JP2017008913A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器において、コアに流入する媒体の流量の偏りを十分に抑えること。
【解決手段】ＥＧＲクーラ１（熱交換器）のタンク３０は、入口３１から出口３９へと向かう冷却液（媒体）を導くガイド面３２Ａ、３２Ｂと、ガイド面３２Ａ、３２Ｂを挟んで互いに対向する第１側面３２Ｃ及び第２側面３２Ｄと、ガイド面３２Ａ及び第１側面３２Ｃから突出して冷却液の流れ方向を出口３９へと向けるガイドリブ３３を有する。ガイドリブ３３は、出口３９に対向してコア２０との間に冷却液が流れる第１中間流路４４を形成する先端３３Ａと、第２側面３２Ｄとの間に冷却液が流れる第２中間流路４５を形成する側端３３Ｂと、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、循環する媒体と通過する流体との間で熱交換が行われる熱交換器に関する。

特許文献１には、冷却水が循環するシェルと、シェルの内部に配置されＥＧＲガスが通過する複数のチューブからなるコアと、を備えるＥＧＲクーラが開示されている。

上記ＥＧＲクーラは、循環する冷却水をシェルに導く中空のアダプタ部材を備える。シェルには、冷却水をコアに導く複数の流入穴部が開口する。アダプタ部材は、シェルの各流入穴部を覆うように設けられ、その一端に冷却水が導入される導入口が開口する。流入穴部と導入口とは、互いに直交するように配置される。

エンジンの運転時には、循環する冷却水が導入口からアダプタ部材内に流入する。導入口からアダプタ部材内に流入した冷却水は、その流れ方向がアダプタ部材によって各流入穴部に向けられ、各流入穴部からシェル内のコアに流入する。コアでは、チューブのまわりを冷却水が循環し、チューブの内部をＥＧＲガスが通過することにより、ＥＧＲガスが冷却される。

特開２００９−１１４９２４号公報

しかしながら、このような従来のＥＧＲクーラにあっては、冷却水の流れがアダプタ部材によって曲げられるために、冷却水が一部の流入穴部から集中してコアに流入する作動状態があり、コアに流入する冷却水の流量の偏りを十分に抑えられないという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換器において、コアに流入する媒体の流量の偏りを十分に抑えることを目的とする。

本発明のある態様によれば、循環する媒体と通過する流体との間で熱交換が行われるコアと、媒体をコアに導くタンクと、を備える熱交換器であって、タンクは、媒体を流入させる入口と、媒体をコアへと流出させる出口と、入口から出口へと向かう媒体を導くガイド面と、ガイド面を挟んで互いに対向する第１側面及び第２側面と、ガイド面及び第１側面から突出して媒体の流れ方向を出口へと向けるガイドリブと、を有し、ガイドリブは、出口に対向してコアとの間に媒体が流れる第１中間流路を形成する先端と、第２側面との間に媒体が流れる第２中間流路を形成する側端と、を有することを特徴とする熱交換器が提供される。

上記態様によれば、タンク内には、媒体がガイドリブに案内されてコアへと向かう流れと、媒体が第１中間流路を通ってコアへと向かう流れと、媒体が第２中間流路を通りガイド面に案内されてコアへと向かう流れと、が生じる。これにより、コアに流入する媒体の流量の偏りを十分に抑えることができる。

本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラを示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うタンクの断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うタンクの断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿うタンクの断面を示す斜視図である。 タンクの変形例を示す断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿うタンクの断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿うタンクの断面を示す斜視図である。 タンクの他の変形例を示す断面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿うタンクの断面図である。 図８のＸ−Ｘ線に沿うタンクの断面を示す斜視図である。 タンクの他の変形例を示す断面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿うタンクの断面図である。 図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿うタンクの断面を示す斜視図である。 タンクの他の変形例を示す断面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿うタンクの断面図である。 図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿うタンクの断面を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、各図面において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定して説明する。

図１に示すＥＧＲクーラ１では、エンジン（図示省略）に還流されるＥＧＲガスが矢印Ａで示すように通過し、エンジンの冷却液（媒体）が矢印Ｂで示すように循環する。ＥＧＲクーラ１は、高温のＥＧＲガスを冷却液によって冷却する熱交換器である。

エンジンは、シリンダ（図示省略）から排出される排気の一部をＥＧＲガスとしてシリンダに還流するＥＧＲ通路（図示省略）を備える。

エンジンは、冷却液が循環する冷却液回路（図示省略）を備える。冷却液回路では、ポンプ（図示省略）によって送られる冷却液がウォータジャケット（図示省略）とラジエータ（図示省略）との間で循環する。

シェル１０の両端には、ＥＧＲガスを導く一対のヘッダ１１が設けられる。各ヘッダ１１には、ＥＧＲ通路を構成するＥＧＲガス管（図示省略）が各フランジ部２１を介して接続される。

図２に示すように、ＥＧＲクーラ１は、筒状のシェル１０と、シェル１０の内部に収容されるコア１９と、を備える。

コア１９は、複数のチューブ１２をＸ軸方向に積層して形成される。各チューブ１２は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に延び、Ｘ軸方向に間隔をもって並ぶように配置される。

各チューブ１２は、扁平な筒状に形成され、その内部に伝熱フィン１３を有する。各チューブ１２の両端（図示省略）は、各ヘッダ１１内に臨んで開口する。各チューブ１２の内部には、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲガス流路１４が設けられる。

エンジンの運転時には、ＥＧＲガスが図１に矢印Ａで示すように一方のヘッダ１１を通じてコア１９内の各チューブ１２に流入する。ＥＧＲガスは、各チューブ１２をＹ軸方向に流れた後に、他方のヘッダ１１を通じて流出する。

シェル１０の内部には、各チューブ１２のまわりに冷却液を循環させる媒体流路１８が設けられる。コア１９の内部は、各チューブ１２によってＥＧＲガス流路１４と媒体流路１８とに仕切られる。

シェル１０には、冷却液を流入させる導入管１５及びタンク３０と、冷却液を流出させる導出管１６と、が設けられる。導入管１５及び導出管１６には、冷却液回路を構成する配管（図示省略）がそれぞれ接続される。

エンジンの運転時には、冷却液が矢印Ｂで示すように導入管１５及びタンク３０を通じてシェル１０内に流入する。冷却液は、シェル１０内の媒体流路１８において各チューブ１２のまわりを流れた後に、導出管１６を通じて流出する。コア１９では、通過するＥＧＲガスの熱が循環する冷却液に各チューブ１２を介して伝えられることにより、ＥＧＲガスが冷却される。

図３、図４に示すように、タンク３０は、導入管１５から導かれる冷却液を流入させる入口３１と、冷却液をコア２０へと流出させる出口３９と、冷却液を入口３１から出口３９へと導く内面３２と、内面３２から板状に突出するガイドリブ３３と、を有する。

入口３１は、導入管１５が接続されるタンク３０の開口部である。入口３１及び導入管１５は、冷却液を流入させる入口流路４１を形成する。入口流路４１は、円柱状の空間として形成される。入口３１の流路中心線Ｏ３１は、上方（Ｚ軸方向）から見て各チューブ１２の積層方向（Ｘ軸方向）に延びるように配置される。

出口３９は、シェル１０の入口１７に接続するタンク３０の開口部である。出口３９は、冷却液を流出させる出口流路４６を形成する。出口流路４６は、略矩形の断面形状を有する空間として形成される。出口３９の流路中心線Ｏ３９は、Ｚ軸方向に延びるように配置される。

上記構成によって、タンク３０の入口３１及び出口３９は、互いに略直交して傾斜するように配置される。

タンク３０の内面３２は、入口３１から流入する冷却液の流れ方向を出口３９へと向ける第１ガイド面３２Ａ及び第２ガイド面３２Ｂと、第１ガイド面３２Ａ及び第２ガイド面３２Ｂを挟むように延びる第１側面３２Ｃ及び第２側面３２Ｄと、を有する。

第１ガイド面３２Ａ、第１側面３２Ｃ、及び第２側面３２Ｄは、入口３１の流路中心線Ｏ３１と略平行に延びるように配置される。第１ガイド面３２Ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延びる平面状に形成される。第１側面３２Ｃ及び第２側面３２Ｄは、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に延びる平面状に形成され、第１ガイド面３２Ａと略直交する。

第２ガイド面３２Ｂは、入口３１の流路中心線Ｏ３１に対して傾斜する平面状に形成される。第２ガイド面３２Ｂは、入口３１及び出口３９に対向して、入口３１から流入する冷却液の流れ方向を出口３９へと向けるようになっている。

ガイドリブ３３は、第１ガイド面３２Ａ及び第１側面３２Ｃから突出する。タンク３０内の空間は、ガイドリブ３３によって上流路４２と下流路４３とに仕切られる。

ガイドリブ３３は、コア２０に対向する先端３３Ａと、第２側面３２Ｄに対向する側端３３Ｂと、を有する。先端３３Ａと側端３３Ｂとは、互いに略直交するように形成される。先端３３ＡはＹ軸方向に延び、側端３３ＢはＺ軸方向に延びる。

図２に示すように、ガイドリブ３３の先端３３Ａとコア２０との間には、第１中間流路４４が形成される。第１中間流路４４は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に延びる空間として形成される。

図３に示すように、ガイドリブ３３の側端３３Ｂと第２側面３２Ｄとの間には、第２中間流路４５が形成される。第２中間流路４５は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に延びる空間として形成される。

ガイドリブ３３は、上方（Ｚ軸方向）から見てその側端３３Ｂが入口３１の流路中心線Ｏ３１の近傍に延びるように形成される。これにより、ガイドリブ３３は、Ｘ軸方向から見て入口３１の一部（略半分）に対向するように配置される。

ガイドリブ３３は、入口３１の流路中心線Ｏ３１に略直交し、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に延びる平板状に形成される。

エンジンの運転時には、矢印Ｂで示すように冷却液が導入管１５及び入口３１を通じてタンク３０内に流入する。タンク３０内では、図２、図４に矢印Ｃで示すようにガイドリブ３３に案内されてコア２０へと向かう流れと、矢印Ｄで示すように第１中間流路４４を通ってコア２０へと向かう流れと、矢印Ｅで示すように第２中間流路４５を通ってコア２０へと向かう流れと、が生じる。これにより、コア２０に流入する冷却液の流量の偏りを十分に抑えられ、各チューブ１２の間に流入する冷却液の流量差を小さくすることができる。

比較例として、タンク３０にガイドリブ３３を備えないＥＧＲクーラでは、冷却液が第２ガイド面３２Ｂにあたってタンク３０の奥側（図２において左側）に向かい、矢印Ｇで示すようにコア２０の図２において左側の部分に集中し、矢印Ｈで示すようにコア２０図２において右側の部分に流入する冷却液の流れが少なくなる。このため、コア２０の図２において右側の部分では、冷却液が矢印Ｆで示すように各チューブ１２の間を上昇して出口３９に向かう流れが生じる。このような作動状態では、出口３９付近の媒体流路１８にて冷却水の流れに淀みが生じて、チューブ１２の温度が局所的に上昇するおそれがある。

これに対して、ＥＧＲクーラ１では、タンク３０にガイドリブ３３を備えることにより、上述したように、冷却液がコア２０の一部に集中して流入することが抑えられる。このため、コア２０の温度が局所的に上昇することが防止され、コア２０の耐熱性が確保される。

ガイドリブ３３は、チューブ１２の長手方向（Ｙ軸方向）に延びるように形成される。これにより、タンク３０内の上流路４２では、入口３１から流入してガイドリブ３３によって曲げられる冷却液が各チューブ１２の積層方向（Ｘ軸方向）に流れる。このため、タンク３０では、ガイドリブ３３の形状及び配置によってチューブ１２の積層方向（Ｘ軸方向）に分配される冷却液の流量が調整される。

タンク３０内の下流路４３では、冷却液がガイドリブ３３を迂回する第１中間流路４４及び第２中間流路４５を通ってコア２０へと向かうことにより、冷却液の流れに淀みが生じることが抑えられる。

図３に示すように、ガイドリブ３３は、各チューブ１２の積層方向（Ｘ軸方向）について出口４６の流路中心線Ｏ３９と並ぶように形成される。ガイドリブ３３は、各チューブ１２の積層方向（Ｘ軸方向）についてコア２０の中央部に対峙するように配置される。これにより、タンク３０内では、ガイドリブ３３によって仕切られる上流路４２及び下流路４３の容積が十分に確保されるため、冷却液の流れに淀みが生じることが抑えられ、冷却液が円滑に流れる。

次に、図５〜図７に示すタンク３０の変形例について説明する。

ガイドリブ３３は、各チューブ１２の積層方向（Ｘ軸方向）について出口４６の流路中心線Ｏ３９より入口３１に近い位置に形成される。ガイドリブ３３は、各チューブ１２の積層方向（Ｘ軸方向）についてコア２０の中央部より入口３１に近い位置に対峙するように配置される。

これにより、タンク３０内では、矢印Ｃで示すように冷却液がガイドリブ３３に案内されてコア２０へと向かう流れの勢力が強まる。このため、コア２０の図５において右側の部分に流入する冷却液の流量が確保され、矢印Ｆで示すように各チューブ１２の間を上昇して出口３９に向かう流れが生じることが有効に防止できる。

次に、図８〜図１０に示すタンク３０の他の変形例について説明する。

ガイドリブ３３は、入口３１の流路中心線Ｏ３１に対して傾斜する平板状に形成される。ガイドリブ３３は、第２ガイド面３２Ｂに対向する上向きに傾斜する傾斜部を構成する。ガイドリブ３３は、基端３３Ｃより先端３３Ａが入口３１に近づくように傾斜する。

これにより、タンク３０内では、矢印Ｃで示すように冷却液が傾斜するガイドリブ３３に案内されてコア２０へと向かう流れの勢力が強まる。

次に、図１１〜図１３に示すタンク３０の他の変形例について説明する。

ガイドリブ３３は、入口３１の流路中心線Ｏ３１に対して略直交する平板状の直交部３３Ｄと、直交部３３Ｄから先端３３Ａにかけて入口３１に近づくように湾曲する板状の湾曲部３３Ｅと、を有する。

これにより、タンク３０内では、矢印Ｃで示すように冷却液がガイドリブ３３の直交部３３Ｄ及び湾曲部３３Ｅに案内されてコア２０へと向かう流れの勢力が強まる。

次に、図１４〜図１６に示すタンク３０の他の変形例について説明する。

ガイドリブ３３は、入口３１の流路中心線Ｏ３１に対して傾斜する平板状の傾斜部３３Ｆと、傾斜部３３Ｆから先端３３Ａにかけて入口３１に近づくように湾曲する板状の湾曲部３３Ｇと、を有する。

これにより、タンク３０内では、矢印Ｃで示すように冷却液がガイドリブ３３の傾斜部３３Ｆ及び湾曲部３３Ｇに案内されてコア２０へと向かう流れの勢力が強まる。

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、上記実施形態ではコア２０は、チューブ１２の内部にＥＧＲガスのＥＧＲガス流路１４が形成され、チューブ１２の外部に冷却液の媒体流路１８が形成される。これに限らず、コア２０は、チューブ（図示省略）の外部にＥＧＲガスのＥＧＲガス流路１４が形成され、チューブの内部に冷却液の媒体流路１８が形成される構成としてもよい。この場合には、各チューブが並んで開口するプレート（図示省略）がタンク３０に結合される。

本発明は、ＥＧＲクーラに限らず、車両に搭載されるチャージエアクーラなどの熱交換器にも適用できる。また、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。

１ ＥＧＲクーラ（熱交換器）
１２ チューブ
１４ ＥＧＲガス流路
１８ 媒体流路
２０ コア
３０ タンク
３１ 入口
３２Ｂ ガイド面
３２Ｃ 第１側面
３２Ｄ 第２側面
３３ ガイドリブ
３３Ａ 先端
３３Ｂ 側端
３９ 出口
４４ 第１中間流路
４５ 第２中間流路
３３Ｅ、３３Ｇ 湾曲部
３３Ｆ 傾斜部

Claims (6)

1. 循環する媒体と通過する流体との間で熱交換が行われるコアと、
   媒体を前記コアに導くタンクと、を備える熱交換器であって、
   前記タンクは、
   媒体を流入させる入口と、
   媒体を前記コアへと流出させる出口と、
   前記入口から前記出口へと向かう媒体を導くガイド面と、
   前記ガイド面を挟んで互いに対向する第１側面及び第２側面と、
   前記ガイド面及び前記第１側面から突出して媒体の流れ方向を前記出口へと向けるガイドリブと、を有し、
   前記ガイドリブは、
   前記出口に対向して前記コアとの間に媒体が流れる第１中間流路を形成する先端と、
   前記第２側面との間に媒体が流れる第２中間流路を形成する側端と、を有することを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器であって、
   前記コアは、媒体が流れる媒体流路とＥＧＲガスが流れるＥＧＲガス流路とを仕切るように積層される複数のチューブを備え、
   前記ガイドリブは、前記チューブの長手方向に沿って延びることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
   前記ガイドリブは、前記チューブの積層方向について前記コアの中央部に対峙することを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
   前記ガイドリブは、前記チューブの積層方向について前記コアの中央部より前記入口に近い位置に対峙することを特徴とする熱交換器。
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、
   前記ガイドリブは、前記先端が前記入口に近づくように傾斜する傾斜部を有することを特徴とする熱交換器。
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、
   前記ガイドリブは、前記先端が前記入口に近づくように湾曲する湾曲部を有することを特徴とする熱交換器。