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JP2002054511A - Ｅｇｒクーラ - Google Patents

Ｅｇｒクーラ

Info

Publication number
JP2002054511A
JP2002054511A JP2000245741A JP2000245741A JP2002054511A JP 2002054511 A JP2002054511 A JP 2002054511A JP 2000245741 A JP2000245741 A JP 2000245741A JP 2000245741 A JP2000245741 A JP 2000245741A JP 2002054511 A JP2002054511 A JP 2002054511A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tube
peripheral surface
exhaust gas
fin
egr cooler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000245741A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuhiko Harada
泰彦 原田
Toshihisa Fujio
稔久 藤生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hino Motors Ltd
Original Assignee
Hino Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hino Motors Ltd filed Critical Hino Motors Ltd
Priority to JP2000245741A priority Critical patent/JP2002054511A/ja
Publication of JP2002054511A publication Critical patent/JP2002054511A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/08—Tubular elements crimped or corrugated in longitudinal section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-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
    • F28D7/1684—Heat-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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular 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
    • F28F1/14—Tubular 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 and extending longitudinally
    • F28F1/16—Tubular 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 and extending longitudinally the means being integral with the element, e.g. formed by extrusion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チューブの外周面や内周面における伝熱面積
を増加してＥＧＲクーラの熱交換効率を向上する。 【解決手段】 チューブ３と、該チューブ３を包囲する
シェルとを備え、該シェルの内部に冷却水９を給排し且
つ前記チューブ３内に排気ガス１０を通して該排気ガス
１０と前記冷却水９とを熱交換するようにしたＥＧＲク
ーラに関し、前記チューブ３の外周面に、伝熱面積を増
加するフィン形状として、リング状フィン１１を比較的
短いピッチで多段に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気ガ
スを再循環して窒素酸化物の発生を低減させるＥＧＲ装
置に付属されて再循環用排気ガスを冷却するＥＧＲクー
ラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より自動車等のエンジンの排気ガス
の一部をエンジンに再循環して窒素酸化物の発生を低減
させるＥＧＲ装置が知られているが、このようなＥＧＲ
装置では、エンジンに再循環する排気ガスを冷却する
と、該排気ガスの温度が下がり且つその容積が小さくな
ることによって、エンジンの出力を余り低下させずに燃
焼温度を低下して効果的に窒素酸化物の発生を低減させ
ることができる為、エンジンに排気ガスを再循環するラ
インの途中に、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラを装備
したものがある。
【０００３】図８は前記ＥＧＲクーラの一例を示す断面
図であって、図中１は円筒状に形成されたシェルを示
し、該シェル１の軸心方向両端には、シェル１の端面を
閉塞するようプレート２，２が固着されていて、該各プ
レート２，２には、多数のチューブ３の両端が貫通状態
で固着されており、これら多数のチューブ３はシェル１
の内部を軸心方向に延びている。
【０００４】そして、シェル１の一方の端部近傍には、
外部から冷却水入口管４が取り付けられ、シェル１の他
方の端部近傍には、外部から冷却水出口管５が取り付け
られており、冷却水９が冷却水入口管４からシェル１の
内部に供給されてチューブ３の外側を流れ、冷却水出口
管５からシェル１の外部に排出されるようになってい
る。
【０００５】更に、各プレート２，２の反シェル１側に
は、椀状に形成されたボンネット６，６が前記各プレー
ト２，２の端面を被包するように固着され、一方のボン
ネット６の中央には排気ガス入口７が、他方のボンネッ
ト６の中央には排気ガス出口８が夫々設けられており、
エンジンの排気ガス１０が排気ガス入口７から一方のボ
ンネット６の内部に入り、多数のチューブ３を通る間に
該チューブ３の外側を流れる冷却水９との熱交換により
冷却された後に、他方のボンネット６の内部に排出され
て排気ガス出口８からエンジンに再循環するようになっ
ている。
【０００６】尚、図中５ａは冷却水入口管４に対しシェ
ル１の直径方向に対峙する位置に設けたバイパス出口管
を示し、該バイパス出口管５ａから冷却水９の一部を抜
き出すことにより、冷却水入口管４に対峙する箇所に冷
却水９の澱みが生じないようにしてある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、斯かる
従来のＥＧＲクーラにおいては、チューブ３が平滑管で
構成されていたために、チューブ３の外周面や内周面に
おける伝熱面積が小さく、排気ガス１０と冷却水９との
熱交換効率が悪いという問題があった。
【０００８】本発明は上述の実情に鑑みて成されたもの
で、チューブの外周面や内周面における伝熱面積を増加
してＥＧＲクーラの熱交換効率を向上することを目的と
している。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、チューブと、
該チューブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部
に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通し
て該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにしたＥ
ＧＲクーラであって、前記チューブの外周面及び内周面
の少くとも何れか一方に伝熱面積を増加するフィン形状
を付したことを特徴とするものである。
【００１０】ここで、伝熱面積を増加するフィン形状と
しては、リング状フィン、ラック状フィン、突起状フィ
ン、チューブの長手方向に延びるストレートフィン等を
適宜に選択してチューブの外周面や内周面に形成するこ
とが可能である。
【００１１】而して、このようにすれば、チューブの外
周面や内周面にフィン形状を付したことにより、チュー
ブの外周面や内周面における伝熱面積が増加されるの
で、ＥＧＲクーラの熱交換効率が大幅に向上されること
になり、特にチューブの内周面にフィン形状を付した場
合には、チューブの内周面に沿う排気ガスの流れをフィ
ン形状により積極的に乱流化させてチューブの内周面に
対する接触頻度を増加させることが可能となるので、Ｅ
ＧＲクーラの熱交換効率がより一層向上されることにな
る。
【００１２】また、本発明は、チューブと、該チューブ
を包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を
給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通して該排気ガ
スと前記冷却水とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラ
であって、前記チューブの内部に伝熱面積を増加する成
形フィンを嵌合したことを特徴とするものでもある。
【００１３】ここで、伝熱面積を増加する成形フィンと
しては、チューブ内を複数の流路に分割する放射状断面
の成形フィン等を採用してチューブの内部に嵌合するこ
とが可能である。
【００１４】而して、このようにした場合には、チュー
ブの内部に成形フィンを嵌合したことにより、チューブ
の内周面における伝熱面積が増加されるので、ＥＧＲク
ーラの熱交換効率が大幅に向上されることになり、しか
も、チューブ内を流れる排気ガスの流れを成形フィンに
より積極的に乱流化させてチューブの内周面に対する接
触頻度を増加させることが可能となるので、ＥＧＲクー
ラの熱交換効率がより一層向上されることになる。
【００１５】更に、本発明は、チューブと、該チューブ
を包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を
給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通して該排気ガ
スと前記冷却水とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラ
であって、前記チューブ自体を変形加工して該チューブ
の外周面及び内周面に伝熱面積を増加する凹凸形状を付
したことを特徴とするものでもある。
【００１６】ここで、伝熱面積を増加する凹凸形状とし
ては、チューブを捩じり加工してチューブの外周面及び
内周面に波形凹凸を成す捩じれ形状を形成することが可
能である。
【００１７】而して、このようにした場合には、チュー
ブ自体を変形加工して該チューブの外周面及び内周面に
凹凸形状を付したことにより、チューブの外周面や内周
面における伝熱面積が増加されるので、ＥＧＲクーラの
熱交換効率が大幅に向上されることになり、しかも、チ
ューブ内を流れる排気ガスの流れを外周面側の反転形状
として現れる内周面側の凹凸形状により積極的に乱流化
させてチューブの内周面に対する接触頻度を増加させる
ことが可能となるので、ＥＧＲクーラの熱交換効率がよ
り一層向上されることになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しつつ説明する。
【００１９】図１は本発明の第一の形態例を一部を斜め
に切断して示した斜視図であり、図８と同一の符号を付
した部分は同一物を表わしている。
【００２０】ここに図示している第一の形態例において
は、先に図８で説明したＥＧＲクーラと略同様に構成し
たＥＧＲクーラに関し、その外周面における長手方向複
数箇所に、伝熱面積を増加するフィン形状として、リン
グ状フィン１１を比較的短いピッチで多段に形成したチ
ューブ３を採用するようにしている。
【００２１】また、図２は本発明の第二の形態例を一部
を斜めに切断して示した斜視図であり、ここに図示して
いる例では、その外周面における円周方向複数箇所に、
伝熱面積を増加するフィン形状として、等間隔に同形の
歯を刻んで長手方向に延びるラック状フィン１２を複数
条形成し且つ該各ラック状フィン１２の相互間に長手方
向に延びる平行溝１３を形成したチューブ３を採用する
ようにしている。
【００２２】更に、図３は本発明の第三の形態例を一部
を斜めに切断して示した斜視図であり、ここに図示して
いる例では、その外周面における複数箇所に、伝熱面積
を増加するフィン形状として、多数の突起状フィン１４
を形成し、しかも、その内周面にも捩じれ突起部１５を
形成したチューブ３を採用するようにしている。
【００２３】また、図４は本発明の第四の形態例を一部
を斜めに切断して示した斜視図であり、ここに図示して
いる例では、その内周面における円周複数箇所に、伝熱
面積を増加するフィン形状として、長手方向に延びる多
数のストレートフィン１６を形成したチューブ３を採用
するようにしている。
【００２４】而して、これらの図１、図２、図３に示す
如きチューブ３をＥＧＲクーラに採用すれば、チューブ
３の外周面に対し、リング状フィン１１、ラック状フィ
ン１２、突起状フィン１４といったフィン形状を付した
ことにより、チューブ３の外周面における冷却水９との
伝熱面積が増加されるので、ＥＧＲクーラの熱交換効率
が大幅に向上されることになり、特に図３に示す如く、
チューブ３の内周面にも捩じれ突起部１５をフィン形状
として付した場合には、チューブ３の内周面に沿う排気
ガス１０の流れを捩じれ突起部１５により積極的に旋回
流として乱流化させ、これによりチューブ３の内周面に
対する接触頻度を増加させることが可能となるので、Ｅ
ＧＲクーラの熱交換効率がより一層向上されることにな
る。
【００２５】また、図４に示す如きチューブ３をＥＧＲ
クーラに採用すれば、チューブ３の内周面に対し、長手
方向に延びるストレートフィン１６をフィン形状として
付したことにより、チューブ３の内周面における排気ガ
ス１０との伝熱面積が増加されるので、ＥＧＲクーラの
熱交換効率が大幅に向上されることになり、しかも、先
の図３の場合と同様に、チューブ３の内周面に沿う排気
ガス１０の流れをストレートフィン１６により圧力損失
を極力抑えつつ乱流化させてチューブ３の内周面に対す
る接触頻度を増加させることが可能となるので、ＥＧＲ
クーラの熱交換効率がより一層向上されることになる。
【００２６】更に、図５は本発明の第五の形態例を一部
を斜めに切断して示した斜視図であり、ここに図示して
いる例では、放射状断面の成形フィン１７を内部に嵌合
したチューブ３を採用するようにしており、該チューブ
３内が前記成形フィン１７により複数の流路１８に分割
されるようになっている。尚、前記成形フィン１７の表
面には、チューブ３の長手方向に延びる多数の平行溝１
９が形成されている。
【００２７】また、図６は本発明の第六の形態例を一部
を斜めに切断して示した斜視図であり、ここに図示して
いる例では、先の図５と同様に放射状断面を成す成形フ
ィン２０を、金属シートを交互に折り込んで花弁状の放
射状断面を成すように形成しており、この場合もチュー
ブ３内が前記成形フィン２０により複数の流路１８に分
割されるようになっていることは同様である。
【００２８】而して、これらの図５及び図６に示す如き
チューブ３をＥＧＲクーラに採用すれば、チューブ３の
内部に成形フィン１７や成形フィン２０を嵌合したこと
により、チューブ３の内周面における伝熱面積が増加さ
れるので、ＥＧＲクーラの熱交換効率が大幅に向上され
ることになり、しかも、チューブ３内を流れる排気ガス
１０の流れを成形フィン１７や成形フィン２０により積
極的に乱流化させてチューブ３の内周面に対する接触頻
度を増加させることが可能となるので、ＥＧＲクーラの
熱交換効率がより一層向上されることになる。
【００２９】更に、図７は本発明の第七の形態例を一部
を斜めに切断して示した斜視図であり、ここに図示して
いる例では、チューブ３自体を変形加工して該チューブ
３の外周面及び内周面に伝熱面積を増加する凹凸形状を
付すようにしており、より具体的には、通常の平滑管か
ら成るチューブ３を捩じり加工することにより該チュー
ブ３の外周面及び内周面に波形凹凸を成す捩じれ形状２
１，２２を形成している。
【００３０】而して、この図７に示す如きチューブ３を
ＥＧＲクーラに採用すれば、チューブ３を捩じり変形加
工して該チューブ３の外周面及び内周面に捩じれ形状２
１，２２を付したことにより、チューブ３の外周面や内
周面における伝熱面積が増加されるので、ＥＧＲクーラ
の熱交換効率が大幅に向上されることになり、しかも、
チューブ３内を流れる排気ガス１０の流れを外周面側の
捩じれ形状２１の反転形状として現れる内周面側の捩じ
れ形状２２により積極的に乱流化させてチューブ３の内
周面に対する接触頻度を増加させることが可能となるの
で、ＥＧＲクーラの熱交換効率がより一層向上されるこ
とになる。
【００３１】尚、本発明のＥＧＲクーラは、上述の形態
例にのみ限定されるものではなく、フィン形状、成形フ
ィン、凹凸形状については、図示以外の形状を採用する
ことも可能であること、その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であ
る。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明のＥＧＲクー
ラによれば、チューブの外周面や内周面における伝熱面
積を増加することができるので、ＥＧＲクーラの熱交換
効率を大幅に向上することができ、しかも、特にチュー
ブの内周面に対してフィン形状、成形フィン、凹凸形状
を施した構成を採用した場合には、チューブ内を流れる
排気ガスの流れを積極的に乱流化させてチューブの内周
面に対する接触頻度を増加させることができるので、Ｅ
ＧＲクーラの熱交換効率をより一層向上することができ
るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の形態例を一部を斜めに切断して
示した斜視図である。
【図２】本発明の第二の形態例を一部を斜めに切断して
示した斜視図である。
【図３】本発明の第三の形態例を一部を斜めに切断して
示した斜視図である。
【図４】本発明の第四の形態例を一部を斜めに切断して
示した斜視図である。
【図５】本発明の第五の形態例を一部を斜めに切断して
示した斜視図である。
【図６】本発明の第六の形態例を一部を斜めに切断して
示した斜視図である。
【図７】本発明の第七の形態例を一部を斜めに切断して
示した斜視図である。
【図８】従来のＥＧＲクーラの一例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ シェル ３ チューブ ９ 冷却水 １０ 排気ガス １１ リング状フィン（フィン形状） １２ ラック状フィン（フィン形状） １４ 突起状フィン（フィン形状） １５ 捩じれ突起部（フィン形状） １６ ストレートフィン（フィン形状） １７ 成形フィン １８ 流路 ２０ 成形フィン ２１ 捩じれ形状（凹凸形状） ２２ 捩じれ形状（凹凸形状）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２８Ｆ 1/40 Ｆ２８Ｆ 1/40 Ａ 1/42 1/42 Ａ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チューブと、該チューブを包囲するシェ
    ルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記
    チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水
    とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラであって、前記
    チューブの外周面及び内周面の少くとも何れか一方に伝
    熱面積を増加するフィン形状を付したことを特徴とする
    ＥＧＲクーラ。
  2. 【請求項２】 少くともチューブの外周面にリング状フ
    ィンを形成したことを特徴とする請求項１に記載のＥＧ
    Ｒクーラ。
  3. 【請求項３】 少くともチューブの外周面にラック状フ
    ィンを形成したことを特徴とする請求項１に記載のＥＧ
    Ｒクーラ。
  4. 【請求項４】 少くともチューブの外周面に突起状フィ
    ンを形成したことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ
    クーラ。
  5. 【請求項５】 少くともチューブの内周面に該チューブ
    の長手方向に延びるストレートフィンを形成したことを
    特徴とする請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
  6. 【請求項６】 チューブと、該チューブを包囲するシェ
    ルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記
    チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水
    とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラであって、前記
    チューブの内部に伝熱面積を増加する成形フィンを嵌合
    したことを特徴とするＥＧＲクーラ。
  7. 【請求項７】 チューブ内を複数の流路に分割する放射
    状断面の成形フィンを嵌合したことを特徴とする請求項
    ６に記載のＥＧＲクーラ。
  8. 【請求項８】 チューブと、該チューブを包囲するシェ
    ルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記
    チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水
    とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラであって、前記
    チューブ自体を変形加工して該チューブの外周面及び内
    周面に伝熱面積を増加する凹凸形状を付したことを特徴
    とするＥＧＲクーラ。
  9. 【請求項９】 チューブを捩じり加工してチューブの外
    周面及び内周面に波形凹凸を成す捩じれ形状を形成した
    ことを特徴とする請求項８に記載のＥＧＲクーラ。
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