(57)【要約】【課題】２つの熱交換器で局部沸騰を抑え、耐久性の低下を防ぎ、全体の熱交換効率を高めることができるようにしたＥＧＲクーラのシステム構造を提供することを課題とする。【解決手段】同一長さの軸方向に長いチューブの多数本を並行にして各チューブの間をそれぞれあけた状態で各チューブの両端を仕切板によって支持したチューブアセンブリを筒状に形成された熱交換器外殻の内部に収容し、この熱交換器外殻に冷却水入口管および冷却水出口管を設け、各チューブ内をＥＧＲガスが通過し各チューブ外周を冷却水により冷却するチューブ式熱交換器を２つ備え、この２つのチューブ式熱交換器のうちＥＧＲガスが先に通過する高温側熱交換器にはエンジン冷却水の配管を接続し、この高温側熱交換器の後にＥＧＲガスが通過する低温側熱交換器には専用のラジエータにより冷却した冷却水の配管を接続するように構成する。【選択図】  図１
2007315323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一長さの軸方向に長いチューブの多数本を並行にして各チューブの間をそれぞれあけた状態で各チューブの両端を仕切板によって支持したチューブアセンブリを、筒状に形成された熱交換器外殻の内部に収容し、この熱交換器外殻に冷却水入口管および冷却水出口管を設けて、各チューブ内をＥＧＲガスが通過し各チューブ外周を冷却水により冷却するチューブ式熱交換器を２つ備え、
この２つのチューブ式熱交換器のうちＥＧＲガスを先に通す高温側熱交換器にはエンジン冷却水の配管を接続し、この後にＥＧＲガスを通す低温側熱交換器には専用のラジエータにより冷却した冷却水の配管を接続した
ことを特徴とするＥＧＲクーラのシステム構造。
【請求項２】
前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器とを同心状にボルト結合して一体に形成したことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラのシステム構造。
【請求項３】
前記高温側熱交換器の冷却水入口をＥＧＲガス入口側に配置するとともに冷却水出口をＥＧＲガス出口側に配置し、前記低温側熱交換器の冷却水入口をＥＧＲガス出口側に配置するとともに冷却水出口をＥＧＲガス入口側に配置して、前記高温側熱交換器を並流とし、前記低温側熱交換器を向流としたことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラのシステム構造。
【請求項４】
前記高温側熱交換器として多管式熱交換器を形成してＥＧＲガス入口側に配置するとともに前記低温側熱交換器として扁平チューブ式熱交換器を形成してＥＧＲガス出口側に配置し、前記高温側熱交換器を並流とし、前記低温側熱交換器を向流としたことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラのシステム構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流れ方向に２分割して冷却効率を向上させることができるようにしたＥＧＲクーラのシステム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンに対する排ガス規制強化に伴い、ＥＧＲガスの温度の上昇、ガス流量の増加、ＥＧＲクーラのガス出口温度の低減（放熱量増加）などＥＧＲクーラを取り巻く環境は厳しくなる一方であり、放熱量の増大と高温耐久性の維持などが望まれている。
一般に、エンジン周りでは、図５に示すように、ディーゼルエンジン１を中心にして前方にインタークーラ２とラジエータ３とが配置され、後方にＥＧＲクーラ４又は６を配置しており、側方にターボチャージャ５を配置して、ターボチャージャ５はコンプレッサ５ａを前方より吸気するように向けるとともにタービン５ｂからの排気ガスを後方に向けて排出するように配置している。
【０００３】
ＥＧＲクーラ４，６では、図６の円管を多数組み込んだ多管式熱交換器又は図７の放熱フィンを内設した扁平なチューブを多数組み込んだ扁平チューブ式熱交換器で示すように、冷却水入口４ａ，６ａをガス入口側の端部に設け、冷却水出口４ｂ，６ｂをガス排出側の端部に設け、熱交換器本体の両端部にはフランジ付きヘッダー４ｃ，４ｄ，６ｃ，６ｄをそれぞれ設け、各フランジ４ｅ，４ｆ，６ｅ，６ｆはディーゼルエンジン１側からの配管とボルト止めできるように大きさを決めている。
ＥＧＲクーラ４，６の内部構造は、図８に示すように、同一長さを有する多数のチューブ４ｉ，…，４ｉ，６ｉ，…，６ｉを平行に配列し、両端を入口側仕切板４ｇ，６ｇと出口側仕切板４ｈ，６ｈとによる端部を閉鎖するための仕切板によって互いに各チューブ間をほぼ等間隔に支えているチューブアセンブリ７を内蔵している多管式熱交換器又は扁平チューブ式熱交換器として構成する。
【０００４】
多管式熱交換器やチューブ式熱交換器を形成するＥＧＲクーラ４，６への排気ガスの入口出口と冷却水の入口出口との関係は、ガス入口側の端部に冷却水入口４ａ，６ａを設け、ガス出口側の端部に冷却水出口４ｂ，６ｂを設けて、冷却水の流入する圧力によって流れが本体内を均等に流れるように工夫したもの（並流方式）がある（特許文献１）。
また、冷却水入口４ａ，６ａをガス排出側の端部に設け、冷却水出口４ｂ，６ｂをガス入口側の端部に設けるもの（向流方式）もある（特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０４５８８３号公報
【特許文献２】特開２０００−２７４９９０号公報
【０００６】
〔従来技術の問題点〕
ＥＧＲクーラ４，６では、排気ガス温度がガス入口側で５００℃以上の高温になり、冷却水入口温度はディーゼルエンジン１を冷却した後の冷却水を使用するため、概略８０℃〜９０℃となり、ガス入口側では両流体の温度差が大きくなり、冷却水が沸騰する恐れがある。
また、この沸騰を抑えるために、ＥＧＲクーラ４，６のガス入口側の端部に冷却水入口４ａ，６ａを設け、ガス出口側の端部に冷却水出口４ｂ，６ｂを設け、冷却水の流入する圧力によって流れが均等に拡散する構造とするもの（並流型）があるが、この構造の場合では、ＥＧＲガスと冷却水の流れが同一方向となるため、出口に向かってガス温度の低下と冷却水温度の上昇によって両流体の温度差が小さくなり、熱交換量が低下する。
このため、長手方向で２分割するものが考えられているが、同じ冷却水を用いることにすると、入口側の温度が変わるわけではなく、入口側および出口側ともに配管系統を分岐して形成することになり、配管が複雑でかつ取付作業が難しくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の技術における前記問題点に鑑みて成されたものであり、これを解決するため具体的に設定した技術的な課題は、２分割型で局部沸騰を抑え、耐久性の低下を防ぎ、全体の熱交換効率を高めることができるようにしたＥＧＲクーラのシステム構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における前記課題が効果的に解決されるＥＧＲクーラのシステム構造を特定するために、必要と認める事項の全てが網羅され、具体的に構成された、課題解決手段を以下に示す。
ＥＧＲクーラのシステム構造に係る第１の課題解決手段は、同一長さの軸方向に長いチューブの多数本を並行にして各チューブの間をそれぞれあけた状態で各チューブの両端を仕切板によって支持したチューブアセンブリを筒状に形成された熱交換器外殻の内部に収容し、この熱交換器外殻に冷却水入口管および冷却水出口管を設け、各チューブ内をＥＧＲガスが通過し各チューブ外周を冷却水により冷却するチューブ式熱交換器を２つ備え、この２つのチューブ式熱交換器のうちＥＧＲガスが先に通過する高温側熱交換器にはエンジン冷却水の配管を接続し、この高温側熱交換器の後にＥＧＲガスが通過する低温側熱交換器には専用のラジエータにより冷却した冷却水の配管を接続したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、同上ＥＧＲクーラのシステム構造に係る第２の課題解決手段は、前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器とを同心状にボルト結合して一体に形成したことを特徴とする。
また、同上ＥＧＲクーラのシステム構造に係る第３の課題解決手段は、前記高温側熱交換器の冷却水入口をＥＧＲガス入口側に配置するとともに冷却水出口をＥＧＲガス出口側に配置し、前記低温側熱交換器の冷却水入口をＥＧＲガス出口側に配置するとともに冷却水出口をＥＧＲガス入口側に配置して、前記高温側熱交換器を並流とし、前記低温側熱交換器を向流としたことを特徴とする。
また、同上ＥＧＲクーラのシステム構造に係る第４の課題解決手段は、前記高温側熱交換器として多管式熱交換器を形成してＥＧＲガス入口側に配置するとともに前記低温側熱交換器として扁平チューブ式熱交換器を形成してＥＧＲガス出口側に配置し、前記高温側熱交換器を並流とし、前記低温側熱交換器を向流としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
ＥＧＲクーラのシステム構造に係る第１の課題解決手段では、高温側熱交換器と低温側熱交換器との２つを備え、エンジン冷却水と専用のラジエータにより冷却した冷却水とをそれぞれの熱交換器に使用したことにより、ＥＧＲガスと冷却水との温度関係を容易に規定の状態に保ち、熱交換量を高くし、局部沸騰を抑えて耐久性の低下を防ぎ、全体の熱交換効率を高めることができる。
ＥＧＲクーラのシステム構造に係る第２の課題解決手段では、高温側熱交換器と低温側熱交換器とを一体にしたことにより、ＥＧＲガスの通過を効率良くして、熱交換効率を高めるとともに、熱交換器をコンパクトにまとめることができる。
【００１１】
ＥＧＲクーラのシステム構造に係る第３の課題解決手段では、高温側熱交換器にはエンジン冷却水を供給でき、低温側熱交換器には独立したラジエータからの冷却水を供給することができて、冷却水供給の自由度が増し、温度管理を容易にし、冷却効率を高めることができ、高温側熱交換器は並流とし、低温側熱交換器は向流としたから、高温側熱交換器においては高温ガスの入口側のエンドプレート及びチューブに対して冷却水が流入する動圧を利用して水の広がりを良くして効果的に冷却し、局部沸騰を抑え、チューブの露出などの耐久性を防止することができ、低温側熱交換器においては高温側熱交換器のＥＧＲガス出口温度を２００℃以下、望ましくは１５０℃前後に設定することにより、向流として好ましく使用することができ、熱交換器の効率を高く保つことができ、ＥＧＲガス出口における最低排出ガス温度を引き下げることができる。
【００１２】
ＥＧＲクーラのシステム構造に係る第４の課題解決手段では、ＥＧＲガス入口側に配置した高温側熱交換器は冷却水を並流にして冷却する多管式熱交換器としたから、冷却水の流れがスムーズで広がりも良く、ＥＧＲガス出口温度を望ましい設定温度に容易に下げることができ、ＥＧＲガス出口側に配置した低温側熱交換器は冷却水を向流にして冷却する扁平チューブ式熱交換器としたから、熱交換効率を高く保つことができて効果的に冷却することができ、ＥＧＲガス出口の最低排出ガス温度を効果的に引き下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明による最良の実施形態を具体的に説明する。
ただし、この実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるため具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。
なお、従来例と同じものは同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
【００１４】
〔第１実施形態〕
第１実施形態のＥＧＲクーラは、図１に示すように、ディーゼルエンジン１の後方に高温側熱交換器１０ａと、低温側熱交換器１０ｂとをＥＧＲガスの流れに対して直列に配置し、高温側熱交換器１０ａではエンジン冷却水の配管８ａ，８ｂを接続する冷却水入口１１ａと冷却水出口１１ｂとを設けてエンジン冷却水を供給することができるようにし、低温側熱交換器１０ｂには専用のラジエータ９からの配管９ａ，９ｂに接続する冷却水入口１２ａと冷却水出口１２ｂとを設けて低温側専用の冷却水を供給することができるようにする。
【００１５】
高温側熱交換器１０ａと低温側熱交換器１０ｂとは、図２に示すように、どちらも多管式熱交換器を形成し、共に外殻の端部にフランジ１０ｃ，１０ｄを設け、ボルト絞めにより同心的にかつ一体に結合して、高温側熱交換器１０ａを通過したＥＧＲガスが直ちに低温側熱交換器１０ｂに流入するようにして、熱交換効率を下げないようにする。
そして、高温側熱交換器１０ａと低温側熱交換器１０ｂとに、それぞれ設けた冷却水入口１１ａ，１２ａと冷却水出口１１ｂ，１２ｂとを、高温側熱交換器１０ａの冷却水入口１１ａはＥＧＲガス入口側に配置するとともに冷却水出口１１ｂをＥＧＲガス出口側に配置し、低温側熱交換器１０ｂの冷却水入口１２ａはＥＧＲガス出口側に配置するとともに冷却水出口１２ｂをＥＧＲガス入口側に配置して、高温側熱交換器１０ａは並流とし、低温側熱交換器１０ｂは向流として使用する。
【００１６】
高温側熱交換器１０ａを並流とし、冷却水の流入する時の動圧を利用して水の拡がりを良くすることにより局部沸騰を抑えると、ＥＧＲガス通路であるチューブアセンブリ７の各チューブ４ｉ，…，４ｉが冷却水から露出するなどの耐久性低下となる要因をなくすことができる。また、低温側熱交換器１０ｂでは、ＥＧＲガス入口部でＥＧＲガス温度を２００℃以下、好ましくは１５０℃前後になるように設定すると、向流にすることで効果的に冷却でき、熱交換器としての効率を高く保つことができ、さらにＥＧＲガスの最低温度をより低温に引き下げることができる。
【００１７】
〔第２実施形態〕
第２実施形態のＥＧＲクーラは、第１実施形態と同様に、ディーゼルエンジン１の後方に高温側熱交換器２０ａと、低温側熱交換器２０ｂとをＥＧＲガスの流れに対して直列に配置し、高温側熱交換器２０ａでは冷却水入口２１ａと、冷却水出口２１ｂを設けて、それぞれ配管８ａ，８ｂと接続し、エンジン冷却水を冷却用に供給することができるようにし、低温側熱交換器２０ｂには冷却水入口２２ａと冷却水出口２２ｂとを設けて、専用のラジエータ９に接続するための配管９ａ，９ｂをそれぞれ接続して、低温側専用の冷却水を供給することができるようにする。
【００１８】
高温側熱交換器２０ａと低温側熱交換器２０ｂとは、図３に示すように、共に外殻の端部にフランジ２０ｃ，２０ｄを設け、ボルト絞めにより同心的にかつ一体に結合して、高温側熱交換器２０ａを通過したＥＧＲガスが直ちに低温側熱交換器２０ｂに流入するようにして、熱交換効率を下げないようにする。
そして、高温側熱交換器２０ａと低温側熱交換器２０ｂとのそれぞれの冷却水入口２１ａ，２２ａと冷却水出口２１ｂ，２２ｂとは、高温側熱交換器２０ａの冷却水入口２１ａをＥＧＲガス入口側に配置するとともに冷却水出口２１ｂをＥＧＲガス出口側に配置し、低温側熱交換器２０ｂの冷却水入口２２ａをＥＧＲガス出口側に配置するとともに冷却水出口２２ｂをＥＧＲガス入口側に配置して、高温側熱交換器２０ａは並流とし、低温側熱交換器２０ｂは向流として使用できるようにする。
【００１９】
高温側熱交換器２０ａを並流とし、冷却水の流入する時の動圧を利用して水の拡がりを良くすることにより局部沸騰を抑えると、ＥＧＲガス通路であるチューブアセンブリ７の各チューブ６ｉ，…，６ｉが冷却水から露出するなどの耐久性低下となる要因をなくすことができる。また、低温側熱交換器２０ｂでは、ＥＧＲガス入口部でＥＧＲガス温度を２００℃以下、好ましくは１５０℃前後になるように設定すると、向流にすることで効果的に冷却でき、熱交換器としての効率を高く保つことができ、さらにＥＧＲガスの最低温度をより低温に引き下げることができる。
【００２０】
〔作用効果〕
このように構成した第１実施形態および第２実施形態のＥＧＲクーラでは、どちらもＥＧＲガスの流れ方向へ高温側と低温側との２つの独立した熱交換器を直列に連結したことによって、熱交換効率を高め、耐久性の低下を抑え、稼動率を向上し、組付けを容易にして、コストを低減することができる。
【００２１】
〔第３実施形態〕
第３実施形態のＥＧＲクーラは、第１，２実施態様と同様に、ディーゼルエンジン１の後方に高温側熱交換器３０ａと、低温側熱交換器３０ｂとをＥＧＲガスの流れ方向に対して直列に配置し、高温側熱交換器３０ａでは多管式熱交換器に形成し、冷却水入口３１ａと冷却水出口３１ｂとを設けてそれぞれ配管８ａ，８ｂを接続することにより、エンジン冷却水を供給することができるようにし、低温側熱交換器３０ｂでは扁平チューブ式熱交換器に形成し、冷却水入口３２ａと冷却水出口３２ｂとを設けてそれぞれ配管９ａ，９ｂを接続することにより低温側専用のラジエータ９から冷却水を供給することができるようにする。
【００２２】
高温側熱交換器３０ａと低温側熱交換器３０ｂとは、図４に示すように、外殻の端部にフランジ３０ｃと、３０ｄを設けて、ボルト絞めにより同心的にかつ一体に結合することができるようにし、高温側熱交換器３０ａを通過したＥＧＲガスが直ちに低温側熱交換器３０ｂに流入するようにして、熱交換効率を下げずに済むようにする。
そして、高温側熱交換器３０ａと低温側熱交換器３０ｂとには、それぞれ配管３１ａ，３２ａを冷却水入口とし、配管３１ｂ，３２ｂを冷却水出口として設け、高温側熱交換器３０ａの冷却水入口３１ａをＥＧＲガス入口側に配置するとともに冷却水出口３１ｂをＥＧＲガス出口側に配置し、低温側熱交換器３０ｂの冷却水入口３２ａをＥＧＲガス出口側に配置するとともに冷却水出口３２ｂをＥＧＲガス入口側に配置して、高温側熱交換器３０ａは並流とし、低温側熱交換器３０ｂは向流として使用する。
【００２３】
高温側熱交換器３０ａを並流とし、冷却水の流入する時の動圧を利用して水の拡がりを良くして局部沸騰を抑えると、ＥＧＲガス通路であるチューブアセンブリ７の各チューブ４ｉ，…，４ｉが冷却水から露出するなどの耐久性低下となる要因をなくすことができる。また、低温側熱交換器３０ｂでは、ＥＧＲガス入口部でＥＧＲガス温度を２００℃以下、好ましくは１５０℃前後になるように設定すると、ＥＧＲガス通路であるチューブアセンブリ７の各チューブ６ｉ，…，６ｉ内のＥＧＲガスがチューブ外の冷却水と向流により冷却されることで効果的に冷却でき、熱交換器としての効率を高く保つことができ、さらにＥＧＲガスの最低温度をより効果的に低温に引き下げることができる。
【００２４】
〔作用効果〕
このように構成した第３実施形態のＥＧＲクーラでは、高温側熱交換器を多管式熱交換器とし、低温側熱交換器を扁平チューブ式熱交換器として、ＥＧＲガスの流れ方向へ直列的に連結したことによって、ＥＧＲガスの流れ方向に従ってより効率的に熱交換器を利用することができ、熱交換効率を高め、耐久性の低下を抑えることができる。
【００２５】
〔別態様〕
このような実施の形態は、発明の趣旨を理解しやすくするため具体的に説明しているが、発明内容を限定するものではないから、特に説明されていない（意匠的な内容も含む）別の態様を制限するものではなく、適宜変更しても良い。このような意味で発明の趣旨に沿ういくつかの別態様を以下に示す。
【００２６】
高温側熱交換器２０ａを並流とし、低温側熱交換器２０ｂでは向流にしたが、必ずしもこのような形態に形成しなくとも、両方とも並流あるいは向流であっても、熱交換効率を低下しないで配管容易ならば、利用可能である。
このため、２つの熱交換器に分割することができ、また組付けを含めた後工程が効率良く処理できて、作業効率を向上し、コスト削減および熱交換の効率向上に貢献する構成ならば利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態によるＥＧＲクーラのシステム系統図である。
【図２】同上ＥＧＲクーラの第１実施態様による多管式熱交換器を示す拡大斜視図である。
【図３】同上ＥＧＲクーラの第２実施態様による扁平チューブ式熱交換器を示す拡大斜視図である。
【図４】同上ＥＧＲクーラの第３実施態様による多管式熱交換器と扁平チューブ式熱交換器とを組み合せた場合を示す拡大斜視図である。
【図５】従来のＥＧＲクーラのシステム系統図である。
【図６】従来のＥＧＲクーラに用いられている多管式熱交換器を示す斜視図である。
【図７】従来のＥＧＲクーラに用いられている扁平チューブ式熱交換器を示す斜視図である。
【図８】従来のＥＧＲクーラの内部構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ディーゼルエンジン
２  インタークーラ
３  ラジエータ
４，６  ＥＧＲクーラ
４ａ，６ａ  冷却水入口
４ｂ，６ｂ  冷却水出口
４ｃ，４ｄ，６ｃ，６ｄ  フランジ付きヘッダー
４ｅ，４ｆ，６ｅ，６ｆ  フランジ
４ｇ，６ｇ  （ＥＧＲガス入口側）仕切板
４ｈ，６ｈ，７ｈ  （ＥＧＲガス出口側）仕切板
４ｉ，６ｉ  チューブ
７  チューブアセンブリ
８ａ，８ｂ  （エンジン冷却水の）配管
９  （専用の）ラジェータ
９ａ，９ｂ  （専用のラジェータによる冷却水の）配管
１０ａ，２０ａ，３０ａ  高温側熱交換器
１０ｂ，２０ｂ，３０ｂ  低温側熱交換器
１０ｃ，１０ｄ，２０ｃ，２０ｄ，３０ｃ，３０ｄ  フランジ
１１ａ，１２ａ，２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ  冷却水入口
１１ｂ，１２ｂ，２１ｂ，２２ｂ，３１ｂ，３２ｂ  冷却水出口
【図１】
2007315323.tif 000003
【図２】
2007315323.tif 000004
【図３】
2007315323.tif 000005
【図４】
2007315323.tif 000006
【図５】
2007315323.tif 000007
【図６】
2007315323.tif 000008
【図７】
2007315323.tif 000009
【図８】
2007315323.tif 000010