JP2011149671A - Ebullient cooling type heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、沸騰冷却式熱交換器に関する。 The present invention relates to a boiling cooling heat exchanger.
一般に、沸騰冷却装置の熱交換器は、被冷却流体が流れる被冷却流体通路と、被冷却流体を冷却する液冷媒が流れる冷媒通路とを有するとともに、被冷却流体通路と冷媒通路とは隔壁を介して熱交換可能になっている。そして、熱交換器では、冷媒通路を流れる液冷媒が被冷却流体によって加熱された隔壁を除熱して加熱され、隔壁における伝熱面の温度が液冷媒の飽和温度を越えると、隔壁の壁面において気泡の発生及び離脱が繰り返される核沸騰が始まる。この核沸騰による沸騰気化潜熱を利用して、被冷却流体通路を流れる被冷却流体が冷却される。このような沸騰冷却装置の熱交換器が、例えば特許文献1に開示されている。 In general, a heat exchanger of a boiling cooling device has a cooled fluid passage through which a fluid to be cooled flows and a refrigerant passage through which a liquid refrigerant that cools the cooled fluid flows, and the cooled fluid passage and the refrigerant passage have partition walls. Heat exchange is possible. In the heat exchanger, the liquid refrigerant flowing through the refrigerant passage is heated by removing heat from the partition wall heated by the fluid to be cooled, and when the temperature of the heat transfer surface in the partition wall exceeds the saturation temperature of the liquid refrigerant, Nucleate boiling, in which bubbles are repeatedly generated and separated, starts. The to-be-cooled fluid flowing through the to-be-cooled fluid passage is cooled using the latent heat of vaporization by boiling due to the nucleate boiling. A heat exchanger of such a boiling cooling device is disclosed in Patent Document 1, for example.
特許文献1の排ガス用熱交換器は、プレートフィン型の排ガス用熱交換器である。この排ガス用熱交換器は、両側を一対のスペーサーバーで閉塞した二枚のチューブプレート(隔壁)の間に、伝熱面積を増やすために波形フィンを挟み込んで形成した流体通路を必要段数積層してなる。そして、排ガス用熱交換器では、高温流体(被冷却流体)と低温流体(液冷媒)とが隣接する側面から別々の流体通路に流入し、高温流体と低温流体とがチューブプレート及び波形フィンを介して熱交換されるとともに、沸騰冷却が行われるようになっている。 The exhaust gas heat exchanger of Patent Document 1 is a plate fin type exhaust gas heat exchanger. In this heat exchanger for exhaust gas, a required number of stages of fluid passages are formed by sandwiching corrugated fins to increase the heat transfer area between two tube plates (partitions) closed on both sides with a pair of spacer bars. It becomes. In the exhaust gas heat exchanger, the high-temperature fluid (cooled fluid) and the low-temperature fluid (liquid refrigerant) flow into the separate fluid passages from the adjacent side surfaces, and the high-temperature fluid and the low-temperature fluid connect the tube plate and the corrugated fin. The heat is exchanged through the water and boiling cooling is performed.
しかしながら、特許文献1の排ガス用熱交換器では、高温流体が流れる流体通路内において、チューブプレートにおける波形フィンとの接触部の熱流束が局所的に上昇する。すると、低温流体が流れる流体通路内において、局所的に熱流束が上昇した上記接触部と対応する位置では、低温流体の沸騰が激しくなり、チューブプレートが気泡膜で覆われる膜沸騰へと移行してバーンアウトが発生しやすくなる。そして、バーンアウトが発生すると、低温流体が流れる流体通路内において、上記接触部と対応する位置で乾きが生じるとともに、熱交換器の冷却性能が低下してしまう。 However, in the exhaust gas heat exchanger of Patent Document 1, the heat flux at the contact portion with the corrugated fin in the tube plate locally increases in the fluid passage through which the high-temperature fluid flows. Then, in the fluid passage through which the low-temperature fluid flows, at the position corresponding to the contact portion where the heat flux is locally increased, the low-temperature fluid boils intensely, and the tube plate is shifted to film boiling covered with the bubble film. Burnout is likely to occur. When burnout occurs, drying occurs at a position corresponding to the contact portion in the fluid passage through which the low-temperature fluid flows, and the cooling performance of the heat exchanger decreases.
また、特許文献1の排ガス用熱交換器では、低温流体が流れる流体通路内に波形フィンが配設されているが、バーンアウトの発生を抑制することについては何ら言及されていない。 Further, in the exhaust gas heat exchanger of Patent Document 1, the corrugated fins are disposed in the fluid passage through which the low-temperature fluid flows, but there is no mention of suppressing the occurrence of burnout.
本発明の目的は、被冷却流体通路内に被冷却流体側フィンを配設した沸騰冷却式熱交換器において、局所的なバーンアウトの発生を抑制することにある。 An object of the present invention is to suppress the occurrence of local burnout in a boiling cooling heat exchanger in which a cooled fluid side fin is disposed in a cooled fluid passage.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、被冷却流体が流れる被冷却流体通路と前記被冷却流体を冷却する冷媒が流れる冷媒通路とを区画する隔壁と、前記被冷却流体通路に配設される被冷却流体側フィンとを備えた沸騰冷却式熱交換器であって、前記隔壁における熱流束と前記冷媒の限界熱流束との関係に基づいて定められる前記冷媒通路内の領域に冷媒側フィンが配設されるとともに、前記被冷却流体側フィン及び前記冷媒側フィンは立設部を有し、前記冷媒通路内の前記領域において、前記被冷却流体側フィンの立設部における前記隔壁側端部に対応する位置に、前記冷媒側フィンの立設部における前記隔壁側端部が位置するように前記冷媒側フィンが配設されていることを要旨とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a partition wall that partitions a cooled fluid passage through which a fluid to be cooled flows and a refrigerant passage through which a refrigerant that cools the cooled fluid flows, and the cooled fluid. A boiling-cooling type heat exchanger having a fluid-side fin to be cooled disposed in the passage, wherein the heat passage in the refrigerant passage is determined based on a relationship between a heat flux in the partition and a critical heat flux of the refrigerant. The coolant side fin is disposed in the region, the cooled fluid side fin and the coolant side fin have a standing portion, and the standing portion of the cooled fluid side fin in the region in the coolant passage. The gist is that the refrigerant side fin is disposed at a position corresponding to the partition wall side end portion in such a manner that the partition wall side end portion of the standing portion of the refrigerant side fin is positioned.
この発明によれば、局所的に熱流束が上昇しやすい被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部に対応する位置に対し、冷媒側フィンの立設部における隔壁側端部が位置するように、冷媒側フィンが冷媒通路内に配設されている。このため、隔壁において、被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱が冷媒側フィンに分散され、隔壁において、被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱流束の上昇を抑えることができる。よって、隔壁において、被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱流束が、冷媒の限界熱流束以上となることを抑制することができ、その結果、被冷却流体通路内に被冷却流体側フィンを配設した沸騰冷却式熱交換器において、局所的なバーンアウトの発生を抑制することができる。 According to the present invention, the partition wall side end portion of the refrigerant side fin standing portion is positioned relative to the position corresponding to the partition wall side end portion of the standing portion of the cooled fluid side fin where the heat flux is likely to rise locally. Thus, the refrigerant side fin is disposed in the refrigerant passage. For this reason, in the partition wall, the heat of the portion in contact with the partition wall side end portion of the standing portion of the cooled fluid side fin is distributed to the refrigerant side fin, and in the partition wall, the partition wall side end in the standing portion of the cooled fluid side fin It is possible to suppress an increase in the heat flux at the part that contacts the part. Therefore, in the partition wall, it is possible to suppress that the heat flux of the portion that contacts the partition wall side end portion of the standing part of the cooled fluid side fin is greater than or equal to the critical heat flux of the refrigerant. In the boiling cooling type heat exchanger in which the cooled fluid side fins are arranged in the passage, it is possible to suppress the occurrence of local burnout.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記被冷却流体通路における前記被冷却流体の流通方向の上流部に対応する前記冷媒通路内の領域に前記冷媒側フィンが配設されていることを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the refrigerant side fin is disposed in a region in the refrigerant passage corresponding to an upstream portion in the flow direction of the cooled fluid in the cooled fluid passage. The gist is that it is provided.
被冷却流体通路の上流部では、被冷却流体が被冷却流体通路内に流入して間もないことから被冷却流体が高温である。このため、隔壁において、被冷却流体通路の上流部での被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱流束は、被冷却流体通路の下流部での被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱流束に比べて上昇しやすい。 In the upstream portion of the fluid passage to be cooled, the fluid to be cooled has a high temperature since the fluid to be cooled has just flowed into the fluid passage to be cooled. For this reason, in the partition wall, the heat flux at the portion in contact with the partition wall side end portion of the standing portion of the cooled fluid side fin in the upstream portion of the cooled fluid passage is the fluid to be cooled in the downstream portion of the cooled fluid passage. It tends to rise as compared with the heat flux at the portion in contact with the partition wall side end portion in the standing portion of the side fin.
本発明では、被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱流束が局所的に上昇しやすい被冷却流体通路における被冷却流体の流通方向の上流部に対応する冷媒通路内の領域に冷媒側フィンが配設されている。このため、隔壁において、被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱が冷媒側フィンに分散され、被冷却流体通路の上流部での被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱流束の上昇を抑えることができる。よって、被冷却流体通路の上流部において、被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱流束が、冷媒の限界熱流束以上となることを抑制することができる。 In the present invention, the refrigerant corresponding to the upstream portion in the flow direction of the cooled fluid in the cooled fluid passage where the heat flux at the portion in contact with the partition wall side end portion of the standing portion of the cooled fluid side fin is likely to rise locally Refrigerant-side fins are disposed in the region within the passage. For this reason, in the partition wall, the heat of the portion in contact with the partition wall side end portion of the standing portion of the cooled fluid side fin is distributed to the refrigerant side fin, and the standing of the cooled fluid side fin in the upstream portion of the cooled fluid passageway. It is possible to suppress an increase in the heat flux at a portion in contact with the partition wall side end portion in the installation portion. Therefore, it can suppress that the heat flux of the site | part which contacts the partition wall side edge part in the standing part of the to-be-cooled fluid side fin becomes more than the limit heat flux of a refrigerant | coolant in the upstream part of a to-be-cooled fluid channel | path.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記冷媒通路における前記冷媒の流通方向の下流部に冷媒側フィンが配設されていることを要旨とする。
冷媒通路内を流れる冷媒は、冷媒通路の上流部から下流部に向かって流れる間に被冷却流体との熱交換により加熱されて沸騰し、冷媒内には気泡が混合した状態となる。そして、気泡は、冷媒通路の下流部に行くにしたがって大きくなったり、数が増えたりするため、冷媒通路の下流部における冷媒の限界熱流束が、冷媒通路の上流部における冷媒の限界熱流束よりも小さくなる。
The gist of the invention according to claim 3 is that, in the invention according to claim 1, a refrigerant-side fin is disposed in a downstream portion of the refrigerant passage in the flow direction of the refrigerant.
The refrigerant flowing in the refrigerant passage is heated and boiled by heat exchange with the fluid to be cooled while flowing from the upstream portion to the downstream portion of the refrigerant passage, and bubbles are mixed in the refrigerant. The bubbles increase or increase in number toward the downstream portion of the refrigerant passage, so that the critical heat flux of the refrigerant in the downstream portion of the refrigerant passage is greater than the critical heat flux of the refrigerant in the upstream portion of the refrigerant passage. Becomes smaller.
本発明では、冷媒の限界熱流束が小さくなる冷媒通路の下流部において、冷媒側フィンが配設されている。このため、冷媒の限界熱流束が小さくなる冷媒通路の下流部に対応する被冷却流体通路内の領域に配設された被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱が冷媒側フィンに分散され、熱流束を抑えることができる。よって、冷媒の限界熱流束が小さくなる冷媒通路の下流部に対応する被冷却流体通路内の領域に配設された被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱流束が、冷媒の限界熱流束以上となることを抑制することができる。その結果、冷媒の限界熱流束が小さくなる冷媒通路の下流部の隔壁であっても、バーンアウトの発生を抑制することができる。 In the present invention, the refrigerant-side fin is disposed in the downstream portion of the refrigerant passage where the critical heat flux of the refrigerant becomes small. For this reason, the portion in contact with the partition wall side end portion of the standing portion of the cooled fluid side fin disposed in the region in the cooled fluid passage corresponding to the downstream portion of the coolant passage where the critical heat flux of the refrigerant becomes small Heat is dispersed in the refrigerant side fins, and the heat flux can be suppressed. Therefore, the heat flow of the portion in contact with the partition wall side end portion in the standing portion of the cooled fluid side fin disposed in the region in the cooled fluid passage corresponding to the downstream portion of the coolant passage where the critical heat flux of the coolant becomes small It can suppress that a bundle becomes more than the limit heat flux of a refrigerant. As a result, it is possible to suppress the occurrence of burnout even in the partition wall in the downstream portion of the refrigerant passage where the critical heat flux of the refrigerant becomes small.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記被冷却流体の流通方向と前記冷媒の流通方向とが交差するように、前記被冷却流体通路と前記冷媒通路とが並設されるとともに、前記被冷却流体通路の上流部に対応する前記冷媒通路内の領域であり、且つ前記冷媒通路の下流部となる領域に冷媒側フィンが配設されていることを要旨とする。 The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the flow direction of the fluid to be cooled and the flow direction of the refrigerant intersect with each other. A fluid passage and the refrigerant passage are arranged side by side, and a refrigerant side fin is arranged in a region in the refrigerant passage corresponding to an upstream portion of the fluid passage to be cooled and a downstream portion of the refrigerant passage. The gist is that it is provided.
被冷却流体通路の上流部では被冷却流体は高温であるため、隔壁において、被冷却流体通路の上流部での被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱流束が上昇しやすく、且つ冷媒通路の下流部では気泡の数が多いため、冷媒通路の下流部における冷媒の限界熱流束が小さくなる。 Since the fluid to be cooled is high in the upstream portion of the fluid passage to be cooled, the heat flux at the portion of the partition wall that contacts the end portion on the partition wall side in the standing portion of the fin on the fluid fluid side in the upstream portion of the fluid passage to be cooled. Since the number of bubbles is large in the downstream portion of the refrigerant passage, the critical heat flux of the refrigerant in the downstream portion of the refrigerant passage is reduced.
本発明では、この被冷却流体通路の上流部に対応する冷媒通路内の領域であり、且つ冷媒通路の下流部となる領域に冷媒側フィンが配設されているため、隔壁において、被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱が冷媒側フィン全体に分散され、熱流束を抑えることができる。その結果、冷媒の限界熱流束が小さくなっても、隔壁において、被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱流束が、冷媒の限界熱流束以上となることを抑制することができる。 In the present invention, the refrigerant-side fins are disposed in the region in the refrigerant passage corresponding to the upstream portion of the fluid passage and the downstream portion of the refrigerant passage. The heat of the part in contact with the partition wall side end in the standing part of the side fin is dispersed throughout the refrigerant side fin, and the heat flux can be suppressed. As a result, even if the critical heat flux of the refrigerant is reduced, the heat flux of the part of the partition that contacts the partition side end of the standing part of the cooled fluid side fin is greater than or equal to the critical heat flux of the refrigerant. Can be suppressed.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の発明において、前記隔壁における熱流束と前記冷媒の限界熱流束との関係に基づいて定められる前記冷媒通路内の領域は、前記隔壁における熱流束が前記冷媒の限界熱流束よりも大きくなる前記冷媒通路内の領域であることを要旨とする。 A fifth aspect of the present invention is the refrigerant passage according to any one of the first to fourth aspects, wherein the refrigerant passage is determined based on a relationship between a heat flux in the partition and a critical heat flux of the refrigerant. The inner region is a region in the refrigerant passage where the heat flux in the partition wall is larger than the critical heat flux of the refrigerant.
この発明によれば、隔壁において、被冷却流体側フィンの立設部における隔壁側端部と接触する部位の熱流束が、冷媒の限界熱流束以上となることを抑制することができ、その結果、被冷却流体通路内に被冷却流体側フィンを配設した沸騰冷却式熱交換器において、局所的なバーンアウトの発生を抑制することができる。 According to the present invention, in the partition wall, it is possible to suppress that the heat flux of the portion in contact with the partition wall side end portion in the standing portion of the cooled fluid side fin becomes equal to or higher than the limit heat flux of the refrigerant, and as a result. In the boiling cooling type heat exchanger in which the cooled fluid side fins are arranged in the cooled fluid passage, the occurrence of local burnout can be suppressed.
この発明によれば、被冷却流体通路内に被冷却流体側フィンを配設した沸騰冷却式熱交換器において、局所的なバーンアウトの発生を抑制することができる。 According to the present invention, in the boiling cooling heat exchanger in which the fluid to be cooled side fins are disposed in the fluid to be cooled passage, it is possible to suppress the occurrence of local burnout.
以下、本発明を車両の排気ガス再循環装置(EGR:Exhaust Gas Recirculation)におけるEGRガスの沸騰冷却装置(EGRクーラ)の沸騰冷却式熱交換器(以下、単に「熱交換器」と記載する)に具体化した一実施形態を図1〜図4にしたがって説明する。この排気ガス再循環装置の熱交換器11は、被冷却流体としてのEGRガスと冷媒としての水(液冷媒)とで熱交換させ、水の一部を沸騰させてEGRガスを冷却する。なお、以下の説明において、「前後方向」、「上下方向」及び「左右方向」をいう場合は、特に説明がない限り、図1において矢印で示す「前後方向」、「上下方向」及び「左右方向」をいうものとする。
Hereinafter, the present invention is a boiling cooling type heat exchanger (hereinafter, simply referred to as “heat exchanger”) of an EGR gas boiling cooling device (EGR cooler) in an exhaust gas recirculation (EGR) of a vehicle. 1 to 4 will be described with reference to FIGS. The
図1に示すように、熱交換器11の外郭をなす略四角箱状のハウジング11a内には、熱交換部12が収容されている。ハウジング11a内において、熱交換部12よりも前方(一方)側には被冷却流体導入部14が設けられるとともに、熱交換部12よりも後方(他方)側には被冷却流体排出部15が設けられている。
As shown in FIG. 1, a
ハウジング11aの前端面(一端面)には、EGRガスを被冷却流体導入部14に導入するための導入配管16が接続されるとともに、ハウジング11aの後端面(他端面)には、EGRガスを被冷却流体排出部15から排出するための排出配管17が接続されている。熱交換器11は、導入配管16がEGR通路入口側に連結されるとともに、排出配管17がEGR通路出口側に連結されて使用される。
The front end surface (one end surface) of the
ハウジング11aの左端面(一端面と他端面とに挟まれた端面)には、水をハウジング11a内の熱交換部12に導入するための冷媒導入配管22の一端22aが接続されている。また、ハウジング11aの右端面(一端面と他端面とに挟まれた端面)には、熱交換部12から水を排出するための冷媒排出配管23の一端23aが接続されている。
One
熱交換部12は、図2に示すように、両側を一対のスペーサーバー20で閉塞した平板状の二枚の隔壁19の間に被冷却流体側フィン30を挟み込んで形成される複数(本実施形態では3つ)の通路区画体18と、この通路区画体18同士の間に挟み込まれる冷媒側フィン31とが複数積層されて形成されている。また、図1に示すように、熱交換部12は、各通路区画体18の前方(一方)の開口端に接合された前壁13aと、後方(他方)の開口端に接合された後壁13bとを備えている。
As shown in FIG. 2, the
各通路区画体18は、前方の開口が被冷却流体導入部14側に位置するとともに、後方の開口が被冷却流体排出部15側に位置するように配置されている。前壁13aには、被冷却流体導入部14と各通路区画体18における前方の開口とを連通させる長孔13eが、各通路区画体18と対応する部位に形成されている。また、後壁13bには、被冷却流体排出部15と各通路区画体18における後方の開口とを連通させる長孔(図示せず)が、各通路区画体18と対応する部位に形成されている。
Each
そして、導入配管16から被冷却流体導入部14に流入されたEGRガスは、前壁13aの長孔13eを介して前方の開口から各通路区画体18内に流入されるとともに、後方の開口から後壁13bの長孔を介して被冷却流体排出部15に流出され、排出配管17を介してEGR通路出口側に流入されるようになっている。したがって、図2に示すように、通路区画体18内の空間によって、EGRガスが流れる被冷却流体通路21が形成されている。
The EGR gas that has flowed into the cooled
被冷却流体通路21において、通路区画体18の前方の開口をEGRガスの入口とするとともに、通路区画体18の入口側をEGRガスの流通方向(図2に示す矢印X1の方向)における被冷却流体通路21の上流部21aとする。また、被冷却流体通路21において、通路区画体18の後方の開口を出口とするとともに、通路区画体18の出口側をEGRガスの流通方向における被冷却流体通路21の下流部21bとする。ここで、本実施形態における「被冷却流体通路21の上流部21a」とは、被冷却流体通路21における流通方向での中央部よりも入口側にかけての領域のことをいい、「被冷却流体通路21の下流部21b」とは、被冷却流体通路21における流通方向での中央部よりも出口側にかけての領域のことをいう。
In the
熱交換部12において、通路区画体18同士で対向する隔壁19の間には、冷媒側フィン31が挟み込まれるとともに、それら隔壁19との間に冷媒通路24が区画形成されている。図1に示すように、冷媒通路24は、前壁13a及び後壁13bによって、対向する前後一対の開口が閉塞されるとともに、前壁13a及び後壁13bに対して直交する左右一対の側面が開口している。
In the
冷媒通路24における左方(一方)の開口に対して冷媒導入配管22の一端22aが対向配置されるとともに、冷媒通路24における右方(他方)の開口に対して冷媒排出配管23の一端23aが対向配置されている。なお、冷媒導入配管22の他端は、水の循環管路(図示せず)の一端と連結されるとともに、冷媒排出配管23の他端は、循環管路の他端と連結されている。そして、冷媒導入配管22の一端22aから冷媒通路24に水が導入されるとともに、冷媒通路24を通過した水は、冷媒排出配管23の一端23aに流出されて循環管路に還流される。
One
冷媒通路24において、冷媒導入配管22の一端22aに対向する左方の開口を冷媒通路24の入口とするとともに、冷媒通路24の入口側を水の流通方向(図2に示す矢印X2の方向)における冷媒通路24の上流部24aとする。また、冷媒通路24において、冷媒排出配管23の一端23aに対向する右方の開口を冷媒通路24の出口とするとともに、冷媒通路24の出口側を水の流通方向における冷媒通路24の下流部24bとする。ここで、本実施形態における「冷媒通路24の上流部24a」とは、冷媒通路24における流通方向での中央部よりも入口側にかけての領域のことをいい、「冷媒通路24の下流部24b」とは、冷媒通路24における流通方向での中央部よりも出口側にかけての領域のことをいう。
In the
すなわち、冷媒通路24の上流部24aは、EGRガスの流通方向と直交する方向の一端側に設けられるとともに、冷媒通路24の下流部24bは、EGRガスの流通方向と直交する方向の他端側に位置するようになっている。また、通路区画体18を形成する隔壁19により、被冷却流体通路21と冷媒通路24とが区画されている。そして、被冷却流体通路21と冷媒通路24とは、被冷却流体通路21でのEGRガスの流通方向及び冷媒通路24での水の流通方向が直交(交差)するように並設されている。
That is, the
図2に示すように、被冷却流体側フィン30は、被冷却流体通路21の幅と同じ幅の板をEGRガスの流通方向と直交する方向に沿って波形状に折り曲げて形成されるストレートフィンからなるとともに、通路区画体18内の全域(流通方向の上流部から下流部にかけての領域)に亘って配設されている。図3に示すように、被冷却流体側フィン30は、隔壁19の壁面19aに接触する平坦面30aと、上下方向へ延びるとともに平坦面30a同士を繋ぐ立設部30cとを備えている。
As shown in FIG. 2, the to-be-cooled
そして、通路区画体18は、隔壁19同士の間隔が立設部30cの高さになっている。また、平坦面30aの両端に位置する被冷却流体側フィン30の角部30bは湾曲状に形成されるとともに、その角部30bにろう材R1が流し込まれ、ろう材R1が溶融されることで被冷却流体側フィン30が隔壁19に対してろう付けされている。よって、ろう材R1によりろう付けされた部位により、被冷却流体側フィン30の立設部30cにおける隔壁19側端部が形成されるとともに、被冷却流体側フィン30と隔壁19とは、平坦面30a及びろう材R1によりろう付けされた部位を介して熱伝達可能になっている。
And as for the
また、被冷却流体通路21の上流部21aに対応する冷媒通路24内の領域であり、且つ冷媒通路24の下流部24bとなる領域には、冷媒側フィン31が配設されている。冷媒側フィン31は、上面視直角三角形状をなす板を水の流通方向に沿って波形状に折り曲げて形成されるストレートフィンからなる。図3に示すように、冷媒側フィン31は、隔壁19の壁面19aに接触する平坦面31aと、上下方向へ延びるとともに平坦面31a同士を繋ぐ立設部31cとを備えている。
A refrigerant-
そして、冷媒通路24は、隔壁19同士の間隔が立設部31cの高さになっている。また、平坦面31aの両端に位置する冷媒側フィン31の角部31bは湾曲状に形成されるとともに、その角部31bにろう材R2が流し込まれ、ろう材R2が溶融されることで冷媒側フィン31が隔壁19に対してろう付けされている。よって、ろう材R2によりろう付けされた部位により、冷媒側フィン31の立設部31cにおける隔壁19側端部が形成されるとともに、冷媒側フィン31と隔壁19とは、平坦面31a及びろう材R2によりろう付けされた部位を介して熱伝達可能になっている。
And the refrigerant | coolant channel |
被冷却流体側フィン30と冷媒側フィン31とはそれぞれ同じ厚みに形成されており、被冷却流体側フィン30及び冷媒側フィン31における凹凸の間隔(ピッチ)はそれぞれ同じである。そして、被冷却流体側フィン30及び冷媒側フィン31は、隔壁19に対してろう材R1によりろう付けされた部位と、隔壁19に対してろう材R2によりろう付けされた部位とが重合するように、被冷却流体通路21及び冷媒通路24内にそれぞれ配設されている。
The to-be-cooled fluid-
次に、上記構成の熱交換器11における作用について説明する。
車両が運転されると、内燃機関の排気ガスの一部であるEGRガスがEGR通路入口側に流入されるとともに導入配管16、被冷却流体導入部14及び長孔13eを介して被冷却流体通路21内に導入される。被冷却流体通路21内に導入されたEGRガスは、被冷却流体通路21の入口から出口に向かって流れる。
Next, the effect | action in the
When the vehicle is operated, EGR gas, which is part of the exhaust gas of the internal combustion engine, flows into the EGR passage inlet side, and the cooled fluid passage through the
ここで、EGRガスは、被冷却流体通路21の上流部21aでは被冷却流体通路21内に流入して間もないため高温であり、下流部21bに向かうほど水との熱交換によって冷却されて低温になる。このため、隔壁19において、被冷却流体通路21の上流部21aにおける隔壁19に対してろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束は、被冷却流体通路21の下流部21bにおける隔壁19に対してろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束に比べて上昇しやすい。
Here, the EGR gas is high in temperature immediately after flowing into the cooled
一方、水は、循環管路上に配設される図示しないポンプが駆動することで循環管路内を強制的に循環させられるとともに、冷媒導入配管22を介して冷媒通路24内に導入される。冷媒通路24内に導入された水は、冷媒通路24の入口から出口に向かって流れる。
On the other hand, water is forcibly circulated in the circulation line by driving a pump (not shown) disposed on the circulation line, and is introduced into the
ここで、冷媒通路24内を流れる水は、冷媒通路24の上流部24aから下流部24bへ流れる間にEGRガスとの熱交換により一部が沸騰し、水と気泡とが混合した状態となる。そして、水は気泡と混合した状態で冷媒通路24内を冷媒通路24の出口に向かって移動する。気泡は、冷媒通路24の下流部24bに行くにしたがって互いに合体して大きくなったり、数が増えたりするため、冷媒通路24の下流部24bにおける冷媒の限界熱流束は、冷媒通路24の上流部24aにおける冷媒の限界熱流束よりも小さくなる。
Here, the water flowing in the
しかし、本実施形態において、被冷却流体通路21の上流部21aに対応する冷媒通路24内の領域であり、且つ冷媒通路24の下流部24bとなる領域に冷媒側フィン31が配設されるとともに、隔壁19において、隔壁19に対してろう材R1によりろう付けされた部位と、隔壁19に対してろう材R2によりろう付けされた部位とが重合している。よって、被冷却流体側フィン30が隔壁19に対してろう材R1によりろう付けされた部位の熱が、冷媒側フィン31が隔壁19に対してろう材R2によりろう付けされた部位に移動するとともに、冷媒側フィン31全体に分散される。その結果、被冷却流体側フィン30が隔壁19に対してろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束が上昇することを抑制することができる。
However, in the present embodiment, the refrigerant-
ここで、図4のグラフに、図2に示すA−A線断面における被冷却流体通路21の流通方向における位置と、熱流束との関係を示す。図4のグラフは、横軸に被冷却流体通路21の位置を示すとともに、縦軸に熱流束を示す。そして、図4のグラフには、冷媒側フィン31を配設した場合の隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束を実線で示している。また、冷媒通路24に冷媒側フィン31を配設しない場合の隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R2によりろう付けされた部位の熱流束を、比較のために二点鎖線で示している。さらに、冷媒の限界熱流束を破線で示す。
Here, the graph of FIG. 4 shows the relationship between the position in the flow direction of the
図4に示すように、冷媒通路24に冷媒側フィン31を配設した場合、冷媒側フィン31を配設しない場合に比べて、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束が抑えられている。その結果として、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束が、冷媒の限界熱流束以上となることが抑制されている。
As shown in FIG. 4, when the refrigerant-
隔壁19を介して水とEGRガスとの熱交換が行われると、隔壁19の壁面19aで水が沸騰して蒸気となり、その沸騰気化潜熱を利用して被冷却流体通路21内を流れるEGRガスを冷却する。そして、EGRガスを冷却した水は、冷媒通路24の出口から冷媒排出配管23を介して循環管路へ排出されるとともに、循環管路へ排出された水は、循環管路上に設けられた図示しない冷媒凝縮部によって凝縮されて、再び熱交換器11に供給される。また、冷却されたEGRガスは、被冷却流体通路21の出口から排出配管17を介してEGR通路出口側へ流入されるとともに、EGR通路出口側に流入されたEGRガスは内燃機関の吸気系に還流される。
When heat exchange between water and the EGR gas is performed via the
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
(1)被冷却流体通路21の上流部21aに対応する冷媒通路24内の領域であり、且つ冷媒通路24の下流部24bとなる領域に冷媒側フィン31を配設するとともに、隔壁19において、隔壁19に対してろう材R1によりろう付けされた部位と、隔壁19に対してろう材R2によりろう付けされた部位とを重合させた。すなわち、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位において局所的に熱流束が上昇しやすく、且つ冷媒の限界熱流束が小さくなる冷媒通路24内の領域に冷媒側フィン31を配設し、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位に対し、隔壁19における冷媒側フィン31がろう材R2によりろう付けされた部位を重合させた。よって、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位の熱を冷媒側フィン31全体に分散させて、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束の上昇を抑えることができる。その結果、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束が、冷媒の限界熱流束以上になることを抑制することができ、局所的なバーンアウトが発生することを抑制することができる。
In the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The
(2)冷媒側フィン31における立設部31cの高さは、冷媒通路24を区画形成する隔壁19同士の間隔になっている。よって、冷媒通路24内に冷媒側フィン31を一本配設するだけで、冷媒側フィン31の平坦面31aが、冷媒通路24を挟んで上側の被冷却流体通路21を形成する通路区画体18における隔壁19の壁面19a、及び下側の被冷却流体通路21を形成する通路区画体18における隔壁19の壁面19aの双方と接触することができる。したがって、上側の被冷却流体通路21内に配設された被冷却流体側フィン30と隔壁19との接合部と重合するように冷媒側フィンを配設し、さらに下側の被冷却流体通路21内に配設された被冷却流体側フィン30と隔壁19との接合部と重合するように別の冷媒側フィンを配設する場合と比べて、熱交換器11を製作する手間を省くことができる。
(2) The height of the standing
(3)被冷却流体通路21の上流部21aに対応する冷媒通路24内の領域であり、且つ冷媒通路24の下流部24bとなる領域に冷媒側フィン31を配設した。よって、冷媒通路24内の全域に冷媒側フィンを配設する場合と比較して、水が冷媒通路24内を通過する際に、抵抗無くスムーズに冷媒通路24内を通過することができる。
(3) The refrigerant-
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、冷媒通路24の入口を一箇所だけにしたが、これに限らない。例えば、図5に示すように、冷媒通路24の入口をEGRガスの流通方向と直交する方向の両端側に二箇所設けるとともに、冷媒通路24の出口をEGRガスの流通方向と直交する方向の他端側に設けて、水の流通方向を図5に示す矢印X3の方向に流れるようにしてもよい。このように構成された熱交換器11において、EGRガスの流通方向と直交する方向の両端側に設けられた二箇所の入口から水がそれぞれ冷媒通路24内に流入すると、双方の水における流通方向の下流側に当たる冷媒通路24の中央部24cが冷媒通路24の下流部に相当することになる。この場合、冷媒通路24内において、被冷却流体通路21の上流部21aに対応する領域であり、且つ冷媒通路24の中央部24cとなる領域に冷媒側フィン31が配設されている。これによれば、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位の熱が、隔壁19における冷媒側フィン31がろう材R2によりろう付けされた部位に移動するとともに、冷媒側フィン31全体に分散される。よって、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束が、冷媒の限界熱流束以上になることを抑制することができる。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the embodiment, the
○ また、例えば、図6に示すように、上側の隔壁19における壁面19aに接触する平坦面33aを備えた断面視U字状の第1冷媒側フィン33を、上側の隔壁19に複数配設するとともに、下側の隔壁19における壁面19aに接触する平坦面34aを備えた第2冷媒側フィン34を、下側の隔壁19に複数配設してもよい。第1冷媒側フィン33の高さ方向に延びる立設部33bの先端と、第2冷媒側フィン34の高さ方向に延びる立設部34bの先端との間には、隙間S2が形成されるように、第1冷媒側フィン33及び第2冷媒側フィン34における高さ方向の長さが設定されている。これによれば、冷媒通路24の入口から冷媒通路24内に流入した水のうち、第1冷媒側フィン33及び第2冷媒側フィン34に向かう水を、この隙間S2を介して冷媒通路24の出口に向かって流すことができる。
Further, for example, as shown in FIG. 6, a plurality of first
○ 実施形態において、冷媒導入配管22の一端22aは、冷媒通路24における左右(一方)の開口に接続されるとともに、冷媒排出配管23の一端23aは、冷媒通路24における右方(他方)の開口に接続されていたが、これに限らない。
In the embodiment, the one
例えば、図7に示すように、ハウジング11a内において、熱交換部12よりも前方(一方)側には導入部35が設けられるとともに、熱交換部12よりも後方(他方)側には排出部36が設けられている。前壁13aには、導入部35と各冷媒通路24とを連通させる長孔13fが、各冷媒通路24と対応する部位に形成されている。一方、後壁13bには、排出部36と各冷媒通路24とを連通させる長孔(図示せず)が、各冷媒通路24と対応する部位に形成されている。
For example, as shown in FIG. 7, in the
前壁13aにおける導入部35側の端面には、前壁13aの端面と直交する方向に延びるとともに、前壁13aとハウジング11aの前端面(一端面)とを繋ぐ隔壁13gが、上下方向に沿って所定の間隔をあけて複数設けられている。そして、この隔壁13gにより、導入部35内が、各被冷却流体通路21と対応する被冷却流体側空間K1と、各冷媒通路24と対応する冷媒側空間K2とに区画されている。
A partition wall 13g that extends in a direction orthogonal to the end surface of the
一方、後壁13bにおける排出部36側の端面には、後壁13bの端面と直交する方向に延びるとともに、後壁13bとハウジング11aの後端面(他端面)とを繋ぐ隔壁13hが、上下方向に沿って所定の間隔をあけて複数設けられている。そして、この隔壁13hにより、排出部36内が、各被冷却流体通路21と対応する被冷却流体側空間K3と、各冷媒通路24と対応する冷媒側空間K4とに区画されている。
On the other hand, a
また、ハウジング11aの前端面における被冷却流体側空間K1と対応する部位には、導入配管16の一端16aが接続されるとともに、ハウジング11aの後端面における被冷却流体側空間K3と対応する部位には、排出配管17の一端17aが接続されている。一方、導入部35の左方側面における冷媒側空間K2と対応する部位には、冷媒導入配管22の一端22aが接続されるとともに、排出部36の右方側面における冷媒側空間K4と対応する部位には、冷媒排出配管23の一端23aが接続されている。
Further, one
そして、導入配管16から導入部35内に向かって流れるEGRガスは、導入配管16の一端16aから被冷却流体側空間K1内に流入するとともに、長孔13eを介して被冷却流体通路21を通過して、被冷却流体側空間K3内に流入して、排出配管17から排出される。一方、冷媒導入配管22から導入部35内に向かって流れる冷媒は、冷媒導入配管22の一端22aから冷媒側空間K2内に流入するとともに、長孔13fを介して冷媒通路24を通過して、冷媒側空間K4内に流入して、冷媒排出配管23から排出される。
The EGR gas flowing from the
このように冷媒を流すことにより、冷媒側フィン31における立設部31c同士の間に向かって冷媒が流れ易くなり、被冷却流体側フィン30が隔壁19に対してろう材R1によりろう付けされた部位の熱が、冷媒側フィン31が隔壁19に対してろう材R2によりろう付けされた部位へ移動し易くすることができる。
By flowing the refrigerant in this way, the refrigerant can easily flow between the standing
○ 実施形態では、被冷却流体通路21の上流部21aに対応する冷媒通路24内の領域であり、且つ冷媒通路24の下流部24bとなる領域に冷媒側フィン31を配設したが、これに限らない。例えば、図8に示すように、被冷却流体通路21の上流部21aに対応する冷媒通路24内の領域全域に亘って冷媒側フィン31を配設してもよい。被冷却流体通路21の上流部21aでは、EGRガスが被冷却流体通路21内に流入して間もなく高温であるがために、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束が局所的に上昇しやすい。しかし、これによれば、被冷却流体通路21の上流部21aに対応する冷媒通路24内の領域全域に亘って冷媒側フィン31が配設されているため、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束を、冷媒側フィン31により抑えることができる。なお、この場合、図8において矢印X1,X2で示すように、EGRガスと水との流通方向が並行する並行流であることが好ましい。また、水の流通方向を図8に示す矢印X2の方向とは反対方向にして、EGRガスと水との流通方向が対向する対向流にしてもよい。
In the embodiment, the
○ 実施形態では、被冷却流体通路21の上流部21aに対応する冷媒通路24内の領域であり、且つ冷媒通路24の下流部24bとなる領域に冷媒側フィン31を配設したが、これに限らない。例えば、図9に示すように、冷媒通路24の下流部24b全域に亘って冷媒側フィン31を配設してもよい。冷媒通路24の下流部24bでは、気泡の数が多いため、冷媒の限界熱流束が小さくなりやすい。しかし、これによれば、冷媒通路24の下流部24b全域に亘って冷媒側フィン31が配設されているため、冷媒側フィン31により、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位の熱流束を、冷媒の限界熱流束よりも抑えることができる。なお、この場合、図9において矢印X1,X2で示すように、EGRガスと水との流通方向が並行する並行流であることが好ましい。また、水の流通方向を図9に示す矢印X2の方向とは反対方向にして、EGRガスと水との流通方向が対向する対向流にしてもよい。
In the embodiment, the
○ 実施形態において、被冷却流体側フィン30及び冷媒側フィン31はストレートフィンであったが、これに限らない。例えば、図10に示すように、被冷却流体側フィン30及び冷媒側フィン31は、ストレートフィンを複数に切断して小ブロック41を形成するとともに、その各小ブロック41をそれぞれオフセット配置して小ブロック41同士をそれぞれ一体化してなるオフセットフィンであってもよい。これによれば、被冷却流体通路21又は冷媒通路24内を流れるEGRガス又は冷媒を、小ブロック41同士の間に形成される隙間を介して前後方向及び左右方向の双方に流すことができる。
In embodiment, although the to-be-cooled
○ 実施形態において、被冷却流体側フィン30及び冷媒側フィン31における凹凸の間隔(ピッチ)はそれぞれ同じであったが、これに限らず、例えば、図11に示すように、冷媒側フィン31における凹凸の間隔が、被冷却流体側フィン30における凹凸の間隔よりも狭くなっていてもよい。この場合、隔壁19における被冷却流体側フィン30がろう材R1によりろう付けされた部位が、隔壁19における冷媒側フィン31がろう材R2によりろう付けされた部位に重合している必要がある。
In the embodiment, the unevenness intervals (pitch) of the cooled fluid-
○ 実施形態の熱交換器11では、EGRガスと水との流通方向が直交する直交流となっているが、これに限らず、例えば、EGRガスと水との流通方向が対向する対向流としてもよく、また、EGRガスと水との流通方向が並行する並行流としてもよい。対向流や並行流である熱交換器においても、実施形態と同様に冷媒側フィン31を冷媒通路24内に配設することで、実施形態と同様な効果を得ることができる。
○ In the
○ 実施形態の熱交換器11では、EGRガスと水との流通方向が直交する直交流となっているが、これに限らず、EGRガスと水との流通方向が直交しておらず、単に交差するようになっていてもよい。
In the
○ 実施形態では、熱交換器11を、EGRガスの沸騰冷却装置(EGRクーラ)に備えられた熱交換器11に具体化したが、これに限らず、例えば、車載機器の冷却装置、冷蔵庫、及び冷凍庫等に備えられた熱交換器に具体化してもよい。
In the embodiment, the
○ 実施形態では、被冷却流体がEGRガスであったが、これに限らず、被冷却流体はEGRガス以外のガスや高温の液体であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
In the embodiment, the fluid to be cooled is the EGR gas. However, the present invention is not limited to this, and the fluid to be cooled may be a gas other than the EGR gas or a high-temperature liquid.
Next, the technical idea that can be grasped from the above embodiment and other examples will be described below.
(イ)前記被冷却流体の流通方向と前記冷媒の流通方向とが直交するように、前記被冷却流体通路と前記冷媒通路とが並設されていることを特徴とする請求項4に記載の沸騰冷却式熱交換器。 (A) The cooled fluid passage and the refrigerant passage are arranged side by side so that the flow direction of the cooled fluid and the flow direction of the refrigerant are orthogonal to each other. Boiling-cooled heat exchanger.
11…熱交換器、19…隔壁、21…被冷却流体通路、21a…上流部、21b…下流部、24…冷媒通路、24a…上流部、24b…下流部、30…被冷却流体側フィン、30c…立設部、31…冷媒側フィン、31c…立設部、33…第1冷媒側フィン、33b…立設部、34…第2冷媒側フィン、34b…立設部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記隔壁における熱流束と前記冷媒の限界熱流束との関係に基づいて定められる前記冷媒通路内の領域に冷媒側フィンが配設されるとともに、前記被冷却流体側フィン及び前記冷媒側フィンは立設部を有し、
前記冷媒通路内の前記領域において、前記被冷却流体側フィンの立設部における前記隔壁側端部に対応する位置に、前記冷媒側フィンの立設部における前記隔壁側端部が位置するように前記冷媒側フィンが配設されていることを特徴とする沸騰冷却式熱交換器。 Boiling cooling comprising a partition wall that partitions a cooled fluid passage through which a fluid to be cooled flows, a refrigerant passage through which a refrigerant that cools the cooled fluid flows, and a cooled fluid-side fin disposed in the cooled fluid passage. A heat exchanger,
Refrigerant-side fins are disposed in a region in the refrigerant passage determined based on the relationship between the heat flux in the partition wall and the critical heat flux of the refrigerant, and the cooled fluid-side fins and the refrigerant-side fins stand upright. Has a part,
In the region in the refrigerant passage, the partition wall side end portion of the refrigerant side fin standing portion is positioned at a position corresponding to the partition wall side end portion of the standing portion of the cooled fluid side fin. A boiling cooling type heat exchanger, wherein the refrigerant side fins are arranged.
前記被冷却流体通路の上流部に対応する前記冷媒通路内の領域であり、且つ前記冷媒通路の下流部となる領域に冷媒側フィンが配設されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の沸騰冷却式熱交換器。 The cooled fluid passage and the refrigerant passage are arranged in parallel so that the flow direction of the cooled fluid and the flow direction of the refrigerant intersect,
The refrigerant side fin is disposed in a region in the refrigerant passage corresponding to an upstream portion of the fluid passage to be cooled and a region in the downstream portion of the refrigerant passage. Item 4. The boiling cooling heat exchanger according to any one of items 3 to 4.
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