JP2002327996A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
部(ルーバ)を有するガスクーラにおいて、インナーフ
ィンの誤組み付けを防止する 【解決手段】 平板部111aに対応する部位であっ
て、平板部111aの内側に面する部位に、チューブ1
10の内方側に向けて突出する複数個の突起部110a
を設ける。これにより、インナーフィン111をチュー
ブ110に組み付ける際に、その向きを間違えると、突
起部110aとインナーフィン111の平板部111a
の外側(曲げの中心と反対側、曲率半径の中心と反対
側)とが干渉する。したがって、インナーフィン111
の組み付け方向(の向き)を間違えた状態でインナーフ
ィン111をチューブ110に組み付けることができな
いので、インナーフィン111の誤組み付けを防止する
ことができる。
Description
もので、内燃機関から排出される排気と冷却流体との間
で熱交換を行う排気熱交換器、特に、EGR(排気再循
環装置)用の排気を冷却するEGRガス熱交換装置(E
GRガスクーラ)に適用して有効である。
クーラは、EGR用の排気を冷却することにより、EG
Rの効果(排気中の窒素酸化物の低減効果)を高めるも
のであり、一般的に、エンジン冷却水を利用してEGR
用の排気を冷却するものである。
試作検討していたところ、いずれの試作品においても、
EGRクーラの排気流れ下流側において、多くの炭素
(すす)等の微粒子が堆積してしまい、排気通路内に設
けられたフィンに目詰まりが発生し、冷却性能の低下及
び圧力損失の増大という問題が多発した。
Paticurate Matters(すす)等の未
燃焼物質が含まれているが、排気流れ下流側に向かうほ
ど、排気温度が低下して排気の体積が縮小して相対的に
PM(すす)の占める割合が大きくなり、PM(すす)
がフィンの表面に付着し易くなるとともに、排気の流速
が低下してフィンの表面に付着したPM(すす)を吹き
飛ばせなくなるからである。
止しつつ、十分な冷却能力を有するEGRクーラとし
て、特願2000−385563号を出願したが、この
出願に係るEGRクーラでは、排気流れに対して方向性
を有するルーバ(突起部)を備えるインナーフィンをチ
ューブ内に配設しているので、インナーフィンをチュー
ブ内に配設する(組み付ける)際に、その方向(向き)
を間違える(誤組み付けする)と、フィンの目詰まりを
誘発するとともに、十分な冷却能力を発揮することがで
きない。
に対して方向性を有するルーバ(突起部)」とは、「ル
ーバ(突起部)に対して排気(流体)流れの向きが相違
した場合に、ルーバ(突起部)の後流側における排気
(流体)流れの状態が大きく相違するような特性を有す
る」と言う意味である。
て方向性を有する突起部を有する熱交換器において、フ
ィンの誤組み付けを防止することを目的とする。
成するために、請求項1に記載の発明では、チューブ
(110)内を流通する第1流体と、このチューブ(1
10)外を流通する第2流体との間で熱交換を行う熱交
換器であって、チューブ(110)内に配設され、第1
流体の流通方向から見て複数箇所の屈曲部(111a)
を有するように波状に形成された第1、2流体間の熱交
換を促進するフィン(111)と有し、フィン(11
1)には、第1流体の流通方向に対して方向性を有する
第1突起部(111c)が設けられており、さらに、チ
ューブ(110)の内壁側のうち屈曲部(111a)に
対応する部位には、チューブ(110)の内方側に向け
て突出する複数個の第2突起部(110a)が設けられ
ていることを特徴とする。
(110)に組み付ける際に、誤組み付けか否かを容易
に判定することができるので、フィン(111)の誤組
み付けを防止することができる。
(110a)は、屈曲部(111a)の内側に面する部
位に設けられていることを特徴とする。
げの中心側又は曲率半径の中心側を言う。
(110)に組み付ける際に、その向きを間違えると、
第2突起部(110a)とフィン(111)の屈曲部
(111a)の外側(曲げの中心と反対側)とが干渉す
るので、フィン(111)の組み付け方向(の向き)を
間違えた状態でフィン(111)をチューブ(110)
に組み付けることができない。したがって、フィン(1
11)の誤組み付けを防止することができる。
は、請求項3に記載の発明のごとく、チューブ(11
0)の短径方向において、互い違いの位置に設けること
が望ましい。
4に記載の発明のごとく、チューブ(110)の長手方
向端部に設けることが望ましい。
ーブ(110)が互いに平行に配置され、複数本のチュ
ーブ(110)の長手方向両端側には、これら複数本の
チューブ(110)に連通するヘッダタンク(120)
が嵌合部(121a)に嵌合された状態で接合されてお
り、さらに、チューブ(110)の長手方向一端側にお
ける嵌合部(121a)の形状と、チューブ(110)
の長手方向他端側における嵌合部(121a)の形状と
が相違していることを特徴とする。
向一端側が他端側のヘッダタンク(120)に誤組み付
けされる、又はチューブ(110)の長手方向他端側が
一端側のヘッダタンク(120)に誤組み付けされるこ
とを未然に防止できるので、フィン(111)の誤組み
付けを防止することができる。
ューブ(110)の内方側に向けて突出し、フィン(1
11)をチューブ(110)に対して位置決めする第3
突起部(110b)をチューブ(110)に設けてもよ
い。
7に記載の発明のごとく、第1流体流れ下流側に向かう
ほど突出寸法が大きくなるように略三角状に形成したも
のとしてもよい。
排出される排気と冷却流体との間で熱交換を行う熱交換
器であって、冷却流体が流通する冷却流体通路(14
0)と、排気が流通する排気通路(110)と、排気通
路(110)内に配設され、排気の流通方向から見て複
数箇所の屈曲部(111a)を有するように波状に形成
されて排気と冷却流体との熱交換を促進するフィン(1
11)と、屈曲部(111a)に形成され、排気の流通
方向に対して方向性を有する第1突起部(111c)
と、第1突起部(111c)に対応する位置に形成さ
れ、フィン(111)側に向けて突出する第2突起部
(110a)とを有することを特徴とする。
(110)に組み付ける際に、誤組み付けか否かを容易
に判定することができるので、フィン(111)の誤組
み付けを防止することができる。
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。
本発明に係る熱交換器をディーゼルエンジン(内燃機
関)用のEGRガス冷却装置に適用したものであり、図
1は本実施形態に係るEGRガス冷却装置(以下、ガス
クーラと呼ぶ。)100を用いたEGR(排気再循環装
置)の模式図である。
下、エンジンと略す。)であり、210はエンジン20
0から排出される排気の一部をエンジン200の吸気側
に還流させる排気再循環管である。
中に配設されて、エンジン200の稼働状態に応じてE
GRガス量を調節する周知のEGRバルブであり、ガス
クーラ100は、エンジン200の排気側とEGRバル
ブ220との間に配設されてEGRガスとエンジン冷却
水(以下、冷却水と略す。)との間で熱交換を行いEG
Rガスを冷却する。
べる。
図3はガスクーラ100のEGRガス入口側の拡大断面
図であり、図4は図3で示される部分の分解斜視図であ
る。
が流通する排気通路を構成する扁平状に形成された複数
本の排気チューブ(以下、チューブと略す。)であり、
このチューブ110内には、EGRガスとの接触面積を
拡大してEGRガスと冷却水との熱交換を促進するステ
ンレス製のインナーフィン111が配設されている。
(a)に示すように、EGRガスの流通方向から見て、
チューブ110の長径方向と略平行な複数箇所の平板部
(屈曲部)111a、及びこの平板部111aと交差す
る複数箇所の立板部111bを有するように矩形波状に
形成されている。
ように、その一部を観音開き状に切り起こすことによ
り、EGRガス流れ下流側に向かうほど平板部111a
からの距離が大きくなるように略三角状に形成されたル
ーバ(第1突起部)111cが、2枚1組として排気流
れ下流側に向けて複数組並ぶように設けられている。
2枚のルーバ111cは、図6(a)に示すように、排
気流れ下流側に向かうほど、ルーバ111c間の距離が
増大するようにハの字状に並んでいるとともに、平板部
111aのうちルーバ111cを切り起こす際に、組を
なす2枚のルーバ111c間に生成(形成)された穴部
111dは、図6(a)、(b)平板部111aのうち
ルーバ111cの切り起こし側と逆側の面がチューブ1
10の内壁と接触することにより閉塞されている。
は、図2、3に示すように、各チューブ110と連通す
るヘッダタンク(以下、ヘッダと略す。)120が設け
られており、このヘッダ120は、図3、4に示すよう
に、各チューブ110の端部が接合されたコアプレート
121、及びコアプレートと共にヘッダ内空間を構成す
るタンク本体122、EGRガス用外部配管(図示せ
ず。)を接続するためのジョイント123等からなるも
のである。
ように、コアプレート121に形成されたチューブ挿入
穴121a(図4参照)に挿入されて、各チューブ11
0間に所定の隙間151を有して離隔した状態で互いに
平行に配設されており、チューブ110とコアプレート
121とが接合されたもの(以下、このものをクーラコ
ア130と呼ぶ。)を、図4、5に示すように、矩形パ
イプ状のコアケーシング(シェル)140内に収納する
ことにより、クーラコア130の周りに冷却水が流通す
る冷却水通路(流体)通路150を設けて冷却水とEG
Rガスとを熱交換している。
シング140の長手方向一端側に冷却水導入用パイプ1
41を設け、他端側に冷却水排出用パイプ142を設け
ることにより、チューブ110間の隙間151及びコア
ケーシング140とクーラコア130との隙間152に
冷却水を流通させて冷却水とEGRガスとを熱交換して
いる。
140の長手方向他端側をEGRガスの出口とし、一端
側をEGRガスの入口とすることにより、冷却水とEG
Rガスとが並行流れとなるようにしている。
の内壁側のうち平板部111aに対応する部位であっ
て、平板部111aの内側に面する部位には、図7に示
すように、チューブ110の内方側に向けて突出する複
数個の突起部(第2突起部)110aが設けられてお
り、本実施形態では、圧印(コイニング)等の鍛造又は
プレス加工にて突起部110aをチューブ110に形成
している。ここで、平板部(屈曲部)111aの内側と
は、曲げの中心側(曲率半径の中心側)を意味するもの
である。
(a)に示すように、チューブ110の短径方向におい
て、インナーフィン111の位相と180度ずれた状態
となるように(図7(a)において、インナーフィン1
11の上下を反転させた場合における平板部111aの
位置に位置するように)、互い違いの位置に設けられて
いる。
複数個としたが、1個でも良いことは言うまでもない。
いて述べる。
EGRガス流れ下流側に向かうほど平板部111aから
の距離が大きくなるように略三角状に形成され、かつ、
組をなす2枚のルーバ111cが、EGRガス流れ下流
側に向かうほどルーバ111c間の距離が増大するよう
にハの字状に並べた状態で、EGRガス流れに沿うよう
に複数組設けられているので、チューブ110内を流通
するEGRガスは、図8に示すように、ハの字状に並ん
だ組をなす2枚のルーバ111cに衝突するように案内
されて少なくとも2つの流れに分流する。
スが衝突する側(EGRガスれ上流側に面する側)Aの
面における排気圧が、これと反対側(EGRガス流れ下
流側に面する側)Bの面における排気圧に比べて高くな
る。このため、分流された排気流れの一部が、ルーバ1
11cを超えて排気圧が低いEGRガス流れ下流側に面
するB側の面(組をなすルーバ(111c)間)に流れ
込むため、チューブ110の略中央部を流通する主流を
挟んで対称に、立板部111b側には、分流されたEG
Rガス流れをルーバ111c間に引き込むような縦渦
(EGRガス流れから見て、EGRガス流れに対して直
交する面内で渦を巻くように見える渦)が発生する。
るEGRガスが、ルーバ111c間に引き込むような縦
渦(排気流れ)により後押しされるように加速されるの
で、平板部111a近傍を流通するEGRガスが、ルー
バ111cを有していない単純な波状のストレートフィ
ンに比べて大きくなる。同様に、立板部111b近傍を
流通するEGRガスの速度も縦渦にて加速されるので、
立板部111b近傍を流通するEGRガスの速度も、ル
ーバ111cを有していない単純な波状のストレートフ
ィンに比べて大きくなる。
熱伝達率を向上させることができるとともに、フィン1
11の表面に付着したPM(すす)を吹き飛ばすことが
できるので、フィン111の目詰まりを防止しつつ、ガ
スクーラの熱交換効率を向上させることができる。
らも明らかなように、本実施形態に係るルーバ111c
(第1突起部)は、ルーバ111cに対してEGRガス
(流体)流れの向きが相違した場合に、ルーバ111c
の後流側におけるEGRガス流れの状態が大きくする相
違するような特性を有するものであるので、インナーフ
ィン111をチューブ110に組み付ける際に、その向
きを間違えると、上記の作用効果を得ることができな
い。
の特徴を述べる。
る部位であって、平板部111aの内側に面する部位
に、チューブ110の内方側に向けて突出する複数個の
突起部110aが設けられているので、インナーフィン
111をチューブ110に組み付ける際に、その向きを
間違えると、突起部110aとインナーフィン111の
平板部111aの外側(曲げの中心と反対側、曲率半径
の中心と反対側)とが干渉する。
付け方向(の向き)を間違えた状態でインナーフィン1
11をチューブ110に組み付けることができないの
で、インナーフィン111の誤組み付けを防止すること
ができる。
対応する部位であって、平板部111aの内側に面する
部位に突起部110aが設けたが、平板部111aに突
起部110aが嵌合する凹部を設ければ、平板部111
aに対応する部位であって、平板部111aの外側(曲
げの中心と反対側、曲率半径の中心と反対側)に面する
部位に突起部110aが設けてもよい。
マーカ(本実施形態では、矢印のマーク)をチューブ1
10に設けてもよい。なお、マーキング方法は、プレス
等の機械的方法又はマジックペンに描く等の方法等、そ
の具体的な手法は問わない。
110とコアプレート121との誤組み付けを防止対策
を施したものである。
ブに対して正規の向きに組み付けたたとしても、インナ
ーフィン111が組み付けられたチューブ110をコア
プレート121に組み付ける際に、その組み付け方向を
間違えると、EGRガス流れに対してインナーフィン1
11の向きが反対となるので、結局は、インナーフィン
111を誤組み付けしたこととなる。
すように、チューブ110の長手方向一端側におけるチ
ューブ挿入穴(嵌合部)121aの形状と、チューブ1
10の長手方向他端側におけるチューブ挿入穴(嵌合
部)121aの形状とを相違させたものである。
端側が他端側のコアプレート121に誤組み付けされ
る、又はチューブ110の長手方向他端側が一端側のコ
アプレート121に誤組み付けされることを未然に防止
できる。
径方向略中央における短径寸法をその他の部位に比べて
小さくした例であり、図10は図9とは逆にチューブ挿
入穴121aの長径方向略中央における短径寸法をその
他の部位に比べて大きくした例である。
チューブ挿入穴121a形状に限定されるものではな
く、例えばチューブ110の長手方向一端側の断面形状
を長円状とし、他端側を矩形状(長方形状)とする等し
てもよい。
は、突起部110aをチューブ110の長手方向端部に
設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例
えばチューブ110の長手方向中央部等のその他の部位
に設けてもよい。また、チューブ110の長手方向に沿
って突起部110aを複数個設けてもよい。
aに加えて、チューブ110に対してフィン111を所
定位置に位置決めするストッパ用突起部110bを設け
てもよい。
0の断面形状が矩形状(長方形)であったが、本発明は
これに限定されるものではなく、例えば図12に示すよ
うにな長径方向端部が円弧状となった長円(楕円)形状
であってもよい。
0は電縫管であったが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、所定形状にプレス成形されたプレートを積層
してクーラコア130(チューブ110及び冷却水通路
150)を構成したものであってもよい。
0、コアプレート121、タンク本体122及びコアケ
ーシング140等のガスクーラ100の構成部品をろう
付けしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
溶接等のその他接合方法により接合してもよい。
cは、EGRガス流れ下流側に向かうほど平板部111
aからの距離が大きくなるように略三角状に形成されて
いたが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、
その他形状の突起形状を有するものであってもよい。
図である。
方向と直交する方向の断面図である。
フィンの斜視図であり、(b)は本発明の第1実施形態
に係るインナーフィンを側面図である。
の正面図であり、(b)は本発明の第1実施形態に係る
チューブの斜視図である。
おけるEGRガス(排気流れ)を示す模式図である。
を示す模式図である。
徴を示す模式図である。
ィンの斜視図である。
ィンの斜視図である。
ーフィン。
Claims (8)
- 【請求項1】 チューブ(110)内を流通する第1流
体と、このチューブ(110)外を流通する第2流体と
の間で熱交換を行う熱交換器であって、 前記チューブ(110)内に配設され、前記第1流体の
流通方向から見て複数箇所の屈曲部(111a)を有す
るように波状に形成されて前記第1、2流体間の熱交換
を促進するフィン(111)とを有し、 前記フィン(111)には、前記第1流体の流通方向に
対して方向性を有する第1突起部(111c)が設けら
れており、 さらに、前記チューブ(110)の内壁側のうち前記屈
曲部(111a)に対応する部位には、前記チューブ
(110)の内方側に向けて突出する第2突起部(11
0a)が設けられていることを特徴とする熱交換器。 - 【請求項2】 前記第2突起部(110a)は、前記屈
曲部(111a)の内側に面する部位に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。 - 【請求項3】 前記チューブ(110)は、その断面形
状が扁平状に形成されており、 さらに、前記複数個の第2突起部(110a)は、前記
チューブ(110)の短径方向において、互い違いの位
置に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に
記載の熱交換器。 - 【請求項4】 前記第2突起部(110a)は、前記チ
ューブ(110)の長手方向端部に設けられていること
を特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の
熱交換器。 - 【請求項5】 複数本の前記チューブ(110)が互い
に平行に配置され、前記複数本のチューブ(110)の
長手方向両端側には、これら複数本のチューブ(11
0)に連通するヘッダタンク(120)が嵌合部(12
1a)に嵌合された状態で接合されており、 さらに、前記チューブ(110)の長手方向一端側にお
ける前記嵌合部(121a)の形状と、前記チューブ
(110)の長手方向他端側における前記嵌合部(12
1a)の形状とが相違していることを特徴とする請求項
1ないし4のいずれか1つに記載の熱交換器。 - 【請求項6】 前記チューブ(110)の内方側に向け
て突出し、前記フィン(111)を前記チューブ(11
0)に対して位置決めする第3突起部(110b)が前
記チューブ(110)に設けられていることを特徴とす
る請求項1ないし5のいずれか1つに記載の熱交換器。 - 【請求項7】 前記第1突起部(111c)は、前記第
1流体流れ下流側に向かうほど突出寸法が大きくなるよ
うに略三角状に形成されていることを特徴とする請求項
1ないし6のいずれか1つに記載の熱交換器。 - 【請求項8】 内燃機関から排出される排気と冷却流体
との間で熱交換を行う熱交換器であって、 冷却流体が流通する冷却流体通路(140)と、 排気が流通する排気通路(110)と、 前記排気通路(110)内に配設され、排気の流通方向
から見て複数箇所の屈曲部(111a)を有するように
波状に形成されて排気と冷却流体との熱交換を促進する
フィン(111)と、 前記屈曲部(111a)に形成され、排気の流通方向に
対して方向性を有する第1突起部(111c)と、 前記第1突起部(111c)に対応する位置に形成さ
れ、前記フィン(111)側に向けて突出する第2突起
部(110a)とを有することを特徴とする熱交換器。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001130114A JP4622150B2 (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 熱交換器 |
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