(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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設けられ、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、かつ端部キャップの胴管側端部と胴管の端部キャップ側端部とが近接して固着された構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、冷却媒体流入口を有する胴管の両端部と冷却媒体流入口を有しないチューブシートおよび端部キャップの接合構造として、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用い、胴管の両端部および端部キャップをそれぞれ前記カップ形のチューブシートに固着する接合構造であって、一方の前記カップ形チューブシートは、当該開口端部の拡径部が内向きになるように胴管の端部に前記拡径部が外嵌されて当該部分が固着され、さらに該チューブシートの背面側原径部外周端部に前記端部キャップが外嵌されて固着され、他方の前記カップ形チューブシートは、当該開口端部の拡径部が外向きになるように当該チューブシートの背面側原径部外周端部が胴管の端部を拡径して設けた拡径部に内嵌されて当該部分が固着され、さらに該チューブシートの拡径部の内面側に前記端部キャップが内嵌されて固着され、前記一方のチューブシートと胴管の外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部が管軸方向に、前記他方のチューブシートと胴管の外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部が管軸方向および径方向に、それぞれ離間した構造となしたことを特徴とするＥＧＲガス冷却装置。
【請求項２】
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設けられ、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、かつ端部キャップの胴管側端部の固着部と胴管の端部キャップ側端部の固着部が近接して設けられた構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、冷却媒体流入口を有する胴管の両端部と冷却媒体流入口を有しないチューブシートおよび端部キャップの接合構造として、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用い、胴管の両端部および端部キャップをそれぞれ前記カップ形のチューブシートに固着する接合構造であって、両方の前記カップ形チューブシートは、それぞれ当該開口端部の拡径部が内向きになるように胴管の端部に前記拡径部が外嵌されて当該部分が固着され、各チューブシートの背面側原径部外周端部にそれぞれ前記端部キャップが外嵌されて固着され、胴管の両端部とチューブシートの外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部がそれぞれ管軸方向に離間した構造となしたことを特徴とする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、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。
【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（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：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１０、図１１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】
従来の、ＥＧＲガスの冷却に用いられる多管式の熱交換器における胴管１１、板金製のチューブシート１３および端部キャップ１４ａ、１４ｂの接合部は図１１に拡大して示すごとく、胴管１１の両開口端部と端部キャップ１４ａ、１４ｂとの間にチューブシート１３が炉中ろう付けにより固定された構造となっているが、かかる接合構造の場合、胴管１１の両開口端部と端部キャップ１４ａ、１４ｂおよびチューブシート１３のろう付け部に何等かの原因、例えば製造段階でのろう付け不良あるいは振動や衝撃などにより亀裂が入り胴管１１内の冷却媒体（エンジンの冷却液など）が図１１中矢印で示すように水洩れが発生すると、端部キャップ１４ａ、１４ｂのガス流入口１４ａ−１または流出口１４ｂ−１側へ漏洩してＥＧＲガスと混入してエンジン内部に侵入しエンジン故障やエンジン損傷の重大原因となる。
【０００６】
本発明は、上記した多管式熱交換器の胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造に起因するろう付け部からの水洩れによるエンジン故障やエンジン損傷の問題を解決するためになされたもので、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造を改善することによって、万一水洩れが発生してもエンジンに全く影響をおよぼさない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、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設けられ、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、かつ端部キャップの胴管側端部と胴管の端部キャップ側端部とが近接して固着された構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、冷却媒体流入口を有する胴管の両端部と冷却媒体流入口を有しないチューブシートおよび端部キャップの接合構造として、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用い、胴管の両端部および端部キャップをそれぞれ前記カップ形のチューブシートに固着する接合構造であって、一方の前記カップ形チューブシートは、当該開口端部の拡径部が内向きになるように胴管の端部に前記拡径部が外嵌されて当該部分が固着され、さらに該チューブシートの背面側原径部外周端部に前記端部キャップが外嵌されて固着され、他方の前記カップ形チューブシートは、当該開口端部の拡径部が外向きになるように当該チューブシートの背面側原径部外周端部が胴管の端部を拡径して設けた拡径部に内嵌されて当該部分が固着され、さらに該チューブシートの拡径部の内面側に前記端部キャップが内嵌されて固着され、前記一方のチューブシートと胴管の外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部が管軸方向に、前記他方のチューブシートと胴管の外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部が管軸方向および径方向に、それぞれ離間した構造となしたＥＧＲガス冷却装置を要旨とするものである。
また、本発明は、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設けられ、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、かつ端部キャップの胴管側端部の固着部と胴管の端部キャップ側端部の固着部が近接して設けられた構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、冷却媒体流入口を有する胴管の両端部と冷却媒体流入口を有しないチューブシートおよび端部キャップの接合構造として、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用い、胴管の両端部および端部キャップをそれぞれ前記カップ形のチューブシートに固着する接合構造であって、両方の前記カップ形チューブシートは、それぞれ当該開口端部の拡径部が内向きになるように胴管の端部に前記拡径部が外嵌されて当該部分が固着され、各チューブシートの背面側原径部外周端部にそれぞれ前記端部キャップが外嵌されて固着され、胴管の両端部とチューブシートの外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部がそれぞれ管軸方向に離間した構造となしたＥＧＲガス冷却装置をもう一つの要旨とするものである。
【０００８】
すなわち、本発明は胴管、チューブシートおよび端部キャップのろう付け部に万一亀裂が生じても、胴管内の冷却媒体（エンジンの冷却液など）のエンジン内部への侵入を防止するため、胴管の両端部とチューブシートの接合部と、チューブシートと端部キャップの接合部をそれぞれ分離させた構造としたもので、これによりチューブシートと端部キャップの接合部に亀裂が生じても胴管内の冷却媒体が当該亀裂部から漏洩することが全くないばかりでなく、胴管の両端部とチューブシートの接合部に亀裂が生じても胴管内の冷却媒体は装置外へ漏出するだけなので、端部キャップのガス流入口または流出口側内部への漏洩を完全に防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る多管式のＥＧＲガス冷却装置の一実施例を、図２〜図９は本発明に係る多管式のＥＧＲガス冷却装置の参考例を、それぞれ示すもので、図１は開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の一実施例を示すＥＧＲガス流入口側および流出口側の断面図、図２〜図８は断面コ字形またはカップ形のチューブシートを用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の参考例を示すＥＧＲガス流入口側および流出口側の断面図、図９は厚肉のチューブシートを用いた胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の参考例を示す図１相当図であり、１は胴管、１−１は冷却媒体流入口、１−２は冷却媒体流出口、２は伝熱管群、３ａ〜３ｉ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に示す本発明の多管式のＥＧＲガス冷却装置は、両端部に冷却媒体流入口１−１および冷却媒体流出口１−２を設けた胴管１内部において、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシート３ａ、３ａ´を用い、胴管１の一方（図１の左側）は前記チューブシート３ａをその開口端部の拡径部が内向きになるように、また胴管１の他方（図１の右側）は前記チューブシート３ａと同一の形状構造を有するチューブシート３ａ′をその開口端部の拡径部が外向きになるようにそれぞれ配置し、この両端部のチューブシート３ａ、３ａ´に伝熱管群２の両端部をろう付けまたは溶接により固定している。また、図示のように、チューブシート３ａ、３ａ′をその開口端部の拡径部がそれぞれ内向き、外向きになるように非対称に配置した構造の場合は、内向きのチューブシート３ａの開口端部の拡径部を胴管１の端部に外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、当該チューブシート３ａの背面側原径部外周端部にはＥＧＲガスの流入口４−１、流出口４−２が設けられた端部キャップ４を外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、一方、外向きのチューブシート３ａ′側は、胴管１の他端部を拡径して設けた拡径部にチューブシート３ａ′の背面側原径部外周端部を内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、また該チューブシート３ａ′の拡径部の内面側に端部キャップ４を内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、胴管１の両端部とチューブシート３ａ、３ａ′の接合部イと、チューブシート３ａ、３ａ′と端部キャップ４の接合部ロとが分離した構造となしている。
そしてこのような構造とするとＥＧＲガス冷却装置の各部のろう付けの際にチューブシート３ａ側を下側にして樹立させてろう材を外周側に配置してろう付け作業をすれば溶融したろう材が流下しても各接合部のろう付けは確実に実施することができる。
なおこの図１の接合構造におけるチューブシート３ａ、３ａ′側を相互に内向きあるいは相互に外向きに対向して配置して対称的に胴管１や端部キャップ４にそれぞれ固着することも可能である。
【００１１】
次に、図２〜図９に参考例として示す多管式のＥＧＲガス冷却装置について説明する。
図２に示すＥＧＲガス冷却装置は、両端部に冷却媒体流入口１−１および冷却媒体流出口１−２を設けた胴管１内部において、両端部にそれぞれ内向きに配置したカップ形のチューブシート３ｂ（拡径部なし）に伝熱管群２の両端部をろう付けまたは溶接により固定している。一方、チューブシート３ｂはその外周部もしくは内周部（図示せず）の開口端部を胴管１の両端内壁もしくは外壁に内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着している。また、前記チューブシート３ｂの背面側（外側）の外周端部にはＥＧＲガスの流入口４−１、流出口４−２が設けられた端部キャップ４が外嵌されて当該部分をろう付けまたは溶接により固着され、前記胴管１の両端内壁もしくは外壁とチューブシート３ｂの接合部イと、チューブシート３ｂと端部キャップ４の接合部ロとが分離した構造となしている。なお、胴管１の両端内壁とチューブシート３ｂの接合部イでは、胴管１の外周面とチューブシート３ｂａの外周面をそれぞれ面一に設けているが、胴管１はチューブシート３ｂの外周面に突出させて接合してもよいことはいうまでもない。
【００１２】
図３に示すＥＧＲガス冷却装置は、図２の接合構造と同様、カップ形のチューブシート３ｃを内向きに配置した例であり、この場合はチューブシート３ｃを胴管１の両端内壁に嵌合して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、端部キャップ４はチューブシート３ｃに外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図１と同様、胴管１の両端内壁とチューブシート３ｃの接合部イと、チューブシート３ｃと端部キャップ４の接合部ロとが分離した構造となしている。なお、チューブシート３ｃと端部キャップ４の接合部ロでは、チューブシート３ｃの外周面と端部キャップ４の外周面をそれぞれ面一に設けているが、端部キャップ４はチューブシート３ｃの外周面に突出させて接合してもよいことはいうまでもない。
【００１３】
図４に示すＥＧＲガス冷却装置は、図２、図３の接合構造と同様、カップ形のチューブシート３ｄを内向きに配置した例であり、この場合はチューブシート３ｄを胴管１の両端部に外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、端部キャップ４はチューブシート３ｄに外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図１と同様、胴管１の両端外壁とチューブシート３ｄの接合部イと、チューブシート３ｄと端部キャップ４の接合部ロとが分離した構造となしている。
【００１４】
上記図２〜図４はいずれもカップ形のチューブシートを内向きに配置した例であるのに対し、以下に説明する図５〜図８はいずれもカップ形のチューブシートを図２〜図４とは向きが逆の外向きに配置した例である。
すなわち、図５に示すＥＧＲガス冷却装置は、外向きに配置したカップ形のチューブシート３ｅの背面側外周端部に胴管１の両端を外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、端部キャップ４はチューブシート３ｅの外周面と面一に外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図１〜図４と同様、胴管１の両端部とチューブシート３ｅの接合部イと、チューブシート３ｅと端部キャップ４の接合部ロとが分離した構造となしている。なお、端部キャップ４はチューブシート３ｅの外周面と面一でなく、チューブシート３ｅの外周面に突出するように外嵌して接合してもよいことはいうまでもない。
【００１５】
図６に示すＥＧＲガス冷却装置は、外向きに配置した側壁に膨出部を有するカップ形のチューブシート３ｆの背面側外周端部を胴管１の両端内壁に面一に内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、また該チューブシート３ｆの開口端側外周端部に端部キャップ４を面一に外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図５と同様、胴管１の両端内壁とチューブシート３ｆの接合部イと、チューブシート３ｆと端部キャップ４の接合部ロとが分離した構造となしている。なお、この図６の接合構造において、胴管１の両端内壁とチューブシート３ｆの接合部イと、チューブシート３ｆと端部キャップ４の接合部ロは共に、胴管１、チューブシート３ｆおよび端部キャップ４の外周面をそれぞれ面一に設けているが、必ずしも面一でなくてもよい。また、チューブシート３ｆは外向きのみならず、内向きに配置することも可能である。
【００１６】
図７に示すＥＧＲガス冷却装置は、外向きに配置したカップ形のチューブシート３ｇの背面側外周端部を胴管１の両端部に内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、また該チューブシート３ｇの開口端部に端部キャップ４を内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図５、図６と同様、胴管１の両端内壁とチューブシート３ｇの接合部イと、チューブシート３ｇと端部キャップ４の接合部ロとが分離した構造となしている。
なお図７において胴管１の両端部または一端部を図４の右側に示すように拡径しこの拡径部をチューブシート３ｇの背面側外周端部に外嵌して固着することもできる。
【００１７】
図８に示すＥＧＲガス冷却装置は、外向きに配置したカップ形のチューブシート３ｈの背面側外周端部を胴管１の両端部に面一に内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、また該チューブシート３ｈの開口側外周端部に端部キャップ４を外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図５、図６、図７と同様、胴管１の両端部とチューブシート３ｈの接合部イと、チューブシート３ｈと端部キャップ４の接合部ロとが分離した構造となしている。
【００１８】
一方、図９に示すＥＧＲガス冷却装置は、カップ形のチューブシートに替えて、厚肉のチューブシート３ｉを使用し、この厚肉チューブシート３ｉの胴管１側外周端部に胴管１の両端を外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、端部キャップ４はチューブシート３ｉの外周面と面一に外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も胴管１の両端内壁とチューブシート３ｉの接合部イと、チューブシート３ｉと端部キャップ４の接合部ロとが分離した構造となしている。なお、胴管１はチューブシート３ｉの外周面と面一に外嵌して接合してもよいことはいうまでもない。
【００１９】
上記した図１〜図９に示す各ＥＧＲガス冷却装置において、仮に胴管１の両端内壁とチューブシート３ａ〜３ｉの接合部イに亀裂が入るなど何等かの理由により水洩れが生じた場合、この接合部イはチューブシート３ａ〜３ｉと端部キャップ４の接合部ロと離れた位置にあるため、接合部イから洩れた水はそのまま外部へ漏出し、端部キャップ４内へ侵入することはない。また、チューブシート３ａ〜３ｉと端部キャップ４の接合部ロは胴管１内部と完全に隔離した位置にあるため、仮に当該接合部ロに亀裂などが生じても水洩れは皆無である。
【００２０】
なお図１〜図８では、チューブシートとしてカップ形のものを例にとり説明したが、カップ形のチューブシートに替えて、断面形状がコ字形のチューブシートを用いても同様の作用効果が得られることはいうまでもない。また、カップ形やコ字形のチューブシートは鍛造、鋳造、削り出し、プレス成形などの手段により製造される。
【００２１】
【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、冷却媒体流入口を有する胴管の両端部と冷却媒体流入口を有しないチューブシートの接合部と、チューブシートと端部キャップの接合部をそれぞれ分離させた構造としたことにより、チューブシートと端部キャップの接合部にたとえ亀裂が生じても胴管内の冷却媒体が当該亀裂部から漏洩することが全くないばかりか、胴管の両端部とチューブシートの接合部に亀裂が生じても胴管内の冷却媒体は装置外へ漏出するので、胴管内の冷却媒体（エンジンの冷却液など）のエンジン内部への侵入を完全に防止することができるという大なる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る多管式のＥＧＲガス冷却装置の構造を例示したもので、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の一実施例を示すＥＧＲガス流入口および流出口側の断面図である。
【図２】  本発明に係る多管式のＥＧＲガス冷却装置の参考例を示し、カップ形のチューブシートを内向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造を示す図１相当図である。
【図３】  同じくカップ形のチューブシートを内向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図１相当図である。
【図４】  同じくカップ形のチューブシートを内向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図１相当図である。
【図５】  同じくカップ形のチューブシートを外向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図１相当図である。
【図６】  同じくカップ形のチューブシートを外向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図１相当図である。
【図７】  同じくカップ形のチューブシートを外向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図１相当図である。
【図８】  同じくカップ形のチューブシートを外向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図１相当図である。
【図９】  厚肉のチューブシートを用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図１相当図である。
【図１０】  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１１】  同上装置の胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合部分を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１  胴管
１−１  冷却媒体流入口
１−２  冷却媒体流出口
２  伝熱管群
３ａ〜３ｉ  チューブシート
４  端部キャップ
４−１  ＥＧＲガスの流入口
４−２  ＥＧＲガスの流出口
５  締結用フランジ
【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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