JP2002332920A

JP2002332920A - 排気熱交換装置

Info

Publication number: JP2002332920A
Application number: JP2001140553A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Maeda; 明宏前田; Takayuki Hayashi; 孝幸林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2002-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却水通路のうち排気通路の入口側に対応す
る部位において、冷却水が局所的に沸騰してしまうこと
を防止する。【解決手段】排気入口１１０ａ近傍にフィン１１１が
設けられていないフィンレス領域αが設ける。これによ
り、少なくとも排気入口１１０ａ近傍において、ＥＧＲ
ガスと冷却水との熱交換が抑制されるとともに、ＥＧＲ
ガスを排気通路１１０略全域に略均一に分配することが
できる。したがって、冷却水が局所的に沸騰してしまう
ことを防止して、ＥＧＲクーラ１００全体としての熱伝
達率が向上するとともに、ＥＧＲクーラ１００全体で効
率よく熱交換することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼により発生し
た排気と水等の冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交
換器に関するもので、ＥＧＲ（排気再循環装置）用の排
気を冷却するＥＧＲガス熱交換器（以下、ＥＧＲクーラ
と呼ぶ。）に適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図７
は、発明者等が試作検討したＥＧＲクーラの排気通路１
１０を示す図であり、このＥＧＲクーラでは、排気と冷
却水との熱交換を促進するため、排気通路（排気チュー
ブ）内に排気との伝熱面積を増大させるフィン（この例
では、オフセット型のフィン）１１１を配設している。

【０００３】因みに、一般的に、水等の非圧縮性流体に
比べてガス（圧縮性流体）の方が熱伝達率が小さい（伝
熱工学（東京大学出版）等参照）ので、少なくとも、フ
ィンは排気通路内に設けることが望ましい。

【０００４】ところが、上記試作品においては、冷却水
通路のうち排気通路の入口側に対応する部位において、
冷却水が局所的に沸騰してしまい、その局所部位におい
て排気通路と冷却水通路とを区画する部材（冷却水チュ
ーブ又は排気チューブ）に熱損傷が発生してしまうとと
もに、瞬間的に内圧が急上昇するため、ＥＧＲクーラの
耐久性が悪化してしまうおそれがある。

【０００５】本発明は、上記点に鑑み、冷却水通路のう
ち排気通路の入口側に対応する部位において、冷却水が
局所的に沸騰してしまうことを防止することを目的とす
る。

【０００６】

【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、排気が流通
する排気通路（１１０）と、流体が流通する流体通路
（１２０）と、排気通路（１１０）の内に配設され、排
気と流体との熱交換を促進するフィン（１１１）とを有
し、排気通路（１１０）の排気入口（１１０ａ）近傍に
は、フィン（１１１）が設けられていないフィンレス領
域（α）が設けられていることを特徴とする。

【０００７】これにより、少なくとも排気入口（１１０
ａ）近傍において、排気と流体との熱交換が抑制される
ので、局所的な沸騰が発生し易い排気入口（１１０ａ）
近傍で冷却水が沸騰してしまうことを防止できる。

【０００８】請求項２に記載の発明では、排気が流通す
る排気通路（１１０）と、排気流れに対して対向して流
体が流通する流体通路（１２０）と、排気通路（１１
０）の内に配設され、排気と流体との熱交換を促進する
フィン（１１１）とを有し、排気通路（１１０）の排気
入口（１１０ａ）近傍には、フィン（１１１）が設けら
れていないフィンレス領域（α）が設けられていること
を特徴とする。

【０００９】これにより、少なくとも排気入口（１１０
ａ）近傍において、排気と流体との熱交換が抑制される
ので、局所的な沸騰が発生し易い排気入口（１１０ａ）
近傍で冷却水が沸騰してしまうことを防止できる。

【００１０】請求項３に記載の発明では、熱機関から排
出される排気と流体との間で熱交換を行う排気熱交換装
置であって、排気が流通する排気通路（１１０）と、排
気流れと同方向に流体が流通する流体通路（１２０）
と、排気通路（１１０）の内に配設され、排気と流体と
の熱交換を促進するフィン（１１１）とを有し、排気通
路（１１０）の排気入口（１１０ａ）近傍には、フィン
（１１１）が設けられていないフィンレス領域（α）が
設けられていることを特徴とする。

【００１１】これにより、少なくとも排気入口（１１０
ａ）近傍において、排気と流体との熱交換が抑制される
ので、局所的な沸騰が発生し易い排気入口（１１０ａ）
近傍で冷却水が沸騰してしまうことを防止できる。

【００１２】なお、フィンレス領域（α）は、請求項４
に記載の発明のごとく、排気通路（１１０）のうち排気
入口（１１０ａ）近傍の外縁部（１１０ｃ）に沿って設
けることが望ましい。

【００１３】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。

【００１４】

【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（ＥＧＲク
ーラ）１００を用いたＥＧＲ（排気再循環装置）の模式
図である。

【００１５】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２０
０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。

【００１６】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Ｅ
ＧＲガス量を調節する周知のＥＧＲバルブであり、ＥＧ
Ｒ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Ｅ
ＧＲガスを冷却する。

【００１７】次に、ＥＧＲクーラ１００の構造について
述べる。

【００１８】図２はＥＧＲクーラ１００の正面図であ
り、図３はＥＧＲクーラ１００の側面図であり、図４は
図２のＡ−Ａ断面である。

【００１９】そして、図３、４中、１１０はＥＧＲガス
が流通する排気通路であり、１２０は冷却水（流体）が
流通する冷却水（流体）通路である。ここで、冷却水通
路１２０は、図４に示すように、所定形状にプレス成形
された積層プレート（区画部材）１３１、１３２を２枚
１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た扁平状のチューブであり、この組
をなす積層プレート１３１、１３２とインナーフィン
（以下、フィンと略す。）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。

【００２０】なお、フィン１１１は、排気通路１１０内
に配設されてＥＧＲガスとの伝熱面積を増大させるもの
であり、本実施形態では、図５に示すように、排気通路
１１０の短径方向（図４の上下方向）と平行な板状のセ
グメント１１１ａが排気通路１１０に対して傾いた状態
で千鳥状に配設された、いわゆるオフセット型のフィン
である。

【００２１】因みに、セグメント１１１ａ、前述のごと
く、排気通路１１０の短径方向と略平行とすることが望
ましいが、実際のフィン１１１は、製造上の問題によ
り、ローラ又はプレス成形機の抜き勾配分だけ短径方向
に対して傾いたものとなるので、排気通路１１０の短径
方向と平行とは、短径方向と完全に平行であることを意
味するものではなく、抜き勾配程度の傾きを含んだ意味
である。

【００２２】また、排気通路１１０の排気入口１１０ａ
近傍には、フィン１１１が設けられていないフィンレス
領域αが設けられているとともに、このフィンレス領域
αは、排気通路１１０のうち排気入口１１０ａ近傍の外
縁部１１０ｃに沿って設けられている。

【００２３】なお、後述する縦冷却水通路１２０ａの近
傍もフィン１１１が配設されていないが、これは縦冷却
水通路１２０ａとの干渉を避けるためのものであって、
本明細書で言うフィンレス領域αとは異なる領域であ
る。

【００２４】因みに、図５中、１３０ａは冷却水通路１
２０側に突出した突起部であり、この突起部１３０ａに
より、積層プレート１３１、１３２間の距離（冷却水通
路１２０の高さ（短径方向寸法））を確保する。

【００２５】また、図４中、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を組み込むため
の開口部１４２を閉塞するコアキャップである。ここ
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（填め込ま
れた）状態で接合されている。

【００２６】このため、排気通路１１０は、冷却水通路
１２０を構成する積層プレート１３１、１３２及びコア
タンク１４０によって区画された空間により構成される
ので、冷却水通路１２０周りに排気が流通して排気通路
１１０が構成されるとともに、排気通路１１０の断面
（ＥＧＲガス流れと略直交する面）も略扁平状となる。

【００２７】なお、本実施形態では、積層プレート１３
１、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、Ｎｉ系のろう材にてろう付
け接合されている。

【００２８】ところで、図２、３中、１５１は冷却水通
路１２０に冷却水を流入させる流入口側接続パイプであ
り、１５２はＥＧＲクーラ１００内にて熱交換を終えた
冷却水を流出させる流出口側パイプであり、各冷却水通
路１２０は、図３に示すように、接続パイプ１５１、１
５２に対応する部位にてその短径方向（図３の上下方
向）に延びる縦冷却水通路１２０ａにて連通している。

【００２９】なお、本実施形態では、冷却水通路１２０
ａ内での冷却水流れと、排気通路１１０ａ内でのＥＧＲ
ガス流れとが同一方向（並行流れ）となるように、流入
口側接続パイプ１５１は排気排入口１１０ａ側に設けら
れ、流出口側接続パイプ１５２は排気出口１１０ｂ側に
設けられている。

【００３０】次に、本実施形態の特徴（作用効果）を述
べる。

【００３１】本実施形態によれば、排気入口１１０ａ近
傍には、フィン１１１が設けられていないフィンレス領
域αが設けられているので、少なくとも排気入口１１０
ａ近傍において、ＥＧＲガスと冷却水との熱交換が抑制
されるので、局所的な沸騰が発生し易い排気入口１１０
ａ近傍で冷却水が沸騰してしまうことを防止できる。

【００３２】ところで、図７に示す試作品では、排気通
路１１０略全域に渡ってフィン１１１が配設されていた
ので、フィン１１１（セグメント１１１ａ）の存在によ
り、排気入口１１０ａから排気通路１１０に流入したＥ
ＧＲガスを扁平状に構成された排気通路１１０断面（Ｅ
ＧＲガス流れと略直交する断面）の長径方向（図７の上
下方向）略全域、つまり排気通路１１０略全域に均一に
分配することが難しい。

【００３３】これに対して、排気入口１１０ａ近傍に
は、フィン１１１が設けられていないフィンレス領域α
が設けられているので、このフィンレス領域αが、排気
入口１１０ａから排気通路１１０内に流入したＥＧＲガ
スを排気通路１１０の略全域に分配する分配空間として
機能する。

【００３４】したがって、高温のＥＧＲガスが特定部位
に集中して流通してしまうことを防止できるので、ＥＧ
Ｒガスを排気通路１１０の略全域に略均一に分配するこ
とができるとともに、冷却水が局所的に沸騰してしまう
ことを防止できる。

【００３５】延いては、ＥＧＲクーラ１００全体として
の熱伝達率が向上するとともに、ＥＧＲクーラ１００全
体で効率よく熱交換することができるので、ＥＧＲクー
ラ１００の熱交換効率を向上させつつ、ＥＧＲクーラ１
００が局所的に熱損傷してしまうことを未然に防止でき
る。

【００３６】なお、発明者等の試験検討によれば、本実
施形態に係るＥＧＲクーラ１００は、図７に示す試作品
に比べて、温度効率が約８％向上し、圧力損失（通路抵
抗）が約４％小さくなることを確認した。なお、温度効
率とは、（入口ガス温−出口ガス温）／（入口ガス温−
入口水温）で定義されるものである。

【００３７】また、冷却水通路１２０ａ内での冷却水流
れと、排気通路１１０ａ内でのＥＧＲガス流れとが同一
方向（並行流れ）としているので、ＥＧＲガス温度が最
も高い排気排入口１１０ａにおいて、冷却水温度が最も
低くなるので、冷却水が局所的に沸騰してしまうことを
確実に防止できる。

【００３８】（第２実施形態）上述の実施形態（図５）
では、縦冷却水通路１２０ａの近傍にフィンレス領域α
を設けなかったが、本実施形態は、図６に示すように、
縦冷却水通路１２０ａの近傍ににフィンレス領域αを設
けたものである。

【００３９】これにより、縦冷却水通路１２０ａの近傍
（後流側）においても、ＥＧＲガスを略均一に分配する
ことができるので、ＥＧＲクーラ１００の熱交換効率を
向上させつつ、ＥＧＲクーラ１００が局所的に熱損傷し
てしまうことを未然に防止できる。

【００４０】（その他の実施形態）また、上述の実施形
態では、ＥＧＲ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。

【００４１】また、上述の実施形態では、冷却水流れと
ＥＧＲガス流れとを並行流れとしたが、本実施形態はこ
れに限定されるものではなく、両者を互いに逆向きに流
す対向流れとしてもよい。

【００４２】また、接続パイプ１５１、１５２の接続の
向きは、上述の実施形態（図３）に示された向きに限定
されるものではなく、例えば図３の紙面垂直方向として
もよい。

【００４３】また、フィレレス領域αの形状は、図５、
６に示された形状に限定されるものではなく、例えば縦
冷却水通路１２０ａが図５、６において、長径方向（紙
面上下方向）において略中央部にあるときは、縦冷却水
通路１２０ａを挟んで対称形状としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＧＲの模式図である

【図２】本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラの正面図
である。

【図３】本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラの側面図
である。

【図４】図２のＡ−Ａ断面である。

【図５】本発明の第１実施形態に係るＥＧＲクーラにお
ける排気通路（排気チューブ）を示す正面図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係るＥＧＲクーラにお
ける排気通路（排気チューブ）を示す正面図である。

【図７】試作検討に係るＥＧＲクーラにおける排気通路
（排気チューブ）を示す正面図である。

【符号の説明】

１１０…排気通路（排気チューブ）、１１１…フィン、
１１０ａ…排気入口、α…フィンレス領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G062 ED08 3L103 AA27 BB39 CC02 CC27 DD15 DD34 DD62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱機関から排出される排気と流体との間
で熱交換を行う排気熱交換装置であって、排気が流通する排気通路（１１０）と、流体が流通する流体通路（１２０）と、前記排気通路（１１０）の内に配設され、排気と流体と
の熱交換を促進するフィン（１１１）とを有し、前記排気通路（１１０）の排気入口（１１０ａ）近傍に
は、前記フィン（１１１）が設けられていないフィンレ
ス領域（α）が設けられていることを特徴とする排気熱
交換装置。
【請求項２】熱機関から排出される排気と流体との間
で熱交換を行う排気熱交換装置であって、排気が流通する排気通路（１１０）と、排気流れに対して対向して前記流体が流通する流体通路
（１２０）と、前記排気通路（１１０）の内に配設され、排気と流体と
の熱交換を促進するフィン（１１１）とを有し、前記排気通路（１１０）の排気入口（１１０ａ）近傍に
は、前記フィン（１１１）が設けられていないフィンレ
ス領域（α）が設けられていることを特徴とする排気熱
交換装置。
【請求項３】熱機関から排出される排気と流体との間
で熱交換を行う排気熱交換装置であって、排気が流通する排気通路（１１０）と、排気流れと同方向に前記流体が流通する流体通路（１２
０）と、前記排気通路（１１０）の内に配設され、排気と流体と
の熱交換を促進するフィン（１１１）とを有し、前記排気通路（１１０）の排気入口（１１０ａ）近傍に
は、前記フィン（１１１）が設けられていないフィンレ
ス領域（α）が設けられていることを特徴とする排気熱
交換装置。
【請求項４】前記フィンレス領域（α）は、前記排気
通路（１１０）のうち前記排気入口（１１０ａ）近傍の
外縁部（１１０ｃ）に沿って設けられていることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の排気熱
交換装置。