(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアケースに、複数個の熱交換チューブを積層状態で収納し、これらの熱交換チューブ内に第１熱媒体を通し、前記熱交換チューブ外に第２熱媒体を通し、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との間で熱を移動させるようにした熱交換器において、
前記複数の熱交換チューブのうち、任意の熱交換チューブを第１のチューブとし、この第１のチューブの側面から前記コアケースの内周面まで延びる第１サイドプレートを、前記第１熱媒体の流れ方向を基準として、前記第１のチューブの下流側端部から上流に向かって所定の距離だけ延ばし、
前記第１のチューブに隣り合う熱交換チューブを第２のチューブとし、この第２のチューブの側面から前記コアケースの内周面まで延びる第２サイドプレートを、前記第２チューブの上流側端部から下流に向かって所定の距離だけ延ばし、
これらの第１のチューブ及び第１サイドプレートと第２のチューブ及び第２サイドプレートが交互に並べられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
コアケースに、複数個の熱交換チューブを積層状態で収納し、これらの熱交換チューブ内に第１熱媒体を通し、前記熱交換チューブ外に第２熱媒体を通し、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との間で熱を移動させるようにした熱交換器において、
前記熱交換チューブの幅が前記コアケースの内周面の幅と同じ長さとされることで、前記熱交換チューブの側面は、前記コアケースの内周面に接触するよう配置され、
前記複数の熱交換チューブのうち、任意の熱交換チューブを第１のチューブとした場合に、この第１のチューブは、前記コアケースから離間する方向に凹ませた第１凹部を、前記第１熱媒体の流れ方向を基準として上流側端部に有し、
前記第１のチューブに隣り合う熱交換チューブを第２のチューブとした場合に、この第２のチューブは、前記コアケースから離間する方向に凹ませた第２凹部を、下流側端部に有し、
これらの第１のチューブと第２のチューブが交互に並べられていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱を移動させる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気系部品の一つとして、排気ガスの熱で冷却水を温める熱交換器が知られている（例えば、特許文献１（図２）参照。）。
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図９（ａ）に示すように、熱交換器１００は、ケース１０１の内部に設けられ下流側が弁体１０２で開閉される迂回路１０３と、この迂回路１０３を囲うカバーパイプ１０４と、このカバーパイプ１０４の外周であって冷却水が流される冷却水路１０５と、この冷却水路１０５内に設けられ内周に排気ガスが流される排気ガス流路１０６と、冷却水路１０５に冷却水を導入する冷却水導入口１０７と、この冷却水導入口１０７で導入された冷却水が排出される冷却水排出口１０８とからなる。
【０００４】
弁体１０２で迂回路１０３が閉じられている場合に、排気ガスは排気ガス流路１０６を流される。排気ガス流路１０６の外周を流される冷却水は、排気ガスの熱で温められる。
即ち、冷却水導入口１０７で導入された冷却水は、排気ガス流路１０６の外周を通り温められ、冷却水排出口１０８から排出される。
【０００５】
ケース１０１を展開した（ｂ）に示すように、冷却水は、冷却水導入口１０７から冷却水排出口１０８に向かって、最短の経路ａ、ｃ、ｅを流れる。即ち、点ｂ、ｄ、ｆを含む、想像線で示す領域１１０は、冷却水の流れる量が少ない。
【０００６】
冷却水の流量が場所によって異なることで、熱交換量の少ない領域が生ずる。熱交換量の少ない領域が生ずる分、熱交換器全体としての伝熱効率が低下する。
伝熱効率の高い熱交換器の提供が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開０６／０９０７２５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、伝熱効率の高い熱交換器の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、コアケースに、複数個の熱交換チューブを積層状態で収納し、これらの熱交換チューブ内に第１熱媒体を通し、前記熱交換チューブ外に第２熱媒体を通し、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との間で熱を移動させるようにした熱交換器において、
前記複数の熱交換チューブのうち、任意の熱交換チューブを第１のチューブとし、この第１のチューブの側面から前記コアケースの内周面まで延びる第１サイドプレートを、前記第１熱媒体の流れ方向を基準として、前記第１のチューブの下流側端部から上流に向かって所定の距離だけ延ばし、
前記第１のチューブに隣り合う熱交換チューブを第２のチューブとし、この第２のチューブの側面から前記コアケースの内周面まで延びる第２サイドプレートを、前記第２チューブの上流側端部から下流に向かって所定の距離だけ延ばし、
これらの第１のチューブ及び第１サイドプレートと第２のチューブ及び第２サイドプレートが交互に並べられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、コアケースに、複数個の熱交換チューブを積層状態で収納し、これらの熱交換チューブ内に第１熱媒体を通し、前記熱交換チューブ外に第２熱媒体を通し、前記第１熱媒体と前記第２熱媒体との間で熱を移動させるようにした熱交換器において、
前記熱交換チューブの幅が前記コアケースの内周面の幅と同じ長さとされることで、前記熱交換チューブの側面は、前記コアケースの内周面に接触するよう配置され、
前記複数の熱交換チューブのうち、任意の熱交換チューブを第１のチューブとした場合に、この第１のチューブは、前記コアケースから離間する方向に凹ませた第１凹部を、前記第１熱媒体の流れ方向を基準として上流側端部に有し、
前記第１のチューブに隣り合う熱交換チューブを第２のチューブとした場合に、この第２のチューブは、前記コアケースから離間する方向に凹ませた第２凹部を、下流側端部に有し、
これらの第１のチューブと第２のチューブが交互に並べられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明では、第１のチューブと第２のチューブが交互に並べられ、これらの熱交換チューブには、それぞれサイドプレートが設けられている。サイドプレートで、第２熱媒体の流路を規制する。第２熱媒体の流路を規制することで、熱交換器内全体に第２熱媒体を流すことができる。熱交換器内全体に第２熱媒体が流れることで、広い範囲で熱交換を行うことができ、伝熱効率が高まる。
【００１５】
請求項２に係る発明では、第１のチューブと第２のチューブが交互に並べられ、これらの熱交換チューブの端部近傍に、熱交換チューブを変形させた凹部が形成される。凹部で、第２熱媒体の流路を規制する。第２熱媒体の流路を規制することで、熱交換器内全体に第２熱媒体を流すことができる。熱交換器内全体に第２熱媒体が流れることで、広い範囲で熱交換を行うことができ、伝熱効率が高まる。
【００１６】
また、第２熱媒体の流路を規制するために、別途部品を使用する必要がないので、部品点数の削減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る熱交換器を搭載した排熱回収装置の斜視図である。
【図２】実施例１に係る熱交換器の断面図である。
【図３】本発明に係る熱交換器の寸法を説明する図である。
【図４】図２の４矢視図である。
【図５】図２の５矢視図である。
【図６】図２の６−６線断面図である。
【図７】実施例２に係る熱交換器の断面図である。
【図８】実施例３に係る熱交換器の断面図である。
【図９】従来の技術の基本構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例１】
【００１９】
先ず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、排熱回収装置１０は、内燃機関で発生した第１熱媒体としての排気ガスが導入される上流側筒体１１と、この上流側筒体１１内に繋げられる一方の通路であって排気ガスの熱を第２熱媒体としての冷却水へ伝える熱回収路１２と、この熱回収路１２の下方であって熱回収路１２を迂回して設けられる迂回路１３と、これらの熱回収路１２及び迂回路１３の下流側端部に繋がれ排気ガスを外部に排出する下流側筒体１４とからなる。
【００２０】
熱回収路１２は、上流側筒体１１に繋げられているガス流入部材１６と、このガス流入部材１６に一端が支持されている熱交換器２０と、この熱交換器２０の他端を支持し下流側筒体１４に繋がれるガス流出部材１７とからなる。
【００２１】
熱交換器２０は、断面矩形状のコアケース２１の上面に繋げられ第２熱媒体を導入する第２熱媒体導入口２２と、コアケースの側面に繋げられ第２熱媒体を排出する第２熱媒体排出口２３とを備える。
熱交換器２０の下方に迂回路１３を設けることで、路面から飛んでくる小石等から熱交換器２０を保護することができる。
熱交換器２０の詳細について次図で説明する。
【００２２】
図２に示すように、熱交換器２０は、直径がＤである第２熱媒体導入口２２が繋がれるコアケース２１と、このコアケース２１の内周面に接合される第１サイドプレート２５、２５と、これらの第１サイドプレート２５、２５に支持され内部に第１熱媒体が流される第１のチューブ２６と、これらの第１のチューブ２６の下方に設けられコアケース２１の内周面に接合される第２サイドプレート２７、２７と、これらの第２サイドプレート２７、２７に支持され内部に第１熱媒体が流される第２のチューブ２８とからなる。
【００２３】
第１のチューブ２６及び第２のチューブ２８は、共に内部にフィン３１、３２が配置されている。このような第１のチューブ２６と第２のチューブ２８とが交互に並べられる。
【００２４】
第１サイドプレート２５は、コアケース２１の内周面に接合される内周面接合部３５と、この内周面接合部３５から第１のチューブ２６に向かって延出される延出部３６と、この延出部３６から下げられ第１のチューブ２６の側面を支持する側面支持部３７と、この側面支持部３７の下端から延ばされ第１のチューブ２６の下面を支持する下面支持部３８とからなる。
【００２５】
第２サイドプレート２７も同様に、内周面接合部４１と、延出部４２と、側面支持部４３と、下面支持部４４とからなる。
サイドプレート２５、２７は、コアケース２１の内周面にろう接等の任意の方法によって接合される。
【００２６】
サイドプレート２５、２７は、共に階段形状（略Ｗ字形状）を呈する。不可避的に発生する熱交換チューブ２６、２８の寸法の誤差を、側面支持部３７、４３が撓むことで吸収できる。側面支持部３７、４３が撓むことで熱交換チューブ２６、２８への密着性を高めることができ、サイドプレート２５、２７の配置されている部分で第２熱媒体が漏れることを防止できる。第２熱媒体の流路を規制する熱交換器２０において、特に有益である。
【００２７】
図３に示すように、第２熱媒体導入口２２の流路面積Ｓ１は、（Ｄ／２）２×πである。
第２熱媒体導入口２２の先端から熱交換チューブ（図３では、第１のチューブ２６）までの領域は、外部から第２熱媒体がコアケース２１に取り込まれる、第２熱媒体導入部４６である。この第２熱媒体導入部４６の流路面積Ｓ２は、Ｄ×π×ｈ１である。
【００２８】
第２熱媒体導入部４６の流路面積Ｓ２は、第２熱媒体導入口２２の流路面積Ｓ１に対して、１．２倍〜３．０倍であることが望ましい。即ち、Ｄ×π×ｈ１＝（１．２〜３．０）×（Ｄ／２）２×π。これを展開して、ｈ１＝（０．３〜０．７５）×Ｄであることが望ましい。
【００２９】
ｈ１が０．３×Ｄ未満であると、第２熱媒体の流路が狭いため、第２熱媒体を十分に流せないことがある。一方、ｈ１が０．７５×Ｄよりも大きいと、流される第２熱媒体の量に対して、流路が広すぎ無駄なスペースが発生する。ｈ１＝（０．３〜０．７５）×Ｄであれば、第２熱媒体の流量を適度に保ちつつ、熱交換器の大型化を防ぐことができる。
【００３０】
これと同様の理由で、第１のチューブ２６と第２のチューブ２８の間の流路面積Ｓ３についても、以下のことがいえる。
【００３１】
熱交換チューブ２６、２８の幅Ｗ１×第１のチューブから第２のチューブまでの長さｈ２で示される流路面積Ｓ３は、第２熱媒体導入口２２の断面積Ｓ１に対して、１．２倍〜３．０倍であることが望ましい。即ち、Ｗ１×ｈ２＝（１．２〜３．０）×（Ｄ／２）２×π。
【００３２】
図４に示すように、第１のチューブ２６は、第１熱媒体の流れる方向を基準として、上流側の端部を前面プレート４８に支持され、下流側の端部を後面プレート４９に支持されている。
前面プレート４８から後面プレート４９までの長さはＬ１である。即ち、第２熱媒体が流される流路の長手方向の長さは、Ｌ１である。
【００３３】
第１サイドプレート２５は、第１のチューブ２６の下流側端部から上流に向かって所定の距離Ｌ２だけ延ばされている。第１サイドプレート２５の先端から前面プレート４８までの間は、長さＬ３、幅Ｗ２の隙間５１、５１である。
【００３４】
隙間５１の面積（Ｌ３×Ｗ２）×２は、第２熱媒体導入口２２の断面積、（Ｄ／２）２×πに対して、１．２倍〜３．０倍であることが望ましい。即ち、（Ｌ３×Ｗ２）×２＝（１．２〜３．０）×（Ｄ／２）２×π。第２熱媒体の流量を適度に保ちつつ、熱交換器の大型化を防ぐことができる。
【００３５】
加えて、隙間５１の長さＬ３は、第２熱媒体が流される流路の長手方向の長さＬ１に対して、０．２５〜０．３５であることが望ましい。即ち、Ｌ３＝（０．２５〜０．３５）×Ｌ１。
【００３６】
０．２５×Ｌ１未満では、第２熱媒体を円滑に流すことができないことがある。一方、０．３５×Ｌ１を超えると、隙間５１の広さが大きくなり、第２熱媒体の流路全体に第２熱媒体を流すことが困難になる。Ｌ３＝（０．２５〜０．３５）×Ｌ１であれば、第２熱媒体を円滑に、且つ第２熱媒体の流路全体に流すことができる。
【００３７】
第２熱媒体導入口２２から導入された第２熱媒体は、矢印で示すように、第１のチューブ２６の上面を流される。このとき、第１のチューブ２６の内周を通される第１熱媒体との間で、熱交換を行う。第１のチューブ２６上面を流された後、隙間５１から下の層に向かって流れる。
【００３８】
図５に示すように、第２のチューブ２８は、第１熱媒体の流れる方向を基準として、上流側の端部を前面プレート４８に支持され、下流側の端部を後面プレート４９に支持されている。
【００３９】
第２サイドプレート２７は、第２のチューブ２８の上流側端部から下流に向かって所定の距離Ｌ２だけ延ばされている。第２サイドプレート２７の先端から後面プレート４９までの間は、長さＬ３、幅Ｗ２の隙間５３、５３である。
【００４０】
第２熱媒体は、矢印で示すように、第２のチューブ２８の上面を流される。第２のチューブ２８の内周を通される第１熱媒体との間で、さらに熱交換を行う。第２のチューブ２８上面を流された後、隙間５３から下の層に向かって流れる。
これらを次図でまとめる。
【００４１】
図６に示すように、第２熱媒体導入口２２から導入された第２熱媒体は、まず最上段の熱交換チューブ（第１のチューブ２６）の上面を流される。第２熱媒体は、第１サイドプレート２５が配置されないことで生ずる隙間５１から下の層に流れる。
【００４２】
下の層に流れた第２熱媒体は、第２のチューブ２８の上面を流され、隙間５３から下の層に流れる。
第１熱媒体の流れ方向を基準として、第２熱媒体は向流及び並流を繰り返しながら第２熱媒体排出口（図１、符号第２熱媒体排出口２３）に向かう。このため、広い範囲に第２熱媒体を流すことができる。
【００４３】
サイドプレート２５、２７で、第２熱媒体の流路を規制する。第２熱媒体の流路を規制することで、熱交換器２０内全体に第２熱媒体を流すことができる。熱交換器２０内全体に第２熱媒体が流れることで、広い範囲で熱交換を行うことができ、伝熱効率が高まる。
【実施例２】
【００４４】
次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図７に示されるように、熱交換器６０は、熱交換チューブ２６、２８の幅がコアケース６１の内周面の幅と同じ長さとされる。このため、熱交換チューブ２６、２８の側面が、コアケース６１の内周面に接触するよう配置される。
【００４５】
加えて、コアケース６１は、第１のチューブ２６から離間する方向に膨らませた第１凸部６２を、第１熱媒体の流れ方向を基準として上流側（図面手前側）端部に有し、第２のチューブ２８から離間する方向に膨らませた第２凸部６３を、下流側（図面裏面側）端部に有する。
【００４６】
熱交換チューブ２６、２８の側面と凸部６２、６３との間に隙間６４、６５ができ、これらの隙間６４、６５を通って第２熱媒体は下の層に流される。
【００４７】
熱交換チューブ２６、２８の端部近傍に、コアケース６１を変形させた凸部６２、６３が形成される。凸部６２、６３で、第２熱媒体の流路を規制する。第２熱媒体の流路を規制することで、熱交換器６０内全体に第２熱媒体を流すことができる。熱交換器６０内全体に第２熱媒体が流れることで、広い範囲で熱交換を行うことができ、伝熱効率が高まる。
【００４８】
さらに、第２熱媒体の流路を規制するために、別途部品を使用する必要がないので、部品点数の削減に寄与する。
なお、コアケース６１の変形は、プレス成形等任意の方法で行うことができる。
【実施例３】
【００４９】
次に、本発明の実施例３を図面に基づいて説明する。
図８に示されるように、熱交換器７０は、第１のチューブ７１の幅及び第２のチューブ７２の幅が、共にコアケース２１の内周面の幅と同じ長さとされる。このため、熱交換チューブ７１、７２の側面は、コアケース２１の内周面に接触するよう配置される。
【００５０】
加えて、第１のチューブ７１は、コアケース２１から離間する方向に凹ませた第１凹部７３を、第１熱媒体の流れ方向を基準として上流側（図面手前側）端部に有し、第２のチューブ７２は、コアケース２１から離間する方向に凹ませた第２凹部７４を、下流側（図面裏面側）端部に有する。
【００５１】
熱交換チューブ７１、７２の側面と凹部７３、７４との間に隙間７５、７６ができ、これらの隙間７５、７６を通って第２熱媒体は下の層に流される。
【００５２】
凹部７３、７４で、第２熱媒体の流路を規制する。第２熱媒体の流路を規制することで、熱交換器７０内全体に第２熱媒体を流すことができる。熱交換器７０内全体に第２熱媒体が流れることで、広い範囲で熱交換を行うことができ、伝熱効率が高まる。
【００５３】
さらに、第２熱媒体の流路を規制するために、別途部品を使用する必要がないので、部品点数の削減に寄与する。
【００５４】
なお、熱交換チューブ７１、７２は、プレス成形した半割体７８、７８、７９、７９を合わせて、溶接することで得ることができる。また、この他の方法であっても任意の製造方法を用いることができる。
【００５５】
尚、本発明に係る熱交換器は、実施の形態では排熱回収装置に適用したが、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラにも適用可能であり、用途は限定されない。
また、実施例１で説明した寸法を、実施例２及び実施例３に適用することは差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の熱交換器は、排熱回収装置に好適である。
【符号の説明】
【００５７】
２０、６０、７０…熱交換器、２１、６１…コアケース、２５…第１サイドプレート、２６、７１…第１のチューブ（熱交換チューブ）、２７…第２サイドプレート、２８、７２…第２のチューブ（熱交換チューブ）、６２…第１凸部、６３…第２凸部、７３…第１凹部、７４…第２凹部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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