は、隔壁１９の壁面１９ａに接触する平坦面３１ａを備えている。第１のフィン３１の高さは一対の隔壁１９の間の間隔と同じである。また、平坦面３１ａの両端に位置する第１のフィン３１の角部３１ｂは湾曲状に形成されるとともに、角部３１ｂと隔壁１９の間にろう材Ｒ１が流し込まれ、ろう材Ｒ１が溶融されることで第１のフィン３１が隔壁１９に対してろう付けされている。よって、第１のフィン３１と隔壁１９とが熱的に連結されて熱伝達可能になっている。
　図３Ａ及びＢに示すように、第２のフィン３０は、第２のフィン３０の厚さＬ１が第１のフィン３１の厚さＬ２よりも大きい。よって、第２のフィン３０の断面積は、第１のフィン３１の断面積に比べて大きい。また、第２のフィン３０及び第１のフィン３１の表面積はほぼ同じである。さらに、第２のフィン３０は、熱の移動方向に対して垂直な断面における断面積に対する表面積の比が第１のフィン３１よりも小さい。
　次に、上記構成の熱交換器１１における作用について、図４のグラフを用いて説明する。
　車両が運転されると、内燃機関の排気ガスの一部であるＥＧＲガスがＥＧＲ通路入口に流入されるとともに導入配管１６、被冷却流体導入部１４及び長孔１３ｅを介して被冷却流体通路２１内に導入される。被冷却流体通路２１内に導入されたＥＧＲガスは、被冷却流体通路２１の入口から出口に向かって流れる。
　一方、水は、循環管路上に配設される図示しないポンプが駆動することで循環管路内を強制的に循環させられるとともに、冷媒導入配管２２を介して冷媒通路２４内に導入される。冷媒通路２４内に導入された水は、冷媒通路２４の入口から出口に向かって流れる。
　そして、熱交換器１１では、高温度のＥＧＲガスの熱が、隔壁１９、第２のフィン３０、及び第１のフィン３１を介して低温度の水に熱伝達される。ここで、隔壁１９における通常のフィンと熱的に連結された部位の局所熱流束が水の限界熱流束以上となりやすい被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する被冷却流体通路２１内の領域には、その他の領域に配設される第１のフィン３１より断面積が大きい第２のフィン３０が配設されている。よって、被冷却流体通路２１において、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の熱は、隔壁１９における第１のフィン３１と熱的に連結された部位に比べて分散され、局所熱流束の上昇が抑えられる。
　また、冷媒通路２４の下流部２４ｂでは気泡が多く、水の限界熱流束は小さくなるが、下流部２４ｂに対応する被冷却流体通路２１内に第２のフィン３０が配設されている。このため、水の限界熱流束が小さくなっていても、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の局所熱流束は、水の限界熱流束よりも小さい。
　図４のグラフは、隔壁１９における第２のフィン３０及び第１のフィン３１と熱的に連結された部位の局所熱流束を実線で示している。
　図４に示すように、第２のフィン３０の断面積を大きくすることにより、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の局所熱流束が抑えられている。隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の局所熱流束は、水の限界熱流束よりも小さくなっており、その結果、局所的にバーンアウトが発生することが抑制される。なお、第２のフィン３０の厚さＬ１は、第２のフィン３０と隔壁１９とが熱的に連結された部位の局所熱流束が、水の限界熱流束よりも小さくなる厚さに設定する必要がある。
　隔壁１９を介して水とＥＧＲガスとの熱交換が行われると、隔壁１９の壁面１９ａで水が沸騰して蒸気となり、その沸騰気化潜熱を利用して被冷却流体通路２１内を流れるＥＧＲガスが冷却される。ＥＧＲガスを冷却した水は、冷媒通路２４の出口から冷媒排出配管２３を介して循環管路へ排出され、循環管路へ排出された水は、循環管路上に設けられた図示しない冷媒凝縮部によって凝縮されて、再び熱交換器１１に供給される。また、冷却されたＥＧＲガスは、被冷却流体通路２１の出口から排出配管１７を介してＥＧＲ通路出口へ流入されるとともに、ＥＧＲ通路出口に流入されたＥＧＲガスは内燃機関の吸気系に還流される。
　上記第１の実施形態では以下の効果を得ることができる。
　（１）被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する被冷却流体通路２１内の領域は、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の局所熱流束が大きくなりやすく、且つ水の限界熱流束が小さくなりやすく、この領域に第２のフィン３０が配設されている。そして、その他の領域には第１のフィン３１が配設されており、第２のフィン３０の厚さＬ１は第１のフィン３１の厚さＬ２よりも大きい。よって、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の熱通過面積が大きくなり、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の局所熱流束を小さくすることができる。したがって、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の局所熱流束が、水の限界熱流束以上になることを抑制することができ、その結果、局所的なバーンアウトの発生を抑制することができる。
　（２）被冷却流体通路２１の上流部２１ａは熱交換性が高い。このため、被冷却流体通路２１の上流部２１ａに、通常のフィンよりも厚みのある第２のフィン３０を配設することで、伝熱面積を増やし、膜沸騰の発生を抑制することができる。
　（第２の実施形態）
　以下、本発明の第２の実施形態による、車両の排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置におけるＥＧＲガスの冷却装置（ＥＧＲクーラ）の熱交換器を図５及び図６にしたがって説明する。以下に説明する実施形態では、既に説明した第１の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。図５では、説明の都合上、熱交換部１２の一部のみを示している。
　図５に示すように、熱交換部１２において、被冷却流体通路２１の入口は、通路区画体１８の積層方向において冷媒通路２４の入口と重なり合うとともに、被冷却流体通路２１の出口は、通路区画体１８の積層方向において冷媒通路２４の出口と重なり合うようになっている。よって、本実施形態における熱交換器１１でのＥＧＲガス及び水の流れは、ＥＧＲガスの流通方向（図５に示す矢印Ｘ１の方向）及び水の流通方向（図５に示す矢印Ｘ２の方向）が互いに並行となる並行流となっている。
　被冷却流体通路２１の下流部２１ｂであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する被冷却流体通路２１内の領域には、第２のフィン３０が配設されている。また、被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の上流部２４ａに対応する被冷却流体通路２１内の領域には、第１のフィン３１が配設されている。
　図６のグラフにおける二点鎖線に示すように、通常のフィンを被冷却流体通路２１内の全域に配設した場合、被冷却流体通路２１の下流部２１ｂであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する被冷却流体通路２１内の領域では、隔壁１９における通常のフィンと熱的に連結された部位の局所熱流束が、水の限界熱流束以上になりやすい。しかし、この実施形態では、被冷却流体通路２１の下流部２１ｂであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する領域に第２のフィン３０を配設するとともに、その他の領域に第１のフィン３１を配設している。その結果、図６のグラフにおける実線に示すように、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の局所熱流束が、水の限界熱流束よりも小さく抑えられている。
　したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）と同様の効果を得ることができる。
　（第３の実施形態）
　以下、本発明の第３の実施形態による、車両の排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置におけるＥＧＲガスの冷却装置（ＥＧＲクーラ）の熱交換器を図７及び図８にしたがって説明する。図７では、説明の都合上、熱交換部１２の一部のみを示している。
　図７に示すように、冷媒通路２４の入口は、ＥＧＲガスの流通方向（図７に示す矢印Ｘ１の方向）と直交する方向の一端側に設けられるとともに、冷媒通路２４の出口は、ＥＧＲガスの流通方向と直交する方向の他端側に設けられている。よって、本実施形態における熱交換器１１でのＥＧＲガス及び水の流れは、ＥＧＲガスの流通方向及び水の流通方向（図７に示す矢印Ｘ２の方向）が互いに直交する直交流となっている。そして、被冷却流体通路２１と冷媒通路２４とは、ＥＧＲガスの流通方向及び水の流通方向が交差、より詳細には直交するように並設されている。
　被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する被冷却流体通路２１内の領域には、第２のフィン３０が配設されている。第２のフィン３０は、上面視すると直角三角形状をしている。また、第２のフィン３０が配設されていないその他の領域には、第１のフィン３１が配設されている。
　ここで、図８のグラフに、図７に示すＡ－Ａ線断面における被冷却流体通路２１の流通方向における位置と、熱流束との関係を示す。
　図８のグラフにおける二点鎖線に示すように、通常のフィンを被冷却流体通路２１内の全域に配設した場合、被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する領域は、隔壁１９における通常のフィンと熱的に連結された部位の局所熱流束が、水の限界熱流束以上になりやすい。しかし、この実施形態では、被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する被冷却流体通路２１内の領域に第２のフィン３０を配設するとともに、その他の領域に第１のフィン３１を配設している。その結果、図８のグラフにおける実線に示すように、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の局所熱流束が、水の限界熱流束よりも小さく抑えられている。
　したがって、第３の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）及び（２）と同様の効果を得ることができる。
 
　なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
　第２の実施形態では、被冷却流体通路２１の下流部２１ｂであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する被冷却流体通路２１内の領域に第２のフィン３０を配設し、その他の領域に第１のフィン３１を配設したが、これに限らない。例えば、図９に示すように、被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の上流部２４ａに対応する被冷却流体通路２１内の領域に第２のフィン３０を配設し、その他の領域に第１のフィン３１を配設してもよい。図１０のグラフにおける二点鎖線に示すように、通常のフィンを被冷却流体通路２１内の全域に配設した場合、被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の上流部２４ａに対応する被冷却流体通路２１内の領域は、隔壁１９における通常のフィンと熱的に連結された部位の局所熱流束が、水の限界熱流束以上になりやすい。しかし、この別の実施形態では、被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の上流部２４ａに対応する被冷却流体通路２１内の領域に第２のフィン３０を配設するとともに、その他の領域に第１のフィン３１を配設している。その結果、図１０のグラフにおける実線に示すように、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の局所熱流束が、水の限界熱流束よりも小さく抑えられている。
　第２の実施形態において、例えば、図１１に示すように、被冷却流体通路２１内の中央部に第２のフィン３０を配設するとともに、被冷却流体通路２１内におけるその他の領域に第１のフィン３１を配設してもよい。図１２のグラフにおける二点鎖線に示すように、通常のフィンを被冷却流体通路２１内の全域に配設した場合、被冷却流体通路２１の中央部は、隔壁１９における通常のフィンと熱的に連結された部位の局所熱流束が、水の限界熱流束以上になりやすい。しかし、この別の実施形態では、被冷却流体通路２１内の中央部に第２のフィン３０を配設するとともに、その他の領域に第１のフィン３１を配設している。その結果、図１２のグラフにおける実線に示すように、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の局所熱流束が、水の限界熱流束よりも小さく抑えられている。
　上記各実施形態では、第２のフィン３０の厚さＬ１を、第１のフィン３１の厚さＬ２よりも大きくするようにしたが、これに限らない。例えば、第２のフィン３０及び第１のフィン３１を同じ厚みで形成し、第２のフィン３０の角部３０ｂと隔壁１９の間に流し込まれるろう材Ｒ１の量を、第１のフィン３１の角部３１ｂと隔壁１９の間に流し込まれるろう材Ｒ１の量よりも多くして、第２のフィン３０の付け根部分がろう材Ｒ１と接触する面積を増大させしてもよい。
　上記各実施形態において、第２のフィン３０の高さを第１のフィン３１の高さよりも低くしてもよい。これによれば、第２のフィン３０の表面積が第１のフィン３１の表面積よりも小さくなる。よって、第２のフィン３０の高さが第１のフィン３１の高さと同じ場合と比較して、ＥＧＲガスと第２のフィン３０との接触面積が小さくなり、隔壁１９における第２のフィン３０と熱的に連結された部位の局所熱流束が抑えられる。
　第３の実施形態において、第２のフィン３０の形状は、上面視で直角三角形状に限らず、被冷却流体通路２１の上流部２１ａであり、且つ冷媒通路２４の下流部２４ｂに対応する領域を最低限含んでさえいれば特に限定されず、例えば、上面視四角形状でもよい。
　第３の実施形態における熱交換器１１では、ＥＧＲガスと水との流通方向が直交する直交流となっているが、これに限らず、ＥＧＲガスと水との流通方向が直交しておらず、単に交差するようになっていてもよい。
　上記各実施形態において、第２のフィン３０及び第１のフィン３１は波形状に形成されているが、これに限らず、第２のフィン３０及び第１のフィン３１の形状は任意の形状でよい。
　第１の実施形態において、冷媒導入配管２２の第１端２２ａをハウジング１１ａの右端面側に挿入するとともに、冷媒排出配管２３の第１端２３ａをハウジング１１ａの左端面側に挿入して、熱交換部１２内に水を導入して排出するようにしたが、熱交換部に水を導入および排出する構成はこれに限らない。例えば、「特開平７－１５９０７４号公報」のように、冷媒導入配管２２をハウジング１１ａの上面に接続して、冷媒排出配管２３をハウジング１１ａの下面に接続する構成で、熱交換部に水を導入して排出してもよい。
　上記各実施形態では、熱交換器１１は、ＥＧＲガスの沸騰冷却装置（ＥＧＲクーラ）に備えられた熱交換器１１であったが、これに限らず、熱交換器１１は、例えば、車載機器の冷却装置、冷蔵庫、及び冷凍庫等に備えられた熱交換器に具体化してもよい。
　上記各実施形態では、被冷却流体がＥＧＲガスであったが、これに限らず、被冷却流体はＥＧＲガス以外のガスや高温の液体であってもよい。
　本発明を、シェルアンドチューブ型の沸騰冷却式熱交換器に適用してもよい。

Claims (5)

  1. 　被冷却流体が流れる被冷却流体通路と前記被冷却流体を冷却する冷媒が流れる冷媒通路とを区画する隔壁と、前記被冷却流体通路内に配設され前記隔壁に対して熱的に連結するフィンと、を備える沸騰冷却式熱交換器であって、
    　前記フィンは、第１のフィンと、前記隔壁の局所熱流束を前記第１のフィンよりも小さくする第２のフィンとを備え、
    　前記隔壁の局所熱流束と前記冷媒の限界熱流束との関係に基づいて、前記第１のフィン及び前記第２のフィンが配設されていることを特徴とする沸騰冷却式熱交換器。
  2. 　前記第２のフィンの厚さは前記第１のフィンの厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の沸騰冷却式熱交換器。
  3. 　前記第２のフィンは、前記隔壁の局所熱流束が大きくなる前記被冷却流体通路における前記被冷却流体の流通方向の上流部に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の沸騰冷却式熱交換器。
  4. 　前記第２のフィンは、前記限界熱流束が小さくなる前記冷媒通路における前記冷媒の流通方向の下流部に対応する前記被冷却流体通路内に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の沸騰冷却式熱交換器。
  5. 　前記被冷却流体の流通方向と前記冷媒の流通方向とが交差するように、前記被冷却流体通路と前記冷媒通路とが並設されるとともに、
    　前記第２のフィンは、前記被冷却流体通路における前記被冷却流体の流通方向の上流部であり、且つ前記冷媒通路における前記冷媒の流通方向の下流部に対応する前記被冷却流体通路内に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の沸騰冷却式熱交換器。
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