WO2020031454A1 - 自動車用排熱回収装置 - Google Patents

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WO2020031454A1
WO2020031454A1 PCT/JP2019/019743 JP2019019743W WO2020031454A1 WO 2020031454 A1 WO2020031454 A1 WO 2020031454A1 JP 2019019743 W JP2019019743 W JP 2019019743W WO 2020031454 A1 WO2020031454 A1 WO 2020031454A1
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flat flow
fluid
flow pipe
flat
pipe group
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PCT/JP2019/019743
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English (en)
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Inventor
永井孝範
Original Assignee
三恵技研工業株式会社
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    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/36—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an exhaust flap
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus that recovers and uses exhaust heat such as exhaust gas from an internal combustion engine of an automobile.
  • Patent Literature 1 discloses an exhaust gas introduction section into which exhaust gas generated by an internal combustion engine is introduced, a heat recovery path connected to an upper portion on the downstream side of the exhaust gas introduction section, and an exhaust gas introduction section provided below the heat recovery path.
  • a detour connected to the lower part on the downstream side, a heat recovery unit mounted on the upper surface of the detour and heating the cooling water with exhaust air sent from the heat recovery path, and rotatable upstream or downstream of the detour and the heat recovery path
  • An exhaust heat recovery apparatus for a vehicle which is provided with a valve that is provided in the vehicle and closes either the detour or the heat recovery path and regulates the flow of exhaust gas is disclosed.
  • the heat recovery unit of the exhaust heat recovery device is provided with a plurality of flat tubular heat plates through which the exhaust gas passes in the core case, and heats the cooling water flowing in the core case by the heat of the exhaust gas flowing through the heat plate. It has become.
  • the fluid for performing heat exchange such as cooling water is the same as that on the introduction side according to the state of the installation place in the vehicle. There is also a need for a structure that can be led to the side.
  • the present invention has been proposed in view of the above problems, and can significantly improve the heat exchange efficiency, and can lead a fluid for heat exchange such as cooling water to the same side as the introduction side, so that the It is an object of the present invention to provide an exhaust heat recovery device for a vehicle, which can increase the degree of freedom of an installation place in a vehicle.
  • the exhaust heat recovery device for a vehicle is provided with a base through which the first fluid flows, and extends at an angle to the flow direction of the first fluid, and has a flat surface along the flow direction of the first fluid.
  • a flat flow pipe through which a second fluid that exchanges heat with the first fluid flows, and a flat flow pipe group on the upstream side and a flat flow pipe group on the downstream side in the flow direction of the first fluid,
  • a plurality of the flat flow pipes are arranged side by side at intervals in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the first fluid, and the first flow of the first fluid in the flat flow pipes of the downstream flat flow pipe group is configured.
  • An upstream end in the flow direction is provided so as not to overlap with the flat flow tube of the upstream flat flow tube group in the flow direction of the first fluid, and the upstream flat flow tube group is provided. And make a U-turn between the downstream flat flow pipe group and Wherein the flow path where the second fluid flows is formed.
  • the heat exchange area can be increased by arranging the flat flow pipes along the flow direction of the first fluid and juxtaposing the flat flow pipes at intervals.
  • the downstream flat flow pipe has a temperature difference between the second fluid and the second fluid.
  • the heat exchange performance can be enhanced by applying a large first fluid. Therefore, the heat exchange efficiency can be significantly improved.
  • the structure in which the second fluid flows in a U-turn between the upstream flat flow pipe group and the downstream flat flow pipe group to flow the fluid performing heat exchange such as cooling water to the same side as the introduction side can be increased.
  • the degree of freedom of an installation location of the exhaust heat recovery device for a vehicle in the vehicle can be increased.
  • the flat shape and arrangement of the flat flow pipe the pressure loss of the first fluid flowing through the base can be reduced, and a smooth flow of the first fluid can be ensured.
  • the back pressure of the internal combustion engine can be reduced by reducing the pressure loss, and the exhaust efficiency, intake efficiency, and combustion efficiency of the internal combustion engine can be increased.
  • the exhaust heat recovery apparatus for an automobile is characterized in that the upstream flat flow pipe group and the downstream flat flow pipe group are inserted all at once into the same heat transfer fin, and the upstream flat flow pipe is A plurality of heat transfer fins are provided at intervals in a pipe direction in which the group and the downstream flat flow pipe group extend. According to this, the heat exchange efficiency can be further improved by providing a plurality of heat transfer fins at intervals in a pipe direction in which the upstream flat flow pipe group and the downstream flat flow pipe group extend. . In addition, by inserting the upstream flat flow pipe group and the downstream flat flow pipe group into the same heat transfer fin, the heat transfer fin is attached, so that the upstream flat flow pipe group and the downstream flat flow pipe are attached. Groups can be easily integrated and assembled.
  • the exhaust heat recovery device for a vehicle includes a first partition portion in which one end opening of each of the flat flow pipe groups of the upstream flat flow pipe group is opened, and each of the downstream flat flow pipe groups.
  • One end opening of the flat flow pipe is opened, and a second partition section partitioned from the first partition section is provided, and the second fluid is externally supplied to one of the first partition section and the second partition section.
  • the second fluid is introduced to the outside from the other, and the other end opening of each of the flat flow pipes in the upstream flat flow pipe group and the flat in each of the downstream flat flow pipe groups are set.
  • a U-turn partition is provided in which the other end opening of the flow pipe is opened.
  • the introduction and the derivation of the second fluid into the upstream flat flow pipe group and the downstream flat flow pipe group can be easily performed.
  • the U-turn section eliminates the need for a complicated structure such as connecting the individual flat flow pipes on the upstream side to the flat flow pipes on the downstream side by shifting the positions of the flat flow pipes in the stacking direction, and eliminating the second fluid. Can be simplified and the cost can be reduced.
  • the second fluids derived from the individual flat flow pipes of the upstream or downstream flat flow pipe group are mixed inside the U-turn section, turbulence and agitation are promoted to reduce temperature unevenness. The heat exchange efficiency can be further improved.
  • the base is formed by joining a pair of halves so as to be aligned in a pipe direction of the flat flow pipe, and a through hole of one half and the other half are formed. Both ends of each of the flat flow pipes are fitted and welded to the through holes of the body. According to this, the pair of halves joined so as to be aligned in the pipe direction of the flat flow pipe, the flat flow pipe is easily and reliably positioned with respect to the base, and the flat flow pipe is fixed in a bridged state. can do.
  • the base is formed by joining a pair of halves so as to be joined in a pipe direction of the flat flow pipe, and is provided at a joining portion of one of the halves.
  • the fitting portion is fitted to a fitted portion provided at a mating portion of the other half.
  • the exhaust heat recovery device for a vehicle has a fluid introduction part, a fluid lead-out part, a swelling part between the fluid introduction part and the fluid lead-out part, and a pair of halves is formed of the flat flow pipe.
  • the base formed by being joined so as to be joined in the road direction, and extending in the flow direction of the first fluid flowing through the base, and generally dividing the inside of the bulging portion into a heat exchange path and a detour.
  • a tilt valve that can be switched to restrict the flow of the first fluid flowing through the base to any one of the heat exchange path and the detour, and the upstream flat flow pipe group and the The flat flow pipe group on the downstream side is provided so that the first fluid flowing through the heat exchange path flows around the first fluid.
  • the heat exchange path and the detour can be formed by the base formed by joining the pair of halves and the separator that substantially divides the inside of the bulge of the base, so that the switchable heat
  • An automobile exhaust heat recovery device having an exchange path and a detour can be formed with a small number of parts. Therefore, the number of parts to be joined is reduced, so that the manufacturing efficiency can be improved. In addition, the cost of parts and the cost of the joining operation can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the number of parts is small, the weight of the exhaust heat recovery device for an automobile can be reduced, and the fuel efficiency of the automobile can be improved by reducing the weight.
  • the exhaust heat recovery device for a vehicle according to the present invention is characterized in that the separator, the tilt valve, and the flat flow pipe are bridged between the halves. According to this, the separator, the tilt valve, and the flat flow pipe can be easily installed on the base body in cooperation with the operation of aligning the pair of halves with each other in the pipe direction of the flat flow pipe.
  • the heat exchange efficiency can be significantly improved, and the fluid for performing heat exchange such as cooling water can be led out to the same side as the introduction side, so that the The degree of freedom of the installation location can be increased.
  • FIG. 1 is a perspective view of an exhaust heat recovery device for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an exhaust heat recovery device for a vehicle according to an embodiment. The perspective view in the state where the flat distribution pipe, the separator, and the tilt valve were arranged in one half in the exhaust heat recovery device for vehicles of the embodiment. The front view which looked at the other half and the division unit in the exhaust heat recovery device for vehicles of an embodiment from the inside.
  • FIG. 5 is a front view of a state where the other half is removed from the state of FIG. 4.
  • FIG. 4 is a partial vertical explanatory view illustrating a heat exchange operation of the exhaust heat recovery device for a vehicle according to the embodiment.
  • the exhaust heat recovery apparatus 1 for an automobile includes a substantially cylindrical fluid introduction unit 21, a substantially cylindrical fluid lead-out unit 22, and a fluid introduction unit 21. It has a bulging portion 23 provided between the fluid guiding portion 22 and the base 2 through which the first fluid flows.
  • the bulging portion 23 bulges outward so as to form a wide space inside, and the base 2 is formed in a substantially tubular shape having a bulge at an intermediate portion as a whole.
  • the base 2 is formed such that the axis of the substantially cylindrical fluid introduction part 21 and the axis of the substantially cylindrical fluid lead-out part 22 substantially coincide with each other.
  • the protruding portion 22 is formed so as to protrude laterally in one direction.
  • the base 2 is formed by joining the pair of halves 24a and 24b.
  • the halves 24a and 24b have a shape in which the base 2 is divided into two in the axial direction of the fluid introduction part 21 and the fluid outlet part 22 and in the direction in which the bulging part 23 projects, and the halves 24a and 24b are substantially the same. It is almost the same size in shape.
  • the pair of halves 24a, 24b of the present embodiment are joined together so as to fit in the direction of the flat flow pipes 5m, 5n described later.
  • the joining portions of the half body 24a and the half body 24b have their end faces abutting on the upstream end of the fluid introduction part 21 and the downstream end of the fluid outlet part 22, and are fitted in the middle part thereof.
  • the mating portion 241a and the fitted portion 241b are formed so as to bulge outward at different heights, and the fitting portion 241a is fitted inside the fitted portion 241b. Then, the contacted end surface and the overlapping surface of the fitting portion 241a and the fitted portion 241b or the end of the fitted portion 241b are welded by laser welding or the like, and the half body 24a and the half body 24b are joined. , As a base 2.
  • a mounting portion 251 is formed at a predetermined position on the wall portion 25 corresponding to the bulging portion 23 of the base 2 so as to be depressed inward, and a separator 3 described below is positioned on the mounting portion 251. Is placed.
  • the mounting portions 251 are formed on each of the half body 24 a and the half body 24 b, and are provided on both sides of the base 2.
  • tilting valves 4 to be described later are provided on the wall portions 25 on both sides corresponding to the bulging portion 23 of the base 2, that is, the wall portion 25 of one half 24a and the wall 25 of the other half 24b. Is supported so as to be tiltable so as to be installed.
  • the walls 25 on both sides corresponding to the bulging portion 23 of the base body 2 in other words, the wall 25 of the one half 24 a and the wall 25 of the other half 24 b are respectively provided with the first fluid.
  • the through holes 26m on the upstream side in the flow direction and the through holes 26n on the downstream side are provided.
  • the through holes 26m and 26n are elongated holes extending in the pipe direction of the substantially tubular base 2, and are formed at positions closer to the projecting direction of the bulging portion 23.
  • the through hole 26m on the upstream side of the one half 24a and the through hole 26m on the upstream side of the other half 24b are spaced from each other in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the first fluid, in other words, are expanded.
  • a plurality of pairs of through-holes 26m are provided at corresponding positions on the wall portions 25.
  • the through hole 26n on the downstream side of the one half 24a and the through hole 26n on the downstream side of the other half 24b are also spaced from each other in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the first fluid, in other words, they are expanded.
  • a plurality of pairs of through-holes 26n are provided at positions corresponding to the wall portions 25 at intervals with respect to the direction in which the protrusions 23 protrude.
  • an end 261n on the upstream side in the flow direction of the first fluid in the downstream through hole 26n is provided so as not to overlap with the through hole 26m on the upstream side in the flow direction of the first fluid.
  • flat flow pipes 5m, 5n to be described later are inserted and provided so as to be bridged, and both ends of the flat flow pipes 5m, 5n are provided. They are fitted and welded to the periphery of the through holes 26m and 26n.
  • a separator 3 that substantially divides the inside of the bulging portion 23 into a heat exchange path ER and a detour route DR is provided to extend in the flow direction of the first fluid flowing through the base 2.
  • the separator 3 in the illustrated example has a substantially rectangular tray shape, and is arranged such that the concave side of the tray is on the fluid introduction section 21 and the fluid outlet section 22 side, and the recesses 311 311 of the side walls 31 on both sides thereof. Are mounted and positioned so as to be engaged with the mounting portions 251.
  • the positioned separator 3 is provided at a position closer to the protruding side of the bulging portion 23 than the conduits of the fluid introduction unit 21 and the fluid outlet unit 22.
  • the separator 3 is fixed to the base 2 by joining the side walls 31 thereof to the walls 25 of the base 2 by laser welding or the like, and the separator 3 is provided so as to extend between the halves 24a and 24b.
  • Can be A required slit may be formed in the wall portions 25 of the halves 24a and 24b, and the side walls 31 of the separator 3 may be pressed against the slits and fixed by plug welding or fillet welding.
  • a tilting valve 4 that can be switched so as to regulate the flow of the first fluid flowing through the base 2 to one of the heat exchange path ER and the detour path DR is provided.
  • the tilt valve 4 includes a substantially tongue-shaped valve plate 41 and a shaft portion 42 fixed to the base of the valve plate 41.
  • the tilt valve 4 is provided between the halves 24a and 24b to be tiltable. Supported.
  • a drive plate 43 and a thermoactuator 44 mounted in engagement with a protrusion 431 projecting outward from the drive plate 43 are provided on the shaft portion 42 of the tilt valve 4 projecting outward from the other half 24b.
  • a drive lever 441 is provided, and the tilt valve 4 is tilted via the drive plate 43 by the reciprocating operation of the drive lever 441 to open and close.
  • the thermoactuator 44 in the illustrated example corresponds to a configuration in which the heated fluid corresponding to the second fluid exchanges heat after being heated, and is drawn out from a pipe 74 described later, and detects the temperature of the heated fluid flowing out from the flat flow pipe 5n. It is located as close to the pipe 74 as possible.
  • the tilt valve 4 may be provided on the downstream side of the separator 3.
  • the upstream flat flow pipe 5m having a flat pipe shape and the downstream flat flow through which the second fluid that exchanges heat with the first fluid flows.
  • a flow pipe 5n is provided between the halves 24a and 24b.
  • the flat flow pipes 5m and 5n extend at an angle with respect to the flow direction of the first fluid, which is the pipe direction of the substantially tubular base 2, and in the present embodiment, are substantially formed with respect to the flow direction of the first fluid. It is provided to extend at a right angle.
  • the flat surfaces of the flat flow pipes 5m and 5m are provided along the flow direction of the first fluid.
  • the flat flow pipes 5m on the upstream side in the flow direction of the first fluid are arranged side by side at intervals in a direction substantially perpendicular to the flow direction of the first fluid, in other words, are spaced in the direction in which the bulging portion 23 swells.
  • a plurality of flat flow pipes 5m arranged side by side open and a plurality of flat flow pipes on the upstream side constitute a flat flow pipe group on the upstream side.
  • a plurality of flat flow pipes 5n on the downstream side in the flow direction of the first fluid are also juxtaposed at intervals in the direction substantially perpendicular to the flow direction of the first fluid, in other words, in the direction in which the bulging portion 23 swells.
  • a plurality of flat flow pipes 5n are arranged side by side to form a flat flow pipe group on the downstream side.
  • the upstream end 51n of the flat flow pipe group 5n of the downstream flat flow pipe group in the flow direction of the first fluid is connected to the flat flow pipe 5m of the upstream flat flow pipe group in the flow direction of the first fluid. They are arranged so as not to overlap with each other. And the flat flow pipe group 5m of the flat flow pipe group of the upstream side and the flat flow pipe group of the downstream side, or the flat flow pipe group 5m of the upstream flat flow pipe group and the flat flow pipe 5n of the downstream side flat flow pipe group are The first fluid flowing through the heat exchange path ER is provided so as to flow around.
  • the flat flow pipes 5m and 5n in the illustrated example are each formed by arranging one plate 52 and the other plate 53, each having a substantially U-shape in cross section, facing each other with an interval in the thickness direction. 5n, a plurality of supporting portions 54 supporting the thickness of 5n projecting inward in a convex shape along the pipe line direction and provided at intervals in the width direction of the flat flow tubes 5m, 5n.
  • the turbulence of the flow of the second fluid flowing inside the 5 m, 5 n and the heat exchange efficiency are promoted, the fixing strength between the flat flow pipes 5 m, 5 n and the heat transfer fins 6 described later is increased, and the impact resistance and durability are improved.
  • the configuration of the upstream flat flow pipe and the downstream flat flow pipe in the present invention may be appropriately set within the scope of the present invention.
  • a plurality of heat transfer fins 6 are externally provided at predetermined intervals in the pipe direction of the flat flow pipes 5m and 5n, and the heat transfer fins 6 increase the heat transfer area of heat exchange.
  • a tapered edge 62 is formed in each of the insertion holes 61 of the heat transfer fins 6, and the flat channel pipes 5 m and 5 n are inserted into the insertion holes 61 of the heat transfer fins 6, respectively. It is pressed and held at the edge 62.
  • the heat transfer fins 6 are fixed to the flat flow pipe 5m on the upstream side and the flat flow pipe 5n on the downstream side by press-fitting and holding the tapered edge 62.
  • the upstream flat flow pipe group formed by the flat flow pipes 5m and the downstream flat flow pipe group formed by the flat flow pipes 5n are inserted into the same heat transfer fin 6 all at once, and A plurality of heat transfer fins 6 are arranged side by side with an interval in the pipe direction in which the upstream flat flow pipe group and the downstream flat flow pipe group extend.
  • a substantially tray-shaped partition unit for introducing and discharging the second fluid flowing through the flat flow pipes 5m and 5n outside the upstream through hole 26m and the downstream through hole 26n in the other half 24b. 7 are provided.
  • the partition unit 7 includes a first partition portion 71 in which one end opening of each flat flow pipe 5m of the upstream flat flow pipe group is opened, and one end opening of each flat flow pipe 5n of the downstream flat flow pipe group. Is provided, and a second partition 72 partitioned from the first partition 71 is provided.
  • Flat flow pipes 5m and 5n are provided to communicate with the space of the first partition 71 and the space of the second partition 72, respectively. ing.
  • the pipe 73 is connected to the connection hole 711 of the first partition 71, and the pipe 74 is connected to the connection hole 721 of the second partition 72.
  • One of the pipe 73 and the pipe 74 is an introduction pipe for introducing a second fluid for heat exchange from the outside, and the other is an outlet pipe for leading the second fluid for which heat exchange has been completed to the outside.
  • the second fluid is introduced into one of the second partition portions 72 from the outside, and the second fluid is led out of the other from the other.
  • the partition unit 7 is arranged along the other half 24b of the base 2 and is fixed to the base 2 or the other half 24b by welding or the like.
  • a U-turn is formed between the upstream flat flow pipe group and the downstream flat flow pipe group in a U-turn.
  • a substantially tray-shaped U-turn partition 8 forming a flow path through which two fluids flow is provided.
  • the U-turn section 8 is open at the other end of each flat flow pipe 5m of the upstream flat flow pipe group, and is open at the other end of each flat flow pipe 5n of the downstream flat flow pipe group. Are opened, and flat flow pipes 5m and 5n are provided in communication with the space of the U-turn section 8 respectively.
  • the U-turn section 8 is arranged along one half 24a of the base 2 and is fixed to the base 2 or one half 24a by welding or the like.
  • the base 2 is connected to an exhaust pipe of an internal combustion engine of a vehicle, and the base 2 is allowed to flow exhaust gas, which is a heating fluid, as a first fluid. Further, a fluid to be heated such as cooling water, oil, or air is circulated as the second fluid through the flat circulation pipes 5m and 5n.
  • exhaust gas which is a heating fluid
  • a fluid to be heated such as cooling water, oil, or air is circulated as the second fluid through the flat circulation pipes 5m and 5n.
  • Reference numeral 27 in the drawing denotes a receiving portion for receiving the valve plate 41 of the tilt valve 4 in the open state provided in the base 2.
  • thermoactuator 44 closes the tilt valve 4 due to the temperature of the fluid to be heated of the second fluid falling below a predetermined temperature or the like, the flat flow pipe 5m of the separator 3 as shown by the thick arrow in FIG. , 5n is restricted from flowing to the side opposite to the side where the 5n is disposed, the exhaust flows through the heat exchange path ER of the base 2, and the exhaust flows toward the flat flow pipes 5m, 5n of the separator 3 and the side where the heat transfer fins 6 are disposed.
  • the fluid to be heated such as cooling water, which is guided and flows through the flat flow pipes 5m and 5n in a U-turn, is heated and heat exchange is performed.
  • the upstream end 51n in the exhaust flow direction of the flat flow pipe group 5n of the downstream flat flow pipe group is overlapped with the flat flow pipe 5m of the upstream flat flow pipe group in the exhaust flow direction. Since they are arranged so as not to be displaced, high-efficiency heat exchange is performed in both the flat flow pipe 5m on the upstream side and the flat flow pipe 5n on the downstream side.
  • the thermoactuator 44 detects that the temperature of the heated and derived fluid to be heated is equal to or higher than the predetermined temperature, the thermoactuator 44 opens the tilt valve 4 to flow exhaust gas through the bypass DR, Stop heat exchange with the fluid to be heated.
  • the flat surfaces of the flat flow tubes 5m, 5n are aligned with the flow direction of the first fluid, and the plurality of flat flow tubes 5m, 5n are juxtaposed at intervals.
  • the heat exchange area can be increased.
  • the second fluid flows through the downstream flat flow pipe 5n.
  • the first fluid having a large temperature difference can be applied to enhance the heat exchange performance. Therefore, the heat exchange efficiency can be significantly improved.
  • the heat exchange efficiency can be further improved.
  • the heat transfer fin 6 is attached, so that the upstream flat flow pipe group and the downstream flat flow pipe group are attached.
  • the distribution tube group can be easily integrated and assembled.
  • the first partitioning section 71 and the second partitioning section 72 can easily introduce and discharge the second fluid into the upstream flat flow pipe group and the downstream flat flow pipe group.
  • the U-turn partitioning section 8 eliminates the need for a complicated structure such as connecting the individual flat flow pipes 5m on the upstream side to the flat flow pipes 5n on the downstream side by shifting the position in the stacking direction of the flat flow pipes 5m.
  • the structure for making the U-turn of the second fluid can be simplified and the cost can be reduced.
  • the second fluids derived from the individual flat flow pipes 5m or 5n of the flat flow pipe group on the upstream side or the downstream side are mixed inside the U-turn section 8, turbulence and agitation are obtained. Is promoted, temperature unevenness is suppressed, and the heat exchange efficiency can be further improved.
  • a pair of halves 24a and 24b are joined so as to be aligned in the pipe direction of the flat flow pipes 5m and 5n to form the base 2, and the through holes 26m and 26n of one half 24a and the other half 24b
  • the flat flow pipes 5m, 5n are fitted to the through-holes 26m, 26n, and the ends of the flat flow pipes 5m, 5n are fitted and welded to the pair of halves 24a, 24b, and the base 2 to form the flat flow pipes 5m, 5n.
  • Positioning can be performed easily and reliably, and the flat flow pipes 5m and 5n can be fixed in a state of being erected.
  • a pair of halves 24a and 24b are joined together so as to be aligned in the flow direction of the flat flow pipes 5m and 5n to form the base 2, and the fitting provided at the mating portion of one half 24a is provided.
  • the fitting part 241a to the fitting part 241b provided in the mating part of the other half 24b, the one half 24a and the other half 24b are positioned and aligned at accurate positions.
  • the manufacturing operation can be simplified and the yield can be improved.
  • the heat exchange path ER and the detour path DR are formed separately by providing the bulging portion 23 and the separator 3 on the base 2, and the flow of the first fluid is changed by switching the tilt valve 4.
  • the vehicle exhaust heat recovery apparatus 1 having the switchable heat exchange path ER and the detour DR can be formed with a small number of parts. Therefore, the number of parts to be joined is reduced, so that the manufacturing efficiency can be improved. In addition, the cost of parts and the cost of the joining operation can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the number of parts is small, the weight of the exhaust heat recovery device 1 for a vehicle can be reduced, and the fuel efficiency of the vehicle can be improved by reducing the weight.
  • the pair of halves 24a and 24b is connected to the flat flow pipes 5m and 5n in the direction of the flat flow pipes 5m and 5n by the structure in which the separator 3, the tilt valve 4, and the flat flow pipes 5m and 5n are laid between the pair of halves 24a and 24b.
  • the separator 3, the tilting valve 4, and the flat flow pipes 5m, 5n can be easily installed on the base 2 in cooperation with the operation of combining with each other.
  • the base in the exhaust heat recovery apparatus for a vehicle of the present invention is not limited to the base which is joined so that the pair of halves 24a and 24b in the above embodiment are joined in the direction of the flat flow pipes 5m and 5n.
  • an exhaust heat recovery apparatus for a vehicle according to the present invention includes a base having only a heat exchange path instead of a structure that can be switched between the heat exchange path ER and the detour DR.
  • the U-turn partitioning section 8 which can simplify the structure for making the U-turn of the second fluid is provided, but the flat flow pipe group on the upstream side and the U-turn section on the downstream side are provided.
  • An appropriate structure capable of forming a flow path through which the second fluid flows so as to make a U-turn between the flat flow pipe group is included in the exhaust heat recovery apparatus for a vehicle according to the present invention.
  • the upstream end of the flat flow pipes of the downstream flat flow pipe group in the flow direction of the first fluid is formed in the flat flow pipes of the upstream flat flow pipe group.
  • An appropriate configuration is included as long as it is provided so as not to overlap the flow direction of the first fluid with the pipe.
  • the thickness of the flat flow pipe on the downstream side with respect to the interval between the flat flow pipes on the upstream side is included.
  • the configuration in which the second fluid is U-turned and the second fluid is led out to the same side as the introduction side has a structure in which the second fluid is led out in one U-turn. Then, the structure of the exhaust heat recovery apparatus for a vehicle can be simplified, and the apparatus can be installed in a more space-saving manner, which is preferable. It is also possible to adopt a configuration in which the two fluids are led out to the same side as the introduction side.
  • the first fluid and the second fluid in the automotive exhaust heat recovery device of the present invention are included in the present invention as long as one of them is a heating fluid and the other is a heated fluid. Further, the types of the heating fluid and the fluid to be heated are appropriate. For example, the heating fluid may be a liquid other than exhaust gas, vapor, or the like.
  • the present invention can be used, for example, when recovering exhaust heat from exhaust gas of an internal combustion engine of an automobile.
  • Thermo Actuator 441 Drive lever 5m, 5n Flat flow pipe 51n Upstream end 52, 53 Plate 54 Support part 6 Heat transfer fin 61 Insertion hole 62 Tapered edge 7 Partition unit 71 Partition 1 Portion 711 Connection hole 72 Second partition 721 Connection hole 73, 74 Piping 8 U-turn partition ER Heat exchange path DR Detour

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Abstract

第１流体が流通する基体２と、第１流体の流れ方向に対して角度を付けて延設され且つ扁平面が前記第１流体の流れ方向に沿うように設けられ、第１流体と熱交換する第２流体が流通する扁平流通管５ｍ、５ｎを備え、第１流体の流れ方向の上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群が、それぞれ扁平流通管５ｍ、５ｎを第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて複数並置され、下流側の扁平流通管５ｎにおける第１流体の流れ方向の上流側の端部５１ｎが、上流側の扁平流通管５ｍと流れ方向に重ならないように設けられると共に、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群との間をＵターンするようにして第２流体が流通する流路が構成される自動車用排熱回収装置１。熱交換効率を格段に高められると共に、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出でき、車両内での設置場所の自由度を高められる。

Description

自動車用排熱回収装置
　本発明は、自動車の内燃機関の排気等の排熱を回収して利用する排熱回収装置に関する。
　従来、自動車の内燃機関で発生した排気の排熱で冷却水を加温し、排熱を回収する装置が知られている。例えば特許文献１には、内燃機関で発生した排気が導入される排ガス導入部と、排ガス導入部の下流側上部に接続される熱回収路と、熱回収路の下方に設けられ排ガス導入部の下流側下部に接続される迂回路と、迂回路の上面に載置され熱回収路から送られる排気で冷却水を温める熱回収器と、迂回路及び熱回収路の上流又は下流に回動可能に設けられて迂回路又は熱回収路のどちらかを閉じて排気の流れを規制するバルブを備える自動車用排熱回収装置が開示されている。この排熱回収装置の熱回収器には、コアケース内に排気ガスが通される扁平管状のヒートプレートが複数設けられ、ヒートプレートに流れる排気ガスの熱でコアケース内を流れる冷却水を温めるようになっている。
特開２０１２－３１７９６号公報
　ところで、自動車用排熱回収装置には、熱交換効率をより高めることができる要望に加え、車両内での設置場所の状態に応じて、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出できる構造も求められている。
　本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、熱交換効率を格段に高めることができると共に、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出することができ、車両内での設置場所の自由度を高めることができる自動車用排熱回収装置を提供することを目的とする。
　本発明の自動車用排熱回収装置は、第１流体が流通する基体と、前記第１流体の流れ方向に対して角度を付けて延設され且つ扁平面が前記第１流体の流れ方向に沿うように設けられ、前記第１流体と熱交換する第２流体が流通する扁平流通管を備え、前記第１流体の流れ方向の上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群が、それぞれ前記扁平流通管を前記第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて複数並置して構成され、前記下流側の扁平流通管群の前記扁平流通管における前記第１流体の流れ方向の上流側の端部が、前記上流側の扁平流通管群の前記扁平流通管と前記第１流体の流れ方向に対して重ならないように設けられると共に、前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群との間をＵターンするようにして前記第２流体が流通する流路が構成されていることを特徴とする。
　これによれば、扁平流通管の扁平面を第１流体の流れ方向に沿わせ、複数の扁平流通管を間隔を開けて並置することにより、熱交換面積を増加させることができる。更に、下流側の扁平流通管における第１流体の流れ方向の上流側の端部を上流側の扁平流通管と重ならないようすることで、下流側の扁平流通管に第２流体と温度差の大きい第１流体を当てて、熱交換性能を高めることができる。従って、熱交換効率を格段に高めることができる。また、第２流体が上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群との間をＵターンして流通する構造により、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出することができ、自動車用排熱回収装置の車両内での設置場所の自由度を高めることができる。また、この扁平流通管の扁平形状、配置により、基体を流通する第１流体の圧力損失を低減し、スムーズな第１流体の流れを確保することができ、特に第１流体を自動車の内燃機関の排気とする場合には、圧力損失の低減によって内燃機関の背圧を低減し、内燃機関の排気効率、吸気効率、燃焼効率を高めることもできる。
　本発明の自動車用排熱回収装置は、前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が同一の伝熱フィンに一括して挿通されると共に、前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が延びる管路方向に間隔を開けて複数の伝熱フィンが設けられていることを特徴とする。
　これによれば、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群が延びる管路方向に間隔を開けて複数の伝熱フィンを設けることにより、熱交換効率をより一層高めることができる。また、同一の伝熱フィンに上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群を挿通することで、伝熱フィンの取付により、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群を容易に一体化して組み立てることができる。
　本発明の自動車用排熱回収装置は、前記上流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の一端開口が開放される第１区画部と、前記下流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の一端開口が開放され、前記第１区画部と区画される第２区画部を備え、前記第１区画部と前記第２区画部のいずれか一方に前記第２流体が外部から導入され、他方から前記第２流体が外部に導出されると共に、前記上流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の他端開口と前記下流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の他端開口が開放されるＵターン区画部が設けられることを特徴とする。
　これによれば、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群への第２流体の導入、導出を簡単に行うことができる。また、Ｕターン区画部により、上流側の個々の扁平流通管を扁平流通管の積層方向への位置をずらして下流側の扁平流通管に接続する等の複雑な構造が不要となり、第２流体のＵターンさせる構造を簡易化し、低コストにすることができる。また、Ｕターン区画部の内部で上流側或いは下流側の扁平流通管群の個々の扁平流通管から導出された第２流体が混合されるので、乱流化、攪拌を促進して温度ムラを抑制し、熱交換効率をより一層高めることができる。
　本発明の自動車用排熱回収装置は、前記基体が一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成され、一方の前記半体の貫通穴と他方の前記半体の貫通穴に、各々の前記扁平流通管の両端部がそれぞれ嵌合されて溶接されていることを特徴とする。
　これによれば、扁平流通管の管路方向で合わせるように接合される一対の半体、基体に対して扁平流通管を容易且つ確実に位置決めして、扁平流通管を架設された状態で固定することができる。
　本発明の自動車用排熱回収装置は、前記基体が一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成され、一方の前記半体の合わせ部分に設けられている嵌合部が、他方の前記半体の合わせ部分に設けられている被嵌合部に嵌合されていることを特徴とする。
　これによれば、扁平流通管の管路方向で合わせるように接合される一方の半体と他方の半体を正確な位置に位置決めして合わせることができ、製造作業の容易化、歩留まりの向上を図ることができる。
　本発明の自動車用排熱回収装置は、流体導入部、流体導出部、前記流体導入部と前記流体導出部との間の膨出部を有し、一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成されている前記基体と、前記基体を流通する前記第１流体の流れ方向に延設され、前記膨出部の内部を熱交換路と迂回路に略区分するセパレータと、前記基体を流通する前記第１流体の流れを前記熱交換路と前記迂回路のいずれかに規制するように切替可能な傾動バルブを備え、前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が、前記熱交換路を流通する前記第１流体が周囲を流れるように設けられることを特徴とする。
　これによれば、一対の半体を接合して形成される基体と、基体の膨出部の内部を略区分するセパレータによって熱交換路と迂回路を構成することができるので、切り替え可能な熱交換路と迂回路を有する自動車用排熱回収装置を少ない部品点数で形成することができる。従って、部品の接合箇所が少なくなり、製造効率を向上することができると共に、部品のコストや接合作業のコストを減らして製造コストを低減することができる。また、部品点数が少ないことから、自動車用排熱回収装置を軽量化することができ、軽量化によって自動車の燃費を改善することができる。
　本発明の自動車用排熱回収装置は、前記セパレータと前記傾動バルブと前記扁平流通管が、前記半体の相互間に架設されていることを特徴とする。
　これによれば、一対の半体を扁平流通管の管路方向で互いに合わせる作業と連係させて、セパレータ、傾動バルブ、扁平流通管を基体に容易に設置することができる。
　本発明の自動車用排熱回収装置によれば、熱交換効率を格段に高めることができると共に、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出することができ、車両内での設置場所の自由度を高めることができる。
本発明による実施形態の自動車用排熱回収装置の斜視図。 実施形態の自動車用排熱回収装置の分解斜視図。 実施形態の自動車用排熱回収装置における一方の半体に扁平流通管、セパレータ、傾動バルブが配置された状態の斜視図。 実施形態の自動車用排熱回収装置における他方の半体、区画ユニットを内側から視た正面図。 図４の状態から他方の半体を取り除いた状態の正面図。 （ａ）は実施形態の自動車用排熱回収装置における扁平流通管、伝熱フィン、区画ユニット、Ｕターン区画部の部分の横断面図、（ｂ）は実施形態の自動車用排熱回収装置における扁平流通管と伝熱フィンの組立体の正面図。 実施形態の自動車用排熱回収装置の熱交換動作を説明する一部縦断説明図。
　〔実施形態の自動車用排熱回収装置〕
　本発明による実施形態の自動車用排熱回収装置１は、図１～図７に示すように、略筒形の流体導入部２１と、略筒形の流体導出部２２と、流体導入部２１と流体導出部２２との間に設けられる膨出部２３を有し、第１流体が流通する基体２を備える。膨出部２３は内部に広い空間が形成されるように外側に膨出し、基体２は全体として中間部に膨らみを有する略管状に形成されている。図示例の基体２は、略筒形の流体導入部２１の軸線と、略筒形の流体導出部２２の軸線が略一致するように形成され、膨出部２３は、流体導入部２１と流体導出部２２から一方向の側方に突出して形成されている。
　基体２は、一対の半体２４ａ、２４ｂを接合して形成されている。半体２４ａ、２４ｂは、流体導入部２１と流体導出部２２の軸線方向且つ膨出部２３の突出方向に基体２を２分割した形状をなしており、半体２４ａと半体２４ｂは略同一形状で略同一の大きさになっている。本実施形態の一対の半体２４ａ、２４ｂは後述する扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向で合わせるようにして接合されている。
　半体２４ａと半体２４ｂの合わせ部分は、流体導入部２１の上流側の端部と流体導出部２２の下流側の端部では端面が互いに当接されていると共に、その中間部分には嵌合部２４１ａと被嵌合部２４１ｂが高さ違いで外側に膨らむように形成され、嵌合部２４１ａが被嵌合部２４１ｂの内部に嵌合されている。そして、この当接した端面と、嵌合部２４１ａと被嵌合部２４１ｂの重なり面若しくは被嵌合部２４１ｂの端部とがレーザー溶接等で溶接されて半体２４ａと半体２４ｂが接合され、基体２として一体化されている。
　基体２の膨出部２３に対応する壁部２５には、内側に凹ますようにして所定位置に載置部２５１が形成されており、載置部２５１には後述するセパレータ３が位置決めして載置される。載置部２５１は、半体２４ａと半体２４ｂのそれぞれに形成され、基体２の両側に設けられている。また、基体２の膨出部２３に対応する両側の壁部２５・２５、換言すれば一方の半体２４ａの壁部２５と他方の半体２４ｂの壁部２５には、後述する傾動バルブ４の軸部４２が架設されるようにして傾動可能に支持されている。
　また、基体２の膨出部２３に対応する両側の壁部２５・２５、換言すれば一方の半体２４ａの壁部２５と他方の半体２４ｂの壁部２５には、それぞれ第１流体の流れ方向の上流側の貫通穴２６ｍ・２６ｍと、下流側の貫通穴２６ｎ、２６ｎが設けられている。貫通穴２６ｍ、２６ｎは、略管状の基体２の管路方向に延びる細長穴になっており、膨出部２３の突出方向に寄った位置に形成されている。
　一方の半体２４ａの上流側の貫通穴２６ｍと他方の半体２４ｂの上流側の貫通穴２６ｍは、それぞれ第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて、換言すれば膨出部２３の膨出する方向に間隔を開けて複数並べて設けられ、壁部２５・２５の対応する位置に複数対の貫通穴２６ｍ・２６ｍが設けられている。一方の半体２４ａの下流側の貫通穴２６ｎと他方の半体２４ｂの下流側の貫通穴２６ｎも、それぞれ第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて、換言すれば膨出部２３の膨出する方向に間隔を開けて複数並べて設けられ、壁部２５・２５の対応する位置に複数対の貫通穴２６ｎ・２６ｎが設けられている。
　更に、下流側の貫通穴２６ｎにおける第１流体の流れ方向の上流側の端部２６１ｎは、上流側の貫通穴２６ｍと第１流体の流れ方向に対して重ならないように配置して設けられている。上流側の貫通穴２６ｍ・２６ｍと下流側の貫通穴２６ｎ、２６ｎには、後述する扁平流通管５ｍ、５ｎが架橋されるように挿入されて設けられ、扁平流通管５ｍ、５ｎの両端部がそれぞれ嵌合されて貫通穴２６ｍ、２６ｎの周縁に溶接されている。
　膨出部２３の内部には、膨出部２３の内部を熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲに略区分するセパレータ３が、基体２を流通する第１流体の流れ方向に延設されている。図示例のセパレータ３は、略矩形のトレー形状になっており、トレーの凹み側が流体導入部２１、流体導出部２２側になるように配置され、その両側の側壁３１・３１の凹部３１１・３１１が載置部２５１・２５１に係合されるように載置されて位置決めされている。位置決めされたセパレータ３は、流体導入部２１、流体導出部２２の管路よりも膨出部２３の突出側に寄った位置に設けられる。
　セパレータ３は、その側壁３１・３１が基体２の壁部２５・２５にレーザー溶接等で接合して基体２に固定され、半体２４ａ、２４ｂの相互間に架設されるようにセパレータ３が設けられる。尚、半体２４ａ・２４ｂの壁部２５・２５に所要のスリットを形成し、そこにセパレータ３の側壁３１・３１を押し当ててプラグ溶接或いは隅肉溶接で固定する構成等としてもよい。
　セパレータ３の第１流体の流れ方向の上流側には、基体２を流通する第１流体の流れを熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲのいずれかに規制するように切替可能な傾動バルブ４が設けられている。傾動バルブ４は、略舌片状のバルブ板４１と、バルブ板４１の根元に固定されている軸部４２とから構成されており、半体２４ａ、２４ｂの相互間に架設されて傾動可能に支持されている。他方の半体２４ｂから外側に突出する傾動バルブ４の軸部４２の部分には、駆動板４３と、駆動板４３から外側に突出する突起４３１に係合して取り付けられているサーモアクチュエータ４４の駆動レバー４４１が設けられており、傾動バルブ４は駆動レバー４４１の往復動作で駆動板４３を介して傾動されて開閉するようになっている。図示例のサーモアクチュエータ４４は、第２流体に相当する被加熱流体が熱交換した後に後述する配管７４から導出される構成に対応し、扁平流通管５ｎから流出される被加熱流体の温度を検知可能に配管７４に隣接して配置されている。尚、傾動バルブ４は、セパレータ３の下流側に設ける構成とすることも可能である。
　セパレータ３よりも膨出部２３の突出方向に寄った位置には、第１流体と熱交換する第２流体が流通する、扁平管の形状を有する上流側の扁平流通管５ｍと下流側の扁平流通管５ｎが、半体２４ａ、２４ｂの相互間に架設されている。扁平流通管５ｍ、５ｎは、略管状の基体２の管路方向である第１流体の流れ方向に対して角度を付けて延設され、本実施形態では第１流体の流れ方向に対して略直角に延びるように設けられている。また、扁平流通管５ｍ、５ｍの扁平面は、それぞれ第１流体の流れ方向に沿うように設けられている。
　第１流体の流れ方向の上流側の扁平流通管５ｍは、第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて複数並置、換言すれば膨出部２３の膨出する方向に間隔を開けて複数並置され、複数並置された扁平流通管５ｍで上流側の扁平流通管群が構成されている。第１流体の流れ方向の下流側の扁平流通管５ｎも、第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて複数並置、換言すれば膨出部２３の膨出する方向に間隔を開けて複数並置され、複数並置された扁平流通管５ｎで下流側の扁平流通管群が構成されている。
　更に、下流側の扁平流通管群の扁平流通管５ｎにおける第１流体の流れ方向の上流側の端部５１ｎは、上流側の扁平流通管群の扁平流通管５ｍと第１流体の流れ方向に対して重ならないように配置して設けられている。そして、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群、或いは上流側の扁平流通管群のそれぞれの扁平流通管５ｍと下流側の扁平流通管群のそれぞれの扁平流通管５ｎが、熱交換路ＥＲを流通する第１流体が周囲を流れるように設けられる。
　尚、図示例の扁平流通管５ｍ、５ｎは、それぞれ断面視略コ字形の一方のプレート５２と他方のプレート５３を厚み方向に間隔を開けて対向配置して形成すると共に、扁平流路管５ｍ、５ｎの厚さを支持する支持部５４を管路方向に沿う凸状形状で内方に突出し且つ扁平流通管５ｍ、５ｎの幅方向に相互に間隔を開けて複数設ける構成とし、扁平流通管５ｍ、５ｎの内側を流れる第２流体の流れの乱流化、熱交換効率を促進し、扁平流通管５ｍ、５ｎと後述すると伝熱フィン６との固定強度を高め、耐衝撃性、耐久性を向上することができる効果が得られるものとしたが、本発明における上流側の扁平流通管と下流側の扁平流通管の構成はこれ以外にも本発明の趣旨の範囲内で適宜である。
　扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向には所定間隔を開けて複数の伝熱フィン６が外挿して設けられ、伝熱フィン６によって熱交換の伝熱面積を増加させている。伝熱フィン６の各々の挿通穴６１にはテーパ縁６２が形成されており、扁平流路管５ｍ、５ｎは、それぞれ伝熱フィン６の挿通穴６１に挿入されて、伝熱フィン６のテーパ縁６２で圧入保持される。換言すれば、テーパ縁６２の圧入保持により、上流側の扁平流通管５ｍと下流側の扁平流通管５ｎにそれぞれの伝熱フィン６が固定されている。また、扁平流通管５ｍで構成される上流側の扁平流通管群と、扁平流通管５ｎで構成される下流側の扁平流通管群は、同一の伝熱フィン６に一括して挿通されると共に、上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が延びる管路方向に間隔を開けて複数の伝熱フィン６が間隔を開けて並設される構成とされる。
　他方の半体２４ｂにおける上流側の貫通穴２６ｍと下流側の貫通穴２６ｎの外側には、扁平流通管５ｍ、５ｎに流通させる第２流体を導入し、導出するための略トレー状の区画ユニット７が設けられる。区画ユニット７は、上流側の扁平流通管群の各々の扁平流通管５ｍの一端開口が開放される第１区画部７１と、下流側の扁平流通管群の各々の扁平流通管５ｎの一端開口が開放され、第１区画部７１と区画される第２区画部７２を備え、第１区画部７１のスペースと第２区画部７２のスペースにそれぞれ扁平流通管５ｍ、５ｎが連通して設けられている。
　第１区画部７１の接続穴７１１には配管７３が接続され、第２区画部７２の接続穴７２１には配管７４が接続される。配管７３と配管７４のいずれか一方は熱交換する第２流体を外部から導入する導入管、他方は熱交換が完了した第２流体を外部に導出する導出管であり、第１区画部７１と第２区画部７２のいずれか一方に第２流体が外部から導入され、他方から第２流体が外部に導出されるようになっている。区画ユニット７は、基体２の他方の半体２４ｂに沿うように配置されて基体２或いは他方の半体２４ｂに溶接等で固定される。
　一方の半体２４ａにおける上流側の貫通穴２６ｍと下流側の貫通穴２６ｎの外側には、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群との間をＵターンするようにして第２流体が流通する流路を構成する略トレー状のＵターン区画部８が設けられている。Ｕターン区画部８には、上流側の扁平流通管群の各々の扁平流通管５ｍの他端開口が開放されると共に、下流側の扁平流通管群の各々の扁平流通管５ｎの他端開口が開放され、Ｕターン区画部８のスペースにそれぞれ扁平流通管５ｍ、５ｎが連通して設けられている。Ｕターン区画部８は、基体２の一方の半体２４ａに沿うように配置されて基体２或いは一方の半体２４ａに溶接等で固定される。
　本実施形態の自動車用排熱回収装置１では、例えば自動車の内燃機関の排気管路に基体２を接続して基体２に第１流体として加熱流体である排気を流通させる。また、扁平流通管５ｍ、５ｎには、例えば第２流体として冷却水、オイル、空気等の被加熱流体を流通させる。そして、傾動バルブ４が開状態の時には、図７の二点鎖線矢印のように、基体２の迂回路ＤＲを排気が流通する。尚、図中の２７は基体２内に設けられる開状態の傾動バルブ４のバルブ板４１を受ける受け部である。
　また、第２流体の被加熱流体の温度が所定温度以下に低下する等でサーモアクチュエータ４４が傾動バルブ４を閉状態にした時には、図７の太線矢印のように、セパレータ３の扁平流通管５ｍ、５ｎの配置側と逆側に排気が流れることが規制され、基体２の熱交換路ＥＲを排気が流通し、セパレータ３の扁平流通管５ｍ、５ｎ及び伝熱フィン６の配置側に排気が導かれ、扁平流通管５ｍ、５ｎをＵターンして流れる冷却水等の被加熱流体が加熱されて熱交換が行なわれる。
　この際、下流側の扁平流通管群の扁平流通管５ｎにおける排気の流れ方向の上流側の端部５１ｎは、上流側の扁平流通管群の扁平流通管５ｍと排気の流れ方向に対して重ならないように配置されていることから、上流側の扁平流通管５ｍ、下流側の扁平流通管５ｎのいずれでも高効率の熱交換が行なわれる。その後、加熱されて導出された被加熱流体の温度が所定温度以上になったことをサーモアクチュエータ４４が検知すると、サーモアクチュエータ４４が傾動バルブ４を開状態にして排気を迂回路ＤＲに流通させ、被加熱流体との熱交換を停止する。
　本実施形態の自動車用排熱回収装置１によれば、扁平流通管５ｍ、５ｎの扁平面を第１流体の流れ方向に沿わせ、複数の扁平流通管５ｍ、５ｎを間隔を開けて並置することにより、熱交換面積を増加させることができる。更に、下流側の扁平流通管５ｎにおける第１流体の流れ方向の上流側の端部５１ｎを上流側の扁平流通管５ｍと重ならないようすることで、下流側の扁平流通管５ｎに第２流体と温度差の大きい第１流体を当てて、熱交換性能を高めることができる。従って、熱交換効率を格段に高めることができる。また、第２流体が上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群との間をＵターンして流通する構造により、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出することができ、自動車用排熱回収装置１の車両内での設置場所の自由度を高めることができる。また、この扁平流通管５ｍ、５ｎの扁平形状、配置により、基体２を流通する第１流体の圧力損失を低減し、スムーズな第１流体の流れを確保することができ、特に第１流体を自動車の内燃機関の排気とする場合には、圧力損失の低減によって内燃機関の背圧を低減し、内燃機関の排気効率、吸気効率、燃焼効率を高めることもできる。
　また、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群が延びる管路方向に間隔を開けて複数の伝熱フィン６を設けることにより、熱交換効率をより一層高めることができる。また、同一の伝熱フィン６に上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群を挿通することで、伝熱フィン６の取付により、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群を容易に一体化して組み立てることができる。
　また、第１区画部７１と第２区画部７２により、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群への第２流体の導入、導出を簡単に行うことができる。また、Ｕターン区画部８により、上流側の個々の扁平流通管５ｍを扁平流通管５ｍの積層方向への位置をずらして下流側の扁平流通管５ｎに接続する等の複雑な構造が不要となり、第２流体のＵターンさせる構造を簡易化し、低コストにすることができる。また、Ｕターン区画部８の内部で上流側或いは下流側の扁平流通管群の個々の扁平流通管５ｍ又は扁平流通管５ｎから導出された第２流体が混合されるので、乱流化、攪拌を促進して温度ムラを抑制し、熱交換効率をより一層高めることができる。
　また、一対の半体２４ａ、２４ｂを扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向で合わせるように接合して基体２を形成し、一方の半体２４ａの貫通穴２６ｍ、２６ｎと他方の半体２４ｂの貫通穴２６ｍ、２６ｎに、各々の扁平流通管５ｍ、５ｎの両端部をそれぞれ嵌合して溶接することにより、一対の半体２４ａ、２４ｂ、基体２に対して扁平流通管５ｍ、５ｎを容易且つ確実に位置決めして、扁平流通管５ｍ、５ｎを架設された状態で固定することができる。
　また、一対の半体２４ａ、２４ｂを扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向で合わせるように接合して基体２を形成する構造で、一方の半体２４ａの合わせ部分に設けられている嵌合部２４１ａを、他方の半体２４ｂの合わせ部分に設けられている被嵌合部２４１ｂに嵌合することにより、一方の半体２４ａと他方の半体２４ｂを正確な位置に位置決めして合わせることができ、製造作業の容易化、歩留まりの向上を図ることができる。
　また、基体２に膨出部２３とセパレータ３を設けて熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲを区分して形成し、傾動バルブ４の切り替えで第１流体の流れを熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲとの間で切り替えられるようにすることで、切り替え可能な熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲを有する自動車用排熱回収装置１を少ない部品点数で形成することができる。従って、部品の接合箇所が少なくなり、製造効率を向上することができると共に、部品のコストや接合作業のコストを減らして製造コストを低減することができる。また、部品点数が少ないことから、自動車用排熱回収装置１を軽量化することができ、軽量化によって自動車の燃費を改善することができる。
　また、セパレータ３と傾動バルブ４と扁平流通管５ｍ、５ｎを一対の半体２４ａ、２４ｂの相互間に架設する構造により、一対の半体２４ａ、２４ｂを扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向で互いに合わせる作業と連係させて、セパレータ３、傾動バルブ４、扁平流通管５ｍ、５ｎを基体２に容易に設置することができる。
　〔本明細書開示発明の包含範囲〕
　本明細書開示の発明は、発明として列記した各発明、実施形態の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な内容を本明細書開示の他の内容に変更して特定したもの、或いはこれらの内容に本明細書開示の他の内容を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な内容を部分的な作用効果が得られる限度で削除して上位概念化して特定したものを包含する。そして、本明細書開示の発明には下記変形例や追記した内容も含まれる。
　例えば本発明の自動車用排熱回収装置における基体は、上記実施形態における一対の半体２４ａ、２４ｂを扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向で合わせるように接合されるものに限定されず適宜であり、又、熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲに切り替え可能な構造ではなく、熱交換路だけを備える基体を有するものも、本発明の自動車用排熱回収装置に含まれる。
　また、上記実施形態の自動車用排熱回収装置１では、第２流体のＵターンさせる構造を簡易化できるＵターン区画部８を設ける構成としたが、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群との間をＵターンするようにして第２流体が流通する流路を構成できる適宜の構造が本発明の自動車用排熱回収装置に含まれる。また、本発明の自動車用排熱回収装置には、下流側の扁平流通管群の扁平流通管における第１流体の流れ方向の上流側の端部が、上流側の扁平流通管群の扁平流通管と第１流体の流れ方向に対して重ならないように設けられるものであれば適宜の構成が含まれ、例えば上流側の扁平流通管の相互間の間隔よりも下流側の扁平流通管の厚さが大きい構成、又は上流側の扁平流通管の相互間の間隔よりも下流側の扁平流通管の厚さが小さい構成等が包含される。
　また、本発明の自動車用排熱回収装置において、第２流体をＵターンさせて第２流体を導入側と同じ側に導出する構成は、１回のＵターンで第２流体を導出させる構造とすると、自動車用排熱回収装置の構造を簡易化し、より省スペースで設置できるものにすることができて好適であるが、３回、５回等の複数の奇数回のＵターンをさせ、第２流体を導入側と同じ側に導出する構成とすることも可能である。
　また、本発明の自動車用排熱回収装置における第１流体、第２流体は、いずれか一方を加熱流体、他方を被加熱流体とするものであれば本発明に含まれる。更に、その加熱流体、被加熱流体の種類は適宜であり、例えば加熱流体は、排気以外の液体、蒸気等とすることが可能である。
　本発明は、例えば自動車の内燃機関の排気から排熱を回収する場合等に利用することができる。
１…自動車用排熱回収装置　２…基体　２１…流体導入部　２２…流体導出部　２３…膨出部　２４ａ、２４ｂ…半体　２４１ａ…嵌合部　２４１ｂ…被嵌合部　２５…壁部　２５１…載置部　２６ｍ、２６ｎ…貫通穴　２６１ｎ…上流側の端部　２７…受け部　３…セパレータ　３１…側壁　３１１…凹部　４…傾動バルブ　４１…バルブ板　４２…軸部　４３…駆動板　４３１…突起　４４…サーモアクチュエータ　４４１…駆動レバー　５ｍ、５ｎ…扁平流通管　５１ｎ…上流側の端部　５２、５３…プレート　５４…支持部　６…伝熱フィン　６１…挿通穴　６２…テーパ縁　７…区画ユニット　７１…第１区画部　７１１…接続穴　７２…第２区画部　７２１…接続穴　７３、７４…配管　８…Ｕターン区画部　ＥＲ…熱交換路　ＤＲ…迂回路
 

Claims (7)

  1. 　第１流体が流通する基体と、
    　前記第１流体の流れ方向に対して角度を付けて延設され且つ扁平面が前記第１流体の流れ方向に沿うように設けられ、前記第１流体と熱交換する第２流体が流通する扁平流通管を備え、
    　前記第１流体の流れ方向の上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群が、それぞれ前記扁平流通管を前記第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて複数並置して構成され、
    　前記下流側の扁平流通管群の前記扁平流通管における前記第１流体の流れ方向の上流側の端部が、前記上流側の扁平流通管群の前記扁平流通管と前記第１流体の流れ方向に対して重ならないように設けられると共に、
    　前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群との間をＵターンするようにして前記第２流体が流通する流路が構成されていることを特徴とする自動車用排熱回収装置。
  2. 　前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が同一の伝熱フィンに一括して挿通されると共に、
    　前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が延びる管路方向に間隔を開けて複数の伝熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項１記載の自動車用排熱回収装置。
  3. 　前記上流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の一端開口が開放される第１区画部と、
    　前記下流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の一端開口が開放され、前記第１区画部と区画される第２区画部を備え、
    　前記第１区画部と前記第２区画部のいずれか一方に前記第２流体が外部から導入され、他方から前記第２流体が外部に導出されると共に、
    　前記上流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の他端開口と前記下流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の他端開口が開放されるＵターン区画部が設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の自動車用排熱回収装置。
  4. 　前記基体が一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成され、
    　一方の前記半体の貫通穴と他方の前記半体の貫通穴に、各々の前記扁平流通管の両端部がそれぞれ嵌合されて溶接されていることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の自動車用排熱回収装置。
  5. 　前記基体が一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成され、
    　一方の前記半体の合わせ部分に設けられている嵌合部が、他方の前記半体の合わせ部分に設けられている被嵌合部に嵌合されていることを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の自動車用排熱回収装置。
  6. 　流体導入部、流体導出部、前記流体導入部と前記流体導出部との間の膨出部を有し、一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成されている前記基体と、
    　前記基体を流通する前記第１流体の流れ方向に延設され、前記膨出部の内部を熱交換路と迂回路に略区分するセパレータと、
    　前記基体を流通する前記第１流体の流れを前記熱交換路と前記迂回路のいずれかに規制するように切替可能な傾動バルブを備え、
    　前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が、前記熱交換路を流通する前記第１流体が周囲を流れるように設けられることを特徴とする請求項１～５の何れかに記載の自動車用排熱回収装置。
  7. 　前記セパレータと前記傾動バルブと前記扁平流通管が、前記半体の相互間に架設されていることを特徴とする請求項６記載の自動車用排熱回収装置。
     
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5264961U (ja) * 1976-09-24 1977-05-13
JPS6321494A (ja) * 1986-07-11 1988-01-29 Nippon Denso Co Ltd 積層型熱交換器
JPH0579791A (ja) * 1991-09-17 1993-03-30 Calsonic Corp 排気熱回収用熱交換器
JP2001317890A (ja) * 2000-05-01 2001-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd フィン付き熱交換器
JP2006207887A (ja) * 2005-01-26 2006-08-10 T Rad Co Ltd 熱交換器
JP2010151023A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Calsonic Kansei Corp ランキンサイクルシステム
JP2014526666A (ja) * 2011-09-09 2014-10-06 デーナ、カナダ、コーパレイシャン 積重プレート式排気ガス回収デバイス
WO2018116370A1 (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 東京濾器株式会社 熱交換装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6108703A (en) 1998-07-14 2000-08-22 Massachusetts Institute Of Technology Global hosting system
DE102014110616A1 (de) * 2014-07-28 2016-01-28 Tenneco Gmbh Ventilgehäuse mit Ventilklappe
JP6321494B2 (ja) 2014-09-04 2018-05-09 株式会社東芝 シート綴じ装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5264961U (ja) * 1976-09-24 1977-05-13
JPS6321494A (ja) * 1986-07-11 1988-01-29 Nippon Denso Co Ltd 積層型熱交換器
JPH0579791A (ja) * 1991-09-17 1993-03-30 Calsonic Corp 排気熱回収用熱交換器
JP2001317890A (ja) * 2000-05-01 2001-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd フィン付き熱交換器
JP2006207887A (ja) * 2005-01-26 2006-08-10 T Rad Co Ltd 熱交換器
JP2010151023A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Calsonic Kansei Corp ランキンサイクルシステム
JP2014526666A (ja) * 2011-09-09 2014-10-06 デーナ、カナダ、コーパレイシャン 積重プレート式排気ガス回収デバイス
WO2018116370A1 (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 東京濾器株式会社 熱交換装置

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