JP2012077967A - インナーフィン - Google Patents
インナーフィン Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012077967A JP2012077967A JP2010221932A JP2010221932A JP2012077967A JP 2012077967 A JP2012077967 A JP 2012077967A JP 2010221932 A JP2010221932 A JP 2010221932A JP 2010221932 A JP2010221932 A JP 2010221932A JP 2012077967 A JP2012077967 A JP 2012077967A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- louver
- inner fin
- gas flow
- flat tube
- flow direction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Abstract
【課題】通気抵抗や製造コストを増大させたり、扁平チューブに目詰まりを引き起こしたりすることがほとんどなく、熱交換を促進することができるインナーフィンを提供する。
【解決手段】EGRガスを冷却するEGRクーラに内装され、EGRガスを通過させる扁平チューブ2に用いられるインナーフィン1であって、板材を、幅方向に凹凸を繰り返す横断面矩形波状に形成した波板部3と、上記扁平チューブ2に内接する上記波板部3の上面部および底面部の一部をガス流れ方向に平行な垂直板状に切り起こしたルーバー部4とを有し、各上記上面部および/または上記底面部には、複数の上記ルーバー部4をガス流れ方向に沿って断続的に形成した。
【選択図】図1
【解決手段】EGRガスを冷却するEGRクーラに内装され、EGRガスを通過させる扁平チューブ2に用いられるインナーフィン1であって、板材を、幅方向に凹凸を繰り返す横断面矩形波状に形成した波板部3と、上記扁平チューブ2に内接する上記波板部3の上面部および底面部の一部をガス流れ方向に平行な垂直板状に切り起こしたルーバー部4とを有し、各上記上面部および/または上記底面部には、複数の上記ルーバー部4をガス流れ方向に沿って断続的に形成した。
【選択図】図1
Description
本発明は、主にEGRクーラに内装されてEGRガスを通過させるチューブに用いられるインナーフィンに関する。
エンジンの排気ガスの一部(EGRガス)を還流してエンジンの吸気系に戻すことで窒素酸化物(NOx)の発生を低減させるEGR装置において、EGRガスを冷却するために車両に搭載されるEGRクーラは、エンジンの排気系と吸気系との間に取り付けられる。
従来のEGRクーラ10は、図10に示すように、扁平チューブ2を複数本積層して形成したチューブコアの周囲を大径筒状のシェル11で覆い、扁平チューブ2内に高温のEGRガスを流し、扁平チューブ2とシェル11との間には冷却水を流して、熱交換を行っていた。
また、図11(b)に示すように、この扁平チューブ2内にはインナーフィン6を挿入してろう付けし、通過するEGRガスの放熱面積を増大させていた。
このように熱交換を促進するインナーフィン6では、一般に、放熱面積に比例して熱交換性能が向上する。しかし、放熱面積を増大させると、それに比例して扁平チューブ2の断面積に占めるインナーフィン6の割合も増大して通気抵抗が増大するトレードオフの関係となっていた。
また、図11(b)に示すように、この扁平チューブ2内にはインナーフィン6を挿入してろう付けし、通過するEGRガスの放熱面積を増大させていた。
このように熱交換を促進するインナーフィン6では、一般に、放熱面積に比例して熱交換性能が向上する。しかし、放熱面積を増大させると、それに比例して扁平チューブ2の断面積に占めるインナーフィン6の割合も増大して通気抵抗が増大するトレードオフの関係となっていた。
インナーフィンには、図11に示すように、板材を、幅方向に凹凸を繰り返す矩形波状の波板部3にプレス加工したインナーフィン6があった。また、図12に示すように、幅方向に凹凸を繰り返すとともにこの繰り返しをガス流れ方向の所定ピッチごとに凹凸の4分の1(山または谷の半分)ずつずらしたオフセット形状のオフセット部5にプレス加工したインナーフィン7もあった。このようなインナーフィン6、7では、放熱面積を増大させるために、一般に幅方向の凹凸のピッチを細かくすることが行われていた。
しかし、インナーフィンのピッチを細かくすると、扁平チューブの断面積に占めるインナーフィンの割合が大きくなり、EGRガスの通気抵抗が増加していた。一般に、EGRガス通路の断面積が半分になると、ガスの流速は2倍になり、通気抵抗は流速の2乗で増加するため4倍となる。
また、EGRクーラでは排気ガスが扁平チューブを通過するため、ピッチを細かくすることにより扁平チューブの断面積に占めるインナーフィンの割合が大きくなると、排気ガスに含まれる煤やPM(パティキュレートマター)等が堆積しやすくなり、結果的に扁平チューブの目詰まりを引き起こし、冷却器としての機能を失うおそれもあった。
また、EGRクーラでは排気ガスが扁平チューブを通過するため、ピッチを細かくすることにより扁平チューブの断面積に占めるインナーフィンの割合が大きくなると、排気ガスに含まれる煤やPM(パティキュレートマター)等が堆積しやすくなり、結果的に扁平チューブの目詰まりを引き起こし、冷却器としての機能を失うおそれもあった。
さらに、インナーフィンのピッチを細かくして凹凸を増やすことにより、インナーフィンに必要な展開長が長くなり、材料コストが増加していた。
また、インナーフィンのピッチを細かくすることで、インナーフィン1枚あたりの重量が増加し、結果的にEGRクーラの重量が増加するという問題があった。
さらに、凹凸を増やすことにより、1枚のインナーフィンを成形する工数が増加するため、加工コストが増加していた。
また、インナーフィンのピッチを細かくすることで、インナーフィン1枚あたりの重量が増加し、結果的にEGRクーラの重量が増加するという問題があった。
さらに、凹凸を増やすことにより、1枚のインナーフィンを成形する工数が増加するため、加工コストが増加していた。
また、EGRガスの放熱を促進する方法として、扁平チューブ内に突起等を設け、EGRガスに乱流を発生させて、EGRガスと、扁平チューブおよびインナーフィン、さらに、これらを介した冷却水との熱交換を促進する方法もあったが、以下の問題点があった。
まず、突起設置による乱流発生の効果があるのは、扁平チューブにおけるEGRガスの通過流量が少ない層流状態の場合に限定され、通過流量が多く乱流状態となっている場合には、単に突起等がガス流れの妨げとなり通気抵抗が増加してしまう。
また、乱流を発生させるためには、突起等によりEGRガスの流れを妨げて流れを変える必要があり、EGRガス通路の中に突設した突起等にEGRガスが当たって流れが乱されるが、この突起等に煤やPMが堆積し、扁平チューブの目詰まりを引き起こすおそれがあった。
まず、突起設置による乱流発生の効果があるのは、扁平チューブにおけるEGRガスの通過流量が少ない層流状態の場合に限定され、通過流量が多く乱流状態となっている場合には、単に突起等がガス流れの妨げとなり通気抵抗が増加してしまう。
また、乱流を発生させるためには、突起等によりEGRガスの流れを妨げて流れを変える必要があり、EGRガス通路の中に突設した突起等にEGRガスが当たって流れが乱されるが、この突起等に煤やPMが堆積し、扁平チューブの目詰まりを引き起こすおそれがあった。
特許文献1では、扁平チューブのEGRガス通路に、ガス流れ方向に対し傾斜したルーバー部を形成する発明が記載されている。
また、特許文献2には、オフセットタイプのフィンにおいて、ルーバー部をハの字状に配置したものが記載されている。
しかし、これらのルーバー部ではインナーフィンの通気抵抗が増大するという問題があった。
また、特許文献2には、オフセットタイプのフィンにおいて、ルーバー部をハの字状に配置したものが記載されている。
しかし、これらのルーバー部ではインナーフィンの通気抵抗が増大するという問題があった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、EGRクーラの扁平チューブに挿入するインナーフィンにおいて、通気抵抗や製造コストを増大させたり、扁平チューブに目詰まりを引き起こしたりすることがほとんどなく、熱交換を促進することができるインナーフィンを提供することを課題とする。
本発明において、上記課題が解決される手段は以下の通りである。
第1の発明は、EGRガスを冷却するEGRクーラに内装され、EGRガスを通過させる扁平チューブに用いられるインナーフィンであって、板材を、幅方向に凹凸を繰り返す横断面矩形波状に形成した波板部、あるいは、幅方向に凹凸を繰り返すとともにこの繰り返しをガス流れ方向の所定ピッチごとに凹凸の4分の1ずつずらしたオフセット形状に形成したオフセット部と、上記扁平チューブに内接する上記波板部あるいは上記オフセット部の上面部および底面部の一部をガス流れ方向に平行な垂直板状に切り起こしたルーバー部とを有し、各上記上面部および/または上記底面部には、複数の上記ルーバー部をガス流れ方向に沿って断続的に形成したことを特徴とする。
第1の発明は、EGRガスを冷却するEGRクーラに内装され、EGRガスを通過させる扁平チューブに用いられるインナーフィンであって、板材を、幅方向に凹凸を繰り返す横断面矩形波状に形成した波板部、あるいは、幅方向に凹凸を繰り返すとともにこの繰り返しをガス流れ方向の所定ピッチごとに凹凸の4分の1ずつずらしたオフセット形状に形成したオフセット部と、上記扁平チューブに内接する上記波板部あるいは上記オフセット部の上面部および底面部の一部をガス流れ方向に平行な垂直板状に切り起こしたルーバー部とを有し、各上記上面部および/または上記底面部には、複数の上記ルーバー部をガス流れ方向に沿って断続的に形成したことを特徴とする。
第2の発明に係るインナーフィンは、上記ルーバー部のガス流れ方向の両端部を、傾斜状に形成しあるいは丸取りしたことを特徴とする。
第3の発明に係るインナーフィンは、各上記上面部または上記底面部に形成される複数の上記ルーバー部を、幅方向に並ぶ二つの列に交互に配列することを特徴とする。
第3の発明に係るインナーフィンは、各上記上面部または上記底面部に形成される複数の上記ルーバー部を、幅方向に並ぶ二つの列に交互に配列することを特徴とする。
第4の発明は、一つの上記上面部または上記底面部に形成される各上記ルーバー部の長さLLを2.5mm≦LL≦20mmとし、ルーバー部間のガス流れ方向のクリアランスの長さLCをLC≧LLとしたことを特徴とする。
第5の発明は、各上記上面部または上記底面部において、左側壁から右側壁までの距離Wtに対し、左側壁から左列のルーバー部の中央までの距離WL1を1/4≦WL1/Wt≦2/5とし、右側壁から右列のルーバー部の中央までの距離WL2を1/4≦WL2/Wt≦2/5としたことを特徴とする。
第5の発明は、各上記上面部または上記底面部において、左側壁から右側壁までの距離Wtに対し、左側壁から左列のルーバー部の中央までの距離WL1を1/4≦WL1/Wt≦2/5とし、右側壁から右列のルーバー部の中央までの距離WL2を1/4≦WL2/Wt≦2/5としたことを特徴とする。
第1の発明によれば、上記扁平チューブに内接する上記波板部あるいは上記オフセット部の上面部および底面部の一部をガス流れ方向に平行な垂直板状に切り起こしたルーバー部とを有し、各上記上面部および/または上記底面部には、複数の上記ルーバー部をガス流れ方向に沿って断続的に形成したことにより、インナーフィンの放熱面積を拡大し、また、ルーバー部にぶつかるEGRガスを乱流状態にして熱交換効率を向上できるとともに、分岐していたEGRガスがクリアランスで合流し通過するときに周辺のEGRガスが混ざって温度が略均一になり、下流側までインナーフィンの熱通過率を高く維持することができる。さらに、ルーバー部はガス流れ方向に平行であるため通気抵抗が低く、上面部および底面部の一部を切り起こすため材料コストおよび加工コストも節約することができる。
第2の発明によれば、上記ルーバー部のガス流れ方向の両端部を、傾斜状に形成しあるいは丸取りしたことにより、EGRガスに含まれる煤やPMがルーバー部のガス流れ方向端面(厚み面)に付着しにくくなり、煤やPMが堆積して目詰まりしにくいインナーフィンを実現することができる。
第3の発明によれば、各上記上面部または上記底面部に形成される複数の上記ルーバー部を、幅方向に並ぶ二つの列に交互に配列することにより、放熱面積を縮小することなく、同じ列で前後に並ぶルーバー部のクリアランスを長くとることができ、ガス温度を均一化して熱通過率を向上させることができる。
第4の発明によれば、一つの上記上面部または上記底面部に形成される各上記ルーバー部の長さLLを2.5mm≦LL≦20mmとし、ルーバー部間のガス流れ方向のクリアランスの長さLCをLC≧LLとしたことにより、ルーバー部の熱通過率が向上するとともに、上流側のルーバー部の影響による下流側のルーバー部の熱通過率の低下も抑えることができる。
第5の発明によれば、各上記上面部または上記底面部において、左側壁から右側壁までの距離Wtに対し、左側壁から左列のルーバー部の中央までの距離WL1を1/4≦WL1/Wt≦2/5とし、右側壁から右列のルーバー部の中央までの距離WL2を1/4≦WL2/Wt≦2/5としたことにより、ルーバー部の熱通過率が向上するとともに、上流側のルーバー部の影響による下流側のルーバー部の熱通過率の低下も抑えることができる。
第5の発明によれば、各上記上面部または上記底面部において、左側壁から右側壁までの距離Wtに対し、左側壁から左列のルーバー部の中央までの距離WL1を1/4≦WL1/Wt≦2/5とし、右側壁から右列のルーバー部の中央までの距離WL2を1/4≦WL2/Wt≦2/5としたことにより、ルーバー部の熱通過率が向上するとともに、上流側のルーバー部の影響による下流側のルーバー部の熱通過率の低下も抑えることができる。
以下、本発明の実施形態に係るインナーフィンについて説明する。
このインナーフィン1は、車両に搭載されて、エンジンの排気ガスの一部(EGRガス)を冷却してエンジンの吸気系に戻すEGRクーラに用いられる。
図10に示すように、このインナーフィン1を用いるEGRクーラ10では、多数の扁平チューブ2を所定の間隔を設けて積層し、両端を一対のエンドプレート12に貫装固定してチューブコアを形成する。チューブコアは、一対の断面コ字状の部材を組み合わせてなる大径筒状のシェル11に覆われ、その両端部には、チューブコアにEGRガスを供給しチューブコアからEGRガスを排出する一対のヘッダー13、13が取り付けられる。
各ヘッダー13には、車両側の配管と接続するためのフランジが設けられている。
このインナーフィン1は、車両に搭載されて、エンジンの排気ガスの一部(EGRガス)を冷却してエンジンの吸気系に戻すEGRクーラに用いられる。
図10に示すように、このインナーフィン1を用いるEGRクーラ10では、多数の扁平チューブ2を所定の間隔を設けて積層し、両端を一対のエンドプレート12に貫装固定してチューブコアを形成する。チューブコアは、一対の断面コ字状の部材を組み合わせてなる大径筒状のシェル11に覆われ、その両端部には、チューブコアにEGRガスを供給しチューブコアからEGRガスを排出する一対のヘッダー13、13が取り付けられる。
各ヘッダー13には、車両側の配管と接続するためのフランジが設けられている。
また、シェル11にはピアスバーリング等で開口を形成し、冷却水用の配管14、14を接続している。
EGRクーラ10を構成するこれらの部品は全て、NiまたはFe系のろう材でろう付けにて接合される。
このEGRクーラ10では、EGRガスを多数の扁平チューブ2に分岐させて通過させるとともに扁平チューブ2の周囲に冷却水を流して、EGRガスと冷却水との熱交換を行う。
EGRクーラ10を構成するこれらの部品は全て、NiまたはFe系のろう材でろう付けにて接合される。
このEGRクーラ10では、EGRガスを多数の扁平チューブ2に分岐させて通過させるとともに扁平チューブ2の周囲に冷却水を流して、EGRガスと冷却水との熱交換を行う。
図1(b)に示すように、扁平チューブ2には、扁平チューブ2と略等しい幅を有するインナーフィン1が挿入されている。
図1(a)に示すように、インナーフィン1の本体部分は、一枚の板材をプレス成形によって加工し、ガス流れ方向に延びる凹条および凸条が幅方向に交互に繰り返す横断面矩形波状の波板部3に形成されている。
インナーフィン1は、波板部3の凹凸の上面部および底面部で扁平チューブ2の平らな面に内接し、ろう付けされる(図1(b))。このようなろう付けのための部分を確保し、扁平チューブ2との接合を損なわない範囲で、波板部3の上面部および底面部には、略コ字状の切り込みを入れて扁平チューブ2の内方に向けて垂直に切り起こしたルーバー部4を設けている。
図1(a)に示すように、インナーフィン1の本体部分は、一枚の板材をプレス成形によって加工し、ガス流れ方向に延びる凹条および凸条が幅方向に交互に繰り返す横断面矩形波状の波板部3に形成されている。
インナーフィン1は、波板部3の凹凸の上面部および底面部で扁平チューブ2の平らな面に内接し、ろう付けされる(図1(b))。このようなろう付けのための部分を確保し、扁平チューブ2との接合を損なわない範囲で、波板部3の上面部および底面部には、略コ字状の切り込みを入れて扁平チューブ2の内方に向けて垂直に切り起こしたルーバー部4を設けている。
図1(a)、図2(a)に示すように、それぞれの上面部または底面部には、扁平チューブ2のガス流れ方向に平行になるように切り起こされた多数のルーバー部4が、所定の間隙(クリアランス)を設けてガス流れ方向に断続的に形成されている。また、各上面部または底面部において、複数のルーバー部4は、幅方向に並ぶ左右の二列に交互に配列されている。
図4に示すように、各ルーバー部4のガス流れ方向両端の部分は、側方から見てルーバー部4が全体として先細りの台形状となるようにガス流れ方向に傾斜させて形成するか(図4(a))、ルーバー部4の角を取って丸みをつけるように形成すると(図4(b))、EGRガスに含まれる煤やPMがルーバー部4のガス流れ方向両端面に付着しにくくなり、これらが堆積して目詰まりを起こしにくくなる。図4(a)(b)の太矢印は、EGRガスの流れの方向を示している。
このようなインナーフィン1では、上面部または底面部の一部を切り起こしたルーバー部4を形成したことにより、扁平チューブ2内のガス通路の表面積が増えて放熱面積が拡大し、熱交換性能を向上させることができる。このルーバー部4は、従来のインナーフィンにおいて放熱にほとんど寄与していなかった上面部および底面部の一部を用いたことにより、材料コストや重量を増大させることがなく、また、他部材を取り付けるなどの工程に比べ加工コストの増大も少ない。
また、ルーバー部4を垂直かつガス流れ方向に平行に切り起こしたことにより、ルーバー部4にぶつかるEGRガスを分岐させて乱流状態にし、インナーフィン1を介した冷却水との熱交換効率を向上させることができる。さらに、ルーバー部4をガス流れ方向に平行に形成したことにより、ガス流れ方向におけるルーバー部4の投影面積を最小限にして、EGRガスの通気抵抗の増加を最小限に抑えることができ、また、EGRガスに含まれる煤やPMの堆積を最小限に抑えることができる。
ルーバー部4のガス流れ方向長さを長く設定するほどインナーフィン1の放熱面積は大きくなるが、連続した一枚の長いルーバー部4を形成すると、ルーバー部4にぶつかって乱流化されたEGRガスが、下流側に流れるにつれて温度分布(層)を形成し、ルーバー部4に近いガスの層は局所的に冷却されインナーフィン1との温度差が縮まって熱通過率が低下し、ルーバー部4から遠いガスの層では熱交換が行われず、全体としての熱交換効率が低下してしまう。
そこで、本発明の実施形態にかかるインナーフィン1では、所定の間隙(クリアランス)を設けてルーバー部4をガス流れ方向に断続的に設けたことにより、分岐していたEGRガスがクリアランス部分で合流し通過するときに周辺のEGRガスが混ざって温度が略均一になり、下流の別のルーバー部4によって再度乱流化されることを繰り返すので、ルーバー部4の単位面積あたりの熱通過率が比較的高く維持され、熱交換性能が向上する。
そこで、本発明の実施形態にかかるインナーフィン1では、所定の間隙(クリアランス)を設けてルーバー部4をガス流れ方向に断続的に設けたことにより、分岐していたEGRガスがクリアランス部分で合流し通過するときに周辺のEGRガスが混ざって温度が略均一になり、下流の別のルーバー部4によって再度乱流化されることを繰り返すので、ルーバー部4の単位面積あたりの熱通過率が比較的高く維持され、熱交換性能が向上する。
連続した一枚の長いルーバー部4を形成すると上記のように下流側で熱通過率が低下する。一方で、十分なクリアランスを設けてルーバー部4を断続的に形成すると、ルーバー部4の熱通過率は高くなるが、クリアランスの大きさに比例して全ルーバー部4の総放熱面積が縮小してしまう。
そのため、最適なルーバー部4およびクリアランスの長さを設定する必要がある。
そのため、最適なルーバー部4およびクリアランスの長さを設定する必要がある。
図5(a)は、図6(a)のようにルーバー部4を一直線上で断続的に形成した場合において、ルーバー部4の長さとルーバー部4の単位面積あたりの熱通過率との関係を、流体解析によって複数のガス流速条件で計測したグラフである。
図5(b)は、図5(a)のそれぞれのガス流速で、ルーバー部4の長さを2.5mmとしたときの熱通過率を100%とし、ルーバー部4の長さを5mm、10mm、20mm、50mmと変更したときの熱通過率の比を表したものである。
図5(b)は、図5(a)のそれぞれのガス流速で、ルーバー部4の長さを2.5mmとしたときの熱通過率を100%とし、ルーバー部4の長さを5mm、10mm、20mm、50mmと変更したときの熱通過率の比を表したものである。
これによると、EGRガスの通過速度が遅く通過流量の少ない層流状態では、1つのルーバー部4を長く設定するほど熱通過率が比較的大きく低下するが、EGRガスの通過速度が速く通過流量の多い乱流状態では、1つのルーバー部4を徐々に長く設定したときの熱通過率の低下度合いが比較的小さいことがわかる。
たとえば、ルーバー部4のガス流れ方向長さを2.5mmとした場合と20mmとした場合とを比べると、EGRガスの速度が10m/s(レイノルズ数が約300)の層流状態では熱通過率が29%低下したが、150m/s(レイノルズ数が約4400)の乱流状態では14%しか低下しなかった。
たとえば、ルーバー部4のガス流れ方向長さを2.5mmとした場合と20mmとした場合とを比べると、EGRガスの速度が10m/s(レイノルズ数が約300)の層流状態では熱通過率が29%低下したが、150m/s(レイノルズ数が約4400)の乱流状態では14%しか低下しなかった。
インナーフィン1における全ルーバー部4の全体放熱性能は、ルーバー部の総長と熱通過率との積によって決定される。
図5(c)には、インナーフィン1のガス流れ方向の全長が60mm、ルーバー部4間のクリアランスの長さが2mmの条件で、ルーバー部4単体の長さを2.5〜50mmで変更した場合において、それぞれの全ルーバー部4の総長と図5(b)の熱通過率比との積を示している。
このようにして求められる値もガス流速によって変化するが、10〜150m/sのいずれにおいても、ルーバー部4単体の長さを10mmとしたときが最も積が大きな値となっている。
また、図5(c)より、放熱性能の点からは、2.5m〜50mmの範囲ではいずれも実用に適しているということができるが、ルーバー部4単体を長く形成すると、インナーフィン1の剛性が低下し、製造、組立、輸送などにおいて取扱い上の問題を生じるため、実用上は2.5mm〜20mmの範囲とするのが好ましい。
図5(c)には、インナーフィン1のガス流れ方向の全長が60mm、ルーバー部4間のクリアランスの長さが2mmの条件で、ルーバー部4単体の長さを2.5〜50mmで変更した場合において、それぞれの全ルーバー部4の総長と図5(b)の熱通過率比との積を示している。
このようにして求められる値もガス流速によって変化するが、10〜150m/sのいずれにおいても、ルーバー部4単体の長さを10mmとしたときが最も積が大きな値となっている。
また、図5(c)より、放熱性能の点からは、2.5m〜50mmの範囲ではいずれも実用に適しているということができるが、ルーバー部4単体を長く形成すると、インナーフィン1の剛性が低下し、製造、組立、輸送などにおいて取扱い上の問題を生じるため、実用上は2.5mm〜20mmの範囲とするのが好ましい。
また、本発明の実施形態にかかるインナーフィン1では、ルーバー部4を幅方向に並ぶ左右の二列に交互に配列したことにより、放熱面積を縮小することなく、同じ列で前後に並ぶルーバー部4間のクリアランスを長くとることができ、ガス温度を均一化して熱通過率を向上させることができる。
このようにルーバー部4を幅方向に並ぶ二列に交互に形成した場合には、クリアランスの長さが放熱性能に与える影響が小さくなるため、他の要因によってクリアランスの長さを設定することができる。クリアランスの数を少なくするほど、インナーフィン1の上面部および底面部の剛性が低下し、取扱いが困難になる。また、クリアランスの長さを短く設定するほど、ルーバー部を切り起こす際の型(刃)に薄いものを用いることが必要になる。
このようにルーバー部4を幅方向に並ぶ二列に交互に形成した場合には、クリアランスの長さが放熱性能に与える影響が小さくなるため、他の要因によってクリアランスの長さを設定することができる。クリアランスの数を少なくするほど、インナーフィン1の上面部および底面部の剛性が低下し、取扱いが困難になる。また、クリアランスの長さを短く設定するほど、ルーバー部を切り起こす際の型(刃)に薄いものを用いることが必要になる。
また、ルーバー部4を二列に交互に設ける際には、各上面部または底面部において、左右のルーバー部4a、4bの幅方向の位置が単位面積あたりの熱通過率に影響を与える。
図6(c)に示すように、各上面部または底面部において、左右側壁の間の距離、すなわちガス流路の幅をWtとし、左側壁から左列のルーバー部4aの中央までの距離をWL1とし、右側壁から右列のルーバー部4bの中央までの距離をWL2として、様々なガス流速におけるWL(WL1またはWL2)/Wtとルーバー部4a、4bの熱通過率との関係を流体解析によって求め、図7に表した。図6(a)(c)の太矢印は、EGRガスの流れの方向を示している。
図6(c)に示すように、各上面部または底面部において、左右側壁の間の距離、すなわちガス流路の幅をWtとし、左側壁から左列のルーバー部4aの中央までの距離をWL1とし、右側壁から右列のルーバー部4bの中央までの距離をWL2として、様々なガス流速におけるWL(WL1またはWL2)/Wtとルーバー部4a、4bの熱通過率との関係を流体解析によって求め、図7に表した。図6(a)(c)の太矢印は、EGRガスの流れの方向を示している。
図7によれば、ほとんどのガス流速において、熱通過率は、WL/Wt=1/3のときを最大とする山形になっている。
これは、WL/Wtが小さくなるほどインナーフィン1の側壁の影響を受けて熱通過率が低下し、反対に1/2に近づくほどルーバー部4aとルーバー部4bとが一直線上に並ぶ影響で熱通過率が低下するためであると考えられる。
これは、WL/Wtが小さくなるほどインナーフィン1の側壁の影響を受けて熱通過率が低下し、反対に1/2に近づくほどルーバー部4aとルーバー部4bとが一直線上に並ぶ影響で熱通過率が低下するためであると考えられる。
図8は、WL/Wtとルーバー部4bの熱通過率/ルーバー部4aの熱通過率との関係を表したグラフであり、下流側のルーバー部4bが列の異なる上流側のルーバー部4aから受ける熱通過率の影響を示している。
ここでも、WL/Wt=1/3としたときが、ルーバー部4bの熱通過率比が最大となり、ルーバー部4aから受ける影響(熱通過率の低下)が最小となっていることがわかる。
図7に示される各ルーバー部4a、4bの熱通過率と、図8に示される下流側のルーバー部4bの熱通過率比とは、WL/Wt=1/3を最大とするなだらかな山形を形成し、WL/Wtを1/4より小さくするか2/5より大きくすると、大きく低下するため、WL/Wtを1/4〜2/5の範囲に設定するのが好ましく、WL/Wt=1/3とするのが最も好ましい。
ここでも、WL/Wt=1/3としたときが、ルーバー部4bの熱通過率比が最大となり、ルーバー部4aから受ける影響(熱通過率の低下)が最小となっていることがわかる。
図7に示される各ルーバー部4a、4bの熱通過率と、図8に示される下流側のルーバー部4bの熱通過率比とは、WL/Wt=1/3を最大とするなだらかな山形を形成し、WL/Wtを1/4より小さくするか2/5より大きくすると、大きく低下するため、WL/Wtを1/4〜2/5の範囲に設定するのが好ましく、WL/Wt=1/3とするのが最も好ましい。
図9は、様々なガス流速において、クリアランスの長さ(LC)/ルーバー部4の長さ(LL)と、下流側のルーバー部4bの熱通過率/上流側のルーバー部4aの熱通過率との関係を表したグラフである。
いずれのガス流速においても、クリアランスをルーバー部4よりも短くすると(LC/LL<1)、下流側のルーバー部4bの熱通過率比が低下するが、クリアランスをルーバー部4よりも長くすると(LC/LL≧1)、下流側のルーバー部4bの熱通過率比が良好になり、さらにLC/LLを大きくしても熱通過率比はほとんど変化しない。よって、LC≧LLとするのが好ましい。
いずれのガス流速においても、クリアランスをルーバー部4よりも短くすると(LC/LL<1)、下流側のルーバー部4bの熱通過率比が低下するが、クリアランスをルーバー部4よりも長くすると(LC/LL≧1)、下流側のルーバー部4bの熱通過率比が良好になり、さらにLC/LLを大きくしても熱通過率比はほとんど変化しない。よって、LC≧LLとするのが好ましい。
<別態様>
以下では、別態様として、図3に示すように、いわゆるオフセットタイプのインナーフィンにおいてルーバー部4を設けたものを説明する。
図3(a)に示すように、このインナーフィン1の本体部分は、一枚の板材をプレス成形によって加工し、幅方向に凹凸を繰り返すとともにこの繰り返しをガス流れ方向の所定ピッチごとに凹凸の4分の1だけずらしたオフセット形状のオフセット部5に形成している。
以下では、別態様として、図3に示すように、いわゆるオフセットタイプのインナーフィンにおいてルーバー部4を設けたものを説明する。
図3(a)に示すように、このインナーフィン1の本体部分は、一枚の板材をプレス成形によって加工し、幅方向に凹凸を繰り返すとともにこの繰り返しをガス流れ方向の所定ピッチごとに凹凸の4分の1だけずらしたオフセット形状のオフセット部5に形成している。
ろう付けのための部分を確保し、扁平チューブとの接合を損なわない範囲で、扁平チューブ2に内接するオフセット部5の上面部および底面部には略コ字状の切り込みを入れ、扁平チューブ2の内方に向けて一部を垂直に切り起こしたルーバー部4を設けている。
ルーバー部4は、オフセット部5の凹凸と所定ピッチごとのズレとによって仕切られる室につき1つ形成され、ガス流れ方向に平行になるように切り起こされている。このインナーフィン1は、ルーバー部4の切り込みを入れる段階では、各上面部または底面部に形成されるルーバー部4をガス流れ方向の一直線状に切り込みを入れているが、オフセット部5を形成する段階で幅方向にずらされるため、完成したインナーフィン1では図3(a)のように、ルーバー部4は幅方向に並ぶ左右の二列に交互に配列される。
オフセット部5のズレのピッチが長い場合には、一つの室につき複数のルーバー部4をガス流れ方向に断続的に形成し、あるいは二列に交互に形成するようにしてもよい。
ルーバー部4は、オフセット部5の凹凸と所定ピッチごとのズレとによって仕切られる室につき1つ形成され、ガス流れ方向に平行になるように切り起こされている。このインナーフィン1は、ルーバー部4の切り込みを入れる段階では、各上面部または底面部に形成されるルーバー部4をガス流れ方向の一直線状に切り込みを入れているが、オフセット部5を形成する段階で幅方向にずらされるため、完成したインナーフィン1では図3(a)のように、ルーバー部4は幅方向に並ぶ左右の二列に交互に配列される。
オフセット部5のズレのピッチが長い場合には、一つの室につき複数のルーバー部4をガス流れ方向に断続的に形成し、あるいは二列に交互に形成するようにしてもよい。
1 インナーフィン
2 扁平チューブ
3 波板部
4 ルーバー部
4a (左列の)ルーバー部
4b (右列の)ルーバー部
5 オフセット部
6 インナーフィン
7 インナーフィン
10 EGRクーラ
11 シェル
12 エンドプレート
13 ヘッダー
14 配管
2 扁平チューブ
3 波板部
4 ルーバー部
4a (左列の)ルーバー部
4b (右列の)ルーバー部
5 オフセット部
6 インナーフィン
7 インナーフィン
10 EGRクーラ
11 シェル
12 エンドプレート
13 ヘッダー
14 配管
Claims (5)
- EGRガスを冷却するEGRクーラに内装され、EGRガスを通過させる扁平チューブに用いられるインナーフィンであって、
板材を、幅方向に凹凸を繰り返す横断面矩形波状に形成した波板部、あるいは、幅方向に凹凸を繰り返すとともにこの繰り返しをガス流れ方向の所定ピッチごとに凹凸の4分の1ずつずらしたオフセット形状に形成したオフセット部と、
上記扁平チューブに内接する上記波板部あるいは上記オフセット部の上面部および底面部の一部をガス流れ方向に平行な垂直板状に切り起こしたルーバー部とを有し、
各上記上面部および/または上記底面部には、複数の上記ルーバー部をガス流れ方向に沿って断続的に形成したことを特徴とするインナーフィン。 - 上記ルーバー部のガス流れ方向の両端部を、傾斜状に形成しあるいは丸取りしたことを特徴とする請求項1記載のインナーフィン。
- 各上記上面部または上記底面部に形成される複数の上記ルーバー部を、幅方向に並ぶ二つの列に交互に配列することを特徴とする請求項1のインナーフィン。
- 一つの上記上面部または上記底面部に形成される各上記ルーバー部の長さLLを2.5mm≦LL≦20mmとし、
ルーバー部間のガス流れ方向のクリアランスの長さLCをLC≧LLとしたことを特徴とする請求項1または3記載のインナーフィン。 - 各上記上面部または上記底面部において、左側壁から右側壁までの距離Wtに対し、左側壁から左列のルーバー部の中央までの距離WL1を1/4≦WL1/Wt≦2/5とし、
右側壁から右列のルーバー部の中央までの距離WL2を1/4≦WL2/Wt≦2/5としたことを特徴とする請求項3記載のインナーフィン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010221932A JP2012077967A (ja) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | インナーフィン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010221932A JP2012077967A (ja) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | インナーフィン |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012077967A true JP2012077967A (ja) | 2012-04-19 |
Family
ID=46238432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010221932A Pending JP2012077967A (ja) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | インナーフィン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012077967A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105221300A (zh) * | 2014-06-10 | 2016-01-06 | 丰田自动车株式会社 | 用于排气再循环的气体管道 |
-
2010
- 2010-09-30 JP JP2010221932A patent/JP2012077967A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105221300A (zh) * | 2014-06-10 | 2016-01-06 | 丰田自动车株式会社 | 用于排气再循环的气体管道 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6820682B2 (en) | Heat exchanger | |
US7614443B2 (en) | Heat exchanger tube | |
EP2787315B1 (en) | Inner fin | |
JP4143966B2 (ja) | Egrクーラ用の偏平チューブ | |
US8267163B2 (en) | Radiator tube dimple pattern | |
US10386132B2 (en) | Heat exchanger | |
CN101978153B (zh) | 热交换器 | |
US20120024511A1 (en) | Intercooler | |
JP6011481B2 (ja) | 熱交換器用フィン | |
JP2011091301A (ja) | 液冷式冷却装置 | |
JP2010096456A (ja) | 排気熱交換装置 | |
EP3040670A1 (en) | Heat exchanger, in particular a condenser or a gas cooler | |
EP3318832B1 (en) | Inner fin for heat exchanger | |
KR102391896B1 (ko) | 열교환기용 코루게이티드 핀 | |
JP2003222488A (ja) | 排気熱交換装置 | |
JP2011112331A (ja) | 排ガス用熱交換器 | |
JP2015078819A (ja) | インナーフィン | |
WO2017094366A1 (ja) | 熱交換器用フィン | |
JP2012077967A (ja) | インナーフィン | |
JP5221329B2 (ja) | ウェイビーフィン | |
JP5915187B2 (ja) | 熱交換器 | |
JP2007085724A (ja) | 熱交換器 | |
JP5471628B2 (ja) | Egrクーラーおよびegrクーラーの製造方法 | |
JP2011158127A (ja) | 熱交換器 | |
JPH0446357B2 (ja) |