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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-204853(P2018-204853A)
(43)【公開日】2018年12月27日
(54)【発明の名称】熱交換器、及び排熱回収構造
(51)【国際特許分類】
   F28D 7/16 20060101AFI20181130BHJP
   F01N 5/02 20060101ALI20181130BHJP
   F28F 21/02 20060101ALI20181130BHJP
【FI】
   F28D7/16 A
   F01N5/02 B
   F01N5/02 G
   F28F21/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】23
(21)【出願番号】特願2017-109962(P2017-109962)
(22)【出願日】2017年6月2日
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000000158
【氏名又は名称】イビデン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079049
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 淳
(74)【代理人】
【識別番号】100084995
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 和詳
(74)【代理人】
【識別番号】100099025
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 浩志
(72)【発明者】
【氏名】村田 登志朗
(72)【発明者】
【氏名】古賀 祥啓
【テーマコード(参考)】
3L103
【Fターム(参考)】
3L103AA37
3L103BB39
3L103CC02
3L103DD08
(57)【要約】
【課題】熱交換率を向上させる。
【解決手段】導入路61の高さが右端部61Aから左端部61Bへ向けて徐々に低くされている。このため、導入路61の断面積を入口部45から遠ざかるほど小さく構成することができる。導出路62の高さが、導出路62の右端部62Aから左端部62Bへ向けて徐々に高くされている。このため、入口部45から遠い側(左側)に配置された熱媒体流路50の導出側において、入口部45から近い側(右側)に配置された熱媒体流路50の導出側よりも、導出路62の断面積を大きく構成することができる。これにより、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、入口部45から近い右側に配置された熱媒体流路50と、入口部45から遠い左側に配置された熱媒体流路50との間でばらつくことが抑制できるので、熱交換率を向上させられる。
【選択図】図6
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに直交する第一方向、第二方向及び第三方向に大きさを有する熱交換器本体と、
前記熱交換器本体の内部と仕切られた状態で前記熱交換器本体に前記第一方向へ貫通され、前記第二方向に複数配置され、高温ガスが前記第一方向の一方へ流通可能なガス流路と、
前記熱交換器本体の内部に形成され、前記第二方向に前記ガス流路と交互に複数配置され、前記ガス流路を流通する高温ガスとの間で熱交換される熱媒体が前記第一方向の一方又は他方に沿った流通方向へ流通可能な熱媒体流路と、
前記熱交換器本体に設けられ、前記熱交換器本体の外部から内部へ前記熱媒体を導入するための入口部と、
前記熱交換器本体に設けられ、前記熱交換器本体の内部から外部へ前記熱媒体を導出するための出口部と、
前記熱交換器本体の内部に形成され、前記入口部からの熱媒体を前記第二方向へ流通させて複数の前記熱媒体流路の上流部分に導入し、前記第三方向に沿った長さが、自らの上流端部から自らの下流端部へ向けて徐々に短くされた導入路と、
前記熱交換器本体の内部に形成され、前記複数の熱媒体流路の下流部分からの熱媒体を前記第二方向へ流通させて前記出口部へ導出し、前記第三方向に沿った長さが、前記導入路の上流端部に対する前記流通方向側に配置された第一部分から、前記導入路の下流端部に対する前記流通方向側に配置された第二部分へ向けて徐々に長くされた導出路と、
を備える熱交換器。
【請求項2】
前記入口部は、前記導入路における前記第二方向の一方側の端部と連通され、
前記出口部は、前記導出路における前記第二方向の他方側の端部と連通され、
前記導入路は、前記入口部からの熱媒体を前記一方側から前記他方側へ流通させて前記複数の熱媒体流路の上流部分に導入し、前記第三方向に沿った長さが、前記一方側の端部から前記他方側の端部へ向けて徐々に短くされ、
前記導出路は、前記複数の熱媒体流路の下流部分からの熱媒体を前記一方側から前記他方側へ流通させて前記出口部へ導出し、前記第三方向に沿った長さが、前記第一部分としての前記一方側の端部から前記第二部分としての前記他方側の端部へ向けて徐々に長くされている
請求項1に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記入口部は、前記導入路における前記第二方向の中央側の部分と連通され、
前記出口部は、前記導出路における前記第二方向の中央側の部分と連通され、
前記導入路は、前記入口部からの熱媒体を前記第二方向の中央側から一方側及び他方側へ流通させて前記複数の熱媒体流路の上流部分に導入し、前記第三方向に沿った長さが、前記中央側の部分から前記一方側及び前記他方側の端部へ向けて徐々に短くされ、
前記導出路は、前記複数の熱媒体流路の下流部分からの熱媒体を前記一方側及び前記他方側から前記中央側へ流通させて前記出口部へ導出し、前記第三方向に沿った長さが、前記第一部分としての前記中央側の部分から前記第二部分としての前記一方側及び前記他方側の端部へ向けて徐々に長くされている
請求項1に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記入口部は、前記導入路における前記第二方向の一方側の端部と連通され、
前記出口部は、前記導出路における前記第二方向の前記一方側の端部と連通され、
前記導入路は、前記入口部からの熱媒体を前記第二方向の前記一方側から他方側へ流通させて前記複数の熱媒体流路の上流部分に導入し、前記第三方向に沿った長さが、前記一方側の端部から前記他方側の端部へ向けて徐々に短くされ、
前記導出路は、前記複数の熱媒体流路の下流部分からの熱媒体を前記他方側から前記一方側へ流通させて前記出口部へ導出し、前記第三方向に沿った長さが、前記第一部分としての前記一方側の端部から前記第二部分としての前記他方側の端部へ向けて徐々に長くされている
請求項1に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記熱交換器本体、前記入口部及び前記出口部は、炭化珪素で一体に形成されている
請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱交換器。
【請求項6】
排気ガスが流通する排気管と、
前記排気管の内部に熱交換器本体が設けられ、高温ガスとしての前記排気ガスがガス流路を流通する請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱交換器と、
を備える排熱回収構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱交換器、及び排熱回収構造に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、入口管を通じて導入された冷却水等の熱媒体と、排気ガスと、の間で熱交換するガスクーラが開示されている。特許文献1のガスクーラでは、入口管を通じて導入された熱媒体が流通する熱媒体流路と、排気ガスが流通するガス流路とが、ガスクーラ幅方向に交互に複数配置されている。入口管は、ガスクーラ幅方向の一方側に片寄って配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2016−200071号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1のガスクーラにおいて、入口管からの熱媒体をガスクーラ幅方向に流通させて各熱媒体流路に導入する場合では、入口管に近いガスクーラ幅方向の一方側(流通方向上流側)に配置された熱媒体流路よりも、入口管から遠いガスクーラ幅方向の他方側(流通方向下流側)に配置された熱媒体流路で、熱媒体にかかる抵抗が高くなる。
【0005】
この結果、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、熱媒体流路間でばらつく場合がある。熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、熱媒体流路間でばらつくと、熱媒体が部分的に沸騰したり、熱交換効率が低下したりする原因となる。
【0006】
本発明は、上記事実を考慮して、熱交換率を向上させることができる熱交換器、及び排熱回収構造を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項1に係る熱交換器は、互いに直交する第一方向、第二方向及び第三方向に大きさを有する熱交換器本体と、前記熱交換器本体の内部と仕切られた状態で前記熱交換器本体に前記第一方向へ貫通され、前記第二方向に複数配置され、高温ガスが前記第一方向の一方へ流通可能なガス流路と、前記熱交換器本体の内部に形成され、前記第二方向に前記ガス流路と交互に複数配置され、前記ガス流路を流通する高温ガスとの間で熱交換される熱媒体が前記第一方向の一方又は他方に沿った流通方向へ流通可能な熱媒体流路と、前記熱交換器本体に設けられ、前記熱交換器本体の外部から内部へ前記熱媒体を導入するための入口部と、前記熱交換器本体に設けられ、前記熱交換器本体の内部から外部へ前記熱媒体を導出するための出口部と、前記熱交換器本体の内部に形成され、前記入口部からの熱媒体を前記第二方向へ流通させて複数の前記熱媒体流路の上流部分に導入し、前記第三方向に沿った長さが、自らの上流端部から自らの下流端部へ向けて徐々に短くされた導入路と、前記熱交換器本体の内部に形成され、前記複数の熱媒体流路の下流部分からの熱媒体を前記第二方向へ流通させて前記出口部へ導出し、前記第三方向に沿った長さが、前記導入路の上流端部に対する前記流通方向側に配置された第一部分から、前記導入路の下流端部に対する前記流通方向側に配置された第二部分へ向けて徐々に長くされた導出路と、を備える。
【0008】
請求項1における「第一方向」、「第二方向」及び「第三方向」は、互いに直交する「任意の方向」である。「任意の方向」とは、「任意の一方向とその反対方向を含む方向」である。したがって、「第一方向」、「第二方向」及び「第三方向」の一例として、「前後方向」、「左右方向」及び「上下方向」を挙げることができる。また、「第一方向の一方」とは、「第一方向」を一例として「前後方向」とした場合における「前方」又は「後方」である。「第一方向の他方」とは、「第一方向の一方」の反対方向であり、「第一方向の一方」を一例として「前方」とした場合における「後方」である。
【0009】
請求項1における「交互に配置される」には、単数個又は複数個のガス流路と、単数個又は複数個の熱媒体流路とが交互に複数配置される場合が含まれる。
【0010】
請求項1に係る熱交換器によれば、高温ガスは、熱交換器本体の内部と仕切られた状態で熱交換器本体に第一方向へ貫通されたガス流路を第一方向の一方へ流通する。
【0011】
一方、熱媒体は、入口部によって、熱交換器本体の外部から内部へ導入される。当該熱媒体は、導入路を第二方向へ流通して、複数の熱媒体流路の上流部分に導入される。当該熱媒体は、当該熱媒体流路を第一方向の一方又は他方に沿った流通方向へ流通し、ガス流路を流通する高温ガスとの間で熱交換される。そして、当該熱媒体は、複数の熱媒体流路の下流部分から、導出路を第二方向へ流通して出口部から熱交換器本体の外部へ導出される。
【0012】
ここで、導入路は、第三方向に沿った長さが、自らの上流端部から自らの下流端部へ向けて徐々に短くされている。すなわち、導入路の第三方向に沿った長さが、入口部に近い上流端部から、入口部から遠い下流端部へ向けて徐々に短くされている。これにより、導入路の断面積を入口部から遠ざかるほど小さく構成することができる。
【0013】
一方、導出路では、第三方向に沿った長さが、導入路の上流端部に対する流通方向側(熱媒体が熱媒体流路を流通する流通方向側)に配置された第一部分から、導入路の下流端部に対する流通方向側に配置された第二部分へ向けて徐々に長くされている。
【0014】
ここで、導出路の第一部分は、導入路の上流端部に対する流通方向側に配置されているため、導入路の入口部に近い上流端部から熱媒体流路を流通方向へ流通した熱媒体が、導出路の第一部分へ導出される。導出路の第二部分は、導入路の下流端部に対する流通方向側に配置されているため、導入路の入口部から遠い下流端部から熱媒体流路を流通方向へ流通した熱媒体が、導出路の第二部分へ導出される。
【0015】
前述のように、導出路は、第三方向に沿った長さが第一部分から第二部分へ向けて徐々に長くされているため、入口部から遠い側に配置された熱媒体流路の導出側において、入口部から近い側に配置された熱媒体流路の導出側よりも、導出路の断面積を大きく構成することができる。
【0016】
以上のように、導入路の断面積を入口部から遠いほど小さくし、入口部から近い側に配置された熱媒体流路よりも、入口部から遠い側に配置された熱媒体流路の導出側において、導出路の断面積を大きくすることで、入口部から各熱媒体経路を経て出口部へ至る複数の経路間における流通抵抗のばらつきを抑制することができる。これにより、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、入口部から近い側に配置された熱媒体流路と、入口部から遠い側に配置された熱媒体流路との間でばらつくことを抑制できる。このように、請求項1の構成によれば、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、熱媒体流路間でばらつくことを抑制できるため、熱交換効率を向上させることができる。
【0017】
請求項2に係る熱交換器では、請求項1の構成において、前記入口部は、前記導入路における前記第二方向の一方側の端部と連通され、前記出口部は、前記導出路における前記第二方向の他方側の端部と連通され、前記導入路は、前記入口部からの熱媒体を前記一方側から前記他方側へ流通させて前記複数の熱媒体流路の上流部分に導入し、前記第三方向に沿った長さが、前記一方側の端部から前記他方側の端部へ向けて徐々に短くされ、前記導出路は、前記複数の熱媒体流路の下流部分からの熱媒体を前記一方側から前記他方側へ流通させて前記出口部へ導出し、前記第三方向に沿った長さが、前記第一部分としての前記一方側の端部から前記第二部分としての前記他方側の端部へ向けて徐々に長くされている。
【0018】
請求項2に係る熱交換器によれば、導入路は、第三方向に沿った長さが、第二方向の一方側の端部(以下、一方側端部という)から他方側の端部(以下、他方側端部という)へ向けて徐々に短くされている。すなわち、導入路の第三方向に沿った長さが、入口部に近い一方側端部から、入口部から遠い他方側端部へ向けて徐々に短くされている。これにより、導入路の断面積を入口部から遠ざかるほど小さく構成することができる。
【0019】
一方、導出路では、第三方向に沿った長さが、第二方向の一方側端部から他方側端部へ向けて徐々に長くされている。
【0020】
ここで、導入路の入口部に近い一方側端部から熱媒体流路を流通方向へ流通した熱媒体が、導出路の一方側端部へ導出される。導入路の入口部から遠い他方側端部から熱媒体流路を流通方向へ流通した熱媒体が、導出路の他方側端部へ導出される。
【0021】
前述のように、導出路は、第三方向に沿った長さが一方側端部から他方側端部へ向けて徐々に長くされているため、入口部から遠い側に配置された熱媒体流路の導出側において、入口部から近い側に配置された熱媒体流路の導出側よりも、導出路の断面積を大きく構成することができる。
【0022】
以上のように、入口部と出口部とを第二方向における一方側と他方側とに配置して、導入路の断面積を入口部から遠いほど小さくし、入口部から近い側に配置された熱媒体流路よりも、入口部から遠い側に配置された熱媒体流路の導出側において、導出路の断面積を大きくすることで、入口部から各熱媒体経路を経て出口部へ至る複数の経路間における流通抵抗のばらつきを抑制することができる。これにより、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、入口部から近い側に配置された熱媒体流路と、入口部から遠い側に配置された熱媒体流路との間でばらつくことを抑制できる。このように、入口部が導入路の一方側端部と連通され、出口部が導出路の他方側端部と連通される請求項2の構成においても、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、熱媒体流路間でばらつくことを抑制できるため、熱交換効率を向上させることができる。
【0023】
請求項3に係る熱交換器では、請求項1の構成において、前記入口部は、前記導入路における前記第二方向の中央側の部分と連通され、前記出口部は、前記導出路における前記第二方向の中央側の部分と連通され、前記導入路は、前記入口部からの熱媒体を前記第二方向の中央側から一方側及び他方側へ流通させて前記複数の熱媒体流路の上流部分に導入し、前記第三方向に沿った長さが、前記中央側の部分から前記一方側及び前記他方側の端部へ向けて徐々に短くされ、前記導出路は、前記複数の熱媒体流路の下流部分からの熱媒体を前記一方側及び前記他方側から前記中央側へ流通させて前記出口部へ導出し、前記第三方向に沿った長さが、前記第一部分としての前記中央側の部分から前記第二部分としての前記一方側及び前記他方側の端部へ向けて徐々に長くされている。
【0024】
請求項3に係る熱交換器によれば、導入路は、第三方向に沿った長さが、第二方向の中央側の部分(以下、中央部という)から一方側の端部(以下、一方側端部という)及び他方側の端部(以下、他方側端部という)へ向けて徐々に短くされている。すなわち、導入路の第三方向に沿った長さが、入口部に近い中央部から、入口部から遠い一方側端部及び他方側端部へ向けて徐々に短くされている。これにより、導入路の断面積を入口部から遠ざかるほど小さく構成することができる。
【0025】
一方、導出路では、第三方向に沿った長さが、第二方向の中央部から一方側端部及び他方側端部へ向けて徐々に長くされている。
【0026】
ここで、導入路の入口部に近い中央部から熱媒体流路を流通方向へ流通した熱媒体が、導出路の中央部へ導出される。導入路の入口部から遠い一方側端部及び他方側端部から熱媒体流路を流通方向へ流通した熱媒体が、導出路の一方側端部及び他方側端部へ導出される。
【0027】
前述のように、導出路は、第三方向に沿った長さが中央部から一方側端部及び他方側端部へ向けて徐々に長くされているため、入口部から遠い側に配置された熱媒体流路の導出側において、入口部から近い側に配置された熱媒体流路の導出側よりも、導出路の断面積を大きく構成することができる。
【0028】
以上のように、入口部と出口部をいずれも第二方向における中央部に配置して、導入路の断面積を入口部から遠いほど小さくし、入口部から近い側の熱媒体流路よりも、入口部から遠い側の熱媒体流路の導出側において、導出路の断面積を大きくすることで、入口部から各熱媒体経路を経て出口部へ至る複数の経路間における流通抵抗のばらつきを抑制することができる。これにより、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、入口部から近い側に配置された熱媒体流路と、入口部から遠い側に配置された熱媒体流路との間でばらつくことを抑制できる。このように、入口部が導入路の中央部と連通され、出口部が導出路の中央部と連通される請求項3の構成においても、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、熱媒体流路間でばらつくことを抑制できるため、熱交換効率を向上させることができる。
【0029】
請求項4に係る熱交換器では、請求項1の構成において、前記入口部は、前記導入路における前記第二方向の一方側の端部と連通され、前記出口部は、前記導出路における前記第二方向の前記一方側の端部と連通され、前記導入路は、前記入口部からの熱媒体を前記第二方向の前記一方側から他方側へ流通させて前記複数の熱媒体流路の上流部分に導入し、前記第三方向に沿った長さが、前記一方側の端部から前記他方側の端部へ向けて徐々に短くされ、前記導出路は、前記複数の熱媒体流路の下流部分からの熱媒体を前記他方側から前記一方側へ流通させて前記出口部へ導出し、前記第三方向に沿った長さが、前記第一部分としての前記一方側の端部から前記第二部分としての前記他方側の端部へ向けて徐々に長くされている。
【0030】
請求項4に係る熱交換器によれば、導入路は、第三方向に沿った長さが、第二方向の一方側の端部(以下、一方側端部という)から他方側の端部(以下、他方側端部という)へ向けて徐々に短くされている。すなわち、導入路の第三方向に沿った長さが、入口部に近い一方側端部から、入口部から遠い他方側端部へ向けて徐々に短くされている。これにより、導入路の断面積を入口部から遠ざかるほど小さく構成することができる。
【0031】
一方、導出路では、第三方向に沿った長さが、第二方向の一方側端部から他方側端部へ向けて徐々に長くされている。
【0032】
ここで、導入路の入口部に近い一方側端部から熱媒体流路を流通方向へ流通した熱媒体が、導出路の一方側端部へ導出される。導入路の入口部から遠い他方側端部から熱媒体流路を流通方向へ流通した熱媒体が、導出路の他方側端部へ導出される。
【0033】
前述のように、導出路は、第三方向に沿った長さが一方側端部から他方側端部へ向けて徐々に長くされているため、入口部から遠い側に配置された熱媒体流路の導出側において、入口部から近い側に配置された熱媒体流路の導出側よりも、導出路の断面積を大きく構成することができる。
【0034】
以上のように、入口部と出口部を第二方向における同じ側に配置して、導入路の断面積を入口部から遠いほど小さくし、入口部から近い側の熱媒体流路よりも入口部から遠い側の熱媒体流路の導出側において、導出路の断面積を大きくすることで、入口部から各熱媒体経路を経て出口部へ至る複数の経路間における流通抵抗のばらつきを抑制することができる。これにより、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、入口部から近い側に配置された熱媒体流路と、入口部から遠い側に配置された熱媒体流路との間でばらつくことを抑制できる。このように、入口部が導入路の一方側端部と連通され、出口部が導出路の一方側端部と連通される請求項4の構成においても、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、熱媒体流路間でばらつくことを抑制できるため、熱交換効率を向上させることができる。
【0035】
請求項5に係る熱交換器では、請求項1〜4のいずれか1項の構成において、前記熱交換器本体、前記入口部及び前記出口部が、炭化珪素で一体に形成されている。
【0036】
請求項5に係る熱交換器によれば、熱交換器本体、入口部及び出口部が、熱伝導性に優れる炭化珪素で一体に形成されているので、熱交換性を向上させることができる。
【0037】
請求項6に係る排熱回収構造は、排気ガスが流通する排気管と、前記排気管の内部に熱交換器本体が設けられ、高温ガスとしての前記排気ガスがガス流路を流通する請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱交換器と、を備える。
【0038】
請求項6に係る排熱回収構造で用いる熱交換器では、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、熱媒体流路間でばらつくことを抑制できるため、熱交換効率を向上させることができる。この結果、排熱回収構造において、排気ガスの熱を回収する回収効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【0039】
本発明は、上記構成としたので、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が、熱媒体流路間でばらつくことを抑制できるため、熱交換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
図1】本実施形態に係る排熱回収構造を示す断面図である。
図2】本実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。
図3】本実施形態に係る熱交換器を示す分解斜視図である。
図4】本実施形態に係る熱交換器の一部を切断した斜視図である。
図5】本実施形態に係る熱交換器の一部を切断した斜視図である。
図6】本実施形態に係る熱交換器における、図2の6−6線断面図である。
図7】本実施形態に係る熱交換器の平面図である。
図8】第一変形例に係る熱交換器の斜視図である。
図9】第一変形例に係る熱交換器の平面図である。
図10】第一変形例に係る熱交換器の断面図である。(A)は、図9の10A−10A線断面図である。(B)は、図9の10B−10B線断面図である。
図11】第二変形例に係る熱交換器の斜視図である。
図12】第二変形例に係る熱交換器の平面図である。
図13】第二変形例に係る熱交換器の断面図である。(A)は、図12の13A−13A線断面図である。(B)は、図12の13B−13B線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0041】
以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
【0042】
(排熱回収構造10)
第一実施形態に係る排熱回収構造10について説明する。図1は、排熱回収構造10の断面図である。なお、各図に適宜示される矢印FR、矢印RR、矢印LH、矢印RH、矢印UP及び矢印DOは、それぞれ、前方、後方、左方、右方、上方及び下方を示している。なお、これらの方向は、説明の便宜上、定めた方向であるから、排熱回収構造10における方向は、これらの方向に限定されるものではない。また、以下の説明で用いる前後、左右、上下の方向は、排熱回収構造10が適用される車両の前後、左右、上下の方向と一致していてもよいし、一致していなくてもよい。
【0043】
また、以下の説明で用いる各図は、排熱回収構造10を概念的に示す概略図であり、各図に示す各構成部品の前後方向、左右方向、上下方向の寸法比は、各図間で異なる場合がある。また、以下の説明で用いる「平面視」とは、上方側から下方側へ向けて見た場合をいい、構成部品の一部を透視した場合が含まれる。また、以下の説明で用いる「正面視」とは、前方側から後方側へ向けて見た場合をいい、構成部品の一部を透視した場合が含まれる。
【0044】
排熱回収構造10は、自動車等の車両のエンジン(図示省略)から排出された排気ガスの熱を回収する構造である。具体的には、排熱回収構造10は、図1に示されるように、排気管20と、熱交換器40と、導入管31と、導出管32と、Oリング33、34と、を備えている。
【0045】
排気管20は、筒状の管で構成されている。排気ガスは、排気管20の内部を後方へ流通する。各図では、排気ガスが流通するガス流通方向が、矢印A方向にて示されている。排気管20は、具体的には、排気管本体22と、カバー部24と、を有している。
【0046】
排気管本体22は、筒状の管で構成されている。この排気管本体22には、熱交換器40を排気管本体22の内部に収容するための収容口27が形成されている。カバー部24は、収容口27を覆うと共に、一例として締結部材23により排気管本体22に固定されている。カバー部24には、導入管31及び導出管32が一体に設けられている。具体的には、導入管31の下流端部(下端部)及び導出管32の上流端部(下端部)が、カバー部24に接続されている。なお、排気ガスは、例えば、200℃以上800℃以下の範囲の温度を有する。
【0047】
熱交換器40は、排気管20を流通する排気ガスと熱媒体との間で熱交換する機能を有している。熱媒体としては、例えば、エンジンを冷却するための冷却水(Long Life Coolant:LLC)が用いられる。熱媒体は、排気ガスの温度より低い温度を有する。熱媒体として冷却水を用いる場合では、熱媒体の温度は、例えば、最高130℃程度となる。
【0048】
熱交換器40は、具体的には、図2に示されるように、熱交換器本体42と、入口部45及び出口部46と、を有している。熱交換器本体42は、図1に示されるように、排気管20の内部に配置されている。なお、図1に示す熱交換器40は、図2の1−1線断面で示したものである。
【0049】
熱交換器本体42は、図2に示されるように、互いに直交する前後方向(第一方向の一例)、左右方向(第二方向の一例)及び上下方向(第三方向の一例)に大きさを有している。具体的には、熱交換器本体42は、直方体形状に形成されている。この熱交換器本体42は、第一流路形成体421と、第二流路形成体422と、を有している。
【0050】
第一流路形成体421は、図3に示されるように、直方体形状に形成されている。したがって、第一流路形成体421は、前面43Fと、後面43Rと、右側面43Mと、左側面43Sと、上面43Uと、下面43Dと、を有している。
【0051】
第一流路形成体421には、図3及び図4に示されるように、排気ガス(高温ガスの一例)が後方(第一方向の一方)へ流通可能なガス流路16が、第一流路形成体421(熱交換器本体42)の内部と仕切られた状態で前後方向へ貫通されている。すなわち、ガス流路16は、第一流路形成体421の前面43Fから後面43Rへ貫通している。
【0052】
ガス流路16は、上下方向に複数配置され、且つ、左右方向に複数配置されている。すなわち、ガス流路16は、第一流路形成体421の前面43Fに向かって見て、二次元状に配置されている。本実施形態では、ガス流路16は、上下方向に複数配置されて構成された列が、左右方向へ2つ毎に間隔をあけて配置されている。
【0053】
第一流路形成体421(熱交換器本体42)の内部には、図1及び図5に示されるように、熱媒体が前方(第一方向の一方又は他方に沿った流通方向の一例)へ流通可能な熱媒体流路50が形成されている。この熱媒体流路50は、仕切壁17によってガス流路16と仕切られている。そして、熱媒体流路50を前方へ流通する熱媒体は、ガス流路16を後方へ流通する排気ガスとの間で、仕切壁17を介して熱交換される。
【0054】
熱媒体流路50は、図6に示されるように、左右方向にガス流路16と交互に複数配置されている。具体的には、2つのガス流路16と1つの熱媒体流路50とが左右方向に交互に複数配置されている。なお、ガス流路16及び熱媒体流路50の左右方向への配置個数は、前述の個数に限定されるものではなく、単数又は複数のガス流路16と、単数又は複数の熱媒体流路50とが左右方向に交互に複数配置されていればよい。なお、図6に示す熱交換器40は、図2の6−6線断面で示したものである。
【0055】
熱媒体流路50の前後方向の中央部分には、図1及び図5に示されるように、上下方向に仕切られた複数の通路59が形成されている。熱媒体流路50を流通する熱媒体が、複数の通路59を通過することで、整流作用が生じる。
【0056】
熱媒体流路50では、前述のように、熱媒体が前方へ流通される。したがって、熱媒体流路50の後方部分(通路59に対する後方側の部分)が、熱媒体流路50の上流部分51とされる。さらに、熱媒体流路50の前方部分(通路59に対する前方側の部分)が、熱媒体流路50の下流部分52とされる。
【0057】
上流部分51には、図1に示されるように、上方へ開口する導入口511が形成されている。この導入口511を通じて、熱媒体流路50に熱媒体が導入される。下流部分52には、上方へ開口する導出口522が形成されている。この導出口522を通じて、熱媒体流路50から熱媒体が導出される。
【0058】
第二流路形成体422は、図7に示されるように、平面視にて矩形とされ、且つ上下方向が厚み方向とされた板状(図3参照)に形成されている。この第二流路形成体422は、図2に示されるように、第一流路形成体421の上面に一体に設けられている。このように、第一流路形成体421及び第二流路形成体422が一体に設けられることで、熱交換器本体42が構成される。
【0059】
なお、熱交換器本体42の内部は、熱媒体が流通する空間であり、ガス流路16と仕切られている。したがって、熱交換器本体42の内部は、ガス流路16と連通しておらず、ガス流路16と隔離された空間とされている。また、本実施形態では、入口部45及び出口部46を含む熱交換器本体42(第二流路形成体422及び第一流路形成体421)が、炭化珪素で一体に形成されている。
【0060】
図2に示す入口部45は、熱交換器本体42の外部から内部へ熱媒体を導入するための口部である。一方、出口部46は、熱交換器本体42の内部から外部へ熱媒体を導入するための口部である。
【0061】
入口部45及び出口部46は、図2に示されるように、第二流路形成体422の上面に設けられている。具体的には、入口部45及び出口部46は、第二流路形成体422の上面から上方へ延出されている。この入口部45及び出口部46は、それぞれ、上下方向を軸方向とする筒状(具体的には、円筒状)に形成されている。
【0062】
入口部45は、具体的には、図7に示されるように、第二流路形成体422の後方側かつ右方側の部分に配置されている。出口部46は、第二流路形成体422の前方側かつ左方側の部分に配置されている。すなわち、入口部45及び出口部46は、平面視にて矩形とされた第二流路形成体422の対角の部分に配置されている。
【0063】
さらに、入口部45の先端部は、図1に示されるように、排気管20の排気管本体22の径方向外側へ突出している。入口部45の内部には、熱媒体を流通させる流路47が形成されている。出口部46の先端部は、排気管20の排気管本体22の径方向外側へ突出している。出口部46には、熱媒体を流通させる流路48が形成されている。
【0064】
導入管31は、排気管20の外側から入口部45の流路47へ熱媒体を導入する導入管である。この導入管31の下流端部(下端部)と入口部45とが接続されている。具体的には、入口部45の先端部が、導入管31の下流端部に挿し込まれている。Oリング33は、導入管31の内面と入口部45の外面との間に配置されており、導入管31の内面と入口部45の外面との間をシールしている。
【0065】
導出管32は、出口部46の流路48から排気管20の外側へ熱媒体を導出する導出管である。この導出管32の上流端部(下端部)と出口部46とが接続されている。具体的には、出口部46の先端部が、導出管32の上流端部に挿し込まれている。Oリング34は、導出管32の内面と出口部46の外面との間に配置されており、導出管32の内面と出口部46の外面との間をシールしている。
【0066】
なお、入口部45及び出口部46と、排気管20のカバー部24との間は、第二流路形成体422の上面に配置されたシール材39によって、シールされている。このシール材39は、平面視にて入口部45及び出口部46を囲む枠状に形成されている。
【0067】
第二流路形成体422の下面には、図3に示されるように、入口部45からの熱媒体を熱媒体流路50に導入する導入路61と、複数の熱媒体流路50からの熱媒体を出口部46へ導出する導出路62と、が形成されている。
【0068】
導入路61は、図7に示されるように、第二流路形成体422の後方側部分に左右方向に沿って配置されている。この導入路61は、平面視にて、左右方向に長くされた帯状(矩形状)に形成されている。
【0069】
導入路61は、複数の熱媒体流路50の導入口511(図3参照)のそれぞれと連通している。また、導入路61は、右端部61Aにて、入口部45の流路47と連通している。そして、導入路61は、入口部45からの熱媒体を左方向へ流通させて、複数の熱媒体流路50の上流部分51(図1参照)に導入する。なお、入口部45は、図7に示されるように、平面視にて、導入路61の右端部61Aに重なって配置されている。
【0070】
導入路61の前後方向幅は、熱媒体流路50の導入口511の前後方向長さ以上の幅とされている。この導入路61の前後方向幅は、図7に示されるように、左右方向で一定とされている。また、導入路61の左右方向長さは、最も右側に配置された導入口511の右端と、最も左側に配置された導入口511の左端と、の間の長さ以上の長さとされている。各導入口511は、導入路61の前後方向幅内であって、左右方向長さ内に配置されている。すなわち、各導入口511は、導入路61の前端と後端との間であって、左端と右端との間に配置されている。
【0071】
導入路61の上下方向に沿った高さ(第三方向に沿った長さの一例)は、図6に示されるように、導入路61の右端部61A(上流端部の一例、一方側の端部の一例)から左端部61B(下流端部の一例、他方側の端部の一例)へ向けて徐々に低くされている。具体的には、導入路61は、正面視にて、右方側から左方側へ向けて徐々に高さが低くなるテーパ形状に形成されている。
【0072】
導入路61の右端部61Aは、導入路61が熱媒体を流通させる流通方向(左方)の上流端の部分である。すなわち、右端部61Aは、入口部45に近い端部である。なお、右端部61Aは、入口部45の流路47と連通し、且つ、最も右側の導入口511と連通している。また、導入路61は、右端部61Aにおいて、高さが最も高くされている。
【0073】
導入路61の左端部61Bは、導入路61が熱媒体を流通させる流通方向(左方)の下流端の部分である。すなわち、左端部61Bは、入口部45から遠い端部である。なお、左端部61Bは、最も左側の導入口511と連通している。また、導入路61は、左端部61Bにおいて、高さが最も低くされている。
【0074】
導出路62は、図7に示されるように、第二流路形成体422の前方側部分に左右方向に沿って配置されている。この導出路62は、平面視にて、左右方向に長くされた帯状(矩形状)に形成されている。
【0075】
導出路62は、複数の熱媒体流路50の導出口522(図3参照)のそれぞれと連通している。また、導出路62は、左端部62Bにて、出口部46の流路48と連通している。そして、導出路62は、複数の熱媒体流路50の下流部分52(図1参照)からの熱媒体を左方向へ流通させて、出口部46へ導出する。なお、出口部46は、図7に示されるように、平面視にて、導出路62の左端部62Bに重なって配置されている。
【0076】
導出路62の前後方向幅は、熱媒体流路50の導出口522の前後方向長さ以上の幅とされている。この導出路62の前後方向幅は、図7に示されるように、左右方向で一定とされている。また、導出路62の左右方向長さは、最も右側に配置された導出口522の右端と、最も左側に配置された導出口522の左端と、の間の長さ以上の長さとされている。各導出口522は、導出路62の前後方向幅内であって、左右方向長さ内に配置されている。すなわち、各導出口522は、導出路62の前端と後端との間であって、左端と右端との間に配置されている。
【0077】
導出路62の上下方向に沿った高さ(第三方向に沿った長さの一例)は、図6に示されるように、導出路62の右端部62A(第一部分の一例、一方側の端部の一例)から左端部62B(第二部分の一例、他方側の端部の一例)へ向けて徐々に高くされている。具体的には、導出路62は、正面視にて、右方側から左方側へ向けて徐々に高さが高くなるテーパ形状に形成されている。
【0078】
導出路62の右端部62Aは、導出路62が熱媒体を流通させる流通方向(左方)の上流端の部分である。右端部62Aは、最も右側の導出口522と連通している。さらに、右端部62Aは、図7に示されるように、導入路61の右端部61Aに対する前方側に配置された部分である。すなわち、右端部62Aは、導入路61の右端部61A(上流端部)に対する前方側(熱媒体流路50における熱媒体の流通方向側)に配置された第一部分の一例である。なお、右端部62Aは、正面視にて、図6に示されるように、導入路61の右端部61Aの一部と重なっている。また、導出路62は、右端部62Aにおいて、高さが最も低くされている。
【0079】
導出路62の左端部62Bは、導出路62が熱媒体を流通させる流通方向(左方)の下流端の部分である。左端部62Bは、出口部46の流路48と連通し、且つ、最も左側の導出口522と連通している。さらに、左端部62Bは、図7に示されるように、導入路61の左端部61Bに対する前方側に配置された部分である。すなわち、左端部62Bは、導入路61の左端部61B(下流端部)に対する前方側(熱媒体流路50における熱媒体の流通方向側)に配置された第二部分の一例である。なお、左端部62Bは、正面視にて、図6に示されるように、導入路61の左端部61Bと一部が重なっている。また、導出路62は、左端部62Bにおいて、高さが最も高くされている。
【0080】
なお、第二流路形成体422が、図2に示されるように、第一流路形成体421の上面に一体に設けられることで、導入路61の下方側の開口は、一部で熱媒体流路50の導入口511と連通し、他の一部で閉じられる。また、第二流路形成体422が、第一流路形成体421の上面に一体に設けられることで、導出路62の下方側の開口は、一部で熱媒体流路50の導出口522と連通し、他の一部で閉じられる。すなわち、導入路61及び導出路62は、第一流路形成体421及び第二流路形成体422が一体に設けられた熱交換器本体42の内部に形成されている。
【0081】
(第一実施形態の作用効果)
次に、第一実施形態の作用効果を説明する。
【0082】
第一実施形態に係る排熱回収構造10(図1参照)によれば、排気管20内の排気ガスは、熱交換器40のガス流路16(図4参照)を後方(A方向)へ流通する。
【0083】
一方、熱媒体は、図1に示されるように、導入管31によって排気管20の外側から入口部45の流路47を介して、導入路61の右端部61A(図7参照)に導入される。導入路61の右端部61Aに導入された熱媒体は、導入路61を左方へ流通し、各導入口511(図1及び図5参照)を通じて各熱媒体流路50へ導入される。各熱媒体流路50へ導入された熱媒体は、前方へ流通し、ガス流路16を流通する排気ガスとの間で熱交換される。
【0084】
排気ガスとの間で熱交換された熱媒体は、各導出口522を通じて導出路62に導出される。導出路62に導出された熱媒体は、導出路62を左方へ流通し(図7参照)、出口部46の流路48及び導出管32を介して、排気管20の外側へ導出される(図1参照)。これにより、排気管20を流通する排気ガスの熱が回収される。そして、その熱が、排気管20の外側にて再利用される。
【0085】
ここで、本実施形態では、導入路61の高さは、図6に示されるように、導入路61の右端部61Aから左端部61Bへ向けて徐々に低くされている。すなわち、導入路61の高さは、入口部45に近い右端部61Aから、入口部45から遠い左端部61Bへ向けて徐々に低くされている。これにより、導入路61の断面積を入口部45から遠ざかるほど小さく構成することができる。
【0086】
一方、導出路62の高さは、導出路62の右端部62Aから左端部62Bへ向けて徐々に高くされている。
【0087】
ここで、導出路62の右端部62Aは、導入路61の右端部61Aに対する前方側に配置されているため、導入路61の入口部45に近い右端部61Aから熱媒体流路50を前方へ流通した熱媒体が、導出路62の右端部62Aへ導出される。
【0088】
導出路62の左端部62Bは、導入路61の左端部61Bに対する前方側に配置されているため、導入路61の入口部45から遠い左端部61Bから熱媒体流路50を前方へ流通した熱媒体が、導出路62の左端部62Bへ導出される。
【0089】
前述のように、導出路62の高さが、導出路62の右端部62Aから左端部62Bへ向けて徐々に高くされているため、入口部45から遠い側(左側)に配置された熱媒体流路50の導出側において、入口部45から近い側(右側)に配置された熱媒体流路50の導出側よりも、導出路62の断面積を大きく構成することができる。
【0090】
以上のように、導入路61の断面積を入口部45に近い右端部61Aから、入口部45から遠い左端部61Bへ向けて徐々に小さくし、入口部45に近い側(右側)の熱媒体流路50よりも、入口部45から遠い側(左側)の熱媒体流路50の導出側において、導出路62の断面積を大きくすることで、入口部45から各熱媒体流路50を経て出口部46へ至る複数の経路間における流通抵抗のばらつきを抑制することができる。これにより、熱媒体流路50を流通する熱媒体の流量が、入口部45から近い側(右側)に配置された熱媒体流路50と、入口部45から遠い側(左側)に配置された熱媒体流路50との間でばらつくことが抑制できる。このように、熱媒体流路50を流通する熱媒体の流量が、熱媒体流路50間でばらつくことが抑制できるため、熱交換効率を向上させることができる。
【0091】
(第一変形例に係る熱交換器140)
第一変形例に係る熱交換器140について説明する。ここでは、前述の熱交換器40と異なる部分について説明し、同一部分については、その説明を適宜省略する。また、熱交換器40と同一機能を有する部分に同一の符号を付す。
【0092】
第一変形例に係る熱交換器140では、入口部45は、図8及び図9に示されるように、第二流路形成体422の後方側かつ左右方向の中央側の部分に配置されている。出口部46は、第二流路形成体422の前方側かつ左右方向の中央側の部分に配置されている。なお、熱交換器140の第一流路形成体421は、熱交換器40の第一流路形成体421と同様に構成されている。
【0093】
また、導入路61は、図9及び図10に示されるように、左右方向の中央部61Cにて、入口部45の流路47と連通している。そして、導入路61は、入口部45からの熱媒体を、中央部61Cから左方向及び右方向へ流通させて、複数の熱媒体流路50の上流部分51(図1参照)に導入する。なお、入口部45は、図9に示されるように、平面視にて、導入路61の中央部61Cに重なって配置されている。
【0094】
導入路61の上下方向に沿った高さ(第三方向に沿った長さの一例)は、図10(A)に示されるように、導入路61の中央部61C(上流端部の一例、中央側の部分の一例)から右端部61A及び左端部61B(下流端部の一例、一方側及び他方側の端部の一例)へ向けて徐々に低くされている。具体的には、導入路61は、正面視にて、中央部61Cから右端部61A及び左端部61Bへ向けて徐々に高さが低くなる略三角形状(略二等辺三角形状)に形成されている。
【0095】
導入路61の中央部61Cは、導入路61が熱媒体を流通させる流通方向(中央から左方及び右方への方向)の上流端の部分である。すなわち、中央部61Cは、入口部45に近い端部である。なお、中央部61Cは、入口部45の流路47と連通し、且つ、左右方向の中央側に配置された導入口511(図3参照)と連通している。また、導入路61は、中央部61Cにおいて、高さが最も高くされている。
【0096】
導入路61の右端部61A及び左端部61Bは、導入路61が熱媒体を流通させる流通方向(中央から左方及び右方への方向)の下流端の部分である。すなわち、右端部61A及び左端部61Bは、入口部45から遠い端部である。また、導入路61は、右端部61A及び左端部61Bにおいて、高さが最も低くされている。
【0097】
また、導出路62は、中央部62Cにて、出口部46の流路48と連通している。そして、導出路62は、複数の熱媒体流路50の下流部分52(図1参照)からの熱媒体を、右端部62A及び左端部62Bから中央部62Cへ向かって流通させて、出口部46へ導出する。なお、出口部46は、図9に示されるように、平面視にて、導出路62の中央部62Cに重なって配置されている。
【0098】
導出路62の上下方向に沿った高さ(第三方向に沿った長さの一例)は、図10(B)に示されるように、導出路62の中央部62C(第一部分の一例、中央側の部分の一例)から右端部62A及び左端部62B(第二部分の一例、一方側及び他方側の端部の一例)へ向けて徐々に高くされている。具体的には、導出路62は、正面視にて、中央部62Cから右端部62A及び左端部62Bへ向かって徐々に高さが高くなる略V字形状に形成されている。
【0099】
導出路62の中央部62Cは、導出路62が熱媒体を流通させる流通方向(右方側及び左方側から中央へ向かう方向)の下流端の部分である。中央部62Cは、出口部46の流路48と連通し、且つ、左右方向の中央側に配置された導出口522(図3参照)と連通している。さらに、中央部62Cは、図9に示されるように、導入路61の中央部61C(上流端部)に対する前方側に配置された部分である。すなわち、中央部62Cは、導入路61の中央部61C(上流端部)に対する前方側(熱媒体流路50における熱媒体の流通方向側)に配置された第一部分の一例である。なお、中央部62Cは、正面視にて、図10(B)に示されるように、導入路61の中央部61Cの一部と重なっている。また、導出路62は、中央部62Cにおいて、高さが最も低くされている。
【0100】
導出路62の右端部62A及び左端部62Bは、導出路62が熱媒体を流通させる流通方向(右方側及び左方側から中央へ向かう方向)の上流端の部分である。さらに、右端部62A及び左端部62Bは、図9に示されるように、導入路61の右端部61A及び左端部61B(下流端部)に対する前方側に配置された部分である。すなわち、右端部62A及び左端部62Bは、導入路61の右端部61A及び左端部61B(下流端部)に対する前方側(熱媒体流路50における熱媒体の流通方向側)に配置された第二部分の一例である。なお、右端部62A及び左端部62Bは、正面視にて、図10(B)に示されるように、導入路61の右端部61A及び左端部61Bと一部が重なっている。また、導出路62は、右端部62A及び左端部62Bにおいて、高さが最も高くされている。
【0101】
(第一変形例に係る熱交換器140の作用効果)
熱交換器140では、導入路61の上下方向に沿った高さ(第三方向に沿った長さの一例)は、図10(A)に示されるように、導入路61の中央部61Cから右端部61A及び左端部61Bへ向けて徐々に低くされている。すなわち、導入路61の高さは、入口部45に近い中央部61Cから、入口部45から遠い右端部61A及び左端部61Bへ向けて徐々に低くされている。これにより、導入路61の断面積を入口部45から遠ざかるほど小さく構成することができる。
【0102】
一方、導出路62の上下方向に沿った高さ(第三方向に沿った長さの一例)は、図10(B)に示されるように、導出路62の中央部62Cから右端部62A及び左端部62Bへ向けて徐々に高くされている。
【0103】
ここで、導出路62の中央部62Cは、導入路61の中央部61Cに対する前方側に配置されているため、導入路61の入口部45に近い中央部61Cから熱媒体流路50を前方へ流通した熱媒体が、導出路62の中央部62Cへ導出される。
【0104】
導出路62の右端部62A及び左端部62Bは、導入路61の右端部61A及び左端部61Bに対する前方側に配置されているため、導入路61の入口部45から遠い右端部61A及び左端部61Bから熱媒体流路50を前方へ流通した熱媒体が、導出路62の右端部62A及び左端部62Bへ導出される。
【0105】
前述のように、導出路62の高さが、導出路62の中央部62Cから右端部62A及び左端部62Bへ向けて徐々に高くされているため、入口部45から遠い側(右側及び左側)に配置された熱媒体流路50の導出側において、入口部45から近い側(中央側)に配置された熱媒体流路50の導出側よりも、導出路62の断面積を大きく構成することができる。
【0106】
以上のように、導入路61の断面積を入口部45に近い中央部61Cから、入口部45から遠い右端部61A及び左端部61Bへ向けて徐々に小さくし、入口部45から近い側(中央側)の熱媒体流路50よりも、入口部45から遠い側(右側及び左側)の熱媒体流路50の導出側において、導出路62の断面積を大きくすることで、入口部45から各熱媒体流路50を経て出口部46へ至る複数の経路間における流通抵抗のばらつきを抑制することができる。これにより、熱媒体流路50を流通する熱媒体の流量が、入口部45から近い側(中央側)に配置された熱媒体流路50と、入口部45から遠い側(右側及び左側)に配置された熱媒体流路50との間でばらつくことが抑制できる。このように、入口部45が導入路61の中央部61Cと連通され、出口部46が導出路62の中央部62Cと連通される熱交換器140においても、熱媒体流路50を流通する熱媒体の流量が、熱媒体流路50間でばらつくことが抑制できるため、熱交換効率を向上させることができる。
【0107】
(第二変形例に係る熱交換器240)
第二変形例に係る熱交換器240について説明する。ここでは、前述の熱交換器40と異なる部分について説明し、同一部分については、その説明を適宜省略する。また、熱交換器40と同一機能を有する部分に同一の符号を付す。
【0108】
第二変形例に係る熱交換器240では、出口部46は、図11及び図12に示されるように、第二流路形成体422の前方側かつ右方側の部分に配置されている。なお、熱交換器240の第一流路形成体421は、熱交換器40の第一流路形成体421と同様に構成されている。
【0109】
導入路61の上下方向に沿った高さ(第三方向に沿った長さの一例)は、図13(A)に示されるように、導入路61の右端部61A(上流端部の一例、一方側の端部の一例)から左端部61B(下流端部の一例、他方側の端部の一例)へ向けて徐々に低くされている。具体的には、導入路61は、正面視にて、右方側から左方側へ向けて徐々に高さが低くなるテーパ形状に形成されている。
【0110】
導入路61の右端部61Aは、導入路61が熱媒体を流通させる流通方向(左方)の上流端の部分である。すなわち、右端部61Aは、入口部45に近い端部である。なお、右端部61Aは、入口部45の流路47と連通し、且つ、最も右側の導入口511(図3参照)と連通している。また、導入路61は、右端部61Aにおいて、高さが最も高くされている。
【0111】
導入路61の左端部61Bは、導入路61が熱媒体を流通させる流通方向(左方)の下流端の部分である。すなわち、左端部61Bは、入口部45から遠い端部である。なお、左端部61Bは、最も左側の導入口511と連通している。また、導入路61は、左端部61Bにおいて、高さが最も低くされている。
【0112】
また、導出路62は、右端部62Aにて、出口部46の流路48と連通している。そして、導出路62は、複数の熱媒体流路50の下流部分52(図1参照)からの熱媒体を右方へ流通させて、出口部46へ導出する。なお、出口部46は、図12に示されるように、平面視にて、導出路62の右端部62Aに重なって配置されている。
【0113】
導出路62の上下方向に沿った高さ(第三方向に沿った長さの一例)は、図13(B)に示されるように、導出路62の右端部62A(第一部分の一例、一方側の端部の一例)から左端部62B(第二部分の一例、他方側の端部の一例)へ向けて徐々に高くされている。具体的には、導出路62は、正面視にて、右方側から左方側へ向けて徐々に高さが高くなるテーパ形状に形成されている。
【0114】
導出路62の右端部62Aは、導出路62が熱媒体を流通させる流通方向(右方)の下流端の部分である。右端部62Aは、出口部46の流路48と連通し、且つ、最も右側の導出口522(図3参照)と連通している。さらに、右端部62Aは、図12に示されるように、導入路61の右端部61Aに対する前方側に配置された部分である。すなわち、右端部62Aは、導入路61の右端部61A(上流端部)に対する前方側(熱媒体流路50における熱媒体の流通方向側)に配置された第一部分の一例である。なお、右端部62Aは、正面視にて、図13(B)に示されるように、導入路61の右端部61Aの一部と重なっている。また、導出路62は、右端部62Aにおいて、高さが最も低くされている。
【0115】
導出路62の左端部62Bは、導出路62が熱媒体を流通させる流通方向(右方)の上流端の部分である。左端部62Bは、最も左側の導出口522と連通している。さらに、左端部62Bは、図12に示されるように、導入路61の左端部61Bに対する前方側に配置された部分である。すなわち、左端部62Bは、導入路61の左端部61B(下流端部)に対する前方側(熱媒体流路50における熱媒体の流通方向側)に配置された第二部分の一例である。なお、左端部62Bは、正面視にて、図13(B)に示されるように、導入路61の左端部61Bと一部が重なっている。また、導出路62は、左端部62Bにおいて、高さが最も高くされている。
【0116】
(第二変形例に係る熱交換器240の作用効果)
熱交換器240では、導入路61の高さは、図13(A)に示されるように、導入路61の右端部61Aから左端部61Bへ向けて徐々に低くされている。すなわち、導入路61の高さは、入口部45に近い右端部61Aから、入口部45から遠い左端部61Bへ向けて徐々に低くされている。これにより、導入路61の断面積を入口部45から遠ざかるほど小さく構成することができる。
【0117】
一方、導出路62の高さは、図13(B)に示されるように、導出路62の右端部62Aから左端部62Bへ向けて徐々に高くされている。
【0118】
ここで、導出路62の右端部62Aは、導入路61の右端部61Aに対する前方側に配置されているため、導入路61の入口部45に近い右端部61Aから熱媒体流路50を前方へ流通した熱媒体が、導出路62の右端部62Aへ導出される。
【0119】
導出路62の左端部62Bは、導入路61の左端部61Bに対する前方側に配置されているため、導入路61の入口部45から遠い左端部61Bから熱媒体流路50を前方へ流通した熱媒体が、導出路62の左端部62Bへ導出される。
【0120】
前述のように、導出路62の高さが、導出路62の右端部62Aから左端部62Bへ向けて徐々に高くされているため、入口部45から遠い側(左側)に配置された熱媒体流路50の導出側において、入口部45から近い側(右側)に配置された熱媒体流路50の導出側よりも、導出路62の断面積を大きく構成することができる。
【0121】
以上のように、導入路61の断面積を入口部45に近い右端部61Aから、入口部45から遠い左端部61Bへ向けて徐々に小さくし、入口部45に近い側(右側)の熱媒体流路50よりも、入口部45から遠い側(左側)の熱媒体流路50の導出側において、導出路62の断面積を大きくすることで、入口部45から各熱媒体流路50を経て出口部46へ至る複数の経路間における流通抵抗のばらつきを抑制することができる。これにより、熱媒体流路50を流通する熱媒体の流量が、入口部45から近い側(右側)に配置された熱媒体流路50と、入口部45から遠い側(左側)に配置された熱媒体流路50との間でばらつくことが抑制できる。このように、入口部45が導入路61の右端部61Aと連通され、出口部46が導出路62の右端部62Aと連通される熱交換器240においても、熱媒体流路50を流通する熱媒体の流量が、熱媒体流路50間でばらつくことが抑制できるため、熱交換効率を向上させることができる。
【0122】
(変形例)
本実施形態では、高温ガスとして排気ガスを用いたがこれに限られない。高温ガスとしては、熱媒体よりも高温である気体であれば、適用可能である。
【0123】
本実施形態では、熱媒体として、冷却水を用いたが、これに限られない。熱媒体としては、例えば、ATFフルードやCTVフルードなどを用いてもよく、熱交換に用いられる液体や気体等の流体を広く適用することができる。
【0124】
本実施形態では、熱交換器40を排熱回収構造10に適用した例について説明したが、これに限られない。熱交換器40は、他の構造体に適用することが可能である。
【0125】
本実施形態では、入口部45及び出口部46を含む熱交換器本体42(第二流路形成体422及び第一流路形成体421)が、炭化珪素で形成されていたが、これに限らず、炭化珪素以外の材料にて形成されていてもよい。
【0126】
本実施形態では、ガス流路16における排気ガスの流通方向(後方)と、熱媒体流路50における熱媒体の流通方向(前方)とが、逆方向であったが、排気ガスの流通方向と熱媒体の流通方向とは、同じ方向であってもよい。具体的には、例えば、排気ガスをガス流路16に対して前方へ流通させることで、排気ガスの流通方向と熱媒体の流通方向とを同じ方向とすることができる。
【0127】
本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更、改良が可能である。
【符号の説明】
【0128】
10 排熱回収構造
16 ガス流路
20 排気管
40 熱交換器
42 熱交換器本体
45 入口部
46 出口部
50 熱媒体流路
61 導入路
62 導出路
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
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図9
図10
図11
図12
図13