| 【発明の名称】 |
熱交換器 |
| 【発明者】 |
【氏名】前田 明宏
【氏名】大河内 隆樹
【氏名】内村 克則
【氏名】柴垣 和弘
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| 【要約】 |
【課題】ＥＧＲガスクーラの熱交換効率（冷却能力）を向上させる。
【解決手段】コアケーシング１４３（排気通路１１０）内に流入したＥＧＲガスが、流通抵抗の大きいチューブ１１０間の隙間１１２を迂回して流通することを防止する案内シール壁１１３を設ける。これにより、コアケーシング１４３内に流入したＥＧＲガスの多くが、インナーフィン１１１の存在せず熱交換効率の低い部位（コア間隙間１４４）を流通してしまうことを防止しできる。したがって、熱交換効率の高いチューブ１１０間の隙間１１２に多くのＥＧＲガスを流通させることができるので、ガスクーラ１００の熱交換効率（冷却能力）を向上させることができ、ＥＧＲガスを十分に冷却することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１流体が流通する複数本のチューブ（１２０）、及び前記チューブ（１２０）間の隙間（１１２）に配設されて前記第１流体と前記チューブ（１２０）外を流通する第２流体との熱交換を促進するフィン（１１１）を有する熱交換コア（１３０）と、前記熱交換コア（１３０）を収納するとともに、前記第２流体が流通する流体通路（１１０）を構成するコアケーシング（１４３）とを備え、前記コアケーシング（１４３）内には、前記第２流体が前記チューブ（１２０）間の隙間（１１２）を迂回して流通することを防止する流体案内部（１１３）が設けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】 前記チューブ（１２０）は、所定形状にプレス成形された板材（１３１、１３２）を、その板材（１３１、１３２）の厚み方向に積層することにより構成され、前記チューブ（１２０）のうち、その長手方向と直交する幅方向の端部（１２１）は、前記コアケーシング（１４３）の内壁と所定の隙間（１４４）を有して離隔し、前記チューブ（１２０）の前記幅方向端部（１２１）と前記コアケーシング（１４３）の内壁との間に形成された前記隙間（１４４）は、前記板材（１３１、１３２）の積層方向全域に渡って連通しており、さらに、前記流体案内部（１１３）は、前記チューブ（１２０）の前記幅方向端部（１２１）と前記コアケーシング（１４３）の内壁との間に形成された前記隙間（１４４）に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】 内燃機関の排気と冷却液とを熱交換する排気熱交換器に、請求項１又は２に記載の熱交換器を適用したものであって、前記チューブ（１２０）に前記冷却液を流通させ、前記流体通路（１１０）に前記排気を流通させることを特徴とする熱交換器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器に関するもので、内燃機関から排出される排気と冷却液との間で熱交換を行う排気熱交換装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】図９は発明者等が試作検討中のＥＧＲガスクーラ（ＥＧＲ（排気再循環装置）用の排気を冷却する熱交換器）の断面図を示しており、このＥＧＲガスクーラは、排気と冷却水との間で熱交換を行う熱交換コア１３０と、この熱交換コアを収納する箱状のコアケーシング１４３から構成されている。
【０００３】なお、熱交換コア１３０は、冷却水が流通する扁平状のチューブ１２０及びチューブ１２０間の隙間１１２に配設されたフィン１１１から構成されている。また、排気は、熱交換コア１３０の周囲（コアケーシング１４３内）を流通し、チューブ１２０内を流通する冷却水と熱交換して冷却される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記試作品では、冷却水と排気との熱交換を促進すべく、チューブ１２０間の隙間にフィン１１１を配設しているが、このフィン１１１の存在により、チューブ１２０間の隙間１１２における排気の流通抵抗が増大してしまうため、コアケーシング１４３内を流通する排気は、流通抵抗の小さいフィン１１１の存在しない部位（図９のＡ部）を流通してしまう。
【０００５】このため、上記試作品では、排気の多くが、熱交換効率の低いフィンの存在しない部位Ａ（コアケーシング内のうち熱交換コアが存在しない部位）を流通してしまうので、排気を十分に冷却することが難しいという問題を有している。
【０００６】本発明は、上記点に鑑み、熱交換効率の向上を図ることを目的とする。
【０００７】
【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、第１流体が流通する複数本のチューブ（１２０）、及びチューブ（１２０）間の隙間（１１２）に配設されて第１流体とチューブ（１２０）外を流通する第２流体との熱交換を促進するフィン（１１１）を有する熱交換コア（１３０）と、熱交換コア（１３０）を収納するとともに、第２流体が流通する流体通路（１１０）を構成するコアケーシング（１４３）とを備え、コアケーシング（１４３）内には、第２流体がチューブ（１２０）間の隙間（１１２）を迂回して流通することを防止する流体案内部（１１３）が設けられていることを特徴とする。
【０００８】これにより、コアケーシング（１４３）内に流入した第２流体の多くを、フィン（１１１）が設けられたチューブ（１２０）間の隙間（１１２）に流通させることができるので、熱交換器の熱交換効率（冷却能力）を向上させることができる。
【０００９】なお、請求項２に記載の発明のごとく、所定形状にプレス成形された板材（１３１、１３２）を、その板材（１３１、１３２）の厚み方向に積層することによりチューブ（１２０）を構成するとともに、チューブ（１２０）の幅方向の端部（１２１）に隙間（１４４）を設け、かつ、チューブ（１２０）の幅方向端部（１２１）とコアケーシング（１４３）の内壁との間に形成された隙間（１４４）を板材（１３１、１３２）の積層方向全域に渡って連通させた状態で、流体案内部（１１３）をチューブ（１２０）の幅方向端部（１２１）とコアケーシング（１４３）の内壁との間に形成してもよい。
【００１０】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。
【００１１】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、本発明に係る熱交換器をディーゼルエンジン（内燃機関）用のＥＧＲガス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ＥＧＲガス冷却装置（以下、ガスクーラと呼ぶ。）１００を用いたＥＧＲ（排気再循環装置）の模式図である。
【００１２】図１中、２００はディーゼルエンジン（以下、エンジンと略す。）であり、２１０はエンジン２００から排出される排気の一部をエンジン２００の吸気側に還流させる排気再循環管である。
【００１３】２２０は排気再循環管２１０の排気流れ途中に配設されて、エンジン２００の稼働状態に応じてＥＧＲガス量を調節する周知のＥＧＲバルブであり、ガスクーラ１００は、エンジン２００の排気側とＥＧＲバルブ２２０との間に配設されてＥＧＲガスとエンジン冷却水（以下、冷却水と略す。）との間で熱交換を行いＥＧＲガスを冷却する。
【００１４】次に、ガスクーラ１００の構造について述べる。
【００１５】図２はガスクーラ１００の外形図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ断面図であり、図５は図２のＣ−Ｃ断面図である。そして、図３〜５中、１１０はＥＧＲガス（第２流体）が流通する排気通路であり、１２０は冷却水（第１流体）が流通するチューブである。
【００１６】そして、排気通路１１０のうちチューブ１２０間の隙間１１２には、例えば図３に示すように、ＥＧＲガスとの接触面積を拡大してＥＧＲガスと冷却水との熱交換を促進するステンレス製のインナーフィン１１１が配設されており、このインナーフィン１１１は、排気通路１１０内においてＥＧＲガスの温度境界層が成長することを抑制すべく、ＥＧＲガス流れに対して直交する方向に互いにずれた部位を有するオフセット型のフィンである。
【００１７】なお、オフセット型のフィン（マルチエントリ型フィン）とは、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、板状のセグメントを千鳥状にオフセット配置したものである。
【００１８】また、チューブ１２０は、所定形状にプレス成形された積層プレート（板材）１３１、１３２を２枚一組としてその厚み方向（紙面上下方向）に積層することによって形成されており、この組をなす積層プレート１３１、１３２とインナーフィン１１１とを交互に積層することによってＥＧＲガスと冷却水とを熱交換する熱交換コア１３０が構成されている。
【００１９】また、１４０は熱交換コア１３０を収納する箱状のコアタンクであり、１４１は、コアタンク１４０に形成された熱交換コア１３０（積層プレート１３１、１３２）を組み込むための開口部１４２を閉塞するコアキャップ（コアプレート）であり、コアキャップ１４１は、コアタンク１４０の内壁に接触するようにコアタンク１４０に嵌合した（填め込まれた）状態で接合されている。以下、コアタンク１４０及びコアキャップ１４１からなる容器をコアケーシング１４３と呼ぶ。
【００２０】このため、熱交換コア１３０の周囲のコアケーシング１４３内空間が排気通路１１０を構成することとなる。そして、本実施形態では、図５に示すように、チューブ１２０のうち、その長手方向（紙面垂直方）と直交する幅方向（紙面幅方向）の端部１２１は、コアケーシング１４３の内壁と所定の隙間（以下、この隙間をコア間隙間と呼ぶ。）１４４を有して離隔している。
【００２１】そして、このコア間隙間１４４には、コアケーシング１４３（排気通路１１０）内に流入したＥＧＲガスが、流通抵抗の大きいチューブ１１０間の隙間１１２を迂回して、流通抵抗の小さいコア間空間１４４側に流通することを防止し、流入したＥＧＲガスをチューブ１１０間の隙間１１２に案内する案内シール壁（流体案内部）１１３が設けられている。
【００２２】ここで、チューブ１２０の幅方向端部１２１には、２枚の積層プレート１３１、１３２の重なり代部分１２１ａを含んでおらず、内壁側の幅方向端部と略一致するものである。
【００２３】なお、案内シール部１１３は、図６に示すように、インナーフィン１１１にチューブ１２０の幅方向端部１２１からコアケーシング１４３の内壁側に向かって延出する延出部１１１ａの一部を折り曲げて、コア間隙間１４４を流通するＥＧＲガス流れを妨げる（ＥＧＲガス流れの交差する壁面を形成する）ようにしたものである。
【００２４】また、延出部１１１ａには、コア間隙間１４４を積層プレート１３１、１３２の積層方向全域に渡って連通させる連通穴１１１ｂが形成されており、ＥＧＲガス中に発生した凝縮水は、連通穴１１１ｂを伝ってコアケーシング１４３の下方側に流れる。そこで、本実施形態では、コアケーシング１４３の内壁にメッキ処理等の腐食対策処理がなされている。
【００２５】因みに、本実施形態では、積層プレート１３１、１３２、コアタンク１４０及びコアキャップ１４１は耐食性に優れたステンレス製であり、これら１３１、１３２、１４０、１４１は、例えば銅やニッケル合金等をろう材としてろう付け接合されている。
【００２６】ところで、図２〜４中、１５１は冷却水を熱交換コア１３０に導く冷却水導入パイプ部であり、１５２は熱交換を終えた冷却水を排出する冷却水排出パイプ部である。また、１５３は排気をコアタンク１４０（排気通路１１０）に導入する排気導入ジョイント部であり、１５４は熱交換を終えた排気を排出する排気排出ジョイント部である。
【００２７】次に、ガスクーラ１００の製造方法の概略について述べる。
【００２８】図３〜５に示すように、コアキャップ１４１の上に積層プレート１３１、１３２及びインナーフィン１１１を順次上方側に向けて積層して、コアキャップ１４１上に熱交換コア１３０を仮組みする（コア組工程）。
【００２９】次に、熱交換コア１３０の上方側から熱交換コア１３０を覆うようにコアタンク１４０を被せるとともに、治具にて上方側からコアタンク１４０を圧縮してコアキャップ１４１、熱交換コア１３０及びコアタンク１４０を仮固定する仮固定工程）。
【００３０】その後、炉内で加熱して積層プレート１３１、１３２、インナーフィン１１１コアタンク１４０及びコアキャップ１４１を一体ろう付けする（ろう付け工程）。
【００３１】次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３２】本実施形態によれば、コアケーシング１４３（排気通路１１０）内に流入したＥＧＲガスが、フィンがあるために流通抵抗の大きいチューブ１１０間の隙間１１２を迂回して流通することを防止する案内シール壁１１３が設けられているので、コアケーシング１４３内に流入したＥＧＲガスの多くが、熱交換効率の低いインナーフィン１１１の存在しない部位（コア間隙間１４４）を流通してしまうことを防止しできる。
【００３３】したがって、熱交換効率の高いチューブ１１０間の隙間１１２に多くのＥＧＲガスを流通させることができるので、ガスクーラ１００の熱交換効率（冷却能力）を向上させることができ、ＥＧＲガスを十分に冷却することができる。
【００３４】（第２実施形態）第１実施形態では、インナーフィン１１１の延出部１１１ａの一部を折り曲げることにより案内シール部１１３を形成したが、本実施形態は、図７に示すように、インナーフィン１１１のセグメント１１１ｃの一部を折り曲げて案内シール部１１３を形成したものである。
【００３５】（第３実施形態）上述の実施形態では、案内シール部１１３はインナーフィン１１１に一体形成したが、本実施形態は、図８に示すようにな、案内シール部１１３をインナーフィン１１１と別体に形成し、コアケーシング１４３の内壁に接合したものである。
【００３６】（その他の実施形態）上述の実施形態では、オフセット型のフィンを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ピン状のフィン等その他の形式のフィンであってもよい。
【００３７】また、上述の実施形態では、積層プレート（板材）１３１、１３２を積層することによりチューブ１２０を形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、押し出し加工又は引く抜き加工にて一体形成された等のその他のチューブであってもよい。
【００３８】また、チューブ１２０の形状は扁平状に限定されるものではなく、丸や多角形状等のその他の形状であってもよい。
【００３９】また、上述の実施形態では、ガスクーラ１００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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２０日（１９９９．１２．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０００２２
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 洋二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４１６９（Ｐ２００１−１７４１６９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６１６９１ |
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