(57)【要約】【課題】凝縮水が排気流れ方向の下流側に飛散することを防止できる排気熱交換器を提供すること。【解決手段】  本発明に係る排気熱交換器１，１’は、排気の入口と出口を備えた外装ケース２と、外装ケース２に収容されており排気が流れる排気流路３３が形成されたチューブ３と、外装ケース２の排気入口側と排気出口側のそれぞれに設けられたタンク４，５と、排気出口側のタンク５に設けられ、凝縮水を拡散する拡散材１０と、を有する。【選択図】図１
2018200004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換器であって、
排気の入口と出口を備えた外装ケースと、
前記外装ケースに収容されており排気が流れる排気流路が形成されたチューブと、
前記外装ケースの排気入口側と排気出口側のそれぞれに設けられたタンクと、
前記排気出口側のタンクに設けられ、凝縮水を拡散する拡散材と、を有する、
排気熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の排気熱交換器であって、
前記拡散材が前記排気出口側のタンクの排気流れ方向の下流側に配置された、
排気熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の排気熱交換器であって、
前記タンクの前記排気流れ方向に交差する断面の中央部側における前記拡散材の前記排気流れ方向の厚みは、前記タンクの壁部側における前記排気流れ方向の厚みよりも薄い、
排気熱交換器。
【請求項４】
請求項３に記載の排気熱交換器であって、
前記拡散材の前記排気流れ方向に交差する断面における中央部に、開口が形成された、
排気熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気が流通する排気流路を備え、排気と排気流路の外部を流通する冷却媒体との間で熱交換を行う排気熱交換器が提案されている。排気熱交換器内に導入された排気は、チューブ内を流通することによって冷却される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２０６５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたような排気熱交換器では、内燃機関からの排気ガスが冷却されることによって、排気ガスに含まれる水分が凝縮し、凝縮水が生じることがある。凝縮水は、通常の動作状態においては、チューブの内部で排気ガスに曝されることにより蒸発する。
【０００５】
しかし、例えば、車両がアイドリング状態から急発進した場合、エンジンは、低速回転域から急激に吹き上がる。このとき、排気熱交換器に向かって急激な排気流れが生じ、排気熱交換器の内部に生じた凝縮水がチューブの出口から後方に飛散することがある。
【０００６】
このため、排気熱交換器からの排気流れを内燃機関の吸気通路側に還流させる構造とした場合には、チューブの出口から後方に飛散した凝縮水が燃焼室内に達し、内燃機関の特性を低下させる場合があった。
【０００７】
そこで、本発明は、凝縮水が排気熱交換器の排気流れ方向の下流側に飛散することを防止できる排気熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様に係る排気熱交換器は、内燃機関から排出される排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換器であって、排気の入口と出口を備えた外装ケースと、前記外装ケースに収容されており排気が流れる排気流路が形成されたチューブと、前記外装ケースの排気入口側と排気出口側のそれぞれに設けられたタンクと、前記排気出口側のタンクに設けられ、凝縮水を拡散する拡散材と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
上記態様に係る排気熱交換器は、凝縮水を拡散する拡散材が排気出口側のタンクに設けられることにより、チューブから飛散した凝縮水が拡散材によってタンク内に留められる。凝縮水は、タンク壁側に拡散される間に排気に曝されて、蒸発が促進される。したがって、凝縮水が排気熱交換器の排気流れ方向の下流側に飛散することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る排気熱交換器１に流入する内燃機関の排気流れ方向に平行かつチューブ３の主要な表面３Ａに垂直な断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る排気熱交換器１の排気流れ方向に平行かつチューブ３の主要な表面３Ａに沿った断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る排気熱交換器１におけるチューブ３を説明する斜視図である。
【図４】図４は、チューブ３の排気流路３３に配置されるフィン６の一部を拡大して示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係る排気熱交換器１’に流入する内燃機関の排気流れ方向に平行かつチューブ３の主要な表面３Ａに垂直な断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る排気熱交換器１’の排気流れ方向に平行かつチューブ３の主要な表面３Ａに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
＜第１実施形態の構成＞
本発明の第１実施形態に係る排気熱交換器１について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る排気熱交換器１の排気流れ方向Ｓに平行かつチューブ３の主要な表面３Ａに垂直な断面図である。また、図２は、本発明の第１実施形態に係る排気熱交換器１の排気流れ方向Ｓに平行かつチューブ３の主要な表面３Ａに沿った断面図である。
【００１２】
排気熱交換器１は、図１に示すように、排気入口側の端部２ｆと出口側の端部２ｒとを有する外装ケース２と、外装ケース２内に収容されており排気が流れる排気流路が形成された複数のチューブ３とを備える。また、排気熱交換器１は、排気経路に配置されたフィン６と、外装ケース２の排気入口側と排気出口側のそれぞれに設けられたタンク４，５とを備える。
【００１３】
また、排気熱交換器１は、排気出口側のタンク５に設けられ、凝縮水を拡散する拡散材１０を有する。拡散材１０は、排気出口側のタンク５の排気流れ方向の下流側に配置されている。
【００１４】
第１実施形態においては、タンク５の排気流れ方向Ｓに交差する断面の中央部側における拡散材１０の排気流れ方向の厚みｄ１は、タンク５の壁部側における排気流れ方向Ｓの厚みｄ２よりも薄い。
【００１５】
本実施形態においては、拡散材１０として、ウール状に加工した金属繊維を用いることができる。また、パラ系アラミド繊維、ポリアクリレート繊維、ＰＢＯ繊維、炭素繊維、メタ系アラミド繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維等の耐熱性を有する化学繊維を用いることができる。さらに、ガラス繊維等の不燃性繊維を用いることができる。
【００１６】
外装ケース２には、冷却流体を取り込む冷却流体入口部２１と冷却流体を排出する冷却流体出口部２２が設けられている。外装ケース２内には、隣り合うチューブ３の隙間、及び、両端位置のチューブ３と外装ケース２の内面の隙間によって冷却流体通路２３が形成されている。
【００１７】
図３は、第１実施形態に係る排気熱交換器１におけるチューブ３を説明する斜視図である。
チューブ３の各々は、排気流れ方向Ｓにおいて、表面３Ａを構成する表面部材３１と、裏面３Ｂを構成する裏面部材３２とを有し、表面部材３１と裏面部材３２とがろう付けされて形成された扁平筒状の直方体である。
【００１８】
チューブ３の裏面部材３２の排気入口端には当接部３２ａが形成されている。また、裏面部材３２の排気出口端には当接部３２ｂが形成されている。また、図３に示すように、裏面部材３２の中央部には当接部３２ｃが形成されている。
【００１９】
チューブ３は、当接部３２ａ、当接部３２ｂ、当接部３２ｃにおいて隣接するチューブ３の表面部材３１に当接されて、外装ケース２内部に積層されている。
【００２０】
図３に示すように、チューブ３の筒内部には、排気流路３３が形成されている。排気流路３３には、排気と冷却流体との熱交換を促進するための伝熱部材としてのフィン６が配置されている。排気流路３３は、フィン６によって、複数の小流路３３ａに仕切られている。
【００２１】
タンク４には排気入口部４ａが設けられている。排気流れ方向Ｓの上流側に位置するタンク４内には、全てのチューブ３の端部３ｆが開口している。
【００２２】
タンク５には、排気出口部５ａが設けられている。排気流れ方向Ｓの下流側に位置するタンク５内には、全てのチューブ３の端部３ｒが開口している。
【００２３】
上述の外装ケース２，チューブ３，タンク４，タンク５，フィン６は、耐熱性、耐腐食性に優れた材料（例えば、ステンレス材）より形成されている。また、チューブ３の各々と、チューブ３の端部と外装ケース２、外装ケース２とタンク４，５は、互いの当接箇所が、ろう付けによって固定されている。
【００２４】
次に、本実施形態に係る排気熱交換器１におけるフィン６について説明する。図４は、チューブ３の排気流路３３に配置されるフィン６の一部を拡大して示す斜視図である。
【００２５】
フィン６は、図４に示すように、表面３Ａ及び裏面３Ｂに沿った平壁６１と、平壁６１の交差方向に連なる起立壁６２とを有し、排気流れ方向Ｓに交差する方向（以下、幅方向という）断面が矩形の波形形状を有する。
【００２６】
本実施形態では、平壁６１は、チューブ３の表面３Ａ及び裏面３Ｂに平行であり、起立壁６２は、表面３Ａ、裏面３Ｂ及び平壁６１に垂直に形成されている。
【００２７】
また、図４に示すように、フィン６に形成された平壁６１及び起立壁６２は、排気流れ方向Ｓにおける所定長さで区切られてできる区画ごとに、幅方向にオフセットされている。
【００２８】
本実施形態においては、排気流路３３に形成される複数の小流路３３ａのそれぞれは、フィン６の平壁６１、起立壁６２、表面部材３１及び裏面部材３２に囲まれることによって形成されている。
【００２９】
また、図４に示すようにフィン６は、平壁６１の一区画に、平壁６１から排気流れを遮る方向に突出して設置された突出部７１，７２を備える。図４に示された突出部７１，７２において、排気流れを遮る方向とは、表面３Ａからチューブ３の筒内側に向く方向である。
【００３０】
フィン６によれば、排気が突出部７１，７２に衝突することによって、排気流れ方向Ｓにおける突出部７１，７２の下流側直下に低圧領域が形成される。排気は、低圧領域に引き込まれ易くなるため、流れが生じる。これにより、排気流路３３内における排気の流通が促進される。
【００３１】
また、本実施形態において、突出部７１，７２は、排気を受ける面が、平壁６１の法線を軸として排気流れ方向Ｓに対して所定角度を有するように形成されている。このため、突出部７１，７２の下流側直下に形成される低圧領域には、幅方向において、さらに圧力むらが生じる。これにより、排気は、より低圧になる領域に引き込まれ易くなる。その結果、突出部７１，７２の下流側に、排気流れ方向Ｓを軸とする螺旋渦流が形成される。
【００３２】
＜第１実施形態における効果＞
第１本実施形態に係る排気熱交換器１は、図示しない内燃機関から排出された排気がチューブ３内の排気流路３３を流れる。また、外装ケース２内の冷却流体通路２３には、冷却流体が流れている。これにより、排気と冷却流体とがチューブ３及びフィン６を介して互いに熱交換することができる。
【００３３】
また、排気熱交換器１は、排気出口側のタンク５に設けられ、凝縮水を拡散する拡散材１０を有する。これにより、例えば、排気熱交換器１に向かって急激な排気流れが生じ、排気熱交換器１の内部に生じた凝縮水がチューブ３の内部を排気流れ方向Ｓの下流側に急激に移動した場合であっても、チューブ３から飛散した凝縮水が拡散材１０によってタンク５内に留められる。
【００３４】
拡散材１０に捕集された凝縮水は、拡散材１０のタンク壁側に拡散される間に排気に曝されて、蒸発が促進される。したがって、凝縮水が排気熱交換器１の排気流れ方向Ｓの下流側に飛散することを防止できる。
【００３５】
また、第１実施形態においては、タンク５の排気流れ方向Ｓに交差する断面の中央部側における拡散材１０の排気流れ方向の厚みｄ１は、タンク５の壁部側における排気流れ方向Ｓの厚みｄ２よりも薄い。このため、タンク５を通過する排気の流れを妨げることがない。また、拡散材１０において、凝縮水のタンク壁部側への拡散が促進され、凝縮水を蒸発し易くすることができる。
【００３６】
したがって、第１実施形態に係る排気熱交換器１によれば、排気熱交換器からの排気流れを内燃機関の吸気通路側に還流させる構造にした場合であっても、内燃機関の燃焼室内に凝縮水が飛散することがなく、内燃機関の特性低下を防止できる。
【００３７】
[第２実施形態]
＜第２実施形態の構成＞
本発明の第２実施形態に係る排気熱交換器１'について、図面を参照して詳細に説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る排気熱交換器１’の排気流れ方向Ｓに平行かつチューブ３の主要な表面３Ａに垂直な断面図である。また、図６は、本発明の第２実施形態に係る排気熱交換器１’の排気流れ方向に平行かつチューブ３の主要な表面３Ａに沿った断面図である。図５及び図６に示す第２実施形態に係る排気熱交換器１’において、第１実施形態と同様の構成については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３８】
図５及び図６に示すように、第２実施形態に係る排気熱交換器１’は、拡散材１１の形状が、第１実施形態とは異なる。
【００３９】
第２実施形態に係る排気熱交換器１'は、外装ケース２と、チューブ３と、チューブに形成される排気流路に配置されたフィン６と、タンク４，５とを備える。排気熱交換器１’は、排気出口側のタンク５に設けられ、凝縮水を拡散する拡散材１１を有する。
【００４０】
拡散材１１は、排気出口側のタンク５の排気流れ方向の下流側に配置されている。第２実施形態においては、拡散材１１の、排気流れ方向Ｓに交差する断面における中央部、すなわち、タンク５の排気出口部５ａに対応する位置に、開口１１ａが形成されている。
【００４１】
なお、拡散材１１の材料としては、拡散材１０と同じものを適用することができる。
【００４２】
図５及び図６に示す第２実施形態に係る排気熱交換器１’においても、第１実施形態に適用されたものと同様のチューブ３及びフィン６が適用可能である。
【００４３】
＜第２実施形態における効果＞
第２実施形態に係る排気熱交換器１’は、図示しない内燃機関から排出された排気がチューブ３内の排気流路３３を流れる。また、外装ケース２内の冷却流体通路２３には、冷却流体が流れている。これにより、排気と冷却流体とがチューブ３及びフィン６を介して互いに熱交換することができる。
【００４４】
排気熱交換器１’は、凝縮水を拡散する拡散材１１を排気出口側のタンク５に有する。これにより、例えば、排気熱交換器１’に向かって急激な排気流れが生じ、排気熱交換器１’の内部に生じた凝縮水がチューブ３の内部を排気流れ方向Ｓの下流側に急激に移動した場合であっても、チューブ３から飛散した凝縮水が拡散材１１によってタンク５内に留められる。
【００４５】
拡散材１１に捕集された凝縮水は、拡散材１１のタンク壁側に拡散される間に排気に曝されて、蒸発が促進される。これにより、凝縮水が排気熱交換器１の排気流れ方向Ｓの下流側に飛散することを防止できる。
【００４６】
さらに、第２実施形態においては、拡散材１１の、排気流れ方向Ｓに交差する断面における中央部、すなわち、タンク５の排気出口部５ａに対応する位置には、開口１１ａが形成されている。このため、タンク５を通過する排気の流れを妨げることがない。
【００４７】
したがって、第２実施形態に係る排気熱交換器１'によれば、排気熱交換器からの排気流れを内燃機関の吸気通路側に還流させる構造にした場合であっても、内燃機関の燃焼室内に凝縮水が飛散することがなく、内燃機関の特性低下を防止できる。
【００４８】
［その他の実施形態］
第１実施形態に係る排気熱交換器１において、タンク５を通過する排気流芯とタンク壁部側とで、拡散材１０の排気流れ方向Ｓの厚みを異ならせている。このほかに、タンク５を通過する排気流芯の中心部とタンク壁部側とで、拡散材１０の密度を異ならせてもよい。
【００４９】
すなわち、拡散材１０は、排気流芯の中心部ほど密度を低くし、タンク壁部側ほど密度を高くするように形成されていてもよい。これにより、タンク５を通過する排気の流速低下を防ぐことができる。
【００５０】
フィン６に形成される突出部７１，７２は、一区画毎に２つに限定されない。また、拡散材１０及び拡散材１１は、構成する繊維のひとつひとつが管状に形成されたものであってもよい。また、拡散材１０及び拡散材１１は、内部に複数の孔が形成された多孔質体であってもよい。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００５２】
１    排気熱交換器
２    外装ケース
２ｆ    端部
２ｒ    端部
３    チューブ
３Ａ    表面
３Ｂ    裏面
３ｆ    端部
３ｒ    端部
４    タンク
４ａ    排気入口部
５    タンク
５ａ    排気出口部
６    フィン
１０    拡散材
１１    拡散材
１１ａ    開口
２１    冷却流体入口部
２２    冷却流体出口部
２３    冷却流体通路
３１    表面部材
３２    裏面部材
３２ａ    当接部
３２ｂ    当接部
３２ｃ    当接部
３３    排気流路
３３ａ    小流路
６１    平壁
６２    起立壁
７１，７２    突出部
【図１】
2018200004.tif 000003
【図２】
2018200004.tif 000004
【図３】
2018200004.tif 000005
【図４】
2018200004.tif 000006
【図５】
2018200004.tif 000007
【図６】
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