JP2003227691A - 排気熱交換装置 - Google Patents

排気熱交換装置

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    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＥＧＲガスクーラの熱伝達率の向上及びＰＭ
の堆積防止を図る 【解決手段】 ＰＭが付着堆積し易い部位である、ルー
バ１３の排気流れ前端側であって、少なくともルーバ１
３の根元側に対応する部位に穴部１４を形成する。これ
により、ＰＭが付着堆積し易い部位においてＰＭが付着
する立板部１２ｂが存在しない状態となるので、ＰＭが
付着堆積していくことを防止できる。したがって、確実
にルーバ１３にて縦渦を発生させることができるので、
熱伝達率の向上及びＰＭの堆積防止の効果を得ることが
でき、ガスクーラ１０の性能を長期に渡って維持するこ
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、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
装置に関するもので、ＥＧＲ（排気再循環装置）用の排
気を冷却するガスクーラに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図９は
出願人が試作検討しているガスクーラ用のインナーフィ
ンであり、このインナーフィンはＥＧＲ用の排気が流通
するチューブ内に配設されて排気と冷却水との熱交換を
促進するものである。
【０００３】そして、この試作に係るインナーフィンで
は、その一部を切り起こして三角状のルーバ１３を設け
ることにより、チューブ内の流通する排気の流れを乱し
て渦を発生させて、インナーフィンと排気との熱伝達率
の向上を図りながら、インナーフィン近傍のガス流速を
高めてインナーフィンに付着したＰａｔｉｃｕｒａｔｅ
Ｍａｔｔｅｒｓ（すす）等の未燃焼物質を吹き飛ばし
てＰＭがインナーフィンに堆積していくことを防止して
いる。
【０００４】ところで、この試作に係るインナーフィン
では、排気がルーバ１３に衝突するように乗り越えるこ
と利用して渦を発生させるものであるので、インナーフ
ィン１２のうちルーバ１３の根元側近傍のガス流速を高
めてＰＭを吹き飛ばすことができるものの、ルーバ１３
は、排気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ので、ルーバ１３に隣
接する壁部１２ｂ近傍のうち、特に、ルーバ１３の排気
流れ前端側に対応する部位においては、ルーバ１３と壁
部１２ｂとの距離が大きくなり、排気流れを絞ることが
できず、ガス流速を高めることが難しい。
【０００５】このため、図１０に示すように、ルーバ１
３に隣接する壁部１２ｂ近傍のうち、特に、ルーバ１３
の排気流れ前端側に対応する部位Ａにおいて、多量のＰ
Ｍが堆積してしてルーバ１３の根元側が壁部１２ｂと連
結してしまい、ルーバ１３の斜辺部分が短くなり、縦渦
を十分に生成することができず、熱伝達率の向上及びＰ
Ｍの堆積防止効果を得ることができなかった。
【０００６】本発明は、上記点に鑑み、排気熱交換装置
において、熱伝達率の向上及びＰＭの堆積防止を図るこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、燃焼により
発生する排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交
換装置であって、排気が流通する扁平状の排気通路（１
１ａ）内に配設され、排気の流通方向から見た断面形状
が略矩形波状となるように形成されたフィン（１２）を
備え、フィン（１２）のうち排気通路（１１ａ）の長径
方向と略平行な第１の壁部（１２ａ）には、排気流れ下
流側に向かうほど第１の壁部（１２ａ）からの突出寸法
が大きくなるように排気流れに対して傾いた面（Ｓ）を
有する板状の突起部（１３）が設けられ、フィン（１
２）のうち排気通路（１１ａ）の短径方向と略平行な第
２の壁部（１２ｂ）には、第２の壁部（１２ｂ）を貫通
させる穴部（１４）が設けられており、さらに、穴部
（１４）は、突起部（１３）の排気流れ前端側であっ
て、少なくとも根元側に対応する部位にて開口している
ことを特徴とする。
【０００８】これにより、「従来の技術及び発明が解決
しようとする課題」の欄で述べたＰＭが付着堆積し易い
部位Ａ（図９参照）においては、試作検討品と同様に排
気流れを絞ることができず、ガス流速を高めることが難
しいものの、部位Ａに穴部（１４）が形成されているの
で、部位ＡにおいてＰＭが付着する壁部（１２ｂ）が存
在しない状態となる。
【０００９】したがって、部位ＡにおいてＰＭが付着堆
積していくことを防止できるので、確実に突起部（１
３）にて縦渦を発生させることができ、熱伝達率の向上
及びＰＭの堆積防止の効果を得ることができる。延いて
は、排気熱交換装置の性能を長期に渡って維持すること
ができる。
【００１０】なお、突起部（１３）は、請求項２に記載
の発明のごとく、排気流れに沿って千鳥状に並べること
が望ましい。
【００１１】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
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。
【００１２】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
本発明に係る排気熱交換装置をディーゼル式エンジン用
の排気冷却装置に適用したものであり、図１は本実施形
態に係る排気冷却装置（以下、ガスクーラと呼ぶ。）１
０を用いたＥＧＲ（排気再循環装置）の模式図である。
【００１３】そして、排気再循環管３０はエンジン３１
から排出される排気の一部をエンジン３１の吸気側に還
流させる配管である。
【００１４】ＥＧＲバルブ３２は排気再循環管３０の排
気流れ途中に配設されて、エンジン３１の稼働状態に応
じて排気量を調節する周知のものであり、ガスクーラ１
０は、エンジン３１の排気側とＥＧＲバルブ３２との間
に配設されて排気とエンジンの冷却水との間で熱交換を
行い排気を冷却する。
【００１５】次に、ガスクーラ１０の構造について述べ
る。
【００１６】図２、３はガスクーラの外観図（一部断面
図）であり、チューブ１１は排気が流通する排気通路１
１ａを構成する扁平状の管であり、このチューブ１１
は、図４に示すように、所定形状にプレス成形された２
枚のプレート１１ｂをろう付け接合することにより形成
されている。
【００１７】また、チューブ１１内、つまり排気通路１
１ａ内には、排気と冷却水との熱交換を促進するインナ
ーフィン１２が配設されており、このインナーフィン１
２は、図５に示すように、排気の流通方向に帯状に延び
て互いに交差する壁部１２ａ、１２ｂを有し、排気の流
通方向から見た断面形状が矩形波状となるように形成さ
れている。
【００１８】そして、インナーフィン１２のうち排気通
路１１ａの長径方向と略平行でプレート１１ｂと接触す
る第１の壁部である平板部１２ａには、その一部を切り
起こすことにより、排気流れ下流側に向かうほどインナ
ーフィン１２の平板部１２ａからの突出寸法が大きくな
るように排気流れに対して傾いた三角状の面Ｓを有する
突起部、すなわちルーバ１３がインナーフィン１２から
切り起こされて形成されており、このルーバ１３は、排
気流れに沿って傾きが交互するように千鳥状に並んでい
る。
【００１９】一方、排気通路１１ａの短径方向と略平行
な第２の壁部である立板部１２ｂには、立板部１２ｂを
貫通させる穴部１４が設けられており、この穴部１４
は、図６に示すように、ルーバ１３の排気流れ前端側で
あって、少なくともルーバ１３の根元側に対応する部位
にて開口している。
【００２０】因みに、インナーフィン１２及びチューブ
１１は耐食性に優れた金属（本実施形態では、ステンレ
ス）にプレス加工を施すことにより成形されており、イ
ンナーフィン１２及びチューブ１１はろう付けにより一
体接合されている。
【００２１】また、図３中、ケーシング２０は、複数本
のチューブ１１をその短径方向（紙面上下方向）に積層
して接合した熱交換コア１５を収納するとともに、熱交
換コア１５周りに冷却水が流通する冷却水通路１６を形
成する角パイプ状に形成されたものであり、このケーシ
ング２０は、耐食性に優れた金属（本実施形態では、ス
テンレス）製である。
【００２２】そして、ケーシング２０の長手方向一端側
（紙面右側）の開口部には、各チューブ１１に排気を分
配供給するタンク部２１を形成するとともに、排気配管
（図示せず。）を接続するためのボンネット２１ａがろ
う付けされ、一方、長手方向他端側（紙面左側）の開口
部には、熱交換を終えた排気を各チューブ１１から集合
回収するタンク部２２を形成するとともに、排気配管
（図示せず。）を接続するためのボンネット２２ａがろ
う付けされている。
【００２３】なお、コアプレート２３はチューブ１１を
保持するとともに、冷却水通路１６とタンク部２１、２
２とを仕切るものであり、このコアプレート２３及びボ
ンネット２１ａ、２２ａも耐食性に優れた金属（本実施
形態では、ステンレス）製である。
【００２４】また、ケーシング２０のうち排気の流入側
には、チューブ１１の長径方向側から冷却水を冷却水通
路１６内に導入する流入口２４が設けられ、ケーシング
２０のうち排気の流出側には、チューブ１１の短径方向
側から熱交換を終えた冷却水を排出する流出口２５が設
けられている。
【００２５】なお、本実施形態では、ケーシング２０内
における排気も流通の向きと冷却水の流通の向きとを同
一の向きとし、かつ、チューブ１１の外壁側にチューブ
１１の長径方向に延びる突起部１１ｃを設けて、冷却水
通路１６のうち流入口２４近傍を比較的に小さな空間に
仕切り、排気入口近傍における冷却水の流速を増大させ
る増速手段を構成しているとともに、チューブ１１間の
隙間寸法を確保する位置決め手段を構成している。
【００２６】次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００２７】本実施形態においても、「従来の技術及び
発明が解決しようとする課題」の欄で述べたＰＭが付着
堆積し易い部位Ａ（図９参照）においては、試作検討品
と同様に排気流れを絞ることができず、ガス流速を高め
ることが難しいものの、部位Ａに穴部１４が形成されて
いるので、部位ＡにおいてＰＭが付着する立板部１２ｂ
が存在しない状態となる。
【００２８】したがって、部位ＡにおいてＰＭが付着堆
積していくことを防止できるので、確実にルーバ１３に
て縦渦を発生させることができ、熱伝達率の向上及びＰ
Ｍの堆積防止の効果を得ることができる。延いては、ガ
スクーラ１０の性能を長期に渡って維持することができ
る。
【００２９】因みに、本実施形態では、図５に示すよう
に、インナーフィン１２の高さＨを４．６ｍｍとし、フ
ィンピッチＦｐを８ｍｍとし、穴部１４のうちインナー
フィン１２の長手方向と平行な部位の寸法Ｗを２ｍｍと
し、穴部１４のうちチューブ１１の短径方向と平行な部
位の寸法ｈを２ｍｍ以上、インナーフィン１２の高さＨ
より低くしている。
【００３０】（第２実施形態）第１実施形態では、穴部
１４のうちチューブ１１の短径方向と平行な部位の寸法
ｈをインナーフィン１２の高さＨより低くしたが、本実
施形態は、図７に示すように、穴部１４のうちチューブ
１１の短径方向と平行な部位の寸法ｈをインナーフィン
１２の高さＨと同じ寸法としたものである。
【００３１】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、穴部１４を矩形穴としたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、円形や多角形であってもよい。
【００３２】また、上述の実施形態では、ルーバ１３を
排気流れに沿って千鳥状に配置したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、２枚のルーバ１３を１組とし
て、その組を成す２枚のルーバ１３が、排気流れ下流側
に向かうほど、ルーバ１３間の距離が増大するようにハ
の字状に並んだものであってもよい。
【００３３】上述の実施形態ではルーバ１３を三角形状
としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図
８に示すように、ルーバ１３の後端側のうち平板部１２
ａからの距離が最も大きくなる頂部の角部を略９０°以
上としたものである。
【００３４】なお、図８（ａ）はルーバ１３を略台形状
とすることにより頂部Ｉの角部を略９０°以上とした例
であり、図８（ｂ）に示すように、頂部Ｉの外縁形状を
滑らかな曲線状とすることにより頂部Ｉの角部を略９０
°以上とした例である。
【００３５】また、上述の実施形態では、ガスクーラ１
０に本発明に係る排気熱交換装置を適用したが、マフラ
ー内に配設されて排気の熱エネルギを回収する熱交換器
等のその他の熱交換器にも適用してもよい。
【００３６】また、上述実施形態では、インナーフィン
１２の一部を切り起こすことによりルーバ１３ルーバ１
１１ｃを形成したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、インナーフィン１２と別体の板状部材にルーバ
１３を形成し、このルーバ１３が形成された板状部材を
ろう付け等の接合手段によりインナーフィン１２に接合
してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るガスクーラを用いたＥ
ＧＲガス冷却装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るガスクーラの外観図で
ある。
【図３】本発明の実施形態に係るガスクーラの外観図で
ある。
【図４】本発明の実施形態に係るガスクーラにおける排
気通路の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るガスクーラのイン
ナーフィンの斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るガスクーラのイン
ナーフィンの三面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るガスクーラのイン
ナーフィンの三面図である。
【図８】本発明の変形例に係るルーバの正面図である。
【図９】試作検討に係るガスクーラのインナーフィンの
斜視図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は試作検討に係るガスクーラ
のインナーフィンの三面図であり、（ｄ）はＰＭが付着
堆積した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１２…インナーフィン、１３…ルーバ、１４…穴部。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼により発生する排気と冷却流体との
    間で熱交換を行う排気熱交換装置であって、 排気が流通する扁平状の排気通路（１１ａ）内に配設さ
    れ、排気の流通方向から見た断面形状が略矩形波状とな
    るように形成されたフィン（１２）を備え、 前記フィン（１２）のうち前記排気通路（１１ａ）の長
    径方向と略平行な第１の壁部（１２ａ）には、排気流れ
    下流側に向かうほど前記第１の壁部（１２ａ）からの突
    出寸法が大きくなるように排気流れに対して傾いた面
    （Ｓ）を有する板状の突起部（１３）が設けられ、 前記フィン（１２）のうち前記排気通路（１１ａ）の短
    径方向と略平行な第２の壁部（１２ｂ）には、前記第２
    の壁部（１２ｂ）を貫通させる穴部（１４）が設けられ
    ており、 さらに、前記穴部（１４）は、前記突起部（１３）の排
    気流れ前端側であって、少なくとも根元側に対応する部
    位にて開口していることを特徴とする排気熱交換装置。
  2. 【請求項２】 前記突起部（１３）は、排気流れに沿っ
    て千鳥状に並んでいることを特徴とする請求項１に記載
    の排気熱交換装置。
  3. 【請求項３】 排気を冷却するガスクーラとして、請求
    項１又は２に記載の排気熱交換器（１０）を備えること
    を特徴とする排気再循環装置。
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