WO2014119298A1 - 排気熱交換器 - Google Patents

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WO2014119298A1
WO2014119298A1 PCT/JP2014/000446 JP2014000446W WO2014119298A1 WO 2014119298 A1 WO2014119298 A1 WO 2014119298A1 JP 2014000446 W JP2014000446 W JP 2014000446W WO 2014119298 A1 WO2014119298 A1 WO 2014119298A1
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WO
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exhaust
flow path
cooling medium
component
path forming
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PCT/JP2014/000446
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English (en)
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加福 一彰
功 畔柳
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/126Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins
    • F28F1/128Fins with openings, e.g. louvered fins
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K1/0008Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0012Brazing heat exchangers
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D9/0062Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
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    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/04Fastening; Joining by brazing

Definitions

  • This disclosure relates to an exhaust heat exchanger that cools exhaust gas by exchanging heat between exhaust gas generated by combustion and a cooling medium.
  • An exhaust heat exchanger that cools exhaust gas by exchanging heat between exhaust gas generated by combustion and a cooling medium includes fins joined to an outer surface of a cooling water tube (cooling medium flow path forming member).
  • the exhaust water is cooled by exchanging heat between the cooling water flowing in the cooling water tube and the exhaust gas flowing outside the cooling water tube.
  • stainless steel has been used as a material for the components of such an exhaust heat exchanger.
  • the cooling water tubes and fins which are the components of the exhaust heat exchanger, are made of aluminum
  • the cooling water tubes are clad with a brazing material clad on the surface of the aluminum core (the surface to which the fins are joined).
  • the potential of the brazing material layer is made lower than that of the core material, so that the core material has corrosion resistance due to the sacrificial corrosion action of the brazing material layer. Thereby, it can suppress that the through-hole by corrosion arises in a core material (pitting corrosion).
  • the potential of the brazing material layer is made lower than that of the core material, the potential of the joint portion (brazing portion) between the cooling water tube and the fin is also made lower than that of the core material. Fins may fall out of the tube.
  • the present disclosure prevents corrosion of the cooling medium flow path forming member while preventing the fin from falling off the cooling medium flow path forming member. It aims at improving.
  • the exhaust heat exchanger includes a cooling medium flow path forming member through which a cooling medium flows and an exhaust flows through the outside.
  • the exhaust heat exchanger is brazed to an outer surface of the cooling medium flow path forming member, And an fin made of an alloy that promotes heat exchange between the cooling medium and the cooling medium.
  • the cooling medium flow path forming member is composed of a clad material in which a brazing material for joining fins is clad on the surface of an alloy core material, and the brazing material has a lower potential than the core material. ing.
  • a first component that makes the potential of the main component of the alloy material noble is added to the alloy material constituting the fin.
  • a second component having a noble potential as the main component of the alloy material is added to the alloy material constituting the core material of the cooling medium flow path forming member.
  • the first component and the second component are the same metal component.
  • the first component that makes the potential of the main component of the alloy material noble is added to the alloy material constituting the fin, and the alloy material constituting the core material of the cooling medium flow path forming member is By making the potential of the main component of the alloy material noble and adding the second component, which is the same metal component as the first component, the brazing material at the joint between the cooling medium flow path forming member and the fin.
  • the first component (second component) can be diffused from the core material of the cooling medium flow path forming member.
  • brazing material joint a portion where the distance between the cooling medium flow path forming member and the fins is the shortest is referred to as a brazing material joint.
  • the brazing material that protrudes from the brazing material joint and is disposed around the brazing material joint is referred to as a fillet portion.
  • the brazing material joint portion has a smaller volume because the distance between the cooling medium flow path forming member and the fins is shorter than that of the other portions and is linear. Therefore, when the first component (second component) diffuses from the core material of the fin and the cooling medium flow path forming member into the brazing material at the joint portion between the cooling medium flow path forming member and the fin, the brazing material joint portion
  • concentration of the 1st component (2nd component) in the brazing material arrange
  • the corrosion resistance of the brazing joint is relatively high with respect to the fillet. Therefore, since the fillet portion exhibits a sacrificial corrosion action on the brazing material joint, it is possible to suppress the brazing material joint from being corroded. For this reason, the drop-off of the fin from the cooling medium flow path forming member can be suppressed.
  • the core material can be provided with corrosion resistance due to the sacrificial corrosion action of the brazing material. For this reason, the corrosion resistance of the cooling medium flow path forming member can be improved.
  • the alloy material constituting the fin and the alloy material constituting the core material of the cooling medium flow path forming member increase the strength of the joint portion between the cooling medium flow path forming member and the fin.
  • a third component is added.
  • the third component can be diffused from the core material of the fin and the cooling medium flow path forming member into the brazing material at the joint portion between the cooling medium flow path forming member and the fin. For this reason, it becomes possible to raise the intensity
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
  • It is a perspective view which shows the fin of an EGR cooler. It is the V section enlarged view of FIG.
  • It is a perspective view which shows the EGR cooler which concerns on a modification.
  • It is a disassembled perspective view of the EGR cooler which concerns on a modification.
  • the EGR cooler 1 is an exhaust heat exchanger that cools exhaust gas generated by combustion in an internal combustion engine (engine) (not shown) to the engine by cooling water (cooling medium) of the engine. As shown in FIGS. 1 to 3, the EGR cooler 1 mainly includes a plurality of exhaust tubes 21, fins 22, a water side tank 23, and an exhaust side tank 24. These members 21 to 24 are made of an aluminum alloy and are joined by brazing.
  • the exhaust tube 21 is a tube constituting an exhaust passage 21a through which exhaust flows, and the exhaust flows through the inside.
  • cooling water flows outside the exhaust tube 21, and heat exchange is performed between the exhaust gas and the cooling water via the exhaust tube 21.
  • the cross-sectional shape when viewed from the exhaust flow direction of the exhaust tube 21 is a flat shape having a long side 21c and a short side 21d.
  • a plurality of exhaust tubes 21 are stacked in a direction (vertical direction in the drawing) perpendicular to the flat surface on the long side 21c side.
  • a cooling water passage 21 b through which cooling water flows between the adjacent exhaust tubes 21 is basically configured by the outer wall of the adjacent exhaust tubes 21.
  • a portion of the outer wall of the adjacent exhaust tube 21 that forms the cooling water passage 21b is referred to as a cooling water passage formation portion 3. Therefore, the cooling water flow path forming portion 3 corresponds to a cooling medium flow path forming member.
  • the water side tank 23 distributes and supplies the cooling water that has flowed into the EGR cooler 1 in one water side tank 23 to each cooling water channel 21b, and collects the cooling water from each cooling water channel 21b in the other water side tank 23. It is to be collected.
  • the water-side tank 23 is provided around the stacked exhaust tubes 21 in the vicinity of both ends of the exhaust tube 21 in the exhaust flow direction.
  • the water side tank 23 includes a cooling water inlet (not shown) or a cooling water outlet 23a.
  • the exhaust side tanks 24 are respectively disposed at both ends of the exhaust tube 21 in the exhaust flow direction.
  • One exhaust side tank 24 distributes and supplies exhaust gas to each exhaust tube 21, and the other exhaust side tank 24 collects and collects the exhaust after heat exchange from each exhaust tube 21.
  • the fins 22 are arranged in each exhaust tube 21 and promote heat exchange between the exhaust and the cooling water.
  • the fins 22 are brazed to the inner surface of the exhaust tube 21. That is, it can be said that the fins 22 are joined to the outer surface of the cooling water flow path forming portion 3 by brazing.
  • a detailed configuration of the fin 22 will be described.
  • the fin 22 has a cross-sectional shape substantially perpendicular to the exhaust flow direction, that is, a cross-sectional shape when viewed from the exhaust flow direction, and the convex portions 41 are alternately positioned on one side and the other side.
  • a wave shape that is bent and formed in the flow direction of the exhaust gas, and is formed by the cut and raised portion 42 when viewed from the flow direction of the exhaust gas.
  • the portion is an offset fin that is offset with respect to the corrugated portion adjacent in the exhaust flow direction.
  • the convex part 41 is in contact with the inner surface of the long side 21c side of the exhaust tube 21. That is, in the fin 22, the convex portion 41 is in contact with the outer surface of the cooling water flow path forming portion 3.
  • the exhaust flow path 21 a is divided (in other words, partitioned) by the fins 22 in a direction parallel to the long side 21 c of the exhaust tube 21. Furthermore, the flow path divided into a plurality of portions in the exhaust tube 21 by the fins 22 is partially offset in the exhaust flow direction. That is, as shown in FIG. 4, the wall part 43 which divides
  • the convex portions 41 on the same side are adjacent to each other in the exhaust flow direction.
  • the cross-sectional shape of the fin 22 in the exhaust flow direction is a shape including a linear portion at the apex of the convex portion 41.
  • the fin 22 is manufactured by bending a flat plate made of an aluminum alloy into a wave shape by press working, and further raising a portion that becomes the cut and raised portion 42 by press working.
  • a method of raising the part which becomes the cut-and-raised part 42, before raising a method of putting a slit in advance before corrugating or cutting and raising by pressing both sides of the plate with a press machine. You may do it at the same time.
  • the fins may be formed by roller processing, or a combination of both roller processing and press processing.
  • the fin 22 is made of an aluminum alloy. Further, the exhaust tube 21, that is, the cooling water flow path forming portion 3 is configured by a clad material in which a brazing material 32 is clad on both surfaces of a core material 31 made of an aluminum alloy.
  • the brazing material 32 has a lower potential than the core material 31.
  • an Al—Si based brazing material can be employed as the brazing material 32.
  • the aluminum alloy material constituting the fin 22 is added with a first component that makes the potential of aluminum, which is the main component of the aluminum alloy material, noble.
  • the aluminum alloy material constituting the core material 31 of the cooling water flow path forming portion 3 (exhaust tube 21) is added with a second component that makes the potential of aluminum, which is the main component of the aluminum alloy material, noble.
  • the first component and the second component are the same metal component, and one or more metal components selected from Cu, Mg, and Mn can be adopted.
  • Cu is adopted as the first component and the second component.
  • the aluminum alloy material constituting the fin 22 and the aluminum alloy material constituting the core material 31 of the cooling water flow path forming portion 3 include the cooling water flow path forming portion 3 and the joint portion 5 of the fin 22.
  • strength of is added.
  • the third component one or more metal components selected from Cu, Mn, and Si can be adopted. In this embodiment, Cu is adopted as the third component.
  • the cooling water flow path forming part 3 is provided with an inner column part 33 formed by brazing and joining the inner surfaces (surfaces on the cooling water flow path 21b side) of the cooling water flow path forming part 3 to each other.
  • an inner column part 33 formed by brazing and joining the inner surfaces (surfaces on the cooling water flow path 21b side) of the cooling water flow path forming part 3 to each other.
  • both the aluminum alloy material that constitutes the fin 22 and the aluminum alloy material that constitutes the core material 31 of the cooling water flow path forming portion 3 (exhaust tube 21), aluminum that is the main component of the aluminum alloy material.
  • the fin 22 and the cooling water flow path are formed on the brazing material of the joint 5 between the cooling water flow path forming portion 3 and the fin 22.
  • Cu can be diffused from the core material 31 of the portion 3.
  • the brazing material joint 51 has a smaller distance because the distance between the cooling water flow path forming part 3 and the fins 22 is shorter than that of the other parts and is linear. For this reason, when Cu diffuses from the core material 31 of the fin 22 and the cooling water flow path forming portion 3 into the brazing material of the joint portion 5 between the cooling water flow path forming portion 3 and the fins 22, it is arranged in the brazing material joint portion 51. The concentration of Cu in the brazing material thus made becomes higher than the concentration of Cu in the fillet portion 52.
  • the corrosion resistance of the brazing material joint 51 is relatively high with respect to the fillet 52. Therefore, since the fillet part 52 exhibits the sacrificial corrosion action with respect to the brazing material joint 51, the brazing material joint 51 can be prevented from corroding. For this reason, falling off of the fins 22 from the cooling water flow path forming part 3 can be suppressed.
  • the core material 31 can be provided with corrosion resistance due to the sacrificial corrosion action of the brazing material 32. For this reason, the corrosion resistance of the cooling water flow path forming part 3 can be improved.
  • the cooling water flow path forming portion 3 is provided with the inner pillar portion 33 formed by brazing and joining the inner surfaces of the cooling water flow path forming portion 3.
  • the brazing material 53 of the inner pillar portion 33 (the brazing material joining the inner surfaces of the cooling water flow path forming portion 3) of the cooling water flow path forming portion 3. Cu can be diffused from the core material 31.
  • the concentration of Cu in the brazing material of the inner column portion 33 becomes the surrounding It becomes higher than the concentration of Cu in the brazing material 32.
  • the corrosion resistance of the brazing material of the inner pillar portion 33 is relatively high with respect to the surrounding brazing material 32. Therefore, since the brazing material 32 around the inner column portion 33 exerts a sacrificial corrosion action on the brazing material of the inner column portion 33, the brazing material of the inner column portion 33 can be prevented from corroding. For this reason, it can suppress that the inner surfaces of the cooling water flow path formation part 3 peel off by corrosion, and the inner pillar part 33 is damaged.
  • the EGR cooler 1 is an exhaust heat exchanger that cools exhaust gas generated by combustion in an internal combustion engine (engine) (not shown) to the engine by cooling water (cooling medium) of the engine. 6 and 7, the EGR cooler 1 includes a plurality of exhaust tubes 21, in which fins 22 are disposed, a water tank 130, an inlet gas tank 140, an outlet gas tank 160, an inlet water pipe 170, and outlet water. It consists of a pipe 180 and the like. Each member is made of stainless steel, lightweight, excellent thermal conductivity, and inexpensive aluminum material or aluminum alloy material, and the contact portions of the members are joined by brazing or welding.
  • the exhaust tube 21 shown in FIG. 7 is a tube constituting an exhaust passage 21a through which exhaust flows, and the exhaust flows through the inside. Cooling water flows outside the exhaust tube 21, and heat is exchanged between the exhaust gas and the cooling water via the exhaust tube 21.
  • the exhaust tube 21 has a flat cross-sectional shape when viewed from the exhaust flow direction, and a plurality of exhaust tubes 21 are stacked in a direction perpendicular to the flat surface (the left-right direction in FIG. 7). Further, as shown in FIG. 8, a cooling water flow path 115 through which cooling water flows between the adjacent exhaust tubes 21 is formed by the outer wall of the adjacent exhaust tubes 21.
  • fins 22 are provided in the exhaust passage 21 a in the exhaust tube 21.
  • the fins 22 are brazed to the inner surface of the exhaust tube 21.
  • the fin 22 is arrange
  • a protrusion 112 is provided at the longitudinal end of the basic surface 111 of the exhaust tube 21.
  • the convex portion 112 is a punched portion that is pressed so as to protrude outward from the surface of the exhaust tube basic surface 111, and is formed on the exhaust tube basic surface 111 like a weir.
  • a plurality of the exhaust tubes 21 are stacked such that the convex portions 112 formed on the exhaust tube basic surface 111 are in contact with each other, and the convex portions 112 are joined to each other.
  • the protrusions 112 are joined to each other, and at the end in the longitudinal direction of the plurality of stacked exhaust tubes 21, the inside of a water tank 130 (cooling water flow path 115) and the inside of each of the gas tanks 140 and 160 described later are provided.
  • a partition portion for partitioning is formed.
  • a space is formed in a region between the convex portion 112 on one end side in the longitudinal direction of the exhaust tube 21 and the convex portion 112 on the other end side in the longitudinal direction of the exhaust tube 21.
  • This space serves as a cooling water flow path 115.
  • a gap is formed between adjacent exhaust tube basic surfaces 111. In this gap, the portion corresponding to the upstream side of the exhaust flow and on one side in the width direction of the exhaust tube 21 is an inflow side opening through which the outside and the cooling water flow path 115 communicate and the cooling water flows. 113a.
  • a gap is formed between adjacent exhaust tube basic surfaces 111.
  • a portion corresponding to the downstream side of the exhaust flow and on the other side in the width direction of the exhaust tube 21 is an outflow side opening through which the outside and the cooling water flow channel 115 communicate with each other and the cooling water flows out.
  • 113b the side into which the exhaust gas flows in the exhaust passage 21a (in the exhaust tube 21), the side into which the exhaust gas flows is referred to as an inflow side opening 113a, and the opposite side is referred to as an outflow side opening 113b.
  • the convex part as a temperature reduction means which lowers the temperature of the temperature boundary layer of the cooling water on the outer surface of the exhaust tube 21 is formed on the exhaust tube basic surface 111 on the exhaust gas inflow side of the exhaust tube 21.
  • the convex portion is formed as a plurality of dimples 116.
  • the dimples 116 can be set as cylindrical convex portions, for example, and a plurality of dimples 116 are arranged in a grid pattern.
  • the projecting dimension of the dimple 116 is the same as the projecting dimension of the convex part 112 on the outer peripheral part of the exhaust tube 21.
  • the rectifying unit 117 is provided.
  • the rectifying portion 117 is also formed so as to protrude from the exhaust tube basic surface 111 in the same manner as the dimple 116.
  • the water tank 130 is a cylindrical container body that houses therein a plurality of stacked exhaust tubes 21, and is formed of a first water tank 130A and a second water tank 130B.
  • the first water tank 130 ⁇ / b> A includes a main body portion 131 that faces the exhaust tube basic surface 111, an upper surface portion 132 that is bent from the upper end portion of the main body portion 131 to the exhaust tube 21 side by approximately 90 degrees, and the main body portion 131. And a lower surface portion 133 bent at approximately 90 degrees from the lower end portion toward the exhaust tube 21 side, and the cross-sectional shape is a U-shape.
  • a bulging portion 132a bulging outward (upward) is formed at an end portion of the upper surface portion 132 corresponding to the outflow side opening portion 113b in the longitudinal direction, and further, in the region of the bulging portion 132a. Is provided with a burring portion (border portion), and is provided with a pipe hole 132b for connecting the outlet water pipe 180. Further, bulging portions 133a and 133b bulging outward (downward) are formed at both ends of the lower surface portion 133 in the longitudinal direction.
  • the second water tank 130B includes a main body portion 134 that faces the exhaust tube basic surface 111, an upper surface portion 135 that is bent from the upper end of the main body portion 134 to the exhaust tube 21 side by approximately 90 degrees, and the main body portion 131. And a lower surface portion 136 bent at approximately 90 degrees from the lower end portion toward the exhaust tube 21 side, and has a U-shaped cross-sectional shape shallower than the first water tank 130A.
  • a bulging portion 135a that bulges outward (upward) is formed at the end of the upper surface portion 135 corresponding to the outflow side opening 113b.
  • bulging portions 136a and 136b bulging outward (downward) are formed at both ends in the longitudinal direction of the lower surface portion 136, similarly to the first water tank 130A.
  • the first water tank 130A and the second water tank 130B are joined together at the opening side of the U-shaped cross section to form a cylindrical water tank 130 having a quadrangular cross section. Both ends in the longitudinal direction of the water tank 130 are opening-side end portions 130C and 130D that open to the outside. Of the opening-side end portions 130C and 130D, an opening-side end portion 130C on the inlet gas tank 140 side, which will be described later, is formed with a bulging portion 133c as a water tank bulging portion.
  • the bulging portion 133c is a central portion of the lower side of the opening-side end portion 130C having a quadrangular shape and bulges outward (lower side) from the lower side, and the bulging described above. It is formed so as to be connected to the portion 133a.
  • the inlet gas tank 140 circulates the exhaust from the exhaust pipe and forms an exhaust passage 140C for distributing and supplying the exhaust to the plurality of exhaust tubes 21, and includes an outer gas tank 140A and an inner gas tank 140B. Formed into a double structure.
  • the outer gas tank 140A is formed as a semi-container body whose outer shape is a rectangular parallelepiped shape and one surface on the exhaust tube 21 side is open.
  • the opened part is an opening 141.
  • the opening 141 has a quadrangular shape.
  • a circular flange hole 142 that is provided with a burring portion and that is used for connecting the flange 148 is formed below the other surface on the side facing the opening 141.
  • a pipe hole 143 for connecting the inlet water pipe 170 is formed on the upper surface of the outer gas tank 140A.
  • a bulging portion (not shown) as a gas tank bulging portion is formed on the outer wall 144 which is the lower side of the outer gas tank 140A.
  • the bulging portion is a central portion of the lower side of the rectangular opening 141, and bulges outward (lower side) from the lower side and sequentially bulges toward the flange hole 142 side. The amount is formed to be small.
  • the bulging portion 145 is provided on a surface facing (opposed to) the surface where the pipe hole 143 is formed in the outer gas tank 140A.
  • the inner gas tank 140B has a funnel-like shape and forms an exhaust passage 140C therein.
  • An opening 146 having a rectangular shape is formed on one side which is the exhaust tube 21 side, and a burring portion is formed on the other side.
  • a circular flange hole 147 for connecting the flange 148 is formed.
  • the opening 146 corresponds to one opening
  • the flange hole 147 corresponds to the other opening.
  • the other opening is open in a direction along the axis passing through the one opening.
  • the inner gas tank 140B is inserted into the outer gas tank 140A, the outer peripheral surface of the opening 146 is joined to the inner peripheral surface of the opening 141 excluding the bulging portion 145, and the outer periphery of the burring portion of the flange hole 147.
  • the surface and the inner peripheral surface of the burring portion of the flange hole 142 are joined together to form the inlet gas tank 140.
  • the inlet gas tank 140 formed in this way has an outer space between the inner gas tank 140B and the outer gas tank 140A, that is, outside the exhaust passage 140C of the inner gas tank 140B, that is, between the inner gas tank 140B and the outer gas tank 140A. It is a tank with 140D.
  • the outer space 140D communicates with the outside of the inlet gas tank 140 through the bulging portion 145.
  • the inlet gas tank 140 is joined with a flange 148 for connection to a counterpart exhaust pipe in the exhaust gas recirculation device.
  • the flange 148 is a plate member whose outer shape has a rhombus shape, a communication hole 148a is formed at the center, and bolt holes (internal threads) 148b for fastening with bolts are formed at both ends.
  • the flange 148 is joined to the inlet gas tank 140 so that the communication hole 148a and the flange holes 142 and 146 of the inlet gas tank 140 communicate with each other.
  • the inner peripheral surface of the opening part 146 of the inlet gas tank 140 is joined to the outer peripheral surface of the partition part 112A of the exhaust tube 21 laminated in multiple numbers. Therefore, the exhaust flow path 140C of the inner gas tank 140B communicates with the exhaust flow path 21a in each exhaust tube 21.
  • the outlet gas tank 160 has a funnel-like shape and forms an exhaust passage inside.
  • the outlet gas tank 160 has a square-shaped opening 161 on one side which is the exhaust tube 21 side, and a burring portion on the other side.
  • a circular flange hole 162 for connecting the flange 163 is formed.
  • the outlet gas tank 160 is joined with a flange 163 for connection with a counterpart exhaust pipe in the exhaust gas recirculation device.
  • the flange 163 is a plate member having an outer shape of rhombus, a communication hole is formed in the center, and bolt holes (internal threads) for fastening with bolts are formed on both ends.
  • the flange 163 is joined to the outlet gas tank 160 so that the communication hole communicates with the flange hole 162 of the outlet gas tank 160.
  • the inner peripheral surface of the opening part 161 of the exit gas tank 160 is joined to the outer peripheral surface of the division part 112A of the exhaust tube 21 laminated in multiple numbers. Therefore, the exhaust flow path that is the inside of the outlet gas tank 160 communicates with the exhaust flow path 21 a in each exhaust tube 21.
  • the first water tank 130 ⁇ / b> A and the second water tank 130 ⁇ / b> B are assembled so as to cover the outside of the plurality of exhaust tubes 21 stacked from the exhaust tube stacking direction, and the exhaust tubes 21 are accommodated in the water tank 130. It is in shape.
  • the inner peripheral surfaces of the opening side end portions 130 ⁇ / b> C and 130 ⁇ / b> D of the water tank 130 are joined to the outer peripheral surfaces of the opening portions 141 and 161 of the gas tanks 140.
  • the space formed by the bulging portions 133a and 136a of the water tank 130 and the opening 113a in the side surface portion of the plurality of stacked exhaust tubes 21 communicate with each other. Further, the space formed by the bulging portions 132 a and 135 a of the water tank 130 and the opening 113 b in the side surface portion of the plurality of stacked exhaust tubes 21 communicate with each other. Further, a space is formed between the side surface portion of the exhaust tube 21 and the bulging portions 133b and 136b.
  • a cooling water passage 115 similar to the cooling water passage 115 formed between the exhaust tubes 21 is formed between the outermost exhaust tube 21 (exhaust tube basic surface 111) and the main body portions 131 and 134. Has been. Further, gaps are formed between the upper side surface portion of the exhaust tube 21 and the upper surface portions 132 and 135 and between the lower side surface portion of the exhaust tube and the lower surface portions 133 and 136. A space formed outside the exhaust tube 21 inside the water tank 130 is a water tank internal space.
  • the inner peripheral surface of the bulging portion 133c of the water tank 130 is joined to the outer peripheral surface of the bulging portion 145 of the inlet gas tank 140, and the bulging portion 133c and the bulging portion 145 are connected.
  • a flow path is formed inside the bulges 133c and 145 by the bulges 133c and 145, and the flow path serves as the communication part 150.
  • the communication part 150 communicates the space formed by the bulging parts 133 a and 136 a of the water tank 130 and the outer space of the inlet gas tank 140.
  • the inlet water pipe 170 forms a cooling fluid inlet into which cooling water flowing out from the engine flows, and is formed of a pipe member.
  • the leading end of the inlet water pipe 170 is inserted into and joined to the pipe hole 143 of the outer gas tank 140A.
  • the inlet water pipe 170 communicates with the outer space 140D of the inlet gas tank 140.
  • the outlet water pipe 180 forms a cooling fluid outlet through which cooling water flowing through the cooling water passage 115 of the exhaust tube 21 flows out, and is formed from a pipe member.
  • the distal end portion of the outlet water pipe 180 is inserted into and joined to the pipe hole 132 b in the bulging portion 132 a of the water tank 130.
  • the outlet water pipe 180 communicates with the space formed by the bulging portions 132 a and 135 a of the water tank 130.
  • the stainless steel material constituting the fin 22 is added with a first component that makes the potential of iron, which is the main component of the stainless steel material, noble.
  • the stainless steel material constituting the core material 31 of the cooling water flow path forming portion 3 is added with a second component that makes the potential of iron, which is the main component of the stainless steel material, noble.
  • the first component and the second component are the same metal component, and one or more metal components selected from Cr, Mo, Ni, Ti, and Cu can be employed.
  • the stainless steel material constituting the fin 22 and the stainless steel material constituting the core material 31 of the cooling water flow path forming portion 3 include a third component that increases the strength of the joint portion 5 between the cooling water flow path forming portion 3 and the fin 22. Is added.
  • the third component one or more metal components selected from Ni, Mn, Cu, Mo, and V can be adopted.
  • the cross-sectional shape of the fin 22 in the exhaust flow direction is a shape including a linear portion at the apex of the convex portion 41 .

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Abstract

 排気熱交換器は、内部を前記冷却媒体が流通し、外部を前記排気が流通する冷却媒体流路形成部材(3)と、前記冷却媒体流路形成部材(3)の外表面にろう付け接合され、前記排気と前記冷却媒体との間での熱交換を促進させる合金製のフィン(22)とを備える。前記冷却媒体流路形成部材(3)は、合金製の芯材(31)の表面に、前記フィン(22)を接合するためのろう材(32)がクラッドされたクラッド材により構成されている。前記ろう材(32)は、前記芯材(31)よりも電位が卑になっている。前記フィン(22)を構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第1成分が添加されており、前記冷却媒体流路形成部材(3)の前記芯材(31)を構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第2成分が添加されており、前記第1成分と前記第2成分とが、同一の金属成分である。

Description

排気熱交換器 関連出願の相互参照
 本開示は、2013年1月30日に出願された日本出願番号2013-15962号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、燃焼により発生する排気と冷却媒体との間で熱交換を行うことで排気を冷却する排気熱交換器に関する。
 燃焼により発生する排気と冷却媒体との間で熱交換を行うことで排気を冷却する排気熱交換器は、冷却水チューブ(冷却媒体流路形成部材)の外表面に接合されたフィンを備えており、冷却水チューブ内を流れる冷却水と、冷却水チューブの外側を流れる排気とを熱交換させることで、排気を冷却するようになっている。従来、このような排気熱交換器の構成部品の材質としては、ステンレスが用いられていた。
 これに対し、熱交換器構成部品の材質として、ステンレスよりも熱伝導性の高いアルミニウムを用いたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。これによれば、熱交換性能を向上させることができ、熱交換器の小型化および軽量化を図ることができる。
特開2005-256168号公報
 排気熱交換器の構成部品である冷却水チューブおよびフィンをアルミニウム製とする場合、冷却水チューブを、アルミニウム製の芯材の表面(フィンが接合される面)にろう材をクラッドしたクラッド材にて構成する。このとき、ろう材層の電位を芯材より卑にすることで、ろう材層による犠牲腐食作用によって芯材に耐食性を持たせている。これにより、芯材に腐食による貫通孔が生じること(孔食)を抑制できる。
 しかしながら、ろう材層の電位を芯材より卑にすると、冷却水チューブとフィンとの接合部(ろう付け部)の電位も芯材より卑になるため、当該接合部が腐食して、冷却水チューブからフィンが脱落する可能性がある。
 本開示は、冷却媒体流路形成部材とフィンとがろう付け接合されている排気熱交換器において、冷却媒体流路形成部材からのフィンの脱落を抑制しつつ、冷却媒体流路形成部材の耐食性を向上させることを目的とする。
 本開示の一例では、排気熱交換器は、内部を冷却媒体が流通し、外部を排気が流通する冷却媒体流路形成部材と、冷却媒体流路形成部材の外表面にろう付け接合され、排気と冷却媒体との間での熱交換を促進させる合金製のフィンとを備える。冷却媒体流路形成部材は、合金製の芯材の表面に、フィンを接合するためのろう材がクラッドされたクラッド材により構成されており、ろう材は、芯材よりも電位が卑になっている。フィンを構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第1成分が添加されている。冷却媒体流路形成部材の芯材を構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第2成分が添加されている。第1成分と第2成分とは、同一の金属成分である。
 これによれば、フィンを構成する合金材料に、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第1成分を添加し、さらに冷却媒体流路形成部材の芯材を構成する合金材料に、当該合金材料の主成分の電位を貴とするとともに、第1成分と同一の金属成分である第2成分を添加することで、冷却媒体流路形成部材とフィンとの接合部のろう材に、フィンおよび冷却媒体流路形成部材の芯材から第1成分(第2成分)を拡散させることができる。
 以下、本明細書において、冷却媒体流路形成部材とフィンとの接合部のうち、冷却媒体流路形成部材およびフィン間の距離が最短となる部位をろう材接合部という。また、冷却媒体流路形成部材とフィンとの接合部のろう材のうち、ろう材接合部からはみ出したろう材であって、ろう材接合部の周囲に配置されたろう材をフィレット部という。
 ろう材接合部は、冷却媒体流路形成部材およびフィン間の距離が他の部位に比べて短くなり、直線状であるため、体積が小さくなる。このため、冷却媒体流路形成部材とフィンとの接合部のろう材に、フィンおよび冷却媒体流路形成部材の芯材から第1成分(第2成分)が拡散した際に、ろう材接合部に配置されたろう材における第1成分(第2成分)の濃度が、フィレット部における第1成分(第2成分)の濃度よりも高くなる。
 これにより、ろう材接合部の耐食性が、フィレット部に対して相対的に高くなる。したがって、フィレット部がろう材接合部に対する犠牲腐食作用を発揮するので、ろう材接合部が腐食することを抑制できる。このため、冷却媒体流路形成部材からのフィンの脱落を抑制できる。
 また、芯材よりも電位が卑のろう材を用いることで、ろう材による犠牲腐食作用によって芯材に耐食性を持たせることができる。このため、冷却媒体流路形成部材の耐食性を向上させることができる。
 また、前記排気熱交換器において、フィンを構成する合金材料、および、冷却媒体流路形成部材の芯材を構成する合金材料には、冷却媒体流路形成部材およびフィンの接合部の強度を高める第3成分が添加されている。
 これによれば、冷却媒体流路形成部材とフィンとの接合部のろう材に、フィンおよび冷却媒体流路形成部材の芯材から第3成分を拡散させることができる。このため、冷却媒体流路形成部材およびフィンの接合部の強度を高めることが可能となる。
実施形態に係るEGRクーラを示す側面図である。 図1のII-II断面図である。 図2のIII-III断面図である。 EGRクーラのフィンを示す斜視図である。 図2のV部拡大図である。 変形例に係るEGRクーラを示す斜視図である。 変形例に係るEGRクーラの分解斜視図である。 変形例に係るEGRクーラの排気チューブの正面図である。
 以下、実施形態について図に基づいて説明する。本実施形態では、排気熱交換器をEGRクーラに適用した例を説明する。
 EGRクーラ1は、図示しない内燃機関(エンジン)での燃焼により発生した排気をエンジンに再循環させる際に、その排気をエンジンの冷却水(冷却媒体)によって冷却する排気熱交換器である。EGRクーラ1は、図1~図3に示すように、主に、複数の排気チューブ21と、フィン22と、水側タンク23と、排気側タンク24とを備えている。これらの部材21~24は、アルミニウム合金製であり、ろう付けにより接合されている。
 排気チューブ21は、図2および図3に示すように、排気が流通する排気流路21aを構成する管であり、内部を排気が流れるようになっている。また、排気チューブ21の外部を冷却水が流れるようになっており、この排気チューブ21を介して、排気と冷却水とを熱交換させる。
 具体的には、図2に示すように、排気チューブ21の排気流れ方向から見たときの断面形状は、長辺21cと短辺21dを有する扁平形状である。長辺21c側となる扁平面に垂直な方向(図中上下方向)に、複数の排気チューブ21が積層されている。
 図2および図3に示すように、本実施形態では、基本的に、隣り合う排気チューブ21の外壁によって、隣り合う排気チューブ21間に冷却水が流れる冷却水流路21bが構成されている。ここで、隣り合う排気チューブ21の外壁のうち冷却水流路21bを形成する部位を冷却水流路形成部3という。したがって、冷却水流路形成部3が、冷却媒体流路形成部材に相当している。
 水側タンク23は、一方の水側タンク23でEGRクーラ1に流入した冷却水を各冷却水流路21bに分配供給し、他方の水側タンク23で各冷却水流路21bからの冷却水を集合回収するものである。水側タンク23は、排気チューブ21の排気流れ方向両端部近傍において、積層された排気チューブ21の周囲に設けられている。水側タンク23は、冷却水入口(図示せず)もしくは冷却水出口23aを備えている。
 排気側タンク24は、排気チューブ21の排気流れ方向両端部に、それぞれ配置されている。一方の排気側タンク24で、各排気チューブ21に排気を分配供給し、他方の排気側タンク24で、熱交換を終えた排気を各排気チューブ21から集合回収する。
 フィン22は、各排気チューブ21内に配置されており、排気と冷却水との間での熱交換を促進させるものである。フィン22は、排気チューブ21の内表面にろう付け接合されている。つまり、フィン22は、冷却水流路形成部3の外表面にろう付けにより接合されているともいえる。以下、フィン22の詳細な構成について説明する。
 フィン22は、図4に示すように、排気の流れ方向に略垂直な断面形状、すなわち、排気の流れ方向から見たときの断面形状が、凸部41を一方側と他方側に交互に位置させて曲折する波形状であって、排気の流れ方向で、部分的に切り起こされた切り起こし部42を備え、排気の流れ方向から見たときに、切り起こし部42によって形成される波形状部分が、排気の流れ方向で隣接する波形状部分に対して、オフセットしているオフセットフィンである。このフィン22は、凸部41が排気チューブ21の長辺21c側の内表面と接している。つまり、フィン22は、凸部41が冷却水流路形成部3の外表面と接している。
 このフィン22によって、排気流路21aが、図2に示すように、排気チューブ21の長辺21cに平行な方向で、複数の流路に分割(言い換えると、区画)されている。さらに、フィン22によって排気チューブ21内で複数に分割された流路は、排気流れ方向で部分的にオフセットしている。すなわち、図4に示すように、排気流路21aを複数の流路に分割する壁部43が、排気の流れ方向に沿って、千鳥状に配置されている。
 また、排気流れ方向からフィン22を見たとき、一方側同士、他方側同士のように、同一側の凸部41であって、排気流れ方向で隣接する凸部41同士は、ずれて配置されている。本実施形態では、フィン22の排気の流れ方向での断面形状については、凸部41の頂点に直線状部分を含む形状となっている。
 このフィン22は、プレス加工により、アルミニウム合金製の平板を波形状に折り曲げ、さらに、プレス加工により、切り起こし部42となる部分を起こすことで製造される。なお、切り起こし部42となる部分を起こす方法としては、起こす前に、波状にする前にあらかじめスリットを入れておく方法や、板の両面をプレス機でプレスすることにより、切る、起こす、を同時に行ってもよい。また、フィンの成形はローラ加工でも良く、またローラ加工とプレス加工両方の組み合わせでも良い。
 続いて、本実施形態における冷却水流路形成部3およびフィン2の詳細な構成について、図5に基づいて説明する。
 フィン22は、アルミニウム合金製である。また、排気チューブ21、すなわち冷却水流路形成部3は、アルミニウム合金製の芯材31の両面にろう材32がクラッドされたクラッド材により構成されている。ろう材32は、芯材31よりも電位が卑になっている。ろう材32としては、例えばAl-Si系のろう材を採用することができる。
 フィン22を構成するアルミニウム合金材料には、当該アルミニウム合金材料の主成分であるアルミニウムの電位を貴とする第1成分が添加されている。冷却水流路形成部3(排気チューブ21)の芯材31を構成するアルミニウム合金材料には、当該アルミニウム合金材料の主成分であるアルミニウムの電位を貴とする第2成分が添加されている。
 第1成分および第2成分は、同一の金属成分であり、Cu、Mg、Mnのなかから選択された1種以上の金属成分を採用することができる。本実施形態では、第1成分および第2成分として、Cuを採用している。
 さらに、フィン22を構成するアルミニウム合金材料、および、冷却水流路形成部3(排気チューブ21)の芯材31を構成するアルミニウム合金材料には、冷却水流路形成部3およびフィン22の接合部5の強度を高める第3成分が添加されている。第3成分は、Cu、Mn、Siのなかから選択された1種以上の金属成分を採用することができる。本実施形態では、第3成分として、Cuを採用している。
 つまり、フィン22を構成するアルミニウム合金材料、および、冷却水流路形成部3の芯材31を構成するアルミニウム合金材料に、Cuを添加することで、当該アルミニウム合金材料の主成分であるアルミニウムの電位を貴とする効果と、冷却水流路形成部3およびフィン22の接合部5の強度を高める効果の両立を図ることができる。
 冷却水流路形成部3には、冷却水流路形成部3の内表面(冷却水流路21b側の面)同士がろう付け接合されることに形成された内柱部33が設けられている。この内柱部33を設けることにより、冷却水流路形成部3の耐圧性を向上させることができる。
 以上説明したように、フィン22を構成するアルミニウム合金材料、および冷却水流路形成部3(排気チューブ21)の芯材31を構成するアルミニウム合金材料の双方に、アルミニウム合金材料の主成分であるアルミニウムの電位を貴とするCuを添加することで、図5中の実線矢印に示すように、冷却水流路形成部3とフィン22との接合部5のろう材に、フィン22および冷却水流路形成部3の芯材31からCuを拡散させることができる。
 ここで、ろう材接合部51は、冷却水流路形成部3およびフィン22間の距離が他の部位に比べて短くなり、直線状であるため、体積が小さくなる。このため、冷却水流路形成部3とフィン22との接合部5のろう材に、フィン22および冷却水流路形成部3の芯材31からCuが拡散した際に、ろう材接合部51に配置されたろう材におけるCuの濃度が、フィレット部52におけるCuの濃度よりも高くなる。
 これにより、ろう材接合部51の耐食性が、フィレット部52に対して相対的に高くなる。したがって、フィレット部52がろう材接合部51に対する犠牲腐食作用を発揮するので、ろう材接合部51が腐食することを抑制できる。このため、冷却水流路形成部3からのフィン22の脱落を抑制できる。
 また、ろう材として、芯材31よりも電位が卑のろう材32を用いることで、ろう材32による犠牲腐食作用によって芯材31に耐食性を持たせることができる。このため、冷却水流路形成部3の耐食性を向上させることができる。
 さらに、本実施形態において、フィン22を構成するアルミニウム合金材料、および冷却水流路形成部3(排気チューブ21)の芯材31を構成するアルミニウム合金材料の双方に添加したCuは、冷却水流路形成部3およびフィン22の接合部5の強度を高める効果を有している。このため、冷却水流路形成部3とフィン22との接合部5のろう材にフィン22および冷却水流路形成部3の芯材31からCuを拡散させることで、冷却水流路形成部3およびフィン22の接合部5の強度を高めることも可能となる。
 また、本実施形態では、冷却水流路形成部3に、冷却水流路形成部3の内表面同士がろう付け接合されることに形成された内柱部33を設けている。これによれば、図5中の破線矢印に示すように、内柱部33のろう材53(冷却水流路形成部3の内表面同士を接合するろう材)に、冷却水流路形成部3の芯材31からCuを拡散させることができる。
 ここで、内柱部33のろう材には、対向する二面の冷却水流路形成部3の芯材31からCuが拡散するので、内柱部33のろう材におけるCuの濃度が、周囲のろう材32におけるCuの濃度よりも高くなる。
 これにより、内柱部33のろう材の耐食性が、周囲のろう材32に対して相対的に高くなる。したがって、内柱部33の周囲のろう材32が内柱部33のろう材に対する犠牲腐食作用を発揮するので、内柱部33のろう材が腐食することを抑制できる。このため、腐食により冷却水流路形成部3の内表面同士が剥がれて内柱部33が破損することを抑制できる。
 (他の実施形態)
 以下に、図6~8を参照してEGRガスクーラの他の一例(変形例)を説明する。本開示は、この変形例にも適用可能である。
 EGRクーラ1は、図示しない内燃機関(エンジン)での燃焼により発生した排気をエンジンに再循環させる際に、その排気をエンジンの冷却水(冷却媒体)によって冷却する排気熱交換器である。EGRクーラ1は、図6および図7に示すように、内部にフィン22が配設される複数の排気チューブ21、水タンク130、入口ガスタンク140、出口ガスタンク160、入口水パイプ170、および出口水パイプ180等から構成されている。各部材は、ステンレスもしくは軽量で熱伝導性に優れ、且つ安価なアルミニウム材、あるいはアルミニウム合金材から成形されており、各部材の当接部がろう付あるいは溶接により接合されている。
 図7に示す排気チューブ21は、排気が流通する排気流路21aを構成する管であり、内部を排気が流れるようになっている。排気チューブ21の外部には、冷却水が流れるようになっており、排気チューブ21を介して排気と冷却水とが熱交換される。
 排気チューブ21は、排気流れ方向から見たときの断面形状が扁平形状となっており、扁平面に垂直な方向(図7の左右方向)に、複数の排気チューブ21が積層されている。また、図8に示すように、隣り合う排気チューブ21の外壁によって、隣り合う排気チューブ21間に冷却水が流れる冷却水流路115が形成されている。
 また、排気チューブ21内の排気流路21aには、フィン22が設けられている。フィン22は、排気チューブ21の内表面にろう付け接合されている。フィン22は、各排気チューブ21内に配置され、排気と冷却水との間での熱交換を促進させるものである。なお、フィン22の詳細については後述する。
 排気チューブ21の基本面111の長手方向端部には凸部112が設けられている。凸部112は、排気チューブ基本面111の表面から外方に向けて突出するようにプレス加工された打出し部であり、排気チューブ基本面111に堰のように形成されている。
 上記排気チューブ21は、図7に示すように、排気チューブ基本面111に形成された凸部112が互いに当接するように複数積層されて、各凸部112同士が接合されている。
 そして、凸部112同士が接合されることで、複数積層された排気チューブ21の長手方向端部には、後述する水タンク130の内部(冷却水流路115)と各ガスタンク140、160の内部とを区画する区画部が形成されている。
 ここで、複数積層される排気チューブ21間において、排気チューブ21の長手方向一端側の凸部112と排気チューブ21の長手方向の他端側の凸部112との間の領域には空間が形成されて、この空間が冷却水流路115となっている。排気チューブ21の側面において、隣接する排気チューブ基本面111どうしの間に隙間が形成されている。この隙間のうち、排気流れの上流側に対応し、かつ排気チューブ21の幅方向の一方側となる部位は、外部と上記冷却水流路115とが連通して冷却水が流入する流入側開口部113aとなっている。
 また、排気チューブ21の側面において、隣接する排気チューブ基本面111どうしの間に隙間が形成されている。この隙間のうち、排気流れの下流側に対応し、かつ排気チューブ21の幅方向の他方側となる部位は、外部と上記冷却水流路115とが連通して冷却水が流出する流出側開口部113bとなっている。ここでは、排気流路21a(排気チューブ21内)において、排気ガスが流入する側を流入側開口部113aとし、その反対側を流出側開口部113bとしている。
 そして、排気チューブ21の排気ガスが流入する側となる排気チューブ基本面111には、排気チューブ21の外表面における冷却水の温度境界層の温度を低下させる温度低下手段としての凸状部が形成されている。凸状部は、ここでは、複数のディンプル116として形成されている。ディンプル116は、例えば円筒形の凸状部として設定することができ、碁盤目状に複数配置されている。ディンプル116の突出寸法は、排気チューブ21の外周部の凸部112の突出寸法と同一としている。
 また、排気チューブ基本面111の、後述する膨出部133a、136aの近傍には、冷却水の流れをできるだけ排気チューブ基本面111の全体に拡げ、流出側開口部113bへと向かうようにするための整流部117が設けられている。整流部117も上記ディンプル116と同様に排気チューブ基本面111から突出するようにして形成されている。
 水タンク130は、複数積層された排気チューブ21を内部に収容する筒状の容器体であり、第1水タンク130Aと第2水タンク130Bとから形成されている。
 第1水タンク130Aは、排気チューブ基本面111に対向する本体部131と、この本体部131の上側端部から排気チューブ21側に略90度に折り曲げられた上面部132と、本体部131の下側端部から排気チューブ21側に略90度に折り曲げられた下面部133とを備えて、横断面形状がコの字状を成している。
 上面部132の長手方向における流出側開口部113bに対応する側の端部には、外側(上側)に膨出する膨出部132aが形成されており、更に、この膨出部132aの領域内には、バーリング部(縁立て部)を備え、出口水パイプ180接続用となるパイプ孔132bが穿設されている。また、下面部133の長手方向の両端部には、外側(下側)に膨出する膨出部133a、133bが形成されている。
 第2水タンク130Bは、排気チューブ基本面111に対向する本体部134と、この本体部134の上側端部から排気チューブ21側に略90度に折り曲げられた上面部135と、本体部131の下側端部から排気チューブ21側に略90度に折り曲げられた下面部136とを備えて、横断面形状が上記第1水タンク130Aよりも浅いコの字状を成している。
 上面部135の長手方向における流出側開口部113bに対応する側の端部には、第1水タンク130Aと同様に、外側(上側)に膨出する膨出部135aが形成されている。また、下面部136の長手方向の両端部には、第1水タンク130Aと同様に、外側(下側)に膨出する膨出部136a、136bが形成されている。
 第1水タンク130Aと第2水タンク130Bとは、コの字状断面の開口側が互いに接合されて、断面四角形状を成す筒状の水タンク130を形成している。水タンク130の長手方向の両端部は、外部に開口する開口側端部130C、130Dとなっている。そして、両開口側端部130C、130Dのうち、後述する入口ガスタンク140側となる開口側端部130Cには、水タンク膨出部としての膨出部133cが形成されている。
 膨出部133cは、四角形状を成す開口側端部130Cの下側の辺の中央部で、この下側の辺よりも外側(下側)に膨出するようにして、且つ上述した膨出部133aに繋がるように形成されている。
 入口ガスタンク140は、排気管からの排気を内部に流通させて、この排気を複数の排気チューブ21に分配供給するための排気流路140Cを形成するものであり、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、二重構造を成している。
 外側ガスタンク140Aは、外形形状が直方体状を成して、排気チューブ21側となる一方の面が開口する半容器体として形成されている。開口している部位は、開口部141となっている。開口部141は、四角形状を成している。この開口部141と対向する側となる他方の面の下方には、バーリング部を備え、フランジ148接続用となる円形のフランジ孔142が形成されている。また、外側ガスタンク140Aの上側となる面には、入口水パイプ170の接続用のパイプ孔143が形成されている。
 更に、外側ガスタンク140Aの下側となる外側壁部144には、ガスタンク膨出部としての膨出部(図示せず)が形成されている。膨出部は、四角形状を成す開口部141の下側の辺の中央部で、この下側の辺よりも外側(下側)に膨出すると共に、フランジ孔142側に向けて順次膨出量が小さくなるように形成されている。膨出部145は、外側ガスタンク140Aにおいてパイプ孔143の形成された面に対向する(反対側となる)面に設けられている。
 内側ガスタンク140Bは、漏斗状を成して内部に排気流路140Cを形成するものであり、排気チューブ21側となる一方側に四角形状を成す開口部146が形成され、他方側にバーリング部を備え、フランジ148接続用となる円形のフランジ孔147が形成されている。開口部146は一方の開口部に対応し、フランジ孔147は他方の開口部に対応する。他方の開口部は、一方の開口部を貫く軸線に沿った方向に開口している。
 内側ガスタンク140Bは、外側ガスタンク140Aの内部に挿入され、開口部146の外周面と、膨出部145を除く開口部141の内周面とが互いに接合され、またフランジ孔147のバーリング部の外周面と、フランジ孔142のバーリング部の内周面とが互いに接合されて、入口ガスタンク140が形成されている。
 このように形成される入口ガスタンク140は、内側ガスタンク140Bと外側ガスタンク140Aとの二重構造によって、内側ガスタンク140Bの排気流路140Cの外側、つまり内側ガスタンク140Bと外側ガスタンク140Aとの間に外側空間140Dを備えるタンクとなっている。外側空間140Dは、膨出部145を介して入口ガスタンク140の外部と連通している。
 入口ガスタンク140には、排気ガス再循環装置における相手側排気管との接続用のフランジ148が接合されている。フランジ148は、外形が菱形状を成す板部材であり、中心部に連通孔148aが形成され、また両端側にボルトによる締結用のボルト孔(雌ねじ)148bが形成されている。
 連通孔148aと、入口ガスタンク140のフランジ孔142、146とが連通するようにして、フランジ148は、入口ガスタンク140に接合されている。そして、入口ガスタンク140の開口部146の内周面は、複数積層された排気チューブ21の区画部112Aの外周面に接合されている。よって、内側ガスタンク140Bの排気流路140Cは、各排気チューブ21内の排気流路21aと連通している。
 出口ガスタンク160は、漏斗状を成して内部に排気流路を形成するものであり、排気チューブ21側となる一方側に四角形状を成す開口部161が形成され、他方側にバーリング部を備え、フランジ163接続用となる円形のフランジ孔162が形成されている。出口ガスタンク160には、排気ガス再循環装置における相手側排気管との接続用のフランジ163が接合されている。
 フランジ163は、上記フランジ148と同様に、外形が菱形状を成す板部材であり、中心部に連通孔が穿設され、また両端側にボルトによる締結用のボルト孔(雌ねじ)が形成されている。連通孔と、出口ガスタンク160のフランジ孔162とが連通するようにして、フランジ163は、出口ガスタンク160に接合されている。そして、出口ガスタンク160の開口部161の内周面は、複数積層された排気チューブ21の区画部112Aの外周面に接合されている。よって、出口ガスタンク160の内部となる排気流路は、各排気チューブ21内の排気流路21aと連通している。
 そして、第1水タンク130A、第2水タンク130Bは、排気チューブ積層方向から複数積層された排気チューブ21の外側を覆うように組付けされて、排気チューブ21は水タンク130内に収容された形となっている。水タンク130の開口側端部130C、130Dの内周面は、各ガスタンク140の開口部141、161の外周面に接合されている。
 よって、水タンク130の膨出部133a、136aによって形成される空間と、複数積層された排気チューブ21の側面部における開口部113aとが連通している。また、水タンク130の膨出部132a、135aによって形成される空間と、複数積層された排気チューブ21の側面部における開口部113bとが連通している。また、排気チューブ21の側面部と膨出部133b、136bとの間には空間が形成されている。
 また、最外方の排気チューブ21(排気チューブ基本面111)と本体部131、134との間には、各排気チューブ21間に形成される冷却水流路115と同様の冷却水流路115が形成されている。更に、排気チューブ21の上側の側面部と上面部132、135との間、および排気チューブの下側の側面部と下面部133、136との間には隙間が形成されている。水タンク130の内部で排気チューブ21の外側に形成される空間が水タンク内空間となっている。
 更に、水タンク130の膨出部133cの内周面が、入口ガスタンク140の膨出部145の外周面に接合され、膨出部133cと膨出部145とが接続されている。この両膨出部133c、145によって、両膨出部133c、145の内側に流路が形成されて、この流路が連通部150となっている。連通部150によって、水タンク130の膨出部133a、136aによって形成される空間と、入口ガスタンク140の外側空間とが連通している。
 入口水パイプ170は、エンジンから流出される冷却水が流入する冷却流体流入口を形成するものであり、管部材から形成されている。入口水パイプ170の先端部は、外側ガスタンク140Aのパイプ孔143に挿入されて接合されている。入口水パイプ170は、入口ガスタンク140の外側空間140Dと連通している。
 出口水パイプ180は、排気チューブ21の冷却水流路115を流通した冷却水が流出する冷却流体流出口を形成するものであり、管部材から形成されている。出口水パイプ180の先端部は、水タンク130の膨出部132aにおけるパイプ孔132bに挿入されて接合されている。出口水パイプ180は、水タンク130の膨出部132a、135aによって形成される空間と連通している。
 本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
 上記実施形態では、フィン22および冷却水流路形成部3(排気チューブ21)の芯材31を、共にアルミニウム合金製とした例について説明したが、これに限らず、ステンレス製としてもよい。
 この場合、フィン22を構成するステンレス材料には、ステンレス材料の主成分である鉄の電位を貴とする第1成分が添加されている。冷却水流路形成部3の芯材31を構成するステンレス材料には、ステンレス材料の主成分である鉄の電位を貴とする第2成分が添加されている。第1成分および第2成分は、同一の金属成分であり、Cr、Mo、Ni、Ti、Cuのなかから選択された1種以上の金属成分を採用することができる。
 さらに、フィン22を構成するステンレス材料、および、冷却水流路形成部3の芯材31を構成するステンレス材料には、冷却水流路形成部3およびフィン22の接合部5の強度を高める第3成分が添加されている。第3成分は、Ni、Mn、Cu、Mo、Vのなかから選択された1種以上の金属成分を採用することができる。
 上記実施形態では、フィン22の排気の流れ方向での断面形状について、凸部41の頂点に直線状部分を含む形状を採用した例について説明したが、これに限らず、凸部41の頂点に直線状部分を含まない形状を採用してもよい。
 上記実施形態では、冷却水流路形成部3(排気チューブ21)の芯材31の両面にろう材32を配置した例について説明したが、これに限らず、少なくとも芯材31のうちフィン22が接合される面にろう材32が配置されていればよい。
 上記実施形態では、フィン22としてオフセットフィンを採用した例について説明したが、コルゲートフィンやストレートフィンを採用してもよい。

Claims (5)

  1.  燃焼により発生する排気と冷却媒体との間で熱交換を行うことで、前記排気を冷却する排気熱交換器であって、
     内部を前記冷却媒体が流通し、外部を前記排気が流通する冷却媒体流路形成部材(3)と、
     前記冷却媒体流路形成部材(3)の外表面にろう付け接合され、前記排気と前記冷却媒体との間での熱交換を促進させる合金製のフィン(22)とを備え、
     前記冷却媒体流路形成部材(3)は、合金製の芯材(31)の表面に、前記フィン(22)を接合するためのろう材(32)がクラッドされたクラッド材により構成されており、
     前記ろう材(32)は、前記芯材(31)よりも電位が卑になっており、
     前記フィン(22)を構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第1成分が添加されており、
     前記冷却媒体流路形成部材(3)の前記芯材(31)を構成する合金材料には、当該合金材料の主成分の電位を貴とする第2成分が添加されており、
     前記第1成分と前記第2成分とが、同一の金属成分である排気熱交換器。
  2.  前記フィン(22)を構成する合金材料、および、前記冷却媒体流路形成部材(3)の前記芯材(31)を構成する合金材料には、前記冷却媒体流路形成部材(3)および前記フィン(22)の接合部(5)の強度を高める第3成分が添加されている請求項1に記載の排気熱交換器。
  3.  前記冷却媒体流路形成部材(3)は、前記芯材(31)の両面にろう材(32)がクラッドされたクラッド材により構成されており、
     前記冷却媒体流路形成部材(3)には、前記冷却媒体流路形成部材(3)の内表面同士がろう付け接合されることにより形成された内柱部(33)が設けられている請求項1または2に記載の排気熱交換器。
  4.  前記冷却媒体流路形成部材(3)の前記芯材(31)、および前記フィン(22)は、アルミニウム合金により構成されており、
     前記第1成分および前記第2成分は、Cu、Mg、Mnのなかから選択された1種以上の金属成分である請求項1ないし3のいずれか1つに記載の排気熱交換器。
  5.  前記冷却媒体流路形成部材(3)の前記芯材(31)、および前記フィン(22)は、アルミニウム合金により構成されており、
     前記第3成分は、Cu、Mn、Siのなかから選択された1種以上の金属成分である請求項2に記載の排気熱交換器。
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