(57)【要約】【課題】  シェルアンドチューブ型熱交換器において、各チューブ間及びチューブとシェルとの間の流体流通用隙間を確保しつつ、組立て容易で生産性の高い熱交換器の提供。【解決手段】  チューブ３の外周にスペーサ用の凸部２を設け、その凸部２どうしを互いに接触してチューブ３の集合体からなるコア４を構成する。そして、コア４とシェル１との間に凸部２を介し、またはシェル１の内周面の凸部７を介して両者間が互いに接触するようにする。それにより各部品間が横断面方向に互いに位置決めされる。そして、ヘッダープレート６をシェル１の開口に嵌着すると共に、そのチューブ挿通孔５にそれぞれのチューブ３の端を貫通する。【選択図】        図１
2006300407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向の端が開放された筒状のシェル(1) と、
夫々外周の一部にスペーサ用の凸部(2) を有し、その凸部(2) が接触して互いに並列に隣接した多数のチューブ(3) の集合体を構成するコア(4) と、
そのコア(4) の各チューブ(3) に整合する多数のチューブ挿通孔(5) が設けられると共に、前記シェル(1) の開口に整合する外周を有するヘッダープレート(6) と、を具備し、
前記シェル(1) 内に前記コア(4) が挿入され、その状態で前記シェル(1) の内周と前記コア(4) の外周とは、前記チューブ(3) の凸部(2) を介してまたは、シェル(1) の内周の凸部(7) を介して接触することにより、両者間が横断方向に互いに位置決めされて、その横断方向には移動できない状態にあり、
前記ヘッダープレート(6) が、前記シェル(1) の開口を閉塞すると共に、そのチューブ挿通孔(5) に夫々前記チューブ(3) の端が貫通し、その貫通部および各部品の接触部が互いにろう付け固定されたシェルアンドチューブ型熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
コア(4) の外周およびシェル(1) の内周が略円形に形成され、シェル(1) の軸線上に円形パイプ(8) が内装され、その円形パイプ(8) とシェル(1) との間に前記コア(4) が介装され、
前記チューブ(3) が部分的に、その凸部(2) または円形パイプ(8) の外周の環状の凸条(9) に接触されたシェルアンドチューブ型熱交換器。
【請求項３】
請求項２において、
前記チューブ(3) が横断面偏平で且つ弧状に湾曲したものからなり、その外面に前記凸部(2) としてディンプルが複数形成され、隣接するチューブ(3) の夫々のディンプルどうしが接触すると共に、全体の横断面が渦状に形成され、その中心に前記円形パイプ(8) が配置され、
前記シェル(1) の内周および円形パイプ(8) の外周には、複数の環状の凸条(7a)(9) が軸線方向に互いに離間して配置され、夫々の凸条(7a)(9) が各チューブ(3) の横断面の両端位置で接触したシェルアンドチューブ型熱交換器。
【請求項４】
請求項３において、
シェルアンドチューブ型熱交換器がＥＧＲ（排気ガス再循環装置）クーラとして用いられ、各チューブ(3) 内に排気ガス(10)が流通すると共に、シェル(1) 内に冷却水(11)が流通し、円形パイプ(8) が排気ガスのバイパス路となるもの。
【請求項５】
請求項４において、
シェル(1) の長手方向両端開口部が外方に膨出し、その開口にカップ状に形成されたヘッダープレート(6) が嵌着固定され、そのシェル(1) の前記膨出した部分に水タンク部(12)が形成されたシェルアンドチューブ型熱交換器。
【請求項６】
請求項１において、
前記チューブ(3) が断面円形のものであり、その外周に前記凸部(2) として複数の環状の凸条(2a)が長手方向に離間して配置され、
前記シェル(3) の内面にその環状の凸条(2a)が接触されたシェルアンドチューブ型熱交換器。
【請求項７】
請求項１において、
前記チューブ(3) が平坦な偏平チューブ(3a)からなり、その外周に前記凸部(2) として複数のディンプルが突設され、同一形状の偏平チューブ(3a)がそのディンプルを介して接触して、コア(4) が形成され、その外周に断面方形のシェル(1) が被嵌されたシェルアンドチューブ型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排ガス再循環装置(ＥＧＲ)のクーラとして最適なシェルアンドチューブ型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲクーラとして用いられるシェルアンドチューブ型熱交換器は、多数の断面円形パイプを一対のヘッダ間に介挿し、そのチューブ群の外周にシェルを被嵌したものである。そして、排ガスを各チューブ内に流通させると共に、シェル内に冷却水を流通させ、両者間に熱交換器を行うものである。
また、偏平チューブを用いたＥＧＲクーラは、多数の偏平チューブを並列させ、その両端を一対の断面方形のヘッダに貫通させ、その外周を断面方形のシェルで被嵌したものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８２９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のシェルアンドチューブ型熱交換器は、各チューブ間及びチューブとシェルとの間に隙間を形成して、冷却水の円滑な流通を確保する。そのためには、各種治具を用いて、各部品間の隙間を確保しつつ位置決めする必要があった。従って、その組立てが面倒である欠点があった。
そこで本発明は、各部品間の隙間を確実に保持しつつ、組立てが容易で、量産性が高い熱交換器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】
【０００５】
請求項１に記載の本発明は、軸線方向の端が開放された筒状のシェル(1) と夫々外周の一部にスペーサ用の凸部(2) を有し、その凸部(2) が接触して互いに並列に隣接した多数のチューブ(3) の集合体を構成するコア(4) と、
そのコア(4) の各チューブ(3) に整合する多数のチューブ挿通孔(5) が設けられると共に、前記シェル(1) の開口に整合する外周を有するヘッダープレート(6) と、を具備し、
前記シェル(1) 内に前記コア(4) が挿入され、その状態で前記シェル(1) の内周と前記コア(4) の外周とは、前記チューブ(3) の凸部(2) を介してまたは、シェル(1) の内周の凸部(7) を介して接触することにより、両者間が横断方向に互いに位置決めされて、その横断方向には移動できない状態にあり、
前記ヘッダープレート(6) が、前記シェル(1) の開口を閉塞すると共に、そのチューブ挿通孔(5) に夫々前記チューブ(3) の端が貫通し、その貫通部および各部品の接触部間が互いにろう付け固定されたシェルアンドチューブ型熱交換器である。
【０００６】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
コア(4) の外周およびシェル(1) の内周が略円形に形成され、シェル(1) の軸線上に円形パイプ(8) が内装され、その円形パイプ(8) とシェル(1) との間に前記コア(4) が介装され、
前記チューブ(3) が部分的に、その凸部(2) または円形パイプ(8) の外周の環状の凸条(9) に接触されたシェルアンドチューブ型熱交換器である。
【０００７】
請求項３に記載の本発明は、請求項２において、
前記チューブ(3) が横断面偏平で且つ弧状に湾曲したものからなり、その外面に前記凸部(2) としてディンプルが複数形成され、隣接するチューブ(3) の夫々のディンプルどうしが接触すると共に、全体の横断面が渦状に形成され、その中心に前記円形パイプ(8) が配置され、
前記シェル(1) の内周および円形パイプ(8) の外周には、複数の環状の凸条(7a)(9) が軸線方向に互いに離間して配置され、夫々の凸条(7a)(9) が各チューブ(3) の断面の両端位置で接触したシェルアンドチューブ型熱交換器である。
【０００８】
請求項４に記載の本発明は、請求項３において、
シェルアンドチューブ型熱交換器がＥＧＲ（排気ガス再循環装置）クーラとして用いられ、各チューブ(3) 内に排気ガス(10)が流通すると共に、シェル(1) 内に冷却水(11)が流通し、円形パイプ(8) が排気ガスのバイパス路となるものである。
【０００９】
請求項５に記載の本発明は、請求項４において、
シェル(1) の長手方向両端開口部が外方に膨出し、その開口にカップ状に形成されたヘッダープレート(6) が嵌着固定され、そのシェル(1) の前記膨出した部分に水タンク部(12)が形成されたシェルアンドチューブ型熱交換器である。
【００１０】
請求項６に記載の本発明は、請求項１において、
前記チューブ(3) が断面円形のものであり、その外周に前記凸部(2) として複数の環状の凸条(2a)が長手方向に離間して配置され、
前記シェル(3) の内面にその環状の凸条(2a)が接触されたシェルアンドチューブ型熱交換器である。
【００１１】
請求項７に記載の本発明は、請求項１において、
前記チューブ(3) が平坦な偏平チューブ(3a)からなり、その外周に前記凸部(2) として複数のディンプルが突設され、同一形状の偏平チューブ(3a)がそのディンプルを介して接触して、コア(4) が形成され、その外周に断面方形のシェル(1) が被嵌されたシェルアンドチューブ型熱交換器である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のシェルアンドチューブ型熱交換器は、多数のチューブ３が凸部２を介して互いに並列に接触してコア４を構成し、そのコア４をシェル１内に挿入したとき、コア４とシェル１とが横断方向に互いに位置決めされて、その横断方向に移動できない状態にある。そのため、ヘッダープレート６をシェル１の開口に閉塞することにより、そのチューブ挿通孔５にそれぞれのチューブ３の端部を貫通し、熱交換器の組立てを迅速容易に、且つ正確に行うことができる。それにより量産性の高い熱交換器を提供できる。さらに、コア４の各チューブ３間及びチューブ３とシェル１との間は互いに凸部２で接触しているため、耐圧性および耐震性の高いものとなる。
【００１３】
上記構成において、コア４の外周及びシェル１の内周を略円形に形成し、シェル１の中心に円形パイプ８を介挿したものにおいては、組立て容易で且つ、チューブ３の各部に流体を可及的に均一に流通させ熱交換を促進しうる。また組立て性がよく、量産性の優れたものとなる。
【００１４】
上記構成において、偏平なチューブ３の横断面を弧状に湾曲し、ディンプルからなる凸部２どうしを接触して、多数のチューブ３を横断面が渦状になるように配置したものでは、更に熱交換性能の高いものを提供できる。
【００１５】
上記構成において、熱交換器をＥＧＲクーラとして用い、円形パイプ８を排気ガスのバイパス路としたものにおいては、コンパクトで多機能のものを提供できる。
【００１６】
上記構成において、シェル１の長手方向両端開口部が半径方向外方に膨出され、その開口にカップ状のヘッダープレート６が嵌着固定され、シェル１の膨出部分に水タンク部12が形成されたものにおいては、組立て容易で、量産性に優れた熱交換器を提供できる。
【００１７】
上記構成において、チューブ３が断面円形のものであり、その外周に複数の凸条2aが長手方向に離間して配置され、シェル１の内面にその環状の凸条2aが接触するように配置されたものにおいては、構造が極めて簡単で、製造し易く且つ凸条2aが各チューブ３のスペーサを形成し、チューブ３外面側に均一に流体を流通させることができる。
【００１８】
上記構成において、偏平チューブ3aの外周の凸部２を介して、多数の偏平チューブ3aが接触しコア４が構成され、その外周に断面方形のシェル１が被嵌されたものにおいては、組立てが容易で、熱交換性能の高いものとなりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に図面に基づいて本発明の各実施の形態につき説明する。
図１は本発明の熱交換器の要部横断面図であって、図３におけるI−I矢視断面図である。図２は同熱交換器の要部拡大図、図３は同熱交換器の縦断面図であって、図１のIII−III矢視断面図、なお図２は図３のII−II線における断面拡大図でもある。図４は同熱交換器の要部分解斜視図である。
【００２０】
この熱交換器はエンジンの排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）のクーラとして最適なものである。この例では同芯に配置された円形パイプ８とシェル１との間に多数のチューブ３の集合体からなるコア４が介挿されている。そして、シェル１の両端に一対のヘッダープレート６が嵌着され、それぞれのチューブ３の両端がそのヘッダープレート６を貫通する。そして、図３に示す如く、ヘッダープレート６の外側にはヘッダ17が取り付けられる。なお右側のヘッダ17は中間ヘッダ18を介して取り付けられている。
【００２１】
チューブ３は、図１および図２に示す如く、横断面が偏平で且つ弧状に湾曲したものからなり、その外面に多数のディンプルからなる凸部２が突出されている。この凸部２の横断面は、台形状に形成されている。そして、各チューブ３は全体の横断面が渦状になるように配置されている。また、隣接するチューブ３どうしは、それぞれ凸部２を介して等間隔に且つ並列になるように位置決めされている。
【００２２】
このようにしてなるコア４の断面における内外の包絡線は共に円形に形成される。そして円形のシェル１及び円形パイプ８の凸条7a及び凸条９がコア４に接する。シェル１の凸条7aは図３および図４に示す如く、シェル１の外面側が断面Ｖ溝状に曲折され、それが内面側に突出したものであり、軸線方向に離間して複数存在（この例では２つ）する。また、円形パイプ８の凸条９はその外面側に環状に突設され、軸線方向に互いに離間して複数配置されている（この例では３つ）。
【００２３】
そして、多数のチューブ３を図１に示す如く、互いに接触させ、且つその断面の先端及び後端をシェル１と円形パイプ８の凸条7a，９に接触させることにより、チューブ３の集合体からなるコア４は断面方向のいずれにも移動しないように位置決めされる。
【００２４】
なお、シェル１は図４から明らかな如く、その両端開口部に膨出部１aが突設されている。シェル１の両端に位置する膨出部１aの向きは互いに略１８０°異なり、その膨出部１aの半径方向外側への膨出量は一端から他端に次第に大きくなりその最大部分に内フランジ状の欠切孔16が設けられている。この欠切部16には冷却水の出入口パイプ15が後に接続される。
【００２５】
ヘッダープレート６は、キャップ状に形成され、その開口がシェル１の開口に整合する。そして、その中心に円形パイプ８を貫通させる中心孔を有し、その外周に渦巻状に弧状のチューブ挿通孔５が多数穿接されている。このチューブ挿通孔５は、図１において、各チューブ３の断面形状に整合する。
【００２６】
（組立て方法）
このような構造を持つ各部品は、一例として次の手順により組み立てられる。シェル１の軸線上に円形パイプ８が挿入されると共に、その円形パイプ８とシェル１間に図１の如く多数のチューブ３の集合体からなるコア４が挿入される。このとき、各チューブ３の凸部２どうしが互いに接触すると共に、チューブ３の断面における先端部及び後端部がシェル１の凸条7a及び円形パイプ８の凸条９に接触し、各部品の相対位置は位置決めされて特定される。
【００２７】
ついで、図４における一対のヘッダープレート６をシェル１の両端に被嵌する。すると、円形パイプ８の両端がヘッダープレート６の中心孔19を貫通すると共に、それぞれのチューブ３がそのチューブ挿通孔５を貫通する。なお、ヘッダープレート６の一方の開口は膨出部6aが形成され、それがシェル１の膨出部１aに整合する。
【００２８】
ついで、この例では左側のヘッダープレート６の外側にヘッダ17が被嵌され、右側のヘッダープレート６の外側には中間ヘッダ18を介してヘッダ17が被嵌される。さらにこの例では、円形パイプ８の右端部にはバイパス弁14が軸線方向に移動自在に嵌着される。そして、バイパス弁14が実線の状態から鎖線の状態に移動し、円形パイプ８内を開閉自在に閉塞するものである。なお、バイパス弁の構造はこの例に限らない。
【００２９】
この例では円形パイプ８は排気ガス10のバイパス路を形成する。即ち、図３において、バイパス弁14を実線の状態に位置したときは、円形パイプ８内を閉塞し排気ガス10を各チューブ３に流通させる。またバイパス弁14を鎖線の状態にしたときには、排気ガス10が円形パイプ８内を流通し、チューブ３を流通することなく通過する。
【００３０】
このように組み立てられた各部品は、互いに接触する少なくとも一方側表面にろう材が被覆されたものが用いられ、組立て状態で高温の炉内でろう付けされる。なお、このとき図３において右側のヘッダ17及びバイパス弁14は取り外された状態にある。ろう付け後には、ヘッダ17と中間ヘッダ18とが図示にないボルト及びナットを介して結合されると共に、円形パイプ８の右端にバイパス弁14が挿入される。
【００３１】
そして、この例では排気ガス10が左側のヘッダ17から各チューブ３内に導かれる。そして、冷却水11が図１において一方の出入口パイプ15から水タンク部12を介してシェル１内に導かれ、それが軸線方向に図３の如く移動し、シェル１の他方の水タンク部12から図１における他方の出入口パイプ15を介し外部に導かれる。
【００３２】
排気ガス10は、それぞれのチューブ３内部を流通し、右側のヘッダ17から外部へ導かれる。なお、このときバイパス弁14は実線の状態にある。ついで、排気ガス10が低温の時には、その過冷却を防止するため、バイパス弁14は実線の位置から鎖線の位置に移動する。すると、円形パイプ８内部が開放されると共に、チューブ３側が閉塞される。そして排気ガス10は円形パイプ８内を流通し、バイパス弁14の首部外周の開口を介して右側のヘッダ17に導かれる。
【００３３】
（変形例）
つぎに、図５は本発明の熱交換器の他の例を示す要部横断面図及び要部縦断面図である。そして、図５（Ａ）は同（Ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図である。この例のチューブ３は、断面円形のパイプが用いられ、その外周に環状の凸条2aが形成される。この凸条2aは、軸線方向に互いに離間して複数配置されている。そして、このようなチューブ３の集合体でコア４を形成し、それがシェル１内に収納される。すると、それぞれのチューブ３どうしは凸条2aどうしが接触すると共に、最外側に位置するチューブ３の凸条2aがシェル１内面に接触する。それにより、各チューブ３どうしは断面方向に互いに位置決めされる。そこで、そのチューブ３の配置状態に整合するチューブ挿通孔を有するヘッダープレート６をシェル１両端に被嵌すれば、この熱交換器の要部が完成する。
【００３４】
つぎに、図６は図５の実施例において、中心に円形パイプ８が配置されたものである。この例も多数のチューブ３の集合体によって形成されるコア４が円形パイプ８とシェル１との間に収納される。そして、チューブ３の凸条2aがシェル１内面及び円形パイプ８外面に接触し、各チューブ３は断面方向に移動しないように位置決めされる。そこで、チューブ３及び円形パイプ８に整合する孔を有するヘッダープレート６をシェル１の両端に被嵌すれば、その熱交換器の要部を完成する。
【００３５】
つぎに図７は、コア４として多数の偏平なチューブ３を積層したもので構成し、その外周に断面方形のシェル１を被嵌したものである。この例のチューブ３は、多数の凸部２がその横断面の長径側及び短径側の外面に多数突設され、短径側に突設した凸部２どうしがチューブ３間のスペーサを形成すると共に、シェル１の上下の内面との間のスペーサをも形成する。また、チューブ３の長径側両側に突設された凸部２がシェル１の両側内面に接触することにより、その方向にも各チューブ３が位置決めされる。そこで、各チューブ３に整合するチューブ挿通孔を有するヘッダープレート６をシェル１の両端に被嵌すれば、この発明の熱交換器の要部を完成する。
【００３６】
つぎに図８の例は、シェル１に凸部７として凸条7aを環状に形成したものである。この凸条7aは、シェル１の中心線方向に定間隔に配置されている。また、チューブ３にはその短径側のみに凸部２が突設され、チューブの積層方向の上下両端に位置するチューブ３にはその上端面または下端面側にはその凸部２が存在しない。そして、シェル１の凸条7aが上下両端のチューブ３の平面及びチューブ３の横断面における長軸側の外面の一部に接触する。
【００３７】
この例でもシェル１内に多数の偏平チューブ3aの積層体からなるコア４を挿入したとき、各チューブ３はその断面方向に移動しないように位置決めされる。そこで、その状態でヘッダープレート６をシェル１の両端にそのまま嵌着し、保持することができる。
【００３８】
つぎに図９は、シェル１の内面側四辺に多数の凸部７が突設されたものである。そして、その突部７が各偏平チューブ3aの長軸方向両端及び、チューブ積層方向の最上端および最下端に位置する偏平チューブ3a外面に接触するものである。
【００３９】
図10は、上記図９の例において、シェル１の上面及び下面には凸部７が存在せず、偏平チューブ3aの凸部２がそのシェル１に接触するものである。図９及び図10においても、チューブ３の積層体からなるコア４をシェル１内に挿入することにより、各偏平チューブ3aはその断面方向に移動しないように位置決めされ、ヘッダープレート６をシェル１両端にそのまま嵌着し、それを保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の熱交換器の横断面図であって、図３におけるＩ−Ｉ矢視断面図。
【図２】同要部拡大横断面図であって、図３におけるＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】同熱交換器の縦断面図であって、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線上で断面したもの。
【図４】同熱交換器の分解斜視図。
【００４１】
【図５】本発明の熱交換器の他の例を示す横断面図及び要部縦断面図。
【図６】同他の熱交換器の横断面図及び要部縦断面図。
【図７】同他の熱交換器の横断面図及び要部縦断面図。
【００４２】
【図８】同他の横断面図及び縦断面図。
【図９】同他の横断面図及び縦断面図。
【図１０】同他の横断面図及び縦断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１  シェル
1a  膨出部
２  凸部
2a  凸条
３  チューブ
3a  偏平チューブ
４  コア
５  チューブ挿通孔
【００４４】
６  ヘッダープレート
6a  膨出部
７  凸部
7a  凸条
８  円形パイプ
９  凸条
【００４５】
10  排気ガス
11  冷却水
12  水タンク部
13  インナーフィン
14  バイパス弁
【００４６】
15  出入口パイプ
16  欠切孔
17  ヘッダ
18  中間ヘッダ
19  中心孔
【図１】
2006300407.tif 000003
【図２】
2006300407.tif 000004
【図３】
2006300407.tif 000005
【図４】
2006300407.tif 000006
【図５】
2006300407.tif 000007
【図６】
2006300407.tif 000008
【図７】
2006300407.tif 000009
【図８】
2006300407.tif 000010
【図９】
2006300407.tif 000011
【図１０】
2006300407.tif 000012