JP2003279293A - 排気熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスクーラにおいて、熱伝達率の向上及びＰ
Ｍの堆積防止を図る。 【解決手段】 オフセット型のインナーフィン１２の平
板部１２ｂにハの字状に配置した三角状のルーバ１３を
設けるとともに、排気の流通方向から見て、ハの字構成
する２枚のルーバ１３間の略中央が、この２枚のルーバ
１３の下流側に位置するセグメント１２ａと略重なるよ
うな部位に位置させる。これにより、２つに縦渦のうち
一方がセグメント１２ａの一方の面を移動し、他方の縦
渦がセグメント１２ａの他方の面を移動していくので、
セグメント１２ａの両面近傍のガス流速が縦渦により増
速され、セグメント１２ａに堆積したＰＭを吹き飛ばす
ようにして熱伝達率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関から排出
される排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換
装置に関するもので、ＥＧＲ（排気再循環装置）用の排
気を冷却するガスクーラに適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図７は
出願人が試作検討しているガスクーラ用のインナーフィ
ン１２であり、このインナーフィン１２はＥＧＲ用の排
気が流通するチューブ内に配設されて排気と冷却水との
熱交換を促進するものである。

【０００３】そして、この試作に係るインナーフィン１
２では、その一部を切り起こして三角状のルーバ１３を
設けることにより、チューブ内の流通する排気の流れを
乱して渦を発生させて、インナーフィン１２と排気との
熱伝達率の向上を図りながら、インナーフィン１２近傍
のガス流速を高めてインナーフィン１２に付着したＰａ
ｔｉｃｕｒａｔｅ Ｍａｔｔｅｒｓ（すす）等の未燃焼
物質を吹き飛ばしてＰＭがインナーフィン１２に堆積し
ていくことを防止している。

【０００４】しかし、この試作に係るインナーフィン１
２は、排気をルーバ１３に衝突させてルーバ１３を乗り
越えてルーバ１３の根元側に向かって流れる排気により
誘起される縦渦によってインナーフィン１２近傍のガス
流速を高めているので、ルーバ１３の根元側及び先端側
は縦渦によってガス流速が高められるものの、図７のＡ
部、すなわちオフセット型のインナーフィン１２のセグ
メント壁面に近傍におけるガス流速がルーバ１３の根元
側に比べて低いので、セグメントの壁面にＰＭが付着堆
積し易いという問題が新たに発生した。

【０００５】本発明は、上記点に鑑み、排気熱交換装置
において、熱伝達率の向上及びＰＭの堆積防止を図るこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、燃焼により
発生した排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交
換器であって、排気が流通するとともに、断面形状が扁
平状に形成された排気チューブ（１１）と、排気チュー
ブ（１１）内に配設され、排気チューブ（１１）の短径
方向と略平行な板状のセグメント（１２ａ）が排気チュ
ーブ（１１）の長手方向に千鳥状に設けられたオフセッ
ト型のインナーフィン（１２）と有し、排気チューブ
（１１）内のうち長径方向と略平行な平板部（１２ｂ）
には、排気流れ下流側に向かうほど平板部（１２ｂ）か
らの距離が大きくなるように略三角状に形成されたルー
バ（１３）が、２枚１組として排気流れ下流側に向けて
複数組並んで設けられているとともに、ルーバ（１３）
のうち組をなす２枚のルーバ（１３）は、排気流れ下流
側に向かうほど、ルーバ（１３）間の距離が増大するよ
うにハの字状に並んでおり、さらに、排気の流通方向か
ら見て、ルーバ（１３）のうち組をなす２枚のルーバ
（１３）間の略中央は、この組をなす２枚のルーバ（１
３）の排気流れ下流側に位置するセグメント（１２ａ）
と略重なるような部位に位置していることを特徴とす
る。

【０００７】これにより、組をなす２枚のルーバ（１
３）により誘起された２つに縦渦のうち一方がセグメン
ト（１２ａ）の一方の面を移動し、他方の縦渦がセグメ
ント（１２ａ）の他方の面を移動していくことなる。

【０００８】したがって、セグメント（１２ａ）の両面
近傍のガス流速が縦渦により増速されるので、セグメン
ト（１２ａ）に堆積したＰＭを吹き飛ばすようにして熱
伝達率を向上させる。

【０００９】延いては、ルーバ（１３）の根元側、つま
り平板部（１２ｂ）及びセグメント（１２ａ）の近傍の
ガス流速を高めて堆積したＰＭを吹き飛ばすことができ
るので、排気熱交換装置の熱伝達率の向上及びＰＭの堆
積防止を確実に図ることができる。

【００１０】請求項２に記載の発明では、燃焼により発
生した排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換
器であって、排気が流通するとともに、断面形状が扁平
状に形成された排気チューブ（１１）と、排気チューブ
（１１）内に配設され、排気チューブ（１１）の短径方
向と略平行な板状のセグメント（１２ａ）が排気チュー
ブ（１１）の長手方向に千鳥状に設けられたオフセット
型のインナーフィン（１２）と有し、排気チューブ（１
１）内のうち長径方向と略平行な平板部（１２ｂ）に
は、排気流れ下流側に向かうほど平板部（１２ｂ）から
の距離が大きくなるように略三角状に形成されたルーバ
（１３）が、２枚１組として排気流れ下流側に向けて複
数組並んで設けられているとともに、ルーバ（１３）の
うち組をなす２枚のルーバ（１３）は、排気流れ下流側
に向かうほど、ルーバ（１３）間の距離が増大するよう
にハの字状に並んでおり、さらに、排気の流通方向から
見て、ルーバ（１３）のうち組をなす２枚のルーバ（１
３）間の略中央は、長径方向において隣り合うセグメン
ト（１２ａ）間の略中央に位置していることを特徴とす
る。

【００１１】これにより、請求項１に記載の発明と同様
に、セグメント（１２ａ）に堆積したＰＭを吹き飛ばす
ようにして熱伝達率を向上させるので、ルーバ（１３）
の根元側、つまり平板部（１２ｂ）及びセグメント（１
２ａ）の近傍のガス流速を高めて堆積したＰＭを吹き飛
ばすことができ、排気熱交換装置の熱伝達率の向上及び
ＰＭの堆積防止を確実に図ることができる。

【００１２】なお、請求項３に記載の発明のごとく、平
板部（１２ｂ）をセグメント（１２ａ）と一体化してイ
ンナーフィン（１２）の一部を構成させ、さらに、平板
部（１２ｂ）の一部を切り起こすことによりルーバ（１
３）を形成してもよい。

【００１３】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本実施形態は、本発明に係る排気
熱交換装置をディーゼル式のエンジン用排気冷却装置に
適用したものであり、図１は本実施形態に係る排気冷却
装置（以下、ガスクーラと呼ぶ。）１０を用いたＥＧＲ
（排気再循環装置）の模式図である。

【００１５】そして、排気再循環管３０はエンジン３１
から排出される排気の一部をエンジン３１の吸気側に還
流させる配管である。

【００１６】ＥＧＲバルブ３２は排気再循環管３０の排
気流れ途中に配設されて、エンジン３１の稼働状態に応
じて排気量を調節する周知のものであり、ガスクーラ１
０は、エンジン３１の排気側とＥＧＲバルブ３２との間
に配設されて排気とエンジンの冷却水との間で熱交換を
行い排気を冷却する。

【００１７】次に、ガスクーラ１０の構造について述べ
る。

【００１８】図２はガスクーラの外観図（一部断面図）
であり、チューブ１１は排気が流通する排気通路１１ａ
を構成する扁平状の管であり、このチューブ１１は、図
３に示すように、所定形状にプレス成形された２枚のプ
レート１１ｂをろう付け接合することにより形成されて
いる。

【００１９】また、チューブ１１内、つまり排気通路１
１ａ内には、排気と冷却水との熱交換を促進するインナ
ーフィン１２が配設されており、このインナーフィン１
２は、図４に示すように、チューブ１１の短径方向と略
平行な板状のセグメント１２ａがチューブ１１の長手方
向、すなわち排気の流通方向に千鳥状に設けられたオフ
セット型のフィンである。

【００２０】なお、オフセット型のフィン（マルチエン
トリ型フィン）そのもののは、熱交換器設計ハンドブッ
ク（工学図書株式会社発行）や第１９回・日本伝熱シン
ポジウム講演論文集等に記載されているように公知のも
のである。

【００２１】また、セグメント１２ａと一体形成されて
インナーフィン１２の一部を構成する、チューブ１１の
長径方向と略平行な平板部１２ｂには、その一部を切り
起こすことにより、排気流れ下流側に向かうほど平板部
１２ｂからの距離が大きくなるように略三角状に形成さ
れたルーバ１３が、２枚１組として排気流れ下流側に向
けて複数組並んで設けられているとともに、ルーバ１３
のうち組をなす２枚のルーバ１３は、排気流れ下流側に
向かうほど、ルーバ１３間の距離が増大するようにハの
字状に並んでいる。

【００２２】なお、穴１３ａは、平板部１２ｂを一部を
切り起こすことにより発生した切り起こし穴であり、こ
の穴１３ａはチューブ１１、すなわちプレート１１ｂに
より閉塞された状態となる。

【００２３】そして、図３に示すように、排気の流通方
向から見て、ルーバ１３のうち組をなす２枚のルーバ１
３間の略中央が、この組をなす２枚のルーバ１３の排気
流れ下流側に位置するセグメント１２ａと略重なるよう
な部位に位置するように、組をなす２枚のルーバ１３間
の略中央を長径方向において隣り合うセグメント１２ａ
間の略中央に位置させている。

【００２４】因みに、インナーフィン１２及びチューブ
１１は耐食性に優れた金属（本実施形態では、ステンレ
ス）にプレス加工を施すことにより成形されており、イ
ンナーフィン１２及びチューブ１１はろう付けにより一
体接合されている。

【００２５】また、図２中、ケーシング２０は、複数本
のチューブ１１をその短径方向（紙面上下方向）に積層
して接合した熱交換コア１５を収納するとともに、熱交
換コア１５周りに冷却水が流通する冷却水通路１６を形
成する角パイプ状に形成されたものであり、このケーシ
ング２０は、耐食性に優れた金属（本実施形態では、ス
テンレス）製である。

【００２６】そして、ケーシング２０の長手方向一端側
（紙面右側）の開口部には、各チューブ１１に排気を分
配供給するタンク部２１を形成するとともに、排気配管
（図示せず。）を接続するためのボンネット２１ａがろ
う付けされ、一方、長手方向他端側（紙面左側）の開口
部には、熱交換を終えた排気を各チューブ１１から集合
回収するタンク部２２を形成するとともに、排気配管
（図示せず。）を接続するためのボンネット２２ａがろ
う付けされている。

【００２７】なお、コアプレート２３はチューブ１１を
保持するとともに、冷却水通路１６とタンク部２１、２
２とを仕切るものであり、このコアプレート２３及びボ
ンネット２１ａ、２２ａも耐食性に優れた金属（本実施
形態では、ステンレス）製である。

【００２８】また、ケーシング２０のうち排気の流入側
には、チューブ１１の長径方向側から冷却水を冷却水通
路１６内に導入する流入口２４が設けられ、ケーシング
２０のうち排気の流出側には、チューブ１１の短径方向
側から熱交換を終えた冷却水を排出する流出口２５が設
けられている。

【００２９】なお、本実施形態では、ケーシング２０内
における排気も流通の向きと冷却水の流通の向きとを同
一の向きとし、かつ、チューブ１１の外壁側にチューブ
１１の長径方向に延びる突起部１１ｃを設けて、冷却水
通路１６のうち流入口２４近傍を比較的に小さな空間に
仕切り、排気入口近傍における冷却水の流速を増大させ
る増速手段を構成しているとともに、チューブ１１間の
隙間寸法を確保する位置決め手段を構成している。

【００３０】次に、本実施形態の作用効果を述べる。

【００３１】図５は本実施形態における排気流れを示す
模式図であり、ルーバ１３に衝突した排気は、ルーバ１
３を乗り越える際に排気流れが乱されて縦渦となって下
流側に流れているので、ルーバ１３の根元側、つまり平
板部１２ｂにおける排気流速が増大して、ルーバ１３の
後流側の平板部１２ｂに堆積したＰＭを吹き飛ばすよう
にして熱伝達率を向上させる。

【００３２】一方、ルーバ１３の後流側に発生した２つ
の縦渦は、この２つの縦渦を発生させたルーバ１３の下
流側に位置するセグメント１２ａまで移動していくが、
排気の流通方向から見て、組をなす２枚のルーバ１３間
の略中央が、この組をなす２枚のルーバ１３の下流側に
位置するセグメント１２ａと略重なるような部位に位置
しているので、２つに縦渦のうち一方がセグメント１２
ａの一方の面を移動し、他方の縦渦がセグメント１２ａ
の他方の面を移動していくことなる。

【００３３】したがって、セグメント１２ａの両面近傍
のガス流速が縦渦により増速されるので、セグメント１
２ａに堆積したＰＭを吹き飛ばすようにして熱伝達率を
向上させる。延いては、ルーバ１３の根元側、つまり平
板部１２ｂ及びセグメント１２ａの近傍のガス流速を高
めて堆積したＰＭを吹き飛ばすことができるので、ガス
クーラ１０の熱伝達率の向上及びＰＭの堆積防止を確実
に図ることができる。

【００３４】（その他の実施形態）上述の実施形態では
ルーバ１３を三角形状としたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、図６に示すように、ルーバ１３の後
端側のうち平板部１２ｂからの距離が最も大きくなる頂
部の角部を略９０°以上としたものである。

【００３５】なお、図６（ａ）はルーバ１３を略台形状
とすることにより頂部Ｉの角部を略９０°以上とした例
であり、図６（ｂ）に示すように、頂部Ｉの外縁形状を
滑らかな曲線状とすることにより頂部Ｉの角部を略９０
°以上とした例である。

【００３６】また、上述の実施形態では、ガスクーラ１
０に本発明に係る排気熱交換装置を適用したが、マフラ
ー内に配設されて排気の熱エネルギを回収する熱交換器
等のその他の熱交換器にも適用してもよい。

【００３７】また、上述実施形態では、インナーフィン
１２の一部を切り起こすことによりルーバ１３を形成し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、インナ
ーフィン１２と別体の板状部材にルーバ１３を形成し、
このルーバ１３が形成された板状部材をろう付け等の接
合手段によりインナーフィン１２に接合してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るガスクーラを用いたＥ
ＧＲガス冷却装置の模式図である。

【図２】本発明の実施形態に係るガスクーラの外観図で
ある。

【図３】本発明の実施形態に係るガスクーラにおける排
気通路の断面図である。

【図４】本発明の実施形態に係るガスクーラのインナー
フィンの斜視図である。

【図５】本発明の実施形態における排気流れを示す模式
図である。

【図６】本発明の変形例に係るルーバの正面図である。

【図７】試作検討に係るガスクーラのインナーフィンの
斜視図である。

【符号の説明】

１２…インナーフィン、１２ａ…セグメント、１３…ル
ーバ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼により発生した排気と冷却流体との
   間で熱交換を行う排気熱交換器であって、 前記排気が流通するとともに、断面形状が扁平状に形成
   された排気チューブ（１１）と、 前記排気チューブ（１１）内に配設され、前記排気チュ
   ーブ（１１）の短径方向と略平行な板状のセグメント
   （１２ａ）が前記排気チューブ（１１）の長手方向に千
   鳥状に設けられたオフセット型のインナーフィン（１
   ２）と有し、 前記排気チューブ（１１）内のうち長径方向と略平行な
   平板部（１２ｂ）には、排気流れ下流側に向かうほど前
   記平板部（１２ｂ）からの距離が大きくなるように略三
   角状に形成されたルーバ（１３）が、２枚１組として排
   気流れ下流側に向けて複数組並んで設けられているとと
   もに、前記ルーバ（１３）のうち組をなす２枚のルーバ
   （１３）は、排気流れ下流側に向かうほど、前記ルーバ
   （１３）間の距離が増大するようにハの字状に並んでお
   り、 さらに、前記排気の流通方向から見て、前記ルーバ（１
   ３）のうち組をなす２枚のルーバ（１３）間の略中央
   は、この組をなす２枚のルーバ（１３）の排気流れ下流
   側に位置する前記セグメント（１２ａ）と略重なるよう
   な部位に位置していることを特徴とする排気熱交換器。
2. 【請求項２】 燃焼により発生した排気と冷却流体との
   間で熱交換を行う排気熱交換器であって、 前記排気が流通するとともに、断面形状が扁平状に形成
   された排気チューブ（１１）と、 前記排気チューブ（１１）内に配設され、前記排気チュ
   ーブ（１１）の短径方向と略平行な板状のセグメント
   （１２ａ）が前記排気チューブ（１１）の長手方向に千
   鳥状に設けられたオフセット型のインナーフィン（１
   ２）と有し、 前記排気チューブ（１１）内のうち長径方向と略平行な
   平板部（１２ｂ）には、排気流れ下流側に向かうほど前
   記平板部（１２ｂ）からの距離が大きくなるように略三
   角状に形成されたルーバ（１３）が、２枚１組として排
   気流れ下流側に向けて複数組並んで設けられているとと
   もに、前記ルーバ（１３）のうち組をなす２枚のルーバ
   （１３）は、排気流れ下流側に向かうほど、前記ルーバ
   （１３）間の距離が増大するようにハの字状に並んでお
   り、 さらに、前記排気の流通方向から見て、前記ルーバ（１
   ３）のうち組をなす２枚のルーバ（１３）間の略中央
   は、前記長径方向において隣り合う前記セグメント（１
   ２ａ）間の略中央に位置していることを特徴とする排気
   熱交換器。
3. 【請求項３】 前記平板部（１２ｂ）は、前記セグメン
   ト（１２ａ）と一体化されて前記インナーフィン（１
   ２）の一部を構成しており、 さらに、前記ルーバ（１３）は、前記平板部（１２ｂ）
   の一部を切り起こすことに形成されていることを特徴と
   する請求項１又は２に記載の排気熱交換器。