JP5221329B2 - ウェイビーフィン - Google Patents

Description

本発明は、主にＥＧＲクーラに内装される熱交換用のプレートチューブに用いられるウェイビーフィンの形状に関する。

排気ガスの一部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。

プレートチューブタイプのＥＧＲクーラは、筒体として形成したシェルに多数の扁平なプレートチューブを挿入して、排気ガスと冷却水との熱交換を行う。このプレートチューブは、押し出し成形により中空に成形し、または上下に２分割した部材からなる扁平なチューブ本体に、インナーフィンを挿入し、チューブ本体とインナーフィンとをろう付けしたものを使用している。

このプレートチューブには、エンジンの仕様に合わせて熱交換性能に優れた形状のインナーフィンや排気ガスによる目詰まりを起こしづらい形状のインナーフィンなど、さまざまな形状のインナーフィンを挿入して用いている。近年では熱交換性能と目詰まり対策とを両立したインナーフィンが必要になってきており、ウェイビーフィンが用いられるようになってきた。
特許文献１には、横断面において山部と谷部とが連続する波板形状のウェイビーフィンが記載されている。

さらに、特許文献２には、図６に示すようなウェイビーフィン８が記載されている。
ウェイビーフィン８は、一枚の板を折曲して、高さ方向に傾斜した側壁４によって形成される多数の山部５と谷部６とが横幅方向に連続して繰り返され、かつ、上記側壁４が前後方向の所定間隔ごとに互い違いに横幅方向に折れ曲がって蛇行状に前後方向に延びてなる波板状に成形している。これにより、表面積を多く取ることができて良好な熱交換性能を確保するとともに、切れ込みがないため排気ガス中の煤が付着しづらく、目詰まりを起こしづらい形状となっている。

特開２００２−１６２０１号公報 特開２００８−９６０４８号公報

このように、ウェイビーフィン８はプレスにより一枚の板を折り曲げて幾何学的に反復する形に形成し、その後保管や運搬の際にはウェイビーフィン８を何枚も同じ向きに重ねることになる。このウェイビーフィン８の凹凸は板の同じ位置に形成され、横断面は波形になっているため、多数のウェイビーフィンが上下に重ねられる。
図７、図８に示すように、ウェイビーフィン８の山部５と谷部６とは上下の先端側の横幅を細くした先細り形状であり（Ｅ＞Ｆ）、ウェイビーフィン８を上下に重ねると相互の折り曲げ形状がぴったりと合うため、何枚も重ねると、各ウェイビーフィン８の凹凸部が相互に深く入り込み、ウェイビーフィン８の重さや重ねる際に加わる力によって押し付けられ密接した状態になる。

チューブ本体にウェイビーフィン８を挿入する際には、上記のように積み重ねた状態のウェイビーフィン８を一枚ずつセットする必要があるため、密着したウェイビーフィン８を手作業で分離しなければならず、工数がかかり作業性が悪化していた。
ロボットによりチューブ本体にインナーフィンを挿入してプレートチューブの自動組み立て作業を行う場合であっても、密着した状態ではウェイビーフィン８を一枚ずつ供給することが困難であり、手作業で一枚一枚分離してロボットにセットする必要があった。

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クーラのプレートチューブを製造する際に効率良くウェイビーフィンを挿入するために、相互の密着を防止して積み重ね、保管や運搬をすることができる形状のウェイビ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の発明は高さ方向に傾斜した側壁によって交互に形成される多数の山部と谷部とが横幅方向に連続して繰り返され、かつ、上記側壁が前後方向の所定間隔ごとに互い違いに折れ曲がって蛇行状に前後方向に延びる波板状に成形されてなり、熱交換用の扁平なプレートチューブのインナーフィンまたはアウターフィンとして用いられるウェイビーフィンにおいて、その前端部と後端部とにおいてそれぞれにつき２つ以上の山部が、頂部の幅寸法をその下方の開放部の幅寸法よりも大きくした矩形状に成形されてなることを特徴とする。

第２の発明は、上記矩形状に成形した山部の流路断面積が、前端部と後端部とにおける矩形状に成形していない山部の流路断面積に等しいことを特徴とする。

第１の発明によれば、前端部と後端部とにおいてそれぞれにつき２つ以上の山部が、頂部の幅寸法をその下方の開放部の幅寸法よりも大きくした矩形状に成形されてなることにより、複数のウェイビーフィンを相互に積み重ねる際に、上のウェイビーフィンの開放部の両側壁が下のウェイビーフィンの頂部上に当接して、深く重なることを防止した状態で保管や運搬をすることができ、プレートチューブにウェイビーフィンを挿入するときに、ウェイビーフィンを一枚一枚に円滑に分離できて、分離に要する工数を削減することができる。

第２の発明によれば、上記矩形状に成形した山部の流路断面積が、前端部と後端部とにおける矩形状に成形していない山部の流路断面積に等しいことにより、ウェイビーフィンをプレートチューブに挿入したときに、矩形部における排気ガスの流入抵抗および流出抵抗が、矩形状に形成していない山部と同等となるため、排気ガスの流量が均等になり、熱交換性能や目詰まり抑制性能が矩形部の形成に伴い低下することがない。

以下、本発明の実施形態に係るウェイビーフィンについて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るウェイビーフィン３を挿入したプレートチューブＰの分解斜視図である。このプレートチューブＰは、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製の上部プレート１と下部プレート２とを接合してなるチューブ本体に、ＳＵＳ製のインナーフィンを挿入して形成している。
このようなプレートチューブＰに挿入されるインナーフィンには、熱交換性能と目詰まり抑制とを両立するためにウェイビーフィン３を用いている。

チューブ本体は、チューブ本体の上壁部分から側壁を垂下した上部プレート１と、チューブ本体の底板部分に側壁を立設した下部プレート２とからなる。上部プレート１の側壁が下部プレート２の側壁よりも一回り外側に設けられているため、組み合わせた際に下部プレート２の側壁が上部プレート１の側壁に内接する。
また、上部プレート１の上壁の上面には複数のダボ１ａが所定の間隔で設置され、下部プレート２の底板の下面にも複数のダボ（図示せず）が所定の間隔で設置されて、ＥＧＲクーラ内でプレートチューブＰを並列に配置したとき、冷却水が流通するための間隙を各プレートチューブＰの相互の間に設けることができる。

プレートチューブＰを製造するには、まず、下部プレート２の内側の幅と等しい横幅に設定したウェイビーフィン３をこの下部プレート２に敷設する。下部プレート２とウェイビーフィン３との前後方向の長さに応じて、図１のように複数のウェイビーフィン３を直列に並置してもよい。
次いで、ウェイビーフィン３を敷設した下部プレート２に上部プレート１を被せ、上部プレート１と下部プレート２とウェイビーフィン３とを相互に溶接またはろう付けにて接合し、プレートチューブＰを形成する。
このとき、ウェイビーフィン３の各山部５（図２参照）が上部プレート１の上壁部分とろう付けされ、ウェイビーフィン３の各谷部６（図２参照）が下部プレート２の底板部分とろう付けされるため、プレートチューブＰ内は多数の排気ガス用流路に仕切られる。

図２はウェイビーフィン３の斜視図であり、図３は図２中のＡ部を拡大して示す説明図であり、図４は同ウェイビーフィンの一部を拡大して示す平面図である。
このウェイビーフィン３は、一枚のＳＵＳ板をプレス成形により折曲してなる。
ウェイビーフィン３は、従来のウェイビーフィンと同様に、高さ方向に傾斜した側壁４によって交互に形成される多数の山部５と谷部６とが横幅方向に連続して繰り返される波板状に成形されている（図２、図３）。また、側壁４は前後方向の所定間隔ごとに互い違いに折れ曲がって三角波形で蛇行しながら前後方向に延びるように成形される（図２、図４）。このように側壁４は蛇行状に加工されるが、山部５および谷部６の稜線は直線形状で前後方向に延びている。

このように成形したウェイビーフィン３を挿入したプレートチューブＰでは、排気ガスがウェイビーフィン３の前端部から後端部へと通過する際に、横幅方向に連続する山部５と谷部６とによって細かく分岐させられるため、熱交換面積を増やして熱交換性能を上げることができる。また、側壁４にそって排気ガスの流路も蛇行状となるため、さらに表面積が増え、また乱流が発生して熱交換性能が向上する。
さらにウェイビーフィン３は、一枚の板から切れ込みを設けることなく形成しているため、排気ガス中の煤が付着しづらく、目詰まりを起こしづらい形状となっている。

このウェイビーフィン３では、横幅方向に連続する多数の山部５のうち３つにおいて、前端部と後端部とに矩形状に形成した矩形部７を設けている（図２、図３、図４）。矩形部７は、ウェイビーフィン３の左端付近に１つ、右端付近に１つ、中央付近に１つ設けて、それぞれの距離は等距離に設定するのが望ましい。図３に示すように、矩形部７では、山部５の上端である頂部が山なりではなく平坦に形成されている。
矩形部７の両側壁４は間隔が上方で広くなるようにわずかに傾斜しているため、頂部の幅寸法（Ｃ）はその下方の開放部の幅寸法（Ｂ）よりもわずかに大きく設定されている。

図５は、本発明の実施形態に係る複数のウェイビーフィン３を積み重ねた状態の端面を示す説明図である。
このように複数のウェイビーフィン３を重ねた場合、上のウェイビーフィン３の矩形部７の側壁４が下方の開放部で下のウェイビーフィン３の矩形部７の頂部上に当接して、それ以上深く入り込むことがない。これにより、ウェイビーフィン３を積み重ねた状態から一枚一枚に取り外しやすくなり、ロボットによりプレートチューブＰの組み立てを行う際にも、容易にロボットにウェイビーフィン３を供給することができて、安定した作業性を確保することができる。

また、矩形部７の排気ガス流路の流路断面積は、前端部と後端部とにおける矩形状に成形していない山部５の排気ガス流路の流路断面積に等しく設定するのが望ましい。これにより、プレートチューブＰに挿入したときに、矩形部７における排気ガスの流入抵抗および流出抵抗が、矩形状に形成していない山部５と同等となるため、排気ガスの流量が均等になり、熱交換性能や目詰まり抑制性能が矩形部の形成に伴い低下することがない。

＜別態様＞
チューブ本体は、上部プレート１と下部プレート２の２部材からなるものには限られず、押し出し成形により中空の扁平管に形成してもよい。
また、矩形部７を設ける山部５は３つに限られず、前端部と後端部において各２つの山部５のみに設けてもよい。また、ウェイビーフィン３の大きさに合わせて各４つ以上の山部５に設けてもよい。

また、本発明の実施形態では、ウェイビーフィン３をＥＧＲクーラのプレートチューブ用のインナーフィンとして用いる場合について説明したが、空冷式のＥＧＲクーラ等、その他の熱交換器において、プレートチューブ間に設置されて冷却風を通過させるアウターフィンに本発明の矩形部を成形してもよい。

本発明の実施形態に係るウェイビーフィンを用いたプレートチューブの分解斜視図である。 同ウェイビーフィンの斜視図である。 図２中のＡ部を拡大して示す説明図である。 同ウェイビーフィンの一部を拡大して示す平面図である。 本発明の実施形態に係る複数のウェイビーフィンの積み重ね状態を示す説明図である。 従来のウェイビーフィンの斜視図である。 図６中のＤ部を拡大して示す説明図である。 複数の従来のウェイビーフィンの積み重ね状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 上部プレート
１ａ ダボ
２ 下部プレート
３ ウェイビーフィン
４ 側壁
５ 山部
６ 谷部
７ 矩形部
８ ウェイビーフィン

Claims (2)

1. 高さ方向に傾斜した側壁によって交互に形成される多数の山部と谷部とが横幅方向に連続して繰り返され、かつ、上記側壁が前後方向の所定間隔ごとに互い違いに折れ曲がって蛇行状に前後方向に延びる波板状に成形されてなり、熱交換用の扁平なプレートチューブのインナーフィンまたはアウターフィンに用いられるウェイビーフィンにおいて、
   その前端部と後端部とにおいてそれぞれにつき２つ以上の山部が、頂部の幅寸法をその下方の開放部の幅寸法よりも大きくした矩形状に成形されてなることを特徴とするウェイビーフィン。
2. 上記矩形状に成形した山部の流路断面積が、前端部と後端部とにおける矩形状に成形していない山部の流路断面積に等しいことを特徴とする請求項１に記載のウェイビーフィン。

Images