JP2006057473A - Ｅｇｒガス冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡略な構造であるにも拘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ＥＧＲガス冷却装置を提供する。
【解決手段】 冷却媒体の流入口Ｐ−１若しくは流出口Ｐ−２のいずれかを有し、相対する冷却ジャケット３−１、３−２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４を、間隔を保持して複数配置した多管式熱交換型ガス冷却装置において、個々の伝熱管４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、隣接する伝熱管列群境界の冷却媒体の流れ方向交互に堰５を設けると共に、ガスの流れ方向最上流に位置して第１伝熱管列群を形成する個々の伝熱管を、軸心方向にかつガスの流れ方向に対して垂直に２分割し、２分割された伝熱管４−１ａ、４−１ｂのガスの流れ方向上流側より冷却媒体を通流させることによってガスを冷却するＥＧＲガス冷却装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換型ガス冷却装置に係り、詳しくはディーゼルエンジン等の排気系から排気ガスの一部を取り出し、ＥＧＲ配管を介してエンジンの吸気系に戻し、混合機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ＥＧＲガス冷却装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気系から排気ガスの一部を取り出し、再びエンジンの吸気系に戻して混合気に加える方法は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）システムと称され、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制し、ポンプ損失の低減や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・組成変化による比熱比の増大と、そ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ところから、ディーゼルエンジンの排気ガスの浄化や、熱効率を改善するための有効な方法として広く採り入れられている。

ところが、ＥＧＲガスの温度が上昇し、ＥＧＲガス量が増大すると、その熱作用によってＥＧＲバルブ等が劣化してその耐久性が低下し、早期に破損する惧れが生ずるため、その防止策としてＥＧＲバルブの冷却系を水冷構造とする必要に迫られたり、吸気温度の上昇に伴い充填効率が低下して燃費が低下するという現象を招来する。斯かる事態を回避するためにエンジンの冷却液、カーエアコン用冷媒または冷却風によってＥＧＲガスを冷却する装置が用いられている。

このような実情にあって、ＥＧＲガスの冷却手段としては従来から様々なタイプの熱交換器型冷却装置が提案されている。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（例えば、特許文献１参照）、内管と外管とを備えると共に、該内管側および外管側にそれぞれ高温側流体通路または低温側流体通路のいずれか一方ずつを備えた２重管式熱交換器（例えば、特許文献２参照）、内側に被冷却媒体を流通させる内管と、該内管の外周を離間して囲むように設けられた外管と、前記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（例えば、特許文献３参照）、内側に被冷却媒体を流通させる内管と、該内管の外周を離間して囲むように設けられた外管と、前記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（例えば、特許文献４参照）など、従来は内管である伝熱管内に高温のＥＧＲガスを通流させ、該伝熱管の外側に冷却媒体を流して両者間における熱交換作用によってガスを冷却する熱交換型ガス冷却装置が一般的であった。

一方、ＥＧＲガスと冷却媒体とを逆転して通流するＥＧＲガス冷却装置、例えば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設巻装されたＥＧＲガス冷却装置（例えば、特許文献５参照）、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ガス冷却器（例えば、特許文献６参照）等も提案され実用に供されていた。
特開平１１−２３１８１号公報（第１〜６頁、図１〜２） 特開２００２−３５００７１号公報（第１〜６頁、図１〜４） 特開２０００−１１１２７７号公報（第１〜１２頁、図１〜１２） 特開２００３−２１４７８号公報（第１〜８頁、図１〜７） 特開平９−８８７３０号公報（第１〜４頁、図１〜４） 特開平９−８８７３１号公報（第１〜５頁、図１〜８）

上記各従来技術において、特許文献１〜４に開示されている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の内面は、長さ方向の全長に渡ってその内周面が平滑となっているものが多く、パイプの中心付近における熱伝達が不十分となり、ＥＧＲガスの冷却効率が低いという問題があった。また、上記特許文献５および６に開示されているＥＧＲガス冷却装置の場合は、装置の製作が容易でコストが安価であるという利点を有するが、伝熱面積が狭いために必要な伝熱性能を確保するためには、特に軸方向の長さを長くすることが不可欠となり、限られたスペースに搭載することが必須の要件となる自動車等の場合、レイアウト上の問題が生じ、その上ガス流がＥＧＲガス配管に沿って流れるため、ガス流の乱流化が不十分となり、伝熱面の境界層が十分に薄くならず、伝熱性能が不足するという問題が残されていた。

更に近時、地球温暖化問題等など世界的な環境保護の高まりから、ディーゼルエンジンからの窒素酸化物等の排出基準が厳しさを増し、ＮＯｘガス排出量に対してはその量的制限への要求は避け難く、排気マニフォルドから吸気マニフォルドに還流するＥＧＲガスの量を一層増大することが求められている。斯かる要求を満たすためには、ＥＧＲガスの温度を十分に低下させてから吸気マニフォルドに還流することが必須の要件となり、そのためにはより熱交換性能に優れたＥＧＲガス冷却装置が求められることとなる。そこで最近図１３〜１５に示すように断面略矩形に拡管されたＥＧＲガス配管２０の外周に、該ガス配管を挟んで上下、若しくは左右に相対する二つの冷却ジャケット４０−１、４０−２を固着した、所謂ヘッダータイプの多管式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置が提案され、前記相対する二つの冷却ジャケット４０−１、４０−２間のＥＧＲガス配管２０内を貫いて、図１４に示すように該ＥＧＲガス配管２０を流れるＥＧＲガスの流れ方向（矢印ｇ）に対して直角に交差する多数の偏平伝熱管３０を、所定の間隔で固着・配列することによって複数の伝熱管列群を形成すると共に、図１５に示すように該偏平伝熱管３０同士、若しくは偏平伝熱管３０とＥＧＲガス配管２０の外壁との間に、ガスの流れ方向（矢印ｇ）に対して平行に複数のプレートフィン５０を固着したＥＧＲガス冷却装置１０が提案され、偏平伝熱管３０とプレートフィン５０との相乗効果によってガスの流れを攪拌し、伝熱面の境界層を薄くして伝熱性能を改善せしめ、加えて長円形に形成された偏平伝熱管３０によってその伝熱面積を拡大すると同時に、流路を狭められた冷却媒体が、該偏平伝熱管内３０を流速を早めて通流することにより効果的な熱交換が促進され、優れた冷却効率が得られた旨報告されている。茲で上記提案のＥＧＲガス冷却装置においては、冷却媒体流入口より流入した冷却媒体が、冷却ジャケット４０−１を満たした後、伝熱管列群を形成するそれぞれの伝熱管３０を通流してガスとの熱交換を果たし、冷却ジャケット４０−２を満たした後流出口Ｐ２を経由して系外に流去するよう構成されている。ところが上記伝熱管列群を形成するそれぞれの偏平伝熱管３０は、その断面形状が偏平に押しつぶされた一定の形状を有している。従って流体に対する抵抗も一定となるため、冷却媒体は必ずしも全ての伝熱管３０に均一に流れることは無く、流れに対して抵抗のない方向、例えば流出口Ｐ２に近い伝熱管列群を優先して流れ、比較的高熱を保持したＥＧＲが流入するガス配管前方に当たる冷却装置の上流側においては、冷却媒体の流れに淀みが生じて効果的な熱交換を果すことができず、場合によっては冷却媒体に沸騰現象が生じ、発生した気泡によって伝熱面における熱交換が阻害され、十分な冷却効率が得られないという未解決な課題が残されていた。本発明は斯かる課題を解決して、簡略な構造であるにも拘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ＥＧＲガス冷却装置の提供をその目的とするものである。

上記課題を解決するための本発明は、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群が、間隔を保持して複数列配置された多管式熱交換型ガス冷却装置において、個々の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または両側面のガス配管外周面に、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ると共に、ガスの流れ方向最上流に位置して第１伝熱管列群を形成する個々の伝熱管を、軸心方向にかつガスの流れ方向に対して垂直に２分割し、２分割された伝熱管のガスの流れ方向上流側より冷却媒体を通流することを特徴的構成要件とするＥＧＲガス冷却装置を要旨とするものである。

本発明における前記ＥＧＲガス冷却装置において、前記伝熱管列群を形成する各伝熱管が天地方向に設けられている場合、第１伝熱管列群の最上位若しくは最下位に位置する伝熱管より順次冷却媒体が通流し、その後第２伝熱管列群以降に順次通流するように堰が設けられることを特徴とするものである。

また、本発明によるＥＧＲガス冷却装置は、前記伝熱管列群を形成する各伝熱管の形状が円筒状チューブ管、断面長円形の偏平管、断面楔形形状に加工されたの金属管などであることを特徴とするものである。

本発明は更に、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を好ましい態様とするものである。

また、本発明によるＥＧＲガス冷却装置に固着される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を好ましい態様とするものである。

さらに、本発明によるＥＧＲガス冷却装置において、前記伝熱管の分割用セパレートプレート、冷却媒体流路を制御する堰、またはプレートフィンを含む前記ＥＧＲ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特徴とするものである。

本発明によるＥＧＲガス冷却装置において、伝熱管内を通流する前記冷却媒体が、エンジン冷却水であることを好ましい態様とするものである。

本発明に係る上記ＥＧＲガス冷却装置は、ＥＧＲガス配管（以下単に「ガス配管」ということがある。）の外周面の上下または左右両側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、該冷却ジャケット間の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複数の伝熱管が、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て伝熱管列群を形成し、前記冷却ジャケットの流入口から流入した冷却媒体が、該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における冷却媒体の、流れ方向交互に堰が設けられると共に、ガスの流れ方向最上流に位置して第1伝熱管列群を形成する個々の伝熱管内を、軸心方向にかつガスの流れ方向に対して垂直に２分割し、２分割された伝熱管内のガスの流れ方向上流側より冷却媒体を通流するよう構成されている。更に本発明に係る第２の発明によるＥＧＲガス冷却装置は、前記伝熱管列群を形成する各伝熱管が、天地方向に設けられている場合に、第１伝熱管列群の最上位若しくは最下位に位置する伝熱管より順次冷却媒体が通流し、その後第２伝熱管列群以降に順次通流するよう構成されている。即ち本発明によるＥＧＲガス冷却装置（以下単に「ガス冷却装置」ということがある。）は、該装置内に複数配列される伝熱管列群の中で、ガスの流れ方向に対して最上流に位置して、第１列目の伝熱管列群を形成する個々の伝熱管内に、セパレートプレートを配して２分割し、２分割された伝熱管内のガスの流れ方向に対して更に上流側に該当する伝熱管内より冷却媒体を通流し、順次下流側に流下させることにより、第１伝熱管列群を通流する冷却媒体の流速は単純に倍化することとなる。一方、上記第２の発明によるガス冷却装置においては、第１伝熱管列群を形成する伝熱管が上下に２本配列されている場合には、その流速は２倍となり、３本配列されている場合には３倍となる。このようにＥＧＲガスの流れ方向最上流、即ち、高温のガスに最初に接触する第１伝熱管列群を通流する冷却媒体の流速を、意図的に早めることにより、該伝熱管内を通流する冷却媒体の沸騰は効果的に阻止され、それに起因する冷却効率の低下を未然に防止することができる。

また、その下流側において隣接す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、その流速や流量を任意にコントロールすることが可能となる。従って主としてエンジン用冷却水が用いられる冷却媒体を、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万一発生した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。

また、本発明に係るＥＧＲガス冷却装置は、組み込まれる伝熱管の形状は自由で、多感式熱交換型ＥＧＲガス冷却装置において従来から多用されている円筒状チューブ管、断面長円形の偏平管、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。また、上記伝熱管同士若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、伝熱面積の増大を図り、より一層の熱交換効率を図ると共に、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ＥＧＲガス冷却装置として、他に特別な補強手段を構ずることなくそのまま用いることができ、装置の軽量小型化を可能とした。従って、得られたＥＧＲガス冷却装置は極めてコンパクトなものとなり、限られたスペースに容易に設置することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付した図面に基づいて更に詳細に説明する。
図１は本発明に係る第１実施例のＥＧＲガス冷却装置を一部省略して示す縦断側面図、図２は図1におけるＡ−Ａ線上横断平面図、図３は本発明に係る第２実施例のＥＧＲガス冷却装置を一部省略して示す縦断側面図、図４（ａ）は図３におけるＢ−Ｂ線上横断平面図、図４（ｂ）は図３におけるＢ´−Ｂ´線上横断平面図、図５は図４におけるＣ−Ｃ線上縦断正面図、図６は本発明に係る第３実施例のＥＧＲガス冷却装置を一部省略して示す縦断側面図、図７は図６におけるＤ−Ｄ線上横断平面図、図８は本発明に係る第４実施例のＥＧＲガス冷却装置を一部省略して示す縦断側面図、図９（ａ）は図８におけるＥ−Ｅ線上横断平面図、図９（ｂ）は図８におけるＥ´−Ｅ´線上横断平面図、図１０は本発明に係る各実施例において任意に用いらプレートフィンの伝熱管への接合構造を部分的に示す断面図、図１１は本発明に係る上記各実施例において任意に用いられる各種プレートフィンを示し、（ａ）はプレートフィンに貫孔穴明きを設けたもの、（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部分的に示す断面図、図１２は本発明に係る各実施例において任意に用いることが可能な波型フィンを示し、（ａ）および（ｂ）は上記実施例５において用いられた波板フィンを部分的に示す斜視図である。
［実施例］

以下本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明するが、本発明はこれによって拘束されるものではなく、本発明の主旨の範囲内において自由に設計変更が可能である。

本発明に係る第１実施例によるＥＧＲガス冷却装置１は、図１〜２に示すように断面がほぼ矩形に拡管されたＥＧＲガス配管２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３−１、３−２を配置し、該冷却ジャケット３−１、３−２間にあって前記ガス配管２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断面長円形の偏平管からなる伝熱管４が上下に４本、かつガスの流れ方向ｇの上流から下流方向に計４列固着・配設され、第１伝熱管列群４−１から第４伝熱管列群４−４までの伝熱管列群を形成すると共に、上記冷却ジャケット３−１、３−２間におけるガス配管２内を貫通する冷却水Ｃの流路を形成している。茲で本例による上記第１伝熱管列群４−１を形成する４本の偏平伝熱管４の内側に、軸心方向にかつガスの流れ方向ｇに対して垂直に、セパレートプレート６を配設することによりほぼ等分に２分割し、後続する各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伝熱管列群４−１と第２伝熱管列群４−１の間の冷却ジャケット３−２に堰５を設け、次に該第２伝熱管列群４−２と第３伝熱管列群４−３との間の冷却ジャケット３−１、更に該第３伝熱管列群４−３と第４伝熱管列群４−４との間の冷却ジャケット３−２にそれぞれ堰５を設けるという、所謂各伝熱管列群毎交互に上下の冷却ジャケット３−１および３−２内に堰５を形成して、流入口Ｐ１から流入した冷却水が流出口Ｐ２から系外に流去するまでの流路を、セパレートプレート６および複数の堰５によって強制的に制御することが必須の要件となる。即ち本例における冷却水Ｃは、流入口Ｐ１から冷却ジャケット３−１内に流入すると堰５に遮られて、前記セパレートプレート６によって２分割された第１伝熱管列群４−１を形成する上下４本の偏平伝熱管４のうち、ガスの流れ方向ｇに対して上流側に位置する伝熱管内４の分割流路４−１ａに流入して冷却ジャケット３−２に至った後、第１伝熱管列群４−１と第２伝熱管列群との間の冷却ジャケット３−２設けられた堰５に遮られて、２分割された第１伝熱管列群４−１のガスの流れ方向ｇ後流側の分割流路４−１ｂに流入して冷却ジャケット３-１に至り、その後は第２伝熱管列群４−２と第３伝熱管列群４−３との間の冷却ジャケット３−１内の堰５によって第２伝熱管列群４−２に流入し、さらには第３伝熱管列群４−３と第４伝熱管列群４−４との間の冷却ジャケット３−２の堰５にガイドされて第３伝熱管列群４−３に流入し冷却ジャケット３−１から第４伝熱管群４−４に至った後、再び冷却ジャケット３−２を経由して流出口Ｐ２から系外に流去するよう構成されている。

上記のように構成された本例によるＥＧＲガス冷却装置１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３−１に設けられた流入口Ｐ１より流入すると同時に、２分割された第１伝熱管列群４−１のガスの流れ方向ｇ上流側の伝熱管４内の分割流路４−１ａを流下して下段の冷却ジャケット３−２内に至り、同一の第１伝熱管列群４−１であって、２分割された伝熱管４のガスの流れ方向ｇ後流側の伝熱管内の分割流路４−１ｂを通流して再び上方の冷却ジャケット３−１に至り、さらに第２伝熱管列群４−２を経て下方の冷却ジャケット３−２に流入するという経路を繰り返すが、第１伝熱管列群４−１を形成する４本の偏平伝熱管４を、それぞれ軸心方向にかつガスの流れ方向ｇに対して垂直に２分割することによって、該伝熱管４内を通流する冷却媒体が単純計算で２倍という早い流速を維持しながら、第１伝熱管列群４−１の各伝熱管４内を通流することとなる。従ってガス配管を経由して装置内に流入した高温のＥＧＲガスは、第１伝熱管列群を高速で通流する上記冷却水Ｃによって急速に冷却されることにより、第１伝熱管群の伝熱管群内表面での所謂沸騰現象が未然に防止され、その後流側の各伝熱管列群の偏平伝熱管４に、順次接触を繰り返しながら効果的に熱交換が行われ、可及的速やかに冷却され、当該ガス冷却装置１の下流側から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ていることが確認された。

なお、本例におけるガス冷却装置は、図２に示すように冷却ジャケット３−１、３−２間におけるガス配管２を貫いて、ガスの流れ（矢印ｇ）に対して直角に交差して固着・配列されて４列の伝熱管列群を形成する偏平伝熱管４の内、第１列の伝熱管列群の各偏平伝熱管を２分割すると同時に、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、上記構成による作用に加え、堰によって増速された冷却水の流速とによって、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、優れた冷却効率を得ることができた。なお、第１伝熱管列群４−１を２分割した例を示したが、第２伝熱管列群４−２以降も同様に２分割しても良い。

本発明に係る第２実施例によるＥＧＲガス冷却装置を図３〜５に示すが、本例によるガス冷却装置１ａは、伝熱管列群を形成する偏平伝熱管４ａの配列は実質的に実施例１と同一であるが、第１伝熱管列群４ａ−１を形成する４本の偏平伝熱管４ａのうち、図４および図５に示すように上から３本目までの偏平伝熱管４ａ同士の間を、セパレートプレート６ａ−１、６ａ−２によって分離するよう構成されている。即ち、本例における冷却水Ｃの流れは、流入口Ｐａ−１を介して冷却ジャケット３ａ−１に流入した後、セパレートプレート６ａ−１と冷却装置の全高さの３／４を堰き止める堰５ａ−２と、第１伝熱管列群４ａ−１を形成する４本の偏平伝熱管４ａ同士の間を分離するセパレートプレート６ａ−２及び冷却ジャケット３ａ−２の全高さを堰き止める５ａ−１によってガイドされ、最上位に位置する偏平伝熱管４ａから逐次下方の偏平伝熱管４ａ個々の内側を通流し、最下位に位置する偏平伝熱管４ａを経由して冷却ジャケット３ａ−１に至り、その後は堰５ａ−２の下の流路を通流して偏平伝熱管４ａ−２に達し、順次４ａ−３、４ａ−４に至って流出口Ｐａ−２から流出することとなる。従ってガスの流れ方向ｇに対して最上流に位置して設置される上記第１伝熱管列群４ａ−１を通流する冷却水Ｃの流速は、単準計算で４倍となり、高温のＥＧＲガスに最初に接触する第１伝熱管群４ａ−１内においては、伝熱管内表面での沸騰現象などは生起せず、その後流側の各伝熱管列群の偏平伝熱管４に、順次接触を繰り返しながら効果的に熱交換が促進されて可的的速やかに冷却され、当該ガス冷却装置１ａの下流側から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ていることが確認された。なお、第１伝熱管列群４ａ−１にセパレートプレート６ａ−１、６ａ−２を設けた例を示したが、第２伝熱管列群４ａ−２以降に設けても良いことは言うまでもない。

本発明に係る第３の実施例のガス冷却装置を図６〜７に示すが、本例によるガス冷却装置１ｂは、伝熱管列群４ｂ−１〜４ｂ−６を形成する各列の伝熱管４ｂの形状を、ガスの流れ方向ｇに対して上流側の先端部から下流側の後端部にかけてその幅が拡張する、所謂楔型形状とした以外は実質的に実施例１と同様にして構成した。本例による第１伝熱管列群を形成する３本の各伝熱管４ｂは、実施例１と同様その長手方向ほぼ中間部分をセパレートプレート６ｂによって２分割しているが、該伝熱管４ｂの形状が楔形形状であるため、ガスの流れ方向ｇに対して上流側と、下流側の流路面積が約１対３の割合で前者が狭められることとなる。即ち、２分割された第１伝熱管列群４ｂ−１におけるガスの流れ方向ｇ上流側の分割流路４ｂ−１ａ内の冷却水Ｃの流速は、後流側の第２伝熱管群４ｂ−２の流速に対して単純計算で約３倍、分割流路４ｂ−１ｂの約２倍となる。このガス冷却装置１ｂを実施例１と同様のＥＧＲガス配管２２に組み込み、実施例１と同一の条件でＥＧＲガスの冷却に供したところ、伝熱管列群を形成する各伝熱管が３本と若干疎らであるにも拘らず、上記の構成に加え、楔形形状に形成された伝熱管４ｂの伝熱面に衝突を繰り返へすガス流が、効果的に剥離されて薄い境界層を維持し、実施例１と同様の高い冷却性能を得られることが確認された。

本発明に係る第４の実施例のガス冷却装置１ｃを図８〜９に示すが、本例によるガス冷却装置１ｃは、各伝熱管列群４ｃ−１〜４ｃ−５を形成する各列の伝熱管の本数を、上記実施例３と同様３本と若干疎らにしたことと、各伝熱管４ｃの形状をガスの流れ方向ｇに対して上流側の先端部から下流側の後端部にかけてその幅が拡張する、所謂楔型形状とした以外は実質的に実施例２と同様にして構成した。本例によるガス冷却装置１ｃにおいては、第１伝熱管列群４ｃ−１を形成する伝熱管４ｃが３本であるため、該伝熱間列群４ｃ−１の各伝熱管４ｃ内を通流する冷却水の流速は、後続の各伝熱管列群を形成する各伝熱管４ｃ−２〜４ｃ−５内の流速に対して単純計算で３倍となる。このガス冷却装置１ｃをＥＧＲガス配管２に組み込み、実施例２と同一の条件でＥＧＲガスの冷却に供したところ、伝熱管列群を形成する各伝熱管が３本と若干疎らであるにも拘らず、上記の構成に加え、楔形形状に形成された伝熱管４ｂの伝熱面に衝突を繰り返へすガス流が、効果的に剥離されて薄い境界層を維持し、実施例２と同様の高い冷却性能を得られることが確認された。
［応用例］

本発明に係る上記各実施例の応用例として、上記各実施例におけるガス冷却装置１〜１ｃにおいて、伝熱管列群を形成する各々の伝熱管４〜４ｃの間隙、若しくは該伝熱管４〜４ｃとガス配管２〜２ｃの内壁との間隙に、図１０および図１１に示すようなプレートフィン７〜７ｅや図１２に示すような波板状フィン８、８ａなどを任意で固着することにより、該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４〜４ｃ同士、若しくは該伝熱管４〜４ｃガス配管２〜２ｃとの間に強固な支持体（コア）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。また、前記第１実施例と第２実施例を組み合わせて構成することも可能である。また、本発明におけるこれら各部材の固着手段としては溶接やろう付けによる所謂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。

上記各実施例における伝熱管は、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およびセパレートプレートは、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、任意に且つ所望の流れを操作することが可能である。一方、本発明による前記ガス冷却装置において、第１伝熱管列群を形成する各伝熱管の冷却水流路を規制するセパレートプレートも、実質的に上記の堰を構成する部材と実質的に同様の機能を果すものであり、第１伝熱管列群のみならず、第２伝熱管列群以降の伝熱管列群に対し、第１伝熱管列群と同様若しくはそれに準じた規制を施し、冷却媒体流路を任意に変更することを妨げるものではない。斯かる構成によって本発明によるＥＧＲガス冷却装置は、該装置内における連続もしくは部分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。

上記各実施例によって明らかなように、本発明に係るＥＧＲ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、他の産業分野における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。

本発明に係る第１実施例のＥＧＲガス冷却装置を一部省略して示す縦断側面図である。 上記図1におけるＡ−Ａ線上横断平面図である。 本発明に係る第２実施例のＥＧＲガス冷却装置を一部省略して示す縦断側面図である。 （ａ）上記図３におけるＢ−Ｂ線上横断平面図である。 （ｂ）上記図３におけるＢ´−Ｂ´線上横断平面図である。 上記図４におけるＣ−Ｃ線上縦断正面図である。 本発明に係る第３実施例のＥＧＲガス冷却装置を一部省略して示す縦断側面図である。 上記図６におけるＤ−Ｄ線上横断平面図である。 本発明に係る第４実施例のＥＧＲガス冷却装置を一部省略して示す縦断側面図である。 （ａ）上記図８におけるＥ−Ｅ線上横断平面図である。 （ｂ）上記図８におけるＥ´−Ｅ´線上横断平面図である。 本発明に係る各実施例において任意に用いらプレートフィンの伝熱管への接合構造を部分的に示す断面図である。 本発明に係る上記各実施例において任意に用いられる各種プレートフィンを示し、（ａ）はプレートフィンに貫孔穴明きを設けたもの、（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部分的に示す断面図である。 本発明に係る各実施例において任意に用いることが可能な波型フィンを示し、（ａ）および（ｂ）は上記波板フィンを部分的に示す斜視図である。 従来のＥＧＲガス冷却装置を一部省略して示す縦断側面図である。 上記図１３におけるａ−ａ線上横断平面図である。 上記図１４におけるｂ−ｂ線上縦断正面図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ ＥＧＲガス冷却装置
２、２ａ、２ｂ、２ｃ ガス配管
３−１、３ａ−１、３ｂ−１、３ｃ−１ 冷却ジャケット
３−２、３ａ−２、３ｂ−２、３ｃ−２ 冷却ジャケット
４、４ａ、４ｂ、４ｃ 伝熱管
４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ 伝熱管
４−１、４ａ−１、４ｂ−１、４ｃ−１ 第１伝熱管列群
４−２、４ａ−２、４ｂ−２、４ｃ−２ 第２伝熱管列群
４−３、４ａ−３、４ｂ−３、４ｃ−３ 第３伝熱管列群
４−４、４ａ−４、４ｂ−４、４ｃ−４ 第４伝熱管列群
４−１ａ、４−１ｂ、４ｂ−１ａ、４ｂ−１ｂ 分割流路
５、５ａ、５ｂ、５ｃ 堰
６、６ａ、６ｂ、６ｃ セパレートプレート
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ プレートフィン
８、８ａ 波板状フィン
Ｐ−１、Ｐａ−１、Ｐｂ−１、Ｐｃ−１ 流入口
Ｐ−２、Ｐａ−２、Ｐｂ−２、Ｐｃ−２ 流出口

Claims (7)

1. 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群が、間隔を保持して複数列配置された多管式熱交換型ガス冷却装置において、個々の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または両側面のガス配管外周面に、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ると共に、ガスの流れ方向最上流に位置して第１伝熱管列群を形成する個々の伝熱管内を、軸心方向にかつガスの流れ方向に対して垂直に２分割し、２分割された伝熱管内のガスの流れ方向上流側より冷却媒体を通流することを特徴とするＥＧＲガス冷却装置。
2. 前記ＥＧＲガス冷却装置において、伝熱管列群を形成する各伝熱管が天地方向に設けられている場合、第１伝熱管列群の最上位若しくは最下位に位置する伝熱管より順次冷却媒体が通流し、その後第２伝熱管列群以降に順次通流するように堰が設けられることを特徴とするＥＧＲガス冷却装置。
3. 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、断面長円形の偏平管、断面楔形形状に加工されたの金属管などであることを特徴とする請求項１または２に記載のＥＧＲガス冷却装置。
4. 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を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置。
5. 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を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置。
6. 前記伝熱管の分割用セパレートプレート、冷却媒体流路を制御する堰、またはプレートフィンを含む前記ＥＧＲ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特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置。
7. 前記冷却媒体がエンジン冷却水であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置。
   
   

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