JP4386215B2

JP4386215B2 - Ｅｇｒガス冷却装置

Info

Publication number: JP4386215B2
Application number: JP03609299A
Authority: JP
Inventors: 一儀滝川; 秀雄劉; 祐治宮内; 忠弘後藤
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 1999-02-15
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2019-02-15
Also published as: JP2000234566A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの冷却液、カーエアコン用冷媒または冷却風などによってＥＧＲガスを冷却する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（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）と称される。ＥＧＲはＮＯｘ（窒素酸化物）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など、多くの効果が得られることから、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】
しかるに、ＥＧＲガスの温度が高くなりかつＥＧＲガス量が増大すると、その熱作用によりＥＧＲバルブの耐久性が劣化し、早期破損を招く場合があったり、その防止のために水冷構造とする必要があることや吸気温度の上昇に伴い充填効率の低下による燃費の低下などが認識されている。このような事態を避けるため、エンジンの冷却液などによってＥＧＲガスを冷却する装置が用いられている。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５、図６にその一例を示すごとく、両端部に冷却媒体流入口１１−１および冷却媒体流出口１１−２を設けた胴管１１内部において、伝熱管群１２の両端部が板金製のチューブシート１３にろう付けにより固定され、一方、チューブシート１３はその外周端部を胴管１１の内壁にろう付けにより固着して配列され、前記胴管１１の一方の端部にはＥＧＲガスの流入口１４ａ−１が設けられた端部キャップ１４ａが固着され、また他方の端部にはＥＧＲガスの流出口１４ｂ−１が設けられた端部キャップ１４ｂが固着された構成となし、かつ前記端部キャップ１４ａ、１４ｂのガス流入口１４ａ−１および流出口１４ｂ−１の外側開口端部に締結用フランジ１５ａ、１５ｂが外嵌固着された構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の、ＥＧＲガスの冷却に用いられる多管式の熱交換器に場合は、胴管１１、チューブシート１３および端部キャップ１４ａ、１４ｂ相互の固定構造の信頼性確保のため、冷却媒体流入口１１−１および冷却媒体流出口１１−２は、それぞれチューブシート１３から内側に所望の距離離れた位置に設けられるため、特に冷却媒体流入口１１−１側にあっては胴管１１内に流入した冷却媒体がこの側のチューブシート１３側に停滞して図５、図６に示す点線で囲んだ範囲Ｓが冷却不十分なオーバーヒートエリアとなり、このオーバーヒートエリアの部分はＥＧＲガスの温度が上昇したり、ＥＧＲガス量が増加した時には伝熱管外周面温度が上昇して、冷却媒体の沸騰を生じる。冷却媒体が沸騰すると、伝熱管外表面が蒸気に覆われて冷却媒体と接触できなくなり熱交換が行われないことにより、当該エリアではＥＧＲガスは冷却されず、結果的に該冷却装置全体の熱交換性能の低下をきたし、ＥＧＲガスの出口温度が下がらないという問題を生じる。
【０００６】
本発明は上記した従来の多管式熱交換器の問題を解決するためになされたもので、冷却媒体流入口側にできるオーバーヒートエリアを無くし冷却媒体の沸騰を解消することにより熱交換性能の低下を防止しＥＧＲガスを十分に冷却することができるＥＧＲガス冷却装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、第１の実施態様は両端部に冷却媒体流入口および冷却媒体流出口が設けられた胴管の内壁の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部には端部キャップが固着され、また前記端部キャップにはＥＧＲガスの流入口と流出口が設けられ、前記端部キャップのガス流入口および流出口の外側開口端部に締結用フランジが外嵌固着された構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、ＥＧＲガスの流入口側に設ける冷却媒体流入口を複数個としたことを特徴とし、第２の実施態様は前記ＥＧＲガスの流入口側に複数個設ける冷却媒体流入口を、胴管内に流入した冷却媒体が該ＥＧＲガス流入口側のチューブシートに沿って流れるように胴管の垂直中心線に対し傾斜させて設けることを特徴とし、第３の実施態様は前記ＥＧＲガスの流入口側に複数個設ける冷却媒体流入口を、胴管内に流入した冷却媒体が旋回流となって該胴管の軸芯付近へ向かって流れるように設けたことを特徴とし、第４の実施態様はＥＧＲガスの流入口を該胴管の軸心に対し偏心させるとともに、そのＥＧＲガスが多く流れる偏心側に冷却媒体が集中するように冷却媒体流入口を複数個設けることを特徴とするものである。
【０００８】
すなわち本発明は、冷却媒体流入口側のチューブシート付近に冷却媒体の流れが停滞してできる冷却不十分なオーバーヒートエリアを無くす手段として、冷却媒体流入口を複数個設ける手段をこうじたもので、これによりチューブシート付近の流速が均一化されて速くなりオーバーヒートエリアがほとんど発生せず、ＥＧＲガス流入口側での冷却媒体の沸騰を防止することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の請求項１に対応するＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示したもので、（Ａ）は中央部を省略して示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ線上の縦断面図、図２は本発明の請求項２に対応するＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示したもので、（Ａ）は中央部を省略して示す平面図、（Ｂ）は中央部を省略して示す横断平面図、図３（Ａ）（Ｂ）は本発明の請求項３に対応するＥＧＲガス冷却装置を例示した図１（Ｂ）相当図、図４は本発明の請求項４に対応するＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示す正面図であり、１は胴管、１−１ａ、１−１ｂ、１−１ｃ、１−１ｄは冷却媒体流入口、１−２ａ、１−２ｂ、１−２ｃ、１−２ｄは冷却媒体流出口、２は伝熱管群、３はチューブシート、４は端部キャップ、４−１はＥＧＲガスの流入口、４−２はＥＧＲガスの流出口、５は締結用フランジである。
【００１０】
まず、図１に示す本発明のＥＧＲガス冷却装置は、冷却媒体流入口を２個設けた例であり、胴管１のＥＧＲガス流入口４−１側に２個の冷却媒体流入口１−１ａを図示のごとく冷却媒体流出口１−２ａと反対側の底面側にそれぞれ胴管１の中心軸線の両側に所望の間隔を隔てて胴管中心に向かって胴管軸芯と直角に設けた例である。なおこの場合、冷却媒体流入口１−１ａは２個設けるので通常のものより小径とし、冷却媒体流出口１−２ａは２個の冷却媒体流入口１−１ａに対応して冷却媒体流入口１−１ａの断面積の２倍程度の大きさとする。
【００１１】
上記図１に示す構成のＥＧＲガス冷却装置の場合は、ＥＧＲガスの流入口側に設ける冷却媒体流入口を複数個設ける方式の一例であり、ＥＧＲガス流入口４−１側の下面側に設けた２個の冷却媒体流入口１−１ａより胴管１内に流入した冷却媒体は、いずれも胴管１の中心方向に向かって流れるため、この側のチューブシート３近傍の流速が均一化されて速くなり、流れが停滞して生じるオーバーヒートエリアはなくなる。これによりＥＧＲガス入口側で生じる冷却媒体の沸騰がほとんど皆無となる。そして、冷却媒体流入口１−１ａより該胴管１内に流入した冷却媒体は、オーバーヒートエリアを発生させずに胴管１内を流れて伝熱管群２内を流れるＥＧＲガスを冷却して冷却媒体流出口１−２ａより排出する。
【００１２】
図２に示すＥＧＲガス冷却装置は、ＥＧＲガスの流入口側に複数個設ける冷却媒体流入口を、胴管内に流入した冷却媒体が該ＥＧＲガス流入口側のチューブシートに沿って流れるように胴管の軸芯に対する垂直線に対し傾斜させて設ける方式の一例であり、胴管１のＥＧＲガス流入口４−１側に３個の冷却媒体流入口１−１ｂをそれぞれ胴管１の軸芯より上側に所望の間隔を隔てて胴管１の軸芯に対する垂直線に対しチューブシート側に向けて傾斜させた構造となしたものである。ここで、３個の冷却媒体流入口１−１のそれぞれの傾斜角度θは特に限定するものではなく、胴管１の外径により異なるが、５°〜３０°程度が適当である。なお前記傾斜角度θはそれぞれ異なる角度としてもよいことはいうまでもなＥＧＲガス。またこの場合も、冷却媒体流入口１−１ｂを３個設けるので通常のものより小径とし、冷却媒体流出口１−２ｂは３個の冷却媒体流入口１−１ｂに対応して冷却媒体流入口１−１ｂの断面積の３倍程度の大きさとする。
【００１３】
上記図２に示す構成のＥＧＲガス冷却装置の場合は、ＥＧＲガスの流入口側にチューブシート３側に向けて傾斜させて設けた３個の冷却媒体流入口１−１ｂより胴管１内に流入した冷却媒体は、いずれもチューブシート３の内表面に沿って流れるため、冷却媒体の流れが停滞して生じるオーバーヒートエリアの発生を防ぐことができ、ＥＧＲガス入口側で生じる冷却媒体の沸騰を防止できる。冷却媒体流入口１−１ｂより該胴管１内に流入した冷却媒体は、前記と同様オーバーヒートエリアを発生させずに胴管１内を流れて伝熱管群２内を流れるＥＧＲガスを冷却して冷却媒体流出口１−２ｂより排出する。
【００１４】
図３に示すＥＧＲガス冷却装置は、ＥＧＲガスの流入口側に複数個設ける冷却媒体流入口を、胴管内に流入した冷却媒体が旋回流となって該胴管の軸芯付近へ向かって流れるように、該胴管の接線方向または接線方向に近い方向に設ける方式の一例であり、（Ａ）は胴管１のＥＧＲガス流入口４−１側に３個の冷却媒体流入口１−１ｃをそれぞれ胴管の接線方向に１２０°間隔に配設した構造となしたものである。また、（Ｂ）は胴管１のＥＧＲガス流入口４−１側に３個の冷却媒体流入口１−１ｃをそれぞれ接線方向に近い方向に１２０°間隔に配設し、かつ冷却媒体流入口１−１ｂ付近の伝熱管を取り除いたことにより冷却媒体が胴管１の中心付近まで円滑に流入できる構造となしたものである。なおこの場合も、冷却媒体流入口１−１ｃを３個設けるので通常のものより小径とし、冷却媒体流出口１−２ｃは３個の冷却媒体流入口１−１ｃに対応して冷却媒体流入口１−１ｃの断面積の３倍程度の大きさとする。
【００１５】
上記図３（Ａ）（Ｂ）に示す構成のＥＧＲガス冷却装置の場合は、ＥＧＲガスの流入口側に胴管の接線方向または接線方向に近い方向にそれぞれ１２０°間隔に配設した冷却媒体流入口１−１ｃより該胴管１内に流入した冷却媒体は、いずれも旋回流となって該胴管の軸芯付近へ向かって流れるので、冷却媒体の流れが停滞して生じるオーバーヒートエリアを解消でき、ＥＧＲガス流入口側で生じる冷却媒体の沸騰を防止できる。そして、冷却媒体流入口１−１ｃより該胴管１内に流入した冷却媒体は、前記と同様オーバーヒートエリアを発生させずに胴管１内を流れて伝熱管群２内を流れるＥＧＲガスを冷却して冷却媒体流出口１−２ｃより排出する。
【００１６】
図４に示すＥＧＲガス冷却装置は、ＥＧＲガスの流入口を該胴管の軸心に対し偏心させるとともに、そのＥＧＲガスが多く流れる偏心側に冷却媒体が集中するように冷却媒体流入口を複数個設ける方式の一例であり、胴管１の軸心Ｏに対し冷却媒体流出口１−２ｄと反対側に偏心量ｌだけＥＧＲガスの流入口４−１の軸芯Ｏ′を偏心させ、この偏心側の胴管１の軸芯に対する垂直線上と偏心軸芯Ｏ′を通る水平中心線上に合計３個の冷却媒体流入口１−１ｄを設けた構造となしたものである。なおこの場合も、冷却媒体流入口１−１ｄを３個設けるので通常のものより小径とし、冷却媒体流出口１−２ｄは３個の冷却媒体流入口１−１ｄに対応して冷却媒体流入口１−１ｄの断面積の３倍程度の大きさとする。
【００１７】
上記図４に示す構成のＥＧＲガス冷却装置の場合は、ＥＧＲガスの流入口４−１が偏心しているので、胴管１内部の伝熱管群２に流入するＥＧＲガスの流れには必然的に偏流が発生するが、この偏流発生側に設けた３個の冷却媒体流入口１−１ｄより該胴管１内に流入する冷却媒体がＥＧＲガスが多く流れる偏心側に集中するので、冷却媒体の流れが停滞して生じるオーバーヒートエリアを解消でき、ＥＧＲガス流入口側で生じる冷却媒体の沸騰を防止できる。そして、冷却媒体流入口１−１ｄより該胴管１内に流入した冷却媒体は、前記と同様オーバーヒートエリアを発生させずに胴管１内を流れて伝熱管群２内を流れるＥＧＲガスを冷却して冷却媒体流出口１−２ｄより排出する。
なお図４においてはＥＧＲガスの流入口４−１を偏心させた例を示したが、該流入口４−１は偏心していなくても流れ込むＥＧＲガスに偏流がある場合にも同様な効果が得られる。
【００１８】
本発明における冷却媒体流入口１−１ａ、１−１ｂ、１−１ｃ、１−１ｄの設置個数についてはここに例示した２〜３個に限定するものではなく、胴管の断面積やサイズなどに応じて適宜定める。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明のＥＧＲガス冷却装置は、冷却媒体流入口より流入した冷却媒体の高い運動エネルギーにより、冷却媒体流入口側のチューブシート付近に冷却媒体の流れが停滞してできる冷却不十分なオーバーヒートエリアを解消することができる結果、ＥＧＲガス流入口側での冷却媒体の沸騰に伴う一時的な熱交換性能の低下を防止でき、ＥＧＲガスを十分に冷却できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に対応するＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示したもので、（Ａ）は中央部を省略して示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ線上の縦断面図である。
【図２】本発明の請求項２に対応するＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示したもので、（Ａ）は中央部を省略して示す平面図、（Ｂ）は中央部を省略して示す横断平面図である。
【図３】本発明の請求項３に対応するＥＧＲガス冷却装置を例示したもので、（Ａ）は一実施例を示す図１（Ｂ）相当図、（Ｂ）は他の実施例を示す図１（Ｂ）相当図である。
【図４】本発明の請求項４に対応するＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示す正面図である。
【図５】本発明の対象とする従来の多管式のＥＧＲガス冷却装置の一例を中央部を省略して示す横断平面図である。
【図６】図５のイ−イ線上の断面図である。
【符号の説明】
１胴管
１−１ａ、１−１ｂ、１−１ｃ、１−１ｄ冷却媒体流入口
１−２ａ、１−２ａ、１−２ｃ、１−２ｄ冷却媒体流出口
２伝熱管群
３チューブシート
４端部キャップ
４−１ＥＧＲガスの流入口
４−２ＥＧＲガスの流出口
５締結用フランジ

Claims

両端部に冷却媒体流入口および冷却媒体流出口が設けられた胴管の内壁の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部には端部キャップが固着され、また前記端部キャップにはＥＧＲガスの流入口と流出口が設けられ、前記端部キャップのガス流入口および流出口の外側開口端部に締結用フランジが外嵌固着された構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、ＥＧＲガスの流入口側に設ける複数個の冷却媒体流入口を、胴管内に流入した冷却媒体が該ＥＧＲガス流入口側のチューブシートに沿って流れるように胴管の軸芯に対する垂直線に対し傾斜させて設けることを特徴とするＥＧＲガス冷却装置。
ＥＧＲガスの流入口側に複数個設ける冷却媒体流入口を、胴管内に流入した冷却媒体が旋回流となって該胴管の軸芯付近へ向かって流れるように設けることを特徴とする請求項１記載のＥＧＲガス冷却装置。
両端部に冷却媒体流入口および冷却媒体流出口が設けられた胴管の内壁の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部には端部キャップが固着され、また前記端部キャップにはＥＧＲガスの流入口と流出口が設けられ、前記端部キャップのガス流入口および流出口の外側開口端部に締結用フランジが外嵌固着された構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、ＥＧＲガスの流入口を該胴管の軸心に対し偏心させるとともに、そのＥＧＲガスが多く流れる偏心位置に冷却媒体が集中するように冷却媒体流入口を複数個設けることを特徴とするＥＧＲガス冷却装置。