JP4622150B2

JP4622150B2 - Heat exchanger

Info

Publication number: JP4622150B2
Application number: JP2001130114A
Authority: JP
Inventors: 明宏前田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: JP2002327996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に関するもので、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器、特に、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】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ＥＧＲクーラは、ＥＧＲ用の排気を冷却することにより、ＥＧＲの効果（排気中の窒素酸化物の低減効果）を高めるものであり、一般的に、エンジン冷却水を利用してＥＧＲ用の排気を冷却するものである。
【０００３】
そこで、発明者等は種々のＥＧＲクーラを試作検討していたところ、いずれの試作品においても、ＥＧＲクーラの排気流れ下流側において、多くの炭素（すす）等の微粒子が堆積してしまい、排気通路内に設けられたフィンに目詰まりが発生し、冷却性能の低下及び圧力損失の増大という問題が多発した。
【０００４】
これは、燃焼により発生した排気中には、ＰａｔｉｃｕｒａｔｅＭａｔｔｅｒｓ（すす）等の未燃焼物質が含まれているが、排気流れ下流側に向かうほど、排気温度が低下して排気の体積が縮小して相対的にＰＭ（すす）の占める割合が大きくなり、ＰＭ（すす）がフィンの表面に付着し易くなるとともに、排気の流速が低下してフィンの表面に付着したＰＭ（すす）を吹き飛ばせなくなるからである。
【０００５】
そこで、出願人は、フィンの目詰まりを防止しつつ、十分な冷却能力を有するＥＧＲクーラとして、特願２０００−３８５５６３号を出願したが、この出願に係るＥＧＲクーラでは、排気流れに対して方向性を有するルーバ（突起部）を備えるインナーフィンをチューブ内に配設しているので、インナーフィンをチューブ内に配設する（組み付ける）際に、その方向（向き）を間違える（誤組み付けする）と、フィンの目詰まりを誘発するとともに、十分な冷却能力を発揮することができない。
【０００６】
なお、本明細書で言う「排気（流体）流れに対して方向性を有するルーバ（突起部）」とは、「ルーバ（突起部）に対して排気（流体）流れの向きが相違した場合に、ルーバ（突起部）の後流側における排気（流体）流れの状態が大きく相違するような特性を有する」と言う意味である。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、流体流れに対して方向性を有する突起部を有する熱交換器において、フィンの誤組み付けを防止することを目的とする。
【０００８】
【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、チューブ（１１０）内を流通する第１流体と、このチューブ（１１０）外を流通する第２流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、チューブ（１１０）内に配設され、第１流体の流通方向から見て複数箇所の屈曲部（１１１ａ）を有するように波状に形成された第１、２流体間の熱交換を促進するフィン（１１１）と有し、
屈曲部（１１１ａ）は波状の山部を形成する部位であって、屈曲部（１１１ａ）の内側には波状の凹空間が形成されるようになっており、
さらに、チューブ（１１０）の内壁側のうち屈曲部（１１１ａ）の内側に面する部位には、チューブ（１１０）の内方側に向けて突出する第２突起部（１１０ａ）が設けられており、
第１流体の流通方向に対する第１突起部（１１１ｃ）の方向性が正規の方向となるようにフィン（１１１）をチューブ（１１０）内に配設する場合は第２突起部（１１０ａ）が屈曲部（１１１ａ）内側の凹空間に位置して、フィン（１１１）のチューブ（１１０）内への配設が可能となり、
これに対し、第１流体の流通方向に対する第１突起部（１１１ｃ）の方向性が正規の方向と逆方向となるようにフィン（１１１）をチューブ（１１０）内に配設する場合は第２突起部（１１０ａ）が屈曲部（１１１ａ）の外側に干渉して、フィン（１１１）のチューブ（１１０）内への配設が不可能となる構成になっていることを特徴とする。
【００１１】
なお、屈曲部（１１１ａ）の内側とは、曲げの中心側又は曲率半径の中心側を言う。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、フィン（１１１）をチューブ（１１０）内に組み付ける際に、フィン（１１１）の向きを間違えて、第１流体の流通方向に対する第１突起部（１１１ｃ）の方向性が正規の方向と逆方向になると、第２突起部（１１０ａ）とフィン（１１１）の屈曲部（１１１ａ）の外側（曲げの中心と反対側）とが干渉するので、フィン（１１１）の組み付け方向（の向き）を間違えた状態でフィン（１１１）をチューブ（１１０）に組み付けることができない。したがって、フィン（１１１）の誤組み付けを防止することができる。
【００１３】
なお、第２突起部（１１０ａ）は、請求項２に記載の発明のごとく、断面形状が扁平状に形成されたチューブ（１１０）の短径方向において、互い違いの位置に複数個設けることが望ましい。
【００１４】
また、第２突起部（１１０ａ）は、請求項３に記載の発明のごとく、チューブ（１１０）の長手方向端部に設けることが望ましい。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器において、チューブ（１１０）が互いに平行に複数本配置され、複数本のチューブ（１１０）の長手方向両端側には、これら複数本のチューブ（１１０）に連通するヘッダタンク（１２０）が配置され、
ヘッダタンク（１２０）は複数本のチューブ（１１０）が嵌合する嵌合部（１２１ａ）を有しており、複数本のチューブ（１１０）の長手方向両端側は嵌合部（１２１ａ）に嵌合された状態でヘッダタンク（１２０）に接合されており、
さらに、チューブ（１１０）の長手方向一端側における嵌合部（１２１ａ）の形状と、チューブ（１１０）の長手方向他端側における嵌合部（１２１ａ）の形状とが相違していることを特徴とする。
【００１６】
これにより、チューブ（１１０）の長手方向一端側が他端側のヘッダタンク（１２０）に誤組み付けされる、又はチューブ（１１０）の長手方向他端側が一端側のヘッダタンク（１２０）に誤組み付けされることを未然に防止できるので、フィン（１１１）の誤組み付けを防止することができる。
【００１７】
なお、請求項５に記載の発明のごとく、チューブ（１１０）の内方側に向けて突出し、フィン（１１１）をチューブ（１１０）に対して位置決めする第３突起部（１１０ｂ）をチューブ（１１０）に設けてもよい。
【００１８】
また、第１突起部（１１１ｃ）は、請求項６に記載の発明のごとく、第１流体流れ下流側に向かうほど突出寸法が大きくなるように略三角状に形成したものとしてもよい。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換器が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熱交換器として構成され、
チューブ（１１０）により、第１流体として排気が流通する排気通路（１１０）が構成され、
チューブ（１１０）の周りには、第２流体として冷却流体が流通する冷却流体通路（１５０）が構成され、
フィン（１１１）は、排気と冷却流体との熱交換を促進するフィン（１１１）であることを特徴とする。
【００２０】
これにより、内燃機関から排出される排気を冷却流体により冷却する熱交換器において、フィン（１１１）をチューブ（１１０）内に組み付ける際に、誤組み付けか否かを容易に判定することができるので、フィン（１１１）の誤組み付けを防止することができる。
【００２１】
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。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
次に、ガスクーラ１００の構造について述べる。
【００２６】
図２はガスクーラ１００の外形図であり、図３はガスクーラ１００のＥＧＲガス入口側の拡大断面図であり、図４は図３で示される部分の分解斜視図である。
【００２７】
そして、図３、４中、１１０はＥＧＲガスが流通する排気通路を構成する扁平状に形成された複数本の排気チューブ（以下、チューブと略す。）であり、このチューブ１１０内には、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が配設されている。
【００２８】
このインナーフィン１１１は、図５、６（ａ）に示すように、ＥＧＲガスの流通方向から見て、チューブ１１０の長径方向と略平行な複数箇所の平板部（屈曲部）１１１ａ、及びこの平板部１１１ａと交差する複数箇所の立板部１１１ｂを有するように矩形波状に形成されている。
【００２９】
そして、平板部１１１ａには、図６に示すように、その一部を観音開き状に切り起こすことにより、ＥＧＲガス流れ下流側に向かうほど平板部１１１ａからの距離が大きくなるように略三角状に形成されたルーバ（第１突起部）１１１ｃが、２枚１組として排気流れ下流側に向けて複数組並ぶように設けられている。
【００３０】
このとき、ルーバ１１１ｃのうち組をなす２枚のルーバ１１１ｃは、図６（ａ）、図８に示すように、排気流れ下流側に向かうほど、ルーバ１１１ｃ間の距離が増大するようにハの字状に並んでいるとともに、平板部１１１ａのうちルーバ１１１ｃを切り起こす際に、組をなす２枚のルーバ１１１ｃ間に生成（形成）された穴部１１１ｄは、図６（ｂ）に示すように平板部１１１ａのうちルーバ１１１ｃの切り起こし側と逆側の面がチューブ１１０の内壁と接触することにより閉塞されている。
【００３１】
また、チューブ１１０の長手方向両端側には、図２、３に示すように、各チューブ１１０と連通するヘッダタンク（以下、ヘッダと略す。）１２０が設けられており、このヘッダ１２０は、図３、４に示すように、各チューブ１１０の端部が接合されたコアプレート１２１、及びコアプレートと共にヘッダ内空間を構成するタンク本体１２２、ＥＧＲガス用外部配管（図示せず。）を接続するためのジョイント１２３等からなるものである。
【００３２】
ところで、チューブ１１０は、図３に示すように、コアプレート１２１に形成されたチューブ挿入穴１２１ａ（図４参照）に挿入されて、各チューブ１１０間に所定の隙間１５１を有して離隔した状態で互いに平行に配設されており、チューブ１１０とコアプレート１２１とが接合されたもの（以下、このものをクーラコア１３０と呼ぶ。）を、図４、５に示すように、矩形パイプ状のコアケーシング（シェル）１４０内に収納することにより、クーラコア１３０の周りに冷却水が流通する冷却水（冷却流体）通路１５０を設けて冷却水とＥＧＲガスとを熱交換している。
【００３３】
具体的には、図２に示すように、コアケーシング１４０の長手方向一端側に冷却水導入用パイプ１４２を設け、他端側に冷却水排出用パイプ１４１を設けることにより、チューブ１１０間の隙間１５１及びコアケーシング１４０とクーラコア１３０との隙間１５２に冷却水を流通させて冷却水とＥＧＲガスとを熱交換している。この冷却水が流通する隙間１５１及び隙間１５２によって前述した冷却水（冷却流体）通路１５０が構成される。
【００３４】
因みに、本実施形態では、コアケーシング１４０の長手方向他端側をＥＧＲガスの出口とし、一端側をＥＧＲガスの入口とすることにより、冷却水とＥＧＲガスとが並行流れとなるようにしている。
【００３５】
ところで、チューブ１１０の長手方向端部の内壁側のうち平板部１１１ａに対応する部位であって、平板部１１１ａの内側に面する部位には、図７に示すように、チューブ１１０の内方側に向けて突出する複数個の突起部（第２突起部）１１０ａが設けられており、本実施形態では、圧印（コイニング）等の鍛造又はプレス加工にて突起部１１０ａをチューブ１１０に形成している。ここで、平板部（屈曲部）１１１ａの内側とは、曲げの中心側（曲率半径の中心側）を意味するものである。
【００３６】
つまり、複数個の突起部１１０ａは、図７（ａ）に示すように、チューブ１１０の短径方向において、インナーフィン１１１の位相と１８０度ずれた状態となるように（図７（ａ）において、インナーフィン１１１の上下を反転させた場合における平板部１１１ａの位置に位置するように）、互い違いの位置に設けられている。
【００３７】
なお、本実施形態では、突起部１１０ａを複数個としたが、１個でも良いことは言うまでもない。
【００３８】
次に、ルーバ１１１ｃの効果（作用）について述べる。
【００３９】
本実施形態によれば、ルーバ１１１ｃが、ＥＧＲガス流れ下流側に向かうほど平板部１１１ａからの距離が大きくなるように略三角状に形成され、かつ、組をなす２枚のルーバ１１１ｃが、ＥＧＲガス流れ下流側に向かうほどルーバ１１１ｃ間の距離が増大するようにハの字状に並べた状態で、ＥＧＲガス流れに沿うように複数組設けられているので、チューブ１１０内を流通するＥＧＲガスは、図８に示すように、ハの字状に並んだ組をなす２枚のルーバ１１１ｃに衝突するように案内されて少なくとも２つの流れに分流する。
【００４０】
このとき、ルーバ１１１ｃのうちＥＧＲガスが衝突する側（ＥＧＲガスれ上流側に面する側）Ａの面における排気圧が、これと反対側（ＥＧＲガス流れ下流側に面する側）Ｂの面における排気圧に比べて高くなる。このため、分流された排気流れの一部が、ルーバ１１１ｃを超えて排気圧が低いＥＧＲガス流れ下流側に面するＢ側の面（組をなすルーバ（１１１ｃ）間）に流れ込むため、チューブ１１０の略中央部を流通する主流を挟んで対称に、立板部１１１ｂ側には、分流されたＥＧＲガス流れをルーバ１１１ｃ間に引き込むような縦渦（ＥＧＲガス流れから見て、ＥＧＲガス流れに対して直交する面内で渦を巻くように見える渦）が発生する。
【００４１】
したがって、平板部１１１ａ近傍を流通するＥＧＲガスが、ルーバ１１１ｃ間に引き込むような縦渦（排気流れ）により後押しされるように加速されるので、平板部１１１ａ近傍を流通するＥＧＲガスの速度が、ルーバ１１１ｃを有していない単純な波状のストレートフィンに比べて大きくなる。同様に、立板部１１１ｂ近傍を流通するＥＧＲガスの速度も縦渦にて加速されるので、立板部１１１ｂ近傍を流通するＥＧＲガスの速度も、ルーバ１１１ｃを有していない単純な波状のストレートフィンに比べて大きくなる。
【００４２】
このため、ＥＧＲガスとフィン１１１との熱伝達率を向上させることができるとともに、フィン１１１の表面に付着したＰＭ（すす）を吹き飛ばすことができるので、フィン１１１の目詰まりを防止しつつ、ガスクーラの熱交換効率を向上させることができる。
【００４３】
なお、上述のルーバ１１１ｃの作用説明からも明らかなように、本実施形態に係るルーバ１１１ｃ（第１突起部）は、ルーバ１１１ｃに対してＥＧＲガス（流体）流れの向きが相違した場合に、ルーバ１１１ｃの後流側におけるＥＧＲガス流れの状態が大きくする相違するような特性を有するものであるので、インナーフィン１１１をチューブ１１０に組み付ける際に、その向きを間違えると、上記の作用効果を得ることができない。
【００４４】
次に、本実施形態に係るガスクーラ１００の特徴を述べる。
【００４５】
本実施形態では、平板部１１１ａに対応する部位であって、平板部１１１ａの内側に面する部位に、チューブ１１０の内方側に向けて突出する複数個の突起部１１０ａが設けられているので、インナーフィン１１１をチューブ１１０に組み付ける際に、その向きを間違えると、突起部１１０ａとインナーフィン１１１の平板部１１１ａの外側（曲げの中心と反対側、曲率半径の中心と反対側）とが干渉する。
【００４６】
したがって、インナーフィン１１１の組み付け方向（の向き）を間違えた状態でインナーフィン１１１をチューブ１１０に組み付けることができないので、インナーフィン１１１の誤組み付けを防止することができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、平板部１１１ａに対応する部位であって、平板部１１１ａの内側に面する部位に突起部１１０ａが設けたが、平板部１１１ａに突起部１１０ａが嵌合する凹部を設ければ、平板部１１１ａに対応する部位であって、平板部１１１ａの外側（曲げの中心と反対側、曲率半径の中心と反対側）に面する部位に突起部１１０ａが設けてもよい。
【００４８】
因みに、図７に示すように、方向性を示すマーカ（本実施形態では、矢印のマークｚ）をチューブ１１０に設けてもよい。なお、マーキング方法は、プレス等の機械的方法又はマジックペンに描く等の方法等、その具体的な手法は問わない。
【００４９】
（第２実施形態）
本実施形態は、チューブ１１０とコアプレート１２１との誤組み付けを防止対策を施したものである。
【００５０】
すなわち、インナーフィン１１１をチューブに対して正規の向きに組み付けたたとしても、インナーフィン１１１が組み付けられたチューブ１１０をコアプレート１２１に組み付ける際に、その組み付け方向を間違えると、ＥＧＲガス流れに対してインナーフィン１１１の向きが反対となるので、結局は、インナーフィン１１１を誤組み付けしたこととなる。
【００５１】
そこで、本実施形態では、図９、１０に示すように、チューブ１１０の長手方向一端側におけるチューブ挿入穴（嵌合部）１２１ａの形状と、チューブ１１０の長手方向他端側におけるチューブ挿入穴（嵌合部）１２１ａの形状とを相違させたものである。
【００５２】
これにより、チューブ１１０の長手方向一端側が他端側のコアプレート１２１に誤組み付けされる、又はチューブ１１０の長手方向他端側が一端側のコアプレート１２１に誤組み付けされることを未然に防止できる。
【００５３】
なお、図９はチューブ挿入穴１２１ａの長径方向略中央における短径寸法をその他の部位に比べて小さくした例であり、図１０は図９とは逆にチューブ挿入穴１２１ａの長径方向略中央における短径寸法をその他の部位に比べて大きくした例である。
【００５４】
なお、本実施形態は、図９、１０に示したチューブ挿入穴１２１ａ形状に限定されるものではなく、例えばチューブ１１０の長手方向一端側の断面形状を長円状とし、他端側を矩形状（長方形状）とする等してもよい。
【００５５】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、突起部１１０ａをチューブ１１０の長手方向端部に設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばチューブ１１０の長手方向中央部等のその他の部位に設けてもよい。また、チューブ１１０の長手方向に沿って突起部１１０ａを複数個設けてもよい。
【００５６】
また、図１１に示すように、突起部１１０ａに加えて、チューブ１１０に対してフィン１１１を所定位置に位置決めするストッパ用突起部１１０ｂを設けてもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態では、チューブ１１０の断面形状が矩形状（長方形）であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図１２に示すようにな長径方向端部が円弧状となった長円（楕円）形状であってもよい。
【００５８】
また、上述の実施形態では、チューブ１１０は電縫管であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定形状にプレス成形されたプレートを積層してクーラコア１３０（チューブ１１０及び冷却水通路１５０）を構成したものであってもよい。
【００５９】
また、上述の実施形態では、チューブ１１０、コアプレート１２１、タンク本体１２２及びコアケーシング１４０等のガスクーラ１００の構成部品をろう付けしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、溶接等のその他接合方法により接合してもよい。
【００６０】
また、上述の実施形態では、ルーバ１１１ｃは、ＥＧＲガス流れ下流側に向かうほど平板部１１１ａからの距離が大きくなるように略三角状に形成されていたが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、その他形状の突起形状を有するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るＥＧＲの模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るガスクーラの正面図である。
【図３】図１の長手方向端部における拡大図である。
【図４】図３の分解斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るガスクーラの長手方向と直交する方向の断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第１実施形態に係るインナーフィンの斜視図であり、（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るインナーフィンを側面図である。
【図７】（ａ）は本発明の第１実施形態に係るチューブの正面図であり、（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るチューブの斜視図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係るインナーフィンにおけるＥＧＲガス（排気流れ）を示す模式図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るガスクーラの特徴を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るガスクーラの特徴を示す模式図である。
【図１１】本発明のその他の実施形態に係るインナーフィンの斜視図である。
【図１２】本発明のその他の実施形態に係るインナーフィンの斜視図である。
【符号の説明】
１１０…チューブ、１１０ａ…突起部、１１１…インナーフィン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly to an exhaust heat exchanger that exchanges heat between exhaust gas discharged from an internal combustion engine and a cooling fluid, and in particular, EGR that cools exhaust gas for an EGR (exhaust gas recirculation device). It is effective when applied to a gas heat exchanger (EGR gas cooler).
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
The EGR cooler enhances the effect of EGR (the effect of reducing nitrogen oxides in the exhaust gas) by cooling the exhaust gas for EGR. In general, the EGR cooler uses engine cooling water to reduce the exhaust gas for EGR. It is to be cooled.
[0003]
Therefore, the inventors have studied various EGR coolers as prototypes, and in any of the prototypes, a lot of fine particles such as carbon (soot) are deposited on the downstream side of the exhaust flow of the EGR cooler, and the exhaust gas is exhausted. The fins provided in the passage are clogged, and problems such as a decrease in cooling performance and an increase in pressure loss occur frequently.
[0004]
This is because the exhaust gas generated by combustion contains unburned substances such as Powder Matters (soot), but the exhaust gas temperature decreases and the volume of the exhaust gas decreases as it goes downstream. The proportion of PM (soot) is relatively large, and PM (soot) is likely to adhere to the surface of the fin, and the flow rate of the exhaust gas is reduced so that the PM (soot) attached to the surface of the fin cannot be blown away. Because.
[0005]
Accordingly, the applicant has applied for Japanese Patent Application No. 2000-385563 as an EGR cooler having sufficient cooling capacity while preventing clogging of the fins. In the EGR cooler according to this application, the direction of the exhaust flow is determined. Since the inner fin with the louver (protruding part) having the property is disposed in the tube, the direction (orientation) of the inner fin is wrong (assembled incorrectly) when it is disposed (assembled) in the tube. As a result, clogging of the fins is induced and sufficient cooling capacity cannot be exhibited.
[0006]
As used herein, the term “louver (projection) having directionality with respect to the exhaust (fluid) flow” means “when the direction of the exhaust (fluid) flow differs from the louver (projection)”. , The exhaust (fluid) flow state on the downstream side of the louver (projection) has a characteristic that is greatly different.
[0007]
In view of the above points, an object of the present invention is to prevent incorrect assembly of fins in a heat exchanger having a protrusion having directionality with respect to a fluid flow.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, between the first fluid that circulates in the tube (110) and the second fluid that circulates outside the tube (110). A heat exchanger that performs heat exchange, and is disposed in a tube (110), and is formed in a wave shape so as to have a plurality of bent portions (111a) when viewed from the flow direction of the first fluid. With fins (111) to facilitate heat exchange between the two fluids;
The bent portion (111a) is a portion forming a wavy peak, and a wavy concave space is formed inside the bent portion (111a).
Further, at a portion facing the inside of the bent portion of the inner wall side (111a) of the tube (110), a second protruding portion (110a) is provided which projects toward the inner side of the tube (110) ,
When the fin (111) is disposed in the tube (110) so that the directivity of the first protrusion (111c) relative to the flow direction of the first fluid is the normal direction, the second protrusion (110a) is bent. Positioned in the concave space inside the portion (111a), it becomes possible to dispose the fin (111) in the tube (110),
On the other hand, when the fin (111) is disposed in the tube (110) so that the directivity of the first protrusion (111c) with respect to the flow direction of the first fluid is opposite to the normal direction, the second is used. The protrusion (110a) interferes with the outside of the bent portion (111a), and the fin (111) cannot be disposed in the tube (110) .
[0011]
The inside of the bent portion (111a) refers to the center side of the bend or the center side of the curvature radius.
[0012]
According to the first aspect of the present invention, when the fin (111) is assembled into the tube (110) , the direction of the fin (111) is wrong and the first protrusion (111c) with respect to the flow direction of the first fluid. When the directionality of the second projection portion (110a) and the outside of the bent portion (111a) of the fin (111) interfere with each other, the fin ( The fin (111) cannot be assembled to the tube (110) in a state where the assembly direction of 111) is wrong. Therefore, incorrect assembly of the fin (111) can be prevented.
[0013]
Note that the second protrusion (110a) is, as in the embodiment described in claim 2, in minor axis of a tube cross section is formed into a flat shape (110), it is preferable to provide a plurality staggered position .
[0014]
In addition, the second protrusion (110a) is preferably provided at the end in the longitudinal direction of the tube (110), as in the third aspect of the invention.
[0015]
The invention according to claim 4, in the heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, tubing (110) is parallel to a plurality of each other, a longitudinal plurality of tubes (110) Header tanks (120) communicating with the plurality of tubes (110) are arranged on both ends in the direction ,
The header tank (120) has a fitting portion (121a) into which a plurality of tubes (110) are fitted, and both ends in the longitudinal direction of the plurality of tubes (110) are fitted into the fitting portions (121a). Joined to the header tank (120)
Furthermore, the shape of the fitting portion (121a) on one end side in the longitudinal direction of the tube (110) is different from the shape of the fitting portion (121a) on the other end side in the longitudinal direction of the tube (110). And
[0016]
Thereby, the longitudinal direction one end side of the tube (110) is misassembled to the header tank (120) on the other end side, or the longitudinal direction other end side of the tube (110) is misassembled to the header tank (120) on the one end side. Therefore, it is possible to prevent erroneous assembly of the fin (111).
[0017]
As in the fifth aspect of the invention, the third protrusion (110b) that projects toward the inner side of the tube (110) and positions the fin (111) with respect to the tube (110) is the tube (110). ).
[0018]
Moreover, the 1st projection part (111c) is good also as what was formed in the substantially triangular shape so that a protrusion dimension may become large as it goes to the 1st fluid flow downstream, like the invention of Claim 6 .
[0019]
In a seventh aspect of the invention, the heat exchanger according to any one of the first to sixth aspects is configured as a heat exchanger that exchanges heat between exhaust gas discharged from the internal combustion engine and a cooling fluid. ,
The tube (110) constitutes an exhaust passage (110) through which exhaust gas flows as the first fluid ,
Around the tube (110), the cooling fluid passage through which cooling fluid flows as the second fluid (1 5 0) is configured,
Fin (111) is characterized by a fin to promote heat exchange between the exhaust and the cooling fluid (111).
[0020]
Thereby, in the heat exchanger that cools the exhaust gas discharged from the internal combustion engine with the cooling fluid, it is possible to easily determine whether or not the fin (111) is assembled incorrectly in the tube (110) . Incorrect assembly of the fin (111) can be prevented.
[0021]
Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
In the present embodiment, the heat exchanger according to the present invention is applied to an EGR gas cooling device for a diesel engine (internal combustion engine), and FIG. 1 is an EGR gas cooling device (hereinafter referred to as a gas cooler) according to the present embodiment. .) Is a schematic diagram of an EGR (exhaust gas recirculation device) using 100.
[0023]
In FIG. 1, reference numeral 200 denotes a diesel engine (hereinafter abbreviated as “engine”), and reference numeral 210 denotes an exhaust gas recirculation pipe that recirculates part of exhaust gas discharged from the engine 200 to the intake side of the engine 200.
[0024]
220 is a well-known EGR valve that is disposed in the exhaust recirculation pipe 210 and adjusts the amount of EGR gas in accordance with the operating state of the engine 200. The gas cooler 100 includes an exhaust side of the engine 200 and an EGR valve. The EGR gas is cooled by exchanging heat between the EGR gas and engine cooling water (hereinafter abbreviated as cooling water).
[0025]
Next, the structure of the gas cooler 100 will be described.
[0026]
2 is an outline view of the gas cooler 100, FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the gas cooler 100 on the EGR gas inlet side, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the portion shown in FIG.
[0027]
3 and 4, reference numeral 110 denotes a plurality of flat exhaust tubes (hereinafter abbreviated as tubes) that constitute an exhaust passage through which EGR gas flows. Stainless steel inner fins 111 are arranged to increase the contact area with the gas and promote heat exchange between the EGR gas and the cooling water.
[0028]
As shown in FIGS. 5 and 6A, the inner fin 111 includes a plurality of flat plate portions (bending portions) 111a substantially parallel to the long diameter direction of the tube 110 as viewed from the flow direction of the EGR gas, and the flat plate. It is formed in a rectangular wave shape so as to have a plurality of standing plate portions 111b intersecting with the portion 111a.
[0029]
Then, as shown in FIG. 6, the flat plate portion 111 a is formed in a substantially triangular shape so that the distance from the flat plate portion 111 a increases toward the downstream side of the EGR gas flow by raising a part of the flat plate portion 111 a in a double-spread shape. The formed louvers (first projecting portions) 111c are provided so that a plurality of louvers (first protrusions) 111c are arranged as a set toward the downstream side of the exhaust flow.
[0030]
At this time, as shown in FIGS. 6 (a) and 8 , the two louvers 111c forming a pair of the louvers 111c are arranged so that the distance between the louvers 111c increases toward the downstream side of the exhaust flow. As shown in FIG. 6B , the holes 111d that are formed (formed) between the two louvers 111c that form a pair when the louver 111c of the flat plate portion 111a is cut and raised . Further, the surface of the flat plate portion 111 a opposite to the cut-and-raised side of the louver 111 c is closed by contacting the inner wall of the tube 110.
[0031]
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, header tanks (hereinafter abbreviated as “headers”) 120 communicating with the respective tubes 110 are provided on both ends in the longitudinal direction of the tubes 110. As shown in 3 and 4, the core plate 121 to which the end portions of the respective tubes 110 are joined, and the tank main body 122 that constitutes the header inner space together with the core plate, and external piping for EGR gas (not shown) are connected. For example, the joint 123 is provided.
[0032]
Incidentally, as shown in FIG. 3, the tube 110 is inserted into a tube insertion hole 121 a (see FIG. 4) formed in the core plate 121, and is separated with a predetermined gap 151 between the tubes 110. 4 and 5, the tube 110 and the core plate 121 joined together (hereinafter referred to as a cooler core 130) are rectangular pipe-shaped cores as shown in FIGS. By housing in the casing (shell) 140, a cooling water (cooling fluid) passage 150 through which the cooling water flows is provided around the cooler core 130 to exchange heat between the cooling water and the EGR gas.
[0033]
Specifically, as shown in FIG. 2, the provided longitudinal end to the cooling water inlet pipe 14 and second core casing 140, by providing the cooling water discharge pipe 14 1 to the other end, between the tube 110 The cooling water is circulated through the gap 151 and the gap 152 between the core casing 140 and the cooler core 130 to exchange heat between the cooling water and the EGR gas. The above-described cooling water (cooling fluid) passage 150 is constituted by the gap 151 and the gap 152 through which the cooling water flows.
[0034]
Incidentally, in the present embodiment, the other end in the longitudinal direction of the core casing 140 is used as an EGR gas outlet, and one end is used as an EGR gas inlet so that the cooling water and the EGR gas flow in parallel. .
[0035]
By the way, in the portion corresponding to the flat plate portion 111a on the inner wall side of the end portion in the longitudinal direction of the tube 110, the portion facing the inner side of the flat plate portion 111a has an inner side of the tube 110 as shown in FIG. A plurality of projecting portions (second projecting portions) 110a projecting toward the surface are provided. In this embodiment, the projecting portions 110a are formed on the tube 110 by forging such as coining or pressing. Yes. Here, the inner side of the flat plate portion (bent portion) 111a means the center side of the bend (center side of the radius of curvature).
[0036]
In other words, as shown in FIG. 7A, the plurality of protrusions 110a are 180 degrees out of phase with the inner fin 111 in the minor axis direction of the tube 110 (in FIG. 7A). The inner fins 111 are provided at staggered positions so as to be positioned at the position of the flat plate portion 111a when the inner fin 111 is turned upside down.
[0037]
In the present embodiment, a plurality of protrusions 110a are provided, but it goes without saying that one may be used.
[0038]
Next, the effect (action) of the louver 111c will be described.
[0039]
According to the present embodiment, the louver 111c is formed in a substantially triangular shape so that the distance from the flat plate portion 111a increases toward the downstream side of the EGR gas flow. Since a plurality of sets are provided along the EGR gas flow in such a state that the distance between the louvers 111c increases toward the downstream side of the gas flow, the EGR gas that circulates in the tube 110 is provided. As shown in FIG. 8, it is guided so as to collide with two louvers 111c that form a pair arranged in a C shape, and is divided into at least two flows.
[0040]
At this time, the exhaust pressure on the side of the louver 111c where EGR gas collides (the side facing the upstream side of the EGR gas) A is the surface on the opposite side (the side facing the downstream side of the EGR gas flow) B It becomes higher than the exhaust pressure at. For this reason, a part of the divided exhaust flow flows into the B side surface (between the louvers (111c) forming a pair) facing the downstream side of the EGR gas flow having a low exhaust pressure that exceeds the louver 111c. A vertical vortex that draws the diverted EGR gas flow between the louvers 111c (as viewed from the EGR gas flow to the EGR gas flow) On the other hand, a vortex that appears to vortex in a plane perpendicular to the surface is generated.
[0041]
Therefore, since the EGR gas flowing in the vicinity of the flat plate portion 111a is accelerated so as to be boosted by a vertical vortex (exhaust flow) drawn into the louver 111c , the speed of the EGR gas flowing in the vicinity of the flat plate portion 111a is It is larger than a simple wavy straight fin that does not have the louver 111c. Similarly, since the speed of the EGR gas flowing in the vicinity of the standing plate portion 111b is accelerated by the vertical vortex, the speed of the EGR gas flowing in the vicinity of the standing plate portion 111b is also a simple wavy shape that does not have the louver 111c. Larger than straight fins.
[0042]
Therefore, the heat transfer coefficient between the EGR gas and the fins 111 can be improved, and PM (soot) adhering to the surface of the fins 111 can be blown off, so that the gas cooler can be prevented while clogging the fins 111. The heat exchange efficiency of can be improved.
[0043]
As is clear from the description of the operation of the louver 111c described above, the louver 111c (first protrusion) according to the present embodiment has a different EGR gas (fluid) flow direction with respect to the louver 111c. Since the EGR gas flow state on the wake side of the louver 111c has different characteristics, the above-described effects are obtained if the inner fin 111 is assembled in the tube 110 with the wrong direction. I can't.
[0044]
Next, features of the gas cooler 100 according to the present embodiment will be described.
[0045]
In the present embodiment, a plurality of projecting portions 110a that protrude toward the inner side of the tube 110 are provided at portions corresponding to the flat plate portion 111a and facing the inside of the flat plate portion 111a. When the inner fin 111 is assembled to the tube 110 in the wrong direction, the protrusion 110a interferes with the outside of the flat plate portion 111a of the inner fin 111 (the side opposite to the center of bending and the side opposite to the center of curvature radius). To do.
[0046]
Therefore, since the inner fin 111 cannot be assembled to the tube 110 in a state where the assembly direction (direction) of the inner fin 111 is wrong, it is possible to prevent erroneous assembly of the inner fin 111.
[0047]
In the present embodiment, the protrusion 110a is provided at a portion corresponding to the flat plate portion 111a and facing the inner side of the flat plate portion 111a. However, the flat plate portion 111a is provided with a recess in which the protrusion 110a is fitted. In this case, the protrusion 110a may be provided at a portion corresponding to the flat plate portion 111a and facing the outside of the flat plate portion 111a (the side opposite to the center of bending and the side opposite to the center of curvature radius).
[0048]
Incidentally, as shown in FIG. 7, a marker indicating directionality (in this embodiment, an arrow mark z 1 ) may be provided on the tube 110. The marking method may be a specific method such as a mechanical method such as pressing or a method of drawing on a magic pen.
[0049]
(Second Embodiment)
In the present embodiment, measures are taken to prevent erroneous assembly of the tube 110 and the core plate 121.
[0050]
That is, even if the inner fin 111 is assembled in a normal direction with respect to the tube, when the tube 110 with the inner fin 111 assembled is assembled to the core plate 121, if the assembly direction is wrong, the EGR gas flow As a result, the direction of the inner fin 111 is opposite, so that the inner fin 111 is eventually assembled incorrectly.
[0051]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, the shape of the tube insertion hole (fitting portion) 121 a on one end side in the longitudinal direction of the tube 110 and the tube insertion hole (on the other end side in the longitudinal direction of the tube 110) The shape of the fitting portion 121a is different.
[0052]
Thereby, it can prevent beforehand that the longitudinal direction one end side of the tube 110 is misassembled to the core plate 121 of the other end side, or the longitudinal direction other end side of the tube 110 is misassembled to the core plate 121 of the one end side.
[0053]
FIG. 9 is an example in which the short diameter dimension at the approximate center of the long axis direction of the tube insertion hole 121a is made smaller than that of other parts, and FIG. This is an example in which the minor axis dimension is made larger than other parts.
[0054]
In addition, this embodiment is not limited to the tube insertion hole 121a shape shown to FIG. 9, 10, For example, let cross-sectional shape of the longitudinal direction one end side of the tube 110 be an ellipse, and the other end side is a rectangular shape. It may be (rectangular).
[0055]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the protruding portion 110a is provided at the longitudinal end portion of the tube 110. However, the present invention is not limited to this, and for example, provided at other portions such as the central portion in the longitudinal direction of the tube 110. Also good. A plurality of protrusions 110 a may be provided along the longitudinal direction of the tube 110.
[0056]
Further, as shown in FIG. 11, in addition to the protrusion 110a, a stopper protrusion 110b for positioning the fin 111 at a predetermined position with respect to the tube 110 may be provided.
[0057]
Further, in the above-described embodiment, the cross-sectional shape of the tube 110 is rectangular (rectangular), but the present invention is not limited to this, and for example, the long-diameter end as shown in FIG. An elliptical (elliptical) shape may be used.
[0058]
In the above-described embodiment, the tube 110 is an electric resistance welded tube. However, the present invention is not limited to this, and the cooler core 130 (the tube 110 and the cooling tube) is formed by stacking plates press-formed into a predetermined shape. The water passage 150) may be configured.
[0059]
In the above-described embodiment, the components of the gas cooler 100 such as the tube 110, the core plate 121, the tank main body 122, and the core casing 140 are brazed. However, the present invention is not limited to this, and welding, etc. Other bonding methods may be used.
[0060]
In the above-described embodiment, the louver 111c is formed in a substantially triangular shape so that the distance from the flat plate portion 111a increases toward the downstream side of the EGR gas flow. However, the present embodiment is limited to this. It may have a projection shape other than that.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of EGR according to an embodiment.
FIG. 2 is a front view of the gas cooler according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view of a longitudinal end portion of FIG. 1;
4 is an exploded perspective view of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the gas cooler according to the first embodiment of the present invention.
6A is a perspective view of an inner fin according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a side view of the inner fin according to the first embodiment of the present invention.
7A is a front view of a tube according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a perspective view of the tube according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic view showing EGR gas (exhaust flow) in the inner fin according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view showing characteristics of a gas cooler according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic view showing characteristics of a gas cooler according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view of an inner fin according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view of an inner fin according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
110 ... Tube, 110a ... Projection, 111 ... Inner fin.

Claims

A heat exchanger that exchanges heat between a first fluid that flows through the tube (110) and a second fluid that flows outside the tube (110),
It is disposed in the tube (110) and is formed in a wave shape so as to have a plurality of bent portions (111a) when viewed from the flow direction of the first fluid, thereby promoting heat exchange between the first and second fluids. Fins (111) to be
The bent portion (111a) is a portion forming the wavy peak portion, and the wavy concave space is formed inside the bent portion (111a),
The fin (111) is provided with a first protrusion (111c) having directionality with respect to the flow direction of the first fluid,
Furthermore, the 2nd protrusion part (110a) which protrudes toward the inner side of the said tube (110) is provided in the site | part which faces the inner side of the said bending part (111a) among the inner wall side of the said tube (110). It is and,
When the fin (111) is disposed in the tube (110) so that the directivity of the first protrusion (111c) relative to the flow direction of the first fluid is a normal direction, the second protrusion (110a) is located in the concave space inside the bent portion (111a), and the fin (111) can be disposed in the tube (110).
On the other hand, the fin (111) is disposed in the tube (110) so that the directivity of the first protrusion (111c) with respect to the flow direction of the first fluid is opposite to the normal direction. In this case, the second projecting portion (110a) interferes with the outside of the bent portion (111a), and the fin (111) cannot be disposed in the tube (110). A heat exchanger characterized by that.

The tube (110) has a flat cross-sectional shape,
Furthermore, before Symbol second protrusion (110a), the heat exchanger according to claim 1, in minor axis of the tube (110), characterized in that it is provided a plurality staggered position.

The heat exchanger according to claim 1 or 2 , wherein the second protrusion (110a) is provided at a longitudinal end of the tube (110).

Before Symbol tube (110) is in parallel to a plurality of each other, said plurality of longitudinal opposite ends of the tube (110), the header tank connected to the plurality of tubes (110) (120) are arranged ,
The header tank (120) has a fitting portion (121a) into which the plurality of tubes (110) are fitted,
The longitudinal ends of the plurality of tubes (110 ) are joined to the header tank (120) in a state of being fitted to the fitting portion (121a),
Furthermore, the shape of the fitting portion (121a) on one end side in the longitudinal direction of the tube (110) is different from the shape of the fitting portion (121a) on the other end side in the longitudinal direction of the tube (110). The heat exchanger according to any one of claims 1 to 3 , wherein the heat exchanger is provided.

The tube (110) is provided with a third protrusion (110b) that projects toward the inner side of the tube (110) and positions the fin (111) with respect to the tube (110). The heat exchanger according to any one of claims 1 to 4 , wherein the heat exchanger is characterized in that:

Wherein the first protrusion (111c) has any one of claims 1 to 5, characterized in that the higher the protrusion dimension toward the first fluid flow downstream side is formed in a shape substantially triangular so as to increase The heat exchanger as described in.

The heat exchanger according to any one of claims 1 to 6 is configured as a heat exchanger that exchanges heat between exhaust gas discharged from an internal combustion engine and a cooling fluid ,
The tube (110) constitutes an exhaust passage (110) through which the exhaust flows as the first fluid ,
The Around the tube (110), a cooling fluid passage where the cooling fluid flows as the second fluid (1 5 0) is configured,
The fin (111), a heat exchanger, characterized in that the fin (111) to facilitate the heat exchange between the exhaust and the cooling fluid.