CN109312694A - Egr气体冷却器以及发动机系统 - Google Patents

Abstract

根据本发明一种形态的EGR气体冷却器具备：具有相向的一对端面以及相向的一对侧面，通过一对端面以及一对侧面划隔出使EGR气体向铅锤方向下方流动的流路的壳体；由位于流路内且相对于一对端面平行排列的多个翅片构成的翅片组；贯通翅片组的翅片且内部有制冷剂流动的流管；和沿着侧面配置且在水平方向上延伸的障壁。

Description

EGR气体冷却器以及发动机系统

技术领域

本发明涉及EGR气体冷却器以及发动机系统。

背景技术

将排气气体再循环至发动机的排气再循环（Exhaust Gas Recirculation；EGR）技术的NO_X排出减少效果好，广泛应用于低环境负荷发动机中。该EGR技术在船舶用大型柴油发动机中也是有效的。然而，当再循环的排气气体（EGR气体）的温度高时，扫气气体的供气比降低，燃料消耗性能恶化，因此需要有冷却EGR气体的EGR气体冷却器。

又，船舶用大型柴油发动机将重油作为燃料，因此排气气体中大量含有硫氧化物（SO_X）以及颗粒状物质（PM）。因此，还需要有通过洗净液对EGR气体进行洗净的湿式洗净装置（scrubber；洗涤装置）（参照专利文献1）。另外，当EGR气体中含有的SO_X以及PM较少时，也有洗涤装置与EGR气体冷却器构成为一体的情况（参照专利文献2）。如此一来，通过EGR气体的冷却产生的冷凝水或者用于洗净EGR气体的洗净液（以下将此称为“内部流液”）在EGR气体冷却器的内部流动。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2011-157959号公报；

专利文献2：国际公开号2014/148048。

发明内容

发明要解决的问题：

在这里，当EGR气体冷却器为翅片管（fin tube）时，已明确EGR气体冷却器内的内部流液的流动发生偏移。当内部流液的流动发生偏移时，EGR气体冷却器出口中的内部流液的温度增高，因此与该内部流液接触的EGR气体的温度也上升，存在EGR气体不能被充分冷却的担忧。

本发明是鉴于以上情况而形成的，其目的是抑制翅片式EGR气体冷却器中内部流液的流动的偏移。

解决问题的手段：

根据本发明一种形态的EGR气体冷却器具备：具有相向的一对端面以及相向的一对侧面，并通过所述一对端面以及所述一对侧面区划出使EGR气体向铅垂方向下方流动的流路的壳体；由位于所述流路内且相对所述一对端面平行排列的多个翅片构成的翅片组；贯通所述翅片组且内部有制冷剂流动的管子；和沿着所述侧面配置且在水平方向上延伸的障壁。

翅片管式的EGR气体冷却器中流动的内部流液通过翅片之间时，表面张力起作用从而慢慢流落。又，每次与管子接触时，流动方向发生改变。因此，内部流液集中于无翅片管子的侧面，并保持该状态地沿着侧面朝向铅垂方向下方积极地流动。其结果是，内部流液的流动发生偏移。

相对于此，在上述EGR气体冷却器中，可以通过障壁阻挡沿着侧面流动的内部流液，因此能够抑制内部流液沿着侧面流动，进而能够抑制内部流液的流动的偏移。

在上述EGR气体冷却器中，所述障壁至少可以配置于所述翅片组的铅垂方向上端与铅垂方向下端之间。

根据该结构，可以通过障壁再次改变被翅片引导而抵达侧面的内部流液的流动方向，可以使内部流液返回至流路的中央侧。因此，能够有效地抑制内部流液的流动的偏移。

在上述EGR气体冷却器中，所述翅片组包括：由彼此配置于同一铅垂方向位置的多个翅片构成的第一段翅片组；和由彼此配置于同一铅垂方向位置的多个翅片构成且相对所述第一段翅片组在铅垂方向上分离的第二段翅片组；所述障壁可以配置于所述第一段翅片组和所述第二段翅片组之间。

根据该结构，无需将翅片加工成复杂的形状，即可将障壁配置于翅片组的铅垂方向上端与铅垂方向下端之间。

在上述EGR气体冷却器中，所述障壁可以位于比所述翅片组的铅垂方向上端靠近铅垂方向上方的位置。

根据该结构，能够在翅片组的上游抑制内部流液的沿着侧面的流动。因此，能够更有效地抑制内部流液的流动的偏移。

在上述EGR气体冷却器中，所述障壁可以具有从所述侧面朝着所述流路的中央向铅垂方向下方倾斜的倾斜面。

根据该结构，倾斜面能将沿着侧面流动的内部流液向流路的中央引导。因此，能够较大地改变内部流液的流动方向，能够抑制内部流液的流动偏移。

在上述EGR气体冷却器中，在所述一对侧面的相向方向上沿着所述侧面配置的所述障壁的流路中央侧端部位置，可以是与靠近该侧面的管子的中心轴位置相同或者比该中心轴位置靠近流路中央的位置。

根据该结构，被障壁引导的内部流液越过靠近侧面的管子而朝向流路的中央。因此，能够进一步抑制内部流液的流动偏移。

在上述EGR气体冷却器中，还可以具备位于比所述翅片组靠近铅垂方向上方的位置且朝向铅垂方向下方喷射洗净液的洗净喷嘴。

像这样，即便EGR冷却器具备喷射洗净液的洗净喷嘴，也可以如上所述通过具备障壁而能够抑制洗净液（内部流液）沿着侧面流动。

根据本发明一种形态的发动机系统具备上述EGR气体冷却器。

根据本发明另一种形态的发动机系统具备：上述EGR气体冷却器；和位于比该EGR气体冷却器靠近上游的位置，使用洗净液洗净所述EGR气体的洗涤装置。

如上所述，即使发动机系统具备位于EGR气体冷却器上游的洗涤装置，也可如上所述通过具备障壁而能抑制因冷却EGR气体而产生的冷凝水（内部流液）沿着侧面流动。

发明效果：

根据上述EGR气体冷却器，能够抑制内部流液的偏移。

附图说明

图1是根据第一实施形态的发动机系统的概略结构图；

图2是图1所示的EGR气体冷却器的剖视图；

图3是图2中III-III向视剖视图；

图4是示出比较例中洗净液的流动的图；

图5是示出第一实施形态中的洗净液的流动的图；

图6是示出第一实施形态的变形例的图；

图7是根据第二实施形态的发动机系统的概略结构图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施形态。以下，在全部附图中对相同或者相当的要素标以相同的符号并省略重复说明。

（第一实施形态）

＜发动机系统＞

首先，说明根据第一实施形态的发动机系统100的概略结构。图1是根据第一实施形态的发动机系统100的概略结构图。在图1中，画粗的虚线表示排气气体以及EGR气体的流动，画粗的实线表示新气以及扫气气体的流动。

根据本实施形态的发动机系统100是船舶用发动机系统，具备：作为二冲程柴油发动机的发动机主体10；向发动机主体10供给扫气气体的扫气流路20；将从发动机主体10排出的排气气体向外部排放的排气流路30；通过排气气体的能量驱动而使新气升压的增压器40；和从排气流路30抽出排气气体并向扫气流路20供给的EGR单元50。

扫气流路20中设置有冷却新气的空冷器21。被空冷器21冷却的新气在合流点22处与EGR单元50供给的EGR气体合流。新气与EGR气体合流从而生成扫气气体，生成的扫气气体通过水雾分离器（water mist catcher；WMC）23供给至发动机主体10。另外，水雾分离器23收集由空冷器21冷却新气时产生的冷凝水等。

EGR单元50具备：连接扫气流路20和排气流路30的EGR流路51；设置于EGR流路51且冷却EGR气体的EGR气体冷却器53；设置于EGR流路51且收集从EGR气体冷却器53排出的冷凝水以及洗净水的EGR水雾分离器54；和设置于EGR流路51且使排气气体升压，并调整EGR气体的流量的EGR风机55。

＜EGR气体冷却器＞

接着，说明EGR气体冷却器53的详细结构。图2是EGR气体冷却器53的剖视图，图3是图2中III-III向视剖视图。在图2中，纸面上方为铅垂方向上方，纸面下方为铅垂方向下方。如图2以及图3所示，本实施形态的EGR气体冷却器53是所谓的翅片管式的冷却器，具有壳体61、翅片组62、管子63、障壁64、和洗净喷嘴65。

壳体61如图3所示具有：在水平剖视时矩形形状的外框构件70、隔开外框构件70的内部空间的第一隔开构件71、和同样地隔开外框构件70的内部空间的第二隔开构件72。又，壳体61具有相向的一对端面73和相向的一对侧面74。端面73的一方为第一隔开构件71的内表面，另一方为第二隔开构件72的内表面。又，侧面74是外框构件70的内表面中位于第一隔开构件71和第二隔开构件72之间的部分。

通过这些一对端面73以及一对侧面74水平剖视时区划出矩形形状的流路75。EGR气体在该流路75中朝向铅垂方向下方（图2的纸面下方）流动。又，通过第一隔开构件71的外表面和外框构件70的内表面区划出制冷剂供给室76，并且通过第二隔开构件72的外表面和外框构件70的内表面区划出制冷剂排出室77。

翅片组62由位于流路75内且相对端面73平行排列的多个翅片80构成。如图2所示，翅片组62从铅垂方向上方侧依次具有第一段翅片组81、第二段翅片组82、和第三段翅片组83。第一段翅片组81与第二段翅片组82在铅垂方向上相离，第二段翅片组82与第三段翅片组83在铅垂方向上相离。

第一段翅片组81由彼此配置于同一铅垂方向位置的多个翅片80构成。同样地，第二段翅片组82由彼此配置于同一铅垂方向位置的多个翅片80构成，第三段翅片组83由彼此配置于同一铅垂方向位置的多个翅片80构成。

管子63如图3所示贯通构成翅片组62的多个翅片80，并且从一方的端面73向另一方的端面73延伸。管子63中，一方的端部向制冷剂供给室76开口，另一方的端部向制冷剂排出室77开口。制冷剂供给室76以及制冷剂排出室77内充满用于冷却EGR气体的制冷剂。又，制冷剂供给室76的压力比制冷剂排出室77的压力高。因此，制冷剂从制冷剂供给室76通过管子63内部流向制冷剂排出室77。

障壁64在水平方向上从一方的端面73延伸至另一方的端面73，并且沿着两方的侧面74配置。又，障壁64位于比翅片组62的铅垂方向上端靠近上方和比翅片组62的铅垂方向下端靠近下方的位置。此外，障壁64位于翅片组62的铅垂方向上端和铅垂方向下端之间。具体而言，障壁64配置于第一段翅片组81和第二段翅片组82之间，并且配置于第二段翅片组82和第三段翅片组83之间。

本实施形态的障壁64是截面为矩形的棒状构件，而且固定于侧面74。然而，障壁64如后述变形例所述截面可以具有矩形以外的形状。又，障壁64可以形成为直线形，也可以形成为波形等直线以外的形状。又，障壁64可以多处分断。此外，障壁64可以不固定于侧面74而是固定于翅片组62。

又，如图2所示，在两侧面74的相向方向（图2的纸面左右方向）上，与固定有该障壁64的侧面74最靠近（紧紧地接近）的管子63的中心轴位置是与障壁64的流路中央侧端部的位置相同的。然而，障壁64的流路中央侧端部也可以位于：比与固定有该障壁64的侧面74最靠近的管子63的中心轴靠近流路中央的位置。

洗净喷嘴65位于比翅片组62靠近铅垂方向上方的位置，而且朝向铅垂方向下方喷射洗净液101。洗净喷嘴65安装于从一方的侧面74延伸至另一方的侧面74的洗净管66上。洗净液101从未图示的洗净箱供给至洗净管66，并且通过洗净喷嘴65从洗净管66喷出。多个洗净管66配置于两个端面73之间。

＜洗净液的流动＞

接着，说明EGR气体冷却器53内的洗净液101的流动。首先，说明比较例的EGR气体冷却器53内的洗净液101的流动。图4是示出比较例中洗净液101的流动的图。比较例的EGR气体冷却器53不具有障壁64。又，比较例的EGR气体冷却器53中，翅片组62在铅垂方向上未被分割。即，比较例的翅片组62不具有第一段翅片组81、第二段翅片组82、以及第三段翅片组83。然而，除了上述点以外，比较例的EGR气体冷却器53具有与本实施形态的EGR气体冷却器53相同的结构。

如上所述，设置于EGR气体冷却器53的洗净喷嘴65朝向铅垂方向下方喷射洗净液101。喷射的洗净液101通过与管子63接触，以此改变在相对管子63垂直的面内的流动方向。在这里，假设EGR气体冷却器53不具有翅片80，则与管子63接触的洗净液101沿着管子63的外周面流动后，因重力向铅垂方向下方流落。

然而，在具有翅片80的EGR气体冷却器53的情况下，通过翅片80之间的洗净液101上作用有表面张力，并且通过管子63改变流动方向的同时在翅片80之间缓缓流动。另一方面，被侧面74引导且沿着侧面74流动的洗净液101基本不与翅片80接触，而且也不与管子63接触，因此向铅垂方向下方流动的速度较大。借助于此，侧面74附近的洗净液101容易引入至侧面侧，从而洗净液101进一步容易集中在侧面74。其结果是，如图4所示，大量的洗净液101沿着侧面7流动，洗净液101的流动发生偏移。

接着，说明本实施形态的EGR气体冷却器53内的洗净液101的流动。图5是示出本实施形态的EGR气体冷却器53内的洗净液101流动的图。在本实施形态的EGR气体冷却器53中，从洗净喷嘴65向铅垂方向下方喷射的洗净液101通过与管子63接触而改变流动方向，并且容易集中在流体阻力小的侧面74。

然而，本实施形态的EGR气体冷却器53具备沿着侧面74设置的障壁64。因此，沿着侧面74向铅垂方向下方流动的洗净液101被障壁64阻挡。借助于此，在本实施形态中，能够抑制洗净液101沿着侧面74流动，并且能够抑制洗净液101的流动的偏移。其结果是，能够抑制EGR气体在EGR气体冷却器53的出口附近被洗净液101加热，进而还能充分冷却EGR气体。

又，如上所述，在本实施形态中，在两个侧面74的相向方向上，障壁64的流路中央侧端部的位置相同于与固定有该障壁64的侧面74最靠近的管子63的中心轴位置。因此，被障壁64阻挡的洗净液101越过最靠近侧面74的管子63而朝着流路75的中央被引导。其结果是，能够进一步抑制洗净液101的流动的偏移。

另外，设置于多处的障壁64中，位于比翅片组62靠近铅垂方向上方的障壁64能够在从洗净喷嘴65直接喷射于侧面74的洗净液101到达翅片组62之前将其阻挡。此外，位于比翅片组62靠近铅垂方向下方的位置的障壁64能够抑制流向铅垂方向下方的洗净液101的流动速度。借助于此，能够抑制侧面74附近的洗净液101被引入至侧面74侧。

另外，也可以为了设置各障壁64而在翅片80的规定处形成切槽，在该切槽中插入障壁64等。然而，如本实施形态所述，如果将翅片组62在铅垂方向上分离，并且在分离的翅片组（第一段翅片组81、第二段翅片组82、第三段翅片组83）的铅垂方向的上方以及下方设置障壁64，则无需将翅片80加工成复杂的形状。

又，以上，说明了障壁64的截面形状为矩形的情况，但是障壁64的截面形状不限于此。例如，如图6所示，也可以使障壁64的截面形状为三角形，并且具有从侧面74朝着流路75的中央向铅垂方向下方倾斜的倾斜面67。根据该结构，能够将沿着侧面74流动的洗净液101的流动方向通过倾斜面67变更为朝向流路75中央的方向。因此，能够进一步抑制洗净液101的流动的偏移。

另外，上述倾斜面67也可以具有剖视时弯曲的形状。在该情况下，也可以将洗净液101的流动方向变更为流向流路75中央的方向。此外，障壁64也可以形成为板状，并且以从侧面74朝着流路75中央向铅垂方向下方倾斜的形式设置。在该情况下，障壁64也具有从侧面74朝着流路75中央向铅垂方向下方倾斜的倾斜面67。

又，以上说明了管子63为直线形状且从一方的端面73向另一方的端面73延伸的情况，但是管子63的形状不限于此。例如，管子63还可形成为连接S字的形状且在流路75内多次弯折，使一个管子63贯通翅片组62的多处。

（第二实施形态）

接着，说明根据第二实施形态的发动机系统200。图7是根据第二实施形态的发动机系统200的概略结构图。如图7所示，根据本实施形态的发动机系统200中，在EGR气体冷却器53的上游具有洗涤装置52。在洗涤装置52中，使用洗净液101洗净EGR气体。即，本实施形态的EGR气体冷却器53中供给已结束洗净的EGR气体。

又，本实施形态中EGR气体冷却器53不具有喷射洗净液101的洗净喷嘴65，不进行EGR气体的洗净。然而，对于除此以外的方面，本实施形态的EGR气体冷却器53和第一实施形态的EGR气体冷却器53具有相同的结构。如上所述，本实施形态中，因洗涤装置52的洗净而含有大量水分的EGR气体被EGR气体冷却器53冷却，因此EGR气体冷却器53内产生大量的冷凝水。

该冷凝水与第一实施形态的洗净液101相同地在EGR气体冷却器53内流动。又，本实施形态的EGR气体冷却器53也具有上述障壁64，因此沿着侧面74流动的冷凝水被障壁64阻挡，能够抑制冷凝水的流动发生偏移。其结果是，能够抑制EGR气体在EGR气体冷却器53的出口附近被冷凝水加热，能够充分冷却EGR气体。

符号说明：

52 洗涤装置（scrubber）；

53 EGR气体冷却器；

61 壳体；

62 翅片组；

63 管子（tube）；

64 障壁；

65 洗净喷嘴；

66 洗净管（pipe）；

67 倾斜面；

73 端面；

74 侧面；

75 流路；

80 翅片；

81 第一段翅片组；

82 第二段翅片组；

83 第三段翅片组；

100、200 发动机系统；

101 洗净液（内部流液）。

Claims (9)

1.一种EGR气体冷却器，具备：

具有相向的一对端面以及相向的一对侧面，通过所述一对端面以及所述一对侧面区划出使EGR气体向铅垂方向下方流动的流路的壳体；

由位于所述流路内且相对所述一对端面平行排列的多个翅片构成的翅片组；

贯通所述翅片组的翅片且内部有制冷剂流动的管子；和

沿着所述侧面配置且在水平方向上延伸的障壁。

2.根据权利要求1所述的EGR气体冷却器，其特征在于，

所述障壁至少配置于所述翅片组的铅垂方向上端与铅垂方向下端之间。

3.根据权利要求2所述的EGR气体冷却器，其特征在于，

所述翅片组包括：

由彼此配置于同一铅垂方向位置的多个翅片构成的第一段翅片组；和

由彼此配置于同一铅垂方向位置的多个翅片构成且相对所述第一段翅片组在铅垂方向上分离的第二段翅片组；

所述障壁配置于所述第一段翅片组和所述第二段翅片组之间。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的EGR气体冷却器，其特征在于，

所述障壁位于比所述翅片组的铅垂方向上端靠近铅垂方向上方的位置。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的EGR气体冷却器，其特征在于，

所述障壁具有从所述侧面朝着所述流路的中央向铅垂方向下方倾斜的倾斜面。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的EGR气体冷却器，其特征在于，

在所述一对侧面的相向方向上沿着所述侧面配置的所述障壁的流路中央侧端部的位置，是与靠近该侧面的管子的中心轴位置相同或者比该中心轴位置靠近流路中央的位置。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的EGR气体冷却器，其特征在于，

还具备位于比所述翅片组靠近铅垂方向上方的位置且朝向铅垂方向下方喷射洗净液的洗净喷嘴。

8.一种具备根据权利要求7所述的EGR气体冷却器的发动机系统。

9.一种发动机系统，具备：

权利要求1至6所述的EGR气体冷却器；和

位于比该EGR气体冷却器靠近上游的位置，使用洗净液洗净所述EGR气体的洗涤装置。