(57)【要約】【課題】温度が上昇したときの亀裂の発生を抑制しつつ冷却効率を向上させることができるＥＧＲクーラを提供する。【解決手段】ＥＧＲクーラ（５）は、金属製のハウジング（１０）と、ハウジングの内側に配置されたセラミック製の熱交換体（２０）と、を有し、熱交換体は、内側に向うほど孔の密度が低くなる多孔質のセラミック層である傾斜層（２１）を熱交換体の外周部に有し、傾斜層よりも孔の密度が低いセラミック層である緻密層（２２）を傾斜層の内側に有し、ＥＧＲが通過するガス通過部（２３）を緻密層の内側に有し、ハウジングと熱交換体とは、傾斜層に含浸したロウ材によって接合され、傾斜層には、冷媒が通過する冷媒通路（２４）が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のハウジングと、
前記ハウジングの内側に配置されたセラミック製の熱交換体と、を有し、
前記熱交換体は、内側に向うほど孔の密度が低くなる多孔質のセラミック層である傾斜層を前記熱交換体の外周部に有し、前記傾斜層よりも孔の密度が低いセラミック層である緻密層を前記傾斜層の内側に有し、ＥＧＲが通過するガス通過部を前記緻密層の内側に有し、
前記ハウジングと前記熱交換体とは、前記傾斜層に含浸したロウ材によって接合され、
前記傾斜層には、冷媒が通過する冷媒通路が設けられているＥＧＲクーラ。
【請求項２】
前記冷媒通路は、前記冷媒が螺旋状に通過する螺旋流路である請求項１記載のＥＧＲクーラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＥＧＲクーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路を通過するＥＧＲガスを冷却する装置として、ＥＧＲクーラが知られている。また、特許文献１には、ＥＧＲクーラとして適用することが可能な熱交換装置が開示されている。この特許文献１に係る熱交換装置は、金属製のハウジングの内部にセラミック製の熱交換体が配置された構造を有している。特許文献１に係る熱交換装置の熱交換体にＥＧＲガスが流動するように、特許文献１に係る熱交換装置をＥＧＲ通路に配置すれば、特許文献１に係る熱交換装置をＥＧＲクーラとして使用することができる。
【０００３】
ここで、セラミックはステンレス等の金属に比較して、排気に対する耐食性が良好である。したがって、特許文献１に係る熱交換装置をＥＧＲクーラとして用いた場合、金属製の熱交換体を有するＥＧＲクーラに比較して、ＥＧＲクーラの耐食性を向上させることができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０７１１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、単に特許文献１に係る熱交換器をＥＧＲクーラとして用いただけでは、ＥＧＲガスの冷却効率は十分に高いとはいえない。そのため、冷却効率のさらなる向上が望まれている。また、特許文献１に係る熱交換器を実際に製造する場合、熱交換体とハウジングとをロウ材によって接合することが考えられる。しかしながら、この場合、ＥＧＲクーラの温度が上昇した場合に、熱交換体とロウ材とハウジングとの熱膨張率の違いにより、ＥＧＲクーラに亀裂が発生する可能性がある。具体的にはこの場合、ＥＧＲクーラの特にロウ材に応力集中が発生することで、ロウ材と熱交換体との界面において亀裂が発生する可能性がある。
【０００６】
本発明は、温度が上昇したときの亀裂の発生を抑制しつつ冷却効率を向上させることができるＥＧＲクーラ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】
【０００７】
本発明に係るＥＧＲクーラは、金属製のハウジングと、前記ハウジングの内側に配置されたセラミック製の熱交換体と、を有し、前記熱交換体は、内側に向うほど孔の密度が低くなる多孔質のセラミック層である傾斜層を前記熱交換体の外周部に有し、前記傾斜層よりも孔の密度が低いセラミック層である緻密層を前記傾斜層の内側に有し、ＥＧＲが通過するガス通過部を前記緻密層の内側に有し、前記ハウジングと前記熱交換体とは、前記傾斜層に含浸したロウ材によって接合され、前記傾斜層には、冷媒が通過する冷媒通路が設けられている。
【０００８】
本発明に係るＥＧＲクーラによれば、金属製のハウジングとセラミック製の熱交換体とが、内側に向かうほど孔の密度が低くなる傾斜層に含浸したロウ材によって接合されていることから、このロウ材が含浸した傾斜層は、内側に向かうほど熱膨張率が小さくなっている。それにより、ＥＧＲクーラによれば、ＥＧＲクーラの温度が上昇したときの傾斜層の内部応力を緩和することができる。その結果、傾斜層に応力集中が生じることを抑制できることから、傾斜層に亀裂が発生することを抑制できる。なお、緻密層によって、冷媒通路の冷媒のガス通過部への浸入は抑制されている。また、本発明に係るＥＧＲクーラによれば、傾斜層に冷媒通路が設けられているため、冷媒と熱交換体の傾斜層との接触面積を大きくすることができる。それにより、ＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができる。
【０００９】
上記構成において、前記冷媒通路は、前記冷媒が螺旋状に通過する螺旋流路でもよい。この構成によれば、冷媒通路の冷媒の流速を上昇させることができる。それにより、ＥＧＲクーラの冷却性能をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、温度が上昇したときの亀裂の発生を抑制しつつ冷却効率を向上させることができるＥＧＲクーラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は実施例１に係るＥＧＲクーラの模式的断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面の模式図である。図１（ｃ）は図１（ｂ）のＢ部分の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は実施例２に係るＥＧＲクーラの模式的断面図である。図２（ｂ）は実施例２の変形例に係るＥＧＲクーラの模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施例１に係るＥＧＲクーラ５について説明する。図１（ａ）はＥＧＲクーラ５の模式的断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面の模式図である。本実施例に係るＥＧＲクーラ５は、車両に搭載された内燃機関の排気通路の通路途中と吸気通路の通路途中とを連通するＥＧＲ通路に配置されている。ＥＧＲクーラ５は、冷媒とＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスとの間で熱交換をすることで、ＥＧＲガスを冷却する装置である。ＥＧＲクーラ５は、金属製のハウジング１０と、ハウジング１０の内側に配置されたセラミック製の熱交換体２０と、を有している。熱交換体２０は、熱交換体２０の外周部（これは熱交換体２０のハウジング１０に接する部分である）に傾斜層２１を有している。また熱交換体２０は、傾斜層２１の内側に緻密層２２を有している。また熱交換体２０は、緻密層２２の内側に、ＥＧＲガスが通過するガス通過部２３を有している。傾斜層２１には、冷媒が通過する冷媒通路２４が設けられている。本実施例に係る冷媒通路２４は、冷媒が螺旋状に通過するように構成された螺旋流路である。具体的には図１（ａ）において冷媒通路２４の冷媒は、緻密層２２の周りを螺旋状に通過しながら右方向に流動している。
【００１４】
ハウジング１０は熱交換体２０を内部に収容する部材である。本実施例に係るハウジング１０は、筒形状を有している。但し、ハウジング１０の具体的な形状は、熱交換体２０を内部に収容できるものであれば、これに限定されるものではない。ハウジング１０の材質である金属の具体的な種類は特に限定されるものではないが、耐腐食性の高い金属であることが好ましい。このような金属の一例として、本実施例ではステンレス（ＳＵＳ）を用いる。なお、ステンレスの熱膨張率は１８．２×１０−６／℃である。
【００１５】
熱交換体２０は、冷媒通路２４の冷媒とＥＧＲガスとの間で熱交換をさせる媒体である。本実施例に係る熱交換体２０は、軸線１００に沿った方向（軸線方向）に延伸した円柱形状を有している。熱交換体２０の材質であるセラミックの具体的な成分は特に限定されるものではないが、ＳｉＣが好ましい。ＳｉＣは、熱伝導性が良好であり、加工性も良好であり、コストも高価でないため、ＥＧＲクーラ５用の熱交換体２０の素材として特に適しているからである。そこで、本実施例においては、熱交換体２０（具体的には傾斜層２１、緻密層２２およびガス通過部２３）の材質の一例として、ＳｉＣを成分中に含むセラミックを用いる。このＳｉＣを成分中に含むセラミックの具体例としては、ＳｉＣ（つまりＳｉＣの他に添加物が添加されていないもの）、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ等を用いることができる。本実施例においては、熱交換体２０の材質の一例として、Ｓｉ含浸ＳｉＣを用いる。なお、ＳｉＣの熱膨張率は４．５×１０−６／℃である。
【００１６】
図１（ｃ）は図１（ｂ）のＢ部分の構造を模式的に示す断面図である。傾斜層２１は、内側に向うほど孔の密度が低くなる多孔質のセラミックからなる層である。具体的には本実施例に係る傾斜層２１は、外層部２５の内側に中層部２６が配置され、中層部２６の内側に内層部２７が配置された構成を有している。中層部２６の孔密度は外層部２５の孔密度よりも低く、内層部２７の孔密度は中層部２６の孔密度よりも低くなっている。このような構成を有することにより、本実施例に係る傾斜層２１は内側に向かうほど孔の密度が段階的に低くなっている。
【００１７】
傾斜層２１の孔には、ロウ材が含浸している。したがって、本実施例に係る傾斜層２１のロウ材の割合は、内側に向かうほど低くなっている。ハウジング１０と熱交換体２０（具体的には熱交換体２０の緻密層２２）とは、この傾斜層２１に含浸したロウ材によって接合されている。ロウ材の具体的な種類は、傾斜層２１に含浸することが可能であり且つハウジング１０と熱交換体２０とを接合することが可能なものであれば特に限定されるものではないが、本実施例においては一例として、銅を用いる。なお、銅の熱膨張率は１７．０×１０−６／℃である。
【００１８】
なお、前述した冷媒通路２４は、例えば、冷媒通路２４が形成されていない状態の傾斜層２１にロウ材を含浸させた後に、冷媒通路２４に相当する孔を切削加工によって形成することで製造することができる。また、傾斜層２１の厚み（具体的には熱交換体２０の外周から内方への距離）は、冷媒通路２４を形成することが可能な厚みであれば、特に限定されるものではなく、実験、シミュレーション等によって適切な値を設定すればよい。
【００１９】
図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して、緻密層２２は、緻密なセラミックからなる層である。具体的には本実施例に係る緻密層２２は、傾斜層２１よりも孔の密度が低いセラミック層である。具体的には本実施例に係る緻密層２２の孔密度は、傾斜層２１の孔密度の平均（具体的には本実施例では外層部２５の孔密度、中層部２６の孔密度および内層部２７の孔密度の平均）よりも低い値となっている。また緻密層２２の孔密度は、傾斜層２１のうち最も孔密度が低い部分（本実施例では内層部２７）よりもさらに低いことが好ましい。そこで、本実施例に係る緻密層２２の孔密度は、傾斜層２１の内層部２７の孔密度よりもさらに低くなっている。熱交換体２０が緻密層２２を有することで、冷媒通路２４の冷媒がガス通過部２３に浸入することが抑制されている。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、本実施例に係るガス通過部２３は、ＥＧＲガスが通過する内部ガス通路２８を複数有している。この内部ガス通路２８は、緻密層２２の内部が複数の隔壁部材２９によって仕切られることによって形成されたものである。熱交換体２０の内部ガス通路２８にＥＧＲガスが流入した場合、ＥＧＲガスの熱は、隔壁部材２９を伝導して緻密層２２に伝導する。この緻密層２２に伝導した熱は、最終的には冷媒通路２４の冷媒に奪われる。このようにして熱交換体２０は、ＥＧＲガスの熱を冷媒通路２４の冷媒に伝導している。
【００２１】
続いてＥＧＲクーラ５の作用効果について説明する。まず、ＥＧＲクーラ５によれば、金属製のハウジング１０とセラミック製の熱交換体２０とが、内側に向かうほど孔の密度が低くなる傾斜層２１に含浸したロウ材によって接合されていることから、このロウ材が含浸した傾斜層２１は、内側に向かうほど熱膨張率が小さくなっている。それにより、ＥＧＲクーラ５によれば、ＥＧＲクーラ５の温度が上昇したときの傾斜層２１の内部応力を緩和することができる。その結果、傾斜層２１に応力集中が生じることを抑制できることから、傾斜層２１に亀裂が発生することを抑制できる。また、ＥＧＲクーラ５によれば、傾斜層２１に冷媒通路２４が設けられているため、冷媒と熱交換体２０の傾斜層２１との接触面積を大きくすることができる。それにより、ＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができる。
【００２２】
またＥＧＲクーラ５によれば、上述したように傾斜層２１に含浸したロウ材によってハウジング１０と熱交換体２０とが接合されていることにより、例えば熱交換体の軸線方向の両端部のみがロウ材によってハウジングに接合された構造のＥＧＲクーラに比較して、熱交換体２０とハウジング１０との接合強度も向上している。
【００２３】
またＥＧＲクーラ５によれば、冷媒通路２４が螺旋流路であることから、冷媒通路２４が螺旋流路でない場合に比較して、冷媒通路２４の冷媒の流速を上昇させることができる。それにより、ＥＧＲクーラ５の冷却性能をさらに向上させることができる。
【実施例２】
【００２４】
図２（ａ）は本発明の実施例２に係るＥＧＲクーラ５ａの模式的断面図である。図２（ａ）のＥＧＲクーラ５ａは、冷媒通路２４に代えて冷媒通路２４ａを備えている点において、図１（ａ）のＥＧＲクーラ５と異なっている。ＥＧＲクーラ５ａのその他の構成は、ＥＧＲクーラ５と同様であるため、説明を省略する。冷媒通路２４ａは、傾斜層２１に形成されている点においては冷媒通路２４と同じであるが、螺旋流路でない点において冷媒通路２４と異なっている。具体的には冷媒通路２４ａは、熱交換体２０の軸線方向の両端部に設けられた傾斜層２１と、ハウジング１０の内周と、緻密層２２の外周とによって囲まれた領域に設けられている。図２（ａ）において冷媒通路２４ａの冷媒は、軸線方向で一方の側（図２（ａ）では左側）から他方の側に流動する。
【００２５】
本実施例に係るＥＧＲクーラ５ａにおいても、金属製のハウジング１０とセラミック製の熱交換体２０とが、内側に向かうほど孔の密度が低くなる傾斜層２１に含浸したロウ材によって接合されていることから、実施例１と同様に、温度が上昇したときの亀裂の発生を抑制しつつ冷却効率を向上させることができる。また、本実施例に係るＥＧＲクーラ５ａにおいても、例えば熱交換体の軸線方向の両端部のみがロウ材によってハウジングに接合された構造のＥＧＲクーラに比較して、熱交換体２０とハウジング１０との接合強度が向上している。
【００２６】
（変形例）
図２（ｂ）は実施例２の変形例に係るＥＧＲクーラ５ｂの模式的断面図である。図２（ｂ）のＥＧＲクーラ５ｂは、冷媒通路２４ａに代えて冷媒通路２４ｂを備えている点において、図２（ａ）のＥＧＲクーラ５ａと異なっている。冷媒通路２４ｂは、その内側に傾斜層２１がさらに設けられている点において、図２（ａ）の冷媒通路２４ａと異なっている。本変形例に係るＥＧＲクーラ５ｂにおいても、前述した実施例２と同様の効果を奏することができる。なお、ＥＧＲクーラ５ｂは、図２（ｂ）において冷媒通路２４ｂの外側に傾斜層２１をさらに備える構成であってもよく、図２（ｂ）において冷媒通路２４ｂの内側の傾斜層２１を備えずに冷媒通路２４ｂの外側に傾斜層２１を備える構成であってもよい。この場合であってもＥＧＲクーラ５ｂは、前述した実施例２と同様の効果を奏することができる。
【００２７】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００２８】
５  ＥＧＲクーラ
１０  ハウジング
２０  熱交換体
２１  傾斜層
２２  緻密層
２３  ガス通過部
２４  冷媒通路
【図１】
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【図２】
2015102014.tif 000004