(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またはハブに伝熱管群が固着配列され、かつ該伝熱管群はその中間部をバッフルプレートで支持され、さらに前記胴管の両端部には端部キャップが固着され、また前記端部キャップには高温流体の流入口と流出口が設けられ、前記端部キャップの高温流体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熱交換器において、胴管内の冷却媒体レベルが低下した場合に、少なくとも冷却媒体レベルより露出する前記チューブシートの内壁面またはハブの内壁面またはバッフルプレートの外表面を、銅めっき層または銅クラッド層で被覆したことを特徴とする多管式熱交換器。
【請求項２】
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またはハブに伝熱管群が固着配列され、かつ該伝熱管群はその中間部をバッフルプレートで支持され、さらに前記胴管の両端部には端部キャップが固着され、また前記端部キャップには高温流体の流入口と流出口が設けられ、前記端部キャップの高温流体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熱交換器において、胴管内の冷却媒体レベルが低下した場合に、少なくとも冷却媒体レベルより露出する伝熱管を銅めっき層または銅クラッド層を有する管で構成したことを特徴とする多管式熱交換器。
【請求項３】
銅めっき層または銅クラッド層を有する管で構成した伝熱管を管軸方向に傾斜して配置したことを特徴とする請求項２記載の多管式熱交換器。
【請求項４】
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またはハブに伝熱管群が固着配列され、かつ該伝熱管群はその中間部をバッフルプレートで支持され、さらに前記胴管の両端部には端部キャップが固着され、また前記端部キャップには高温流体の流入口と流出口が設けられ、前記端部キャップの高温流体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熱交換器において、胴管内の冷却媒体レベルが低下した場合に、少なくとも冷却媒体レベルより露出する前記伝熱管相互間または各伝熱管に、一部が冷却媒体中に浸漬するごとく板状または棒状の放熱部材を取付けたことを特徴とする多管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＥＧＲガスの冷却に用いられる多管式の熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばエンジンの冷却液などによってＥＧＲガスを冷却する装置として利用される多管式の熱交換器は、図８、図９にその一例を示すごとく、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、ストレート管の伝熱管２−１で構成された伝熱管群２の両端部が板金製のチューブシート３にろう付けにより固着配列され、該伝熱管群２の中間部はバッフルプレート５にて支持されており、一方、チューブシート３はその外周端部を胴管１にろう付けにより固着され、前記胴管１の一方の端部には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が固着された構成となし、かつ前記端部キャップ４のガス流入口４−１およびガス流出口４−２の外側開口端部に締結用フランジ６が外嵌固着された構造となっているものが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の多管式熱交換器において、エンジンの冷却液などの冷却水を冷媒として用いてＥＧＲガスを冷却する場合、前記冷却水が胴管１内に充満している場合は問題ないが、例えばエンジンの冷却水量が何等かの原因により減少して胴管１内の水位が下がり胴管１の上側内周面近傍の伝熱管群２の一部が水面より露出して蒸気中に存在すると、その外表面の温度が当該伝熱管内を通過するＥＧＲガス温度まで上昇してしまい、その結果高い熱応力を生じてろう付け継手部より破壊するか、あるいはチューブシート３間で伝熱管が伸びて座屈や曲がりを生じてＥＧＲガス冷却装置の寿命を縮めてしまうという問題を生じ、また伝熱管の一部が水面より露出すると当該伝熱管はほとんど冷却されないため熱交換性能も低下するという問題を生じる。
【０００４】
本発明は上記した従来の多管式熱交換器の問題を解決するためになされたもので、何等かの原因で胴管内の冷却水の水位が下がり胴管の上側内周面近傍の伝熱管群の一部が水面より露出して外表面の温度が上昇しても、その熱が胴管内の冷却水中に放熱されるような手段をこうじることにより伝熱管の座屈や曲がりを防止し冷却装置の寿命を延ばすことができるとともに、熱交換性能の低下を防止し得る多管式熱交換器を提供しようとするものである。
【０００５】
【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またはハブに伝熱管群が固着配列され、かつ該伝熱管群はその中間部をバッフルプレートで支持され、さらに前記胴管の両端部には端部キャップが固着され、また前記端部キャップには高温流体の流入口と流出口が設けられ、前記端部キャップの高温流体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であって、ほぼ水平に配置される多管式熱交換器において、胴管の上側内周面近傍の伝熱管群の一部が水面より露出して外表面の温度が上昇した場合の伝熱面の熱を胴管内冷却媒体中に伝熱し得る手段を設けたもので、その第１の実施態様は胴管内の冷却媒体レベルが低下した場合に、少なくとも冷却媒体水面より露出する前記チューブシートの内壁面またはハブの内壁面またはバッフルプレートの外表面を、銅めっき層または銅クラッド層で被覆したことを特徴とし、第２の実施態様は胴管内の冷却媒体レベルが低下した場合に、少なくとも冷却媒体水面より露出する伝熱管を銅めっき層または銅クラッド層を有する管で構成したことを特徴とし、第３の実施態様は前記銅めっき層または銅クラッド層を有する管で構成した伝熱管を管軸方向に傾斜して配置したことを特徴とし、第４の実施態様は胴管内の冷却媒体レベルが低下した場合に、少なくとも冷却媒体水面より露出する前記伝熱管相互間または各伝熱管に、一部が冷却媒体中に浸漬するごとく板状または棒状の放熱部材を取付けたことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明において、胴管内の冷却媒体レベルが低下した場合に、少なくとも冷却媒体水面より露出するチューブシートの内壁面またはハブの内壁面またはバッフルプレートの表面を、銅めっき層または銅クラッド層で被覆したのは、高温となった伝熱管の外表面の熱をチューブシートの内壁面またはハブの内壁面またはバッフルプレートの表面に形成した銅めっき層または銅クラッド層を介して冷却媒体中に放熱させるためである。また、少なくとも冷却媒体水面より露出する伝熱管を銅めっき層または銅クラッド層を有する管で構成したのは、高温となった伝熱管の外表面の熱を伝熱管の銅めっき層または銅クラッド層を介して冷却媒体中に放熱させるためである。さらに、少なくとも冷却媒体水面より露出する前記伝熱管相互間または各伝熱管に、一部が冷却媒体中に浸漬するごとく板状または棒状の放熱部材を取付けのは、高温となった伝熱管の外表面の熱を前記放熱部材を介して冷却媒体中に放熱させるためである。
【０００７】
すなわち、何等かの原因で胴管内の冷却媒体のレベルが、胴管の上側内壁付近の伝熱管が胴管内の冷却媒体のレベルより露出する位に下がった場合、冷却媒体レベルより露出した伝熱管は、当該管内を通流する高温流体の熱により管外表面温度が上昇するが、その熱はチューブシートの内壁面またはハブの内壁面またはバッフルプレートに設けた銅めっき層または銅クラッド層、または伝熱管自体に設けた銅めっき層または銅クラッド層、あるいは伝熱管に装着した板状または棒状の放熱部材により冷却媒体中に放熱されるので、伝熱管の管外表面温度が極端に上昇することがなくなり、熱応力が軽減されることにより伝熱管の伸びを抑制することができる。
【０００８】
なお、本発明において伝熱手段に銅めっき層または銅クラッド層を用いたのは、以下に示す理由による。
すなわち高温で使用される多管式熱交換器の構成部品はその耐熱性から鉄系、クロム系、ニッケル系などの金属であるが、銅は前記いずれの金属よりも熱伝達性に優れているからである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図７は本発明に係る多管式熱交換器を例示したもので、図１は同上多管式熱交換器のチューブシートの内壁面に銅めっき層または銅クラッド層を設けた例を示す要部拡大正面図、図２は同上多管式熱交換器のハブの内壁面に銅めっき層または銅クラッド層を設けた例を示す要部拡大正面図、図３は同上多管式熱交換器のバッフルプレートの表面を銅めっき層または銅クラッド層で被覆した例を示す要部拡大正面図、図４は同上多管式熱交換器の伝熱管に銅めっき層または銅クラッド層を施した例を示す要部拡大正面図、図５は同上の多管式熱交換器において、銅めっき層または銅クラッド層を施した伝熱管を管軸方向に傾斜したり、あるいは特願平１０−３３８１９５号に示したようにスパイラル状に弯曲して配管した例を示す要部拡大正面図、図６は銅めっき層または銅クラッド層を施した伝熱管を有する多管式熱交換器を傾斜設置した例を示す要部拡大正面図であり、図７は同上の多管式熱交換器において、伝熱管相互間または各伝熱管に板状または棒状の放熱部材を取付けた例を示し、（Ａ）は要部拡大正面図、（Ｂ）は（Ａ）のイーイ線上の断面図、（Ｃ）は図（Ａ）、（Ｂ）の変形例を示す図（Ｂ）相当図であり、７はハブ、８は放熱部材、９は冷却水である。なおここではＥＧＲガスの冷却に利用される多管式熱交換器を例にとり説明する。
【００１０】
まず図１に示す多管式熱交換器は、図８、図９に示す多管式熱交換器に本発明を適用した例で、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、ＳＵＳ３１６製のストレート管の伝熱管２−１で構成された伝熱管群２の両端部が板金製のチューブシート３にろう付けにより固着配列され、該伝熱管群２の中間部はバッフルプレート５にて支持されており、一方、チューブシート３はその外周端部を胴管１にろう付けにより固着され、前記胴管１の一方の端部には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が固着された構成となし、かつ前記端部キャップ４のガス流入口４−１およびガス流出口４−２の外側開口端部に締結用フランジ６が外嵌固着された構造の多管式熱交換器の前記チューブシート３の内壁面に銅めっき層または銅クラッド層からなる被覆層３−１を設け、各伝熱管２−１の両端部の外表面が前記被覆層３−１に接するように構成したものである。なお、チューブシート３の材質としては例えばＳＵＳ３１６などである。
【００１１】
上記図１に示す多管式熱交換器において、冷却水量が何等かの原因により減少して胴管１内の水位が下がり胴管１の上側内周面近傍の伝熱管２−１が水面より露出した場合、当該伝熱管２−１はその外表面の温度が当該伝熱管内を通過する高温流体により上昇するも、その外表面の熱はチューブシート３の内壁面に設けた銅めっき層または銅クラッド層からなる被覆層３−１を伝って冷却水９中に放熱されるため、冷却水９の水面より露出した伝熱管２−１の外表面温度が極端に上昇することはなくなり、ろう付け継手部の破壊や伝熱管の伸びによる座屈や曲がりなどの損傷を生じるような応力が発生することはない。
【００１２】
つぎに、図２に示す多管式熱交換器は、胴管１の両端部に冷却媒体流入口１−１および冷却媒体流出口（図面省略）を有する材質がＳＣＳ１４製のハブ７が固着され、このハブ７に伝熱管２−１で構成された伝熱管群２の両端部が固着配列され、かつ該ハブ７に端部キャップ４が取着された構造であって、前記ハブ７の伝熱管群固着内壁面に銅めっき層または銅クラッド層からなる被覆層７−１を設け、各伝熱管２−１の両端部の外表面が前記被覆層７−１に接するように構成したものである。したがって、この多管式熱交換器の場合は、胴管１内の冷却水の水面より露出した伝熱管２−１の外表面の熱は、ハブ７の伝熱管群固着内壁面に設けた銅めっき層または銅クラッド層からなる被覆層３−１を伝って冷却水９中に放熱されることとなるので、冷却水の水面より露出した伝熱管２−１の外表面温度が極端に上昇することはない。
【００１３】
また、図３に示す多管式熱交換器は、胴管１内に固着配列された伝熱管群２の中間部を支持するバッフルプレート５の外表面に銅めっき層または銅クラッド層からなる被覆層５−１を設け、該被覆層５−１と伝熱管２−１の外表面が接するように構成したものである。したがってこの多管式熱交換器の場合は、胴管１内の冷却水９の水面より露出した伝熱管２−１の外表面の熱はバッフルプレート５の外表面に設けた銅めっき層または銅クラッド層からなる被覆層５−１を伝って冷却水９中に放熱されることとなるので、冷却水９の水面より露出した伝熱管２−１の外表面温度が極端に上昇することはない。
【００１４】
図４に示す多管式熱交換器は、胴管１内に固着配列された伝熱管群２において、少なくとも胴管１内の冷却水９の水面より露出する伝熱管２−１を銅めっき層または銅クラッド層を有する管で構成した例で、ここでは伝熱管２−１を銅クラッド管で構成した例を示す。すなわち、伝熱管２−１はＳＵＳ３０４製の内管２−１ａと外管２−１ｂの間に銅クラッド層２−１ｃを設けた３層構造のパイプで構成されている。したがって胴管１内の冷却水９の水面より伝熱管２−１の外表面の一部が露出した場合には、その露出した当該伝熱管２−１の外表面の熱はＳＵＳ３０４製の内管２−１ａと外管２−１ｂおよび銅クラッド層２−１ｃを伝って冷却水９中に放熱されることとなり、冷却水９の水面より一部が露出した伝熱管２−１の外表面温度が極端に上昇することはない。
【００１５】
図５に示す多管式熱交換器は、胴管１内に固着配列された伝熱管群２において、少なくとも胴管１の上側内周面近傍の伝熱管２−１の一部が冷却水９中に浸漬されるように傾斜したり、あるいは特願平１０−３３８１９５号に示したようにスパイラル状に弯曲して設置するもので、その伝熱管２−１としてはより放熱効果を得るため例えば銅めっき層または銅クラッド層からなる被覆層２−１ｄを有する管を使用し、この被覆層２−１ｄを有する伝熱管２−１を図示のごとく当該伝熱管の一部が冷却水９中に浸漬されるように長手方向に傾斜して設置する。したがってこの多管式熱交換器において、胴管１内の冷却水の水位が低下した場合、傾斜あるいはスパイラル状に弯曲設置した伝熱管２−１の管軸方向長さの一部は水位が低下した胴管１内の冷却水９の水面より上方に露出するも、該伝熱管２−１の他部は水中に存在するので、水面より上方に露出した部分が高温流体で加熱されても、水中に存在している部分で冷却されるので露出部分も間接的に冷却されて高温流体の温度よりはかなり低温となる。
【００１６】
また、図６は伝熱管２群が胴管１の管軸と平行に配列した通常の多管式熱交換器の少なくとも胴管１の上側内周面近傍の伝熱管２−１を上記図５に示す銅めっき層または銅クラッド層からなる被覆層２−１ｄを有する伝熱管２−１に替え、この多管式熱交換器本体を傾斜して設置することにより、胴管１内の冷却水の水位が低下した場合伝熱管２−１の管軸方向長さの一部が胴管１内の冷却水９の水面より上方に露出するも、該伝熱管２−１の他部は水中に浸漬された状態となるので、図５と同様に水面より上方に露出した部分が高温流体で加熱されても、水中に存在している部分で冷却されるので露出部分も間接的に冷却されて高温流体の温度よりはかなり低温となる。
【００１７】
一方、図７に示す多管式熱交換器は、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またはハブに伝熱管群が固着配列された通常の多管式熱交換器において、少なくとも胴管１の上側内周面近傍の伝熱管２−１に板状の放熱部材８を取付けた例であり、（Ａ）（Ｂ）は伝熱管２−１の相互間に放熱部材８を掛け渡すとともに該放熱部材の両端部をカシメ、好ましくはろう付けまたは溶接にて伝熱管２−１に固着した例であり、（Ｃ）は胴管１の上側内周面近傍の伝熱管２−１に板状の放熱部材８−１をその下側が冷却水中に浸漬されるようにカシメ、ろう付けまたは溶接にて固着した例である。したがって胴管１内の冷却水９の水面より伝熱管２−１の外表面の一部が露出した場合には、その露出した当該伝熱管２−１の外表面の熱は放熱部材８または放熱部材８−１を伝って冷却水９中に放熱されることとなり、冷却水９の水面より一部が露出した伝熱管２−１の外表面温度が極端に上昇することはない。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は上記のごとく構成してなるから、何等かの原因で胴管内の冷却媒体のレベルが低下して胴管の上側内壁付近の伝熱管がその冷却媒体レベルより露出し、当該伝熱管の外表面温度が上昇しても、その熱はチューブシートの内壁面またはハブの内壁面またはバッフルプレートに設けた銅めっき層または銅クラッド層、または伝熱管自体に設けた銅めっき層または銅クラッド層、あるいは伝熱管に装着した板状または棒状の放熱部材により冷却媒体中に放熱されるので、伝熱管の管外表面温度が極端に上昇することがなくなり、熱応力が軽減されることにより伝熱管の伸びを抑制することが可能となり、伝熱管の熱膨張に伴うチューブシートとのろう付け部あるいは溶接部の破壊や、伝熱管の曲がりや座屈などを防止できるので、胴管内の冷却水の水位が低下しても熱交換性能の低下を防止できるとともに、冷却装置の寿命を延ばすことができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】チューブシートの内壁面に銅めっき層または銅クラッド層を設けた多管式熱交換器の一例を示す要部拡大正面図である。
【図２】ハブの内壁面に銅めっき層または銅クラッド層を設けた多管式熱交換器の一例を示す要部拡大正面図である。
【図３】バッフルプレートの表面を銅めっき層または銅クラッド層で被覆した多管式熱交換器の一例を示す要部拡大正面図である。
【図４】表面に銅めっき層または銅クラッド層を施した伝熱管を用いた多管式熱交換器の一例を示す要部拡大正面図である。
【図５】表面に銅めっき層または銅クラッド層を施した伝熱管を管軸方向に傾斜して配管した多管式熱交換器例の一例を示す要部拡大正面図である。
【図６】表面に銅めっき層または銅クラッド層を施した伝熱管を傾斜設置して構成した多管式熱交換器の一例を示す要部拡大正面図である。
【図７】伝熱管相互間または各伝熱管に板状または棒状の放熱部材を取付けた多管式熱交換器例の一例を示し、（Ａ）は要部拡大正面図、（Ｂ）は（Ａ）のイーイ線上の断面図、（Ｃ）は図（Ａ）、（Ｂ）の変形例を示す図（Ｂ）相当図である。
【図８】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中央部を省略して示す横断平面図である。
【図９】図８Ａ−Ａ線上の断面図である。
【符号の説明】
１  胴管
１−１  冷却水入口
１−２  冷却水出口
２  伝熱管群
２−１  伝熱管
２−１ａ  内管
２−１ｂ  外管
２−１ｃ  銅クラッド層
２−１ｄ  被覆層
３  チューブシート
４  端部キャップ
４−１  高温流体流入口
４−２  高温流体流出口
５  バッフルプレート
６  締結用フランジ
７  ハブ
８、８−１  放熱部材
９  冷却水
【図１】
0004332870.tif 000002
【図２】
0004332870.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004332870.tif 000005
【図５】
0004332870.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004332870.tif 000008
【図８】
0004332870.tif 000009
【図９】
0004332870.tif 000010