(57)【要約】【課題】  ＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器に配設される複数の伝熱管に、均一な流量と流速分布とを以ってＥＧＲガスを導入することにより、優れた熱交換効率が得られる多管式熱交換器を提供する。【解決手段】  ＥＧＲガス冷却装置におけるシェルアンドチューブ型の多管式熱交換器において、該多管式熱交換器を構成するシェル本体のＥＧＲガス入口側に、チューブシートを介して一体として接続されるボンネットが、前記シェル本体の軸心に沿った断面形状を略矩形に形成され、ＥＧＲガス流入管をその外周面の半径方向に設けられると共に、該ボンネットにおける前記チューブシートと対向する壁面に、該ＥＧＲガス流入管の流入口から所定の距離を置くようにして、ガイド板を設けたＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。【選択図】  図１
2007046890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲガス冷却装置におけるシェルアンドチューブ型の多管式熱交換器において、該多管式熱交換器を構成するシェル本体のＥＧＲガス入口側に、チューブシートを介して一体として接続されるボンネットが、前記シェル本体の軸心に沿った断面形状を略矩形に形成され、ＥＧＲガス流入管をその外周面の半径方向に設けられると共に、該ボンネット内における前記チューブシートと対向する壁面に、該ＥＧＲガス流入管の流入口から所定の距離を置くようにして、ガイド板を設けたことを特徴とするＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【請求項２】
前記ボンネットのシェル本体の軸心に沿った断面形状が、略半円形、略台形或いは部分的に傾斜面若しくは湾曲面を以って形成されることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【請求項３】
前記ボンネットの横断面の断面形状が、シェル本体の横断面の断面形状に対応して矩形、略矩形、略楕円形或いは部分的に傾斜面若しくは湾曲面を有する形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【請求項４】
前記ガイド板が、ＥＧＲガス流入管の軸心に対して同心かつ平行で、流入されるＥＧＲガスの流れに対して波型に形成されることを特徴とする請求項1乃至３のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【請求項５】
前記ガイド板が、その頂部をＥＧＲガス流入管の軸心の延長線上に有する、略Ｖ字状に形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【請求項６】
前記ガイド板が、ＥＧＲガス流入管の軸心に対して同心で、かつ垂直に設けられた平板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【請求項７】
前記ガイド板が、ＥＧＲガス流入管の軸心に対して同心かつ垂直で、弓状曲面に形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【請求項８】
前記ガイド板が、ＥＧＲガス流入管の軸心に対して傾斜して設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【請求項９】
前記ガイド板が、ＥＧＲガス流入口近傍におけるボンネット内周面との間に、所定の間隔で隙間が設けられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【請求項１０】
前記ガイド板に、少なくとも１以上の貫通孔もしくはスリットが形成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【請求項１１】
前記ガイド板が金属製板材からなり、前記ボンネット内壁面への接合手段が、溶接、ろう付、貼着、その他の接合方法の中から適宜選択され、一体として接合されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【請求項１２】
前記ガイド板を形成する金属製板材がＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレススチールからなり、その板厚が０．２〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所謂シェルアンドチューブ型のＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器に係り、詳しくは熱交換型ＥＧＲガス冷却装置における多管式熱交換器のＥＧＲガス流入管側に接続され、該ＥＧＲガス冷却装置へ被冷却媒体である高温のＥＧＲガスを導入するボンネットに、特有の改良を施すことによって、該ＥＧＲガスを均一な流速分布を以って導入することを可能として、ＥＧＲガスの熱交換を効率良く促進するＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気系から排気ガスの一部を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、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制し、ポンプ損失の低減や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・組成変化による比熱比の増大と、そ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ところから、ディーゼルエンジンの排気ガスの浄化や、熱効率を改善するための有効な方法として広く採り入れられている。
【０００３】
ところが、ＥＧＲガスの温度が上昇し、ＥＧＲガス量が増大すると、その熱作用によってＥＧＲバルブの耐久性が劣化し、早期に破損する虞れが生ずるため、その防止策として冷却系を設けて水冷構造とする必要に迫られたり、吸気温度の上昇に伴い充填効率が低下して燃費が低下するという現象を招来する。このような事態を回避するためにエンジンの冷却液、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が用いられ、とりわけ、気体であるＥＧＲガスをエンジン冷却水で冷却する気−液熱交換タイプのＥＧＲガス冷却装置が多数提案され使用されている。この気−液熱交換タイプのＥＧＲガス冷却装置の中でも、構造がシンプルで狭隘な設置空間においても容易に取付けが可能な、２重管式熱交換タイプのＥＧＲガス冷却装置に依然として根強い需要があり、例えば高温のＥＧＲガスを通す内管の外側に液体を通す外管を配設し、ガスと液体間で熱交換を行う交換器において、内管内に金属コルゲート板がフィンとして挿入されている２重管式熱交換器（例えば、特許文献１参照）、内側に被冷却媒体を流通させる内管と、該内管の外周を離間して囲むように設けられた外管と、前記内管の内部に配設された熱応力緩和機能を有する放熱フィンとから構成された２重管式熱交換器（例えば、特許文献２参照）をはじめとして、数多くの２重管式熱交換器が提案されている。
【０００４】
上記のように種々の改良が施されたフィン構造体を内装した２重管式熱交換器によれば、その構造が簡略でコンパクトであるにも拘らず、それなりに優れた冷却効率が期待できるために、小型自動車など設置空間に限りのあるＥＧＲガス冷却用の熱交換器として、既に数多く実用に供されているが、構造上コンパクトであるがゆえに通流する流体の絶対量においては自ずと限界があり、結果としてトータルの熱交換効率においては未解決な課題が残されていた。斯かる課題を解消するためには構造上多少複雑で大型化が余儀なくされても、所謂シェルアンドチューブ型の多管式熱交換器を採用せざるを得ず、これらの熱交換器についても様々な改良がなされている。シェルアンドチューブ型の多管式熱交換器の一例としては、冷却ジャケットを構成するシェル本体の外周部の一端に冷却水入口と、その他端に冷却水出口となるノズルがそれぞれ取付けられ、該シェル本体における長手方向の一端には高温のＥＧＲガス導入用の、その他端には熱交換されたＥＧＲガス排出用のボンネットがそれぞれ一体として設けられ、それぞれのボンネットの内側に取付けられたチューブシートを介して、複数の偏平伝熱管が間隔を隔てて取付けられ、該偏平伝熱管内を高温のＥＧＲガスが、前記シェル本体内を通流する冷却水に対して交差するように通流し、かつ複数の偏平伝熱管によって形成される広い伝熱面積に加え、該偏平伝熱管の内周面にコの字型のプレートフィンを内装して、通流するＥＧＲガス流を細流化すると同時に、その伝熱面積の更なる増大を図って、優れた熱交換効率が得られたとする多管式熱交換器（例えば、特許文献３参照）が開示されている。
【０００５】
一方、上記シェルアンドチューブ型の多管式熱交換器においては、シェル内に間隔を隔てて多数配設されて伝熱管群を形成する各伝熱管に、均一な流量分布と流速を以って被冷却媒体であるＥＧＲガスを通流させることが、熱交換効率を向上させるうえで大きな要件となるが、図１６（ａ）に示すＥＧＲガス冷却装置によれば、冷却ジャケットを構成するシェル本体１０内に配設する伝熱管２０を、同図（ｂ）に示すように軸心に近い即ちＥＧＲガスが流れやすい部位については、管径の細い伝熱管２０ａを配設し、ＥＧＲガスの流れ難い外側の部位には管径の太い伝熱管２０をそれぞれ配設して、流量と流速のバランスを図るように配慮したＥＧＲガス冷却装置（例えば、特許文献４参照）が提案され、また、図１７に示す他の従来例による多管式熱交換器からなるＥＧＲガス冷却装置１００によれば、ＥＧＲガス流入口１５０側に、チューブシート１６０−１を介して接続されるボンネット１７０−１の全長Ｌ１を、ＥＧＲガス出口側のボンネット１７０−２に比較して、約２倍を超える長さとすることにより、該ボンネット１７０−１内に流入したＥＧＲガスの流れに衝突・拡散など、所定距離の助走機会を与えることにより、流速の偏りを防いで冷却効率を高めたというＥＧＲガス冷却装置（例えば、特許文献５参照）が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２３１８１号公報（第１〜６頁、図１〜２）
【特許文献２】特開２０００−１１１２７７号公報（第１〜１２頁、図１〜１２）
【特許文献３】特開２００２−１０７０９１号公報（第１〜４頁、図１〜６）
【特許文献４】特開平１１−１９３９９２号公報（第１〜４頁、図１〜６）
【特許文献５】特開平１１−２８０５６３号公報（第１〜９頁、図１〜１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記各従来技術において、特許文献１〜２に開示されている２重管タイプのＥＧＲガス冷却装置の場合は、上記のようにその構造が簡略でコンパクトであるにも拘らず、それなりに優れた冷却効率が期待できるために、小型自動車など設置空間に限りのあるＥＧＲガス冷却用の熱交換器としては、既に数多く実用に供されているが、構造上コンパクトであるがゆえに通流する流体の絶対量においては自ずと限界があり、結果としてトータルの熱交換効率においては未解決な課題が残されていた。斯かる課題を解消するためのシェルアンドチューブ型の多管式熱交換器としての、上記特許文献３のＥＧＲガス冷却装置によれば、シェル本体内に配設する伝熱管をより広い伝熱面積を有する偏平チューブとし、該偏平伝熱管に断面コの字形状のフィン構造体を内装して、優れた熱交換性能を発揮得た旨報告されているが、シェル本体内に導入されるＥＧＲガスの流速や流量の均一化については特段の配慮はなされておらず、また、上記特許文献４に開示されるＥＧＲガス冷却装置においては、シェル本体に配設する伝熱管の管径を軸心の周辺部分を細く、その外側に離れた部分を太くするという構成により、ＥＧＲガスの流速と流量分布の均一化を図り、所期の成果を挙げているが、管径の異なる複数の伝熱管を用意する必要があり、取付けられる伝熱管の管径や密度が一様でないためにチューブシートの加工が複雑となり、しかも組付け時に方向性の確保が煩雑となり、その上ＥＧＲガス流入管を含めたボンネットと、シェル本体の軸方向の長さが長尺となるためにレイアウト性に限界が生ずるなど、設計上や加工工程上に種々の課題が残されていた。さらに特許文献５のＥＧＲガス冷却装置においては、ＥＧＲガス流入側のボンネットを、大幅に長くすることが必須の要件となるが、限られたスペースに配置されるＥＧＲガス冷却装置は、よりコンパクトであることが望まれるところから、レイアウト上において更なる改善が望まれるという未解決な課題が残されていた。
【０００７】
なお、上記各従来例において高温のＥＧＲガスを導入するためのボンネットは、チューブシートを介してシェル本体に一体として接続されるが、該ボンネットを経由してシェル本体内に導入されるＥＧＲガスの流速や流量分布は、その条件に変化がない限り一端発生するとその慣性に従って、修正されること無く継続されるという習性がある。本発明はこのような流体の慣性に着目し、ＥＧＲガス配管の流入管とボンネットとの接続部分、具体的にはＥＧＲガス流入口付近に特定のガイド板を設けることにより、該ボンネット内に流入されるＥＧＲガスの拡散・分配を促そうとしたものである。即ち本発明は、上記の課題を解決することを所期の目的とし、ＥＧＲガス流入側のボンネットに改良を加えることにより、簡略な構造であるにも拘らず、ＥＧＲガス冷却装置にＥＧＲガスを均等に分配して導入することを可能とした、ＥＧＲガス冷却装置用の多管式熱交換器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明によるＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器は、ＥＧＲガス冷却装置におけるシェルアンドチューブ型の多管式熱交換器において、該多管式熱交換器を構成するシェル本体のＥＧＲガス入口側に、チューブシートを介して一体として接続されるボンネットが、前記シェル本体の軸心に沿った断面形状を略矩形に形成され、ＥＧＲガス流入管をその外周面の半径方向に設けられると共に、該ボンネットにおける前記チューブシートと対向する壁面に、該ＥＧＲガス流入管の流入口から所定の距離を置くようにして、ガイド板を設けたことを特徴的構成要件とするＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器を要旨とするものである。
【０００９】
また、本発明による上記ＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器において、前記ボンネットのシェル本体の軸心に沿った断面形状が、略半円形、略台形或いは部分的に傾斜面若しくは湾曲面を以って形成されることを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、本発明による上記ＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器において、前記ボンネットの横断面の断面形状が、シェル本体の横断面に対応して矩形、略矩形、略楕円形或いは部分的に傾斜面若しくは湾曲面を有する形状であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明による上記ＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器はまた、前記ガイド板が、ＥＧＲガス流入管の軸心に対して同心かつ平行で、流入されるＥＧＲガスの流れに対して波型に形成されることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明による上記ＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器はさらに、前記ガイド板が、その頂部をＥＧＲガス流入管の軸心の延長線上に有する、略Ｖ字状に形成されることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る上記ＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器において、前記ガイド板が、ＥＧＲガス流入管の軸心に対して垂直な平板であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る上記ＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器において、前記ガイド板が、ＥＧＲガス流入管の軸心に対して同心で、かつ垂直に設けられた平板であることを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、上記本発明によるＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器において、
前記ガイド板が、ＥＧＲガス流入管の軸心に対して同心かつ垂直の、弓状曲面に形成されることを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記本発明によるＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器において、前記ガイド板が、ＥＧＲガス流入管の軸心に対して傾斜して配設されることを特徴とするものである。
【００１７】
上記本発明によるＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器において、前記ガイド板が、ＥＧＲガス流入口近傍におけるボンネット内周面との間に、所定の間隔で隙間が設けられることを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、上記本発明によるＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器において、前記ガイド板に、少なくとも１以上の貫通孔もしくはスリットが形成されることを特徴とするものである。
【００１９】
上記本発明によるＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器において、前記ガイド板が金属製板材からなり、前記ボンネット内壁面への接合手段が、溶接、ろう付、貼着、その他の接合方法の中から適宜選択され、一体として接合されることを好ましい態様とするものである。
【００２０】
本発明による上記ＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器において、前記ガイド板を形成する前記金属製板材がＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレススチールからなり、その板厚が０．２〜０．５ｍｍであることを好ましい態様とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るＥＧＲガス冷却装置用におけるシェルアンドチューブ型の多管式熱交換器によれば、該多管式熱交換器を構成するシェル本体のＥＧＲガス入口側に、チューブシートを介して一体として接続されるボンネットが、前記シェル本体の軸心に沿った断面形状を略矩形、略半円形、略台形或いは部分的に傾斜若しくは湾曲面を以って形成されると共に、その横断面の断面形状が、シェル本体の横断面の断面形状に対応して矩形、略矩形、略楕円形或いは部分的に傾斜面若しくは湾曲面を有する形状に形成され、ＥＧＲガス流入管を該ボンネットの外周面の半径方向に設けられると共に、該ボンネット内の前記チューブシートと対向する壁面に、該ＥＧＲガス流入管の流入口から所定の距離を置くようにしてガイド板を設けることを構成上の特徴とするものであり、斯かる構造を有することにより、該ＥＧＲガス流入管を介して流入口に流入された高温のＥＧＲガスの流れを整流して、前記シェル本体のチューブシートに一定の間隔を設けて配設された複数の伝熱管に、流入されたＥＧＲガス流が均等に分配されて導入されるように構成したものである。このことにより伝熱管内を通流する高温のＥＧＲガスの流量と流速分布を均一とし、全ての伝熱管で効率良くかつ偏り無く熱交換することができる。ＥＧＲガス等の流体は、もとより圧力損失の少ない方向に流れる性質を有し、一旦その流路が定まると、条件に変化がない限りその慣性によって同一の方向に流下するものであるから、部分的に設計値に対する過剰量のガスが通流する部位が生ずると、該ガス温が所定の温度域にまで冷却されないまま、系外に排出されるという不都合が生じ、反対に高温のＥＧＲガスが少量しか流れない部位においては十分な冷却が進行するものの、流体流量が設計値に満たないために交換熱量は大幅に減少する。従って従来のＥＧＲガス冷却装置においても、シェル本体に導入される以前のボンネットにおいて、流体の分配を均等に整流するためにボンネットそのものの形状に様々な工夫がなされているが、本発明においてはボンネットそのものの形状に上記のように種々の改善を施すことに加えて、ＥＧＲガス配管を介して導入されるＥＧＲガスを、該ボンネットの外周面の半径方向に設けられた流入口のところで整流しようとするものであり、そのために該流入口から所定の距離を置いてガイド板を設けることを構造上の特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明に係る他の実施態様においては、前記ガイド板をＥＧＲガス流入管の軸心に対して同心で、かつ流入するガスの流れに平行に形成された波型に形成したり、その頂部をＥＧＲガス流入管の軸心の延長線上に有する略Ｖ字形状としたり、該ガイド板をＥＧＲガス流入管の軸心に対して垂直な平板としたり、その平板を弓状曲面に形成したり、該ガイド板をＥＧＲガス流入管の軸心に対して傾斜して設けたり、前記ガイド板と、ボンネット内周面との間に所定の間隔で隙間を設けたり、上記の各ガイド板に対して少なくとも1以上の貫通孔および／またはスリットを形成することが望ましいが、斯かる構成によってボンネット内に流入するＥＧＲガスは効果的に拡散、分断され、結果としてＥＧＲガス冷却装置に導入されるＥＧＲガスが、偏り無く分配され、均一な流速分布を維持した状態で冷却装置本体に導入されるため、該ＥＧＲガス冷却装置が有する熱交換性能を最大限に発揮させ、優れた冷却効率を得ることができる。本発明による上記ガイド板は極めて簡略な加工によって製作可能であり、かつそのボンネットへの取付け手段も容易であるにも拘らず、得られる効果は著しく優れたものであるところから、これを取付けた多管式熱交換器はＥＧＲガス冷却装置の小型軽量化を低コストで実現できるなど、省エネルギーの観点においても多大な貢献を期待することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について添付した図面並びに実施例に基づいて更に詳細に且つ具体的に説明するが、本発明はこれによって拘束されるものではなく、ボンネットの構造やガイド板の形状を含め、本発明の主旨の範囲内において自由に設計変更が可能である。
【００２４】
図１は本発明の第1実施例に係る多管式熱交換器のシェル本体とボンネットとを模式的に示す要部側面図、図２は同実施例におけるボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図、図３は本発明に係る第２実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れを模式的に示す要部断面図、図４は本発明に係る第３実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図、図５は本発明に係る第４実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図、図６は本発明に係る他の実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図、図７は本発明に係る更に他の実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図、図８は本発明に係る更に他の実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図、図９は本発明に係る第５実施例におけるボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図、図１０は本発明に係る第６実施例による多管式熱交換器のシェル本体と、ガイド板を内蔵したボンネットと、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部側面図、図１１は本発明に係る第７実施例による多管式熱交換器のシェル本体と、ガイド板を内蔵したボンネットと、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部側面図、図１２は本発明に係る第８実施例による多管式熱交換器のシェル本体と、ガイド板を内蔵したボンネットとを模式的に示す要部側面図、図１３は本発明に係る第９実施例による多管式熱交換器のシェル本体と、ガイド板を内蔵したボンネットとを模式的に示す要部側面図、図１４は本発明に係る第１０実施例におけるボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図、図１５は本発明に係る第１１実施例におけるボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図である。
【実施例１】
【００２５】
本発明に係る第１実施例によるＥＧＲガス冷却装置用多管式熱交換器１は、図１にその要部を示すようにシェル本体２の両サイドに、該シェル本体２内の気密を保持して接合されたチューブシート２−１（ＥＧＲガス出口側を省略して図示する。以下同様）に、特定の間隔を保って複数の伝熱管２−２が配設されて伝熱管群が形成され、該チューブシート２−１を介してその外側に、シェル本体２の軸心に沿った断面形状が略矩形のボンネット３が、一体として取付けられている。なお、本例における該ボンネット３の横断面の断面形状は、円筒状のシェル本体２の断面形状に対応して、図２に示すように円筒状に形成されている。該ボンネット３の側面、即ち半径方向にＥＧＲガス流入管４が接合され、その接合部分にＥＧＲガス流入口４−１が形成され、さらに該ボンネット３のチューブシート２−１と対向する垂直な壁面３−１に、前記ＥＧＲガス流入管４の軸心に対して同心で、該ＥＧＲガス流入口４−１から所定の距離をおいた位置に、前記ＥＧＲガス流入管４に平行するようにして、板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３０４Ｌオーステナイト系ステンレススチール製の波板が、ガイド板５として予め接合されているが、本実施例におけるガイド板５は、実質的には図２に示すようにＥＧＲガス流入管４に対して同心かつ平行であって、ＥＧＲガス流入口４−１から所定の距離を離した位置で波型に形成されている。このようにして図１に一部省略して示すような本発明における第１実施例による多管式熱交換器１が形成され、得られた該多管式熱交換器１によってＥＧＲガス冷却装置を構成し、ＥＧＲガス冷却系におけるガス流路に組み込み、冷却性能試験に供した結果、ＥＧＲガス流入管４を通流してＥＧＲガス流入口４−１からボンネット３内に流入した高温のＥＧＲガスは、ＥＧＲガス流入管４に平行して流れようとする際、ＥＧＲガス流入口４−１から若干離れた位置に設けられた波型のガイド板５によってその流れを複雑に攪拌され、該ガイド板５を越えて円筒状のボンネット３内を循環する渦流を形成し、時間をかけて伝熱管２−２内に導入され、結果としてＥＧＲガスの流速と流量の分配が均一化され、シェル本体２内の複数の伝熱管２−２にほぼ均等に分配にされて通流し、伝熱管外周の冷却ジャケットへの熱交換が効率良く促進され、ＥＧＲガス出口側のボンネットから排出されるＥＧＲガスは、所定の温度域にまでに冷却されていることが確認された。
【００２６】
本実施例による円筒状のボンネット３の製造方法は、特に制限されるものではなく、各種ステンレススチールをはじめとする鋼管や鋳造物、鍛造物等を素材として製造され、ＥＧＲガス流入口４−１などはプレス加工、液圧バルヂ加工および鋳抜き加工によって形成される。また、前記チューブシート２−１とシェル本体２、該チューブシート２−１と伝熱管２−２、該チューブシート２−１と該ボンネット３との接合は、本例においては溶着を採用したが、該ボンネット３のシェル本体２への接合については、該ボンネット３のシェル２側にフランジを設け、同様にシェル本体２に予め取付けられたフランジとのボルト締めによる接続やろう付けも好ましく採用される。
【実施例２】
【００２７】
図３に示すようにガイド板５ａの形状を略Ｖ字形状に形成すると同時に、その板状面に任意に複数の貫通孔５ａ−１およびスリット５ａ−２を形成し、該Ｖ字状の頂部が、ＥＧＲガス流入管４ａの軸心の延長線上で、かつ該ＥＧＲガス流入管４ａに対して前記Ｖ字の中心線を略平行に設けた以外は、前記実施例１と同様にして多管式熱交換器１ａ（図示を省略、以下同様）を得た。得られた本例による多管式熱交換器１ａを、ＥＧＲガス冷却系におけるガス流路に組込み、実施例１と同様の冷却試験に供した結果、Ｖ字形状のガイド板５ａに加えて、板面に形成された複数の貫通孔５ａ−１やスリット５ａ−２が、ＥＧＲガスの流れに一層の攪拌作用を促し、実施例１に対して同等以上の冷却効率が得られることが確認された。
【実施例３】
【００２８】
ガイド板５ｂの形状をＥＧＲガス流入口４ｂ−１から後方に湾曲する略弓状曲面に形成すると同時に、その弓状曲面を有する板状面に任意に複数の貫通孔５ｂ−１およびスリット５ｂ−２を形成し、図４に示すように該弓状曲面を有するガイド板５ｂの中心部が、ＥＧＲガス流入管４ｂの軸心の延長線上で、かつ該ＥＧＲガス流入管に対して垂直に設けた以外は、前記実施例２と同様にして多管式熱交換器１ｂを得た。得られた本例による多管式熱交換器１ｂを、ＥＧＲガス冷却系におけるガス流路に組込み、実施例２と同一の冷却試験に供した結果、弓状曲面を有するガイド板５ｂに加えて、その板面に形成された複数の貫通孔５ｂ−１やスリット５ｂ−２が、ＥＧＲガスの流れに攪拌作用を促し、前記実施例２に対してほぼ同等の冷却効率が得られることが確認された。
【実施例４】
【００２９】
ガイド板５ｃが基本的に平板であり、図５に示すようにＥＧＲガス流入管４ｃの軸心に対して傾斜して設けられると同時に、その板状面に任意に複数の貫通孔５ｃ−１およびスリット５ｃ−２を形成し、その他は前記実施例３と同様にして多管式熱交換器１ｃを得た。得られた本例による多管式熱交換器１ｃを、ＥＧＲガス冷却系におけるガス流路に組込み、実施例３と同一の冷却試験に供した結果、ＥＧＲガス流入口４ｃ−１からボンネット３ｃ内に流入したＥＧＲガスは、傾斜して設けられたガイド板５ｃに沿って流れることにより負圧となり、該ガイド板５ｃとボンネット３ｃ内周面との間に設けられた隙間５ｃ−３により、ガイド板５ｃの背面の正圧部分に止まって滞留していたＥＧＲガスは、その狭い隙間５ｃ−３からの吸引作用が働き、該ガイド板５ｃ背面でのカーボンの堆積を防止し、板面に形成された複数の貫通孔５ｃ−１やスリット５ｃ−２がもたらす攪拌作用が加味され、各伝熱管へ導入されるガス量と流速が一層均一化され、上記実施例３に対してほぼ同等の優れた冷却効率が得られることが確認された。
【実施例５】
【００３０】
本実施例におけるボンネット３ｇは、横断面がほぼ正方形の矩形断面を有するシェル本体２ｄ（図示を省略）の断面形状に対応して、ボンネット自体３ｇの横断面の断面形状が、図９に示すようにほぼ正方形の矩形断面に形成され、該ボンネット３ｇの側面における軸心部分の外周面３ｇ−２を貫いてＥＧＲガス流入管４ｇが接合され、その接合部分にＥＧＲガス流入口４ｇ−１が形成され、さらに該ボンネット３ｇのチューブシート２ｂ−１と対向する垂直な壁面３ｇ−１に、前記ＥＧＲガス流入管４ｇの軸心に対して同心で、該ＥＧＲガス流入口４ｇ−１から所定の距離をおいた位置に、前記ＥＧＲガス流入管４ｇに平行するようにして、実施例１と略同様の波板からなるガイド板５ｇが、実質的には実施例１と略同様の形態で内蔵されている。このようにして本実施例による多管式熱交換器１ｄ（図示を省略、以下同様）が形成され、得られた該多管式熱交換器１ｄによってＥＧＲガス冷却装置を構成し、ＥＧＲガス冷却系におけるガス流路に組み込み、前記実施例１と同一の条件で冷却性能試験に供した結果、ＥＧＲガス流入管４ｇを通流してＥＧＲガス流入口４ｇ−１からボンネット３ｇ内に流入した高温のＥＧＲガスは、ＥＧＲガス流入口４ｇ−１から若干離れた位置に設けられた波型のガイド板５ｇによってその流れを複雑に攪拌され、該ガイド板５ｇを越えてほぼ正方形の矩形筒状のボンネット３ｇ内を循環する渦流を形成し、結果としてＥＧＲガスの流速と流量の分配が均一化され、シェル本体２ｄ内の複数の伝熱管２ｄ−２にほぼ均等に分配にされて通流し、伝熱管外周の冷却ジャケットへの熱交換が効率良く促進され、ＥＧＲガス出口側のボンネットから排出されるＥＧＲガスは、所定の温度域にまでに冷却されていることが確認された。
【実施例６】
【００３１】
ボンネット３ｈのシェル本体２ｅの軸心に沿った断面形状を、図１０に示すように略台形に形成し、外周面の長手方向ほぼ中心部分の上方を貫いて円筒状のＥＧＲガス流入管４ｈを接合し、ＥＧＲガス流入口４ｈ−１を形成すると同時に、該ＥＧＲガス流入口４ｈ−１から若干離れた位置に、前記ボンネット３ｈの側壁の内周面３ｈ−３を介して、板面に任意所望の形態のスリット５ｈ−２と貫通孔５ｈ−１が形成された波形のガイド板５ｈを予め内臓せしめた以外は、前記実施例５とほぼ同様にして多管式熱交換器１ｅを形成し、得られた該多管式熱交換器１ｅによってＥＧＲガス冷却装置を構成し、ＥＧＲガス冷却系におけるガス流路に組み込み、前記実施例５と同一の条件で冷却性能試験に供した結果、ほぼ同等の優れた冷却効率を達成し得ることが確認された。
【実施例７】
【００３２】
ボンネット３ｉのシェル本体２ｆの軸心に沿った断面形状を、図１１に示すように半楕円形に形成し、外周面の長手方向ほぼ中心部分の上方を貫いて円筒状のＥＧＲガス流入管４ｉを接合して、ＥＧＲガス流入口４ｉ−１を形成すると同時に、該ＥＧＲガス流入口４ｉ−１から若干離れた位置に、前記ボンネット３ｉの側壁の内周面３ｉ−３を介して、板面に任意所望の形態のスリット５ｉ−２と貫通孔５ｉ−１が形成された湾曲した曲面を有するガイド板５ｉを予め内臓せしめた以外は、前記実施例６とほぼ同様にして多管式熱交換器１ｆを形成し、得られた該多管式熱交換器１ｆによってＥＧＲガス冷却装置を構成し、ＥＧＲガス冷却系におけるガス流路に組み込み、前記実施例６と同一の条件で冷却性能試験に供した結果、前記球状曲面を有する前記ガイド板５ｉと、内周面３ｉ−３が半楕円形に形成された前記ボンネット３ｉとが相乗的に作用し、流入したＥＧＲガスは当該ボンネット３ｉ内で好適な旋廻流を生起しつつ撹拌され、多管式熱交換器１ｆに組込まれた伝熱管２ｆ−２のそれぞれに、ほぼ均一な流速と流量を以って導入され、前記各実施例と同等若しくはそれ以上の、優れた冷却効率を達成し得ることが確認された。
【実施例８】
【００３３】
ボンネット３ｊのシェル本体２ｇの軸心に沿った断面形状を、図１２に示すように半長円形に形成し、該ボンネット３ｊの側面、即ち半径方向にＥＧＲガス流入管４ｊが接合されて、その接合部分にＥＧＲガス流入口４ｊ−１が形成され、さらに該ボンネット３ｊの内周面３ｊ−３おけるチューブシート２ｇ−１と対向する湾曲する壁面３ｊ−１に、前記ＥＧＲガス流入管４ｊの軸心に対して同心で、該ＥＧＲガス流入口４ｊ−１から所定の距離をおいた位置に、前記ＥＧＲガス流入管４ｊに平行するようにして、前記実施例１と実質的に同様の波板からなるガイド板５ｊを予め内臓せしめた以外は、前記実施例７とほぼ同様にして多管式熱交換器１ｇを形成し、得られた該多管式熱交換器１ｇによってＥＧＲガス冷却装置を構成し、ＥＧＲガス冷却系におけるガス流路に組み込み、前記実施例７と同一の条件で冷却性能試験に供した結果、前記実施例７と同等の優れた冷却効率を達成し得ることが確認された。
【実施例９】
【００３４】
ボンネット３ｋのシェル本体２ｈの軸心に沿った断面形状を、図１３に示すように部分的に湾曲面を有する略半円形（ドーム型）に形成し、該ボンネット３ｋの側面、即ち半径方向にＥＧＲガス流入管４ｋが接合されて、その接合部分にＥＧＲガス流入口４ｋ−１が形成され、さらに該ボンネット３ｋの内周面３ｋ−３おけるチューブシート２ｈ−１と対向するほぼ垂直の壁面３ｋ−１に、前記ＥＧＲガス流入管４ｋの軸心に対して同心で、該ＥＧＲガス流入口４ｋ−１から所定の距離をおいた位置に、前記ＥＧＲガス流入管４ｋに平行するようにして、前記実施例８と実質的に同様の波板からなるガイド板５ｋを予め内臓せしめた以外は、前記実施例８とほぼ同様にして多管式熱交換器１ｈを形成し、得られた該多管式熱交換器１ｈによってＥＧＲガス冷却装置を構成し、ＥＧＲガス冷却系におけるガス流路に組み込み、前記実施例８と同一の条件で冷却性能試験に供した結果、前記実施例８と同等の優れた冷却効率を達成し得ることが確認された。
【実施例１０】
【００３５】
ボンネット自体３ｌの横断面の断面形状が、シェル本体２ｉ（図示を省略、以下同様）の横断面の断面形状に対応して、図１４に示すように楕円形状の円筒状に形成され、該ボンネット３ｌの側面、即ち半径方向にＥＧＲガス流入管４ｌが接合されて、その接合部分にＥＧＲガス流入口４ｌ−１が形成され、さらに該ボンネット３ｌの前記シェル本体２ｉのチューブシート２ｉ−１と対向する垂直な壁面３ｌ−１に、断面がＶ字型のガイド板５ｌが内蔵され、該ガイド板５ｌの板状面に任意に複数の貫通孔５ｌ−１およびスリット５ｌ−２を形成し、該Ｖ字状の頂部が、前記ＥＧＲガス流入管４ｌの軸心の延長線上で、かつ該ＥＧＲガス流入管４ｌに対して前記Ｖ字の中心線を略平行に設けた以外は、前記実施例１と同様にして多管式熱交換器１ｉを形成し、得られた該多管式熱交換器１ｉによってＥＧＲガス冷却装置を構成し、ＥＧＲガス冷却系におけるガス流路に組み込み、前記実施例１と同一の条件で冷却性能試験に供した結果、横断面の断面形状が楕円形状のボンネット３ｌと、断面形状Ｖ字型で板面に複数の貫通孔５ｉ−１やスリット５ｉ−２が設けられたガイド板５ｌが相乗的に作用し、流入したＥＧＲガスは当該ボンネット３ｌ内で好適な旋廻流を生起しつつ撹拌され、多管式熱交換器１ｉに組込まれた伝熱管２ｉ−２のそれぞれに、ほぼ均一な流速と流量を以って導入され、前記実施例１と同等若しくはそれ以上の、優れた冷却効率を達成し得ることが確認された。
【実施例１１】
【００３６】
ボンネット自体３ｍの横断面の断面形状が、シェル本体２ｊ（図示を省略、以下同様）の横断面の断面形状に対応して、図１５に示すように長方形の矩形筒状に形成され、該ボンネット３ｍの前記シェル本体２ｊのチューブシート２ｊ−１と対向する垂直な壁面３ｍ−１に、前記実施例と実質的に同様の断面波形のガイド板５ｍが内蔵されている以外は、前記実施例１と同様にして多管式熱交換器１ｊを形成し、得られた該多管式熱交換器１ｊによってＥＧＲガス冷却装置を構成し、ＥＧＲガス冷却系におけるガス流路に組み込み、前記実施例１と同一の条件で冷却性能試験に供した結果、前記実施例１と同等若しくはそれ以上の、優れた冷却効率を達成し得ることが確認された。
【００３７】
本発明に係るガイド板は、所期の目的を達成することができる範囲内において、上記各実施例の他に様々な形態として設けることが可能であり、例えば上記実施例1の波型のガイド板５に、複数の貫通孔および／またはスリットを形成することにより、該ガイド板５の両面間における流体の相互流通を可能として、ボンネット３内におけるＥＧＲガスの攪拌を促進することができ、実施例２におけるＶ字形状のガイド板５ａ、実施例３の弓状曲面を有するガイド板５ｂおよび実施例４における傾斜状のガイド板５ｃに、貫通孔やスリットを全く形成しないストレートの平板材としたり、貫通孔もしくはスリットのいずれか一方のみを形成するということも可能であり、或いは形成する貫通孔やスリットの形状や密度を適宜に変更することもできる。また、上記実施例１における波型のガイド板５において、波の高さや波形ピッチを適宜に変更することもでき、実施例２における略Ｖ字形状のガイド板５ａの表面を波型形状としたり、そのＶ字角度を任意に変えることも可能であり、実施例３における弓状曲面を有するガイド板５ｂにおいて、湾曲されるＲ値を適宜に変更したり、曲率半径の異なる曲面を複合したり、場合によっては図８に示すように湾曲した弓状曲面を有しない、垂直の平板とすることも選択肢の一つであり、実施例４における傾斜して設けられるガイド板５ｃの該傾斜角を、任意に変更することも可能であり、図６に示すようにボンネット３ｄの内周面との間に隙間を設けなかったり、或いは図７に示すように該隙間５ｅ−３を極端に狭くすると共に、ガイド板５ｅそのものに貫通孔やスリットを形成しないように設計することも可能である。なお、これらの形態は形成される多管式熱交換器の容量や要求される基準値に応じて適宜かつ適切に設計変更され、これら装置の機能を最大限に発揮することを可能とするものである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
上記各実施例からも明らかなように、本発明によるＥＧＲガス冷却装置用のシェルアンドチューブ型の多管式熱交換器は、シェル本体のＥＧＲガス流入側にチューブシートを介して接続されるボンネットの形状が、シェル本体の軸心に沿った断面形状において略台形を含む略矩形、略楕円を含む略半円形或いは部分的に傾斜面若しくは湾曲面を以って形成され、その横断面の断面形状がシェル本体の横断面の断面形状に対応して、正方形や長方形を含む略矩形断面の他、楕円形を含む略円形断面、或いは部分的に傾斜面若しくは湾曲面を有する形状に形成され、その外周面の半径方向にＥＧＲガス流入管が設けられると共に、該ボンネット内における前記チューブシートと対向する壁面に、該ＥＧＲガス流入管のＥＧＲガス流入口から所定の距離を置くようにして、基本的に金属製平板からなるガイド板を設けるという簡略な構造であるにも拘らず、ボンネット内に流入した高温のＥＧＲガスの流れを整流して、前記シェル本体のチューブシートに一定の間隔をもうけて配設された複数の伝熱管に、流入されたＥＧＲガス流が均等に分配されて導入されるように構成されている。従って、ＥＧＲガス冷却装置に導入されるＥＧＲガスが、偏り無く分配され、均一な流速分布を維持した状態で冷却装置本体に導入されるため、該ＥＧＲガス冷却装置が有する熱交換性能を最大限に発揮させ、優れた冷却効率を得ることができるので、省エネルギー面においても多大に貢献する。また、本発明による上記ガイド板は極めて簡略な加工によって製作可能であり、かつそのボンネットへの取付け手段も容易であるにも拘らず、得られる効果は著しく優れたものであるところから、これを取付けた多管式熱交換器はＥＧＲガス冷却装置の小型軽量化を低コストで実現できるなど、当該技術分野における多管式熱交換器として幅広く採用されることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施例に係る多管式熱交換器のシェル本体とボンネットとを模式的に示す要部側面図である。
【図２】同実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断正面図である。
【図３】本発明に係る第２実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図である。
【図４】本発明に係る第３実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図である。
【図５】本発明に係る第４実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図である。
【図６】本発明に係る他の実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図である。
【図７】本発明に係る更に他の実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図である。
【図８】本発明に係る更に他の実施例のボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図である。
【図９】本発明に係る第５実施例におけるボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図である。
【図１０】本発明に係る第６実施例による多管式熱交換器のシェル本体と、ガイド板を内蔵したボンネットと、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部側面図である。
【図１１】本発明に係る第７実施例による多管式熱交換器のシェル本体と、ガイド板を内蔵したボンネットと、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部側面図である。
【図１２】本発明に係る第８実施例による多管式熱交換器のシェル本体と、ガイド板を内蔵したボンネットとを模式的に示す要部側面図である。
【図１３】本発明に係る第９実施例による多管式熱交換器のシェル本体と、ガイド板を内蔵したボンネットとを模式的に示す要部側面図である。
【図１４】本発明に係る第１０実施例におけるボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図である。
【図１５】本発明に係る第１１実施例におけるボンネットとガイド板と、ＥＧＲガスの流れとを模式的に示す要部断面図である。
【図１６】従来の多管式ＥＧＲガス冷却装置を示し、（ａ）はその一部切欠き側面図、（ｂ）はその要部に係る伝熱管の配列状態の一例を模式的に示す平面図である。
【図１７】他の従来例の多管式ＥＧＲガス冷却装置を示し、（ａ）はその一部破断縦断側面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ    多管式熱交換器
２、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ    シェル本体
２−１、２ｅ−１、２ｆ−１、２ｇ−１、２ｈ−１    チューブシート
２−２、２ｅ−２、２ｆ−２、２ｇ−２、２ｈ−２    伝熱管
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、
３ｉ、３ｊ、３ｋ、３ｌ、３ｍ    ボンネット
３−１、（３ｇ−１）、３ｋ−１  垂直壁面
３ｈ−１    傾斜壁面
３ｉ−１、３ｊ−１    湾曲壁面
３−２、３ｇ−２、３ｈ−２、３ｉ−２、３ｊ−２、３ｋ−２、
３ｌ−２、３ｋ−２    外周部
３−３、３ｇ−３、３ｈ−３、３ｉ−３、３ｊ−３、３ｋ−３、
３ｌ−３、３ｍ−３    内周面
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、
４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌ、４ｍ    ＥＧＲガス流入管
４−１、４ａ−１、４ｂ−１、４ｃ−１、４ｄ−１、４ｅ−１、４ｆ−１、
４ｇ−１、４ｈ−１、４ｉ−１、４ｊ−１、４ｋ−１、４ｌ−１、
４ｍ−１    ＥＧＲガス流入口
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ、
５ｊ、５ｋ、５ｌ、５ｍ    ガイド板
５ａ−１、５ｂ−１、５ｃ−１、５ｈ−１、５ｉ−１、５ｌ−１    貫通孔
５ａ−２、５ｂ−２、５ｃ−２、５ｈ−２、５ｉ−２、５ｌ−２  スリット
５ｃ−３、５ｅ−３、５ｆ−３、５ｆ−４、５ｈ−３、５ｉ−３    隙間
ｇ    ＥＧＲガス
【図１】
2007046890.tif 000003
【図２】
2007046890.tif 000004
【図３】
2007046890.tif 000005
【図４】
2007046890.tif 000006
【図５】
2007046890.tif 000007
【図６】
2007046890.tif 000008
【図７】
2007046890.tif 000009
【図８】
2007046890.tif 000010
【図９】
2007046890.tif 000011
【図１０】
2007046890.tif 000012
【図１１】
2007046890.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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