WO2023042919A1

WO2023042919A1 - 熱交換器

Info

Publication number: WO2023042919A1
Application number: PCT/JP2022/034862
Authority: WO
Inventors: 将仁関谷; 将之吉田
Original assignee: 株式会社ティラド
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2023-03-23

Abstract

熱交換器における冷却水の滞留域の発生を抑制すること。　複数の傾斜ビード（５）を、少なくとも一つの偏平チューブ（１）の外側表面に形成し、それらの各傾斜ビード（５）を熱交換器の冷却水入口（９ａ）から、高温流体（３）の流通方向の下流側に向けて斜めに配置する。

Description

熱交換器

　本発明は、積層された複数の偏平チューブと、複数の偏平チューブを収納するケーシングと、を有する熱交換器であって、ＥＧＲクーラとして最適なものに関する。

　図４は従来型ＥＧＲクーラの説明図であり、偏平チューブ１ａを積層してコア２ａを構成し、そのコア２ａの外周をケーシング６ａにより被嵌したものである。
　この例では、各コア２ａを構成する偏平チューブ１ａは、一対の溝形プレートを対向させたものであり、その長手方向両端部に膨出部８ａが形成されている。そして、この膨出部８ａにて各偏平チューブ１ａが積層されコア２ａを構成する。
　各偏平チューブ１ａの外面側には、膨出部８ａに近接して、それに平行に仕切ビード１５が形成されている。図において、高温流体３がコア２ａの各偏平チューブ１ａ内に供給される。
　ケーシング６ａの両端部には、夫々タンク部１３ａが膨出され、その入口９ａから流入した冷却水４は各偏平チューブ１ａの仕切ビード１５と膨出部８ａとの間に流通し、高温流体３の流入口側である偏平チューブ１ａの高熱部を冷却し、それがケーシング６ａの冷却水出口１０ａから放出される。

　冷却水４は仕切ビード１５に案内され、冷却水入口９ａとは反対側のタンク部１３ａで反転し、冷却水出口１０ａに導かれる。
　このとき、冷却水入口９ａから流入して仕切ビード１５の下流側に導かれた冷却水４と、タンク部１３ａで反転した冷却水４とが衝突し、その衝突部に渦１６が発生すると共に、その近傍に冷却水４の滞留部が生じ、冷却水の沸騰が生じるおそれがある。すると、偏平チューブ１ａの上流部で冷却不足による偏平チューブ１ａの温度上昇によって偏平チューブ１ａに劣化が生じる。
　そこで本発明は、このような水流れの遅い滞留領域を減らし、冷却水４の沸騰に基づく劣化を防ぐことを課題とする。

　請求項１に記載の本発明は、
　積層された複数の偏平チューブ１と、
　前記複数の偏平チューブ１を収納するケーシング６と、
　前記複数の偏平チューブ１の内部に形成され、高温流体３が流通する第１流路と、
　前記複数の偏平チューブ１の間および偏平チューブ１とケーシング６との間に形成され、冷却水４が流通する第２流路と、
　前記ケーシング６の前記高温流体３の入口側に偏平チューブ１の幅方向に向かって形成された冷却水入口９ａと、
　前記ケーシング６の前記高温流体３の出口側に形成された冷却水出口１０ａと、
　を有し、
　前記高温流体３と前記冷却水４とで熱交換する熱交換器において、
　複数の傾斜ビード５が、少なくとも一つの偏平チューブ１の外側表面に、前記冷却水入口９ａから、高温流体３の流通方向の下流側に向けて斜めに形成されている熱交換器である。
　請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の熱交換器において、
　前記高温流体３の流通方向及び前記偏平チューブ１の幅方向の中央位置で、偏平チューブ１の厚み方向を回転対称の中心軸としたとき、
　前記複数の傾斜ビード５が、偏平チューブ１の外面側に回転対称に配置されている熱交換器である。

　請求項１に記載の発明は、複数の傾斜ビード５が、少なくとも一つの偏平チューブ１の外側表面に、前記冷却水入口９ａから、高温流体３の流通方向の下流側に向けて斜めに形成されているものである。
　この斜めに配置した複数の傾斜ビード５により、冷却水４を斜め下流に導き、冷却水出口１０ａ側へスムーズに偏向させて、傾斜ビード５が水流れの遅い領域をなくすことができる。
　それと共に、冷却水４どうしの衝突による冷却水４の淀みの発生をなくし且つ、温度上昇による冷却水４の沸騰をなくして、偏平チューブ１の温度上昇を防止することで熱応力によるコア２の破壊を防ぐことができる。
　請求項２に記載の発明は、複数の傾斜ビード５が、偏平チューブ１の外面側に回転対象に配置されたものである。
　この構成により、偏平チューブ１を積層する際、傾斜ビード５の傾斜向きを区別せず各偏平チューブ１を積層することができ、組立てが容易となる。

　図１は本発明の熱交換器の平面的説明図。
　図２は同熱交換器の分解斜視図。
　図３は同熱交換器の冷却水４の流通状態を示す説明図（Ａ）、及び同熱交換器の温度分布の模式図（Ｂ）。
　図４は従来型熱交換器の冷却水４の流通状態を示す説明図（Ａ）、及び同熱交換器の温度分布の模式図（Ｂ）。

　次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
　図１は本発明の熱交換器の要部縦断面図であり、図２は同熱交換器の分解斜視図、図３はその熱交換器の各偏平チューブ１の外面側に供給される冷却水４の流通状態を示す説明図（Ａ）及び温度分布の状態を示す模式図（Ｂ）である。
　この熱交換器は、一例として、エンジンの排気ガスを冷却するＥＧＲクーラとして利用できる。
　この熱交換器は、積層された複数の偏平チューブ１と、積層された複数の偏平チューブ１の外周を被嵌するケーシング６とを有する。積層された複数の偏平チューブ１は、熱交換器のコア２を形成している。
　一例として、図２に記載のごとく、コア２を構成する偏平チューブ１は、一対の溝形に形成されたプレート７の嵌着体により構成することができる。各偏平チューブ１は、両端に膨出部８が形成されたものであり、その膨出部８において各偏平チューブ１が積層されている。
　各偏平チューブ１の内部には、高温流体３が流通する第１流路が形成されている。
　各偏平チューブ１の間および各偏平チューブ１の積層方向の両端に位置する偏平チューブ１とケーシング６との間には、冷却水４が流通する第２流路形成されている。
　この例では、ケーシング６の高温流体３の入口側で、且つ偏平チューブ１の幅方向の一方側に冷却水入口９ａが形成されている。そして、ケーシング６の高温流体３の出口側に冷却水出口１０ａが形成されている。
　第１流路に流通する高温流体３と、第２流路に流通する冷却水４との間で、熱交換が行われる。
　図１及び図２に示す如く、ケーシング６には、高温流体３の流通方向の両端部に一対のタンク部１３が形成されている。
　高温流体３の入口側のタンク部１３に冷却水入口９ａを形成し、入口パイプ９を取り付けることができる。また、高温流体３の出口側のタンク部１３に冷却水出口１０ａを形成し、出口パイプ１０を取り付けることができる。
　各偏平チューブ１には、多数のディンプル１２を突設してもよい。また、各偏平チューブ１の第１流路内には、図２に示す如く、インナフィン１４を介装してもよい。ケーシング６の両端には、一対のフランジ１１を配置することができる。
　この例の熱交換器は、各偏平チューブ１の外側表面に、冷却水入口９ａから、高温流体３の流通方向の下流側に向けて斜めに形成された複数の傾斜したビードからなる一群の傾斜ビード５を有する。
　この一群の傾斜ビード５は、少なくとも冷却水入口９ａ側に形成されていれば可だが、この例では、図１及び図２に記載の如く、偏平チューブ１の平面において、偏平チューブ１の中心に対して回転対称となるように配置されている。
　このように配置することにより、偏平チューブ１を積層する際、一群の傾斜ビード５の傾斜向きを区別せず各偏平チューブ１を積層することができ、組立てが容易となる。
　また、冷却水入口９ａから、高温流体３の流通方向の下流側に向けて斜めに形成された一群の傾斜ビード５に導かれた冷却水４は、偏平チューブ１の外面側で渦を形成することなく、滞留することなく流通するので、冷却水４の沸騰が抑制される。
　実験の結果及びコンピュータシミュレーションによれば、先述の通り、従来型のコア２ａでは、仕切ビード１５周りの冷却水４の反転により冷却水４が衝突し、渦１６が発生すると共に、その近傍に冷却水の滞留部が生じ、部分的に高温（一例として１６２℃）になっていた。
　これに対して、図３（Ａ）（Ｂ）に示したように、本発明のコア２においては滞留部の発生が抑制され、冷却水４の温度上昇も（一例として１３６℃までに）抑制されている。
　なお、積層される偏平チューブ１の全段に一群の傾斜ビード５を設ける必要はなく、必要な段のみに一群の傾斜ビード５を設けるように、少なくとも一つの偏平チューブ１の外側表面に形成する構成としてもよい。

　本発明は、高温の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ等の熱交換器として利用できる。

　１，１ａ　偏平チューブ
　２，２ａ　コア
　３　高温流体
　４　冷却水
　５　傾斜ビード
　６，６ａ　ケーシング
　７　プレート
　８，８ａ　膨出部
　９　入口パイプ
　９ａ　冷却水入口
　１０　出口パイプ
　１０ａ　冷却水出口
　１１　フランジ
　１２　ディンプル
　１３，１３ａ　タンク部
　１４　インナフィン
　１５　仕切ビード
　１６　渦

Claims

　積層された複数の偏平チューブ（１）と、
　前記複数の偏平チューブ（１）を収納するケーシング（６）と、
　前記複数の偏平チューブ（１）の内部に形成され、高温流体（３）が流通する第１流路と、
　前記複数の偏平チューブ（１）の間および偏平チューブ（１）とケーシング（６）との間に形成され、冷却水（４）が流通する第２流路と、
　前記ケーシング（６）の前記高温流体（３）の入口側に偏平チューブ（１）の幅方向に向かって形成された冷却水入口（９ａ）と、
　前記ケーシング（６）の前記高温流体（３）の出口側に形成された冷却水出口（１０ａ）と、
　を有し、
　前記高温流体（３）と前記冷却水（４）とで熱交換する熱交換器において、
　複数の傾斜ビード（５）が、少なくとも一つの偏平チューブ（１）の外側表面に、前記冷却水入口（９ａ）から、高温流体（３）の流通方向の下流側に向けて斜めに形成されている熱交換器。
　請求項１に記載の熱交換器において、
　前記高温流体（３）の流通方向及び前記偏平チューブ（１）の幅方向の中央位置で、偏平チューブ（１）の厚み方向を回転対称の中心軸としたとき、
　前記複数の傾斜ビード（５）が、偏平チューブ（１）の外面側に回転対称に配置されている熱交換器。