(57)【要約】【解決手段】  熱交換器としてのＥＧＲクーラー１は、内側管体２を流通する排気ガスＧを外側管体３を流通する冷却液Ｃによって冷却するものとなっている。  上記内側管体２は、円筒状の小径部１２ａ、１３ｄおよび大径部１３ａと、これらを連結するリング状の連結部１２ｂ、１３ｂと、上記大径部１３ａに収容されて上記排気ガスを整流する整流手段１４とから構成され、小径部および大径部の下端部が軸方向に整列するようにこれらの中心軸を偏心させて配置する。  さらに、上記整流手段はプレート部２１および複数のフィン部２２とから構成され、各フィン部の内側の端部を上記小径部の中心軸を囲繞させ、外側の端部をプレート部の外周端まで形成し、さらに各フィン部をそれぞれ曲率が異なる湾曲形状とした。【効果】  冷却効率が高いとともに圧力損失が少なく、かつ水分による腐食を防止することが可能な熱交換器を提供する。【選択図】  図２
2013113105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側管体の内部に内側管体を設けて、上記内側管体を流通する内部流体と上記外側管体を流通する外部流体との間で熱交換を行う熱交換器において、
上記内側管体を、円筒状の小径部および大径部と、これら小径部と大径部とを連結するリング状の連結部と、上記大径部に収容されて上記内部流体を整流する整流手段とから構成し、
上記小径部および大径部の軸方向をそれぞれ略水平方向を向くように配置するとともに、小径部および大径部の下端部が軸方向に整列するように小径部および大径部の中心軸を偏心させて配置し、
上記整流手段を、上記大径部よりも小径に形成されて下端部が上記大径部に接触したプレート部と、上記プレート部から軸方向に立設した複数のフィン部とから構成し、
各フィン部の内側の端部を上記小径部の中心軸が貫通する位置を囲繞するように配置する一方、外側の端部をプレート部の外周端まで形成し、さらに各フィン部を内側の端部から外側の端部までの距離に応じて曲率が異なる湾曲形状とすることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
内側の端部から外側の端部までの距離の長いフィン部の曲率を、内側の端部から外側の端部までの距離の短いフィン部の曲率よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
上記プレート部における上記大径部に接触する下端部に水抜き孔を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項４】
上記フィン部の内側の端部を上記小径部よりも内側に突出する位置まで設けるとともに、当該突出した位置に、軸方向に突出して上記小径部の内周面に嵌合する位置決め突起を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に関し、詳しくは外側管体の内部に内側管体を設けて、上記内側管体に流通させる内部流体と上記外側管体に流通させる外部流体との間で熱交換をおこなわせる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内部流体が流通する内側管体と、上記内側管体を収容するとともに該内側管体との間で外部流体を流通させる外側管体とを備え、上記内部流体と外部流体との間で熱交換をおこなう熱交換器が知られている。
一方、自動車用エンジンから排出される排気ガスを再び吸気側に戻して再利用するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）という技術が知られており、このＥＧＲを効率的に行うため、上記熱交換器を排気ガスの温度を下げるためのいわゆるＥＧＲクーラーとして用いるものが知られている（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００―０７９４６２号公報
【特許文献２】特開２００１―２４１８７２号公報
【特許文献３】特開２００２−３５００８１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の構成を有するＥＧＲクーラーの場合、内側管体内を上記排気ガスは速やかに通過するため、排気ガスの圧力損失が少ないものの、冷却効率が低いという問題があった。
一方、特許文献２、３の構成を有するＥＧＲクーラーの場合、冷却効率が高いものの、内側管体の内部に形成された無数の突起によって圧力損失が高いという問題があった。
さらに、上記内側管体を流通する内部流体が水分を含む気体である場合には、熱交換により当該内部流体が冷却されて水分が凝集し、この水分が内側管体に貯溜されてしまうと内側管体が腐食してしまう恐れがある。
このような問題に鑑み、本発明は冷却効率が高く、また圧力損失の少なく、かつ内側管体から水分を排出することが可能な熱交換器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、請求項１の発明にかかる熱交換器は、外側管体の内部に内側管体を設けて、上記内側管体を流通する内部流体と上記外側管体を流通する外部流体との間で熱交換を行う熱交換器において、
上記内側管体を、円筒状の小径部および大径部と、これら小径部と大径部とを連結するリング状の連結部と、上記大径部に収容されて上記内部流体を整流する整流手段とから構成し、
上記小径部および大径部の軸方向をそれぞれ略水平方向を向くように配置するとともに、小径部および大径部の下端部が軸方向に整列するように小径部および大径部の中心軸を偏心させて配置し、
上記整流手段を、上記大径部よりも小径に形成されて下端部が上記大径部に接触したプレート部と、上記プレート部から軸方向に立設した複数のフィン部とから構成し、
各フィン部の内側の端部を上記小径部の中心軸を囲繞するように配置するとともに、外側の端部をプレート部の外周端まで形成し、さらに各フィン部を内側の端部から外側の端部までの距離に応じて曲率が異なる湾曲形状とすることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
上記請求項１の発明によれば、上記内側管体を上記小径部、大径部、連結部から構成することにより、上記外側管体の外部流体はこれら小径部、大径部、連結部に接触しながら流通することとなる。
そして上記内側管体の内部では、内部流体が上記整流手段によって大径部の内側から外側、または外側から内側に向けて流通することから、内部流体と外部流体との間で熱交換する面積を大きくして効率的な熱交換を行うことができる。
さらに、また上記整流手段のフィン部はそれぞれ湾曲形状を有していることから、上記内側管体の内部に旋回流を発生させることができ、しかもその曲率をフィン部毎に異ならせることで、圧力損失の低い旋回流を効率的に発生させることができる。
そして上記内側管体については、小径部および大径部の下端部が軸方向に整列するように小径部および大径部の中心軸を偏心させて配置したため、内側管体で発生した水分を排出することが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施例にかかるＥＧＲクーラーの断面図
【図２】図１におけるＩＩ―ＩＩ部の断面図
【図３】整流手段の構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について説明すると、図１は熱交換器としてのＥＧＲクーラー１の断面図を示しており、図２は図１におけるＩＩ―ＩＩ部の断面図を示している。
上記ＥＧＲクーラー１は、内部流体としての排気ガスＧを流通させる内側管体２と、上記内側管体２を収容するとともに該内側管体２との間に外部流体としての冷却液Ｃを流通させる外側管体３とを備え、上記内側管体２は図示しないＥＧＲ回路に、外側管体３は図示しない冷却液回路にそれぞれ接続されている。
上記内側管体２は上記外側管体３の両端を貫通するように設けられて排気ガスＧを図１の図示左方から図示右方へと流通させ、また上記外側管体３は上記内側管体２を収容する略円筒形状を有し、上部には冷却液Ｃの流入する流入ポート３ａと、冷却液Ｃを排出する排出ポート３ｂとが設けられ、冷却液Ｃは図１の図示右方から図示左方へと流通するようになっている。
なお、上記内側管体２および外側管体３における排気ガスＧおよび冷却液Ｃの流通方向は一例であり、例えば流入ポート３ａおよび排出ポート３ｂをそれぞれ反対の位置に設定することが可能である。
上記構成を有するＥＧＲクーラー１によれば、上記内側管体２の内部に排気ガスＧを流通させ、同時に上記外側管体３の内部に冷却液Ｃを流通させることで、排気ガスＧと冷却液Ｃとの間で熱交換を行い、排気ガスＧの温度を下げるものとなっている。
【０００９】
上記内側管体２は、ＥＧＲ回路に連結されるフロント側パイプ１１と、排気ガスＧの流通方向上流側に設けた４つのフロント側ハウジング１２と、該フロント側ハウジング１２のリヤ側に連結される４つのリヤ側ハウジング１３と、これら４組のフロント側ハウジング１２およびリヤ側ハウジング１３の内部に収容される４つの整流手段１４とから構成されている。
上記フロント側パイプ１１はＬ字型のパイプであって、その後端部は上記外側管体３の外部から内部に貫通し、先端部にはＥＧＲ回路に接続するためのフランジ１５が設けられている。
上記フロント側ハウジング１２は、軸方向前方に突出する円筒状の小径部１２ａと、該小径部１２ａに隣接して設けられたリング状の連結部１２ｂと、該連結部１２ｂから軸方向後方に突出するリング状のフランジ１２ｃとから構成されている。
このうち最もフロント側に位置するフロント側ハウジング１２の小径部１２ａは、上記フロント側パイプ１１の後端部の内周面に嵌合し、それ以外のフロント側ハウジング１２の小径部１２ａは上記リヤ側ハウジング１３の後端部に嵌合するようになっている。
次に、上記リヤ側ハウジング１３のうち、フロント側に位置する３つのリヤ側ハウジング１３は、軸方向前方に突出して上記フロント側ハウジング１２のフランジ１２ｃの内周面に嵌合する円筒状の大径部１３ａと、該大径部１３ａに隣接して設けられたリング状の連結部１３ｂと、該連結部１３ｂから軸方向後方に突出して上記フロント側ハウジング１２の小径部１２ａがその内周面に嵌合するリング状のフランジ１３ｃとから構成されている。
一方、最もリヤ側に位置するリヤ側ハウジング１３は、上記フランジ１３ｃに代えて連結部１３ｂから軸方向後方に突出する小径部１３ｄを備えており、この小径部１３ｄは上記外側管体３を貫通してその外部に突出するとともに、その後端部にはＥＧＲ回路に接続するためのフランジ１６が設けられている。
【００１０】
さらに本実施例の内側管体２は、上記小径部１２ａ、１３ｄおよび大径部１３ａの軸方向がそれぞれ略水平方向を向くように配置され、また小径部１２ａ、１３ｄおよび大径部１３ａの下端部が軸方向に整列するよう、小径部１２ａ、１３ｄおよび大径部１３ａの中心軸を偏心させて配置したものとなっている。
換言すると、上記フロント側ハウジング１２における上記小径部１２ａ、１３ｄの中心は上記フランジ１２ｃの中心に対して偏心しており、上記リヤ側ハウジング１３における上記大径部１３ａの中心に対して上記フランジ１３ｃの中心が偏心した位置に形成されている。
そして、上記フロント側ハウジング１２にリヤ側ハウジング１３を連結すると、図２に示すように上記小径部１２ａ、１３ｄが上記大径部１３ａに内接するような位置関係となり、内側管体２はこの内接した部分を下方に位置させて配置されたものとなっている。
このような構成とすることで、内側管体２の内周面における下端部には、ほとんど凹凸のない平坦部分が形成されることとなり、後述するように内側管体２で発生した液体を貯溜しにくい構成となっている。
【００１１】
図３に示すように、上記整流手段１４は、略円盤状のプレート部２１と、上記プレート部２１の表面および裏面に放射状に設けた複数のフィン部２２とから構成されている。
上記プレート部２１は、上記小径部１２ａ、１３ｄよりも大径で大径部１３ａよりも小径に形成されており、その下端部は上記大径部１３ａの内周面の下端部に接触している。
このプレート部２１は、図１に示すように上記大径部１３ａによって形成された空間を排気ガスＧの流入側の空間と、排出側の空間とに区画し、また図２に示すようにプレート部２１の下端部を除き、大径部１３ａの内周面と上記プレート部２１の外周縁との間に隙間Ａを形成するようになっている。
そして、上記プレート部２１の下端部には、切欠き状の水抜き孔２１ａが形成され、図１、図２に示すように、この水抜き孔２１ａは上記小径部１２ａ、１３ｄおよび大径部１３ａの下端部に形成された平坦部分に位置している。
このような構成とすることで、上記内側管体２の内部には、上記小径部１２ａ、１３ｄおよび大径部１３ａの下端部に形成された平坦部分に沿って軸方向に貫通する通路が形成され、この通路を内側管体２で発生した水分が流通するようになっている。
【００１２】
上記フィン部２２はプレート部２１の表面および裏面のそれぞれから軸方向に立設され、図２に示すように各フィン部２２の内側の端部は上記小径部１２ａ、１３ｄの中心軸が貫通する位置を囲繞するように配置され、プレート部２１における上記小径部１２ａ、１３ｄと重合する部分にはフィン部２２の設けられていない平坦部２１ｂが形成されている。
一方、フィン部２２の外側の端部はプレート部２１の外周端まで形成され、それぞれプレート部２１の半径方向に対して傾斜し、さらに図２に示すように実線で示すプレート部２１の表面側に設けたフィン部２２は、破線で示す裏面側のフィン部２２に対して、プレート部２１を軸方向から見た場合に反対方向に傾斜するように設けられている。
さらに本実施例のフィン部２２は、その中央部がプレート部２１の外周側に向けて膨出する湾曲形状に形成されたものとなっており、また内側の端部から外側の端部までの距離に応じて、その曲率が異なっている。
具体的には、内側の端部から外側の端部までの距離の長いフィン部２２の曲率を、内側の端部から外側の端部までの距離の短いフィン部２２の曲率よりも大きく設定しており、例えば最も曲率の大きいフィン部２２の曲率をＲ２７ｍｍ、最も曲率の小さなフィン部２２の曲率をＲ９ｍｍとすることができる。
【００１３】
そして本実施例における上記フィン部２２の内側の端部には、上記小径部１２ａ、１３ｄよりも内側に突出した部分に、さらに軸方向に突出して上記小径部１２ａ、１３ｄの内周面に嵌合する位置決め突起２２ａが形成されている。
上記複数のフィン部２２の位置決め突起２２ａが小径部１２ａ、１３ｄの内周面に嵌合することにより、整流手段１４を小径部１２ａ、１３ｄに対して位置決めでき、整流手段１４を内側管体２の内部で移動しないようにすることができる。
したがって、上記内側管体２を製造する際には、上記フロント側ハウジング１２の小径部１２ａに上記整流手段１４のフィン部２２に上記位置決め突起２２ａを嵌合させ、この状態で上記リヤ側ハウジング１３の小径部１３ｄを嵌合させればよい。
【００１４】
そして、上記構成を有するＥＧＲクーラー１によれば、ＥＧＲ回路を流通する排気ガスＧは、内側管体２における上記フロント側パイプ１１からフロント側ハウジング１２の小径部１２ａへと流入する。
さらに、排気ガスＧは上記小径部１２ａからリヤ側ハウジング１３の大径部１３ａによって形成される空間に流入し、上記整流手段１４のプレート部２１に衝突する。
すると、排気ガスＧは上記平坦部２１ｂから軸方向に対して直交する方向に進路が変換され、プレート部２１と連結部１２ｂとの間を、大径部１３ａの内側から外側に向けて流れる。
このとき上記整流手段１４におけるフィン部２２はプレート部２１の半径方向に対して傾斜していることから、上記排気ガスＧは図２における図示時計回りに旋回する旋回流となって大径部１３ａの外周側に移動する。
さらに、上記フィン部２２はそれぞれ反径方向に対して外周側に膨出する湾曲形状を有し、かつ各フィン部２２の曲率を内側の端部から外側の端部までの距離の長いフィン部２２の曲率を大きく設定しているため、旋回流を効率的に発生させることが可能となり、旋回流の形成に伴う圧力損失を低減することができる。
【００１５】
続いて、排気ガスＧは上記大径部１３ａとプレート部２１との間に形成された上記隙間Ａを介して上流側の空間から下流側の空間へと流入し、その後上記プレート部２１の裏面側に設けたフィン部２２によって旋回流を維持しながら大径部１３ａの外側から内側に向けて流れる。
このとき、上記プレート部２１の下流側のフィン部２２は上流側に設けたフィン部２２とは反対側に傾斜しているため、排気ガスＧは上記裏面側のフィン部２２によってその旋回方向が維持されるようになっている。
そしてプレート部２１の中央部に達した排気ガスＧは、今度は軸方向の流れとなって小径部１２ａを流通し、その後は上記大径部１３ａにおいて上述したような経路を通過しながら、最終的にエンジンの吸気側の小径部１３ｄから排出されるようになっている。
このようにして排気ガスＧが内側管体２を流通する一方、上記外側管体３には上記流入ポート３ａより冷却液Ｃが流入し、該内側管体２との接触部分で排気ガスＧと上記冷却液Ｃとの間で熱交換が行われる。
このように、上記構成を有するＥＧＲクーラー１によれば、上記小径部１２ａおよび大径部１３ａを備えた内側管体２によって上記外側管体３を流通する冷却液Ｃとの接触面積を広く取ることができるため、高い冷却効率を得ることができる。
また、上記整流手段１４が上記排気ガスＧを旋回流にして流通させることから、当該排気ガスの圧力損失を少なくすることが可能となっている。
【００１６】
ここで、上記ＥＧＲクーラー１によれば、内側管体２を流通する排気ガスＧを熱交換により冷却すると、排気ガスＧ中の水分が凝集して液化する場合があり、その液体は内側管体２の内周面に付着してその下部へと貯溜される。
しかしながら本実施例のＥＧＲクーラー１では、上記内側管体２の上記小径部１２ａ、１３ｄおよび大径部１３ａの下端部が略水平方向に整列するように構成されているため、上記液体を流通させてＥＧＲクーラー１の外部に排出することができる。
しかも本実施例では上記整流手段１４に上記水抜き孔２１ａを設けていることから、より効率的に液体を排出することが可能となっている。
これにより、例えば内側管体２の軸方向を水平とした場合、排気ガスＧによって上記水分を上流側から下流側へと排出することができ、また上記軸方向を上流側または下流側の一方が若干高くなるように傾斜させれば、排気ガスＧの流通が無くとも水分を排出することができる。
つまり、上記構成を有するＥＧＲクーラー１によれば、排気ガスＧの冷却によって生じた液体による内側管体２の内部の腐食を防止することが可能となっている。
【００１７】
なお、上記実施例においては、本発明にかかる熱交換器を排気ガスＧを冷却するＥＧＲクーラー１として利用しているが、その他の分野においても利用することができる。
また、上記実施例における整流手段には上記水抜き孔が形成されているが、この水抜き孔を省略しても、上記小径部１２ａ、１３ｄと大径部との下端部が軸方向に整列しているため、内側管体で発生した水分を上記整流手段のプレート部を迂回させて排出することが可能である。
また、フィン部２２の枚数や曲率については適宜変更することができ、冷却効率および圧力損失の異なるＥＧＲクーラー１を得ることが可能となっている。
【符号の説明】
【００１８】
１  ＥＧＲクーラー                ２  内側管体
３  外側管体                      １２  フロント側ハウジング
１２ａ  小径部                    １２ｂ  連結部
１３  リヤ側ハウジング            １３ａ  大径部
１３ｂ  連結部                    １３ｄ  小径部
１４  整流手段                    ２１  プレート部
２１ａ  水抜き孔                  ２２  フィン部
２２ａ  位置決め突起              Ａ  隙間
【図１】
2013113105.tif 000003
【図２】
2013113105.tif 000004
【図３】
2013113105.tif 000005