(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体の少なくとも内周面には環状または螺旋状の蛇腹部と、ほぼ軸方向に延長しかつ隣接する該蛇腹部の頂部を跨ぐよう成形された膨出部、若しくは該蛇腹部の頂部を中断するよう成形された窪み部とを有してなることを特徴とする伝熱管。
【請求項２】
前記蛇腹部、膨出部および窪み部と夫々に同一位相をもって前記管体の外周面にも蛇腹部、膨出部および窪み部が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の伝熱管。
【請求項３】
胴管内壁の両端部に固定されたチューブシートに複数の管体よりなる伝熱管群が固着配列され、前記管体は前記胴管の複数箇所でその外周部が内壁に固着された支持板の貫通孔に嵌着支持され、前記胴管の両端部の外側にはＥＧＲガスの流入口と流出口が設けられた端部キャップが固着され、前記胴管には冷却媒体流入口および冷却媒体流出口が設けられＥＧＲガス冷却装置であって、前記伝熱管は、その少なくとも内周面に環状または螺旋状の蛇腹部と、ほぼ軸方向に延長しかつ隣接する該蛇腹部の頂部を跨ぐよう成形された膨出部、若しくは該蛇腹部の頂部を中断するよう成形された窪み部とを有する管体からなることを特徴とするＥＧＲガス冷却装置。
【請求項４】
前記伝熱管は、前記蛇腹部、膨出部および窪み部と夫々に同一位相をもってその外周面にも蛇腹部、膨出部および窪み部が形成された管体からなることを特徴とする請求項３記載のＥＧＲガス冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス中に含まれる煤が管体の内周面に付着することを防止し、または例え煤が付着しても、それを剥離して伝熱性能を高めた伝熱管およびこれを使用したＥＧＲガス冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスの一部を排気系から取り出して、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）と称される。ＥＧＲはＮＯｘの発生抑制、ポンプ損失の低減、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・組成の変化による比熱比の増大と、これに伴うサイクル効率の向上等、多くの効果があるところから、エンジンの熱効率を改善するには有効な方法とされている。
【０００３】
しかしながら、ＥＧＲガスの温度が高くなると、吸気温度の上昇に伴う燃費の低下やその熱作用によりＥＧＲバルブ等の耐久性は劣化し、早期破損を招く場合があったり、その予防のために水冷構造とする必要があることが認められている。
このような事態を避けるため、エンジンの冷却液または冷却風によってＥＧＲガスを冷却する装置が提案されている。この装置としては、一般に、多管式の熱交換器が利用される。
【０００４】
この場合に利用される多管式の熱交換器は、図１０にその一例を示すように、左右の一方若しくは両側にＥＧＲガスの流入口１４ａ又は流出口１４ｂを備えた端部キャップ１４に仕切り壁１５を介して区画され、かつ別途冷却媒体流入口１６ａを有するヘッド部材（ハブ）１６には胴管１１が連接固定され、その胴管１１内部には多数の伝熱管１２が前記両側の仕切り壁１５に設けた組付け孔部において固着配列され、ヘッド部材１６に設けられた冷却媒体流入口１６ａ、冷却媒体流出口１６ｂに螺着されたニップル１８にはゴムホース等の枝管１７が接続されており、この枝管１７より導入され、若しくは排出されるエンジン冷却液又は冷却風により、伝熱管１２内部を流れるＥＧＲガスが冷却される構造となっているものが知られている（実公昭５７−３０９号公報参照）。
【０００５】
しかしながら、上記多管式熱交換器はエンジン冷却液または冷却風の流れが冷却媒体流入口１６ａで急激に曲げられるため大きな流過抵抗を生じる問題があり、また多数の伝熱管１２を固着するヘッド部材１６及び仕切り壁１５がともに鋳物製または鍛造製であるため、熱交換器本体の重量が過大になり、その上枝管１７接続用のニップル１８を冷却媒体流出口１６ｂに螺着させるための接続孔の加工、および多数の伝熱管１２を仕切り壁１５に固着配列する作業を必要とするところから、組立工数がかかり、作業性が悪くなるという難点もあり、さらに仕切り壁１５に多数の伝熱管１２の接合手段には、ろう付け作業が採用されているため伝熱管１２と仕切り壁１５とは肉厚が異なるため熱容量が相違して、ろう付け作業部の強度維持に信頼性が乏しく、ろう付け不良を発生することがあった。
【０００６】
本出願人は、上記の難点を解決するため特願平７−２６７６９１号を提案した。この装置は、図１１に示すように、胴管１１両端部において、胴管１１の内壁に固着されたチューブシート３に複数の伝熱管１２が固着配列され、前記胴管１１の端部にＥＧＲガス流入口１４ａおよびＥＧＲガス流出口１４ｂを備えた多管式のＥＧＲガス冷却装置であって、さらに外方へ向けてのバーリング成形によって胴管１自体に冷却媒体流入口６ａおよび冷却媒体流出口６ｂを設け、このバーリング成形によって設けた冷却媒体流入口６ａ及び冷却媒体流出口６ｂに、枝管７ａ、７ｂを直接ろう付け若しくは溶接により接合した構造のＥＧＲガス冷却装置である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この特願平７−２６７６９１号明細書に提案されたＥＧＲガス冷却装置は、上記の難点を改善するには効果があったが、ＥＧＲガス冷却装置における伝熱管は通常の熱交換器がそうであるように、断面円筒形の管体を使用しているため、該管体内に流入されるＥＧＲガスは殆ど流過抵抗なしの状態で、管体内を円滑に通過してしまう。一方ＥＧＲガスには排気ガス組成としての煤が混入しており、ＥＧＲガスが管体内を通過して行く過程で、前記煤は管体の内周面に付着し易く、また一旦付着した煤は管体の内周面より剥離し難く、順次成長して煤の塊となってしまった。
【０００８】
上記のようにして伝熱管の管体の内周面に煤が付着すると、この煤が断熱材のように働き、通常状態においてもそれほど高くないガス体から管壁への熱伝達が一層阻害され、当初の目的とするＥＧＲガスと冷却媒体との熱交換が所望の通り行われず、したがってその改善が求められていた。
また、管体の内周面に煤が一旦付着すると、これは順次成長して煤の塊となってしまい、この塊が振動等により一時に剥離した場合には、ＥＧＲガスの循環系統内を流れて、エンジン内部に流入し作動不良を招く等の問題もあった。
【０００９】
本発明は、構成要素の僅かな変更によって上記の難点を改善し、管体の伝熱性能を高め、熱交換効率が安定し、かつエンジン不調の原因を予め取り除いた伝熱管およびこれを使用したＥＧＲガス冷却装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の実施態様は、管体の少なくとも内周面には環状または螺旋状の蛇腹部と、ほぼ軸方向に延長しかつ隣接する該蛇腹部の頂部を跨ぐよう成形された膨出部、若しくは該蛇腹部の頂部を中断するよう成形された窪み部とを有してなる伝熱管を特徴とするものである。
この場合、前記蛇腹部、膨出部および窪み部と夫々に同一位相をもって前記管体の外周面にも蛇腹部、膨出部および窪み部を形成することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明の第２の実施態様は、胴管内壁の両端部に固定された板金製のチューブシートに複数の管体よりなる伝熱管群が固着配列され、前記管体は前記胴管の複数箇所でその外周部が内壁に固着された支持板の貫通孔に嵌着支持され、前記胴管の両端部の外側にはＥＧＲガスの流入口と流出口が設けられた端部キャップが固着され、前記胴管には冷却媒体流入口および冷却媒体流出口が設けられＥＧＲガス冷却装置であって、前記伝熱管は、その少なくとも内周面に環状または螺旋状の蛇腹部と、ほぼ軸方向に延長しかつ隣接する該蛇腹部の頂部を跨ぐよう成形された膨出部、若しくは該蛇腹部の頂部を中断するよう成形された窪み部とを有する管体からなるＥＧＲガス冷却装置を特徴とするものである。
この場合、前記伝熱管は、前記蛇腹部、膨出部および窪み部と夫々に同一位相をもってその外周面にも蛇腹部、膨出部および窪み部が形成された管体からなることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＥＧＲガス冷却装置において、ＥＧＲガスを流入させ、冷却媒体との間で熱交換を行わしめる伝熱管を構成する管体の形状を変更することにより、厳しい振動環境下においても安定した熱変換性能をもって作動するＥＧＲガス冷却装置の開発に成功したものであって、エンジン系統の耐久性をも向上し得たＥＧＲガス冷却装置を提示するものである。
【００１３】
次に本発明を添付図面を参照しながら以下に詳述すると、図１は本発明のＥＧＲガス冷却装置の一実施例の一部破断平面図、図２は本発明の一実施例の伝熱管の正面図、図３は図２のＡ−Ａ面断面図、図４は図２のＢ−Ｂ面断面図、図５は本発明の他の一実施例の伝熱管の正面図、図６は図５のＡ−Ａ面断面図、図７は図５のＢ−Ｂ面断面図、図８は本発明の他の一実施例の伝熱管の斜視図、図９は本発明のさらに他の一実施例の伝熱管の斜視図である。
【００１４】
本発明による多管式のＥＧＲガス冷却装置３０は、図１に示されるように、胴管３１の内壁３２の両端部に固定されたチューブシート３３に複数の管体３４よりなる伝熱管群が固着配列され、前記管体３４は胴管３１の複数箇所にその外周部３５が胴管３１の内壁３２に固着された支持板３６の貫通孔３７に嵌着支持され、前記胴管３１の両端部の外側には端部キャップ３８が固着され、前記端部キャップ３８にはＥＧＲガス流入口３９とＥＧＲガス流出口４０が設けられ、前記胴管３１には冷却媒体流入口４１および冷却媒体流出口４２が設けられ、かつ前記冷却媒体流入口４１および冷却媒体流出口４２には枝管４３が接合されたものである。
【００１５】
この場合、前記伝熱管を構成する管体３４は、図２乃至図９に示すように、該管体の少なくとも内周面には図２乃至図７に示す環状の蛇腹部５０ａまたは図８および図９に示す螺旋状の蛇腹部５０ａと、図２乃至図４および図８に示すほぼ軸方向に延長しかつ隣接する該蛇腹部の頂部を跨ぐよう成形された膨出部５１ａ、若しくは図５乃至図６および図９に示す該蛇腹部５０ａの頂部を中断するよう成形された窪み部５２ａとを有してなるものである。
さらに、前記蛇腹部５０ａ、膨出部５１ａおよび窪み部５２ａと夫々に同一位相をもって管体３４外周面にも蛇腹部５０ｂ、膨出部５１ｂおよび窪み部５２ｂが形成されていることが好ましい。
【００１６】
上記のようような形状に管体３４を成形するためには、一対の割型或いは４つの割型を用いたプレス加工、若しくは成形パターンを有する形ロールによるロール成形によって容易に実施できる。
上記の構成にしたことにより、ＥＧＲガス冷却装置３０の稼働に際して、伝熱管群を形成する管体３４に流入したＥＧＲガスは、管体３４の内周面に形成された蛇腹部５０ａと膨出部５１ａまたは窪み部５２ａにより乱流となって、特に螺旋状の膨出部５１ａと窪み部５２ａとを組合わせた場合は、ＥＧＲガスが膨出部５１ａにより螺旋状に進行するとともに、窪み部５２ａにより該螺旋状となったガス流れを中断して管軸方向に向かわせるため一層激しい乱流となって、管体３４の内周面に煤の付着するのを抑制し、或いは例え付着したとしても煤を小片のうちに直ちに剥離し、管体３４の伝熱性能を安定に保持するとともに、煤の塊への成長を防止するものである。
【００１７】
なお、上記の説明では一方の端部キャップ３８にＥＧＲガス流入口３９を、また他方の端部キャップ３８にはＥＧＲガス流出口４０を設けた多管式のＥＧＲガス冷却装置を示したが、伝熱管群をほぼＵ字状に弯曲させて一方の端部キャップ３８にＥＧＲガス流入口３９とＥＧＲガス流出口４０とを合せて設けた従来公知の形式の多管式のＥＧＲガス冷却装置３０にも適用可能である。
【００１８】
さらに、本発明の実施に際して、隣接する蛇腹部５０ａ、５０ｂの頂部を跨ぐようにして形成された膨出部５１ａ、５１ｂ、若しくは隣接する蛇腹部５０ａ、５０ｂの頂部を中断するようにして形成された窪み部５２ａ、５２ｂは、管体３４の軸方向を外れて、緩やかな傾斜の螺旋状に形成された管体３４を用いても作用効果の上で余り差異はない。
【００１９】
【発明の効果】
以上に述べた通り、本発明は、ＥＧＲガス冷却装置の構成要素としての管体の形状を変更したことにより、管体に流入したＥＧＲガスが管体の少なくとも内周面に形成された蛇腹部と膨出部または窪み部により乱流となって流れ、管体の内周面に煤の付着するのを抑制し、或いは例え付着したとしても小片のうちに直ちに剥離するため、管体の伝熱性能を安定に保持するとともに、煤の塊への成長を防止できるため、煤の塊がエンジン内部に侵入してエンジン不調となる事態を防止することもできるＥＧＲガス冷却装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＧＲガス冷却装置の一実施例の一部破断平面図である。
【図２】本発明の伝熱管の一実施例の正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ面の断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ面の断面図である。
【図５】本発明の伝熱管の他の実施例の正面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ面の断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ面の断面図である。
【図８】本発明の伝熱管のさらに他の実施例の斜視図である。
【図９】本発明の伝熱管のさらに別の実施例の斜視図である。
【図１０】従来例ＥＧＲガス冷却装置の一部破断平面図である。
【図１１】他の従来例ＥＧＲガス冷却装置の一部破断平面図である。
【符号の説明】
３０  ＥＧＲガス冷却装置
３１  胴管
３２  内壁
３３  チューブシート
３４  管体
３６  支持板
３７  貫通孔
３８  端部キャップ
３９  ＥＧＲガス流入口
４０  ＥＧＲガス流出口
４１  冷却媒体流入口
４２  冷却媒体流出口
４３  枝管
５０ａ  蛇腹部
５０ｂ  蛇腹部
５１ａ  膨出部
５１ｂ  膨出部
５２ａ  窪み部
５２ｂ  窪み部
【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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