(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナーフィンを内部に有し、その内部に排ガスが流通する熱交換器において、
偏平チューブ本体(2a)内で、その厚み方向に上下に均等に複数段に、横断面を矩形波形または台形波形に曲折したインナーフィン(3)(4)が積層され且つ、その波の稜線が偏平チューブ本体(2a)の長手方向に位置し、
前記インナーフィン(3)(4)のそれぞれは、帯状金属板をその厚み方向に矩形波形に曲折した縦波(5)と、その縦波(5)の稜線が平面方向に波形に曲折された横波(6)とを有するウェーブフィン(7)からなり、
その上下のウェーブフィン(7)は、互いに同一形状のものからなると共に、互いの横波(6)の位相がずれるようにして、それらの間に板材を介さず、下段のウェーブフィン(7)の上端面に上段のウェーブフィン(7)の下端面が載置されて直接重ね合わされ、排ガス流路(22)内の空間を上下に複数段に均等に区切り、それにより排ガスに含まれる煤がインナーフィン(3)(4)に付着することを可及的に抑制したことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）に用いる冷却器のごとく、並列された各チューブ内に排気ガスが流通し、チューブ外面側に冷却水が流通する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の排ガス冷却用熱交換器であって、互いに離間した一対のヘッダに多数の偏平チューブの両端部を連通させて、コアを形成し、コアの外周をケーシングで被蔽し、各偏平チューブの内部にインナーフィンを配置して、その偏平チューブ内に高温の排ガスを流通させ、チューブの外面側に冷却水を流通して、排ガスを冷却する熱交換器が知られている。
【０００３】
この偏平チューブは図１１に示すごとく、上下一対の溝方のプレート１ａ、プレート１ｂを互いに嵌着し、内部にインナーフィン３を配置し、その頂部および谷部を偏平チューブ２内面に一体にろう付け固定したものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６３６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１１に示す、従来の偏平チューブ２を有する排ガス冷却用熱交換器であって、市場で使用されたものを切開して調査すると、偏平チューブの内壁面に多くの煤が付着していた。同様のことは本発明者の実験によっても確認された。さらに詳細に調べると、高温排気ガスの速度が遅い部分に煤の付着があり、排気ガス流速が速いほど煤が付着しにくい傾向が明らかとなった。
そこで本発明は、排気ガス冷却用の熱交換器において、偏平チューブ内壁近傍の流速を可能な限り速くして、煤の付着を防止すると共に、目詰まりを防ぐ偏平チューブ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】
【０００６】
請求項１に記載の本発明は、インナーフィンを内部に有し、その内部に排ガスが流通する熱交換器において、
偏平チューブ本体(2a)内で、その厚み方向に上下に均等に複数段に、横断面を矩形波形または台形波形に曲折したインナーフィン(3)(4)が積層され且つ、その波の稜線が偏平チューブ本体(2a)の長手方向に位置し、
前記インナーフィン(3)(4)のそれぞれは、帯状金属板をその厚み方向に矩形波形に曲折した縦波(5)と、その縦波(5)の稜線が平面方向に波形に曲折された横波(6)とを有するウェーブフィン(7)からなり、
その上下のウェーブフィン(7)は、互いに同一形状のものからなると共に、互いの横波(6)の位相がずれるようにして、それらの間に板材を介さず、下段のウェーブフィン(7)の上端面に上段のウェーブフィン(7)の下端面が載置されて直接重ね合わされ、排ガス流路(22)内の空間を上下に複数段に均等に区切り、それにより排ガスに含まれる煤がインナーフィン(3)(4)に付着することを可及的に抑制したことを特徴とする熱交換器である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱交換器は、複数の矩形波状または台形波状のインナーフィン３、４が積層され、偏平チューブ２内の空間を上下に複数段に区切ることにより、偏平チューブ２の壁面近傍の排ガスの流速を高め、そこに排ガス中の煤が付着することを防止する効果がある。すなわち、偏平チューブ２の縦断面における速度分布は各段ごとに図４に示すごとく複数の速度分布が生じ、各山の中心が壁面側に移動することにより壁面近傍の流速が高まり、偏平チューブ２の内壁面の煤の付着を防止できる。
【００１２】
これは図１２において、従来型の実線の速度分布と、本発明の一点鎖線の速度分布との比較からも明らかである。すなわち、壁面からＬ１離れた位置において、従来型の１段のインナーフィンの場合は流速がＶａであるのに対し、本発明ではそれより速いＶｂとなる。なお、図４、図１２における横軸は流速を示し、縦軸は壁面からの距離を示す。そして、偏平チューブの全高さはＬである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の熱交換器の横断面図であり、図２はその分解斜視図、図３は同偏平チューブを用いた熱交換器の一部破断要部斜視図である。
図１の熱交換器の偏平チューブ２が、従来の図１１のそれと異なる点は、偏平チューブ本体２ａ内に上下二段に同一形状のインナーフィン３、４がその位相を互いに９０度位置ずれさせて積層した点である。偏平チューブ本体２ａは従来型のそれと同様に、一対の浅い溝型に形成されたプレート１ａとプレート１ｂとを有し、一方のプレート１ａの幅方向両縁部に設けた段部１ｃを他方のプレート１ｂの両縁に嵌着し、内部に一対のインナーフィン３，４を積層し、各部品間を一体に且つ、液密にろう付け固定したものである。
【００１４】
このインナーフィン３、４は、それぞれ図２に示すウェーブフィン７からなる。このウェーブフィン７は、帯状金属板をその厚み方向に矩形波状に曲折して、横断面が縦波５となるように形成すると共に、その縦波５の稜線が平面方向に緩い波形に曲折されて、平面方向の横波６が形成されたものである。それらのインナーフィン３、４は同一形状のものからなり、両者はその縦波５の位相を、前述のように、幅方向に９０度程度ずれさせたものである。なお、両者の位相が一致すると、下側のインナーフィン４の頂部に上側のインナーフィン３の各開口が嵌着して、その全高さが不揃いになるおそれがある。即ち、各部で一対のインナーフィンの高さが異なり、偏平チューブ２内面との間に隙間が生じるおそれがある。なお、この例ではインナーフィン３、４が偏平チューブ本体２ａ内に二段に配置されたが、これを３段以上とすることもできる。
【００１５】
このようにして、複数段のインナーフィン３、４が偏平チューブ本体２ａ内に内装されてなる偏平チューブ２は、図３に示すごとく、一対の互いに離間したヘッダープレート１１間に複数、並列され、それぞれの偏平チューブ２の両端がヘッダープレート１１に貫通し、コアを構成する。そしてコアの外周にケーシング１０が被嵌される。ケーシング１０には一対の冷却水の出入口パイプ１５が連通する。また、コアの両端部には一対のヘッダ本体１２（左側を省略）が設けられ、各ヘッダ本体１２に排ガス１３用の出入口パイプ１５が連通する。そして、ケーシング１０の一方の出入口パイプ１５から冷却水１４がケーシング１０内に供給され、それが各偏平チューブ２の外周を流通して、他方の出入口パイプ１５より流出する。また、排ガス１３が一方のヘッダ本体１２より各偏平チューブ２内に供給され、他方のヘッダ本体１２および出入口パイプ１５を介し、それが外部に導かれる。そして排ガス１３と冷却水１４との間に熱交換が行われるものである。
【００１６】
次に図４は、図１のIV−IV矢視断面におけるチューブ内の速度分布を示し、横軸に流速、縦軸に偏平チューブ本体２ａの高さをとったものである。偏平チューブ本体２ａの全高さはＬである。従って、偏平チューブ本体２ａの内壁面の下面の高さは０で、上面の高さはＬである。図４でこの高さ０およびＬで、流速が０となる。それと共に、その中央位置においても、流速が０となる。これは、両インナーフィン３、４の境に壁面が存在するからである。そして、それらの各中央高さで、流速は最大値になる。そのため、図４のごとく、偏平チューブ本体２ａ内の速度分布は２山に形成される。
【００１７】
これに対し、従来型の図１１に示す偏平チューブ２内部の速度分布は、図１２に示す如く、一山に形成され、図４のそれに比べて山の傾斜が緩やかになる。両者の最大速度は略同じである。図１２に図４の速度分布を鎖線のごとく重ね合わせると、両者の違いが明確になる。ここにおいて壁面から高さＬ１における両者の速度を比較すると、同図から明らかなように、図１１の従来型偏平チューブ２ではＶａの速度であるのに対し、本発明の偏平チューブではそれよりも速度の速いＶｂとなる。このことから偏平チューブ本体２ａの壁面に近い部分における排気ガスの速度は、本発明の方が速いことが分かる。これにより、本発明は偏平チューブ本体２ａの内壁面に生じがちな煤の付着を防止し、目詰まりを防いで熱交換器の性能を永続的に維持することができる。
【００１８】
上記の実施例では、インナーフィン３、４を矩形波状に形成したが、それに代えて台形波状にしてもよい。さらには図７に示すごとくインナーフィン３、４を、複数段のオフセットフィン９で形成してもよい。このオフセットフィンは公知のものであって、マルチエントリー型フィンともいう。これは、帯状金属板がその厚み方向に矩形波形に曲折されると共に、その波の稜線が平面方向にも矩形波状に曲折され且つ、その平面矩形波の立ち上がり部および立ち下がり部の位置に、それぞれ開口８が形成され、多数の開口が存在するものである。
一般にインナーフィン３、４の縦波５の振幅を低くするとき、そのピッチも小さくなる。それ故、偏平チューブ本体２ａ内に上下２段にインナーフィン３、４を配置すると、その放熱面積が多くなり熱交換性能が向上する。
【００１９】
次に、図５は本発明の熱交換器の他の実施例であり、これが図１の例と異なる点は、上下一対のインナーフィン３，４間に仕切板29を介装した点のみである。この仕切板29を介装すると、各インナーフィン３，４の波の位相がどのようであっても、両者の内装が可能である。また、図６は各インナーフィン３，４の他の例を示す斜視図であり、これが、図２のものと異なる点は、波の稜線部および、谷部の各平面曲折部にディンプル30を設け、そのディンプル30において渦流を起こし、熱交換を促進させる点である。
【００２０】
次に、図８〜図１０は、本発明の他の実施の形態を示す熱交換器であって、図８はその分解斜視略図、図９は組立て状態を示す斜視図、図１０は図９のVIII-VIII矢視断面図である。
この熱交換器は、そのコア本体２０が、帯状金属板をつづら折に折返し曲折して、金属板の厚み方向に交互に偏平な冷却水流路２１と排ガス流路２２とを形成する。そして、冷却水流路２１の両端が一対の櫛状部材２３の各櫛歯２４により閉塞される。各排ガス流路２２には、その厚み方向に上下複数段に、インナーフィン３、４が積層されている。
これらのインナーフィン３、４は前記実施例同様に、横断面を矩形波状または台形波状に曲折し、その波の稜線が排ガス流路２２の長手方向に位置するとともに、上段のインナーフィン３の波の位相と、下段のインナーフィン４のそれとがずれるように配置されている。そして、排ガス流路２２内の空間を上下に複数段に区切ったことを特徴とするものである。
【００２１】
次にこの熱交換器の組立方法につき述べる。
コア本体２０の折返し部は、横断面が門型に形成され、冷却水流路内には多数のディンプルが形成されている。そこで先ず、このコア本体２０の各排ガス流路２２内に、上下一対の矩形波状または台形波状のインナーフィン３，４を積層状態で挿通する。そして、コア本体２０の長手方向両端位置に一対の櫛状部材２３の各櫛歯２４を冷却水流路２１に挿入してコアを形成する。次いで、断面コ字状のケーシング本体１０ａをコアに被嵌するとともに、そのケーシング本体の開口側を側蓋１０ｂで閉塞する。この側蓋１０ｂにはその長手方向両端部にタンク部１６が形成されると共に、そこにそれぞれ出入口パイプ１５が連通する。次いで、一対のヘッダ本体１２をコアの長手方向両端部に配置するとともに、その袖部１８を側蓋１０ｂの長手方向両端部に重ね合わせる。さらにヘッダ本体１２の外側にフランジ１７を配置する。
そして各部品間にろう材を配置し、全体を高温の炉内に挿入して一体的にろう付け固定し、図９に示す熱交換器を完成する。
【００２２】
この熱交換器の内部には、図１０に示すごとく、その排ガス流路２２にそれぞれ一対のインナーフィン３、４が積層されている。このインナーフィンは、前述のごとく、排ガス流路２２の長手方向に位置するとともに上段のインナーフィン３の波の位相と下段のインナーフィン４の波の位相とがずれるように配置されている。
そして、図９において、一方の出入り口パイプ１５から冷却水１４が流入し、各冷却水流路２１を流通し、他方の出入り口パイプ１５からそれが流出する。そして、一方のフランジ１７から排ガス１３が各排ガス流路２２を流通し、他方のフランジ１７からそれが流出する。そして、排ガス１３と冷却水１４との間に熱交換が行われるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の熱交換器の横断面図。
【図２】同要部分解斜視図。
【図３】同偏平チューブ２を用いた排ガス冷却用熱交換器の一部破断要部斜視図。
【図４】図１のIV−IV矢視断面における排ガスの速度分布図。
【００２４】
【図５】本発明の他の熱交換器の横断面図。
【図６】本発明のさらに他の熱交換器に用いられるインナーフィンの斜視図。
【図７】本発明のインナーフィン３、４に用いられるオフセットフィン９の斜視略図。
【図８】発明の他の実施の形態を示す熱交換器の分解斜視略図。
【００２５】
【図９】同組立て状態を示す斜視図。
【図１０】図９のVIII-VIII矢視断面図。
【図１１】従来型の熱交換器の横断面図。
【図１２】図９のVII−VII矢視断面における排ガスの速度分布図。
【符号の説明】
【００２６】
1a  プレート
1b  プレート
1c  段部  
２  偏平チューブ
2a  偏平チューブ本体
３  インナーフィン
４  インナーフィン
【００２７】
５  縦波
６  横波
７  ウェーブフィン
８  開口
９  オフセットフィン
10  ケーシング
10a  ケーシング本体
10b  側蓋
【００２８】
11  ヘッダープレート
12  ヘッダ本体
13  排ガス
14  冷却水
15  出入口パイプ
16  タンク部
17  フランジ
【００２９】
18  袖部
20  コア本体
21  冷却水流路
22  排ガス流路
23  櫛状部材
【００３０】
24  櫛歯
25  根元部
26  開口
27  平面部
28  折返し端
29  仕切板
30  ディンプル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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