JP2014228208A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る熱交換器1は、気体が流れる気体通路に第1突出板25Aと第2突出板25Bと複数のセグメント22とを配置している。複数のセグメント22は、第1突出板25Aと第2突出板25Bとが設けられ、気体流れ方向SDの直交方向CDにオフセット配置されている。第1突出板25A及び第2突出板25Bは、セグメント22A内に流入された気体を回転の異なる縦渦流T1及び縦渦流Uとしてそれぞれ流出させ、直交方向CDに隣り合う2つのセグメント22C,22Dにそれぞれ流入させる。
【選択図】図6
Description
まず、本実施形態に係る熱交換器1の構成について、図面を参照しながら説明する。図1及び図2は、本実施形態に係る熱交換器1を示す図である。本実施形態に係る熱交換器1は、排気再循環装置としてのEGRクーラであるものとする。
次に、上述したチューブ20の構成について、図面を参照しながら説明する。図3〜図5は、本実施形態に係るチューブ20を示す図である。
第1突出板25Aは、図6,図8(a),図11(a)に示すように、底辺26Aと、左右一対の側辺27A,28Aと、底辺26Aから最も離れた頂辺29Aから成る台形によって形成されている。
第2突出板25Bは、排気流れ方向SD及びチューブ積層方向PDの直交方向CDに対して第1突出板25Aと線対称に配置されている。つまり、第2突出板25Bは、図6,図11(a)に示すように、底辺26Bと、左右一対の側辺27B,28Bと、頂辺29Bから成る台形によって形成されている。
次に、本実施形態に係る熱交換器1の熱交換の促進作用について、図面を参照しながら説明する。図6〜図8は、本実施形態に係る熱交換器1を示す図である。なお、図6〜図8では、図6の左上のセグメント22を「セグメント22A」とし、図6の左下のセグメント22を「セグメント22B」とし、図6の右上のセグメント22を「セグメント22C」とし、図6の右下のセグメント22を「セグメント22D」とする。
以上説明した本実施形態では、1つのセグメント22に設けられた第1突出板25Aと第2突出板25Bとによって、セグメント22内に流入された気体を排気流れ方向SDを回転軸とする縦渦流T及び縦渦流Uとしてセグメント22から流出させる。この縦渦流T及び縦渦流Uは、排気流れ方向SDの直交方向CDを回転軸とする横渦流のように早期に減衰せず、長期に亘って存在する。
次に、上述した突出板25(第1突出板25A及び第2突出板25B)の渦の強さの比較評価について、図面を参照しながら説明する。図10は、比較例及び実施例1,2に係る突出板25の渦の強さを示す図である。なお、渦の強さは、下記の数式によって算出した。
次に、上述した突出板25やセグメント22の様々な規定について、図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、上述した実施例1に係る突出板25による渦の強さ(「1」)を基準に評価したものである。また、図中に示す「最適範囲」とは、渦の強さが1.25〜1.30以上の状態を意味する。
まず、突出板25の規定1について、図11を参照しながら説明する。図11(a)は、突出板25を示す斜視図であり、図11(b)は、第1突出板25A及び第2突出板25Bの前傾角度(α1,α2)を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、突出板25の規定2について、図12を参照しながら説明する。図12(a)は、突出板25を示す斜視図であり、図12(b)は、第1突出板25A及び第2突出板25Bの設置角度(β1,β2)を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、突出板25の規定3について、図13を参照しながら説明する。図13(a)は、突出板25を示す斜視図であり、図13(b)は、第1突出板25Aを示す正面図であり、図13(c)は、第1突出板25A及び第2突出板25Bの一方の側辺27A,27Bと頂辺29A,29Bとの角部R1,R2を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、突出板25の規定4について、図14を参照しながら説明する。図14(a)は、突出板25を示す斜視図であり、図14(b)は、セグメント22の幅L1に対して、第1突出板25A及び第2突出板25Bの幅L2を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、突出板25の規定5について、図15を参照しながら説明する。図15(a)は、突出板25を示す斜視図であり、図15(b)は、セグメント22の高さL3に対して、第1突出板25A及び第2突出板25Bの高さL4(上述した規定3のL15と同様)を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、突出板25の規定6について、図16を参照しながら説明する。図16(a)は、突出板25を示す斜視図であり、図16(b)は、セグメントの長さL5に対して、第1突出板25A及び第2突出板25Bの長さL6を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、突出板25の規定7について、図17を参照しながら説明する。図17(a)は、突出板25を示す斜視図であり、図17(b)は、セグメント22の排気流れ方向SDの上流端から排気流れ方向SDに沿った第1突出板25Aの一方の側辺27Aの底辺26A側までの長さL7に対して、第1突出板25Aと第2突出板25Bとの最小間隔L8を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、突出板25の規定8について、図18を参照しながら説明する。図18(a)は、突出板25を示す斜視図であり、図18(b)は、セグメント22の長さL9に対して、セグメント22の排気流れ方向SDの上流端から排気流れ方向SDに沿った第1突出板25A及び第2突出板25Bの長さ中央点LPまでの長さL10を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、突出板25の規定9について、図19を参照しながら説明する。図19(a)は、突出板25を示す斜視図であり、図19(b)は、セグメント22の幅L11に対して、セグメント22の直交方向CDの一端から直交方向CDに沿った第1突出板25A及び第2突出板25Bの幅中央点WPまでの長さL12を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、セグメント22の規定10について、図20を参照しながら説明する。図20(a)は、突出板25及びセグメント22を示す斜視図であり、図20(b)は、セグメント22を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、セグメント22の規定11について、図21を参照しながら説明する。図21(a)は、突出板25及びセグメント22の一部を示す斜視図であり、図21(b)は、セグメント22を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、セグメント22の規定12について、図22を参照しながら説明する。図22(a)は、突出板25及びセグメント22を示す斜視図であり、図22(b)は、セグメント22を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
次に、セグメント22の規定13について、図23を参照しながら説明する。図23(a)は、突出板25及びセグメント22を示す斜視図であり、図23(b)は、セグメント22の排気流れ方向SDに隣り合うセグメント22とのずれ量を可変した場合の渦の強さを示す特性線図である。
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
10…外装ケース
11…冷却水入口部
12…冷却水出口部
13…冷却水通路(液体通路)
20…チューブ
20A…排気通路(気体通路)
21…フィン
22(22A〜22D)…セグメント
25…突出板
25A…第1突出板
25B…第2突出板
26A,26B…底辺
27A,27B…一方の側辺
28A,28B…他方の側辺
29A,29B…頂辺
Claims (23)
- 気体が流れる気体通路(20A)に、気体流れ方向の上流側に突設された第1突出板(25A)と、この第1突出板(25A)の前記気体流れ方向の下流側に突設された第2突出板(25B)と、前記気体流れ方向の直交方向に凹凸状を繰り返し前記第1突出板(25A)と前記第2突出板(25B)とがそれぞれ設けられた複数のセグメント(22)とが配置され、
前記複数のセグメント(22)は、前記気体流れ方向の下流側の1つの前記セグメント(22)に前記気体流れ方向の上流側の前記気体流れ方向の直交方向に隣り合う2つの前記セグメント(22)から気体を流通可能に前記気体流れ方向に沿って複数配列され、
前記第1突出板(25A)と前記第2突出板(25B)とは、前記セグメント(22)内に流入された気体を前記気体流れ方向を回転軸としこの回転軸に対して回転を異ならせて前記セグメント(22)からそれぞれ流出させ、前記気体流れ方向の下流側で前記気体流れ方向の直交方向に隣り合う2つの前記セグメント(22)にそれぞれ流入させることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)は、4角形以上の多角形であることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1又は2記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)は、前記気体流れ方向の上流側に対して前倒れ状態となる前傾角度(α1,α2)で前記セグメント(22)に配置されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)の前記セグメント(22)と接する底辺(26A)は、前記気体流れ方向の直交方向に対し斜め向きとなる設置角度(β1)で配置され、
前記第2突出板(25B)の前記セグメント(22)と接する底辺(26B)は、前記気体流れ方向の直交方向に対し前記第1突出板(25A)の底辺(26A)の設置角度(β1)と線対称となる設置角度(β2)で配置されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記セグメント(22)と接する底辺(26A,26B)の両端から立設された一対の側辺(27A,28A,27B,28B)のうち前記気体流れ方向の下流側に位置する一方の側辺(27A,27B)は、前記一対の側辺(27A,28A,27B,28B)のうち前記気体流れ方向の上流側に位置する他方の側辺(28A,28B)より長く設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記セグメント(22)と接する底辺(26A,26B)から最も離れた頂辺(29A,29B)は、前記気体流れ方向からの正面視において、前記一方の側辺(27A,27B)側が低くなるように、前記底辺(26A,26B)に対して傾斜されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項5又は6記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記一方の側辺(27A,27B)は、前記底辺(26A,26B)に対する角度(a,a’)が90度より小さく設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項5乃至7のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記他方の側辺(28A,28B)は、前記底辺(26A,26B)に対する角度(b,b’)が90度以上に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項3乃至8のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記前傾角度(α1,α2)は、前記気体流れ方向に対して40〜50度に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項4乃至9のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記設置角度(β1,β2)は、記気体流れ方向の直交方向に対して33〜65度に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項5乃至10のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記一対の側辺(27A,28A,27B,28B)と、前記底辺(26A,26B)から最も離れた頂辺(29A,29B)との角部(R1,R2)は、曲率形状であることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記気体流れ方向の直交方向に沿った幅(L2)は、前記セグメント(22)の前記気体流れ方向の直交方向に沿った幅(L1)に対して46〜74%に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記気体流れ方向の直交方向に沿った高さ(L4)は、前記セグメント(22)の前記気体流れ方向の直交方向に沿った高さ(L3)に対して32〜42%に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項5乃至13のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記気体流れ方向に沿った前記底辺(26A,26B)側の前記一対の側辺(27A,28A,27B,28B)間の長さ(L6)は、前記セグメント(22)の前記気体流れ方向に沿った長さ(L5)に対して13〜26%に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項5乃至14のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)と前記第2突出板(25B)との最小間隔(L8)は、前記セグメント(22)の前記気体流れ方向の上流端から前記気体流れ方向に沿った前記第1突出板(25A)の前記一方の側辺(27A)の前記底辺(26A)側までの長さ(L7)に対して0〜50%に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)の前記セグメント(22)と接する底辺(26A)の中央位置を通過し前記気体流れ方向の直交方向に沿った第1補助線(SL1)と、前記第2突出板(25B)の前記セグメント(22)と接する底辺(26B)の中央位置を通過し前記気体流れ方向の直交方向に沿った第2補助線(SL2)と、前記第1補助線(SL1)と前記第2補助線(SL2)との前記気体流れ方向間の長さ中央点(LP)とを有し、
前記セグメント(22)の前記気体流れ方向の一端から前記気体流れ方向に沿った前記長さ中央点(LP)までの長さ(L10)は、前記セグメント(22)の前記気体流れ方向に沿った長さ(L9)に対して35〜67%に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至16のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)の前記セグメント(22)と接する底辺(26A)の中央位置を通過し前記気体流れ方向に沿った第3補助線(SL3)と、前記第2突出板(25B)の前記セグメント(22)と接する底辺(26B)の中央位置を通過し前記気体流れ方向に沿った第4補助線(SL4)と、前記第3補助線(SL3)と前記第4補助線(SL4)との前記気体流れ方向の直交方向間の幅中央点(WP)とを有し、
前記セグメント(22)の前記気体流れ方向の直交方向の一端から前記気体流れ方向の直交方向に沿った前記幅中央点(WP)までの長さ(L12)は、前記セグメント(22)の前記気体流れ方向の直交方向に沿った幅(L11)に対して26〜70%に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至17のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記セグメント(22)の前記気体流れ方向の直交方向に沿った高さ(L13)は、前記セグメント(22)の前記気体流れ方向に沿った長さ(L14)に対して16〜38%に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至18のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記セグメント(22)の前記気体流れ方向の直交方向に沿った幅(L16)は、前記セグメント(22)の前記気体流れ方向に沿った長さ(L15)に対して12〜40%に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至19のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記セグメント(22)の前記気体流れ方向の直交方向に沿った幅(L18)は、前記セグメント(22)の前記気体流れ方向の直交方向に沿った高さ(L17)に対して85〜110%に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至20のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記セグメント(22)は、前記気体流れ方向に隣り合う前記セグメント(22)に対する前記気体流れ方向の直交方向へのずれが28〜69%に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至21のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記気体流れ方向の直交方向に隣り合うセグメント(22)には、それぞれ前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)が対称に突設され、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記セグメント(22)と接する底辺(26A,26B)の前記気体流れ方向の直交方向に対し斜め向きとなる設置角度(β1,β2)は、前記気体流れ方向の直交方向に隣り合うセグメント(22)に配置された前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記セグメント(22)と接する底辺(26A,26B)の前記気体流れ方向の直交方向に対し斜め向きとなる設置角度(β1,β2)と同方向に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。 - 請求項1乃至22のいずれか1項に記載の熱交換器(1)であって、
前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記セグメント(22)と接する底辺(26A,26B)の前記気体流れ方向の直交方向に対し斜め向きとなる設置角度(β1,β2)は、前記気体流れ方向に隣り合うセグメント(22)に配置された前記第1突出板(25A)及び前記第2突出板(25B)の前記セグメント(22)と接する底辺(26A,26B)の前記気体流れ方向の直交方向に対し斜め向きとなる設置角度(β1,β2)と線対称に設定されていることを特徴とする熱交換器(1)。
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