JP2005331217A - Gas cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス冷却装置に係り、より詳しくはディーゼルエンジンの排気系から排気ガスの一部を取出し、EGR配管を介してエンジンの吸気系に戻し、混合気に加える排気再循環(以下EGRという)に際して、EGR配管内のEGRガスを冷却する装置に関するものである。 The present invention relates to a gas cooling device, and more specifically, a part of exhaust gas is taken out from an exhaust system of a diesel engine, returned to an engine intake system through an EGR pipe, and added to an air-fuel mixture (hereinafter referred to as EGR). ), An apparatus for cooling the EGR gas in the EGR pipe.
排気系から排気ガスの一部を取出して、再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加える方法は、EGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)と称される。EGRはNOx(窒素酸化物)の発生抑制、ポンプ損失の低減、燃焼ガスの温度低下に伴う冷却液への放熱損失の低減、作動ガス量・組成の変化による比熱比の増大と、これに伴うサイクル効率の向上など、多くの効果が得られることから、エンジンの排気ガス浄化、熱効率を改善するには有効な方法とされている。 A method of taking a part of the exhaust gas from the exhaust system, returning it to the engine intake system again, and adding it to the air-fuel mixture is called EGR (Exhaust Gas Recirculation). EGR suppresses the generation of NOx (nitrogen oxide), reduces pump loss, reduces heat dissipation loss to the coolant due to lowering of combustion gas temperature, and increases specific heat ratio due to changes in working gas amount / composition. Since many effects such as improvement of cycle efficiency can be obtained, it is considered to be an effective method for purifying engine exhaust gas and improving thermal efficiency.
しかるに、EGRガスの温度が高くなりかつEGRガス量が増大すると、その熱作用によりEGRバルブの耐久性が劣化し、早期破損を招く場合があったり、その防止のために水冷構造とする必要があることや吸気温度の上昇に伴い充填効率の低下による燃費の低下等が認識されている。このような事態を避けるため、エンジンの冷却液、カーエアコン用冷媒または、冷却風等によってEGRガスを冷却する装置が用いられている。 However, when the temperature of the EGR gas is increased and the amount of EGR gas is increased, the durability of the EGR valve is deteriorated due to its thermal action, which may cause premature breakage, and a water cooling structure is necessary to prevent this. It is recognized that there is a decrease in fuel consumption due to a decrease in charging efficiency as the intake air temperature increases. In order to avoid such a situation, an EGR gas cooling device is used with an engine coolant, a car air conditioner refrigerant, cooling air, or the like.
従来のEGRガスの冷却装置としては、熱交換器形の各種冷却器が提案されている。
例えば、ガスを通す内管の外側に、液体を通す外管を配設し、ガスと液体間で熱交換を行う交換器において、内管内に金属コルゲート板がフィンとして挿入されている2重管式熱交換器(特許文献1参照)、内管と外管とを備え、内管側および外管側にそれぞれ高温側流体通路および低温側流体通路のどちらか一方ずつを備えた2重管式熱交換器(特許文献2参照)、内側に被冷却媒体を流通させる内管と、内管の外周を離間して囲むように設けられた外管と、内管の内部に配設された熱応力緩和機能を有する放熱フィンとから構成された2重管式熱交換器(特許文献3参照)、内側に被冷却媒体を流通させる内管と、内管の外周を離間して囲むように設けられた外管と、内管の内部に配設されたクロスフィンとから構成された2重管式熱交換器(特許文献4参照)、EGRガス配管の外周面に、冷却配管(伝熱管)がスパイラル状に対接巻装されたEGRガス冷却装置(特許文献5参照)および、EGRガス配管の外周壁を貫通して、冷却配管(伝熱管)が当該EGRガス配管の内部に挿入された構造のEGRガス冷却装置(特許文献6参照)等がある。
For example, a double pipe in which a metal corrugated plate is inserted as a fin in the inner pipe in an exchanger in which an outer pipe through which a liquid passes is arranged outside the inner pipe through which the gas passes and heat exchange is performed between the gas and the liquid. -Type heat exchanger (refer to Patent Document 1), a double pipe type comprising an inner pipe and an outer pipe, each having either a high-temperature side fluid passage or a low-temperature side fluid passage on the inner pipe side and the outer pipe side, respectively A heat exchanger (see Patent Document 2), an inner pipe for circulating a medium to be cooled, an outer pipe provided so as to surround and surround the outer circumference of the inner pipe, and heat disposed in the inner pipe A double-pipe heat exchanger composed of heat dissipating fins having a stress relieving function (see Patent Document 3), an inner tube through which a medium to be cooled is circulated, and an outer periphery of the inner tube are provided so as to be spaced apart A double pipe type heat exchanger composed of an outer tube and a cross fin disposed inside the inner tube (See Patent Document 4), EGR gas cooling device (see Patent Document 5) in which a cooling pipe (heat transfer pipe) is spirally wound around the outer peripheral surface of the EGR gas pipe, and the outer peripheral wall of the EGR gas pipe And an EGR gas cooling device (see Patent Document 6) having a structure in which a cooling pipe (heat transfer pipe) is inserted into the EGR gas pipe.
しかしながら、特許文献1〜4に開示されている従来の2重管タイプのEGRガス冷却器の場合は、EGRガス流路を構成するパイプ内面は、長さ方向全長にわたって内周面が平滑となっているものが多く、パイプ中心付近の熱伝達が十分でなく、EGRガスの冷却効率が低いという問題があった。
また、特許文献5〜6に開示されているEGRガス冷却装置の場合は、製作が容易でコストが安くつくという利点を有するが、伝熱面積が狭いため伝熱性能を確保するためには特に軸方向長さを長くする必要があり、大きなスペースを占めて自動車に搭載するにはレイアウト上の問題が発生すること、さらにガス流がEGRガス配管に沿って流れるためガス流の乱流化の程度が低く、伝熱面の境界層が十分に薄くならず伝熱性能が若干劣るという問題があった。
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、簡略な構造であるにもかかわらず冷却効率が優れ、しかも限られたスペースに容易に設置が可能なガス冷却装置を提供することを目的とするものである。
However, in the case of the conventional double pipe type EGR gas cooler disclosed in
In addition, the EGR gas cooling device disclosed in
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a gas cooling device that has excellent cooling efficiency despite being a simple structure and can be easily installed in a limited space. It is what.
本発明に係るガス冷却装置は、基本的にはガス流路のガス流れ方向に対して直角に交差する多数の冷却媒体流路を設けることによって熱交換性能の向上をはかったもので、その第1発明は、ガス配管に、該配管のガス流れ方向に対して直角に交差する多数の冷却配管が、該各配管の両管端が外部に開口するごとく当該ガス配管の外周壁を貫通して固着配列され、さらに前記冷却媒体配管群の管軸方向両側のガス配管外面またはガス配管外面全体に、冷却媒体の流入出口を有する冷却ジャケットが固着され、前記冷却配管内を通流する冷却媒体によって前記ガス配管内のガスが冷却される構成となしたことを特徴とするものである。
又、このガス冷却装置における前記冷却配管は、その外周にスパイラル状もしくはディスク状のフィンを有したり、前記冷却配管が固着配列された熱交換領域のガス配管内に、当該ガス配管内のガス流に平行で前記冷却配管に直角なプレートフィンを少なくとも1枚設けたり、さらに前記プレートフィンの冷却配管が挿入される貫孔には、バーリング壁を設けたり、さらに又、前記プレートフィンにはルーバー、貫孔、ピンフィン、凹凸のうち、少なくとも一つを設けたりするものである。
The gas cooling device according to the present invention basically improves the heat exchange performance by providing a large number of coolant flow paths that intersect at right angles to the gas flow direction of the gas flow path. 1 In the invention, a number of cooling pipes intersecting a gas pipe at right angles to the gas flow direction of the pipe pass through the outer peripheral wall of the gas pipe as both ends of the pipe open to the outside. A cooling jacket having a cooling medium inflow / outlet is fixed to the outer surface of the gas pipe on the both sides in the axial direction of the cooling medium pipe group or the entire outer surface of the gas pipe, and the cooling medium flowing through the cooling pipe. The gas in the gas pipe is cooled.
Further, the cooling pipe in the gas cooling apparatus has spiral or disk-shaped fins on the outer periphery, or the gas pipe in the heat exchange area in which the cooling pipe is fixedly arranged. At least one plate fin parallel to the flow and perpendicular to the cooling pipe is provided, a burring wall is provided in a through hole into which the cooling pipe of the plate fin is inserted, and a louver is provided on the plate fin. At least one of a through hole, a pin fin, and an unevenness is provided.
同じく第2発明は、ガス配管に、一枚の板にバーリング加工を施して多数の突出筒体を同一位相で形成したプレートフィンを複数枚重ねて前記各突出筒体部を溶接又はろう付けにて接合することにより多数のチューブ状冷却媒体流路が形成されたコアが、該コアのチューブ状冷却媒体流路が該配管のガス流れ方向に対して直角に交差し、かつ各チューブ状冷却媒体流路の端部が外部に開口するごとく当該ガス配管の外周壁を貫通して固着配列され、さらに前記チューブ状冷却媒体流路群の両開口端側のガス配管外面又はガス配管外面全体に、冷却媒体の流入出口を有する冷却ジャケットが固着され、前記チューブ状冷却媒体流路内を通流する冷却媒体によって前記ガス配管内のガスが冷却される構成となしたことを特徴とするものである。 Similarly, in the second invention, a plurality of plate fins in which a plurality of projecting cylindrical bodies are formed in the same phase by performing burring processing on a single plate on a gas pipe are welded or brazed. The cores in which a large number of tubular cooling medium flow paths are formed by joining together, the tubular cooling medium flow paths of the cores intersect at right angles to the gas flow direction of the piping, and each tubular cooling medium As the end of the flow path opens to the outside, it is fixedly arranged through the outer peripheral wall of the gas pipe, and further on the gas pipe outer surface or the entire gas pipe outer surface on both ends of the tubular cooling medium flow path group, A cooling jacket having an inlet / outlet for the cooling medium is fixed, and the gas in the gas pipe is cooled by the cooling medium flowing through the tubular cooling medium flow path. .
同じく第3発明は、冷却媒体の流入口もしくは流出口のいずれかを有し、相対する冷却ジャケットの間にあって、ガスの流れ方向に対して直角に交差する伝熱管を、間隔を保持して複数配置したガス冷却装置において、前記冷却ジャケットによって覆われている部分を除く隣接する壁面に、ガスの流れ方向に対して平行に、もしくは交差して複数のフレキ成形部及び/又は複数の放熱用フィンを有することを特徴とするものである。
又、このガス冷却装置においては、前記間隔を保持して複数配置される伝熱管の外周面に、ガスの流れ方向に対して平行に、複数のプレートフィンを接合したり、前記伝熱管に接合されるプレートフィンの他端を、前記フレキ成形部に挿入し、挟持させたりすることを好ましい態様とし、さらに前記プレートフィンには、波形、うねりを有した矩形の波形、貫孔、凹凸、ルーバー等の加工が施されていること、前記ガス冷却装置を構成する各部の接合手段が、溶接及び/又はろう付けであることを好ましい態様とするものである。
Similarly, in the third invention, a plurality of heat transfer tubes having either a cooling medium inflow port or an outflow port and intersecting at right angles to the gas flow direction between the opposed cooling jackets are maintained at intervals. In the arranged gas cooling apparatus, a plurality of flexible molding portions and / or a plurality of heat radiation fins are arranged on an adjacent wall surface excluding a portion covered by the cooling jacket in parallel or intersecting with the gas flow direction. It is characterized by having.
Further, in this gas cooling apparatus, a plurality of plate fins are joined to the outer peripheral surface of the plurality of heat transfer tubes arranged while maintaining the interval in parallel to the gas flow direction, or joined to the heat transfer tubes. It is preferable that the other end of the plate fin is inserted into the flexible molding portion and sandwiched, and the plate fin has a corrugated shape, a corrugated rectangular corrugated shape, a through hole, an unevenness, and a louver. It is preferable that the processing such as the above is performed and the joining means of each part constituting the gas cooling device is welding and / or brazing.
同じく第4発明は、冷却媒体の流入口若しくは流出口のいずれかを有し、相対する冷却ジャケットの間にあって、ガスの流れ方向に対して直角に交差する複数の偏平伝熱管を、間隔を保持して配置したガス冷却装置であって、前記偏平伝熱管の偏平した外表面に、ガスの流れ方向に対して平行に、多数のチャンネル形状のフィンを設けたことを特徴とするものである。
又、このガス冷却装置においては、前記フィンが前記偏平伝熱管の全長にわたりもしくは長さ方向に小型分割形状、切り起こし付き帯状フィンであることを特徴とし、さらに前記フィンには、ルーバー、貫孔、凹凸、波形等が設けられたり、又、前記フィンを偏平伝熱管同士若しくは偏平伝熱管と冷却装置外壁との間において圧接せしめたのち、接合したり、さらに前記フィンを含むガス冷却装置を構成する各部の接合手段が、溶接及び/又はろう付であることを好ましい態様とするものである。
Similarly, in the fourth invention, a plurality of flat heat transfer tubes that have either an inlet or an outlet for the cooling medium and that intersect between the opposing cooling jackets and intersect at right angles to the gas flow direction are maintained at intervals. In the gas cooling device arranged in this manner, a large number of channel-shaped fins are provided on the flat outer surface of the flat heat transfer tube in parallel with the gas flow direction.
Further, in this gas cooling device, the fin is a strip-shaped fin with a small divided shape and cut and raised over the entire length of the flat heat transfer tube or in the length direction. , Irregularities, corrugations, etc. are provided, and the fins are joined between flat heat transfer tubes or between the flat heat transfer tubes and the outer wall of the cooling device, and then joined, and further constitute a gas cooling device including the fins It is preferable that the joining means of each part to be performed is welding and / or brazing.
同じく第5発明は、冷却媒体の流入口若しくは流出口のいずれかを有し、相対する冷却ジャケットの間にあって、ガスの流れ方向に対して直角に交差する複数の偏平伝熱管を、間隔を保持して複数配置したガス冷却装置であって、前記間隔を保持して配置した偏平伝熱管の偏平した外表面に、略直角でかつガスの流れ方向に対して平行に多数のフィンを設け、これを交互に介装させて固定することによってコアを形成せしめたことを特徴とするものである。
又、このガス冷却装置においては、前記コアのアスペクト比が、偏平伝熱管長さ/EGRガス流路の長さ比において、1:1.5〜1:7、または1:2.5〜1:5であること、前記偏平伝熱管単体が、一体もの、若しくは複数の偏平管で構成されていること、前記一体ものの偏平伝熱管単体は、内部に1〜複数個の補強用リブを有すること、前記偏平伝熱管の偏平した外表面に固定されるフィンが、ガスの流れ方向に蛇行するように固定されていること、前記偏平伝熱管単体は、ガスの流れ方向に波型に変形して形成され、その外表面に固定されるフィンも同様に波型に形成されること、前記フィンが、コルゲートフィンであること、前記フィンには、ルーバー、貫孔、ピンフィン等が設けられること、ガス冷却装置を構成する各部の接合手段が、溶接及び/又はろう付であることを好ましい態様とするものである。
Similarly, in the fifth invention, a plurality of flat heat transfer tubes that have either an inlet or an outlet for the cooling medium and that intersect between the opposing cooling jackets and intersect at right angles to the gas flow direction are maintained at intervals. A plurality of gas cooling devices provided on the flat outer surface of the flat heat transfer tubes arranged with the gap therebetween, provided with a plurality of fins substantially perpendicular to and parallel to the gas flow direction. The core is formed by alternately interposing and fixing the cores.
In this gas cooling apparatus, the aspect ratio of the core is 1: 1.5 to 1: 7 or 1: 2.5 to 1 in the ratio of the flat heat transfer tube length / EGR gas flow path. : 5, the flat heat transfer tube itself is composed of one or a plurality of flat tubes, and the single flat heat transfer tube has one to a plurality of reinforcing ribs inside. The fin fixed to the flat outer surface of the flat heat transfer tube is fixed to meander in the gas flow direction, and the flat heat transfer tube itself is deformed into a wave shape in the gas flow direction. The fins formed and fixed to the outer surface thereof are also formed in a corrugated shape, the fins are corrugated fins, the fins are provided with louvers, through holes, pin fins, etc., gas Connection of each part of the cooling device Means, it is an preferred embodiment that the welding and / or brazing.
同じく第6発明は、冷却媒体の流入口若しくは流出口のいずれかを有し、相対する冷却ジャケットの間にあって、ガスの流れ方向に対して直角に交差する伝熱管を、間隔を保持して複数配置したガス冷却装置において、該伝熱管の断面形状をガスの流れ方向後方に向かって、その幅を次第に拡張せしめた楔形形状とし、該楔形形状の伝熱管内を通流する冷却媒体によってガスを冷却することを特徴とするものである。
又、このガス冷却装置においては、前記楔形形状の伝熱管同士、若しくは該伝熱管とガス配管との間隙に、ガスの流れ方向と平行してプレートフィンが固着されてなること、前記プレートフィンには貫孔、ルーバー、ピンフィン、凹凸等が設けられること、前記プレートフィンを含む前記ガス冷却装置を構成する各部の接合手段が、溶接及び/又はろう付であることを好ましい態様とするものである。
Similarly, according to the sixth aspect of the present invention, a plurality of heat transfer tubes that have either an inlet or an outlet for the cooling medium and that intersect between the opposing cooling jackets and intersect at right angles to the gas flow direction are spaced apart. In the arranged gas cooling device, the cross-sectional shape of the heat transfer tube is a wedge shape whose width is gradually expanded toward the rear of the gas flow direction, and the gas is supplied by the cooling medium flowing through the heat transfer tube of the wedge shape. It is characterized by cooling.
In this gas cooling device, plate fins are fixed in parallel to the gas flow direction between the wedge-shaped heat transfer tubes or between the heat transfer tubes and the gas pipes. Is preferably provided with through-holes, louvers, pin fins, irregularities, etc., and the joining means of each part constituting the gas cooling device including the plate fins is welding and / or brazing. .
同じく第7発明は、ガス配管内を流れるガスの流れ方向に対して直角に交差する伝熱管が、間隔を保持して複数配置されたガス冷却装置において、該伝熱管はその両管端を開口した状態で前記ガス配管の外周壁を貫通して固着配列され、該固着配列された伝熱管列群の管軸方向両端におけるガス配管の上下若しくは両側面又は全周に渡るガス配管外周面に、冷却媒体の流入口若しくは流出口のいずれかを有する冷却ジャケットが固着され、該冷却ジャケットの流入口から流入した冷却媒体が、前記伝熱管列群を経由して他の冷却ジャケット流出口から系外に流去する冷却媒体流路にあって、隣接する前記伝熱管列群境界の冷却媒体の流れ方向交互に堰を設け、該伝熱管内を通流する冷却媒体の流路と流速とを任意に制御しながら、該伝熱管列群を通流する冷却媒体によってガスを冷却することを特徴とするものである。
又、このガス冷却装置においては、前記伝熱管列群を形成する複数の伝熱管の形状が円筒状チューブ管、長円形の偏平管、断面楔形形状に加工された金属管等であること、前記伝熱管列群を形成するそれぞれの伝熱管同士、若しくは該伝熱管とガス配管外壁の内周面との間隙に、ガスの流れ方向に平行して、プレートフィンを固着してなること、前記プレートフィンには貫孔、ルーバー、ピンフィン、凹凸等が設けられること、前記プレートフィンを含むガス冷却装置を構成する各部の接合手段が、溶接及び/又はろう付であることを好ましい態様とするものである。
Similarly, according to a seventh aspect of the present invention, there is provided a gas cooling apparatus in which a plurality of heat transfer tubes intersecting at right angles to a flow direction of a gas flowing in a gas pipe are arranged at intervals, and the heat transfer tubes are opened at both ends. In such a state, the gas pipe is fixedly arranged through the outer peripheral wall of the gas pipe, and the gas pipe outer peripheral surface over the entire upper and lower sides or both sides or the entire circumference of the gas pipe at both ends in the tube axis direction of the heat transfer tube row group fixedly arranged. A cooling jacket having either an inlet or an outlet for the cooling medium is fixed, and the cooling medium flowing in from the inlet of the cooling jacket passes from the other cooling jacket outlet through the heat transfer tube array group. In which the weirs are alternately arranged in the flow direction of the cooling medium at the boundary between adjacent heat transfer tube groups, and the flow path and flow velocity of the cooling medium flowing through the heat transfer tubes are arbitrarily set. While controlling the heat transfer tube row It is characterized in that the gas is cooled by a cooling medium flowing through the.
Further, in this gas cooling device, the shape of the plurality of heat transfer tubes forming the heat transfer tube row group is a cylindrical tube tube, an oblong flat tube, a metal tube processed into a wedge-shaped cross section, etc. A plate fin fixed to each heat transfer tube forming the heat transfer tube row group or in a gap between the heat transfer tube and the inner peripheral surface of the gas pipe outer wall in parallel with the gas flow direction; The fins are preferably provided with through holes, louvers, pin fins, irregularities, etc., and the joining means of each part constituting the gas cooling device including the plate fins is welding and / or brazing. is there.
本発明に係るガス冷却装置は、以下に記載する効果を奏する。
第1発明及びに第2発明に係るガス冷却装置は、ガス配管内を流れるガスの流れに対し直角方向に交差するごとく配列した多数の冷却媒体流路、すなわちストレートパイプやフィン付きチューブからなる冷却配管、さらにこの冷却配管とフィンプレートの作用により、ガス流れの乱流化と伝熱面積の増大がはかられ、高い熱交換性能が得られるという優れた効果を奏する。
The gas cooling device according to the present invention has the effects described below.
The gas cooling device according to the first and second aspects of the present invention is a cooling system comprising a plurality of cooling medium flow paths arranged in a direction perpendicular to the flow of gas flowing in the gas pipe, that is, straight pipes and finned tubes. Due to the action of the piping, and the cooling piping and the fin plate, the gas flow is turbulent and the heat transfer area is increased, and an excellent effect is obtained in that high heat exchange performance is obtained.
第3発明に係るガス冷却装置は、冷却ジャケットによって覆われている部分を除く隣接する壁面に、ガスの流れ方向に対して平行に、もしくは交差して複数のフレキ成形を施すことにより、壁面に微妙な凹部が形成され、それによってガスの流れに乱流を生起せしめ、かつ拡張された接触面積によって外気との接触を促進させて、その冷却効率を上昇させることができ、さらに、上記のフレキ成形に替えて前記冷却ジャケットに覆われた部分を除く壁面や、その外側の壁面もしくは伝熱管の外周面に、ガスの流れ方向に対して平行に、もしくは交差して複数の放熱用プレートフィンを接合したり、又は該伝熱管に接合したプレートフィンの他端を、前記フレキ成形部に挿入して挟持させたり、あるいは該プレーフィンに波形、うねりを有した矩形の波形、貫孔、凹凸、ルーバー等の加工を施すことによって、同様平滑なガスの流れを妨げると共に、その流れに乱流や渦流を生ぜしめ、冷却ジャケットや伝熱管への接触を促進させて熱交換をはかり、その冷却効率を最大限に高めることが可能であり、その構造の簡略化と小型軽量化がはかられるため、得られたEGRガス冷却装置は限られたスペースに容易に設置することができる。 A gas cooling device according to a third aspect of the present invention is provided on a wall surface by performing a plurality of flexible moldings on an adjacent wall surface excluding a portion covered by a cooling jacket in parallel or intersecting with a gas flow direction. A subtle recess is formed, thereby creating a turbulent flow in the gas flow and promoting contact with the outside air by the expanded contact area to increase its cooling efficiency. Instead of molding, a plurality of heat dissipating plate fins are provided on the wall surface excluding the portion covered by the cooling jacket, on the outer wall surface or on the outer peripheral surface of the heat transfer tube, in parallel or intersecting with the gas flow direction. The other end of the plate fin joined to the heat transfer tube is inserted into the flexible molded portion to be sandwiched, or the play fin has a waveform and a wave By processing the corrugated shape, through-holes, irregularities, louvers, etc., the same smooth flow of gas is prevented, and turbulence and vortex flow are generated in the flow to promote contact with the cooling jacket and heat transfer tube. Therefore, the EGR gas cooling system can be easily installed in a limited space because the structure can be simplified and the size and weight can be reduced. Can be installed.
第4発明に係るガス冷却装置は、ガスの流れに対して直交する主としてエンジン冷却水が用いられる冷却媒体が、前記偏平伝熱管によって流路を狭められ、その流速を増加させて該管内を通過すると共に、伝熱面積を広げて冷却効率の上昇をはかり、加えて該偏平伝熱管の外表面同士、もしくは該偏平伝熱管と前記ガス配管外壁との間に設けられた前記多数のチャンネル型フィンにも熱伝達されてこれを冷却し、その伝熱面積の拡大を一層促進する。一方、該偏平伝熱管およびチャンネル型フィンによってその流路を妨げられたEGRガスは、不規則なガス流路内を乱流や渦流を伴いながら時間をかけて通過する。従って、EGRガスの熱はこの間に多数のチャンネル型フィン並びに前記偏平伝熱管内を高速で通過する冷却媒体に確実に熱伝達されて効率的に熱交換される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the gas cooling device according to the fourth aspect of the present invention, wherein the cooling medium mainly using the engine coolant orthogonal to the gas flow is narrowed by the flat heat transfer tube, and the flow rate is increased to pass through the tube. In addition, the cooling efficiency is increased by expanding the heat transfer area, and in addition, the multiple channel fins provided between the outer surfaces of the flat heat transfer tubes or between the flat heat transfer tubes and the outer wall of the gas pipe The heat is also transferred to cool this, and the expansion of the heat transfer area is further promoted. On the other hand, the EGR gas whose flow path is blocked by the flat heat transfer tube and the channel type fin passes through the irregular gas flow path with turbulent flow and vortex flow over time. Therefore, the heat of the EGR gas is surely transferred to the cooling medium passing at a high speed through the many channel-type fins and the flat heat transfer tube during this time, and efficiently exchanged heat.
又、前記チャンネル型フィンの形状を小型の分割形状とすることにより、偏平伝熱管同士および偏平伝熱管とガス配管の外壁との間に配列して固定する際、任意の位置に任意のピッチで配列することが可能となり、EGRガス流に対応した形で配列することによって、その放熱を促進することができる。さらに、分割方式としたことによって組み付けに際して、偏平伝熱管とチャンネル型フィンとの間での組み付け用穴ピッチが合わずに、組み付けに困難を生ずるという問題は未然に解消される上、該チャンネル型フィンを小割の断面略コの字形状としたことにより、該フィンと偏平伝熱管の平坦部との接合の密着性とその確実性が保障され、熱交換性能の一層の向上をはかることができる。 In addition, by making the shape of the channel type fin into a small divided shape, when arranging and fixing between the flat heat transfer tubes and between the flat heat transfer tubes and the outer wall of the gas pipe, at an arbitrary pitch at an arbitrary position. It becomes possible to arrange, and by arranging in a form corresponding to the EGR gas flow, the heat dissipation can be promoted. Furthermore, the problem that the assembly hole pitch between the flat heat transfer tube and the channel type fins does not match and causes difficulty in the assembly is solved by the division method, and the channel type By making the fin a substantially U-shaped with a small cross section, it is possible to ensure the adhesion and reliability of the junction between the fin and the flat portion of the flat heat transfer tube, and to further improve the heat exchange performance. it can.
さらに、偏平伝熱管どうしもしくは該偏平伝熱管とガス配管との間に、前記チャンネル型フィンを密着させて固定することにより強固な支持体となって作用し、補強効果を発揮するため、過酷な運転条件の中で配設される当該ガス冷却装置として、そのまま用いることが可能なために装置の小型軽量化が可能となり、冷却装置のコンパクト化がはかられ、限られたスペースに容易に設置することができる。 Furthermore, since the channel-type fins are closely attached and fixed between the flat heat transfer tubes or between the flat heat transfer tubes and the gas pipe, it acts as a strong support and exerts a reinforcing effect. As the gas cooling device installed in the operating conditions, it can be used as it is, making it possible to reduce the size and weight of the device, making the cooling device more compact and easily installing it in a limited space. can do.
第5発明に係るガス冷却装置は、偏平伝熱管の外表面に対して略直角で、かつガスの流れ方向に対してほぼ平行に、多数のフィンを交互に介装させて固定することによってコアの1セグメントを形成せしめる構成としたことにより、ガスの流れに対して直交する主としてエンジン冷却水が用いられる冷却媒体が、前記偏平伝熱管によって流路を狭められ、その流速を増加させて該管内を通過し、一方、ガス流は、該偏平伝熱管の外表面に多数のフィンを介装・固定することにより、偏平伝熱管と偏平伝熱管との間隔の交互の積層において多数のセグメントによりコアが形成され、該コア内の長いガス流路を時間をかけて通過することとなり、ガスの熱はこの間に偏平伝熱管の外表面と多数のフィンに熱伝達され、該ガス流に対して直交して、前記偏平伝熱管内を高速で通過する冷却媒体に確実に熱伝達されて効率的に熱交換される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a gas cooling device comprising: a core by alternately interposing and fixing a plurality of fins substantially perpendicular to the outer surface of the flat heat transfer tube and substantially parallel to the gas flow direction. Therefore, the cooling medium that mainly uses engine cooling water orthogonal to the gas flow is narrowed by the flat heat transfer tube, and the flow rate is increased to increase the flow rate in the tube. On the other hand, the gas flow is cored by a number of segments in an alternating stack of flat heat transfer tubes and flat heat transfer tubes by interposing and fixing a large number of fins on the outer surface of the flat heat transfer tubes. And the gas heat is transferred to the outer surface of the flat heat transfer tube and a large number of fins in the meantime, and is orthogonal to the gas flow. do it, Serial The flat heat transfer tube is securely heat transfer to the cooling medium passing through at high speed is effectively heat exchanger.
又、前記偏平伝熱管及びこれに固定されるフィンによって形成される前記コアのアスペクト比、即ち偏平伝熱管長さ/EGRガス流路長さの比を、1:1.5〜1:7、好ましくは1:2.5〜1:5としたことにより、その熱伝達性能を一層向上させ、EGRガスの冷却効率をさらに高めることが可能となる。さらに、偏平伝熱管の外表面に固定する前記フィンを、ガスの流れ方向に対して蛇行するように設けたり、または形成されるコアを同様ガスの流れ方向に蛇行させたり、固定するフィンの形状をコルゲートフィンとしたり、あるいはプレートフィンに対してルーバー、貫孔、ピンフィン等を設けることによって、ガスの流路を長くせしめるのみならず、適宜に乱流や渦流を生起せしめて、フィンとの接触をさらに促し、該フィンを介して偏平伝熱管への熱伝達を効果的に促進して、その冷却効率を最大限に高めることが可能である。 The aspect ratio of the core formed by the flat heat transfer tubes and the fins fixed thereto, that is, the ratio of the flat heat transfer tube length / EGR gas flow path length is 1: 1.5 to 1: 7, Preferably, the ratio of 1: 2.5 to 1: 5 can further improve the heat transfer performance and further enhance the cooling efficiency of the EGR gas. Further, the shape of the fin for fixing the fin fixed to the outer surface of the flat heat transfer tube so as to meander with respect to the gas flow direction, or to meander or fix the core to be formed in the same direction of gas flow. Corrugated fins, or by providing louvers, through holes, pin fins, etc. to the plate fins, not only lengthen the gas flow path but also cause turbulence and vortices as appropriate, and contact with the fins It is possible to further enhance the cooling efficiency by effectively promoting the heat transfer to the flat heat transfer tubes via the fins.
さらに、偏平伝熱管どうしもしくは該偏平伝熱管とガス配管との間に、前記コルゲートフィンを介装させて固定することによって形成されるコアが、強固な支持体となって作用し、補強効果を発揮するため、過酷な運転条件の中で配設される当該ガス冷却装置として、そのまま用いることが可能なために装置の小型軽量化が可能となり、冷却装置のコンパクト化がはかられ、限られたスペースに容易に設置することができる。 Further, the core formed by interposing and fixing the corrugated fins between the flat heat transfer tubes or between the flat heat transfer tubes and the gas pipe acts as a strong support, and has a reinforcing effect. Because it can be used as the gas cooling device installed under severe operating conditions, it can be used as it is, making it possible to reduce the size and weight of the device, making the cooling device more compact and limited. It can be installed easily in an open space.
第6発明に係るガス冷却装置は、伝熱管の断面形状をガスの流れ方向上流側(先端部)から下流方向(後端部)に向かうに従って、その幅を次第に拡張せしめた楔形形状とし、該楔形形状の伝熱管内を通流する冷却媒体によってガスを冷却する構成となしたことにより、ガスのガス流は冷却された伝熱管の傾斜した伝熱面の全てに対して衝突を繰り返しながら下流側に進行するが、この際、該ガス流は傾斜した伝熱面への衝突と同時に境界層を徐々に剥離しながら進行するため、該伝熱面における表面状態が改善され、ガス流は境界層の厚みを増すことなく下流方向に進み、全ての伝熱面での効果的な熱交換が進行して、優れた冷却効率が保障される。又、断面楔形形状の伝熱管の外周面を下流側に進行するガス流は、該伝熱管の後方側における急激な断面変化を受けていわゆる「カルマンの渦列」を生じ、流速を高めて伝熱管の背面や下流側に配置された伝熱面を含め、該伝熱管の全ての伝熱面において効果的な熱交換が促進され、優れた冷却性能を発揮することができる。一方、楔形形状の伝熱管内を通流する冷却媒体は、前記伝熱管の幅の狭い先端面ではその流路を狭められ、流速を増加させて該管内を通過することにより冷却効率の上昇をはかり、幅の拡張された下流側においては多量の冷却水が少ない流過抵抗により流れて沸騰を制御して、その拡張された表面積と共に効果的な熱交換がはかられ、冷却性能の一層の向上に寄与する。 A gas cooling device according to a sixth aspect of the present invention has a wedge-shaped shape in which the cross-sectional shape of the heat transfer tube is gradually expanded in width from the upstream side (front end portion) to the downstream direction (rear end portion) in the gas flow direction. Since the gas is cooled by the cooling medium that flows in the wedge-shaped heat transfer tube, the gas flow of the gas flows downstream while repeatedly colliding with all the inclined heat transfer surfaces of the cooled heat transfer tube. However, at this time, the gas flow proceeds while gradually peeling the boundary layer simultaneously with the collision with the inclined heat transfer surface, so that the surface condition on the heat transfer surface is improved, and the gas flow The process proceeds downstream without increasing the thickness of the layer, and effective heat exchange proceeds on all the heat transfer surfaces to ensure excellent cooling efficiency. In addition, the gas flow traveling downstream on the outer peripheral surface of the heat transfer tube having a wedge-shaped cross section undergoes a sudden cross-sectional change on the rear side of the heat transfer tube to generate a so-called “Kalman vortex street”, increasing the flow velocity and transferring the gas flow. Effective heat exchange is promoted on all the heat transfer surfaces of the heat transfer tube including the heat transfer surface arranged on the back surface or downstream side of the heat tube, and excellent cooling performance can be exhibited. On the other hand, the cooling medium flowing through the wedge-shaped heat transfer tube has its flow path narrowed at the narrow end face of the heat transfer tube, and the cooling efficiency is increased by passing through the tube at an increased flow rate. On the downstream side where the width is expanded, a large amount of cooling water flows with a low flow resistance to control boiling, and effective heat exchange is achieved along with the expanded surface area. Contributes to improvement.
又、楔形形状の伝熱管同士もしくは該伝熱管とガス配管との間に、前記任意形状のプレートフィンを密着させて固定することにより、伝熱面積の増大により一層の熱交換効率の向上がはかられると共に、ガス配管内における強固な支持体となって作用して補強効果を発揮するため、過酷な運転条件の中で配設されるガス冷却装置としてそのまま用いることができ、装置の小型軽量化とコンパクト化が可能となり、限られたスペースに容易に設置することができる。 In addition, by fixing the plate fin of the arbitrary shape in close contact with each other between the wedge-shaped heat transfer tubes or between the heat transfer tube and the gas pipe, the heat transfer area can be further increased to further improve the heat exchange efficiency. In addition, it acts as a strong support in the gas piping and exerts a reinforcing effect, so it can be used as it is as a gas cooling device placed under severe operating conditions. And can be easily installed in a limited space.
第7発明に係るガス冷却装置は、当該装置内に複数配列される伝熱管列群のそれぞれの境界に、交互に堰を設け、該堰の位置を任意に変更することによって、該伝熱管列群を通流する冷却媒体の流路を意のままに制御できるため、その流れ方向流速や流量を任意にコントロールすることが可能となり、冷却媒体を所望の伝熱管列群、さらには該伝熱管列群単位の個々の伝熱管に集中して通流させることも可能となり、該冷却装置の冷却媒体流路内における淀みや流量のばらつき幅を減少させて、それに起因する冷却媒体の沸騰や該沸騰によって生じた気泡を速やかに伝熱面から剥離・移動させて冷却効率の低下を未然に抑制することができる。 In the gas cooling device according to the seventh aspect of the present invention, the heat transfer tube row is provided by alternately providing a weir at each boundary of a plurality of heat transfer tube row groups arranged in the device, and arbitrarily changing the position of the weir. Since the flow path of the cooling medium flowing through the group can be controlled as desired, the flow direction flow velocity and flow rate can be arbitrarily controlled, and the cooling medium can be controlled to a desired heat transfer tube array group, and further to the heat transfer tube. It is also possible to concentrate the flow through the individual heat transfer tubes of the row group unit, reduce the stagnation and flow rate variation in the cooling medium flow path of the cooling device, and cause the boiling of the cooling medium and the Bubbles generated by boiling can be promptly peeled and moved from the heat transfer surface to prevent a decrease in cooling efficiency.
又、組み込まれる伝熱管の形状は自由で、従来から多用されている各種円筒状チューブ管、長円形の偏平管、断面楔形形状に加工された金属管等の中から適宜に採用することが可能である。さらに、伝熱管同士もしくは該伝熱管とガス配管との間に、前記任意形状のプレートフィンを密着させて固定することにより、伝熱面積の増大をはかり、より一層の熱交換効率をはかると共に、ガス配管内における強固な支持体となって作用して補強効果を発揮するため、過酷な運転条件の中で配設される当該ガス冷却装置としてそのまま用いることができ、装置の小型軽量化とコンパクト化が可能となり、限られたスペースに容易に設置することができる。
さらに、本発明のガス冷却装置のガス配管(胴管を含む)や冷却配管あるいは伝熱管の壁面に必要に応じて凹凸を形成して乱流化や伝熱面積を増加させてもよい。
In addition, the shape of the heat transfer tube to be incorporated is free, and can be appropriately selected from various types of conventionally used cylindrical tube tubes, oblong flat tubes, metal tubes processed into wedge-shaped cross sections, etc. It is. Furthermore, between the heat transfer tubes or between the heat transfer tube and the gas pipe, by fixing the plate fin of the arbitrary shape in close contact, the heat transfer area is increased, and further heat exchange efficiency is achieved. Since it acts as a strong support in the gas pipe and exerts a reinforcing effect, it can be used as it is as the gas cooling device placed under severe operating conditions, making the device smaller and lighter and compact And can be easily installed in a limited space.
Furthermore, irregularities may be formed on the wall of the gas pipe (including the trunk pipe), the cooling pipe or the heat transfer pipe of the gas cooling apparatus of the present invention as necessary to increase the turbulent flow or heat transfer area.
なお、本発明によるガス冷却装置は、例えばエンジン冷却水を冷却媒体として用いることにより、偏平伝熱管の内表面の伝熱係数が、EGRガスに対してほぼ10倍となるため、該外表面に接触したガスは確実に冷却され、優れた熱交換性能を得ることができる。 In the gas cooling device according to the present invention, for example, by using engine cooling water as a cooling medium, the heat transfer coefficient of the inner surface of the flat heat transfer tube is almost 10 times that of EGR gas. The gas in contact is reliably cooled, and excellent heat exchange performance can be obtained.
図1〜図18は本発明の請求項1〜5に対応するガス冷却装置であって、図1は第1実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図2は図1のイーイ線上の横断平面図、図3は図1のローロ線上の縦断正面図、図4は第2実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図5は図4のハーハ線上の横断平面図、図6は第3実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図7は図6のニーニ線上の横断平面図、図8は図6、図7に示す第3実施例装置における冷却配管(伝熱管)とプレートフィンの接合構造の一例を示す断面図、図9は図6、図7に示す第3実施例装置におけるプレートフィンの各種構造例を示す断面図で、(a)は貫孔を設けたプレートフィン、(b)(c)はルーバーを設けたプレートフィン、(d)はピンフィンを設けたプレートフィン、(e)はプレス成形による凹凸を設けたプレートフィンをそれぞれ示す。図10は第4実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図11は図10のホーホ線上の横断平面図、図12は図10のヘーヘ線上の縦断正面図、図13は第5実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図14は図13のトート線上の縦断正面図、図15(a)(b)は第5実施例装置における波板部品を拡大して示す部分斜視図である。
図16〜図23は本発明の請求項6に対応するガス冷却装置であって、図16は第6実施例装置を示す縦断側面図、図17は同上装置におけるプレートフィンを示す斜視図、図18は図16のチ−チ線上の横断平面図、図19は図16のリ−リ線上の縦断正面図、図20は第7実施例装置を示す縦断側面図、図21は同上第7実施例装置におけるプレートフィンを示す斜視図、図22は図20のヌ−ヌ線上の横断平面図、図23は図20のル−ル線上の縦断正面図である。
図24〜図34は本発明の請求項7〜11に対応するガス冷却装置であって、図24は第8実施例装置を示す模式的な要部斜視図、図25は同上実施例装置におけるフレキ成形部を示す要部斜視図、図26は同上実施例装置におけるフレキ成形部の要部斜視図、図27は第9実施例装置を示す縦断正面図、図28は第10実施例装置を示し、(a)は横断平面図、(b)は縦断正面図、図29は第11実施例装置を示し、(a)は横断平面図、(b)は縦断正面図、図30は第12実施例装置を示し、(a)は横断平面図、(b)は縦断正面図、図31は第13実施例装置を示し、(a)は横断平面図、(b)は縦断正面図、図32は上記第8実施例装置〜第13実施例装置に任意に用いられるうねりを有した波形フィンの一部を示す斜視図である。
図33〜図40は本発明の請求項12〜17に対応するガス冷却装置であって、図33は第14実施例装置を示す模式的正面図、図34は同上実施例装置を部分的に示す一部拡大断面図、図35は第15実施例装置を示す模式的正面図、図36は同上実施例装置を部分的に示す一部拡大断面図、図37は同上実施例装置において用いられる一部切り起こし帯状フィン単体を示す斜視図、図38は各実施例装置において任意に用いることが可能な各種フィンの単体を示す斜視図で、(a)は円形の孔を設けたもの、(b)は断面半円形の凹凸を設けたもの、(c)は断面凹凸状のヒダを全長にわたり設けたもの、(d)はリップ状の折り曲げ部を形成したものをそれぞれ示し、図39(a)(b)(c)は各種フィンのうち、ルーバーを設けたものを例示した斜視図、図40はフィンの組み付け状態を部分的に示す平面図である。
図41〜図48は本発明の請求項18〜27に対応するガス冷却装置であって、図41は第16実施例装置を示す模式的正面図、図42は同上実施例装置における伝熱管の他の実施例を部分的に示す一部拡大斜視図、図43は同じく伝熱管の別の実施例を部分的に示す正面図、図44は同じく伝熱管のさらに他の実施例を部分的に示す斜視図、図45は同じく伝熱管のさらに別の実施例を部分的に示す平面図、図46は第17実施例装置を示す概略三面図で、(a)はその平面図、(b)はその縦断側面図、(c)は(a)のア−ア線上の横断平面図、図47は上記各実施例装置において任意に用いることが可能な各種フィンを部分的に示し、(a)はI型形状フィン、(b)はS字型形状フィン、(c)はコの字型形状フィンを示す斜視図、図48は同じくプレートフィンの構造を示す断面図で、(a)はプレートフィンに貫孔を設けたもの、(b)および(c)はルーバーを設けたもの、(d)はピンフィンを設けたもの、(e)は凹凸を設けたものをそれぞれ示す。
図49〜図56は本発明の請求項28〜31に対応するガス冷却装置であって、図49は第18実施例装置を示す縦断側面図、図50は図49のル−ル線上の横断平面図、図51は図49のオ−オ線上の縦断正面図、図52は第19実施例装置を示す縦断側面図、図53は図52のワ−ワ線上の横断平面図、図54は図52のカ−カ線上の縦断正面図、図55は本発明に係る伝熱管単体の一例を示す斜視図、図56は同じく伝熱管単体の他の例を示す斜視図である。
図57〜図74は本発明の請求項32〜36に対応するガス冷却装置であって、図57は第19実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図58は図57のヨ−ヨ線上の横断平面図、図59は図57のタ−タ線上の縦断正面図、図60は第20実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図61は図60のレ−レ線上の横断平面図、図62は第21実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図63は図62のソ−ソ線上の横断平面図、図64は第22実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図65は図64のツ−ツ線上の横断平面図、図66は図64のネ−ネ線上の縦断正面図、図67は第23実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図68は図67のナ−ナ線上の縦断正面図、図69は第24実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図70は図69のラ−ラ線上の横断平面図、図71は図69のム−ム線上の縦断正面図、図72は第25実施例装置を一部省略して示す縦断側面図、図73は図74のウーウ線上の横断平面図、図74は図72のノ−ノ線上の縦断正面図、図75は本発明の各実施例装置のガス配管(胴管を含む)壁面の断面構造の一例を示す部分断面図、図76は同じく本発明の各実施例装置の冷却配管あるいは伝熱管の壁面の断面構造の一例を示す部分断面図である。
なおここでは、EGRガスの冷却装置を例にとり説明する。
1 to 18 are gas cooling apparatuses corresponding to
FIGS. 16 to 23 show a gas cooling device corresponding to claim 6 of the present invention, in which FIG. 16 is a longitudinal side view showing the device of the sixth embodiment, FIG. 17 is a perspective view showing plate fins in the device, and FIG. 18 is a cross-sectional plan view on the teach line in FIG. 16, FIG. 19 is a longitudinal front view on the reel line in FIG. 16, FIG. 20 is a longitudinal side view showing the apparatus of the seventh embodiment, and FIG. The perspective view which shows the plate fin in an example apparatus, FIG. 22 is the cross-sectional top view on the Noon line of FIG. 20, FIG. 23 is the vertical front view on the Rule line of FIG.
FIGS. 24 to 34 are gas cooling apparatuses corresponding to the seventh to eleventh aspects of the present invention, FIG. 24 is a schematic perspective view of the main part showing the eighth embodiment apparatus, and FIG. 25 is the same as the embodiment apparatus. FIG. 26 is a perspective view of the principal part of the flexible molding part in the apparatus of the embodiment, FIG. 27 is a longitudinal front view of the ninth embodiment apparatus, and FIG. 28 is the tenth embodiment apparatus. FIG. 29A is a cross-sectional plan view, FIG. 29B is a vertical front view, FIG. 29 is an eleventh embodiment device, FIG. 29A is a cross-sectional plan view, FIG. FIG. 31 shows a cross-sectional plan view, FIG. 31 shows a thirteenth embodiment device, (a) a cross-sectional plan view, and (b) a vertical front view, FIG. 32 is a perspective view showing a part of a corrugated fin having undulations optionally used in the eighth embodiment apparatus to the thirteenth embodiment apparatus. A.
FIGS. 33 to 40 are gas cooling apparatuses corresponding to
FIGS. 41 to 48 are gas cooling apparatuses corresponding to claims 18 to 27 of the present invention. FIG. 41 is a schematic front view showing the apparatus of the sixteenth embodiment, and FIG. 42 is a view of the heat transfer tube in the apparatus of the same embodiment. FIG. 43 is a partially enlarged perspective view partially showing another embodiment, FIG. 43 is a front view partially showing another embodiment of the heat transfer tube, and FIG. 44 is a partial view of still another embodiment of the heat transfer tube. 45 is a plan view partially showing still another embodiment of the heat transfer tube, FIG. 46 is a schematic three-view diagram showing the seventeenth embodiment device, (a) is a plan view thereof, and (b) is a plan view thereof. Is a longitudinal side view thereof, (c) is a cross-sectional plan view on the line A of (a), FIG. 47 is a partial view of various fins that can be arbitrarily used in the devices of the above embodiments, (a) Is an I-shaped fin, (b) is an S-shaped fin, and (c) is a perspective view showing a U-shaped fin. FIG. 48 is a cross-sectional view showing the structure of the plate fin. (A) is a plate fin provided with a through hole, (b) and (c) are provided with a louver, and (d) is provided with a pin fin. And (e) show those provided with irregularities.
49 to 56 are gas cooling apparatuses corresponding to claims 28 to 31 of the present invention, wherein FIG. 49 is a longitudinal side view showing the apparatus of the eighteenth embodiment, and FIG. 50 is a cross-sectional view on the rule line of FIG. FIG. 51 is a longitudinal front view of FIG. 49 taken along the line of FIG. 49. FIG. 52 is a longitudinal side view of the nineteenth embodiment. FIG. FIG. 52 is a perspective view showing an example of a single heat transfer tube according to the present invention, and FIG. 56 is a perspective view showing another example of the single heat transfer tube.
57 to 74 are gas cooling devices corresponding to
Here, an EGR gas cooling device will be described as an example.
まず、図1、図2、図3に示すEGRガス冷却装置1は、断面矩形に拡径したEGRガス配管2に、該配管内を流れるEGRガスのガス流れ方向(矢印g)に対して直角に交差する多数の冷却配管(伝熱管)3を、各配管の両管端が外部に開口するごとく当該EGRガス配管の外周壁を貫通して所定の間隔に固着配列する。そして、前記冷却配管の管軸方向両側のEGRガス配管外面に冷却ジャケット4−1、4−2を固着する。この冷却ジャケット4−1、4−2には、それぞれ冷却媒体の流入口P1、流出口P2が設けられている。
First, the EGR
上記構成のEGRガス冷却装置1において、EGRガス配管2内を矢印g方向に流れるEGRガスは、一方の冷却ジャケット4−1より各冷却配管3内を矢印c方向に流れる冷却媒体により冷却される。この時、EGRガス配管2を流れるEGRガスは、当該ガス流れに対し交差するごとく配設した多数の冷却配管3によってガス流れが乱流化するため、多数の冷却配管3内をEGRガス流れと直交する方向(矢印c方向)に流れる冷却媒体との熱交換が速やかに行われる。
In the EGR
図4、図5に示すEGRガス冷却装置11は、冷却配管にフィン付きチューブ13−1、13−2を用いた以外は、図1、図2に示す冷却装置と同じ構成である。即ち、断面矩形に拡径したEGRガス配管12に、該配管内を流れるEGRガスのガス流れ方向(矢印g)に対して直角に交差する多数のフィン付きチューブ13−1、13−2を、各配管の両管端が外部に開口するごとく当該EGRガス配管の外周壁を貫通して所定の間隔に固着配列し、前記冷却配管の管軸方向両側のEGRガス配管外面に冷却ジャケット14−1、14−2を固着したものである。ここで、前記フィン付きチューブ13−1は、チューブ本体外周面にスパイラル状のフィン13−1aを、フィン付きチューブ13−2は、チューブ本体外周面にディスク状のフィン13−2aを、それぞれ設けたものである。
なお、ここでは、スパイラル状フィン付きチューブ13−1とディスク状フィン付きチューブ13−2を組合わせた構成を示したが、スパイラル状のフィンやディスク状のフィンの外、波形フィン、ピン形フィン等を使用した各種フィン付きチューブを組合わせて構成してもよく、また、全体を1種類のチューブのみ、例えばスパイラル状フィン付きチューブ13−1のみ、またはディスク状フィン付きチューブ13−2のみ等で構成してもよいことはいうまでもない。
The EGR
In addition, although the structure which combined the tube 13-1 with a spiral fin and the tube 13-2 with a disk-shaped fin was shown here, a corrugated fin and a pin-shaped fin outside a spiral fin and a disk-shaped fin were shown. Etc., and may be configured by combining various types of finned tubes using only one type of tube, for example, only a spiral finned tube 13-1 or a disk-shaped finned tube 13-2. Needless to say, it may be configured by.
上記図4、図5に示す構成のEGRガス冷却装置11の場合も、図1、図2に示す装置と同様、EGRガス配管12内を矢印g方向に流れるEGRガスは、一方の冷却ジャケット14−1より各フィン付きチューブ13−1、13−2内を矢印c方向に流れる冷却媒体により冷却される。この時、EGRガス配管12を流れるEGRガスは、当該ガス流れに対し交差するごとく配設したフィン付きチューブ13−1、13−2によってガス流れが乱流化するのみならず、スパイラル状のフィン13−1aおよびディスク状のフィン13−2aの攪拌作用も加わって熱伝達がより速やかに行われるとともに、フィンの伝熱面積増大効果により高い熱交換性能が得られる。
In the case of the EGR
図6、図7に示すEGRガス冷却装置21は、冷却配管群の固着配列された熱交換領域のEGRガス配管22内に、当該EGRガス配管内のガス流に平行で前記冷却配管に直角なプレートフィン25を設けた以外は、前記図1、図2に示すEGRガス冷却装置1と同じ構成である。即ち、断面矩形に拡径したEGRガス配管22に、該配管内を流れるEGRガスのガス流れ方向(矢印g)に対して直角に交差する多数の冷却配管23を、各配管の両管端が外部に開口するごとく当該EGRガス配管の外周壁を貫通して所定の間隔に固着配列し、この多数の冷却配管23が配列されたEGRガス配管22内に、当該ガス配管内を流れるガス流(矢印g)に平行で冷却配管23に直角なプレートフィン25を、ここでは5枚定間隔に配設し、前記冷却配管の管軸方向両側のEGRガス配管外面に冷却ジャケット24−1、24−2を固着して構成したものである。
The EGR
上記図6、図7に示す構成のEGRガス冷却装置21の場合も、図1、図2に示す装置と同様、EGRガス配管22内を矢印g方向に流れるEGRガスは、一方の冷却ジャケット24−1より各冷却配管3内を矢印c方向に流れる冷却媒体により冷却されるが、この時、EGRガス配管22を流れるEGRガスは、当該ガス流れに対し交差するごとく配設した多数の冷却配管3によってガス流れが乱流化するのみならず、当該ガス配管内を流れるガス流(矢印g)に平行で冷却配管23に直角なプレートフィン25により伝熱面積が増大することも加わるため、この場合も熱伝達がより速やかに行われ、より高い熱交換性能が得られる。
In the case of the EGR
また、上記図6、図7に示すプレートフィン25内蔵のEGRガス冷却装置21における冷却配管23とプレートフィン25の接合構造としては、図8に示すように、プレートフィン25の冷却配管23が挿入される貫孔に、該プレートフィンと冷却配管との接触面積を増加させるためにバーリング壁25−1を設けてもよい。
Moreover, as shown in FIG. 8, the cooling
さらに、EGRガス配管22を流れるEGRガスの乱流化や攪拌作用を増大させるために、例えば図9に示すように、プレートフィン25に多数の貫孔25−2(図a)、ルーバー25−3(図b)、25−4(図c)、ピンフィン25−5(図d)、プレス成形による凹凸25−6(図e)を設けてもよい。なお、図eに示す凹凸25−6としては、円形または条のいずれでもよい。
Further, in order to increase the turbulent flow and the stirring action of the EGR gas flowing through the
図10、図11および図12に示すEGRガス冷却装置31は、断面矩形に拡径したEGRガス配管32に、該配管内を流れるEGRガスのガス流れ方向(矢印g)に対して直角に交差する多数の偏平チューブ33を、前記のものと同様、各偏平チューブ33の両管端が外部に開口するごとく当該EGRガス配管の外周壁を貫通して所定の間隔に固着配列し、そのEGRガス配管32の外側全周に、内部がセパレータ34−1を介して上下2つに区分された冷却ジャケット34を固着して構成した、いわゆる二重管タイプのものである。
The EGR
上記図10、図11および図12に示す構成の二重管タイプのEGRガス冷却装置31の場合は、EGRガス配管32内を矢印g方向に流れるEGRガスは、このEGRガス配管32を囲むように設けた冷却ジャケット34より各偏平チューブ33内を矢印c方向に流れる冷却媒体により冷却される。この二重管タイプのEGRガス冷却装置31の場合も、EGRガス配管32内を流れるEGRガスは、当該ガス流れに対し交差するごとく配設した偏平チューブ33によってガス流れが乱流化するため、多数の偏平チューブ33内をEGRガス流れと直交する方向(矢印c方向)に流れる冷却媒体との熱交換が速やかに行われる。
なお、本実施例装置では、EGRガス配管32の入側と出側とで偏平チューブ33の配置を変えているが、偏平チューブ33の配置についてはこの配置に限定するものではなく、EGRガス配管32の全体を入側または出側のそれぞれの偏平チューブ33の配置で構成してもよいことはいうまでもない。
In the case of the EGR
In this embodiment, the arrangement of the
図13、図14に示すEGRガス冷却装置41は、断面矩形に拡径したEGRガス配管42に、該配管内を流れるEGRガスのガス流れ方向(矢印g)に対して直角に交差する多数の偏平チューブ43を、各偏平チューブ43の両管端が外部に開口するごとく当該EGRガス配管の側壁を水平方向に貫通して相互に平行にかつ間隔をおいて多段となるよう並設し、さらに各偏平チューブ43の間に図15に拡大して示す2種類の波板45a、45bをそれぞれ数段ずつ分けてEGRガス配管42の長手方向に介在させて流路46a、46bを形成し、EGRガス配管42の外側全周に、内部がセパレータ44−1を介して左右2つに区分された冷却ジャケット44を固着して構成したもので、型式的には前記と同様二重管タイプのものである。
The EGR
なお、前記2種類の波板45a、45bのうち、一方の波板45aは、図15(a)に示すように頂部45a−1が丸みを帯びている。他方の波板45bは、図15(b)に示すように頂部45b−1が平坦となっており、該頂部間の平坦面を凹凸状の障壁45b−2とすることにより、EGRガス配管42内を流動するガスの流れに乱流または渦流を生ぜしめ、EGRガスの熱交換効率をよりいっそう向上できるようにしたものである。又、この図13、図14に示すEGRガス冷却装置41の場合も、ここではEGRガス配管42の上部側に波板45aを、下部側に波板45bを配置した例を示したが、これとは逆に上部側に波板45bを、下部側に波板45aを配置してもよく、あるいはEGRガス配管42の全体をどちらか一方の波板で構成してもよいことはいうまでもない。
Of the two types of
上記図13、図14に示す構成の二重管タイプのEGRガス冷却装置41の場合は、EGRガス配管42内を矢印g方向に流れるEGRガスは、このEGRガス配管42を囲むように設けた冷却ジャケット44より各偏平チューブ43内を矢印c方向に流れる冷却媒体により冷却される。この二重管タイプのEGRガス冷却装置41の場合は、EGRガス配管42内を流れるEGRガスは、2種類の波板45a、45bにより形成された流路46a、46bを流れる間に当該ガスの流れに乱流又は渦流が生じるため、多数の偏平チューブ43内をEGRガス流れと直交する方向(矢印c方向)に流れる冷却媒体との熱交換が速やかに行われ、より高い熱交換効率が得られる。
In the case of the EGR
なお、上記したEGRガス冷却装置における前記冷却配管3、23、フィン付きチューブ13−1、13−2、偏平チューブ33、43の配列、本数、肉厚等は、特に限定するものではなく、EGRガス配管2、12、22、32、42の大きさ、冷却装置の規模等に応じて適宜決められる。又、冷却配管は、ここでは断面形状が真円の円形パイプや偏平パイプを示したが、これに限定するものではなく、楕円の円形パイプ、矩形や多角形断面のパイプ等も使用できることはいうまでもない。又、各部の密着、固定手段としては、溶接、ろう付け等を用いることができる。
The arrangement, number, thickness, etc. of the
次に、図16〜図19に示すEGRガス冷却装置101は、断面矩形に拡径したEGRガス配管102内に、該配管内を流れるEGRガスのガス流れ方向(矢印g)に対して直角に交差する多数のチューブ状冷却媒体流路103−2を有する複数のプレートフィン103−1で構成されたコア103を、各プレートフィン103−1がEGRガス配管内のガス流に平行になるように収納設置し、前記チューブ状冷却媒体流路103−2の両端側のEGRガス配管外面に、冷却媒体の流入口P1、流出口P2が設けられた冷却ジャケット104−1、104−2を固着して構成したものである。
Next, the EGR
このEGRガス冷却装置101におけるコア103は、図17に示すように1枚の板にバーリング加工を施して同一高さの断面真円形の突出筒体103−3を縦方向および横方向に所定の間隔を隔てて例えば15個形成したプレートフィン103−1を複数枚(ここでは5枚)作製し、この5枚のプレートフィン103−1を各突出筒体103−3が合致するように相互に重ねて当該突出筒体部を他方のプレートフィン103−1に溶接またはろう付けにて接合して15個のチューブ状冷却媒体流路103−2を形成したものである。
そして、このようにして組立てたコア103をEGRガス配管2内に設置する場合は、該コア103をEGRガス配管102の一方の外壁をあらかじめ切断除去して形成した矩形の窓孔より当該EGRガス配管102内に挿入し、該コアの各チューブ状冷却媒体流路103−2を構成する外側の突出筒体103−3部の開口端部を当該EGRガス配管2の外周壁にあらかじめ穿設した同一形状の円孔に嵌合させて当該部分を溶接またはろう付けにて固着し、その反対側の外側に位置するプレートフィン103−1の四辺を当該EGRガス配管102の外壁に溶接またはろう付けにて接合する。
As shown in FIG. 17, the
When the core 103 assembled in this way is installed in the
上記図16〜図19に示すEGRガス冷却装置において、EGRガス配管102内を矢印g方向に流れるEGRガスは、一方の冷却ジャケット104−1よりコア103の各チューブ状冷却媒体流路103−2内を矢印c方向に流れる冷却媒体(例えば冷却水)により冷却される。この時、EGRガス配管102内を流れるEGRガスは、当該ガス流れに対し交差するごとく配設したコア103の多数のチューブ状冷却媒体流路103−2によってガス流れが乱流化するのみならず、当該ガス配管内を流れるガス流(矢印g)に平行でチューブ状冷却媒体流路103−2に直角なプレートフィン103−1により伝熱面積が増大することも加わって熱伝達がより速やかに行われ、より高い熱交換性能が得られる。
In the EGR gas cooling apparatus shown in FIGS. 16 to 19, the EGR gas flowing in the direction of the arrow g in the
図20〜図23に示すEGRガス冷却装置111は、EGRガス配管112の外側全周に、内部がセパレータ114−1を介して上下2つに区分された冷却ジャケット114を固着して構成した、いわゆる二重管タイプのものであって、かつ偏平形のチューブ状冷却媒体流路113−2で構成したものである。
すなわち、このEGRガス冷却装置111は、断面矩形に拡径したEGRガス配管112内に、該配管内を流れるEGRガスのガス流れ方向(矢印g)に対して直角に交差する多数のチューブ状冷却媒体流路113−2を有する複数のプレートフィン113−1で構成されたコア113を、各プレートフィン113−1がEGRガス配管内のガス流に平行になるように収納設置し、このEGRガス配管112の外側全周に、内部がセパレータ114−1を介して上下2つに区分され、その一方に冷却媒体の流入口P1が、他方に流出口P2がそれぞれ設けられた冷却ジャケット114を固着して構成したものである。
The EGR
In other words, this EGR
このEGRガス冷却装置111におけるコア113も、前記図16〜図19に示す冷却装置と同様、図21に示すように1枚の板にバーリング加工を施して同一高さの断面偏平形の突出筒体113−3を縦方向および横方向に所定の間隔を隔てて例えば9個形成したプレートフィン113−1を5枚作製し、この5枚のプレートフィン113−1を各偏平形突出筒体113−3が合致するように相互に重ねて当該突出筒体部を他方のプレートフィン113−1に溶接またはろう付けにて接合して9個の偏平チューブ状冷却媒体流路113−2を形成したものである。
そして、このようにして組立てたコア113をEGRガス配管112内に設置する場合も前記と同様、該コア113をEGRガス配管112の一方の外壁にあらかじめ形成した矩形の窓孔より当該EGRガス配管112内に挿入し、該コアの各偏平チューブ状冷却媒体流路113−2を構成する外側の偏平形突出筒体113−3部の開口端部を当該EGRガス配管112の外周壁にあらかじめ穿設した同一形状の楕円孔に嵌合させて当該部分を溶接またはろう付けにて固着し、その反対側の外側に位置するプレートフィン113−1の四辺を当該EGRガス配管2の外壁に溶接またはろう付けにて接合する。
Similarly to the cooling device shown in FIGS. 16 to 19, the
When the core 113 assembled in this manner is installed in the
上記図20〜図23に示す構成の二重管タイプのEGRガス冷却装置111の場合は、EGRガス配管112内を矢印g方向に流れるEGRガスは、このEGRガス配管112を囲むように設けた冷却ジャケット114よりコア113の各偏平チューブ状冷却媒体流路113−2内を矢印c方向に流れる冷却媒体(例えば冷却水)により冷却される。この二重管タイプのEGRガス冷却装置の場合も前記と同様、EGRガス配管112内を流れるEGRガスは、当該ガス流れに対し交差するごとく配設したコア113の偏平チューブ状冷却媒体流路113−2によってガス流れが乱流化するのみならず、当該ガス配管内を流れるガス流(矢印g)に平行で偏平チューブ状冷却媒体流路113−2に直角なプレートフィン113−1により伝熱面積が増大することも加わって熱伝達がより速やかに行われ、より高い熱交換性能が得られる。
In the case of the double-tube type EGR
なお、上記した図16〜図23に示すEGRガス冷却装置における前記冷却媒体流路を構成するプレートフィンの突出筒体103−3、113−3の個数、肉厚等は、特に限定するものではなく、EGRガス配管102、112の大きさ、冷却装置の規模等に応じて適宜決められる。また、プレートフィンには、ガスの乱流化、拡散、混合等による伝熱性能向上を目的として、前記図9に示す種々の加工(波付き加工、貫孔、ルーバー、凹凸等)を施してもよい。さらに、冷却媒体流路は、ここでは断面形状が真円や楕円形を示したが、これに限定するものではなく、矩形や多角形断面でも同様の作用効果が得られることはいうまでもない。さらにまた、本実施例装置はそれぞれ、EGRガス配管102、112の全体を同一の冷却媒体流路で構成しているが、EGRガス配管の全体を入側または出側とで断面形状や大きさの異なる冷却媒体流路で構成してもよいことはいうまでもない。
It should be noted that the number, thickness, etc. of the plate fin projecting cylinders 103-3, 113-3 constituting the cooling medium flow path in the EGR gas cooling apparatus shown in FIGS. 16 to 23 are not particularly limited. Rather, it is appropriately determined according to the size of the
図24に示すEGRガス冷却装置201は、断面がほぼ矩形に形成された胴管206の両サイドに、主としてエンジン冷却水が用いられる冷却媒体cの流入口P1を備えた冷却ジャケット202−1と、流出口P2を備えた冷却ジャケット202−2を正対して配置し、該2つの冷却ジャケット202−1および202−2間にあって、前記胴管206を貫通して、ガスの流れ方向gに対して直角に交差する複数の断面が円形、長円形、楕円形、矩形等の伝熱管203が配設され、冷却水cの流路を形成している。さらに、本実施例によるガス冷却装置201は、該胴管6の前記2つの冷却ジャケット202−1および202−2によって、覆われている部分を除いた壁面に、ガスの流れる方向gに平行して、複数のフレキ成形を施すことによって図25に示すような凹部を形成する。図25中、205はフレキ成形部である。
The EGR
前記フレキ成形によって形成された微妙な凹部によって該装置内を通過するガスは、当該壁面において乱流を生じると共に外表面積が増加して相当程度の放熱作用が認められるが、本実施例においては、さらに図24に示すように前記2つの冷却ジャケット202−1および202−2によって覆われている部分を除く、外側の壁面にガスの流れ方向gに対して平行に、複数のプレートフィン204−1を接合すると共に、前記伝熱管203の外表面にも同様ガスの流れ方向gに対して平行に複数のプレートフィン204−2を接合する。加えて本実施例においては、図24に示すように前記壁面側に配設した伝熱管203の外表面に接合したプレートフィン204−3の他端を、前記フレキ成形によって形成された凹部に挿入し、一体として挟持させることによって、その伝熱効果を増大させると共に、前記複数の伝熱管を介して2つの冷却ジャケット間を流れる冷却水の高い伝熱係数が相乗的に作用して、優れた冷却効率が得られることが可能となる。
The gas passing through the device by the delicate recess formed by the flexible molding causes turbulent flow on the wall surface and increases the outer surface area, and a considerable heat dissipation effect is recognized, but in this example, Further, as shown in FIG. 24, a plurality of plate fins 204-1 are arranged in parallel to the gas flow direction g on the outer wall surface except for the portions covered by the two cooling jackets 202-1 and 202-2. And a plurality of plate fins 204-2 are also joined to the outer surface of the
図26に示す大小2つのフレキ成形部は、本実施例の応用例であり深い凹部205−1と、浅い凹部205−2を交互に形成し、深い奥部凹部205−1に伝熱管3の外表面に接合したプレートフィン204−4の他端を挿入し、挟持させることによって一体としている。上記の構成によりフレキ成形部と、プレートフィンとによってもたらされる伝熱性能が更に向上する。
The two large and small flexible molded portions shown in FIG. 26 are an application example of the present embodiment, in which deep concave portions 205-1 and shallow concave portions 205-2 are alternately formed, and the
図27に示すEGRガス冷却装置201−1は、冷却媒体の流入口P1−1を備えた冷却ジャケット202−3と、流出口P2−2を備えた冷却ジャケット202−4が上下に正対して配置され、その中間を貫通してガスの流れ方向gに対して直角に交差する複数の伝熱管203−1が配設されている。このEGRガス冷却装置201−1は、前記正対する2つの冷却ジャケット202−3および202−4に覆われている部分を除く側壁部に、ガスの流れ方向に対して平行に、複数のフレキ成形部205−1が形成され、伝熱管203−1の外表面にはガスの流れ方向gに対して平行に、プレートフィン204−6が接合され、前記フレキ成形部205−1に隣接した伝熱管203−1に接合されたプレートフィン204−6の他端204−5は、該フレキ成形部205−1の凹部に挿入して挟持されている。
このように構成されたEGRガス冷却装置201−1は、壁面に形成されたフレキ成形部205−1による複数の凹部と、伝熱管203−1の外表面に接合された複数のプレートフィン204−6と、該プレートフィン204−6の他端204−5を前記フレキ成形部205−1の凹部に挿入して挟持させること等によって、該装置内に流入したガスの熱は効果的に熱交換され、優れた冷却効率が得られることが可能となる。
The EGR gas cooling device 201-1 shown in FIG. 27 has a cooling jacket 202-3 having a cooling medium inlet P1-1 and a cooling jacket 202-4 having an outlet P2-2 facing each other vertically. A plurality of heat transfer tubes 203-1 that are arranged and pass through the middle thereof and intersect at right angles to the gas flow direction g are arranged. This EGR gas cooling device 201-1 has a plurality of flexible moldings in parallel to the gas flow direction on the side wall portion excluding the portion covered with the two facing cooling jackets 202-3 and 202-4. Part 205-1 is formed, a plate fin 204-6 is joined to the outer surface of the heat transfer tube 203-1 in parallel to the gas flow direction g, and the heat transfer tube adjacent to the flexible molding part 205-1 The other end 204-5 of the plate fin 204-6 joined to the 203-1 is inserted and held in the concave portion of the flexible molding part 205-1.
The EGR gas cooling device 201-1 configured as described above includes a plurality of concave portions formed by the flexible molding portion 205-1 formed on the wall surface and a plurality of plate fins 204- joined to the outer surface of the heat transfer tube 203-1. 6 and the other end 204-5 of the plate fin 204-6 are inserted into the concave portion of the flexible molding portion 205-1 so that the heat of the gas flowing into the apparatus is effectively exchanged. Thus, excellent cooling efficiency can be obtained.
図28、図29に示すEGRガス冷却装置は、冷却ジャケット202−5および202−6、202−7および202−8によって覆われていない壁面に、図28の方はガスの流れ方向gに対して直角に交差する複数のフレキ成形部205−2を、図29の方はガスの流れ方向gと平行する複数のフレキ成形部205−3をそれぞれ形成したものである。
上記EGRガス冷却装置201−2、201−3はシンプルな構造であるにもかかわらず、前記フレキ成形部205−2、205−3によって壁面を通過するガスに乱流を生ぜじめたり、フレキ成形による凹部によって外壁部との接触面積が広がって放熱作用を促進させ、それに起因して効果的な冷却効率を得られることが可能となる。
The EGR gas cooling apparatus shown in FIGS. 28 and 29 has a wall surface not covered by the cooling jackets 202-5 and 202-6, 202-7 and 202-8, and FIG. 28 shows the gas flow direction g. In FIG. 29, a plurality of flexible molding portions 205-2 that are parallel to the gas flow direction g are formed.
Although the EGR gas cooling devices 201-2 and 201-3 have a simple structure, the flexible molding portions 205-2 and 205-3 cause turbulent flow in the gas passing through the wall surface, The contact area with the outer wall portion is widened by the concave portion formed by molding, and the heat dissipation action is promoted, so that effective cooling efficiency can be obtained.
又、図30に示すEGRガス冷却装置は、相対する冷却ジャケットによって覆われていない壁面に、任意に放熱用プレートフィンを接合することによって、本発明の効果をさらに向上させたもので、相対する冷却ジャケット202−9、202−10によって覆われていない壁面に、ガスの流れ方向gに対して直角に交差する放熱用プレートフィン204−7を複数接合したり、あるいは図31に示すように、相対する冷却ジャケット202−11、202−12によって覆われていない壁面に、ガスの流れ方向gと平行する複数の放熱用プレートフィン204−8を複数接合する。
上記EGRガス冷却装置201−4、201−5は、前記放熱用プレートフィン204−7、204−8による放熱作用によって、冷却ジャケットに直接接することのない壁面付近を通過するガスの熱が、効率的に熱交換され、優れた冷却効率が得られることが可能となる。
なお、本発明においては、前記放熱用プレートフィン204−7、204−8の方向が交差された状態であることを妨げるものではない。又、前記放熱用プレートフィン204−7、204−8は、ガスの流れ方向gに対して傾斜して設けてもよい。
In addition, the EGR gas cooling device shown in FIG. 30 further improves the effect of the present invention by arbitrarily joining a heat radiating plate fin to a wall surface not covered by a facing cooling jacket. A plurality of heat radiating plate fins 204-7 intersecting at right angles to the gas flow direction g are joined to the wall surface not covered with the cooling jackets 202-9 and 202-10, or as shown in FIG. A plurality of heat dissipating plate fins 204-8 parallel to the gas flow direction g are joined to the wall surfaces not covered by the opposing cooling jackets 202-11 and 202-12.
The EGR gas cooling devices 201-4 and 201-5 are configured so that the heat of the gas passing through the vicinity of the wall surface that is not in direct contact with the cooling jacket is improved due to the heat dissipation action of the heat dissipation plate fins 204-7 and 204-8. Thus, it is possible to obtain an excellent cooling efficiency.
In the present invention, it does not prevent the direction of the heat dissipating plate fins 204-7 and 204-8 from intersecting. The heat dissipating plate fins 204-7 and 204-8 may be provided inclined with respect to the gas flow direction g.
又、上記EGRガス冷却装置に用いるフィンとしては、例えば図32に示すうねりを有した矩形の波板204a等もある。さらに、上記EGRガス冷却装置においても、前記図9〜図12に示す各種フィン、すなわち多数の貫孔が設けられたプレートフィン、ルーバーが設けられたプレートフィン、ピンフィンが設けられたプレートフィン、連続もしくは断続した凹凸が設けられたプレートフィンや前記図15(a)(b)に示す波形フィンを用いることができる。
Moreover, as a fin used for the EGR gas cooling device, there is, for example, a rectangular
上記図24〜図32に示すEGRガス冷却装置は、相対する2つの冷却ジャケットの間にあって、ガスの流れ方向に直角に交差して貫く複数の伝熱管を配置せしめると共に、前記2つの冷却ジャケットによって覆われている部分を除く壁面に、ガスの流れ方向に対して平行に、もしくは交差して複数のフレキ成形部を施すか、或いは各種プレートフィンを選択的に接合することにより、フレキ成形や各種プレートフィンによってもたらされる伝熱面積の拡大と、形成された凹部(外表面は凸部)によってもたらされるガス流の乱流化に加え、エンジン冷却水によって冷やされる前記冷却ジャケットや伝熱管の外表面の伝熱係数が、EGRガスに対して約10倍であること等が相乗的に作用して、その熱交換が速やかにかつほぼ完璧に実施され、優れた冷却効率を得られる。又、フレキ成形部には、熱応力緩和の作用効果もあり、EGRガス冷却装置の耐久性を向上させることもできる。
なお、上記EGRガス冷却装置201、201−1を説明するための図24及び図27に示すように、伝熱管の外表面に接合されたプレートフィン204−3、204−4、204−5は、その他端を、胴管206の前記平滑な壁面にフレキ成形によって形成された凹部に挿入させ、密着して挟持されると共に、各伝熱管203、203−1どうしも同様プレートフィン204−2、204−6によってそれぞれ接合された状態となるため、相互に支持された状態となり、結果として伝熱管203、203−1相互と胴管206とを補強する支持体を形成して、装置のコンパクト化にも寄与する。
The EGR gas cooling apparatus shown in FIGS. 24 to 32 is provided with a plurality of heat transfer tubes arranged between two opposing cooling jackets and penetrating at right angles to the gas flow direction, and by the two cooling jackets. By applying multiple flex molded parts to the wall surface excluding the covered part in parallel or intersecting with the gas flow direction, or by selectively joining various plate fins, In addition to the expansion of the heat transfer area provided by the plate fins and the turbulent flow of the gas flow provided by the formed recess (outer surface is a protrusion), the outer surface of the cooling jacket or heat transfer tube cooled by the engine cooling water The heat transfer coefficient is approximately 10 times that of EGR gas, and so on, synergistically acting so that the heat exchange is carried out quickly and almost perfectly. It obtained an excellent cooling efficiency. Further, the flexible molded part also has an effect of relaxing thermal stress, and the durability of the EGR gas cooling device can be improved.
In addition, as shown in FIG.24 and FIG.27 for demonstrating the said EGR gas cooling device 201,201-1, the plate fins 204-3,204-4,204-5 joined to the outer surface of a heat exchanger tube are as follows. The other end is inserted into a concave portion formed by flexible molding on the smooth wall surface of the
図33に示すEGRガス冷却装置301は、断面がほぼ矩形に拡管されたEGRガス配管302の上下に、主としてエンジン冷却水が用いられる冷却媒体の流入口P1と、流出口P2とを備えた冷却ジャケット304−1、304−2を配置し、該冷却ジャケット304−1、304−2間にあって前記EGRガス配管302を貫通して、ガスの流れ方向に対して直角に交差する複数の偏平の伝熱管303が配設され、上記冷却水の流路を形成している。さらにこのEGRガス冷却装置301は、前記偏平伝熱管303の偏平した外表面間およびに該偏平伝熱管303と前記ガス配管302との間に、全長にわたりもしくは長さ方向に小割した多数のチャンネル形状のフィン305を、ガスの流れ方向に対して略平行に固定することによって、該偏平伝熱管3同士もしくは偏平伝熱管303とガス配管302の間にあって、ガス流路を形成せしめることを基本的な構造としている。
The EGR
上記チャンネル形状のフィン305は、断面略コの字形状でその長さが略全長にわたるものもしくは短く小割されていることが特徴的要件であり、それによって偏平伝熱管303同士、もしくは該偏平伝熱管303とガス配管302との間において、図33および図34に示すようにガスの流れ方向に対して平行して、任意の位置に、任意のピッチで多数配置され、その接合面を例えばろう付けによって固定される。前記チャンネル形状のフィン305は、図34に示すようにチャンネル状に折り曲げられたフラットな両側面を、前記偏平伝熱管303の偏平した外周面に当接することにより、相互の平坦面同士で密着して固定されるため、広い伝熱面積を得て相互の熱伝達は理想的な状態で確保することができ、かかる構成のガス冷却装置内を通過するEGRガスは速やかに熱交換され、優れた冷却効率が得られる。
The channel-shaped
又、上記チャンネル形状のフィン305は、ガス配管302と、該ガス配管302を貫いてガスの流れ方向に直角に交差して配設される複数の偏平伝熱管303との間において、ガスの流れ方向に略平行して配列・固定される範囲内で、その位置やピッチについては任意であるが、その形状についても自由に設計変更が可能である。
The channel-shaped
例えば図35に示す実施例装置においては、帯状フィンの一部を偏平伝熱管303の幅に合わせて切り起こし、図37に示すような一部切り起こし帯状フィン305−1を形成し、該帯状フィン305−1を偏平伝熱管3同士もしくは該偏平伝熱管303とガス配管302との間隙において、図36に示すように相互に連携しあうように配列して固定することにより、その伝熱性能をより一層向上せしめることが確認された。
For example, in the embodiment apparatus shown in FIG. 35, a part of the belt-like fin is cut and raised in accordance with the width of the flat
又、他の実施例においては所望によりチャンネル形状のフィンの一部に特殊な加工を施し、図38(a)に示すように貫通孔を設けたチャンネル形状のフィン305−4、図38(b)に示すように断面半円状の凹凸を設けたチャンネル形状のフィン305−5、図38(c)に示すように断面凹凸状のヒダを全長にわたり設けたチャンネル形状のフィン305−6、図38(d)に示すようにリップ状の折り曲げ部を設けたチャンネル形状のフィン305−7を形成することも可能であり、図39(a)〜(c)に示すような各種のルーバーを設けたチャンネル形状のフィン305−8〜305−10を形成し、本発明に係るEGRガス冷却装置に組み込まれるチャンネル形状のフィンの一部もしくは全部として採用され、それぞれEGRガスの攪拌作用により初期の成果を達成し得る。又、図39(a)〜(c)に示す異なる形態のルーバーは、それぞれ一例を示すものであって、その目的としてガス流路に乱流や渦流を生起せしめ、伝熱面積を拡大して効果的な熱交換を促進することによって、冷却効率の上昇を図れるものであれば自由に設計変更が可能である。なお、これらのフィンは単独で、若しくは上記各実施例で用いられた各種チャンネルフィンを含む他のフィンと、それぞれ併用して用いることが可能である。
なお、これらの各実施例において任意に採用される上記の各チャンネル形状のフィンは、前記偏平伝熱管303との接合部にのみフラットな折り曲げ部が残され、該フラットな折り曲げ部と偏平伝熱管303の平坦な面とを当接することによって、その接合を容易にすると同時に、相互の密着性が確保されてその優れた伝熱性能が維持される。
In another embodiment, a channel-shaped fin 305-4 having a through hole as shown in FIG. 38 (a) is formed on a part of the channel-shaped fin as desired, as shown in FIG. 38 (b). ), A channel-shaped fin 305-5 provided with semicircular irregularities in cross section, as shown in FIG. 38C, and a channel-shaped fin 305-6 provided with pleats in cross-sectional unevenness as shown in FIG. It is also possible to form channel-shaped fins 305-7 provided with lip-shaped bent portions as shown in FIG. 38 (d), and various louvers as shown in FIGS. 39 (a) to (c) are provided. The channel-shaped fins 305-8 to 305-10 are formed and employed as part or all of the channel-shaped fins incorporated in the EGR gas cooling device according to the present invention. It can be achieved initial results by the stirring action of the scan. In addition, the louvers of different forms shown in FIGS. 39A to 39C are examples, respectively. For that purpose, turbulence and vortex flow are generated in the gas flow path, and the heat transfer area is expanded. The design can be freely changed as long as the cooling efficiency can be increased by promoting effective heat exchange. These fins can be used alone or in combination with other fins including various channel fins used in the above embodiments.
The channel-shaped fins that are arbitrarily adopted in each of these embodiments have a flat bent portion only at the junction with the flat
さらに、上記各実施例において、チャンネル形状フィンの組付け手段については特に制限はなく任意であるが、その一例として平板状のフィン材料を図40(a)に示すように一旦湾曲させるか、図40(b)および(d)に示すように偏平伝熱管305同士の間隙に合わせた折り曲げ部を設け、その後該偏平伝熱管303同士の間隙に押し込むことによって、相互に平坦な面同士を以って強固に密着し、図40(c)および(e)に示すように略コの字形状のチャンネルフィン305−2または305−3となって、それぞれの溶着部306を例えばろう付けによって固定される。
Further, in each of the above embodiments, the means for assembling the channel-shaped fins is not particularly limited and is arbitrary, but as an example, a flat fin material is temporarily bent as shown in FIG. As shown in 40 (b) and (d), a bent portion is provided in accordance with the gap between the flat
上記図33〜図40に示すEGRガス冷却装置は、拡径されたガス配管302内を貫き、ガスの流れ方向と直角に交差して配設される偏平伝熱管303の偏平した外表面に加え、該偏平伝熱管303の平坦な外表面にガスの流れ方向に平行して、自らのフラットな折り曲げ部を密着させながら、ランダムに固定される好ましくは小割された多数のチャンネル形状フィン305が、伝熱面積をより拡大すると共に、エッヂ効果を得て偏平伝熱管303の外表面の形状と、ランダムに固定されたチャンネル形状フィン305によってもたらされるガス流の乱流化や、エンジン冷却水によって冷やされる該偏平伝熱管3の内表面の伝熱係数が、前記図27〜図37に示すEGRガス冷却装置と同様、EGRガスに対して約10倍であること等が相乗的に作用して、その熱交換が速やかにかつほぼ完璧に実施され、優れた冷却効率を得られる。
なお、図33〜図40に示すチャンネル形状フィンは、偏平伝熱管303同士もしくは該偏平伝熱管203とガス配管202の間において固定されてコアを形成するため、偏平伝熱管203相互とガス配管202とを補強する支持体となり、装置のコンパクト化にも寄与する。
The EGR gas cooling apparatus shown in FIGS. 33 to 40 is added to the flat outer surface of the flat
33 to 40 are fixed between the flat
図41に示すEGRガス冷却装置401は、断面がほぼ矩形に形成されたEGRガス配管403の両サイドに、主としてエンジン冷却水が用いられる冷却媒体の流入口(図示せず)と、流出口(図示せず)を備えた冷却ジャケット402を配置し、該冷却ジャケット402間にあって前記EGRガス配管403を貫通して、ガスの流れ方向に対して直角に交差する複数の偏平の伝熱管404が配設され、冷却水の流路(c)を形成している。さらにこのEGRガス冷却装置401は、前記偏平伝熱管の偏平した外表面にコルゲートフィン405を、ガスの流れ方向に平行して交互に介装させて固定することによって、該偏平伝熱管404どうしもしくは偏平伝熱管4とガス配管3の間にあってコアの1セグメントとなし、ガス流路(g)を形成せしめることを基本的な構造としている。
An EGR
各セグメントよりなる上記コアは、偏平伝熱管404に対するEGRガス流路(g)の長さを規定して、冷却効率を極力高めるように設計されるが、そのアスペクト比が偏平伝熱管404の長さ/EGRガス流路(g)の長さの比において、1:1.5〜1:7、好ましくは1:2.5から1:5の範囲が望ましく、そのアスペクト比が1:1.5以下の場合はガスの流路が短いため、ガスと伝熱面との接触時間が短すぎて、十分な伝熱性能が得られず、一方、1:5を超える場合は装置が巨大化して設置するスペースが限定されるため、図41に示す本例において1:3に設計した。なお、ガス配管403内をガスの流れ方向に対して直角に貫いて、冷却ジャケット402に配設される偏平伝熱管404と、該偏平伝熱管404の外表面にガスの流れ方向に対して平行に介装・固定されるコルゲートフィン405は、本例によってはそれぞれろう付けによって固着したが、固定手段は伝熱性能を妨げない、例えば溶接等を選択することも可能である。
The core composed of each segment is designed so as to increase the cooling efficiency as much as possible by defining the length of the EGR gas flow path (g) with respect to the flat
上記のごとく構成されたEGRガス冷却装置401によれば、伝熱管404を偏平としたことによって冷却ジャケット402間を流れる冷却媒体、即ちエンジン冷却水の流路(c)が狭められてその流速が早くなり、一方、EGRガスの流れは上記コルゲートフィン405によって形成された多数フィンにより、その流路(g)が延長されて偏平伝熱管404およびフィン405との接触時間が長くなると共に、該偏平伝熱管404の偏平した外表面による伝熱面積の拡大と、その外表面の形状によってもたらされるガス流の乱流化や、エンジン冷却水によって冷やされる該偏平伝熱管404の内表面の伝熱係数が、EGRガスに対するフィン側(ガス側)の伝熱係数に対して約10倍であること等が相乗的に作用して、その熱交換が速やかにかつほぼ完璧に実施され、優れた冷却効率を得られることが確認された。なお、図41に示すように本例によるコルゲートフィン405は、偏平伝熱管404の間に交互に介装させて固定されてコアを形成するため、偏平伝熱管404相互とガス配管403とを補強する支持体となり、装置のコンパクト化にも寄与する。
According to the EGR
図42は、偏平伝熱管404−1と、該伝熱管に固定されるコルゲートフィン405−1とを部分的に示す拡大斜視図であるが、本例による該偏平伝熱管404−1は、その内面の任意箇所に略S字型のリブ406が設けられ、偏平伝熱管404−1を補強すると共に冷却媒体の流れを整流するように機能する。
FIG. 42 is an enlarged perspective view partially showing the flat heat transfer tube 404-1 and the corrugated fin 405-1 fixed to the heat transfer tube. A substantially S-shaped
又、偏平伝熱管404−2は、図43に示すように水平方向に複数本並列して設置している。これにより個々の偏平伝熱管404−2の垂直方向に対する強度を増すと共に、偏平管404−2の偏平幅が小さいので製造が容易である。 Further, a plurality of flat heat transfer tubes 404-2 are installed in parallel in the horizontal direction as shown in FIG. As a result, the strength of the individual flat heat transfer tubes 404-2 in the vertical direction is increased, and the flat width of the flat tubes 404-2 is small, so that the manufacture is easy.
さらに、偏平伝熱管404−3は、図44に示すように偏平伝熱管404−3そのものが波型に変形して形成され、それに固定されるコルゲートフィン405−2も同様波型に形成される。このような構造とすることにより、冷却媒体の流れも乱流化され、同時にガスの流れも一層複雑となり、該フィン405−2を介しての熱交換が促進され、優れた冷却効率が得られると共に熱変形が可能なため熱応力が緩和され、耐久性が優れることが確認された。なお、偏平伝熱管404−3の波形への変形は図49に限定されるものではなく、冷却媒体の流方向に変形しても,組み合わせて変形させてもよい。 Furthermore, as shown in FIG. 44, the flat heat transfer tube 404-3 is formed by deforming the flat heat transfer tube 404-3 itself into a corrugated shape, and the corrugated fins 405-2 fixed thereto are also formed in a corrugated shape. . By adopting such a structure, the flow of the cooling medium is also turbulent, and at the same time, the gas flow is further complicated, heat exchange through the fins 405-2 is promoted, and excellent cooling efficiency is obtained. At the same time, since thermal deformation was possible, it was confirmed that the thermal stress was relaxed and the durability was excellent. In addition, the deformation | transformation to the waveform of the flat heat exchanger tube 404-3 is not limited to FIG. 49, You may deform | transform in the flow direction of a cooling medium, or may deform | transform in combination.
図45は、偏平伝熱管404−4と、該偏平伝熱管404−4に固定されるコルゲートフィン405−3を部分的に示す平面図で、該コルゲートフィン405−3は、偏平伝熱管404−4の外表面に蛇行するように固定されている。かかる構造によりガスの流れに乱流若しくは渦流などへの変化をもたせると共に、ガスの流路がより一層延長されるため、該フィン405−3を介しての熱交換を助長して、冷却効率がさらに向上することが確認された。なお、上記図42に示す偏平伝熱管404−1及びコルゲートフィン405−1は、図41に示すガス冷却装置401に、適宜にかつ部分的に置き換えて用いることにより、その効果を一層高めることも可能である。
FIG. 45 is a plan view partially showing the flat heat transfer tube 404-4 and the corrugated fin 405-3 fixed to the flat heat transfer tube 404-4. The corrugated fin 405-3 includes the flat heat transfer tube 404-. The outer surface of 4 is fixed so as to meander. With this structure, the gas flow is changed to a turbulent flow or a vortex flow, and the gas flow path is further extended. Therefore, the heat exchange through the fins 405-3 is promoted, and the cooling efficiency is improved. Further improvement has been confirmed. The flat heat transfer tubes 404-1 and the corrugated fins 405-1 shown in FIG. 42 can be used to replace the
図46に示す実施例装置は、同図(a)、(b)、(c)の各図に示すようにガス配管403−1に配置する冷却ジャケット402−1の構造を、アウターシェルディフューザー形状とし、該冷却ジャケット402−1とガス流路との境界に、チューブシートからなる仕切り板407を設け、偏平伝熱管404−5どうしもしくは該偏平伝熱管404−5とアウターシェルとの間に介装・固定されるコルゲートフィン405−4を波型形状とした以外は、実質的に前記図41に示す実施例装置と同様であるが、冷却効率等の性能は図41に示す実施例装置とほぼ同様である。
The embodiment apparatus shown in FIG. 46 has an outer shell diffuser shape in the structure of the cooling jacket 402-1 disposed in the gas pipe 403-1 as shown in the respective drawings (a), (b), and (c). A
又、図41、図46に示す各実施例装置においても、コルゲートフィンの代替品として前記図15に示す波板形状フィンを用いることができるのみならず、図47(a)〜(c)に示すI型形状フィン405a−1(図a)、S字型形状フィン405a−2(図b)、コの字型形状フィン405a−37(図c)や、前記図9に示す各種フィン同様の図48(a)〜(e)に示すフィン、すなわち多数の貫孔が設けられたプレートフィン405b−2(図a)、ルーバーが設けられたプレートフィン405b−3(図b)、変形したルーバーが設けられたプレートフィン405b−4(図c)、ピンフィンが設けられたプレートフィン405b−5(図d)、凹凸が設けられたプレートフィン405b−6(図e)等を用いることができる。なお、これらのフィンは単独、もしくは上記各実施例で用いられた各種コルゲートフィンを含む他のフィンと、それぞれ併用して用いることが可能である。
Also, in each of the embodiments shown in FIGS. 41 and 46, the corrugated fins shown in FIG. 15 can be used as an alternative to the corrugated fins, as shown in FIGS. 47 (a) to 47 (c). I-shaped
図49に示すEGRガス冷却装置501は、断面がほぼ矩形に拡管されたEGRガス配管502の上下に、主としてエンジン冷却水が用いられる冷却媒体の流入口P1と、流出口P2とを備えた冷却ジャケット504−1、504−2を配置し、該冷却ジャケット504−1、504−2間にあって前記EGRガス配管(以下、単に「ガス配管」ということがある。)502を貫通して、ガスの流れ方向(矢印g)に対して直角に交差する複数(本例においては12本)の伝熱管503が配設され、上記冷却ジャケット504−1、504−2間における冷却水の流路を形成している。
ここで、上記伝熱管503は、ガスの流れ方向後方に向かってその断面形状が次第に拡張するように形成されていることが必須の要件となる。すなわち、本例における当該伝熱管503は、図55に示すようにその断面形状が、先端部503−2から後端部503−3の方に行くに従い徐々に幅が拡大されたいわゆる楔形形状で、その傾斜面503−1を含む伝熱管3の外周面全体が広い伝熱面として形成され、該楔形形状の伝熱管503を図49に示すようにガスの流れ方向に直角に交差して、間隔を保持しながら複数配置し、その管端はガス配管502内を貫いて冷却ジャケット504−1および504−2に、それぞれ開口部を設けた状態で固着された構造となっている。
An EGR
Here, it is an essential requirement that the
上記のように構成された本例によるEGRガス冷却装置501において、冷却媒体となるエンジン冷却水Cは、下段の冷却ジャケット504−1に設けられた流入口P1より流入して該冷却ジャケット504−1を通過し、次いで前記楔形形状の伝熱管503内のそれぞれに通流して上段の冷却ジャケット504−2を通過した後、流出口P2を介して系外に流出する。一方、ガス配管502の上流側から当該冷却装置501内に流入したEGRガスは、該配管内をガスの流れ方向(矢印g)に直角に交差して複数配設された伝熱管503の外周面に、接触を繰り返しながら下流側へ流下して系外へ流出する。この際、該冷却装置1内に流入した、熱せられた状態のEGRガスは、該伝熱管503の傾斜面503−1を中心とする伝熱面に衝突を繰り返しながら下流方向へ移動するが、該伝熱面、とりわけ傾斜面503−1との衝突の繰り返しによってガスの境界層がつぎつぎと剥離を繰り返し、効果的な熱交換が行なわれて、EGRガスは可及的速やかに冷却され、4列に配設された伝熱管503群に次々と接触を繰り返しながら系外に流出されたEGRガスは、エンジンの吸気系に戻されての再循環に、全く支障のない温度域にまで冷却される。
In the EGR
また、図52〜図53に示す他のEGRガス冷却装置は、前記楔型形状の伝熱管503を、図56に示すような形状に変更し、該楔型形状の伝熱管503aを図53に示すようにガスの流れ方向に直角に交差して、間隔を保持しながら複数位置した構造としたものであり、該楔形形状の伝熱管の形状を一部変更した以外は実質的に実施例1と同一の多管式ガス熱交換装置501aを構成した。このEGRガス冷却装置501aの場合も、前記図49〜図51に示すEGRガス冷却装置とほぼ同等の冷却性能が得られる。
Further, in another EGR gas cooling device shown in FIGS. 52 to 53, the wedge-shaped
さらに、前記図49〜図54に示すEGRガス冷却装置においても、所望により楔型形状の伝熱管503または503a同士の間隙か、もしくは楔形形状の伝熱管503または503aとガス配管502または502aとの間隙に、ガスの流れ方向(矢印g)と平行してプレートフィンを固着することも好ましい実施形態として採用することができる。プレートフィンの形状については、前記図9に示すプレートフィン、すなわちプレートフィンの一部に貫孔を設けたもの、ルーバーを設けたもの、ピンフィンを取り付けたもの、凹凸を設けたもの等から適宜選択して使用することができる。
Further, also in the EGR gas cooling device shown in FIGS. 49 to 54, the gap between the wedge-shaped
図49〜図54に示すEGRガス冷却装置において、楔形形状の伝熱管503、503aに加え、任意で前記の各種プレートフィンを固着することにより、冷却装置内におけるガス流の攪拌効果がさらに促進されると共に、プレートフィンそのものによる伝熱面積の拡大が期待され、冷却効率の一層の向上を図ることができると共に、該伝熱管503または503a同士、もしくは伝熱管503または503aとガス配管502または502aとの間に強固な支持体が形成されて、優れた補強効果が得られるために、他の補強手段を要することが無く、装置のコンパクト化に寄与する。
In the EGR gas cooling apparatus shown in FIGS. 49 to 54, in addition to the wedge-shaped
また、図49〜図54に示すEGRガス冷却装置において、拡管されたガス配管内を貫き、ガスの流れ方向と直角に交差して複数配設される断面形状が楔形形状の伝熱管の形状については、伝熱管503、503aの形状によって拘束されるものではなく、その先端部503−2、503a−2からガスの流れ方向後方に当たる後端部503−3、503a−3にかけてその幅が拡大し、ガスの流れ方向上流側から下流側に向かっての傾斜面503−1、503a−1を含んで広い伝熱面を有し、該伝熱管503、503aの後流側における急激な断面変化によって「カルマンの渦列」が生ずることが期待される形状であれば、該傾斜面503−1、503a−1の傾斜角、伝熱管503、503a群の配設位置やピッチは伝熱管503、503a群の数を含め、特に制限するものではなくその効果と設置スペースとの兼ね合いにおいて自由に設計変更が可能である。
In addition, in the EGR gas cooling apparatus shown in FIGS. 49 to 54, the shape of the heat transfer tube having a wedge-shaped cross-section that extends through the expanded gas pipe and intersects at right angles to the gas flow direction. Is not constrained by the shape of the
図57に示すEGRガス冷却装置601は、図57〜図59に示すように断面がほぼ矩形に拡管されたEGRガス配管602の上下に、主としてエンジン冷却水が用いられる冷却媒体(以下単に「冷却水」ということがある。)Cの流入口P1と、流出口P2とを備えた冷却ジャケット604−1、604−2を配置し、該冷却ジャケット604−1、604−2間にあって前記EGRガス配管602を貫通して、ガスの流れ方向(矢印g)に対して直角に交差する円筒状チューブからなる複数の伝熱管603が固着・配設されて、ガスの流れ方向上流から下流方向に複数列の伝熱管列群を形成すると共に、上記冷却ジャケット604−1、604−2間における冷却水の流路を形成している。
ここで、上記伝熱管列群の冷却水流路には、ガスの流れ方向上流側の第1列と第2列の間の冷却ジャケット604−1に堰を設け、次に第2列と第3列の間の冷却ジャケット604−2に堰606−1を設け、また第3列と第4列の間の冷却ジャケット604−1に、さらに第4列と第5列の間の冷却ジャケット604−2にそれぞれ堰606−Xを設けるという、いわゆる各伝熱管列群毎交互に上下の冷却ジャケット604−1および604−2内に堰606を形成して、流入口P1から流入した冷却水が流出口P2から系外に流れ去するまでの流路を、強制的に制御することが必須の要件となる。かなわち、本例における冷却水は、流入口P1から冷却ジャケット604−1内に流入すると堰606−1に遮られて、当該冷却ジャケット604−1をから第1列の伝熱管列群を形成する各々の伝熱管603を通流し、他方の冷却ジャケット604−2に流入するが、ここでも堰606−Xに遮られて冷却ジャケット604−2をから第2列の伝熱管列群を形成する各々の伝熱管603を通流して、冷却ジャケット604−1に流入するという経路を繰返し、最終的に冷却ジャケット604−2を経て流出口P2から系外に流れ去るように構成されている。
57. The EGR
Here, in the cooling water flow path of the heat transfer tube row group, a weir is provided in the cooling jacket 604-1 between the first row and the second row on the upstream side in the gas flow direction, and then the second row and the third row. A weir 606-1 is provided in the cooling jacket 604-2 between the rows, the cooling jacket 604-1 between the third row and the fourth row, and a cooling jacket 604 between the fourth row and the fifth row. The
上記のように構成されたEGR式ガス冷却装置601において、冷却媒体となるエンジン冷却水Cは、上段の冷却ジャケット604−1に設けられた流入口P1より流入すると同時に、第1列の伝熱管列群を経由して下段の冷却ジャケット604−2内に至り、さらに第2列の伝熱管列群を経て冷却ジャケット604−1に流入するという経路を繰返し、早い流速と多量の流量を維持しながら全ての伝熱管列群を経由して流出口P2から流去するが、この間にEGRガス配管602のガスの流れ方向(矢印g)上流側から当該ガス冷却装置601内に流入したEGRガスの熱は、該伝熱管列群の各々の伝熱管603に順次接触を繰り返しながら効果的に熱交換が行われて、可及的速やかに冷却され、該ガス冷却装置601の下流側からEGRガス配管内に戻る際には、エンジンの吸気系に戻されての再循環に、全く支障のない温度域にまで冷却される。
In the EGR type
なお、EGRガス冷却装置601は、図58に示すように冷却ジャケット604−1、604−2間におけるEGRガス配管602を貫いて、ガスに流れ(矢印g)に対して直角に交差して固着・配列されて伝熱管列群を形成する伝熱管603を、ガス流路に対してその間隔を狭くするよう配列したことにより、堰によって増幅された冷却水の流速と水量とが相互に作用して、より効果的な熱交換が促進されて、沸騰による気泡の発生も無く、優れた冷却効率が得られる。
As shown in FIG. 58, the EGR
また、図60〜図61に示すEGRガス冷却装置611は、伝熱管列群を形成する伝熱管613−1、613−2の本数が疎らであり、該伝熱管613−1および613−2に予めスパイラル状フィン613−1aおよびディスク状フィン613−2aが取り付けられていることを除いて、実質的に前記EGRガス冷却装置601と同様のガス冷却装置611を構成した。612はEGRガス配管である。
このEGRガス冷却装置611の場合も、堰616−1および616−Xによって流路を規制された冷却水は、速い流速と多量の水量を維持して伝熱管613−1、613−2内を通流し、加えてスパイラル状フィン613−1aおよびディスク状フィンによるガス流の攪拌と、伝熱面積の拡大が相乗的に作用し、EGRガス冷却装置611とほぼ同等の冷却性能が得られる。
In addition, the EGR
Also in the case of this EGR
さらに、図62〜図63に示すEGRガス冷却装置621は、伝熱管列群を形成する伝熱管623の本数が若干疎らであり、該伝熱管623のそれぞれにガスの流れ方向に平行して複数のプレートフィン625が取り付けられていることを除いて、実質的に前記EGRガス冷却装置601と同様のガス冷却装置621を構成した。622はEGRガス配管である。
このEGRガス冷却装置621の場合も、堰626−1および626−Xによって流路を規制された冷却水は、速い流速と多量の水量を維持して伝熱管623内を通流し、加えてプレートフィン625によるガス流の乱流化と、伝熱面積の拡大が相乗的に作用し、実施例1とほぼ同等の冷却性能を得られることが確認された。
Further, in the EGR
Also in the case of this EGR
また、図64〜66に示すEGRガス冷却装置は、631は、伝熱管列群を形成する伝熱管633が偏平チューブからなり、冷却ジャケット634が拡管されたEGRガス配管632外周の全周を覆ういわゆる2重管タイプであり、該2重管タイプの冷却ジャケット634がセパレータ634−1によって上下に区分された構造となっていることを除いて、実質的に前記EGRガス冷却装置601と同様のガス冷却装置631を構成した。
この冷却装置631の場合も、堰636−1および636−Xによって流路を規制された冷却水は、速い流速と多量の水量を維持して伝熱管623内を通流し、加えて偏平伝熱管633による流速の更なる加速と、伝熱面積の拡大が相乗的に作用し、前記EGRガス冷却装置601とほぼ同等の冷却性能が得られる。
Also, in the EGR gas cooling apparatus shown in FIGS. 64 to 66, 631 covers the entire circumference of the outer periphery of the
Also in the case of this
図67〜68に示すEGRガス冷却装置641は、伝熱管列群を形成する各々の偏平伝熱管643の間隙、若しくは該偏平伝熱管643とEGRガス配管642の内壁との間隙に、前記図15に示すようなコルゲートフィンをガスの流れ方向と平行に接合した以外は、実質的に前記EGRガス冷却装置601と同様のガス冷却装置641を構成した。
このEGRガス冷却装置641の場合も、堰646−1および646−Xによって流路を規制された冷却水は、速い流速と多量の水量を維持して伝熱管643内を通流し、加えて偏平伝熱管633による流速の更なる加速と、接合されたコルゲートフィンによるガス流の乱流化や伝熱面積の拡大が相乗的に作用し、迅速な熱交換によって効率的な冷却性能が得られる。
67 to 68, the EGR
Also in the case of this EGR
さらにまた、図69〜71に示すEGRガス冷却装置651と、図72〜74に示すEGRガス冷却装置661は、伝熱管列群を形成する各々の伝熱管653および663の形状が、ガスの流れ方向(矢印g)上流側の先端部から下流側の後端部にかけて幅が拡張する、いわゆる楔形形状としたものであり、楔形形状の伝熱管653および663を用い、冷却ジャケットをそれぞれ上下に配置したいわゆるヘッダータイプとした以外は、実質的に前記EGRガス冷却装置651および661を構成した。
このEGRガス冷却装置651、661においても、堰656−1、656−Xおよび666−1、666−Xによって流路を規制された冷却水は、速い流速と多量の水量を維持して楔型形状の伝熱管653、663内を通流し、加えてこの楔型形状の伝熱管653および663に形成された伝熱面に、ガス流が順次衝突を繰り返しながら剥離されることにより、薄い境界層が維持されて効果的に熱交換が促進され、極めて優れた冷却性能が得られる。
Furthermore, in the EGR
Also in the EGR
なお、上記図57〜図74に示すEGRガス冷却装置においても、任意で前記図9に例示するプレートフィンおよび前記図15に例示する波板状のフィンなどを固着することにより、冷却装置内におけるガス流の攪拌効果がさらに促進されると共に、フィンそのものによる伝熱面積の拡大が期待され、冷却効率の一層の向上を図ることができると共に、該伝熱管同士、若しくは該伝熱管とガス配管との間に強固な支持体が形成されて、優れた補強効果が得られるために、他の補強手段を要することが無く、装置のコンパクト化に寄与する。 In the EGR gas cooling apparatus shown in FIGS. 57 to 74, the plate fins exemplified in FIG. 9 and the corrugated fins exemplified in FIG. The stirring effect of the gas flow is further promoted, and the expansion of the heat transfer area by the fin itself is expected, and the cooling efficiency can be further improved, and the heat transfer tubes, or between the heat transfer tubes and the gas piping, Since a strong support is formed between them and an excellent reinforcing effect is obtained, other reinforcing means are not required, contributing to the compactness of the apparatus.
また、上記図57〜図74に示す各EGRガス冷却装置における伝熱管は、その優れた伝熱性と加工の容易性および機械的強度等を加味して、金属性チューブが好ましく採用されるが、伝熱管列群における冷却水流路を規制する堰は、通流する冷却水の水圧に耐え、その流路を任意に規制しうるものであれば特に制限を加えるものではなく、冷却ジャケット内において任意に移動が可能な、可撤式構造であることがより好ましい。なお、上記各実施例における堰は、伝熱管列群毎の境界に交互に設けて冷却水流路を一本の流れに規制したが、本発明はこれによって拘束されるものではなく、第1列の流れから後流に行くに従いその流れを緩めたり、中流域の流れを意図的に速めたり、堰を設ける位置を移動することによって、任意にかつ所望の流れを操作することが可能である。かかる構成によって本発明のEGRガス冷却装置は、該装置内における連続沸騰に起因する気泡によって、効果的熱交換が阻害される現象を未然に防止して、優れた冷却効率を得ることができる。 In addition, as the heat transfer tube in each EGR gas cooling device shown in FIGS. 57 to 74, a metal tube is preferably adopted in consideration of its excellent heat transfer property, ease of processing, mechanical strength, and the like. The weir that regulates the cooling water flow path in the heat transfer tube array group is not particularly limited as long as it can withstand the water pressure of the flowing cooling water and can arbitrarily regulate the flow path, and can be arbitrarily placed in the cooling jacket. It is more preferable that the structure is removable. In addition, although the weir in each said Example provided alternately in the boundary for every heat exchanger tube row group, and restricted the cooling water flow path to one flow, this invention is not restrained by this, The 1st row It is possible to manipulate the desired flow arbitrarily and arbitrarily by slowing the flow from the current flow to the rear flow, intentionally speeding the flow in the middle basin, or moving the position where the weir is provided. With this configuration, the EGR gas cooling device of the present invention can prevent the phenomenon in which effective heat exchange is hindered by bubbles caused by continuous boiling in the device, and can obtain excellent cooling efficiency.
さらに、本発明では上記した全てのEGRガス冷却装置におけるEGRガス配管や胴管、冷却配管あるいは伝熱管の壁面に必要に応じて凹凸を形成して乱流化や伝熱面積を増加させてもよい。図75、図76はその一例を示したもので、図1〜図3に示すEGRガス冷却装置のEGRガス配管2と冷却配管3の各壁面に凹凸を形成したものである。なお、この凹凸は必要に応じて設けることはいうまでもない。
Furthermore, in the present invention, even if the EGR gas pipe, the trunk pipe, the cooling pipe, or the heat transfer pipe wall surface is formed as necessary on all the EGR gas cooling apparatuses described above, the turbulence and the heat transfer area can be increased. Good. FIG. 75 and FIG. 76 show an example, in which unevenness is formed on each wall surface of the
なお、本発明におけるこれら各部材の固着手段としては、前記したごとく溶接やろう付けによるいわゆる溶着手段が好ましく採用されるが、該溶着によって相互に優れた密着性が確保され、伝熱作用が阻害されないことと、激しい振動が繰り返されるなど、過酷な操作環境の中で信頼し得る接合が期待されるためである。 In addition, as described above, so-called welding means by welding or brazing is preferably used as the fixing means of these members in the present invention, but the adhesion ensures mutual excellent adhesion, and the heat transfer action is hindered. This is because reliable bonding is expected in a harsh operating environment, such as not being performed and repeated intense vibrations.
上記各実施例によって明らかなように、本発明に係るガス冷却装置は、その構造が簡略であるにも拘らず、優れた冷却効率を発揮する。従って、装置の軽量・小型化を可能とするため、自動車用のEGRガス冷却装置として広範に用いられることは勿論、排気ガスからの熱回収装置や他のガス冷却装置としても転用し得るなど幅広い用途が期待される。 As is clear from the above embodiments, the gas cooling device according to the present invention exhibits excellent cooling efficiency despite its simple structure. Therefore, in order to make the device lighter and smaller, it can be widely used as an EGR gas cooling device for automobiles, as well as widely used as a heat recovery device from exhaust gas and other gas cooling devices. Applications are expected.
1、11、21、31、41、101、201、201−1、201−2、201−3、201−4、201−5、301、301−1、501、501a、601、611、621、631、641、651、661 EGRガス冷却装置2、12、22、32、42、102、112、203、203−1、302、403、403−1、502、502a、602、611、621、631、641、651、661 EGRガス配管
3、23 冷却配管
4−1、4−2、14−1、14−2、24−1、24−2、34、44、104−1、104−2、114、202−1、202−2、202−3、202−4、202−5、202−6、202−7、202−8、202−9、202−10、202−11、202−12、304−1、304−2、402、402−1、504−1、504−2、504a−1、504a−2、654−1、654−2、664−1、664−2 冷却ジャケット
13−1、13−2 フィン付きチューブ
25、103−1、113−1、204−1、204−2、204−3、204−3、204−4、204−5、204−6、505、505−1、505−2、505−3、505−4、505−5、625 プレートフィン
25−1 バーリング壁
25−2、625−2、貫孔
25−3、25−4、625−3、625−4 ルーバー
25−5 ピンフィン
25−6 凹凸
33、43、 偏平チューブ
45a、45b、204a−1、204a−2、204a−3 波板
103、113 コア
103−3、113−3 突出筒体
205、205−1、205−2、205−3 フレキ成形部
206 胴管
305−6、305−7、305−8、305−9、305−10 チャンネルフィン
P1 流入口
P2 流出口
1, 11, 21, 31, 41, 101, 201, 201-1, 201-2, 201-3, 201-4, 201-5, 301, 301-1, 501, 501a, 601, 611, 621, 631, 641, 651, 661 EGR gas cooling device 2, 12, 22, 32, 42, 102, 112, 203, 203-1, 302, 403, 403-1, 502, 502a, 602, 611, 621, 631 641, 651, 661 EGR gas piping 3, 23 Cooling piping 4-1, 4-2, 14-1, 14-2, 24-1, 24-2, 34, 44, 104-1, 104-2, 114, 202-1, 202-2, 202-3, 202-4, 202-5, 202-6, 202-7, 202-8, 202-9, 202-10, 202-11, 202-12, 304 1, 304-2, 402, 402-1, 504-1, 504-2, 504a-1, 504a-2, 654-1, 654-2, 664-1, 664-2 Cooling jackets 13-1, 13 -2 finned tube 25, 103-1, 113-1, 204-1, 204-2, 204-3, 204-3, 204-4, 204-5, 204-6, 505, 505-1, 505 -2, 505-3, 505-4, 505-5, 625 Plate fin 25-1 Burring wall 25-2, 625-2, Through hole 25-3, 25-4, 625-3, 625-4 Louver 25 -5 Pin fin 25-6 Concavities and convexities 33, 43, flat tubes 45a, 45b, 204a-1, 204a-2, 204a-3 Corrugated plates 103, 113 Cores 103-3, 113-3 Projecting cylinders 205, 205 -1, 205-2, 205-3 Flexible forming portion 206 Trunk tube 305-6, 305-7, 305-8, 305-9, 305-10 Channel fin P1 Inlet P2 Outlet
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