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JP4574425B2 - バイパス切替バルブ付熱交換器 - Google Patents

バイパス切替バルブ付熱交換器 Download PDF

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Description

本発明は主としてＥＧＲクーラとして最適なバイパス切替えバルブ付熱交換器に関する。
従来のバイパス切替えバルブ付ＥＧＲ（排気ガス再循環装置）クーラは、一例としてヨーロッパ公開公報０９８７４２７Ａ１に記載されているものが提案されている。これは、バイパス回路をアクチュエータを介し、開閉バルブにより開閉自在にしたものである。
ヨーロッパ公開公報 ０９８７４２７ Ａ１
従来のＥＧＲクーラは、バイパスバルブにより排気ガスをバイパス側とコア側とに切り替えるものであるが、排気ガス自体をＥＧＲクーラに通過させないためには、他の開閉バルブを更に設ける必要があった。そのため構造が複雑で、コンパクト化しにくい欠点があった。
そこで本発明は、係る問題点を取り除きＥＧＲ自体の開閉バルブとバイパスバルブとを一体化したものを提供することを課題とする。
請求項１に記載の本発明は、多数のチューブ(1) が並列されたコア(2) と、
そのコア(2) に近接して並列されたバイパス管(3) と、
夫々のチューブ(1) の両端およびバイパス管(3) の両端が貫通された一対のヘッダ(4) (5) と、
一方の前記ヘッダであって開閉バルブが収納されるバルブ付ヘッダ(5) の内周が円筒状またはその一部をなし、その円筒の内周に開口するヘッダ出入口(6) と、そのバルブ付ヘッダ(5) の前記円筒の軸線上に開口するバイパス出入口(7) と、
そのヘッダ出入口(6) とバイパス出入口(7) とを接離自在にエルボ状に連通し、前記軸線の回りに回動自在に設けられ、その一方のバルブ口(22)がバルブ付ヘッダ(5) の内面に摺接するようにしたエルボ型開閉バルブ(8) と、
その一方のバルブ口(22)の開口縁部に断面弧状に延在し、それが前記エルボ型開閉バルブ(8) の回動に伴い、そのヘッダ出入口(6) を開閉自在に閉塞するようにした閉塞体(10)と、
前記コア(2) およびバイパス管(3) の外周を被嵌し、両ヘッダ(4) (5) 間を連結するケーシング(9) と、
を具備し、前記ヘッダ(4) (5) に第１流体が導かれ、前記ケーシング(9) 内に第２流体が導かれるバイパス切替バルブ付熱交換器である。
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記閉塞体(10)にバルブ口(22)に近接して開口部(11)が形成され、その開口部(11)とバルブ口(22)とが前記エルボ型開閉バルブ(8) の回動に伴い、そのヘッダ出入口(6) に跨がるように構成されたバイパス切替バルブ付熱交換器である。
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
バルブ付ヘッダ(5) の軸線方向一端にバルブ駆動用アクチュエータ(12)が設けられ、その出力端(18)が前記エルボ型開閉バルブ(8) に連結され、
そのエルボ型の曲がり部から前記一方のバルブ口(22) に向かう向きと逆向きにバランス部材(8a)が突設され、それがヘッダ(5) 内面に摺接するように構成されたバイパス切替バルブ付熱交換器である。
請求項４に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
バルブ付ヘッダ(5) の軸線方向一端にバルブ駆動用アクチュエータ(12)が設けられ、その出力端(18)が前記エルボ型開閉バルブ(8) に連結され、
前記閉塞体(10)が円筒状に形成され、その外周がヘッダ(5) 内面に摺接するように構成されたバイパス切替バルブ付熱交換器である。
請求項５に記載の本発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
熱交換器がＥＧＲクーラとして使用され、第１流体として排気ガス(15)が前記ヘッダ(4) (5) に導かれ、第２流体として冷却水(14)がケーシング(9) 内に導かれるバイパス切替バルブ付熱交換器である。
本発明の熱交換器は、エルボ型開閉バルブ８がヘッダ出入口６とバイパス出入口７とを接離自在に連通し、そのバルブ口22に設けた閉塞体10がヘッダ出入口６を開閉自在に閉塞するように構成したから、エルボ型開閉バルブ８をその軸線周りに回動することにより、バイパス路とコア側流路とを切り替えることができる。それと共に、ヘッダ出入口６自体の開閉も行うことができる。したがって、第１流体をコア２側とバイパス管３側とに切り替えることができると共に、第１流体の流通自体を停止することもできる。そのため構造が簡単で多機能を有する、コンパクトなバイパス切替えバルブつき熱交換器を提供できる。
上記構成において、前記閉塞体(10)にバルブ口(22)に近接して開口部(11)が形成され、その開口部(11)とバルブ口(22)とが前記エルボ型開閉バルブ(8) の回動に伴い、そのヘッダ出入口(6) に跨がるように構成した場合には、第１流体をコア２側とバイパス側と徐々に移行して迅速に切り換えることができる。
上記構成において、ヘッダ（バルブ付ヘッダ）５の軸線方向一端にアクチュエータ12を設け、その出力端18をエルボ型開閉バルブ８に連結した場合には、エルボ型開閉バルブ８の駆動機構をコンパクトに配置できる。
上記構成において、熱交換器をＥＧＲクーラとして用いた場合には、ＥＧＲ開閉バルブとバイパスバルブを一体化したものとなる。
次に図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の熱交換器の縦断面図であり、図２のI‐I線上における断面図である。図２は図１のII‐II線矢視断面図、図３は同熱交換器のエルボ型開閉バルブ８の斜視図、図４は図１におけるIV‐IV矢視断面図である。図５はエルボ型開閉バルブ８を回動して、その閉塞体10の開口部11をヘッダ出入口６に整合させた状態を示す図、又図６はそのヘッダ出入口６を閉塞体10によって閉塞した状態を示す図である。
この熱交換器はＥＧＲクーラとして最適なものであり、円筒状のケーシング９の軸線上にバイパス管３が配置され、ケーシング９とバイパス管３との間に図２に示すように多数のチューブ１が断面渦巻状に配置されている。チューブ１は偏平に形成され、内部にインナーフィン16が介装されると共に、横断面が弧状に湾曲している。
チューブ１及びバイパス管３の両端部は、一対のヘッダ４とヘッダ（バルブ付ヘッダ）５に貫通する。そして、その貫通部はろう付け固定されている。図において右側のヘッダ（バルブ付ヘッダ）５には出口パイプ20ａが突設され、そのヘッダ出入口６とバイパス管３のバイパス出入口７とがエルボ型開閉バルブ８によって接離自在に連通する。
エルボ型開閉バルブ８は図３に示す如く、その軸線がエルボ状に曲折され、その一方のバルブ口22の孔縁部に舌片状の閉塞体10が一体的に接続されている。閉塞体10はヘッダ（バルブ付ヘッダ）５の内周面に整合する弧状に湾曲されている。なお、ヘッダ（バルブ付ヘッダ）５は円筒状に形成され、その右端がフランジ部17を介してアクチュエータ12により閉塞されている。閉塞体10には図において左側にバルブ口22に近接して開口部11が形成され、それらは閉塞体10が回動することでヘッダ出入口６に整合する。その閉塞体10の右側はヘッダ出入口6を閉塞できるようになっている。
そして、エルボ型開閉バルブ８に設けた出力端嵌着部21にアクチュエータ12の出力端18が接続され、エルボ型開閉バルブ８をバイパス管３の軸線周りに回動自在に構成する。
ケーシング９には図１及び図２に示す如く、その両端外周に一対の膨出した水タンク部13が設けられ、その端部に入口パイプ19と出口パイプ20が接続されている。そして、冷却水14が入口パイプ19からケーシング９内に流入し、各チューブ１の外周を流通して、他方の出口パイプ20から外部に流出される。
また、第１流体として排気ガス15が図１の如く、ヘッダ４側から流入する。そして、図１及び図４の状態では排気ガス15はバイパス管３内を流通し、エルボ型開閉バルブ８を介して外部に導かれる。
つぎに、アクチュエータ12を駆動しエルボ型開閉バルブ８を図５の状態にすると、エルボ型開閉バルブ８のバルブ口22はヘッダ(バルブ付ヘッダ)５の内周面により閉塞される。そして、閉塞体10の開口部11とヘッダ出入口６とが整合し、排気ガス15は各チューブ１内を流通して、ヘッダ出入口６から外部に導かれる。この状態がＥＧＲの通常使用状態である。
また、排気ガスの温度が低温の場合には、それが図４の状態になり、排気ガスの過冷却を防止する。そして、図５の通常状態から図４の状態に移行する間、ヘッダ出入口６は開口部11とバルブ口22との両者に跨がり、徐々に図５から図４に移行する。
次に、アクチュエータ12によってエルボ型開閉バルブ８をさらに左回動させると図６の如く閉塞体10によってヘッダ出入口６が閉塞される。この閉塞状態は図５の位置からエルボ型バルブ８を右回動してもよい。いずれの場合にも、図１において排気ガス15自体が熱交換器に流入することを阻止する。
なお、このときもエルボ型開閉バルブ８の回動位置は、図４と図６との中間位置を通る。これらのバルブ回転度とＥＧＲバルブの開度とバイパスバルブの開度との関係を図１０に示し、それに基づくガス流量及びガス出口温度の関係を図１１に示す。ここにおいてＥＧＲバルブの開度とは、開口部11とヘッダ出入口６が整合する度合いであり、バイパスバルブの開度とはバルブ口22とヘッダ出入口６が整合する度合いである。
図１０においてＥＧＲバルブの最大開度は図５の状態であり、それから僅かにエルボ型バルブ８が左に移動するとバイパスバルブが開き始める。バイパスバルブの最大開度のときは図４の状態である。また両バルブ共に閉の位置は図６の状態であるが、完全に閉塞する過程において、バルブ口22が徐々に閉塞する。
（変形例）
次に、図７はエルボ型開閉バルブ８をリンク機構24によってバイパス管３の軸線周りに回転させる説明図である。同図では図示にないアクチュエータの出力をリンク機構24に連結し、それを図７（Ｂ）の如く矢印方向に移動することにより、エルボ型開閉バルブ８を回動するものである。
次に図８は、エルボ型開閉バルブ８の他の例であり、この例はエルボ型の曲がり部からバルブ口22と逆向きにバランス部材8aが突設され、それがヘッダ（バルブ付ヘッダ）５内面に摺接するように構成されたものである。このバランス部材8aの存在により、エルボ型開閉バルブ８を円滑に回転駆動することができる。
次に図９は、エルボ型開閉バルブ８のさらに他の例であり、閉塞体10が円筒状に形成された、その外周がヘッダ(5) 内面に摺接するように構成されたものである。このように構成することによりエルボ型開閉バルブ８をさらに円滑に回転駆動することができる。
本発明の熱交換器の縦断面図であって、図２におけるI‐I矢視断面図。 同熱交換器の横断面図であって、図１におけるII‐II矢視断面図。 同熱交換器に用いられるエルボ型開閉バルブ８の斜視図。 図１におけるIV‐IV矢視断面図。 エルボ型開閉バルブ８を移動させ開口部11とヘッダ出入口６を整合させた状態を示す横断面図。
同熱交換器において、エルボ型開閉バルブ８を更に回転させ閉塞体10によってヘッダ出入口６を閉塞した状態を示す横断面図。 本発明の熱交換器の他の例を示す縦断面図及び右側面図。 本発明の熱交換器に用いられるエルボ型開閉バルブ８の他の例を示す斜視図。 本発明の熱交換器に用いられるエルボ型開閉バルブ８のさらに他の例を示す斜視図。 バルブ回転度とＥＧＲバルブの開度及びバイパスバルブの開度を示す図。 バルブ回転度とガス出口温度及びガス流量との関係を示す図。
符号の説明
１ チューブ
２ コア
３ バイパス管
４ ヘッダ
５ ヘッダ（バルブ付ヘッダ）
６ ヘッダ出入口
７ バイパス出入口
８ エルボ型開閉バルブ
8a バランス部材
９ ケーシング
10 閉塞体
11 開口部
12 アクチュエータ
13 水タンク部
14 冷却水
15 排気ガス
16 インナーフィン
17 フランジ部
18 出力端
19 入口パイプ
20 出口パイプ
20a 出口パイプ
21 出力端嵌着部
22 バルブ口
23 バルブ口
24 リンク機構

Claims (5)

  1. 多数のチューブ(1) が並列されたコア(2) と、
    そのコア(2) に近接して並列されたバイパス管(3) と、
    夫々のチューブ(1) の両端およびバイパス管(3) の両端が貫通された一対のヘッダ(4) (5) と、
    一方の前記ヘッダであって開閉バルブが収納されるバルブ付ヘッダ(5) の内周が円筒状またはその一部をなし、その円筒の内周に開口するヘッダ出入口(6) と、そのバルブ付ヘッダ(5) の前記円筒の軸線上に開口するバイパス出入口(7) と、
    そのヘッダ出入口(6) とバイパス出入口(7) とを接離自在にエルボ状に連通し、前記軸線の回りに回動自在に設けられ、その一方のバルブ口(22)がバルブ付ヘッダ(5) の内面に摺接するようにしたエルボ型開閉バルブ(8) と、
    その一方のバルブ口(22)の開口縁部に断面弧状に延在し、それが前記エルボ型開閉バルブ(8) の回動に伴い、そのヘッダ出入口(6) を開閉自在に閉塞するようにした閉塞体(10)と、
    前記コア(2) およびバイパス管(3) の外周を被嵌し、両ヘッダ(4) (5) 間を連結するケーシング(9) と、
    を具備し、前記ヘッダ(4) (5) に第１流体が導かれ、前記ケーシング(9) 内に第２流体が導かれるバイパス切替バルブ付熱交換器。
  2. 請求項１において、
    前記閉塞体(10)にバルブ口(22)に近接して開口部(11)が形成され、その開口部(11)とバルブ口(22)とが前記エルボ型開閉バルブ(8) の回動に伴い、そのヘッダ出入口(6) に跨がるように構成されたバイパス切替バルブ付熱交換器。
  3. 請求項１または請求項２において、
    バルブ付ヘッダ(5) の軸線方向一端にバルブ駆動用アクチュエータ(12)が設けられ、その出力端(18)が前記エルボ型開閉バルブ(8) に連結され、
    そのエルボ型の曲がり部から前記一方のバルブ口(22)の向きと逆向きにバランス部材(8a)が突設され、それがヘッダ(5) 内面に摺接するように構成されたバイパス切替バルブ付熱交換器。
  4. 請求項１または請求項２において、
    バルブ付ヘッダ(5) の軸線方向一端にバルブ駆動用アクチュエータ(12)が設けられ、その出力端(18)が前記エルボ型開閉バルブ(8) に連結され、
    前記閉塞体(10)が円筒状に形成され、その外周がヘッダ(5) 内面に摺接するように構成されたバイパス切替バルブ付熱交換器。
  5. 請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
    熱交換器がＥＧＲクーラとして使用され、第１流体として排気ガス(15)が前記ヘッダ(4) (5) に導かれ、第２流体として冷却水(14)がケーシング(9) 内に導かれるバイパス切替バルブ付熱交換器。
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