JP5533715B2 - 排気熱交換装置 - Google Patents
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Description
チューブ(110)を内部に収容する筒状の水タンク(130)と、
排気が流通する排気流路(140C)を形成し、一方の開口部(146)が水タンク(130)の開口側端部(130C)に接続され、他方の開口部(147)に排気管との接続用のフランジ(148)が設けられたガスタンク(140)と、
水タンク(130)の内部でチューブ(110)の外側に形成される水タンク内空間(130E)と、排気流路(140C)とを区画すると共に、排気流路(140C)とチューブ(110)内部とを連通させる区画部(112A、190)とを備え、
水タンク内空間(130E)を流通する冷却流体と、ガスタンク(140)によってチューブ(110)内に供給される排気との間で熱交換する排気熱交換装置において、
ガスタンク(140)は、排気流路(140C)の外側に外側空間(140D)が形成される二重構造となっており、
外側空間(140D)と水タンク内空間(130E)とを連通させる連通部(150)が設けられており、
ガスタンク(140)は、外側に配置される外側ガスタンク(140A)と、内側に配置される内側ガスタンク(140B)とから形成されて、内側ガスタンク(140B)の内部に排気流路(140C)が形成されると共に、内側ガスタンク(140B)と外側ガスタンク(140A)との間に外側空間(140D)が形成されており、
外側ガスタンク(140A)には、外側空間(140D)に冷却流体を流入させる冷却流体流入口(170)が設けられており、
連通部(150)は、冷却流体流入口(170)から外側空間(140D)に流入されて、内側ガスタンク(140B)に流入する排気を冷却した冷却流体を、水タンク内空間(130E)に流入させるようになっており、
内側ガスタンク(140B)のチューブ(110)側となる開口部(146)の外周面と、外側ガスタンク(140A)のチューブ(110)側となる開口部(141)の内周面とは、連通部(150)が設けられる部位を除き、接合されており、
内側ガスタンク(140B)の外側の部位は、チューブ(110)側で接合された部位を除いて、冷却流体が通過する外側空間(140D)によって覆われていることを特徴としている。
また、冷却流体流入口(170)が外側ガスタンク(140A)に設けられていることから、冷却流体をガスタンク(140)の外側空間(140D)に流した後に、連通部(150)を介して水タンク内空間(130E)に流すことができるので、排気熱交換装置(100A)に使用される冷却流体の全量をガスタンク(140)の外側空間(140D)に供給でき、ガスタンク(140)およびフランジ(148)を効果的に冷却することができる。
また、ガスタンク(140)は、外側ガスタンク(140A)と内側ガスタンク(140B)とから形成されていることから、複雑な加工を不用として容易に外側空間(140D)を備えるガスタンク(140)を形成することができる。
ガスタンク(140)の一方の開口部(146)における外側空間(140D)の外側の壁部(144)には、区画部(112A、190)よりも径方向外側に膨出して外側空間(140D)と連通するガスタンク膨出部(145)が設けられ、
連通部(150)は、水タンク膨出部(133c)と、ガスタンク膨出部(145)とが接続されて、水タンク膨出部(133c)およびガスタンク膨出部(145)の内側に形成される流路であることを特徴としている。
連通部(150)は、流入側開口部(113a)と対向する位置に設けられて、
連通部(150)と流入側開口部(113a)とは連通していることを特徴としている。
冷却流体流入口(170)は、外側ガスタンク(140A)のチューブ(110)側となる開口部(141)を形成する外周面において、連通部(150)とは反対側に設けられたことを特徴としている。
冷却流体流入口(170)は、外側ガスタンク(140A)のチューブ(110)側となる開口部(141)を貫く軸線に沿う方向に開口しており、
連通部(150)は、ガスタンク(140)の一方の開口部(146)を形成する外周面において少なくとも2箇所設けられて、
2箇所の連通部(150、151)は、互いに対向するように配置されたことを特徴としている。
冷却流体流入口(170)は、外側ガスタンク(140A)のチューブ(110)側となる開口部(141)を形成する外周面において、連通部(150)と近接して設けられ、
外側空間(140D)における冷却流体流入口(170)側の領域と、連通部(150)側の領域との間には、両領域を仕切る仕切り部(149)が形成されたことを特徴としている。
フランジ(148)は、平面部(140a)に接合されていることを特徴としている。
連通孔(148a)の内周面には、犠牲腐食層が形成されたことを特徴としている。
区画部(112A、190)は、複数のチューブ(110)の長手方向端部の全周に形成された張出し部(112)が互いに接合されて形成されたことを特徴としている。
ガスタンク(140)の一方の開口部(146)は四角形状を成しており、開口部(146)の積層方向と交差する方向の一辺は、積層方向に沿うように折曲げられた折曲げ部(140b、140c)を有しており、
水タンク(130)と、ガスタンク(140)との間には、水タンク(130)の内面(137)と、折曲げ部(140b、140c)とにそれぞれ当接する断面L字状の板部材(210)が介在されたことを特徴としている。
長手方向と交差する方向に分割された少なくとも一方の外側ガスタンク(1402)および水タンク(130B)は、一体で形成されていることを特徴としている。
水タンク(130)は、チューブ(110)の長手方向と交差する方向に分割された第1水タンク(130A)と第2水タンク(130B)とが接合されて形成されており、
第1ガスタンク(1401)と第1水タンク(130A)は、一体で形成されており、
第2ガスタンク(1402)と第2水タンク(130B)は、一体で形成されていることを特徴としている。
示すものである。
第1実施形態は、本発明に係る排気熱交換装置を車両用ディーゼルエンジンあるいはガソリンエンジン(内燃機関であり、以下エンジン)の排気ガス再循環装置(EGR)におけるEGRガスクーラ100Aに適用したものである。以下、図1〜図4を用いて、EGRガスクーラ100Aの構成について説明する。
第2実施形態の排気熱交換装置100Bを図5、図6に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、外側ガスタンク140Aを水タンク130と一体的に形成すると共に、冷却水、および排気の流入流出方向を変更し、連通部150に対して連通部151を増設したものである。
第3実施形態の排気熱交換装置100Cを図7、図8に示す。第3実施形態は、上記第1実施形態に対して、入口水パイプ170を水タンク130に設け、連通部150に対して連通部151を増設したものである。
第4実施形態の排気熱交換装置100Dを図9、図10に示す。第4実施形態は、上記第2実施形態に対して、外側ガスタンク160Aを水タンク130と一体的に形成すると共に、冷却水の流出方向を変更したものである。
第5実施形態の排気熱交換装置100Eを図11〜図13に示す。第5実施形態は、上記第1実施形態に対して、冷却水の流入方向を変更し、入口ガスタンク140の外側空間140Dに仕切り部149を設けたものである。
第6実施形態のEGRガスクーラ100Fを図14に示す。上記第1実施形態のEGRガスクーラ100Aでは、水平方向に連通部150を流通する冷却水は、水タンク内空間130Eに流入した後、チューブ110の長手方向に沿うように出口水パイプ180側に向けて流れやすくなる。よって、連通部150に対して水タンク内空間130Eの奥側、且つ入口ガスタンク140側となる領域に冷却水の流れが淀む死水域が形成されやすく、排気の熱による冷却水の局部沸騰発生の虞があった。そこで、第6実施形態は、上記第1実施形態に対して、水タンク内空間130Eにおいて死水域の発生を抑制するために、偏向部154および偏向リブ118を追加したものとしている。
第7実施形態のEGRガスクーラ100Gを図15に示す。例えば、外側ガスタンク140Aが内側ガスタンク140Bと同様に、漏斗状を成していると、フランジ148は、フランジ孔147のフランジ部の外周面のみでろう付けされることになり、ろう付け面積が小さなものにとどまり、ろう付け強度が充分に得られない。そこで、第7実施形態は、フランジ148と外側ガスタンク140Aとを強固にろう付けするようにしている。
第8実施形態のEGRガスクーラ100Hを図16に示す。フランジ148は、通常アルミニウムの厚肉板材から、切削加工や打ち抜き加工によって形成される。よって、フランジ148においては、主に板材からプレス加工によって形成されるチューブ110や各タンク130、140とは異なり、表面に犠牲腐食層を予めクラッドすることができない。フランジ148の連通孔148aの内周面は、排気に晒されるため腐食されやすいという問題がある。そこで、第8実施形態は、上記第1実施形態に対して、フランジ148の連通孔148aの内周面に、カラー201を用いて犠牲腐食層を設けるようにしている。
第9実施形態のEGRガスクーラ100Iを図18、図19に示す。上記第1実施形態のEGRガスクーラ100Aのように、複数のチューブ110が、凸部112において直接的に当接して積層される場合では、ろう付け前に対して、ろう付け後では、チューブ110間のろう材が溶けて流れる分、チューブ110の積層寸法が小さくなる。そして、積層したチューブ110の長手方向端部の外周面に、内側ガスタンク140B、外側ガスタンク140A、更には水タンク130が板厚方向に重なるように組付けられていると(例えば第1実施形態の図4)、チューブ110における積層寸法が小さくなることによって、特にチューブ110と直接当接する部材(例えば内側ガスタンク140B)との間に隙間が発生してしまい、ろう付け品質が充分に確保できなくなる。そこで、第9実施形態では、入口ガスタンク140に折曲げ部140b、140cを設け、また、水タンク130と入口ガスタンク140との間に板部材210を追加することで、ろう付け時におけるチューブ110の積層寸法の減少分を吸収可能とするようにしている。
第10実施形態のEGRガスクーラ100Jを図20に示す。第10実施形態も上記第9実施形態と同様に、複数のチューブ110が直接的に当接して積層される場合に、ろう付け時におけるチューブ110の積層寸法の減少分を吸収可能とするようにしたものである。
第11実施形態のEGRガスクーラ100Kを図21〜図23に示す。上記の第9実施形態、第10実施形態では、複数のチューブ110が直接的に当接して積層されるものにおいては、ろう付け時にチューブ積層寸法が減少することから、全体のろう付け品質が充分に確保できないという問題があり、ろう付け時において、第2水タンク130B、あるいは一体タンク1314がチューブ110の積層方向に移動可能となるものとした。これに対して、プレート部材を用いて、このプレート部材にチューブの長手方向端部を貫通させ、プレート部材の外周面を水タンク130の内周面、あるいはガスタンク140、160の内周面に接合したものとしても良い。第11実施形態では、水タンク内空間130Eと排気流路140Cとを区画する区画部をチューブ110Aに対して別部材となる区画プレート190によって形成するようにしたものである。
以下、一体形成された第1水タンク130Aと第1ガスタンク1401とを第1一体タンク1314aと呼ぶことにする。また、第2水タンク130Bと第2ガスタンク1402とは、一体で形成されている。以下、一体形成された第2水タンク130Bと第2ガスタンク1402とを第2一体タンク1314bと呼ぶことにする。
上記第1〜第11実施形態では、連通部150(151)は、水タンク130側の膨出部133cと、入口ガスタンク140側の膨出部145とを接合することで形成するようにしたが、これに限らず、パイプ部材等によって水タンク130内部(水タンク内空間130E)と入口ガスタンク140の外側空間140Dとを連通させるようにしても良い。
110 チューブ
112 凸部(張出し部)
112A 区画部
118 偏向リブ
130 水タンク
130A 第1水タンク
130B 第2水タンク
130C 開口側タンク
130E 水タンク内空間
133c 膨出部(水タンク膨出部)
137 内面
140 入口ガスタンク(ガスタンク)
140A 外側ガスタンク
140B 内側ガスタンク
140C 排気流路
140D 外側空間
140a 平面部
140b 折曲げ部
140c 折曲げ部
1401 第1ガスタンク
1402 第2ガスタンク
144 外側壁部
145 膨出部(ガスタンク膨出部)
146 開口部(一方の開口部)
147 フランジ孔(他方の開口部)
148 フランジ
148a 連通孔
149 仕切り部
150、151 連通部
154 偏向部
170 入口水パイプ(冷却流体流入口)
190 区画プレート(区画部)
210 板部材
Claims (16)
- 内燃機関から排出される排気が流通するチューブ(110)と、
前記チューブ(110)を内部に収容する筒状の水タンク(130)と、
前記排気が流通する排気流路(140C)を形成し、一方の開口部(146)が前記水タンク(130)の開口側端部(130C)に接続され、他方の開口部(147)に排気管との接続用のフランジ(148)が設けられたガスタンク(140)と、
前記水タンク(130)の内部で前記チューブ(110)の外側に形成される水タンク内空間(130E)と、前記排気流路(140C)とを区画すると共に、前記排気流路(140C)と前記チューブ(110)内部とを連通させる区画部(112A、190)とを備え、
前記水タンク内空間(130E)を流通する冷却流体と、前記ガスタンク(140)によって前記チューブ(110)内に供給される排気との間で熱交換する排気熱交換装置において、
前記ガスタンク(140)は、前記排気流路(140C)の外側に外側空間(140D)が形成される二重構造となっており、
前記外側空間(140D)と前記水タンク内空間(130E)とを連通させる連通部(150)が設けられており、
前記ガスタンク(140)は、外側に配置される外側ガスタンク(140A)と、内側に配置される内側ガスタンク(140B)とから形成されて、前記内側ガスタンク(140B)の内部に前記排気流路(140C)が形成されると共に、前記内側ガスタンク(140B)と前記外側ガスタンク(140A)との間に前記外側空間(140D)が形成されており、
前記外側ガスタンク(140A)には、前記外側空間(140D)に前記冷却流体を流入させる冷却流体流入口(170)が設けられており、
前記連通部(150)は、前記冷却流体流入口(170)から前記外側空間(140D)に流入されて、前記内側ガスタンク(140B)に流入する前記排気を冷却した前記冷却流体を、前記水タンク内空間(130E)に流入させるようになっており、
前記内側ガスタンク(140B)の前記チューブ(110)側となる開口部(146)の外周面と、前記外側ガスタンク(140A)の前記チューブ(110)側となる開口部(141)の内周面とは、前記連通部(150)が設けられる部位を除き、接合されており、
前記内側ガスタンク(140B)の外側の部位は、前記チューブ(110)側で接合された部位を除いて、前記冷却流体が通過する前記外側空間(140D)によって覆われていることを特徴とする排気熱交換装置。 - 前記水タンク(130)の前記開口側端部(130C)には、前記区画部(112A、190)よりも径方向外側に膨出する水タンク膨出部(133c)が設けられ、
前記ガスタンク(140)の一方の開口部(146)における前記外側空間(140D)の外側の壁部(144)には、前記区画部(112A、190)よりも径方向外側に膨出して前記外側空間(140D)と連通するガスタンク膨出部(145)が設けられ、
前記連通部(150)は、前記水タンク膨出部(133c)と、前記ガスタンク膨出部(145)とが接続されて、前記水タンク膨出部(133c)および前記ガスタンク膨出部(145)の内側に形成される流路であることを特徴とする請求項1に記載の排気熱交換装置。 - 前記チューブ(110)は、扁平断面を成して複数積層されて、前記チューブ(110)の扁平断面の短辺側となる側面部には、積層された前記チューブ(110)間に前記冷却流体を流入させる流入側開口部(113a)が形成されており、
前記連通部(150)は、前記流入側開口部(113a)と対向する位置に設けられて、
前記連通部(150)と前記流入側開口部(113a)とは連通していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排気熱交換装置。 - 前記ガスタンク(140)の他方の開口部(147)は、前記ガスタンク(140)の一方の開口部(146)を貫く軸線に沿う方向に開口しており、
前記冷却流体流入口(170)は、前記外側ガスタンク(140A)の前記チューブ(110)側となる開口部(141)を形成する外周面において、前記連通部(150)とは反対側に設けられたことを特徴とする請求項3に記載の排気熱交換装置。 - 前記ガスタンク(140)の他方の開口部(147)は、前記ガスタンク(140)の一方の開口部(146)を貫く軸線に対して交差する方向に開口しており、
前記冷却流体流入口(170)は、前記外側ガスタンク(140A)の前記チューブ(110)側となる開口部(141)を貫く軸線に沿う方向に開口しており、
前記連通部(150)は、前記ガスタンク(140)の一方の開口部(146)を形成する外周面において少なくとも2箇所設けられて、
前記2箇所の連通部(150、151)は、互いに対向するように配置されたことを特徴とする請求項3に記載の排気熱交換装置。 - 前記ガスタンク(140)の他方の開口部(147)は、前記ガスタンク(140)の一方の開口部(146)を貫く軸線に沿う方向に開口しており、
前記冷却流体流入口(170)は、前記外側ガスタンク(140A)の前記チューブ(110)側となる開口部(141)を形成する外周面において、前記連通部(150)と近接して設けられ、
前記外側空間(140D)における前記冷却流体流入口(170)側の領域と、前記連通部(150)側の領域との間には、両領域を仕切る仕切り部(149)が形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の排気熱交換装置。 - 前記連通部(150)の下流側端部には、前記連通部(150)を流通する前記冷却流体の流れ方向を、前記チューブ(110)の長手方向に交差する方向に向ける偏向部(154)が設けられたことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載に記載の排気熱交換装置。
- 前記チューブ(110)の表面には、前記連通部(150)から前記水タンク内空間(130E)に流入する前記冷却流体の流れ方向を、前記ガスタンク(140)側へ向ける偏向リブ(118)が形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の排気熱交換装置。
- 前記ガスタンク(140)の前記他方の開口部(147)の周りには、前記他方の開口部(147)を貫く軸線に直交する平面部(140a)が形成されており、
前記フランジ(148)は、前記平面部(140a)に接合されていることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載の排気熱交換装置。 - 前記フランジ(148)は、前記他方の開口部(147)と連通する連通孔(148a)を有しており、
前記連通孔(148a)の内周面には、犠牲腐食層が形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか1つに記載の排気熱交換器。 - 前記チューブ(110)は、横断面が扁平矩形形状をなして、前記扁平矩形形状の長辺が互いに対向するように複数積層されており、
前記区画部(112A、190)は、複数の前記チューブ(110)の長手方向端部の全周に形成された張出し部(112)が互いに接合されて形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか1つに記載の排気熱交換装置。 - 前記水タンク(130)は、前記チューブ(110)の積層方向に分割された第1、第2水タンク(130A、130B)から形成されており、
前記ガスタンク(140)の前記一方の開口部(146)は四角形状を成しており、前記開口部(146)の前記積層方向と交差する方向の一辺は、前記積層方向に沿うように折曲げられた折曲げ部(140b、140c)を有しており、
前記水タンク(130)と、前記ガスタンク(140)との間には、前記水タンク(130)の内面(137)と、前記折曲げ部(140b、140c)とにそれぞれ当接する断面L字状の板部材(210)が介在されたことを特徴とする請求項11に記載の排気熱交換装置。 - 前記外側ガスタンク(140A)および前記水タンク(130)は、前記チューブ(110)の長手方向と交差する方向に分割されたものが、前記チューブ(110)の積層方向の寸法を吸収可能として接合されて形成されており、
前記長手方向と交差する方向に分割された少なくとも一方の前記外側ガスタンク(1402)および前記水タンク(130B)は、一体で形成されていることを特徴とする請求項11に記載の排気熱交換装置。 - 前記区画部(112A、190)は、板状を成して、前記チューブ(110)の長手方向端部が貫通された区画プレート(190)であることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか1つに記載の排気熱交換装置。
- 前記外側ガスタンク(140A)は、前記チューブ(110)の長手方向と交差する方向に分割された第1ガスタンク(1401)と第2ガスタンク(1402)とが接合されて形成されており、
前記水タンク(130)は、前記チューブ(110)の長手方向と交差する方向に分割された第1水タンク(130A)と第2水タンク(130B)とが接合されて形成されており、
前記第1ガスタンク(1401)と前記第1水タンク(130A)は、一体で形成されており、
前記第2ガスタンク(1402)と前記第2水タンク(130B)は、一体で形成されていることを特徴とする請求項14に記載の排気熱交換装置。 - 前記排気は、前記内燃機関の吸気側に供給される再循環用の排気であり、
前記冷却流体は、前記内燃機関を冷却する冷却水であることを特徴とする請求項1〜請求項15のいずれか1つに記載の排気熱交換装置。
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