JP2000121275A - 2重配管式熱交換器 - Google Patents

2重配管式熱交換器

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JP2000121275A
JP2000121275A JP10292062A JP29206298A JP2000121275A JP 2000121275 A JP2000121275 A JP 2000121275A JP 10292062 A JP10292062 A JP 10292062A JP 29206298 A JP29206298 A JP 29206298A JP 2000121275 A JP2000121275 A JP 2000121275A
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heat exchanger
radiation fins
pipe
double
cooled
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Tetsuhiro Hosokawa
哲寛 細川
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Toyota Motor Corp
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】放熱フィンの熱疲労による亀裂の発生を防止
し、信頼性を向上させることができる2重配管式熱交換
器を提供する。 【解決手段】放熱フィン16が収容固定された内管11
と外管12とが2重配管構造として構成されたEGRク
ーラ(2重配管式熱交換器)10において、前記放熱フ
ィン16における冷却水の流入側端部Aには、放熱フィ
ン16における冷却水の流入側端部Aの中心部近傍を覆
うように保護カバー19を設けた。このため、EGRガ
スは保護カバー19を回避して冷却効率の高い放熱フィ
ン16の外周部へ多く流れ込み、放熱フィン16の中心
部と外周部との間の温度が均一化するため、前記放熱フ
ィン16に生じる熱応力は緩和される。従って、放熱フ
ィン16の亀裂の発生を防止することができ、ひいて
は、放熱フィン16の信頼性を向上させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内燃機関の
排気ガス再循環装置において、排気系から取り出された
高温の排気ガスを冷却するための2重配管式熱交換器に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、内燃機関の排気ガス中の窒素酸化
物を低減するために、排気ガスの一部を排気系(エキゾ
ーストマニホールド)から取り出し、吸気系(インテー
クマニホールド)へ再循環させる排気ガス再循環装置
(以下、「EGR装置」という。)が知られている。前
記EGR装置には排気系から取り出した高温の排気ガス
(以下、「EGRガス」という。)を吸気系に再導入す
る前に冷却するための2重配管式熱交換器(以下、「E
GRクーラ」という。)が設けられている。
【0003】図4及び図5に示すように、前記EGR装
置における排気環流路(図示略)の途中に配設されるE
GRクーラ50は、内側にEGRガスを流通させる内管
51と、同内管51の外周面を包囲すると共に両端が内
管51の外周面に固定され、内管51との間に断面環状
の流通路52を区画する外管53との2重配管構造とし
て構成されている。前記内管51には熱伝達を促進させ
るための放熱フィン54が収容されており、同放熱フィ
ン54の外周はろう付けにて内管51の内周面に固定さ
れている。
【0004】前記外管53には冷却水を前記流通路52
に導入するための導入管55と、流通路52内の冷却水
を排出するための排出管56とが設けられている。前記
流通路52内には内燃機関冷却用の冷却水が導入管55
を介して供給され、この冷却水は流通路52を流れ、排
出管56を介して内燃機関の冷却水循環回路(図示略)
に戻される。前記高温のEGRガスと冷却水との間では
内管51を介して熱交換が行われる。この結果、EGR
ガスは冷却されて内燃機関の吸気系に再導入される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記放熱フ
ィン54の外周は冷却水により冷却された内管51によ
って拘束されているため、放熱フィン54における最も
高温となる中心部と、冷却水によって冷却された内管5
1に接する外周部との間には大きな温度差が生じる。特
に、前記放熱フィン54のEGRガス流入側端部Aにお
ける中心部と外周部との間には非常に大きな温度差(3
00〜500℃)が生じる。このため、前記放熱フィン
54のEGRガス流入側端部Aにおいては特に大きな熱
応力が生じ、熱疲労による亀裂Kが発生するおそれがあ
った。
【0006】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、放熱フィンの熱疲労に
よる亀裂の発生を防止し、信頼性を向上させることがで
きる2重配管式熱交換器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、内側に被冷却媒体を流通させる第1筒部材と、前記
第1筒部材の外周を離間して包囲し、同第1筒部材との
間に冷却媒体用の流通部を区画する第2筒部材と、前記
第1筒部材内に収容固定される放熱部材とを備えると共
に、前記第1及び第2筒部材が2重配管構造として構成
された2重配管式熱交換器において、前記放熱部材にお
ける被冷却媒体の流入側端部には、同放熱部材における
被冷却媒体の流入側端部の中心部近傍を覆うように保護
手段を設けたことをその要旨とする。
【0008】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記保護手段には被冷却媒体の圧力損
失を低減させるための圧力損失低減手段を設けたことを
その要旨とする。
【0009】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の発明において、前記圧力損失低減手段は保護部材の中
心に設けた透孔であることをその要旨とする。請求項4
に記載の発明は、請求項1〜請求項3のうちいずれか一
項に記載の発明において、前記保護手段は高耐熱性、高
耐食性及び高熱伝導性を有する金属にて形成したことを
その要旨とする。 (作用)従って、請求項1に記載の発明では、第1筒部
材内に流入した被冷却媒体は、保護手段を回避して冷却
効果の高い放熱部材の外周部へと流れ込む。このため、
放熱手段の内周部と外周部との温度差は小さくなり、放
熱手段全体の温度が均一化する。
【0010】請求項2に記載の発明では、圧力損失軽減
手段によって被冷却媒体の圧力損失が軽減される。請求
項3に記載の発明では、請求項2に記載の発明におい
て、被冷却媒体の一部は透孔を介して放熱部材に流れ込
む。
【0011】請求項4に記載の発明では、請求項1〜請
求項3のうちいずれか一項に記載の発明において、保護
手段は高温及び腐食性の被冷却媒体による酸化腐食等が
発生しにくい。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を内燃機関の排気ガ
ス再循環装置(以下、「EGR装置」という。)に具体
化した一実施形態を図面に従って説明する。
【0013】図1〜図3に示すように、内燃機関のEG
R装置における排気環流路(図示略)の途中に配設され
る2重配管式熱交換器(以下、「EGRクーラ」とい
う。)10は、内側に内燃機関の排気系から取り出した
被冷却媒体としての高温の排気ガス(以下、「EGRガ
ス」という。)を流通させる第1筒部材としての内管1
1を備えている。
【0014】前記内管11の外周には、同内管11の外
周を離間して包囲するように第2筒部材としての外管1
2が配置されている。前記外管12の両端は徐々に縮径
され、内管11の外周面に溶接等により固定されてい
る。そして、前記内管11の外周面と外管12の内周面
との間には断面環状の冷却媒体としての冷却水を流通さ
せる流通路13が形成されている。即ち、前記EGRク
ーラ10は前記内管11と外管12との2重配管構造と
して構成されている。
【0015】前記外管12には冷却水を流通路13内に
導入するための導入管14と、流通路13内の冷却水を
排出するための排出管15とが設けられている。前記流
通路13には導入管14を介して内燃機関冷却用の冷却
水が供給され、この冷却水は流通路13を流れた後、排
出管15を介して内燃機関の冷却水循環回路(図示略)
に戻される。前記EGRクーラ10は流通路13を流れ
る冷却水と内管11の外周面とが接触する冷却可能範囲
Cを通過するEGRガスを冷却可能となっている。
【0016】前記内管11には放熱部材としての放熱フ
ィン16が収容固定されている。前記放熱フィン16は
内管11の径方向に断面略放射状(断面略星形状)に形
成されると共に、内管11の管軸方向に所定の長さ(本
実施形態では、両端が前記冷却可能区間C内に位置可能
な長さ)を有して形成され、内管11の内周面に固定さ
れている。
【0017】即ち、前記放熱フィン16はステンレス鋼
(例えばSUS304)等の高耐熱性、高耐食性及び高
熱伝導性を有する1枚の金属板がプレス等により波状
(略蛇腹状)に屈曲形成され、その一方の各山部16a
が内管11の内周面に接触した状態で沿うように丸めら
れ(波形円筒状)、内管11内に挿入される。そして、
前記放熱フィン16は、同各山部16aの外面が内管1
1の内周面にろう付けされることによって内管11の内
周面に固定されている。
【0018】前記放熱フィン16のEGRガス流入側端
部(高温側)Aには、保護手段としての円板状の保護カ
バー19が放熱フィン16におけるEGRガス流入側端
部Aの中心部近傍を覆うように設けられている。前記保
護カバー19は放熱フィン16と同じ材質で形成されて
おり、同保護カバー19の中心にはEGRガスの圧力損
失軽減手段としての透孔19aが形成されている。尚、
前記放熱フィン16の流出側端部(低温側)Bは冷却後
のEGRガスが通過することにより、特に保護カバー1
9を設ける必要はない。
【0019】さて、前記EGRクーラ10に高温のEG
Rガスが流入すると、同EGRガスは保護カバー19を
回避して放熱フィン16の外周部へ流れ込むと共に、透
孔19aを介して若干量が放熱フィン16の中心部へと
流れ込む。即ち、前記放熱フィン16のEGRガス流入
側端部Aにおける中心部(保護カバー19なしの状態で
は最も高温となる部分)にはEGRガスが直接的に接触
することがなく、冷却効率の高い放熱フィン16の外周
部にEGRガスが多く流れこむ。
【0020】即ち、放熱フィン16における中心部と外
周部との冷却効率の差に対応した量のEGRガスが各部
に流入することによって放熱フィン16の中心部と外周
部との間の温度差が少なくなり、放熱フィン16の中心
部と外周部との間の温度が均一化する。このため、前記
放熱フィン16に生じる熱応力は緩和される。
【0021】尚、前記保護カバー19は高温のEGRガ
スが直接接触することにより高温となるが、同保護カバ
ー19の外周は特に拘束されていないこと、及び冷却水
により直接的に冷却されていないことにより、保護カバ
ー19全体に熱が拡散して全体の温度が均一となる。こ
のため、前記保護カバー19自身に発生する熱応力は小
さいものとなる。
【0022】前記高温のEGRガスの熱は保護カバー1
9及び放熱フィン16に奪われ、内管11に伝達され
る。そして、前記内管11に伝達された熱は流通路13
を流れる冷却水に伝達されて排熱される。即ち、高温の
EGRガスは、同EGRガスと冷却水との間で保護カバ
ー19、放熱フィン16及び内管11を介して熱交換が
行われることにより冷却される。
【0023】従って、本実施形態によれば、以下の効果
を得ることができる。 (1) 放熱フィン16のEGRガス流入側端部Aに保
護カバー19を放熱フィン16の中心部を覆うようにし
て設けたことにより、EGRガスは保護カバー19を回
避して放熱フィン16の外周部へ多く流れ込む。即ち、
放熱フィン16における中心部と外周部との冷却効率の
差に対応した量のEGRガスが流入することによって放
熱フィン16の中心部と外周部との間の温度差が少なく
なり、放熱フィン16の中心部と外周部との間の温度が
均一化する。このため、前記放熱フィン16に生じる熱
応力は緩和され、放熱フィン16のEGRガス流入側端
部Aにおける亀裂の発生を防止することができる。ひい
ては、放熱フィン16の信頼性を向上させることができ
る。
【0024】(2) 放熱フィン16におけるEGRガ
ス流入側端部Aの中心部に保護カバー19を設け、高温
のEGRガスが冷却効率の高い放熱フィン16の外周部
へ多く流れ込むようにした。このため、EGRガスの冷
却効率を向上させることができる。
【0025】(3) 保護カバー19の中心に透孔19
aを形成し、EGRガスの一部は同透孔19aを介して
内管11内に通過可能とした。このため、EGRガスの
圧力損失による冷却効率の低下を防止することができ
る。
【0026】(4) 保護カバー19を高耐熱性、高耐
食性及び高伝導性を有する金属板で形成したことによ
り、放熱フィン16の製品寿命を向上させることができ
る。 (5) 放熱フィン16の端部に保護カバー19を取り
付けるのみの構成としたことにより、EGRクーラ10
の構成を簡単にすることができる。
【0027】尚、前記実施形態は以下のように変更して
実施してもよい。 ・ 本実施形態においては、保護カバー19には透孔1
9aを一箇所のみ設けたが、放熱フィン16の中心部が
覆われていれば、複数箇所設けてもよい。このようにし
ても、本実施形態における(1)〜(3)番目の効果と
同様の効果を得ることができる。
【0028】・ 本実施形態においては、保護カバー1
9を円板状に形成したが、放熱フィン16の中心部が覆
われていれば、例えば多角形状等、任意の形状に変更し
てもよい。このようにしても、本実施形態における
(1)〜(3)番目の効果と同様の効果を得ることがで
きる。
【0029】・ 本実施形態においては、保護カバー1
9に透孔19aを形成し、同透孔19aを介してEGR
ガスの一部が保護カバー19を通過可能とすることによ
ってEGRガスの圧力損失を軽減させたが、前記保護カ
バーを例えば三角錐状の別の部材に置き換え、その先端
をEGRガス流入方向へ向けて配置してもよい。このよ
うにしても、EGRガスの圧力損失を軽減させることが
できる。
【0030】・ 本実施形態においては、内管11内に
放熱フィン16を一つのみ配置したが、図3に示すよう
に、放熱フィン16を複数の放熱フィンに分割し、互い
に所定距離Xを有するように離間して配置してもよい。
この場合、保護カバー19はEGRガス流入側(高温
側)に位置する放熱フィンのEGRガス流入側端部Aに
設ける。このようにすれば、前記放熱フィン16間にお
いて、内管11及び外管12をEGRクーラ10の設置
場所に応じて任意に折り曲げることができる。
【0031】・ 本実施形態においては、EGRクーラ
10を円筒状の内管11及び外管12にて構成したが、
例えば四角筒状又は楕円筒状等の形状の内管11及び外
管12にて構成してもよい。このようにしても、本実施
形態と同様の効果を得ることができる。
【0032】次に、本実施形態から把握できる請求項記
載発明以外の技術的思想について、以下にそれらの効果
と共に記載する。 ・ 請求項1又は請求項2に記載の2重配管式熱交換器
を備えた排気ガス再循環装置。
【0033】・ 被冷却媒体を冷却するための2重配管
式熱交換器の放熱部材において、前記放熱部材における
被冷却媒体の流入側端部には、放熱部材における被冷却
媒体の流入側端部の中心部近傍を覆うように保護手段を
設けた2重配管式熱交換器の放熱部材。このようにすれ
ば、放熱部材の熱応力による亀裂の発生を極力防止する
ことができる。
【0034】・ 前記放熱部材及び保護部材は高耐熱
性、高耐食性及び高熱伝導性を有する金属板により形成
した請求項1又は請求項2に記載のEGRクーラ。この
ようにすれば、放熱部材のEGRガスによる劣化が防止
でき、ひいてはEGRクーラの製品寿命を向上させるこ
とができる。
【0035】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、放熱手
段全体の温度が均一化することにより、放熱手段の信頼
性を向上させることができる。
【0036】請求項2に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の効果に加えて、EGRガスの圧力損失が
低減されることにより、EGRガスの冷却効率を向上さ
せることができる。
【0037】請求項3に記載の発明によれば、請求項2
に記載の発明において、簡単な構成で被冷却媒体の圧力
損失を低減することができる。請求項4に記載の発明で
は、請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の発
明において、保護手段は高温及び腐食性のEGRガスに
よる酸化腐食等が発生し難いことより、放熱部材の製品
寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施形態におけるEGRクーラの正断面
図。
【図2】 図1における1−1線断面図。
【図3】 別の実施形態におけるEGRクーラの正断面
図。
【図4】 従来のEGRクーラの正断面図。
【図5】 図4における2−2線断面図。
【符号の説明】 10…EGRクーラ(2重配管式熱交換器)、11…内
管(第1筒部材)、12…外管(第2筒部材)、13…
流通路、16…放熱フィン(放熱部材)、19…保護カ
バー(保護手段)、19a…透孔(圧力損失低減手
段)。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内側に被冷却媒体を流通させる第1筒部
    材と、 前記第1筒部材の外周を離間して包囲し、同第1筒部材
    との間に冷却媒体用の流通部を区画する第2筒部材と、 前記第1筒部材内に収容固定される放熱部材と、を備え
    ると共に、前記第1及び第2筒部材が2重配管構造とし
    て構成された2重配管式熱交換器において、 前記放熱部材における被冷却媒体の流入側端部には、同
    放熱部材における被冷却媒体の流入側端部の中心部近傍
    を覆うように保護手段を設けた2重配管式熱交換器。
  2. 【請求項2】 前記保護手段には被冷却媒体の圧力損失
    を低減させるための圧力損失低減手段を設けた請求項1
    に記載の2重配管式熱交換器。
  3. 【請求項3】 前記圧力損失低減手段は保護部材の中心
    に設けた透孔である請求項2に記載の2重配管式熱交換
    器。
  4. 【請求項4】 前記保護手段は高耐熱性、高耐食性及び
    高熱伝導性を有する金属にて形成した請求項1〜請求項
    3のうちいずれか一項に記載の2重配管式熱交換器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100422665C (zh) * 2003-09-05 2008-10-01 Lg电子株式会社 包括热交换器和用于切换制冷循环的装置的空调器
CN102032827A (zh) * 2010-11-30 2011-04-27 上海科米钢管有限公司 换热管的热套加工工艺
CN114471026A (zh) * 2021-12-22 2022-05-13 国能长源武汉青山热电有限公司 一种废热利用技术用烟气净化装置及其净化方法

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