JP4565493B2 - EGR gas cooling device - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換型ガス冷却装置に係り、詳しくはディーゼルエンジン等の排気系から排気ガスの一部を取り出し、EGR配管を介してエンジンの吸気系に戻し、混合機に加える排気再循環(以下、「EGR」という。)に際して、EGR配管内のEGRガスを冷却する装置に関する。 The present invention relates to a heat exchange type gas cooling device, and more specifically, a part of exhaust gas is extracted from an exhaust system of a diesel engine or the like, returned to an intake system of an engine via an EGR pipe, and exhaust recirculation applied to a mixer ( Hereinafter, the present invention relates to an apparatus for cooling EGR gas in the EGR pipe.
ディーゼルエンジンの排気系から排気ガスの一部を取り出して再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加える方法は、EGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)と称され、NOx(窒素酸化物)の発生を抑制し、ポンプ損失の低減や燃焼ガスの温度低下に伴う冷却液への放熱損失の低減、作動ガス量・組成変化による比熱比の増大と、それに伴うサイクル効率の向上など、多くの効果が得られるところから、ディーゼルエンジンの排気ガスの浄化や、熱効率を改善するための有効な方法として広く採り入れられている。 A method of taking a part of the exhaust gas from the exhaust system of the diesel engine, returning it to the intake system of the engine again, and adding it to the air-fuel mixture is called EGR (Exhaust Gas Recirculation), which is the NOx (nitrogen oxide) Many effects such as suppression of generation, reduction of pump loss, reduction of heat dissipation loss to coolant due to lowering of combustion gas temperature, increase of specific heat ratio due to change of working gas amount and composition, and improvement of cycle efficiency associated with it Therefore, it is widely adopted as an effective method for purifying exhaust gas from diesel engines and improving thermal efficiency.
ところが、EGRガスの温度が上昇し、EGRガス量が増大すると、その熱作用によってEGRバルブの耐久性が劣化し、早期に破損する惧れが生ずるため、その防止策として冷却系を水冷構造とする必要に迫られたり、吸気温度の上昇に伴い充填効率が低下して燃費が低下するという現象を招来する。斯かる事態を回避するためにエンジンの冷却液、カーエアコン用冷媒または冷却風によってEGRガスを冷却する装置が用いられている。 However, when the temperature of the EGR gas rises and the amount of EGR gas increases, the durability of the EGR valve deteriorates due to its thermal action, and there is a risk of early damage. Therefore, as a preventive measure, the cooling system has a water cooling structure. This leads to a phenomenon in which the fuel efficiency is lowered due to a decrease in the charging efficiency as the intake air temperature rises. In order to avoid such a situation, an EGR gas cooling device is used with engine coolant, car air conditioner refrigerant, or cooling air.
このような実情にあって、EGRガスの冷却手段としては従来から様々なタイプの熱交換器型冷却装置が提案されている。例えば、ガスを通す内管の外側に液体を通す外管を配設し、ガスと液体間で熱交換を行う交換器において、内管内に金属コルゲート板がフィンとして挿入されている2重管式熱交換器(例えば、特許文献1参照)、内管と外管とを備えると共に、該内管側および外管側にそれぞれ高温側流体通路または低温側流体通路のいずれか一方ずつを備えた2重管式熱交換器(例えば、特許文献2参照)、内側に被冷却媒体を流通させる内管と、該内管の外周を離間して囲むように設けられた外管と、前記内管の内部に配設された熱応力緩和機能を有する放熱フィンとから構成された2重管式熱交換器(例えば、特許文献3参照)、内側に被冷却媒体を流通させる内管と、該内管の外周を離間して囲むように設けられた外管と、前記内管の内部に配設されたクロスフィンとから構成された2重管式熱交換器(例えば、特許文献4参照)、EGRガス配管の外周面に、冷却配管(伝熱管)がスパイラル状に対設巻装されたEGRガス冷却装置(例えば、特許文献5参照)、EGRガス配管の外周壁を貫通して冷却配管(伝熱管)が当該EGRガス配管の内部に挿入された構造のEGRガス冷却器(例えば、特許文献6参照)等がある。
上記各従来技術において、特許文献1〜4に開示されている2重管タイプのEGRガス冷却器の場合は、EGRガス流路を構成するパイプの内面は、長さ方向の全長に渡ってその内周面が平滑となっているものが多く、パイプの中心付近における熱伝達が不十分となり、EGRガスの冷却効率が低いという問題があった。また、上記特許文献5および6に開示されているEGRガス冷却装置の場合は、装置の製作が容易でコストが安価であるという利点を有するが、伝熱面積が狭いために必要な伝熱性能を確保するためには、特に軸方向の長さを長くすることが不可欠となり、限られたスペースに搭載することが必須の要件となる自動車等の場合、レイアウト上の問題が生じ、その上ガス流がEGRガス配管に沿って流れるため、ガス流の乱流化が不十分となり、伝熱面の境界層が十分に薄くならず、伝熱性能が若干不足するという問題が残されていた。
In each of the above prior arts, in the case of the double-tube type EGR gas cooler disclosed in
さらに、近時図7および8に示すように断面が偏平に拡径された複数の偏平チューブ30を、細長い矩形筒体からなるシェル本体10の内部に順序良く、かつ特定の間隔を設けて配列し、該シェル本体10の両端開口部を閉塞する一対のヘッダープレート20に、液密に貫通溶着させると共に、前記ヘッダープレート20の両端に一対のダクト70を接続してガス流路を形成し、前記シェル本体10両端の一対の環状膨出部50に設けられた冷却水出入口40から冷却水18を流入して、前記偏平チューブ30内を通流する高温のガスを、効果的に熱交換して冷却するシェルアンドチューブ型の多管式熱交換器が提案(特開2002−107091)され、偏平チューブ30の外周とシェル本体10の内壁、偏平チューブ30の外周同士などに形成される特定の間隔により、シェル本体10内を流れる冷却水の流量を適宜にコントロールして、効果的に熱交換し得る旨開示されている。ところがこの様な構造の熱交換器においては、図9に示すようにガス流路を形成する偏平チューブ管30の端部と、冷却水流路を遮断するヘッダープレー20とが、同一の接合部90における溶接やろう接によって隔てられているため、該接合部90に万一の漏洩が生じた場合、冷却水がガス流路内に浸入して深刻な事故に繋がる恐れが懸念されている。
Furthermore, as shown in FIGS. 7 and 8, a plurality of
また、冷却水を通流する伝熱管の両サイドにガス流路を配設した従来型の熱交換器においては、図10(a)に示すように伝熱管120の端部がカバー140によって閉塞されて、ガス流路を形成するサイドケース170と隔てられる構造となっているが、この際、伝熱管120の両端面の開放部をカバー140によって覆うように閉塞する(図10(b)および(c)参照)か、若しくは伝熱管内に填め込まれるようにして閉塞する(図10(d)および(e)参照)かのいずれかであっても、それぞれガス流路を形成するサイドケースに隣接し、しかも同一の位置において、図10の(c)または(e)に示すようにして溶接またはろう接によって接合されている。従って、この場合においても前記と同様、該接合部90に万一の漏洩が生じた場合、冷却水がガス流路内に浸入して深刻なトラブルを発生することが懸念され、早急に解決が望まれる大きな課題であった。本発明は斯かる課題を解決して、簡略な構造であるにも拘らず冷却効率が優れ、しかも限られたスペースに容易に設置が可能なEGRガス冷却装置を提供することを目的とするものである。
Further, in a conventional heat exchanger in which gas flow paths are arranged on both sides of a heat transfer tube through which cooling water flows, the end of the
上記課題を解決するための本発明によるEGRガス冷却装置は、独自に冷却媒体の流入口並びに流出口を有する断面形状が偏平若しくは長方形の伝熱管と、該伝熱管に隣接してガス流路を形成するサイドケースとが、交互に複数配設される多管式熱交換型ガス冷却装置において、前記伝熱管とサイドケースとが独立して形成され、その接合部が相互に一致することの無いよう配置されることを特徴的構成要件とするものである。 An EGR gas cooling apparatus according to the present invention for solving the above-mentioned problems is provided with a heat transfer tube having a flat or rectangular cross section having an inlet and an outlet for a cooling medium, and a gas flow path adjacent to the heat transfer tube. In the multi-tube heat exchange type gas cooling apparatus in which a plurality of side cases to be formed are alternately arranged, the heat transfer tubes and the side cases are formed independently, and their joint portions do not coincide with each other. It is a characteristic constituent feature to be arranged in such a manner.
本発明はまた、前記EGRガス冷却装置に組み込まれる伝熱管が、深絞り加工によって容器状に成形され、その上方開放部の縁部と上蓋部とが溶着若しくは嵌め込み式で液密に接合され、該接合部が前記ガス流路を形成するサイドケースの接合部と、相互に一致することのないよう配置されることを特徴とするものである。 In the present invention, the heat transfer tube incorporated in the EGR gas cooling device is molded into a container shape by deep drawing, and the edge portion of the upper open portion and the upper lid portion are joined in a liquid-tight manner by welding or fitting, The joining portion is arranged so as not to coincide with the joining portion of the side case forming the gas flow path.
本発明は更に、前記EGRガス冷却装置に組み込まれる伝熱管が、上下が開放した長方形の管状に形成され、該上下の開放部の縁部と上蓋部並びに底部とが、溶着若しくは嵌め込み式で液密に接合され、該接合部が前記ガス流路を形成するサイドケースの接合部と、相互に一致することのないよう配置されることを特徴とするものである。 According to the present invention, the heat transfer tube incorporated in the EGR gas cooling device is formed in a rectangular tube shape whose upper and lower portions are open, and an edge portion of the upper and lower open portion, an upper lid portion, and a bottom portion are welded or fitted into the liquid. It is characterized in that it is tightly joined, and the joint is arranged so as not to coincide with the joint of the side case forming the gas flow path.
また、本発明による前記EGRガス冷却装置において、ガス流路を形成する前記サイドケース内に、インナーフィンおよび/またはエンボス加工を施すことを好ましい態様とするものである。 In the EGR gas cooling device according to the present invention, it is preferable that inner fins and / or embossing be performed in the side case forming the gas flow path.
さらに、本発明における前記EGRガス冷却装置において、前記インナーフィンには、ルーバー、貫孔、凹凸、波形等が設けられることを好ましい態様とするものである。 Furthermore, in the EGR gas cooling device according to the present invention, it is preferable that the inner fin is provided with louvers, through holes, irregularities, corrugations, and the like.
本発明はまた、前記インナーフィンを含むEGRガス冷却装置を構成する各部の溶着手段が、溶接及び/又はろう接であることを好ましい態様とするものである。 In a preferred aspect of the present invention, the welding means of each part constituting the EGR gas cooling device including the inner fin is welding and / or brazing.
本発明に係る上記EGRガス冷却装置は、独自に冷却媒体の流入口と流出口を有する断面形状が偏平若しくは長方形の伝熱管と、該伝熱管に隣接してガス流路を形成するサイドケースとが、交互に複数配設される多管式熱交換型ガス冷却装置において、前記伝熱管とサイドケースとが独立して形成され、その接合部が相互に一致することのないよう配置されることを基本的構成要件としている。更に本発明に係る前記伝熱管は、深絞り加工によって容器状に形成され、その上方開放部の縁部と上蓋部とが溶接、ろう接または嵌め込み式のいずれかによって液密に接合され、該接合部はガス流路を形成するサイドケースの接合部と、相互に重複することがないように形成されている。斯かる構成により本発明によるEGRガス冷却装置は、伝熱管そのものの接合部が極端に省略され、加えてガス流路と冷却媒体の流路とが完全な形で遮断されるため、万一伝熱管の接合部にピンホールやクラックが生じて冷却媒体のリークが発生しても、ガス流路内への浸入は未然に阻止され、そのことに起因するエンジン破損などの深刻なトラブルへの懸念は確実に解消される。また本発明によるEGRガス冷却装置は主としてエンジン冷却水が用いられる冷却媒体が、前記偏平伝熱管によって流路を狭められ、その流速を増加させて該管内を通過すると共に、隣接して配置される前記サイドケースとの伝熱面積を拡大し、該サイドケース内を通流する高温のガスに対する熱交換効率を促進してその冷却効率の上昇を図り、加えて前記ガス配管を形成するサイドケース内に任意に設けらインナーフィンによってその流路を妨げられた高温のガス流は、該ガス流路内を乱流や渦流を伴いながら不規則な流れとなって時間をかけて通過する。従って、EGRガスの熱はこの間に前記偏平伝熱管内を高速で通過する冷却媒体に確実に熱伝達されて効率的に熱交換される。なお、本発明によるEGRガス冷却装置は、上記のようにエンジン冷却水を冷却媒体として用いることにより、偏平伝熱管の外表面の伝熱係数が、EGRガスに対してほぼ10倍となるため、該外表面に接触したガスは確実に冷却され、優れた熱交換性能を得ることができる。 The EGR gas cooling device according to the present invention includes a heat transfer tube having a flat or rectangular cross-sectional shape having an inlet and an outlet for a cooling medium, and a side case that forms a gas flow path adjacent to the heat transfer tube. However, in the multi-tube heat exchange type gas cooling apparatus in which a plurality are alternately arranged, the heat transfer tubes and the side cases are formed independently, and the joint portions are arranged so as not to coincide with each other. Is a basic configuration requirement. Further, the heat transfer tube according to the present invention is formed into a container shape by deep drawing, and the edge portion of the upper open portion and the upper lid portion are joined in a liquid-tight manner by either welding, brazing or fitting, The joining portion is formed so as not to overlap with the joining portion of the side case forming the gas flow path. With such a configuration, the EGR gas cooling device according to the present invention has an extremely omitted connection between the heat transfer tubes themselves, and in addition, the gas flow path and the flow path of the cooling medium are completely cut off. Even if pinholes or cracks occur in the joints of the heat pipes and leakage of the cooling medium occurs, entry into the gas flow path is prevented in advance, and there are concerns about serious problems such as engine damage due to that. Is definitely resolved. In the EGR gas cooling apparatus according to the present invention, a cooling medium in which engine coolant is mainly used is narrowed by the flat heat transfer tube, passes through the tube while increasing the flow velocity thereof, and is disposed adjacent to the cooling medium. In the side case that expands the heat transfer area with the side case, promotes heat exchange efficiency for high-temperature gas flowing through the side case to increase its cooling efficiency, and additionally forms the gas pipe The high-temperature gas flow obstructed by the inner fin, which is arbitrarily provided, passes through the gas flow channel as an irregular flow accompanied by turbulent flow or vortex flow. Therefore, the heat of the EGR gas is surely transferred to the cooling medium passing through the flat heat transfer tube at high speed during this time, and is efficiently exchanged. Note that the EGR gas cooling device according to the present invention uses the engine cooling water as a cooling medium as described above, so that the heat transfer coefficient of the outer surface of the flat heat transfer tube is almost 10 times that of the EGR gas. The gas in contact with the outer surface is reliably cooled and excellent heat exchange performance can be obtained.
さらに、本発明に係るEGRガス冷却装置は、伝熱管が深絞り加工によって一体ものの容器状に形成されているため、単体の構造が強固な支持体となって作用し、補強効果を発揮するため、過酷な運転条件の中で配設される当該EGRガス冷却装置として、他の支持体等を付加することなく、そのまま設置することができるので装置の軽量小型化を可能とした。従って、得られたEGRガス冷却装置は極めてコンパクトなものとなり、限られたスペースに容易に設置することができる。 Furthermore, in the EGR gas cooling device according to the present invention, since the heat transfer tube is formed into a single container by deep drawing, the single structure acts as a strong support and exhibits a reinforcing effect. As the EGR gas cooling device arranged under severe operating conditions, it can be installed as it is without adding another support or the like, so that the device can be reduced in weight and size. Therefore, the obtained EGR gas cooling device is extremely compact and can be easily installed in a limited space.
以下、本発明の実施の形態について添付した図面並びに実施例に基づいて更に詳細に説明する。
図1は本発明に係るEGRガス冷却装置の一実施例を説明するための模式的な一部斜視図、図2は本発明に係るEGRガス冷却装置の他の実施例を説明するための模式的な一部斜視図、図3は本発明に係るEGRガス冷却装置の更に他の実施例を説明するための模式的な正面図、図4は本発明に係るEGRガス冷却装置の更に他の実施例を説明するための模式的な正面図、図5は同実施例における伝熱管と上蓋部との接合状態を説明するための拡大断面図、図6は本発明に係る他の実施例の伝熱管と上蓋部との接合状態を説明するための拡大断面図、図7は従来のEGRガス冷却装置の一部破断正面図、図8は図7におけるB−B線上矢視断面図、図9は図7におけるC枠内一部拡大図、図10は従来のEGRガス冷却装置の他の例を説明するための模式的な部分斜視図で、(a)は全体構造の一部省略斜視図、(b)はカバーを接合する際の一例を示す部分的斜視図、(c)は(b)における伝熱管とカバーの接合状態の一部拡大断面図、(d)はカバーを接合する際の他の一例を示す部分的斜視図、(e)は(d)における伝熱管とカバーの接合状態の一部拡大断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and examples.
FIG. 1 is a schematic partial perspective view for explaining an embodiment of the EGR gas cooling apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic view for explaining another embodiment of the EGR gas cooling apparatus according to the present invention. FIG. 3 is a schematic front view for explaining still another embodiment of the EGR gas cooling device according to the present invention, and FIG. 4 is still another example of the EGR gas cooling device according to the present invention. FIG. 5 is a schematic front view for explaining the embodiment, FIG. 5 is an enlarged sectional view for explaining a joined state of the heat transfer tube and the upper lid portion in the embodiment, and FIG. 6 is another embodiment according to the present invention. FIG. 7 is a partially broken front view of a conventional EGR gas cooling device, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 9 is a partially enlarged view of the C frame in FIG. 7, and FIG. 10 illustrates another example of a conventional EGR gas cooling device. FIG. 4 is a schematic partial perspective view for the purpose of the present invention, in which FIG. (D) is a partial perspective view showing another example when the cover is joined, (e) is one of the joined state of the heat transfer tube and the cover in (d). FIG.
[実施例]
以下、本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明するが、本発明はこれによって拘束されるものではなく、本発明の主旨の範囲内において自由に設計変更が可能である。
[Example]
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples. However, the present invention is not limited thereto, and can be freely modified within the scope of the gist of the present invention.
本例によるEGRガス冷却装置の本体1は、図1に示すように独自に冷却媒体の流入口P1並びに流出口P2を有する断面形状が略偏平形状の伝熱管2と、該伝熱管2に隣接してガス流路となる管状のサイドケース6が配設されている。伝熱管2と隣接するサイドケース6とはそれぞれ独立して形成された管状体であり、それぞれの接合部が相互に一致することの無いよう配置され、該伝熱管2は、プレス成形手段の一種である深絞り加工法によって上方に開放部を有する容器状に成形され、該上方開放部は上蓋部3−1によって液密に閉鎖され、該上蓋部3には冷却媒体Wの流出口P−2が、深絞り加工によって成形された伝熱管2の底部3−2には、同じく冷却媒体Wの流入口P−1がそれぞれ一体として設けられ、主としてエンジン冷却水が用いられる冷却媒体Wが、該伝熱管2内を独自に通流するよう構成されている。本実施例において伝熱管2の上方開放部を覆って閉鎖する上蓋部3−1は、図5に示すように該伝熱管2の縁部5との溶接によって液密に接合されるが、隣接するサイドケース6のガスの流れ方向gに平行する端部4には、深絞り加工法によって容器状に形成されているために接合部分は存在しない。従って該端部4からの冷却媒体のWの流出は発生し得ず、伝熱管2と上蓋部3−1との接合部に万一ピンホールやクラック等が生じ、冷却媒体Wのリークが発生した場合においても、その接合部はガス流路を形成するサイドケース6と独立して相互に一致することが無く、該ガス流路内への冷却媒体Wの流入は未然に防止され、それに起因する各種エンジントラブルの懸念も確実に払拭される。なお、本例における上記サイドケース6内には図1に示すように波型のインナーフィン7を設けたが、これによって該サイドケース6を通流する高温のガスの流れに乱流が生じ、かつその流速が停滞気味に弱められ、一方、伝熱管2内を通流する冷却媒体Wの流速は、独自に流出入口を有することによって早められ、優れた熱交換性能を示して効果的に冷却されることが確認された。なお、図中100はボンネットである。
As shown in FIG. 1, the
本実施例におけるEGRガス冷却装置の本体1aは、図2に示すように伝熱管2aの断面形状が長方形で、上下に開放部を有する管状体に形成され、それぞれの開放部を冷却媒体Wの流出口Pa−2を有する上蓋部3a−1と、流入口Pa−1を有する底部3a−2とによって液密に閉鎖する構造とした以外は、実施例1と同様にしてEGRガス冷却装置1aを構成し、実施例1と同一の条件でEGRガスの冷却試験を実施した。その結果伝熱管2aと管状のサイドケース6a間の接合部は、それぞれ相互に独立して一致することがなく、伝熱管2aと上蓋部3a−1および底部3a−2との接合部に、万一リークが発生した場合においても冷却媒体Wのガス流路への浸入は未然に防止し得ると共に、熱交換性能も実施例1と同等レベルであることが確認された。なお、図中100は図1同様ボンネットである。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように伝熱管2bを挟んでその両脇に管状のサイドケース6bを配置した以外は、実施例1と同様にしてEGRガス冷却装置を構成し、実施例1と同一の条件でEGRガスの冷却試験を実施した。その結果伝熱管2bと管状のサイドケース6a間の接合部は、それぞれ相互に独立して一致することがなく、伝熱管2bの接合部に、万一リークが発生した場合においても、冷却媒体Wのガス流路への浸入は未然に防止し得ると共に、熱交換性能も実施例1に準じて優れたレベルを維持していることが確認された。
As shown in FIG. 3, the EGR gas cooling device is configured in the same manner as in Example 1 except that the
図4に示すように伝熱管2cと、管状のサイドケース6cとを交互に複数配設した以外は、実施例1と同様にしてEGRガス冷却装置を構成し、実施例1と同一の条件でEGRガスの冷却試験を実施した。その結果伝熱管2cとサイドケース6c間の接合部は、それぞれ相互に独立して一致することがなく、伝熱管2cの接合部に、万一リークが発生した場合においても、冷却媒体Wのガス流路への浸入は未然に防止し得ると共に、熱交換性能も実施例1と同等レベルに維持されていることが確認された。
As shown in FIG. 4, an EGR gas cooling device is configured in the same manner as in Example 1 except that a plurality of
本発明に係る上記各実施例において、伝熱管本体2、2a、2b、2cと、上蓋部3−1、3a−1、3b−1、3c−1並びに底部3a−2との接合手段を、溶接によって実施しているが、該溶接に代えて例えばニッケルろうを用いたろう接を採用しても良く、液密に接続できる範囲において、例えば図6に示すような嵌め込み方法を採用することも妨げない。また、ガス流路となるサイドケース6、6a、6b、6cに設けるインナーフィンに7、7a、7b、7cに加えて、エンボス加工を施すことや、コルゲートフィンを用いることも妨げず、波型のインナーフィンに加えて、ルーバー、貫孔、凹凸などを設けることも任意に選択することができる。
In each said Example which concerns on this invention, the joining means of the heat exchanger tube
上記各実施例における本発明に基づくEGRガス冷却装置は、偏平或いは長方形の断面形状の管体内を、エンジン冷却水などの冷却媒体の流路とするEGRクーラー等のガス用熱交換装置において、該冷却媒体の流路を形成する断面形状偏平或いは長方形の管体を、深絞り加工によって容器状の管状体に形成して伝熱管とし、隣接して配設される管状のサイドケース内を通流する高温のガスを、効率的に熱交換して冷却するよう構成されている。深絞り加工によって成形される本発明による伝熱管は、底部を一体に成形されてその上方に開放部を有する容器状か、上下に開放部を有する管状体であるかのいずれかに成形されるが、前者においてはその上方開放部を上蓋部によって閉塞し、後者においては上下の開放部を上蓋部および底部によって、それぞれ液密に閉塞され、上蓋部並びに底部には冷却媒体を通流させるための流入口と流出口が一体に設けられるが、流入口および流出口はそれぞれに特定される必要はなく、設計上の都合等により流出入口を逆転するなど任意に変更することが可能である。 The EGR gas cooling device according to the present invention in each of the above embodiments is a gas heat exchange device such as an EGR cooler in which a tubular body having a flat or rectangular cross section is used as a flow path for a cooling medium such as engine cooling water. A flat or rectangular tube body that forms the flow path of the cooling medium is formed into a container-like tubular body by deep drawing to form a heat transfer tube, and flows through the adjacent tubular side case. The high-temperature gas is cooled by efficiently exchanging heat. The heat transfer tube according to the present invention formed by deep drawing is formed in either a container shape having a bottom portion integrally formed and having an open portion above it, or a tubular body having open portions above and below. However, in the former, the upper open portion is closed by the upper lid portion, and in the latter, the upper and lower open portions are liquid-tightly closed by the upper lid portion and the bottom portion, respectively, so that the cooling medium flows through the upper lid portion and the bottom portion. However, the inflow port and the outflow port do not need to be specified individually, and can be arbitrarily changed by, for example, reversing the outflow port for design reasons.
本発明による上記伝熱管は、上方開放部または上下の開放部を、上蓋部若しくは上蓋部と底部とを用い、上記のような接合手段によって液密に閉塞するが、隣接して配設されるガス流路となる管状のサイドケース内を流通するガスの、流れ方向に平行する端部にはもとより接合部が存在しないように成形されている。従って伝熱管内を通流する冷却媒体が該端部から流出して、平行して開放されている管状のサイドケース内のガス流路に浸入するという事態は、必然的に阻止されるよう構成されている。本発明による上記伝熱管は、このように接合部分を極力省略するような構造となっていることに加え、該接合部が管状のサイドケースにおいて、ガス流路を形成する部分と一致しないように設計されているため、万一該接合部からのリークが発生した場合も、冷却媒体がガス流路内に流入するというトラブルは未然に回避されるよう構成されている。 In the heat transfer tube according to the present invention, the upper open portion or the upper and lower open portions are liquid-tightly closed using the upper lid portion or the upper lid portion and the bottom portion, and are disposed adjacent to each other. The gas flowing in the tubular side case serving as the gas flow path is shaped so that there is no joint portion as well as an end portion parallel to the flow direction. Therefore, the cooling medium flowing through the heat transfer tube flows out of the end portion and enters the gas flow path in the tubular side case that is opened in parallel. Has been. The heat transfer tube according to the present invention has such a structure that the joint portion is omitted as much as possible, and the joint portion does not coincide with the portion forming the gas flow path in the tubular side case. Since it is designed, the trouble that the cooling medium flows into the gas flow path is avoided in the event of a leak from the joint.
一方、上記伝熱管に隣接して配設されてガス流路を形成する本発明によるサイドケースは、実質的には伝熱管同様の管状体であり、該伝熱管に沿うように隣接して配置され、ガス配管を通じて管内を通流する高温のガスを伝熱管に熱交換させ、その入り口から出口までの間にほぼ所定温度にまで冷却することが求められている。効率的な熱交換を図るためには該サイドケースと伝熱管との接触面積を拡大すると共に、ガス流路内を通流するガスの流れを攪拌し、薄い層によって伝熱面への接触を繰り返すことが望ましいため、流路内へインナーフィンを設けることにより乱流や渦流を生じせしめるように工夫されている。また伝熱管とサイドケースとは、通常一対で設けられるよりも交互に複数配列されることによって、相互に補完してより優れた熱交換性能が促進され、効率的な冷却効果が期待できる。 On the other hand, the side case according to the present invention disposed adjacent to the heat transfer tube to form a gas flow path is substantially a tubular body similar to the heat transfer tube, and is disposed adjacent to the heat transfer tube. In addition, there is a demand for heat exchange of high-temperature gas flowing through the pipe through the gas pipe to the heat transfer pipe, and cooling to a substantially predetermined temperature between the inlet and the outlet. In order to achieve efficient heat exchange, the contact area between the side case and the heat transfer tube is expanded, the flow of gas flowing through the gas flow path is agitated, and a thin layer provides contact with the heat transfer surface. Since it is desirable to repeat, it is devised to generate turbulent flow and vortex flow by providing an inner fin in the flow path. Further, by arranging a plurality of heat transfer tubes and side cases alternately rather than being normally provided as a pair, they can complement each other to promote better heat exchange performance, and an efficient cooling effect can be expected.
上記各実施例によって明らかなように、本発明に係る上記伝熱管は、深絞り加工によって容器状に形成され、上方開放部の縁部と上蓋部とが突き合わせて溶接、ろう接または嵌め込み式溶接、ろう付けのいずれかによって液密に接合され、該接合部はガス流路を形成するサイドケースの接合部とは、相互に重複することがないように形成されている。従って伝熱管そのものの接合部が極端に省略され、加えてガス流路と冷却媒体の流路とが完全な形で遮断されるため、万一伝熱管の接合部にピンホールやクラックが生じてリークが発生しても、該冷却媒体のガス流路への浸入は未然に阻止され、それに起因したトラブルへの懸念は確実に解消される。また本発明によるEGRガス冷却装置は主としてエンジン冷却水が用いられる冷却媒体が、前記偏平伝熱管によって流路を狭められ、その流速を増加させて該管内を通過すると共に、隣接して配設されるサイドケースとの伝熱面積を広げて冷却効率の上昇を図り、加えて該サイドケース内に任意に設けらインナーフィンによって流路を妨げられた高温のガス流は、該インナーフィンによってもたらされる不規則なガス流路内を、乱流や渦流を伴いながら時間をかけて通過し、隣接する偏平伝熱管内を通過する冷却媒体に確実に熱伝達されて効率的に熱交換される。なお、本発明によるEGRガス冷却装置は、上記のようにエンジン冷却水を冷却媒体として用いることにより、偏平伝熱管の外表面の伝熱係数が、EGRガスに対してほぼ10倍となるため、該外表面に接触したガスは確実に冷却され、優れた熱交換性能を得ることができる。さらに、本発明に係るEGRガス冷却装置は、伝熱管が深絞り加工によって一体ものの容器状に形成されているため、単体の構造が強固な支持体となって作用し、補強効果を発揮するため、過酷な運転条件の中で配設される当該EGRガス冷却装置として、他の支持体等を付加することなくそのまま設置することができる。このように本発明に係るEGRガス冷却装置は、その構造が簡略であるにも拘らず、優れた冷却効率を発揮すると同時に、装置の軽量・小型化を可能とするため、自動車用のEGRガス冷却装置のみならず、他のガス冷却装置、ガス加熱装置としても転用し得るなど幅広い用途が期待される。 As is clear from each of the above embodiments, the heat transfer tube according to the present invention is formed into a container shape by deep drawing, and the edge of the upper open portion and the upper lid portion abut each other for welding, brazing or fitting welding. These are joined in a liquid-tight manner by either brazing, and the joined portions are formed so as not to overlap with the joined portions of the side cases forming the gas flow paths. Therefore, the joint part of the heat transfer tube itself is extremely omitted, and in addition, the gas flow path and the cooling medium flow path are completely cut off. Even if a leak occurs, the intrusion of the cooling medium into the gas flow path is prevented in advance, and the concern about the trouble caused by it is surely eliminated. In the EGR gas cooling device according to the present invention, a cooling medium mainly using engine cooling water is narrowed by the flat heat transfer tube, passes through the tube while increasing its flow rate, and is disposed adjacent to the cooling medium. The heat transfer area with the side case is increased to increase the cooling efficiency. In addition, the gas flow at a high temperature blocked by the inner fin arbitrarily provided in the side case is brought about by the inner fin. It passes through the irregular gas flow path over time with turbulent flow and vortex flow, and heat is reliably transferred to the cooling medium passing through the adjacent flat heat transfer tube, thereby efficiently exchanging heat. Note that the EGR gas cooling device according to the present invention uses the engine cooling water as a cooling medium as described above, so that the heat transfer coefficient of the outer surface of the flat heat transfer tube is almost 10 times that of the EGR gas. The gas in contact with the outer surface is reliably cooled and excellent heat exchange performance can be obtained. Furthermore, in the EGR gas cooling device according to the present invention, since the heat transfer tube is formed into a single container by deep drawing, the single structure acts as a strong support and exhibits a reinforcing effect. As the EGR gas cooling device arranged under severe operating conditions, it can be installed as it is without adding another support or the like. As described above, the EGR gas cooling device according to the present invention exhibits an excellent cooling efficiency despite the fact that its structure is simple, and at the same time, the EGR gas for automobiles can be reduced in weight and size. A wide range of applications is expected, including not only cooling devices but also other gas cooling devices and gas heating devices.
1、1a、1b、1c EGRガス冷却装置本体
2、2a、2b、2c 伝熱管
3−1、3a−1 上蓋部
3−2、3a−2 底部
4、4a 端部
5、5a−1、5a−2、5b 縁部
6、6a、6b、6c サイドケース
7、7a、7b、7c インナーフィン
8、8−1 接合部
P−1、Pa−1 流入口
P−2、Pa−2 流出口
Pb、Pc 流出入口
g ガスの流れ方向
W 冷却媒体
100 ボンネット
1, 1a, 1b, 1c EGR gas cooling device
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