(57)【要約】【課題】  熱併給発電用の排気ガス熱交換器や排気ガス再循環用のＥＧＲクーラ等における伝熱部材の耐腐蝕性を向上させることができる熱交換器を提供する。【解決手段】  熱交換器であるＥＧＲクーラ２０の伝熱部材、例えば、伝熱部材がチューブ２３の場合には内径や外径の伝熱面に、一般に熱伝達率や熱伝導率のあまり良くない非金属の薄膜２７、例えば、ポリシラザン法等によってガラス２７の薄膜をコーティングさせることにより、熱交換効率をさほど低下させることなく、耐腐蝕性の向上を図ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器において、
伝熱部材の伝熱面の少なくとも一面に非金属を薄膜としてコーティング処理をする
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記非金属の薄膜の厚さが、０．１〜１０μｍである
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記非金属の薄膜がガラス（２７）である
ことを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項４】
前記ガラスのコーティング処理が、ポリシラザン法によるシリカコーティングである
ことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記伝熱部材が、ステンレス鋼である
ことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐触性のある流体に使用される熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの排気ガスと、相手流体である水、大気、給気との間で熱交換する熱交換器として、熱併給用排気ガス熱交換器やＥＧＲクーラ等が一般に知られている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
この排気ガス熱交換器は、排気ガスが流れる熱交換器の排気ガス通路の伝熱部材表面部は除く、ケース内壁面に無機質で成る硝子の塗着および焼成手段に基づくホーロー処理が施されている。
【０００４】
ホーロー処理は８００℃で焼成処理を行うことによって、厚さ０．１〜０．５ｍｍの耐触膜を形成している。
【０００５】
そして、この排気ガス熱交換器によれば、排気ガスが冷却されるときに発生する凝縮水と排気ガスに含まれる硫黄成分とが反応してできる硫酸による腐蝕に対し、熱交換器の排気ガス通路のケース内壁は保護される。
【０００６】
【特許文献１】実開平３−１４５７９号公報（第５〜１０頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような排気ガス熱交換器においては、硫酸による腐蝕被害は熱交換器の排気ガス通路のケース内壁だけではなく、排気ガスが流れる伝熱部材（多管式熱交換器の場合は、チューブ）にも問題が生じている。ケースの壁厚は十分厚いので腐蝕による穴あき不具合までの寿命は長くとれるが、伝熱部材は熱交換効率を向上させるため肉厚をできるだけ薄くせざるを得ないので腐蝕による水漏れ不具合に至る寿命が短い。また、冷却水として粗悪水であるサウジアラビアや日本の鹿島地方の地下水（通称、サウジ水、鹿島水と言われ腐蝕性の高い水）等を使用すると冷却水通路側からの腐蝕問題もある。
【０００８】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、熱交換器の伝熱部材の耐腐蝕性を向上させることができる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】
【０００９】
上記目的を達成するために、第１の発明は、伝熱部材の伝熱面の少なくとも一面に非金属を薄膜としてコーティング処理をすることを特徴とする。
本発明の請求項２の熱交換器は、薄膜の厚さが、０．１〜１０μｍであることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、非金属の薄膜の厚さが、０．１〜１０μｍであることを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、コーティングされた非金属の薄膜がガラスであることを特徴とする。本発明の請求項３の熱交換器は、伝熱部材が、ステンレス鋼であり、前記コーティング処理材料が、ガラスであることを特徴とする。
【００１２】
また、第４の本発明の請求項４の熱交換器は、第３の発明において、前記ガラスのコーティング処理が、ポリシラザン法によるシリカコーティングであることを特徴とする。
【００１３】
また、第５の発明は、第４の発明において、伝熱部材が、ステンレス鋼であり、前記コーティング処理材料が、ガラスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によると、次の作用および効果が得られる。
伝熱部材の伝熱面に熱通過率が低いが耐腐蝕性のある非金属材料を薄膜としてコーティング処理をすることにより、熱交換効率をさほど低下させることなく、伝熱部材の耐腐蝕性を向上できる。また、伝熱部材の材質を耐腐蝕性の良い高価なものから安価な材料に切り換えることができ、入手性やコストを改善できる。
【００１５】
第２の発明によると、第１の発明における作用および効果に加えて、次の作用および効果を得ることができる。薄膜の厚さを０．１〜１０μｍとしているので熱通過率の低下を少なくできるので放熱面積を増加させなくても良い。また、コーティング材が厚いと伝熱部材が変形した場合にコーテイング材にクラックの入る可能性が増すが、薄膜としたのでクラックを防止できる。
【００１６】
第３の発明によると、コーティング処理材料をガラスとしているので、ガラス表面は汚れが付き難く、落とし易いので汚れによる伝熱量の低下を防止できる。
また、清掃整備が容易にできる。
【００１７】
第４の発明によると、ガラスのコーティング処理を、ポリシラザン法によるシリカコーティングとしたので、緻密で安定性のある薄いガラスの被膜を作ることができる。
【００１８】
第５の発明によると、伝熱部材をステンレス鋼とし、ガラスのコーティング処理としてポリシラザン法を用いたので、ペルヒドロポリシラザンからシリカへの転化（シリカ硬化）させる時の処理温度を低くできる。このため、処理温度が高いと起こるステンレス鋼の粒界にクロームが析出してくることによる耐腐蝕性の低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る熱交換器として、エンジン排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）用のＥＧＲクーラの実施形態について図面を参照して説明する。図４は、ＥＧＲクーラ２０付きＥＧＲ装置１０を備えた、ターボチャージャ２付きエンジン１の概略構成図である。図４において、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａの吸入口には吸気管３が取付けられ、コンプレッサ２ａの出口とエンジン１の給気マニホールド５とは給気管４により接続されている。エンジン１の排気マニホールド６の排出口にはターボチャージャ２のタービン２ｂが接続され、タービン２ｂの排出口には排気管７が取付けられている。排気マニホールド６のタービン２ｂの上流部と、給気マニホールド５の上流部とはＥＧＲ配管１１により接続され、給気管４側の接続部にベンチュリ８が取り付けられている。ＥＧＲ配管１１にはＥＧＲバルブ１２およびＥＧＲクーラ２０が介装され、ＥＧＲ装置１０を構成している。
【００２０】
次に作動について説明する。エンジン１を始動すると空気は吸気管３から吸入され、コンプレッサ２ａにより圧縮されて吸気マニホールド５を介してエンジン１内に供給される。エンジン１内で燃焼し、発生した排気ガスは排気マニホールド６からタービン２ｂ
を経て排気管７から排出される。通常状態においては、給気圧力は排気ガス圧力より高いが、ベンチュリ８の効果を利用して排気ガス導入部で排気ガス圧力より給気圧力を低くできるので、ＥＧＲバルブ１２を開くと排気ガスの一部はＥＧＲ配管１１を経て給気マニホールド５に戻される。このとき燃焼室内の最高温度の低減を図り、ＮＯｘ低減効果を高めるため排気ガスはＥＧＲクーラ２０により冷却される。
【００２１】
図１は熱交換器の一種であるＥＧＲクーラ２０を示す側面断面図である。図１において、外筒２１の一側には排気ガス入口管３０が固着されている。排気ガス入口管３０の端部にはフランジ３４が固着されている。フランジ３４にはＥＧＲ配管１１が接続されている。外筒２１の他端には排気ガス出口管３１が固着されている。排気ガス出口管３１の端部にはフランジ３５が固着されている。フランジ３５にはＥＧＲ配管１１が接続されている。そして、外筒２１の両端部には排気ガスと冷却水を仕切る仕切板２２が固着されている。両端の仕切板間には仕切板２２を貫通させて複数のチューブ２３が伝熱部材として固着されている。排気ガス入口３２部、チューブ２３及び排気ガス出口３３部とで排気ガス通路３６を形成している。排気ガスは図の白矢印の方向に流れる。また、冷媒である冷却水の入口は排気ガス入口側近傍の外筒２１を貫通して水入口管２４が接続されている。冷却水出口は排気ガス出口側近傍の外筒２１を貫通して水出口管２５が接続されている。また、図２に示したように、外筒２１内には数多くの本数のチューブ２３が配置されている。
【００２２】
図３において、チューブ２３の内外径面の少なくとも一面には熱通過率が低い材料である例えば、ガラス２７が薄膜状態として、後述するポリシラザン法によりコーティングされている。薄膜の厚さは、熱通過率を余り低下させないように、０．１〜１０μｍとされている。さらにガラス２７のクラックの入り易さを考慮してより好ましくは０．１〜４μｍが最適である。
【００２３】
非金属の薄膜２７のコーティングは、伝熱部材であるチューブ２３だけでなく、仕切板２２の排気ガス側や冷却水側のいずれの表面に行っても、また、伝熱部以外のＥＧＲ配管１１、排気ガス入口管３０、排気ガス出口管３１、水入口配管２４、水出口配管２５、外筒２１の内径等のいずれに行っても耐腐蝕性の向上を図ることができる。
【００２４】
熱交換器の伝熱部材であるチューブ２３の材料としては熱伝達係数および熱伝導係数の良い鉄、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウム等の金属材料が一般に使用されている。ＥＧＲクーラ２０のチューブ２３用の材料としては、主にステンレス鋼が使用されている。
【００２５】
次に、前記チューブ２３の内周や外周等に前記ガラス２７をコーティングする方法であるポリシラザン法について説明する。Si-N（珪素−窒素）結合を持つ化合物をシラザンと呼ぶ。ポリシラザンは、-(SiH2NH)-を基本ユニットとする有機溶剤に可溶な無機ポリマーで、ペルヒドロポリシラザン（略してPHPS=側鎖全部が水素のポリシラザン）という。このポリマーの有機溶媒溶液を塗布液として用い、大気中または水蒸気含有雰囲気で焼成することにより、水分や酸素と反応し、０〜４５０℃程度で緻密な高純度シリカ（アモルファスSiO2）膜が得られる。有機溶剤としては、ポリシラザンは、OH（水酸基）を持つ物質と反応し、加水分解されるため、水、アルコール系溶媒は使用できないのでケトンやエステル類など水を溶解する溶媒も好ましくない。そこで、溶解性、安定性、塗膜性状の点からキシレン、ジブチルエーテルが用いられている。
【００２６】
本発明の熱交換器であるＥＧＲクーラ２０は、上記のような構成としたため、伝熱部材であるチューブ２３表面に緻密な安定したガラス２７の薄膜を得ることができる。これにより、排気ガスがＥＧＲクーラ２０で冷却されるときに発生する凝縮水と燃料中に含まれる硫黄成分とからできる硫酸による腐蝕を防止できる。また、ガラス２７表面は、汚れが付着し難くいし、付着しても落ち易いので、排気ガス中に含まれるすすやパティキュレートが付着し難くでき、伝熱量の低下を少なくできると共に洗浄作業が簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のＥＧＲ装置の、ＥＧＲクーラの側面断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ矢視図である。
【図３】本発明の実施例のＥＧＲクーラの排気ガス流路を示す一部断面拡大図である。
【図４】クールドＥＧＲ装置を備えた、ターボチャージャ付エンジンの概略構成図。
【符号の説明】
【００２８】
１…エンジン、２…ターボチャージャ、２ａ…コンプレッサ、２ｂ…タービン、３…吸気管、４…給気管、５…給気マニホールド、６…排気マニホールド、７…排気管、８…ベンチュリ、１０…ＥＧＲ装置、１１…ＥＧＲ配管、１２…ＥＧＲバルブ、２０…ＥＧＲクーラ、２１…外筒、２２…プレート、２３…チューブ、２４…水入口管、２５…水出口管、２７…ガラス、３０…排気ガス入口管、３１…排気ガス出口管、３２…排気ガス入口、３３…排気ガス出口、３４，３５…フランジ、３６…排気ガス通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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