JP3982650B2 - 多管式ｅｇｒガス冷却装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にエンジンの冷却液、インタークーラー用冷媒、カーエアコン用冷媒などまたは冷却風によってＥＧＲガスを冷却せしめる冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスの一部を排気系から取出して、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）と称される。ＥＧＲは、窒素酸化物発生の抑制、ポンプ損失の低減、燃焼ガスの温度低下に伴う冷却媒体への放熱損失の低減および作動ガス量と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熱効率を改善するのに、有効とされている。しかし一般にＥＧＲガスの温度が上昇すると、吸気温の上昇に伴う燃費の低下やその熱作用によってＥＧＲバルブの耐久性が劣化して早期破損を招くこととなり、これら事態を考慮して多管式の熱交換器による冷却媒体によってＥＧＲガスを冷却せしめる装置が使用される。
【０００３】
この場合の冷却装置としては例えば図５に示すように、該装置の胴管内部に蜂の巣状に配列、固定される伝熱管（１２）群を同一管径の伝熱管からなり、また伝熱管（１２）群をほぼ同一密度をもって（すなわち各伝熱管がほぼ同一ピッチの間隔をおくか、あるいは単位面積における伝熱管の本数が一定に配置して）形成されていた。なお（１３）は隔壁である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては、前記同一管径にしてかつ同一密度の伝熱管（１２）群の配列構造によって、該伝熱管群内を流れるＥＧＲガスがその高速流入部と低速流入部とで流量ならびに流速の差異を招くこととなった。すなわち図６（ａ）に示すようにＥＧＲガスの流入側のＥＧＲ配管（１７）が直線上にボンネット部材（１６）と接続している場合には、ａ−ａ、ｂ−ｂ線上での流速分布より分かる通り隔壁（１３）直前の中央部附近の流速が外側部附近の流速より高速であり、一方図６（ｂ）に示すようにＥＧＲガスの流入側のＥＧＲ配管（１７）がほぼ直角に屈曲しボンネット部材（１６）と接続している場合には、ｃ−ｃ、ｄ−ｄ線上の流速分布より分かる通り隔壁（１３）直前の前記屈曲部の外側附近の流速が該屈曲部の内側附近の流速より高速となってしまう。
一方伝熱管の単位伝熱面積当たりの熱の伝わり方は、ＥＧＲガスの流速が速い方がよく、また伝熱管の管径が細い方が設置本数が多くなり伝熱面積が増加するためよいことが知られている反面、低速流入部でのＥＧＲガスの流速は低速であるために熱交換効率が悪く、これを改善するためにＥＧＲガスの低速流入部での流速を上げて胴管内部のＥＧＲガスの流れ全体を均一化することが検討されたが、これは至難の業であった。
【０００５】
本発明は従来技術の有する前記問題に鑑みてなされたものであり、特にＥＧＲガス量が増加し高速で多量に流入する場合、ガス流の流れを偏向せずにできる限り高速流入部に集中して該高速流入部でＥＧＲガスを優先的に冷却するために、予めＥＧＲ配管の形状に伴うＥＧＲガスの流入部における流速を測定しておき、胴管内においてＥＧＲガスの流れに対してＥＧＲガスの低速流入部附近の流過抵抗を増して、ＥＧＲガスの流れを高速流入部の伝熱管群に集中するよう誘導して該高速流入部のＥＧＲガスの流量を一層増し、結果として装置全体としての冷却性能を高め、ＥＧＲガスの温度の冷却を効果的に発揮することのできる多管式ＥＧＲガス冷却装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、伝熱管群の両端部附近を、冷却媒体の給入口と排出口とを設けた胴管の両側端部の隔壁間に列をなして固着し、さらに前記胴管の両側端部の外側に取付けフランジ壁を有してＥＧＲガスの流入口と流出口とを備えたボンネット部材を固設してなるＥＧＲガス冷却装置において、前記伝熱管群を、ＥＧＲガスの低速流入部の該伝熱管群の管径を該ＥＧＲガスの高速流入部より小径として形成し、かつ／またはその配列密度を該低速流入部を高速流入部より低めるように構成した多管式ＥＧＲガス冷却装置を要旨とし、さらに前記伝熱管群を、前記低速流入部に向くにつれて高速流入部より管径を順次小径とするとともに、その配列密度も順次低めるように構成してなるものである。
【０００７】
本発明は以上のように構成されているため、前記伝熱管群をＥＧＲガスの低速流入部附近の伝熱管群の管径をＥＧＲガスの高速流入部附近より小径にして形成し、かつ／またはその配列密度を前記低速流入部附近で低くした構造によって、該低速流入部附近でのＥＧＲガスの流過抵抗を増して伝熱管群のうち熱交換効率の高い高速流入部附近に位置する該伝熱管群内へ流れを集中的に誘導して、該高速流入部附近での伝熱管群での流量を一層増すことによりＥＧＲガスの流れを偏向せずに高速流入部附近の伝熱管群で優先的に熱交換させ装置全体としての冷却性能を高めることが可能となり、ＥＧＲガスの温度の冷却を効果的に発揮することができることとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基いて説明すれば、図１は本発明の多管式ＥＧＲガス冷却装置の一部切欠き側面図、図２は図１の本発明の要部に係る伝熱管群の配列状態の一実施例を模式的に示す平面図、図３は他の実施例を模式的に示す一部切欠き平面図、図４はさらに他の実施例を模式的に示す図２相当図であって、（１）は胴管であり、その両端部附近にエンジンの冷却液、或いはインタークーラー用冷媒やカーエアコン用冷媒などの冷却媒体の給入口（５）と排出口（５′）とを設けてなるものである。
また胴管（１）の内部に両側端部の隔壁（３）間に亘って伝熱管（２）群の両端部と列をなしてろう付けや溶接などで固定し、さらに該胴管の両側端部の外側にＥＧＲガスの流入口（４′）と流出口（４″）とを備えたボンネット部材（４）を同じくろう付けや溶接などで固設してなるもので、ＥＧＲ配管とはフランジ（６）を介して接続、固定されているのである。
【０００９】
そして本発明では前記伝熱管（２）群の配列を、図６（ａ）のようにＥＧＲ配管がボンネット部材（４）と直線上に接続、固定されている場合は、図２のようにＥＧＲガスが低速で流入する外側部附近の伝熱管群の管径を中央部附近のそれより小径としたり、あるいはその配列密度を外側部附近の方が中央部附近より低めて（すなわち中央部附近の伝熱管群のピッチの間隔を小さくすることか、あるいは中央部附近の単位面積における伝熱管群の本数を多くして配置して）構成することが肝要である。または伝熱管（２）群の配列を、図３のように外側部附近に向けて中央部附近より管径を順次小径とするとともに、その配列密度も順次低めて構成することが好ましい。
【００１０】
さらに図６（ｂ）のようにＥＧＲ配管がボンネット部材（４）とほぼ直角となるよう屈曲して接続、固定されている場合は、前記伝熱管（２）群の配列を、図４のように該前記屈曲部の内側附近にありかつ流速が低速の伝熱管群の管径を該屈曲部の外側附近のそれより小径としたり、あるいはその配列密度を低速流入部附近の方が高速流入部附近より低めて構成したり、または伝熱管（２）群の配列を、ＥＧＲの低速流入部附近に向けて高速流入部附近より管径を順次小径とするとともに、その配列密度も順次低めて構成することが好ましい。
【００１１】
なお、ＥＧＲガスの流速分布は、例えばＥＧＲガスの流量、ＥＧＲ配管の径、ボンネット部材（４）の拡径の角度や胴管（１）の径などにより変動することがあるために、予めモデルのＥＧＲガス冷却装置を作製して実際のＥＧＲガスの流速を測定した上で伝熱管（２）群の配列を定めることが好ましい。
【００１２】
本発明では、このように構成したことにより胴管（１）の内部において伝熱管（２）群のうちＥＧＲガスの高速流入部附近に位置する該伝熱管群内へＥＧＲガスの流れを偏向せずに集中的に誘導し、高速流入部の流量を一層増すことにより高速流入部附近の伝熱管（２）群で優先的に熱交換させ、装置全体としての冷却性能を高めることが可能となり、ＥＧＲガスの温度の冷却を効果的に発揮することができることとなる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による多管式ＥＧＲガス冷却装置は、前記伝熱管（２）群をＥＧＲガスの低速流入部附近で小径にし、かつ／または該低速流入部附近で配列密度の低い構造にすることにより、ＥＧＲガスの高速流入部附近に位置する該伝熱管群内へＥＧＲガスの流れを偏向せずに集中的に誘導し、高速流入部の流量を一層増すことにより高速流入部附近の伝熱管（２）群で優先的に熱交換させ、装置全体としての冷却性能を高めることができ、ＥＧＲガスの温度低下を効果的に発揮することができるなど、極めて有用な多管式ＥＧＲガス冷却装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る多管式ＥＧＲガス冷却装置の一部切欠き側面図である。
【図２】図１の本発明の要部に係る伝熱管群の配列状態の一実施例を模式的に示す平面図である。
【図３】他の実施例を模式的に示す一部切欠き平面図である。
【図４】さらに他の実施例を模式的に示す図２相当図である。
【図５】従来例を示す伝熱管群の配列状態を示す一部切欠き平面図である。
【図６】従来例のＥＧＲガスの流入状態とその流速分布とを示す説明図で、（ａ）はＥＧＲ配管と直線上に接続された状態を示す図、（ｂ）はＥＧＲ配管とほぼ直角に屈曲して接続された状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 胴管
２ 伝熱管群
３ 隔壁
４ ボンネット部材
４′ 流入口
４″ 流出口
５ 給入口
５′ 排出口
６ フランジ
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にエンジンの冷却液、インタークーラー用冷媒、カーエアコン用冷媒などまたは冷却風によってＥＧＲガスを冷却せしめる冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスの一部を排気系から取出して、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）と称される。ＥＧＲは、窒素酸化物発生の抑制、ポンプ損失の低減、燃焼ガスの温度低下に伴う冷却媒体への放熱損失の低減および作動ガス量と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熱効率を改善するのに、有効とされている。しかし一般にＥＧＲガスの温度が上昇すると、吸気温の上昇に伴う燃費の低下やその熱作用によってＥＧＲバルブの耐久性が劣化して早期破損を招くこととなり、これら事態を考慮して多管式の熱交換器による冷却媒体によってＥＧＲガスを冷却せしめる装置が使用される。
【０００３】
この場合の冷却装置としては例えば図５に示すように、該装置の胴管内部に蜂の巣状に配列、固定される伝熱管（１２）群を同一管径の伝熱管からなり、また伝熱管（１２）群をほぼ同一密度をもって（すなわち各伝熱管がほぼ同一ピッチの間隔をおくか、あるいは単位面積における伝熱管の本数が一定に配置して）形成されていた。なお（１３）は隔壁である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては、前記同一管径にしてかつ同一密度の伝熱管（１２）群の配列構造によって、該伝熱管群内を流れるＥＧＲガスがその高速流入部と低速流入部とで流量ならびに流速の差異を招くこととなった。すなわち図６（ａ）に示すようにＥＧＲガスの流入側のＥＧＲ配管（１７）が直線上にボンネット部材（１６）と接続している場合には、ａ−ａ、ｂ−ｂ線上での流速分布より分かる通り隔壁（１３）直前の中央部附近の流速が外側部附近の流速より高速であり、一方図６（ｂ）に示すようにＥＧＲガスの流入側のＥＧＲ配管（１７）がほぼ直角に屈曲しボンネット部材（１６）と接続している場合には、ｃ−ｃ、ｄ−ｄ線上の流速分布より分かる通り隔壁（１３）直前の前記屈曲部の外側附近の流速が該屈曲部の内側附近の流速より高速となってしまう。
一方伝熱管の単位伝熱面積当たりの熱の伝わり方は、ＥＧＲガスの流速が速い方がよく、また伝熱管の管径が細い方が設置本数が多くなり伝熱面積が増加するためよいことが知られている反面、低速流入部でのＥＧＲガスの流速は低速であるために熱交換効率が悪く、これを改善するためにＥＧＲガスの低速流入部での流速を上げて胴管内部のＥＧＲガスの流れ全体を均一化することが検討されたが、これは至難の業であった。
【０００５】
本発明は従来技術の有する前記問題に鑑みてなされたものであり、特にＥＧＲガス量が増加し高速で多量に流入する場合、ガス流の流れを偏向せずにできる限り高速流入部に集中して該高速流入部でＥＧＲガスを優先的に冷却するために、予めＥＧＲ配管の形状に伴うＥＧＲガスの流入部における流速を測定しておき、胴管内においてＥＧＲガスの流れに対してＥＧＲガスの低速流入部附近の流過抵抗を増して、ＥＧＲガスの流れを高速流入部の伝熱管群に集中するよう誘導して該高速流入部のＥＧＲガスの流量を一層増し、結果として装置全体としての冷却性能を高め、ＥＧＲガスの温度の冷却を効果的に発揮することのできる多管式ＥＧＲガス冷却装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、伝熱管群の両端部附近を、冷却媒体の給入口と排出口とを設けた胴管の両側端部の隔壁間に列をなして固着し、さらに前記胴管の両側端部の外側に取付けフランジ壁を有してＥＧＲガスの流入口と流出口とを備えたボンネット部材を固設してなるＥＧＲガス冷却装置において、前記伝熱管群を、ＥＧＲガスの低速流入部の該伝熱管群の管径を該ＥＧＲガスの高速流入部より小径として形成し、かつ／またはその配列密度を該低速流入部を高速流入部より低めるように構成した多管式ＥＧＲガス冷却装置を要旨とし、さらに前記伝熱管群を、前記低速流入部に向くにつれて高速流入部より管径を順次小径とするとともに、その配列密度も順次低めるように構成してなるものである。
【０００７】
本発明は以上のように構成されているため、前記伝熱管群をＥＧＲガスの低速流入部附近の伝熱管群の管径をＥＧＲガスの高速流入部附近より小径にして形成し、かつ／またはその配列密度を前記低速流入部附近で低くした構造によって、該低速流入部附近でのＥＧＲガスの流過抵抗を増して伝熱管群のうち熱交換効率の高い高速流入部附近に位置する該伝熱管群内へ流れを集中的に誘導して、該高速流入部附近での伝熱管群での流量を一層増すことによりＥＧＲガスの流れを偏向せずに高速流入部附近の伝熱管群で優先的に熱交換させ装置全体としての冷却性能を高めることが可能となり、ＥＧＲガスの温度の冷却を効果的に発揮することができることとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基いて説明すれば、図１は本発明の多管式ＥＧＲガス冷却装置の一部切欠き側面図、図２は図１の本発明の要部に係る伝熱管群の配列状態の一実施例を模式的に示す平面図、図３は他の実施例を模式的に示す一部切欠き平面図、図４はさらに他の実施例を模式的に示す図２相当図であって、（１）は胴管であり、その両端部附近にエンジンの冷却液、或いはインタークーラー用冷媒やカーエアコン用冷媒などの冷却媒体の給入口（５）と排出口（５′）とを設けてなるものである。
また胴管（１）の内部に両側端部の隔壁（３）間に亘って伝熱管（２）群の両端部と列をなしてろう付けや溶接などで固定し、さらに該胴管の両側端部の外側にＥＧＲガスの流入口（４′）と流出口（４″）とを備えたボンネット部材（４）を同じくろう付けや溶接などで固設してなるもので、ＥＧＲ配管とはフランジ（６）を介して接続、固定されているのである。
【０００９】
そして本発明では前記伝熱管（２）群の配列を、図６（ａ）のようにＥＧＲ配管がボンネット部材（４）と直線上に接続、固定されている場合は、図２のようにＥＧＲガスが低速で流入する外側部附近の伝熱管群の管径を中央部附近のそれより小径としたり、あるいはその配列密度を外側部附近の方が中央部附近より低めて（すなわち中央部附近の伝熱管群のピッチの間隔を小さくすることか、あるいは中央部附近の単位面積における伝熱管群の本数を多くして配置して）構成することが肝要である。または伝熱管（２）群の配列を、図３のように外側部附近に向けて中央部附近より管径を順次小径とするとともに、その配列密度も順次低めて構成することが好ましい。
【００１０】
さらに図６（ｂ）のようにＥＧＲ配管がボンネット部材（４）とほぼ直角となるよう屈曲して接続、固定されている場合は、前記伝熱管（２）群の配列を、図４のように該前記屈曲部の内側附近にありかつ流速が低速の伝熱管群の管径を該屈曲部の外側附近のそれより小径としたり、あるいはその配列密度を低速流入部附近の方が高速流入部附近より低めて構成したり、または伝熱管（２）群の配列を、ＥＧＲの低速流入部附近に向けて高速流入部附近より管径を順次小径とするとともに、その配列密度も順次低めて構成することが好ましい。
【００１１】
なお、ＥＧＲガスの流速分布は、例えばＥＧＲガスの流量、ＥＧＲ配管の径、ボンネット部材（４）の拡径の角度や胴管（１）の径などにより変動することがあるために、予めモデルのＥＧＲガス冷却装置を作製して実際のＥＧＲガスの流速を測定した上で伝熱管（２）群の配列を定めることが好ましい。
【００１２】
本発明では、このように構成したことにより胴管（１）の内部において伝熱管（２）群のうちＥＧＲガスの高速流入部附近に位置する該伝熱管群内へＥＧＲガスの流れを偏向せずに集中的に誘導し、高速流入部の流量を一層増すことにより高速流入部附近の伝熱管（２）群で優先的に熱交換させ、装置全体としての冷却性能を高めることが可能となり、ＥＧＲガスの温度の冷却を効果的に発揮することができることとなる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による多管式ＥＧＲガス冷却装置は、前記伝熱管（２）群をＥＧＲガスの低速流入部附近で小径にし、かつ／または該低速流入部附近で配列密度の低い構造にすることにより、ＥＧＲガスの高速流入部附近に位置する該伝熱管群内へＥＧＲガスの流れを偏向せずに集中的に誘導し、高速流入部の流量を一層増すことにより高速流入部附近の伝熱管（２）群で優先的に熱交換させ、装置全体としての冷却性能を高めることができ、ＥＧＲガスの温度低下を効果的に発揮することができるなど、極めて有用な多管式ＥＧＲガス冷却装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る多管式ＥＧＲガス冷却装置の一部切欠き側面図である。
【図２】図１の本発明の要部に係る伝熱管群の配列状態の一実施例を模式的に示す平面図である。
【図３】他の実施例を模式的に示す一部切欠き平面図である。
【図４】さらに他の実施例を模式的に示す図２相当図である。
【図５】従来例を示す伝熱管群の配列状態を示す一部切欠き平面図である。
【図６】従来例のＥＧＲガスの流入状態とその流速分布とを示す説明図で、（ａ）はＥＧＲ配管と直線上に接続された状態を示す図、（ｂ）はＥＧＲ配管とほぼ直角に屈曲して接続された状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 胴管
２ 伝熱管群
３ 隔壁
４ ボンネット部材
４′ 流入口
４″ 流出口
５ 給入口
５′ 排出口
６ フランジ
Claims (2)
- 伝熱管群の両端部附近を、冷却媒体の給入口と排出口とを設けた胴管の両側端部の隔壁間に列をなして固着し、さらに前記胴管の両側端部の外側に取付けフランジ壁を有してＥＧＲガスの流入口と流出口とを備えたボンネット部材を固設してなるＥＧＲガス冷却装置において、前記伝熱管（２）群を、ＥＧＲガスの低速流入部の該伝熱管群の管径を該ＥＧＲガスの高速流入部より小径として形成し、かつ／またはその配列密度を該低速流入部を高速流入部より低めるように構成したことを特徴とする多管式ＥＧＲガス冷却装置。
- 前記伝熱管（２）群を、前記低速流入部に向くにつれて高速流入部より管径を順次小径とするとともに、その配列密度も順次低めるように構成してなることを特徴とする請求項１記載の多管式ＥＧＲガス冷却装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36962097A JP3982650B2 (ja) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | 多管式ｅｇｒガス冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36962097A JP3982650B2 (ja) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | 多管式ｅｇｒガス冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11193993A JPH11193993A (ja) | 1999-07-21 |
| JP3982650B2 true JP3982650B2 (ja) | 2007-09-26 |
Family
ID=18494901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36962097A Expired - Fee Related JP3982650B2 (ja) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | 多管式ｅｇｒガス冷却装置 |
Country Status (1)
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| CN108225062B (zh) * | 2018-01-25 | 2019-09-13 | 蓝旺节能科技（浙江）有限公司 | 温驱控流的换热器 |
-
1997
- 1997-12-29 JP JP36962097A patent/JP3982650B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11193993A (ja) | 1999-07-21 |
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