JP2020084858A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
Description
1.実施の形態のシステムの構成例
1−1.全体構成例
図1は、本発明の実施の形態1におけるシステムの全体構成を模式的に示す図である。図1のシステムはエンジン2を有している。エンジン2は過給機4を有している。過給機4は、排気エネルギによって作動するタービン6と、タービン6と一体的に連結され、タービン6に入力される排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ8とを有している。コンプレッサ8は、吸気通路10の途中に配置されている。
図2は、EGRクーラ22の構成を模式的に示す図である。以下、図2に示されるように、X軸を、EGRクーラ22のガスの流通方向の流れに略平行な方向とし、原点(0)を最上流側、プラス側を下流側とする。また、Y軸を、EGRクーラ22の上下方向とし、原点を底面側、プラス側を上面側とする。また、Z軸を、XY平面に垂直な方向とし、原点を冷媒出口32が形成された側面側とし、プラス側の側面に冷媒入口31が形成されているものとする。
ところで、EGRクーラ22のガス通路34では、EGRガスに含まれる未燃成分やすす(以下、単に「未燃成分」とする)によってデポジットが生成され、ガス通路34のガスと接する部分に付着する場合がある。なお、以下において、ガス通路34のガスと接する部分を、便宜的に、「ガス通路表面」とも称することとする。即ち、本実施の形態では、ガス通路表面には、ガス通路34の内壁面だけでなく、フィン35の表面も含まれる。
3−1.概要
以上のデポジットの温度特性から、ガス通路表面が比較的高温となる部分では、ガス通路表面に撥水表面処理を施す。これにより、高温側では凝縮水の滞留を抑制して排水を促進することで、凝縮水の貯水量を低減する。またこれにより、ガス通路表面を高温とし、高温によるデポジットのガス通路表面からの剥離を図る。
ここでEGRクーラ22内の温度分布について説明する。図5は、EGRクーラ22内の任意のXY平面におけるガス通路表面の温度分布を示す図であり、図6は、任意のXZ平面におけるガス通路表面の温度分布を示す図である。本実施の形態では、ガス通路34は、X軸に平行に配置されており、EGRガスは、X軸に概ね平行にX軸原点側からプラス方向に流れている。したがってX軸方向での温度変化を見た場合、図5及び図6に示されるように、ガス通路34の入口側(X軸原点側)ではより温度が高く(例えば80度〜400度程度)、出口側に近づくにつれてガス通路表面温度は冷媒温度(例えば40度程度)に近い低温となる傾向にある。
図7及び図8は、ガス通路内の温度分布に応じた好ましい撥水性の分布を示す図である。上述したように、本実施の形態では、ガス通路表面は、X軸及びZ軸方向では原点側、Y軸方向ではプラス側ほど高温であり、X軸、Z軸方向ではプラス側、Y軸方向では原点側ほど低温となる。また図4に示すように、不溶性デポジットの量は高温側で多くなり、可溶性デポジットの量は低温側で多くなる。
図11は、撥水膜及び親水膜の形成方法の概要を示す模式図である。図11に示されるように、フィン35やガス通路34壁面等の素地41に、密着及び濡れ性のために下地コート42を施し、下地コート42の上に撥水表面処理又は親水表面処理を施すことで撥水膜37または親水膜38が形成される。
実施の形態2のシステムの全体構成及びEGRクーラ22の構成は、実施の形態1の構成と同一である。実施の形態1で説明したように、EGRクーラ22のガス通路34には複数のフィン35が配置されている。本実施の形態2では、フィン35の表面に撥水膜37でコートした撥水部と、親水膜38でコートした親水部とを設けることで、ガス通路34内の撥水性を高温側と低温側とで異なるものとする。
図14は、本発明の実施の形態のEGRクーラについて説明するための図である。本実施の形態のシステムの全体構成及びEGRクーラ22の構成は、実施の形態1の構成と同一である。実施の形態1で説明したように、EGRクーラ22の冷媒通路33は、複数の積層されたチューブ331により構成されている。本実施の形態では、これらチューブ331の外側、即ち、ガス通路34の内壁面となる部分に、撥水膜37又は親水膜38が形成することで、ガス通路34の撥水性を、高温側と低温側とで異なるものとする。
図15は、本実施の形態4のEGRクーラについて説明するための図である。本実施の形態4のシステムは、EGRクーラ22に替えて、図15に示すような多筒式のEGRクーラ50を用いる点を除き、実施の形態1の構成と同一の構成を有する。
図16は、実施の形態のシステム構成を模式的に示す図である。実施の形態5のシステムは、図1のインタークーラ14に替えて、インテークマニホールド一体型のインタークーラ60を有している点を除き、図1のシステムと同一の構成を有している。
4 過給機
6 タービン
8 コンプレッサ
10 吸気通路
14 インタークーラ
20 EGR通路
22 EGRクーラ
24 バイパス通路
24 ガス通路
26 バルブ
28 EGRバルブ
30 ハウジング
31 冷媒入口
32 冷媒出口
33 冷媒通路
331 チューブ
34 ガス通路
35 フィン
37 撥水膜
38 親水膜
41 素地
42 下地コート
50 EGRクーラ
51、52 ガス管
53 冷媒入口
54 冷媒出口
60 インタークーラ
61 冷媒入口
62 冷媒出口
63、64 フィン
Claims (8)
- 内燃機関の吸気通路又は排気通路に設置され、排気を含むガスと冷媒との間で熱を移動させる熱交換器であって、
前記ガスが流通するガス通路と、
前記冷媒が流通する冷媒通路と、を備え、
前記ガス通路内の前記ガスと接する部分の一部に、撥水処理が施された部分である撥水部が形成され、
前記ガス通路内の前記ガスと接する部分のうち、前記撥水部とは異なる部分であって、かつ、前記熱交換器の作動中に前記撥水部よりも低温となる部分に、親水処理が施された部分である親水部が形成されている、
ことを特徴とする熱交換器。 - 前記撥水部は、前記親水部よりも、前記ガス通路の前記ガスの流れの上流側に位置することを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記撥水部は、前記親水部よりも、前記冷媒通路の前記冷媒の流れの下流側に位置することを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換器。
- 前記ガス通路内に配置された放熱用のフィンを、更に備え、
前記撥水部と前記親水部とのそれぞれは、前記フィンの表面の、互いに異なる部分に形成されている、
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の熱交換器。 - 前記撥水部と前記親水部とのそれぞれは、前記ガス通路の内壁面の、互いに異なる部分に形成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の熱交換器。
- 前記ガス通路は、前記熱交換器内に平行に配置された複数の管であって、
前記撥水部は、前記複数の管のうち一部の管の内壁面に形成され、
前記親水部は、前記複数の管のうち、前記撥水部が形成された管とは異なる他の一部の管に形成され、
前記撥水部が形成された他の一部の管は、前記撥水部が形成された前記一部の管が配置される部分に比べて、前記熱交換器の作動中に低温となる部分に配置されている、
ことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の熱交換器。 - 前記撥水部は、前記熱交換器が搭載された内燃機関の暖機後の運転中に、前記ガス通路の表面温度が基準温度以上になると推定される部分に形成されていることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の熱交換器。
- 前記撥水部は、前記熱交換器が搭載された内燃機関の暖機後の運転中に、前記ガス通路の表面温度が基準温度未満になると推定される部分に形成されていることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の熱交換器。
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