(57)【要約】【課題】  排気熱交換器を改良して、酸化触媒の効率を改善する。【解決手段】  排気熱交換器、特に自動車内の排気再循環用排気冷却器が、排気を流通可能かつ流体によって冷却可能な通路（３、７、１４、２０）を有し、担体と酸化触媒被覆とを有する酸化触媒が排気熱交換器（１、１０、１６）に一体化されており、酸化触媒被覆（６）の担体が、通路（３、７、１４、２０）内に配置される挿入物（５、８、１３、１５、１８）として構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気熱交換器、特に自動車内の排気再循環用排気冷却器であって、排気を流通可能かつ流体によって冷却可能な通路（３、７、１４、２０）を有し、担体と酸化触媒被覆とを有する酸化触媒が排気熱交換器（１、１０、１６）に一体化されており、酸化触媒被覆（６）の担体が、通路（３、７、１４、２０）内に配置される挿入物（５、８、１３、１５、１８）として構成されている排気熱交換器。
【請求項２】
通路が管（３、７）として構成されていることを特徴とする、請求項１記載の排気熱交換器。
【請求項３】
管（３、７）が長方形横断面を有することを特徴とする、請求項２記載の排気熱交換器。
【請求項４】
通路（１４、２０）がディスク（４０、５０）によって構成されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の排気熱交換器。
【請求項５】
ディスク（４０、５０）がディスク対（１２、２２）を形成することを特徴とする、請求項４記載の排気熱交換器。
【請求項６】
挿入物が乱流挿入物（１３、１５、１８）として構成されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の排気熱交換器。
【請求項７】
挿入物が内部フィン（５、８、１３、１５、１８）、特に腹フィンとして構成されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の排気熱交換器。
【請求項８】
挿入物が波形フィン（５、８、１３、１５、１８）、特に鰓付き波形フィンとして構成されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の排気熱交換器。
【請求項９】
挿入物（５、８、１３、１５、１８）が、通路（３、７、１４、２０）に嵌挿可能な個別部品として構成されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の排気熱交換器。
【請求項１０】
挿入物（５、８、１３、１５、１８）が素材式に、特に蝋付または溶接によって、通路（３、７、１４、２０）の内壁と結合されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の排気熱交換器。
【請求項１１】
挿入物（５、８、１３、１５、１８）もしくは波形フィン（８）が丸頭部（５ａ）もしくは波頭（８ａ〜８ｇ）を有し、挿入物（５）もしくは波頭が丸頭部（５ａ）もしくは波頭（８ａ、８ｇ）の一部でのみ内壁と結合されており、丸頭部もしくは波頭（８ｂ、８ｃ、８ｆ）の残りの部分が内壁から離間していることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の排気熱交換器。
【請求項１２】
挿入物（５、８、１３、１５、１８）が管（３、７）および／またはディスク（４０、５０）と一体に構成されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の排気熱交換器。
【請求項１３】
触媒被覆（６ａ、９）が通路（３、７、１４、２０）、特に管（３、７）および／またはディスク対（１２、２２）の内壁にも配置されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の排気熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気熱交換器、特に自動車内の排気再循環用排気冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような排気熱交換器は本出願人の先願である特許文献１に開示されている。排気熱交換器は排気冷却器として構成され、ディーゼルエンジンの排気再循環管路に介装されている。排気冷却器に付設された酸化触媒は１実施例（先願の図４）において、酸化触媒被覆が排気管の内壁に配置されるように排気冷却器に一体化されている。こうして達成される利点として、ディーゼル排気中に含まれた炭化水素（ＨＣ）が転換され、これにより、排気管内で煤の堆積も減らされる。この解決において不利な点として、熱伝達が、排気管内での熱伝導も、触媒被覆、主に例えば白金等の貴金属によって損なわれる。さらに、酸化触媒被覆、すなわち触媒は、液体媒体によって外側で冷却される管壁に配置されているので比較的低い温度を有する。しかし酸化触媒は「活性開始」のために最低温度を必要とする。炭化水素の酸化は‐そして一酸化炭素（ＣＯ）の酸化も‐約２００〜６００℃の温度範囲において起きる。被覆のこの配置とそれと結び付いた比較的低い温度では、触媒効率が最適でない。
【０００３】
特許文献２、特許文献３、特許文献４により排気再循環システムの排気冷却器が公知であり、排気管はその内壁（排気側）に触媒層、特に白金等の酸化触媒を備えている。これらの内壁被覆にも前記欠点、すなわち過度に低い酸化触媒温度があてはまる。
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００４０４２４５４号明細書
【特許文献２】特開平１２‐２５７５１２号公報
【特許文献３】特開平１２‐２４９００３号公報
【特許文献４】特開平１２‐３８９６２号公報
【特許文献５】独国特許発明第１９９０７１６３号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１９５４０６８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、前記先願に開示されたような排気熱交換器をさらに改良することである。本発明は特に、酸化触媒の効率を改善することを目標としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、排気を流通可能かつ流体によって冷却可能な通路を有し、担体と酸化触媒被覆とからなる酸化触媒が排気熱交換器に一体化されており、酸化触媒被覆の担体が、通路内に配置される挿入物として構成されている排気熱交換器によって解決される。
【発明の実施の形態】
【０００６】
先願の排気熱交換器に比べて、新規な点を述べれば、酸化触媒物質が挿入物上に配置されており、この挿入物は排気を流通可能な通路内にある。挿入物とは、排気通路の横断面を部分的に通される任意の構造または障害物のことである。例えば‐従属請求項に明示されたように‐、これは、個別部品として通路もしくは管に差し込まれるそれ自体公知の乱流挿入物である。内部波形フィン、鰓付き、鰓無し、腹フィン等も、可能な挿入物である。挿入物は酸化触媒物質の担体を形成し、従って排気通路の内壁に‐優先的に‐配置されるのでなく、通路壁よりもかなり高い温度が支配している排気通路の流れ横断面の内部に配置されている。こうして得られる利点として、酸化触媒はその高い温度のゆえにかなり効率的であり、従って酸化過程が一層迅速かつ効果的に進行する。同時に、排気側で熱伝達の向上、従って排気冷却の向上する利点が、重量もしくは費用の低下と結び付いて達成され、そのことからやはり一層小型の排気熱交換器が帰結する。
【０００７】
通路もしくは排気管は任意の横断面を有することができ、円形横断面と長方形横断面が優先される。
【０００８】
有利には、挿入物は管の内壁と蝋付または溶接によって、しかも丸頭部、波頭またはフィン弧の態様の接触個所を介して結合されている。本発明の有利な１構成によれば、波形フィンの波頭のすべてではなく単に一部が管内壁と結合されている一方、残りの波頭部分は管壁から離間し、高温の排気流によって周囲を完全に洗われる。こうして酸化触媒の高い温度の結果、転換が向上する利点が達成される。
【０００９】
挿入物、例えば波形フィンまたは腹フィンは、必ずしも個別部品として製造しておく必要がなく、例えば扁平管横断面の場合排気管の管壁と一体に構成しておくこともできる。
【００１０】
本発明の他の有利な１構成によれば触媒物質が付加的に管内壁に配置されており、排気の擦過する面全体が酸化触媒物質で被覆されている。そのことから一方で排気管の簡素な被覆もしくは製造、他方で最大の触媒作用という利点が得られる。
【００１１】
１構成において通路は隣接するディスクによって構成されている。こうして通路は特別有利にはプレス、打抜き等の二次加工作製法、または鋳造等の一次加工作製法によって製造可能である。
【００１２】
他の有利な１構成においてディスクはディスク対を形成する。こうしてディスクおよび／または隣接するディスク対は特別有利には積重ね可能、および／または特に溶接、蝋付、接着等の素材式結合法によって結合可能である。
【００１３】
本発明の実施例が図面に示してあり、以下で詳しく説明される。
【実施例】
【００１４】
図１に横断面図で示す排気熱交換器１は、図示しない排気再循環システム（ＡＧＲシステム）の排気冷却器として利用可能である。その他の点で冒頭に指摘した先願を指摘し、これをもってそこに指摘された先行技術も含めて先願は全範囲にわたって本願の開示内容に含められる。排気熱交換器１が有するハウジング外被２は概ね長方形の横断面を有し、排気管３の束を受容する。排気管はやはり概ね長方形の横断面を有し、排気管とハウジング外被２との間に隙間４を形成する。この隙間を液体冷却材が流通する。このような排気熱交換器は本出願人の特許文献５、特許文献６に詳しく述べられている。冷却材は自動車内燃エンジンの図示しない冷却材回路から取り出され、排気管３内を流れる高温の排気を冷却する。排気管３の内部に配置された蛇行状挿入物５は内部フィンとも称される。内部フィン５が有する丸頭部５ａ（波頭）は主に排気管３の内壁と蝋付または溶接されている。内部フィン５の表面は酸化触媒物質、例えば白金等の貴金属で被覆されている。図面の右側では内部フィン５だけでなく、酸化触媒層６ａを有する排気管３の内壁も、触媒被覆されている。こうして‐図面の右側では‐排気で洗われる面全体が触媒被覆されている。従って、排気管３内を流れる高温の排気が触媒被覆と接触し、この触媒被覆は流れ横断面の内部にあり、従って‐排気管３の冷却された壁と比較して‐高い温度を有する。そのことで転換、すなわち炭化水素および一酸化炭素の酸化が促進される。
【００１５】
挿入物は図示とは別の態様、例えば波形フィン（例えば正弦波状推移）を有することもでき、それに加えて波形フィンは鰓を備えておくことができる。三角形または台形の内部フィンおよびいわゆる乱流挿入物がやはり可能である。
【００１６】
さらに、特に長方形横断面の場合、管を薄板から成形し、折畳み、蝋付または溶接することによって、挿入物は管壁と一体に構成しておくこともできる。
【００１７】
管横断面が円形の場合、酸化触媒物質用担体として例えば螺旋状挿入物が有利であることがある。
【００１８】
図２は本発明の第２実施例を示し、単一の排気管７の横断面のみが図示されている。排気用長方形流れ横断面７ａの内部に波状に構成された内部フィン（波形フィン）８が配置されており、その波頭もしくはフィン弧が互いにずらして配置されており、一部のみが、図中波頭８ａ、８ｄ、８ｇが排気管７の内壁に接触し、これらの接触個所で管壁と蝋付されている。残りの波頭、図中８ｂ、８ｃ、８ｅ、８ｆは内壁から距離を有し、排気流に完全に曝されている。内部フィン８全体と排気管７の内壁は連続的酸化触媒被覆９を有する。波形フィン８の部分的結合によって触媒被覆の平均温度がさらに高められ、こうして酸化触媒の一層高い有効性が達成される。
【００１９】
図３が断面図で示す他の実施例の排気熱交換器１０は排気冷却器として構成され、自動車用内燃機関の排気再循環システム（ＡＧＲシステム）内で利用可能である。ＡＧＲシステムは先行技術により公知である。内燃機関の排気は排気タービンの前方または後方（高圧再循環または低圧再循環）で取り出され、単段または２段階で冷却されて内燃機関の給気経路に供給される。取り出された排気量は排気再循環弁（ＡＧＲ弁）を介して調節される。図示された排気冷却器１０は排気を流通させ、主に内燃機関の冷却回路から取り出される液体冷却材によって冷却される。排気冷却器１０は２部分構成のハウジング１１を有し、このハウジングは槽状ハウジング殻１１ａと蓋１１ｂとからなり、両方の部品は主に薄板部品として構成され、深絞り加工によって製造することができる。ハウジング殻１１ａ内に配置される１束のディスク対１２が冷却材を流通させる。ディスク束１２はハウジング殻１１ａの全幅にわたって延びており、ハウジング殻は図面で垂直に示された互いに平行な２つのハウジング壁１１ｃ、１１ｄを有する。ディスク対１２はハウジング壁１１ｃ、１１ｄに当接する長辺面１２ａを有し、熱伝達を高めるための乱流挿入物１３を装備した流れ通路を形成する。ディスク対１２は互いに平行に離間配置され、排気用貫流通路１４を形成する。熱伝達を高めるために貫流通路１４内に乱流挿入物１５が配置されている。排気冷却器１０の全部品が素材式に、すなわち蝋付、溶接または接着等によって互いに結合されている。蝋付、溶接または接着は主に１工程で、図示しない蝋付炉または溶接機内で、または接着装置によって行われる。ディスク束はそれぞれ上ディスク８０ｂと下ディスク８０ｃを有する。
【００２０】
図４は熱交換器１６、特に排気熱交換器の他の実施形態を示す。熱交換器１６は第１ハウジング要素６０、７０と第２ハウジング要素８０を有する。ハウジング要素６０、７０は第１ディスク４０と第２ディスク５０を受容している。第１ディスク４０と第２ディスク５０は実質的に互いに平行に配置され、積重ね可能である。第１ディスク４０が第２ディスク５０とでディスク対２２を形成する。第１、第２ディスクは互いに素材式に、特に蝋付、溶接または接着によって結合されている。同様に、隣接するディスク対２２はディスク４０、５０もしくはディスク対２２の両方のディスク末端の特に鉢２０で互いに素材式に、特に蝋付、溶接または接着によって結合されている。ディスク４０、５０およびディスク対は鉢穴を有する。第１ハウジング要素６０、７０は素材式および／または嵌合式に第２ハウジング要素と結合されている。第２ハウジング要素は第１媒体流入用の第１ハウジング穴を有する。第１流れ通路２０を通して第１媒体、特に高温の排気は鉢穴からディスク対２２に流入し、ディスク対の内部に形成される流れ通路２０を流通し、ハウジング要素８０の第２ハウジング穴を通してその出口から流出する。ディスク対は積重ね方向Ｓで積重ね可能である。ハウジング要素８０が第３ハウジング穴を有し、これにより冷却媒体、特に液体冷却材、冷却水、ガスまたは特に空調装置の冷媒は入口から第１ハウジング要素６０、７０内に達してこれを冷却し、熱応力は実質的に生じない。第２冷却媒体はディスク４０、５０およびディスク対２２の外面とディスク対縁面２４を洗う。冷却媒体は離間したディスク対によって形成される穴を流れ、これにより被冷却排気との間で熱交換が起きる。第１ハウジング要素６０、７０とディスク対縁面２４との間にやはり冷却媒体用第２流れ通路３０が形成され、これによりハウジング要素６０、７０が実質的に冷却される。冷却媒体は出口を介してハウジング要素８０の第４ハウジング穴から進出する。熱交換器１６はモジュールとしてモジュラーシステムに組込可能である。熱交換器は冷却モジュールに一体化可能である。冷却モジュールが含むのは特に複数の熱交換器、特に冷却材冷却器、油冷却気、給気冷却器、排気冷却器、空調装置の熱交換器である。
【００２１】
ハウジング要素６０、７０はその内部にディスク４０、５０とディスク対２２を受容する。第１ハウジング要素６０、７０は第２ハウジング要素８０と素材式に蝋付、溶接、接着等によって、および／または嵌合式にフランジング、波溝ビーディング、クリンプ、折畳み、クリップ等によって結合されている。図示しない実施において両方のハウジング要素は密封要素、特にＯリング等によって互いに密封されている。
【００２２】
隣接するディスク対は張出し部、特に乱流挿入物もしくは乱流発生要素１８によって離間している。特に、第１媒体と第２媒体との間で熱伝達が改善される。ディスク対の内部に同様に張出し部、特に乱流挿入物もしくは乱流発生要素１８が配置され、ディスク４０、５０と特に素材式に蝋付、溶接、接着によって結合され、および／またはこれらから塑性加工によって張出し成形されている。
【００２３】
挿入物５、８、１３、１５、１８はアルミニウムから形成されている。
【００２４】
別の実施例において挿入物５、８、１３、１５、１８はフェライトから形成されている。
【００２５】
別の実施例において挿入物５、８、１３、１５、１８は１０％までのアルミニウム成分を有する耐熱鋼から形成されている。
【００２６】
別の実施例において挿入物５、８、１３、１５、１８は１０％までのアルミニウム成分を有する耐熱鋼から形成されている。
【００２７】
別の実施例において挿入物５、８、１３、１５、１８は６％までのアルミニウム成分を有する耐熱鋼から形成されている。
【００２８】
別の実施例において挿入物５、８、１３、１５、１８はアルミニウム被覆を有する耐熱鋼から形成されている。
【００２９】
別の実施例において挿入物５、８、１３、１５、１８はアルミニウム被覆を有する耐熱鋼から形成されている。
【００３０】
別の実施例において挿入物５、８、１３、１５、１８はアルミニウムクラッドを有する耐熱鋼から形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】排気冷却器の横断面図である。
【図２】内部フィンを変更された排気管の横断面図である。
【図３】排気熱交換器の他の実施例の断面図である。
【図４】熱交換器、特に排気熱交換器の他の実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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