| 【発明の名称】 |
多管式ＥＧＲガス冷却装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】滝川 一儀
【氏名】杉山 元治
【氏名】宮内 祐治
【氏名】後藤 忠弘
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| 【要約】 |
【課題】伝熱管の内部に設けるフィンを管体と一体化構造とすることによって、組立て工数の削減とコスト低減をはかるとともに、管体の伝熱性能を高め、安定した熱交換率が得られる多管式ＥＧＲガス冷却装置を提供する。
【解決手段】胴管の内部に配設されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部にはＥＧＲガスの流入口と流出口が設けられた端部キャップが固着され、前記端部キャップに締結用フランジが固着された構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、内部に管壁部と一体で管径方向で内側に突出しかつ管軸方向に連続したフィン部を有する伝熱管を用いる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 端部付近に冷却媒体流入口および冷却媒体流出口が設けられた胴管の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部付近にはＥＧＲガスの流入口と流出口が設けられた端部キャップが固着され、該端部キャップのガス流入口および流出口の外側開口端部に締結用フランジが外嵌固着された構造の多管式ＥＧＲガス冷却装置において、前記伝熱管は内部に管壁部と一体で管径方向で内側に突出しかつ管軸方向に連続したフィン部を有してなることを特徴とする多管式ＥＧＲガス冷却装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの冷却液などを冷媒とするＥＧＲガスの冷却装置に係り、より詳しくは管内部にフィンを設けて伝熱性能を高めた伝熱管を使用した多管式ＥＧＲガス冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】排気ガスの一部を排気系から取出して、再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加える方法は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）と称される。ＥＧＲはＮＯｘ（窒素酸化物）の発生抑制、ポンプ損失の低減、燃焼ガスの温度低下に伴う冷却液への放熱損失の低減、作動ガス量・組成の変化による比熱比の増大と、これに伴うサイクル効率の向上など、多くの効果が得られることから、エンジンの排気ガス浄化や熱効率を改善するには有効な方法とされている。
【０００３】しかるに、ＥＧＲガスの温度が高くなりかつＥＧＲガス量が増大すると、その熱作用によりＥＧＲバルブの耐久性が劣化し、早期破損を招く場合があったり、その防止のために水冷構造とする必要があることや吸気温度の上昇に伴い充填効率の低下による燃費の低下などが認識されている。このような事態を避けるため、エンジンの冷却液などによってＥＧＲガスを冷却する装置が用いられている。この装置としては、一般に多管式の熱交換器が利用される。
【０００４】この場合に利用される多管式の熱交換器は、図１３にその一例を示すごとく、両端部に冷却媒体流入口Ｐ１および冷却媒体流出口Ｐ２を設けた胴管（シェル）１内部において、直管で構成された伝熱管群２の両端部が板金製のチューブシート３にろう付けにより固定され、一方、チューブシート３はその外周端部を胴管１の内壁にろう付けにより固着され、前記胴管１の一方の端部にはＥＧＲガスの流入口４−１が設けられた端部キャップ（ボンネット）４が固着され、また他方の端部にはＥＧＲガスの流出口４−２が設けられた端部キャップ４が固着された構成となし、かつ前記端部キャップ４のガス流入口４−１およびガス流出口４−２の外側開口端部に締結用フランジ５が外嵌固着された構造となっている。６は伝熱管群２を保持するバッフルプレートである。
【０００５】しかしながらこのような多管式熱交換器の伝熱管にあっては、通常の熱交換器がそうであるように伝熱管の長さ方向全長にわたり、その内周面が平滑で単純な円形の管体を使用しているため、該管体内に流入するＥＧＲガスはほとんど流過抵抗なしに円滑に流れる結果、ＥＧＲガスは伝熱管内で撹拌されることなく、ＥＧＲガスから伝熱管への熱伝達が十分になされず、ＥＧＲガスの冷却効率が低くならざるを得なかった。
【０００６】かかる対策として、従来、伝熱管内に突起物を設けてガス流の乱れを積極的に増大させることによって管体の伝熱性能を高める手段がある。この手段としては、例えば伝熱管の内部にスパイラル状の凸条を形成すると共に、当該伝熱管内に板状のフィンを挿入して前記スパイラル状の凸条に接合し、スパイラル状の凸条と板状フィンとによってガス流の乱れを増大させる方法（特開平１１−１０８５７８号公報など参照）などが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来の管体の伝熱性能を高める手段には以下に記載する欠点がある。すなわち、管内に板状の仕切板またはフィンを設ける方法や、スパイラル状の凸条と板状フィンとを組合わせて突起物を構成する方法は、いずれも管体と仕切板または板状フィンを別々に製造し、組立てなければならない上、組立てはフィンを管内に挿入、ろう付けして行われるため、管体の製造および管とフィンの組立てに多大な工数がかかり、コストが高くつく。また、管体とフィン間にろう付け部が必ず存在するため該ろう付け部が熱障壁となってフィンからの熱が伝熱管の管壁に伝播されにくく、さらに、前記ろう付け部にボイド（気泡）が存在すると伝達熱量がさらに低下し、高い伝熱性能が得られにくいという難点があった。
【０００８】本発明は上記した従来の多管式熱交換器の問題を解決するためになされたもので、伝熱管の内部に設けるフィンを管体と一体化構造とすることによって、組立て工数の削減とコスト低減をはかるとともに、管体の伝熱性能を高め、安定した熱交換率が得られる多管式ＥＧＲガス冷却装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決する手段として、主としてステンレス鋼製の電縫鋼管や鍛接鋼管あるいはＵＯ鋼管などの溶接鋼管の製造方法や、各種の方法により製管された管体の外壁を中心に向かって押圧する方法などを利用して、伝熱管の内部に設けるフィンを管体と一体化構造としたもので、その要旨は、端部付近に冷却媒体流入口および冷却媒体流出口が設けられた胴管の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部付近にはＥＧＲガスの流入口と流出口が設けられた端部キャップが固着され、該端部キャップのガス流入口および流出口の外側開口端部に直接、あるいはＥＧＲ配管部を介して締結用フランジが外嵌固着された構造の多管式ＥＧＲガス冷却装置において、前記伝熱管は内部に管壁部と一体で管径方向で内側に突出しかつ管軸方向に連続したフィン部を有してなることを特徴とするものである。
【００１０】本発明では伝熱管の管壁部とフィン部とが一体化されていることにより、フィン部から管壁への熱伝達においてろう材やボイド（気泡）などの熱障壁が全く存在しないため、管壁付近を流れるＥＧＲガス流からの熱のみならず、管軸中心付近を流れるＥＧＲガス流からの熱も管壁部へ速やかにかつ確実に伝達してエンジン冷却水に伝熱させることができる。
【００１１】また、管壁部とフィン部とが一体構造の伝熱管は、前記したごとく電縫鋼管や鍛接鋼管あるいはＵＯ鋼管などの溶接鋼管の製造方法、多重巻管製造法や、各種の方法により製管された管体の外壁を中心に向かって押圧する方法などを利用して製造するので、管とフィンを別々に製造する必要がなく、フィンを管内に挿入してろう付けする作業も不要となるので組立て工数を大幅に削減できる。さらに、フィン部は管壁部と一体であるため振動、衝撃にも強い。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る多管式ＥＧＲガス冷却装置における伝熱管の第１実施例を示す縦断面図、図２は同じく伝熱管の第２実施例を示す縦断面図、図３は同じく伝熱管の第３実施例を示す縦断面図、図４は同じく伝熱管の第４実施例を示す縦断面図、図５は同じく伝熱管の第５実施例を示す縦断面図、図６は同じく伝熱管の第６実施例を示す縦断面図、図７は同じく伝熱管の第７実施例を示す縦断面図、図８は同じく伝熱管の第８実施例を示す縦断面図、図９は同じく伝熱管の第９実施例を示す縦断面図、図１０は同じく伝熱管の第１０実施例を示す縦断面図、図１１は同じく伝熱管の第１１実施例を示す縦断面図、図１２は同じく伝熱管の第１２実施例を示す縦断面図である。
【００１３】本発明に係る多管式ＥＧＲガス冷却装置は、前記図１３に示すごとく、両端部に冷却媒体流入口Ｐ１および冷却媒体流出口Ｐ２を設けた胴管（シェル）１内部において、直管で構成された伝熱管群２の両端部が板金製のチューブシート３にろう付けにより固定され、一方、チューブシート３はその外周端部を胴管１の内壁にろう付けにより固着され、前記胴管１の一方の端部にはＥＧＲガスの流入口４−１が設けられた端部キャップ（ボンネット）４が固着され、また他方の端部にはＥＧＲガスの流出口４−２が設けられた端部キャップ４が固着された構成となし、かつ前記端部キャップ４のガス流入口４−１およびガス流出口４−２の外側開口端部に締結用フランジ５が外嵌固着された構造と同様のものである。
【００１４】ここで、上記多管式ＥＧＲガス冷却装置に使用する伝熱管を図１〜図１２を参照して説明する。図１に示す伝熱管２ａは内部に管壁部２ａ−１と一体で管径方向で内側に管内径より若干短い長さ突出しかつ管軸方向に連続した、管内径より若干短い長さのフィン部２ａ−２を有するもので、その製造方法はフープ材（ＳＵＳ３１６Ｌなど）をロール成形によって円筒状に成形する際、該フープ材の一端側を内側径方向へ所定の長さ折曲げてフィン部２ａ−２を形成し、該フィン部２ａ−２の付根部にフープ材の他端を例えばＴＩＧ溶接法などを用いて接合することにより製造される。２ａ−３は溶接ビードである。
【００１５】図２に示す伝熱管２ｂは内部に管壁部２ｂ−１と一体で管径方向で内側に管内径より若干長い長さを有して突出しその先端部が管内壁に添って曲げられて管内を２室に区分するようにろう付けされ、かつ管軸方向に連続したフィン部２ｂ−２を有するもので、その製造方法は少なくとも一端側にろう材めっき付きのフープ材をロール成形によって円筒状に成形する際、該フープ材の一端側を内側へ所定の長さ折曲げてフィン部２ｂ−２を形成し、該フィン部２ｂ−２の付根部にフープ材の他端を例えばＴＩＧ溶接法などを用いて接合した後、フィン部２ｂ−２の先端屈曲部２ｂ−３を管内壁部にろう付けすることにより製造される。２ａ−４は溶接ビード、２ｂ−５はろう付け部である。
【００１６】図３に示す伝熱管２ｃは図１に示すものと同様、内部に管壁部２ｃ−１と一体で管径方向で内側に管内径より若干短い長さ突出しかつ管軸方向に連続した、管内径より若干短い長さのフィン部２ｃ−２を有するとともに、接合部にラップ部を設けたもので、その製造方法はフープ材をロール成形によって円筒状に成形する際、該フープ材の一端側を内側へ所定の長さ折曲げてフィン部２ｃ−２を形成し、該フィン部２ｃ−２の付根部にフープ材の他端を重ねてラップ部２ｃ−３をつくり、このラップ部をＴＩＧ溶接法などを用いて接合した後、ダイス空引を行ってラップ部の段差をなくして管外周面を平滑にすることにより製造される。２ｃ−４は溶接ビードである。なおろう材をめっきしたフープ材を使用し、ラップ部２ｃ−３をろう付けするとさらによい。
【００１７】図４に示す伝熱管２ｄは内部に管壁部２ｄ−１と一体で管径方向で内側に突出しかつ管軸方向に連続した、管径方向に長いフィン部２ｄ−２と短いフィン部２ｄ−３を有するもので、その製造方法はフープ材（ＳＵＳ３１６Ｌなど）をロール成形によって円筒状に成形する際、該フープ材の両端をそれぞれ一方は長く、他方は短く内側へ折曲げてフィン部２ｄ−２と２ｄ−３を形成し、その継目部をＴＩＧ溶接法などを用いて接合することにより製造される。２ｄ−４は溶接ビードである。なお短いフィン部２ｄ−３は二点鎖線の如く長いフィン部２ｄ−２と同じ長さにしてもよく、またろう材をめっきしたフープ材を使用し、短いフィン部２ｄ−３をろう付けするとさらに好ましい。
【００１８】図５に示す伝熱管２ｅは内部に管壁部２ｅ−１と一体で管径方向で内側に突出するとともに先端部が二股状に形成されかつ管軸方向に連続した、管径方向に長い屈曲フィン部２ｅ−２、２ｅ−３を有するもので、その製造方法はフープ材をロール成形によって円筒状に成形する際、該フープ材の両端をそれぞれ内側へ折曲げるともにその先端部をさらに二股状に屈曲させてフィン部２ｅ−２、２ｅ−３を形成し、その継目部をＴＩＧ溶接法などを用いて接合することにより製造される。２ｅ−４は溶接ビードである。なおろう材をめっきしたフープ材を使用し、両フィン部２ｅ−２、２ｅ−３をろう付けするとさらに好ましい。
【００１９】図６に示す伝熱管２ｆは内部に管壁部２ｆ−１と一体で管径方向で内側に突出しかつ管軸方向に連続した、管径方向に長い二股状のフィン部２ｆ−２、２ｆ−３を有するもので、その製造方法はフープ材をロール成形によって円筒状に成形する際、該フープ材の両端をそれぞれ内側へ二股状に折曲げてフィン部２ｆ−２、２ｆ−３を形成し、その継目部をＴＩＧ溶接法などを用いて接合することにより製造される。２ｆ−４は溶接ビードである。
【００２０】図７に示す伝熱管２ｇは内部に管壁部２ｇ−１と一体で管径方向で内側に突出しかつ管軸方向に連続した、断面Ｓ字形のフィン部２ｇ−２を有するとともに、接合部にラップ部を設けたもので、その製造方法は好ましくはろう材をめっきしたフープ材をロール成形によって円筒状に成形する際、該フープ材の一端側を内側へ断面Ｓ字形に折曲げてフィン部２ｇ−２を形成し、該フィン部２ｇ−２の付根部にフープ材の他端を重ねてラップ部２ｇ−３をつくり、このラップ部をＴＩＧ溶接法などを用いて接合した後、フィン部２ｇ−２の先端部を管内壁部にろう付けし、その後ダイス空引を行ってラップ部の段差をなくして管外周面を平滑にすることにより製造される。２ｇ−４は溶接ビード、２ｇ−５はろう付け部である。
【００２１】上記図１〜図７に示す伝熱管２ａ〜２ｇは、管体をロール成形する際にフィン部を形成し、その継目部をＴＩＧ溶接法などを用いて接合して製造する方式を例示したものであるが、図８〜図１０に示す伝熱管２ｈ〜２ｊは、予め所定の径に製管した管体の外壁を中心に向かって押圧する方法などを利用してフィン部を形成する方法を採用したものである。すなわち、図８に示す伝熱管２ｈは内部に管壁部２ｈ−１と一体で管径方向で内側に突出しかつ管軸方向に連続した、管径方向に長い二重構造のフィン部２ｈ−２を有するもので、その製造方法は予め所定の径に製管した管体の管壁部２ｈ−１の１か所を中心に向かって押圧することにより、管内径より若干短い長さを有する二重構造の２ｈ−２を形成して製造される。なお管壁部２ｈ−１の外面側に予めろう材をめっきするなどして、フィン部２ｈ−２を相互にろう付けするとさらに好ましい。
【００２２】図９に示す伝熱管２ｉは内部に管壁部２ｉ−１と一体で管径方向で内側に突出しかつ管軸方向に連続した、直径線上で相対向する一対の管径方向に長い二重構造のフィン部２ｉ−２を有するもので、その製造方法は予め所定の径に製管した管体の管壁部２ｉ−１の直径線上の相対向する２か所を管中心に向かって押圧することにより、管半径とほぼ同じ長さの直径線上で相対向する一対の二重構造のフィン部２ｉ−２を形成して製造される。なおろう材をめっきしたフープ材を使用し、フィン部２ｉ−２をろう付けするとさらによい。
【００２３】図１０に示す伝熱管２ｊは内部に管壁部２ｊ−１と一体で管径方向に１２０度間隔で突出しかつ管軸方向に連続した、３個の管径方向に長い二重構造のフィン部２ｊ−２を有するもので、その製造方法は予め所定の径に製管した管体の管壁部２ｊ−１を１２０度の間隔を置いてその外周面の３か所を管中心に向かって押圧することにより、管半径とほぼ同じ長さの二重構造のフィン部２ｊ−２を３個形成して製造される。なおろう材をめっきしたフープ材を使用し、フィン部２ｊ−２をろう付けするとさらによい。
【００２４】図１１、図１２に示す伝熱管２ｋ、２ｌは二重巻製管法により製造するもので、図１１に示す伝熱管２ｋは内部に二重巻管体の管壁部２ｋ−１と一体で管径方向に管内径より若干短い長さ突出しかつ管軸方向に連続した、管内径より若干短い長さのフィン部２ｋ−２を有するもので、その製造方法は表面にろう材が施されたフープ材を管体に塑性変形する際、その二重巻管体の内側端部を内側径方向へ所定の長さ折曲げてフィン部２ｋ−２を形成し、その状態で該二重巻管体の壁間にあるろう材を加熱して溶融した後、その溶融したろう材を冷却凝固して製造される。
【００２５】図１２に示す伝熱管２ｌは内部に二重巻管体の管壁部２ｌ−１と一体で管径方向に突出しその先端部が管内壁に添って曲げられて管内を２室に区分するようにろう付けされ、かつ管軸方向に連続したフィン部２ｌ−２を有するもので、その製造方法は表面にろう材が施されたフープ材を管体に塑性変形する際、その二重巻管体の内側端部を内側径方向へ所定の長さ折曲げるとともにその先端部を内壁に重合してフィン部２ｌ−２を形成し、その状態で該二重巻管体の壁間にあるろう材を加熱して溶融した後、その溶融したろう材を冷却凝固して製造される。なお、ろう付けは伝熱管を製造する時に実施してもよいが、ＥＧＲガス冷却装置の組立て時に一括してろう付けすることが好ましい。
【００２６】
【発明の効果】本発明に係る多管式ＥＧＲガス冷却装置は上記のごとく、管壁部とフィン部とが一体化された伝熱管を使用したので、フィン部から管壁への熱伝達においてろう材やボイド（気泡）などの熱障壁が全く存在しないため、管壁付近を流れるＥＧＲガス流からの熱のみならず、管軸中心付近を流れるＥＧＲガス流からの熱も管壁部へ速やかにかつ確実に伝達してエンジン冷却水に伝熱させることができるので、伝熱性能が高められる。また、管壁部とフィン部とが一体構造の伝熱管は、電縫鋼管や鍛接鋼管あるいはＵＯ鋼管などの溶接鋼管の製造方法、多重巻製管法や、各種の方法により製管された管体の外壁を中心に向かって押圧する方法などを利用して製造するので、管とフィンを別々に製造する必要がなく、フィンを管内に挿入してろう付けする作業も不要となるので組立て工数を大幅に削減でき、製造コストを低減できる。さらに、フィン部は管壁部と一体であると共にフィンのリブとしても機能するため耐振性も優れるなどの効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１２０２４９
【氏名又は名称】臼井国際産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年２月１６日（２０００．２．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００４６７１９
【弁理士】
【氏名又は名称】押田 良輝
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２２７４１３（Ｐ２００１−２２７４１３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年８月２４日（２００１．８．２４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３８８９７（Ｐ２０００−３８８９７） |
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