(57)【要約】【課題】圧力損失を抑えつつ、煤詰まりを防止して放熱性能を向上させることができ、かつ、生産性の高いインナーフィンを提供する。【解決手段】熱交換用のチューブに挿入されるインナーフィン１であって、板材を、天板２と、底板３と、これらの間を所定のピッチでほぼ垂直状に仕切る側板４とからなる波板状に成形し、各側板４の両側にはガスを前後方向に沿って通過させる多数の通路５を設けて、上記側板４が前後方向の所定間隔ごとに左右に屈折して蛇行状に延び、かつ、上記蛇行状の屈折部位６の内側の頂点部から、その上流の屈折部位６の外側の頂点部まで連続する側板４の壁面に、通路５内へ向かって突出する突起７を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換用のチューブに挿入されるインナーフィンであって、
板材を、天板と、底板と、これらの間を所定のピッチでほぼ垂直状に仕切る側板とからなる波板状に成形し、
各側板の両側にはガスを前後方向に沿って通過させる多数の通路を設けて、
上記側板が前後方向の所定間隔ごとに左右に屈折して蛇行状に延び、かつ、
上記蛇行状の屈折部位の内側の頂点部から、その上流の屈折部位の外側の頂点部まで連続する側板の壁面に、通路内へ向かって突出する突起を形成したことを特徴とするインナーフィン。
【請求項２】
上記蛇行状の屈折部位の内側の頂点部近傍に、上記突起を形成したことを特徴とする請求項１記載のインナーフィン。
【請求項３】
上記突起が、上記ガスの流れに対して垂直に突出していることを特徴とする請求項１記載のインナーフィン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に挿入され、排気ガス等の熱交換を促進するインナーフィンに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガスの一部を還流してエンジンの吸気系に戻すことで窒素酸化物の発生を低減させるＥＧＲ装置において、排気ガスを冷却するために車両に搭載されるＥＧＲクーラはエンジンの排気系と吸気系との間に取り付けられる。
【０００３】
プレートチューブタイプのＥＧＲクーラは、筒体として形成したシェルに多数の扁平なプレートチューブ（以下、単にチューブという）を挿入して、チューブ内を流れる排気ガスとチューブ外を流れる冷却水との熱交換を行う。
このチューブは、押し出し成形により中空に成形し、または上下に２分割した部材からなる扁平なチューブ本体に、インナーフィンを挿入し、チューブ本体とインナーフィンとをろう付けしたものを使用している。
【０００４】
従来のインナーフィンの一種であるオフセットフィンは、板に所定間隔で切り込みを入れ、横断面が矩形波状になるとともに前後方向の所定間隔ごとに矩形波の周期（ピッチ）の４分の１ずつ左右方向にずれるように切り起こして形成されていた。
オフセットフィンは、チューブ内の排気ガスの流れを乱し、排気ガスを拡散することで放熱性能を向上させる機能を有していた。
【０００５】
排気ガスがチューブ内を通過しチューブ外の冷却水と熱交換する際には、排気ガス中の煤、ＰＭ（パティキュレートマター）がチューブ内のインナーフィンに堆積し、煤詰まりを起こすことがあった。煤詰まりが著しくなると、インナーフィンの表面を煤が覆って排気ガスと冷却水との熱交換が良好に行われず、放熱性能が低下してしまっていた。
さらに、排気ガスの通路を煤が閉塞してしまい、ＥＧＲクーラを破損させてしまうおそれがあった。
【０００６】
オフセットフィンよりも煤が詰まりにくいインナーフィンとして、ウェイビーフィンが用いられていた。
図７、図８に示すように、従来のウェイビーフィン１０には、天板２と、底板３と、これらの間を所定のピッチでほぼ垂直状に仕切る側板４とからなる矩形波状に成形し、かつ、側板４が前後方向の所定間隔ごとに左右に屈折して蛇行状に延びるものがあった（特許文献１）。
ウェイビーフィン１０では、排気ガスを各側板４によって仕切られる多数の通路５に分岐させて矢印Ｇの方向に流し、冷却水との熱交換を行っていた。
【０００７】
ウェイビーフィン１０は、切り込みがない形状であるため排気ガスを滑らかに通過させ、煤の堆積を減少させることができた。
また、排気ガスが内部で拡散する際に圧力損失を生じるオフセットフィンよりも、ウェイビーフィン１０のほうが圧力損失が小さかった。
しかし、図８に示すように、ウェイビーフィン１０では、蛇行状の屈折部位６の排気ガスの流れ方向に対する流路断面積Ｃが上流の流路断面積Ａよりも大きくなるため、排気ガスの流速が低下し、冷却水との熱交換が少なく放熱性能はオフセットフィンよりも低かった。
【０００８】
また、屈折部位６の外側の頂点部近傍Ｏでは、排気ガスの流速が遅かったり停滞したりする再循環領域が生じることで煤が堆積し、放熱性能が悪化することがあった。
排気ガスの流速が遅い屈折部位６の外側の頂点部近傍に煤が堆積すると、蛇行形状の左右幅が小さくなって排気ガスの乱流が発生しづらくなり、さらに煤の堆積を促進してしまっていた。
【０００９】
放熱性能を向上させるためにウェイビーフィン１０の蛇行の前後方向の周期（ウェーブピッチ）を細かくしたり、天板２、底板３および側板４からなる矩形波の左右方向の周期（フィンピッチ）を細かくし放熱面積を増やしたものもあったが、排気ガスの通路の全長が長くなったり、排気ガスの流路断面積にフィンが占める割合が大きくなるため、圧力損失が増加してしまっていた。
また、フィンピッチを細かくすると、必要なウェイビーフィン１０の材料の展開長が長くなるため、重量および材料コストが増加していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−０９６０４８号公報
【００１１】
近年、排気ガス規制の厳格化に対応するために、車両に搭載するＥＧＲクーラや他の熱交換器には、さらに高い放熱性能、ガス抵抗の低下、煤詰まりの防止が求められていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、圧力損失を抑えつつ、煤詰まりを防止して放熱性能を向上させることができ、かつ、生産性の高いインナーフィンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明において、上記課題が解決される手段は以下の通りである。
第１の発明は、熱交換用のチューブに挿入されるインナーフィンであって、板材を、天板と、底板と、これらの間を所定のピッチでほぼ垂直状に仕切る側板とからなる波板状に成形し、各側板の両側にはガスを前後方向に沿って通過させる多数の通路を設けて、上記側板が前後方向の所定間隔ごとに左右に屈折して蛇行状に延び、かつ、上記蛇行状の屈折部位の内側の頂点部から、その上流の屈折部位の外側の頂点部まで連続する側板の壁面に、通路内へ向かって突出する突起を形成したことを特徴とする。
【００１４】
第２の発明は、上記蛇行状の屈折部位の内側の頂点部近傍に、上記突起を形成したことを特徴とする。
【００１５】
第３の発明は、上記突起が、上記ガスの流れに対して垂直に突出していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、上記蛇行状の屈折部位の内側の頂点部から、その上流の屈折部位の外側の頂点部まで連続する側板の壁面に、通路内へ向かって突出する突起を形成したことにより、通路を狭め、頂点部近傍のガスの流速を上昇させることによって、煤やＰＭの堆積を防止することができる。
蛇行の頂点部近傍に煤が堆積するのを防止できるため、長期間に亘って高い放熱性能を維持することができる。
また、ガスの流速を上昇させることにより、熱交換を促進して、放熱性能を向上させることができる。
【００１７】
さらに、インナーフィンの側板の一部に突起を設けることにより、従来のように放熱性能の向上のためにフィンピッチを細かくしたときのような排気ガスの圧力損失の増加を抑えることができる。
また、側板をプレス成形することによって突起を設けることができるため、インナーフィンの重量および材料コストの増加を防止することができる。
【００１８】
第２の発明によれば、上記蛇行状の屈折部位の内側の頂点部近傍に、上記突起を形成したことにより、屈折部位のすぐ上流の流路を狭め、頂点部に流れ込む排気ガスの流速を上昇するとともに外側の頂点部に誘導するため、より効果的に煤やＰＭの堆積を防止するとともに放熱性能を向上させることができる。
【００１９】
第３の発明によれば、上記突起が、上記ガスの流れに対して垂直に突出していることにより、限られた材料でより効果的に通路を狭め、排気ガスの流速を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一実施形態に係るインナーフィンを示す斜視図である。
【図２】同インナーフィンを示す平面説明図である。
【図３】同インナーフィンを挿入するチューブを示す部分斜視図である。
【図４】同インナーフィンに突起を設ける位置を示すための平面説明図である。
【図５】（ａ）は同インナーフィンの突起の位置と放熱性能との関係を示すグラフ、（ｂ）は同インナーフィンの突起の位置と圧力損失との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は同インナーフィンの突起の突出長さと放熱性能との関係を示すグラフ、（ｂ）は同インナーフィンの突起の突出長さと圧力損失との関係を示すグラフである。
【図７】従来のインナーフィンを示す斜視図である。
【図８】従来のインナーフィンを示す平面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係るインナーフィン１について説明する。
このインナーフィン１は、車両に搭載されるＥＧＲクーラにおいて、排気ガスを通過させる扁平なプレートチューブ（以下、単にチューブという）に挿入される。図３に示すように、チューブＴは、それぞれ平板状の上下面と、それぞれ上下面に垂直な左右の側面とを有する。
ＥＧＲクーラの内部には多数のチューブＴを所定の間隔で積層しており、チューブＴ内を通過する排気ガスから、チューブＴ外を流れる冷媒（冷却水など）への放熱が行われる。
【００２２】
図１に示すように、インナーフィン１は、一枚のＳＵＳ（ステンレス鋼）製の板材をプレス成形によって加工し、水平な天板２と底板３とを左右方向に交互に配置し、これらの間をほぼ垂直な側板４で仕切ってなる横断面が矩形波形状の波板に形成されている。
インナーフィン１をチューブＴ内に挿入し、天板２および底板３をチューブＴの内面にろう付けすると、側板４によって仕切られる多数の排気ガスの通路５が形成される。
熱交換面積を増やして放熱性能を向上させるために、側板４および通路５は、前後方向の所定間隔ごとに左右に屈折する蛇行状に延設されている。
【００２３】
図１、図２に示すように、通路５において、蛇行状の各屈折部位６の内側の頂点部近傍の側板４からは、突起７が通路５内に向けて突出形成されている。
突起７は、屈折部位６の内側の頂点部を形成する側板４から、対向する外側の側板４へ向かって、その位置における排気ガスの流れに対し垂直になる角度に突設されるのが好ましい。
【００２４】
突起７は屈折部位６ごとに形成されている。
一本の通路５において、或る屈折部位６と直近の下流の屈折部位６では、内側の側板４と外側の側板４とが逆転するため、突起７は左右の側板４に交互に形成される。
【００２５】
この突起７は、ＳＵＳ製の板から矩形波状のインナーフィン１をプレス成形するのと同時に側板４を塑性変形させて設けられる。
【００２６】
図２に示すように、第一実施形態のインナーフィン１では、突起７を設けたことにより、屈折部位６のすぐ上流の通路Ｂの幅が他の部分Ａよりも相対的に狭くなっている。
そのため、このインナーフィン１を挿入したチューブにおいて、排気ガスを矢印Ｇの方向に流すと、排気ガスは、屈折部位６の頂点部のすぐ上流で流速が上昇するとともに外側の頂点部に誘導され、外側の頂点部付近Ｏの排気ガスの流速を速くすることで煤やＰＭを堆積しにくくすることができる。
【００２７】
これにより、屈折部位６における煤やＰＭの堆積を防止して、高い放熱性能を長期間維持することができる。
また、排気ガスの流速を上昇させることによって冷却水との熱交換を促進し、放熱性能を向上させることができる。
【００２８】
さらに、突起７を設けたことにより、従来のように放熱性能の向上のために蛇行のフィンピッチを細かくする場合に比べて、排気ガスの圧力損失の低下させることができる。
また、側板４をプレス成形することによって突起７を設けることができるため、突起７を設けることに伴うインナーフィン１の重量および材料コストの増加を防止することができる。
【００２９】
また、突起７が排気ガスの流れに対して垂直に突出していることにより、効果的に通路を狭め、排気ガスの流速を上昇させることができる。
【００３０】
図４において、突起７は、所定の屈折部位６´の内側の頂点部からその上流の外側の頂点部まで連続する側板４の壁面Ｗの範囲内に形成することができる。
この壁面Ｗのうちでは、所定の屈折部位６´の一つ上流の屈折部位６´´に流入する流れの延長線上の領域Ｕよりも下流の領域Ｌに突起７を形成するのが好ましい。
領域Ｕでは流路が比較的広いため、突起７を設けても流速を上昇させる効果が小さくなってしまう。また、領域Ｕは所定の屈折部位６´に遠いため、上昇させた流速を屈折部位６´の外側の頂点部Ｏまで維持することが難しい。さらに、領域Ｕに突起７を設けた場合には、突起７と一つ上流の屈折部位６´´との間に再循環領域が生じて排気ガスの圧力損失が上昇してしまう。
他方、突起７を領域Ｌに設けると、屈折部位６´の外側の頂点部Ｏを通過する排気ガスの流速を上昇させて煤の堆積を防止することができるとともに、排気ガスを左右に大きく蛇行させることによって熱交換を促進して放熱性能を向上させることができる。
領域Ｌのうちでは、特に、屈折部位６´の内側の頂点部にできるだけ近い下流側に突起７を形成するほど、排気ガスを左右に大きく蛇行させ、放熱性能を向上させることができる。
【００３１】
図５（ａ）は、突起を設けない従来例（図７、図８参照）、屈折部位６´の内側の頂点部から領域Ｌと領域Ｕとの境界Ｕ０までの距離の１／４上流の位置Ｌ１に突起７を設けた場合（図４参照）、同１／２上流の位置Ｌ２に突起７を設けた場合、同３／４上流の位置Ｌ３に突起７を設けた場合、領域Ｌと領域Ｕとの境界の位置Ｕ０に突起７を設けた場合について、放熱性能（熱交換量）を解析して比較したものである。
また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のそれぞれの例について、排気ガスの圧力損失を解析して比較したものである。
なお、それぞれの例では突起の突出長さを同一にしている。
【００３２】
図５（ａ）によれば、突起７を設けない場合に比べ、突起７を設けた場合には、熱交換が促進され放熱性能が向上することがわかった。
また、突起７を領域Ｕに設けた場合（Ｕ０）より領域Ｌに設けた場合（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）のほうが放熱性能が高く、領域Ｌのうちでは下流側に設けるほど放熱性能が向上することがわかった。
図５（ｂ）によれば、突起を領域Ｕに設けた場合（Ｕ０）には領域Ｌに設けた場合（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）よりも、排気ガスの圧力損失が著しく大きくなることがわかった。
【００３３】
図２において、突起７の突出長さＰ／突起の手前の通路５の幅Ａの比率は、１／２未満に設定するのが好ましい。
突起７の突出長さＰを大きくするほど、排気ガスの流速を上昇させることができるとともに、排気ガスを屈曲部位の外側の頂点部Ｏに誘導して、放熱性能を向上させることができる。
しかし、突起７の突出長さＰをすぐ手前の通路５の幅Ａの１／２以上にすると、放熱性能の上昇幅に対して排気ガスの圧力損失の上昇幅が大きくなってしまう。
【００３４】
図６（ａ）は、突起７を設けない従来例（図７、図８参照）、突起７の突出長さＰ／通路５の幅Ａを１／４にした場合、同１／３にした場合、同１／２にした場合について、放熱性能（熱交換量）を解析して比較したものである。
また、図６（ｂ）は、図６（ａ）のそれぞれの例について、排気ガスの圧力損失を解析して比較したものである。
なお、それぞれの例では、同じ位置に突起を形成して比較した。
図６（ａ）によれば、突起の突出長さＰを大きくするほど放熱性能が向上すること、一方で突出長さＰに対する放熱性能の上昇率は次第に小さくなることがわかった。
図６（ｂ）によれば、突起の突出長さＰを大きくするほど排気ガスの圧力損失が大きくなること、また、突出長さＰに対する圧力損失の上昇率も次第に大きくなること、特にＰ／Ａを１／２にすると、圧力損失が突起を設けない場合の２．８倍になってしまうことがわかった。
【００３５】
＜その他の態様＞
インナーフィン１を横断面が矩形波形状の波板状に形成する代わりに、正弦波形状などのなめらかな曲面からなる波板状に形成してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  インナーフィン
２  天板
３  底板
４  側板
５  通路
６  屈折部位
７  突起
１０  （従来の）ウェイビーフィン
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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