JP2002180915A - Ｅｇｒクーラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チューブの内周面にスパイラル状突起を形成
してＥＧＲクーラの熱交換効率を大幅に向上すると共
に、排気ガスの圧力損失を最小限に抑えてチューブ内へ
の煤の堆積を抑制する。 【解決手段】 チューブ３内に排気ガス１０を通して該
排気ガス１０とチューブ３外の冷却水とを熱交換するよ
うにしたＥＧＲクーラに関し、チューブ３の内周面に、
排気ガス１０の流れ方向に向け徐々にチューブ３中心側
への隆起高さＨが低くなるようにスパイラル状突起１１
を形成する。

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】従来より自動車など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ＥＧ
Ｒ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６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】ところが、斯かる従来のＥＧＲクーラにお
いては、排気ガス１０がチューブ３内をストレートに流
れ、チューブ３の内周面に対して排気ガス１０が十分に
接触しないために熱交換効率が悪いという問題があり、
ＥＧＲクーラの熱交換効率の更なる向上が望まれてい
る。

【０００８】そこで、本発明者らは、図７に模式的に示
す如く、チューブ３を外から螺旋状に凹ませる押圧加工
を螺旋凸条を有するロールなどで施すなどして、チュー
ブ３の内周面にスパイラル状突起１１を形成し、これに
よりチューブ３内を流れる排気ガス１０をスパイラル状
突起１１に沿わせて旋回流とすることにより乱流化さ
せ、排気ガス１０のチューブ３の内周面に対する接触頻
度や接触距離を増加させてＥＧＲクーラの熱交換効率を
大幅に向上することを創案するに到った。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにチューブ３の内周面にスパイラル状突起１１を形成
する場合に、該スパイラル状突起１１のチューブ３中心
側への隆起高さＨを大きくしたり、或いは、チューブ３
の軸心に対し直角な面Ｄとスパイラル状突起１１とが成
す傾斜角θを小さくして該スパイラル状突起１１のピッ
チＰを小さくしたりすると、排気ガス１０と冷却水９と
の熱交換効率を著しく高めることができる反面、排気ガ
ス１０の圧力損失が大きくなって該排気ガス１０の流れ
が悪くなり、排気ガス１０中に含まれる煤がチューブ３
内に堆積し易くなって短時間の使用で熱交換効率が低下
してしまう虞れがあった。

【００１０】本発明は上述の実情に鑑みて成されたもの
で、チューブの内周面にスパイラル状突起を形成してＥ
ＧＲクーラの熱交換効率を大幅に向上すると共に、排気
ガスの圧力損失を最小限に抑えてチューブ内への煤の堆
積を抑制することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、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
ーブの内周面に、排気ガスの流れ方向に向けチューブ中
心側への隆起高さが低くなるようにスパイラル状突起を
形成したことを特徴とするものである。

【００１２】而して、このようにすれば、チューブの内
周面における排気ガスの入口側でスパイラル状突起の隆
起高さが相対的に高くなっているので、チューブの入口
側における比較的短い区間のうちに排気ガスに強い回転
力が付与され、これによりチューブの入口側から出口側
への広い範囲で効率の良い熱交換が行われることにな
り、しかも、チューブの出口側へ向かうにつれてスパイ
ラル状突起の隆起高さが相対的に低くなっているので、
圧力損失の上昇が最小限に抑制されてチューブ内への煤
の堆積が良好に抑制される。

【００１３】また、本発明の請求項２に記載の発明は、
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、前記チューブの内周
面に、排気ガスの流れ方向に向けピッチが大きくなるよ
うにスパイラル状突起を形成したことを特徴とするもの
でもある。

【００１４】このようにした場合には、チューブの内周
面における排気ガスの入口側でスパイラル状突起のピッ
チが相対的に小さくなっているので、チューブの入口側
における比較的短い区間のうちに排気ガスに強い回転力
が付与され、これによりチューブの入口側から出口側へ
の広い範囲で効率の良い熱交換が行われることになり、
しかも、チューブの出口側へ向かうにつれてスパイラル
状突起のピッチが相対的に大きくなっているので、圧力
損失の上昇が最小限に抑制されてチューブ内への煤の堆
積が良好に抑制される。

【００１５】また、本発明の請求項３に記載の発明は、
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、前記チューブの内周
面に、排気ガスの流れ方向に向け条数が少なくなるよう
に複数条のスパイラル状突起を相互に位相をずらして形
成したことを特徴とするものでもある。

【００１６】このようにした場合には、チューブの内周
面における排気ガスの入口側でスパイラル状突起の条数
が相対的に多くなっているので、チューブの入口側にお
ける比較的短い区間のうちに排気ガスに強い回転力が付
与され、これによりチューブの入口側から出口側への広
い範囲で効率の良い熱交換が行われることになり、しか
も、チューブの出口側へ向かうにつれてスパイラル状突
起の条数が相対的に少なくなっているので、圧力損失の
上昇が最小限に抑制されてチューブ内への煤の堆積が良
好に抑制される。

【００１７】

【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。

【００１８】図１は本発明の第一の形態例を模式的に示
した断面図であり、図６及び図７と同一の符号を付した
部分は同一物を表している。

【００１９】ここに図示している第一の形態例において
は、先に図６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、チューブ３の内周面に、排気ガ
ス１０の流れ方向に向け徐々にチューブ３中心側への隆
起高さＨが低くなるようにスパイラル状突起１１を形成
するようにしている。

【００２０】而して、このようにすれば、チューブ３の
内周面における排気ガス１０の入口側でスパイラル状突
起１１の隆起高さＨが相対的に高くなっているので、チ
ューブ３の入口側における比較的短い区間のうちに排気
ガス１０に強い回転力が付与され、これによりチューブ
３の入口側から出口側への広い範囲で効率の良い熱交換
が行われることになり、しかも、チューブ３の出口側へ
向かうにつれてスパイラル状突起１１の隆起高さＨが相
対的に低くなっているので、圧力損失の上昇が最小限に
抑制されてチューブ３内への煤の堆積が良好に抑制され
ることになる。

【００２１】ここで、チューブ３の入口側から比較的短
い区間のうちに排気ガス１０に強い回転力が付与される
ことについて付言しておくと、従来において提案されて
いた図７のものでは、スパイラル状突起１１の隆起高さ
Ｈをチューブ３の全長に亘り一様に形成していたため、
圧力損失の上昇を考慮して隆起高さＨを決定した場合
に、排気ガス１０の回転力がチューブ３の入口側から出
口側にかけて徐々に大きくなってはいくものの、高い熱
交換効率が期待できるような回転力に到達するまでに、
ある程度のチューブ３の長さが必要となってしまい、チ
ューブ３の広い範囲で効率の良い熱交換を期待すること
ができなかったのである。

【００２２】また、チューブ３内への煤の堆積が良好に
抑制されることについて付言しておくと、従来において
提案されていた図７のものでは、特にチューブ３の出口
側において煤が堆積し易かったが、図１に説明した第一
の形態例では、チューブ３の出口側が最も通気抵抗の少
ない条件となっているので、チューブ３内への煤の堆積
が非常に効果的に抑制されることになるのである。

【００２３】図２は本発明の第二の形態例を模式的に示
した断面図であり、ここに図示している例では、先の図
１にて排気ガス１０の流れ方向に向け徐々にチューブ３
中心側への隆起高さＨを低くしていたことに換えて、チ
ューブ３の長手方向に区分けした各区間毎に段階的に隆
起高さＨを低くするようにしたものであり、このように
した場合にも、図１で説明した第一の形態例と同様の作
用を生じさせることができる。

【００２４】尚、この図２においては、隆起高さＨを二
段階に変更した図示となっているが、これは模式的に示
したものであって、実際のチューブ３は図示より長く延
びるものとなるので、隆起高さＨを二段階以上に変更す
るようにしても良い。

【００２５】図３は本発明の第三の形態例を模式的に示
した断面図であり、ここに図示している例では、チュー
ブ３の内周面に、排気ガス１０の流れ方向に向け徐々に
ピッチＰが大きくなるようにスパイラル状突起１１を形
成するようにしている。

【００２６】このようにした場合には、チューブ３の内
周面における排気ガス１０の入口側でスパイラル状突起
１１のピッチＰが相対的に小さくなっているので、チュ
ーブ３の入口側における比較的短い区間のうちに排気ガ
ス１０に強い回転力が付与され、これによりチューブ３
の入口側から出口側への広い範囲で効率の良い熱交換が
行われることになり、しかも、チューブ３の出口側へ向
かうにつれてスパイラル状突起１１のピッチＰが相対的
に大きくなっているので、圧力損失の上昇が最小限に抑
制されてチューブ３内への煤の堆積が良好に抑制される
ことになる。

【００２７】図４は本発明の第四の形態例を模式的に示
した断面図であり、ここに図示している例では、先の図
３にて排気ガス１０の流れ方向に向け徐々にピッチＰを
大きくしていたことに換えて、チューブ３の長手方向に
区分けした各区間毎に段階的にピッチＰを大きくするよ
うにしたものであり、このようにした場合にも、図３で
説明した第三の形態例と同様の作用を生じさせることが
できる。

【００２８】尚、この図４においては、ピッチＰを二段
階に変更した図示となっているが、これは模式的に示し
たものであって、実際のチューブ３は図示より長く延び
るものとなるので、ピッチＰを二段階以上に変更するよ
うにしても良い。

【００２９】図５は本発明の第五の形態例を模式的に示
した断面図であり、ここに図示している例では、チュー
ブ３の内周面に、排気ガス１０の流れ方向に向け徐々に
条数が少なくなるように複数条のスパイラル状突起１１
を相互に位相をずらして形成するようにしている。

【００３０】このようにした場合には、チューブ３の内
周面における排気ガス１０の入口側でスパイラル状突起
１１の条数が相対的に多くなっているので、チューブ３
の入口側における比較的短い区間のうちに排気ガス１０
に強い回転力が付与され、これによりチューブ３の入口
側から出口側への広い範囲で効率の良い熱交換が行われ
ることになり、しかも、チューブ３の出口側へ向かうに
つれてスパイラル状突起１１の条数が相対的に少なくな
っているので、圧力損失の上昇が最小限に抑制されてチ
ューブ３内への煤の堆積が良好に抑制されることにな
る。

【００３１】尚、この図５においては、スパイラル状突
起１１の条数を二条から一条に変更した場合を例示して
いるが、これは模式的に示したものであって、実際のチ
ューブ３は図示より長く延びるものとなるので、スパイ
ラル状突起１１の条数を二条以上の条数から徐々に少な
くするようにしても良いことは勿論である。

【００３２】従って、以上に述べた第一〜第五の形態例
の何れにおいても、チューブ３の入口側から比較的短い
区間のうちに排気ガス１０に強い回転力を付与してチュ
ーブ３の広い範囲で効率の良い熱交換を行わせることに
より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、排気ガス１０の圧力損失を最小限に抑え
てチューブ３内への煤の堆積を抑制することもできるの
で、長期に亘り高い熱交換効率を維持して良好な排気ガ
ス１０の冷却を行うことができる。

【００３３】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、スパイラル状突起の
チューブ中心側への隆起高さの変更や、ピッチの変更、
更には、条数の変更を相互に組み合わせた複合形態で用
いても良いこと、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。

【００３４】

【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、チューブの入口側から比較的短い区間のう
ちに排気ガスに強い回転力を付与してチューブの広い範
囲で効率の良い熱交換を行わせることにより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、
排気ガスの圧力損失を最小限に抑えてチューブ内への煤
の堆積を抑制することもできるので、長期に亘り高い熱
交換効率を維持して良好な排気ガスの冷却を行うことが
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模式的に示した断面図
である。

【図２】本発明の第二の形態例を模式的に示した断面図
である。

【図３】本発明の第三の形態例を模式的に示した断面図
である。

【図４】本発明の第四の形態例を模式的に示した断面図
である。

【図５】本発明の第五の形態例を模式的に示した断面図
である。

【図６】従来のＥＧＲクーラの一例を示す断面図であ
る。

【図７】図６のチューブの内周面にスパイラル状突起を
形成した例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ シェル ２ プレート ３ チューブ ９ 冷却水 １０ 排気ガス １１ スパイラル状突起 Ｈ 隆起高さ Ｐ ピッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 洋二 東京都八王子市大和田町６丁目３番28号 三共ラヂエーター株式会社内 Ｆターム(参考） 3G062 ED08

Claims (3)

【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
   チューブの内周面に、排気ガスの流れ方向に向けチュー
   ブ中心側への隆起高さが低くなるようにスパイラル状突
   起を形成したことを特徴とするＥＧＲクーラ。
2. 【請求項２】 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
   チューブの内周面に、排気ガスの流れ方向に向けピッチ
   が大きくなるようにスパイラル状突起を形成したことを
   特徴とするＥＧＲクーラ。
3. 【請求項３】 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
   チューブの内周面に、排気ガスの流れ方向に向け条数が
   少なくなるように複数条のスパイラル状突起を相互に位
   相をずらして形成したことを特徴とするＥＧＲクーラ。