JP2004060920A

JP2004060920A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004060920A
Application number: JP2002216645A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Shibagaki; 柴垣　和弘
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JP3879614B2

Abstract

【課題】インナーフィンの固定位置がチューブに対して大きくばらつくことを防止する。
【解決手段】インナーフィン１２の端部をチューブ１１の長径方向端部に当てるのではなく、長径方向端部に設けた突起部１１ｅにインナーフィン１２の端部を当てることによりインナーフィン１２をチューブ１１に対して位置決めする。これにより、チューブ１１の長手方向端部における長径方向端部の曲率半径Ｒ１を小さくすることなく、インナーフィン１２を確実にチューブ１１に対して位置決めすることができる。また、チューブ１１の長手方向端部、つまり挿入穴２３ａに挿入される部位は、曲率半径Ｒ１を大きくすることができるので、チューブ１１の挿入組み付け性が悪化することはない。したがって、チューブ１１の挿入組み付け性及びコアプレート２３の加工性を損なうことなく、インナーフィン１２の固定位置がチューブ１１に対して大きくばらつくことを防止できる。
【選択図】　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換器に関するもので、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、例えば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２は出願人が試作検討したガスクーラの外観図（一部断面）であり、図７は図２のＡ−Ａ断面図であり、図８は図７のＡ部拡大図である。
【０００３】
この試作検討に係るガスクーラは、図７に示すように、冷却水が流通する流体通路１６を構成するパイプ状のケーシング２０と、排気が流通する複数本のチューブ１１及びインナーフィン１２からなる熱交換コア１５と有して構成されたものである。
【０００４】
また、熱交換コア１５、つまりチューブ１１は、図２に示すように、その長手方向端部がコアプレート２３に挿入されてコアプレート２３を介してケーシング２０に固定されている。
【０００５】
ところで、チューブ１１をコアプレート２３に挿入するに当たっては、コアプレート２３にチューブ１１を挿入するための挿入穴２３ａを設ける必要があるが、チューブ１１の挿入組み付け性を考慮すると、図８に示すように、チューブ１１の角部の曲率半径Ｒ１をなるべく大きくすることが望ましい。
【０００６】
因みに、角部の曲率半径Ｒ１を小さくすると、チューブ１１を挿入穴２３ａに挿入し難くなるとともに、挿入穴２３ａを開けるための加工（例えば、プレスによる打ち抜き加工）性が低下する。
【０００７】
しかし、角部の曲率半径Ｒ１を大きくすると、チューブ１１の角部において曲面となる範囲が大きくなるので、インナーフィン１２の端部をチューブ１１の角部に当てるようにしてインナーフィン１２をチューブ１１に対して位置決めすることができず、ろう付け完了後において、インナーフィン１２の固定位置がチューブ１１に対して大きくばらついてしまうといった問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な熱交換器を提供し、第２には、インナーフィンの固定位置がチューブに対して大きくばらつくことを防止することを目的とする。
【０００９】
【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、流体が流通する流体通路（１６）を構成するパイプ状のケーシング（２０）と、ケーシング（２０）内に収納され、ケーシング（２０）内を流れる流体と熱交換する流体が流通するチューブ（１１）を有する熱交換コア（１５）と、チューブ（１１）内に設けられ、渦流れを発生させて熱伝達率を向上させるフィン（１２）と、チューブ（１１）の長手方向端部が挿入される挿入穴（２３ａ）を有し、チューブ（１１）をケーシング（２０）に対して固定するコアプレート（２３）とを備え、チューブ（１１）のうち長手方向端部から長手方向中央部側にずれた部位には、チューブ（１１）の外側から内側に陥没して内側に突出した突起部（１１ｅ）が塑性加工にて設けられており、さらに、フィン（１２）は、突起部（１１ｅ）によりチューブ（１１）内に位置決めされていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、チューブ（１１）の角部の曲率半径Ｒ１を小さくすることなく、フィン（１２）を確実にチューブ（１１）に対して位置決めすることができる。
【００１１】
また、チューブ（１１）の長手方向端部、つまり挿入穴（２３ａ）に挿入される部位においては、試作検討品と同様に、曲率半径Ｒ１を大きくすることができるので、チューブ（１１）の挿入組み付け性が悪化することはない。
【００１２】
したがって、チューブ（１１）の挿入組み付け性及びコアプレート（２３）の加工性を損なうことなく、フィン（１２）の固定位置がチューブ（１１）に対して大きくばらつくことを防止できるともに、従来と異なる新規な熱交換器を得ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、チューブ（１１）は、その長手方向から見た断面形状が扁平状に形成されており、さらに、突起部（１１ｅ）は、断面形状の長径方向端部側に設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、チューブ（１１）は、所定形状にプレス成形された２枚の板材（１１ｂ）を組み合わせることにより構成されており、さらに、突起部（１１ｅ）は、板材（１１ｂ）にプレス成形を施すことにより形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、チューブ（１１）内には、燃焼により発生する排気が流れ、フィン（１２）は、チューブ（１１）の長手方向から見た断面形状が略波状に形成されており、さらに、チューブ（１１）のうちフィン（１２）が配置されていない部位には、内方側に突出した突起状のディンプル（１１ｄ）が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、フィン（１２）をチューブ（１１）に対して所定の位置に配置固定できるので、ディンプル（１１ｄ）とフィン（１２）の側面との距離が過度に小さくなる、又は必要以上に大きくなるといったことを未然に防止できる。
【００１７】
したがって、ディンプル（１１ｄ）と壁部（１２ｂ）と間にすす等のＰＭが堆積していくことを未然に防止できるとともに、確実に渦を発生させることができるので、排気とチューブ（１１）との間の熱伝達率を向上させることができる。延いては、熱交換器の熱交換能力を向上させることができる。
【００１８】
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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る熱交換器をディーゼル式のエンジン用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。）１０を用いたＥＧＲ（排気再循環装置）の模式図である。
【００２０】
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。
【００２１】
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１０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。
【００２２】
次に、ガスクーラ１０の構造について述べる。
【００２３】
図２はガスクーラの外観図（一部断面図）であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図であり、図４は図３のＡ部拡大図である。
【００２４】
図２中、チューブ１１は排気が流通する排気通路１１ａを構成する扁平状の管であり、このチューブ１１は、図３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。
【００２５】
また、チューブ１１内、つまり排気通路１１ａ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１２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２種類の壁部材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。このため、排気通路１１ａ内には、チューブ１１の短径方向に複数本に区画された細流路１１ｃが構成される。
【００２６】
また、インナーフィン１２のうち壁部材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の壁部材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を有する突起部、すなわちウィング１２ｃが千鳥状に形成されている。
【００２７】
一方、チューブ１１、つまりプレート１１ｂのうちインナーフィン１２が配置されていない部位には、図３、図４、図６（ｂ）に示すように、プレス加工にて内方側に突出した突起状のディンプル１１ｄが設けられており、このディンプル１１ｄは、排気通路１１ａのうちウィング１２ｃと対向する壁面において、図６（ａ）に示すように、排気流れに沿って複数個形成されている。
【００２８】
また、チューブ断面の長径方向端部側の角部には、図４に示すように、チューブ１１の外側から内側に略Ｌ字状に陥没して内側に突出した突起部１１ｅがプレス加工等の塑性加工にて設けられており、インナーフィン１２は、チューブ１１内において突起部１１ｅにより位置決めされている。
【００２９】
また、突起部１１ｅは、図６（ａ）に示すように、チューブ１１のうち長手方向一端端部から長手方向中央部側にずれた部位からチューブ１１のうち長手方向他端部から長手方向中央部側にずれた部位に亘って連続的に形成されているとともに、突起部１１ｅの内側曲率半径Ｒ２（図４参照）は、角部の曲率半径Ｒ１より小さな寸法に設定されている。
【００３０】
なお、チューブ１１の長手方向端部、つまり挿入穴２３ａに挿入される部位は、従来（図８参照）と同じである。
【００３１】
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。
【００３２】
また、図２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。
【００３３】
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、この開口部を閉塞するように各チューブ１１に排気を分配供給するタンク部２１ａを形成するとともに、排気再循環管３０を接続するための第１ボンネット２１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２２ａを形成するとともに、排気再循環管３０を接続するための第２ボンネット２２がろう付けされている。
【００３４】
このとき、第１ボンネット２１に形成された排気流入口２１ｂの断面積は、熱交換器コア部１５の断面積より小さいため、第１ボンネット２１は、その通路断面積が排気流入口２１ｂから熱交換器コア部１５に渡って連続的に滑らかに拡大するようにラッパ状に形成されている。第２ボンネット２２も第１１ボンネット２１と同様に、排気流出口２２ｂから熱交換器コア部１５に渡って連続的に滑らかに拡大するようにラッパ状に形成されている。
【００３５】
また、コアプレート２３は、チューブ１１の長手方向端部が挿入穴２３ａに挿入されてチューブ１１をケーシング２０に対して固定するとともに、冷却水通路１６とタンク部２１ａ、２２ａとを仕切るものであり、このコアプレート２３及び第１、２ボンネット２１、２２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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００３９】
本実施形態では、インナーフィン１２の端部をチューブ１１の角部に当てるのではなく、突起部１１ｅにインナーフィン１２の端部を当てることによりインナーフィン１２をチューブ１１に対して位置決めしているので、チューブ１１の角部の曲率半径Ｒ１を小さくすることなく、インナーフィン１２を確実にチューブ１１に対して位置決めすることができる。
【００４０】
また、チューブ１１の長手方向端部、つまり挿入穴２３ａに挿入される部位は、前述したように、曲率半径Ｒ１を大きくすることができるので、チューブ１１の挿入組み付け性が悪化することはない。
【００４１】
したがって、チューブ１１の挿入組み付け性及びコアプレート２３の加工性を損なうことなく、インナーフィン１２の固定位置がチューブ１１に対して大きくばらつくことを防止できる。
【００４２】
また、インナーフィン１２をチューブ１１に対して所定の位置に配置固定できるので、ディンプル１１ｄとインナーフィン１２の側面（壁部１２ｂ）との距離が過度に小さくなる、又は必要以上に大きくなるといったことを未然に防止できる。
【００４３】
なお、ディンプル１１ｄと壁部１２ｂとの距離が過度に小さくなると、すす等のＰＭが堆積し易くなるので、ガスクーラ１０の目づまりを誘発し易い。また、ディンプル１１ｄと壁部１２ｂとの距離が過度に大きくなると、渦が発生し難くなるので、排気とチューブ１１（インナーフィン１２）との間の熱伝達率が低下し、ガスクーラ１０の冷却能力が低下する。
【００４４】
（その他の実施形態）
インナーフィン１２は、上述の実施形態（図４参照）に示されたストレートフィンに限定されるものではなく、例えば周知のオフセットフィンとしてもよい。
【００４５】
また、上述の実施形態では、ガスクーラ１０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。
【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ＥＧＲ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】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３のＡ部拡大図である。
【図５】本発明の実施形態に係るインナーフィンの斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明の実施形態に係るチューブの正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】施策検討に係るガスクーラにおける図２のＡ−Ａ断面相当の断面図である。
【図８】図７のＡ部拡大図である。
【符号の説明】
１１…チューブ、１１ｄ…ディンプル、１１ｅ…位置決め用の突起部、
１２…インナーフィン、１２ｃ…ウィング。

Claims

流体が流通する流体通路（１６）を構成するパイプ状のケーシング（２０）と、
前記ケーシング（２０）内に収納され、前記ケーシング（２０）内を流れる流体と熱交換する流体が流通するチューブ（１１）を有する熱交換コア（１５）と、
前記チューブ（１１）内に設けられ、渦流れを発生させて熱伝達率を向上させるフィン（１２）と、
前記チューブ（１１）の長手方向端部が挿入される挿入穴（２３ａ）を有し、前記チューブ（１１）を前記ケーシング（２０）に対して固定するコアプレート（２３）とを備え、
前記チューブ（１１）のうち長手方向端部から長手方向中央部側にずれた部位には、前記チューブ（１１）の外側から内側に陥没して内側に突出した突起部（１１ｅ）が塑性加工にて設けられており、
さらに、前記フィン（１２）は、前記突起部（１１ｅ）により前記チューブ（１１）内に位置決めされていることを特徴とする熱交換器。
前記チューブ（１１）は、その長手方向から見た断面形状が扁平状に形成されており、
さらに、前記突起部（１１ｅ）は、前記断面形状の長径方向端部側に設けられていることを特徴とする請求項１に熱交換器。
前記チューブ（１１）は、所定形状にプレス成形された２枚の板材（１１ｂ）を組み合わせることにより構成されており、
さらに、前記突起部（１１ｅ）は、前記板材（１１ｂ）にプレス成形を施すことにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
前記チューブ（１１）内には、燃焼により発生する排気が流れ、
前記フィン（１２）は、前記チューブ（１１）の長手方向から見た断面形状が略波状に形成されており、
さらに、前記チューブ（１１）のうち前記フィン（１２）が配置されていない部位には、内方側に突出した突起状のディンプル（１１ｄ）が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。