(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で熱交換が行われる円筒状のシェルと、
上記シェルの一端部近傍の下部に設けられた冷却水の流入口及び他端部近傍の上部に設けられた冷却水の流出口と、
上記シェルの各端部を閉塞するエンドプレートと、
上記両エンドプレート間に架け渡されるとともに、上記シェル内壁に沿って所定間隔をおいて配設された複数のチューブと、
上記シェルの両端部にそれぞれ設けられ、上記チューブを通過するガスが流入するヘッダー及び流出するヘッダーとを有する冷却装置において、
上記シェルにおける上記エンドプレートとの接合部の一部を矩形状に切り欠いて凹部を形成する一方、上記エンドプレートの外周部の一部を打ち込んで凸部を形成し、これら両者を嵌合させることで上記シェルに対する上記エンドプレートの固定位置を定める位置決め手段を、上記シェルの両端部の上記接合部にそれぞれ設け、
上記位置決め手段により、上記流入口及び上記流出口がそれぞれ上記所定間隔をおいて配設されたチューブ同士の間に配置されるよう上記シェルに対する上記エンドプレートの固定位置を定めたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
上記流入口及び流出口はともに、円形のパイプの先端部をシェルの壁面に接続して両者を連通する口部を有し、この口部の径に対する上記チューブの外径を同程度かそれ以上に形成したことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
内部で熱交換が行われる円筒状のシェルと、
上記シェルの一端部近傍の下部に設けられた冷却水の流入口及び他端部近傍の上部に設けられた冷却水の流出口と、
上記シェルの各端部を閉塞するエンドプレートと、
上記両エンドプレート間に架け渡されるとともに、上記シェル内壁に沿って環状に等間隔をおいて配設された複数のチューブと、
上記シェルの両端部にそれぞれ設けられ、上記チューブを通過するガスが流入するヘッダー及び流出するヘッダーとを有する冷却装置において、
上記シェルにおける上記エンドプレートとの接合部の一部を矩形状に切り欠いて凹部を形成する一方、上記エンドプレートの外周部の一部を打ち込んで凸部を形成し、これら両者を嵌合させることで上記シェルに対する上記エンドプレートの固定位置を定める位置決め手段を、上記シェルの両端部の上記接合部にそれぞれ設け、
上記環状に配設されたチューブのうち上記流出口の近傍に配置されるチューブを削除し、上記冷却水の流路を拡大し、上記位置決め手段により、上記削除した位置が合わせられるよう上記シェルに対する上記エンドプレートの固定位置を定めたことを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
上記流入口の近傍に配置されるチューブを削除して上記冷却水の流路を拡大したことを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
【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ＥＧＲ装置等に用いられる冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＧＲ(排気再循環)装置において、排気ガスの冷却のためにＥＧＲの冷却装置４０が用いられている。ＥＧＲ装置では、エンジンの排気系のエキゾーストマニホールドから排出される排気ガス２０の一部を冷却装置４０で冷却し、この冷却された排気ガス２０を吸気系の混合気に加える。
【０００３】
上記冷却装置４０は、図６及び図７（ａ）に示すように、円筒状のシェル４２の両端部にそれぞれ排気ガス２０が通過するヘッダー１２，１３が設けられ、シェル４２の一端部側の下部には冷却水２２の流入口４が、また他端部側の上部には冷却水２２の流出口５がそれぞれ設けられている。これら流入口４及び流出口５は、ともにパイプの先端部をシェル４２の壁面に接続され、円形状の口部４３を介して両者を連通させたものである。
【０００４】
シェル４２の各端部は円板状のエンドプレート４６，４７で閉塞され、これらエンドプレート４６，４７間には、両端部がそれぞれエンドプレートを貫通して固定された円管からなる複数のチューブ４４が配置されている。これらチューブ４４は図７（ａ）に示すように、シェル４２の軸心と同心環状に等間隔で配置されている。そして流入側のヘッダー１２から流入した排気ガス２０はチューブ４４内を通過し、その間に冷却されて流出側のヘッダー１３から流出する。
【０００５】
このようにＥＧＲ装置では、混合気に排出ガスを加えることで吸入空気に含まれる酸素の量をコントロールし、排気ガス中のＮＯｘの量を低減している。ここで、冷却装置４０における排気ガスの冷却が不十分であると、体積が膨張して排気ガスの濃度が希薄となり、必要な排気ガスの量が確保できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、図７（ａ）に示すように、流入口４から流入した冷却水２２は、チューブ４４の抵抗を受けながらチューブ４４間を流通する。これらチューブ４４の内、流入口４の中央部の先方に横たわるチューブ４４により冷却水２２の流入が阻まれ、流入抵抗を受ける。この場合、チューブ４４の外径が比較的細い場合は、冷却水２２の流路を阻む部分も少ないことから上記中央部のチューブ４４による流水抵抗の影響も少ない。
【０００７】
一方、コストダウンの見地から、チューブ４４を太くして本数を削減し、装置を簡素化することが考えられる。しかし、図７（ｂ）に示すように外径が太いチューブ４４を用いた場合は、流入口４の中央部の先方にチューブ４４が横たわる状態で配置されていると、流入口４から流入した冷却水２２は、チューブ４４によって流路が大幅に阻まれ流入に支障をきたし冷却効果も低下するという問題がある。また、流出口５の側についてみても、流出口５の中央部手前に太い外径のチューブ４４が配置されていると、冷却水２２の流出が阻まれて冷却水２２の通過に支障をきたすことになる。
【０００８】
一方、シェル４２の上部には冷却水２２の流出口５が設けられているが、特にシェル４２内の上部に配置されたチューブ４４近傍の冷却水２２は、高温に熱せられて沸騰する場合がある。この沸騰により上記チューブ４４は、その周辺に気泡あるいは空気層が発生して水中から露出し、このため水中では得られていた防振効果が得られなくなり、エンジン等の影響でチューブ４４の振動が激しくなり場合によってはチューブ４４の破損を招くことになる。また、上記空気層等の発生によってチューブ４４回りが乾いて水中に含まれる塩素の濃度が部分的に高くなり、その影響によりチューブ４４が腐食する場合がある等の問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、構造が簡素化されて経済性に優れ、かつ十分な冷却効果が得られる冷却装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の技術的課題を解決するため、本発明に係る冷却装置は、図１に示すように、内部で熱交換が行われる円筒状のシェル２と、上記シェルの一端部近傍の下部に設けられた冷却水２２の流入口４及び他端部近傍の上部に設けられた冷却水２２の流出口５と、上記シェルの各端部を閉塞するエンドプレート８，９と、上記両エンドプレート間に架け渡されるとともに、上記シェル内壁に沿って所定間隔をおいて配設された複数のチューブ１０と、上記シェルの両端部にそれぞれ設けられ、上記チューブを通過するガスが流入するヘッダー１２及び流出するヘッダー１３とを有する冷却装置において、上記シェル２と上記エンドプレート８（９）との接合部の一部の一方側に凹部６を形成する一方他方側に凸部７を形成し、これら両者を嵌合させることで上記シェル２に対する上記エンドプレート８（９）の固定位置を定める位置決め手段３を設け、この位置決め手段により、上記流入口４が上記所定間隔をおいて配設されたチューブ１０同士の間に配置されるよう上記シェル２に対する上記エンドプレート８（９）の固定位置を定めた構成である。
【００１１】
本発明に係る冷却装置は、内部で熱交換が行われる円筒状のシェル２と、上記シェルの一端部近傍の下部に設けられた冷却水２２の流入口４及び他端部近傍の上部に設けられた冷却水２２の流出口５と、上記シェルの各端部を閉塞するエンドプレート８，９と、上記両エンドプレート間に架け渡されるとともに、上記シェル内壁に沿って所定間隔をおいて配設された複数のチューブ１０と、上記シェルの両端部にそれぞれ設けられ、上記チューブを通過するガスが流入するヘッダー１２及び流出するヘッダー１３とを有する冷却装置において、上記シェル２と上記エンドプレート８（９）との接合部の一部の一方側に凹部６を形成する一方他方側に凸部７を形成し、これら両者を嵌合させることで上記シェル２に対する上記エンドプレート８（９）の固定位置を定める位置決め手段３を設け、この位置決め手段により、上記流出口５が上記所定間隔をおいて配設されたチューブ１０同士の間に配置されるよう上記シェル２に対する上記エンドプレート８（９）の固定位置を定めた構成である。
【００１２】
さらに、上記流入口４及び流出口５はともに、円形のパイプの先端部をシェル２の壁面に接続して両者を連通する口部１４，１５を有し、この口部の径に対する上記チューブ１０の外径を同程度かそれ以上に形成した構成である。
【００１３】
本発明に係る冷却装置は、図４及び図５に示すように、内部で熱交換が行われる円筒状のシェル３２と、上記シェルの一端部近傍の下部に設けられた冷却水２２の流入口４及び他端部近傍の上部に設けられた冷却水の流出口５と、上記シェルの各端部を閉塞するエンドプレート３６，３７と、上記両エンドプレート間に架け渡されるとともに、上記シェル内壁に沿って環状に等間隔をおいて配設された複数のチューブ３４と、上記シェルの両端部にそれぞれ設けられ、上記チューブを通過するガスが流入するヘッダー１２，１３及び流出するヘッダーとを有する冷却装置において、上記環状に配設されたチューブ３４のうち上記流出口５の近傍に配置されるチューブ３４を削除し、上記冷却水２２の流路を拡大した構成である。
【００１４】
また、これに加えて、上記流入口４の近傍に配置されるチューブ３４を削除して上記冷却水２２の流路を拡大した構成である。
【００１５】
さらに、上記シェル３２と上記エンドプレート３６（３７）との接合部の一部の一方側に凹部６を形成する一方他方側に凸部７を形成し、これら両者を嵌合させることで上記シェル３２に対する上記エンドプレート３６（３７）の固定位置を定める位置決め手段３を設け、この位置決め手段３により、上記削除した位置が合わせられるよう上記シェル３２に対する上記エンドプレート３６（３７）の固定位置を定めた構成である。
また、上記位置決め手段３を上記シェル２，３２の両端部に設けた構成である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る冷却装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
第一の実施の形態は、ＥＧＲ装置における排気ガス２０の冷却に上記冷却装置を適用したものである。このＥＧＲの冷却装置１は、図１に示すように、内部で熱交換が行われる円筒状のシェル２を有し、その一端部近傍の下部に冷却水２２が流入する流入口４が設けられ、シェル２の他端部近傍の上部には冷却水２２が流出する流出口５が設けられている。
【００１７】
また上記シェル２の各端部は、排気ガス２０と冷却水２２との仕切り板としての円盤状のエンドプレート８，９で閉塞され、これらエンドプレート８，９間には複数のチューブ１０が架設されている。そして上記シェル２の両端部には、上記チューブ１０を通過する排気ガス２０が流入するヘッダー１２、及び流出するヘッダー１３がそれぞれ設けられている。上記シェル２、エンドプレート８，９、チューブ１０及びヘッダー１２，１３は全てステンレス鋼製であり、互いにニッケルろう付けにより接合されている。
【００１８】
上記流入口４及び流出口５は、ともにパイプの先端部をシェル２の壁面に設けた孔の周りに接続したもので、それぞれ上記パイプの内径と同じ口径の円形状の口部１４，１５を介して両者が連通されている。上記流入口４に対して、上記流出口５は円筒状のシェル２の軸心を中心に１８０°の角度をなす対称な位置に配置されている。この冷却装置１は上記流入口４を下方に向け、上記流出口５を上方に向けて設置され、下方から冷却水２２を流入させてチューブ１０を冷却し上方の流出口５から流出させる。
【００１９】
上記チューブ１０は直線状の円管からなる。これらチューブ１０は図２に示すように、シェル２内の中央部に１本のチューブ１０が配置され、このチューブ１０の周りにシェル２の軸心（及びシェル２の壁面）から等距離の位置に、６本のチューブ１０が環状に等間隔で、シェル２の内壁に沿う状態で配置されている。これらチューブ１０は、各端部が上記エンドプレート８，９に固定され、かつエンドプレート８，９に設けた貫通口から突出して架設されている。
【００２０】
さらに、この冷却装置１は図３に示すように、シェル２の一端部には、一箇所、矩形状に切り欠いた凹部６（ノッチ）が形成され、一方上記エンドプレート８の外周部には、内側方向に突出する凸部７（ハーフピアス）が形成されている。この凸部７は、エンドプレート８の端部を板厚の半分程度打ち込んでその裏面側を突出させたものである。上記シェル２に凹部６を形成し、エンドプレート８に凸部７を形成したのは、それぞれ加工が容易であり、製造工程の簡素化の点で優れているためである。
【００２１】
通常、一方のエンドプレート８に全チューブ１０の一端部を固定した状態で、これをシェル２内に装着する。そしてシェル２の一端部をエンドプレート８で閉塞するが、その際上記凸部７を凹部６に嵌合係止させ、この位置決め構造３によりシェル２に設けられた流入口４及び流出口５の位置と、エンドプレート８に装着されたチューブ１０の配置位置との位置決めを行う。そして、シェル２の他端部をエンドプレート９で閉塞する。
【００２２】
この場合、シェル２の他端部及びエンドプレート９にも、上記凹部６及び凸部７をそれぞれ形成して位置決め構造３を設けるのが好適である。これにより、上記一端部のエンドプレート８の位置決めに対して、この他端部のエンドプレート９の位置が正確に定まり、互いに捩れる現象（シェルの軸心に対してチューブが平行とならない）も生じなく加工性に優れる。
【００２３】
ここで、流入口４からシェル２内に流入する冷却水２２が最も大きな流水抵抗を受けるのは、チューブ１０が流入口４の真正面に位置する場合である。したがって、この実施の形態においては、上記位置決め構造３により、最も流水抵抗の少ない二つのチューブ１０同士の隙間が流入口４の真正面に位置するように、上記エンドプレート８の凸部７とシェル２の凹部６との嵌合位置を設定する。
【００２４】
一方、冷却水２２の流出側についてみても、流出口５からに流出する冷却水２２が、最も大きな流出抵抗を受けるのは、チューブ１０が流出口５の真正面に位置する場合である。したがって、二つのチューブ１０同士の隙間が流出口５の真正面に位置する形態が、最も流出抵抗が少ないことになるが、この実施の形態においては、最外側に配置したチューブ１０の数を６本と偶数としているため、上記流入口４に係る位置決めにより、自然と流出口５とチューブ１０とは最も流水抵抗の少ない位置に配置される。したがって冷却水２２の流入側と流出側との双方の流水抵抗を少なくするためには、最外側に配置したチューブ１０の数を偶数とするのが望ましい。また、チューブ１０の数及び配置位置については、他にも様々な形態があり得る。
【００２５】
また、上記流水抵抗を軽減する配置形態について、チューブ１０の外径の太さと、冷却水２２の流入口４及び流出口５の口部１４，１５の大きさとの関係であるが、チューブ１０の外径が太くなれば、上記流水抵抗の軽減の効果も大きくなる。逆に、チューブ１０の外径が細くなれば、チューブ１０の位置の変化による流水抵抗の影響は小さく上記軽減の効果も小さい。
【００２６】
このためチューブ１０の外径と、流入口、及び流出口の径とが略同程度であるときが、上記軽減の効果が大となる基準形態となる。これはチューブ１０の外径が流入口４の口径１４より大きいと、流入口４から流入した冷却水２２の流路が全てチューブ１０によって阻まれる一方、チューブ１０の外径が流入口４より小さいと、流入口から流入した冷却水２２の流路がチューブ１０によって阻まれにくくなるからである。
【００２７】
シェル２をエンドプレート８，９で閉塞した後、シェル２の両端部にそれぞれヘッダー１２，１３を取り付ける。このヘッダー１２（１３）は、エンドプレート８（９）及び、シェル２の外径を縮小加工した部位１６の、各外周を覆う状態で固定される。そして流入側のヘッダー１２から流れ込んだ排気ガス２０は、チューブ１０内を通過し、その間に冷却されて流出側のヘッダー１３から冷却された排気ガス２０となって流出する。
【００２８】
なお、上記位置決め構造としては、上記シェル２の一端部に1箇所、凹部６、凸部７の嵌合係止構造を設けたが、他に、複数箇所の嵌合係止構造を設ける形態であってもよい。また、上記位置決め構造３は上記構造に限らず、シェル２の端部に長手方向に凸部を形成する一方、エンドプレート８の外周部の一部を矩形状に切り欠いて凹部を形成し、これらを嵌合させて位置決めを行うこととしても良く、要は、嵌合係止構造によりシェルに対するエンドプレートの回転方向の位置が定められる構造であればよい。
【００２９】
したがって、上記実施の形態においては、シェルとエンドプレートとの間に凹凸の嵌合構造を設けて、流水抵抗の少ない状態に位置決めを行う位置決め構造を採用することとしたから、チューブの外径を太くした場合であっても、簡単かつ容易に効果的な冷却装置を得ることができ、チューブの簡素化による経済効果を得ることができる。
【００３０】
図４及び図５は、第二の実施の形態に係るＥＧＲの冷却装置３０を示したものである。この冷却装置３０は、上記冷却装置１と同じ部材については、同一の符号を付してここでの説明は省略する。この実施の形態に係る冷却装置３０は、上記冷却装置１と同様に、円筒状のシェル３２の一端部側の下部には冷却水２２の流入口４が取り付けられる一方、他端部側の上部には冷却水２２の流出口５が取り付けられている。
【００３１】
シェル３２内には、両側をそれぞれ円板状のエンドプレート３６，３７で固定された直線状の円管からなる複数のチューブ３４が配置されている。これらチューブ３４は、シェル３２の軸心と同心環状に、それぞれ等間隔をおいて配置されている。これらチューブ３４の端部は、シェル３２の両端部をそれぞれ閉塞するエンドプレート３６，３７に固定され、かつエンドプレート３６，３７に設けた貫通口から突出した形態である。シェル３２の両端部にはそれぞれヘッダー１２，１３が設けられ、流入側のヘッダー１２から流れ込んだ排気ガス２０はヘッダー１３から冷却された排気ガス２０となって流出する。
【００３２】
さらに、この実施の形態では、最外側のチューブ３４のうち流出口５の近傍の５本のチューブ３４を削除（Ｅ）している。この削除については、中央部のチューブ３４のみの削除、或いはこの両側の合わせて３本のチューブ３４の削除等、様々な形態があり得るが、要は、これら削除によりその部位に冷却水２２を充填かつ通過させる領域を確保することにある。
【００３３】
上記チューブ３４の削除（Ｅ）により、その部位に多量の冷却水２２が充填されるので、この上部付近に集中する冷却水２２の沸騰が緩和される。さらに、冷却水２２が流出口５から抵抗なく流出し、冷却水２２の通過が速やかに行えるので、これによってもシェル３２内の上部における冷却水２２の沸騰現象が緩和される。
【００３４】
これと併せて、シェル３２内の流入口４近傍のチューブ３４を削除（Ｄ）することとしても良い。ここでは、流入口４の前方のチューブ３４のみを削除しているが、他にこの両側の合わせて３本のチューブ３４を削除する等、の形態があり得る。これらチューブ３４の削除（Ｄ）により、流入口４から流入する冷却水２２の流入抵抗が軽減されるとともに、流入した冷却水２２が分散されるので、シェル３２内における冷却水２２の通過が良好に行えて冷却効果が高められる。
【００３５】
また、この実施の形態においても上記第一の実施の形態と同様に、シェル３２の一の端部を切り欠いて凹部６を形成する一方、上記エンドプレート３６（３７）の外周部に内側に突出する凸部７を形成し、これらを嵌合する位置決め構造３を設けてもよい。この位置決め構造により、流入口４及び流出口５の位置と、エンドプレートに装着され上記削除したチューブ３４の配置位置との位置決めが正確かつ容易に行える。
【００３６】
したがって上記実施の形態によれば、シェルの流出口近傍のチューブを削除することとしたから、冷却水の沸騰が緩和され、併せて防振効果が期待できることから、チューブの腐食、破損が防止され、加えて冷却効果が高められる。また、シェルの流入口近傍のチューブを削除したから、シェル内に流入する冷却水の流入抵抗が緩和され、冷却水の通過が速やかに行われて冷却効果が高められる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る冷却装置によれば、位置決め手段を設け、これにより流入口が所定間隔をおいて配設されたチューブ同士の間に配置されるようシェルに対するエンドプレートの固定位置を定めた構成を採用したから、冷却水の流入口における流れ抵抗が軽減される位置への位置決めが容易かつ正確に行えるとともに冷却効果が高められ、またチューブの外径を太くした場合であっても、簡単かつ容易に効果的な冷却装置を得ることができ、チューブの簡素化による経済効果を得ることができるという効果を奏する。
【００３８】
また、本発明に係る冷却装置によれば、位置決め手段を設け、これにより流出口が所定間隔をおいて配設されたチューブ同士の間に配置されるようシェルに対するエンドプレートの固定位置を定めた構成を採用したから、冷却水の流出口側における流れ抵抗が軽減される位置への位置決めが容易かつ正確に行えるとともに冷却効果が高められ、また上記と同様に効果的な冷却装置及び経済効果を得ることができるという効果がある。
【００３９】
さらに、流入口及び流出口はともに、円形のパイプの先端部をシェルの壁面に接続して両者を連通する口部を有し、この口部の径に対するチューブの外径を同程度かそれ以上に形成したから、外径の太いチューブを用いて、簡易かつ効果的な冷却装置を得ることができ、チューブの簡素化による優れた経済効果を得ることができるという効果がある。
【００４０】
また、本発明に係る冷却装置によれば、環状に配設されたチューブのうち流出口の近傍に配置されるチューブを削除し、冷却水の流路を拡大したから、冷却水の沸騰が緩和され併せて防振効果が期待できることから、チューブの腐食、破損が防止され加えて冷却効果も高められるという効果を奏する。
【００４１】
また、流入口の近傍に配置されるチューブを削除して冷却水の流路を拡大したから、さらに冷却水の流入口側における流れ抵抗が軽減され冷却効果が高められるという効果がある。
【００４２】
さらに、位置決め手段により、削除した位置が合わせられるようシェルに対するエンドプレートの固定位置を定めたから、流出口又は流入口の位置に対するチューブの削除位置の位置決めが正確かつ容易に行えるという効果がある。
【００４３】
また、位置決め手段をシェルの両端部に設けたから、一端部のエンドプレートの位置決めに対して、この他端部のエンドプレートの位置が正確に定まり、加工が精密に行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る冷却装置の斜視図である。
【図２】第一の実施の形態に係る冷却装置の断面を示す図である。
【図３】実施の形態に係る凹凸の位置決め構造を示す図である。
【図４】第二の実施の形態に係る冷却装置の断面を示す図である。
【図５】第二の実施の形態に係る冷却装置の斜視図である。
【図６】従来例に係る冷却装置の斜視図である。
【図７】冷却装置の断面に係り、（ａ）は細いチューブを用いた例、（ｂ）は太いチューブを用いた例を示す図である。
【符号の説明】
２，３２  シェル
３  位置決め手段（位置決め構造）
４  流入口
５  流出口
６  凹部
７  凸部
８，９、３６，３７  エンドプレート
１０，３４  チューブ
１２，１３  ヘッダー
【図１】
0004101507.tif 000002
【図２】
0004101507.tif 000003
【図３】
0004101507.tif 000004
【図４】
0004101507.tif 000005
【図５】
0004101507.tif 000006
【図６】
0004101507.tif 000007
【図７】
0004101507.tif 000008