(57)【要約】【課題】一つの目的は、熱交換効率を向上させることにあり、他の目的は、熱交換器の小型化であり、さらに他の目的は、組み付け容易な構造としてコストを押えることにある。【解決手段】排気ガスが流通する排気ガス流路１３２となる扁平チューブ１３０をその厚み方向に複数枚積層して熱交換コア部１４０を形成し、その積層した複数の扁平チューブ１３０のそれぞれに、その厚み方向に貫通する冷却液流路孔１３１ａを複数設けている。そして、この冷却液流路孔１３１ａを熱交換コア部１４０の積層により連通させて排気ガス流路１３２と直交して冷却液が流通する複数の冷却液流路１３１を形成している。  これによれば、排気ガスの流れと冷却液の流れとを直交させることで、熱交換効率を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液冷式内燃機関（１０）の排気ガスと冷却液とを熱交換する排気ガス熱交換器であり、
前記排気ガスが流通する排気ガス流路（１３２）となる扁平チューブ（１３０）をその厚み方向に複数枚積層して熱交換コア部（１４０）を形成し、
その積層した複数の前記扁平チューブ（１３０）のそれぞれに、その厚み方向に貫通する冷却液流路孔（１３１ａ）を複数設けるとともに、
前記冷却液流路孔（１３１ａ）を前記熱交換コア部（１４０）の積層方向に連通させて前記排気ガス流路（１３２）と直交して前記冷却液が流通する複数の冷却液流路（１３１）を形成したことを特徴とする排気ガス熱交換器。
【請求項２】
前記扁平チューブ（１３０）は、２枚のチューブプレート（１１０、１２０）を接合させて形成するとともに、前記冷却液流路孔（１３１ａ）は、前記２枚のチューブプレート（１１０、１２０）の一方側に形成した凸部（１２１）上面の孔と、他方側の孔（１１１）とが連通するように接合させて形成したことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス熱交換器。
【請求項３】
前記チューブプレート（１１０、１２０）にフィン部（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）を形成したことを特徴とする請求項２に記載の排気ガス熱交換器。
【請求項４】
前記チューブプレート（１１０、１２０）に略三角突起形状の前記フィン部（１１３ｂ）を形成したことを特徴とする請求項３に記載の排気ガス熱交換器。
【請求項５】
前記排気ガス流路（１３２）に対して、前記冷却液流路（１３１）を千鳥状に配置したことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス熱交換器。
【請求項６】
前記熱交換コア部（１４０）は、前記扁平チューブ（１３０）を複数枚、一方向に積層することで、複数の前記排気ガス流路（１３２）と前記複数の冷却液流路（１３１）とが形成されることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス熱交換器。
【請求項７】
前記熱交換コア部（１４０）の積層方向両端に、タンクプレート（１５０、１６０）を積層することで、前記複数の冷却液流路（１３１）に前記冷却液を分配供給する、もしくは前記複数の冷却液流路（１３１）から前記冷却液を集合回収するタンク部（１５２、１５３、１６１）を形成したことを特徴とする請求項６に記載の排気ガス熱交換器。
【請求項８】
前記扁平チューブ（１３０）の長手方向の側方となる厚み面に前記排気ガス流路（１３２）を開放するとともに、
前記熱交換コア部（１４０）の積層方向および長手方向と直交する幅方向両側面にサイドプレート（１４１、１４２）を設けたことを特徴とする請求項７に記載の排気ガス熱交換器。
【請求項９】
前記排気ガス流路（１３２）と前記タンク部（１５２、１５３、１６１）との間に空気層（１３０ａ）を形成したことを特徴とする請求項７に記載の排気ガス熱交換器。
【請求項１０】
前記扁平チューブ（１３０）を形成するチューブプレート（１１０、１２０）、もしくは前記タンクプレート（１５０、１６０）、前記サイドプレート（１４１、１４２）用のプレート材として、片面もしくは両面にろう材がクラッドされたクラッド材を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項９のうちいずれか１項に記載の排気ガス熱交換器。
【請求項１１】
前記熱交換コア部（１４０）は、前記排気ガス流路（１３２）の両端側を接続用のフランジ（１８０）のコア部挿入口（１８１）内に挿入して外周を接合させる構造とするうえで、
前記タンクプレート（１５０、１６０）の少なくともいずれか一方プレート（１５０、１６０）の前記フランジ（１８０）側両端部に、前記フランジ（１８０）の内側面（１８２）と接触して且つ前記熱交換コア部（１４０）の積層方向に摺動可能なスライド平面部（１６２）を設けたことを特徴とする請求項７ないし請求項１０のうちいずれか１項に記載の排気ガス熱交換器。
【請求項１２】
液冷式内燃機関（１０）の排気ガスが通過する排気管（１１）に接続され、前記排気ガスと冷却液とを熱交換する排気ガス熱交換器であり、
第１の連通孔（１１１）が形成された第１のチューブプレート（１１０）と、第２の連通孔（１２１）が形成された第２のチューブプレート（１２０）とを交互に積層し、前記第１のチューブプレート（１１０）と前記第２のチューブプレート（１２０）との間に形成された排気ガス流路（１３２）と、
前記第１の連通孔（１１１）と前記第２の連通孔（１２１）とを連通させ、前記排気ガス流路（１３２）と区画され、前記第１のチューブプレート（１１０）および前記第２のチューブプレート（１２０）の積層方向に伸びる冷却液通路（１３１）とを有し、
前記排気ガス流れ方向端部において前記排気ガス流路（１３２）のみが開口する熱交換コア部（１４０）と、前記熱交換コア部（１４０）の両端部の外周が接合されるコア部挿入口（１８１）が形成され、前記排気管（１１）に接続されるフランジ（１８０）とを有することを特徴とする排気ガス熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液冷式内燃機関の排気ガスと冷却液とを熱交換する排気ガス熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液冷式内燃機関の排気ガスと冷却液とを熱交換する排気ガス熱交換器として、下記特許文献１に示めされているものなどがある。図１６は、その特許文献１に示される排気ガス熱交換器の組み立て構造を示す縦断面模式図である。排気ガスが流通する排気ガス流路１３２となるチューブ１３０を複数本積層して熱交換コア部１４０を形成し、その積層した複数本のチューブ１３０の端部に、第１挿入孔１５７を有する第１タンク部品１５５と、複数の第２挿入孔１５８を有する第２タンク部品１５６とを順次差し込んで接合することで両側タンク部１５２を含む熱交換器本体部１７０を組み立てている。
【０００３】
なお、図１６・１７では左側タンク部を省略したが、右側と対称で同様の構成となっている。そして図１７は、図１６の排気ガス熱交換器の流路構造を説明する部分縦断面図である。第２タンク部品１５６内に流入した排気ガスは、複数の排気ガス流路１３２に分配供給されて紙面の左方に流れる。また、入口パイプ１５１からタンク部１５２内に流入した冷却液は、チューブ１３０の両縁に突出させた突起部１３３によってチューブ１３０間に形成された冷却液流路１３１に分配供給されて紙面の左方に流れ、並行して流れる排気ガスと熱交換するようになっている。
【特許文献１】特開２０００−９７５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来技術では、チューブ１３０の内側を流れる排気ガスとチューブ１３０の外側（チューブ１３０間）を流れる冷却液とが同一方向へ流れる平行流であり、熱交換効率が上がりにくいという問題点がある。また、冷却液を複数のチューブ１３０に分配供給して、また集合回収するためのタンク部１５２がチューブ１３０の両端に必要となり、熱交換器が長大化してしまうという問題点がある。
【０００５】
また、チューブ１３０の積層方向に対してタンク部品１５５・１５６の組み付け方向が直交する両側からとなるため、組み付けが容易ではなく、コストがかかるという問題点がある。また、チューブ１３０の積層間隔と、第２タンク部品１５６に複数設ける第２挿入孔１５８の間隔とは、組み付け後にろう付けで接合した際、チューブ１３０間およびチューブ１３０と第２挿入孔１５８との間にろう付け不良部を作らないためには最適な隙にしなければならないという難しさがある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、改良された排気ガス熱交換器を提供することにある。本発明の一つの目的は、熱交換効率を向上させることにある。本発明の他の目的は、熱交換器の小型化にある。本発明のさらに他の目的は、組み付け容易な構造としてコストを押えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項１２に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、液冷式内燃機関（１０）の排気ガスと冷却液とを熱交換する排気ガス熱交換器であり、
排気ガスが流通する排気ガス流路（１３２）となる扁平チューブ（１３０）をその厚み方向に複数枚積層して熱交換コア部（１４０）を形成し、
その積層した複数の扁平チューブ（１３０）のそれぞれに、その厚み方向に貫通する冷却液流路孔（１３１ａ）を複数設けるとともに、
冷却液流路孔（１３１ａ）を熱交換コア部（１４０）の積層により連通させて排気ガス流路（１３２）と直交して冷却液が流通する複数の冷却液流路（１３１）を形成したことを特徴としている。
【０００８】
この請求項１に記載の発明によれば、排気ガスの流れと冷却液の流れとを直交させることで、熱交換効率を向上させることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の排気ガス熱交換器において、扁平チューブ（１３０）は、２枚のチューブプレート（１１０、１２０）を接合させて形成するとともに、冷却液流路孔（１３１ａ）は、２枚のチューブプレート（１１０、１２０）の一方側に形成した凸部（１２１）上面の孔と、他方側の孔（１１１）とが連通するように接合させて形成したことを特徴としている。
【００１０】
この請求項２に記載の発明によれば、中空の扁平チューブ（１３０）の厚み方向に貫通する冷却液流路孔（１３１ａ）を容易に形成することができる。また、他方側の孔（１１１）をバーリングとして凸部（１２１）上面の孔と嵌め合わせた後に口拡することで、ろう付け性を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の排気ガス熱交換器において、チューブプレート（１１０、１２０）にフィン部（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）を形成したことを特徴としている。この請求項３に記載の発明によれば、排気ガス側の受熱面積が増大して排気ガス冷却および冷却液加熱の熱交換性能を向上させることができる。
【００１２】
また、フィン部（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）をチューブプレート（１１０、１２０）に一体に形成することで部品点数の増加がなく、コストを抑えることができる。なお、フィン部（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）は、チューブプレート（１１０、１２０）の冷却液流路孔（１３１ａ）間の平面部の板材を、切り起こしたり打ち出したりすることで形成している。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の排気ガス熱交換器において、チューブプレート（１１０、１２０）に略三角突起形状のフィン部（１１３ｂ）を形成したことを特徴としている。この請求項４に記載の発明によれば、フィン部（１１３ｂ）を略三角突起形状とすることで、熱交換性能が向上するうえ、フィン形成部に煤が堆積するのを抑制することができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明では、請求項１に記載の排気ガス熱交換器において、排気ガス流路（１３２）に対して、冷却液流路（１３１）を千鳥状に配置したことを特徴としている。この請求項５に記載の発明によれば、排気ガス流路（１３２）を流れる排気ガスと冷却液流路（１３１）流れる冷却液との熱交換効率を向上させることができる。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明では、請求項１に記載の排気ガス熱交換器において、熱交換コア部（１４０）は、扁平チューブ（１３０）を複数枚、一方向に積層することで、複数の排気ガス流路（１３２）と複数の冷却液流路（１３１）とが形成されることを特徴としている。
【００１６】
この請求項６に記載の発明によれば、熱交換コア部（１４０）は一方向に積み重ねるだけの組み付け容易な構造とすることができ、製造コストを抑えることができる。また、コア部表面にろう付け不良が発生しても手直し容易な構造とすることができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の排気ガス熱交換器において、熱交換コア部（１４０）の積層方向両端に、タンクプレート（１５０、１６０）を積層することで、複数の冷却液流路（１３１）に冷却液を分配供給する、もしくは複数の冷却液流路（１３１）から冷却液を集合回収するタンク部（１５２、１５３、１６１）を形成したことを特徴としている。
【００１８】
この請求項７に記載の発明によれば、熱交換器本体部（１７０）までを一方向に積み重ねるだけの組み付け容易な構造とすることができ、製造コストを抑えることができる。また、タンク部表面にろう付け不良が発生しても手直し容易な構造とすることができる。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の排気ガス熱交換器において、扁平チューブ（１３０）の長手方向の側方となる厚み面に排気ガス流路（１３２）を開放するとともに、熱交換コア部（１４０）の積層方向および長手方向と直交する幅方向両側面にサイドプレート（１４１、１４２）を設けたことを特徴としている。
【００２０】
一般の扁平チューブ形状では、排気ガスは長手方向の一方向に流れるように形成されており、排気ガスの流す方向に自由度がない。また、排気ガスを長手方向に流れるように形成した熱交換コア部（１４０）の長手方向両端には、排気管（１１）などと接続するためのフランジ（１８０）を差込むようになっている。そのため、フランジ（１８０）の形状が熱交換コア部（１４０）の形状に制約を受けてしまい、排気管（１１）とフランジ（１８０）との間で形状をそれぞれに合わせるための部品やスペースが必要となる場合がある。
【００２１】
しかし、この請求項８に記載の発明によれば、扁平チューブ（１３０）の長手方向の側方となる厚み面の壁部を廃止して、排気ガス流路（１３２）を熱交換コア部（１４０）の積層方向および長手方向と直交する幅方向に開放している。また逆に、熱交換コア部（１４０）の長手方向端面は、各扁平チューブ（１３０）に壁部を作って塞ぐようにしている。
【００２２】
そして、熱交換コア部（１４０）の積層方向および長手方向と直交する幅方向両側面にサイドプレート（１４１、１４２）を設け、このサイドプレート（１４１、１４２）に排気ガスの流出入口を設けるようにしている。これにより、排気ガスの流出入口を排気ガス熱交換器（１００）の幅方向側面にて自由度を向上させることができる。また、この排気ガスの流出入口は、熱交換コア部（１４０）の形状に制約を受けないため、排気管（１１）との接続に都合の良い形状とすることができる。
【００２３】
また、請求項９に記載の発明では、請求項７に記載の排気ガス熱交換器において、排気ガス流路（１３２）とタンク部（１５２、１５３、１６１）との間に空気層（１３０ａ）を形成したことを特徴としている。図１２は、図２の排気ガス熱交換器（１００）の縦断面図であり、冷却液の淀みが生じ易い部分Ｙを示すものである。
【００２４】
図１２に示すように、冷却液が本排気ガス熱交換器（１００）全体を略Ｕターン状に流通するような構造とすると、図１２に示す主流（太矢印）から遠いＹ部付近で冷却液の流れに淀みが発生する場合があり、その淀んだ冷却液がタンク部（１５２、１５３、１６１）内の排気ガス流路（１３２）と接する面で沸騰してしまうというおそれがある。
【００２５】
しかし、この請求項９に記載の発明によれば、タンク部（１５２、１５３、１６１）内で冷却液の流れに淀みが生じたとしても、排気ガス流路（１３２）との間に空気層（１３０ａ）による断熱層を形成したことで、冷却液の沸騰を防止することができる。また、一部形状の違う扁平チューブ１３０ａやタンクプレート１５０・１６０にするだけで基本の積層組み立て構造には変更がないため、コストアップを抑えることができる。
【００２６】
また、請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし請求項９のうちいずれか１項に記載の排気ガス熱交換器において、扁平チューブ（１３０）を形成するチューブプレート（１１０、１２０）、もしくはタンクプレート（１５０、１６０）、サイドプレート（１４１、１４２）用のプレート材として、片面もしくは両面にろう材がクラッドされたクラッド材を用いたことを特徴としている。この請求項１０に記載の発明によれば、ろう材塗布作業が不要となること、ろう材の歩留まりが向上することなどより製造コストを抑えることができる。
【００２７】
また、請求項１１に記載の発明では、請求項７ないし請求項１０のうちいずれか１項に記載の排気ガス熱交換器において、熱交換コア部（１４０）は、排気ガス流路（１３２）の両端側を接続用のフランジ（１８０）のコア部挿入口（１８１）内に挿入して外周を接合させる構造とするうえで、
タンクプレート（１５０、１６０）の少なくともいずれか一方プレート（１５０、１６０）のフランジ（１８０）側両端部に、フランジ（１８０）の内側面（１８２）と接触して且つ熱交換コア部（１４０）の積層方向に摺動可能なスライド平面部（１６２）を設けたことを特徴としている。
【００２８】
図１５は、ろう付け前後における部分縦断面図であり、（ａ）・（ｂ）はスライド無しの場合、（ｃ）・（ｄ）はスライド（スライド平面部（１６２））有りの場合を示している。ろう付け時に各チューブプレート（１１０、１２０）やタンクプレート（１５０、１６０）のろう材が溶けることで熱交換コア部（１４０）の厚みが薄く傾向がなる。このため、熱交換コア部（１４０）をフランジ（１８０）のコア部挿入口（１８１）に差込んだだけでは熱交換コア部（１４０）とコア部挿入口（１８１）との間に隙間ができて排気ガスが漏れてしまうというおそれがある。
【００２９】
そこで、この請求項１１に記載の発明によれば、タンクプレート（１５０、１６０）の少なくともいずれか一方プレート（１５０、１６０）（図１５の例では下側タンクプレート１６０）に、フランジ（１８０）の内側面（１８２）と接触して且つ熱交換コア部（１４０）の積層方向に摺動可能なスライド平面部（１６２）を設けたことで、熱交換コア部（１４０）の厚みが薄くなって熱交換コア部（１４０）とコア部挿入口（１８１）との間に隙間ができても、スライド平面部（１６２）で塞がれることより排気ガスの漏れを防止することができる。
【００３０】
また、請求項１２に記載の発明では、液冷式内燃機関（１０）の排気ガスが通過する排気管（１１）に接続され、排気ガスと冷却液とを熱交換する排気ガス熱交換器であり、
第１の連通孔（１１１）が形成された第１のチューブプレート（１１０）と、第２の連通孔（１２１）が形成された第２のチューブプレート（１２０）とを交互に積層し、第１のチューブプレート（１１０）と第２のチューブプレート（１２０）との間に形成された排気ガス流路（１３２）と、
第１の連通孔（１１１）と第２の連通孔（１２１）とを連通させ、排気ガス流路（１３２）と区画され、第１のチューブプレート（１１０）および第２のチューブプレート（１２０）の積層方向に伸びる冷却液通路（１３１）とを有し、
排気ガス流れ方向端部において排気ガス流路（１３２）のみが開口する熱交換コア部（１４０）と、熱交換コア部（１４０）の両端部の外周が接合されるコア部挿入口（１８１）が形成され、排気管（１１）に接続されるフランジ（１８０）とを有することを特徴としている。
【００３１】
この請求項１２に記載の発明によれば、熱交換コア部（１４０）の排気ガス流れ方向端部において排気ガス流路（１３２）のみが開口しているので、熱交換コア部（１４０）の両端部において、熱交換コア部（１４０）の外周のみをフランジ（１８０）に接合すれば良く、背景技術に記載された排気ガス熱交換器に比べてフランジ（１８０）と熱交換コア部（１４０）との接合部位を減らすことができる。
【００３２】
また、排気ガス流路（１３２）を形成する第１・第２チューブプレート（１１０、１２０）をフランジ（１８０）に挿通させる必要が無く、熱交換コア部（１４０）をフランジ（１８０）に容易に組み付ることができる。ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、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る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について添付した図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液冷式内燃機関の冷却装置の構成を示す模式図である。液冷式内燃機関としての車両走行用の水冷式ガソリンエンジン（以下、エンジンと略す。）１０と、エンジン１０を冷却する冷却水（冷却液）を空気と熱交換することによって冷却するラジエータ２０とは、導入路２１および還流路２２とによって連結されている。
【００３４】
すなわち、導入路２１の一端（上流側）はエンジン１０のシリンダヘッド部（以下、ヘッド部と略す。）に接続され、他端（下流側）はラジエータ２０の入口側に接続されている。また、還流路２２の一端（上流側）はラジエータ２０の出口側に接続され、他端（下流側）はエンジン１０のシリンダブロック部（以下、ブロック部と略す。）に接続されている。
【００３５】
エンジン１０を冷却することによって比較的高温となった冷却水は、導入路２１を通ってラジエータ２０内に流入し、熱交換されて比較的低温の冷却水となる。この低温冷却水は還流路２２を通ってエンジン１０内に流入し、ブロック部よりヘッド部側へ図示しないウォータジャケット内を流れてエンジン１０の冷却を行う。
【００３６】
また、還流路２２の流路途中には、エンジン１０と駆動ベルトで連結されて駆動され、エンジン１０とラジエータ２０との間で冷却水を循環させるメカニカルポンプであるウォータポンプ３０が配されている。ウォータポンプ３０によってブロック部に供給された冷却水は、ブロック部の中を流れた後、ヘッド部との間の図示しないガスケットに設定してある穴からヘッド部側に流れ込む。
【００３７】
還流路２２のウォータポンプ３０より上流位置には、バイパス路２３の一端が接続されている。このバイパス路２３の他端は導入路２１に接続されており、導入路２１を流れる冷却水がラジエータ２０をバイパスできるようになっている。バイパス路２３と還流路２２の接続部には水温制御手段として周知のワックス式のサーモスタット４０が配されている。
【００３８】
このサーモスタット４０は、冷却水の温度に応じてサーモスタット４０の弁部に封入されたワックスが膨張、あるいは収縮することによって弁の開閉を行うものであり、導入路２１からバイパス路２３に流れ込んでいる冷却水の温度が所定値以下の場合にはバイパス路２３を開放し、設定値以上の場合はバイパス路２３を閉鎖し、導入路２１を流れる冷却水の全量がラジエータ２０に導入されるようになっている。
【００３９】
ラジエータ２０の後面、すなわち空気流れにおける後流側には、ラジエータ２０に冷却用空気を吸い込むための図示しないラジエータファンが配設されている。このラジエータファンは電動モータによって回転駆動され、図示しないエンジン制御装置によって駆動制御されるようになっている。
【００４０】
まず、上記構成による作動を説明する。エンジン１０が駆動されると、その駆動力を受けてウォータポンプ３０が回転される。このウォータポンプ３０の回転により、冷却水が吸入され、エンジン１０に流入する。エンジン１０内を流れ、エンジン１０を冷却して高温となった冷却水は導入路２１を通ってラジエータ２０内に流入する。ラジエータ２０内では高温冷却水と外部空気とが熱交換され、比較的低温の冷却水となる。
【００４１】
この低温冷却水は還流路２２を通り、再びウォータポンプ３０に吸入される。尚、エンジン１０の始動直後などのように冷却水温度が所定値以下、例えば８０℃以下の場合にはサーモスタット４０によってバイパス路２３を開くように制御されている。よって、導入路２１を通過する冷却水はバイパス路２３を流れ、ラジエータ２０をバイパスする。
【００４２】
サーモスタット４０は、水温が８０℃程度を越えるとバイパス路２３を閉じ始め、水温が９０℃程度になるとバイパス路２３の連通を遮断する。但し、サーモスタット４０を電動弁などに換えて、この所定温度を外気温度などの運転条件に応じて可変させる構成であっても良い。
【００４３】
さらに、エンジン１０のヘッド部からはラジエータ２０側とは別の冷却水循環路５１が設けられており、この冷却水循環路５１の上流側には後述する本発明の排気ガス熱交換器１００と、その下流側にはヒータコア５０とが設けられている。そして、冷却水循環路５１の下流端は還流路２２のサーモスタット４０とウォータポンプ３０との間の位置に接続されており、ウォータポンプ３０の駆動により排気ガス熱交換器１００とヒータコア５０にも冷却水が循環されることとなる。
【００４４】
ヒータコア５０は、温水となった冷却水と車室内空調用空気とを熱交換させてこれを加熱し、車室内を暖房するための加熱用（暖房用）熱交換器である。また、排気ガス熱交換器１００は、マフラー（排気管）１１内に配設され、排気ガスの熱を回収してエンジン１０の冷間始動時などに水温暖気を促進し、ヒータ性能や燃費の向上を図るものである。よって、エンジン１０の始動時にエンジン１０から出た冷却水は、排気ガス熱交換器１００を通って排気ガスとの間で熱交換を行い、排気ガスの熱で暖められ、ヒータコア５０を通ってウォータポンプ３０に引かれてエンジン１０に戻る。
【００４５】
次に、排気ガス熱交換器１００の構造について、図２ないし図７を用い、製造方法と併せて説明する。図２は、本発明の第１実施形態における排気ガス熱交換器１００の一部断面の斜視図であり、図３は、図２の排気ガス熱交換器１００の縦断面図である。また図４は、本発明の一実施形態におけるチューブ１３０の斜視図であり、（ａ）は組み合わせ前、（ｂ）は組み合わせ後の状態と、かしめ部の断面詳細とを示している。
【００４６】
本排気ガス熱交換器１００は、排気ガスが流通する排気ガス流路１３２となる扁平チューブ１３０を、その厚み方向に複数枚積層して熱交換コア部１４０を形成している。その積層する複数の扁平チューブ１３０のそれぞれには、その厚み方向に貫通する冷却液流路孔１３１ａを複数設けている。そしてその冷却液流路孔１３１ａを熱交換コア部１４０の積層方向に連通させ、排気ガス流路１３２と直交して冷却水が流通する複数の冷却液流路１３１を形成したものである。
【００４７】
チューブ１３０は、２枚のチューブプレート１１０・１２０を合わせて構成されている。一方のチューブプレート１１０には、冷却液流路孔１３１ａの片側となるバーリング孔（孔）１１１が千鳥状に配置して形成されている。また、他方のチューブプレート１２０には、先のバーリング孔１１１と対応させて凸部１２１が千鳥状に配置して形成されており、その凸部１２１の上面には先のバーリング孔１１１が嵌まる孔が開けられている。そして、２枚のチューブプレート１１０・１２０を合わせて各バーリング孔１１１を口拡することでかしめ結合され（Ａ−Ａ断面拡大参照）、排気ガス流路１３２となるバーリング孔１１１が形成される。
【００４８】
図５は、本発明の一実施形態における熱交換コア部１４０の斜視図と、かしめ部Ｋの断面詳細とを示す。熱交換コア部１４０は、上記の扁平チューブ１３０を、その厚み方向に複数枚積層して形成している。この積層によって各扁平チューブ１３０の冷却液流路孔１３１ａは積層方向に連通し、排気ガス流路１３２と直交して冷却水が流通する複数の冷却液流路１３１が形成される。なお、積層した扁平チューブ１３０同士は、排気ガス流路１３２の開口端部に設けたかしめ爪１１２をかしめることで仮組みしている（Ｂ−Ｂ断面拡大参照）。
【００４９】
次に図６は、本発明の第１実施形態における熱交換器本体部１７０の斜視図であり、（ａ）はタンクプレート１５０・１６０との組み合わせ前、（ｂ）は組み合わせ後の状態を示す。熱交換コア部１４０の積層方向両端に、タンクプレート１５０・１６０を積層することでタンク部１５２・１５３・１６１を形成している。具体的に流入側タンク部１５２は、入口パイプ１５１から流入した冷却水を複数の冷却液流路１３１に分配供給する部分である。
【００５０】
折り返しタンク部１６１は、流入側タンク部１５２で分配供給されて熱交換コア部１４０の紙面左側半分の冷却液流路１３１を通った冷却水を一旦集合回収して紙面の右側へと送り、紙面右側半分の冷却液流路１３１に冷却水を分配供給する部分である。そして、流出側タンク部１５３は、折り返しタンク部１６１で分配供給されて紙面右側半分の冷却液流路１３１を通った冷却水を集合回収して出口パイプ１５４へ導く部分である。
【００５１】
図７は、本発明の第１実施形態における排気ガス熱交換器１００の斜視図であり、（ａ）はフランジ１８０との組み合わせ前、（ｂ）は組み合わせ後の状態を示す。そして最後に熱交換器本体部１７０は、排気ガス流路１３２の両端側を排気管接続用のフランジ１８０のコア部挿入口１８１内に挿入した状態でろう付け炉に入れられ、各扁平チューブ１３０間、扁平チューブ１３０と両タンクプレート１５０・１６０の間、および熱交換コア部１４０の外周とフランジ１８０との間が炉中で一体ろう付けされて排気ガス熱交換器１００が完成する。
【００５２】
なお、排気ガス熱交換器１００は各部品が耐食性に優れたステンレスなどの金属で形成されているとともに、扁平チューブ１３０を形成するチューブプレート１１０・１２０、もしくはタンクプレート１５０・１６０用のプレート材として、片面もしくは両面にろう材がクラッドされたクラッド材を用いている。
【００５３】
次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、排気ガスが流通する排気ガス流路１３２となる扁平チューブ１３０をその厚み方向に複数枚積層して熱交換コア部１４０を形成し、その積層した複数の扁平チューブ１３０のそれぞれに、その厚み方向に貫通する冷却液流路孔１３１ａを複数設けている。そして、この冷却液流路孔１３１ａを熱交換コア部１４０の積層により連通させて排気ガス流路１３２と直交して冷却液が流通する複数の冷却液流路１３１を形成している。これによれば、排気ガスの流れと冷却液の流れとを直交させることで、熱交換効率を向上させることができる。
【００５４】
また、扁平チューブ１３０は、２枚のチューブプレート１１０・１２０を接合させて形成するとともに、冷却液流路孔１３１ａは、２枚のチューブプレート１１０・１２０の一方側に形成した凸部１２１上面の孔と、他方側のバーリング孔１１１とが連通するように接合させて形成している。これによれば、中空の扁平チューブ１３０の厚み方向に貫通する冷却液流路孔１３１ａを容易に形成することができる。また、他方側の孔１１１をバーリングとして凸部１２１上の孔と嵌め合わせた後に口拡することで、ろう付け性を向上させることができる。
【００５５】
また、排気ガス流路１３２に対して、冷却液流路１３１を千鳥状に配置している。これによれば、排気ガス流路１３２を流れる排気ガスと冷却液流路１３１流れる冷却液との熱交換効率を向上させることができる。また、熱交換コア部１４０は、扁平チューブ１３０を複数枚、一方向に積層することで、複数の排気ガス流路１３２と複数の冷却液流路１３１とが形成されるようになっている。これによれば、熱交換コア部１４０は一方向に積み重ねるだけの組み付け容易な構造とすることができ、製造コストを抑えることができる。また、コア部表面にろう付け不良が発生しても手直し容易な構造とすることができる。
【００５６】
また、熱交換コア部１４０の積層方向両端に、タンクプレート１５０・１６０を積層することで、複数の冷却液流路１３１に冷却液を分配供給する、もしくは複数の冷却液流路１３１から冷却液を集合回収するタンク部１５２・１５３・１６１を形成している。これによれば、熱交換器本体部１７０までを一方向に積み重ねるだけの組み付け容易な構造とすることができ、製造コストを抑えることができる。また、タンク部表面にろう付け不良が発生しても手直し容易な構造とすることができる。
【００５７】
また、扁平チューブ１３０を形成するチューブプレート１１０・１２０、もしくはタンクプレート１５０・１６０用のプレート材として、片面もしくは両面にろう材がクラッドされたクラッド材を用いたことを特徴としている。これによれば、ろう材塗布作業が不要となること、ろう材の歩留まりが向上することなどより製造コストを抑えることができる。
【００５８】
（第１変形例）
図８の（ａ）は、第１変形例におけるチューブ１３０の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ断面図である。上述の第１実施形態と異なる点は、図８に示すように、チューブプレート１１０に矩形突起フィン（フィン部）１１３ａを形成している。これによれば、排気ガス側の受熱面積が増大して排気ガス冷却および冷却液加熱の熱交換性能を向上させることができる。
【００５９】
また、矩形突起フィン１１３ａをチューブプレート１１０に一体に形成することで部品点数の増加がなく、コストを抑えることができる。なお、矩形突起フィン１１３ａは、チューブプレート１１０の冷却液流路孔１３１ａ間にある平面部の板材を、バーリング孔１１１と同じ側に切り起こすことで形成している。
【００６０】
（第２変形例）
図９は、第２変形例を示すチューブ１３０の斜視図である。上記の第１変形例と異なる点は、チューブプレート１１０に三角突起フィン（略三角突起形状のフィン部）１１３ｂを形成している。これによれば、フィン部１１３を略三角突起形状とすることで、熱交換性能が向上するうえ、フィン形成部に煤が堆積するのを抑制することができる。
【００６１】
（第３変形例）
図１０の（ａ）は、第３変形例を示すチューブ１３０の平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＤ−Ｄ断面図である。フィン部１１３はこのように、チューブプレート１１０を打ち出して形成した打ち出しフィン（フィン部）１１３ｃであっても良い。なお、これらのフィン部１１３を形成するのはチューブプレート１２０側であっても良いし、チューブプレート１１０・１２０の両方に設けても良い。また、フィン部１１３の先端側は他方のプレートに接触しているのが伝熱上望ましいが、接触していないものであっても良い。
【００６２】
（第２実施形態）
図１１は、本発明の第２実施形態における排気ガス熱交換器１００を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）中のＥ−Ｅ断面図、（ｄ）は（ａ）中のＦ−Ｆ断面図である。熱交換コア部１４０を形成する扁平チューブ１３０は、第１実施形態と同様に２枚のチューブプレート１１０・１２０で構成されたものであり、チューブプレート１１０に成形されているバーリング孔１１１をチューブプレート１２０に成形されている凸部１２１内に差し込み、口拡かしめすることで結合されている。
【００６３】
但し、第１実施形態ではチューブプレート１２０の幅方向両端を折り曲げてチューブプレート１１０に突き当てることで排気ガスを流す排気ガス流路１３２を長手方向に成形していたが、本実施形態では、チューブプレート１２０の幅方向両端の折り曲げを無くし、代わりに長手方向両端を折り曲げることで熱交換コア部１４０の幅方向にも排気ガス流路１３２を形成している。
【００６４】
なお、冷却液流路１３１は、バーリング孔１１１と凸部１２１とを結合したものを積層して接合することで、排気ガス流路１３２とは分離されている。本実施形態の構成も含めることで、排気ガスを冷却液と直行する全ての方向から流入させることが可能となる。そして、排気ガス流出入口以外の熱交換コア部１４０の幅方向は、サイドプレート１４１・１４２を設けて封止するようにしたものである。
【００６５】
このような本実施形態の特徴をまとめると、扁平チューブ１３０の長手方向の側方となる厚み面に排気ガス流路１３２を開放するとともに、熱交換コア部１４０の積層方向および長手方向と直交する幅方向両側面にサイドプレート１４１・１４２を設けていることとなる。
【００６６】
一般の扁平チューブ形状では、排気ガスは長手方向の一方向に流れるように形成されており、排気ガスの流す方向に自由度がない。また、排気ガスを長手方向に流れるように形成した熱交換コア部１４０の長手方向両端には、排気管１１などと接続するためのフランジ１８０を差込むようになっている。そのため、フランジ１８０の形状が熱交換コア部１４０の形状に制約を受けてしまい、排気管１１とフランジ１８０との間で形状をそれぞれに合わせるための部品やスペースが必要となる場合がある。
【００６７】
しかし、これによれば、扁平チューブ１３０の長手方向の側方となる厚み面の壁部を廃止して、排気ガス流路１３２を熱交換コア部１４０の積層方向および長手方向と直交する幅方向に開放している。また逆に、熱交換コア部１４０の長手方向端面は、各扁平チューブ１３０に壁部を作って塞ぐようにしている。
【００６８】
そして、熱交換コア部１４０の積層方向および長手方向と直交する幅方向両側面にサイドプレート１４１・１４２を設け、このサイドプレート１４１・１４２に排気ガスの流出入口を設けるようにしている。これにより、排気ガスの流出入口を排気ガス熱交換器１００の幅方向側面にて自由度を向上させることができる。
【００６９】
また、この排気ガスの流出入口は、熱交換コア部１４０の形状に制約を受けないため、排気管１１との接続に都合の良い形状とすることができる。なお、図１１では排気ガスの流出入口を排気ガス熱交換器１００の片側面に設けたものであるが、排気ガス熱交換器１００の両側面に排気ガスの流出入口を設けたものであっても良いし、排気ガス熱交換器１００の側面と長手方向端面とを組み合せたものであっても良い。
【００７０】
（第３実施形態）
図１２は、図２の排気ガス熱交換器１００の縦断面図であり、冷却液の淀みが生じ易い部分Ｙを示すものである。図１２に示すように、冷却液が本排気ガス熱交換器１００全体を略Ｕターン状に流通するような構造とすると、図１２に示す主流（太矢印）から遠いＹ部付近で冷却液の流れに淀みが発生する場合があり、その淀んだ冷却液がタンク部１５２・１５３・１６１内の排気ガス流路１３２と接する面で沸騰してしまうというおそれがある。
【００７１】
図１３の（ａ）は、本発明の第３実施形態における排気ガス熱交換器１００の左半分の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）中Ｇ部の部分拡大図である。冷却液を熱交換コア部１４０内の冷却液流路１３１に分配・合流させるため、熱交換コア部１４０の上下に設定されているタンク部１５２・１５３・１６１内において、冷却液の流れが淀んだとしても、冷却液がタンク部１５２・１５３・１６１内で沸騰するのを防止するものであり、排気ガス流路１３２と各タンク部１５２・１５３・１６１との間に空気層（断熱層）１３０ａを設けたものである。
【００７２】
より具体的には、熱交換コア部１４０を成形する際に、最上下に配置されて各タンク部１５２・１５３・１６１と接する扁平チューブ１３０ａの長さを短くし、その短い扁平チューブ１３０ａへの排気ガスの出入口部をタンクプレート１５０・１６０で塞ぐことにより、短い扁平チューブ１３０ａ内には排気ガスが流れずに空気層（断熱層）が形成されることとなる。
【００７３】
このような本実施形態の特徴をまとめると、排気ガス流路１３２とタンク部１５２・１５３・１６１との間に空気層１３０ａを形成したことである。これによれば、タンク部１５２・１５３・１６１内で冷却液の流れに淀みが生じたとしても、排気ガス流路１３２との間に空気層１３０ａによる断熱層を形成したことで、冷却液の沸騰を防止することができる。また、一部形状の違う扁平チューブ１３０ａやタンクプレート１５０・１６０にするだけで基本の積層組み立て構造には変更がないため、コストアップを抑えることができる。
【００７４】
（第４実施形態）
図１４は、本発明の第４実施形態における排気ガス熱交換器１００の斜視図であり、（ａ）はフランジ１８０との組み合わせ前、（ｂ）は下側タンクプレート１６０´との組み合わせ前の状態を示す。上述の第１実施形態と異なる特徴として、タンクプレート１５０・１６０の少なくともいずれか一方プレート１５０・１６０のフランジ１８０側両端部に、フランジ１８０の内側面１８２と接触して且つ熱交換コア部１４０の積層方向に摺動可能なスライド平面部１６２を設けている。
【００７５】
図１５は、ろう付け前後における部分縦断面図であり、（ａ）・（ｂ）はスライド無しの場合、（ｃ）・（ｄ）はスライド（スライド平面部１６２）有りの場合を示している。ろう付け時に各チューブプレート１１０・１２０やタンクプレート１５０・１６０のろう材が溶けることで熱交換コア部１４０の厚みが薄く傾向がなる。このため、熱交換コア部１４０をフランジ１８０のコア部挿入口１８１に差込んだだけでは熱交換コア部１４０とコア部挿入口１８１との間に隙間ができて排気ガスが漏れてしまうというおそれがある。
【００７６】
そこで、これによれば、上記スライド平面部１６２を設けたことで、熱交換コア部１４０の厚みが薄くなって熱交換コア部１４０とコア部挿入口１８１との間に隙間ができても、スライド平面部１６２で塞がれることより排気ガスの漏れを防止することができる。
【００７７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、冷却液や排ガスの流通パスをＵターン流路に形成しているが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、１パスで一端面側から反対側の他端面側へ流通するものであっても良いし、Ｕターン以上の複数回パス（例えば、ＮターンやＷターン）に構成したものであっても良い。また、排気ガスの温度勾配を考慮してパスごとに冷却液流路１３１の数を変えても良い。
【００７８】
また、上述の実施形態では、扁平チューブ１３０を積層した後の扁平チューブ１３０同士のずれ防止としてかしめ爪１１２での端面かしめＫで仮止めを行っているが、扁平チューブ１３０に設けた冷却液流路孔１３１ａの周辺形状を、重ねたときに上下で嵌まり合う形状としてずれ防止を行っても良い。
【００７９】
また、上述の実施形態では、マフラー１１内に本発明の排気ガス熱交換器１００を適用したが、エンジン１０から排出ガスの一部をエンジン１０の吸気側に還流させる図示しない排気循環路の途中に配設してＥＧＲガスクーラとして適用しても良い。
【００８０】
また、上述した実施形態では、チューブプレート１１０・１２０の間を排気ガスのみが通過する熱交換器としたが、チューブプレート１１０の一方の面とこの面に対向するチューブプレート１２０の面との間に排気ガス流路、チューブプレート１１０の他方の面とこの面に対向するチューブプレート１２０の面との間に冷却液流路をそれぞれ形成し、排気流れ方向両端部において、冷却液通路が閉塞するようにチューブプレート１１０とチューブプレート１２０とを接合した排気ガス熱交換器としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る液冷式内燃機関の冷却装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態における排気ガス熱交換器１００の一部断面の斜視図である。
【図３】図２の排気ガス熱交換器１００の縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるチューブ１３０の斜視図であり、（ａ）は組み合わせ前、（ｂ）は組み合わせ後の状態と、かしめ部の断面詳細とを示す。
【図５】本発明の一実施形態における熱交換コア部１４０の斜視図と、かしめ部Ｋの断面詳細とを示す。
【図６】本発明の第１実施形態における熱交換器本体部１７０の斜視図であり、（ａ）はタンクプレート１５０・１６０との組み合わせ前、（ｂ）は組み合わせ後の状態を示す。
【図７】本発明の第１実施形態における排気ガス熱交換器１００の斜視図であり、（ａ）はフランジ１８０との組み合わせ前、（ｂ）は組み合わせ後の状態を示す。
【図８】（ａ）は、第１変形例におけるチューブ１３０の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】第２変形例を示すチューブ１３０の斜視図である。
【図１０】（ａ）は、第３変形例を示すチューブ１３０の平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態における排気ガス熱交換器１００を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）中のＥ−Ｅ断面図、（ｄ）は（ａ）中のＦ−Ｆ断面図である。
【図１２】図２の排気ガス熱交換器１００の縦断面図であり、冷却液の淀みが生じ易い部分Ｙを示す。
【図１３】（ａ）は本発明の第３実施形態における排気ガス熱交換器１００の左半分の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）中Ｇ部の部分拡大図である。
【図１４】本発明の第４実施形態における排気ガス熱交換器１００の斜視図であり、（ａ）はフランジ１８０との組み合わせ前、（ｂ）は下側タンクプレート１６０´との組み合わせ前の状態を示す。
【図１５】ろう付け前後における部分縦断面図であり、（ａ）・（ｂ）はスライド無しの場合、（ｃ）・（ｄ）はスライド有りの場合を示す。
【図１６】特許文献１に示される排気ガス熱交換器の組み立て構造を示す縦断面模式図である。
【図１７】図１６の排気ガス熱交換器の流路構造を説明する部分縦断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０…水冷式エンジン（液冷式内燃機関）
１１…排気管
１１０…第１のチューブプレート
１１１…バーリング孔（第１の連通孔）
１１３ａ…矩形突起フィン（フィン部）
１１３ｂ…三角突起フィン（略三角突起形状のフィン部）
１１３ｃ…打ち出しフィン（フィン部）
１２０…第２のチューブプレート
１２１…凸部（第２の連通孔）
１３０…扁平チューブ
１３０ａ…短い扁平チューブ（空気層）
１３１…冷却液流路
１３１ａ…冷却液流路孔
１３２…排気ガス流路
１４０…熱交換コア部
１４１…サイドプレート
１４２…サイドプレート
１５０…タンクプレート
１５２…流入側タンク部（タンク部）
１５３…流出側タンク部（タンク部）
１６０…タンクプレート
１６１…折り返しタンク部（タンク部）
１６２…スライド平面部
１８０…フランジ
１８１…コア部挿入口
１８２…内側スライド面（内側面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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