JP6904154B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、熱交換器に関する。

特許文献１には、シェル本体と触媒コンバーターを内蔵するケーシングとの溶接による接合に際し、間にアダプターリングを介在させることによって熱障壁部として作用させる熱交換器が記載されている。特許文献１には、溶接の際に発生する高温の熱が、シェル本体とチューブシートとのろう付け部や、チューブシートとチューブとのろう付け部に到達する前に冷却されて、熱歪などの影響をほとんど無視できる程度にまで低減することが記載されている。

特開２００７−７７８３９号公報

特許文献１の熱交換器によれば、チューブシートはチューブとのろう付け接合部よりも熱交換器の外側に向けてのみ延びる形状である。このため、シェル本体とチューブシートとのろう付け接合部は、チューブとチューブシートとのろう付け接合部よりも軸方向について熱交換器の外側に位置している。このように特許文献１の熱交換器では、ろう付け部に対する熱歪などの影響を低減する熱交換器を得るために、軸方向の寸法が長くなるという問題がある。

この明細書における開示の目的は、タンクとチューブ支持部材の溶接接合に伴う熱影響を抑え、かつ軸方向長さを抑える熱交換器を提供することである。

この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、技術的範囲を限定するものではない。

開示された熱交換器の一つは、第１流体が流入または流出するタンク（４，５）と、第１流体がそれぞれの内部を流通する複数のチューブ（３０）と、複数のチューブに接合して支持するとともにタンクに接合しているチューブ支持部材（６；１０６；２０６；３０６；４０６；５０６；６０６；７０６）と、チューブの周囲を第２流体が流通するように複数のチューブを内部に収容してチューブ支持部材と接合しているシェル本体（２）と、を備え、
チューブ支持部材は、タンクとシェル本体の並び方向に延びる筒状体であって、筒状体において軸方向の一端側に設けられた一端側筒状部（６０；３６０；４６０；５６０；６６０；７６０）と、筒状体において軸方向の他端側に設けられた他端側筒状部（６１；１６１；２６１；３６１；４６１；５６１；６６１；７６１）と、一端側筒状部よりも直径が小さい部分であって一端側筒状部と他端側筒状部の間で軸方向に所定の長さを有して設けられた中間筒状部（６２；４６２；５６２；６６２；７６２）と、を有して形成されており、タンクと一端側筒状部は溶接接合されており、シェル本体と他端側筒状部はろう付け接合されており、チューブは外周部（３００）が中間筒状部の内面に接触した状態でろう付け接合されてチューブ支持部材に支持されており、シェル本体と他端側筒状部とのろう付け接合部は、チューブの外周部と中間筒状部とのろう付け接合部よりも軸方向について内側に位置している。

これによれば、シェル本体は、チューブにおけるチューブ支持部材とのろう付け接合部よりも軸方向の内側、すなわち他端側においてチューブ支持部材とろう付け接合されているので、軸方向長さを抑えた熱交換器を提供できる。また、中間筒状部は、タンクと溶接接合される一端側筒状部よりも直径が小さい部分であるため、溶接接合部とろう付け接合部との伝熱距離を確保できる。また、シェル本体と他端側筒状部とのろう付け接合部は、溶接接合部から中間筒状部を介して離れているため、強度を確保することができる。以上によれば、この熱交換器は、タンクとチューブ支持部材の溶接接合に伴う熱影響を抑え、かつ軸方向長さを抑えることができる。

第１実施形態の排気ガスクーラの概要構成を示す断面図である。 排気ガスクーラにおけるチューブ、チューブ支持部材、シェル本体およびタンクの接合に係る構成を示す部分断面図である。 第１実施形態における、タンクとチューブ支持部材の接合、チューブとチューブ支持部材の接合、チューブ支持部材とシェル本体の接合を示した部分拡大図である。 比較例としての各部の接合を示した拡大図である。 第２実施形態における、タンクとチューブ支持部材の接合、チューブとチューブ支持部材の接合、チューブ支持部材とシェル本体の接合を示した部分拡大図である。 第３実施形態における、タンクとチューブ支持部材の接合、チューブとチューブ支持部材の接合、チューブ支持部材とシェル本体の接合を示した部分拡大図である。 第４実施形態における、タンクとチューブ支持部材の接合、チューブとチューブ支持部材の接合、チューブ支持部材とシェル本体の接合を示した部分拡大図である。 第５実施形態における、タンクとチューブ支持部材の接合、チューブとチューブ支持部材の接合、チューブ支持部材とシェル本体の接合を示した部分拡大図である。 第６実施形態における、タンクとチューブ支持部材の接合、チューブとチューブ支持部材の接合、チューブ支持部材とシェル本体の接合を示した部分拡大図である。 第７実施形態における、タンクとチューブ支持部材の接合、チューブとチューブ支持部材の接合、チューブ支持部材とシェル本体の接合を示した部分拡大図である。 第８実施形態における、タンクとチューブ支持部材の接合、チューブとチューブ支持部材の接合、チューブ支持部材とシェル本体の接合を示した部分拡大図である。 第９実施形態における、タンクとチューブ支持部材の接合、チューブとチューブ支持部材の接合、チューブ支持部材とシェル本体の接合を示した部分拡大図である。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。

（第１実施形態）
明細書に開示の目的を達成する熱交換器の第１実施形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。この熱交換器は、チューブ３０の内部を流通する第１流体とチューブ３０の周囲を流通する第２流体とが熱交換する装置である。第１実施形態で説明する排気熱交換装置は、明細書に開示の目的を達成する熱交換器の一例である。排気熱交換装置は、内燃機関の一例である車両用ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）におけるＥＧＲクーラ１（排気ガスクーラ１ともいう）に適用したものである。

ＥＧＲクーラ１は、エンジンの吸気側に再循環させる排気（第１流体の一例）を、エンジン冷却用の冷却流体としての冷却水（第２流体の一例）によって冷却する排気熱交換装置である。ＥＧＲクーラ１は、図１および図２に示すように、内部に複数のチューブ３０を含む熱交換コア部、タンク４、タンク５、シェル本体２、水流入管２０、水流出管２１等を備えている。各部材は、例えば、軽量で熱伝導性に優れたアルミニウム材、アルミニウム合金材、ステンレス材等で成形されており、各部材の当接部はろう付けまたは溶接によって接合されている。各部材にはろう材料が被覆されている。炉中ろう付け工程等により各部材にクラッドされたろう材料は溶解して接合関係にある部材同士を接合する。また、各部材にはペースト状のろう材料を塗布した部材や、ろう材料を塗布した板材を用いることもできる。

タンク４は、排気管からの排ガスが流入する上流側の排ガス流入部である。タンク４には、上流側端部に排気管と接続されるフランジ部４１と、フランジ部４１の内側で開口する流入口４０と、が設けられている。タンク４の下流側端部はチューブ支持部材６に結合されている。タンク５は、各チューブ３０を流出した排ガスを集めて、エンジンの吸気側に接続された配管内に流出させる下流側の排ガス流出部である。タンク５には、下流側端部に配管と接続されるフランジ部５１と、フランジ部５１の内側に開口する流出口５０と、が設けられている。タンク５の上流側端部はチューブ支持部材６に結合されている。

熱交換コアは、エンジンから排出される排ガスが内部を流通する複数のチューブ３０を有する。シェル本体２は、複数のチューブ３０を内部に収容している。シェル本体２には、冷却水が流入する水流入管２０と冷却水が流出する水流出管２１とが設けられている。シェル本体２の内部には、複数のチューブ３０の周囲を冷却水が流通している。シェル本体２で囲まれた複数のチューブ３０の周囲には、冷却水が流通する水通路２ａが設けられている。

チューブ３０は、内部に第１流体としての排気が流通する管部材であり、例えば２枚のチューブプレートを接合することにより形成される。各チューブプレートは、プレス加工またはロール加工によって、平板から断面が浅いコの字形状に形成されている。各チューブプレートの開口側が互いに接合されることで、チューブ３０は、その長手方向に交差する横断面が、扁平な矩形形状を成す細長の管部材として形成される。各チューブ３０の長手方向の両端には、矩形状の開口部が形成されている。また、各チューブ３０の内部には、インナーフィンを設けるようにしてもよい。

複数のチューブ３０は、扁平矩形状断面の長辺側となるチューブの主面が互いに対向するように積層されたチューブ集合体３を構成している。チューブ集合体３は、隣接するチューブ３０同士が接触した状態で複数のチューブ３０が一体に積層された一塊のチューブ群である。チューブ集合体３を構成する複数のチューブ３０は、長手方向の両端部のそれぞれにおいて、隣接するチューブ３０同士が接触した状態でろう付け接合されている。図２に示すように、チューブ集合体３の両端部を除く部分では、隣接するチューブ３０の表面同士が離間している。チューブ主面には、チューブ３０の外表面における冷却水の温度境界層の温度を低下させる温度低下手段としての複数の凹凸部を形成するようにしてもよい。また、チューブ集合体３の両端部を除く部分は、隣接するチューブ３０の表面同士が接触している形態でもよい。

チューブ支持部材６は、複数のチューブ３０の長手方向の両端部にそれぞれ一つずつ設けられてチューブ３０を支持する筒状体である。チューブ支持部材６は、タンク４またはタンク５とチューブ集合体３とが並ぶ並び方向を軸方向とする筒状体である。チューブ支持部材６は、ＥＧＲクーラ１において、排気ガス流れの上流側で、チューブ集合体３を支持するとともにタンク４とシェル本体２とに接合されている。チューブ支持部材６は、ＥＧＲクーラ１において、排気ガス流れの下流側で、チューブ集合体３を支持するとともにタンク５とシェル本体２とに接合されている。排ガス流れの上流側に位置するチューブ支持部材６は、タンク４の内部空間とシェル本体２の内部空間とを仕切る部材としてタンク４内の排ガス通路と水通路２ａとを遮断して区画している。排ガス流れの下流側に位置するチューブ支持部材６は、シェル本体２の内部空間とタンク５の内部空間とを仕切る部材として水通路２ａとタンク５内の排ガス通路とを遮断して区画している。

図３を参照してチューブ支持部材６の構成を説明する。チューブ支持部材６は、チューブ集合体３の長手方向端部が内嵌め可能な内径サイズを有する中間筒状部６２を備える。チューブ支持部材６は、筒状体における軸方向の一端側に、タンク４と接合される一端側筒状部６０を備える。チューブ支持部材６は、筒状体における軸方向の他端側に、シェル本体２と接合される他端側筒状部６１を備える。軸方向の一端側は、ＥＧＲクーラ１（熱交換器）において軸方向の外側でもある。軸方向の他端側は、ＥＧＲクーラ１（熱交換器）において軸方向の内側でもある。他端側筒状部６１は、一端側筒状部６０よりも直径が小さい部分である。中間筒状部６２は、一端側筒状部６０と他端側筒状部６１よりも直径が小さい部分であり、一端側筒状部６０と他端側筒状部６１の間で軸方向に所定の長さを有するように形成されている。中間筒状部６２は、ろう付け接合されるチューブ集合体３の両端部の表面形状に沿う内面形状を有している。中間筒状部６２は、チューブ集合体３の両端部の表面形状に沿う形状であれば、その形状は図３に示す形状に限定するものではない。

チューブ支持部材６は、一端側筒状部６０と中間筒状部６２とを連結する第１連結部６３を備える。第１連結部６３は、チューブ支持部材６の軸方向に対して交差する方向に延びる環状の板状部である。第１連結部６３は、中間筒状部６２に近づくほど、軸方向について他端側筒状部６１に近づくように中間筒状部６２に対して傾斜する形状である。チューブ支持部材６は、中間筒状部６２と他端側筒状部６１とを連結する第２連結部６４を備える。第２連結部６４は、チューブ支持部材６の軸方向に対して交差する方向に延びる環状の板状部である。第２連結部６４は、中間筒状部６２に近づくほど、軸方向について一端側筒状部６０に近づくように中間筒状部６２に対して傾斜する形状である。

チューブ支持部材６は、一端側筒状部６０、第１連結部６３、中間筒状部６２、第２連結部６４および他端側筒状部６１が一体に形成された筒状体である。チューブ支持部材６は、板状部材をプレス機械等によって、前述した所定形状に成形したものを環状に曲げ加工して、端部同士を接合することにより製造することができる。チューブ支持部材６は、タンク４やタンク５とシェル本体２とチューブ集合体３とを外側から押さえるように支持した状態でこれらと結合している。この構成により、チューブ支持部材６に対して、タンク４、タンク５、シェル本体２および複数のチューブ３０から径外側に力が作用するので、各部材からの同方向の作用力を活用してチューブ支持部材６における接合力を確保することができる。

シェル本体２における先端部２２と他端側筒状部６１は、他端側筒状部６１の内周面と先端部２２の外周面とが接触する状態でろう付け接合されて結合している。先端部２２の内側に設けられた上流側開口端は、軸方向について、第２連結部６４、中間筒状部６２よりも排ガス流れの下流側に位置している。

チューブ３０とチューブ支持部材６は、チューブ３０における先端部３００と中間筒状部６２の内面とが接触した状態でろう付け接合されて結合している。チューブ３０と中間筒状部６２とのろう付け接合部は、タンク４と一端側筒状部６０との溶接接合部よりも、軸方向について他端側に位置し、かつ径内側に位置している。シェル本体２とチューブ支持部材６の接合、チューブ集合体３とチューブ支持部材６の接合は、シェル本体２、チューブ支持部材６およびチューブ集合体３の組立品を、炉内でろう材の溶解可能温度で加熱する炉中ろう付け工程によって行うことができる。

この炉中ろう付け工程の後に、各部材同士の接触部がろう付け接合された組立品に対してタンク４とタンク５とを結合する溶接接合工程を行う。この溶接接合工程を経て、タンク４における下流側先端部４２と一端側筒状部６０は、一端側筒状部６０の内周面と下流側先端部４２の外周面とが接触する状態で溶接接合されて結合している。下流側先端部４２の内側に設けられた下流側開口端４２ａは、軸方向について、第１連結部６３、中間筒状部６２、チューブ３０の先端開口端３００ａよりも排ガス流れの上流側に位置している。タンク４の下流側先端部４２と一端側筒状部６０とを溶接接合すると、下流側開口端４２ａと先端開口端３００ａとが対向する位置関係になり、タンク４の内部空間と各チューブ３０の内部通路３０ａとが連通する。

タンク５とチューブ支持部材６との結合については、前述した、タンク４とチューブ支持部材６との結合に係る説明と同様である。つまり、タンク５の上流側先端部５２はタンク４の下流側先端部４２に相当し、タンク５の上流側開口端５２ａはタンク４の下流側開口端４２ａに相当する。これにより、タンク５の上流側開口部とチューブ３０の先端開口端３００ａとが対向する位置関係になり、タンク５の内部空間と各チューブ３０の内部通路３０ａとが連通し、タンク４の内部、内部通路３０ａおよびタンク５の内部が連通する一連の排ガス通路を構成するようになる。

排気管内の通路は、タンク４内の通路、各チューブ３０内の内部通路３０ａ、タンク５内の通路、フランジ部５１に接続される配管内の通路へと順につながっている。ＥＧＲクーラ１においては、エンジンから排出された排気の一部が、排気管内の通路から、タンク４内の通路、各チューブ３０内の内部通路３０ａ、タンク５内の通路を順に流下し、フランジ部５１の流出口５０から流出する。ＥＧＲクーラ１の外部に流出した排ガスは再びエンジンに吸入される。

一方、エンジンの冷却水は、水流入管２０からシェル本体２内の水通路２ａに流入して水流出管２１から流出する間に、チューブ３０の内部通路３０ａを流通する排ガスと熱交換する。ＥＧＲクーラ１においては、シェル本体２の内部で排ガスと冷却水との間で熱交換が行われるため、排ガスが十分に冷却された後、エンジンに吸入される。これにより、排ガス規制クリア、燃費向上等に貢献できる。

図４には、第１実施形態の熱交換器に対して、比較例としての各部の接合関係を示している。図４に示す比較例によれば、チューブシート６０Ｇは、チューブ３０とのろう付け接合部よりも、軸方向についてタンク４，５側にのみ延びている形状である。このため、シェル本体２とチューブシート６０Ｇとのろう付け接合部はチューブ３０とチューブシート６０Ｇとのろう付け接合部よりも軸方向について熱交換器の外側に位置する。チューブシート６０Ｇとタンク４との接合部は溶接接合されている。比較例では、このようなチューブシート６０Ｇの形状によって、軸方向の寸法が長くなってしまう。第１実施形態の熱交換器によれば、比較例の問題を解決して、軸方向長さを抑えることができる。

また、図４に示す比較例によれば、チューブシート６０Ｇを板厚方向に貫通する開口部６０Ｇ１に各チューブ３０が挿通された状態で両者がろう付け接合されている。このため、チューブ３０とチューブシート６０Ｇとの接触面積が小さく、チューブ３０とチューブシート６０Ｇとのろう付け接合強度が十分に得られない。したがって、タンク４，５とチューブシート６０Ｇとの溶接接合部から伝わる熱量がろう付け接合部の単位面積あたりに与える熱量密度が大きく、溶接接合による熱によってろう付け接合部の接合強度が低下することが想定できる。

次に、第１実施形態で例示した熱交換器がもたらす作用効果について説明する。熱交換器は、タンク４，５と、複数のチューブ３０と、複数のチューブ３０に接合して支持するとともにタンク４，５に接合しているチューブ支持部材６と、複数のチューブ３０を内部に収容してチューブ支持部材６と接合しているシェル本体２と、を備える。チューブ支持部材６は、タンク４，５とシェル本体２の並び方向に延びる筒状体である。チューブ支持部材６は、筒状体において軸方向の一端側に設けられた一端側筒状部６０と、軸方向の他端側に設けられた他端側筒状部６１と、一端側筒状部６０よりも直径が小さい部分であって一端側筒状部６０と他端側筒状部６１の間で軸方向に所定の長さを有して設けられた中間筒状部６２と、を有して形成されている。タンク４，５と一端側筒状部６０は溶接接合されている。シェル本体２と他端側筒状部６１はろう付け接合されている。チューブ３０は外周部が中間筒状部６２の内面に接触した状態でろう付け接合されてチューブ支持部材６に支持されている。シェル本体２と他端側筒状部６１とのろう付け接合部は、チューブ３０の外周部と中間筒状部６２とのろう付け接合部よりも軸方向について内側に位置している。

この熱交換器によれば、シェル本体２は、チューブ３０における中間筒状部６２とのろう付け接合部よりも軸方向の内側、すなわち他端側においてチューブ支持部材６とろう付け接合されるため、熱交換器の軸方向長さを抑えることができる。中間筒状部６２は、タンク４，５と溶接接合される一端側筒状部６０よりも直径が小さい部分である。この構成により、溶接接合部とろう付け接合部との伝熱距離を確保することができる。

特許文献１の熱交換器によれば、チューブシートを板厚方向に貫通する開口部に各チューブが挿通された状態で両者がろう付け接合されているため、チューブとチューブシートとの接触面積は小さくろう付け接合強度が十分に得られない。したがって、チューブとチューブシートのろう付け接合部と溶接接合部とを距離的に十分に離さなければ、溶接接合による熱によって、ろう付け接合部の接合強度が低下することが懸念される。このように特許文献１の熱交換器では、チューブとチューブシートとのろう付け接合部の強度確保に関して改善の余地がある。

これに対して、第１実施形態の熱交換器によれば、軸方向に所定の長さを有する中間筒状部６２の内面にチューブ３０の外周部を接触させた状態で複数のチューブ３０とチューブ支持部材６とをろう付け接合している。この構成より、中間筒状部６２とチューブ３０のろう付け接合部の表面積を大きく形成できるので、溶接接合部から伝わる熱量のうち、ろう付け接合部における単位面積当たりの受熱量を抑えることができる。ろう付け接合部における単位面積当たりの受熱量を抑制できることにより、ろう付け接合部への熱衝撃を緩和できるので、溶接接合によるろう付け接合部の損傷を抑えることができる。したがって、ろう付け接合部の強度を確保できる熱交換器が得られる。また、溶接接合による熱歪等の熱的影響を受けた場合でも、中間筒状部６２とチューブ３０の接合面積を大きくできるので、熱交換器として必要な接合力を確保することができる。また、シェル本体２と他端側筒状部６１とのろう付け接合部は、溶接接合部から中間筒状部６２を介して離れているため、溶接接合による熱的影響はさらに小さく、接合強度を確保することができる。以上によれば、この熱交換器は、チューブ３０とチューブ支持部材６の接合面積向上と、溶接接合部からろう付け接合部への熱影響の抑制とを図ることができる。

中間筒状部６２は、他端側筒状部６１よりも直径が小さい部分である。この構成によれば、中間筒状部６２と他端側筒状部６１との伝熱距離を少なくとも直径寸法差の半分、確保することができる。このため、溶接接合部から、他端側筒状部６１のろう付け接合部に至る伝熱距離を長くとれるので、チューブ支持部材６とシェル本体２とのろう付け接合部が溶接接合部から受ける熱的影響を抑えた熱交換器を提供できる。

チューブ支持部材６は、軸方向に対して交差する方向に延びる板状で中間筒状部６２と一端側筒状部６０とを連結する第１連結部６３と、軸方向に対して交差方向に延びる板状で中間筒状部６２と他端側筒状部６１とを連結する第２連結部６４と、を備える。この構成によれば、中間筒状部６２と一端側筒状部６０との伝熱距離には第１連結部６３の縦断面長さ分が含まれ、中間筒状部６２と他端側筒状部６１との伝熱距離には第２連結部６４の縦断面長さ分が含まれることになる。このため、溶接接合部から中間筒状部６２のろう付け接合部に至る伝熱距離と、溶接接合部から他端側筒状部６１のろう付け接合部に至る伝熱距離とをそれぞれ長くとれるので、各ろう付け接合部が溶接接合部から受ける熱的影響を抑えた熱交換器を提供できる。

（第２実施形態）
第２実施形態の熱交換器について図５を参照して説明する。第２実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第２実施形態のＥＧＲクーラ１は、第１実施形態のＥＧＲクーラ１に対して、シェル本体２と他端側筒状部１６１との位置関係が相違している。図５に示すように、シェル本体２の先端部２２とチューブ支持部材１０６の他端側筒状部１６１は、他端側筒状部１６１の外周面と先端部２２の内周面とが接触する状態でろう付け接合されて結合している。

第２実施形態の熱交換器によれば、図５に示すように、チューブ支持部材１０６がタンク４，５とシェル本体２とによって径内側と径外側とで挟まれた状態で結合している。これにより、チューブ支持部材１０６には両端部で逆向きの外力が作用するので、タンク４，５およびシェル本体２との接合によってチューブ支持部材１０６には外力が一方向に集中しないため負荷を軽減することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の熱交換器について図６を参照して説明する。第３実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第３実施形態のＥＧＲクーラ１は、第１実施形態のＥＧＲクーラ１に対して、チューブ支持部材２０６の形状が相違している。図６に示すように、チューブ支持部材２０６は、チューブ支持部材６の第２連結部６４に相当する部分を有していない。チューブ支持部材２０６は、一端側筒状部６０、第１連結部６３、中間筒状部６２、および他端側筒状部２６１が一体に形成された筒状体である。中間筒状部６２と他端側筒状部２６１は、直径が同程度となるように構成されている。中間筒状部６２と他端側筒状部２６１とは、縦断面形状が直線状となる筒状部を形成している。シェル本体２の先端部２２とチューブ支持部材２０６の他端側筒状部２６１は、他端側筒状部２６１の内周面と先端部２２の外周面とが接触する状態でろう付け接合されて結合している。

第３実施形態の熱交換器によれば、チューブ支持部材２０６は、タンク４やタンク５とシェル本体２とチューブ集合体３とを外側から押さえるように支持した状態でこれらと結合している。この構成により、チューブ支持部材２０６に対して、タンク４、タンク５、シェル本体２および複数のチューブ３０から径外側に力が作用するので、各部材からの同方向の作用力を活用してチューブ支持部材２０６における接合力を確保することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態の熱交換器について図７を参照して説明する。第４実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態および第３実施形態と同様であり、以下、第１実施形態、第３実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第４実施形態のＥＧＲクーラ１は、第３実施形態のＥＧＲクーラ１に対して、シェル本体２と他端側筒状部２６１との位置関係が相違している。図７に示すように、シェル本体２の先端部２２とチューブ支持部材２０６の他端側筒状部２６１は、他端側筒状部２６１の外周面と先端部２２の内周面とが接触する状態でろう付け接合されて結合している。

第４実施形態の熱交換器によれば、図７に示すように、チューブ支持部材２０６がタンク４，５とシェル本体２とによって径内側と径外側とで挟まれた状態で結合している。これにより、チューブ支持部材２０６には両端部で逆向きの外力が作用するので、タンク４，５およびシェル本体２との接合によってチューブ支持部材２０６には外力が一方向に集中しないため負荷を軽減することができる。

（第５実施形態）
第５実施形態の熱交換器について図８を参照して説明する。第５実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第５実施形態のＥＧＲクーラ１は、第１実施形態のＥＧＲクーラ１に対して、チューブ支持部材３０６の形状、チューブ支持部材３０６と接合する、タンク４，５の端部形状およびシェル本体２の端部形状が相違している。図８に示すように、チューブ支持部材３０６は、一端側筒状部３６０、中間筒状部６２および他端側筒状部３６１が一体に形成された筒状体である。チューブ支持部材３０６は、筒状体における軸方向の一端側に、タンク４，５と接合される一端側筒状部３６０を備える。一端側筒状部３６０は、軸方向に対して交差する方向に延びる環状板部である。一端側筒状部３６０は、溶接接合されるタンク４の下流側先端部１４２やタンク５の上流側先端部１５２に沿うように延びる形状である。一端側筒状部３６０は、下流側先端部１４２や上流側先端部１５２と同様に、軸方向に対して直交方向に延びる環状部である。一端側筒状部３６０は、中間筒状部６２よりも直径が大きい部分である。

チューブ支持部材３０６は、筒状体における軸方向の他端側に、シェル本体２と接合される他端側筒状部３６１を備える。他端側筒状部３６１は、軸方向に対して交差する方向に延びる環状板部である。他端側筒状部３６１は、ろう付け接合されるシェル本体２の先端部１２２に沿うように延びる形状である。他端側筒状部３６１は、先端部１２２と同様に、軸方向に対して直交方向に延びる環状部である。他端側筒状部３６１は、中間筒状部６２よりも直径が大きい部分である。

第５実施形態の一端側筒状部３６０が延びる方向によれば、一端側筒状部３６０と中間筒状部６２との伝熱距離を少なくとも両者の直径寸法差の半分、確保することができる。このため、溶接接合部から、中間筒状部６２のろう付け接合部に至る伝熱距離を長くとることができるので、チューブ支持部材３０６とチューブ３０とのろう付け接合部が溶接接合部から受ける熱的影響を抑えた熱交換器を提供できる。

第５実施形態の他端側筒状部３６１が延びる方向によれば、他端側筒状部３６１と中間筒状部６２との伝熱距離を少なくとも両者の直径寸法差の半分、確保することができる。このため、溶接接合部から中間筒状部６２のろう付け接合部に至る伝熱距離と、溶接接合部から他端側筒状部３６１のろう付け接合部に至る伝熱距離とをそれぞれ長くとれるので、各ろう付け接合部が溶接接合部から受ける熱的影響を抑えた熱交換器を提供できる。

（第６実施形態）
第６実施形態の熱交換器について図９を参照して説明する。第６実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第６実施形態のＥＧＲクーラ１は、第１実施形態のＥＧＲクーラ１に対して、チューブ支持部材４０６の形状が相違している。図９に示すように、チューブ支持部材４０６は、中間筒状部４６２が一端側筒状部４６０や他端側筒状部４６１よりも径内側に突出する縦断面形状である。チューブ支持部材４０６は、径方向厚さ寸法がチューブ３０、タンク４，５およびシェル本体２のそれぞれの板厚よりも肉厚であるブロック状の縦断面形状である。一端側筒状部４６０における内周面との外周面の径方向寸法差に基づく厚み寸法は、チューブ３０、タンク４，５およびシェル本体２の各厚みよりも大きい。他端側筒状部４６１における内周面との外周面の径方向寸法差に基づく厚み寸法は、チューブ３０、タンク４，５およびシェル本体２の各厚みよりも大きい。一端側筒状部４６０の厚み寸法や他端側筒状部４６１の厚み寸法は、チューブ３０、タンク４，５およびシェル本体２の各厚み寸法の２倍以上であることが好ましい。中間筒状部４６２における内周面との外周面の径方向寸法差に基づく厚み寸法は、一端側筒状部４６０の厚み寸法および他端側筒状部４６１の厚み寸法よりも大きい。中間筒状部４６２の厚み寸法は、一端側筒状部４６０の厚み寸法や他端側筒状部４６１の厚み寸法の２倍以上であることが好ましい。

第６実施形態によれば、チューブ支持部材４０６は、チューブ３０、タンク４，５およびシェル本体２のそれぞれの板厚よりも肉厚であるブロック状の縦断面形状を有している。中間筒状部４６２は、一端側筒状部４６０と他端側筒状部４６１よりも径内側に位置して設けられている。一端側筒状部４６０と中間筒状部４６２と他端側筒状部４６１のそれぞれにおける他部材との接合部は、軸方向に関して間隔をあけて設けられている。この構成によれば、チューブ支持部材４０６は、チューブ３０、タンク４，５、シェル本体２よりも軸方向の単位長さあたりの熱容量が大きい断面ブロック状の部材である。チューブ支持部材４０６の熱容量が大きい構成によれば、溶接接合部の熱が中間筒状部４６２のろう付け接合部に伝わりにくくなり、ろう付け接合部に与える熱影響を抑えることに寄与する。さらに、一端側筒状部４６０の溶接接合部と中間筒状部４６２のろう付け接合部とは、軸方向に関して間隔をあけて設けられているため、溶接接合部とろう付け接合部との伝熱距離を確保することに寄与している。また、一端側筒状部４６０の溶接接合部と他端側筒状部４６１のろう付け接合部との軸方向の離間についても、同様に溶接接合部とろう付け接合部との伝熱距離の確保にすることに寄与している。

中間筒状部４６２は、チューブ支持部材４０６において、一端側筒状部４６０と他端側筒状部４６１よりも径内側に突出する環状凸部である。この構成によれば、溶接接合部の熱が中間筒状部４６２に伝わるのを遅くするとともに、チューブ支持部材４０６は、タンク４やタンク５とシェル本体２とチューブ集合体３とを外側から押さえるように支持した状態でこれらと結合することができる。このため、チューブ支持部材４０６に対して、タンク４、タンク５、シェル本体２および複数のチューブ３０から径外側に力が作用するので、各部材からの同方向の作用力を活用してチューブ支持部材４０６における接合力を確保することができる。

さらに中間筒状部４６２の径方向厚み寸法は、一端側筒状部４６０の径方向厚み寸法の２倍以上である。この構成によれば、中間筒状部５６２における熱容量をさらに大きくすることが可能であり、ろう付け接合部に与える熱影響を抑えることに貢献できる。

（第７実施形態）
第７実施形態の熱交換器について図１０を参照して説明する。第７実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態、第６実施形態と同様であり、以下、第１実施形態、第６実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第７実施形態のＥＧＲクーラ１は、第６実施形態のＥＧＲクーラ１に対して、チューブ支持部材５０６の形状が相違している。図１０に示すように、チューブ支持部材５０６は、中間筒状部５６２の径方向厚さ寸法が一端側筒状部５６０や他端側筒状部５６１の径方向厚さ寸法よりも大きい縦断面形状である。チューブ支持部材５０６は、径方向厚さ寸法がチューブ３０、タンク４，５およびシェル本体２のそれぞれの板厚よりも肉厚であるブロック状の縦断面形状である。一端側筒状部５６０における内周面との外周面の径方向寸法差に基づく厚み寸法は、チューブ３０、タンク４，５およびシェル本体２の各厚みよりも大きい。他端側筒状部５６１における内周面との外周面の径方向寸法差に基づく厚み寸法は、チューブ３０、タンク４，５およびシェル本体２の各厚みよりも大きい。一端側筒状部５６０の厚み寸法や他端側筒状部５６１の厚み寸法は、チューブ３０、タンク４，５およびシェル本体２の各厚み寸法の２倍以上であることが好ましい。中間筒状部５６２における内周面との外周面の径方向寸法差に基づく厚み寸法は、一端側筒状部５６０の厚み寸法および他端側筒状部５６１の厚み寸法よりも大きい。中間筒状部５６２の厚み寸法は、一端側筒状部５６０の厚み寸法や他端側筒状部５６１の厚み寸法の２倍以上であることが好ましい。

タンク４の下流側先端部４２やタンク５の上流側先端部５２と一端側筒状部５６０は、溶接接合されて結合している。シェル本体２の先端部２２と他端側筒状部５６１は、先端部２２の内周面と他端側筒状部５６１の外周面とが接触する状態でろう付け接合されて結合している。

第６実施形態によれば、チューブ支持部材５０６は、チューブ３０、タンク４，５およびシェル本体２のそれぞれの板厚よりも肉厚であるブロック状の縦断面形状を有している。中間筒状部５６２は、一端側筒状部５６０と他端側筒状部５６１よりも径内側に位置して設けられている。一端側筒状部５６０と中間筒状部５６２と他端側筒状部５６１のそれぞれにおける他部材との接合部は、軸方向に関して間隔をあけて設けられている。この構成によれば、チューブ支持部材５０６は、チューブ３０、タンク４，５、シェル本体２よりも軸方向の単位長さあたりの熱容量が大きい断面ブロック状の部材である。チューブ支持部材５０６の熱容量が大きい構成によれば、溶接接合部の熱が中間筒状部５６２のろう付け接合部に伝わりにくくなり、ろう付け接合部に与える熱影響を抑えることに寄与する。さらに、一端側筒状部５６０の溶接接合部と中間筒状部５６２のろう付け接合部とは、軸方向に関して間隔をあけて設けられているため、溶接接合部とろう付け接合部との伝熱距離を確保することに寄与している。また、一端側筒状部５６０の溶接接合部と他端側筒状部５６１のろう付け接合部との軸方向の離間についても、同様に溶接接合部とろう付け接合部との伝熱距離の確保にすることに寄与している。

さらに中間筒状部５６２は、内周面においてチューブ３０の外周部と接触した状態でろう付け接合される部分である。一端側筒状部５６０は、外周面においてタンク４，５と接触した状態で溶接接合される部分である。他端側筒状部５６１は、外周面においてシェル本体２と接触した状態でろう付け接合される部分である。この構成によれば、一端側筒状部５６０における溶接接合部と中間筒状部５６２におけるろう付け接合部との径方向距離を少なくとも一端側筒状部５６０の径方向厚さ寸法分、確保することができる。これにより、溶接接合部の熱が中間筒状部５６２のろう付け接合部に伝わりにくくなり、ろう付け接合部に与える熱影響を抑えることに寄与する。

さらに中間筒状部５６２の径方向厚み寸法は、一端側筒状部５６０の径方向厚み寸法の２倍以上である。この構成によれば、一端側筒状部５６０における溶接接合部と中間筒状部５６２におけるろう付け接合部との径方向距離をさらに大きくすることが可能であり、ろう付け接合部に与える熱影響を抑えることに貢献できる。

（第８実施形態）
第８実施形態の熱交換器について図１１を参照して説明する。第８実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態、第７実施形態と同様であり、以下、第１実施形態、第７実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第８実施形態のＥＧＲクーラ１は、第７実施形態のＥＧＲクーラ１に対して、チューブ支持部材６０６の形状が相違している。図１１に示すように、チューブ支持部材６０６には、一端側の端面から他端側に向けて凹む一端側の溝部と、他端側の端面から一端側に向けて凹む他端側溝部と、が設けられている。一端側の溝部、他端側の溝部のそれぞれは、チューブ支持部材６０６において環状に設けられている。一端側の溝部にはタンク４の下流側先端部４２やタンク５の上流側先端部５２が嵌まり、一端側筒状部６６０は一端側の溝部を形成する。他端側の溝部にはシェル本体２の先端部２２が嵌まり、他端側筒状部６６１は他端側の溝部を形成する。一端側の溝部に嵌まっている状態の下流側先端部４２や上流側先端部５２は、一端側筒状部６６０と溶接接合されている。他端側の溝部に嵌まっている状態の先端部２２は、他端側筒状部６６１とろう付け接合されている。

第８実施形態によれば、中間筒状部６６２は、内周面においてチューブ３０の外周部と接触した状態でろう付け接合される部分である。一端側筒状部６６０は、チューブ支持部材６０６の一端側の端面から他端側に向けて凹む溝部を形成する部分であり、この溝部に嵌っているタンク４，５と溶接接合されている。他端側筒状部６６１は、チューブ支持部材６０６の他端側の端面から一端側に向けて凹む溝部を形成する部分であり、この溝部に嵌っているシェル本体２とろう付け接合されている。この構成によれば、チューブ支持部材６０６は、一端側筒状部６６０における溶接接合部に対して、径外側と径内側との両側に熱を蓄えることにできる熱容量部を有している。これにより、溶接接合部の熱を中間筒状部６６２のろう付け接合部に伝わりにくくすることができ、ろう付け接合部に与える熱影響を抑えることに寄与する。

（第９実施形態）
第９実施形態の熱交換器について図１２を参照して説明する。第９実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、第１実施形態、第７実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第９実施形態のＥＧＲクーラ１は、第１実施形態のＥＧＲクーラ１に対して、チューブ支持部材７０６の形状、一端側筒状部７６０と接合する、タンク４，５の端部形状が相違している。図１２に示すように、チューブ支持部材７０６は、一端側筒状部７６０、中間筒状部７６２および他端側筒状部７６１が一体に形成された筒状体である。チューブ支持部材７０６は、筒状体における軸方向の一端側に、タンク４，５と接合される一端側筒状部７６０を備える。一端側筒状部７６０は、軸方向に対して交差する方向に延びる環状板部である。一端側筒状部７６０は、溶接接合されるタンク４の下流側先端部１４２やタンク５の上流側先端部１５２に沿うように延びる形状である。一端側筒状部７６０は、下流側先端部１４２や上流側先端部１５２と同様に、軸方向に対して直交方向に延びる環状部である。一端側筒状部７６０は、中間筒状部７６２よりも直径が大きい部分である。他端側筒状部７６１は、第１実施形態の他端側筒状部６１に相当する。

（他の実施形態）
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、一つの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

前述の実施形態では、第１流体は排ガスであり、第２流体は冷却水であるが、この形態に限定するものではない。第１流体は第２流体よりも低温の流体であってもよい。

前述の実施形態で開示する熱交換器は、隣接するチューブ３０同士が接触した状態で一体に積層されているチューブ集合体３を備える構成であるが、明細書に開示の目的を達成する熱交換器は、この形態に限定するものではない。チューブ集合体３は、隣接するチューブ３０同士が端部等の一部において接触した状態で積層されている構成でもよい。

前述の実施形態では、チューブ３０は、２つのチューブプレートを重ねあわせて形成するものとしたが、これに限らず、一体の管部材から形成されるようにしてもよい。また、チューブ３０の断面形状は、扁平矩形状のものに限らず、丸形状等の他の形状のものでもよい。

２…シェル本体、 ３…チューブ集合体、 ４，５…タンク
６，１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６，７０６…チューブ支持部材
３０…チューブ、 ６０，３６０，４６０，５６０，６６０，７６０…一端側筒状部
６１，１６１，２６１，３６１，４６１，５６１，６６１，７６１…他端側筒状部
６２，４６２，５６２，６６２，７６２…中間筒状部、 ３００…先端部（外周部）

Claims (11)

1. 第１流体が流入または流出するタンク（４，５）と、
   前記第１流体がそれぞれの内部を流通する複数のチューブ（３０）と、
   複数の前記チューブに接合して支持するとともに前記タンクに接合しているチューブ支持部材（６；１０６；２０６；３０６；４０６；５０６；６０６；７０６）と、
   前記チューブの周囲を第２流体が流通するように複数の前記チューブを内部に収容して前記チューブ支持部材と接合しているシェル本体（２）と、
   を備え、
   前記チューブ支持部材は、前記タンクと前記シェル本体の並び方向に延びる筒状体であって、前記筒状体において軸方向の一端側に設けられた一端側筒状部（６０；３６０；４６０；５６０；６６０；７６０）と、前記筒状体において前記軸方向の他端側に設けられた他端側筒状部（６１；１６１；２６１；３６１；４６１；５６１；６６１；７６１）と、前記一端側筒状部よりも直径が小さい部分であって前記一端側筒状部と前記他端側筒状部の間で前記軸方向に所定の長さを有して設けられた中間筒状部（６２；４６２；５６２；６６２；７６２）と、を有して形成されており、
   前記タンクと前記一端側筒状部は溶接接合されており、
   前記シェル本体と前記他端側筒状部はろう付け接合されており、
   前記チューブは外周部（３００）が前記中間筒状部の内面に接触した状態でろう付け接合されて前記チューブ支持部材に支持されており、
   前記シェル本体と前記他端側筒状部とのろう付け接合部は、前記チューブの前記外周部と前記中間筒状部とのろう付け接合部よりも前記軸方向について内側に位置している熱交換器。
2. 複数の前記チューブは、隣接する前記チューブ同士が接触した状態で一体に積層されたチューブ集合体（３）を形成し、
   前記チューブ集合体は、前記外周部が前記中間筒状部の内面に接触した状態でろう付け接合されて前記チューブ支持部材に支持されている請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記中間筒状部は、前記他端側筒状部よりも直径が小さい部分である請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記チューブ支持部材（６；１０６）は、前記軸方向に対して交差する方向に延びる環状板部であって前記中間筒状部と前記一端側筒状部とを連結する第１連結部（６３）と、前記軸方向に対して交差する方向に延びる環状板部であって前記中間筒状部と前記他端側筒状部とを連結する第２連結部（６４）と、を備える請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記一端側筒状部（３６０；７６０）は、前記軸方向に対して交差する方向に延びる環状板部であって前記タンクと溶接接合されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記他端側筒状部（３６１）は、前記軸方向に対して交差する方向に延びる環状板部であって前記シェル本体とろう付け接合されている請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記チューブ支持部材（４０６；５０６；６０６）は、前記チューブ、前記タンクおよび前記シェル本体の各板厚よりも肉厚であるブロック状の縦断面形状を有しており、
   前記中間筒状部（４６２；５６２；６６２）は、前記一端側筒状部（４６０；５６０；６６０）と前記他端側筒状部（４６１；５６１；６６１）よりも径内側に位置して設けられており、
   前記一端側筒状部と前記中間筒状部と前記他端側筒状部のそれぞれにおける接合部は、前記軸方向に関して間隔をあけて設けられている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 前記中間筒状部（４６２）は、前記チューブ支持部材において、前記一端側筒状部（４６０）と前記他端側筒状部（４６１）よりも径内側に突出する環状凸部である請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記中間筒状部（５６２）は、前記チューブ支持部材の内周面において前記チューブの前記外周部と接触した状態でろう付け接合される部分であり、
   前記一端側筒状部（５６０）は、外周面において前記タンクと接触した状態で溶接接合される部分であり、
   前記他端側筒状部（５６１）は、外周面において前記シェル本体と接触した状態でろう付け接合される部分である請求項７に記載の熱交換器。
10. 前記中間筒状部の径方向厚み寸法は、前記一端側筒状部の径方向厚み寸法の２倍以上である請求項８または請求項９に記載の熱交換器。
11. 前記中間筒状部（６６２）は、内周面において前記チューブの前記外周部と接触した状態でろう付け接合される部分であり、
    前記一端側筒状部（６６０）は、前記チューブ支持部材の前記一端側の端面から前記他端側に向けて凹む溝部を形成する部分であり、前記溝部に嵌っている前記タンクと溶接接合されており、
    前記他端側筒状部（６６１）は、前記チューブ支持部材の前記他端側の端面から前記一端側に向けて凹む溝部を形成する部分であり、前記溝部に嵌っている前記シェル本体とろう付け接合されている請求項７に記載の熱交換器。

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