| 【発明の名称】 |
排気熱交換器 |
| 【発明者】 |
【氏名】柴垣 和弘
【氏名】大河内 隆樹
【氏名】前田 明宏
【氏名】内村 克則
【氏名】森平 晋一
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| 【要約】 |
【課題】ＥＧＲガスクーラの腐食対策を簡便なものとして製造原価低減を図る。
【解決手段】熱交換コア１３０とコアケーシング１４３との隙間（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。これにより、ＥＧＲガス（排気通路１１０）内に発生した凝縮水は、連通路１１１ａを伝ってコアケーシング１４３の下方側に流れるので、少なくともコアケーシング１４３の内壁及び最下段側の積層プレート１３１、１３２にメッキ処理等の腐食対策処理を施せばよい。したがって、肉厚の薄い積層プレート１３１、１３２の腐食を回避しつつ、ガスクーラ１００の腐食対策を簡便なものとして、ガスクーラ１００の製造原価低減を図ることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 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器であって、前記冷却液が流通する複数本のチューブ（１２０）、及び前記冷却液と前記チューブ（１２０）外を流通する排気とを熱交換するフィン（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、前記排気が流通する排気通路（１１０）を構成するコアケーシング（１４３）とを備え、前記チューブ（１２０）は、所定形状に成形された前記コアケーシングより肉厚の薄い板材（１３１、１３２）を、その板材（１３１、１３２）の厚み方向に積層した後、ろう付け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、さらに、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いることを特徴とする排気熱交換器。
【請求項２】 前記チューブ（１２０）には、前記排気と前記冷却水との熱交換を促進するオフセット型のフィン（１１１）がろう付け接合されていることを特徴とする請求項１に記載の排気熱交換器。
【請求項３】 前記コアケーシング（１４３）は、少なくとも１つの開口部（１４２）を有し、前記熱交換コア（１３０）を収納するコアタンク（１４０）と、前記開口部（１４２）を閉塞するように前記コアタンク（１４０）と嵌合した状態でろう付け接合されたコアキャップ（１４１）とを備えて構成されており、前記コアキャップ（１４１）は、前記コアタンク（１４０）の上方側に位置し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。
【請求項４】 前記コアタンク（１４０）の底部（１４０ａ）に、凝縮水を溜める凹部（１４０ｂ）を設けたことを特徴とする請求項３に記載の排気熱交換器。
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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、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ＥＧＲガス熱交換装置（ＥＧＲガスクーラ）に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】図１１は発明者等が試作検討したＥＧＲガスクーラの断面図であり、このＥＧＲガスクーラでは、所定形状にプレス成形された板材を、その板厚方向に積層した後、ろう付けすることにより冷却水が流通する冷却水チューブ１２０、及びＥＧＲガス（排気）が流通する排気チューブ１１０を構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記試作品では、各排気チューブが独立しているので、ＥＧＲガスが冷却されることにより排気チューブ内に発生した凝縮水が各排気チューブ内それぞれに溜まってしまう。このため、各排気チューブ毎に、メッキ処理等の腐食対策を施す必要があるので、ＥＧＲガスクーラの製造原価上昇を招いてしまう。
【０００４】本発明は、上記点に鑑み、ＥＧＲガスクーラ等の排気熱交換器の腐食対策を簡便なものとして、排気熱交換器の製造原価低減を図ることを目的とする。
【０００５】
【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、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器であって、冷却液が流通する複数本のチューブ（１２０）、及び冷却液とチューブ（１２０）外を流通する排気とを熱交換するフィン（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、排気が流通する排気通路（１１０）を構成するコアケーシング（１４３）とを備え、チューブ（１２０）は、所定形状に成形されたコアケーシングより肉厚の薄い板材（１３１、１３２）を、その板材（１３１、１３２）の厚み方向に積層した後、ろう付けすることにより構成され、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、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、さらに、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）は、板材（１３１、１３２）の積層方向全域に渡って連通していることを特徴とする。
【０００６】これにより、排気通路１１０内に発生した凝縮水はコアケーシング１４３の下方側に流れるので、本発明では、少なくともコアケーシング（１４３）の内壁及び最下段側に位置する板材（１３１、１３２）に腐食対策処理を施せばよい。
【０００７】したがって、肉厚の薄い板材（１３１、１３２）の腐食を回避しつつ、排気熱交換器の腐食対策を簡便なものとして、ガスクーラ１００の製造原価低減を図ることができる。
【０００８】請求項２に記載の発明では、チューブ（１２０）には、排気と冷却水との熱交換を促進するオフセット型のフィン（１１１）がろう付け接合されていることを特徴とする。
【０００９】これにより、フィン（１１１）が配設された部位に凝縮水が滞留することを未然に防止できるので、排気熱交換器の耐食性をより確実に向上させることができる。
【００１０】請求項３に記載の発明では、コアケーシング（１４３）は、少なくとも１つの開口部（１４２）を有し、熱交換コア（１３０）を収納するコアタンク（１４０）と、開口部（１４２）を閉塞するようにコアタンク（１４０）と嵌合した状態でろう付け接合されたコアキャップ（１４１）とを備えて構成されており、コアキャップ（１４１）は、コアタンク（１４０）の上方側に位置していることを特徴とする。
【００１１】これにより、ろう付け部に凝縮水が溜まることを防止できるので、ろう付け部が腐食破壊されることを未然に防止できる。
【００１２】請求項４に記載の発明では、コアタンク（１４０）の底部（１４０ａ）に、凝縮水を溜める凹部（１４０ｂ）を設けたことを特徴とする。
【００１３】これにより、最下段部側の板材（１３１、１３２）に凝縮水が滞留することを防止できるので、肉厚の薄い板材（１３１、１３２）からなる熱交換コア（１３０）を腐食から効果的に保護することができる。
【００１４】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。
【００１５】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、本発明に係る排気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。
【００１６】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。
【００１７】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。
【００１８】次に、ガスクーラ１００の構造について述べる。
【００１９】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。
【００２０】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。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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）である。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。
【００２４】そして、本実施形態では、コアキャップ１４１を上方側に位置させた状態で、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に嵌合した状態でろう付け接合されている。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。
【００２５】なお、本実施形態では、コアタンク１４０及びコアキャップ１４１のうち両者１４０、１４１が互いに接触する嵌合部１４０ａ、１４１ａは、図６に示すように、コアタンク１４０とコアキャップ１４１との嵌合方向（開口部１４２の開口面と直交する方向）Ｄに対して互いに同方向に傾くように所定の曲率半径を有してテーパ状になっている。
【００２６】また、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を有して離隔しており、このコア間隙間１４４は、連通路１１１ａを介して積層プレート１３１、１３２の積層方向全域に渡って連通している。
【００２７】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。
【００２８】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、かつ、積層プレート１３１、１３２の肉厚は、コアタンク１４０及びコアキャップ１４１の肉厚より薄く、これら１３１、１３２、１４０、１４１は、銅等をろう材としてろう付け接合されている。
【００２９】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。
【００３０】次に、ガスクーラ１００の製造方法の概略について述べる。
【００３１】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）。
【００３２】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）。
【００３３】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）。
【００３４】次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３５】コア間隙間１４４は、積層プレート１３１、１３２の積層方向全域に渡って連通しているので、ＥＧＲガス（排気通路１１０）内に発生した凝縮水は、連通路１１１ａを伝ってコアケーシング１４３の下方側に流れる。
【００３６】したがって、本実施形態では、少なくともコアケーシング１４３の内壁及び最下段側の積層プレート１３１、１３２にメッキ処理等の腐食対策処理を施せばよいので、肉厚の薄い積層プレート１３１、１３２の腐食を回避しつつ、ガスクーラ１００の腐食対策を簡便なものとして、ガスクーラ１００の製造原価低減を図ることができる。
【００３７】また、コアキャップ１４１を上方側に位置させた状態でコアキャップ１４１がコアタンク１４０にろう付け接合されているので、ろう付け部に凝縮水が溜まることを防止できるので、ろう付け部が腐食破壊されることを未然に防止できる。
【００３８】ところで、例えばチューブ１２０間の隙間１１２に発生した凝縮水は、車両振動により連通路１１１ａに流れ込み、コアケーシング１４３の下方側に溜まるが、インナーフィン１１１が存在すると、凝縮水が流れ難く、凝縮水が隙間１１２に滞留するおそれがある。
【００３９】これに対して、本実施形態では、インナーフィン１１１をオフセット型のフィンとしているので、波状のコルゲートフィン等のその他のフィンに比べて排水性が良く、凝縮水が隙間１１２に滞留してしまうことを未然に防止でき、ガスクーラ１００の耐食性をより確実に向上させることができる。
【００４０】なお、ガスクーラ１００を車両に組み付ける際に、チューブ１２０の長径方向を水平方向に対して傾ければ、より効果的に凝縮水を隙間１１２から排水できる。
【００４１】（第２実施形態）本実施形態は、図７に示すように、断面形状を凹状としてチューブ１２０の長手方向と平行な方向に延びて、凝縮水を溜める凹部１４０ｂをコアタンク１４０の底部１４０ａに設けたものである。
【００４２】これにより、最下段部の積層プレート１３１、１３２に凝縮水が滞留することを防止できるので、肉厚の薄い積層プレート１３１、１３２（熱交換コア１３０）を腐食から効果的に保護することができる。
【００４３】（その他の実施形態）上述の実施形態では、コアキャップ１４１を上方側に位置させたが、図８に示すように、コアキャップ１４１を下方側に位置させてもよい。
【００４４】また、上述の実施形態では、コアキャップ１４１をコアタンク１４０にカシメ嵌合した状態でろう付け接合したが、コアキャップ１４１をコアタンク１４０にすきまばめ程度で填め込んだ状態でろう付け接合してもよい。
【００４５】これにより、ろう付け時にコアキャップ１４１を上方側に位置させた場合にはコアキャップ１４１の自重により、コアキャップ１４１を下方側に位置させた場合には熱交換コア１３０の自重により、コアキャップ１４１と熱交換コア１３０（積層プレート１３１）とを確実にろう付け接合することができる。
【００４６】また、上述の実施形態では、図６に示すように、コアタンク１４０及びコアキャップ１４１のうち両者１４０、１４１が互いに接触する嵌合部１４０ａ、１４１ａは、コアタンク１４０とコアキャップ１４１との嵌合方向（開口部１４２の開口面と直交する方向）Ｄに対して互いに同方向に傾くいていたが、本発明は、これに限定されるものではなく、図９に示すように、コアキャップ１４１にコアタンク１４０の開口側端部が嵌合挿入される嵌合溝１４１ｂを塑性加工（プレス加工）にて一体成形したものである。
【００４７】なお、嵌合溝１４１ｂの溝深さｄは、ろう付け工程時に、積層プレート１３１、１３２に表面に被覆されたろう材が流れて熱交換コア１３０の高さ寸法ｈが減少変化することを考慮して、大きめに設定することが望ましい。
【００４８】また、図１０に示すように、コアタンク１４０内に填め込みようにコアキャップ１４１を嵌合させてもよい。
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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２１日（１９９９．１２．２１） |
| 【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２００１−１７４１７３（Ｐ２００１−１７４１７３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６３０２６ |
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