JP6011315B2

JP6011315B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP6011315B2
Application number: JP2012277211A
Authority: JP
Inventors: 知也滝沢; 喜大熊本; 毅中平; 英策胡子; 政則谷本; 康之嵯峨根
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: JP2014119244A

Description

ここに開示する技術は、熱交換器に関し、特に熱交換効率を高めた熱交換器に関する。

特許文献１には、流路内に配設した波形のインナーフィンに、三角形状の、複数の突出片を切り起こして設けることで伝熱性を高めた熱交換器が記載されている。具体的に、この三角形状の突出片は、その頂角側が流体の流れ方向の上流側に位置することで、流れ方向に対して対向する向きで切り起こされており、突出片の両側縁において渦が発生することにより、突出片の後方の流れを乱して伝熱性を高めるようにしている。

実開昭６２−３９１８３号公報

ところが、特許文献１に記載されている熱交換器では、突出片が切り起こされている表面付近においては、流れの乱流化により伝熱性が高まるものの、突出片が設けられていない表面付近においては、流れの乱れが大きくならないため、伝熱性は余り高まらない。従って、特許文献１に記載されている熱交換器は、熱交換効率を向上させる上で改善の余地がある。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱交換効率の高い熱交換器を提供することにある。

本願発明者らは、流体が通過する各通路内において、主流方向に直交する方向の速度成分を有しかつ、通路を区画する区画壁に沿って流れるような大きな２次流れを発生させることで、各々の区画壁での伝熱性を高める点に着目し、各通路内に、特定の区画壁から所定の角度で傾斜するように起立したフィンを、主流方向に所定ピッチで並設することにした。各フィンは、基端に対し起立端が主流方向の下流側となる向きで、流体の主流方向に沿うように傾斜しており、通路内を主流方向に流れる流体の一部は、この傾斜したフィンに沿って流れることで、主流方向とは異なる速度成分をもつようになる。こうして流れ方向が変更された流れは、フィンを起立して設けた区画壁に対して向かい合う区画壁に向かって流れ、その後、当該区画壁に沿うように、フィンを間に挟んだ両側方に分流する。そうして、２つの分流はそれぞれ、フィンの両側方に位置する区画壁に沿うように流れることになる。このように、フィンを間に挟んだ両側位置のそれぞれにおいて、区画壁に沿うような大きな２次流れを形成することで、特定の区画壁だけでなく、通路を区画する各区画壁における伝熱性が高まり、熱交換器の熱交換効率が向上する。

具体的に、ここに開示する技術は熱交換器に係り、この熱交換器は、区画プレートと波形プレートとを積層して一体化されると共に、互いに積層された、第１流体が流れる流路と第２流体が流れる流路とを有しかつ、前記第１流体と第２流体との間で熱交換を行うコアを備え、前記第１流体が流れる流路内は、前記波形プレートによって複数の通路に区画されていると共に、当該第１流体が流れる各通路内には、前記第１流体が流れる流路と第２流体が流れる流路とを区画する区画壁から起立するように、前記波形プレートに設けられたフィンが、流体の主流方向に沿って所定ピッチで複数、配設されている。

前記各フィンは、基端に対して起立端が前記主流方向の下流側に位置するように、所定の角度で傾斜しており、前記各フィンはまた、前記主流方向に直交する投影面に投影した形状が、当該投影面上の前記通路の中心線に対して対称な形状でかつ、前記基端から前記起立端に向かって同じ幅か、又は、次第に幅狭となる形状に、形成されている。

そして、前記投影面上における、前記通路の面積に対する前記フィンの面積の比は、前記各通路内を流れる前記第１流体が、傾斜した前記フィンに沿って流れることで、前記フィンを起立して設けた区画壁に対して向かい合う区画壁に向かって流れ、その後、当該区画壁に沿うように、前記フィンを間に挟んだ両側方に分流するように、０．１１２５〜０．１６２５に設定されている。

この構成によると、通路内に起立するように設けられた各フィンは、その起立端が、基端に対して主流方向の下流側に位置するような向きで傾斜しているため、通路内を流れる流体の一部は、フィンの基端から起立端に向かって、フィンに沿って流れるようになる。こうして流れ方向を変更した流れは、フィンが起立する区画壁に向かい合う別の区画壁に向かって流れた後、当該別の区画壁に沿うように分流する。つまり、フィンを挟んだ両側方のそれぞれに流れる２つの流れに分流し、各分流は、その後、フィンを挟んだ両側方の区画壁に沿って、フィンを設けた前記の区画壁に戻るように流れる。こうして、フィンを挟んだ両側位置のそれぞれにおいて、各区画壁に沿うような大きな２次流れを形成することで、通路を区画する各区画壁における伝熱性が高まり、熱交換器の熱交換効率が向上する。

ここで、各フィンは、主流方向に直交する投影面上において、当該投影面上の通路の中心線に対して対称な形状でかつ、基端から起立端に向かって同じ幅か、又は、次第に幅狭となる形状に、形成されている。これによって、通路の中心線上に配置された各フィンの起立端側の両側に、比較的大きな空きスペースが均等に設けられるから、前述した２次流れの形成が阻害されず、フィンを挟んだ両側のそれぞれで、２次流れをほぼ均等に形成することが可能になる。このことは、熱交換器の熱交換効率の向上に有利になる。

また、前記投影面上における、前記通路の面積に対する前記フィンの面積の比が大きすぎると、実質的な通路断面積が縮小して通路抵抗が高まるようになり、圧力損失が増大する。一方、前記の面積比が小さすぎると、フィンによる２次流れの形成機能が得られ難くなる。

従って、投影面上における、通路の面積に対するフィンの面積の比を０．１１２５〜０．１６２５に設定することで、圧力損失の増大を回避しつつ、２次流れを十分に形成して、熱交換効率の向上に有利になる。

前記フィンの傾斜角度は、３５〜５５°に設定されている、としてもよい。

フィンの傾斜角度が大きすぎると、通路内を主流方向に流れる流れがこのフィンに衝突して流速の低下を招き、２次流れが形成され難くなると共に、２次流れの流速が低下する。本願発明者等の検討によれば、フィンの傾斜角度は５５°以下が好ましい。

一方、フィンの傾斜角度が小さすぎると、フィンによる流れ方向の変更機能がほとんど得られなくなり、２次流れが形成され難くなる。本願発明者等の検討によれば、フィンの傾斜角度は３５°以上が好ましい。

つまり、フィンの傾斜角度を３５〜５５°に設定することにより、２次流れを十分に形成し、熱交換効率の向上が図られる。

前記フィンのピッチは、２．０〜３．０ｍｍに設定されている、としてもよい。

フィンピッチが狭すぎると、主流方向に並んだフィンとフィンとの間に流れが入り込まず、フィンを挟んだ両側位置を流体が流れることになる。つまり、フィンによる２次流れの形成機能が発揮されなくなる、又は、発揮され難くなる。一方、フィンピッチが広すぎると、通路内に配置されるフィンの数が減ることになるため、フィンによる２次流れの形成機能が得られ難くなる。

つまり、フィンのピッチを２．０〜３．０ｍｍに設定することは、通路内の入口から出口までの全域に亘って２次流れを十分に形成して、熱交換効率の向上に有利になる。

前記第１流体はエンジンの排気ガスであり、前記第２流体は当該エンジンの冷却水であり、前記コアは、前記排気ガスを前記エンジンの吸気側に還流させるＥＧＲ通路の途中において、前記排気ガスを前記冷却水によって冷却するように構成されている、としてもよい。

前述した熱交換器は、熱交換効率が高いため、小型化が図られる。そのため、狭小のエンジンルーム内に配置する熱交換器として、有利になる。

以上説明したように、前記の熱交換器によると、通路内に設けたフィンによって、当該フィンを挟んだ両側位置のそれぞれにおいて、区画壁に沿うような大きな２次流れを形成するようにしたから、通路を区画する各区画壁における伝熱性が高まり、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。

ディーゼルエンジンの全体構成を示す概略図である。低圧ＥＧＲシステムにおけるＥＧＲクーラー及びＥＧＲ制御弁の配置を示す、一部破断の平面図である。ＥＧＲクーラーにおける排気ガスの流路内に配置された波形プレートの構成を示す、（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）断面図である。（ａ）投影面上でのフィンの形状と、通路内の流れとを模式的に示す図、（ｂ）フィンの変形例、（ｃ）フィンのさらに別の変形例である。フィンの傾斜角と冷却性能との関係を示す図である。フィンの投影面積比と冷却性能との関係を示す図である。フィンピッチと冷却性能及び２次流れの流速との関係を示す図である。

以下、実施形態に係る熱交換器を図面に基づいて説明する。尚、以下の実施形態は例示である。図１は、実施形態に係る熱交換器が、ＥＧＲクーラーとして用いられたエンジン１の構成を概念的に示す図である。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンであって、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。エンジン１は、例えば４つの気筒１１ａが、クランクシャフト１５に沿うように（つまり、図１の紙面に直交する方向に）一列に配置された直列４気筒エンジンであり、図示を省略するエンジンルーム内において、横置きに配置される。各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、ピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランクシャフト１５と連結されている。

シリンダヘッド１２には、気筒１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されているとともに、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の気筒１１ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、詳しくは後述するが、吸入空気の過給を行うターボ過給機６１が配設されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。吸気通路３０におけるエアクリーナ３１の下流側に、ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａと、該コンプレッサ６１ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、前記各気筒１１ａへの吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが、この順番に配設されている。

前記排気通路４０の上流側の部分は、気筒１１ａ毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、排気ガス中の有害成分を浄化する排気ガス処理装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。尚、排気通路４０には、タービン６１ｂをバイパスする排気バイパス通路６５が接続されており、この排気バイパス通路６５には、該排気バイパス通路６５へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ６５ａが配設されている。

排気ガス処理装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４１ｂとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒４１ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成する反応を促すものである。また、ＤＰＦ４１ｂは、エンジン１の排気ガス中に含まれる煤等の粒子状物質を捕集するものである。尚、ＤＰＦ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。

前記吸気通路３０におけるスロットル弁３６よりも下流側の部分（つまりターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも下流側部分）と、前記排気通路４０におけるターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも上流側部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための排気ガス還流通路５０によって接続されている（つまり、高圧ＥＧＲシステム）。この排気ガス還流通路５０は、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するための排気ガス還流弁５１ａ及び排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラー５２が配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラー５２をバイパスするためのクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。このクーラバイパス通路５３には、クーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整するためのクーラバイパス弁５３ａが配設されている。

この高圧ＥＧＲシステムとは別に、低圧ＥＧＲシステムとして、吸気通路３０におけるコンプレッサ６１ａよりも上流側部分と、排気通路４０におけるＤＰＦ４１ｂよりも下流側部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための排気ガス還流通路５４によって接続されている。この排気ガス還流通路５４は、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ制御弁５４ａ及び排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラー７が配設されて構成されている。

（低圧ＥＧＲシステムのＥＧＲクーラーの構成）
図２は、低圧ＥＧＲシステムのＥＧＲクーラー７の構成を示しており、図２は、エンジンルーム内に配置されたＥＧＲクーラー７を、上から視た平面図に相当する。ＥＧＲクーラー７は、コア７１と、コア７１を収容するケース８とを備えて構成されている。コア７１は、詳細な図示は省略するが、それぞれ排気ガスが通過する複数の第１流路と、それぞれエンジン冷却水が通過する複数の第２流路とを、車幅方向に交互に積層して構成された積層型である。第１流路内には、伝熱面積を拡大するための波形プレートが配置されており、コア７１は、第１流路と第２流路とを区画する区画プレートと、波形プレートとを、所定の順番で積層し、それらをろう付けによって一体化することで構成されている。このコア７１において、第１流路の流入部（つまり、排気ガスがコア内に流入する部分）は、車両前後方向の前端面側（つまり、図２における紙面上側）に設定される一方、第１流路の流出部（つまり、コア７１を通過した排気ガスが流出する部分）は、車両前後方向の後端面側（つまり、図２における紙面下側）に設定される。また、このコア７１において、エンジン冷却水が通過する第２流路の開口は、コア７１の上端面及び下端面（図２における紙面に直交する方向の端面に対応する）に設けられている。こうしてこのコア７１は、排気ガスとエンジン冷却水とが直交するように流れる直交流型に構成されている。

ケース８は、ケース本体８１と、ケース本体８１の上端開口を閉塞する蓋体８２と、を備えて構成されている。ケース本体８１は、図２から明らかなように、車両前後方向の中央部にコア７１を収容する収容空間を有すると共に、この収容空間を挟んで、コア７１の第１流路の流入側に隣接する第１の空間部８１１と、第１流路の流出側に隣接する第２の空間部８１２とを有している。第１の空間部８１１は、ケース８内に導入された排気ガスを分散してコア７１に流入するための流入側ヘッダタンクの機能を有し、第２の空間部８１２は、コア７１から流出した排気ガスを集合してケース８から導出するための流出側ヘッダタンクの機能を有している。

ケース本体８１の底部には、第２の空間部８１２に連通するように、出口部８１３が貫通して設けられており、このケース本体８１の出口部８１３に対して、ＥＧＲ制御弁５４ａが直接取り付けられている。

ケース本体８１の底部にはまた、詳細な図示は省略するが、コア７１の収容空間に連通するように、エンジン冷却水の入口開口と出口開口とが、それぞれ貫通して設けられており、入口開口にはエンジン冷却水の流入管８５が、出口開口にはエンジン冷却水の流出管８６がそれぞれ接続されている（図２の破線の矢印も参照）。

蓋体８２は、ケース本体８１の上端開口を覆うように、このケース本体８１に取り付けられる。蓋体８２には、ケース本体８１内の第１の空間部８１１に対応する位置に、この第１の空間部８１１に連通する入口部８２１が設けられている。入口部８２１は、排気ガスがケース８内に流入するための口であり、入口部８２１には、筒状のフィルタ８２２が取り付けられている。フィルタ８２２は、排気ガス中の異物を捕捉することにより、コア７１内に異物が堆積してしまうことを防止すると共に、吸気側のコンプレッサ６１ａに異物が流入してしまうことを防止する機能を有する。フィルタ８２２は、円筒状の金網の一端開口を潰して閉じたような形状を有しており、入口部８２１から挿入されて第１の空間部８１１内に配置されている。フィルタ８２２は、蓋体８２の入口部８２１に固定される取付ブラケット８３に対して、固定されており、フィルタ８２２は、取付ブラケット８３と共に、蓋体８２に取り付けられるようになる。

蓋体８２にはまた、車両前後方向の前側に位置する取付ブラケット８３とは別に、車両前後方向の後側に位置する第２の取付ブラケット８４が、取り付けられている。

こうして、このＥＧＲクーラー７では、図２に実線の矢印で示すように、蓋体８２に設けた入口部８２１から、ケース８内の第１の空間部８１１内に導入された排気ガスは、フィルタ８２２を通過した後に、コア７１における第１流路の流入部からコア７１内に流入する。排気ガスは、コア７１内を車両前後方向に通過する間に、エンジン冷却水との間で熱交換を行い、それによって冷却された排気ガスは、第２の空間部８１２及び出口部８１３を介して、ケース８の外に導出されることになる。

ここで、第１の空間部８１１においては、排気ガスの流れ方向が車幅方向から車両前後方向に変更されることから、排気ガスの流れをスムースにして圧力損失を低減する観点から、ケース本体８１の底部に、排気ガスの流れを案内する湾曲部８１６が設けられている。

ＥＧＲクーラー７は、図２に示すように、蓋体８２の入口部８２１に取り付けた取付ブラケット８３をＤＰＦ４１ｂの側面（この側面は、図２に白抜きの矢印で示す排気ガスの流れ方向についての下流側に対応する）における前側に、ボルトにより固定すると共に、蓋体８２の後側に取り付けた第２の取付ブラケット８４を、ＤＰＦ４１ｂの後側の側面に対してボルトにより固定する。こうして低圧ＥＧＲシステムのＥＧＲクーラー７は、ＤＰＦ４１ｂに対し、車幅方向の側方に隣接して配置される。尚、ＤＰＦ４１ｂの側面には、図示は省略するが、ＥＧＲクーラー７の排気ガスの入口部８２１に連通する開口が形成されていると共に、ＤＰＦの後側の側面には、排気ガスの主流方向となる排気管４０１が接続されている。

（ＥＧＲクーラーにおける排気ガス通路の構成）
次に、低圧ＥＧＲシステムのＥＧＲクーラー７において、排気ガスの通路である第１流路の構成について、図を参照しながら説明する。図３は、第１通路内に配置される波形プレート９１の構成を示しており、同図（ａ）は波形プレート９１の平面図、（ｂ）は波形プレート９１の正面図、（ｃ）は波形プレート９１の断面図（（ａ）のｃ−ｃ断面図）である。波形プレート９１は、図３（ｂ）から明らかなように、波形を有しており、第１流路と第２流路とを区画する区画プレート（図３（ｂ）の仮想線参照）９２、９２の間に挟まれることにより、第１流路内を複数の通路９３に区画する。各通路９３の横断面は、ほぼ矩形状を有しており、各通路９３の両側壁９１３、９１３、並びに、天井壁９１１及び底壁９１２の一方が波形プレート９１によって構成されると共に、天井壁９１１及び底壁９１２の他方が区画プレート９２によって構成される。

波形プレート９１において、天井壁９１１及び底壁９１２を構成する箇所には、複数のフィン９４が切り起こしにより構成されている。複数のフィン９４は、排気ガスの主流方向に、所定のピッチＦ_Ｐを開けて、通路９３の入口から出口までの全域に亘って配置されている（尚、図３では紙面の制約上、流れ方向に並んだ２つのフィン９４のみを図示している）。各フィン９４は、概略三角形状を有していると共に、図３（ｃ）から明らかなように、基端に対して起立端の位置が、主流方向の下流側位置となるように傾斜角αで傾斜して立設している。また、各フィン９４は、図３に一点鎖線で示す通路９３の中心線上に配置されていると共に、各フィン９４の基端と、通路中心線とのなす角度である迎え角βは９０°に設定されている。

図４（ａ）は、通路９３における主流方向に直交する投影面上に、フィン９４を投影した状態を示している。同図においては、底壁９１２に、前述したような構成のフィン９４を設けており、図３（ｃ）及び図４（ａ）に白抜きの矢印で示すように、通路９３内を流れる排気ガスの一部は、主流方向に沿うように傾斜したフィン９４に沿って、図における上向きに流れ方向を変更させる。フィン９４によって向きを変えた流れは、図においては天井壁９１１に向かって流れた後に、天井壁９１１付近で天井壁９１１に沿うように左右に分流される。そして、左右に分流された２つの流れは、通路９３の各側壁９１３に沿うように、図における下向き流れるようになる。こうしてフィン９４は、当該フィン９４を挟んだ両側それぞれに、天井壁９１１から側壁９１３、９１３に沿うように流れる２次流れを形成する。この２次流れは、各壁を通じた伝熱性を高め、ＥＧＲクーラー７における熱交換効率を高める。

ここで、フィン９４の形状は、図４（ａ）に示すように、概略三角形状となるようにしてもよい。また、同図（ｂ）に示すように、概略台形状となるようにしてもよい。さらに、同図（ｃ）に示すように、概略長方形状となるようにしてもよい。このようにフィン９４の形状は、投影面上において、通路９３の中心線に対して対称な形状でかつ、基端から起立端に向かって幅狭となるか、又は、同じ幅となることが好ましい。こうすることで、フィン９４の起立端側の両側に十分な空きスペースが確保されるから、２次流れの形成に有利になる。例えば図示は省略するが、基端から起立端に向かって幅広となる逆三角乃至逆台形状のようなフィンは、フィンの起立端側の両側のスペースを小さくするから、２次流れの形成に不利になる。

また、投影面上において、通路９３の中心線に対して非対称なフィン形状は、フィンを挟んだ両側において２次流れを不均一にし、壁に沿う大きな２次流れを形成し難くなる。尚、投影面上において、通路９３の中心線に対して非対称なフィン形状は、フィンの形状そのものが、中心線に対して非対称である結果、投影面上においても非対称となる場合の他にも、フィンの形状は線対称であるものの、通路９３の中心線からずれて配置されることで、投影面上において中心線に対し非対称となる場合や、フィンの形状は線対称でありかつ、通路９３の中心線上に配置されるものの、迎え角βが９０°からずれているため、投影面上においては中心線に対し非対称となる場合が含まれる。

次に、フィンの形状及び配置に関する各種のパラメータについて、図を参照しながら説明する。図５は、シミュレーションにより得られた、フィン９４の傾斜角αと、熱交換器の冷却性能との関係を示している。同図によると、フィン９４の傾斜角αを４０°にしたときに冷却性能が最大となり、傾斜角αが４０°よりも小さくなっても、大きくなっても冷却性能は低下する。これは、傾斜角αが小さくなる（フィン９４が倒れるようになる）ことにより、フィン９４によって流れの向きを変更する機能が得られ難くなり、２次流れが十分に形成されなくなると考えられる。一方、傾斜角αが大きくなる（フィン９４が立ち上がるようになる）ことにより、主流方向に流れる流れがフィンに衝突して流速が低下するようになる結果、２次流れが生じ難くなると考えられる。同図によると、ＥＧＲクーラー７に要求される冷却性能の基準値（例えば質量流量２０ｇ／ｓにおいて冷却効率９０％）を満足させようとすれば、傾斜角αは、３５°以上５５°以下が好ましい。

次に、図６は、シミュレーションにより得られた、フィン９４の投影面積比と、冷却損失及び圧力損失との関係を示している。ここで、フィン９４の投影面積比とは、図４（ｂ）に示すように、主流方向に直交する投影面上での、通路９３の面積Ｓcellに対する、フィン９４の面積Ｓ_VGとの比（Ｓ_VG／Ｓcell）である。図６の黒四角と黒菱形のプロットは、フィン９４の迎え角βを９０°で一定にしつつ、フィン９４の形状を相似形でかつ、その大きさを変えている。図６に示すように、投影面積比を大きくすることによって、フィン９４による２次流れの形成機能が十分に得られるようになるから、冷却性能が高まる一方で、投影面積比が大きくなることに伴い実質的な通路断面積は縮小するため、圧力損失も次第に高くなる。そのため、圧力損失が高まらないように、圧力損失の特性曲線における変曲点以下でかつ、所定以上の冷却性能（前記と同じ基準値）が得られる投影面積比として、０．１１２５以上０．１６２５以下とすることが好ましい。

ここで、図６において白三角及び白丸のプロットは、フィン９４の迎え角βを変更することにより、投影面積比を変えた結果を示している。つまり、フィン９４の形状を一定にしつつ、迎え角βを９０°よりも小さくしたり、又は、大きくしたりしたときには、その分だけ、フィン９４の投影面積は小さくなるものの、これらのプロットは全て、フィン９４の迎え角を９０°に設定して、フィン９４の投影面積比を変更した相関線上に載っている。従って、ここで言う「投影面積比を０．１１２５以上０．１６２５以下に設定すること」には、フィン９４の迎え角βを変更する場合も含まれる。

次に、図７は、シミュレーションにより得られた、フィン９４のピッチＦ_Ｐと、冷却性能及び２次流れの流速との関係を示している。同図によると、フィンピッチＦ_Ｐが狭くなるほど、２次流れの流速が低下している。これは、フィンピッチＦ_Ｐが狭いときには、主流方向に並んだフィン９４とフィン９４との間に流れが流入せずに、フィン９４を挟んだ両側位置を流体が主流方向に流れることになる結果、フィン９４による２次流れの形成機能が発揮されない、または、発揮され難くなるためである。一方、フィンピッチＦ_Ｐが広くなるほど、冷却性能が低下している。これは、フィンピッチＦ_Ｐが広くなるに従い、フィン９４の数が減る分、フィン９４による２次流れの形成機能が得られ難くなるためである。従って、２次流れを十分に形成しかつ、所望の冷却性能を得る上で、フィンピッチＦ_Ｐは、２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定することが好ましい。

以上説明したように、ＥＧＲクーラー（熱交換器）７は、排気ガスが流れる第１流路内において、波形プレート９１によって区画される各通路９３内にフィン９４を設けて、通路９３を区画する区画壁に沿うような大きな２次流れを形成するようにしたから、各区画壁における伝熱性が高まり、ＥＧＲクーラー７の熱交換効率を向上させることができる。このことは、ＥＧＲクーラー７を小型化して、狭小なエンジンルーム内に配置する上で、有利になる。

尚、ここに開示する技術は、低圧ＥＧＲシステムのＥＧＲクーラー７に最適であるが、高圧ＥＧＲシステムのＥＧＲクーラーに適用することも可能である。また、ここに開示する熱交換器は、エンジンシステムのＥＧＲクーラーとして用いる以外にも、様々な用途に用いることが可能である。

１ディーゼルエンジン（エンジン）
５４ＥＧＲ通路
９４フィン
９１１天井壁（区画壁）
９１２底壁（区画壁）
９１３側壁（区画壁）

Claims

区画プレートと波形プレートとを積層して一体化されると共に、互いに積層された、第１流体が流れる流路と第２流体が流れる流路とを有しかつ、前記第１流体と第２流体との間で熱交換を行うコアを備え、
前記第１流体が流れる流路内は、前記波形プレートによって複数の通路に区画されていると共に、当該第１流体が流れる各通路内には、前記第１流体が流れる流路と第２流体が流れる流路とを区画する区画壁から起立するように、前記波形プレートに設けられたフィンが、流体の主流方向に沿って所定ピッチで複数、配設されており、
前記各フィンは、基端に対して起立端が前記主流方向の下流側に位置するように、所定の角度で傾斜しており、
前記各フィンはまた、前記主流方向に直交する投影面に投影した形状が、当該投影面上の前記通路の中心線に対して対称な形状でかつ、前記基端から前記起立端に向かって同じ幅か、又は、次第に幅狭となる形状に、形成され、
前記投影面上における、前記通路の面積に対する前記フィンの面積の比は、前記各通路内を流れる前記第１流体が、傾斜した前記フィンに沿って流れることで、前記フィンを起立して設けた区画壁に対して向かい合う区画壁に向かって流れ、その後、当該区画壁に沿うように、前記フィンを間に挟んだ両側方に分流するように、０．１１２５〜０．１６２５に設定されている熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器において、
前記フィンの傾斜の角度は、３５〜５５°に設定されている熱交換器。
請求項１又は２に記載の熱交換器において、
前記フィンのピッチは、２．０〜３．０ｍｍに設定されている熱交換器。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器において、
前記第１流体はエンジンの排気ガスであり、前記第２流体は当該エンジンの冷却水であり、
前記コアは、前記排気ガスを前記エンジンの吸気側に還流させるＥＧＲ通路の途中において、前記排気ガスを前記冷却水によって冷却するように構成されている熱交換器。