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1. (WO2019031090) HEAT EXCHANGER
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明 細 書

発明の名称 熱交換器 0001  

技術分野

0002  

背景技術

0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

0005   0006   0007   0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

明 細 書

発明の名称 : 熱交換器

関連出願の相互参照

[0001]
 本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2017年8月9日に出願された日本特許出願2017-153985号を基にしている。

技術分野

[0002]
 本開示は、熱交換器に関する。

背景技術

[0003]
 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。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2007-77839号公報

発明の概要

[0005]
 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場合がある。
[0006]
 本開示の目的は、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。
[0007]
 本開示の一態様によると、熱交換器は、第1流体が流入または流出するタンクと、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と、を備える。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と、を有して形成されている。タンクと一端側筒状部は溶接接合されている。シェル本体と他端側筒状部はろう付け接合されている。チューブは外周部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いる。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。
[0008]
 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。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] 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。
[図2] 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。
[図3] 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。
[図4] 比較例としての各部の接合を示した拡大図である。
[図5] 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。
[図6] 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。
[図7] 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。
[図8] 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。
[図9] 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。
[図10] 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。
[図11] 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。
[図12] 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。

発明を実施するための形態

[0010]
 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合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
[0011]
 (第1実施形態)
 本開示の熱交換器の第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、本開示の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。
[0012]
 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。
[0013]
 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。
[0014]
 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。
[0015]
 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。
[0016]
 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。
[0017]
 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。
[0018]
 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。
[0019]
 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。
[0020]
 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。
[0021]
 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。
[0022]
 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。
[0023]
 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。
[0024]
 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。
[0025]
 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。
[0026]
 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。
[0027]
 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。
[0028]
 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。
[0029]
 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。
[0030]
 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。
[0031]
 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。
[0032]
 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。
[0033]
 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。
[0034]
 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。
[0035]
 (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。
[0036]
 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。
[0037]
 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。
[0038]
 (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。
[0039]
 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。
[0040]
 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。
[0041]
 (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。
[0042]
 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。
[0043]
 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。
[0044]
 (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。
[0045]
 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。
[0046]
 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。
[0047]
 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。
[0048]
 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。
[0049]
 (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。
[0050]
 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。
[0051]
 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。
[0052]
 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。
[0053]
 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。
[0054]
 (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。
[0055]
 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。
[0056]
 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。
[0057]
 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。
[0058]
 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。
[0059]
 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。
[0060]
 (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。
[0061]
 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。
[0062]
 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。
[0063]
 (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。
[0064]
 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。
[0065]
 (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。
[0066]
 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。
[0067]
 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、本開示の熱交換器は、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。
[0068]
 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。
[0069]
 本開示は実施例を参照して記載されているが、本開示は開示された上記実施例や構造に限定されるものではないと理解される。寧ろ、本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形を包含する。加えて、本開示の様々な要素が、様々な組み合わせや形態によって示されているが、それら要素よりも多くの要素、あるいは少ない要素、またはそのうちの1つだけの要素を含む他の組み合わせや形態も、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

請求の範囲

[請求項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、
 前記複数の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前記複数の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、
 前記複数のチューブは外周部(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、前記複数の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。
[請求項2]
 前記複数のチューブは、隣接する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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項7]
 前記チューブ支持部材(406;506;606)は、前記複数のチューブ、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。
[請求項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。
[請求項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複数の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。
[請求項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。
[請求項11]
 前記中間筒状部(662)は、内周面において前記複数の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。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]