(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固着され、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てなる多管式のＥＧＲガス冷却装置において、
前記ＥＧＲガス流入側（高温側）に設けられた構成部品であるチューブシートおよび端部キャップと、伝熱管および胴管の一端部とをろう付けにて固着し、且つ、前記ＥＧＲガス流出側（低温側）に設けられた構成部品であるチューブシートまたは端部キャップの少なくとも一方と、伝熱管または胴管の少なくとも一方との固着に耐熱性樹脂系接着剤を使用したことを特徴とするＥＧＲガス冷却装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲガス流出側（低温側）の端部キャップと胴管端部との間に短寸の円筒体を介在させて固着し、少なくとも前記円筒体と胴管との固着に耐熱性樹脂系接着剤を使用したことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲガス冷却装置。
【請求項３】
前記耐熱性樹脂系接着剤は米国連邦規格  ＭＭＭ−Ａ−１３２のＴＹＰＥ  ４にランクされるものを使用することを特徴とする請求項１または２記載のＥＧＲガス冷却装置。
【請求項４】
前記耐熱性樹脂系接着剤はアセチレン末端ポリイミド、ポリフェニルキノキサリン、ビスマレイミド、エポキシーフェノリックまたはポリエーテルイミド添加エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のＥＧＲガス冷却装置。
【請求項５】
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チューブシートを固着し、該チューブシートに伝熱管群の両端部を固着して配列し、さらに前記胴管の両端部にはＥＧＲガスの流入口と流出口を有する端部キャップを固着してなる多管式のＥＧＲガス冷却装置の製造方法において、前記ＥＧＲガス流入側（高温側）に設けられた構成部品であるチューブシートおよび端部キャップと、伝熱管および胴管の一端部とをろう付けした後、前記ＥＧＲガス流出口（低温側）に設けられた構成部品であるチューブシートまたは端部キャップの少なくとも一方と、伝熱管または胴管の他端部の少なくとも一方を耐熱性樹脂系接着剤により接着したことを特徴とするＥＧＲガス冷却装置の製造方法。
【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およびその製造技術に関するものである。
【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る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８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ている。そして、このような多管式熱交換器のろう付けは、当該熱交換器全体をろう付け炉内に装入して加熱、冷却する方法により行われる。
【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は、高温側（ＥＧＲガス流入側）、低温側（ＥＧＲガス流出側）共にろう付けによりチューブシート１３または端部キャップ１４ａ、１４ｂに固着されているが、熱交換器全体をろう付け炉内に装入して加熱、冷却するろう付け方法においては、熱交換器の胴管１１と該胴管内の伝熱管群１２とでは加熱時、冷却時とも双方の温度むらによる温度差が生じる。この温度むらのためろう付け完了後、胴管１１と伝熱管群１２には軸方向の残留応力（一方に引張残留応力、他方に圧縮残留応力）が発生する。この場合、伝熱管群１２は薄肉のため残留応力値が胴管１１より高くなり易い。このような状態で伝熱管群１２がエンジンなどによる振動、衝撃を受けると、伝熱管群１２は振動による曲げ変形を生じ、チューブシート１３とのろう付け部付近は圧縮と引張りの繰返し応力を受け、伝熱管群１２が疲労破壊する可能性があった。
【０００６】
本発明は上記したろう付けによる残留応力と振動による繰返し応力に起因する伝熱管群の疲労破壊を防止するためになされたもので、ろう付け時における残留応力の発生を可及的に抑制することによって耐振性を向上させて伝熱管群の疲労破壊を防止し得る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チューブシートまたは端部キャップとの固定を、高温側（ＥＧＲガス流入側）は従来と同様ろう付けとするが、低温側（ＥＧＲガス流出側）は高温に耐える樹脂系接着剤により接着して、軸方向の残留応力を発生させないようにしたもので、そのＥＧＲガス冷却装置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固着され、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てなる多管式のＥＧＲガス冷却装置において、前記ＥＧＲガス流入側（高温側）に設けられた構成部品であるチューブシートおよび端部キャップと、伝熱管および胴管の一端部とをろう付けにて固着し、且つ、前記ＥＧＲガス流出側（低温側）に設けられた構成部品であるチューブシートまたは端部キャップの少なくとも一方と、伝熱管または胴管の少なくとも一方との固着に耐熱性樹脂系接着剤を使用したことを特徴とするものである。また前記ＥＧＲガス流出側（低温側）の端部キャップと胴管端部との間に短寸の円筒体を介在させて固着し、少なくとも前記円筒体と胴管との固着に耐熱性樹脂系接着剤を使用したりするものである。さらに前記耐熱性樹脂系接着剤は米国連邦規格  ＭＭＭ−Ａ−１３２のＴＹＰＥ  ４にランクされるものを使用することを特徴とし、その耐熱性樹脂系接着剤はアセチレン末端ポリイミド、ポリフェニルキノキサリン、ビスマレイミド、エポキシーフェノリックまたはポリエーテルイミド添加エポキシ樹脂であることを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明に係るＥＧＲガス冷却装置の製造方法は、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チューブシートを固着し、該チューブシートに伝熱管群の両端部を固着して配列し、さらに前記胴管の両端部にはＥＧＲガスの流入口と流出口を有する端部キャップを固着してなる多管式のＥＧＲガス冷却装置の製造方法において、前記ＥＧＲガス流入側（高温側）に設けられた構成部品であるチューブシートおよび端部キャップと、伝熱管および胴管の一端部とをろう付けした後、前記ＥＧＲガス流出口（低温側）に設けられた構成部品であるチューブシートまたは端部キャップの少なくとも一方と、伝熱管または胴管の他端部の少なくとも一方を耐熱性樹脂系接着剤により接着したことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明において、米国連邦規格  ＭＭＭーＡー１３２のＴＹＰＥ  ４にランクされる耐熱性樹脂系接着剤を用いたのは、優れた耐熱耐久信頼性を有するからである。
【００１０】
すなわち本発明はＥＧＲガス冷却装置の低温側（ＥＧＲガス流出側）の固着手段に耐熱性樹脂系接着剤による接着方式を採用することにより、ろう付け時の加熱、冷却により胴管と伝熱管群に発生する温度むらによる温度差に起因する軸方向の変動を低温側の非固着部分で吸収し、軸方向の残留応力（耐久上問題となるのは主として引張残留応力）を解消するようにしたものである。これにより伝熱管群はエンジンなどから受ける振動による曲げ疲労に対し耐久信頼性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図７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は平板状のチューブシートと断面コ字形またはカップ形のチューブシートを用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の実施例を示すＥＧＲガス流入口側および流出口側の一部断面図、図２は前記ＥＧＲガス流出側（低温側）の端部キャップと胴管端部との間に短寸の円筒体を介在させた胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の実施例を示す図１相当図、図３は図２に示す短寸の円筒体の種類を例示したもので、（ａ）は冷却フィン付きの円筒体を用いたＥＧＲガス流出側（低温側）の一部断面図、（ｂ）は図３（ａ）のイーイ線上の断面図、（ｃ）は冷却フィンの変形例を示す図３（ｂ）相当図、図４は断面コ字形またはカップ形のチューブシートを用いた、ＥＧＲガス流出口側の胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の実施例を示す断面図、図５は同じく断面コ字形またはカップ形のチューブシートを用いた、ＥＧＲガス流出口側の胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の実施例を示す断面図、図６は同じく断面コ字形またはカップ形のチューブシートを用いた、ＥＧＲガス流出口側の胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の別の実施例を示す断面図、図７はＥＧＲガス流入口側のチューブシートと伝熱管群の接合構造の実施例を示す断面図であり、１は胴管、２は伝熱管、３ａ〜３ｄはチューブシート、４は端部キャップ、５は短寸の円筒体、６はろう付け、７は耐熱性樹脂系接着剤、８は高温側（ＥＧＲガス流入側）、９は低温側（ＥＧＲガス流出側）である。
【００１２】
まず図１に示す本発明の多管式のＥＧＲガス冷却装置は、両端部に図示していない冷却媒体流入口および冷却媒体流出口を設けた胴管１内部において、高温側（ＥＧＲガス流入側）８は胴管１の端部に平板状のチューブシート３ａがろう付け６にて固着され、その外周面に端部キャップ４が外嵌されてチューブシート３ａと胴管１にろう付けされている。一方、低温側（ＥＧＲガス流出側）９は胴管１の端部内壁にカップ形のチューブシート３ｂの外周部が内嵌され、該胴管１とチューブシート３ｂとは耐熱性樹脂系接着剤７により接着されている。またこの接着に先立ってチューブシート３ｂの背面側（外側）の外周端部には端部キャップ４が外嵌され、該チューブシート３ｂと端部キャップ４とはろう付け６により固着されている。
【００１３】
図２に示すＥＧＲガス冷却装置は、低温側（ＥＧＲガス流出側）９の胴管１端部と平板状のチューブシート３ａとの間に短寸の円筒体５を介在配置した例であり、この場合は高温側（ＥＧＲガス流入側）８は図１と同様、胴管１の端部に平板状のチューブシート３ａがろう付け６にて固着され、その外周面に端部キャップ４が外嵌されてチューブシート３ａと胴管１にろう付けされている。一方、低温側（ＥＧＲガス流出側）９は胴管１端部と平板状のチューブシート３ａとの間に短寸の円筒体５が介在配置され、胴管１の端部内壁にこの円筒体５の外周部が内嵌されて当該部分が耐熱性樹脂系接着剤７により接着されている。またこの接着に先立って円筒体５とチューブシート３ａとはろう付け６にて固着され、該チューブシート３ａ側の円筒体５の外周端部に端部キャップ４が外嵌され、チューブシート３ａ、端部キャップ４および短寸の円筒体５はそれぞれろう付け６により固着されている。
【００１４】
図３は前記短寸の円筒体５の内面に板状の冷却フィン５−１または断面Ｌ字形の冷却フィン５−２を突設した例で、この場合冷却フィン５−１または５−２は短寸の円筒体５の内面にろう付けされている。このように冷却フィン５−１を設けることにより短寸の円筒体５がより効果的に冷却され、その結果耐熱性樹脂系接着剤７による接着箇所の温度上昇が抑えられ耐久性が向上する。
【００１５】
図４に示すＥＧＲガス冷却装置は、低温側（ＥＧＲガス流出側）９のカップ形のチューブシート３ｃを外向きに配置した例であり、この場合は図示のごとく、開口端部を拡径した断面形状がカップ形のチューブシート３ｃの開口端部が端部キャップ４に外嵌されて当該部分がろう付け６により固着され、また該チューブシート３ｃの背面側外周端部に胴管１の内端部が外嵌されて当該部分が耐熱性樹脂系接着剤７により接着された構造となしている。なおこの図４の接合構造におけるチューブシート３ｃは内向きに配置することも可能である。
【００１６】
図５に示すＥＧＲガス冷却装置は、低温側（ＥＧＲガス流出側）９において内向きに配置した側壁に膨出部を有するカップ形のチューブシート３ｄの開口端側外周端部が胴管１の端部内壁に面一に内嵌されて当該部分が耐熱性樹脂系接着剤７により接着され、またこの接着に先立って前記チューブシート３ｄの背面側外周端部に端部キャップ４が面一に外嵌されて当該部分がろう付け６により固着された構造となしたものである。なおこの図５の接合構造において、胴管１の端部内壁とチューブシート３ｄの接合部と、チューブシート３ｄと端部キャップ４の接合部は共に、胴管１、チューブシート３ｄおよび端部キャップ４の外周面をそれぞれ面一に設けているが、必ずしも面一でなくてもよい。また、チューブシート３ｄは外向きのみならず、内向きに配置することも可能である。
【００１７】
図６に示すＥＧＲガス冷却装置は、低温側（ＥＧＲガス流出側）９の胴管１、チューブシート３ｄおよび端部キャップ４の接合構造として、側壁に膨出部を有する端部キャップ４が胴管１の外周端部に外嵌されて当該部分が耐熱性樹脂系接着剤７により接着され、またこの接着に先立って端部キャップ４の下流側内面に胴管１の端部と所望の間隔を隔てて内向きに配置したカップ形のチューブシート３ｂがろう付け６により固着された構造となしたものである。
【００１８】
なお図４〜図６に示す実施例においてはろう付け時に、接着剤７を施す箇所へのろう材の流動を防止できるので好ましい。
【００１９】
上記図１〜図６に示す低温側（ＥＧＲガス流出側）９の胴管１、チューブシート３ａ〜３ｄおよび端部キャップ４の接合構造における伝熱管２とチューブシート３ａ〜３ｄとはろう付け６により固着されている。
【００２０】
次に、本発明に係るＥＧＲガス冷却装置の製造方法を図１に示すＥＧＲガス冷却装置を例にとり説明すると、両端部に図示していない冷却媒体流入口および冷却媒体流出口を設けた胴管１内部において、高温側（ＥＧＲガス流入側）８におけるチューブシート３ａおよび端部キャップ４と胴管１とのろう付け箇所と、低温側（ＥＧＲガス流出側）９におけるチューブシート３ｂおよび端部キャップ４とのろう付け箇所、および高温側と低温側のそれぞれのチューブシート３ａ、３ｂと伝熱管２とのろう付け箇所をろう付け炉によりろう付けする。このとき低温側（ＥＧＲガス流出側）９における胴管１とチューブシート３ｂとは非固着状態にあるため、ろう付け時の加熱、冷却による温度差により胴管１や伝熱管２に残留応力が発生することはない。ろう付け箇所のろう付けが完了すると、低温側（ＥＧＲガス流出側）９における胴管１端部とチューブシート３ｂとを耐熱性樹脂系接着剤７により接着する。すなわち本発明ではろう付け箇所を炉中ろう付けした後、接着箇所を耐熱性樹脂系接着剤７により接着するものである。胴管１内は水冷されているので樹脂系の接着剤でも熱には十分に耐えられる。なお低温側（ＥＧＲガス流出側）９におけるチューブシート３ｂの外周面と胴管１の端部との接着箇所と、チューブシート３ｂの外周面と端部キャップ４端部とのろう付け部との間隔は、ろう材が接着箇所まで流れない間隔をおくことが好ましい。
【００２１】
一方、図７はＥＧＲガス冷却装置の低温側９におけるチューブシート３ａ〜３ｄと伝熱管２との固着に耐熱性樹脂系接着剤７を用いた例で、この場合は図示のごとくチューブシート３ａ〜３ｄと伝熱管２とが耐熱性樹脂系接着剤７にて接着された構造を例示したものである。チューブシート３ａ〜３ｄと伝熱管２との固着に耐熱性樹脂系接着剤を用いる場合は、胴管１に端部キャップ４を固着した後、端部キャップ４の外部よりＥＧＲガス流出口を通じて前記接着剤を挿入し、該当箇所を接着することになる。このようにチューブシート３ａ〜３ｄと伝熱管２との固着に耐熱性樹脂系接着剤７を用いると、図７に鎖線で示すようにＥＧＲガス流出口側に突出した伝熱管２の端部の外周面や端面ならびにチューブシート３ａ〜３ｄのＥＧＲガスとの接触表面を当該耐熱性樹脂系接着剤７により被覆することも可能となり、ＥＧＲガスに対する耐食性が向上するという別の効果も得られる。
【００２２】
なお、本発明で使用する代表的な耐熱性樹脂系接着剤としては、アセチレン末端ポリイミド、ポリフェニルキノキサリン、ビスマレイミド、ポリベンズイミダゾール、付加形ポリイミド、縮合形ポリイミド、シリコーンイミド、ナイロンーエポキシ、ニトリルーフェノリック、エポキシーフェノリック、変成エポキシ樹脂、ポリイミドスルホン、ポリエーテルイミドなどがある。
【００２３】
【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、ＥＧＲガスの低温側すなわち、下流側の構成部品であるチューブシートまたは端部キャップと胴管との固定、さらに同低温側のチューブシートと伝熱管との固定に耐熱性樹脂系接着剤を用いたことにより、その製造時におけるろう付け炉内での加熱、冷却に伴う温度差により伝熱管に残留応力がほとんど発生することがないため耐振性が向上し、エンジンなどによる振動を受けても伝熱管群に振動による曲げ変形は極めて小さく、したがってチューブシートとのろう付け部付近に発生する応力はチューブ材料の疲労応力以下となって伝熱管群１２が疲労破壊するおそれはほとんどなくなるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多管式のＥＧＲガス冷却装置の一実施例を示したもので、平板状のチューブシートと断面コ字形またはカップ形のチューブシートを用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造を示すＥＧＲガス流入口側および流出口側の一部断面図である。
【図２】本発明に係る多管式のＥＧＲガス冷却装置の他の実施例を示したもので、ＥＧＲガス流出側（低温側）の端部キャップと胴管端部との間に短寸の円筒体を介在させた胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造を示す図１相当図である。
【図３】図２に示す短寸の円筒体の種類を例示したもので、（ａ）は冷却フィン付きの円筒体を用いたＥＧＲガス流出側（低温側）の一部断面図、（ｂ）は図３（ａ）のイーイ線上の断面図、（ｃ）は冷却フィンの変形例を示す図３（ｂ）相当図である。
【図４】本発明に係る多管式のＥＧＲガス冷却装置の別の実施例を示したもので、断面コ字形またはカップ形のチューブシートを用いた、ＥＧＲガス流出口側の胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造を示す断面図である。
【図５】同じく断面コ字形またはカップ形のチューブシートを用いた、ＥＧＲガス流出口側の胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造を示す断面図である。
【図６】同じく断面コ字形またはカップ形のチューブシートを用いた、ＥＧＲガス流出口側の胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造を示す断面図である。
【図７】同じくＥＧＲガス流入口側のチューブシートと伝熱管群の接合構造の実施例を示す断面図である。
【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断面図である。
【符号の説明】
１  胴管
２  伝熱管
３ａ〜３ｄ  チューブシート
４  端部キャップ
５  短寸の円筒体
６  ろう付け
７  耐熱性樹脂系接着剤
８  高温側（ＥＧＲガス流入側）
９  低温側（ＥＧＲガス流出側）
【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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【図８】
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