WO2004020928A1

WO2004020928A1 - Ｅｇｒクーラ

Info

Publication number: WO2004020928A1
Application number: PCT/JP2003/009775
Authority: WO
Inventors: Takazi Igami; Toshimichi Kobayashi; Jyohei Yamamoto; Hiroshi Saitoh
Original assignee: Toyo Radiator Co., Ltd.
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2004-03-11
Also published as: DE60332369D1; CN100404995C; US7171956B2; US20060130818A1; CN1685192A; EP1548386A4; EP1548386A1; EP1548386B1

Abstract

製造し易く且つ、熱交換を促進し得るEGRクーラとして、横断面円形のチューブ1をその中心線を通る一平面内で塑性変形して、内部に波形に曲折された排気ガス流路を形成する。

Description

明細書

EGRクーラ技術分野 . 本発明は、排気ガス再循環装置（以下、 EGRクーラという）に関する。背景技術

EGRクーラとして、断面円形の直線状チューブを多数互いに離間して並列させ、その両端をヘッダに連通すると共に、チューブの外周をケーシングによって被蔽したものが存在する。そして、ケーシング内に冷却水を流通させると共に、チューブ内に排気ガスを流通させ、両者間に熱交換を行って、排気ガスを冷却するものである。さらに他の EGRクーラとして、チューブの内周面に複数条のスパイラル状の突起を形成し、排気ガスがチューブの内周面にまんべんなく充分に接触するようにした発明が特開 2000— 345925号として提案されている。

従来の E G Rクーラのチューブとして、その内面側に複数条のスパイラル状の突起を形成したものは、排気ガスとチューブ内周面との接触をより向上させることがある程度期待できるものの、それでは充分とは言い難い。

そこで本発明は、排気ガスをチューブ内で充分攪拌してさらに熱交換を促進できると共に、製造し易い EGRクーラを提供することを課題とする。さらには、 EGRクーラはチューブ内に凝縮液が発生することがあり、その場合、その凝縮液を円滑に排除できることを目的とする。発明の開示請求項 1に記載の本発明は、断面円形の多数のチューブ（1)が互いに離間して並列され、夫々のチューブ（1)の両端が一対のヘッダ（2)に連通されてなり、チューブ（1) 内に被冷却用の排気ガス（3)が流通すると共に、チューブ（1)の外面に冷却流体 (4)が流通する E G Rクーラにおいて、

前記チューブ（1) は横断面円形のものを、その中心線を通る一平面内で、塑性変形して、内部に波形に曲折された排気ガス流路が形成されたことを特徴とする E G Rクーラである。

請求項 2に記載の本発明は、請求項 1において、

前記チューブ（1) の中心線が一直線上にあり、互いに長手方向に離間して、多数の凹陥部（5) がその外面側から内面側に曲折されると共に、その凹陥部（5) は前記一平面上の断面の内外面が山形に形成され且つ、その山の頂部の稜線 (5a)はその一平面に直交し、

隣り合う凹陥部（5) は互いに周方向に 180度異なる位置に形成され、

チューブ）の長手方向の両端部は、軸線に直交する断面を円形とした円形部（la) が形成されてなる E G Rクーラである。

請求項 3に記載の本発明は、請求項 1において、

夫々の前記チューブ（1) は、その中心線が前記一平面内で波形に曲折形成されてなる同一形状のものからなり、各列でそれらのチューブの波形の位相が一致するように互いに平行に配置された E G Rクーラである。

請求項 4に記載の本発明は、請求項 3において、

隣合う列の波の位相が互いに 180度異なるように配置された E G Rクーラである。請求項 5に記載の本発明は、請求項 3において、

夫々のチューブ（1) の中心線の曲折方向の平面が水平面（15)に対して同一の角度 0 に傾斜して配置された E G Rクーラである。

請求項 6に記載の本発明は、請求項 3において、

夫々のチューブ（1) は、その中心線の波形の互いに離間した二つの頂部の下面を、その中心線に直交する板材 (6) で支持したとき、チューブ全体の重力バランスにより波の曲折する平面上の一方側のみに向くように形成された E G Rクーラである。請求項 7に記載の本発明は、請求項 3において、

夫々のチューブ（1)は、その中心線の波形の互いに離間した二つの頂部の下面側が、横断面 V字状に形成されたチューブ支持部（7) を有する E G Rクーラである。

請求項 8に記載の本発明は、請求項 3〜請求項 7のいずれかにおいて、

夫々のチューブ（1) の長手方向両端部は、その中心線が直線に形成された E G Rクーラである。

本発明の E G Rクーラは以上の構成からなり、次の効果を有する。

請求項 1に記載の本発明によれば、チューブ 1の中心線を通る一平面内で、チューブ 1を塑性変形して、排気ガス流路を波形に形成することにより、チューブ 1内の排気ガスを充分曲折蛇行させて攪拌し、チューブ 1の外面の冷却流体 4との熱交換を促進させることができる。

また、塑性変形部分は中心線を通り一平面内で行われるため、横断面円形のものをプレス加工等により容易に塑†生変形することができる。

請求項 2に記載の本発明によれば、多数の凹陥部 5を長手方向および周方向に夫々離間し、外面から内面側に塑性変形によって曲折形成し且つ、凹陥部 5の断面を山形にすると共にその稜線 5 aをチューブ 1の中心線に交差する方向に形成することによって、内部を流通する排気ガス 3は凹陥部 5の山形に導かれ且つ、稜線 5 aによつてうねり状に流通し、流通抵抗をそれ程大きくすることなく円滑に排気ガス 3を攪拌して熱交換を促進できる。それと共に、目詰まりの起こり難いものとなる。

また、夫々の凹陥部 5は断面円形のチューブの外面側から塑性変形により曲折されたものであるからその製造が容易である。

さらには、チューブ 1の両端部に円形部 1 aが形成されているので、チューブ 1の両端が揷通されるヘッダ 2の揷通部の気密性を確保できる。

そしてチューブ 1は基本的に断面円形であるので、耐圧性が高く高圧の排気ガス 3 を流通させることができる。

また、凹陥部 5は互いに周方向に 180度離間したもので、排気ガス 3を周期的に波形にうねらせ熱交換性能をさらに向上し得る。

請求項 3に記載の本発明によれば、熱交換器全体の長さを短くしつつ、そのチューブの配列密度を直線管のそれと同一にすることができる。即ち、チューブ 1内の流路長を同一とする直線管を用いる場合に比べて、その両端間長さを短くすることができる。

し力も、それらのチューブ 1は中心線が一平面内で波形に曲折形成された同一形状で且つ各列の間の波形の位相が一致するように平行に配置されたから、コンパクトで性能の良!/、 E G Rクーラを提供できる。

また、チューブ 1の波形によってチューブ 1内を流通する排気ガス 3およびその外面側を流通する流体を充分攪拌して熱交換を促進し得る。

請求項 4に記載の本発明によれば、チューブ 1の外面側の流体の攪拌を促進し熱交換性能を向上させることができる。

請求項 5に記載の本発明によれば、 E G Rクーラのチューブ 1の内部に生じる凝縮液をチューブ 1内の傾斜方向下方に円滑に流下させることができる。そのため、凝縮液がチューブ 1内に滞留してチューブ 1を腐蝕させるおそれがなく、耐久性の高レヽ E G Rクーラを提供できる。

し力も、チューブ 1は夫々軸線が波形に曲折形成されているため、チューブ 1内を流通する排気ガス 3を攪拌すると共に伝熱面積が広くなり、冷却流体 4との熱交換を促進し得る。

請求項 6に記載の本発明によれば、一対の板材 6上に多数のチューブ 1を配置したとき、同一方向に並列させることができる。即ち、チューブ 1は中心線の周りの勝手な方向に向くことなく、板材 6上で並列される。それにより、 E G Rクーラ組立ての際に、夫々の曲折平面を同一方向に配置して容易に組み立てることができる。

請求項 7に記載の本発明によれば、チューブ 1の頂部の下面側が横断面 V字状に形成され、そこに支持部 7を有するので、その支持部 7に整合する支持用 V字凹部 13を有する板材 6によって、多数のチューブ 1をその曲折平面を同一方向に維持して多数並列させることができる。それにより、 E G Rクーラの組立てを容易にし得る。

請求項 8に記載の本発明によれば、チューブ 1の長手方向両端の直線部をへッダ 2 に連通し、その連通部を気密に容易に固定することができる。即ち、全長が直線状のチューブと同様の方法によってチューブ 1とヘッダ 2とのチューブ揷通部の気密性を確保し得る。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の E G Rクーラの一部破断平面図、図 2は、同 E G Rクーラに用いられるチューブ 1の要部斜視図、図 3は、図 2の III— III矢視横断面図、図 4は、図 3における IV— IV矢視断面図、図 5は、同 E G Rクーラに用いられるチューブ 1の他の例を示し、図 5 (A) はその正面図、図 5 ( B ) 〜（D) は図 5 (A) の B— B , C一 C , D— Dの各断面矢視図、図 6は、図 5 (A) の VI— VI矢視断面略図、図 7は、本発明の第 2の実施の形態を示す E G Rクーラの一部破断平面図、図 8は、図 7の VIII— VIII矢視図、図 9は、本発明の E G Rクーラのさらに他の実施の形態を示す要部破断正面図、図 1 0は、図 9の X— X矢視断面略図、図 1 1は、同 E G Rクーラに用いられるチューブ 1の組立て前の状態で、一対の板材 6に並列した状態を示す正面図、図 1 2は、図 1 1の XII— XII矢視図、図 1 3は、同 E G Rクーラに用いられるチューブ 1をヘッダープレート 2 aに取付けた状態を示す説明図、図 1 4は、同へッダーブレート 2 aに取付けたチューブ 1の使用状態を示す説明図、図 1 5は、同 E G Rクーラに用いられる他のチューブ 1の並列支持状態を示す正面図、図 1 6は、図 1 5の F— F矢視断面図である。発明を実施するための最良の形態

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。

図 1は本発明の E G Rクーラの一部破断平面図であり、図 2はその E G Rクーラに用いられるチューブ 1の要部斜視図、図 3は図 2の III— III矢視断面図、図 4は図 3における IV— IV矢視断面図である。

この E G Rクーラは、多数のチューブ 1が互いに離間して定間隔に並列され、夫々のチューブ 1の両端が一対のへッダ 2に連通されたものである。そして一方のヘッダ 2から排気ガス 3が各チューブ 1内に流入し、それが他方のヘッダ 2に導かれる。各チューブ 1の外周には、冷却水または冷却風等の冷却流体 4が流通して、排気ガス 3 を冷却するものである。

夫々のチューブ 1は図 2〜図 4に示す如く、断面円形のチューブに多数の凹陥部 5 をチューブ 1の長手方向および周方向に互いに離間して形成したものである。隣合う凹陥部 5は、互いに周方向に 180度離間している。そして夫々の凹陥部 5は図 4に示す如く、中心線 Lに平行な断面の内外面が山形に曲折され、その山の頂部の稜線 5 a が中心線 Lに直交する。

なお、チューブ 1の長手方向両端には凹陥部 5が存在せず、そこには円形部 1 aが形成され、その円形部 1 aがヘッダ 2の円形孔 8に揷通され、該揷通部がろう付けまたは溶接により気密に接合されるものである。

また、凹陥部 5は熱交換器の据付け状態において、その稜線 5 aが重力方向に位置する。それによつてチューブ 1の下面側に凹凸部を形成させず、チューブ内にたまる凝縮水を円滑に外部に排除できる。

そして、冷却流体 4は図 1の如く、チューブ 1の中心線 Lに直交する方向に流通する。また、チューブ 1内を流通する排気ガス 3は、多数の凹陥部 5の存在によってうねり状に流通し攪拌されて冷却流体 4との熱交換が促進される。

なお、夫々のチューブ 1の外面側を流通する冷却流体 4自体も凹陥部 5の存在により攪拌され熱交換が促進される。

次に、図 5および図 6は本発明の E G Rクーラに用いるチューブ 1の他の例を示し、図 5 (A) はその正面図、図 5 ( B ) 〜（D ) は図 5 (A) の B— B , C— C , D— Dの各断面矢視図である。また、図 6は図 5 (A) の VI— VI矢視断面略図である。

この例が図 2〜図 4と異なる点は、凹陥部 5の形状である。この例の凹陥部 5は、その最大直径がチューブ 1の直径よりも大きくなり、その稜線 5 aにおける断面が半円よりも少し大きく且つ、稜線 5 aの両端が僅かに拡開された形状を有する。この場合、チューブ 1を流通する排気ガス 3を凹陥部 5で稜線方向に広げることができ、それにより流体の攪拌を促進しさらに熱交換を向上することができる。

次に、図 7は本発明の E G Rクーラの他の例を示す平面図（一部を省略）であり、図 8は図 7の νΐΠ_νΐΠ矢視図である。この E G Rクーラは、夫々のチューブ 1の中心線がその両端部を除いて一平面内で波形に曲折形成された同一形状のものからなる。そして、そのチューブ 1の長手方向両端部では、その中心線が直線状に形成されている。そしてその両端部が、一対のへッダーブレート 2 aのチューブ揷通孔に揷通され、その揷通部が気密に固定されている。

このヘッダープレート 2 aはヘッダ本体 2 bの開口を閉塞し、そのヘッダープレート 2 aとヘッダ本体 2 bとによりヘッダ 2を形成するものである。

各列における夫々のチューブ 1の波形は、位相が一致するようにして図 7の如く互いに平行に配置されている。また、上下に隣り合う各列のチューブ 1どうしは、その波の位相が 180度異なるように配置されている。

なお、右側のへッダ 2には排気ガス出口パイプ 9が設けられている。

このようにしてなる E G Rクーラは、図 7で左側のへッダ 2の出入口パイプカら排気ガス 3が流入し、各チューブ 1内を流通して、他方のヘッダ 2の排気ガス出口パイプ 9からそれが外部に導かれるものである。各チューブ 1の外面側には、夫々チューブの曲折平面に平行に冷却水または冷却空気からなる冷却流体 4が流通し、その冷却流体 4によってチューブ内の排気ガス 3が冷却されるものである。

その排気ガス 3はチューブ 1内で波形に誘導されて攪拌され、冷却流体 4との熱交換を促進すると共に、その攪拌によってチューブ 1内に付着する煤を剥離させ、チューブ 1内が閉塞することを防止する。また、冷却流体 4がチューブ 1の曲折平面に平行に流通するため、その冷却流体 4自体も攪拌され、排気ガス 3との熱交換を促進し得る。

次に、図 9は本発明の E G Rクーラの他の実施の形態を示す要部断面正面図であり、図 1 0は図 9の X— X矢視図である。この E G Rクーラは、図 7のそれと同様に、夫々のチューブ 1の中心線が波形に曲折された同一形状のものからなり、各列でそれらのチューブの波形の位相が一致するように互いに平行に配置されている。

図 7の例と異なる点は、多数のチューブ 1の集合体の外周をケーシング 4が被嵌していること、およぴ各チューブ 1は全ての列において波の位相が一致していることである。即ち、上段側のチューブ 1と下段側のチューブ 1とは同一方向に波形に曲折されている。そして全体が図 9に示す如く、水平面 15に対して角度 Θ傾斜して配置されている。

夫々のチューブ 1は、その曲折方向の面を水平に保持した状態で、その面を水平面 15に対して角度 Θ傾斜させたものである。これにより、チューブ 1内に発生する凝縮液は傾斜方向下方に向かって円滑に流下する。それにより、チューブ 1内に凝縮液が溜まって、チューブを腐蝕させるおそれがない。

次に、このチューブ 1の詳細は図 1 1の如く形成されている。

これは一対の板材 6によって、夫々のチューブ 1の頂部 10の下面 11を支持したとき、図 1 1および図 1 2の姿勢に各チューブ 1を整列させるようにして、熱交換器の組立てを容易に行うものである。このとき各チューブ 1は図 1 1の如く、その両端部の中心線 L が波全体の中心線 L。よりも下方に位置されている。そのため重力バランスにより各チューブ 1は図 1 1の状態で安定する。

これはチューブ 1を一対の板材 6で図 1 1の如く支持したとき、が L。より下方に位置した場合、チューブ 1の位置エネルギーは最も安定した低い位置にある。そのため図 1 1の向きで安定し、不用意にそれが回転することがないからである。

仮に、 1^が L。よりも上位にあると全体として位置エネルギーが高くなり、重力の影響を受けてより低い方に移動し、図 1 1の状態に安定する。その結果、多数のチューブ 1を板材 6上に図 1 2の如く向きを同一にして並列することができる。このように並列することにより、 E G Rクーラの組立てを容易にする。即ちその組立ての際、夫々のチューブの向きを一致させて図 1 3の如く、ヘッダープレート 2 aのチューブ揷通孔に夫々のチューブ 1を並列させることができる。この例では夫々のチューブ 1 の波の曲折方向を上下方向に位置して全てのチューブ 1を並列させることができる。次いで、その組立体全体を 9 0度回転させ図 1 4の如く位置し且つ、そのチューブの曲折平面を水平に位置させ、さらに全体を図 9の如く水平面 15に対し角度 Θ傾けることにより、チューブ 1の内面に生ずる凝縮液を円滑に下方に流下させ、チューブ 1 の内部にそれが溜まることを防止できる。

次に、図 1 5および図 1 6はチューブ 1の他の実施の形態を示し、この例が図 1 1，図 1 2と異なる点は、板材 6の支持点においてチューブ 1の横断面が V字状に形成されていることである。そして板材 6は、それに整合するようにその上縁に多数の支持用 V字凹部 13が互！/ヽに離間して並列されている。

この場合にも、並列される全てのチューブ 1の向きを支持用 V字凹部 13と支持部 7 とにより同一方向に向けることができる。

Claims

請求の範囲

1. 断面円形の多数のチューブ（1) が互いに離間して並列され、夫々のチューブ（1) の両端が一対のヘッダ（2) に連通されてなり、チューブ（1) 内に被冷却用の排気ガス (3) が流通すると共に、チューブ（1) の外面に冷却流体 (4) が流通する E G Rクーラにおいて、

前記チューブ (1) は横断面円形のものを、その中心線を通る一平面内で、塑性変形して、内部に波形に曲折された排気ガス流路が形成されたことを特徴とする E G Rク

2. 請求項 1において、

前記チューブ（1) の中心線が一直線上にあり、互いに長手方向に離間して、多数の凹陥部（5) がその外面側から内面側に曲折されると共に、その凹陥部 (5) は前記一平面上の断面の内外面が山形に形成され且つ、その山の頂部の稜線（5a)はその一平面に直交し、

チューブ（1)の長手方向の両端部は、軸線に直交する断面を円形とした円形部（la) が形成されてなる E G Rクーラ。

3. 請求項 1において、

夫々の前記チューブ（1)は、その中心線が前記一平面内で波形に曲折形成されてなる同一形状のものからなり、各列でそれらのチューブの波形の位相が一致するように互いに平行に配置された E G Rクーラ。

4. 請求項 3において、

隣合う列の波の位相が互レヽに 180度異なるように配置された E G Rクーラ。

5. 請求項 3において、夫々のチューブ（1) の中心線の曲折方向の平面が水平面（15)に対して同一の角度 Θ に傾斜して配置された E G Rクーラ。 '

6. 請求項 3において、

夫々のチューブ（1) は、その中心線の波形の互いに離間した二つの頂部の下面を、その中心線に直交する板材 (6) で支持したとき、チューブ全体の重力パランスにより波の曲折する平面上の一方側のみに向くように形成された E G Rクーラ。

7. 請求項 3において、

夫々のチューブ（1)は、その中心線の波形の互いに離間した二つの頂部の下面側力横断面 V字状に形成されたチューブ支持部（7) を有する E G Rクーラ。

8. 請求項 3〜請求項 7のいずれかにおいて、

夫々のチューブ（1) の長手方向両端部は、その中心線が直線に形成された E G Rクーラ。