(57)【要約】【解決手段】  ＥＧＲクーラー１は、ケーシング２内に配置された金属製の第１管体５と、この第１管体５の内方に配置された金属製の第２管体６とを備えている。  第１管体５内の第１流体通路３に排気ガスＧを流通させると同時に、第２管体６内およびそこに連通する空間１５からなる第２流体通路４に冷却水Ｗを流通させる。第１流体通路３内を流通する排気ガスＧは、第１管体５の内面だけでなく第２管体６の外面とフィン２５にも接触し、それらを介して排気ガスＧの熱が冷却水Ｗに伝熱される。【効果】  排気ガスＧの熱が冷却水Ｗへ伝熱される際の伝熱面積を増大させて、伝熱効率が良好なＥＧＲクーラー１を提供できる。【選択図】  図１
2013155667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に設けられて第１流体を流通させる第１流体通路と、ケーシング内に設けられて第２流体を流通させる第２流体通路とを備えて、上記第１流体通路に第１流体を流通させるとともに第２流体通路に第２流体を流通させて、第１流体と第２流体とで熱交換をおこなわせるようにした熱交換器において、
上記ケーシング内に伝熱性を有する第１管体を設けるとともに、該第１管体の内部に伝熱性を有する第２管体を設けて、上記第１管体は、軸方向において交互に配置された小径部と大径部とを複数組備えており、上記第２管体は、軸方向において交互に配置された小径部と大径部とを複数組備えており、上記第１管体の大径部内に第２管体の大径部を収容して第１管体の内面と第２管体の外面との間に軸方向に連続する空間を形成し、
上記第１管体の内面と上記第２管体の外面との間の軸方向の空間によって上記第１流体通路を構成し、上記ケーシングの内面と上記第１管体の外面との間の空間、および該空間に連通させた上記第２管体の内部空間とによって上記第２流体通路を構成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
上記第２管体における大径部内に円板状のプレートが配置されており、第２管体の大径部内に流入した第２流体は上記プレートによって放射方向へ流通方向を案内されること特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
上記第２管体における大径部と小径部とを接続する端面の外面に、中心側から放射方向の外方側へ伸びる複数のフィンが設けられており、該複数のフィンによって第１流体の流通方向が案内されること特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
上記第１管体は、管体ユニットＵ１を軸方向に複数接続して構成されており、管体ユニットＵ１は、軸方向における前後一対の小径部と、それらの間に位置する大径部と、該大径部と小径部とを接続する一対の端面とを備え、
上記第２管体は、管体ユニットＵ２を軸方向に複数接続して構成されており、管体ユニットＵ２は、軸方向における前後一対の小径部と、それらの間に位置する大径部と、この大径部と隣接位置の小径部とを接続する一対の端面とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項５】
上記第１流体は排気ガスであり、上記第２流体は冷却水であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に関し、より詳しくは、例えば排気ガスを冷却水で冷却するＥＧＲクーラーとして好適な熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気体が流通する内側管体と、上記内側管体を収容するとともに該内側管体との間の内部空間に液体を流通させる外側管体とを備え、上記内側管体内を流通する気体と上記外側管体の内部空間を流通する液体との間で熱交換をおこなう熱交換器が知られている。
一方、自動車用エンジンから排出される排気ガスを再び吸気側に戻して再利用するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）という技術が知られており、このＥＧＲを効率的に行うため、上記熱交換器を排気ガスの温度を下げるためのいわゆるＥＧＲクーラーとして用いるものが知られている（例えば特許文献１〜３）。
なお、高温の油と冷却水との間で熱交換を行わせる熱交換器として、例えば特許文献４が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００―０７９４６２号公報
【特許文献２】特開２００１―２４１８７２号公報
【特許文献３】特開２００２−３５００８１号公報
【特許文献４】特公平５−８１８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１のＥＧＲクーラーにおいては、内側管体内を排気ガスは速やかに通過するため、排気ガスの圧力損失が少ないものの、冷却効率が低いという問題があった。
一方、特許文献２、３のＥＧＲクーラーにおいては、冷却効率が高いものの、内側管体の内部に形成された無数の突起によって排気ガスの圧力損失が高いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した事情に鑑み、本発明は、ケーシング内に設けられて第１流体を流通させる第１流体通路と、ケーシング内に設けられて第２流体を流通させる第２流体通路とを備えて、上記第１流体通路に第１流体を流通させるとともに第２流体通路に第２流体を流通させて、第１流体と第２流体とで熱交換をおこなわせるようにした熱交換器において、
上記ケーシング内に伝熱性を有する第１管体を設けるとともに、該第１管体の内部に伝熱性を有する第２管体を設けて、上記第１管体は、軸方向において交互に配置された小径部と大径部とを複数組備えており、上記第２管体は、軸方向において交互に配置された小径部と大径部とを複数組備えており、上記第１管体の大径部内に第２管体の大径部を収容して第１管体の内面と第２管体の外面との間に軸方向に連続する空間を形成し、上記第１管体の内面と上記第２管体の外面との間の軸方向の空間によって上記第１流体通路を構成し、上記ケーシングの内面と上記第１管体の外面との間の空間、および該空間に連通させた上記第２管体の内部空間とによって上記第２流体通路を構成したものである。
【発明の効果】
【０００６】
上述した構成によれば、第１流体が第１流体通路を流通する際には、第１管体の内面だけでなく第２管体の外面にも接触することになる。そのため、第１管体および第２管体を介して第１流体と第２流体とで熱交換される際の伝熱面積を増大させることができるので、冷却効率が高い熱交換器を提供することができる。  
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図。
【図２】図１の要部の斜視図。
【図３】図２に示す構成部材の分解斜視図。
【図４】図１の要部の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１において１は略円筒状に形成された熱交換器としてのＥＧＲクーラー１であり、このＥＧＲクーラー１は自動車のボンネット内に軸心Ｃを約５°〜９０°傾斜させた状態で搭載されるようになっている。
このＥＧＲクーラー１は、ドラム缶形のケーシング２と、このケーシング２内に設けられて、第１流体としての排気ガスＧが流通する第１流体通路３と、ケーシング２内に上記第１流体通路３に隣接させて設けられて第２流体としての冷却水Wが流通する第２流体通路４とを備えている。上記第１流体通路３の入口３Aと出口３Ｂは図示しないＥＧＲ回路の途中に接続されている。他方、第２流体通路４の入口となる第１ポート４Ａ及び出口となる第２ポート４Ｂは図示しない冷却液回路の途中に接続されている。
このＥＧＲクーラー１は、上記第１流体通路３に排気ガスＧを流通させると同時に第２流体通路４に冷却水Wを流通させることにより、排気ガスＧと冷却水Wとの間で熱交換を行わせて、排気ガスＧの温度を下げるように構成されている。
【０００９】
本実施例のＥＧＲクーラー１は、ケーシング２内にそれと軸心を一致させて配置された金属製の第１管体５と、この第１管体５の内方にそれと軸心を一致させて配置された金属製の第２管体６とを備えている。
第１管体５の前方側（図１の左方側）の端部５Ａとそこに連続するＬ字形の部分は、ケーシング２の前方側の壁面２Ａを貫通させて外部へ突出させてから鉛直下方に向けて支持されている。この端部５Ａが第１流体通路３の入口３Ａとなっている。第１管体５の後方側（図１の右方側）の端部５Ｂとそこに隣接する部分は、ケーシング２の後方側の壁面２Ｂを貫通させて外部に突出させて水平に支持されている。この端部５Ｂが第１流体通路３の出口３Ｂとなっている。
【００１０】
両端部３Ａ，３Ｂの間に位置する第１管体５の本体部分は、管体ユニットＵ１を軸方向に４組接続して形成されている。最も前方側の管体ユニットＵ１は、上記端部５Ａとその隣接部分となるＬ字形のパイプ１１の内方端に接続されている。他方、最も後方側の管体ユニットＵ１は、上記端部５Ｂとその隣接部分となるパイプ１２の内方端に接続されている。パイプ１１の外周部と壁面２Ａの貫通孔２Ａａとの間は図示しないシール部材によってシールが維持されており、それと同様にパイプ１２の外周面と壁面２Ｂの貫通孔２Ｂａとの間も図示しないシール部材によってシールが維持されている。
第１管体５の内面と、その内部に配置された第２管体６の外面との間の軸方向に連続する空間によって上記第１流体通路３が構成されている。第１管体５の出口３ＢはＥＧＲ回路におけるエンジンの排気側に接続されており、他方、入口３ＡはＥＧＲ回路のエンジンの吸気側に接続されている。そのため、エンジンの作動中においては、第１流体通路３内に排気ガス３が流通するようになっており、該第１流体通路３内を流通する排気ガスＧは、第１管体５の内面だけでなく第２管体６の外面にも接触しながら流通するようになっている。
【００１１】
管体ユニットＵ１は、前方側に小径部を有し、後方側に大径部を有する第１筒状部材１３と、前方側に大径部を有し、後方側に小径部を有する第２筒状部１４とからなり、第１筒状部材１３の大径部内に第２筒状部材１４の大径部の先端を嵌着して段付円筒状に構成されている。これにより、管体ユニットＵ１は、前後一対の小径部１３Ａ、１４Ａと、それらの間に位置してそれらよりも大径の大径部１４Ｂと、この大径部１４Ｂと各小径部１３Ａ、１４Ａとを接続する一対の端面とを備えている。管体ユニットＵ１の大径部１４Ｂ内に後述する管体ユニットＵ２を収容するようになっている。上記前方側の小径部１３Ａの内径は、上記パイプ１１の外周部に嵌装できるとともに後方側の小径部１４Ａに嵌合できる寸法に設定されている。他方、後方側の小径部１４Ａの内径は、上記前方側の小径部１３Ａおよびパイプ１２に嵌装できる寸法に設定されている。
【００１２】
本実施例では、４組の管体ユニットＵ１を軸方向において直列に接続することで、第１管体５の本体部分を構成している。つまり、後方側となる管体ユニットＵ１の小径部１３Ａを隣接前方側の管体ユニットＵ１の小径部１４Ａ内に気密を維持して嵌着することで、４組のユニットＵ１を軸方向において直列に連結している。そして、最も前方側の管体ユニットＵ１の小径部１３Ａを上記パイプ１１の端部に気密を保持して嵌装してあり、最も後方側の管体ユニットＵ１の小径部１４Ａを上記パイプ１２の端部に気密を保持して嵌装している。
それにより、第１管体５は、ケーシング２内にそれと軸心を一致させて支持されている。そして、第１管体５は、小径部１３Ａ、１４Ａと大径部１４Ｂを交互に複数組備えた段付筒状となっている。管体ユニットＵ１の大径部１４Ａの外径は、ケーシング２の内径よりも所定寸法小さく設定されているので、第１管体５の外面（各ユニットＵ１の外面）とケーシング２の円筒状の内面との間には、軸方向に連続する段付管状の空間１５が形成されている。本実施例においては、この軸方向の空間１５とそれに連通させた第２管体６の内部空間とによって上記第２流体通路６が構成されている。
ケーシング２には、前方側の外周部を半径方向に貫通させてパイプ１６が取り付けられており、このパイプ１６の内方端は最も前方側（左方側）となるユニットＵ１に近い空間１５内に位置している。パイプ１６の外方端が冷却水Ｗを導入するための第１ポート４Ａとなっている。エンジンの作動時には、図示しない冷却水通路からこの第１ポート４Ａを介して上記空間１５内に冷却水Ｗが導入され、その後、後方側の端部６Ａから第２管体６内へ流入し、該第２管体６内を流通するようになっている。
【００１３】
次に第１管体５内に設けられた第２管体６について説明する。図１ないし図３に示すように、本実施例の第２管体６は、冷却水Ｗを流通させる管体ユニットU２を第１管体５内に４組直列に接続した構成となっている。換言すると、各管体ユニットＵ２を上記管体ユニットＵ１内に収容させてあり、その状態で隣り合う前後の管体ユニットＵ２を接続することで第２管体６が構成されている。
管体ユニットU２は、略同一形状をした一対の環状部材２１、２２と、それらの間に配置される円板状のプレート２３と、環状部材２１、２２の隣接位置に配置される接続パイプ２４と、さらに、環状部材２１の外面に一体に形成された複数のフィン２５とを備えている。上記環状部材２１，２２、プレート２３および接続パイプ２４，２４は同軸上に、つまり軸心を一致させて配置されるようになっている。
環状部材２１の内周部には前方側へ伸びる小径筒状部２１Ａが形成されており、環状部材２１の外周部には後方側へ伸びる大径筒状部２１Ｂが形成されている。また、環状部材２１の前方側を向けた端面２１Ｃ（外面）には、中心から放射方向外方に向けて伸びる複数のフィン２５が一体に設けられている。
【００１４】
他方、後方側の環状部材２１の内周部には、後方側へ伸びる小径筒状部２２Ａが形成されており、環状部材２２の外周部には前方側へ伸びる大径筒状部２２Ｂが形成されている。
また、プレート２３の外周部には、前方側へ伸びる大径筒状部２３Ａが形成されており、さらに、プレート２３における大径筒状部２３Ａの隣接内方位置には、円周方向複数箇所に貫通孔２３Ｂが穿設されている。
小径部２１Ａ、２２Ａの内径は、接続パイプ２４の外周部の外径に合わせた寸法に設定されており、プレート２３の大径筒状部２３Ａの外径は、環状部材２１の大径筒状部２１Ｂ内に嵌合できる寸法に設定されている。さらに、環状部材２２の大径筒状部２２Ｂの内径は、環状部材２１の大径筒状部２１Ｂに嵌装できる寸法に設定されている。
【００１５】
そして、本実施例においては、上記環状部材２１の大径筒状部２１Ｂ内にプレート２３の大径筒状部２３Ａを嵌合させ、さらにその状態において後方側から環状部材２１の大径筒状部２１Ｂ内に環状部材２２の大径筒状部２２Ｂを気密を保持して嵌装させている。これにより、両環状部材２１，２２が一体に連結されるとともに、その内部にプレート２３が軸心と直交した状態で保持されている。この管体ユニットＵ２は、軸方向の前後に一対の小径筒状部２１Ａ，２２Ａを備えるとともに、それらの間に大径筒状部２１Ｂ，２２Ｂを備えており、さらに、大径筒状部２１Ｂ、２２Ｂと小径筒状部２１Ａ、２２Ａとを接続する一対の端面２１Ｃ、２２Ｃを備えている。このように一体に連結された環状部材２１，２２の外観は、内周部から外周部にわたって軸方向の厚さが徐々に小さくなる円盤状となっている。
上記大径筒状部２１Ｂ、２２Ｂの外径は、上記管体ユニットU１の小径部１３Ａ，１４Ａよりも大きく大径部１４Ｂよりも小さな寸法に設定されている。また、一体に連結された後の両環状部材２１、２２の軸方向長さは、フィン２５の軸方向長さを含めて、上記管体ユニットＵ１の大径部１４Ｂの軸方向長さよりも短く設定されている。
そして、本実施例においては、各管体ユニットＵ２を管体ユニットU１内に収容し、その状態で前後する管体ユニットU２を接続パイプ２４で気密を保持して接続するようになっている。
より詳細には、隣り合う管体ユニットＵ２間に接続パイプ２４を位置させて、その前方側の外周部を前方側の管体ユニットＵ２の小径部２２A内に気密を保持して嵌着し、他方、接続パイプ２４の後方側の外周部を後方側の管体ユニットＵ２の小径部２１Aに気密を保持して嵌着する。それにより、相前後する４組の管体ユニットU２が気密を保持して一体に接続されている。
【００１６】
最も後方側の接続パイプ２４はＬ字形に形成されており、その内方側の端部を最も後方側の管体ユニットＵ２の小径部２２Ａ内に嵌着している。そして、このＬ字形の接続パイプ２４の外方側の端部が第２管体６の後方側の端部６Ａとなっており、この端部６Ａはパイプ１２の貫通孔１２ａを気密を保持して貫通して上記空間１５内に位置している。それにより、４組の管体ユニットＵ２からなる第２管体６の内部空間と上記空間１５が連通しており、空間１５内に冷却水Ｗが導入されると、該空間１５から端部６Ａを介して第２管体６内に冷却水Ｗが導入されるようになっている。
一方、最も前方側の管体ユニットＵ２の小径部２１Ａには他の箇所よりも寸法が長い接続パイプ２４の一端が嵌着されている。この最も前方側の接続パイプ２４の自由端は、上記Ｌ字形のパイプ１１の貫通孔１１ａを気密を保持して貫通させて外方に突出させている。このパイプ２４の自由端が上記第２ポート４Ｂとなっている。
上記最も後方側となるＬ字形の接続パイプ２４と、最も前方側の長い接続パイプ２４は、各管体ユニットＵ１内での各管体ユニットＵ２の軸方向および半径方向の位置決め部材としても機能している。つまり、最も後方側のＬ字形の接続パイプ２４をパイプ１２の貫通孔１２ａに貫通させることで、管体ユニットＵ１内における管体ユニットＵ２の軸方向の位置決めが行われる。また、最も前方側の接続パイプ２４をパイプ１１の貫通孔１１ａに貫通させることで、管体ユニットＵ１に対して管体ユニットＵ２の軸心が一致するようになっている。これにより、第１管体５と第２管体６の軸心が一致するようになっている。
このようにして、第１管体５内に第２管体６が配置されている。この状態の第２管体６の外面（管体ユニットＵ２の外面）と第１管体５の内面（管体ユニットＵ１の内面）との間の空間が第１流体通路３となっている。また、上記ケーシング２の空間１５およびそれから連続する第２管体６の内部空間とによって第２流体通路４が構成されている。
【００１７】
さらに、第１管体５内に第２管体６が配置されることにより、各管体ユニットＵ２の各フィン２５の自由端が対向位置となる管体ユニットＵ１の端面１３Ｃに当接するようになっている。図２ないし図３に示すように、円弧状に形成されたフィン２５は、環状部材２１の端面２１Ｃにおける円周方向等間隔位置に複数設けられるとともに、環状部材２１の内周部から外周部にわたって放射方向に対して少し傾斜させて形成されている。これにより、第１流体通路３内を排気ガスＧが流通する際には、各管体ユニットＵ２のフィン２５によって中心側から放射方向外方側へ流通方向を案内されるようになっている。そのため、排気ガスＧは、各管体ユニットＵ１内でフィン２５によって端面２１Ｃに沿って中心側から外周側へ案内され、その後、端面２２Ｃに沿って外周側から中心側へ案内されるようになっている。つまり、排気ガスＧは、管体ユニットＵ１の内面と管体ユニットＵ２の外面および複数のフィン２５に接触しながら第１流体通路３を流通するようになっている。そのため、第１流体通路３内で排気ガスＧを円滑に流通させることができるとともに、排気ガスＧが各フィン２５に接触することで排気ガスＧの熱がフィン２５を介して第２管体６内の冷却水Ｗへ効率的に伝熱されるようになっている。
【００１８】
以上のように構成された本実施例のＥＧＲクーラー１においては、排気ガスＧがエンジンからＥＧＲ回路へと排出されると、該排気ガスＧは入口３Ａから第１流体通路３に導入され、第１流体通路３を構成する各ユニットＵ１内を流通して、排出口２ＡからＥＧＲ回路へ排出される。また、冷却水Wは第１ポート４Ａから第２流体通路４を構成するケーシング２の空間１５に導入され、その後、端部６Ａから第２管体６内に導入されて、第２管体６を構成する各管体ユニットＵ２内を流通した後に第２ポート４Ｂから排出される。
ここで、第１流体通路３を流通する排気ガスＧは、第１管体５の内面（各管体ユニットＵ１の内面）に接触するとともに第２管体６の外面（各管体ユニットＵ２の外面）および各フィン２５に接触するようになっている。また、第１流体通路３を流通する排気ガスＧは、各管体ユニットＵ２のフィン２５によって中心側から放射方向外方側に向けて円滑に案内されるようになっている。これにより、金属製の第１管体５および第２管体６を介して排気ガスＧと冷却水Wとの間で熱交換が行われるので、排気ガスＧは第２流体通路４を流通する冷却水Wによって効率的に冷却される。
一方、各管体ユニットＵ２は、内部に円板状のプレート２３を備えているので、排気ガスＧの熱を冷却水Ｗへ効率的に伝熱させることができる。つまり、図４に拡大して示すように、接続パイプ２４を介して後方側から管体ユニットＵ２の小径部２２Ａ内に冷却水Ｗが導入されると、該冷却水Ｗはプレート２３における後方側の端面の中央に当接した後にプレート２３に案内されて放射方向外方に向けて流通する。その後、プレート２３の外周部側に穿設された貫通孔２３Ｂを通過した後に、プレート２３の前方側の端面に沿って中央側へ流動し、その後、小径部２１Ａと前方側の接続パイプ２４を通過して、隣接前方側の管体ユニットＵ２に流入する。このようにして第２管体６を構成する各管体ユニットＵ２を順次冷却水Ｗが流通するようになっているので、各プレート２３が存在することにより冷却水Ｗが第２管体６の内面（管体ユニットＵ２の内面）と接触する接触面積を効率的に増大させることができる。従って、第１管体５と第２管体６とを介して排気ガスＧと冷却水Ｗとの熱交換が効率的に行われるようになっている。
以上のように、本実施例においては、第１流体通路３を流通する排気ガスＧが第１管体５と第２管体６を介して冷却水Wと熱交換するための接触面積を大幅に増大させることができる。したがって、本実施例によれば、従来のＥＧＲクーラーと比較して冷却効率が良好なＥＧＲクーラー１を提供することができる。
【００１９】
なお、上記実施例は、本発明を排気ガスＧの熱を冷却水Ｗへ伝熱させるＥＧＲクーラー１に適用した場合を説明しているが、その他の分野の熱交換器として本発明を適用することができる。
また、上記管体ユニットＵ２のフィン２５の枚数や形状については適宜変更することができ、特に上記管体ユニットＵ１、Ｕ２の数を増減することで様々な要求に対応することが可能である。
また、上述した実施例においては、第１ポート４Ａから第２流体通路４内に冷却水Ｗを供給して第２ポート４Ｂから排出させているが、これとは逆に、第２ポート４Ｂから第２流体通路４に冷却水Ｗを供給して第１ポート４Ａから排出させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００２０】
１‥ＥＧＲクーラー（熱交換器）      ２‥ケーシング
３‥第１流体通路                    ４‥第２流体通路
５‥第１管体                        ６‥第２管体
１３Ａ、１４Ａ‥小径部              １４Ｂ‥大径部
２１Ａ、２２Ａ‥小径筒状部（小径部）
２１Ｂ、２２Ｂ‥大径筒状部（大径部）
Ｕ１‥管体ユニット                  Ｕ２‥管体ユニット
Ｇ‥排気ガス（第１流体）            Ｗ‥冷却水（第２流体）
【図１】
2013155667.tif 000003
【図２】
2013155667.tif 000004
【図３】
2013155667.tif 000005
【図４】
2013155667.tif 000006