(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内壁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た構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、伝熱管群の両端部を固着配列するチューブシートを断面コ字形状またはカップ形とし、該チューブシートと前記伝熱管群がろう付けによって接合固着され、さらに該チューブシートの外周面が胴管内壁の両端部に固着され、該チューブシートの管軸方向外面端部に端部キャップが固着され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り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５、図６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６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、かかる構造の場合、ろう付け時の胴管１１と伝熱管群１２、チューブシート１３および端部キャップ１４ａ、１４ｂの加熱・冷却のタイムラグによる各部の熱膨張差により、図７に示すごとくチューブシート１３が変形し、ろう付け性、ろう付け強度が低下するという問題があった。そして、このようなチューブシート１３の変形は伝熱管長が長いほど顕著であることも確認されている。
【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チューブシートの変形によるろう付け性、ろう付け強度の低下の問題を解決するためになされたもので、チューブシートの形状を変えることによって伝熱管長の長短にかかわらずろう付け時の熱膨張の影響をほとんど受けることのない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内壁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た構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、伝熱管群の両端部を固着配列するチューブシートを断面コ字形状またはカップ形とし、該チューブシートと前記伝熱管群がろう付けによって接合固着され、さらに該チューブシートの外周面が胴管内壁の両端部に固着され、該チューブシートの管軸方向外端部に端部キャップが固着された構造となしたことを特徴とするものである。
【０００８】
すなわち、本発明はろう付け時の胴管、伝熱管群、チューブシートおよび端部キャップの熱膨張差によるチューブシートの変形を防止するため、チューブシートを断面コ字形状またはカップ形としたもので、これによりチューブシートと伝熱管群を先にろう付けし、後工程で胴管内壁の両端部とチューブシートとを溶接することが可能となりチューブシートに対する熱影響をほとんどなくすことができる。
【０００９】
また、本発明における断面コ字形状またはカップ形のチューブシートは、外向きまたは内向きのいずれの向きに配置してもよく、またサイズ的には両方共に同一径のものを用いるのが一般的であるが、伝熱管の長いＥＧＲガス冷却装置の場合は製作上径の異なるチューブシートを用いる方が好ましい。すなわち、伝熱管が長くなると胴管が楕円形状となり、チューブシートと胴管との組付け性が悪くなる。このため径の異なるチューブシートを用いると、仮に胴管が多少楕円形状となっていても、径の大きい方のチューブシート側はそのまま外嵌でき、径の小さいチューブシート側は胴管の径を絞って外嵌することになるため、胴管とチューブシートとの組付け性が良好となるからである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は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、図１は断面コ形で同一径のチューブシートを外向きに用いたＥＧＲガス冷却装置の一実施例を中央部を省略して示す拡大横断平面図、図２は断面コ形で径の異なるチューブシートを外向きに用いたＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示す図１相当図、図３は断面コ字形で同一径のチューブシートを内向きに用いたＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示す図１相当図、図４は断面コ形で径の異なるチューブシートを内向きに用いたＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示す図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、３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。
【００１１】
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、両端部にそれぞれ外向きに配置した断面コ字形のチューブシート３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する。一方、チューブシート３はその外周部を胴管１の両端内壁にろう付けまたは溶接により追って固着する。また、前記チューブシート３の一方の開口端部にはＥＧＲガスの流入口４−１が設けられた端部キャップ４が固着され、また他方の開口端部にはＥＧＲガスの流出口４−２が設けられた端部キャップ４が固着され、この両側の端部キャップ４に締結用フランジ５が固着された構成となしている。
【００１２】
次に、図２に示すＥＧＲガス冷却装置は、チューブシートと胴管との組付け性を考慮して、径の異なる断面コ字形チューブシートを外向きに用いた例で、この場合胴管１は径の大きい方のチューブシート３の外径と同一径の内径を有し、径の大きい方のチューブシート３側は胴管１をそのまま径の大きい方のチューブシート３に外嵌して追ってろう付けまたは溶接し、径の小さい方のチューブシート３側は胴管１の端部を絞って当該チューブシート３に外嵌して追ってろう付けまたは溶接する。そして、両端部のチューブシート３の開口端部に端部キャップ４を予めろう付けまたは溶接する。
【００１３】
また、図３に示すＥＧＲガス冷却装置は、断面コ字形で同一径のチューブシートを内向きに用いた例で、構造的にはチューブシート３が内向きに配置され、その背面側端部に端部キャップ４が溶接されている以外は図１のものと同一である。
【００１４】
さらに、図４に示すＥＧＲガス冷却装置は、チューブシートと胴管との組付け性を考慮して、径の異なる断面コ字形チューブシートを内向きに用いた例で、構造的にはチューブシート３が内向きに配置され、その背面側端部に端部キャップ４が溶接されている以外は図２のものと同一である。
【００１５】
上記した図１〜図４に示す各ＥＧＲガス冷却装置において、その組立てに際しては、断面コ字形のチューブシート３に伝熱管群２を先にろう付けし、後工程で胴管１の両側を溶接することができるので、チューブシート３に対する胴管１と伝熱管群２の熱膨張の影響をほぼ皆無にできる。また、この手順で組立てることにより、胴管１をチューブシート３に溶接する前にチューブシート３と伝熱管群２とのろう付け状態の良否をチューブシート３の両側から確認することができる点でも有利である。
【００１６】
なおここでは、チューブシートとして断面コ字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でも同様の作用効果が得られることはいうまでもない。
【００１７】
【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、伝熱管群を固着配列するチューブシートを断面コ字形状またはカップ形としたことにより、ろう付け時の胴管、伝熱管群、チューブシートおよび端部キャップの熱膨張差によるチューブシートの変形をほぼ完全に防止することができ優れたろう付け性、ろう付け強度が得られ、また両側のチューブシートのサイズを変えることによって伝熱管の長いものでもろう付け時の熱膨張の影響をほとんど受けることがないため、チューブシートの変形をほぼ完全に防止することができ、ろう付け性、ろう付け強度の優れたものが得られ、さらに胴管をチューブシートに溶接する前にチューブシートと伝熱管群とのろう付け状態の良否を確認することができるので、品質の信頼性を確保できるなどの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】断面コ字形で同一径のチューブシートを外向きに用いたＥＧＲガス冷却装置の一実施例を中央部を省略して示す拡大横断平面図である。
【図２】断面コ字形で径の異なるチューブシートを外向きに用いたＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示す図１相当図である。
【図３】断面コ字形で同一径のチューブシートを内向きに用いたＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示す図１相当図である。
【図４】断面コ字形で径の異なるチューブシートを内向きに用いたＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示す図１相当図
【図５】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示す一部破断平面図である。
【図６】同上従来のＥＧＲガス冷却装置の胴管、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。
【図７】図６に示す接合部分の変形例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
３  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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