WO2000043663A1

WO2000043663A1 - Refroidisseur egr

Info

Publication number: WO2000043663A1
Application number: PCT/JP2000/000218
Authority: WO
Inventors: Makoto Tsujita; Keiichi Nakagome; Katsuji Inoue; Yoji Yamashita
Original assignee: Hino Motors, Ltd.; Sankyo Radiator Co., Ltd.
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2000-07-27
Also published as: KR20010102981A; EP1148231A4; EP1148231A1

Description

明細書

E G Rクーラ技術分野

この発明は、エンジンの排気ガスを再循環して窒素酸化物の発生を低減させる E G R装置に付属されて再循環用排気ガスを冷却する E G Rクーラに関する。背景技術

第 1図は従来の E G Rクーラの一例を示す断面図であって、図中 1は円筒状に形成されたシェルを示し、該シェル 1の軸心方向両端には、シェル 1の端面を閉塞するようプレート 2 , 2が固着されていて、該各プレート 2 , 2には、シェル 1の軸心延長線 Xと平行に延びる多数のチューブ 3の両端が貫通状態で固着されており、これら多数のチューブ 3はシェル 1の内部を軸心方向に延びている。

そして、シェル 1の一方の端部近傍には冷却水入口 4が設けられ、シェル 1の他方の端部近傍には冷却水出口 5が設けられており、冷却水 9が冷却水入口 4からシェル 1の内部に供給されてチューブ 3の外側を流れ、冷却水出口 5からシェル 1の外部に排出されるようになっている。

更に、各プレート 2， 2の反シェル 1側には、ボンネット 6 A , 6 Bが前記各プレート 2 , 2の端面を被包するように固着され、一方のボンネット 6 Aの中央には排気ガス入口 7が、他方のボンネット 6 Bの中央には排気ガス出口 8が夫々設けられており、エンジンの排気ガス 1 0が排気ガス入口 7から一方のボンネット 6 Aの内部に入り、多数のチューブ 3を通る間に該チューブ 3の外側を流れる冷却水 9との熱交換により冷却された後に、他方のボンネット 6 Bの内部に排出されて排気ガス出口 8からェンジンに再循環するようになっている。

しかしながら、斯かる従来の E G Rクーラにおいては、排気ガス 1 0がチューブ 3内をストレートに流れ、チューブ 3の内周面に対して排気ガス 1 0が十分に接触しないために熱交換効率が悪いという問題があった。また、第 2図に拡大して示す如く、一方のボンネット 6 Aが、排気ガス入口 7からシェル 1側に向け直線状の外形線を成して拡張するテ一パ部 6 Xと、シェル 1と略同径に形成された円筒部 6 yとにより形成されていたが、このような形状では、排気ガス入口 7から導入された排気ガス 1 0の流れがテーパ部 6 Xの内周面から剥離し易く、該テーパ部 6 Xから円筒部 6 yにかけての内側部分に乱流化が起こって、プレート 2の外周側に配置されたチューブ 3に対し排気ガス 1 0が導入され難くなるので、このような各チューブ 3に対する排気ガス 1 0の不均等な分配によっても熱交換効率が悪くなるという問題があり、更には、中心側のチューブ 3が外周側のチューブ 3より高温化して局部的な熱変形が生じる虞れも招いていた。一方、第 3図に拡大して示す如く、他方のボンネット 6 Bも前述した一方のボンネット 6 Aと同様に形成されていた為、外周側のチューブ 3を抜け出た排気ガス 1 0がボンネット 6 Aのテーパ部 6 Xに衝突して急激に流れの向きを変えられることにより外周側のチューブ 3の出口部分で圧力上昇が起こり、この圧力上昇が外周側のチューブ 3における排気ガス 1 0の通気抵抗となって、該排気ガス 1 0が外周側のチューブ 3に対し一層導入され難くなるので、このような理由によっても各チューブ 3に対する排気ガス 1 0の不均等な分配が生じて熱交換効率が悪くなつたり、中心側のチュ一ブ 3が外周側のチューブ 3より高温化して局部的な熱変形が生じたりする虞れを招いていた。

更には、第 4図に示すように、従来におけるチューブ 3の配列は、図中に二点鎖線で示す如き三角形を基調とした千鳥状に並べて配列するようになっていた為、円筒状に形成されたシェル 1と外周側のチューブ 3との間に比較的大きな隙間が形成されてしまい、冷却水入口 4から導入した冷却水 9が流通抵抗の少ない外周側を優先的に流れる傾向が生じる一方、チュ —ブ 3が密集配置された中心側へは冷却水 9が十分に行き届かないので、このような理由によっても中心側のチューブ 3における熱交換効率が外周側のチューブ 3より悪くなつたり、中心側のチューブ 3が外周側のチュ一ブ 3より高温化して局部的な熱変形が生じたりする虞れを招いていた。また、前述した如き従来の E G Rクーラにおいては、冷却水入口 4からシェル 1の内部に供給された冷却水 9が、シェル 1の内部断面に対して均等に冷却水出口 5に向かって流れないという不具合もあり、第 1図中に経路 1 2で示すように、冷却水入口 4からシェル 1の内部に流入した後、冷却水出口 5の方に屈曲して斜めに冷却水出口 5に向かう流れが主流となり，シェル 1内における冷却水入口 4及び冷却水出口 5に対峙する側の隅部近傍で冷却水 9が澱んで冷却水停滞部 1 3が生じてしまう為、この部分での熱交換効率が悪くなるという問題があり、特に高温の排気ガス 1 0が導入されることになる冷却水入口 4に対し直径方向に対峙する位置では、冷却水停滞部 1 3付近でチューブ 3が局部的に高温になって熱変形を起こす虞れもあった。

第 5図及び第 6図は従来における E G Rクーラの別の例を示すもので、ここに図示している E G Rクーラでは、車両への搭載上の問題からシェル 1を縦方向（シェル 1の軸心延長線 Xに対し直角な方向）に扁平な箱型形状に形成しており、各ボンネット 6 A， 6 Bを排気ガス入口 7又は排気ガス出口 8からシェル 1側に向け該シェル 1の端面の長辺方向（図示する例では上下方向）外側へ拡張してプレート 2， 2の端面全域を被包させるようにしている。

このような扁平な箱型形状を成す E G Rクーラにおいては、排気ガス入口 7からボンネット 6 A内に導入された排気ガス 1 0が、その導入時の流れの向きのまま直伸して流れる傾向が強くなる為、シェル 1の端面の長辺方向外側に拡散され難く、しかも、ボンネット 6 A内の排気ガス入口 7に近い部分でガス流が剥離して乱流化が起こり易いという不具合があり、これによって、シェル 1の端面の長辺方向中央のチューブ 3に偏って排気ガス 1 0が流れ込み、当該チューブ 3が主として排気ガス 1 0の入側で高温化して局部的な熱変形を起こす虞れがあり、他方、シェル 1の端面の長辺方向外側のチューブ 3に分配される排気ガス 1 0の量が不足し、この部分での熱交換効率が悪くなるという問題を招いていた。

第 7図は従来における E G Rク一ラの更に別の例を示すもので、ここに図示している E G Rクーラでは、車両への搭載上の問題からボンネットを省略し、シヱル 1の軸心延長線 Xに対し略直角な向きに延びるガス配管 1 1， 1 1を前記シェル 1の両端部に対し約 9 0 ° 屈曲させて直接的に接続するようにしており、しかも、各ガス配管 1 1 , 1 1におけるシェル 1に対する接続側端部の形状を先の第 1図〜第 4図の従来例におけるボンネット 6 A , 6 B (第 1図参照）を摸した椀型形状としてある。

このような形式とした E G Rク一ラにおいては、シェル 1の両端部に対しガス配管 1 1 , 1 1を略直角に屈曲させて接続するようにしていた為、特に排気ガス 1 0の入側においてガス配管 1 1の急激な屈曲によりコーナ部分の内側でガス流が剥離して乱流化が起こってしまい、そのコーナ部分の外側に面したチューブ 3に偏って排気ガス 1 0が流れ込み易く、当該チユーブ 3が排気ガス 1 0の入側で高温化して局部的な熱変形を起こす虞れがあり、他方、コーナ部分の内側に面したチューブ 3に対して分配される排気ガス 1 0の量が不足し、この部分での熱交換効率が悪くなるという問題を招いていた。

本発明は、上述の実情に鑑みて成されたもので、排気ガスと冷却水との熱交換効率を従来より向上し得る E G Rクーラを提供するものであり、特に局部的な熱変形の発生が懸念されるものについては、その熱変形も同時に防止し得るようにした E G Rクーラを提供している。発明の開示

本発明の請求項 1に記載の E G Rクーラは、チューブと、該チューブを包囲するシェルとを備え、該シヱルの内部に冷却水を給排し且つ前記チュ —ブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、前記チューブの内周面に複数条のスパイラル状突起を形成したことを特徴とするものである。

このようにチューブの内周面に複数条のスパイラル状突起を形成すれば、チューブ内を流れる排気ガスが、複数条のスパイラル状突起に沿い旋回流となって乱流化し、チューブの内周面に対する接触頻度や接触距離が増加する結果、排気ガスがチューブの内周面に満遍なく且つ十分に接触することになり、 E G Rクーラの熱交換効率が大幅に向上される。

尚、チューブの内周面に形成する一条のスパイラル状突起のピッチをつめた場合には、排気ガス 1 0の流れに対するスパイラル状突起の傾斜角が大きくなつて直角に近付き、その結果として圧損が大きくなることが想定されるが、本発明では特に複数条のスパイラル状突起を形成しているので、スパイラル状突起のピッチをつめても、排気ガスの流れに対するスパイラル状突起の傾斜角を小さく抑えることが可能で、圧損を高めずに旋回力を大きくすることが可能である。

また、本発明の請求項 2に記載の E G Rクーラは、チューブと、該チュ —ブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、前記チューブ内に螺旋状線材を嵌挿したことを特徴とするものである。

このようにチューブ内に螺旋状線材を嵌揷すれば、チューブ内を流れる排気ガスが螺旋状線材に沿い旋回流となって乱流化し、チューブの内周面に対する接触頻度や接触距離が増加する結果、排気ガスがチューブの内周面に満遍なく且つ十分に接触することになり、 E G Rクーラの熱交換効率が大幅に向上される。

また、本発明の請求項 3に記載の発明は、円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレー卜の反シェル側にプレート端面を被包するよう固着されたポンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、排気ガス入側のボンネットを外側に向け凹面を成して排気ガスの流れ方向に口径が漸増するベルマウス形状としたことを特徴とするものである。

このようにすれば、排気ガスがボンネットの内周面に沿い剥離せずに層流を成して流れる傾向が強まり、ボンネット内における外周部分で乱流化が起こり難くなつて、外周側に配置されたチューブに対しても中心側と同様に排気ガスが導入され易くなるので、各チューブに対し排気ガスが均等に分配されて熱交換効率が大幅に向上され、しかも、中心側のチューブも外周側のチューブも一様に加熱されて局部的な高温化による熱変形が回避されることになる。

また、本発明の請求項 4に記載の発明は、円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレー卜の反シェル側にプレート端面を被包するよう固着されたボンネットと、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、排気ガス出側のボンネットを外側に向け凸面を成して排気ガスの流れ方向に口径が漸減する椀型形状としたことを特徴とするものである。

このようにすれば、外周側のチューブを抜け出た排気ガスがボンネットの内周面に沿い層流を成して滑らかに流れの向きを変えられるので、外周側のチューブの出口部分で圧力上昇が起こり難くなり、これにより外周側のチューブにおける排気ガスの通気抵抗が低下して、外周側に配置されたチューブに対しても中心側と同様に排気ガスが導入され易くなるので、各チューブに対し排気ガスが均等に分配されて熱交換効率が大幅に向上され、しかも、中心側のチューブも外周側のチューブも一様に加熱されて局部的な高温化による熱変形が回避されることになる。

更に、本発明の請求項 5に記載の発明は、円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシヱル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレー卜の反シェル側にプレート端面を被包するよう固着されたボンネットと、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、各チューブをシェルの軸線を中心とした同心の多重円周状に配列したことを特徴とするものである。

このようにすれば、円筒状に形成されたシェルに対し外周側のチューブを沿わせて並べることが可能となり、両者間の隙間を著しく縮小することが可能となるので、シェル内に導入された冷却水が外周側を優先的に流れる傾向が大幅に抑制され、しかも、従来と同じ口径で同じ本数のチューブを配置するに際し、該各チューブ間の隙間が従来より広く確保されて、中心側のチューブへも冷却水が十分に行き届くことになるので、中心側のチュ一ブも外周側のチューブも一様に冷却されてチューブの局所的な高温化が回避されることになり、排気ガスと冷却水との熱交換効率も大幅に向上されることになる。

本発明の請求項 6に記載の発明は、円筒状に形成されたシェルと、該シエルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレー卜と、該プレートの反シェル側にプレート端面を被包するよう固着されたボンネットと、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、シェルの内部に冷却水を給排し且つチューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、シェルの軸心方向一端側に、該シェル内へ冷却水を導入する為の冷却水入口を設けると共に、シェルの軸心方向他端側には、該シェル内から冷却水を排出する為の冷却水出口を設け、且つシェルの軸心方向一端側における冷却水入口に対し直径方向に対峙する位置には、冷却水入口から導入した冷却水の一部を抜き出す為のバイパス出口を設けたことを特徴とするものである。

而して、冷却水を冷却水入口からシェルの内部に導入しながら、その導入した冷却水の一部をバイパス出口から抜き出すようにすると、シェルの軸心方向一端側における冷却水入口に対し直径方向に対峙する位置で冷却水が澱まなくなり、ここに冷却水停滞部が生じてしまうことがなくなるので、シェルの軸心方向一端側でチューブの局所的な高温化が回避されることになり、排気ガスと冷却水との熱交換効率も大幅に向上されることになる。

また、本発明の請求項 7に記載の発明は、扁平な箱型形状に形成されて軸心方向両端を開放したシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレー卜と、該プレー卜の反シェル側にプレート端面を被包するよう固着されたボンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、シェルの内部に冷却水を給排し且つチューブ内には一方のボンネッ卜側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、排気ガス入側のポンネットを、シェルの軸心延長線上に開口した排気ガス入口からシェル側に向け急激にシヱル端面の長辺方向へ拡張してプレート端面全域を被包し且つその排気ガス入口に近い部分をガス流の剥離が生じないよう外側に向け凹面を成す曲面部としたベルマウス型の断面形状に形成し、排気ガス入側のボンネット内における排気ガス入口に臨む位置に、シェルの軸心延長線に沿う方向からシェル端面の長辺方向外側へ円弧状に湾曲する一対のガイド板を八の字型に配設し、該各ガイド板に挟まれた中間位置には、シェル端面の短辺方向に延びて排気ガスの主流を分断する丸棒を配設したことを特徴とするものである。

このようにすれば、排気ガス入口からボンネット内に導入された排気ガスが、各ガイド板により滑らかに流れの向きを変更されてシェル端面の長辺方向外側に良好に拡散され、しかも、各ガイド板の間を通過してしまつた排気ガスの流れも丸棒に突き当たって分断されることにより良好に拡散され、更には、排気ガス入側のボンネットにおける排気ガス入口に近い部分でガス流が曲面部に沿い剥離せずに層流を成して流れる傾向が強まり、排気ガス入側のボンネット内でガス流の乱流化が起こり難くなつて、シェル端面の長辺方向外側に配置されたチューブに対しても排気ガスが導入され易くなるので、全てのチューブについて排気ガスを略均等に導入分配することが可能となり、チューブの局所的な高温化が回避されることになり、排気ガスと冷却水との熱交換効率も大幅に向上されることになる。

また、本発明の請求項 8に記載の発明は、円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレー卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、シェルの内部に冷却水を給排し且つチュ一ブ内にはシェルの軸心方向一端側から他端側に向け排気ガスを通して該排気ガスと冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、シエルの軸心方向両端に、該シェルの軸心延長線に対し略直角な向きに延びるガス配管を徐々に口径を漸増させつつガス流の剥離が生じないよう緩やかに曲げ且つ前記シェルの軸心延長線と前記各ガス配管の軸心線とが所要の角度を有して交差するように接続したことを特徴とするものである。このようにすれば、シェルの軸心方向一端側に向け導かれる排気ガスがガス配管の内周面に沿い層流を成して滑らかに流れの向きを変えられ、しかも、その変更した後の流れの向きを完全にはシェルの軸心方向と一致させずに一様な流速分布のままシェルの軸心方向一端側のプレートに突き当たらせるようにしているので、シェルの軸心方向一端側でガス流の乱流化を抑制しつつ全てのチューブに対し偏りなく排気ガスを略均等に導入分配することが可能となり、他方、各チューブを通りシェルの軸心方向他端側へ抜け出た排気ガスもガス配管の内周面に沿い層流を成して滑らかに流れの向きを変えられ、各チューブの出口部分で局部的な通気抵坊を受けることなく円滑に排出されることになるので、チューブの局所的な高温化が回避されることになり、排気ガスと冷却水との熱交換効率も大幅に向上されることになる。図面の簡単な説明

第 1図は従来の E G Rクーラの一例を示す断面図、第 2図は第 1図の排気ガス入側のボンネッ卜の詳細を示す断面図、第 3図は第 1図の排気ガス出側のボンネッ卜の詳細を示す断面図、第 4図は第 2図の I V— I V矢視の断面図、第 5図は従来の E G Rクーラの別の例を示す断面図、第 6図は第 5図の V I—V I矢視の断面図、第 7図は従来の E G Rクーラの更に別の例を示す断面図、第 8図は本発明の請求項 1に記載の発明を実施する形態の一例を示す拡大断面図、第 9図は第 8図のスパイラル状突起が一条である場合を示す模式図、第 1 0図は第 9図のスパイラル状突起のピッチを小さくした場合を示す模式図、第 1 1図は第 8図のスパイラル状突起が二条である場合を示す模式図、第 1 2図は本発明の請求項 2に記載の発明を実施する形態の一例を示す拡大断面図、第 1 3図は本発明の請求項 3に記載の発明を実施する形態の一例を示す断面図、第 1 4図は本発明の請求項 4に記載の発明を実施する形態の一例を示す断面図、第 1 5図は本発明の請求項 5に記載の発明を実施する形態の一例を示す断面図、第 1 6図は本発明の請求項 6に記載の発明を実施する形態の一例を示す断面図、第 1 7 図は本発明の請求項 7に記載の発明を実施する形態の一例を示す断面図、第 1 8図は本発明の請求項 8に記載の発明を実施する形態の一例を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

第 8図は、本発明の請求項 1に記載の発明を実施する形態の一例を示す拡大断面図であって、第 1図と同一部分については同一符号を付してある。本形態例においては、先に第 1図で説明した E G Rクーラと略同様に構成した E G Rクーラに関し、プレート 2を貫通するチューブ 3の内周面に、複数条（第 8図に示す実施の形態ではニ条）のスパイラル状突起 1 4， 1 5を形成している。

肉厚の薄いチューブ 3においては、複数条のスパイラル状突起 1 4 , 1 5を形成するにあたり、チューブ 3を外から螺旋状に凹ませる押圧加工を、螺旋凸条を有するロール等で施せば、外から押圧した箇所が、チューブ 3 の内周面に複数条のスパイラル状突起 1 4 , 1 5として形成されることになる。

そして、第 8図に図示するように、例えばニ条のスパイラル状突起 1 4， 1 5が、チューブ 3の内周面において、互いに周方向に 1 8 0 ° 位相を変えて並存するようにすれば、長手方向の各位置で直径方向に相対するスパイラル状突起 1 4， 1 5の向きが逆向きとなって交差することになり、チュ一ブ 3の曲げ応力に対する強度が高まることになる。

ただし、肉厚の厚いチューブ 3においては、複数条のスパイラル状突起 1 4， 1 5を形成するにあたり、複数条のスパイラル状突起 1 4 , 1 5を残すようにチューブ 3の内周面を切削加工しても良い。

而して、このようにチューブ 3の内周面に複数条のスパイラル状突起 1 4， 1 5を形成すると、チューブ 3の中を通る排気ガス 1 0がスパイラル状突起 1 4， 1 5に沿い旋回流となって乱流化し、チューブ 3の内周面に対する接触頻度や接触距離が増加する結果、排気ガス 1 0がチューブ 3の内周面に満遍なく且つ十分に接触することになり、 E G Rクーラの熱交換効率を大幅に向上することが可能となる。

尚、例えば、第 9図に模式的に示す如く、チューブ 3の内周面に排気ガス 1 0の流れに対する傾斜角 αで一条のスパイラル状突起 1 4のみを形成した場合には、スパイラル状突起 1 4のピッチ Ρをつめると、第 1 0図に示す如く、スパイラル状突起 1 4の傾斜角 βが大きくなつて直角に近付き、その結果として圧損が大きくなることが想定されるが、本形態例では特に複数条のスパイラル状突起 1 4， 1 5を形成しているので、第 1 1図に示す如く、スパイラル状突起 1 4 , 1 5の相互間のピッチ Ρをつめても、排気ガス 1 0の流れに対するスパイラル状突起 1 4， 1 5の傾斜角ァを小さく抑えることが可能で、圧損を高めずに旋回力を大きくすることが可能である。

第 1 2図は、本発明の請求項 2に記載の発明を実施する形態の一例を示す拡大断面図であって、本形態例においては、シェル 1を円筒容器状に形成し、チューブ 3の両端を前記シェル 1の軸心方向両端面に対し貫通固着せしめるようにした構造を採用しており、しかも、前記チューブ 3の口径及び肉厚を増加して流路断面積及び強度を上げ、チューブ 3の本数を必要最小限に減らすようにしている。

尚、シェル 1の外部に張り出したチューブ 3の先端にはガスフランジ 1 6を設け、該ガスフランジ 1 6に対し、排気ガス 1 0を再循環するラインを適宜に分岐して直接接続できるようにしてある。

そして、このような構造とした E G Rクーラに対し、コイルスプリング状の螺旋状線材 1 7をチューブ 3内の略全長に亘つて嵌挿し、この螺旋状線材 1 7の両端を溶接 1 8によりチューブ 3の内周面に固定している。即ち、第 1 2図に示す形態例は、チューブ 3の口径が大きく且つ肉厚が大きい場合に適したものであり、先に説明した第 8図の如きスパイラル状突起 1 4， 1 5を形成するよりも加工が容易であるという利点がある。そして、チューブ 3の中を通る排気ガス 1 0は、螺旋状線材 1 7に沿い旋回流となって乱流化し、チューブ 3の内周面に対する接触頻度や接触距離が増加する結果、排気ガス 1 0がチューブ 3の内周面に満遍なく且つ十分に接触することになり、 E G Rクーラの熱交換効率を大幅に向上することが可能となる。

第 1 3図は、本発明の請求項 3に記載の発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、先に第 1図で説明した E G Rクーラと略同様に構成した E G Rクーラに関し、排気ガス 1 0の入側のボンネット 6 Aを外側に向け凹面を成して排気ガス 1 0の流れ方向に口径が漸増するべルマウス形状として形成している。

このようにすれば、排気ガス入口 7から導入された排気ガス 1 0がボンネッ卜 6 Aの内周面に沿い剥離せずに層流を成して流れる傾向が強まり、ボンネット 6 A内における外周部分で乱流化が起こり難くなつて、外周側に配置されたチューブ 3に対しても中心側と同様に排気ガス 1 0が導入され易くなるので、各チューブ 3に対し排気ガス 1 0が均等に分配されて熱交換効率が大幅に向上され、しかも、中心側のチューブ 3も外周側のチューブ 3も一様に加熱されて局部的な高温化による熱変形が回避されることになる。

また、第 1 4図は、本発明の請求項 4に記載の発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、先に第 1図で説明した E G Rクーラと略同様に構成した E G Rクーラに関し、排気ガス 1 0の出側のポンネット 6 Bを外側に向け凸面を成して排気ガス 1 0の流れ方向に口径が漸減する椀型形状として形成している。

このようにすれば、外周側のチューブ 3を抜け出た排気ガス 1 0がボンネット 6 Bの内周面に沿い層流を成して滑らかに流れの向きを変えられるので、外周側のチューブ 3の出口部分で圧力上昇が起こり難くなり、これにより外周側のチューブ 3における排気ガス 1 0の通気抵抗が低下して、外周側に配置されたチューブ 3に対しても中心側と同様に排気ガス 1 0が導入され易くなるので、各チューブ 3に対し排気ガス 1 0が均等に分配されて熱交換効率が大幅に向上され、しかも、中心側のチューブ 3も外周側のチューブ 3も一様に加熱されて局部的な高温化による熱変形が回避されることになる。

また、第 1 5図は、本発明の請求項 5に記載の発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、先に第 1図で説明した E G Rクーラと略同様に構成した E G Rクーラに関し、各チューブ 3をシェル 1の軸線〇を中心とした同心の多重円周状に配列しており、第 1 5図における図示では、第 4図と同じ口径で同じ本数のチューブ 3を配置している。

このようにすれば、円筒状に形成されたシェル 1に対し外周側のチューブ 3を沿わせて並べることが可能となり、両者間の隙間を著しく縮小することが可能となるので、冷却水入口 4からシェル 1内に導入された冷却水 9が外周側を優先的に流れる傾向が大幅に抑制され、しかも、従来と同じ口径で同じ本数のチューブ 3を配置するに際し、該各チューブ 3間の隙間が従来より広く確保されて、中心側のチューブ 3へも冷却水 9が十分に行き届くことになるので、中心側のチューブ 3も外周側のチューブ 3も一様に冷却されてチューブ 3の局所的な高温化が回避されることになり、排気ガス 1 0と冷却水 9との熱交換効率も大幅に向上されることになる。

第 1 6図は、本発明の請求項 6に記載の発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、先に第 8図で説明した E G Rクーラと略同様に構成した E G Rクーラに関し、シェル 1の軸心方向一端側における冷却水入口 4に対し直径方向に対峙する位置に、冷却水入口 4から導入した冷却水 9の一部を抜き出す為のバイパス出口 1 9を設けている。

而して、このようにすれば、エンジンの排気ガス 1 0が排気ガス入口 7 から一方のボンネット 6 Aの内部を経て分散して多数のチューブ 3を通り, 他方のボンネット 6 Bの内部に入って排気ガス出口 8からエンジンに再循環する一方、冷却水 9が冷却水入口 4からシェル 1の内部に供給されて冷却水出口 5へ向かって流れることになるが、このとき、冷却水 9を冷却水入口 4からシェル 1の内部に導入しながら、その導入した冷却水 9の一部をバイパス出口 1 9から抜き出すようにすると、シェル 1の軸心方向一端側における冷却水入口 4に対し直径方向に対峙する位置で冷却水 9が澱まなくなり、ここに冷却水停滞部が生じてしまうことがなくなるので、シェル 1の軸心方向一端側でチューブ 3の局所的な高温化が回避されることになり、排気ガス 1 0と冷却水 9との熱交換効率も大幅に向上されることになる。

第 1 7図は、本発明の請求項 7に記載の発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、先に第 5図及び第 6図で説明した E G R クーラと略同様に構成した E G Rクーラに関し、排気ガス 1 0入側のボンネット 6 Aを、シェル 1の軸心延長線 X上に開口した排気ガス入口 7からシェル 1側に向け急激にシェル 1端面の長辺方向（図示する例では上下方向）へ拡張してプレート 2端面全域を被包し且つその排気ガス入口 7に近い部分をガス流の剥離が生じないよう外側に向け凹面を成す曲面部 2 0としたベルマウス型の断面形状に形成し、ボンネット 6 A内における排気ガス入口 7に臨む位置に、シェル 1の軸心延長線 Xに沿う方向からシェル 1 端面の長辺方向外側へ円弧状に湾曲する一対のガイド板 2 1， 2 1を八の字型に配設し、該各ガイド板 2 1 , 2 1に挟まれた中間位置には、シェル 1端面の短辺方向（第 6図中における左右方向に相当）に延びて排気ガス 1 0の主流を分断する丸棒 2 2を配設している。

このようにすれば、排気ガス入口 7からボンネット 6 A内に導入された排気ガス 1 0が、各ガイド板 2 1 , 2 1により滑らかに流れの向きを変更されてシェル 1端面の長辺方向外側に良好に拡散され、しかも、各ガイド板 2 1 , 2 1の間を通過してしまった排気ガス 1 0の流れも丸棒 2 2に突き当たって分断されることにより良好に拡散され、更には、ボンネット 6 Aにおける排気ガス入口 7に近い部分でガス流が曲面部 2 0に沿い剥離せずに層流を成して流れる傾向が強まり、排気ガス 1 0入側のボンネット 6 A内でガス流の乱流化が起こり難くなつて、シェル 1端面の長辺方向外側に配置されたチューブ 3に対しても排気ガス 1 0が導入され易くなるので、全てのチューブ 3について排気ガス 1 0が略均等に導入分配されてチューブ 3の局所的な高温化が回避されることになり、排気ガス 1 0と冷却水 9 との熱交換効率も大幅に向上されることになる。

第 1 8図は、本発明の請求項 8に記載の発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、先に第 7図で説明した E G Rクーラと略同様に構成した E G Rクーラに関し、シェル 1の軸心方向両端に、該シェル 1の軸心延長線 Xに対し略直角な向きに延びるガス配管 1 1， 1 1を徐々に口径を漸増させつつガス流の剥離が生じないよう緩やかに曲げ且つ前記シェル 1の軸心延長線 Xと前記各ガス配管 1 1， 1 1の軸心線 yとが所要の角度 Sを有して交差するように接続している。

このようにすれば、シェル 1の軸心方向一端側に向け導かれる排気ガス 1 0がガス配管 1 1の内周面に沿い層流を成して滑らかに流れの向きを変えられ、しかも、その変更した後の流れの向きを完全にはシェル 1の軸心方向と一致させずに一様な流速分布のままシェル 1の軸心方向一端側のプレート 2に突き当たらせるようにしているので、シェル 1の軸心方向一端側でガス流の乱流化を抑制しつつ全てのチューブ 3に対し偏りなく排気ガス 1 0を略均等に導入分配することが可能となり、他方、各チューブ 3を通りシェル 1の軸心方向他端側へ抜け出た排気ガス 1 0もガス配管 1 1の内周面に沿い層流を成して滑らかに流れの向きを変えられ、各チューブ 3 の出口部分で局部的な通気抵抗を受けることなく円滑に排出されることになるので、全てのチューブ 3について略均等に排気ガス 1 0が流れてチューブ 3の局所的な高温化が回避されることになり、排気ガス 1 0と冷却水 9との熱交換効率も大幅に向上されることになる。

尚、本発明の E G Rクーラは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、各図面に示した構造は、夫々の構造を個別に適用しても良いが、互いに適宜に組み合わせて用いることにより、排気ガスと冷却水との熱交換効率を向上する効果を相乗的に得ることが可能であること、また、図示した例では冷却水を排気ガスの流れに対し並行流として熱交換させる場合を示したが、対向流として熱交換させるようにしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかる E GRクーラは、エンジンの排気ガスを再循環して窒素酸化物の発生を低減させる E GR装置に付属させて用いるのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . チューブと、該チューブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、前記チューブの内周面に複数条のスパイラル状突起を形成したことを特徴とする E G Rクーラ。

2 . チューブと、該チューブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、前記チューブ内に螺旋状線材を嵌挿したことを特徴とする E G Rクーラ。

3 . 円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレートの反シェル側にプレ ―ト端面を被包するよう固着されたボンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレー卜に貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネッ卜側から他方のボンネッ卜側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、排気ガス入側のボンネットを外側に向け凹面を成して排気ガスの流れ方向に口径が漸増するベルマウス形状としたことを特徴とする E G Rクーラ。

4 . 円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレー卜と、該プレー卜の反シェル側にプレ ―ト端面を被包するよう固着されたボンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、排気ガス出側のボンネットを外側に向け凸面を成して排気ガスの流れ方向に口径が漸減する椀型形状としたことを特徴とする E G Rクーラ。

5 . 円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレー卜の反シェル側にプレ一ト端面を被包するよう固着されたボンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレー卜に貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、各チュ —ブをシェルの軸線を中心とした同心の多重円周状に配列したことを特徴とする E G Rクーラ。

6 . 円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレー卜の反シェル側にプレ —ト端面を被包するよう固着されたボンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、シェルの内部に冷却水を給排し且つチューブ内には一方のポンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、シェルの軸心方向一端側に、該シヱル内へ冷却水を導入する為の冷却水入口を設けると共に、シェルの軸心方向他端側には、該シェル内から冷却水を排出する為の冷却水出口を設け、且つシェルの軸心方向一端側における冷却水入口に対し直径方向に対峙する位置には、冷却水入口から導入した冷却水の一部を抜き出す為のバイパス出口を設けたことを特徴とする E G Rクーラ。

7 . 扁平な箱型形状に形成されて軸心方向両端を開放したシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレートと, 該プレートの反シェル側にプレート端面を被包するよう固着されたポンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、シェルの内部に冷却水を給排し且つチューブ内には一方のボンネッ卜側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、排気ガス入側のボンネットを、シェルの軸心延長線上に開口した排気ガス入口からシェル側に向け急激にシェル端面の長辺方向外側へ拡張してプレート端面全域を被包し且つその排気ガス入口に近い部分をガス流の剥離が生じないよう外側に向け凹面を成す曲面部としたベルマウス型の断面形状に形成し、排気ガス入側のボンネッ卜内における排気ガス入口に臨む位置に、シェルの軸心延長線に沿う方向からシェル端面の長辺方向へ円弧状に湾曲する一対のガイド板を八の字型に配設し、該各ガイド板に挟まれた中間位置には、シェル端面の短辺方向に延びて排気ガスの主流を分断する丸棒を配設したことを特徴とする E G Rクーラ。

8 . 円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレー卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、シェルの内部に冷却水を給排し且つチューブ内にはシェルの軸心方向一端側から他端側に向け排気ガスを通して該排気ガスと冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、シェルの軸心方向両端に、該シェルの軸心延長線に対し略直角な向きに延びるガス配管を徐々に口径を漸増させつつガス流の剥離が生じないよう緩やかに曲げ且つ前記シェルの軸心延長線と前記各ガス配管の軸心線とが所要の角度を有して交差するように接続したことを特徴とする E GRクーラ。