排気ガス再循環装置
【課題】一体的に備えた冷却通路とバイパス通路とを仕切り板を用いない容易な手段によって隔離可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】本発明の本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、複数のチューブ１１０からなる積層体Ｌを束ねるケーシング１３０に容積室１３３を設け、凹部１１３を容積室１３３に連通させることにより冷却水流路１１５を形成し、凹部１１３をケーシング１３０の接続部１３２で塞ぐことにより空気が封入された断熱空間１１９を形成し、冷却水流路１１５に接するガス流路１１４を冷却通路Ｃとし、断熱空間１１９に接するガス流路１１４をバイパス通路Ｂとしている。これにより、従来の排気熱交換器における仕切り板を用いない容易な手段によって冷却通路Ｃとバイパス通路Ｂとを隔離可能なＥＧＲガスクーラ１００を提供することができる。
【解決手段】本発明の本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、複数のチューブ１１０からなる積層体Ｌを束ねるケーシング１３０に容積室１３３を設け、凹部１１３を容積室１３３に連通させることにより冷却水流路１１５を形成し、凹部１１３をケーシング１３０の接続部１３２で塞ぐことにより空気が封入された断熱空間１１９を形成し、冷却水流路１１５に接するガス流路１１４を冷却通路Ｃとし、断熱空間１１９に接するガス流路１１４をバイパス通路Ｂとしている。これにより、従来の排気熱交換器における仕切り板を用いない容易な手段によって冷却通路Ｃとバイパス通路Ｂとを隔離可能なＥＧＲガスクーラ１００を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２種類の流体間において熱交換せしめる熱交換器に関するものであり、たとえば、内燃機関に備えられるＥＧＲ（排気再循環）システムを構成する一要素である内燃機関の燃焼により発生した排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う排気熱交換器として用いて好適な熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器として、たとえば、ＥＧＲシステム（排気再循環システム）においてエンジンから排出される排気ガスの一部をエンジンの吸気側に循環させる際に、この排気ガスを冷却水によって冷却する排気熱交換器がある（特許文献１参照）。
【０００３】
ＥＧＲを行うことにより排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）量を確実に低減させることができ、ＥＧＲガスを予め冷却して温度を下げてからエンジンの吸気側に循環させることでＮＯｘ低減効果を一層高めることができる。しかしながら、単純にＥＧＲガスを再循環させるだけでは、エンジンの運転条件によっては排気微粒子（パティキュレート・マター、以下ＰＭと呼ぶ）、ＨＣ（ハイドロ・カーボン）の排出量が増大する場合がある。すなわち、エンジンの運転条件に応じて、最適なＥＧＲガス温度、つまりＮＯｘの排出量だけでなくＰＭの排出量をも同時に低減できるようなＥＧＲガス温度が存在する。そこで、特許文献１に示される排気熱交換器は、エンジン冷却水によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ冷却通路と、周囲が空気層でＥＧＲガスが冷却されないバイパス通路とを平行且つ一体的に備え、排気熱交換器と直列に配置された切り替えバルブにより両通路を通過するＥＧＲガス流量を調節することにより、ＥＧＲガス温度を最適値に制御可能としている。
【０００４】
上述の排気熱交換器は、内部を第１流体であるＥＧＲガスが流れる複数積層されたチューブが筒状のケーシング内部に収容されて、ケーシングの長手方向の両端部に排気熱交換器をＥＧＲガス通路に接続するためのボンネットが接続されている。また、ケーシング内部には、ＥＧＲ冷却通路を構成するチューブとバイパス通路を構成するチューブとの間に仕切り板が設けられて、ケーシング内部は２つの空間に分離されている。すばわち、２つの空間の内、ＥＧＲ冷却通路を構成するチューブが内包される空間にはエンジン冷却水が導入され、チューブを介してＥＧＲガスとエンジン冷却水との間で熱交換が行われる。一方、バイパス通路を構成するチューブが内包される空間にはエンジン冷却水に代わりに空気が封入され、つまりチューブの外周には空気層が形成され、ＥＧＲガスがバイパス通路を通過する際に温度低下はほとんどない。
【特許文献１】特開２００４−２５７３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の従来の排気熱交換器は、ケーシング内に、ＥＧＲ冷却通路とバイパス通路とを分離する隔壁である仕切り板を設ける構成するとしている。このため、仕切り板をケーシング内壁全周に完全に密着固定する必要があり、組付け工数、部品点数が増加するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、一体的に備えた冷却通路とバイパス通路とを仕切り板を用いない容易な手段によって隔離可能な熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の発明では、積層配置され、内部を第１流体が通過する複数本の偏平状の第１チューブ（２１０）からなる第１チューブ群と、積層方向において最外側に配される第１チューブの外側に積層配置され、内部を第１流体が通過する第２チューブ（２７０）と、第１チューブ群と第２チューブ（２７０）とを内部に納めたケーシング（２３０）と、ケーシングの内部に形成され、第１チューブ群が配され、第１チューブ群を通過する第１流体と熱交換する第２流体が通過する第２流体通路と、ケーシングの内部に第２チューブ（２７０）が配され、第２チューブの周囲に断熱空間を形成するバイパス通路と、チューブの端部と連通し、複数のチューブへと第１流体を分配する、または複数のチューブを通過した第１流体を集める接続フランジと、チューブの端部が挿通され、ケーシングの内部と接続フランジとを区画するコアプレートとを有する熱交換器であって、ケーシングは、第１のチューブ（２１０）の断面長手方向よりも膨出し、第２流体通路の一部をなす第1の膨出部と、積層方向において第２チューブ（２７０）に隣接して配される第１チューブ（２１０）の断面長手方向の端面と当接する区画壁面（２３２）とを有することを特徴としている。
【０００９】
上述の構成によれば、従来の熱交換器における仕切り板を設けること無しに、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる第２流体通路と、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われないバイパス通路とを隔離可能な熱交換器を提供することができる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明では、ケーシングに接続され、第２流体を第２流体通路に流入させる流入管と、ケーシングに接続され、第２流体を第２流体通路から流出させる流出管とを有し、膨出部は流入管及び流出管の接続部位に形成されていることを特徴としている。これにより、流入管、流出管および第１の膨出部を介して第２流体通路内に、確実に第２流体を流通させることができる。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明では、ケーシングに接続され、第２流体を前記第２流体通路から流出させる流出管を有し、流出管がケーシングに接続される接続部位には第１膨出部よりも内容積が大きい第２膨出部が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
熱交換器にいて、第２流体の流れる経路は、流入管、第１膨出部、第２流体通路、第２膨出部、流出管となっている。ここで、第２流体通路の出口側に位置する第２膨出部の内容積を第１膨出部のない容積よりも大きくすると、第２流体通路の背圧をより下げる効果が得られ、それにより、第２流体を第２流体通路中をスムーズに流すことができる。言い換えると、第１流体と第２流体との熱交換効率を高めることができる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明では、第１チューブ（２１０）の内部にインナーフィン（２２０）が配設されたことを特徴としている。
【００１４】
これにより、第１流体に対して乱流効果を与えることができるので、熱交換性能を向上させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、扁平状断面を成し複数積層されるチューブ（１１０）内を流通する第１流体と前記チューブ（１１０）の外側を流通する第２流体との間で熱交換せしめる熱交換器であって、チューブ（１１０）が積層される際に互いに対向する対向面（１１１）の外周に形成されて外方へ突出する凸部（１１２）と、凸部（１１２）の対向面（１１１）の長辺側の２ヶ所以上に形成され且つ凸部（１１２）に対して凹状となる凹部（１１３）とを備え、複数のチューブ（１１０）は凸部（１１２）を互いに当接させて積層され、隣接する２つのチューブ（１１０）間において対向面（１１１）および凸部（１１２）に囲まれる空間が第２流体の流通する流路（１１５）となり、チューブ（１１０）の凹部（１１３）が形成される側の側面（１１８）に当接し且つ凹部（１１３）を包含するように接続板部材（１３２）が設けられ、接続板部材（１３２）は外側に張出すように形成された容積室（１３３）を備え、接続板部材（１３２）は、複数のチューブ（１１０）の積層方向における一端側に形成された凹部（１１３）を塞ぎ且つ残りの凹部（１１３）を容積室（１３３）に連通させて側面（１１８）に固定され、接続板部材（１３２）により塞がれた凹部（１１３）に連通する流路（１１５）は密閉され且つ空気が封入された断熱空間（１１９）を形成し、容積室（１３３）は外部の第２流体回路に接続されるジョイント部（１４１、１４２）を備え、ジョイント部（１４１、１４２）および容積室（１３３）を介して流路（１１５）内へ第２流体の流入、あるいは隙間内から第２流体が流出することを特徴としている。
【００１６】
上述の構成によれば、流路（１１５）に隣接するチューブ（１１０）内を流れる第１流体は、チューブ（１１０）を介して第２流体との間で熱交換が行われ、断熱空間（１１９）に隣接するチューブ（１１０）内を流れる第１流体は、第２流体との間で熱交換が行われない。
【００１７】
また、凸部（１１２）によって第１流体と第２流体が流通する領域を区画することができるので、この熱交換器（１００）において、従来技術の項で説明したコアプレートを廃止することができる。
【００１８】
また、コアプレートを廃止できることから、チューブ（１１０）をコアプレートに挿通させるための組付け工数を不要とすることができ、総じて熱交換器（１００）としてのコストを低減することができる。
【００１９】
以上から、従来の熱交換器において第１流体と第２流体との間で熱交換が行われるチューブと第１流体と第２流体との間で熱交換が行われないチューブとを隔離している仕切り板を不要として、コアプレートを不要として、接続板部材に容積室を設けるという容易な手段の採用により、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる冷却通路と、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われないバイパス通路とを隔離可能な熱交換器を提供することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、チューブ（１１０）の積層方向の両最外方となる２つの最外面（１１１ａ）の少なくとも一方には、凸部（１１２）、および凹部（１１３）が形成されており、２つの最外面（１１１ａ）の少なくとも一方の更に外方から凸部（１１２）に当接する外方板部材（１３１）が設けられたことを特徴としている。
【００２１】
これにより、最外面（１１１ａ）と外方板部材（１３１）との間にも流路（１１５）を形成して第２流体を流通させることができ、第１流体との熱交換面積を増加させて、熱交換性能を向上させることができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明では、外方板部材（１３１）は、２つの最外面（１１１ａ）に設けられ、２つの外方板部材（１３１）は、対向面（１１１）の一方の長辺側で接続板部材（１３２）によって接続されてケーシング（１３０）を形成することを特徴としている。
【００２３】
これにより、２つの外方板部材（１３１）をケーシング（１３０）として一体的に形成することができ、また、複数積層されたチューブ（１１０）に対して挟み込むようにして配設することが可能となり、組付けが容易となる。
【００２４】
請求項８に記載の発明では、凹部（１１３）のへこみ寸法は、対向面（１１１）に対する凸部（１１２）の突出寸法に等しくなるようにしたことを特徴としている。
【００２５】
これにより、第２流体が流入・流出する際の開口面積を対向面（１１１）に向けて大きく設定できるので、第２流体の流通抵抗を小さくすることができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明では、凹部（１１３）の形成される所定２ヶ所の位置は、対向面（１１１）において対角の位置となるようにしたことを特徴としている。
【００２７】
これにより、チューブ（１１０）間の流路（１１５）において、第２流体が停滞する領域をできにくくすることができるので、熱交換性能を高めることができる。
【００２８】
請求項１０に記載の発明では、対向面（１１１）の凸部（１１２）の内側領域には、第１流体流れ上流側に対応する部位において、第２流体の流れが流路（１１５）内の全体に拡がるように整流する整流手段（１１７）が形成されていることを特徴としている。
【００２９】
これにより、第２流体の流通する流路（１１５）において、第１流体流れの上流側に対応する部位において第２流体流れの淀みの発生を抑制でき、第２流体の沸騰を防止することができる。
【００３０】
請求項１１に記載の発明では、チューブ（１１０）は、２枚の板部材（１１０ａ、１１０ｂ）から形成されたことを特徴としている。
【００３１】
これにより、丸管を形成した後に扁平状断面に成形するよりも、例えば曲げ加工、プレス加工、ロール加工等で板部材（１１０ａ、１１０ｂ）を成形して組み合わせることで、容易に安価にチューブ（１１０）を成形することができる。
【００３２】
請求項１２に記載の発明では、チューブ（１１０）内にインナーフィン（１２０）が配設されたことを特徴としている。
【００３３】
これにより、第１流体に対して乱流効果を与えることができるので、熱交換性能を向上させることができる。
【００３４】
請求項１３に記載の発明では、断熱空間（１１９）に隣接するチューブ（１１０）内には前記インナーフィン（１２０）に替えて空間維持部材（１２１）を備えることを特徴としている。
【００３５】
上述の構成における空間維持部材（１２１）は、チューブ（１１０）内の空間を維持するためのものである。すなわち、熱交換器の製造工程において複数のチューブを積層して押圧保持しながら接合、たとえばろう付けする際に、チューブ（１１０）が押圧力によりつぶれるように変形することを抑制するためのものである。
【００３６】
したがって、空間維持部材（１２１）の形状を、上述の変形抑制のために必要十分に小型化すれば、断熱空間（１１９）に隣接するチューブ（１１０）内の流路抵抗、すなわち第１流体が流れる際の圧力損失を小さくすることができる。
【００３７】
請求項１４に記載の発明では、空間維持部材（１２１）は対向面（１１１）にチューブ（１１０）の内側に向かって突き出すように形成された突起部（１１１ｂ）であることを特徴としている。
【００３８】
上述の構成によれば、１つのチューブ（１１０）内において、突起部（１１１ｂ）が対向する対向面（１１１）に当接する、あるいは対向する突起部（１１１ｂ）同士が当接することにより、熱交換器の製造工程においてチューブ（１１０）が押圧力によりつぶれるように変形することを抑制できる。したがって、空間維持部材（１２１）を対向面（１１１）の一部に一体的に形成して、熱交換器の部品点数増加および組付け工数増加を抑制することができる。
【００３９】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態において説明される具体的手段の符号と一致している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１実施形態）
以下に、本発明に第１実施形態による熱交換器を、内燃機関であるディーゼル機関（以下、エンジンと書く）に備えられるＥＧＲ（排気再循環）システムにおいて用いられディーゼル機関の燃焼により発生した排気ガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行うＥＧＲガスクーラ１００に適用した場合を例に、図１〜図１１に基づいて説明する。
【００４１】
ＥＧＲシステムは、エンジンの排気ガスの一部を吸気と共に再度燃焼室に導入するものである。ＥＧＲガスクーラ１００は、エンジンの排気管と吸気管とを連通する管路（ＥＧＲ通路）の途中に配置されている。ＥＧＲガスクーラ１００は、吸気管に導入される排気ガス（本発明における第１流体に相当する）とエンジンの冷却水（本発明における第２流体に相当する）との間で熱交換させることにより排気ガスの温度を下げるための冷却通路Ｃと、排気ガスとエンジンの冷却水との間で熱交換が行われない、言い換えるとＥＧＲガスクーラ１００を通過しても排気ガスの温度低下を抑制することが可能なバイパス通路Ｂとを一体的に備えている。冷却通路Ｃおよびバイパス通路Ｂを通過する排気ガス流量は、たとえば、ＥＧＲガスクーラの入り口側に設置される制御弁の作動により調節される。このように、冷却通路Ｃおよびバイパス通路Ｂを通過する排気ガス流量を調節することにより、ＥＧＲガスクーラ１００の出口における排気ガス温度、つまりエンジンの吸気管に導入するＥＧＲガス温度を所定値に制御することができる。
【００４２】
以下に、ＥＧＲガスクーラ１００の構成について説明する。
【００４３】
ＥＧＲガスクーラ１００は、大きくは、図４に示すように、内部にインナーフィン１２０が配設される複数のチューブ１１０と、チューブ１１０の長手方向両端に設けられたケーシング１３０（１３０ａ、１３０ｂ）と、同じくチューブ１１０の長手方向両端に設けられた接続フランジ１５１等から構成されている。ＥＧＲガスクーラ１００を構成する各部材は、エンジンの排気ガスおよび冷却水に直接触れるため、耐腐食性および高温強度に優れるステンレス鋼材料から形成されるとともに、ろう付け、あるいは溶接により接合されている。
【００４４】
チューブ１１０は、図５、図６に示すように、断面が扁平長方形状を成すの管部材として形成され、内部を排気ガスが流れるようになっている。チューブ１１０は２枚のチューブプレート（本発明における板部材に相当する）１１０ａ、１１０ｂから形成されている。各チューブプレート１１０ａ、１１０ｂは、プレス加工またはロール加工によって平板から断面がコの字形状となるように成形されている。コの字形状の開口側はチューブ１１０の扁平長方形状断面の短辺に対応し、開口側は短辺の略中央で互いに接合されている。両チューブプレート１１０ａ、１１０ｂにより囲まれた空間が、排気ガスが流れるガス通路１１４を形成している。尚、チューブプレート１１０ａ、１１０ｂは、図７に示すように、開口側が短辺の一方端側に偏った位置で接合されるものとしても良い。
【００４５】
チューブ１１０の内部には、薄肉板材から断面波形状にプレス加工されたインナーフィン１２０が配設されている。インナーフィン１２０は、図６に示すように、チューブ１２０の内面（後述するチューブ基本面１１１）に接合されている。インナーフィン１２０は、チューブ１１０の組付け工程において、チューブプレート１１０ａおよびチューブプレート１１０ｂを接合する際に両チューブプレート１１０ａ、１１０ｂ間にインナーフィン１２０を挟んで同時に接合することにより、チューブ１１０内に設置される。
【００４６】
以下に、チューブ１１０の構成について詳細に説明する。
【００４７】
ここで、１個のチューブ１１０においてその扁平長方形状断面の長辺側となる面を、図４に示すように、チューブ基本面１１１と呼び、扁平長方形状断面の短辺側となる面をチューブ側面１１８と呼ぶことにする。また、図４に示すように、複数積層されるチューブ１１０の積層方向の両最外方となる面を、最外面１１１ａと呼ぶことにする。チューブ基本面１１１は、本発明における対向面に相当し、チューブ側面１１８は、本発明における対向面の長辺側、あるいは対向面と隣り合う側面に対応する。
【００４８】
両プレート１１０ａ、１１０ｂは、プレス加工により形成される。このプレス加工により、チューブ基本面１１１に、図５に示すように、凸部１１２および凹部１１３が設けられる。なお、本発明に第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、積層された複数のチューブ１１０は、すべて同一の形状・仕様としている。したがって、複数のチューブ１１０を積層してなる積層体の両端に位置するチューブ１１０における最外面１１１ａもチューブ基本面１１１と同一の構成（凸部１１２、凹部１１３）となっている。
【００４９】
凸部１１２は、図６に示すように、チューブ基本面１１１の表面から外方に向けて突出するようにプレス加工された打出し部であり、チューブ基本面１１１の外周部において連続する堰のように形成されている。
【００５０】
凹部１１３は、図５に示すように、チューブ側面１１８に沿った凸部１１２の一部をチューブ基本面１１１側にへこませて形成されている。本発明に第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、凹部１１３の凸部１１２からのへこみ寸法をチューブ基本面１１１に対する凸部１１２の突出し寸法と等しくなるように設定している。すなわち、凹部１１３の底部がチューブ基本面１１１と同一面となっている。実際には、凸部１１２を、チューブ基本面１１１の全周に亘り形するのではなく、一部分を除いて突出させて形成することにより、突出せずに残った部分が凹部１１３を形成している。凹部１１３は、チューブ基本面１１１当たり２箇所、つまり、図５に示すように、チューブ基本面１１１の両長辺上且つ対角線上となる位置に設けられている。複数のチューブ１１０が積層されると、図９に示すように、隣接するチューブ１１０間にチューブ基本面１１１および凸部１１２に囲まれた空間として、第２流体である冷却水の流路である冷却水流路１１５が形成される。同時に、図８に示すように、隣接するチューブ１１０の各凹部１１３により冷却水流路１１５をチューブ１１０の外部と連通指せる開口部、すなわち冷却水流路１１５の入口および出口（後述する流入部１１３ａ、流出部１１３ｂ）が形成される。言い換えると、冷却水流路１１５は、凹部１１３のみを介して外部と連通している。
【００５１】
凹部１１３が、上述したように、チューブ側面１１８に沿って形成されているため、チューブ１１０のガス通路１１４の両端部において、冷却水流路１１５は開口せずに密閉されている。これにより、従来の排気熱交換器において用いられているコアプレートを廃止することができる。
【００５２】
また、チューブ基本面１１１には、図５に示すように、チューブ１１０の外方に向けて突出する複数の円筒状の張出し部１１６が所定間隔で形成されている。これらの張出し部１１６のチューブ基本面１１１からの突出寸法は、凸部１１２のチューブ基本面１１１からの突出寸法と同一に設定されている。
【００５３】
また、チューブ基本面１１１において、１つの凹部１１３の近傍には、図５に示すように、チューブ基本面１１１の短辺と平行に延びる整流張出し部（本発明における整流手段に対応）１１７が形成されている。チューブ１１０における排気ガスの上流側（図５中の左側）となる一方の凹部１１３の近傍には、チューブ基本面１１１の短辺側に平行となるように延びる整流張出し部（本発明における整流手段に相当する）１１７が形成されている。整流張出し部１１７のチューブ基本面１１１からの突出寸法は、凸部１１２のチューブ基本面１１１からの突出寸法と同一に設定されている。整流張出し部１１７は、冷却水流路１１５の入り口となる凹部１１３の近傍に形成されている。また、チューブ１１０の両チューブプレート１１０ａ、１１０ｂにより囲まれた空間であるガス通路１１４において、整流張出し部１１７がある側が、ガス通路１１４の入り口となっている。整流張出し部１１７を設けたことにより、冷却水は、図５中に破線矢印で示す方向に流れる。これにより、冷却水をチューブ基本面１１１全域に均一に分布させて流すことができ、排気ガスと冷却水との熱交換効率を高めることができる。
【００５４】
ＥＧＲガスクーラ１００においては、図４に示すように、複数個のチューブ１１０が、扁平長方形状断面の短辺方向に重ねて、言い換えると扁平長方形状断面の長辺同士を重ね且つ凸部１１２を互いに当接させて積層・接合されることで積層体Ｌが形成されている。さらに、張出し部１１６および整流張出し部１１７も凸部１１２と同一突出寸法に形成されていることから、対向する張出し部１１６同士、対向する整流張出し部１１７同士がそれぞれ当接して接合されている。一方、各チューブ１１０の内部においては、両チューブプレート１１０ａ、１１０ｂ間にインナーフィン１２０が挟まれて接合されている。以上から、積層体Ｌは高い剛性を備えている。また、１つの冷却水流路１１５に臨んで、一対の凹部１１３同士によって形成される開口部が２個形成されている。これらの開口部の一方は、チューブ１１０の外部から冷却水流路１１５に冷却水が導入される流入部（１１３ａ）となり、他方は、冷却水流路１１５から冷却水が外部へ流出する流出部（１１３ｂ）とになっている。本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、整流張出し部１１７を設けた側を流入部１１３ａとし、その反対側を流出部１１３ｂとしている。
【００５５】
複数のチューブ１１０が積層接合されて形成された積層体Ｌの外周に、図４に示すように、ケーシング１３０が各チューブ１１０に接合されている。
【００５６】
ケーシング１３０は、図４に示すように、板材をコ字状に折り曲げることにより形成されている。ケーシング１３０は、図４に示すように、複数のチューブ１１０からなる積層体Ｌの積層方向における両端に位置する各チューブ１１０の最外面１１１ａと対向する外方板部材である外方部１３１と、両外方部１３１の端部同士を接続する接続板部材である接続部１３２とを備えている。ケーシング１３０は、接続部１３２をチューブ側面１１８に密着させ且つ凹部１１３を覆うようにするとともに両外方部１３１をそれぞれ対向するチューブ１１０に密着させて積層体Ｌに接合されている。本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、図４に示すように、１つの積層体Ｌに２つのケーシング１３０が、コ字の開口部を略対向させて接合されている。すなわち、チューブ１１０の流入部１１３ａに対応して接合されているのが第１ケーシング１３０ａであり、チューブ１１０の流出部１１３ｂに対応して接合されているのが第２ケーシング１３０ｂである。両ケーシング１３０ａ、１３０ｂは積層体Ｌの長手方向中間部において、図１０に示すように、互いの各外方部１３１を嵌合させて接合されている。
【００５７】
ここで、第１ケーシング１３０ａと第２ケーシング１３０ｂとは、積層体Ｌに対する取付け位置が異なっているものの基本的な構造は両者同一である。したがって、第１ケーシング１３０ａについて、その構成を詳細に説明する。
【００５８】
第１ケーシング１３０ａにおいて、両外方部１３１の外周部は、複数のチューブ１１０からなる積層体Ｌの積層方向における両端に位置する各チューブ１１０の最外面１１１ａの凸部１１２に当接して接合されている。両外方部１３１における凸部１１２との当接部の内側領域は、外方部１３１における凸部１１２との当接部よりも外側に突き出すように形成されている。そして、この突き出した内側領域には、図１、図２に示すように、チューブ１１０の張出し部１１６に当接して接合される凹部１３５、および整流張出し部１１７に当接して接合される整流凹部１３６がそれぞれ形成されている。また、この突き出した内側領域には、図１、図２に示すように、内側領域の外側へ突き出すリブ１３７が形成されている。リブ１３７は、外方部１３１の剛性を高める役目を果たしている。最外面１１１ａと外方部１３１との間で、且つ、張出し部１１６、凹部１３５、整流張出し部１１７、整流凹部１３６を除いた領域には、空間が形成され、この空間は複数積層されたチューブ１１０間と同様の冷却水流路１１５として形成されている。チューブ１１０の最外面１１１ａと外方部１３１との間に形成される冷却水流路１１５の入口として、チューブ１１０の凹部１１３と外方部１３１とにより流入部１１３ａ（第２ケーシング１３０ｂにおいては流出部１１３ｂ）が形成される。
【００５９】
接続部１３２は、流入部１１３ａ（第２ケーシング１３０ｂにおいては流出部１１３ｂ）が形成される側のチューブ側面１１８に当接して接合されている。接続部１３２の流入部１１３ａに対向する部分、詳しくは、図１１に示すように、複数のチューブ１１０の積層方向における一端側（図１１においては下端側）の３個の流入部１１３ａを除いた残りの流入部１１３ａに対向する部分には、接続部１３２の外方に膨出する容積室１３３が形成されている。なお、図１１においては、インナーフィン１２０の表示を省略している。この容積室１３３とチューブ１１０の流入部１１３ａ（第２ケーシング１３０ｂにおいては流出部１１３ｂ）との間には隙間１３３ａが形成されている。一方、図１１中における下端側から３個の流入部１１３ａは、図１１に示すように、接続部１３２により塞がれている。また、第２ケーシング１３０ｂにおいても、同様に、図１１中における下端側から３個の流出部１１３ｂは接続部１３２により塞がれている。このため、これらの流入部１１３ａに連通する冷却水流路１１５は、第２流体である冷却水の流入・流出が遮断され且つ空気が封入されて断熱空間１１９を形成している。したがって、図１１中における下端側から２個のチューブ１１０においては、断熱空間１１９に囲まれているため、それらのガス通路１１４を第１流体である排気ガスが通過する際に排気ガスの温度低下を抑制することが可能である。すなわち、図１１中における下端側から２個のチューブ１１０のガス通路１１４は、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００におけるバイパス通路Ｂを形成している。また、図１１中における下端側から２個のチューブ１１０を除いた残りのチューブ１１０においては、冷却水流路１１５に囲まれているため、それらのガス通路１１４を排気ガスが通過する際に排気ガスと冷却水流路１１５の冷却水との間で熱交換が行われて排気ガス温度が低下する。すなわち、これらのガス通路１１４は、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００における冷却通路Ｃを形成している。なお、冷却通路Ｃを構成するチューブ１１０のうちバイパス通路Ｂと隣接するチューブ１１０においては、図１１に示すように、チューブ１１０の一方の面は冷却水流路１１５に、他方の面は断熱空間１１９に接している。
【００６０】
接続部１３２において、容積室１３３のバイパス通路Ｂと反対側の端部（図１１において上端側）は、図４に示すように、外方部１３１にも連続して延長形成されており、最外面１１１ａと外方部１３１との間の冷却水流路１１５が一部拡大されている。容積室１３３には、図１１に示すように、パイプ穴（本発明における開口部に相当する）１３４が穿設されており、このパイプ穴１３４には入口水パイプ１４１（第２ケーシング１３０ｂにおいては出口水パイプ１４２）が接続されている。これにより、入口水パイプ１４１と出口水パイプ１４２とは、第１ケーシング１３０ａの隙間１３３ａ、各流入部１１３ａ、各冷却水流路１１５、各流出部１１３ｂ、第２ケーシング１３０ｂの隙間１３３ｂを介して連通している。これにより、図示しない、エンジン側冷却水管路途中に入口水パイプ１４１および出口水パイプ１４２を接続すれば、ＥＧＲガスクーラ１００の冷却水流路１１５を冷却水が流れる。
【００６１】
複数のチューブ１１０からなる積層体Ｌの長手方向、つまりチューブ１１０のガス通路１１４における排気ガス流通方向の両端には、図１に示すように、接続フランジ１５１が接合されている。ＥＧＲガスクーラ１００は、接続フランジ１５１を介して、エンジンの排気管と吸気管とを連通する図示しないＥＧＲ通路に接続されている。接続フランジ１５１は、図３に示すように、略四角形状に形成されるとともに、その四隅に、ボルト等を挿通させてＥＧＲガスクーラ１００を図示しないＥＧＲ通路に接続固定するための貫通孔である取付け孔１５１ａを備えている。
【００６２】
次に、以上のように構成された、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００の作動、すなわちＥＧＲガスクーラ１００における冷却通路Ｃおよびバイパス通路Ｂにおける、排気ガスおよび冷却水の流動状態について説明する。
【００６３】
ＥＧＲガスクーラ１００において、排気ガスは、図１において左端側からチューブ１１０のガス通路１１４に流入し、図１において右端側から流出する。一方、冷却水は、入口水パイプ１４１からＥＧＲガスクーラ１００内に流入し、接続部１３２で塞がれず容積室１３３に開口している各流入部１１３ａから冷却水流路１１５へ流入し、接続部１３２で塞がれず容積室１３３に開口している各流出部１１３ｂおよび出口水パイプ１３２からＥＧＲガスクーラ１００外へ流出する。
【００６４】
冷却通路Ｃを構成するチューブ１１０においては、図１１に示すように、チューブ１１０の両側の少なくとも一方に冷却水が流れる冷却水流路１１５が形成されている。それにより、チューブ１１０内を流れる排気ガスとチューブ１１０外を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、排気ガスが冷却される。一方、バイパス通路Ｂを構成するチューブ１１０においては、図１１に示すように、チューブ１１０の両側に空気が封入された断熱空間１１９が形成されており、チューブ１１０内を排気ガスが通過する間に排気ガスの温度はほとんど低下ない。
【００６５】
本発明の本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、チューブ１１０の凹部１１３をケーシング１３０の容積室１３３に連通させることにより冷却水流路１１５を形成するとともに、チューブ１１０の凹部１１３をケーシング１３０の接続部１３２で塞ぐことにより空気が封入された断熱空間１１９を形成している。すなわち、従来の排気熱交換器において冷却通路とバイパス通路とを隔離している仕切り板を廃止して、ケーシング１３０の形状を工夫する、つまり容積室１３３を形成することにより冷却通路Ｃおよびバイパス通路Ｂとを隔離している。これにより、従来の排気熱交換器における仕切り板が不要となり、仕切り板をケーシングに接合する工程が省略できるので、ＥＧＲガスクーラ１００のコストを低減することができる。
【００６６】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、チューブ１１０のチューブ基本面１１１に凸部１１２と凹部１１３とを形成したので、複数のチューブ１１０を凸部１１２同士を当接させて積層することにより、隣接するチューブ１１０間の凸部１１２に囲まれた領域に冷却水流路１１５が形成される。すなわち、冷却水通路１１５は、凸部１１２のみにより気密的に形成されている。これにより、従来の排気熱交換器に用いられているコアプレートを不要として、チューブ１１０内のガス流路１１４と、冷却水流路１１５とを隔離することができる。そして、コアプレートを廃止できることから、チューブ１１０をコアプレートに挿通させるための組付け工数を不要とすることができ、総じてＥＧＲガスクーラ（熱交換器）１００としてのコストを低減することができる。
【００６７】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、凹部１１３のへこみ寸法が凸部１１２の突出寸法に等しくなるように設定しているので、流入部１１３ａ、流出部１１３ｂの開口面積をチューブ基本面１１１に向けて大きく設定することができ、冷却水の流入、流出時の流通抵抗を小さくすることができる。
【００６８】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、凹部１１３の設定位置をチューブ基本面１１１の対角の位置となるようにしているので、冷却水流路１１５において、冷却水が停滞する領域をできにくくすることができ、熱交換性能を高めることができる。
【００６９】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、チューブ基本面１１１に整流張出し部１１７を形成するようにしているので、流入部１１３から流入する冷却水を、冷却水流路１１５の全域に亘り均一に流すことができる。これにより、チューブ基本面１１１の全域において排気ガスと冷却水との熱交換を行わせて、熱交換性能を一層高めることができる。特に、整流張出し部１１７は、チューブ基本面１１１において排気ガス流れ上流側に形成されているので、冷却水流路１１５内において高温の排気ガスが通過する部位に対応する部位で冷却水が淀むことにより生じる冷却水の沸騰を防止することができる。
【００７０】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、チューブ１１０を２枚のチューブプレート１１０ａ、１１０ｂから形成するようにしている。これにより、丸管を形成した後に扁平状断面に成形するよりも、例えば曲げ加工、プレス加工、ロール加工等でチューブプレート１１０ａ、１１０ｂを成形して組み合わせることで、容易に安価にチューブ１１０を成形することができる。
【００７１】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、チューブ１１０内にインナーフィン１２０を配設するようにしているので、排気ガスに対して乱流効果を与えることができ、熱交換性能を向上させることができる。
【００７２】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、複数積層されたチューブ１１０の最外面１１１ａにも凸部１１２、凹部１１３を設けて、ケーシング１３０（１３０ａ、１３０ｂ）の外方部１３１を当接させて接合するようにしているので、最外面１１１ａと外方部１３１との間にも冷却水流路１１５を形成して冷却水を流通させることができ、排気ガスとの熱交換面積を増加させて、熱交換性能を向上させることができる。
【００７３】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、２つの外方部１５１を接続部１３２によって接続してケーシング１３０（１３０ａ、１３０ｂ）として形成するようにしているので、２つの外方部１３１をケーシング１３０（１３０ａ、１３０ｂ）として一体的に形成することができ、また、複数積層されたチューブ１１０に対して挟み込むようにして配設することが可能となり、組付けが容易となる。
【００７４】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、ケーシング１３０（１３０ａ、１３０ｂ）の接続部１３２をチューブ側面１１８に当接させて接合すると共に、接続部１３２において流入部１１３ａ、流出部１１３ｂに近接する部位に容積室１３３を形成して、この容積室１３３にパイプ穴１３４を介して水パイプ１４１、１４２を接続するようにしている。この容積室１３３によって流入部１１３ａ、流出部１１３ｂとパイプ穴１３４（各水パイプ１４１、１４２）との間に所定の隙間１３３ａを形成することができるので、冷却水が冷却水流路１１５に対して流入・流出する際の拡大ロス、あるいは縮小ロスを低減でき、冷却水の圧力損失を低減して、熱交換性能を向上させることができる。
【００７５】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、ケーシング１３０を形成する接続部１３２によって一部の流入部１１３ａおよび流出部１１３ｂを塞ぎ断熱空間１１９を形成している。断熱空間１１９に挟まれたチューブ１１０においては、ガス通路１１４を排気ガスが流れる際に冷却水と熱交換が行われず、排気ガスの温度低下が抑制される。したがって、ＥＧＲガスクーラ１００において、断熱空間１１９に挟まれたチューブ１１０がバイパス通路Ｂを形成している。すなわち、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、チューブ１１０間に形成される冷却水通路１１５の流入部１１３ａおよび流出部１１３ｂを接続部１３２により塞ぐという容易な手段によりバイパス通路Ｂを形成している。これにより、従来の排気熱交換器において、バイパス通路を形成するために冷却水タンクを機密的に二分するように設けられている仕切り板を不要として、ＥＧＲガスクーラ１００の部品点数および組付け工数を低減することができる。
【００７６】
なお、以上説明した、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、積層されるチューブ１１０の個数を7個としているが、7個に限定する必要はなく、２個以上幾つでも良い。
【００７７】
また、以上説明した、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、バイパス通路Ｂを形成するチューブ１１０の個数を２個としているが、２個に限定する必要はなく、１個以上幾つでも良い。
【００７８】
また、以上説明した、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、すべてのチューブ１１０がインナーフィン１２０を備える構成としているが、バイパス通路Ｂを形成するチューブ１１０にはインナーフィン１２０を装着しない構成としても良い。
【００７９】
（第２実施形態）
先に説明した、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、すべてのチューブ１１０がインナーフィン１２０を備える構成としている。これに対して、本発明の第２実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、排気ガスのバイパス通路Ｂを形成するチューブ１１０内に、インナーフィン１２０に替えて、図１２に示すように、空間維持部材１２１を装着している。すなわち、図１２において、下端から２個のチューブ１１０においては、ガス通路１１４内に、空間維持部材１２１を取り付けている。空間維持部材１２１は、チューブ１１０を構成する各部材と同様に、ステンレス鋼から形成されている。
【００８０】
複数のチューブ１１０を積層接合して積層体Ｌを形成する製造工程において、たとえば、積層された複数のチューブ１１０を治具により図１２の上下方向に押圧した状態で、高温の炉中でろう付けして行われる。そのとき、治具による押圧力は各チューブ１１０のチューブプレート１１０ａ、１１０ｂが変形させる用に作用する。しかし、チューブプレート１１０ａ、１１０ｂ間に配置されたインナーフィン１２０が変形に抗する強度部材としての機能を果たし、チューブプレート１１０ａ、１１０ｂの変形が抑制されている。
【００８１】
ところで、インナーフィン１２０には、排気ガスと冷却水との熱交換の効率を高める効果がある一方、ガス通路１１４の通気抵抗が増加させるデメリットがある。特に、バイパス通路Ｂを形成するチューブ１１０においては、排気ガスと冷却水との熱交換が行われないのでインナーフィン１２０は不要であり、ガス通路１１４の通気抵抗低減の観点からもインナーフィン１２０は省略したいところである。
【００８２】
そこで、本発明の第２実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、空間維持部材１２１を、積層体Ｌを形成する製造工程におけるチューブプレート１１０ａ、１１０ｂの変形を抑制でき且つガス通路１１４の通気抵抗がインナーフィン１２０よりも小さくなるように形状仕様を設定している。たとえば、インナーフィン１２０の材質よりも厚さの薄い板材を用いて高い剛性を得るとともに、ガス通路１１４における排気ガス流動方向の投影面積がインナーフィン１２０よりも小さくなるように形成している。
【００８３】
これにより、積層体Ｌを形成する製造工程におけるチューブプレート１１０ａ、１１０ｂの変形を抑制し且つガス通路１１４の通気抵抗を必要最小限であるようなＥＧＲガスクーラ１００を提供することができる。
【００８４】
なお、空間維持部材１２１として、インナーフィン１２０よりもピッチをより粗くしたインナーフィンを用いても良い。
【００８５】
また、上述した本発明の第２実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、空間維持部材１２１を、チューブ１１０とは別個の部品として形成しているが、チューブプレート１１０ａ、１１０ｂに、図１３に示すように、ガス通路１１４側に突き出す突起部１１１ｂを設け、両突起部１１１ｂを当接させて空間維持部材を構成してもよい。
【００８６】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ２００では、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００に対して、チューブおよびケーシングの形状を変更している。すなわち、図１４に示すように、チューブとして単純な扁平パイプ状の第１第１チューブ２１０および第２チューブ２７０を用いると共に、ケーシングとして略筒状のケーシング２３０を用いている。以下に、本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ２００の構成について簡単に説明する。
【００８７】
本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ２００を構成する各部材は、エンジンの排気ガスおよび冷却水に直接触れため、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００と同様に、耐腐食性および高温強度に優れるステンレス鋼材料から形成されるとともに、ろう付け、あるいは溶接により接合されている。
【００８８】
第１チューブ２１０は、図１４に示すように、内部にインナーフィン２２０が配設されている。複数の第１チューブ２１０が、その延設方向（図１４中において矢印で示す方向Ｘ）と直交する方向（図１４中において矢印で示す方向Ｙ）に隙間Ｄを保ちつつ積層され、且つその両端部をコアプレート２６０に接合されて、図１５に示すように、第１チューブ群Ａを形成している。各第１チューブ２１０は、コアプレート２６０に第１チューブ２１０と嵌合可能に設けられた孔部２６１に嵌合してコアプレート２６０に接合固定されている。第１チューブ群Ａの積層方向において最外側に配置される第１チューブ２１０Ａの外側（図１５においては下側）には、図１５示すように、第２チューブ２７０が配置されている。第１チューブ２１０は、その内部を排気ガス通過中に冷却水と熱交換を行う冷却通路Ｃを形成している。一方、第２チューブ２７０は、その内部を排気ガス通過中に冷却水との熱交換が行われず、したがって排気ガスの温度低下を抑制可能なバイパス通路Ｂを形成している。
【００８９】
両コアプレート２６０の外側（第１チューブ２１０および第２チューブ２７０と反対側）には、図１４に示すように、接続フランジ２５１が接合固定されている。ＥＧＲガスクーラ２００は、接続フランジ２５１を介して、エンジンの排気管と吸気管とを連通する図示しないＥＧＲ通路に接続されている。接続フランジ２５１は、図１４に示すように、略四角形状に形成されるとともに、その四隅に、ボルト等を挿通させてＥＧＲガスクーラ２００を図示しないＥＧＲ通路に接続固定するための貫通孔である取付け孔２５１ａを備えている。
【００９０】
ケーシング２３０は、図１４に示すように、それぞれコ字状に形成された２つのケーシング部材２３０Ａ、２３０Ｂを、互いの開口端部を重ね合わせて接合し、それにより角筒状に形成されている。すなわち、ケーシング２３０は、両コアプレート２６０間にケーシング部材２３０Ａ、２３０Ｂの両端を当接させつつ第１チューブ２１０および第２チューブ２７０を覆うように挿入された後、互いの開口端部を重ね合わせて接合されている。なお、ケーシング部材２３０Ａとケーシング部材２３０Ｂとの接合部は、本実施例のような重ね合わせ方式に限るものではなく、互いの開口端部を突き当てる方式であってもよい。
【００９１】
ケーシング２３０には、第１チューブ２１０の断面長手方向外側（図１５中において左側）に張出す第１膨出部２３１と、内容積が第１膨出部２３１よりも大きい第２膨出部２３５が形成されている。すなわち、第１膨出部２３１は、ケーシング部材２３０Ａに形成され、第１膨出部２３１には、図１５に示すように、パイプ孔２３４が設けられ、このパイプ孔２３４に、流入管である入口水パイプ２４１が嵌合し接合されている。同様に、第２膨出部２３５は、ケーシング部材２３０Ｂに形成され、第２膨出部２３５にもパイプ孔２３４が設けられ、このパイプ孔２３４に、流出管である出口水パイプ２４２が嵌合し接合されている。入口水パイプ２４１および出口水パイプ２４２は、図示しないエンジン冷却水回路に接続されている。ケーシング２３０に形成された両膨出部２３１、２３５は、図１５に示すように、第２流体通路である冷却水流路２１５に連通している。
【００９２】
ケーシング２３０は、区画壁面としての平面部２３２を備えている。平面部２３２は、図１５に示すように、第２チューブ２７０に隣接する第１チューブである第１チューブ２１０Ａの端面に密着接合されている。第２チューブ２７０の周囲には、図１５に示すように、断熱空間２１９が形成されている。このように、平面部２３２が第１チューブ２１０Ａに密着接合されることにより、ケーシング２３０内において、冷却水流路２１５と、断熱空間２１９とが完全に隔離されている。すなわち、断熱空間２１９内には冷却水は流入せずに空気が封入されている。このため、排気ガスが第２チューブ２７０内を通過中に排気ガスから第２チューブ２７０を介して外部へ放散される熱量は抑制される。
【００９３】
本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ２００では、ケーシング２３０の平面部２３２は、図１５に示すように、第２チューブ２７０の端面にも密着固定されている。しかし、必ず平面部２３２を第２チューブ２７０の端面に密着固定する必要はなく、離れていてもよい。
【００９４】
本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ２００において、排気ガスは、図１４において左端側から第１チューブ２１０のガス通路２１４に流入し、図１４において右端側から流出する。一方、冷却水は、入口水パイプ２４１から容積室２３１を経て冷却水流路２１５へ流入し、冷却水流路２１５の対角線上反対側の容積室２３５へ至り、出口水パイプ２４２からＥＧＲガスクーラ２００外へ流出する。上述したように、ＥＧＲガスクーラ２００内を排気ガスおよび冷却水が通過することにより、冷却通路Ｃを構成する第１チューブ２１０においては、ガス通路２１４を流れる排気ガスと第１チューブ２１０外を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、排気ガスが冷却される。一方、バイパス通路Ｂを構成する第２チューブ２７０は、図１５に示すように、空気が封入された断熱空間２１９に囲まれているため、ガス通路２１４を流れる排気ガスの温度低下を抑制することが可能である。
【００９５】
本発明の本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、ケーシング２３０の平面部２３２を、第２チューブ２７０に隣接する第１チューブである第１チューブ２１０Ａの端面に密着接合している。これにより、ケーシング２３０内において第１チューブ２１０の周囲に形成された冷却水流路２１５と、第２チューブ２７０の周囲に形成された断熱空間２１９とを隔離することができる。すなわち、従来の排気熱交換器において冷却通路とバイパス通路とを隔離している仕切り板を用いることなく、冷却通路Ｃとバイパス通路Ｂとを隔離することができる。以上から、一体的に備えた冷却通路Ｃとバイパス通路Ｂとを従来の仕切り板を用いない容易な手段によって隔離可能なＥＧＲガスクーラ２００を提供することができる。
【００９６】
なお、以上説明した、本発明の第１、第２実施形態に対して、チューブ基本面１１１に形成される凹部１１３の形状は種々変更して対応することができる。即ち、凹部１１３のへこみ寸法は凸部１１２の突出寸法と同一となるようにしたが、この凹部１１３によって形成される流入部１１３ａ、流出部１１３ｂにおける冷却水の流通抵抗に応じて、凸部１１２の突出部寸法より小さくなるようにしても良い。あるいは、凸部１１２の突出寸法より大きくなるようにしても良い。
【００９７】
また、２つの凹部１１３の設定位置は、チューブ基本面１１１の対角の位置に限らず、２個ともチューブ基本面１１１の一方の長辺側に設けるようにしても良い。この場合、入口水パイプ１４１、出口水パイプ１４２を同一のチューブ側面１１８側に設定でき、これに伴ってケーシング１３０は、第１、第２ケーシング１３０ａ、１３０ｂの２つに分割することなく、１つのタンクとして形成することができる。
【００９８】
また、チューブ基本面１１１における整流張出し部１１７は、チューブ基本面１１１の短辺に対して平行に延びる張出し部として形成したが、冷却水流路１１５における冷却水の流通状況に応じて、下流側に向けて短辺側との距離が拡がるものとしたり、曲線を描いて延設されるもの等としても良く、更には、整流張出し部１１７を廃止したものとしても良い。
【００９９】
また、ケーシング１３０（第１、第２ケーシング１３０ａ、１３０ｂ）の外方部１３１は、排気ガスに対する熱交換性能に応じて、廃止しても良い。
【０１００】
また、上記第１〜第３実施形態では本発明の熱交換器をＥＧＲガスクーラ１００に適用したものとして説明したが、これに限定されることなく、他の熱交換器へも広く適用可能であり、例えば外気に排出される排気ガスと冷却水との間で熱交換して、冷却水を加熱する排熱回収熱交換器に適用しても良い。
【０１０１】
また、上記第１〜第３実施形態では熱交換器を構成する部材の基本材質をステンレス系材料としたが、これに限らず、用途に応じて、アルミニウム系合金、銅系合金等他の材料を用いるものにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ全体構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ全体構成を示す正面図であり、図１中のＩＩ矢視図である。
【図３】図１中のＩＩＩ矢視図である。
【図４】ＥＧＲガスクーラの部品構成を説明する分解斜視図である。
【図５】チューブを示す三面図である。
【図６】図５（ｂ）中のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラの他の実施形態における断面図であり、図５（ｂ）中のＶＩ−ＶＩ線断面図に相当する。
【図８】積層状態のチューブを示す正面図である。
【図９】図１中のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】水側タンクの接続部を示す断面図である。
【図１１】図１中のＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態によるＥＧＲガスクーラの断面図であり、図１中のＸＩ−ＸＩ線断面図に相当する。
【図１３】本発明の第２実施形態によるＥＧＲガスクーラの他の実施形態における断面図であり、図１中のＸＩ−ＸＩ線断面図に相当する。
【図１４】本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラの部品構成を説明する分解斜視図である。断面図であり、図１中のＸＩ−ＸＩ線断面図に相当する。
【図１５】本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラの断面図であり、図１中のＸＩ−ＸＩ線断面図に相当する。
【符号の説明】
【０１０３】
１００ ＥＧＲガスクーラ（熱交換器、排気熱交換器）
１１０ チューブ
１１０ａ、１１０ｂ チューブプレート
１１１ チューブ基本面（対向面）
１１１ａ 最外面
１１１ｂ 突起部
１１２ 凸部
１１３ 凹部（流入部、流出部）
１１４ ガス通路
１１５ 冷却水流路（流路）
１１７ 整流張出し部（整流手段）
１１９ 断熱空間
１２０ インナーフィン
１２１ 隔壁板（空間維持部材）
１３０ ケーシング
１３１ 外方部（外方板部材）
１３２ 接続部（接続板部材）
１３３ 膨出部
１３４ パイプ穴（開口部）
１５１ 接続フランジ
１６０ 隔壁板（板部材）
１６１ａ 延出部
２００ ＥＧＲガスクーラ（熱交換器、排気熱交換器）
２１０ 第１チューブ
２１０Ａ 第１チューブ
２１１ 隙間
２１２ 流路
２１４ ガス通路
２１５ 冷却水流路（第２流体通路）
２１９ 断熱空間
２２０ インナーフィン
２３０ ケーシング
２３０Ａ、２３０Ｂ ケーシング部材
２３１ 第１膨出部
２３２ 平面部（区画壁面）
２３４ パイプ孔
２３５ 第２膨出部
２４１ 入口水パイプ（流入管）
２４２ 出口水パイプ（流出管）
２５１ 接続フランジ
２６０ コアプレート
２６１ 孔部
２７０ 第２チューブ
Ａ 第１チューブ群
Ｂ バイパス通路
Ｃ 冷却通路
Ｄ 隙間
Ｌ 積層体
【技術分野】
【０００１】
本発明は２種類の流体間において熱交換せしめる熱交換器に関するものであり、たとえば、内燃機関に備えられるＥＧＲ（排気再循環）システムを構成する一要素である内燃機関の燃焼により発生した排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う排気熱交換器として用いて好適な熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器として、たとえば、ＥＧＲシステム（排気再循環システム）においてエンジンから排出される排気ガスの一部をエンジンの吸気側に循環させる際に、この排気ガスを冷却水によって冷却する排気熱交換器がある（特許文献１参照）。
【０００３】
ＥＧＲを行うことにより排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）量を確実に低減させることができ、ＥＧＲガスを予め冷却して温度を下げてからエンジンの吸気側に循環させることでＮＯｘ低減効果を一層高めることができる。しかしながら、単純にＥＧＲガスを再循環させるだけでは、エンジンの運転条件によっては排気微粒子（パティキュレート・マター、以下ＰＭと呼ぶ）、ＨＣ（ハイドロ・カーボン）の排出量が増大する場合がある。すなわち、エンジンの運転条件に応じて、最適なＥＧＲガス温度、つまりＮＯｘの排出量だけでなくＰＭの排出量をも同時に低減できるようなＥＧＲガス温度が存在する。そこで、特許文献１に示される排気熱交換器は、エンジン冷却水によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ冷却通路と、周囲が空気層でＥＧＲガスが冷却されないバイパス通路とを平行且つ一体的に備え、排気熱交換器と直列に配置された切り替えバルブにより両通路を通過するＥＧＲガス流量を調節することにより、ＥＧＲガス温度を最適値に制御可能としている。
【０００４】
上述の排気熱交換器は、内部を第１流体であるＥＧＲガスが流れる複数積層されたチューブが筒状のケーシング内部に収容されて、ケーシングの長手方向の両端部に排気熱交換器をＥＧＲガス通路に接続するためのボンネットが接続されている。また、ケーシング内部には、ＥＧＲ冷却通路を構成するチューブとバイパス通路を構成するチューブとの間に仕切り板が設けられて、ケーシング内部は２つの空間に分離されている。すばわち、２つの空間の内、ＥＧＲ冷却通路を構成するチューブが内包される空間にはエンジン冷却水が導入され、チューブを介してＥＧＲガスとエンジン冷却水との間で熱交換が行われる。一方、バイパス通路を構成するチューブが内包される空間にはエンジン冷却水に代わりに空気が封入され、つまりチューブの外周には空気層が形成され、ＥＧＲガスがバイパス通路を通過する際に温度低下はほとんどない。
【特許文献１】特開２００４−２５７３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の従来の排気熱交換器は、ケーシング内に、ＥＧＲ冷却通路とバイパス通路とを分離する隔壁である仕切り板を設ける構成するとしている。このため、仕切り板をケーシング内壁全周に完全に密着固定する必要があり、組付け工数、部品点数が増加するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、一体的に備えた冷却通路とバイパス通路とを仕切り板を用いない容易な手段によって隔離可能な熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の発明では、積層配置され、内部を第１流体が通過する複数本の偏平状の第１チューブ（２１０）からなる第１チューブ群と、積層方向において最外側に配される第１チューブの外側に積層配置され、内部を第１流体が通過する第２チューブ（２７０）と、第１チューブ群と第２チューブ（２７０）とを内部に納めたケーシング（２３０）と、ケーシングの内部に形成され、第１チューブ群が配され、第１チューブ群を通過する第１流体と熱交換する第２流体が通過する第２流体通路と、ケーシングの内部に第２チューブ（２７０）が配され、第２チューブの周囲に断熱空間を形成するバイパス通路と、チューブの端部と連通し、複数のチューブへと第１流体を分配する、または複数のチューブを通過した第１流体を集める接続フランジと、チューブの端部が挿通され、ケーシングの内部と接続フランジとを区画するコアプレートとを有する熱交換器であって、ケーシングは、第１のチューブ（２１０）の断面長手方向よりも膨出し、第２流体通路の一部をなす第1の膨出部と、積層方向において第２チューブ（２７０）に隣接して配される第１チューブ（２１０）の断面長手方向の端面と当接する区画壁面（２３２）とを有することを特徴としている。
【０００９】
上述の構成によれば、従来の熱交換器における仕切り板を設けること無しに、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる第２流体通路と、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われないバイパス通路とを隔離可能な熱交換器を提供することができる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明では、ケーシングに接続され、第２流体を第２流体通路に流入させる流入管と、ケーシングに接続され、第２流体を第２流体通路から流出させる流出管とを有し、膨出部は流入管及び流出管の接続部位に形成されていることを特徴としている。これにより、流入管、流出管および第１の膨出部を介して第２流体通路内に、確実に第２流体を流通させることができる。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明では、ケーシングに接続され、第２流体を前記第２流体通路から流出させる流出管を有し、流出管がケーシングに接続される接続部位には第１膨出部よりも内容積が大きい第２膨出部が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
熱交換器にいて、第２流体の流れる経路は、流入管、第１膨出部、第２流体通路、第２膨出部、流出管となっている。ここで、第２流体通路の出口側に位置する第２膨出部の内容積を第１膨出部のない容積よりも大きくすると、第２流体通路の背圧をより下げる効果が得られ、それにより、第２流体を第２流体通路中をスムーズに流すことができる。言い換えると、第１流体と第２流体との熱交換効率を高めることができる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明では、第１チューブ（２１０）の内部にインナーフィン（２２０）が配設されたことを特徴としている。
【００１４】
これにより、第１流体に対して乱流効果を与えることができるので、熱交換性能を向上させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、扁平状断面を成し複数積層されるチューブ（１１０）内を流通する第１流体と前記チューブ（１１０）の外側を流通する第２流体との間で熱交換せしめる熱交換器であって、チューブ（１１０）が積層される際に互いに対向する対向面（１１１）の外周に形成されて外方へ突出する凸部（１１２）と、凸部（１１２）の対向面（１１１）の長辺側の２ヶ所以上に形成され且つ凸部（１１２）に対して凹状となる凹部（１１３）とを備え、複数のチューブ（１１０）は凸部（１１２）を互いに当接させて積層され、隣接する２つのチューブ（１１０）間において対向面（１１１）および凸部（１１２）に囲まれる空間が第２流体の流通する流路（１１５）となり、チューブ（１１０）の凹部（１１３）が形成される側の側面（１１８）に当接し且つ凹部（１１３）を包含するように接続板部材（１３２）が設けられ、接続板部材（１３２）は外側に張出すように形成された容積室（１３３）を備え、接続板部材（１３２）は、複数のチューブ（１１０）の積層方向における一端側に形成された凹部（１１３）を塞ぎ且つ残りの凹部（１１３）を容積室（１３３）に連通させて側面（１１８）に固定され、接続板部材（１３２）により塞がれた凹部（１１３）に連通する流路（１１５）は密閉され且つ空気が封入された断熱空間（１１９）を形成し、容積室（１３３）は外部の第２流体回路に接続されるジョイント部（１４１、１４２）を備え、ジョイント部（１４１、１４２）および容積室（１３３）を介して流路（１１５）内へ第２流体の流入、あるいは隙間内から第２流体が流出することを特徴としている。
【００１６】
上述の構成によれば、流路（１１５）に隣接するチューブ（１１０）内を流れる第１流体は、チューブ（１１０）を介して第２流体との間で熱交換が行われ、断熱空間（１１９）に隣接するチューブ（１１０）内を流れる第１流体は、第２流体との間で熱交換が行われない。
【００１７】
また、凸部（１１２）によって第１流体と第２流体が流通する領域を区画することができるので、この熱交換器（１００）において、従来技術の項で説明したコアプレートを廃止することができる。
【００１８】
また、コアプレートを廃止できることから、チューブ（１１０）をコアプレートに挿通させるための組付け工数を不要とすることができ、総じて熱交換器（１００）としてのコストを低減することができる。
【００１９】
以上から、従来の熱交換器において第１流体と第２流体との間で熱交換が行われるチューブと第１流体と第２流体との間で熱交換が行われないチューブとを隔離している仕切り板を不要として、コアプレートを不要として、接続板部材に容積室を設けるという容易な手段の採用により、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる冷却通路と、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われないバイパス通路とを隔離可能な熱交換器を提供することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、チューブ（１１０）の積層方向の両最外方となる２つの最外面（１１１ａ）の少なくとも一方には、凸部（１１２）、および凹部（１１３）が形成されており、２つの最外面（１１１ａ）の少なくとも一方の更に外方から凸部（１１２）に当接する外方板部材（１３１）が設けられたことを特徴としている。
【００２１】
これにより、最外面（１１１ａ）と外方板部材（１３１）との間にも流路（１１５）を形成して第２流体を流通させることができ、第１流体との熱交換面積を増加させて、熱交換性能を向上させることができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明では、外方板部材（１３１）は、２つの最外面（１１１ａ）に設けられ、２つの外方板部材（１３１）は、対向面（１１１）の一方の長辺側で接続板部材（１３２）によって接続されてケーシング（１３０）を形成することを特徴としている。
【００２３】
これにより、２つの外方板部材（１３１）をケーシング（１３０）として一体的に形成することができ、また、複数積層されたチューブ（１１０）に対して挟み込むようにして配設することが可能となり、組付けが容易となる。
【００２４】
請求項８に記載の発明では、凹部（１１３）のへこみ寸法は、対向面（１１１）に対する凸部（１１２）の突出寸法に等しくなるようにしたことを特徴としている。
【００２５】
これにより、第２流体が流入・流出する際の開口面積を対向面（１１１）に向けて大きく設定できるので、第２流体の流通抵抗を小さくすることができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明では、凹部（１１３）の形成される所定２ヶ所の位置は、対向面（１１１）において対角の位置となるようにしたことを特徴としている。
【００２７】
これにより、チューブ（１１０）間の流路（１１５）において、第２流体が停滞する領域をできにくくすることができるので、熱交換性能を高めることができる。
【００２８】
請求項１０に記載の発明では、対向面（１１１）の凸部（１１２）の内側領域には、第１流体流れ上流側に対応する部位において、第２流体の流れが流路（１１５）内の全体に拡がるように整流する整流手段（１１７）が形成されていることを特徴としている。
【００２９】
これにより、第２流体の流通する流路（１１５）において、第１流体流れの上流側に対応する部位において第２流体流れの淀みの発生を抑制でき、第２流体の沸騰を防止することができる。
【００３０】
請求項１１に記載の発明では、チューブ（１１０）は、２枚の板部材（１１０ａ、１１０ｂ）から形成されたことを特徴としている。
【００３１】
これにより、丸管を形成した後に扁平状断面に成形するよりも、例えば曲げ加工、プレス加工、ロール加工等で板部材（１１０ａ、１１０ｂ）を成形して組み合わせることで、容易に安価にチューブ（１１０）を成形することができる。
【００３２】
請求項１２に記載の発明では、チューブ（１１０）内にインナーフィン（１２０）が配設されたことを特徴としている。
【００３３】
これにより、第１流体に対して乱流効果を与えることができるので、熱交換性能を向上させることができる。
【００３４】
請求項１３に記載の発明では、断熱空間（１１９）に隣接するチューブ（１１０）内には前記インナーフィン（１２０）に替えて空間維持部材（１２１）を備えることを特徴としている。
【００３５】
上述の構成における空間維持部材（１２１）は、チューブ（１１０）内の空間を維持するためのものである。すなわち、熱交換器の製造工程において複数のチューブを積層して押圧保持しながら接合、たとえばろう付けする際に、チューブ（１１０）が押圧力によりつぶれるように変形することを抑制するためのものである。
【００３６】
したがって、空間維持部材（１２１）の形状を、上述の変形抑制のために必要十分に小型化すれば、断熱空間（１１９）に隣接するチューブ（１１０）内の流路抵抗、すなわち第１流体が流れる際の圧力損失を小さくすることができる。
【００３７】
請求項１４に記載の発明では、空間維持部材（１２１）は対向面（１１１）にチューブ（１１０）の内側に向かって突き出すように形成された突起部（１１１ｂ）であることを特徴としている。
【００３８】
上述の構成によれば、１つのチューブ（１１０）内において、突起部（１１１ｂ）が対向する対向面（１１１）に当接する、あるいは対向する突起部（１１１ｂ）同士が当接することにより、熱交換器の製造工程においてチューブ（１１０）が押圧力によりつぶれるように変形することを抑制できる。したがって、空間維持部材（１２１）を対向面（１１１）の一部に一体的に形成して、熱交換器の部品点数増加および組付け工数増加を抑制することができる。
【００３９】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態において説明される具体的手段の符号と一致している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１実施形態）
以下に、本発明に第１実施形態による熱交換器を、内燃機関であるディーゼル機関（以下、エンジンと書く）に備えられるＥＧＲ（排気再循環）システムにおいて用いられディーゼル機関の燃焼により発生した排気ガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行うＥＧＲガスクーラ１００に適用した場合を例に、図１〜図１１に基づいて説明する。
【００４１】
ＥＧＲシステムは、エンジンの排気ガスの一部を吸気と共に再度燃焼室に導入するものである。ＥＧＲガスクーラ１００は、エンジンの排気管と吸気管とを連通する管路（ＥＧＲ通路）の途中に配置されている。ＥＧＲガスクーラ１００は、吸気管に導入される排気ガス（本発明における第１流体に相当する）とエンジンの冷却水（本発明における第２流体に相当する）との間で熱交換させることにより排気ガスの温度を下げるための冷却通路Ｃと、排気ガスとエンジンの冷却水との間で熱交換が行われない、言い換えるとＥＧＲガスクーラ１００を通過しても排気ガスの温度低下を抑制することが可能なバイパス通路Ｂとを一体的に備えている。冷却通路Ｃおよびバイパス通路Ｂを通過する排気ガス流量は、たとえば、ＥＧＲガスクーラの入り口側に設置される制御弁の作動により調節される。このように、冷却通路Ｃおよびバイパス通路Ｂを通過する排気ガス流量を調節することにより、ＥＧＲガスクーラ１００の出口における排気ガス温度、つまりエンジンの吸気管に導入するＥＧＲガス温度を所定値に制御することができる。
【００４２】
以下に、ＥＧＲガスクーラ１００の構成について説明する。
【００４３】
ＥＧＲガスクーラ１００は、大きくは、図４に示すように、内部にインナーフィン１２０が配設される複数のチューブ１１０と、チューブ１１０の長手方向両端に設けられたケーシング１３０（１３０ａ、１３０ｂ）と、同じくチューブ１１０の長手方向両端に設けられた接続フランジ１５１等から構成されている。ＥＧＲガスクーラ１００を構成する各部材は、エンジンの排気ガスおよび冷却水に直接触れるため、耐腐食性および高温強度に優れるステンレス鋼材料から形成されるとともに、ろう付け、あるいは溶接により接合されている。
【００４４】
チューブ１１０は、図５、図６に示すように、断面が扁平長方形状を成すの管部材として形成され、内部を排気ガスが流れるようになっている。チューブ１１０は２枚のチューブプレート（本発明における板部材に相当する）１１０ａ、１１０ｂから形成されている。各チューブプレート１１０ａ、１１０ｂは、プレス加工またはロール加工によって平板から断面がコの字形状となるように成形されている。コの字形状の開口側はチューブ１１０の扁平長方形状断面の短辺に対応し、開口側は短辺の略中央で互いに接合されている。両チューブプレート１１０ａ、１１０ｂにより囲まれた空間が、排気ガスが流れるガス通路１１４を形成している。尚、チューブプレート１１０ａ、１１０ｂは、図７に示すように、開口側が短辺の一方端側に偏った位置で接合されるものとしても良い。
【００４５】
チューブ１１０の内部には、薄肉板材から断面波形状にプレス加工されたインナーフィン１２０が配設されている。インナーフィン１２０は、図６に示すように、チューブ１２０の内面（後述するチューブ基本面１１１）に接合されている。インナーフィン１２０は、チューブ１１０の組付け工程において、チューブプレート１１０ａおよびチューブプレート１１０ｂを接合する際に両チューブプレート１１０ａ、１１０ｂ間にインナーフィン１２０を挟んで同時に接合することにより、チューブ１１０内に設置される。
【００４６】
以下に、チューブ１１０の構成について詳細に説明する。
【００４７】
ここで、１個のチューブ１１０においてその扁平長方形状断面の長辺側となる面を、図４に示すように、チューブ基本面１１１と呼び、扁平長方形状断面の短辺側となる面をチューブ側面１１８と呼ぶことにする。また、図４に示すように、複数積層されるチューブ１１０の積層方向の両最外方となる面を、最外面１１１ａと呼ぶことにする。チューブ基本面１１１は、本発明における対向面に相当し、チューブ側面１１８は、本発明における対向面の長辺側、あるいは対向面と隣り合う側面に対応する。
【００４８】
両プレート１１０ａ、１１０ｂは、プレス加工により形成される。このプレス加工により、チューブ基本面１１１に、図５に示すように、凸部１１２および凹部１１３が設けられる。なお、本発明に第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、積層された複数のチューブ１１０は、すべて同一の形状・仕様としている。したがって、複数のチューブ１１０を積層してなる積層体の両端に位置するチューブ１１０における最外面１１１ａもチューブ基本面１１１と同一の構成（凸部１１２、凹部１１３）となっている。
【００４９】
凸部１１２は、図６に示すように、チューブ基本面１１１の表面から外方に向けて突出するようにプレス加工された打出し部であり、チューブ基本面１１１の外周部において連続する堰のように形成されている。
【００５０】
凹部１１３は、図５に示すように、チューブ側面１１８に沿った凸部１１２の一部をチューブ基本面１１１側にへこませて形成されている。本発明に第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、凹部１１３の凸部１１２からのへこみ寸法をチューブ基本面１１１に対する凸部１１２の突出し寸法と等しくなるように設定している。すなわち、凹部１１３の底部がチューブ基本面１１１と同一面となっている。実際には、凸部１１２を、チューブ基本面１１１の全周に亘り形するのではなく、一部分を除いて突出させて形成することにより、突出せずに残った部分が凹部１１３を形成している。凹部１１３は、チューブ基本面１１１当たり２箇所、つまり、図５に示すように、チューブ基本面１１１の両長辺上且つ対角線上となる位置に設けられている。複数のチューブ１１０が積層されると、図９に示すように、隣接するチューブ１１０間にチューブ基本面１１１および凸部１１２に囲まれた空間として、第２流体である冷却水の流路である冷却水流路１１５が形成される。同時に、図８に示すように、隣接するチューブ１１０の各凹部１１３により冷却水流路１１５をチューブ１１０の外部と連通指せる開口部、すなわち冷却水流路１１５の入口および出口（後述する流入部１１３ａ、流出部１１３ｂ）が形成される。言い換えると、冷却水流路１１５は、凹部１１３のみを介して外部と連通している。
【００５１】
凹部１１３が、上述したように、チューブ側面１１８に沿って形成されているため、チューブ１１０のガス通路１１４の両端部において、冷却水流路１１５は開口せずに密閉されている。これにより、従来の排気熱交換器において用いられているコアプレートを廃止することができる。
【００５２】
また、チューブ基本面１１１には、図５に示すように、チューブ１１０の外方に向けて突出する複数の円筒状の張出し部１１６が所定間隔で形成されている。これらの張出し部１１６のチューブ基本面１１１からの突出寸法は、凸部１１２のチューブ基本面１１１からの突出寸法と同一に設定されている。
【００５３】
また、チューブ基本面１１１において、１つの凹部１１３の近傍には、図５に示すように、チューブ基本面１１１の短辺と平行に延びる整流張出し部（本発明における整流手段に対応）１１７が形成されている。チューブ１１０における排気ガスの上流側（図５中の左側）となる一方の凹部１１３の近傍には、チューブ基本面１１１の短辺側に平行となるように延びる整流張出し部（本発明における整流手段に相当する）１１７が形成されている。整流張出し部１１７のチューブ基本面１１１からの突出寸法は、凸部１１２のチューブ基本面１１１からの突出寸法と同一に設定されている。整流張出し部１１７は、冷却水流路１１５の入り口となる凹部１１３の近傍に形成されている。また、チューブ１１０の両チューブプレート１１０ａ、１１０ｂにより囲まれた空間であるガス通路１１４において、整流張出し部１１７がある側が、ガス通路１１４の入り口となっている。整流張出し部１１７を設けたことにより、冷却水は、図５中に破線矢印で示す方向に流れる。これにより、冷却水をチューブ基本面１１１全域に均一に分布させて流すことができ、排気ガスと冷却水との熱交換効率を高めることができる。
【００５４】
ＥＧＲガスクーラ１００においては、図４に示すように、複数個のチューブ１１０が、扁平長方形状断面の短辺方向に重ねて、言い換えると扁平長方形状断面の長辺同士を重ね且つ凸部１１２を互いに当接させて積層・接合されることで積層体Ｌが形成されている。さらに、張出し部１１６および整流張出し部１１７も凸部１１２と同一突出寸法に形成されていることから、対向する張出し部１１６同士、対向する整流張出し部１１７同士がそれぞれ当接して接合されている。一方、各チューブ１１０の内部においては、両チューブプレート１１０ａ、１１０ｂ間にインナーフィン１２０が挟まれて接合されている。以上から、積層体Ｌは高い剛性を備えている。また、１つの冷却水流路１１５に臨んで、一対の凹部１１３同士によって形成される開口部が２個形成されている。これらの開口部の一方は、チューブ１１０の外部から冷却水流路１１５に冷却水が導入される流入部（１１３ａ）となり、他方は、冷却水流路１１５から冷却水が外部へ流出する流出部（１１３ｂ）とになっている。本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、整流張出し部１１７を設けた側を流入部１１３ａとし、その反対側を流出部１１３ｂとしている。
【００５５】
複数のチューブ１１０が積層接合されて形成された積層体Ｌの外周に、図４に示すように、ケーシング１３０が各チューブ１１０に接合されている。
【００５６】
ケーシング１３０は、図４に示すように、板材をコ字状に折り曲げることにより形成されている。ケーシング１３０は、図４に示すように、複数のチューブ１１０からなる積層体Ｌの積層方向における両端に位置する各チューブ１１０の最外面１１１ａと対向する外方板部材である外方部１３１と、両外方部１３１の端部同士を接続する接続板部材である接続部１３２とを備えている。ケーシング１３０は、接続部１３２をチューブ側面１１８に密着させ且つ凹部１１３を覆うようにするとともに両外方部１３１をそれぞれ対向するチューブ１１０に密着させて積層体Ｌに接合されている。本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、図４に示すように、１つの積層体Ｌに２つのケーシング１３０が、コ字の開口部を略対向させて接合されている。すなわち、チューブ１１０の流入部１１３ａに対応して接合されているのが第１ケーシング１３０ａであり、チューブ１１０の流出部１１３ｂに対応して接合されているのが第２ケーシング１３０ｂである。両ケーシング１３０ａ、１３０ｂは積層体Ｌの長手方向中間部において、図１０に示すように、互いの各外方部１３１を嵌合させて接合されている。
【００５７】
ここで、第１ケーシング１３０ａと第２ケーシング１３０ｂとは、積層体Ｌに対する取付け位置が異なっているものの基本的な構造は両者同一である。したがって、第１ケーシング１３０ａについて、その構成を詳細に説明する。
【００５８】
第１ケーシング１３０ａにおいて、両外方部１３１の外周部は、複数のチューブ１１０からなる積層体Ｌの積層方向における両端に位置する各チューブ１１０の最外面１１１ａの凸部１１２に当接して接合されている。両外方部１３１における凸部１１２との当接部の内側領域は、外方部１３１における凸部１１２との当接部よりも外側に突き出すように形成されている。そして、この突き出した内側領域には、図１、図２に示すように、チューブ１１０の張出し部１１６に当接して接合される凹部１３５、および整流張出し部１１７に当接して接合される整流凹部１３６がそれぞれ形成されている。また、この突き出した内側領域には、図１、図２に示すように、内側領域の外側へ突き出すリブ１３７が形成されている。リブ１３７は、外方部１３１の剛性を高める役目を果たしている。最外面１１１ａと外方部１３１との間で、且つ、張出し部１１６、凹部１３５、整流張出し部１１７、整流凹部１３６を除いた領域には、空間が形成され、この空間は複数積層されたチューブ１１０間と同様の冷却水流路１１５として形成されている。チューブ１１０の最外面１１１ａと外方部１３１との間に形成される冷却水流路１１５の入口として、チューブ１１０の凹部１１３と外方部１３１とにより流入部１１３ａ（第２ケーシング１３０ｂにおいては流出部１１３ｂ）が形成される。
【００５９】
接続部１３２は、流入部１１３ａ（第２ケーシング１３０ｂにおいては流出部１１３ｂ）が形成される側のチューブ側面１１８に当接して接合されている。接続部１３２の流入部１１３ａに対向する部分、詳しくは、図１１に示すように、複数のチューブ１１０の積層方向における一端側（図１１においては下端側）の３個の流入部１１３ａを除いた残りの流入部１１３ａに対向する部分には、接続部１３２の外方に膨出する容積室１３３が形成されている。なお、図１１においては、インナーフィン１２０の表示を省略している。この容積室１３３とチューブ１１０の流入部１１３ａ（第２ケーシング１３０ｂにおいては流出部１１３ｂ）との間には隙間１３３ａが形成されている。一方、図１１中における下端側から３個の流入部１１３ａは、図１１に示すように、接続部１３２により塞がれている。また、第２ケーシング１３０ｂにおいても、同様に、図１１中における下端側から３個の流出部１１３ｂは接続部１３２により塞がれている。このため、これらの流入部１１３ａに連通する冷却水流路１１５は、第２流体である冷却水の流入・流出が遮断され且つ空気が封入されて断熱空間１１９を形成している。したがって、図１１中における下端側から２個のチューブ１１０においては、断熱空間１１９に囲まれているため、それらのガス通路１１４を第１流体である排気ガスが通過する際に排気ガスの温度低下を抑制することが可能である。すなわち、図１１中における下端側から２個のチューブ１１０のガス通路１１４は、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００におけるバイパス通路Ｂを形成している。また、図１１中における下端側から２個のチューブ１１０を除いた残りのチューブ１１０においては、冷却水流路１１５に囲まれているため、それらのガス通路１１４を排気ガスが通過する際に排気ガスと冷却水流路１１５の冷却水との間で熱交換が行われて排気ガス温度が低下する。すなわち、これらのガス通路１１４は、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００における冷却通路Ｃを形成している。なお、冷却通路Ｃを構成するチューブ１１０のうちバイパス通路Ｂと隣接するチューブ１１０においては、図１１に示すように、チューブ１１０の一方の面は冷却水流路１１５に、他方の面は断熱空間１１９に接している。
【００６０】
接続部１３２において、容積室１３３のバイパス通路Ｂと反対側の端部（図１１において上端側）は、図４に示すように、外方部１３１にも連続して延長形成されており、最外面１１１ａと外方部１３１との間の冷却水流路１１５が一部拡大されている。容積室１３３には、図１１に示すように、パイプ穴（本発明における開口部に相当する）１３４が穿設されており、このパイプ穴１３４には入口水パイプ１４１（第２ケーシング１３０ｂにおいては出口水パイプ１４２）が接続されている。これにより、入口水パイプ１４１と出口水パイプ１４２とは、第１ケーシング１３０ａの隙間１３３ａ、各流入部１１３ａ、各冷却水流路１１５、各流出部１１３ｂ、第２ケーシング１３０ｂの隙間１３３ｂを介して連通している。これにより、図示しない、エンジン側冷却水管路途中に入口水パイプ１４１および出口水パイプ１４２を接続すれば、ＥＧＲガスクーラ１００の冷却水流路１１５を冷却水が流れる。
【００６１】
複数のチューブ１１０からなる積層体Ｌの長手方向、つまりチューブ１１０のガス通路１１４における排気ガス流通方向の両端には、図１に示すように、接続フランジ１５１が接合されている。ＥＧＲガスクーラ１００は、接続フランジ１５１を介して、エンジンの排気管と吸気管とを連通する図示しないＥＧＲ通路に接続されている。接続フランジ１５１は、図３に示すように、略四角形状に形成されるとともに、その四隅に、ボルト等を挿通させてＥＧＲガスクーラ１００を図示しないＥＧＲ通路に接続固定するための貫通孔である取付け孔１５１ａを備えている。
【００６２】
次に、以上のように構成された、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００の作動、すなわちＥＧＲガスクーラ１００における冷却通路Ｃおよびバイパス通路Ｂにおける、排気ガスおよび冷却水の流動状態について説明する。
【００６３】
ＥＧＲガスクーラ１００において、排気ガスは、図１において左端側からチューブ１１０のガス通路１１４に流入し、図１において右端側から流出する。一方、冷却水は、入口水パイプ１４１からＥＧＲガスクーラ１００内に流入し、接続部１３２で塞がれず容積室１３３に開口している各流入部１１３ａから冷却水流路１１５へ流入し、接続部１３２で塞がれず容積室１３３に開口している各流出部１１３ｂおよび出口水パイプ１３２からＥＧＲガスクーラ１００外へ流出する。
【００６４】
冷却通路Ｃを構成するチューブ１１０においては、図１１に示すように、チューブ１１０の両側の少なくとも一方に冷却水が流れる冷却水流路１１５が形成されている。それにより、チューブ１１０内を流れる排気ガスとチューブ１１０外を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、排気ガスが冷却される。一方、バイパス通路Ｂを構成するチューブ１１０においては、図１１に示すように、チューブ１１０の両側に空気が封入された断熱空間１１９が形成されており、チューブ１１０内を排気ガスが通過する間に排気ガスの温度はほとんど低下ない。
【００６５】
本発明の本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、チューブ１１０の凹部１１３をケーシング１３０の容積室１３３に連通させることにより冷却水流路１１５を形成するとともに、チューブ１１０の凹部１１３をケーシング１３０の接続部１３２で塞ぐことにより空気が封入された断熱空間１１９を形成している。すなわち、従来の排気熱交換器において冷却通路とバイパス通路とを隔離している仕切り板を廃止して、ケーシング１３０の形状を工夫する、つまり容積室１３３を形成することにより冷却通路Ｃおよびバイパス通路Ｂとを隔離している。これにより、従来の排気熱交換器における仕切り板が不要となり、仕切り板をケーシングに接合する工程が省略できるので、ＥＧＲガスクーラ１００のコストを低減することができる。
【００６６】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、チューブ１１０のチューブ基本面１１１に凸部１１２と凹部１１３とを形成したので、複数のチューブ１１０を凸部１１２同士を当接させて積層することにより、隣接するチューブ１１０間の凸部１１２に囲まれた領域に冷却水流路１１５が形成される。すなわち、冷却水通路１１５は、凸部１１２のみにより気密的に形成されている。これにより、従来の排気熱交換器に用いられているコアプレートを不要として、チューブ１１０内のガス流路１１４と、冷却水流路１１５とを隔離することができる。そして、コアプレートを廃止できることから、チューブ１１０をコアプレートに挿通させるための組付け工数を不要とすることができ、総じてＥＧＲガスクーラ（熱交換器）１００としてのコストを低減することができる。
【００６７】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、凹部１１３のへこみ寸法が凸部１１２の突出寸法に等しくなるように設定しているので、流入部１１３ａ、流出部１１３ｂの開口面積をチューブ基本面１１１に向けて大きく設定することができ、冷却水の流入、流出時の流通抵抗を小さくすることができる。
【００６８】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、凹部１１３の設定位置をチューブ基本面１１１の対角の位置となるようにしているので、冷却水流路１１５において、冷却水が停滞する領域をできにくくすることができ、熱交換性能を高めることができる。
【００６９】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、チューブ基本面１１１に整流張出し部１１７を形成するようにしているので、流入部１１３から流入する冷却水を、冷却水流路１１５の全域に亘り均一に流すことができる。これにより、チューブ基本面１１１の全域において排気ガスと冷却水との熱交換を行わせて、熱交換性能を一層高めることができる。特に、整流張出し部１１７は、チューブ基本面１１１において排気ガス流れ上流側に形成されているので、冷却水流路１１５内において高温の排気ガスが通過する部位に対応する部位で冷却水が淀むことにより生じる冷却水の沸騰を防止することができる。
【００７０】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、チューブ１１０を２枚のチューブプレート１１０ａ、１１０ｂから形成するようにしている。これにより、丸管を形成した後に扁平状断面に成形するよりも、例えば曲げ加工、プレス加工、ロール加工等でチューブプレート１１０ａ、１１０ｂを成形して組み合わせることで、容易に安価にチューブ１１０を成形することができる。
【００７１】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、チューブ１１０内にインナーフィン１２０を配設するようにしているので、排気ガスに対して乱流効果を与えることができ、熱交換性能を向上させることができる。
【００７２】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、複数積層されたチューブ１１０の最外面１１１ａにも凸部１１２、凹部１１３を設けて、ケーシング１３０（１３０ａ、１３０ｂ）の外方部１３１を当接させて接合するようにしているので、最外面１１１ａと外方部１３１との間にも冷却水流路１１５を形成して冷却水を流通させることができ、排気ガスとの熱交換面積を増加させて、熱交換性能を向上させることができる。
【００７３】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、２つの外方部１５１を接続部１３２によって接続してケーシング１３０（１３０ａ、１３０ｂ）として形成するようにしているので、２つの外方部１３１をケーシング１３０（１３０ａ、１３０ｂ）として一体的に形成することができ、また、複数積層されたチューブ１１０に対して挟み込むようにして配設することが可能となり、組付けが容易となる。
【００７４】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、ケーシング１３０（１３０ａ、１３０ｂ）の接続部１３２をチューブ側面１１８に当接させて接合すると共に、接続部１３２において流入部１１３ａ、流出部１１３ｂに近接する部位に容積室１３３を形成して、この容積室１３３にパイプ穴１３４を介して水パイプ１４１、１４２を接続するようにしている。この容積室１３３によって流入部１１３ａ、流出部１１３ｂとパイプ穴１３４（各水パイプ１４１、１４２）との間に所定の隙間１３３ａを形成することができるので、冷却水が冷却水流路１１５に対して流入・流出する際の拡大ロス、あるいは縮小ロスを低減でき、冷却水の圧力損失を低減して、熱交換性能を向上させることができる。
【００７５】
また、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、ケーシング１３０を形成する接続部１３２によって一部の流入部１１３ａおよび流出部１１３ｂを塞ぎ断熱空間１１９を形成している。断熱空間１１９に挟まれたチューブ１１０においては、ガス通路１１４を排気ガスが流れる際に冷却水と熱交換が行われず、排気ガスの温度低下が抑制される。したがって、ＥＧＲガスクーラ１００において、断熱空間１１９に挟まれたチューブ１１０がバイパス通路Ｂを形成している。すなわち、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、チューブ１１０間に形成される冷却水通路１１５の流入部１１３ａおよび流出部１１３ｂを接続部１３２により塞ぐという容易な手段によりバイパス通路Ｂを形成している。これにより、従来の排気熱交換器において、バイパス通路を形成するために冷却水タンクを機密的に二分するように設けられている仕切り板を不要として、ＥＧＲガスクーラ１００の部品点数および組付け工数を低減することができる。
【００７６】
なお、以上説明した、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、積層されるチューブ１１０の個数を7個としているが、7個に限定する必要はなく、２個以上幾つでも良い。
【００７７】
また、以上説明した、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、バイパス通路Ｂを形成するチューブ１１０の個数を２個としているが、２個に限定する必要はなく、１個以上幾つでも良い。
【００７８】
また、以上説明した、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、すべてのチューブ１１０がインナーフィン１２０を備える構成としているが、バイパス通路Ｂを形成するチューブ１１０にはインナーフィン１２０を装着しない構成としても良い。
【００７９】
（第２実施形態）
先に説明した、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、すべてのチューブ１１０がインナーフィン１２０を備える構成としている。これに対して、本発明の第２実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、排気ガスのバイパス通路Ｂを形成するチューブ１１０内に、インナーフィン１２０に替えて、図１２に示すように、空間維持部材１２１を装着している。すなわち、図１２において、下端から２個のチューブ１１０においては、ガス通路１１４内に、空間維持部材１２１を取り付けている。空間維持部材１２１は、チューブ１１０を構成する各部材と同様に、ステンレス鋼から形成されている。
【００８０】
複数のチューブ１１０を積層接合して積層体Ｌを形成する製造工程において、たとえば、積層された複数のチューブ１１０を治具により図１２の上下方向に押圧した状態で、高温の炉中でろう付けして行われる。そのとき、治具による押圧力は各チューブ１１０のチューブプレート１１０ａ、１１０ｂが変形させる用に作用する。しかし、チューブプレート１１０ａ、１１０ｂ間に配置されたインナーフィン１２０が変形に抗する強度部材としての機能を果たし、チューブプレート１１０ａ、１１０ｂの変形が抑制されている。
【００８１】
ところで、インナーフィン１２０には、排気ガスと冷却水との熱交換の効率を高める効果がある一方、ガス通路１１４の通気抵抗が増加させるデメリットがある。特に、バイパス通路Ｂを形成するチューブ１１０においては、排気ガスと冷却水との熱交換が行われないのでインナーフィン１２０は不要であり、ガス通路１１４の通気抵抗低減の観点からもインナーフィン１２０は省略したいところである。
【００８２】
そこで、本発明の第２実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、空間維持部材１２１を、積層体Ｌを形成する製造工程におけるチューブプレート１１０ａ、１１０ｂの変形を抑制でき且つガス通路１１４の通気抵抗がインナーフィン１２０よりも小さくなるように形状仕様を設定している。たとえば、インナーフィン１２０の材質よりも厚さの薄い板材を用いて高い剛性を得るとともに、ガス通路１１４における排気ガス流動方向の投影面積がインナーフィン１２０よりも小さくなるように形成している。
【００８３】
これにより、積層体Ｌを形成する製造工程におけるチューブプレート１１０ａ、１１０ｂの変形を抑制し且つガス通路１１４の通気抵抗を必要最小限であるようなＥＧＲガスクーラ１００を提供することができる。
【００８４】
なお、空間維持部材１２１として、インナーフィン１２０よりもピッチをより粗くしたインナーフィンを用いても良い。
【００８５】
また、上述した本発明の第２実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００では、空間維持部材１２１を、チューブ１１０とは別個の部品として形成しているが、チューブプレート１１０ａ、１１０ｂに、図１３に示すように、ガス通路１１４側に突き出す突起部１１１ｂを設け、両突起部１１１ｂを当接させて空間維持部材を構成してもよい。
【００８６】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ２００では、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００に対して、チューブおよびケーシングの形状を変更している。すなわち、図１４に示すように、チューブとして単純な扁平パイプ状の第１第１チューブ２１０および第２チューブ２７０を用いると共に、ケーシングとして略筒状のケーシング２３０を用いている。以下に、本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ２００の構成について簡単に説明する。
【００８７】
本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ２００を構成する各部材は、エンジンの排気ガスおよび冷却水に直接触れため、本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００と同様に、耐腐食性および高温強度に優れるステンレス鋼材料から形成されるとともに、ろう付け、あるいは溶接により接合されている。
【００８８】
第１チューブ２１０は、図１４に示すように、内部にインナーフィン２２０が配設されている。複数の第１チューブ２１０が、その延設方向（図１４中において矢印で示す方向Ｘ）と直交する方向（図１４中において矢印で示す方向Ｙ）に隙間Ｄを保ちつつ積層され、且つその両端部をコアプレート２６０に接合されて、図１５に示すように、第１チューブ群Ａを形成している。各第１チューブ２１０は、コアプレート２６０に第１チューブ２１０と嵌合可能に設けられた孔部２６１に嵌合してコアプレート２６０に接合固定されている。第１チューブ群Ａの積層方向において最外側に配置される第１チューブ２１０Ａの外側（図１５においては下側）には、図１５示すように、第２チューブ２７０が配置されている。第１チューブ２１０は、その内部を排気ガス通過中に冷却水と熱交換を行う冷却通路Ｃを形成している。一方、第２チューブ２７０は、その内部を排気ガス通過中に冷却水との熱交換が行われず、したがって排気ガスの温度低下を抑制可能なバイパス通路Ｂを形成している。
【００８９】
両コアプレート２６０の外側（第１チューブ２１０および第２チューブ２７０と反対側）には、図１４に示すように、接続フランジ２５１が接合固定されている。ＥＧＲガスクーラ２００は、接続フランジ２５１を介して、エンジンの排気管と吸気管とを連通する図示しないＥＧＲ通路に接続されている。接続フランジ２５１は、図１４に示すように、略四角形状に形成されるとともに、その四隅に、ボルト等を挿通させてＥＧＲガスクーラ２００を図示しないＥＧＲ通路に接続固定するための貫通孔である取付け孔２５１ａを備えている。
【００９０】
ケーシング２３０は、図１４に示すように、それぞれコ字状に形成された２つのケーシング部材２３０Ａ、２３０Ｂを、互いの開口端部を重ね合わせて接合し、それにより角筒状に形成されている。すなわち、ケーシング２３０は、両コアプレート２６０間にケーシング部材２３０Ａ、２３０Ｂの両端を当接させつつ第１チューブ２１０および第２チューブ２７０を覆うように挿入された後、互いの開口端部を重ね合わせて接合されている。なお、ケーシング部材２３０Ａとケーシング部材２３０Ｂとの接合部は、本実施例のような重ね合わせ方式に限るものではなく、互いの開口端部を突き当てる方式であってもよい。
【００９１】
ケーシング２３０には、第１チューブ２１０の断面長手方向外側（図１５中において左側）に張出す第１膨出部２３１と、内容積が第１膨出部２３１よりも大きい第２膨出部２３５が形成されている。すなわち、第１膨出部２３１は、ケーシング部材２３０Ａに形成され、第１膨出部２３１には、図１５に示すように、パイプ孔２３４が設けられ、このパイプ孔２３４に、流入管である入口水パイプ２４１が嵌合し接合されている。同様に、第２膨出部２３５は、ケーシング部材２３０Ｂに形成され、第２膨出部２３５にもパイプ孔２３４が設けられ、このパイプ孔２３４に、流出管である出口水パイプ２４２が嵌合し接合されている。入口水パイプ２４１および出口水パイプ２４２は、図示しないエンジン冷却水回路に接続されている。ケーシング２３０に形成された両膨出部２３１、２３５は、図１５に示すように、第２流体通路である冷却水流路２１５に連通している。
【００９２】
ケーシング２３０は、区画壁面としての平面部２３２を備えている。平面部２３２は、図１５に示すように、第２チューブ２７０に隣接する第１チューブである第１チューブ２１０Ａの端面に密着接合されている。第２チューブ２７０の周囲には、図１５に示すように、断熱空間２１９が形成されている。このように、平面部２３２が第１チューブ２１０Ａに密着接合されることにより、ケーシング２３０内において、冷却水流路２１５と、断熱空間２１９とが完全に隔離されている。すなわち、断熱空間２１９内には冷却水は流入せずに空気が封入されている。このため、排気ガスが第２チューブ２７０内を通過中に排気ガスから第２チューブ２７０を介して外部へ放散される熱量は抑制される。
【００９３】
本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ２００では、ケーシング２３０の平面部２３２は、図１５に示すように、第２チューブ２７０の端面にも密着固定されている。しかし、必ず平面部２３２を第２チューブ２７０の端面に密着固定する必要はなく、離れていてもよい。
【００９４】
本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ２００において、排気ガスは、図１４において左端側から第１チューブ２１０のガス通路２１４に流入し、図１４において右端側から流出する。一方、冷却水は、入口水パイプ２４１から容積室２３１を経て冷却水流路２１５へ流入し、冷却水流路２１５の対角線上反対側の容積室２３５へ至り、出口水パイプ２４２からＥＧＲガスクーラ２００外へ流出する。上述したように、ＥＧＲガスクーラ２００内を排気ガスおよび冷却水が通過することにより、冷却通路Ｃを構成する第１チューブ２１０においては、ガス通路２１４を流れる排気ガスと第１チューブ２１０外を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、排気ガスが冷却される。一方、バイパス通路Ｂを構成する第２チューブ２７０は、図１５に示すように、空気が封入された断熱空間２１９に囲まれているため、ガス通路２１４を流れる排気ガスの温度低下を抑制することが可能である。
【００９５】
本発明の本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラ１００においては、ケーシング２３０の平面部２３２を、第２チューブ２７０に隣接する第１チューブである第１チューブ２１０Ａの端面に密着接合している。これにより、ケーシング２３０内において第１チューブ２１０の周囲に形成された冷却水流路２１５と、第２チューブ２７０の周囲に形成された断熱空間２１９とを隔離することができる。すなわち、従来の排気熱交換器において冷却通路とバイパス通路とを隔離している仕切り板を用いることなく、冷却通路Ｃとバイパス通路Ｂとを隔離することができる。以上から、一体的に備えた冷却通路Ｃとバイパス通路Ｂとを従来の仕切り板を用いない容易な手段によって隔離可能なＥＧＲガスクーラ２００を提供することができる。
【００９６】
なお、以上説明した、本発明の第１、第２実施形態に対して、チューブ基本面１１１に形成される凹部１１３の形状は種々変更して対応することができる。即ち、凹部１１３のへこみ寸法は凸部１１２の突出寸法と同一となるようにしたが、この凹部１１３によって形成される流入部１１３ａ、流出部１１３ｂにおける冷却水の流通抵抗に応じて、凸部１１２の突出部寸法より小さくなるようにしても良い。あるいは、凸部１１２の突出寸法より大きくなるようにしても良い。
【００９７】
また、２つの凹部１１３の設定位置は、チューブ基本面１１１の対角の位置に限らず、２個ともチューブ基本面１１１の一方の長辺側に設けるようにしても良い。この場合、入口水パイプ１４１、出口水パイプ１４２を同一のチューブ側面１１８側に設定でき、これに伴ってケーシング１３０は、第１、第２ケーシング１３０ａ、１３０ｂの２つに分割することなく、１つのタンクとして形成することができる。
【００９８】
また、チューブ基本面１１１における整流張出し部１１７は、チューブ基本面１１１の短辺に対して平行に延びる張出し部として形成したが、冷却水流路１１５における冷却水の流通状況に応じて、下流側に向けて短辺側との距離が拡がるものとしたり、曲線を描いて延設されるもの等としても良く、更には、整流張出し部１１７を廃止したものとしても良い。
【００９９】
また、ケーシング１３０（第１、第２ケーシング１３０ａ、１３０ｂ）の外方部１３１は、排気ガスに対する熱交換性能に応じて、廃止しても良い。
【０１００】
また、上記第１〜第３実施形態では本発明の熱交換器をＥＧＲガスクーラ１００に適用したものとして説明したが、これに限定されることなく、他の熱交換器へも広く適用可能であり、例えば外気に排出される排気ガスと冷却水との間で熱交換して、冷却水を加熱する排熱回収熱交換器に適用しても良い。
【０１０１】
また、上記第１〜第３実施形態では熱交換器を構成する部材の基本材質をステンレス系材料としたが、これに限らず、用途に応じて、アルミニウム系合金、銅系合金等他の材料を用いるものにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ全体構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラ全体構成を示す正面図であり、図１中のＩＩ矢視図である。
【図３】図１中のＩＩＩ矢視図である。
【図４】ＥＧＲガスクーラの部品構成を説明する分解斜視図である。
【図５】チューブを示す三面図である。
【図６】図５（ｂ）中のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるＥＧＲガスクーラの他の実施形態における断面図であり、図５（ｂ）中のＶＩ−ＶＩ線断面図に相当する。
【図８】積層状態のチューブを示す正面図である。
【図９】図１中のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】水側タンクの接続部を示す断面図である。
【図１１】図１中のＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態によるＥＧＲガスクーラの断面図であり、図１中のＸＩ−ＸＩ線断面図に相当する。
【図１３】本発明の第２実施形態によるＥＧＲガスクーラの他の実施形態における断面図であり、図１中のＸＩ−ＸＩ線断面図に相当する。
【図１４】本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラの部品構成を説明する分解斜視図である。断面図であり、図１中のＸＩ−ＸＩ線断面図に相当する。
【図１５】本発明の第３実施形態によるＥＧＲガスクーラの断面図であり、図１中のＸＩ−ＸＩ線断面図に相当する。
【符号の説明】
【０１０３】
１００ ＥＧＲガスクーラ（熱交換器、排気熱交換器）
１１０ チューブ
１１０ａ、１１０ｂ チューブプレート
１１１ チューブ基本面（対向面）
１１１ａ 最外面
１１１ｂ 突起部
１１２ 凸部
１１３ 凹部（流入部、流出部）
１１４ ガス通路
１１５ 冷却水流路（流路）
１１７ 整流張出し部（整流手段）
１１９ 断熱空間
１２０ インナーフィン
１２１ 隔壁板（空間維持部材）
１３０ ケーシング
１３１ 外方部（外方板部材）
１３２ 接続部（接続板部材）
１３３ 膨出部
１３４ パイプ穴（開口部）
１５１ 接続フランジ
１６０ 隔壁板（板部材）
１６１ａ 延出部
２００ ＥＧＲガスクーラ（熱交換器、排気熱交換器）
２１０ 第１チューブ
２１０Ａ 第１チューブ
２１１ 隙間
２１２ 流路
２１４ ガス通路
２１５ 冷却水流路（第２流体通路）
２１９ 断熱空間
２２０ インナーフィン
２３０ ケーシング
２３０Ａ、２３０Ｂ ケーシング部材
２３１ 第１膨出部
２３２ 平面部（区画壁面）
２３４ パイプ孔
２３５ 第２膨出部
２４１ 入口水パイプ（流入管）
２４２ 出口水パイプ（流出管）
２５１ 接続フランジ
２６０ コアプレート
２６１ 孔部
２７０ 第２チューブ
Ａ 第１チューブ群
Ｂ バイパス通路
Ｃ 冷却通路
Ｄ 隙間
Ｌ 積層体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層配置され、内部を第１流体が通過する複数本の偏平状の第１チューブ（２１０）からなる第１チューブ群（Ａ）と、
積層方向において最外側に配される前記第１チューブ（２１０）の外側に積層配置され、内部を第１流体が通過する第２チューブ（２７０）と、
前記第１チューブ群（Ａ）と前記第２チューブ（２７０）とを内部に納めたケーシング（２３０）と、
前記ケーシング（２３０）の内部に形成され、前記第１チューブ群（Ａ）が配され、前記第１チューブ群（Ａ）を通過する前記第１流体と熱交換する第２流体が通過する第２流体通路（２１５）と、
前記ケーシング（２３０）の内部に前記第２チューブ（２７０）が配され、前記第２チューブ（２７０）の周囲に断熱空間（２１９）を形成するバイパス通路（Ｂ）と、
前記チューブの端部と連通し、前記複数のチューブへと前記第１流体を分配する、または前記複数のチューブを通過した前記第１流体を集める接続フランジ（２５１）と、
前記チューブの端部が挿通され、前記ケーシング（２３０）の内部と前記接続フランジ（２５１）とを区画するコアプレート（２６０）とを有する熱交換器であって、
前記ケーシング（２３０）は、前記第１のチューブ（２１０）の断面長手方向よりも膨出し、前記第２流体通路（２１５）の一部をなす第1膨出部（２３１）と、積層方向において前記第２チューブ（２７０）に隣接して配される前記第１チューブ（２１０）の断面長手方向の端面と当接する区画壁面（２３２）とを有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記ケーシング（２３０）に接続され、前記第２流体を前記第２流体通路（２１５）に流入させる流入管（２４１）と、
前記ケーシング（２３０）に接続され、前記第２流体を前記第２流体通路（２１５）から流出させる流出管（２４２）とを有し、
前記第１膨出部（２３１）は前記流入管及び前記流出管（２４２）の接続部位に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記ケーシング（２３０）に接続され、前記第２流体を前記第２流体通路（２１５）から流出させる流出管（２４２）を有し、
前記流出管が前記ケーシング（２３０）に接続される接続部位には前記第１膨出部（２３１）よりも内容積が大きい第２膨出部（２３５）が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１チューブの内部にインナーフィン（２２０）が配設されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の熱交換器。
【請求項５】
扁平状断面を成し複数積層されるチューブ（１１０）内を流通する第１流体と前記チューブ（１１０）の外側を流通する第２流体との間で熱交換せしめる熱交換器であって、
前記チューブ（１１０）が積層される際に互いに対向する対向面（１１１）の外周に形成されて外方へ突出する凸部（１１２）と、
前記凸部（１１２）の前記対向面（１１１）の長辺側の２ヶ所以上に形成され且つ前記凸部（１１２）に対して凹状となる凹部（１１３）とを備え、
複数の前記チューブ（１１０）は前記凸部（１１２）を互いに当接させて積層され、
隣接する２つの前記チューブ（１１０）間において前記対向面（１１１）および前記凸部（１１２）に囲まれる空間が前記第２流体の流通する流路（１１５）となり、
前記チューブ（１１０）の前記凹部（１１３）が形成される側の側面（１１８）に当接し且つ前記凹部（１１３）を包含するように接続板部材（１３２）が設けられ、
前記接続板部材（１３２）は外側に張出すように形成された容積室（１３３）を備え、
前記接続板部材（１３２）は、複数の前記チューブ（１１０）の積層方向における一端側に形成された前記凹部（１１３）を塞ぎ且つ残りの前記凹部（１１３）を前記容積室（１３３）に連通させて前記側面（１１８）に固定され、
前記接続板部材（１３２）により塞がれた前記凹部（１１３）に連通する前記流路（１１５）は密閉され且つ空気が封入された断熱空間（１１９）を形成し、
前記容積室（１３３）は外部の第２流体回路に接続されるジョイント部（１４１、１４２）を備え、
前記ジョイント部（１４１、１４２）および前記容積室（１３３）を介して前記流路（１１５）内へ前記第２流体の流入、あるいは前記隙間内から前記第２流体が流出することを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
前記チューブ（１１０）の積層方向の両最外方となる２つの最外面（１１１ａ）の少なくとも一方には、前記凸部（１１２）、および前記凹部（１１３）が形成されており、
２つの前記最外面（１１１ａ）の少なくとも一方の更に外方から前記凸部（１１２）に当接する外方板部材（１３１）が設けられたことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記外方板部材（１３１）は、２つの前記最外面（１１１ａ）に設けられ、
２つの前記外方板部材（１３１）は、前記対向面（１１１）の一方の長辺側で前記接続板部材（１３２）と接続されたことを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記凹部（１１３）のへこみ寸法は、前記対向面（１１１）に対する前記凸部（１１２）の突出寸法に等しくなるようにしたことを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項９】
前記凹部（１１３）の形成される前記所定２ヶ所の位置は、前記対向面（１１１）において対角の位置となるようにしたことを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記対向面（１１１）の前記凸部（１１２）の内側領域には、前記第１流体流れ上流側に対応する部位において、前記第２流体の流れが前記流路（１１５）内の全体に拡がるように整流する整流手段（１１７）が形成されていることを特徴とする請求項５ないし請求項９のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記チューブ（１１０）は、２枚の板部材（１１０ａ、１１０ｂ）から形成されたことを特徴とする請求項５ないし請求項１０のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記チューブ（１１０）内にインナーフィン（１２０）が配設されたことを特徴とする請求項５ないし請求項１１のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記断熱空間（１１９）に隣接する前記チューブ（１１０）内には前記インナーフィン（１２０）に替えて空間維持部材（１２１）を備えることを特徴とする請求項１２に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記空間維持部材（１２１）は前記対向面（１１１）に前記チューブ（１１０）の内側に向かって突き出すように形成された突起部（１１１ｂ）であることを特徴とする請求項１３に記載の熱交換器。
【請求項１】
積層配置され、内部を第１流体が通過する複数本の偏平状の第１チューブ（２１０）からなる第１チューブ群（Ａ）と、
積層方向において最外側に配される前記第１チューブ（２１０）の外側に積層配置され、内部を第１流体が通過する第２チューブ（２７０）と、
前記第１チューブ群（Ａ）と前記第２チューブ（２７０）とを内部に納めたケーシング（２３０）と、
前記ケーシング（２３０）の内部に形成され、前記第１チューブ群（Ａ）が配され、前記第１チューブ群（Ａ）を通過する前記第１流体と熱交換する第２流体が通過する第２流体通路（２１５）と、
前記ケーシング（２３０）の内部に前記第２チューブ（２７０）が配され、前記第２チューブ（２７０）の周囲に断熱空間（２１９）を形成するバイパス通路（Ｂ）と、
前記チューブの端部と連通し、前記複数のチューブへと前記第１流体を分配する、または前記複数のチューブを通過した前記第１流体を集める接続フランジ（２５１）と、
前記チューブの端部が挿通され、前記ケーシング（２３０）の内部と前記接続フランジ（２５１）とを区画するコアプレート（２６０）とを有する熱交換器であって、
前記ケーシング（２３０）は、前記第１のチューブ（２１０）の断面長手方向よりも膨出し、前記第２流体通路（２１５）の一部をなす第1膨出部（２３１）と、積層方向において前記第２チューブ（２７０）に隣接して配される前記第１チューブ（２１０）の断面長手方向の端面と当接する区画壁面（２３２）とを有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記ケーシング（２３０）に接続され、前記第２流体を前記第２流体通路（２１５）に流入させる流入管（２４１）と、
前記ケーシング（２３０）に接続され、前記第２流体を前記第２流体通路（２１５）から流出させる流出管（２４２）とを有し、
前記第１膨出部（２３１）は前記流入管及び前記流出管（２４２）の接続部位に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記ケーシング（２３０）に接続され、前記第２流体を前記第２流体通路（２１５）から流出させる流出管（２４２）を有し、
前記流出管が前記ケーシング（２３０）に接続される接続部位には前記第１膨出部（２３１）よりも内容積が大きい第２膨出部（２３５）が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１チューブの内部にインナーフィン（２２０）が配設されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の熱交換器。
【請求項５】
扁平状断面を成し複数積層されるチューブ（１１０）内を流通する第１流体と前記チューブ（１１０）の外側を流通する第２流体との間で熱交換せしめる熱交換器であって、
前記チューブ（１１０）が積層される際に互いに対向する対向面（１１１）の外周に形成されて外方へ突出する凸部（１１２）と、
前記凸部（１１２）の前記対向面（１１１）の長辺側の２ヶ所以上に形成され且つ前記凸部（１１２）に対して凹状となる凹部（１１３）とを備え、
複数の前記チューブ（１１０）は前記凸部（１１２）を互いに当接させて積層され、
隣接する２つの前記チューブ（１１０）間において前記対向面（１１１）および前記凸部（１１２）に囲まれる空間が前記第２流体の流通する流路（１１５）となり、
前記チューブ（１１０）の前記凹部（１１３）が形成される側の側面（１１８）に当接し且つ前記凹部（１１３）を包含するように接続板部材（１３２）が設けられ、
前記接続板部材（１３２）は外側に張出すように形成された容積室（１３３）を備え、
前記接続板部材（１３２）は、複数の前記チューブ（１１０）の積層方向における一端側に形成された前記凹部（１１３）を塞ぎ且つ残りの前記凹部（１１３）を前記容積室（１３３）に連通させて前記側面（１１８）に固定され、
前記接続板部材（１３２）により塞がれた前記凹部（１１３）に連通する前記流路（１１５）は密閉され且つ空気が封入された断熱空間（１１９）を形成し、
前記容積室（１３３）は外部の第２流体回路に接続されるジョイント部（１４１、１４２）を備え、
前記ジョイント部（１４１、１４２）および前記容積室（１３３）を介して前記流路（１１５）内へ前記第２流体の流入、あるいは前記隙間内から前記第２流体が流出することを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
前記チューブ（１１０）の積層方向の両最外方となる２つの最外面（１１１ａ）の少なくとも一方には、前記凸部（１１２）、および前記凹部（１１３）が形成されており、
２つの前記最外面（１１１ａ）の少なくとも一方の更に外方から前記凸部（１１２）に当接する外方板部材（１３１）が設けられたことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記外方板部材（１３１）は、２つの前記最外面（１１１ａ）に設けられ、
２つの前記外方板部材（１３１）は、前記対向面（１１１）の一方の長辺側で前記接続板部材（１３２）と接続されたことを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記凹部（１１３）のへこみ寸法は、前記対向面（１１１）に対する前記凸部（１１２）の突出寸法に等しくなるようにしたことを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項９】
前記凹部（１１３）の形成される前記所定２ヶ所の位置は、前記対向面（１１１）において対角の位置となるようにしたことを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記対向面（１１１）の前記凸部（１１２）の内側領域には、前記第１流体流れ上流側に対応する部位において、前記第２流体の流れが前記流路（１１５）内の全体に拡がるように整流する整流手段（１１７）が形成されていることを特徴とする請求項５ないし請求項９のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記チューブ（１１０）は、２枚の板部材（１１０ａ、１１０ｂ）から形成されたことを特徴とする請求項５ないし請求項１０のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記チューブ（１１０）内にインナーフィン（１２０）が配設されたことを特徴とする請求項５ないし請求項１１のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記断熱空間（１１９）に隣接する前記チューブ（１１０）内には前記インナーフィン（１２０）に替えて空間維持部材（１２１）を備えることを特徴とする請求項１２に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記空間維持部材（１２１）は前記対向面（１１１）に前記チューブ（１１０）の内側に向かって突き出すように形成された突起部（１１１ｂ）であることを特徴とする請求項１３に記載の熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００８−１２１６５８（Ｐ２００８−１２１６５８Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４６３１（Ｐ２００７−５４６３１）
【出願日】平成１９年３月５日（２００７．３．５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月５日（２００７．３．５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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