(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と外側管体３を流通する冷却液Ｃとの間で熱交換を行わせるものとなっている。  そして、外側管体３と内側管体２との間に、軸方向に対して傾斜する冷却液用フィン１７（外部流体用フィン）を設けて、上記外側管体を流通する冷却液を、上記冷却液用フィンによって上流側から下流側に向けて螺旋状に旋回させるようになっている。【効果】  外側管体を流通する外部流体によって効率的に熱交換を行うことが可能な熱交換器を提供するものである。【選択図】  図１
2013152057.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おこなわせる熱交換器において、
外側管体と上記内側管体との間に、軸方向に対して傾斜する外部流体用フィンを設けて、
上記外側管体を流通する外部流体を、上記外部流体用フィンによって上流側から下流側に向けて螺旋状に旋回させることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
上記内側管体を、同軸上に設けた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から構成して、上記外部流体用フィンを上記大径部と上記外側管体との間に設け、
さらに上記大径部の内側に、上記小径部よりも大径で大径部よりも小径のプレートを設け、さらに該プレートと上記連結部との間に、上記プレートの中央部から外周部に向けて放射状に伸びる複数の内部流体用フィンを設けて、
上記内側管体の内部流体を上記プレートおよび内部流体用フィンによって上記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させることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
上記外側管体の上流側の端部に、該外側管体の中心軸に対して偏倚する外部流体の流入ポートを設け、
該流入ポートの接続部分における外部流体の流入方向を、上記外部流体用フィンによって形成された旋回方向と同方向とする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】
上記外側管体の下流側の端部に、該外側管体の中心軸に対して偏倚する外部流体の排出ポートを設け、
該排出ポートの接続部分における外部流体の排出方向を、上記外部流体用フィンによって形成された旋回方向と同方向とする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おこなわせる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気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液体を流通させる外側管体とを備え、上記内側管体内を流通する気体と上記外側管体を流通する液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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０７９４６２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、外側管体と内側管体との間を冷却水は上流側から下流側へと略軸方向に流通するため冷却水の滞留時間が短く、冷却水が十分に内側管体からの熱を吸収しないまま排出されるという問題があった。
このような問題に鑑み、本発明は効率的に熱交換を行う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おこなわせる熱交換器において、
外側管体と上記内側管体との間に、軸方向に対して傾斜する外部流体用フィンを設けて、
上記外側管体を流通する外部流体を、上記外部流体用フィンによって上流側から下流側に向けて螺旋状に旋回させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
上記発明によれば、上記外側管体と内側管体との間に設けた外部流体用フィンによって、外部流体が外側管体を螺旋状に旋回しながら流通するため、外部流体による内側管体との接触時間を長くすることができ、また旋回流によって内側管体表面全体において外部流体との境界層を薄くすることができることから、熱交換を効率的に行うことができる。
【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
【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るようになっており、図２は排気ガスＧの流通方向上流流側から見た図となっている。
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、図示右方には冷却液Ｃの流入する流入ポート３ａが、図示左方には冷却液Ｃを排出する排出ポート３ｂが設けられている。
これにより、冷却液Ｃは上記外側管体３と内側管体２との間に形成された空間を図１の図示右方から図示左方へと流通するようになっており、図２は冷却液Ｃの流通方向下流側から見た図となっている。
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を逆の位置に設けて排気ガスＧおよび冷却液Ｃの流通方向を同方向としてもよい。
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を冷却す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。
なお図１では、図示左方の２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はその内部構造を示し、図示右方の２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は外部構造を示している。
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の後端部の外周面に嵌合し、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の後端部の内周面に嵌合するようになっている。
【００１０】
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。
そして、各リヤ側ハウジング１３における上記大径部１３ａの外周面には、図２に示すように上記冷却液Ｃを旋回させる外部流体用フィンとしての冷却液用フィン１７が蝋付けなどの手段で等間隔に固定されている。
【００１１】
上記冷却液用フィン１７は、図１に示すように軸方向に対して傾斜しており、かつ全ての冷却液用フィン１７は同じ方向に傾斜するようになっている。
また各冷却液用フィン１７における外周側の端部は上記外側管体３の内周面に密着しており、ＥＧＲクーラー１の組み立ての際において外側管体３の内部への内側管体２の位置決めを容易に行うことができる。
このような構成により、図１に示すように図示右方に設けた流入ポート３ａより冷却液Ｃが流入すると、冷却液Ｃは図１の図示右側の上流側から図示左方の下流側へと流通しようとする。
ここで、上記外側管体３に設けられた各冷却液用フィン１７は軸方向に対して同じ方向に傾斜していることから、冷却液Ｃは図１の上記内側管体２よりも図示手前側の空間において左上方向に流れ、換言すると図２において図示反時計回りに旋回する旋回流を形成するようになっている。
【００１２】
また図２に示すように、外側管体３の上流側の端部に位置する流入ポート３ａは、外側管体３の中心軸に対して偏倚した位置に設けられており、該流入ポート３ａの接続部分における冷却液Ｃの流入方向が上記冷却液用フィン１７によって形成された旋回方向と同方向となるようにされている。
さらに外側管体３の下流側の端部に位置する排出ポート３ｂも、外側管体３の中心軸に対して偏倚した位置に設けられており、該排出ポート３ｂの接続部分における冷却液Ｃの排出方向が上記冷却液用フィン１７によって形成された旋回方向と同方向となるようにされている。
このように上記流入ポート３ａおよび排出ポート３ｂを設けることで、冷却液Ｃの流入時および排出時に、上記冷却用フィン１７が形成した旋回流の乱れを抑えるようになっている。
【００１３】
上記整流手段１４は、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内部流体用フィンとしての排気ガス用フィン２２とから構成されている。
上記プレート部２１は、図１に示すように上記内側管体２における大径部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するようになっている。
一方、図２に示すように、上記プレート部２１の中心は上記大径部１３ａの中心と一致し、かつ上記小径部１３ｄよりも大径で大径部１３ａよりも小径に形成されており、これにより大径部１３ａの内周面と上記プレート部２１の外周縁との間に環状の隙間Ａを形成するようになっている。
上記排気ガス用フィン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に示すように各排気ガス用フィン２２の内側の端部は上記小径部１３ｄよりも若干内側に突出した位置まで形成されている。
これにより、上記プレート部２１の中央には、これら排気ガス用フィン２２の内側の端部のさらに内側に、排気ガス用フィン２２の設けられていない平坦部２１ａが形成されている。
【００１４】
そして排気ガス用フィン２２における上記小径部１３ｄよりも内側に突出した部分には、軸方向に突出して上記小径部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。
上記複数の排気ガス用フィン２２の位置決め突起２２ａが小径部１３ｄの内周面に嵌合することにより、整流手段１４を小径部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の排気ガス用フィン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。
【００１５】
一方、排気ガス用フィン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、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いる。
さらに図２に示すように実線で示すプレート部２１の表面側に設けた排気ガス用フィン２２は、破線で示す裏面側の排気ガス用フィン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。
【００１６】
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。
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で上記整流手段１４のプレート部２１に衝突し、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の排気ガス用フィン２２はプレート部２１の半径方向に対して傾斜し、かつ外周側に膨出していることから、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。
【００１７】
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の裏面側に設けた排気ガス用フィン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の下流側の排気ガス用フィン２２は上流側に設けた排気ガス用フィン２２とは反対側に傾斜しているため、排気ガスＧは上記裏面側の排気ガス用フィン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、その後小径部１２ａを流通して下流側に位置するリヤ側ハウジング１３の大径部１３ａに流入し、さらに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に設けられた下流端に位置するリヤ側ハウジング１３の小径部１３ｄから排出される。
【００１８】
一方外側管体３の内部には、図１の図示右方の流入ポート３ａより冷却液Ｃが流入するが、この供給ポートは外側管体３の中心軸に対して偏倚していることから、流入した冷却液Ｃによって外側管体３の内部には図２における図示反時計回り旋回する冷却液Ｃの旋回流が形成される。
この冷却液Ｃはその後外側管体３と内側管体２との間に形成された空間を流通し、上記内側管体２の大径部１３ａに形成された冷却液用フィン１７によってさらに旋回流を維持しながら螺旋状に上流側から下流側へと流通する。
このとき、上記流入ポート３ａから流入して形成された旋回流はこの冷却液用フィン１７によって形成される旋回流と同方向となるため、上記旋回流が乱れることはない。
【００１９】
そして上記冷却液Ｃは上記内側管体２の外周面に沿って流通することから、上記内側管体２の内部を流通する排気ガスＧとの間で熱交換を行い、排気ガスＧを冷却するようになっている。
このとき、内側管体２の内部では上記整流手段１４が排気ガスＧを上記小径部１２ａおよび大径部１３ａの内周面に沿って流通させるため、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して、高い冷却効率を得ることができる。
また上記冷却液Ｃは上記冷却液用フィン１７によって旋回流とされ、内側管体２の外周面に沿って旋回しながら流通することから、上流側のフロント側ハウジング１２と下流側のリヤ側ハウジング１３との間に位置する冷却液Ｃも流動させることができ、内側管体２の外周面全体における冷却液Ｃの境界層を薄くして効率的な熱交換が可能となっている。
しかも、上記冷却液用フィン１７は上記外側管体３および内側管体２に密着していることから、熱伝導により上記内側管体２を流通する排気ガスＧの熱を効率的に排出することが可能となっている。
そして、外側管体３の下流側に冷却液Ｃが到達すると、この冷却液Ｃは上記排出ポート３ｂより排出されるが、上記排出ポート３ｂは外側管体３の中心軸に対して偏倚して設けられ、該排出ポート３ｂの接続部分において冷却液Ｃは上記冷却液用フィン１７によって形成された旋回方向と同方向に排出される。
これにより、上記冷却液用フィン１７が形成した旋回流が乱されること無く排出されるため、熱交換によって加熱された冷却液Ｃを速やかに排出することが可能となっている。
【００２０】
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、排気ガス用フィン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】
【００２１】
１  ＥＧＲクーラー                ２  内側管体
３  外側管体                      ３ａ  流入ポート
３ｂ  排出ポート                  １２  フロント側ハウジング
１２ａ  小径部                    １３  リヤ側ハウジング
１３ａ  大径部                    １４  整流手段
１７  冷却液用フィン（外部流体用フィン）
２１  プレート
２２  排気ガス用フィン（内部流体用フィン）
【図１】
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【図２】
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