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JP2006105464A - Heat exchanger and heat exchange device - Google Patents

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JP2006105464A
JP2006105464A JP2004291674A JP2004291674A JP2006105464A JP 2006105464 A JP2006105464 A JP 2006105464A JP 2004291674 A JP2004291674 A JP 2004291674A JP 2004291674 A JP2004291674 A JP 2004291674A JP 2006105464 A JP2006105464 A JP 2006105464A
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JP
Japan
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gas
pipe
heat exchanger
cylindrical container
exhaust
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JP2004291674A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Shimoji
浩二 下地
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】 ガスと冷却液との熱交換効率が良好な熱交換器及び熱交換装置を得る。
【解決手段】 熱交換器50は、それぞれガスが通過する複数の排気ガス管54を収容した円筒状のシェル52を冷却水が通過することで、各排気ガス管54の管壁を介してガスと冷却水とが熱交換を行う。冷却水をシェル52に導入するための冷却水入口パイプ64は、シェル52の軸線方向一端側における筒壁を貫通して設けられ、シェル52から冷却水を導出するための冷却する冷却水出口パイプ66は、シェル52の軸線方向他端側における筒壁を貫通して設けられている。また、各排気ガス管54は、シェル52の軸線方向と平行に配置されており、シェル52の内周面には、冷却水入口パイプ64から冷却水出口パイプ66に向かう螺旋状に形成された螺旋溝52Bを設けている。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a heat exchanger and a heat exchange device having good heat exchange efficiency between a gas and a coolant.
SOLUTION: The heat exchanger 50 passes through a cylindrical shell 52 that houses a plurality of exhaust gas pipes 54 through which gas passes, so that the gas passes through the pipe wall of each exhaust gas pipe 54. And the cooling water exchange heat. The cooling water inlet pipe 64 for introducing the cooling water into the shell 52 is provided through the cylindrical wall on one end side in the axial direction of the shell 52, and the cooling water outlet pipe for cooling to lead out the cooling water from the shell 52. 66 is provided through the cylindrical wall on the other axial end side of the shell 52. Each exhaust gas pipe 54 is arranged in parallel to the axial direction of the shell 52, and is formed on the inner peripheral surface of the shell 52 in a spiral shape from the cooling water inlet pipe 64 to the cooling water outlet pipe 66. A spiral groove 52B is provided.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、例えば自動車等の排気ガスと冷却液との熱交換を行う熱交換器、及び該熱交換器を備える熱交換装置に関する。   The present invention relates to a heat exchanger that performs heat exchange between an exhaust gas of an automobile or the like and a coolant, and a heat exchange device including the heat exchanger.

自動車等の車両には、エンジンの排気ガスが有する熱を回収するために、該排気ガスと冷却水との熱交換を行う熱交換を備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。また、自動車用途ではないが、排ガスからの熱回収用の熱交換器として、容器内に形成した環状煙道に沿って冷却水を通す螺旋状の水管を配置したものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
実開平5−56514号公報 特開2002−115802号公報 特開2000−240445号公報
Some vehicles such as automobiles have heat exchange for exchanging heat between the exhaust gas and cooling water in order to recover the heat of the exhaust gas of the engine (see, for example, Patent Document 1). Moreover, although it is not used for automobiles, a heat exchanger for recovering heat from exhaust gas is known in which a spiral water pipe that passes cooling water along an annular flue formed in a container is arranged (for example, , See Patent Document 2).
Japanese Utility Model Publication No. 5-56514 JP 2002-115802 A Japanese Patent Laid-Open No. 2000-240445

しかしながら、上記前者のような従来の熱交換器では、排気ガスから熱を回収する排熱回収効率について改善の余地がある。また、後者の熱交換器では、熱交換効率を向上するために螺旋状の水管を備える必要があった。   However, the conventional heat exchanger such as the former has room for improvement in the exhaust heat recovery efficiency for recovering heat from the exhaust gas. Moreover, in the latter heat exchanger, in order to improve heat exchange efficiency, it was necessary to provide a spiral water tube.

本発明は、上記事実を考慮して、ガスと冷却液との熱交換効率が良好な熱交換器及び熱交換装置を得ることが目的である。   In view of the above fact, an object of the present invention is to obtain a heat exchanger and a heat exchange device with good heat exchange efficiency between a gas and a coolant.

請求項1記載の発明に係る熱交換器は、それぞれガスが通過する複数のガス管を収容した円筒状容器内を冷却液が通過することで、前記ガス管の管壁を介してガスと冷却液とが熱交換を行う熱交換器であって、前記円筒状容器の筒壁における軸線方向一端側に設けられ、冷却液を該円筒状容器内に導入する冷却液入口と、前記円筒状容器の筒壁における軸線方向他端側に設けられ、冷却液を該円筒状容器から導出する冷却液出口と、を備え、前記各ガス管を前記円筒状容器の軸線方向と平行に配置し、かつ、前記円筒状容器の内周面に、前記冷却液入口から冷却液出口に向かう螺旋状に形成された螺旋状ガイド部を設けた。   In the heat exchanger according to the first aspect of the present invention, the cooling liquid passes through a cylindrical container containing a plurality of gas pipes through which the gas passes, so that the gas and the cooling are passed through the pipe wall of the gas pipe. A heat exchanger for exchanging heat with the liquid, provided at one end in the axial direction of the cylindrical wall of the cylindrical container, and a cooling liquid inlet for introducing the cooling liquid into the cylindrical container; and the cylindrical container A cooling liquid outlet that is provided on the other end side in the axial direction of the cylindrical wall and that extracts the cooling liquid from the cylindrical container, and the gas pipes are arranged in parallel to the axial direction of the cylindrical container, and A spiral guide portion formed in a spiral shape from the coolant inlet to the coolant outlet is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical container.

請求項1記載の熱交換器では、複数のガス管をそれぞれガスが通過すると共に、これらのガス管を収容した円筒状容器を冷却液が通過することで、ガス管の管壁を介してガスと冷却液との熱交換が行われる。冷却液は、円筒状容器の筒壁を貫通する冷却液入口を通じて円筒状容器内に導入され、円筒状容器を軸線方向一端側から他端側に通過して、円筒状容器の筒壁を貫通する冷却液出口を通じて円筒状容器から熱交換器外に導出される。   In the heat exchanger according to claim 1, the gas passes through the plurality of gas pipes, and the coolant passes through the cylindrical container containing the gas pipes so that the gas passes through the pipe wall of the gas pipe. Heat exchange with the coolant. The cooling liquid is introduced into the cylindrical container through a cooling liquid inlet penetrating the cylindrical wall of the cylindrical container, passes through the cylindrical container from one end side to the other end side in the axial direction, and penetrates the cylindrical wall of the cylindrical container. To the outside of the heat exchanger from the cylindrical container through the coolant outlet.

ここで、円筒状容器の内周面に螺旋状ガイド部を設けたため、上記の通り円筒状容器の筒壁を貫通して導入、導出される冷却液は、螺旋溝に沿って円筒容器内を一端側から他端側に向けて螺旋状に流れる。すなわち、螺旋状ガイド部と冷却液入口及び出口とによって冷却液の強い旋回流が生成される。これにより、冷却液が単に一端側から他端側に直線的に(最短距離で)通過する構成と比較して、冷却液とガス管との接触時間(面積)が増加し、熱交換効率が向上する。また、上記旋回流が冷却液のよどみ発生を防止するため、熱交換を行う冷却液量が減ることがなく、これによっても冷却液とガスとの熱交換効率が向上する。   Here, since the spiral guide portion is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical container, the cooling liquid introduced and led out through the cylindrical wall of the cylindrical container as described above passes through the cylindrical container along the spiral groove. It flows spirally from one end side to the other end side. That is, a strong swirling flow of the coolant is generated by the spiral guide portion and the coolant inlet and outlet. As a result, the contact time (area) between the coolant and the gas pipe is increased, and the heat exchange efficiency is improved as compared with a configuration in which the coolant simply passes straight from one end side to the other end side (with the shortest distance). improves. Further, since the swirl flow prevents the stagnation of the coolant, the amount of the coolant that performs heat exchange does not decrease, and this also improves the heat exchange efficiency between the coolant and the gas.

このように、請求項1記載の熱交換器では、ガスと冷却液との熱交換効率が良好である。なお、冷却液は、ガスを冷却するものであっても良く、ガスによって冷却されるものであっても良い。また、旋回流を促進するために、冷却液入口及び出口の一方又は双方を、螺旋状ガイド部の接線方向に沿って冷却液が導入又は導出されるように、配置又は形成することができる。さらに、螺旋状ガイド部を円筒状容器に一体にかつ外周面にまで設ける(円筒状容器の筒壁自体を螺旋状に形成して螺旋状ガイド部を設ける)構成とすれば、円筒状容器は、その剛性が低下して変形し易くなるため、該変形によって各ガス管との熱膨張差を吸収して熱応力を緩和することも可能になる。   Thus, in the heat exchanger according to claim 1, the heat exchange efficiency between the gas and the coolant is good. The cooling liquid may be one that cools the gas or may be one that is cooled by the gas. In order to promote the swirl flow, one or both of the coolant inlet and the outlet can be arranged or formed such that the coolant is introduced or led out along the tangential direction of the spiral guide portion. Further, if the spiral guide part is provided integrally with the cylindrical container and on the outer peripheral surface (the cylindrical wall itself of the cylindrical container is spirally provided to provide the spiral guide part), the cylindrical container is Since the rigidity of the gas pipe is reduced due to the reduced rigidity, the thermal stress can be reduced by absorbing the difference in thermal expansion from each gas pipe.

請求項2記載の発明に係る熱交換器は、それぞれガスが通過する複数のガス管を収容した円筒状容器内を冷却液が通過することで、前記ガス管の管壁を介してガスと冷却液とが熱交換を行う熱交換器であって、前記各ガス管を前記円筒状容器の軸線方向と平行に配置し、かつ、前記複数のガス管のうち一部のガス管の長さを、他のガス管の長さと異ならせた。   In the heat exchanger according to the second aspect of the present invention, the cooling liquid passes through a cylindrical container containing a plurality of gas pipes through which the gas passes, so that the gas and the cooling are passed through the pipe wall of the gas pipe. A heat exchanger for exchanging heat with the liquid, wherein each of the gas pipes is arranged in parallel to the axial direction of the cylindrical container, and the length of some of the plurality of gas pipes is , Different from the length of other gas pipes.

請求項2記載の熱交換器では、複数のガス管をそれぞれガスが通過すると共に、これらのガス管を収容した筒状容器を冷却液が通過することで、ガス管の管壁を介してガスと冷却液との熱交換が行われる。ここで、全部又は一部のガス管の長さを互いに異ならせているため、各ガス管を通過するガス流量を異ならせることができる。このため、筒状容器内における冷却液流量の多い部位に配置されたガス管のガス流量を多くする構成を実現することが可能となる。この構成では、各ガス管内のガスと冷却液との熱交換が略均一に行われ、熱交換効率が向上する。   In the heat exchanger according to claim 2, the gas passes through the plurality of gas pipes, and the coolant passes through the cylindrical container containing the gas pipes, so that the gas passes through the tube wall of the gas pipe. Heat exchange with the coolant. Here, since the lengths of all or some of the gas pipes are made different from each other, the gas flow rates passing through the respective gas pipes can be made different. For this reason, it becomes possible to implement | achieve the structure which increases the gas flow rate of the gas pipe arrange | positioned in the site | part with much coolant flow rate in a cylindrical container. In this configuration, heat exchange between the gas in each gas pipe and the coolant is performed substantially uniformly, and the heat exchange efficiency is improved.

このように、請求項2記載の熱交換器では、ガスと冷却液との熱交換効率が良好である。なお、冷却液は、ガスを冷却するものであっても良く、ガスによって冷却されるものであっても良い。   Thus, in the heat exchanger according to claim 2, the heat exchange efficiency between the gas and the coolant is good. The cooling liquid may be one that cools the gas or may be one that is cooled by the gas.

請求項3記載の発明に係る熱交換器は、請求項2記載の熱交換器において、前記筒状容器の軸心側に位置するガス管の長さを、該筒状容器の内周面側に位置するガス管の長さよりも長くした。   A heat exchanger according to a third aspect of the present invention is the heat exchanger according to the second aspect, wherein the length of the gas pipe positioned on the axial center side of the cylindrical container is set to the inner peripheral surface side of the cylindrical container. It was longer than the length of the gas pipe located at.

請求項3記載の熱交換器では、例えば複数のガス管に分岐される前の流路中央部部分で流速の高いガス流が、複数のガス管に分岐する。ここで、筒状容器の軸心側(中央部)のガス管が周辺部のガス管よりも長い構成としたため、相対的に周辺部のガス管のガス流量を増すことができる。これにより、各ガス管の流量を均一に近づけることができる。そして例えば、冷却液側に、請求項1記載に内周に螺旋溝を有する円筒状容器、並びに冷却液入口及び出口を備えた構成とすれば、冷却液は上記の如く旋回流となり、相対的に円筒状容器周辺部の冷却液流量が増すため、該周辺部に配置されるガス管を中央部のガス管よりも短くしてガス流量を増すことが有効である。   In the heat exchanger according to the third aspect, for example, a gas flow having a high flow velocity is branched into the plurality of gas pipes at the central portion of the flow path before being branched into the plurality of gas pipes. Here, since the gas pipe on the axial center side (central part) of the cylindrical container is configured to be longer than the gas pipe in the peripheral part, the gas flow rate in the gas pipe in the peripheral part can be relatively increased. Thereby, the flow volume of each gas pipe can be approached uniformly. For example, if the cylindrical container having the spiral groove on the inner periphery and the coolant inlet and outlet are provided on the coolant side, the coolant becomes a swirl flow as described above, In addition, since the flow rate of the coolant around the cylindrical container increases, it is effective to increase the gas flow rate by making the gas pipe disposed in the peripheral part shorter than the gas pipe at the center.

なお、例えば、筒状容器における冷却液が通過する冷却液流路と複数のガス管のガス入口がそれぞれ開口するガス入口ヘッダとを仕切る隔壁のガス入口ヘッダ側の面を、このガス入口ヘッダ側に凸となるように湾曲して形成することで、筒状容器軸心側のガス管を周辺部のガス管よりも長くする構成を実現することができる。   For example, the surface on the gas inlet header side of the partition wall that divides the coolant flow path through which the coolant in the cylindrical container passes and the gas inlet header in which the gas inlets of the plurality of gas pipes respectively open are provided on the gas inlet header side. By curving so as to be convex, it is possible to realize a configuration in which the gas pipe on the cylindrical container axis side is longer than the gas pipe in the peripheral portion.

請求項4記載の発明に係る熱交換器は、それぞれガスが通過する複数のガス管を収容した円筒状容器内を冷却液が通過することで、前記ガス管の管壁を介してガスと冷却液とが熱交換を行う熱交換器であって、前記円筒状容器における冷却液が通過する冷却液流路と、前記複数のガス管のガス入口がそれぞれ開口するガス入口ヘッダとを仕切る第1の隔壁と、前記円筒状容器における前記冷却液流路と、前記複数のガス管のガス出口がそれぞれ開口するガス出口ヘッダとを仕切る第2の隔壁と、前記円筒状容器の筒壁における第2の隔壁側に設けられ、冷却液を前記冷却液流路に導入する冷却液入口と、前記円筒状容器の筒壁における第1の隔壁側に設けられ、冷却液を前記冷却液流路から導出する冷却液出口と、を備え、前記各ガス管を前記円筒状容器の軸線方向と平行に配置し、かつ前記第1の隔壁における前記ガス入口ヘッダ側の面を該ガス入口ヘッダ側に凸の曲面に形成した。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a heat exchanger comprising: a cooling liquid passing through a cylindrical container containing a plurality of gas pipes through which gas passes; A heat exchanger for exchanging heat with the liquid, wherein a first liquid partitioning a coolant flow path through which the coolant in the cylindrical container passes and a gas inlet header in which gas inlets of the plurality of gas pipes respectively open. A partition wall, a second partition wall partitioning the coolant flow path in the cylindrical container, a gas outlet header in which gas outlets of the plurality of gas pipes respectively open, and a second wall wall of the cylindrical container. Provided on the partition wall side, for introducing a coolant into the coolant channel, and provided on the first partition side of the cylindrical wall of the cylindrical container, and the coolant is led out from the coolant channel. A coolant outlet, and each gas pipe is provided in front of Arranged parallel to the axial direction of the cylindrical container, and said first surface of said gas inlet header side of the partition wall is formed in a convex curved surface to the gas inlet header side.

請求項4記載の熱交換器では、複数のガス管をそれぞれガスが通過すると共に、これらのガス管を収容した円筒状容器を冷却液が通過することで、ガス管の管壁を介してガスと冷却液との熱交換が行われる。冷却液は、円筒状容器の筒壁を貫通する冷却液入口を通じて円筒状容器内に導入され、円筒状容器を軸線方向一端側から他端側に通過して、円筒状容器の筒壁を貫通する冷却液出口を通じて円筒状容器から熱交換器外に導出される。   In the heat exchanger according to claim 4, the gas passes through the plurality of gas pipes, and the cooling liquid passes through the cylindrical container containing the gas pipes, so that the gas passes through the pipe wall of the gas pipe. Heat exchange with the coolant. The cooling liquid is introduced into the cylindrical container through a cooling liquid inlet penetrating the cylindrical wall of the cylindrical container, passes through the cylindrical container from one end side to the other end side in the axial direction, and penetrates the cylindrical wall of the cylindrical container. To the outside of the heat exchanger from the cylindrical container through the coolant outlet.

ここで、冷却液流路側に凸(ガス出口ヘッダ側に凹)の湾曲形状に形成された第2の隔壁が、円筒状容器の軸線方向において冷却液入口とオーバラップして位置するため、冷却液入口から導入された冷却液が第2の隔壁にガイドされて(第2の隔壁廻りに流れて)旋回流が生成される。これにより、円筒状容器内の冷却液流路における冷却液入口側で冷却液のよどみ発生が防止され、冷却液とガスとの熱交換効率が向上する。また、単に冷却液が一端側から他端側に直線的に(最短距離で)通過する構成と比較して、冷却液とガス管との接触時間(面積)が増加し、熱交換効率が向上する。   Here, the second partition wall formed in a curved shape convex to the coolant flow path side (concave to the gas outlet header side) is positioned so as to overlap the coolant inlet in the axial direction of the cylindrical container. The coolant introduced from the liquid inlet is guided by the second partition (flows around the second partition) to generate a swirling flow. As a result, the stagnation of the coolant is prevented on the coolant inlet side in the coolant channel in the cylindrical container, and the heat exchange efficiency between the coolant and the gas is improved. In addition, the contact time (area) between the coolant and the gas pipe is increased, and the heat exchange efficiency is improved, compared to a configuration in which the coolant simply passes from one end to the other in a straight line (with the shortest distance). To do.

このように、請求項4記載の熱交換器では、ガスと冷却液との熱交換効率が良好である。なお、冷却液は、ガスを冷却するものであっても良く、ガスによって冷却されるものであっても良い。また、旋回流を促進するために、例えば第2の隔壁の接線方向に沿って冷却液が導入されるように冷却液入口を配置又は形成することができる。さらに、第1の隔壁のガス入口ヘッダ側における面形状をガス入口ヘッダ側に凸となる曲面としたり、第2の隔壁におけるガス出口ヘッダ側の面を該ガス出口ヘッダ側に凹の曲面としたりすることで、各ガス管の長さを異ならせたり、同じ長さにしたりすることが可能となる。   Thus, in the heat exchanger according to claim 4, the heat exchange efficiency between the gas and the coolant is good. The cooling liquid may be one that cools the gas or may be one that is cooled by the gas. Moreover, in order to accelerate | stimulate a swirl | vortex flow, a cooling fluid inlet can be arrange | positioned or formed so that a cooling fluid may be introduce | transduced along the tangential direction of a 2nd partition, for example. Further, the surface shape of the first partition wall on the gas inlet header side is a curved surface that is convex toward the gas inlet header side, or the gas outlet header side surface of the second partition wall is a concave curved surface on the gas outlet header side. By doing so, it becomes possible to make the length of each gas pipe different, or to make it the same length.

請求項5記載の発明に係る熱交換器は、請求項4記載の熱交換器において、前記円筒状容器の内周面に、前記冷却液入口から冷却液出口に向かう螺旋状に形成された螺旋状ガイド部を設けた。   A heat exchanger according to a fifth aspect of the present invention is the heat exchanger according to the fourth aspect, wherein the spiral formed on the inner peripheral surface of the cylindrical container in a spiral shape from the coolant inlet to the coolant outlet. A guide part was provided.

請求項5記載の熱交換器では、円筒状容器の内周面に螺旋溝を設けたため、上記の通り第2の隔壁にガイドされて生成された冷却液の旋回流が、冷却液出口側まで維持される。すなわち、冷却液は、螺旋溝に沿って冷却液流路を第2の隔壁側から第1の隔壁側に向けて螺旋状に流れる。これにより、冷却液とガス管との接触時間(面積)が一層増加し、熱交換効率が一層向上する。   In the heat exchanger according to claim 5, since the spiral groove is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical container, the swirling flow of the cooling liquid generated by being guided by the second partition wall as described above reaches the cooling liquid outlet side. Maintained. In other words, the coolant flows spirally along the spiral groove from the second partition side to the first partition side. Thereby, the contact time (area) between the coolant and the gas pipe is further increased, and the heat exchange efficiency is further improved.

請求項6記載の発明に係る熱交換器は、請求項1乃至請求項5の何れか1項記載の熱交換器において、前記複数のガス管における各ガス入口側の端部に、それぞれのガス管内部にガスを誘い込むガイド部を形成した。   A heat exchanger according to a sixth aspect of the present invention is the heat exchanger according to any one of the first to fifth aspects, wherein each gas is provided at each gas inlet side end of the plurality of gas pipes. A guide part for guiding gas into the tube was formed.

請求項6記載の熱交換器では、各ガス管のガス入口側端部に設けたガイド部が、それぞれのガス管内にガスを誘い込む。このため、各ガス管へのガス流入抵抗が低減して該導入効率が向上する。すなわち、熱交換器によるガスの圧力損失が低減してガス流量が増すことになり、ガスと冷却液との熱交換効率が向上する。なお、ガイド部としては、例えば、各ガス管のガス入口側端部をテーパ状に拡径したフレア形状等を採用することができる。   In the heat exchanger according to the sixth aspect, the guide portion provided at the gas inlet side end of each gas pipe draws the gas into each gas pipe. For this reason, the gas inflow resistance to each gas pipe is reduced and the introduction efficiency is improved. That is, the pressure loss of the gas due to the heat exchanger is reduced and the gas flow rate is increased, and the heat exchange efficiency between the gas and the coolant is improved. In addition, as a guide part, the flare shape etc. which expanded the gas inlet side edge part of each gas pipe in the taper shape etc. are employable, for example.

請求項7記載の発明に係る熱交換装置は、請求項1乃至請求項6の何れか1項記載の熱交換器と、前記円筒状容器又は筒状容器と同軸的に設けられ、前記熱交換器におけるガス入口にガスを導入するガス導入管と、前記ガス導入管に、流れ方向を変化させながらガスを導入するガス供給管と、を備え、前記ガス導入管の内周面に、前記ガス供給管から前記熱交換器に向かう螺旋状に形成された螺旋状ガイド部を設けた。   A heat exchange device according to a seventh aspect of the present invention is provided coaxially with the heat exchanger according to any one of the first to sixth aspects and the cylindrical container or the cylindrical container, and the heat exchange device. A gas introduction pipe for introducing gas into a gas inlet of the gas generator; and a gas supply pipe for introducing gas while changing a flow direction in the gas introduction pipe, and the gas introduction pipe is provided on an inner peripheral surface of the gas introduction pipe. A spiral guide portion formed in a spiral shape from the supply pipe toward the heat exchanger was provided.

請求項7記載の熱交換装置では、ガス供給管、ガス導入管をこの順に経由して熱交換器にガスが導入される。ガスが導入された熱交換器では、複数のガス管をそれぞれガスが通過すると共に、これらのガス管を収容した円筒状容器を冷却液が通過することで、ガス管の管壁を介してガスと冷却液との熱交換が行われる。   In the heat exchange device according to the seventh aspect, the gas is introduced into the heat exchanger through the gas supply pipe and the gas introduction pipe in this order. In the heat exchanger into which the gas is introduced, the gas passes through the plurality of gas pipes, and the cooling liquid passes through the cylindrical container containing the gas pipes, so that the gas passes through the pipe wall of the gas pipe. Heat exchange with the coolant.

ここで、ガス供給管からガスが流れ方向を変化しつつ(例えば、略90°曲がりながら)流入してくるガス導入管の内周面に螺旋溝を設けたため、熱交換器(ガス入口ヘッダなど)に導入されるガスに旋回流が生じる。このため、ガスは、各ガス管に分岐する前の状態で、円筒状容器又は筒状容器の径方向各部の流速が均一化される(ガス導入管の軸線方向成分だけを考慮するとプラグフローに近い状態になる)。このため、複数のガス管の流量が均一化されて熱交換効率が向上する。   Here, since the spiral groove is provided on the inner peripheral surface of the gas introduction pipe into which the gas flows from the gas supply pipe while changing the flow direction (for example, while bending approximately 90 °), the heat exchanger (gas inlet header or the like) ) Produces a swirl flow. For this reason, in the state before the gas is branched into each gas pipe, the flow velocity of each part in the radial direction of the cylindrical container or the cylindrical container is equalized (considering only the axial direction component of the gas introduction pipe, Close). For this reason, the flow rates of the plurality of gas pipes are made uniform, and the heat exchange efficiency is improved.

このように、請求項7記載の熱交換装置では、ガスと冷却液との熱交換効率が良好である。   Thus, in the heat exchange device according to the seventh aspect, the heat exchange efficiency between the gas and the coolant is good.

請求項8記載の発明に係る熱交換装置は、請求項7記載の熱交換装置において、前記ガス供給管は、主ガス配管から分岐した分岐管であり、前記ガス導入管は、管壁が螺旋状に形成されることで前記螺旋状ガイド部が内周面に一体に形成されている。   The heat exchange apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the heat exchange apparatus according to the seventh aspect, wherein the gas supply pipe is a branch pipe branched from a main gas pipe, and the gas introduction pipe has a spiral pipe wall. The spiral guide portion is integrally formed on the inner peripheral surface.

請求項8記載の熱交換装置では、主ガス配管から分岐した分器官であるガス供給管からガス導入管を経由して、熱交換器にガスが導入される。ガス導入管は、その管壁自体が螺旋状に形成されて螺旋状ガイド部が一体に形成されているため、円筒管などと比較して剛性が低く変形し易い。このため、ガス導入管は、例えば主ガス配管とのガス流れの切り替え等によって該主ガス配管との間に温度差が生じた場合であっても、該温度差に基づく熱膨張差を自ら変形して吸収することができる。   In the heat exchange device according to the eighth aspect, the gas is introduced into the heat exchanger from the gas supply pipe, which is a branch organ branched from the main gas pipe, via the gas introduction pipe. Since the gas inlet pipe is formed in a spiral shape and the spiral guide portion is integrally formed, the gas introduction pipe is less rigid than the cylindrical pipe or the like and easily deforms. For this reason, even if the gas introduction pipe has a temperature difference with the main gas pipe due to, for example, switching of the gas flow with the main gas pipe, the thermal expansion difference based on the temperature difference is deformed by itself. Can be absorbed.

以上説明したように本発明に係る熱交換器は、ガスからの熱交換効率が良好であるという優れた効果を有する。   As described above, the heat exchanger according to the present invention has an excellent effect that heat exchange efficiency from gas is good.

本発明の第1の実施形態に係る熱交換器及び熱交換装置が適用された自動車の排気熱回収システム10について、図1乃至図6に基づいて説明する。まず、排気熱回収システム10の概略全体構成を説明し、次いで、本発明の要部である熱交換器としての排気熱回収用熱交換器50及び排気熱回収用熱交換器50の周辺を含む熱交換装置について説明する。   An automobile exhaust heat recovery system 10 to which a heat exchanger and a heat exchange device according to a first embodiment of the present invention are applied will be described with reference to FIGS. 1 to 6. First, the schematic overall configuration of the exhaust heat recovery system 10 will be described, and then the exhaust heat recovery heat exchanger 50 as a heat exchanger, which is a main part of the present invention, and the periphery of the exhaust heat recovery heat exchanger 50 are included. The heat exchange device will be described.

図5には、排気熱回収システム10の概略全体構成が模式図にて示されている。この図に示される如く、排気熱回収システム10は、自動車の内燃機関エンジン12の排気ガスが有する熱を回収して暖房やエンジン12の暖気促進等に利用する装置である。   FIG. 5 schematically shows the overall configuration of the exhaust heat recovery system 10. As shown in this figure, an exhaust heat recovery system 10 is a device that recovers heat of exhaust gas of an internal combustion engine 12 of an automobile and uses it for heating, warming promotion of the engine 12, or the like.

エンジン12には、排気ガスを導出する排気管14が接続されている。排気管14による排気ガスの排出経路上には、上流側から順に触媒システム16、メインマフラ18が配設されている。触媒システム16は、自動車の床下に配置され、内部に収容した触媒を通過する排気ガスを浄化する構成とされている。メインマフラ18は、排気ガスを自動車の外部である大気中に放出するのに伴って生じる排気音を低減するようになっている。   An exhaust pipe 14 for leading exhaust gas is connected to the engine 12. A catalyst system 16 and a main muffler 18 are arranged in this order from the upstream side on the exhaust gas discharge path by the exhaust pipe 14. The catalyst system 16 is disposed under the floor of an automobile and is configured to purify exhaust gas that passes through the catalyst accommodated therein. The main muffler 18 is configured to reduce exhaust noise that is generated when exhaust gas is released into the atmosphere outside the automobile.

この排気管14における触媒システム16とメインマフラ18との間からは、ガス供給管及びガス導入管としての分岐管20が分岐している。分岐管20は、後に詳述する排気熱回収用熱交換器50に排気ガスを導入する経路を形成している。排気熱回収用熱交換器50を通過した排気ガスは、合流管22を経由して、排気管14における触媒システム16とメインマフラ18との間で、かつ分岐管20の分岐部位よりも排気ガス流れ方向下流側の部分に合流している。   A branch pipe 20 as a gas supply pipe and a gas introduction pipe is branched from the catalyst system 16 and the main muffler 18 in the exhaust pipe 14. The branch pipe 20 forms a path for introducing the exhaust gas to the exhaust heat recovery heat exchanger 50 described in detail later. The exhaust gas that has passed through the heat exchanger 50 for exhaust heat recovery passes through the junction pipe 22, and is exhausted between the catalyst system 16 and the main muffler 18 in the exhaust pipe 14 and from the branch portion of the branch pipe 20. It joins the downstream part in the flow direction.

さらに、排気管14における分岐管20分岐部と合流管22の合流部との間には、排気ガスの流れを切り替える流路切替バルブ26が配設されている。流路切替バルブ26は、排気ガスが主に排気管14を通過する(排気管14と比較して圧力損失の大きい排気熱回収用熱交換器50には排気ガスが殆ど流れない)全開状態と、全排気ガスを排気熱回収用熱交換器50に導入する全閉状態とを選択に切り替え可能とされている。この流路切替バルブ26には、エンジン12の吸気側と接続されたバキューム路28が接続されている。バキューム路28には、アクチュエータ(負圧ダイヤフラム)30、バキュームスイッチングバルブ(VSV)32、及びバキュームタンク34が配設されている。   Further, a flow path switching valve 26 for switching the flow of the exhaust gas is disposed between the branch portion of the branch pipe 20 in the exhaust pipe 14 and the junction portion of the junction pipe 22. The flow path switching valve 26 is in a fully open state in which exhaust gas mainly passes through the exhaust pipe 14 (the exhaust gas hardly flows into the exhaust heat recovery heat exchanger 50 having a large pressure loss compared to the exhaust pipe 14). The fully closed state in which all exhaust gas is introduced into the exhaust heat recovery heat exchanger 50 can be switched to selection. A vacuum path 28 connected to the intake side of the engine 12 is connected to the flow path switching valve 26. In the vacuum path 28, an actuator (negative pressure diaphragm) 30, a vacuum switching valve (VSV) 32, and a vacuum tank 34 are disposed.

また、上記バキュームスイッチングバルブ32は図示しないエンジンECUに電気的に接続されており、その作動が制御されようになっている。具体的には、バキュームスイッチングバルブ32は、エンジンECUからの排気熱回収指令に基づいて作動してアクチュエータ30を作動させるようになっている。これにより、負圧が作用して流路切替バルブ26の開閉状態が切り替えられる構成である。   The vacuum switching valve 32 is electrically connected to an engine ECU (not shown) so that its operation is controlled. Specifically, the vacuum switching valve 32 is operated based on an exhaust heat recovery command from the engine ECU to operate the actuator 30. Thereby, the open / closed state of the flow path switching valve 26 is switched by the negative pressure acting.

排気熱回収用熱交換器50は、上記した排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行い、排気ガスの熱をエンジン冷却水に回収するようになっている。排気熱回収システム10は、エンジン冷却水の熱を暖房用に回収するフロントヒータコア36、リヤヒータコア38、及びエンジン冷却水をフロントヒータコア36、リヤヒータコア38に循環させるヒータ温水路40を備えている。フロントヒータコア36とリヤヒータコア38とは、並列に配置されている。そして、ヒータ温水路40におけるリヤヒータコア38の下流側に排気熱回収用熱交換器50が配置されている。この実施形態では、排気熱回収用熱交換器50は、フロントヒータコア36に対し並列でかつリヤヒータコア38に対し直列に配置されている。   The exhaust heat recovery heat exchanger 50 performs heat exchange between the exhaust gas and the engine cooling water, and recovers the heat of the exhaust gas into the engine cooling water. The exhaust heat recovery system 10 includes a front heater core 36 and a rear heater core 38 that recover the heat of the engine coolant for heating, and a heater hot water passage 40 that circulates the engine coolant to the front heater core 36 and the rear heater core 38. The front heater core 36 and the rear heater core 38 are arranged in parallel. An exhaust heat recovery heat exchanger 50 is disposed downstream of the rear heater core 38 in the heater hot water passage 40. In this embodiment, the exhaust heat recovery heat exchanger 50 is arranged in parallel to the front heater core 36 and in series to the rear heater core 38.

したがって、排気熱回収システム10では、図5のヒータ温水路40上に示す矢印の通りエンジン冷却水が流れるようになっている。すなわち、エンジン16を通った高温の温水がフロントヒータコア36及びリヤヒータコア38を通る際に熱交換されて暖房に利用され、リヤヒータコア38にて降温されたエンジン冷却水が排気熱回収用熱交換器50に導入されて上記排気ガスと熱交換して排気ガスを冷却する構成である。排気熱回収用熱交換器50を通過してエンジン冷却水は、フロントヒータコア36を通過したエンジン冷却水と共にエンジン12に戻されるようになっている。このように、排気熱回収用熱交換器50は、例えば暖房機能の観点からは、エンジン12によって加熱される前のエンジン冷却水を予熱する予熱器として機能する構成である。   Therefore, in the exhaust heat recovery system 10, the engine cooling water flows as indicated by the arrows on the heater hot water passage 40 in FIG. That is, when hot hot water that has passed through the engine 16 passes through the front heater core 36 and the rear heater core 38, heat is exchanged and used for heating, and engine cooling water that has been cooled at the rear heater core 38 is used as an exhaust heat recovery heat exchanger. 50, the exhaust gas is cooled by exchanging heat with the exhaust gas. The engine coolant passing through the exhaust heat recovery heat exchanger 50 is returned to the engine 12 together with the engine coolant passing through the front heater core 36. Thus, the exhaust heat recovery heat exchanger 50 is configured to function as a preheater that preheats the engine coolant before being heated by the engine 12 from the viewpoint of the heating function, for example.

また、図6(A)に示される如く、排気管14における触媒システム16とメインマフラ18との間は、他の部分より低位とされた凝縮水溜り部42とされている。排気管14における凝縮水溜り部42に対しメインマフラ18側の下流側水平部44の最下部44Aは、凝縮水溜り部42の最下部42Aと最上部42Bとの間の高位とされ、凝縮水溜り部42に対し触媒システム16側の上流側水平部46の最下部46Aは下流側水平部44の最下部44Aよりも高位とされている。これにより、凝縮水溜り部42に溜まる凝縮水の最高位は、下流側水平部44の最下部44Aとなり、凝縮水溜り部42の最上部42Bとの間にはクリアランスCが確保され、凝縮水が排気管14を閉塞することが防止される構成である。   Further, as shown in FIG. 6A, a condensate water reservoir 42 between the catalyst system 16 and the main muffler 18 in the exhaust pipe 14 is lower than the other parts. The lowermost portion 44A of the downstream horizontal portion 44 on the main muffler 18 side with respect to the condensed water reservoir 42 in the exhaust pipe 14 is set to a higher position between the lowermost portion 42A and the uppermost portion 42B of the condensed water reservoir 42, and the condensed water The lowermost portion 46 </ b> A of the upstream horizontal portion 46 on the catalyst system 16 side is higher than the lowermost portion 44 </ b> A of the downstream horizontal portion 44 with respect to the reservoir portion 42. Thereby, the highest level of the condensed water accumulated in the condensed water reservoir 42 becomes the lowermost portion 44A of the downstream horizontal portion 44, and a clearance C is secured between the uppermost portion 42B of the condensed water reservoir 42 and the condensed water. This prevents the exhaust pipe 14 from being blocked.

これにより、排気管14の閉塞(特に凍結による管路閉塞)に伴うエンジン12のトラブル発生が防止される。また、排気熱回収システム10では、凝縮水が触媒システム16側に流れ込むことが防止されると共に、メインマフラ18の後方への排気脈動によって凝縮水をメインマフラ18下流すなわち大気中に吹き飛ばすことができる構成とされている。これにより、高温の触媒が低温の凝縮水に接触してヒートショックによって割れることが防止される。なお、図6(B)に示す如くメインマフラ18の負圧によって凝縮水溜り部42の凝縮水を排出するドレンパイプ48を設けても良い。   As a result, troubles in the engine 12 due to blockage of the exhaust pipe 14 (particularly pipeline blockage due to freezing) are prevented. Further, in the exhaust heat recovery system 10, the condensed water is prevented from flowing to the catalyst system 16 side, and the condensed water can be blown downstream of the main muffler 18, that is, into the atmosphere by the exhaust pulsation behind the main muffler 18. It is configured. This prevents the high temperature catalyst from coming into contact with the low temperature condensed water and cracking by heat shock. As shown in FIG. 6B, a drain pipe 48 that discharges the condensed water in the condensed water reservoir 42 by the negative pressure of the main muffler 18 may be provided.

(排気熱回収用熱交換器の構成)
図2には、排気熱回収用熱交換器50の概略全体構成を模式的に示す軸線方向に沿った断面図が示されている。この図に示す矢印A方向は、排気ガスのマクロ的な流れ方向を示しており、以下の説明では、矢印Aが示す側をガス下流側、矢印Aとは反対側をガス上流側ということとする。他の図に矢印Aを示す場合も同様である。
(Configuration of heat exchanger for exhaust heat recovery)
FIG. 2 is a cross-sectional view along the axial direction schematically showing the overall configuration of the exhaust heat recovery heat exchanger 50. The direction of arrow A shown in this figure indicates the macro flow direction of the exhaust gas. In the following description, the side indicated by arrow A is the gas downstream side, and the side opposite to arrow A is the gas upstream side. To do. The same applies to the case where the arrow A is shown in other drawings.

図2に示される如く、排気熱回収用熱交換器50は、筒状容器又は円筒状容器としてのシェル52を備えている。シェル52は、両端(ガス上下流共に)開口の円筒状に形成されている。このシェル52内には、複数のガス管としての排気ガス管54が挿設されている。複数の排気ガス管54は、それぞれのガス上流側端部が第1隔壁部材56を貫通して該第1隔壁部材56に固定されている。また、複数の排気ガス管54は、それぞれのガス下流側端部が第2隔壁部材58を貫通して該第2隔壁部材58に固定されている。この状態では、各排気ガス管54が互いに平行に保持されている。   As shown in FIG. 2, the exhaust heat recovery heat exchanger 50 includes a cylindrical container or a shell 52 as a cylindrical container. The shell 52 is formed in a cylindrical shape having openings at both ends (both gas upstream and downstream). An exhaust gas pipe 54 as a plurality of gas pipes is inserted in the shell 52. Each of the plurality of exhaust gas pipes 54 is fixed to the first partition member 56 through the first partition member 56 at the upstream end of each gas. Further, the plurality of exhaust gas pipes 54 are fixed to the second partition wall member 58 through the second partition wall member 58 at their respective downstream end portions. In this state, the exhaust gas pipes 54 are held parallel to each other.

そして、第1隔壁部材56は、シェル52のガス上流端近に水密及び気密状態(許容圧力に対する水密又は気密、以下同じ)で嵌合しており、第2隔壁部材58はシェル52のガス下流端に水密及び気密状態で嵌合している。これにより、各排気ガス管54は、それぞれシェル52の長手方向に沿って(シェル52の軸線方向に平行に)配置されている。シェル52内における第1隔壁部材56と第2隔壁部材とに挟まれた空間が、エンジン冷却水が流れる冷却水流路52Aとされている。また、シェル52に固定された第1隔壁部材56、第2隔壁部材58が、本発明における第1の隔壁、第2の隔壁に相当する。   The first partition member 56 is fitted in the vicinity of the gas upstream end of the shell 52 in a watertight and airtight state (watertight or airtight for an allowable pressure, the same applies hereinafter), and the second partition member 58 is gas downstream of the shell 52. The end is fitted in a watertight and airtight state. Thereby, each exhaust gas pipe 54 is arranged along the longitudinal direction of the shell 52 (parallel to the axial direction of the shell 52). A space between the first partition member 56 and the second partition member in the shell 52 is a cooling water flow path 52A through which engine cooling water flows. The first partition member 56 and the second partition member 58 fixed to the shell 52 correspond to the first partition and the second partition in the present invention.

また、シェル52のガス上流側端部には、ガス入口ヘッダ部材60が固着されている。ガス入口ヘッダ部材60は、略テーパ筒状(コニカル状)に形成されており、大径側であるガス下流側の端部がシェル52のガス上流端すなわち第1隔壁部材56の固定側に水密及び気密状態で固着されている。一方、シェル52の下流側端部には、ガス出口ヘッダ部材62が固着されている。ガス出口ヘッダ部材62は、略テーパ筒状(コニカル状)に形成されており、大径側であるガス上流側の端部がシェル52の下流端すなわち第2隔壁部材58の固定側に水密及び気密状態で固着されている。これにより、排気熱回収用熱交換器50のガス上流端にガス入口ヘッダ60Aが形成されると共に、排気熱回収用熱交換器50のガス下流端にガス出口ヘッダ62Aが形成されており、これらのガス入口ヘッダ60Aとガス出口ヘッダ62Aとは各排気ガス管54を通じて互いに連通している。   A gas inlet header member 60 is fixed to the gas upstream end of the shell 52. The gas inlet header member 60 is formed in a substantially tapered cylindrical shape (conical shape), and the end portion on the gas downstream side, which is the large diameter side, is watertight to the gas upstream end of the shell 52, that is, the fixed side of the first partition wall member 56. And it is fixed in an airtight state. On the other hand, a gas outlet header member 62 is fixed to the downstream end of the shell 52. The gas outlet header member 62 is formed in a substantially tapered cylindrical shape (conical shape), and the end portion on the gas upstream side, which is the large diameter side, is water-tight and the downstream end of the shell 52, that is, the fixed side of the second partition wall member 58. It is fixed in an airtight state. Thereby, the gas inlet header 60A is formed at the gas upstream end of the exhaust heat recovery heat exchanger 50, and the gas outlet header 62A is formed at the gas downstream end of the exhaust heat recovery heat exchanger 50. The gas inlet header 60A and the gas outlet header 62A communicate with each other through the exhaust gas pipes 54.

さらに、ガス入口ヘッダ部材60のガス上流側(小径側)開口端は分岐管20の下流端に接続されており、ガス出口ヘッダ部材62のガス下流側(小径側)開口端は合流管22の上流端に接続されている。これにより、排気熱回収用熱交換器50のガス側には、排気管14から分岐管20を経由して排気ガスが導入され、各排気ガス管54を通過した排気ガスが合流管22に排出される構成とされている。   Further, the gas upstream side (small diameter side) opening end of the gas inlet header member 60 is connected to the downstream end of the branch pipe 20, and the gas downstream side (small diameter side) opening end of the gas outlet header member 62 is connected to the joining pipe 22. Connected to the upstream end. As a result, exhaust gas is introduced from the exhaust pipe 14 via the branch pipe 20 to the gas side of the exhaust heat recovery heat exchanger 50, and the exhaust gas that has passed through each exhaust gas pipe 54 is discharged to the junction pipe 22. It is supposed to be configured.

一方、シェル52におけるガス下流端近傍の外周部には、冷却水流路52Aに冷却水を導入するための冷却水入口パイプ64が取り付けられており、シェル52のガス上流端近傍の外周部には、冷却水流路52Aから器外へ冷却水を排出するための冷却水出口パイプ66がシェル52の筒壁を貫通して取り付けられている。これらの冷却水入口パイプ64、冷却水出口パイプ66が上記ヒータ温水路40に接続されることで、排気熱回収用熱交換器50は、上記の通り、エンジン冷却水の流れに対してリヤヒータコア38の下流で直列に配置されている。   On the other hand, a cooling water inlet pipe 64 for introducing cooling water into the cooling water flow path 52A is attached to the outer periphery of the shell 52 near the gas downstream end, and the outer periphery of the shell 52 near the gas upstream end is attached to the outer periphery of the shell 52. A cooling water outlet pipe 66 for discharging the cooling water from the cooling water flow path 52 </ b> A to the outside of the apparatus is attached through the cylindrical wall of the shell 52. By connecting the cooling water inlet pipe 64 and the cooling water outlet pipe 66 to the heater hot water passage 40, the exhaust heat recovery heat exchanger 50 is configured so that the rear heater core with respect to the flow of engine cooling water as described above. 38 is arranged in series downstream of 38.

以上により、排気熱回収用熱交換器50は、シェル52のガス上流側から導入されてガス下流側に排出される排気ガスと、シェル52のガス下流側から導入されてガス上流側から排出されるエンジン冷却水とで熱交換を行う、多管式(シェルアンドチューブタイプ)の向流型熱交換器とされている。   As described above, the exhaust heat recovery heat exchanger 50 is introduced from the gas upstream side of the shell 52 and discharged to the gas downstream side, and is introduced from the gas downstream side of the shell 52 and discharged from the gas upstream side. It is a multi-tube (shell and tube type) countercurrent heat exchanger that exchanges heat with the engine coolant.

そして、図1に一部切り欠いた側面図にて示される如く、この排気熱回収用熱交換器50のシェル52は、内周面に螺旋状ガイド部としての螺旋溝52Bが形成されている。螺旋溝52Bは、シェル52の筒壁自体を1条の螺旋に沿って(スパイラル状に)凸凹に成形することで、該シェル52に一体に形成されている。このため、シェル52は、その外周面にも螺旋溝52Cが形成されており、シェル壁の肉厚が各部で略一定である。なお、図1におけるシェル52の切欠部分では、排気ガス管54を想像線で示している。   1, the shell 52 of the exhaust heat recovery heat exchanger 50 has a spiral groove 52B as a spiral guide portion formed on the inner peripheral surface thereof. . The spiral groove 52 </ b> B is formed integrally with the shell 52 by forming the cylindrical wall itself of the shell 52 to be uneven along a single spiral (in a spiral shape). For this reason, the shell 52 has a spiral groove 52C formed on the outer peripheral surface thereof, and the thickness of the shell wall is substantially constant in each part. In addition, in the notch part of the shell 52 in FIG. 1, the exhaust gas pipe 54 is shown with the imaginary line.

また、図3に模式図にて示される如く、冷却水入口パイプ64、冷却水出口パイプ66は、それぞれの一方の開口端がシェル52内に入り込んでいる。シェル52の径方向に略沿ってエンジン冷却水を導入する冷却水入口パイプ64におけるシェル52内に入り込んだ開口端は、軸線方向に対し傾斜してカットされることで開口面64Aがシェル52の軸心及び周方向を共に向くようになっている。これにより、冷却水入口パイプ64からシェル52内に導入され複数の排気ガス管54にぶつかるエンジン冷却水は、流れ方向がシェル52の周方向一方側に案内されて、螺旋溝52Bに倣う流れ(旋回流)を生成するようになっている。   Further, as shown in the schematic diagram of FIG. 3, the cooling water inlet pipe 64 and the cooling water outlet pipe 66 have respective one open ends entering the shell 52. The opening end of the cooling water inlet pipe 64 that introduces engine cooling water substantially along the radial direction of the shell 52 and cut into the shell 52 is cut so as to be inclined with respect to the axial direction, so that the opening surface 64 </ b> A is formed on the shell 52. Both the axial center and the circumferential direction are directed. As a result, the engine coolant introduced into the shell 52 from the coolant inlet pipe 64 and colliding with the plurality of exhaust gas pipes 54 is guided in the circumferential direction of the shell 52 and flows following the spiral groove 52B ( Swirl flow) is generated.

一方、シェル52の径方向に略沿ってエンジン冷却水を導出する冷却水出口パイプ66は、螺旋溝52Bに沿って流れてきたエンジン冷却水を受け入れる(受け止める)方向に、シェル52内に入り込んでいる開口端の開口面64Aを向けている。この開口面64Aは、冷却水出口パイプ66におけるシェル52内に入り込んでいる開口端部を軸線方向に対し傾斜してカットすることで形成されている。   On the other hand, the cooling water outlet pipe 66 for leading the engine cooling water substantially along the radial direction of the shell 52 enters the shell 52 in a direction for receiving (receiving) the engine cooling water flowing along the spiral groove 52B. The opening surface 64A at the open end is directed. The opening surface 64 </ b> A is formed by cutting the opening end portion of the cooling water outlet pipe 66 entering the shell 52 so as to be inclined with respect to the axial direction.

以上により排気熱回収用熱交換器50では、冷却水入口パイプ64からシェル52内に導入されたエンジン冷却水が螺旋溝52Bに沿って流れる旋回流を生成し、冷却水出口パイプ66から排出されるようになっている。   As described above, in the heat exchanger 50 for exhaust heat recovery, the engine coolant introduced into the shell 52 from the coolant inlet pipe 64 generates a swirling flow that flows along the spiral groove 52B, and is discharged from the coolant outlet pipe 66. It has become so.

さらに、図2に示される如く、排気熱回収用熱交換器50では、第1隔壁部材56におけるガス入口ヘッダ60Aに臨む面が、該ガス入口ヘッダ60A側に凸の曲面状に形成された凸曲面56Aとされている。凸曲面56Aは、この実施形態では球面とされている。第1隔壁部材56における冷却水流路52Aに臨む面は、シェル52の軸線に対する直交面に沿う略平坦面とされている。一方、第2隔壁部材58は、略円板状に形成されており、ガス出口ヘッダ62Aに臨む面及び冷却水流路52A臨む面の双方がシェル52の軸線に対する直交面に沿う略平坦面とされている。   Further, as shown in FIG. 2, in the heat exchanger 50 for exhaust heat recovery, the surface facing the gas inlet header 60A of the first partition member 56 is formed as a convex curved surface on the gas inlet header 60A side. The curved surface 56A is used. The convex curved surface 56A is a spherical surface in this embodiment. A surface of the first partition member 56 facing the cooling water flow path 52 </ b> A is a substantially flat surface along a plane orthogonal to the axis of the shell 52. On the other hand, the second partition wall member 58 is formed in a substantially disk shape, and both the surface facing the gas outlet header 62A and the surface facing the cooling water flow path 52A are substantially flat surfaces along a plane orthogonal to the axis of the shell 52. ing.

これにより、排気熱回収用熱交換器50は、多数の排気ガス管54のうち、シェル52の軸心に近い排気ガス管54ほど長く、シェル52の内周面(螺旋溝52B)に近い排気ガス管54ほど短い構成とされている。このため、分岐管20からガス入口ヘッダ60Aに導入された排気ガスが、第1隔壁部材56を第2隔壁部材58と同様の円板状に形成した構成と比較して、シェル52の周辺部の排気ガス管54内を流れ易い(軸心側の排気ガス管54と周辺部の排気ガス管54との排気ガス流量の差が小さくなる)構成とされている。   As a result, the exhaust heat recovery heat exchanger 50 is longer in the exhaust gas pipe 54 nearer to the axial center of the shell 52 among the many exhaust gas pipes 54 and closer to the inner peripheral surface (spiral groove 52B) of the shell 52. The gas pipe 54 has a shorter configuration. For this reason, the exhaust gas introduced from the branch pipe 20 into the gas inlet header 60A has a peripheral portion of the shell 52 as compared with the configuration in which the first partition member 56 is formed in a disk shape similar to the second partition member 58. In the exhaust gas pipe 54 (the difference in the exhaust gas flow rate between the exhaust gas pipe 54 on the axial center side and the exhaust gas pipe 54 in the peripheral portion is reduced).

図2に一部示す如く、各排気ガス管54は、外周面がスパイラル状に形成されており、冷却水との接触面積を増した構成とされている。なお、外周面をスパイラル状に形成することに代えて、伝熱フィン等を取り付けても良い。また、この図2に示す如く、各排気ガス管54におけるガス入口ヘッダ60Aにおいて開口するガス入口側開口端には、それぞれ排気ガスを誘い込むガイド部としてのフレア部54Aが形成されている。上記の通り略球面状に形成された第1隔壁部材56の凸曲面56Aに略沿って開口する各排気ガス管54に効果的に排気ガスを誘い込むために、図4に示される如く、シェル52の軸心側に位置する排気ガス管54のフレア部54Aは軸対称なテーパ状に形成し、シェル52の周辺部に配置される排気ガス管54のフレア部54Aはシェル52の径方向外側部分をガス上流側に延設して排気ガスを確実に誘い込む形状に形成にしている。   As shown in part in FIG. 2, each exhaust gas pipe 54 has a spiral outer peripheral surface, and has a configuration in which the contact area with the cooling water is increased. Instead of forming the outer peripheral surface in a spiral shape, a heat transfer fin or the like may be attached. Further, as shown in FIG. 2, a flare portion 54A as a guide portion for guiding the exhaust gas is formed at each gas inlet side opening end opened in the gas inlet header 60A of each exhaust gas pipe 54. As shown in FIG. 4, in order to effectively draw the exhaust gas into each exhaust gas pipe 54 opened substantially along the convex curved surface 56 </ b> A of the first partition wall member 56 formed in a substantially spherical shape as described above, as shown in FIG. The flare portion 54A of the exhaust gas pipe 54 located on the axial center side of the exhaust gas pipe 54 is formed in an axially symmetrical taper shape, and the flare portion 54A of the exhaust gas pipe 54 disposed in the peripheral portion of the shell 52 is a radially outer portion of the shell 52. Is extended to the upstream side of the gas so that the exhaust gas is surely drawn in.

また、図1に示される如く、排気管14から排気熱回収用熱交換器50に排気ガスを導く分岐管20は、排気管14から分岐したガス供給管としてのガス分岐管68と、ガス分岐管68と排気熱回収用熱交換器50との間に位置し該排気熱回収用熱交換器50(シェル52)の軸線方向に沿うガス導入管70とで構成されている。ガス分岐管68の軸線方向は、ガス導入管70(排気熱回収用熱交換器50)の軸線方向に対し交差する方向とされており、この実施形態ではガス分岐管68の軸線とガス導入管70の軸線との成す角が略直角とされている。   Further, as shown in FIG. 1, the branch pipe 20 for leading the exhaust gas from the exhaust pipe 14 to the exhaust heat recovery heat exchanger 50 includes a gas branch pipe 68 as a gas supply pipe branched from the exhaust pipe 14 and a gas branch. The gas inlet pipe 70 is positioned between the pipe 68 and the exhaust heat recovery heat exchanger 50 and extends along the axial direction of the exhaust heat recovery heat exchanger 50 (shell 52). The axial direction of the gas branch pipe 68 is a direction that intersects with the axial direction of the gas introduction pipe 70 (exhaust heat recovery heat exchanger 50). In this embodiment, the axis of the gas branch pipe 68 and the gas introduction pipe The angle formed by the 70 axis is a substantially right angle.

そして、ガス導入管70は、その内周面に螺旋状ガイド部としての螺旋溝70Aが形成されている。これにより、ガス分岐管68とガス導入管との間のコーナー部68Aで流れ方向を変えつつガス導入管70に流れ込む(コーナー部68Aにおける大径側で流量が大きい)排気ガスは、ガス導入管70の螺旋溝70Aに案内されて旋回流を生成するようになっている。このため、ガス導入管70をマクロ的には(軸線方向の成分だけ考慮すると)下流に向けて通過する排気ガスは、その流速(流量)分布がガス導入管70の径方向各部で均一化されるようになっている。さらに、この排気ガスが排気熱回収用熱交換器50のテーパ状に形成されたガス入口ヘッダ60Aに導入されて流れが拡張されることから、該ガス入口ヘッダ60A内では流速分布が一層均一化される構成である。また、ガス導入管70は、その管壁自体が螺旋状に形成されており、外周面には螺旋溝70Aの溝底間を溝底とする螺旋溝70Bが形成されている。すなわち、ガス導入管70は、管壁各部の肉厚が略一定のスパイラル管にて構成されている。   The gas introduction pipe 70 is formed with a spiral groove 70A as a spiral guide portion on the inner peripheral surface thereof. Accordingly, the exhaust gas flowing into the gas introduction pipe 70 while changing the flow direction at the corner portion 68A between the gas branch pipe 68 and the gas introduction pipe (the flow rate is large on the large diameter side in the corner portion 68A) It is guided by 70 spiral grooves 70A to generate a swirling flow. For this reason, the exhaust gas passing through the gas introduction pipe 70 in the macro direction (considering only the component in the axial direction) has a uniform flow velocity (flow rate) distribution in each radial part of the gas introduction pipe 70. It has become so. Further, since the exhaust gas is introduced into the tapered gas inlet header 60A of the exhaust heat recovery heat exchanger 50 and the flow is expanded, the flow velocity distribution is more uniform in the gas inlet header 60A. It is the composition which is done. In addition, the gas introduction pipe 70 has a spiral pipe wall itself, and a spiral groove 70B is formed on the outer peripheral surface with the groove bottom between the groove bottoms of the spiral groove 70A. That is, the gas introduction pipe 70 is constituted by a spiral pipe having a substantially constant wall thickness at each part of the pipe wall.

なお、排気熱回収用熱交換器50と共に本発明における熱交換装置を構成する分岐管20のうち、ガス導入管70を排気熱回収用熱交換器50(本発明における熱交換器)側の部品として把握しても良いことは言うまでもない。   Of the branch pipes 20 constituting the heat exchange device in the present invention together with the exhaust heat recovery heat exchanger 50, the gas introduction pipe 70 is a component on the exhaust heat recovery heat exchanger 50 (heat exchanger in the present invention) side. Needless to say, it is possible to grasp as.

以上説明した排気熱回収用熱交換器50では、シェル52、各排気ガス管54、第1及び第2隔壁部材56、58、冷却水入口パイプ64、及び冷却水出口パイプ66等のエンジン冷却水に接触する部品・部分の材質を、ヒータ温水路40の材質と共にオーステナイト系ステンレス鋼としている。これらの部品・部分は、車両走行に伴う振動や路面入力による応力が小さく(98MPa以下)く、温度も低い(65℃以下)く、オーステナイト系ステンレス鋼に特有の応力腐食割れや熱応力の負荷の問題が生じないため、低温での耐腐食性の良好なオーステナイト系ステンレス鋼を採用している。一方、エンジン冷却水に触れず排気ガスに接触する部位、例えばガス入口ヘッダ部材60、ガス出口ヘッダ部材62、分岐管20(ガス分岐管68、ガス導入管70)等の材質は、排気管14の材質と共に、上記したオーステナイト系ステンレス鋼に特有の問題が生じない、すなわち高温における耐腐食性の良好なフェライト系ステンレス鋼が採用されている。これにより、排気熱回収システム10を含む排気系の耐久信頼性が確保されている。   In the exhaust heat recovery heat exchanger 50 described above, the engine cooling water such as the shell 52, the exhaust gas pipes 54, the first and second partition members 56, 58, the cooling water inlet pipe 64, and the cooling water outlet pipe 66 are provided. The material of the parts and parts that come into contact with the heater is made of austenitic stainless steel together with the material of the heater hot water channel 40. These parts / parts have low stress (98MPa or less) due to vibration and road surface input caused by vehicle running, low temperature (65 ° C or less), stress corrosion cracking and thermal stress load peculiar to austenitic stainless steel. Therefore, austenitic stainless steel with good corrosion resistance at low temperatures is used. On the other hand, the parts such as the gas inlet header member 60, the gas outlet header member 62, the branch pipe 20 (the gas branch pipe 68 and the gas introduction pipe 70) which are in contact with the exhaust gas without touching the engine coolant are made of the exhaust pipe 14. In addition to the above materials, a ferritic stainless steel that does not cause a problem peculiar to the above-described austenitic stainless steel, that is, has good corrosion resistance at high temperatures is employed. Thereby, the durability reliability of the exhaust system including the exhaust heat recovery system 10 is ensured.

また、例えば排気熱回収用熱交換器50の使用温度又は設計温度が高くなる場合や設計応力が高くなる場合には、オーステナイト系ステンレス鋼にて構成した部品・部分に塗装を施すようにしている。塗装は通常の塗装及び電着塗装(カチオン塗装)を共に施すようになっている。これらの塗装は、特に塩の散布地区において塩素の付着による塩害腐食を防止することに寄与する。さらに、車両の使用環境が特に厳しい場合には、オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼との溶接部(シェル52と入口ヘッダ部材60及び出口ヘッダ部材62との溶接部)に溶接後熱処理として応力除去焼き鈍し処理を施し、該溶接部及び熱影響部の初期応力(残留応力)を緩和するようにしている。これにより、オーステナイト系ステンレス鋼に特有の溶接(熱影響)に伴う組織の鋭敏化を防止している。   For example, when the use temperature or design temperature of the heat exchanger 50 for exhaust heat recovery becomes high or the design stress becomes high, the parts / parts made of austenitic stainless steel are coated. . As for painting, both normal painting and electrodeposition painting (cationic painting) are applied. These coatings contribute to the prevention of salt corrosion due to the adhesion of chlorine, particularly in the salt spray area. Furthermore, when the environment of use of the vehicle is particularly severe, stress as a post-weld heat treatment is applied to a welded portion of austenitic stainless steel and ferritic stainless steel (welded portion of the shell 52, the inlet header member 60, and the outlet header member 62). Removal annealing is performed to relieve the initial stress (residual stress) of the welded part and the heat affected zone. Thereby, the sensitization of the structure | tissue accompanying the welding (thermal influence) peculiar to austenitic stainless steel is prevented.

図6(A)又は図6(B)に示される如く、排気熱回収用熱交換器50は、その最低部50Aが排気管14の下流側水平部44の最下部44A、すなわち凝縮水溜り部42に溜まる凝縮水の最高位よりも高位になるように配置されている。これにより、排気熱回収用熱交換器50内に凝縮水が導入されてしまうことが防止されるようになっている。この機能は、分岐管20及び合流管22の水平部分の最低部が上記最低部44Aよりも高位であれば果たされるが、この実施形態では、上記配置を採用して信頼性を向上している。   As shown in FIG. 6 (A) or 6 (B), the heat exchanger 50 for exhaust heat recovery has a lowest part 50A of the lowermost part 44A of the downstream horizontal part 44 of the exhaust pipe 14, that is, a condensed water reservoir. It is arranged so as to be higher than the highest level of condensed water accumulated in 42. This prevents the condensed water from being introduced into the exhaust heat recovery heat exchanger 50. This function is performed if the lowest part of the horizontal part of the branch pipe 20 and the junction pipe 22 is higher than the lowest part 44A. In this embodiment, the above arrangement is employed to improve the reliability. .

次に、本第1の実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of the first embodiment will be described.

上記構成の排気熱回収システム10では、エンジンECUからの排気熱回収指令に基づいてアクチュエータ30が作動すると、バキューム路28に負圧が作用して流路切替バルブ26が閉じて排気管14を閉止する。すると、排気ガスが分岐管20を経由して排気熱回収用熱交換器50に導入され、この排気ガスは排気熱回収用熱交換器50を通過して合流管22を経由して排気管14に戻り、メインマフラ18にて消音された後に大気中に排出される。すなわち、排気ガスが排気熱回収用熱交換器50の各排気ガス管54を通過する流れが形成される。   In the exhaust heat recovery system 10 having the above configuration, when the actuator 30 is operated based on an exhaust heat recovery command from the engine ECU, negative pressure acts on the vacuum path 28 to close the flow path switching valve 26 and close the exhaust pipe 14. To do. Then, the exhaust gas is introduced into the exhaust heat recovery heat exchanger 50 via the branch pipe 20, and the exhaust gas passes through the exhaust heat recovery heat exchanger 50 and passes through the junction pipe 22 to the exhaust pipe 14. Returning to step 2, the sound is silenced by the main muffler 18 and then discharged into the atmosphere. That is, a flow is formed in which the exhaust gas passes through each exhaust gas pipe 54 of the exhaust heat recovery heat exchanger 50.

一方、ウォータポンプの作動によってエンジン冷却水がヒータ温水路40を循環する。このヒータ温水路上に配置されている排気熱回収用熱交換器50の冷却水流路52Aには、冷却水入口パイプ64から導入され、冷却水出口パイプ66から導出されるエンジン冷却水の流れが形成される。このエンジン冷却水が各排気ガス管54のスパイラル上の管壁を介して排気ガスと熱交換を行い、該排気ガスが有する熱を回収する。一方、排気ガスは降温される。このため、排気熱回収用熱交換器50は、排気ガスの排気音低減、背圧低減を行うサブマフラとして機能する。   On the other hand, the engine cooling water circulates in the heater hot water passage 40 by the operation of the water pump. A flow of engine cooling water introduced from the cooling water inlet pipe 64 and led out from the cooling water outlet pipe 66 is formed in the cooling water flow path 52A of the exhaust heat recovery heat exchanger 50 arranged on the heater hot water path. Is done. This engine cooling water exchanges heat with the exhaust gas through the pipe wall on the spiral of each exhaust gas pipe 54, and recovers the heat of the exhaust gas. On the other hand, the temperature of the exhaust gas is lowered. Therefore, the exhaust heat recovery heat exchanger 50 functions as a sub-muffler that reduces exhaust gas exhaust noise and back pressure.

ここで、排気熱回収用熱交換器50では、シェル52の内面に螺旋溝52Bが形成され、このシェル52には冷却水入口パイプ64によって軸線方向に対する垂直方向からエンジン冷却水が流入するため、冷却水流路52Aでは、螺旋溝52Bに倣ってエンジン冷却水の強い旋回流が生じる。これにより、エンジン冷却水が単に冷却水流路52Aを一端側から他端側に直線的に(最短距離で)通過する構成と比較して、エンジン冷却水と各排気ガス管54との接触時間(面積)が増加し、熱交換効率が向上する。   Here, in the exhaust heat recovery heat exchanger 50, the spiral groove 52B is formed on the inner surface of the shell 52, and the engine coolant flows into the shell 52 from the direction perpendicular to the axial direction by the coolant inlet pipe 64. In the cooling water flow path 52A, a strong swirling flow of engine cooling water is generated following the spiral groove 52B. Thereby, compared with the configuration in which the engine coolant simply passes through the coolant flow path 52A from one end side to the other end side (with the shortest distance), the contact time between the engine coolant and each exhaust gas pipe 54 ( Area) and heat exchange efficiency is improved.

また、上記旋回流が冷却水流路52A内でのエンジン冷却水のよどみ(滞溜)発生を防止するため、熱交換に供されるエンジン冷却水量が減ることがなく、すなわち冷却水流路52A内の殆ど全てのエンジン冷却水が排気ガスとの熱交換に利用され、これによってもエンジン冷却水と排気ガスとの熱交換効率が向上する。さらに、冷却水出口パイプ66は、旋回流を受けるように開口面66Aが形成されているため、シェル52の軸線方向に対する略垂直方向に排出するエンジン冷却水の流動抵抗が小さい。特に、冷却水入口パイプ64及び冷却水出口パイプ66の各開口面64A、66Aが、螺旋溝52Bが形成する旋回流に沿う方向を向くため、強い旋回流が形成される一方、流動抵抗が低減される。   Further, since the swirl flow prevents stagnation (stagnation) of engine cooling water in the cooling water flow path 52A, the amount of engine cooling water used for heat exchange does not decrease, that is, in the cooling water flow path 52A. Almost all engine cooling water is used for heat exchange with the exhaust gas, which also improves the heat exchange efficiency between the engine cooling water and the exhaust gas. Furthermore, since the cooling water outlet pipe 66 is formed with the opening surface 66A so as to receive the swirling flow, the flow resistance of the engine cooling water discharged in a direction substantially perpendicular to the axial direction of the shell 52 is small. In particular, since the opening surfaces 64A and 66A of the cooling water inlet pipe 64 and the cooling water outlet pipe 66 face the direction along the swirling flow formed by the spiral groove 52B, a strong swirling flow is formed while the flow resistance is reduced. Is done.

このように、第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器50では、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換効率(熱回収率)が良好である。また、この排気熱回収用熱交換器50は、シェル52の外周面にも螺旋溝52Cが形成される構成であるため、単なる円筒状に形成された構成と比較して、剛性が低く蛇腹の如く変形し易い。このため、高温の排気ガスが排気管14及び排気熱回収用熱交換器50の何れか一方を主に流れる際に、該排気管14と排気熱回収用熱交換器50との間にこれらの温度差により生じる熱膨張差を、シェル52の伸縮によって吸収することができる。   Thus, in the heat exchanger 50 for exhaust heat recovery which concerns on 1st Embodiment, the heat exchange efficiency (heat recovery rate) of exhaust gas and engine cooling water is favorable. Further, the exhaust heat recovery heat exchanger 50 has a configuration in which the spiral groove 52C is also formed on the outer peripheral surface of the shell 52. Therefore, the exhaust heat recovery heat exchanger 50 has a lower rigidity and a bellows than the configuration formed in a simple cylindrical shape. It is easy to deform. For this reason, when high-temperature exhaust gas mainly flows through either the exhaust pipe 14 or the exhaust heat recovery heat exchanger 50, these exhaust gases are interposed between the exhaust pipe 14 and the exhaust heat recovery heat exchanger 50. The thermal expansion difference caused by the temperature difference can be absorbed by the expansion and contraction of the shell 52.

またここで、排気熱回収用熱交換器50では、シェル52の軸心側の排気ガス管54が長く周辺側の排気ガス管54が短いため、該周辺側の排気ガス管54の流動抵抗が低減される。これにより、通常軸心側の排気ガス管54に対し排気ガス流量が少ない周辺側排気ガス管54の排気ガス流量が増え、各排気ガス管54の排気ガス流量の差が小さくなる。すなわち、各排気ガス管54の排気ガス流量の均一化が図られる。そして、上記の通り旋回流を成すエンジン冷却水は、冷却水流路52Aを通過する際の流れの均一化(軸心部と周辺部とで、マクロ的な流れ方向の流量差の縮小)が図られているため、すなわち、排気ガス、エンジン冷却水共に軸心部と周辺部とで流量(熱量)の均一化が図られているため、排気熱回収用熱交換器50ではシェル52内の冷却水流路52A各部でバランス良く熱交換が行われる。このため、排気熱回収用熱交換器50では、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換効率が大幅に向上する。   Here, in the heat exchanger 50 for exhaust heat recovery, since the exhaust gas pipe 54 on the axial center side of the shell 52 is long and the peripheral exhaust gas pipe 54 is short, the flow resistance of the peripheral exhaust gas pipe 54 is low. Reduced. As a result, the exhaust gas flow rate in the peripheral exhaust gas tube 54, which has a lower exhaust gas flow rate than the exhaust gas tube 54 on the normal axial side, increases, and the difference in the exhaust gas flow rates in the exhaust gas tubes 54 decreases. That is, the exhaust gas flow rate of each exhaust gas pipe 54 is made uniform. As described above, the engine coolant that forms the swirl flow has a uniform flow when passing through the coolant flow path 52A (reduction of the flow rate difference in the macro flow direction between the axial center portion and the peripheral portion). In other words, since the exhaust gas and the engine cooling water are made uniform in flow rate (heat quantity) in the axial center portion and the peripheral portion, the exhaust heat recovery heat exchanger 50 cools the inside of the shell 52. Heat exchange is performed in a well-balanced manner in each part of the water flow path 52A. For this reason, in the heat exchanger 50 for exhaust heat recovery, the heat exchange efficiency between the exhaust gas and the engine coolant is greatly improved.

特に、各排気ガス管54にはフレア部54Aを形成しているため、排気ガス流量の流量のより均一化されると共に、排気ガスの流動抵抗が低減する。前者によって熱交換効率が一層向上すると共に、後者すなわち背圧低減によってエンジン12の性能ロスを低減することができる。   In particular, the flare 54A is formed in each exhaust gas pipe 54, so that the exhaust gas flow rate is made more uniform and the flow resistance of the exhaust gas is reduced. The former can further improve the heat exchange efficiency, and can reduce the performance loss of the engine 12 by reducing the latter, that is, the back pressure.

さらにここで、排気熱回収用熱交換器50に排気ガスを導入するガス導入管70に螺旋溝70Aが形成されているため、排気熱回収用熱交換器50に導入される前の排気ガスに旋回流が付与され、この旋回流がテーパ形状のガス入口ヘッダ60Aにて拡張されるため、排気ガスの流速分布が均一化される。すなわち、各排気ガス管54への流入前に流速分布が均一化されるため、各排気ガス管54の流量がより一層均一化される。これにより、熱交換効率がより一層向上すると共に、排気ガスの流動抵抗が一層低減する。また、このガス導入管70も蛇腹の如く変形し易い構成であるため、排気管14と分岐側の排気熱回収用熱交換器50側との熱膨張差の吸収に寄与する。   Further, since the spiral groove 70A is formed in the gas introduction pipe 70 for introducing the exhaust gas into the exhaust heat recovery heat exchanger 50, the exhaust gas before being introduced into the exhaust heat recovery heat exchanger 50 is formed. Since the swirl flow is applied and the swirl flow is expanded by the tapered gas inlet header 60A, the flow velocity distribution of the exhaust gas is made uniform. That is, since the flow velocity distribution is made uniform before flowing into each exhaust gas pipe 54, the flow rate of each exhaust gas pipe 54 is made more uniform. Thereby, the heat exchange efficiency is further improved, and the flow resistance of the exhaust gas is further reduced. Further, since the gas introduction pipe 70 is also configured to be easily deformed like a bellows, it contributes to the absorption of the thermal expansion difference between the exhaust pipe 14 and the branch side exhaust heat recovery heat exchanger 50 side.

(他の実施形態)
次いで、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第1の実施形態又は前出の実施形態と基本的に同一の部品・部分については上記第1の実施形態又は前出の実施形態と同一の符号を付してその説明又は図示を省略する場合がある。
(Other embodiments)
Next, another embodiment of the present invention will be described. Parts and portions that are basically the same as those of the first embodiment or the previous embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment or the previous embodiment, and are described or illustrated. May be omitted.

図7には、第2の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器72が図3に対応する模式的な斜視図にて示されている。この図に示される如く、排気熱回収用熱交換器72は、冷却水入口パイプ64、冷却水出口パイプ66に代えて、冷却水入口パイプ74、冷却水出口パイプ76を備えている。冷却水入口パイプ74は、螺旋溝52Bの接線方向に略一致する方向からエンジン冷却水を冷却水流路52A内に導入するように、平面視でシェル52の中心線に対しオフセットして配置されている。この実施形態では、冷却水入口パイプ74は、シェル52の上下方向と一致する半径方向に平行に設けられており、その開口面74Aは、シェル52の内面(螺旋溝52Bの溝底)と略一致している。すなわち、冷却水入口パイプ74は、冷却水流路52A内に突出しない構成とされている。   FIG. 7 shows a schematic perspective view corresponding to FIG. 3 of the heat exchanger 72 for exhaust heat recovery according to the second embodiment. As shown in this figure, the exhaust heat recovery heat exchanger 72 includes a cooling water inlet pipe 74 and a cooling water outlet pipe 76 in place of the cooling water inlet pipe 64 and the cooling water outlet pipe 66. The cooling water inlet pipe 74 is arranged offset from the center line of the shell 52 in plan view so as to introduce engine cooling water into the cooling water flow path 52A from a direction substantially coinciding with the tangential direction of the spiral groove 52B. Yes. In this embodiment, the cooling water inlet pipe 74 is provided in parallel to the radial direction coinciding with the vertical direction of the shell 52, and its opening surface 74A is substantially the same as the inner surface of the shell 52 (the groove bottom of the spiral groove 52B). Match. That is, the cooling water inlet pipe 74 is configured not to protrude into the cooling water flow path 52A.

冷却水出口パイプ76は、螺旋溝52Bの接線方向に略一致する方向にエンジン冷却水を排出するように、平面視でシェル52の中心線に対しオフセットして配置されている。この実施形態では、冷却水出口パイプ76は、シェル52の上下方向と一致する半径方向に平行に設けられており、その開口面76Aは、シェル52の内面(螺旋溝52Bの溝底)と略一致している。すなわち、冷却水出口パイプ76は、冷却水流路52A内に突出しない構成とされている。   The cooling water outlet pipe 76 is disposed offset from the center line of the shell 52 in plan view so as to discharge the engine cooling water in a direction substantially coinciding with the tangential direction of the spiral groove 52B. In this embodiment, the cooling water outlet pipe 76 is provided in parallel to the radial direction coinciding with the vertical direction of the shell 52, and its opening surface 76A is substantially the same as the inner surface of the shell 52 (the groove bottom of the spiral groove 52B). Match. That is, the cooling water outlet pipe 76 is configured not to protrude into the cooling water flow path 52A.

以上説明した排気熱回収用熱交換器72及びこれを備えた排気熱回収システム10によっても、上記第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器50及びこれを備えた排気熱回収システム10と同様の効果を得ることができる。また、冷却水入口パイプ74、冷却水出口パイプ76がシェル52内に突出しないため、該シェル52内にデッドスペースを形成することなく多数の排気ガス管54を収容(熱交換面積を増やす)することが可能となる。   The exhaust heat recovery heat exchanger 72 and the exhaust heat recovery system 10 including the exhaust heat recovery heat exchanger 72 and the exhaust heat recovery system 10 including the exhaust heat recovery system 10 described above are also used. The same effect can be obtained. Further, since the cooling water inlet pipe 74 and the cooling water outlet pipe 76 do not protrude into the shell 52, a large number of exhaust gas pipes 54 are accommodated (increase the heat exchange area) without forming a dead space in the shell 52. It becomes possible.

図8には、第3の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器78が模式図にて示されている。この図に示される如く、排気熱回収用熱交換器78は、冷却水入口パイプ64、冷却水出口パイプ66に代えて、冷却水入口パイプ80、冷却水出口パイプ82を備えている。冷却水入口パイプ80、冷却水出口パイプ82は、それぞれのシェル52内に挿入された端部が、螺旋溝52Bの接線方向に沿ってエンジン冷却水を導入し、又は螺旋溝52Bの接線方向に沿ってエンジン冷却水を排出するように、曲げられている。すなわち、冷却水入口パイプ80、冷却水出口パイプ82の各開口面80A、82Aは冷却水流路52Aの周方向に沿う方向を向いている。なお、この図では、冷却水出口パイプ82を冷却水入口パイプ80に対し180°ずらして図示している。以上説明した排気熱回収用熱交換器78及びこれを備えた排気熱回収システム10によっても、上記第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器50及びこれを備えた排気熱回収システム10と同様の効果を得ることができる。   FIG. 8 schematically shows an exhaust heat recovery heat exchanger 78 according to the third embodiment. As shown in this figure, the exhaust heat recovery heat exchanger 78 includes a cooling water inlet pipe 80 and a cooling water outlet pipe 82 instead of the cooling water inlet pipe 64 and the cooling water outlet pipe 66. In the cooling water inlet pipe 80 and the cooling water outlet pipe 82, the ends inserted into the respective shells 52 introduce engine cooling water along the tangential direction of the spiral groove 52B, or in the tangential direction of the spiral groove 52B. It is bent to discharge engine cooling water along. That is, the opening surfaces 80A and 82A of the cooling water inlet pipe 80 and the cooling water outlet pipe 82 face the direction along the circumferential direction of the cooling water flow path 52A. In this figure, the cooling water outlet pipe 82 is shifted from the cooling water inlet pipe 80 by 180 °. The exhaust heat recovery heat exchanger 78 and the exhaust heat recovery system 10 including the exhaust heat recovery heat exchanger 78 described above also provide the exhaust heat recovery heat exchanger 50 and the exhaust heat recovery system 10 including the exhaust heat recovery system 10 according to the first embodiment. The same effect can be obtained.

図9には、第4の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器84が模式図にて示されている。この図に示される如く、排気熱回収用熱交換器84は、冷却水入口パイプ64、冷却水出口パイプ66に代えて、冷却水入口パイプ86、冷却水出口パイプ88を備えている。冷却水入口パイプ86、冷却水出口パイプ88は、それぞれのシェル52内に位置する開口面86A、88Aが該シェル52の軸心側を向いて開口している。なお、この図では、冷却水出口パイプ88を冷却水入口パイプ86に対し180°ずらして図示している。以上説明した排気熱回収用熱交換器84及びこれを備えた排気熱回収システム10によっても、上記第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器50及びこれを備えた排気熱回収システム10と比較してエンジン冷却水の旋回流が若干弱まるもの、これらと同様の効果を得ることができる。   FIG. 9 schematically shows an exhaust heat recovery heat exchanger 84 according to the fourth embodiment. As shown in this figure, the exhaust heat recovery heat exchanger 84 includes a cooling water inlet pipe 86 and a cooling water outlet pipe 88 in place of the cooling water inlet pipe 64 and the cooling water outlet pipe 66. The cooling water inlet pipe 86 and the cooling water outlet pipe 88 have opening surfaces 86 </ b> A and 88 </ b> A located in the respective shells 52 opened toward the axial center side of the shell 52. In this figure, the cooling water outlet pipe 88 is shifted from the cooling water inlet pipe 86 by 180 °. The exhaust heat recovery heat exchanger 84 and the exhaust heat recovery system 10 including the exhaust heat recovery heat exchanger 84 and the exhaust heat recovery system 10 including the exhaust heat recovery system described above are also used. The engine cooling water swirling flow is slightly weaker than the above, and the same effects can be obtained.

図10には、第5の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器90が図2に対応する断面図にて示されている。この図に示される如く、排気熱回収用熱交換器90は、第2隔壁部材58に代えて第2隔壁部材92を備えている。第2隔壁部材92は、ガス出口ヘッダ62Aに対し凹でかつ冷却水流路52Aに対し凸となるようにガス上下流両面がそれぞれ凸曲面92A、凹曲面92Bとされている。第2隔壁部材92は、凸曲面92Aの曲率が凸曲面56Aの曲率と一致しており、各部の厚み(凸曲面92A、凹曲面92Bの径方向に沿う厚み)が略一定とされている。したがって、この実施形態では、各排気ガス管54の長さが一定とされている。凸曲面56Aは、冷却水入口パイプ64の直下に突出して(シェル52の長手方向において冷却水入口パイプ64にオーバラップして位置して)おり、冷却水入口パイプ64から流入した冷却水の流れを、その外周面に沿うようにガイドするようになっている。したがって、凸曲面56Aは、冷却水流路52Aに流入したエンジン冷却水に旋回流を付与するガイドとして機能する構成である。   FIG. 10 shows an exhaust heat recovery heat exchanger 90 according to the fifth embodiment in a cross-sectional view corresponding to FIG. As shown in this figure, the exhaust heat recovery heat exchanger 90 includes a second partition member 92 instead of the second partition member 58. The second partition wall member 92 has a convex curved surface 92A and a concave curved surface 92B on both sides of the gas so that it is concave with respect to the gas outlet header 62A and convex with respect to the cooling water passage 52A. In the second partition member 92, the curvature of the convex curved surface 92A coincides with the curvature of the convex curved surface 56A, and the thickness of each part (thickness along the radial direction of the convex curved surface 92A and the concave curved surface 92B) is substantially constant. Therefore, in this embodiment, the length of each exhaust gas pipe 54 is constant. The convex curved surface 56 </ b> A protrudes directly below the cooling water inlet pipe 64 (positions overlapping the cooling water inlet pipe 64 in the longitudinal direction of the shell 52), and the flow of the cooling water flowing from the cooling water inlet pipe 64. Are guided along the outer peripheral surface thereof. Accordingly, the convex curved surface 56A is configured to function as a guide that imparts a swirling flow to the engine coolant that has flowed into the coolant flow path 52A.

以上説明した排気熱回収用熱交換器90及びこれを備えた排気熱回収システム10によっても、排気ガス管54の長さがシェル52の軸心部と周辺部とで異なることによる効果を除いて、上記第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器50及びこれを備えた排気熱回収システム10と同様の効果を得ることができる。特に、第2隔壁部材92の凸曲面92Aが旋回流の生成を促進するため、より強い旋回流を得ることができる。なお、凹曲面92Bをシェル52の軸線との直交面に沿う平坦面とすることで、第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器50と同様に、各排気ガス管54の長さをシェル52軸心側で周辺側よりも長くなるように異ならせることも可能である。   The exhaust heat recovery heat exchanger 90 and the exhaust heat recovery system 10 including the exhaust heat recovery system 90 described above also eliminate the effect of the length of the exhaust gas pipe 54 being different between the axial portion of the shell 52 and the peripheral portion. The same effects as those of the heat exchanger 50 for exhaust heat recovery according to the first embodiment and the exhaust heat recovery system 10 including the same can be obtained. In particular, since the convex curved surface 92A of the second partition member 92 promotes the generation of the swirling flow, a stronger swirling flow can be obtained. Note that the length of each exhaust gas pipe 54 is the same as that of the heat exchanger 50 for exhaust heat recovery according to the first embodiment by making the concave curved surface 92B a flat surface along a plane orthogonal to the axis of the shell 52. It is also possible to make them different so that they are longer on the axis side of the shell 52 than on the peripheral side.

図11には、第6の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器94が図2に対応する断面図にて示されている。この図に示される如く、排気熱回収用熱交換器94は、第2隔壁部材92に代えて第2隔壁部材96を備えている。第2隔壁部材96は、ガス出口ヘッダ62Aに対し凹でかつ冷却水流路52Aに対し凸となるように上下流両面が凸曲面96A、凹曲面96Bとされており、また各部の厚み(凸曲面96A、凹曲面96Bの径方向に沿う厚み)が略一定とされている。凸曲面96Aの曲率は凸曲面56Aの曲率よりも小(曲率半径が大)とされている、したがって、この実施形態では、シェル52の軸心部に位置する排気ガス管54の長さが周辺部に位置する排気ガス管54よりも長い、第1の実施形態と同様の構成とされている。その一方、凸曲面96Aの冷却水流路52A内への突出量は第2隔壁部材92と比較すると小とであるため、旋回流生成の促進効果は第2隔壁部材92と比較して小さい。以上説明した排気熱回収用熱交換器94及びこれを備えた排気熱回収システム10によっても、上記第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器50及びこれを備えた排気熱回収システム10と同様の効果を得ることができる。   FIG. 11 shows a heat exchanger 94 for exhaust heat recovery according to the sixth embodiment in a cross-sectional view corresponding to FIG. As shown in this figure, the exhaust heat recovery heat exchanger 94 includes a second partition member 96 in place of the second partition member 92. The second partition member 96 has a convex curved surface 96A and a concave curved surface 96B on both the upstream and downstream sides so as to be concave with respect to the gas outlet header 62A and convex with respect to the cooling water flow path 52A. 96A and the thickness along the radial direction of the concave curved surface 96B) are substantially constant. The curvature of the convex curved surface 96A is smaller than the curvature of the convex curved surface 56A (the radius of curvature is large). Therefore, in this embodiment, the length of the exhaust gas pipe 54 positioned at the axial center of the shell 52 is the periphery. The configuration is the same as that of the first embodiment, which is longer than the exhaust gas pipe 54 located in the section. On the other hand, since the protruding amount of the convex curved surface 96 </ b> A into the cooling water flow path 52 </ b> A is small compared to the second partition wall member 92, the effect of promoting the swirling flow generation is small compared to the second partition wall member 92. The exhaust heat recovery heat exchanger 94 and the exhaust heat recovery system 10 including the exhaust heat recovery heat exchanger 94 described above also provide the exhaust heat recovery heat exchanger 50 and the exhaust heat recovery system 10 including the exhaust heat recovery system 10 according to the first embodiment. The same effect can be obtained.

なお、上記各実施形態では、シェル52及びガス導入管70の双方が螺旋溝52B、70Aを備える構成としたが、本発明はこれに限定されず、シェル52及びガス導入管70の何れか一方が内周面に螺旋状ガイド部を備えていれば良い。特に、ガス導入管70は、各排気ガス管54が同じ長さである場合には、螺旋溝70Aを備えることが好ましい。また、螺旋溝70Aがある場合又は各排気ガス管54の長さが異なる場合には、シェル52の構成にかかわらず、各排気ガス管54にフレア部54Aを設けなくても良い。   In each of the above embodiments, both the shell 52 and the gas introduction pipe 70 are provided with the spiral grooves 52B and 70A. However, the present invention is not limited to this, and either the shell 52 or the gas introduction pipe 70 is provided. May be provided with a spiral guide portion on the inner peripheral surface. In particular, the gas introduction pipe 70 preferably includes a spiral groove 70A when the exhaust gas pipes 54 have the same length. Further, when there is a spiral groove 70A or when the lengths of the exhaust gas pipes 54 are different, the flare portions 54A may not be provided in the exhaust gas pipes 54 regardless of the configuration of the shell 52.

また、上記各実施形態では、螺旋溝52B、70Aが1条螺旋である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、2条以上の螺旋に沿って螺旋溝52B等を形成しても良い。さらに、本発明における螺旋状ガイド部は、シェル52に一体に形成された螺旋溝52B等には限定されず、例えば、螺旋状突条をシェル52の内面に取り付けて該突条間に冷却液を通す螺旋状ガイド部を構成しても良い。   In each of the above embodiments, the spiral grooves 52B and 70A are single spirals. However, the present invention is not limited to this, and for example, the spiral grooves 52B and the like are formed along two or more spirals. You may do it. Further, the spiral guide portion in the present invention is not limited to the spiral groove 52B formed integrally with the shell 52. For example, a spiral protrusion is attached to the inner surface of the shell 52 and a coolant is provided between the protrusions. You may comprise the spiral guide part which lets it pass.

また、本発明における熱交換器、熱交換装置は、シェル52側に冷却液を通過させると共に排気ガス管54側にガスを通過させて該冷却液とガスとで熱交換を行う構成であればたり、その用途が排気熱回収用熱交換器50や排気熱回収システム10に限定されることはない。   In addition, the heat exchanger and heat exchange device according to the present invention have a configuration in which the coolant is passed through the shell 52 side and the gas is passed through the exhaust gas pipe 54 side to perform heat exchange between the coolant and the gas. In addition, the application is not limited to the heat exchanger 50 for exhaust heat recovery and the exhaust heat recovery system 10.

本発明の第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器の概略全体構成を示す一部切り欠いた側面図である。1 is a partially cutaway side view showing a schematic overall configuration of an exhaust heat recovery heat exchanger according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器の断面図である。It is sectional drawing of the heat exchanger for exhaust heat recovery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器を構成する冷却水出入口を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows the cooling water inlet / outlet which comprises the heat exchanger for exhaust heat recovery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器を構成する排気ガス管の排気ガス入口部の形状を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the shape of the exhaust-gas inlet part of the exhaust-gas pipe | tube which comprises the heat exchanger for exhaust heat recovery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器が適用された排気熱回収装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an exhaust heat recovery apparatus to which an exhaust heat recovery heat exchanger according to a first embodiment of the present invention is applied. 本発明の第1の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器と排気管との配置関係を示す図であって、(A)は一例を示す側断面図、(B)は別例を示す側断面図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning relationship between the heat exchanger for exhaust heat recovery which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and an exhaust pipe, Comprising: (A) is a sectional side view which shows an example, (B) shows another example. It is a sectional side view. 本発明の第2の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器の要部を示す図3に対応する模式的な斜視図である。It is a typical perspective view corresponding to FIG. 3 which shows the principal part of the heat exchanger for exhaust heat recovery which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器の要部を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the principal part of the heat exchanger for exhaust heat recovery which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器の要部を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the principal part of the heat exchanger for exhaust heat recovery which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器の断面図である。It is sectional drawing of the heat exchanger for exhaust heat recovery which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る排気熱回収用熱交換器の断面図である。It is sectional drawing of the heat exchanger for exhaust heat recovery which concerns on the 6th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

50 排気熱回収用熱交換器(熱交換器)
52 シェル(円筒状容器、筒状容器)
52A 冷却水流路
52B 螺旋溝(螺旋状ガイド部)
54 排気ガス管(ガス管)
54A フレア部(ガイド部)
56 第1隔壁部材(第1の隔壁)
58 第2隔壁部材(第2の隔壁)
60A ガス入口ヘッダ
62A ガス出口ヘッダ
64 冷却水入口パイプ(冷却液入口)
66 冷却水出口パイプ(冷却液出口)
68 ガス分岐管(ガス供給管)
70 ガス導入管
70A 螺旋溝(螺旋状ガイド部)
72 排気熱回収用熱交換器(熱交換器)
74 冷却水入口パイプ(冷却液入口)
76 冷却水出口パイプ(冷却液出口)
78 排気熱回収用熱交換器(熱交換器)
80 冷却水入口パイプ(冷却液入口)
82 冷却水出口パイプ(冷却液出口)
84 排気熱回収用熱交換器(熱交換器)
86 冷却水入口パイプ(冷却液入口)
88 冷却水出口パイプ(冷却液出口)
90 排気熱回収用熱交換器(熱交換器)
92 第2隔壁部材(第2の隔壁)
92A 凸曲面(冷却液流路側に凸の曲面)
94 排気熱回収用熱交換器(熱交換器)
96 第2隔壁部材(第2の隔壁)
96A 凸曲面(冷却液流路側に凸の曲面)
50 Exhaust heat recovery heat exchanger (heat exchanger)
52 Shell (cylindrical container, cylindrical container)
52A Cooling water flow path 52B Spiral groove (spiral guide part)
54 Exhaust gas pipe (gas pipe)
54A Flare part (guide part)
56 First partition member (first partition)
58 Second partition member (second partition member)
60A Gas inlet header 62A Gas outlet header 64 Cooling water inlet pipe (coolant inlet)
66 Cooling water outlet pipe (cooling liquid outlet)
68 Gas branch pipe (gas supply pipe)
70 Gas introduction pipe 70A Spiral groove (spiral guide part)
72 Exhaust heat recovery heat exchanger (heat exchanger)
74 Cooling water inlet pipe (coolant inlet)
76 Cooling water outlet pipe (cooling liquid outlet)
78 Heat exchanger for exhaust heat recovery (heat exchanger)
80 Cooling water inlet pipe (coolant inlet)
82 Cooling water outlet pipe (cooling liquid outlet)
84 Heat exchanger for exhaust heat recovery (heat exchanger)
86 Cooling water inlet pipe (coolant inlet)
88 Cooling water outlet pipe (cooling liquid outlet)
90 Heat exchanger for exhaust heat recovery (heat exchanger)
92 Second partition member (second partition)
92A Convex curved surface (curved curved surface on the coolant flow path side)
94 Heat exchanger for exhaust heat recovery (heat exchanger)
96 Second partition member (second partition)
96A Convex curved surface (curved curved surface on the coolant flow path side)

Claims (8)

それぞれガスが通過する複数のガス管を収容した円筒状容器内を冷却液が通過することで、前記ガス管の管壁を介してガスと冷却液とが熱交換を行う熱交換器であって、
前記円筒状容器の筒壁における軸線方向一端側に設けられ、冷却液を該円筒状容器内に導入する冷却液入口と、
前記円筒状容器の筒壁における軸線方向他端側に設けられ、冷却液を該円筒状容器から導出する冷却液出口と、
を備え、前記各ガス管を前記円筒状容器の軸線方向と平行に配置し、
かつ、前記円筒状容器の内周面に、前記冷却液入口から冷却液出口に向かう螺旋状に形成された螺旋状ガイド部を設けた熱交換器。
A heat exchanger for exchanging heat between the gas and the cooling liquid through the tube wall of the gas pipe by passing the cooling liquid through a cylindrical container containing a plurality of gas pipes through which the gas passes. ,
A cooling liquid inlet provided on one end side in the axial direction of the cylindrical wall of the cylindrical container, for introducing a cooling liquid into the cylindrical container;
A cooling liquid outlet that is provided on the other axial end of the cylindrical wall of the cylindrical container, and that discharges the cooling liquid from the cylindrical container;
Each gas pipe is arranged parallel to the axial direction of the cylindrical container,
And the heat exchanger which provided in the inner peripheral surface of the said cylindrical container the spiral guide part formed in the spiral from the said coolant inlet toward a coolant outlet.
それぞれガスが通過する複数のガス管を収容した円筒状容器内を冷却液が通過することで、前記ガス管の管壁を介してガスと冷却液とが熱交換を行う熱交換器であって、
前記各ガス管を前記円筒状容器の軸線方向と平行に配置し、
かつ、前記複数のガス管のうち一部のガス管の長さを、他のガス管の長さと異ならせた熱交換器。
A heat exchanger for exchanging heat between the gas and the cooling liquid through the tube wall of the gas pipe by passing the cooling liquid through a cylindrical container containing a plurality of gas pipes through which the gas passes. ,
The gas pipes are arranged in parallel with the axial direction of the cylindrical container,
And the heat exchanger which made the length of some gas pipes different from the length of another gas pipe among these gas pipes.
前記筒状容器の軸心側に位置するガス管の長さを、該筒状容器の内周面側に位置するガス管の長さよりも長くした請求項2記載の熱交換器。   The heat exchanger according to claim 2, wherein the length of the gas pipe positioned on the axial center side of the cylindrical container is longer than the length of the gas pipe positioned on the inner peripheral surface side of the cylindrical container. それぞれガスが通過する複数のガス管を収容した円筒状容器内を冷却液が通過することで、前記ガス管の管壁を介してガスと冷却液とが熱交換を行う熱交換器であって、
前記円筒状容器における冷却液が通過する冷却液流路と、前記複数のガス管のガス入口がそれぞれ開口するガス入口ヘッダとを仕切る第1の隔壁と、
前記円筒状容器における前記冷却液流路と、前記複数のガス管のガス出口がそれぞれ開口するガス出口ヘッダとを仕切る第2の隔壁と、
前記円筒状容器の筒壁における第2の隔壁側に設けられ、冷却液を前記冷却液流路に導入する冷却液入口と、
前記円筒状容器の筒壁における第1の隔壁側に設けられ、冷却液を前記冷却液流路から導出する冷却液出口と、
を備え、前記各ガス管を前記円筒状容器の軸線方向と平行に配置し、
かつ、前記第2の隔壁における前記冷却液流路側の面を、前記円筒状容器の軸線方向において前記冷却液入口とオーバラップするように、該冷却液流路側に凸の曲面に形成した熱交換器。
A heat exchanger for exchanging heat between the gas and the cooling liquid through the tube wall of the gas pipe by passing the cooling liquid through a cylindrical container containing a plurality of gas pipes through which the gas passes. ,
A first partition partitioning a coolant flow path through which the coolant in the cylindrical container passes and a gas inlet header in which gas inlets of the plurality of gas pipes respectively open;
A second partition partitioning the coolant flow path in the cylindrical container and a gas outlet header in which gas outlets of the plurality of gas pipes respectively open;
A cooling liquid inlet provided on the second partition side of the cylindrical wall of the cylindrical container and introducing a cooling liquid into the cooling liquid flow path;
A cooling liquid outlet provided on the first partition wall side of the cylindrical wall of the cylindrical container and leading out the cooling liquid from the cooling liquid flow path;
Each gas pipe is arranged parallel to the axial direction of the cylindrical container,
In addition, heat exchange formed on the surface of the second partition wall on the side of the coolant flow path is formed in a curved surface convex toward the coolant flow path side so as to overlap the coolant inlet in the axial direction of the cylindrical container. vessel.
前記円筒状容器の内周面に、前記冷却液入口から冷却液出口に向かう螺旋状に形成された螺旋状ガイド部を設けた請求項4記載の熱交換器。   The heat exchanger according to claim 4, wherein a spiral guide portion formed in a spiral shape from the coolant inlet to the coolant outlet is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical container. 前記複数のガス管における各ガス入口側の端部に、それぞれのガス管内部にガスを誘い込むガイド部を形成した請求項1乃至請求項5の何れか1項記載の熱交換器。   The heat exchanger according to any one of claims 1 to 5, wherein a guide portion for guiding gas into each gas pipe is formed at each gas inlet side end of the plurality of gas pipes. 請求項1乃至請求項6の何れか1項記載の熱交換器と、
前記円筒状容器又は筒状容器と同軸的に設けられ、前記熱交換器におけるガス入口にガスを導入するガス導入管と、
前記ガス導入管に、流れ方向を変化させながらガスを導入するガス供給管と、
を備え、前記ガス導入管の内周面に、前記ガス供給管から前記熱交換器に向かう螺旋状に形成された螺旋状ガイド部を設けた熱交換装置。
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 6,
A gas introduction pipe which is provided coaxially with the cylindrical container or the cylindrical container and introduces gas into a gas inlet in the heat exchanger;
A gas supply pipe for introducing gas into the gas introduction pipe while changing the flow direction;
The heat exchange apparatus is provided with a spiral guide portion formed in a spiral shape from the gas supply pipe toward the heat exchanger on the inner peripheral surface of the gas introduction pipe.
前記ガス供給管は、主ガス配管から分岐した分岐管であり、
前記ガス導入管は、管壁が螺旋状に形成されることで前記螺旋状ガイド部が内周面に一体に形成されている請求項7記載の熱交換装置。
The gas supply pipe is a branch pipe branched from the main gas pipe,
The heat exchange apparatus according to claim 7, wherein the gas introduction pipe has a pipe wall formed in a spiral shape so that the spiral guide portion is integrally formed on an inner peripheral surface.
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