WO2020003949A1 - 熱交換器 - Google Patents

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WO2020003949A1
WO2020003949A1 PCT/JP2019/022432 JP2019022432W WO2020003949A1 WO 2020003949 A1 WO2020003949 A1 WO 2020003949A1 JP 2019022432 W JP2019022432 W JP 2019022432W WO 2020003949 A1 WO2020003949 A1 WO 2020003949A1
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WO
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flow path
heat exchanger
fluid inlet
upstream
guide
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/022432
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
岩崎　充
松平　範光
利浩 新林
Original Assignee
カルソニックカンセイ株式会社
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 カルソニックカンセイ株式会社 filed Critical カルソニックカンセイ株式会社
Priority to CN201980037048.0A priority Critical patent/CN112219083B/zh
Publication of WO2020003949A1 publication Critical patent/WO2020003949A1/ja

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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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger in which heat exchange is performed between fluids.
  • JP2014-194296A discloses a multi-tube heat exchanger that cools exhaust gas of an internal combustion engine with cooling water.
  • the multi-tube heat exchanger includes a plurality of flat heat transfer tubes through which exhaust gas flows, and a casing through which cooling water flows between the flat heat transfer tubes.
  • the cooling water flow introduced into the casing exchanges heat with the exhaust gas by flowing between the flat heat transfer tubes to cool the exhaust gas.
  • a guide member for guiding the cooling water flow is arranged along the exhaust gas inlet side end between the flat heat transfer tubes.
  • the cooling water flow is guided along the guide member toward the exhaust gas inlet side end. This suppresses a local rise in the temperature of the cooling water in the vicinity of the end of the exhaust gas inlet, and prevents boiling of the cooling water.
  • An object of the present invention is to provide a heat exchanger capable of increasing the heat exchange efficiency by suppressing the temperature of a fluid from locally increasing.
  • a heat exchanger in which heat exchange is performed between a first fluid and a second fluid, wherein the plurality of tubes are stacked, and a flow path is formed inside the tubes.
  • a plurality of first flow paths that extend in the first direction and through which the first fluid flows, a plurality of second flow paths that are formed between the adjacent tubes and through which the second fluid flows, and the second flow path
  • a second fluid inlet arranged to be arranged in a channel width direction orthogonal to the channel direction and allowing a second fluid to flow into the second channel.
  • the second fluid flowing into the second flow path from the second fluid inlet is guided along the oblique guide to the vicinity of the upstream side where the stagnation is likely to occur, so that the temperature of the second fluid is locally increased. It is suppressed that it rises.
  • a part of the second fluid flowing along the oblique guide is guided toward the flow path through the gap, so that the velocity distribution of the second fluid is equalized. Thereby, the heat exchange efficiency of the heat exchanger can be increased.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the heat exchanger.
  • FIG. 3 is a plan view of the tube.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view in which a part of the heat exchanger is enlarged.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG.
  • FIG. 6 is a plan view of the tube showing the flow direction of the cooling water.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the temperature difference T of the cooling water and the dimensional ratio D / H of the gap.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the pressure difference P of the cooling water and the dimensional ratio D / H of the gap.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the performance ratio T / P and the gap size ratio D / H.
  • FIG. 10 is a plan view of a tube according to a modification.
  • the heat exchanger 100 is a water-cooled EGR cooler used in an EGR (Exhaust Gas Recirculation) system (not shown) of the vehicle.
  • the heat exchanger 100 cools a part (first fluid) of the exhaust gas discharged from the engine with cooling water (second fluid). After flowing through the heat exchanger 100, the cooling water circulating through the cooling circuit circulates through the radiator and radiates heat to the outside air.
  • cooling water circulates between a plurality of tubes 50 forming a first flow path 21 through which exhaust gas flows, and the tubes 50 stacked. And a casing 10 that forms the second flow path 22.
  • the configuration of the heat exchanger 100 will be described by setting three axes of X, Y, and Z orthogonal to each other in each drawing.
  • the X-axis direction in which the first flow path 21 extends is referred to as “flow path direction”
  • the Y-axis direction is referred to as “flow path width direction”
  • the Z-axis direction in which the tubes 50 are arranged is referred to as ".
  • the tube 50 is formed in a flat cylindrical shape in the Z-axis direction by assembling the half-cylinder upper plate 60 and the lower plate 80.
  • the fins 11 are arranged between the upper plate 60 and the lower plate 80 as heat transfer members.
  • the upper plate 60 and the lower plate 80 are formed in a flat semi-cylindrical shape by pressing a metal plate.
  • the upper plate 60 has a plate-shaped heat transfer plate portion 61 extending in the X-axis direction and the Y-axis direction, and a pair of bent plates extending from both sides of the heat transfer plate portion 61 and extending in the Z-axis direction and the X-axis direction. , An upstream side 63 bent from the upstream end of the heat transfer plate 61 and extending in the X-axis direction and the Y-axis direction, and an X-axis bent from the downstream end of the heat transfer plate 61. And a downstream side portion 64 extending in the direction and the Y-axis direction.
  • the lower plate 80 has a plate-like heat transfer plate portion 81 extending in the X-axis direction and the Y-axis direction, and a pair of bent plates extending from both sides of the heat transfer plate portion 81 and extending in the Z-axis direction and the X-axis direction. , An upstream side portion 83 extending from the upstream end of the heat transfer plate portion 81, and a downstream side portion 84 extending from the downstream end of the heat transfer plate portion 81.
  • the upstream sides 63 and 83 and the downstream sides 64 and 84 of the tubes 50 to be laminated are joined without any gap.
  • the heat transfer plate portions 61 and 81 of the tubes 50 to be stacked are arranged with an interval H (see FIG. 5), and the second flow path 22 is formed between the two.
  • the casing 10 is formed in a substantially rectangular cylindrical shape by assembling the half-cylindrical upper shell 20 and the lower shell 30.
  • Frame-shaped headers 15 and 16 are respectively attached to both open ends of the casing 10.
  • EGR passage tubes (not shown) are connected to the headers 15 and 16, respectively, so that exhaust gas is guided to the first flow passage 21 in each tube 50.
  • a first fluid inlet 35 for distributing exhaust gas guided from a tube of the EGR passage to the first flow path 21 is provided.
  • a first fluid outlet 36 for guiding exhaust gas flowing out of the first flow path 21 to a pipe of the EGR passage is provided.
  • Pipes 17 and 18 are connected to the casing 10.
  • a pipe (not shown) for supplying cooling water is connected to one pipe 17.
  • a pipe (not shown) for discharging cooling water is connected to the other pipe 18.
  • a second fluid inlet 25 for distributing cooling water guided from the pipe 17 to the second flow paths 22 between the tubes 50, and cooling water flowing out of the second flow paths 22
  • a second fluid outlet 27 for guiding the fluid to the pipe 18.
  • the upper shell 20 and the lower shell 30 are each formed into a semi-cylindrical shape by pressing a metal plate.
  • the upper shell 20 has a bulging portion 33 forming the second fluid inlet 25 and a bulging portion 34 forming the second fluid outlet 27.
  • the lower shell 30 has a bulging portion 31 forming the second fluid inlet 25 and a bulging portion 32 forming the second fluid outlet 27.
  • the cooling water circulating in the cooling circuit flows into the second fluid inlet 25 from inside the pipe 17 as shown by a black arrow in FIG. Distributed to As will be described later, the cooling water flowing through the second flow path 22 gathers at the second fluid outlet 27 and flows out through the pipe 18.
  • a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine is distributed to the first flow path 21 in each tube 50 through the first fluid inlet 35 in the header 15 as shown by a white arrow in FIG. You.
  • the exhaust gas flowing through the first flow path 21 is cooled by radiating heat to the cooling water flowing through the second flow path 22 through each tube 50. Exhaust gas flowing out of the first flow path 21 collects through a first fluid outlet 36 in the header 16 and is supplied to a combustion chamber of the engine.
  • FIG. 3 is a plan view showing the upper plate 60 of the tube 50.
  • the heat transfer plate portion 61 of the upper plate 60 extends between the upstream side portion 63 and the downstream side portion 64 and has a substantially rectangular outer shape centered on a center line Ox extending in the X-axis direction.
  • the second fluid inlet 25 is formed facing the side end 62 near the upstream side 63.
  • the second fluid inlet 25 is formed around a second fluid inlet center line Oyi extending in the Y-axis direction.
  • the upstream side portion 63 is arranged to extend substantially parallel to the second fluid inlet center line Oyi.
  • the second fluid outlet 27 is formed facing the side end 62 near the downstream side 64.
  • the second fluid outlet 27 is formed around a center line Oyo extending in the Y-axis direction.
  • the downstream side portion 64 is arranged to extend substantially parallel to the center line Oyo.
  • the second fluid inlet 25 is formed facing one side end 62.
  • the second fluid outlet 27 is formed facing the other side end 62.
  • the present invention is not limited to this, and the second fluid inlet 25 and the second fluid outlet 27 may both be formed to face one side end 62.
  • One oblique guide 71, one upstream oblique guide 72, and four vertical guides 73 to 76 are formed on the heat transfer plate portion 61 by press working.
  • the oblique guide 71, the upstream oblique guide 72, and the vertical guides 73 to 76 project into the second flow path 22, and guide the flow of the cooling water as described later.
  • the number of the vertical guides 73 to 76 is not limited to this, and is arbitrarily set according to the dimensions of the heat transfer plate 61 and the like.
  • the oblique guide 71 is inclined with respect to the upstream side 63 and is arranged so as to approach the upstream side 63 as the distance from the second fluid inlet 25 increases.
  • the center line O71 of the oblique guide 71 is disposed so as to intersect the second fluid inlet 25.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the oblique guide 71 with respect to the upstream side 63 (the second fluid inlet center line Oyi) is arbitrarily set according to the arrangement of the heat transfer plate 61 and the second fluid inlet 25, and the like.
  • the oblique guide 71 has an upstream end 71a facing the second fluid inlet 25.
  • the upstream end 71a is disposed between the second fluid inlet center line Oyi and the upstream end 73a of the vertical guide 73 in the X-axis direction.
  • the oblique guide 71 has a downstream end 71b located closer to the upstream side 63 than the upstream end 71a and located at a position on the upstream side of the first flow path 21 from the second fluid inlet center line Oyi. .
  • the upstream oblique guide 72 is disposed between the upstream side 63 and the oblique guide 71.
  • the upstream end 72a of the upstream oblique guide 72 is disposed between the upstream side 63 and the second fluid inlet center line Oyi in the X-axis direction.
  • the upstream oblique guide 72 has a shorter length than the oblique guide 71.
  • the center line O72 of the upstream oblique guide 72 is arranged to intersect the second fluid inlet 25.
  • the inclination angle ⁇ 2 of the upstream oblique guide 72 is set to a value substantially equal to the inclination angle ⁇ 1 of the oblique guide 71. That is, the upstream oblique guide 72 is disposed substantially parallel to the oblique guide 71.
  • the distance S between the upstream oblique guide 72 and the oblique guide 71 is arbitrarily set according to the arrangement of the heat transfer plate 61 and the second fluid inlet 25.
  • the vertical guides 73 to 76 are arranged between the oblique guide 71 and the downstream side 64 in the X-axis direction.
  • the vertical guides 73 to 76 are arranged substantially parallel to the side end portions 62, and are substantially orthogonal to the upstream side portion 63 and the downstream side portion 64.
  • the vertical guides 73 to 76 are arranged so as to have a substantially constant interval in the Y-axis direction.
  • the upstream ends 73a to 76a of the vertical guides 73 to 76 are arranged in steps so as to approach the upstream side 63 as the distance from the second fluid inlet 25 increases.
  • the upstream ends 73a to 76a of the vertical guides 73 to 76 are arranged so as to be aligned on a line A substantially parallel to the oblique guide 71, and have a substantially constant distance C to the oblique guide 71.
  • the downstream ends 73b to 76b of the vertical guides 73 to 76 are arranged so as to have a substantially constant distance from the downstream side 64.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the lower plate 80 and the upper plate 60.
  • one oblique guide 91, one upstream oblique guide 92, and four vertical guides 93 to 96 are formed by press working.
  • the oblique guide 91, the upstream oblique guide 92, and the vertical guides 93 to 96 are located at the same position so as to protrude opposite to the oblique guide 71, the upstream oblique guide 72, and the vertical guides 73 to 76 of the upper plate 60, respectively. Be placed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV of FIG.
  • the heat transfer plate portion 61 of the upper plate 60 and the heat transfer plate portion 81 of the lower plate 80 are arranged so as to extend substantially in parallel with the flow path height H in the Z-axis direction.
  • the oblique guides 71 and 91 are formed by press-molding the upper plate 60 and the lower plate 80, respectively, and protrude from the flow paths 69 and 89 of the second flow path 22 in a bank shape, and form the flow paths of the first flow path 21.
  • 68 and 88 are dimples recessed in a groove shape.
  • a gap 23 having a size D in the Z-axis direction is formed between the oblique guide 71 of the upper plate 60 and the oblique guide 91 of the lower plate 80.
  • the dimension ratio D / H of the size D to the flow path height H is set in a range from 0.05 to 0.43 by simulation analysis. Note that the actual flow path height H is set to 1.0 mm.
  • the size D of the gap 23 is set in the range of 0.05 to 0.43 mm.
  • the upstream oblique guides 72 and 92 and the vertical guides 73 to 76 and 93 to 96 are dimples formed by press-forming the upper plate 60 and the lower plate 80, respectively.
  • a gap having a size D equal to the gap 23 is also provided between the upstream oblique guide 72 and the vertical guides 73 to 76 of the upper plate 60 and the upstream oblique guide 92 and the vertical guides 93 to 96 of the lower plate 80, respectively. It is formed.
  • FIG. 6 shows the flow direction of the cooling water by arrows.
  • a part of the cooling water flow flowing into the second flow path 22 from the second fluid inlet 25 is guided in the Y-axis direction by the oblique guide 71, and the rest is the vertical direction closest to the second fluid inlet 25. It is guided in the X-axis direction by the guide 73.
  • the cooling water flow flowing into the second flow path 22 from the second fluid inlet 25 flows in the X-axis direction along the vertical guide 73, so that the downstream end flow path part 22c located near the downstream side part 64 (FIG. 6). (The right-side region in FIG. 6), and is guided to a region (the upper-right side region in FIG. 6) far from the second fluid outlet 27 that tends to stay.
  • the cooling water flow flowing into the second flow path 22 from the second fluid inlet 25 flows along the oblique guide 71, the upstream oblique guide 72, the oblique guide 91, and the upstream oblique guide 92, so that the upstream side portion 63 It is guided to the upstream end channel portion 22a (the left region in FIG. 6) located in the vicinity.
  • the stagnation of the cooling water flow is suppressed even in a region far from the second fluid inlet 25 (a region on the lower left side in FIG. 6).
  • the temperature of the cooling water is locally prevented from rising due to the heat received from the exhaust gas, and the cooling water is prevented from boiling.
  • a part of the cooling water flowing along the oblique guide 71 and the oblique guide 91 flows in the X-axis direction through the gap 23 (see FIG. 5), so that the vertical guides 73 to 76, the vertical guides 93 to 96, and the casing 10 It is guided to the intermediate flow path part 22b to be partitioned.
  • stagnation is suppressed by the cooling water flowing through the gap 23.
  • the cooling water flowing through the intermediate flow path 22b flows along the vertical guides 73 to 76, the vertical guides 93 to 96, and the inner wall of the casing 10, so that the downstream end flow path located near the downstream side 64. It is led to 22c. Thereby, even in a region far from the second fluid outlet 27 of the downstream end flow path portion 22c, stagnation of the cooling water flow is suppressed, and boiling of the cooling water is prevented.
  • the cooling water flow that has flowed through the downstream end channel portion 22c flows out to the second fluid outlet 27 along the downstream side portion 64.
  • the velocity distribution of the cooling water flow is controlled by the oblique guide 71, the upstream oblique guide 72, the oblique guide 91, the upstream oblique guide 92, the vertical guides 73 to 76, and the vertical guides 93 to 96. Be equalized. Thereby, heat exchange efficiency of the heat exchanger 100 increases.
  • the heat transfer coefficient increases while the flow path resistance increases.
  • the dimensional ratio D / H of the size D to the flow path height H is determined as follows.
  • FIG. 7 shows, by simulation analysis, a value in which the temperature difference T of the cooling water generated when the cooling water and the exhaust gas flow through the heat exchanger 100 under predetermined conditions changes according to the dimensional ratio D / H of the gap 23. Shows the results.
  • the temperature difference T of the cooling water is the difference between the temperature of the cooling water flowing through the second fluid inlet 25 and the temperature of the cooling water flowing through the second fluid outlet 27.
  • the temperature difference T of the cooling water gradually increases as the dimension ratio D / H becomes larger than 0, and takes a peak value when the dimension ratio D / H is in the range of 0.2 to 0.3. As the ratio D / H becomes larger than 0.3, the ratio becomes gradually lower.
  • FIG. 8 a value that changes the pressure difference P of the cooling water generated when the cooling water and the exhaust gas flow through the heat exchanger 100 under predetermined conditions according to the dimensional ratio D / H of the gap 23 is obtained by a simulation analysis. Shows the results.
  • the pressure difference P of the cooling water is the difference between the pressure of the cooling water flowing through the second fluid inlet 25 and the pressure of the cooling water flowing through the second fluid outlet 27. As shown in FIG. 8, the pressure difference P of the cooling water gradually decreases as the dimensional ratio D / H increases from 0 to 0.5.
  • FIG. 9 shows the relationship between the performance ratio T / P obtained by dividing the temperature difference T of the cooling water by the pressure difference P of the cooling water and the dimensional ratio D / H of the gap 23.
  • the performance ratio T / P gradually increases as the dimensional ratio D / H becomes larger than 0, and takes a peak value when the dimensional ratio D / H is in the range of 0.2 to 0.3. As D / H becomes larger than 0.3, it becomes lower gradually.
  • the dimensional ratio D / H is in the range of 0.05 or more and 0.43 or less
  • the performance ratio T / P is equal to or more than the reference value required in the market.
  • the heat exchanger 100 includes a plurality of stacked tubes 50, a first flow path 21 formed inside the tubes 50, and through which the exhaust gas (first fluid) flows, and the adjacent tubes 50.
  • a second flow path 22 formed between the second flow paths and through which the cooling water (second fluid) flows, and a second fluid inlet 25 that distributes the cooling water to the plurality of second flow paths 22.
  • the second fluid inlets 25 are arranged so as to be arranged in the channel width direction (Y-axis direction) orthogonal to the channel direction (X-axis direction) with respect to the second channel 22.
  • the tube 50 extends in the flow channel width direction (Y-axis direction) and has upstream sides 63 and 83 which are ends where exhaust gas flows into the first flow channel 21.
  • oblique guides 71 and 91 extending closer to the upstream sides 63 and 83 as the distance from the fluid inlet 25 increases.
  • a gap 23 is formed between the pair of oblique guides 71 and 91 projecting from the adjacent tubes 50 so as to face each other.
  • the second fluid inlet 25 is formed around a second fluid inlet center line Oyi extending in the flow channel width direction (Y-axis direction).
  • the upstream end 71a of the oblique guide 71 is arranged downstream of the second fluid inlet center line Oyi in the flow path direction (X-axis direction).
  • the downstream end 71b of the oblique guide 71 closer to the upstream sides 63 and 83 of the oblique guide 71 than the upstream end 71a is arranged on the upstream side of the first flow path 21 from the second fluid inlet center line Oyi.
  • the cooling water flowing from the second fluid inlet 25 into the second flow path 22 is guided along the oblique guides 71 and 91 to the vicinity of the upstream side portion 63 where stagnation is likely to occur. Local rise in temperature is suppressed, and boiling of cooling water is prevented. Then, a part of the cooling water flowing along the oblique guides 71 and 91 is guided in the flow path direction (X-axis direction) through the gap 23, so that the velocity distribution of the cooling water flow is equalized. Therefore, the heat exchange efficiency of the heat exchanger can be increased.
  • the tube 50 has vertical guides 73 to 76 and 93 to 96 that protrude from the second flow path 22 and extend in the flow direction (X-axis direction).
  • the pair of oblique guides 71 and 91 projecting from the adjacent tubes 50 so as to face each other are configured to form the gap 23 in the second flow path 22 on the upstream side of the vertical guides 73 to 76 and 93 to 96.
  • the upstream ends 73a to 76a of the vertical guides 73 to 76 are separated from the oblique guide 71.
  • a first fluid inlet 35 for distributing the exhaust gas, a first fluid outlet 36 for collecting the exhaust gas flowing out from the plurality of first flow paths 21, and cooling water (second fluid) formed between adjacent tubes 50 are provided.
  • the first fluid inlet 35 and the first fluid outlet 36 are arranged so as to be arranged in the channel direction (X-axis direction) with respect to the first channel 21, and the second fluid inlet 25 and the second fluid outlet 27
  • the two channels 22 are arranged so as to be arranged in a channel width direction (Y-axis direction) orthogonal to the channel direction (X-axis direction).
  • the tube 50 extends in the width direction of the flow path (Y-axis direction) and has upstream sides 63 and 83 which are ends where exhaust gas flows from the first fluid inlet 35 into the first flow path 21, and a second flow path.
  • the oblique guides 71 and 91 protrude from the second fluid inlet 22 so as to approach the upstream sides 63 and 83 as the distance from the second fluid inlet 25 increases, and extend from the second flow passage 22 in the flow direction (X-axis direction).
  • the pair of oblique guides 71 and 91 projecting from the adjacent tubes 50 so as to face each other are configured to form the gap 23 in the second flow path 22 on the upstream side of the vertical guides 73 to 76 and 93 to 96.
  • the cooling water flowing from the second fluid inlet 25 into the second flow path 22 is guided along the oblique guides 71 and 91 to the vicinity of the upstream side portion 63 where stagnation is likely to occur. Local rise in temperature is suppressed, and boiling of cooling water is prevented. Then, a part of the cooling water flowing along the oblique guides 71 and 91 is guided to the space between the vertical guides 73 to 76 and 93 to 96 through the gap 23, so that the velocity distribution of the cooling water flow is equalized. Therefore, the heat exchange efficiency of the heat exchanger can be increased.
  • the vertical guides 73 to 76 are arranged in a stepwise manner such that their upstream ends 73a to 76a are arranged closer to the upstream side 63 as the distance from the second fluid inlet 25 increases.
  • the upstream ends 73a to 76a of the vertical guides 73 to 76 are arranged along the oblique guide 71, so that the cooling water flows from the gap 23 to the space between the vertical guides 73 to 76 in the second flow path 22. And the length of the flowing channel is equalized. Thereby, the velocity distribution of the cooling water flowing between the vertical guides 73 to 76 is equalized.
  • the second fluid inlet 25 is formed around a second fluid inlet center line Oyi extending in the flow channel width direction (Y-axis direction).
  • the upstream end 71a of the oblique guide 71 is between the second fluid inlet center line Oyi in the flow direction (X-axis direction) and the upstream end 73a of the vertical guide 73 provided at a position closest to the second fluid inlet 25. It was arranged to be arranged in.
  • the tube 50 includes an upstream oblique guide 72 that protrudes into the second flow path 22 and extends closer to the upstream side 63 as the distance from the second fluid inlet 25 increases.
  • the configuration is such that it is arranged between 63 and the oblique guide 71.
  • the cooling water flowing from the second fluid inlet 25 into the second flow path 22 is guided along the upstream oblique guide 72 to the vicinity of the upstream side portion 63 where stagnation is likely to occur.
  • the local rise in temperature is suppressed.
  • the oblique guides 71 and 91 are dimples that protrude from the flow paths 69 and 89 facing the second flow path 22 of the tube 50 and are depressed on the flow paths 68 and 88 facing the first flow path 21.
  • the oblique guides 71 and 91 can be formed by press forming the upper plate 60 and the lower plate 80 of the tube 50, respectively. Thereby, the productivity of the tube 50 is ensured.
  • the dimension ratio D / H of the size D of the gap 23 to the flow path height H of the second flow path 22 in the stacking direction (Z-axis direction) of the tubes 50 is in the range of 0.05 to 0.43.
  • the configuration was set.
  • the inclination angle ⁇ 2 of the upstream oblique guide 72 with respect to the flow channel width direction (Y-axis direction) is larger than the inclination angle ⁇ 1 of the oblique guide 71.
  • the cooling water flowing into the second flow path 22 from the second fluid inlet 25 flows along the upstream oblique guide 72 that is more inclined than the oblique guide 71, so that the upstream side portion 63 where stagnation tends to occur is formed. Is increased, and the local rise in the temperature of the cooling water is suppressed.
  • the oblique guide 71 and the upstream oblique guide 72 are configured to extend in a straight line, but may be extended in a curved line.
  • the upstream diagonal guide 72 is provided in parallel with the diagonal guide 71.
  • the diagonal guide 71 may not be provided but only the diagonal guide 71 may be provided.
  • the present invention is suitable as a heat exchanger mounted on a vehicle, but can also be applied to a heat exchanger used for other than a vehicle.

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Abstract

熱交換器（１００）は、積層される複数のチューブ（５０）と、前記チューブ（５０）の内部に形成されて流路方向に延在し、第１流体が流通する複数の第１流路（２１）と、隣り合う前記チューブ（５０）の間に形成されて第２流体が流通する複数の第２流路（２２）と、前記第２流路（２２）に対して前記流路方向に直交する流路幅方向に並ぶように配置され、前記第２流路（２２）に第２流体を流入させる第２流体入口（２５）と、を備え、前記チューブ（５０）は、前記流路幅方向に延在して前記第１流路（２１）に第１流体が流入する端部である上流辺部（６３）と、前記第２流路（２２）に突出して前記第２流体入口（２５）から離れるほど前記上流辺部（６３）に近づくように延在する斜めガイド（７１、９１）と、を有し、隣り合う前記チューブ（５０）から互いに対向して突出する対の前記斜めガイド（７１、９１）間には、間隙（２３）が形成される。

Description

熱交換器
　本発明は、流体どうしの間で熱交換が行われる熱交換器に関する。
　ＪＰ２０１４－１９４２９６Ａには、内燃機関の排気ガスを冷却水によって冷却する多管式熱交換器が開示されている。
　上記多管式熱交換器は、内部に排気ガスが流通する複数の扁平伝熱管と、各扁平伝熱管の間に冷却水を流通させるケーシングと、を備える。ケーシング内に導入された冷却水流は、各扁平伝熱管の間を流れることで、排気ガスとの熱交換を行い、排気ガスを冷却する。
　上記各扁平伝熱管の間には、冷却水流を導くガイド部材が排気ガス流入口側端部に沿って配置される。冷却水流は、ガイド部材に沿って流れることで、排気ガス流入口側端部の方に導かれる。これにより、排気ガス流入口側端部の近傍において冷却水の温度が局所的に上昇することが抑えられ、冷却水の沸騰が防止される。
　しかしながら、ＪＰ２０１４－１９４２９６Ａの多管式熱交換器では、ケーシング内に導入された冷却水流がガイド部材に沿って流れることで、ガイド部材の背後に冷却水流の淀みが生じるため、排気ガスとの熱交換が効率良く行われないという問題がある。
　本発明は、流体の温度が局所的に上昇することを抑えて、熱交換効率を高められる熱交換器を提供することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、積層される複数のチューブと、前記チューブの内部に形成されて流路方向に延在し、第１流体が流通する複数の第１流路と、隣り合う前記チューブの間に形成されて第２流体が流通する複数の第２流路と、前記第２流路に対して前記流路方向に直交する流路幅方向に並ぶように配置され、前記第２流路に第２流体を流入させる第２流体入口と、を備え、前記チューブは、前記流路幅方向に延在して前記第１流路が流入する端部である上流辺部と、前記第２流路に突出して前記第２流体入口から離れるほど前記上流辺部に近づくように延在する斜めガイドと、を有し、隣り合う前記チューブから互いに対向して突出する対の前記斜めガイド間には、間隙が形成される。
　上記態様によれば、第２流体入口から第２流路に流入する第２流体は、斜めガイドに沿って滞留が生じやすい上流辺部の近傍に導かれることで、第２流体の温度が局所的に上昇することが抑えられる。そして、斜めガイドに沿って流れる第２流体の一部は、間隙を通じて流路方向へと導かれることで、第２流体の速度分布が均等化される。これにより、熱交換器の熱交換効率を高められる。
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。 図２は、熱交換器の分解斜視図である。 図３は、チューブの平面図である。 図４は、熱交換器の一部を拡大した分解斜視図である。 図５は、図３のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 図６は、冷却水の流れ方向を示すチューブの平面図である。 図７は、冷却水の温度差Ｔと間隙の寸法比率Ｄ／Ｈとの関係を示す線図である。 図８は、冷却水の圧力差Ｐと間隙の寸法比率Ｄ／Ｈとの関係を示す線図である。 図９は、性能比率Ｔ／Ｐと間隙の寸法比率Ｄ／Ｈとの関係を示す線図である。 図１０は、変形例に係るチューブの平面図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態に係る熱交換器１００について説明する。なお、説明の簡略化のため、添付図面は、熱交換器１００の一部を省略して図示している。
　熱交換器１００は、車両のＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システム（図示せず）に用いられる、水冷式ＥＧＲクーラである。熱交換器１００は、エンジンから排出される排気の一部（第１流体）を冷却水（第２流体）によって冷却する。冷却回路を循環する冷却水は、熱交換器１００を流通した後に、放熱器を流通して外気に放熱するようになっている。
　図１及び図２に示すように、熱交換器１００は、内部に排気が流通する第１流路２１を形成する複数のチューブ５０と、積層される各チューブ５０の間に冷却水が循環する第２流路２２を形成するケーシング１０と、を備える。
　以下、各図面において互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定して熱交換器１００の構成を説明する。なお、チューブ５０において、第１流路２１が延びるＸ軸方向を「流路方向」と呼び、Ｙ軸方向を「流路幅方向」と呼び、各チューブ５０が並ぶＺ軸方向を「積層方向」と呼ぶ。
　図２に示すように、チューブ５０は、半筒状のアッパプレート６０及びロアプレート８０が組み付けられることによって、Ｚ軸方向に扁平な筒状に形成される。アッパプレート６０とロアプレート８０との間には、伝熱部材としてフィン１１が配置される。
　アッパプレート６０及びロアプレート８０は、金属板をプレス加工することによって扁平な半筒状に形成される。
　アッパプレート６０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延在する板状をした伝熱板部６１と、伝熱板部６１の両側から曲折してＺ軸方向及びＸ軸方向に延在する一対の側端部６２と、伝熱板部６１の上流端から曲折してＸ軸方向及びＹ軸方向に延在する上流辺部６３と、伝熱板部６１の下流端から曲折してＸ軸方向及びＹ軸方向に延在する下流辺部６４と、を有する。
　ロアプレート８０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延在する板状をした伝熱板部８１と、伝熱板部８１の両側から曲折してＺ軸方向及びＸ軸方向に延在する一対の側端部８２と、伝熱板部８１の上流端から延在する上流辺部８３と、伝熱板部８１の下流端から延在する下流辺部８４と、を有する。
　積層される各チューブ５０の上流辺部６３、８３どうし、下流辺部６４、８４どうしは、隙間なく接合される。積層される各チューブ５０の伝熱板部６１、８１は、間隔Ｈを持って並び（図５参照）、両者の間に第２流路２２が形成される。
　ケーシング１０は、半筒状のアッパシェル２０及びロアシェル３０が組み付けられることによって断面が略矩形の筒状に形成される。ケーシング１０の両開口端部には、枠状をしたヘッダ１５、１６がそれぞれ組み付けられる。ヘッダ１５、１６には、ＥＧＲ通路の管（図示せず）がそれぞれ接続され、排気が各チューブ５０内の第１流路２１に導かれるようになっている。
　ヘッダ１５の内部には、ＥＧＲ通路の管から導かれる排気を第１流路２１に分配する第１流体入口３５（図３参照）が設けられる。ヘッダ１６の内部には、第１流路２１から流出する排気をＥＧＲ通路の管へと導く第１流体出口３６（図３参照）が設けられる。
　ケーシング１０には、パイプ１７、１８が接続される。一方のパイプ１７には、冷却水を供給する管（図示せず）が接続される。他方のパイプ１８には、冷却水を排出する管（図示せず）が接続される。
　ケーシング１０の内部には、パイプ１７から導かれる冷却水を各チューブ５０間の第２流路２２に分配する第２流体入口２５（図３参照）と、第２流路２２から流出する冷却水をパイプ１８へと導く第２流体出口２７（図３参照）と、が設けられる。
　アッパシェル２０及びロアシェル３０は、それぞれ金属板をプレス加工することによって半筒状に形成される。アッパシェル２０は、第２流体入口２５を形成する膨出部３３と、第２流体出口２７を形成する膨出部３４と、を有する。ロアシェル３０は、第２流体入口２５を形成する膨出部３１と、第２流体出口２７を形成する膨出部３２と、を有する。
　熱交換器１００の製造時には、上記各部材が組み立てられる組立体が形成される。金属製の組立体は、加熱炉に搬送されて熱処理されることにより各接合部がろう付けによって接合される。
　熱交換器１００の作動時に、冷却回路を循環する冷却水は、図１に黒矢印で示すように、パイプ１７内から第２流体入口２５に流入し、各チューブ５０間の第２流路２２に分配される。後述するように第２流路２２を流通した冷却水は、第２流体出口２７にて集合し、パイプ１８内を通じて流出する。一方、エンジンの燃焼室から排出される排気の一部は、図１に白抜き矢印で示すように、ヘッダ１５内の第１流体入口３５を通じて各チューブ５０内の第１流路２１に分配される。第１流路２１を流通する排気は、各チューブ５０を介して第２流路２２を流通する冷却水に放熱することで冷却される。第１流路２１から流出する排気は、ヘッダ１６内の第１流体出口３６を通じて集合し、エンジンの燃焼室に供給される。
　次に、図３～図５を参照しながらチューブ５０の構成について説明する。
　図３は、チューブ５０のアッパプレート６０を示す平面図である。アッパプレート６０の伝熱板部６１は、上流辺部６３と下流辺部６４との間に延在し、Ｘ軸方向に延びる中心線Ｏｘを中心とする略矩形の外形を有する。
　第２流体入口２５は、上流辺部６３に近い側端部６２に面して形成される。第２流体入口２５は、Ｙ軸方向に延びる第２流体入口中心線Ｏｙｉを中心として形成される。上流辺部６３は、第２流体入口中心線Ｏｙｉに対して略平行に延在するように配置される。
　第２流体出口２７は、下流辺部６４に近い側端部６２に面して形成される。第２流体出口２７は、Ｙ軸方向に延びる中心線Ｏｙｏを中心として形成される。下流辺部６４は、中心線Ｏｙｏに対して略平行に延在するように配置される。
　第２流体入口２５は、一方の側端部６２に面して形成される。第２流体出口２７は、他方の側端部６２に面して形成される。なお、これに限らず、第２流体入口２５と第２流体出口２７とは、共に一方の側端部６２に面して形成される構成としてもよい。
　伝熱板部６１には、１本の斜めガイド７１と、１本の上流側斜めガイド７２と、４本の縦ガイド７３～７６と、がプレス加工によって形成される。斜めガイド７１、上流側斜めガイド７２、及び縦ガイド７３～７６は、第２流路２２に突出し、後述するように冷却水の流れを導くようになっている。なお、縦ガイド７３～７６の本数は、これに限らず、伝熱板部６１の寸法等に応じて任意に設定される。
　斜めガイド７１は、上流辺部６３に対して傾斜し、第２流体入口２５から離れるのにしたがって上流辺部６３に近づくように配置される。斜めガイド７１の中心線Ｏ７１は、第２流体入口２５と交差するように配置される。斜めガイド７１の上流辺部６３（第２流体入口中心線Ｏｙｉ）に対する傾斜角度θ１は、伝熱板部６１及び第２流体入口２５の配置等に応じて任意に設定される。
　斜めガイド７１は、第２流体入口２５に対向する上流端７１ａを有する。上流端７１ａは、Ｘ軸方向について第２流体入口中心線Ｏｙｉと縦ガイド７３の上流端７３ａとの間に配置される。また、斜めガイド７１は、上流端７１ａよりも上流辺部６３に近い位置であり、第２流体入口中心線Ｏｙｉよりも第１流路２１上流側である位置に配置される下流端７１ｂを有する。
　上流側斜めガイド７２は、上流辺部６３と斜めガイド７１との間に配置される。上流側斜めガイド７２の上流端７２ａは、Ｘ軸方向について上流辺部６３と第２流体入口中心線Ｏｙｉとの間に配置される。上流側斜めガイド７２は、斜めガイド７１より短い長さを有する。
　上流側斜めガイド７２の中心線Ｏ７２は、第２流体入口２５と交差するように配置される。上流側斜めガイド７２の傾斜角度θ２は、斜めガイド７１の傾斜角度θ１と略等しい値に設定される。つまり、上流側斜めガイド７２は、斜めガイド７１と略平行に配置される。上流側斜めガイド７２と斜めガイド７１との間隔Ｓは伝熱板部６１及び第２流体入口２５の配置等に応じて任意に設定される。
　縦ガイド７３～７６は、Ｘ軸方向について斜めガイド７１と下流辺部６４との間に配置される。縦ガイド７３～７６は、側端部６２と略平行に配置され、上流辺部６３及び下流辺部６４と略直交している。縦ガイド７３～７６は、Ｙ軸方向について略一定の間隔を持つように配置される。
　縦ガイド７３～７６の上流端７３ａ～７６ａは、第２流体入口２５から離れるのにしたがって上流辺部６３に近づくように、階段状に配置される。縦ガイド７３～７６の上流端７３ａ～７６ａは、斜めガイド７１と略平行な線Ａ上に並ぶように配置され、斜めガイド７１に対して略一定の距離Ｃを持つ。
　縦ガイド７３～７６の下流端７３ｂ～７６ｂは、下流辺部６４に対して略一定の距離を持つように配置される。
　図４は、ロアプレート８０及びアッパプレート６０を示す斜視図である。ロアプレート８０の伝熱板部８１には、１本の斜めガイド９１と、１本の上流側斜めガイド９２と、４本の縦ガイド９３～９６と、がプレス加工によって形成される。斜めガイド９１、上流側斜めガイド９２、及び縦ガイド９３～９６は、アッパプレート６０の斜めガイド７１、上流側斜めガイド７２、及び縦ガイド７３～７６にそれぞれ対向して突出するように同一位置に配置される。
　図５は、図３のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。アッパプレート６０の伝熱板部６１とロアプレート８０の伝熱板部８１とは、Ｚ軸方向について流路高さＨを持って略平行に延在するように配置される。
　斜めガイド７１、９１は、アッパプレート６０、ロアプレート８０をそれぞれプレス成形することによって形成され、第２流路２２の流路面６９、８９から堤状に隆起し、第１流路２１の流路面６８、８８に溝状に窪むディンプルである。アッパプレート６０の斜めガイド７１とロアプレート８０の斜めガイド９１との間には、Ｚ軸方向について大きさＤを有する間隙２３が形成される。後述するように、流路高さＨに対する大きさＤの寸法比率Ｄ／Ｈは、シミュレーション解析によって０．０５以上０．４３以下の範囲に設定される。なお、実際の流路高さＨは、１．０ｍｍに設定される。間隙２３の大きさＤは、０．０５以上０．４３以下ｍｍの範囲に設定される。
　同様に、上流側斜めガイド７２、９２及び縦ガイド７３～７６、９３～９６は、アッパプレート６０、ロアプレート８０をそれぞれプレス成形することによって形成されるディンプルである。アッパプレート６０の上流側斜めガイド７２及び縦ガイド７３～７６と、ロアプレート８０の上流側斜めガイド９２及び縦ガイド９３～９６との間にも、間隙２３と等しい大きさＤを有する間隙がそれぞれ形成される。
　次に、熱交換器１００の作動時における冷却水の流れについて説明する。図６は、冷却水の流れ方向を矢印で示している。
　図６に示すように、第２流体入口２５から第２流路２２に流入する冷却水流は、その一部分が斜めガイド７１によってＹ軸方向に導かれ、残りが第２流体入口２５に最も近い縦ガイド７３によってＸ軸方向に導かれる。
　第２流体入口２５から第２流路２２に流入する冷却水流は、縦ガイド７３に沿ってＸ軸方向に流れることで、下流辺部６４の近傍に位置する下流端流路部２２ｃ（図６において右側の領域）において滞留しやすい第２流体出口２７から遠い領域（図６において右上側の領域）に導かれる。
　第２流体入口２５から第２流路２２に流入する冷却水流は、斜めガイド７１、上流側斜めガイド７２、斜めガイド９１、及び上流側斜めガイド９２に沿って流れることで、上流辺部６３の近傍に位置する上流端流路部２２ａ（図６において左側の領域）に導かれる。こうして、上流端流路部２２ａでは、第２流体入口２５から遠い領域（図６において左下側の領域）においても、冷却水流が滞留することが抑えられる。これにより、上流端流路部２２ａでは、排気から受ける熱によって冷却水の温度が局所的に上昇することが抑えられ、冷却水が沸騰することが防止される。
　斜めガイド７１及び斜めガイド９１に沿って流れる冷却水流の一部は、間隙２３（図５参照）を通じてＸ軸方向に流れることで、縦ガイド７３～７６、縦ガイド９３～９６、及びケーシング１０によって仕切られる中間流路部２２ｂへと導かれる。斜めガイド７１及び斜めガイド９１の下流側では、冷却水が間隙２３を通じて流通することで、淀みが生じることが抑えられる。
　縦ガイド７３～７６の上流端７３ａ～７６ａは、斜めガイド７１に対して一定の距離Ｃ（図３参照）を持って配置されているため、中間流路部２２ｂにおける冷却水流の速度分布が均等化される。
　中間流路部２２ｂを流通する冷却水流は、縦ガイド７３～７６、縦ガイド９３～９６、及びケーシング１０の内壁に沿って流れることで、下流辺部６４の近傍に位置する下流端流路部２２ｃに導かれる。これにより、下流端流路部２２ｃの第２流体出口２７から遠い領域においても、冷却水流が滞留することが抑えられ、冷却水の沸騰が防止される。下流端流路部２２ｃを流通した冷却水流は、下流辺部６４に沿って第２流体出口２７へと流出する。
　このようにして第２流路２２では、斜めガイド７１、上流側斜めガイド７２、斜めガイド９１、上流側斜めガイド９２、縦ガイド７３～７６、及び縦ガイド９３～９６によって冷却水流の速度分布が均等化される。これにより、熱交換器１００は、熱交換効率が高まる。
　第２流路２２では、流路高さＨに対して間隙２３の大きさＤをある程度に小さくすることで、熱伝達率が高まる一方、流路抵抗が高くなる。熱交換器１００では、以下のようにして、流路高さＨに対する大きさＤの寸法比率Ｄ／Ｈが決められる。
　図７には、所定条件で熱交換器１００に冷却水及び排気を流通させたときに生じる冷却水の温度差Ｔが間隙２３の寸法比率Ｄ／Ｈに応じて変化する値をシミュレーション解析によって求めた結果を示している。冷却水の温度差Ｔは、第２流体入口２５を流れる冷却水の温度と、第２流体出口２７を流れる冷却水の温度との差である。図７に示すように、冷却水の温度差Ｔは、寸法比率Ｄ／Ｈが０より大きくなるほど次第に高まり、寸法比率Ｄ／Ｈが０．２～０．３の範囲でピーク値をとり、寸法比率Ｄ／Ｈが０．３より大きくなるほど次第に低くなる。
　図８には、所定条件で熱交換器１００に冷却水及び排気を流通させたときに生じる冷却水の圧力差Ｐを間隙２３の寸法比率Ｄ／Ｈに応じて変化する値をシミュレーション解析によって求めた結果を示している。冷却水の圧力差Ｐは、第２流体入口２５を流れる冷却水の圧力と、第２流体出口２７を流れる冷却水の圧力との差である。図８に示すように、冷却水の圧力差Ｐは、寸法比率Ｄ／Ｈが０から０．５へと大きくなるほど次第に低くなる。
　図９には、冷却水の温度差Ｔを冷却水の圧力差Ｐで割った性能比率Ｔ／Ｐと間隙２３の寸法比率Ｄ／Ｈとの関係を示している。図９に示すように、性能比率Ｔ／Ｐは、寸法比率Ｄ／Ｈが０より大きくなるほど次第に高まり、寸法比率Ｄ／Ｈが０．２～０．３の範囲でピーク値をとり、寸法比率Ｄ／Ｈが０．３より大きくなるほど次第に低くなる。そして、寸法比率Ｄ／Ｈが０．０５以上０．４３以下の範囲で、性能比率Ｔ／Ｐが市場で要求される基準値以上となる。
　次に、本実施形態の効果について説明する。
　本実施形態によれば、熱交換器１００は、積層される複数のチューブ５０と、チューブ５０の内部に形成されて排気（第１流体）が流通する第１流路２１と、隣り合うチューブ５０の間に形成されて冷却水（第２流体）が流通する第２流路２２と、複数の第２流路２２に冷却水を分配する第２流体入口２５と、を備える。第２流体入口２５は、第２流路２２に対して流路方向（Ｘ軸方向）に直交する流路幅方向（Ｙ軸方向）に並ぶように配置される。チューブ５０は、流路幅方向（Ｙ軸方向）に延在して第１流路２１に排気が流入する端部である上流辺部６３、８３と、第２流路２２に突出して第２流体入口２５から離れるほど上流辺部６３、８３に近づくように延在する斜めガイド７１、９１と、を有する。隣り合うチューブ５０から互いに対向して突出する対の斜めガイド７１、９１間には、間隙２３が形成される。
　また、第２流体入口２５は、流路幅方向（Ｙ軸方向）に延びる第２流体入口中心線Ｏｙｉを中心として形成される。斜めガイド７１の上流端７１ａは、流路方向（Ｘ軸方向）について第２流体入口中心線Ｏｙｉよりも第１流路２１下流側に配置される。上流端７１ａよりも斜めガイド７１の上流辺部６３，８３に近い斜めガイド７１の下流端７１ｂは、第２流体入口中心線Ｏｙｉよりも第１流路２１上流側に配置される構成とした。
　上記構成に基づき、第２流体入口２５から第２流路２２に流入する冷却水は、斜めガイド７１、９１に沿って滞留が生じやすい上流辺部６３の近傍に導かれることで、冷却水の温度が局所的に上昇することが抑えられ、冷却水の沸騰が防止される。そして、斜めガイド７１、９１に沿って流れる冷却水の一部は、間隙２３を通じて流路方向（Ｘ軸方向）へと導かれることで、冷却水流の速度分布が均等化される。よって、熱交換器の熱交換効率を高められる。
　また、チューブ５０は、第２流路２２に突出して流路方向（Ｘ軸方向）に延在する縦ガイド７３～７６、９３～９６と、を有する。隣り合うチューブ５０から互いに対向して突出する対の斜めガイド７１、９１は、第２流路２２において縦ガイド７３～７６、９３～９６の上流側に間隙２３を形成する構成とした。
　また、縦ガイド７３～７６の上流端７３ａ～７６ａは、斜めガイド７１と離間している構成とした。
　上記構成に基づき、斜めガイド７１、９１に沿って流れる冷却水の一部は、間隙２３を通じて縦ガイド７３～７６、９３～９６の間へと導かれることで、冷却水流の速度分布が均等化される。よって、熱交換器の熱交換効率を高められる。
　さらに、第２流体入口２５から第２流路２２に流入する冷却水は、その大部分が斜めガイド７１によって流路幅方向（Ｙ軸方向）に導かれ、その一部が第２流体入口２５に最も近い縦ガイド７３によって流路方向（Ｘ軸方向）に導かれる。これにより、第２流路２２における冷却水流の速度分布が均等化される。
　また、本実施形態によれば、積層される複数のチューブ５０と、チューブ５０の内部に形成されて排気（第１流体）が流通する第１流路２１と、複数の第１流路２１に排気を分配する第１流体入口３５と、複数の第１流路２１から流出する排気を集合させる第１流体出口３６と、隣り合うチューブ５０の間に形成されて冷却水（第２流体）が流通する第２流路２２と、複数の第２流路２２に冷却水を分配する第２流体入口２５と、複数の第２流路２２から流出する冷却水を集合させる第２流体出口２７と、を備える。第１流体入口３５及び第１流体出口３６は、第１流路２１に対して流路方向（Ｘ軸方向）に並ぶように配置され、第２流体入口２５及び第２流体出口２７は、第２流路２２に対して流路方向（Ｘ軸方向）に直交する流路幅方向（Ｙ軸方向）に並ぶように配置される。チューブ５０は、流路幅方向（Ｙ軸方向）に延在して第１流体入口３５から第１流路２１に排気が流入する端部である上流辺部６３、８３と、第２流路２２に突出して第２流体入口２５から離れるほど上流辺部６３、８３に近づくように延在する斜めガイド７１、９１と、第２流路２２に突出して流路方向（Ｘ軸方向）に延在する縦ガイド７３～７６、９３～９６と、を有する。隣り合うチューブ５０から互いに対向して突出する対の斜めガイド７１、９１は、第２流路２２において縦ガイド７３～７６、９３～９６の上流側に間隙２３を形成する構成とした。
　上記構成に基づき、第２流体入口２５から第２流路２２に流入する冷却水は、斜めガイド７１、９１に沿って滞留が生じやすい上流辺部６３の近傍に導かれることで、冷却水の温度が局所的に上昇することが抑えられ、冷却水の沸騰が防止される。そして、斜めガイド７１、９１に沿って流れる冷却水の一部は、間隙２３を通じて縦ガイド７３～７６、９３～９６の間へと導かれることで、冷却水流の速度分布が均等化される。よって、熱交換器の熱交換効率を高められる。
　また、縦ガイド７３～７６は、第２流体入口２５から離れるほど、それぞれの上流端７３ａ～７６ａが上流辺部６３に近づくように並ぶ、階段状に配置される構成とした。
　上記構成に基づき、縦ガイド７３～７６の上流端７３ａ～７６ａは、斜めガイド７１に沿って配置されることで、第２流路２２において冷却水が間隙２３から縦ガイド７３～７６の間へと流れる流路長さが均等化される。これにより、縦ガイド７３～７６の間を流れる冷却水流の速度分布の均等化が図られる。
　また、第２流体入口２５は、流路幅方向（Ｙ軸方向）に延びる第２流体入口中心線Ｏｙｉを中心として形成される。斜めガイド７１の上流端７１ａは、流路方向（Ｘ軸方向）について第２流体入口中心線Ｏｙｉと、第２流体入口２５に最も近い位置に設けられる縦ガイド７３の上流端７３ａと、の間に配置される構成とした。
　上記構成に基づき、第２流体入口２５から第２流路２２に流入する冷却水は、その大部分が斜めガイド７１によって流路幅方向（Ｙ軸方向）に導かれ、その一部が第２流体入口２５に最も近い縦ガイド７３によって流路方向（Ｘ軸方向）に導かれる。これにより、第２流路２２における冷却水流の速度分布が均等化される。
　また、チューブ５０は、第２流路２２に突出して第２流体入口２５から離れるほど上流辺部６３に近づくように延在する上流側斜めガイド７２を備え、上流側斜めガイド７２は上流辺部６３と斜めガイド７１との間に配置される構成とした。
　上記構成に基づき、第２流体入口２５から第２流路２２に流入する冷却水は、上流側斜めガイド７２に沿って滞留が生じやすい上流辺部６３の近傍に導かれることで、冷却水の温度が局所的に上昇することが抑えられる。
　また、斜めガイド７１、９１は、チューブ５０の第２流路２２に面する流路面６９、８９から隆起し、かつ第１流路２１に面する流路面６８、８８に窪むディンプルである構成とした。
　上記構成に基づき、斜めガイド７１、９１は、チューブ５０のアッパプレート６０、ロアプレート８０をそれぞれプレス成形することによって形成することが可能になる。これにより、チューブ５０の生産性が確保される。
　また、チューブ５０の積層方向（Ｚ軸方向）について第２流路２２の流路高さＨに対する間隙２３の大きさＤの寸法比率Ｄ／Ｈは、０．０５以上０．４３以下の範囲に設定される構成とした。
　上記構成に基づき、熱交換器１００では、第２流路２２の流路抵抗を低く抑えることと、熱伝達率を高めることと、の両立が図れる。
　次に、図１０に示す熱交換器１００の変形例について説明する。
　本変形例では、図１０に示すように、流路幅方向（Ｙ軸方向）に対する上流側斜めガイド７２の傾斜角度θ２は、斜めガイド７１の傾斜角度θ１より大きい構成とした。
　上記構成に基づき、第２流体入口２５から第２流路２２に流入する冷却水は、斜めガイド７１より大きく傾斜する上流側斜めガイド７２に沿って流れることで、滞留が生じやすい上流辺部６３の近傍に導かれる流速が高められ、冷却水の温度が局所的に上昇することが抑えられる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　例えば、上記実施形態では、斜めガイド７１及び上流側斜めガイド７２は、直線状に延在する構成としたが、湾曲線状に延在するものであってもよい。
　また、上記実施形態では、斜めガイド７１と並んで上流側斜めガイド７２を備える構成としたが、上流側斜めガイド７２を備えず、斜めガイド７１のみを備えるものであってもよい。
　本発明は、車両に搭載される熱交換器として好適であるが、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。
　本願は、２０１８年６月２９日に日本国特許庁に出願された特願２０１８－１２５２４１に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (8)

  1. 　第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、
    　積層される複数のチューブと、
    　前記チューブの内部に形成されて流路方向に延在し、第１流体が流通する複数の第１流路と、
    　隣り合う前記チューブの間に形成されて第２流体が流通する複数の第２流路と、
    　前記第２流路に対して前記流路方向に直交する流路幅方向に並ぶように配置され、前記第２流路に第２流体を流入させる第２流体入口と、を備え、
    　前記チューブは、
    　前記流路幅方向に延在して前記第１流路に第１流体が流入する端部である上流辺部と、
    　前記第２流路に突出して前記第２流体入口から離れるほど前記上流辺部に近づくように延在する斜めガイドと、を有し、
    　隣り合う前記チューブから互いに対向して突出する対の前記斜めガイド間には間隙が形成される、
    　熱交換器。
  2. 　請求項１に記載の熱交換器であって、
    　前記第２流体入口は、前記流路幅方向に延びる第２流体入口中心線を中心として形成され、
    　前記斜めガイドの前記第２流体入口に対向する上流端は、前記流路方向について前記第２流体入口中心線よりも前記第１流路下流側に配置され、前記斜めガイドの前記上流端よりも前記上流辺部に近い下流端は、前記第２流体入口中心線よりも前記第１流路上流側に配置される、
    　熱交換器。
  3. 　請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
    　前記チューブは、前記第２流路に突出して前記第２流体入口から離れるほど前記上流辺部に近づくように延在する上流側斜めガイドをさらに備え、
    　前記上流側斜めガイドは前記上流辺部と前記斜めガイドとの間に配置される、
    　熱交換器。
  4. 　請求項３に記載の熱交換器であって、
    　前記上流側斜めガイドの前記流路幅方向に対する傾斜角度は、前記斜めガイドの傾斜角度より大きい、
    　熱交換器。
  5. 　請求項１から４のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
    　前記斜めガイドは、前記チューブの前記第２流路に面する流路面から隆起し、かつ前記第１流路に面する流路面に窪むディンプルである、
    　熱交換器。
  6. 　請求項１から５のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
    　前記チューブの積層方向について前記第２流路の流路高さに対する前記間隙の寸法比率は、０．０５以上０．４３以下の範囲に設定される、
    　熱交換器。
  7. 　請求項１から６のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
    　前記チューブは、前記第２流路に突出して前記流路方向に延在する縦ガイド、を有し、
    　隣り合う前記チューブから互いに対向して突出する対の前記斜めガイドは、前記第２流路において前記縦ガイドの上流側に間隙を形成する、
    熱交換器。
  8. 　請求項７に記載の熱交換器であって、
    　前記縦ガイドの上流端は、前記斜めガイドと離間している、
    熱交換器。
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