JP2004077024A

JP2004077024A - 排気熱交換装置

Info

Publication number: JP2004077024A
Application number: JP2002238301A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hayashi; 林　孝幸
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】ガスの入口側が曲がっているガスクーラにおいて、冷却水が局所的に沸騰してしまうことを防止する。
【解決手段】熱交換コア部１５の排気流入側のうち、ケーシング２０の中心線ＣＬを挟んでボンネット２１の曲率中心Ｏと反対側に冷却水の流入口２４を設ける。これにより、流入口２４は、熱交換コア部１５の排気流入側のうち、排気の流量分布がその他に比べて大きくなる部位に対応する箇所に位置することとなるので、熱交換コア部１５のうち排気による熱流束が大きい部位に温度が低い冷却水が流入するとともに、この熱流束が大きい部位を流れる冷却水の流速及び流量を高めることができる。したがって、冷却水が局所的に沸騰してしまうことを防止できるので、ガスクーラ１０の熱交換効率が低下してしまうことを防止できる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱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５は発明者が試作検討したガスクーラ１０の外観図（一部断面図）であり、このガスクーラ１０は、冷却水が流通する通路を構成する角パイプ状のケーシング２０、ケーシング２０内に収納されて内部に排気を流通させる排気通路１１ａを有する熱交換コア部１５、及びケーシング２０の長手方向端部を閉塞するとともに、排気通路１１ａと排気管とを連通させるボンネット２１、２２等から構成されたものである。
【０００３】
ところで、ガスクーラ１０の設置スペース上、図５に示すように、ボンネット２１、２２を曲がり配管（エルボ）とせざるを得ない場合があるが、排気入口側のボンネット２１をエルボ状とすると、排気の主流がボンネット２１内の排気通路のうち、中心線ＣＬを挟んでボンネット２１の曲率中心Ｏと反対側、つまり図５において中心線ＣＬより上側に偏って熱交換コア部１５に流れ込む。
【０００４】
このため、熱交換コア部１５のうち中心線ＣＬより上側における熱流束が中心線ＣＬより下方側における熱流束より大きくなるので、熱交換コア部１５のうち中心線ＣＬより上側において冷却水が局所的に沸騰してしまい、ガスクーラ１０の熱交換効率が低下するとともに、排気通路が局所的に高温となって熱応力が大きくなり、割れ等の問題が発生し易い。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な排気熱交換装置を提供し、第２には、コア部において局所的に流体が沸騰することを抑制することを目的とする。
【０００６】
【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コア部（１５）を有する排気熱交換装置であって、冷却流体の流入口（２４）が設けられた箇所は、コア部（１５）の排気流入側のうち、排気の流量分布がその他に比べて大きくなる部位に対応する箇所であることを特徴とする。
【０００７】
これにより、コア部（１５）のうち排気による熱流束が大きい部位に温度が低い冷却流体が流入するとともに、この熱流束が大きい部位を流れる冷却流体の流速及び流量を高めることができるので、冷却流体が局所的に沸騰してしまうことを防止でき、排気熱交換装置の熱交換効率が低下してしまうこと、及び排気通路に割れ等が発生することを防止しつつ、従来と異なる新規な排気熱交換装置を得ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、冷却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、燃焼により発生した排気を流通させる排気通路（１１ａ）を有して排気と冷却流体とを熱交換するコア部（１５）と、ケーシング（２０）の長手方向両端部を閉塞するとともに、排気通路（１１ａ）と排気管（３０）とを連通させるボンネット（２１）とを備え、ボンネットのうち排気の流入側に設けられたボンネット（２１）は、ケーシング（２０）の長手方向に対して交差する方向からコア部（１５）に排気を導入するように曲がっており、さらに、冷却流体の流入口（２４）は、コア部（１５）の排気流入側のうち、ケーシング（２０）の中心線（ＣＬ）を挟んでボンネット（２１）の曲率中心と反対側に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
これにより、流入口（２４）は、コア部（１５）の排気流入側のうち、排気の流量分布がその他に比べて大きくなる部位に対応する箇所に位置することとなるので、コア部（１５）のうち排気による熱流束が大きい部位に温度が低い冷却流体が流入するとともに、この熱流束が大きい部位を流れる冷却流体の流速及び流量を高めることができる。
【００１０】
したがって、冷却流体が局所的に沸騰してしまうことを防止できるので、排気熱交換装置の熱交換効率が低下してしまうこと、及び排気通路に割れ等が発生することを防止しつつ、従来と異なる新規な排気熱交換装置を得ることができる。
【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】
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。
【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。
【００１５】
次に、ガスクーラ１０の構造について述べる。
【００１６】
図２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。
【００１７】
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４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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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を接続するための入口ガスパイプをなす第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を接続するための出口ガスパイプをなす第２ボンネット２２がろう付けされている。
【００２１】
このとき、第１ボンネット２１は、ケーシング２０の長手方向に対して交差する方向から熱交換コア部１５に排気を導入するように約９０°曲がっており、同様に、第２ボンネット２２は、熱交換コア部１５から流出した排気をケーシング２０の長手方向に対して交差する方向に流出させるように約９０°曲がっている。
【００２２】
また、図２中、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。
【００２３】
そして、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。
【００２４】
このとき、流入口２４は、熱交換コア部１５の排気流入側、つまり熱交換コア部１５の第１ボンネット２１側のうち、ケーシング２０の中心線ＣＬを挟んでボンネット２１の曲率中心Ｏと反対側に設けられている。
【００２５】
なお、本実施形態では、ケーシング２０内における排気の流通の向きと冷却水の流通の向きとを同一とし、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】
本実施形態では、流入口２４は、熱交換コア部１５の排気流入側のうち、ケーシング２０の中心線ＣＬを挟んでボンネット２１の曲率中心Ｏと反対側に設けられているので、流入口２４は、熱交換コア部１５の排気流入側のうち、排気の流量分布がその他に比べて大きくなる部位に対応する箇所に位置することとなる。
【００２８】
したがって、熱交換コア部１５のうち排気による熱流束が大きい部位に温度が低い冷却水が流入するとともに、この熱流束が大きい部位を流れる冷却水の流速及び流量を高めることができるので、冷却水が局所的に沸騰してしまうことを防止でき、ガスクーラ１０の熱交換効率が低下してしまうことを防止できるとともに、排気通路に割れ等が発生することを未然に防止できる。
【００２９】
（その他の実施形態）
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。
【００３０】
また、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。
【００３１】
また、インナーフィン１２を有していないガスクーラにも本発明を適用できることは、言うまでもない。
【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】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４】本発明の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５】試作検討品に係るガスクーラの外観図である。
【符号の説明】
１５…熱交換器コア部、２１…第１ボンネット、２２…第２ボンネット、
２４…冷却水流入口、２５…冷却水流出口。

Claims

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コア部（１５）を有する排気熱交換装置であって、
冷却流体の流入口（２４）が設けられた箇所は、前記コア部（１５）の排気流入側のうち、排気の流量分布がその他に比べて大きくなる部位に対応する箇所であることを特徴とする排気熱交換装置。
冷却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、燃焼により発生した排気を流通させる排気通路（１１ａ）を有して排気と冷却流体とを熱交換するコア部（１５）と、前記ケーシング（２０）の長手方向両端部を閉塞するとともに、前記排気通路（１１ａ）と排気管（３０）とを連通させるボンネット（２１、２２）とを備え、
前記ボンネットのうち排気の流入側に設けられたボンネット（２１）は、前記ケーシング（２０）の長手方向に対して交差する方向から前記コア部（１５）に排気を導入するように曲がっており、
さらに、冷却流体の流入口（２４）は、前記コア部（１５）の排気流入側のうち、前記ケーシング（２０）の中心線（ＣＬ）を挟んで前記ボンネット（２１）の曲率中心と反対側に設けられていることを特徴とする排気熱交換装置。