JP5145718B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＥＧＲ（排気再循環装置）において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に適用して好適な熱交換器に関するものである。

従来の熱交換器として、例えば特許文献１に示されるように、ＥＧＲ（排気再循環装置）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知られている。

即ち、この排気熱交換器は、複数積層されたチューブが筒状のタンク内部に収容されて、タンクの長手方向の両端部にボンネットが接続されている。また、タンクの両端部にはタンク内の空間とボンネット内の空間とを区画するコアプレートが設けられており、複数のチューブの両端部はコアプレートに挿通されている。そして、タンクにはコアプレートによって形成される上記タンク内の空間と連通する冷却水入口管と冷却水出口管が接続されている。

上記排気熱交換器においては、冷却水が冷却水入口管からタンク内に流入して、タンク内（複数のチューブの外側）を流通して、冷却水出口管から流出する。また、排気ガスは一方のボンネットから流入して、複数のチューブに分配され、チューブ内を流通して、他方のボンネットで集合されて流出する。この時、タンク内で排気ガスが冷却水によって冷却される。
特開２００３−１０６７９０号公報

しかしながら、上記排気熱交換器においては、コアプレートは排気ガス通路（ボンネットとチューブ内）と、冷却水通路（タンク内）とを区画する役割を果たすものであって、排気ガスと冷却水との熱交換には寄与しない部品となっている。また、チューブの組付けに際してはコアプレートにチューブを挿通させるための組付け工数を伴い、総じて排気熱交換器としてのコストを引き上げる要因となっている。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、コアプレートを不要として第１流体と第２流体との流路を区画可能とする熱交換器を提供することにある。

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。

請求項１に記載の発明では、内部を第１流体が通過する、扁平状断面を成して積層される複数のチューブ（１１０）と、
積層された複数のチューブ（１１０）の外部を覆うように配設された外方部（１３１）と、
チューブ（１１０）が積層される際に互いに対向する対向面（１１１）の間に形成され、第２流体が前記チューブ（１１０）の外側を流通する流路（１１５）と、
外方部（１３１）に接続され、外方部（１３１）の内部に第２流体を流入させる流入部（１４１）と、
外方部（１３１）に接続され、外方部（１３１）の内部から第２流体を流出させる流出部（１４２）と、
チューブ（１１０）の端部側において、積層された複数のチューブの外周に当接して接合され、チューブ（１１０）の内部と連通し、第１流体が通過するタンク（１５１、１５２）とを有し、
チューブ（１１０）の外側を流通する第２流体と第１流体との間で熱交換する熱交換器において、
チューブ（１１０）の、タンク（１５１、１５２）との接合部に形成され、対向面（１１１）から外方へ突出し、第１流体と第２流体が流通する領域を区画する凸部（１１２）と、
対向面（１１１）の長辺側に形成され、凸部（１１２）に対して凹状となる凹部（１１３）とを有し、
流入部（１４１）または流出部（１４２）が凹部（１１３）と対向するように配され、
複数積層されたチューブ（１１０）の両端部は、タンク（１５１、１５２）のカップ状に開口する内側に挿入されて、接合されており、
複数のチューブ（１１０）は、同一形状を有しており、
複数のチューブ（１１０）が積層された状態で、チューブ（１１０）の両端部において、チューブ（１１０）の扁平状断面の短辺側となるチューブ側面（１１８）同士は連続した面を形成しており、
チューブ（１１０）の両端部において、複数のチューブ（１１０）が積層されたチューブ積層体の外周全体にわたって、タンク（１５１、１５２）の内周全体が当接して接合されていることを特徴としている。

これにより、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。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。

請求項２に記載の発明では、対向面（１１１）のうち第２流体の流れ上流側に対応する部位であって、凹部側となる位置において、チューブの短辺側に沿って延びるように、対向面（１１１）から外方へと突出して形成される整流手段（１１７）を有することを特徴としている。

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流体が過度に熱交換されることを防止することができる。

請求項３に記載の発明では、流入部（１４１）または流出部（１４２）が接続される外方部（１３１）の部位とチューブ（１１０）との間には隙間（１３３a ）が形成されていることを特徴としている。

これにより、第２流体が流路（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、第２流体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。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る熱交換器をディーゼルエンジン（内燃機関）の排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）におけるＥＧＲガスクーラ１００に適用したものである。以下、図１〜図１２を用いて、ＥＧＲガスクーラ１００の構成について説明する。

尚、図１はＥＧＲガスクーラ１００の全体構成を示す平面図、図２はＥＧＲガスクーラ１００の全体構成を示す正面図、図３はＥＧＲガスクーラ１００の図２におけるＡ方向から見た矢視図、図４はＥＧＲガスクーラ１００の全体構成を示す分解斜視図、図５はチューブ１１０を示す三面図、図６はチューブ１１０を示す断面図、図７はチューブ１１０の変形例を示す断面図、図８は積層状態のチューブ１１０を示す正面図、図９は図１におけるＢ−Ｂ部を示す断面図、図１０は図２におけるＣ−Ｃ部を示す断面図、図１１は水側タンク１３０の接続部を示す断面図、図１２は図９におけるＤ−Ｄ部を示す断面図である。

ＥＧＲガスクーラ１００は、エンジンに再循環させる排気ガス（本発明における第１流体に対応）をエンジンの冷却水（本発明における第２流体に対応）によって冷却する排気熱交換器である。このＥＧＲガスクーラ１００は、図１〜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、水側タンク１３０（１３０ａ、１３０ｂ）と、ガス側タンク１５１、１５２等から構成されている。以下説明する各部材は、耐強度性、および耐腐食性に優れるステンレス系材料から成るものとしており、各部材の当接部がろう付け、あるいは溶接により接合されている。

チューブ１１０は、図５、図６に示すように、扁平状断面を有する細長の管部材であり、内部を排気ガスが流通するようになっている。そして、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対応）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。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側に偏った位置で接合されるものとしても良い。

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、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。このインナーフィン１２０を有するチューブ１１０は、両チューブプレート１１０ａ、１１０ｂによってインナーフィン１２０を挟み込むようにして組付けを行った後に、接合することで形成される。

チューブ１１０は、扁平状断面の長辺側が互いに対向するように複数積層されており、ガス流路１１４（チューブ１１０の内部）、および冷却水流路１１５（詳細後述）を形成している。ここで、チューブ１１０の扁平状断面の長辺側となる面を以下、チューブ基本面１１１と呼ぶことにする。また、チューブ１１０の扁平状断面の短辺側となる面を以下、チューブ側面１１８と呼ぶことにする。また、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、便宜上、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対応し、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。

チューブ基本面１１１には、凸部１１２および凹部１１３が設けられている。尚、本実施形態では、使用する複数のチューブ１１０は、すべて同一の仕様としており、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）となるようにしている。

凸部１１２は、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。

そして、凹部１１３は、上記凸部１１２の頂点からチューブ基本面１１１側にへこむへこみ部として、所定長さ分だけ形成されている。ここでは、へこみ寸法がチューブ基本面１１１に対する凸部１１２の突出寸法と等しくなるように設定している。即ち、凸部１１２の一部領域が非形成領域となることで、凹部１１３として形成されるようにしている。凹部１１３の形成される位置は、ここではチューブ基本面１１１の両長辺側で対角の位置となる２ヶ所としている。

また、チューブ基本面１１１の全体領域には、外方に向けて円筒状に突出する複数の張出し部１１６が所定間隔で形成されている。そして、張出し部１１６の突出寸法は、上記凸部１１２の突出寸法と同一としている。

更には、２つの凹部１１３のうち、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対応）１１７が形成されている。整流張出し部１１７の突出寸法は、上記凸部１１２の突出寸法と同一としている。整流張出し部１１７は、凹部１１３の形成領域の中で、チューブ１１０の反端部側となる位置で、且つ凹部１１３寄りとなる位置に設けられている。

上記チューブ１１０は、図８に示すように、チューブ基本面１１１に形成された凸部１１２が互いに当接するように複数積層されて、各凸部１１２同士が接合されている。更には、張出し部１１６、整流張出し部１１７も凸部１１２と同一突出寸法設定としていることから、対向する側と互いに当接して接合され、積層された複数のチューブ１１０は、インナーフィン１２０との接合も含めた強固な積層構造体となっている。

ここで、図９に示すように、凸部１１２の内側領域で、且つ、張出し部１１６、整流張出し部１１７を除いた領域には空間が形成されて、この空間が冷却水用の水流路（本発明における流路に対応）１１５となっている。また、チューブ基本面１１１で２ヶ所形成される凹部１１３のうち、一方の凹部１１３同士によって形成される開口部は（図８）、外部と上記水流路１１５とが連通して冷却水が流入する流入側開口部（本発明における第１開口部に対応）１１３ａとなっている。チューブ基本面１１１で２ヶ所形成される凹部１１３のうち、他方の凹部１１３同士によって形成される開口部は、外部と上記水流路１１５とが連通して冷却水が流出する流出側開口部（本発明における第２開口部に対応）１１３ｂとなっている。ここでは、整流張出し部１１７を設けた側を流入側開口部１１３ａとし、その反対側を流出側開口部１１３ｂとしている。

水側タンク１３０は、図４、図１０〜図１２に示すように、板部材が折り曲げられて断面がコの字形状に形成された部材である。水側タンク１３０の断面コの字形状のうち、開口側となって複数積層されたチューブ１１０の最外面１１１ａと対向する２つの部位が外方部（本発明における外方板部材に対応）１３１となっており、他の１つの部位が２つの外方部１３１の一端側を接続する接続部（本発明における接続板部材に対応）１３２となっている。

水側タンク１３０は、チューブ１１０の長手方向に並ぶ２つのタンク、即ち、第１水側タンク１３０ａと第２水側タンク１３０ｂとを有している。第１水側タンク１３０ａはチューブ１１０の流入側開口部１１３ａ側に対応し、第２水側タンク１３０ｂはチューブ１１０の流出側開口部１１３ｂ側に対応している。各水側タンク１３０ａ、１３０ｂは、それぞれの接続部１３２が流入側開口部１１３ａ、流出側開口部１１３ｂに対向するように、チューブ側面１１８側から挿入されて上記複数積層されたチューブ１１０の外部を覆うように配設されている。そして、両水側タンク１３０ａ、１３０ｂはチューブ１１０の長手方向中間部で、図１１に示すように、互いに嵌合されて、各外方部１３１が一枚の板状となるように接合されている。

ここで、第１、第２水側タンク１３０ａ、１３０ｂはチューブ１１０に対する挿入方向が異なっているが、基本的な構造は両者（１３０ａ、１３０ｂ）同一のため、以下、第１水側タンク１３０ａをベースにして詳細説明する。

外方部１３１の外周部は、複数積層されたチューブ１１０の最外面１１１ａの凸部１１２に当接して接合されると共に、その内側領域が一段外方に張出すように形成されている。そして、この張出しの領域にはチューブ１１０の張出し部１１６に当接して接合される凹部１３５、整流張出し部１１７に当接して接合される整流凹部１３６が形成されている。また、凹部１３５の間には外方に突出する補強用のリブ１３７が形成されている（図１、図２）。最外面１１１ａと外方部１３１との間における凸部１１２の内側領域で、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間と同様の水流路として外側水流路（本発明における外方流路に対応）１１５ａが形成されている。また、凹部１１３と外方部１３１との間には、外側開口部（本発明における外方開口部に対応）１１３ｃが形成されており（図８）、外側水流路１１５ａと連通している。

接続部１３２は、流入側開口部１１３ａ、外側開口部１１３ｃ（あるいは流出側開口部１１３ｂ、外側開口部１１３ｃ）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の各開口部１１３ａ、１１３ｃ（あるいは各開口部１１３ｂ、１１３ｃ）に近接する領域には、各開口部１１３ａ、１１３ｃ（あるいは各開口部１１３ｂ、１１３ｃ）をそれぞれ内包するようにして、外方に膨出する膨出部１３３が形成されており、膨出部１３３と各開口部１１３ａ、１１３ｃ（あるいは各開口部１１３ｂ、１１３ｃ）との間には隙間１３３ａが形成されている。尚、膨出部１３３は、上記外方部１３１側にも延設されており、最外面１１１ａと外方部１３１との間の外側水流路１１５ａが一部拡大されている。

更に、この膨出部１３３には、パイプ穴１３４が穿設されており、このパイプ穴１３４には入口水パイプ（本発明におけるパイプ部に対応）１４１が接続されている。よって、流入側開口部１１３ａ、外側開口部１１３ｃは、隙間１３３ａ、パイプ穴１３４、入口水パイプ１４１を介して外部と連通している。入口水パイプ１４１は、外部から冷却水を各水流路１１５、１１５ａに流入させる流入部を形成し、膨出部１３３（隙間１３３ａ）は、入口水パイプ１４１から流入した冷却水を各流入側開口部１１３ａ、外側開口部１１３ｃに分配する分配部を形成している。

同様に、第２水側タンク１３０ｂの膨出部１３３には出口水パイプ（本発明におけるパイプ部に対応）１４２が接続されている。よって、流出側開口部１１３ｂ、外側開口部１１３ｃは、隙間１３３ａ、パイプ穴１３４、出口水パイプ１４２を介して外部と連通している。出口水パイプ１４２は、各水流路１１５、１１５ａから外部に冷却水を流出させる流出部を形成し、膨出部１３３（隙間１３３ａ）は、各水流路１１５、１１５ａから流出した冷却水を集合させる集合部を形成している。

ガス側タンク１５１は、図１〜図４に示すように、一端側が開口するカップ状のタンクであり、この開口する一端側がチューブ１１０の一方の端部側（入口水パイプ１４１側）に配設されると共に、複数積層されたチューブ１１０の外周に当接して接合されている。複数積層されたチューブ１１０の内部（ガス流路１１４）は、ガス側タンク１５１内と連通している。そして、ガス側タンク１５１の側面（入口水パイプ１４１側の面）には、ガス側タンク１５１内に連通する入口ガスパイプ１５１ａが接続され、更に入口ガスパイプ１５１ａの先端には排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）側に接続されるフランジ１５１ｂが設けられている。よって複数積層されたチューブ１１０（ガス流路１１４）の一方の端部側は、ガス側タンク１５１、入口ガスパイプ１５１ａを介して外部と連通している。

一方、ガス側タンク１５２は、上記ガス側タンク１５１と同様に、チューブ１１０の他方の端部側（出口水パイプ１４２側）に配設されると共に、複数積層されたチューブ１１０の外周に当接して接合されている。チューブ１１０の内部（ガス流路１１４）は、ガス側タンク１５２内と連通している。そして、ガス側タンク１５２の側面には、ガス側タンク１５２内に連通する出口ガスパイプ１５２ａが接続され、更に出口ガスパイプ１５２ａの先端にはフランジ１５２ｂが設けられている。よってチューブ１１０（ガス流路１１４）の他方の端部側は、ガス側タンク１５２、出口ガスパイプ１５２ａを介して外部と連通している。

以上のように構成されるＥＧＲガスクーラ１００においては、図１に示すように、エンジンから排出された排気ガスの一部が、入口ガスパイプ１５１ａ→ガス側タンク１５１を経て複数のチューブ１１０内のガス流路１１４を流通して、ガス側タンク１５２→出口ガスパイプ１５２ａから流出される。流出された排気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、入口水パイプ１４１→パイプ穴１３４→隙間１３３ａ→流入側開口部１１３ａ、外側開口部１１３ｃを経て複数のチューブ１１０間に形成された水流路１１５、および最外面１１１ａと外方部１３１との間に形成された外側水流路１１５ａを流通して、流出側開口部１１３ｂ、外側開口部１１３ｃ→隙間１３３ａ→パイプ穴１３４→出口水パイプ１４２から流出される。

そして、上記ガス流路１１４を流通する排気ガスと、水流路１１５、外側水流路１１５ａを流通する冷却水との間で熱交換が行われて、排気ガスが冷却される。

本実施形態においては、ＥＧＲガスクーラ１００の基本構成として、チューブ基本面１１１に凸部１１２と凹部１１３とを形成するようにしているので、複数積層されて互いに当接するチューブ１１０間の凸部１１２の内側領域に水流路１１５を形成することができ、また、凹部１１３によって流入側開口部１１３ａ、流出側開口部１１３ｂを形成することができる。よって、従来技術の項で説明した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、水流路１１５とを区画することができる。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。

また、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、流入側開口部１１３ａ、流出側開口部１１３ｂの開口面積を水流路１１５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。

また、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、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。

また、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１１３ａから流入する冷却水は、図５（ａ）の破線で示すように、凹部１１３から遠い側への領域にも流れるようになる。よって、より効果的に水流路１１５内で偏りなく均一的に冷却水を流すことができ、チューブ基本面１１１を有効に活用して、排気ガスと冷却水との熱交換を行うことができるので、熱交換性能を更に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のうち、排気ガス流れ上流側に対応する部位に形成されているので、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（過度の熱交換）を防止することができる。

また、ここでは、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。

また、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。

また、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、水側タンク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との間にも外側開口部１１３ｃ、外側水流路１１５ａ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。

また、２つの外方部１３１を接続部１３２によって接続して水側タンク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を水側タンク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。

また、水側タンク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において流入側開口部１１３ａおよび外側開口部１１３ｃ、あるいは流出側開口部１１３ｂおよび外側開口部１１３ｃをそれぞれ内包するように膨出部１３３を形成して、この膨出部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。この膨出部１３３によって各開口部１１３ａ、１１３ｃ、あるいは各開口部１１３ｂ、１１３ｃと各水パイプ１４１、１４２との間に所定の隙間１３３ａを形成することができ、冷却水が各水流路１１５、１１５ａ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。

（第２実施形態）
第２実施形態を図１３に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態のＥＧＲガスクーラ１００に対して、バイパスチューブ１１０Ａ、および仕切り板１６０を設けたＥＧＲガスクーラ１００Ａとしている。図１３では、冷却水の流入側となる入口水パイプ１４１側を示しているが、冷却水の流出側となる出口水パイプ１４２側も同様である。

バイパスチューブ１１０Ａは、複数積層されたチューブ１１０のガス流路１１４を流通する排気ガスの一部を流通可能とするチューブであり、チューブ１１０の積層方向の一方側（図１３中の下側）に配設されている。チューブ１１０とバイパスチューブ１１０Ａとの間には、ステンレス系材料から成る細長矩形状の仕切り板（本発明における仕切り部材に対応）１６０が介在されている。積層状態となるチューブ１１０、仕切り板１６０、バイパスチューブ１１０Ａは、水側タンク１３０（１３０ａ、１３０ｂ）の外方部１３１によって挟まれるようにして、水側タンク１３０（１３０ａ、１３０ｂ）内に収容されている。

仕切り板１６０に対向するチューブ１１０の凸部１１２は、仕切り板１６０に接合されており、チューブ１１０と仕切り板１６０との間には、水流路１１５と同様の仕切り板側水流路１１５ｂが形成されると共に、凹部１１３と仕切り板１６０とによって仕切り板側開口部（本発明における仕切り部材側開口部に対応）１１３ｄが形成されている。仕切り板側開口部１１３ｄは、仕切り板側水流路１１５ｂに連通すると共に、膨張部１３３の隙間１３３ａに連通している。

バイパスチューブ１１０Ａは、チューブ１１０と同様に２枚のチューブプレートから形成されて、ここでは、２本（２段）の積層チューブとしている。バイパスチューブ１１０Ａ内は、ガス流路１１４となっており、上記第１実施形態で説明したインナーフィン１２０よりもピッチの粗い、断面クランク状の補強板（図示省略）が設けられて、チューブプレートに接合されている。

バイパスチューブ１１０Ａの両チューブ基本面１１１の外周部には、チューブ１１０と同様に凸部１１２Ａが形成されており、対向するバイパスチューブ１１０Ａ同士の凸部１１２Ａは、互いに接合されている。互いに接合されるバイパスチューブ１１０Ａの間は、断熱空間（本発明における断熱部に対応）１１５ｃとして形成されている。

また、仕切り板１６０に対向するバイパスチューブ１１０Ａの凸部（本発明における仕切り部材用凸部に対応）１１２Ａは、仕切り板１６０に接合されており、バイパスチューブ１１０Ａと仕切り板１６０との間には、断熱空間（断熱部）１１５ｃが形成されている。更に、水側タンク１３０の外方部１３１に対向するバイパスチューブ１１０Ａの凸部１１２Ａは、外方部１３１に接合されており、バイパスチューブ１１０Ａと外方部１３１との間には、断熱空間（断熱部）１１５ｃが形成されている。

仕切り板１６０の水タンク１３０の膨出部１３３に対応する部位は、隙間１３３ａをよぎるように張出されており、膨出部１３３の内壁に当接して接合されている。よって、チューブ１１０の外側領域とバイパスチューブ１１０Ａの外側領域とは、仕切り板１６０によって区画されている。つまり、チューブ１１０の外側で冷却水が流通する隙間１３３ａ、水流路１１５、外側水流路１１５ａ、仕切り板側水流路１１５ｂの領域と、バイパスチューブ１１０Ａの外側に形成される断熱空間１１５ｃの領域とは、仕切り板１６０によって仕切られた形となっている。

本実施形態のＥＧＲガスクーラ１００Ａにおいては、冷却水との熱交換（冷却水による冷却）を抑制して排気ガスの一部を流通可能とするバイパスチューブ１１０Ａを備える熱交換器とすることができる。例えばガス側タンク１５１内でバイパスチューブ１１０Ａへの排気ガス流量を調整するバルブ機構を設けることで、排気ガスをチューブ１１０のみに流す、あるいは、排気ガスをチューブ１１０とバイパスチューブ１１０Ａとに流すことが可能となり、チューブ１１０、およびバイパスチューブ１１０Ａへの排気ガスの流量比を調整することで、排気ガスの温度調整が可能となる。

また、バイパスチューブ１１０Ａと仕切り板１６０との間に断熱空間１１５ｃを形成するようにしているので、バイパスチューブ１１０Ａにおける排気ガスと冷却水との熱交換の抑制効果を更に高めることができる。

また、チューブ１１０と仕切り板１６０との間には、仕切り板側水流路１１５ｂを形成するようにしているので、チューブ１１０における排気ガスと冷却水との熱交換性能を向上させることができる。

尚、上記第２実施形態において、バイパスチューブ１１０Ａのチューブ基本面１１１に凸部１１２のみを設けるようにしたが、チューブ１１０との共通化を図って、凹部１１３を有するチューブとしても良い。

また、バイパスチューブ１１０Ａは、２本（２段）の積層チューブとして設定したが、排気ガスの温度調整の必要性に応じて、１本のチューブ、あるいは３本以上の組合せとしても良い。

また、バイパスチューブ１１０Ａ内に、補強板を挿入して接合するようにしたが、チューブ基本面１１１の両側から内部側に窪む窪み部を設けて、両窪み部を互いに接合することで、補強板を廃止するようにしても良い。

（その他の実施形態）
上記第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側開口部１１３ａ、流出側開口部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。

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、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。

上記のように、２つの凹部１１３をチューブ基本面１１１の一方の長辺側に設ける際には、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、これに伴って水側タンク１３０は、第１、第２水側タンク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。

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、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。また、整流張出し部１１７は、２つ以上に分割されたものでも良い。

また、チューブ１１０は、２つのチューブプレート１１０ａ、１１０ｂから形成することなく、一体の管部材から形成されるようにしても良い。

また、インナーフィン１２０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。

また、水側タンク１３０（第１、第２水側タンク１３０ａ、１３０ｂ）の２つの外方部１３１のうち、２つとも、あるいは１つのみを、排気ガスに対する熱交換性能に応じて、廃止しても良い。

また、水側タンク１３０（第１、第２水側タンク１３０ａ、１３０ｂ）において、パイプ穴１３４を流入側開口部１１３ａ、流出側開口部１１３ｂの設定される領域に対応する拡大開口部として形成して、両水パイプ１４１、１４２を接続部側で拡管して拡大開口部に接続すれば、膨出部１３３を廃止しても良い。

また、上記第１、第２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。

また、上記第１、第２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。

第１実施形態におけるＥＧＲガスクーラ全体構成を示す平面図である。 第１実施形態におけるＥＧＲガスクーラの全体構成を示す正面図である。 ＥＧＲガスクーラの図２におけるＡ方向から見た矢視図である。 第１実施形態におけるＥＧＲガスクーラの全体構成を示す分解斜視図である。 チューブを示す三面図である。 チューブを示す断面図である。 チューブの変形例を示す断面図である。 積層状態のチューブを示す正面図である。 図１におけるＢ−Ｂ部を示す断面図である。 図２におけるＣ−Ｃ部を示す断面図である。 水側タンクの接続部を示す断面図である。 図９におけるＤ−Ｄ部を示す断面図である。 第２実施形態におけるＥＧＲガスクーラを示す断面図である。

符号の説明

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
１１０Ａ バイパスチューブ
１１１ チューブ基本面（対向面）
１１１ａ 最外面
１１２ 凸部
１１２Ａ 凸部（仕切り部材用凸部）
１１３ 凹部（流入部、流出部）
１１３ａ 流入側開口部（第１開口部）
１１３ｂ 流出側開口部（第２開口部）
１１３ｃ 外側開口部（外方開口部）
１１３ｄ 仕切り板側開口部（仕切り部材側開口部）
１１５ 水流路（流路）
１１５ａ 外側水流路（外方流路）
１１５ｃ 断熱空間（断熱部）
１１７ 整流張出し部（整流手段）
１２０ インナーフィン
１３０ 水側タンク（タンク）
１３１ 外方部（外方板部材）
１３２ 接続部（接続板部材）
１３３ 膨出部（流入部、流出部）
１３４ パイプ穴（開口部）
１４１ 入口水パイプ（流入部、パイプ部）
１４２ 出口水パイプ（流出部、パイプ部）
１６０ 仕切り板（仕切り部材）

Claims (3)

1. 内部を第１流体が通過する、扁平状断面を成して積層される複数のチューブ（１１０）と、
   積層された前記複数のチューブ（１１０）の外部を覆うように配設された外方部（１３１）と、
   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）の間に形成され、第２流体が前記チューブ（１１０）の外側を流通する流路（１１５）と、
   前記外方部（１３１）に接続され、前記外方部（１３１）の内部に第２流体を流入させる流入部（１４１）と、
   前記外方部（１３１）に接続され、前記外方部（１３１）の内部から前記第２流体を流出させる流出部（１４２）と、
   前記チューブ（１１０）の端部側において、積層された前記複数のチューブの外周に当接して接合され、前記チューブ（１１０）の内部と連通し、前記第１流体が通過するタンク（１５１、１５２）とを有し、
   前記チューブ（１１０）の外側を流通する前記第２流体と前記第１流体との間で熱交換する熱交換器において、
   前記チューブ（１１０）の、前記タンク（１５１、１５２）との接合部に形成され、前記対向面（１１１）から外方へ突出し、前記第１流体と前記第２流体が流通する領域を区画する凸部（１１２）と、
   前記対向面（１１１）の長辺側に形成され、前記凸部（１１２）に対して凹状となる凹部（１１３）とを有し、
   前記流入部（１４１）または前記流出部（１４２）が前記凹部（１１３）と対向するように配され、
   複数積層された前記チューブ（１１０）の両端部は、前記タンク（１５１、１５２）のカップ状に開口する内側に挿入されて、接合されており、
   複数の前記チューブ（１１０）は、同一形状を有しており、
   複数の前記チューブ（１１０）が積層された状態で、前記チューブ（１１０）の両端部において、前記チューブ（１１０）の扁平状断面の短辺側となるチューブ側面（１１８）同士は連続した面を形成しており、
   前記チューブ（１１０）の両端部において、複数の前記チューブ（１１０）が積層されたチューブ積層体の外周全体にわたって、前記タンク（１５１、１５２）の内周全体が当接して接合されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記対向面（１１１）のうち前記第２流体の流れ上流側に対応する部位であって、
   前記凹部側となる位置において、前記チューブの短辺側に沿って延びるように、前記対向面（１１１）から外方へと突出して形成される整流手段（１１７）を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記流入部（１４１）または前記流出部（１４２）が接続される前記外方部（１３１）の部位と前記チューブ（１１０）との間には隙間（１３３ａ）が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。

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