JP4525989B2 - Egrガス冷却装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの冷却液、カーエアコン用冷媒または冷却風などによってEGRガスを冷却する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
排気ガスの一部を排気系から取出して、再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加える方法は、EGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)と称される。EGRはNOx(窒素酸化物)の発生抑制、ポンプ損失の低減、燃焼ガスの温度低下に伴う冷却液への放熱損失の低減、作動ガス量・組成の変化による比熱比の増大と、これに伴うサイクル効率の向上など、多くの効果が得られることから、エンジンの熱効率を改善するには有効な方法とされている。
【0003】
しかるに、EGRガスの温度が高くなりかつEGRガス量が増大すると、その熱作用によりEGRバルブの耐久性が劣化し、早期破損を招く場合があったり、その防止のために水冷構造とする必要があることや吸気温度の上昇に伴い充填効率の低下による燃費の低下などが認識されている。このような事態を避けるため、エンジンの冷却液などによってEGRガスを冷却する装置が用いられている。この装置としては、一般に多管式の熱交換器が利用される。
【0004】
この場合に利用される多管式の熱交換器は、図10、図11にその一例を示すごとく、両端部に冷却媒体流入口11−1および冷却媒体流出口11−2を設けた胴管11内部において、伝熱管群12の両端部が板金製のチューブシート13にろう付けにより固定され、一方、チューブシート13はその外周端部を胴管11の内壁にろう付けにより固着して配列され、前記胴管11の一方の端部にはEGRガスの流入口14a−1が設けられた端部キャップ14aが固着され、また他方の端部にはEGRガスの流出口14b−1が設けられた端部キャップ14bが固着された構成となし、かつ前記端部キャップ14a、14bのガス流入口14a−1および流出口14b−1の外側開口端部に締結用フランジ15a、15bが外嵌固着された構造となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の、EGRガスの冷却に用いられる多管式の熱交換器における胴管11、板金製のチューブシート13および端部キャップ14a、14bの接合部は図11に拡大して示すごとく、胴管11の両開口端部と端部キャップ14a、14bとの間にチューブシート13が炉中ろう付けにより固定された構造となっているが、かかる接合構造の場合、胴管11の両開口端部と端部キャップ14a、14bおよびチューブシート13のろう付け部に何等かの原因、例えば製造段階でのろう付け不良あるいは振動や衝撃などにより亀裂が入り胴管11内の冷却媒体(エンジンの冷却液など)が図11中矢印で示すように水洩れが発生すると、端部キャップ14a、14bのガス流入口14a−1または流出口14b−1側へ漏洩してEGRガスと混入してエンジン内部に侵入しエンジン故障やエンジン損傷の重大原因となる。
【0006】
本発明は、上記した多管式熱交換器の胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造に起因するろう付け部からの水洩れによるエンジン故障やエンジン損傷の問題を解決するためになされたもので、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造を改善することによって、万一水洩れが発生してもエンジンに全く影響をおよぼさないEGRガス冷却装置を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、両端部に冷却媒体流入口および冷却媒体流出口が設けられた胴管の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部には端部キャップが設けられ、また前記端部キャップにはEGRガスの流入口と流出口が設けられ、前記端部キャップのガス流入口および流出口の外側開口端部に締結用フランジが外嵌固着され、かつ端部キャップの胴管側端部と胴管の端部キャップ側端部とが近接して固着された構造の多管式のEGRガス冷却装置において、冷却媒体流入口を有する胴管の両端部と冷却媒体流入口を有しないチューブシートおよび端部キャップの接合構造として、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用い、胴管の両端部および端部キャップをそれぞれ前記カップ形のチューブシートに固着する接合構造であって、一方の前記カップ形チューブシートは、当該開口端部の拡径部が内向きになるように胴管の端部に前記拡径部が外嵌されて当該部分が固着され、さらに該チューブシートの背面側原径部外周端部に前記端部キャップが外嵌されて固着され、他方の前記カップ形チューブシートは、当該開口端部の拡径部が外向きになるように当該チューブシートの背面側原径部外周端部が胴管の端部を拡径して設けた拡径部に内嵌されて当該部分が固着され、さらに該チューブシートの拡径部の内面側に前記端部キャップが内嵌されて固着され、前記一方のチューブシートと胴管の外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部が管軸方向に、前記他方のチューブシートと胴管の外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部が管軸方向および径方向に、それぞれ離間した構造となしたEGRガス冷却装置を要旨とするものである。
また、本発明は、両端部に冷却媒体流入口および冷却媒体流出口が設けられた胴管の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部には端部キャップが設けられ、また前記端部キャップにはEGRガスの流入口と流出口が設けられ、前記端部キャップのガス流入口および流出口の外側開口端部に締結用フランジが外嵌固着され、かつ端部キャップの胴管側端部の固着部と胴管の端部キャップ側端部の固着部が近接して設けられた構造の多管式のEGRガス冷却装置において、冷却媒体流入口を有する胴管の両端部と冷却媒体流入口を有しないチューブシートおよび端部キャップの接合構造として、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用い、胴管の両端部および端部キャップをそれぞれ前記カップ形のチューブシートに固着する接合構造であって、両方の前記カップ形チューブシートは、それぞれ当該開口端部の拡径部が内向きになるように胴管の端部に前記拡径部が外嵌されて当該部分が固着され、各チューブシートの背面側原径部外周端部にそれぞれ前記端部キャップが外嵌されて固着され、胴管の両端部とチューブシートの外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部がそれぞれ管軸方向に離間した構造となしたEGRガス冷却装置をもう一つの要旨とするものである。
【0008】
すなわち、本発明は胴管、チューブシートおよび端部キャップのろう付け部に万一亀裂が生じても、胴管内の冷却媒体(エンジンの冷却液など)のエンジン内部への侵入を防止するため、胴管の両端部とチューブシートの接合部と、チューブシートと端部キャップの接合部をそれぞれ分離させた構造としたもので、これによりチューブシートと端部キャップの接合部に亀裂が生じても胴管内の冷却媒体が当該亀裂部から漏洩することが全くないばかりでなく、胴管の両端部とチューブシートの接合部に亀裂が生じても胴管内の冷却媒体は装置外へ漏出するだけなので、端部キャップのガス流入口または流出口側内部への漏洩を完全に防止することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係る多管式のEGRガス冷却装置の一実施例を、図2〜図9は本発明に係る多管式のEGRガス冷却装置の参考例を、それぞれ示すもので、図1は開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の一実施例を示すEGRガス流入口側および流出口側の断面図、図2〜図8は断面コ字形またはカップ形のチューブシートを用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の参考例を示すEGRガス流入口側および流出口側の断面図、図9は厚肉のチューブシートを用いた胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の参考例を示す図1相当図であり、1は胴管、1−1は冷却媒体流入口、1−2は冷却媒体流出口、2は伝熱管群、3a〜3iはチューブシート、4は端部キャップ、4−1はEGRガスの流入口、4−2はEGRガスの流出口、5は締結用フランジである。
【0010】
まず、図1に示す本発明の多管式のEGRガス冷却装置は、両端部に冷却媒体流入口1−1および冷却媒体流出口1−2を設けた胴管1内部において、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシート3a、3a´を用い、胴管1の一方(図1の左側)は前記チューブシート3aをその開口端部の拡径部が内向きになるように、また胴管1の他方(図1の右側)は前記チューブシート3aと同一の形状構造を有するチューブシート3a′をその開口端部の拡径部が外向きになるようにそれぞれ配置し、この両端部のチューブシート3a、3a´に伝熱管群2の両端部をろう付けまたは溶接により固定している。また、図示のように、チューブシート3a、3a′をその開口端部の拡径部がそれぞれ内向き、外向きになるように非対称に配置した構造の場合は、内向きのチューブシート3aの開口端部の拡径部を胴管1の端部に外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、当該チューブシート3aの背面側原径部外周端部にはEGRガスの流入口4−1、流出口4−2が設けられた端部キャップ4を外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、一方、外向きのチューブシート3a′側は、胴管1の他端部を拡径して設けた拡径部にチューブシート3a′の背面側原径部外周端部を内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、また該チューブシート3a′の拡径部の内面側に端部キャップ4を内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、胴管1の両端部とチューブシート3a、3a′の接合部イと、チューブシート3a、3a′と端部キャップ4の接合部ロとが分離した構造となしている。
そしてこのような構造とするとEGRガス冷却装置の各部のろう付けの際にチューブシート3a側を下側にして樹立させてろう材を外周側に配置してろう付け作業をすれば溶融したろう材が流下しても各接合部のろう付けは確実に実施することができる。
なおこの図1の接合構造におけるチューブシート3a、3a′側を相互に内向きあるいは相互に外向きに対向して配置して対称的に胴管1や端部キャップ4にそれぞれ固着することも可能である。
【0011】
次に、図2〜図9に参考例として示す多管式のEGRガス冷却装置について説明する。
図2に示すEGRガス冷却装置は、両端部に冷却媒体流入口1−1および冷却媒体流出口1−2を設けた胴管1内部において、両端部にそれぞれ内向きに配置したカップ形のチューブシート3b(拡径部なし)に伝熱管群2の両端部をろう付けまたは溶接により固定している。一方、チューブシート3bはその外周部もしくは内周部(図示せず)の開口端部を胴管1の両端内壁もしくは外壁に内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着している。また、前記チューブシート3bの背面側(外側)の外周端部にはEGRガスの流入口4−1、流出口4−2が設けられた端部キャップ4が外嵌されて当該部分をろう付けまたは溶接により固着され、前記胴管1の両端内壁もしくは外壁とチューブシート3bの接合部イと、チューブシート3bと端部キャップ4の接合部ロとが分離した構造となしている。なお、胴管1の両端内壁とチューブシート3bの接合部イでは、胴管1の外周面とチューブシート3baの外周面をそれぞれ面一に設けているが、胴管1はチューブシート3bの外周面に突出させて接合してもよいことはいうまでもない。
【0012】
図3に示すEGRガス冷却装置は、図2の接合構造と同様、カップ形のチューブシート3cを内向きに配置した例であり、この場合はチューブシート3cを胴管1の両端内壁に嵌合して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、端部キャップ4はチューブシート3cに外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図1と同様、胴管1の両端内壁とチューブシート3cの接合部イと、チューブシート3cと端部キャップ4の接合部ロとが分離した構造となしている。なお、チューブシート3cと端部キャップ4の接合部ロでは、チューブシート3cの外周面と端部キャップ4の外周面をそれぞれ面一に設けているが、端部キャップ4はチューブシート3cの外周面に突出させて接合してもよいことはいうまでもない。
【0013】
図4に示すEGRガス冷却装置は、図2、図3の接合構造と同様、カップ形のチューブシート3dを内向きに配置した例であり、この場合はチューブシート3dを胴管1の両端部に外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、端部キャップ4はチューブシート3dに外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図1と同様、胴管1の両端外壁とチューブシート3dの接合部イと、チューブシート3dと端部キャップ4の接合部ロとが分離した構造となしている。
【0014】
上記図2〜図4はいずれもカップ形のチューブシートを内向きに配置した例であるのに対し、以下に説明する図5〜図8はいずれもカップ形のチューブシートを図2〜図4とは向きが逆の外向きに配置した例である。
すなわち、図5に示すEGRガス冷却装置は、外向きに配置したカップ形のチューブシート3eの背面側外周端部に胴管1の両端を外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、端部キャップ4はチューブシート3eの外周面と面一に外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図1〜図4と同様、胴管1の両端部とチューブシート3eの接合部イと、チューブシート3eと端部キャップ4の接合部ロとが分離した構造となしている。なお、端部キャップ4はチューブシート3eの外周面と面一でなく、チューブシート3eの外周面に突出するように外嵌して接合してもよいことはいうまでもない。
【0015】
図6に示すEGRガス冷却装置は、外向きに配置した側壁に膨出部を有するカップ形のチューブシート3fの背面側外周端部を胴管1の両端内壁に面一に内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、また該チューブシート3fの開口端側外周端部に端部キャップ4を面一に外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図5と同様、胴管1の両端内壁とチューブシート3fの接合部イと、チューブシート3fと端部キャップ4の接合部ロとが分離した構造となしている。なお、この図6の接合構造において、胴管1の両端内壁とチューブシート3fの接合部イと、チューブシート3fと端部キャップ4の接合部ロは共に、胴管1、チューブシート3fおよび端部キャップ4の外周面をそれぞれ面一に設けているが、必ずしも面一でなくてもよい。また、チューブシート3fは外向きのみならず、内向きに配置することも可能である。
【0016】
図7に示すEGRガス冷却装置は、外向きに配置したカップ形のチューブシート3gの背面側外周端部を胴管1の両端部に内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、また該チューブシート3gの開口端部に端部キャップ4を内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図5、図6と同様、胴管1の両端内壁とチューブシート3gの接合部イと、チューブシート3gと端部キャップ4の接合部ロとが分離した構造となしている。
なお図7において胴管1の両端部または一端部を図4の右側に示すように拡径しこの拡径部をチューブシート3gの背面側外周端部に外嵌して固着することもできる。
【0017】
図8に示すEGRガス冷却装置は、外向きに配置したカップ形のチューブシート3hの背面側外周端部を胴管1の両端部に面一に内嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、また該チューブシート3hの開口側外周端部に端部キャップ4を外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も図5、図6、図7と同様、胴管1の両端部とチューブシート3hの接合部イと、チューブシート3hと端部キャップ4の接合部ロとが分離した構造となしている。
【0018】
一方、図9に示すEGRガス冷却装置は、カップ形のチューブシートに替えて、厚肉のチューブシート3iを使用し、この厚肉チューブシート3iの胴管1側外周端部に胴管1の両端を外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着し、端部キャップ4はチューブシート3iの外周面と面一に外嵌して当該部分をろう付けまたは溶接により固着した構造となしたもので、この場合も胴管1の両端内壁とチューブシート3iの接合部イと、チューブシート3iと端部キャップ4の接合部ロとが分離した構造となしている。なお、胴管1はチューブシート3iの外周面と面一に外嵌して接合してもよいことはいうまでもない。
【0019】
上記した図1〜図9に示す各EGRガス冷却装置において、仮に胴管1の両端内壁とチューブシート3a〜3iの接合部イに亀裂が入るなど何等かの理由により水洩れが生じた場合、この接合部イはチューブシート3a〜3iと端部キャップ4の接合部ロと離れた位置にあるため、接合部イから洩れた水はそのまま外部へ漏出し、端部キャップ4内へ侵入することはない。また、チューブシート3a〜3iと端部キャップ4の接合部ロは胴管1内部と完全に隔離した位置にあるため、仮に当該接合部ロに亀裂などが生じても水洩れは皆無である。
【0020】
なお図1〜図8では、チューブシートとしてカップ形のものを例にとり説明したが、カップ形のチューブシートに替えて、断面形状がコ字形のチューブシートを用いても同様の作用効果が得られることはいうまでもない。また、カップ形やコ字形のチューブシートは鍛造、鋳造、削り出し、プレス成形などの手段により製造される。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明のEGRガス冷却装置は、冷却媒体流入口を有する胴管の両端部と冷却媒体流入口を有しないチューブシートの接合部と、チューブシートと端部キャップの接合部をそれぞれ分離させた構造としたことにより、チューブシートと端部キャップの接合部にたとえ亀裂が生じても胴管内の冷却媒体が当該亀裂部から漏洩することが全くないばかりか、胴管の両端部とチューブシートの接合部に亀裂が生じても胴管内の冷却媒体は装置外へ漏出するので、胴管内の冷却媒体(エンジンの冷却液など)のエンジン内部への侵入を完全に防止することができるという大なる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る多管式のEGRガス冷却装置の構造を例示したもので、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の一実施例を示すEGRガス流入口および流出口側の断面図である。
【図2】 本発明に係る多管式のEGRガス冷却装置の参考例を示し、カップ形のチューブシートを内向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造を示す図1相当図である。
【図3】 同じくカップ形のチューブシートを内向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図1相当図である。
【図4】 同じくカップ形のチューブシートを内向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図1相当図である。
【図5】 同じくカップ形のチューブシートを外向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図1相当図である。
【図6】 同じくカップ形のチューブシートを外向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図1相当図である。
【図7】 同じくカップ形のチューブシートを外向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図1相当図である。
【図8】 同じくカップ形のチューブシートを外向きに用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図1相当図である。
【図9】 厚肉のチューブシートを用いた、胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合構造の他の参考例を示す図1相当図である。
【図10】 本発明の対象とする従来の多管式のEGRガス冷却装置の一例を中央部を省略して示す横断平面図である。
【図11】 同上装置の胴管、チューブシートおよび端部キャップの接合部分を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
1 胴管
1−1 冷却媒体流入口
1−2 冷却媒体流出口
2 伝熱管群
3a〜3i チューブシート
4 端部キャップ
4−1 EGRガスの流入口
4−2 EGRガスの流出口
5 締結用フランジ
Claims (2)
- 両端部に冷却媒体流入口および冷却媒体流出口が設けられた胴管の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部には端部キャップが設けられ、また前記端部キャップにはEGRガスの流入口と流出口が設けられ、前記端部キャップのガス流入口および流出口の外側開口端部に締結用フランジが外嵌固着され、かつ端部キャップの胴管側端部と胴管の端部キャップ側端部とが近接して固着された構造の多管式のEGRガス冷却装置において、冷却媒体流入口を有する胴管の両端部と冷却媒体流入口を有しないチューブシートおよび端部キャップの接合構造として、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用い、胴管の両端部および端部キャップをそれぞれ前記カップ形のチューブシートに固着する接合構造であって、一方の前記カップ形チューブシートは、当該開口端部の拡径部が内向きになるように胴管の端部に前記拡径部が外嵌されて当該部分が固着され、さらに該チューブシートの背面側原径部外周端部に前記端部キャップが外嵌されて固着され、他方の前記カップ形チューブシートは、当該開口端部の拡径部が外向きになるように当該チューブシートの背面側原径部外周端部が胴管の端部を拡径して設けた拡径部に内嵌されて当該部分が固着され、さらに該チューブシートの拡径部の内面側に前記端部キャップが内嵌されて固着され、前記一方のチューブシートと胴管の外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部が管軸方向に、前記他方のチューブシートと胴管の外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部が管軸方向および径方向に、それぞれ離間した構造となしたことを特徴とするEGRガス冷却装置。
- 両端部に冷却媒体流入口および冷却媒体流出口が設けられた胴管の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部には端部キャップが設けられ、また前記端部キャップにはEGRガスの流入口と流出口が設けられ、前記端部キャップのガス流入口および流出口の外側開口端部に締結用フランジが外嵌固着され、かつ端部キャップの胴管側端部の固着部と胴管の端部キャップ側端部の固着部が近接して設けられた構造の多管式のEGRガス冷却装置において、冷却媒体流入口を有する胴管の両端部と冷却媒体流入口を有しないチューブシートおよび端部キャップの接合構造として、開口端部を拡径した断面カップ形で薄肉のチューブシートを用い、胴管の両端部および端部キャップをそれぞれ前記カップ形のチューブシートに固着する接合構造であって、両方の前記カップ形チューブシートは、それぞれ当該開口端部の拡径部が内向きになるように胴管の端部に前記拡径部が外嵌されて当該部分が固着され、各チューブシートの背面側原径部外周端部にそれぞれ前記端部キャップが外嵌されて固着され、胴管の両端部とチューブシートの外側接合部と、チューブシートと端部キャップの外側接合部がそれぞれ管軸方向に離間した構造となしたことを特徴とするEGRガス冷却装置。
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JP2000054916A (ja) | 2000-02-22 |
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