(57)【要約】【課題】冷却対象となる流体の冷却性能を向上させることを課題とする。【解決手段】熱交換器は、冷却対象となる流体が通過する複数の管状通路が形成された熱交換体と、前記熱交換体の周囲に配置され、前記熱交換体との間に前記熱交換体と熱交換する冷媒が流通する外周部冷媒通路を形成するハウジング部材と、前記外周部冷媒通路と連通し、前記外周部冷媒通路内の冷媒を前記熱交換体の内側に導く内部冷媒通路と、を備える。熱交換器は、熱交換体の中心部近傍にも冷媒を導入し、中心部近傍からも熱を奪うことができる。この結果、熱交換器は、内部冷媒通路を備えていない場合と比較して冷却対象となる流体の冷却性能が向上している。また、内部冷媒通路が設けられたことにより、熱交換体と冷媒との接触面積が増大するため、この点においても冷却対象となる流体の冷却性能が向上している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象となる流体が通過する複数の管状通路が形成された熱交換体と、
前記熱交換体の周囲に配置され、前記熱交換体との間に前記熱交換体と熱交換する冷媒が流通する外周部冷媒通路を形成するハウジング部材と、
前記外周部冷媒通路と連通し、前記外周部冷媒通路内の冷媒を前記熱交換体の内側に導く内部冷媒通路と、
を備える熱交換器。
【請求項２】
前記内部冷媒通路は、前記熱交換体を前記冷却対象となる流体の流通方向から観たときに、前記熱交換体の中心部から前記外周部冷却通路に向かって放射状に設けられた請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記内部冷媒通路は、前記熱交換体を横断し、前記外周部冷媒通路間を接続する請求項１又は２に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、排気再循環装置が備えるＥＧＲ（Exhaust  Gas  Recirculation）ガスを冷却する熱交換器が知られている。また、セラミックを用いた熱交換器が知られており（例えば、特許文献１）、これをＥＧＲガス冷却装置に用いることもできる。特許文献１には、第一の流体である加熱体が流通する複数のセルを有するハニカム構造体によって形成された第一流体流通部と、この第一流体流通部の外周部に設けられた第二流体流通部を備えた熱交換器が開示されている。第二流体流通部には、冷媒が流通し、第一流体流通内を流通する加熱体から熱を奪い、加熱体を冷却する。また、特許文献２には、ハニカム構造を有し、流体が流通する流体流路と、流体の熱を蓄熱する媒体が封じ込められた蓄熱媒体部を備えた蓄熱体が開示されている。特許文献２に開示された蓄熱体では、蓄熱媒体部に封じ込められた媒体と、流体流路を流通する流体との間で熱交換が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１１／０７１１６１号公報
【特許文献２】特開２０１１−５２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された熱交換器は、ハニカム構造体の外周部に冷媒を流通させているため、ハニカム構造体の中心部近傍が冷却されにくく、冷却対象となる加熱体が十分に冷却されない可能性がある。また、上記特許文献２に開示された蓄熱体における媒体は、ハニカム両端面を目封止することによって形成された蓄熱媒体部に封入されており、流体の冷却との観点からは、改良の余地がある。
【０００５】
そこで本明細書開示の熱交換器は、冷却対象となる流体の冷却性能を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本明細書開示の熱交換器は、冷却対象となる流体が通過する複数の管状通路が形成された熱交換体と、前記熱交換体の周囲に配置され、前記熱交換体との間に前記熱交換体と熱交換する冷媒が流通する外周部冷媒通路を形成するハウジング部材と、前記外周部冷媒通路と連通し、前記外周部冷媒通路内の冷媒を前記熱交換体の内側に導く内部冷媒通路と、を備える。
【０００７】
内部冷媒通路を備えることにより、熱交換体の内側まで冷媒が導かれ、冷却対象となる流体の冷却性能を向上させることができる。
【０００８】
前記内部冷媒通路は、前記熱交換体を前記冷却対象となる流体の流通方向から観たときに、前記熱交換体の中心部から前記外周部冷却通路に向かって放射状に設けてもよい。熱交換体が備える任意の管状通路と冷媒との距離が短縮されるため、管状通路内を流通する流体を効果的に冷却することができる。
【０００９】
前記内部冷媒通路は、前記熱交換体を横断し、前記外周部冷媒通路間を接続してもよい。内部冷媒通路を通じて外周部冷媒通路間の冷媒の流れを創出することにより、冷却効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書に開示された熱交換器によれば、冷却対象となる流体の冷却性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（Ａ）は第１実施形態の熱交換器を冷却対象となる流体の入口側から観た説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図２は図１（Ｂ）におけるＢ−Ｂ線に対応する場所で熱交換器を断面とした説明図である。
【図３】図３は熱交換器内の冷媒の流通を模式的に示す説明図である。
【図４】図４（Ａ）は第２実施形態の熱交換器を冷却対象となる流体の入口側から観た説明図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。
【００１３】
（第１実施形態）
まず、図１乃至３を参照して、第１実施形態の熱交換器１について説明する。図１（Ａ）は第１実施形態の熱交換器１を冷却対象となる流体の入口側から観た説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図２は図１（Ｂ）におけるＢ−Ｂ線に対応する場所で熱交換器を断面とした説明図である。図３は熱交換器内の冷媒の流通を模式的に示す説明図である。熱交換器１は、種々の流体を冷却対象とすることができるが、第１実施形態では、内燃機関に装備される排気再循環装置に組み込まれ、ＥＧＲ（Exhaust  Gas  Recirculation）ガスを冷却するＥＧＲクーラとして用いられる。すなわち、冷却対象となる流体はＥＧＲガスである。
【００１４】
熱交換器１は、冷却対象となるＥＧＲガスが通過する複数の管状通路２ａが形成された熱交換体２を備える。熱交換体２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）セラミック製である。セラミック材料は、効率的な熱伝導を有するとともに、高い耐蝕性を発揮することができる。このため、高熱伝導率を有するセラミック材料は、熱交換体２の材料として好適である。熱交換体２は、ハニカム構造又はハニカム構造類似の構造を有することによって複数の管状通路２ａを備えている。ここで、ハニカム構造類似の構造と記載したのは、管状通路２ａの形状として、六角柱形状のみでなく、例えば、四角柱形状、他の形状であってもよいことを示す意図である。
【００１５】
熱交換体２は、外周縁から内側に向かう領域の管状通路２ａを埋め立てて設けられた埋立部２ｂを備える。図１（Ａ）を参照すると、埋立部２ｂは、９０°ずらして４箇所に設けられている。埋立部２ｂの位置、数は、これらに限定されるものではないが、埋立部２ｂを設ける際は、ＥＧＲガス流通に対する圧損への影響を考慮する。埋立部２ｂは、熱交換体２の材料と同一の材料を用いている。埋立部２ｂは、熱交換体２を押出成形した後、所望の部分管状通路２ａに、材料を埋め込むことで成形することができる。埋立部２ａは、他の方法によって成形することもできる。各埋立部２ａは、熱交換体２の全長に亘って設けられている。各埋立部２ａには、熱交換体２の長手方向に沿って、切削により溝が設けられている。この溝は、内部冷媒通路２ｃとなる。内部冷媒通路２ｃは、後述する外周部冷媒通路４と連通し、外周部冷媒通路４内の冷媒を前記熱交換体の内側に導く。なお、内部冷媒通路２ｃの幅や、長さは、特に限定されるものではない。
【００１６】
内部冷媒通路２ｃは、熱交換体２をＥＧＲガスの流通方向から観たとき、すなわち、図１（Ａ）の視点で観たときに、熱交換体２の中心部から外周部冷却通路４に向かって放射状に設けられている。
【００１７】
熱交換器１は、熱交換体２との間に熱交換体２と熱交換する冷媒が流通する外周部冷媒通路４を形成するハウジング部材３を備える。ハウジング部材３は、ステンレス（ＳＵＳ）製の管材である。ハウジング部材３はアルミ等、他の材料を用いることもできる。ハウジング部材３は、その両端にそれぞれフランジ部３ａを備える。各フランジ部３ａの内側には、熱交換体２の端部が位置し、焼嵌めによって両者が一体化されている。フランジ部３ａと、熱交換体２との間には、シール剤が設けられ、水止め処置が施されている。図２や図３を参照すると、外周部冷媒通路４は、ハウジング部材３の内周面と熱交換体２の外周壁２ｄとの間に形成されている。すなわち、冷媒は、熱交換体２に直接触れることになる。熱交換体２と冷媒とを分離する構成とすることもできる。例えば、インナーパイプを備える構成である。なお、このように、熱交換体２には冷媒が直接触れるので、熱交換体２の緻密性は高いことが望ましい。
【００１８】
ハウジング部材３には、外周部冷媒通路４に冷媒を導入する冷媒入口３ｂ１と外周部冷媒通路４内の冷媒を排出する冷媒出口３ｂ２を備えている。冷媒はどのようなものであってもよいが、本実施形態では、冷却水を用いている。外周部冷媒通路４は、各内部冷媒通路２ｃと連通している。このため、熱交換器１では、熱交換体２の中心部近傍にも冷媒を導入し、中心部近傍からも熱を奪うことができる。この結果、熱交換器１は、内部冷媒通路２ｃを備えていない場合と比較して冷却対象となる流体の冷却性能が向上している。また、内部冷媒通路２ｃが設けられたことにより、熱交換体２と冷媒との接触面積が増大するため、この点においても冷却対象となる流体の冷却性能が向上している。
【００１９】
なお、内部冷媒通路２ｃを熱交換体２の中心部から外周部冷却通路４に向かって放射状に設ける際に、熱交換体２中の任意の点から、直近の冷媒までの距離をできるだけ均等にすることが望ましい。これにより、熱交換体２の各部が均質に冷却される。熱交換体２の各部、特に、半径方向において均質に冷却されることにより、均等に冷却されたＥＧＲガスが排出される。また、熱交換体２が均質に冷却されると、径方向の温度勾配が緩和され、熱交換体２に作用する熱応力が低減する。これにより、熱交換体２の割れ等が抑制される。
【００２０】
（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態の熱交換器２０について図４を参照しつつ説明する。図４（Ａ）は第２実施形態の熱交換器２０を冷却対象となる流体の入口側から観た説明図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。第２実施形態の熱交換器２０が第１実施形態の熱交換器１と異なる点は、第１実施形態における第１実施形態における埋立部２ｂ及び内部冷媒通路２ｃに代えて埋立部２２ｂ及び内部冷媒通路２２ｃを備えた点である。また、第２実施形態では、ハウジング部材３に仕切り板３ｃが設けられ、この仕切り板３ｃによって外周部冷媒通路４が高圧部４ａと低圧部４ｂに分断されている。冷媒入口３ｂ１は、高圧部４ａ側に設けられ、冷媒出口３ｂ２は、低圧部４ｂ側に設けられている。これにより、冷媒が導入される上流側が高圧となり、排出される下流側が低圧となる。
【００２１】
埋立部２２ｂは、第１実施形態における埋立部２ｂと同様に熱交換体２２を押出成形した後、所望の部分の管状通路２２ａに材料を埋め込むことで成形する。埋立部２２ｂは、図４（Ａ）に明らかであるように、熱交換体２２を横断して設けられている。より具体的に、高圧部４ａと低圧部４ｂを接続するように熱交換体２２を横断している。このような埋立部２２ｂには、熱交換体２２を横断し、外周部冷媒通路４間、より具体的に、高圧部４ａと低圧部４ｂとを接続する内部冷媒通路２２ｃ１、２２ｃ２が設けられている。内部冷媒通路２２ｃ１、２２ｃ２はドリルパスにより設けられている。なお、内部冷媒通路の角度や、本数は、適宜設定することができる。内部冷媒通路２２ｃ１、２２ｃ２は、熱交換体２２の中央部を通過しているため、熱交換体２２の中央部を冷却することができる。また、高圧部４ａと低圧部４ｂを設けて両者を内部冷媒通路２２ｃ１、２２ｃ２によって接続したため冷媒の流速を上昇させることができる。これにより、冷却効率を向上させることができる。また、第１実施形態と同様に、熱交換体２２と冷媒との接触面積が増大するため、この点でも冷却効率が向上する。
【００２２】
図４（Ａ）、（Ｂ）に示した例では、内部冷媒通路２２ｃ１、２２ｃ２は、熱交換体２２の直径部分で高圧部４ａと低圧部４ｂとを接続しているが、他の部分で両者を接続するようにすることもできる。
【００２３】
なお、第１実施形態と共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２４】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１、２０  熱交換器
２、２２  熱交換体
２ａ、２２ａ  管状通路
２ｂ  埋立部
２ｃ  内部冷媒通路
２ｄ  外周壁
３  ハウジング部材
３ａ  フランジ部
３ｂ１  冷媒入口
３ｂ２  冷媒出口
４  外周部冷媒通路
【図１】
2014109391.tif 000003
【図２】
2014109391.tif 000004
【図３】
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【図４】
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