(57)【要約】【課題】高い冷却性能とバッフル板の強度を維持できるエンジンの排気ガス熱交換器を提供する。【解決手段】内筒(1)、中間筒(2)及び外筒(3)を備え、内筒(1)内の空間で内側冷却水通路(11)を形成し、内筒(1)と中間筒(2)の間で排気ガス通路(12)を形成し、中間筒(2)と外筒(3)との間並びに中間筒(2)と外筒(3と)の間で、外側冷却水通路(13)を形成し、筒径方向の一端部に通路用切欠きを有する複数の第１のバッフル板(51)と筒径方向の他端部に通路用切欠きを有する複数の第２のバッフル板(52)とを、前記排気ガス通路(12)内に筒芯線方向に間隔を置いて交互に配置している。第１及び第２のバッフル板(51,52)は、筒芯部に形成された取付孔の内周端部(51b,52b)が内筒(1)の外周面に嵌合固着されており、第１及び第２のバッフル板(51,52)の外周形状は、短径方向の端部に前記切欠き(51a,52a)を有する楕円形状に形成されている。【選択図】図２
2013185554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内筒、中間筒及び外筒を内側から順に備え、前記内筒内の空間で内側冷却水通路を形成し、前記内筒と前記中間筒との間の空間で排気ガス通路を形成し、前記中間筒と前記外筒との間の空間で外側冷却水通路を形成し、筒径方向の一端部に通路用切欠きを有する複数の第１のバッフル板と筒径方向の他端部に通路用切欠きを有する複数の第２のバッフル板とを、前記排気ガス通路内に筒芯線方向に間隔を置いて交互に配置しているエンジンの排気ガス熱交換器において、
前記第１及び第２のバッフル板は、筒芯部に形成された取付孔の内周端部が前記内筒の外周面に嵌合固着されており、
前記第１及び第２のバッフル板の外周形状は、短径方向の端部に前記切欠きを有する楕円形状に形成されている、ことを特徴とするエンジンの排気ガス熱交換器。
【請求項２】
前記中間筒の内周面形状が、前記バッフル板の楕円形状に対応する楕円形状に形成されている、請求項１に記載のエンジンの排気ガス熱交換器。
【請求項３】
隣り合う前記バッフル板間は、長径方向の両端部が連結部により連結されている、請求項１又は２に記載のエンジンの排気ガス熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン、主としてガスエンジンの排気ガスから熱を回収するために、排気経路中に配設される排気ガス熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスエンジンの排気経路内に備えられ、排気ガスから熱を回収する排気ガス熱交換器は知られている。図８乃至図１１は、従来の排気ガス熱交換器の一例である（特許文献１）。図８において、排気ガス熱交換器は、円筒形の内筒１０１、円筒形の中間筒１０２及び円筒形の外筒１０３を備え、内筒１０１内の空間で内側冷却水通路１１０を形成し、内筒１０１と中間筒１０２との間の空間で排気ガス通路１１１を形成し、中間筒１０２と外筒１０３との間の空間で外側冷却水通路１１２を形成している。前記排気ガス通路１１１内には、複数枚の第１及び第２のバッフル板１２１、１２２が筒芯線方向に間隔をおいて交互に配置されている。第１のバッフル板１２１は径方向の一端部を切り欠いて排気ガス通路としており、第２のバッフル板１２２は径方向の他端部を切り欠いて排気ガス通路としており、これにより、排気ガス通路１１１全体としては、ジグザグ状に形成されている。
【０００３】
図９において、第１のバッフル板１２１は円形状に形成されており、径方向の一端部に形成された切欠き１２１ａは、略直線状に形成されている。第２のバッフル板１２２も円形状に形成されており、径方向の他端部に形成された切欠き１２２ａは、前記第１のバッフル板１２１の切欠き１２１ａと略平行に形成されている。
【０００４】
図１１において、第１のバッフル板１２１の内周端部１２１ｂは軸方向に筒状に折れ曲がっており、この内周端部１２１ｂが内筒１０１の外周面に嵌合し、ろう付けにより固定されている。第１バッフル板１２１の外周端部は中間筒１０２の内周面には固着されていない。図９の第２のバッフル板１２２も同様な固定構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４０６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図８のように多数のバッフル板１２１，１２２を用いてジグザグ状の排気ガス通路１１１を構成していると、排気ガス通路１１１の長さが長くなり、排気ガスと冷却水との間の熱交換量を増加させ、熱交換性能を高めることができる。
【０００７】
ところが、ジグザグ状の排気ガス通路１１１では、高温の排気ガスが各バッフル板１２１，１２２に順次衝突しながら流通するため、バッフル板１２１，１２２は急激に温度上昇し、その温度分布は、部位によって大きな差が生じる。たとえば、図１０に示す第１のバッフル板１２１に関しては、切欠き１２１ａと径方向の反対側の領域Ａ１に、排気ガスが強く衝突し、他の領域に比べて温度上昇が激しくなる。前記領域Ａ１は、排気上流側の第２のバッフル板１２２の切欠き１２２ａの通路に対応する領域である。特に、冷却水と排気ガスとの温度差が大きい時には、領域Ａ１と他の領域との温度差が大きくなり、図１１に仮想線で示すように、熱膨張差により、第１のバッフル板１２１が内周端部（折曲部）１２１ｂを支点として熱変形する。これにより、排気ガス通路１１１の形状及び排気ガスの流れが乱れると共に、応力集中する内周端部（折曲部）１２１ｂが破損する恐れが有る。第２のバッフル板１２２についても同様である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、内筒、中間筒及び外筒を内側から順に備え、前記内筒内の空間で内側冷却水通路を形成し、前記内筒と前記中間筒との間の空間で排気ガス通路を形成し、前記中間筒と前記外筒との間の空間で外側冷却水通路を形成し、筒径方向の一端部に通路用切欠きを有する複数の第１のバッフル板と筒径方向の他端部に通路用切欠きを有する複数の第２のバッフル板とを、前記排気ガス通路内に筒芯線方向に間隔を置いて交互に配置しているエンジンの排気ガス熱交換器において、前記第１及び第２のバッフル板は、筒芯部に形成された取付孔の内周端部が前記内筒の外周面に嵌合固着されており、前記第１及び第２のバッフル板の外周形状は、短径方向の端部に前記切欠きを有する楕円形状に形成されている。
【０００９】
また、本発明は、上記構成に加え、好ましくは、次の特徴を備えることもできる。
【００１０】
（ａ）前記中間筒の内周面形状が、前記バッフル板の楕円形状に対応する楕円形状に形成されている。
【００１１】
（ｂ）隣り合う前記バッフル板間は、長径方向の両端部が連結部により連結されている。
【発明の効果】
【００１２】
（１）本発明によると、バッフル板の外周形状を、径方向の切欠き側の端部が短径方向の一端部あるいは他端部となるような楕円形状としているので、排気ガスが最も衝突して高温化する部分の径方向の幅が短くなり、熱膨張差によるバッフル板の熱変形量を抑制することができる。これにより、排気ガス通路を正常なジグザグ形状に保ち、高い冷却性能を維持できると共に、内周端部（折曲部）でのバッフル板の破損を防止できる。また、排気ガス熱交換器をコンパクトに配設することができる。
【００１３】
（２）構成（ａ）によると、排気ガス通路断面積を一様化することができる。
【００１４】
（３）構成（ｂ）によると、バッフル板の温度が上昇しても、連結部のスペーサ機能により、バッフル板の熱変形を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した排気ガス熱交換器の縦断面図である。
【図２】図１のII-II断面図である。
【図３】内筒及びバッフル板の組立体の部分斜視図である。
【図４】図３の組立体の平面部分図である。
【図５】第１のバッフル板の拡大正面図である。
【図６】第２のバッフル板の拡大正面図である。
【図７】図１のバッフル板の断面拡大図である。
【図８】従来例の縦断面図である。
【図９】図８のIX-IX断面拡大図である。
【図１０】図８のバッフル板の正面図である。
【図１１】図８のバッフル板の断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１乃至図７に基づいて、本発明に係る排気ガス熱交換器の第１の実施の形態を説明する。図１は、ガスエンジンに備えられた排気ガス熱交換器の縦断面図であり、同一筒芯線Ｏ１上に、内側から順に内筒１、中間筒２及び外筒３を備えており、各筒１，２，３はいずれもステンレス鋼製であり、各筒１，２，３の筒芯線Ｏ１方向の両端は、端壁１ａ，２ａ，３ａによりそれぞれ閉塞されている。なお、図１において、白抜きの矢印は排気ガスの流れを示し、実線の矢印は冷却水の流れを示している。
【００１７】
中間筒２の長さは外筒３の長さよりも短く、中間筒２の端壁２ａは外筒３内に位置すると共に外筒３の端壁３ａに対して、筒芯線Ｏ１方向に間隔をおいて対向している。内筒１の長さは外筒３よりも長く、内筒１の筒芯線Ｏ１方向の端部は中間筒２の端壁２ａ及び外筒３の端壁３ａを貫通して、外筒３の端壁３ａから外方に突出している。
【００１８】
内筒１内の空間により内側冷却水通路１１を形成し、内筒１の外周面と中間筒２の内周面との間の環状空間により排気ガス通路１２を形成し、中間筒２の外周面と外筒３の内周面との間の環状空間により外側冷却水通路１３を形成している。さらに、中間筒２の矢印Ｆ１方向の端壁２ａと外筒３の矢印Ｆ１方向の端壁３ａとの間の空間で冷却水入口室Ｓ１を形成し、中間筒２の矢印Ｆ２方向の端壁２ａと外筒３の矢印Ｆ２方向の端壁３ａとの間の空間で冷却水出口室Ｓ２を形成している。冷却水入口室Ｓ１及び冷却水出口室Ｓ２は、外側冷却水通路１３の矢印Ｆ１方向側の端部と矢印Ｆ２方向側に端部にそれぞれ連通している。
【００１９】
内筒１の矢印Ｆ１方向側の端部の周壁には、前記冷却水入口室Ｓ１と内筒１内とを連通する内側冷却水入口２１が形成され、外筒３の矢印Ｆ１方向側の端部の周壁には、外側冷却水入口２２が形成され、該外側冷却水入口２２に設けられた冷却水入口管２３は、たとえばクーラー等を介してガスエンジンの冷却水ポンプ２４に接続されている。
【００２０】
内筒１の矢印Ｆ２方向側の端部の周壁には、前記冷却水出口室Ｓ２と内筒１内とを連通する内側冷却水出口２６が形成され、外筒３の矢印Ｆ２方向側の端部近傍の周壁には、外側冷却水出口２７が形成され、該外側冷却水出口２７に設けられた冷却水出口管２８は、ガスエンジンの冷却水貯留部２９に接続されている。
【００２１】
中間筒２の矢印Ｆ２方向の端部には、排気ガス通路１２に開口する排気ガス入口３１が形成され、該排気ガス入口３１には、外筒３を貫通して外部に突出する排気ガス供給管３２が接続されている。該排気ガス供給管３２は、ガスエンジンの排気管（又は排気マニホールド）３３に接続されている。
【００２２】
中間筒２の矢印Ｆ１方向の端部には、排気ガス通路１２に開口する排気ガス出口３７が形成され、該排気ガス出口３７には、外筒３を貫通して外部に突出する排気ガス排出管３８が接続されている。排気ガス排出管３８は、たとえば外部に連通している。
【００２３】
排気ガス通路１２内には、筒径方向の一端部に排気ガス通路用の切欠き５１ａを有する複数の第１のバッフル板５１と、径方向の他端部に排気ガス通路用の切欠き５２ａを有する複数の第２のバッフル板５２とが、筒芯線Ｏ１方向に等間隔をおいて交互に配置されており、両バッフル板５１，５２により、排気ガス通路１２をジグザグ形状（つづら折り形状）に形成している。
【００２４】
図１のII-II断面を示す図２において、内筒１は断面円形状に形成され、中間筒２及び外筒３は断面楕円形状に形成され、第１及び第２のバッフル板５１，５２は、外周形状が前記中間筒２の内周面に対応する楕円形状（ただし切欠き５１ａ、５２ａを有する）に形成されている。第１及び第２のバッフル板５１，５２の中央部には円形の取付孔が形成され、該取付孔の周縁の内周端部５１ｂ、５２ｂが内筒１の外周面に嵌合し、ろう付けにより内筒１の外周面に固着されている。第１及び第２のバッフル板５１，５２の楕円形の外周縁は、切欠き５１ａ，５２ａ部分を除いて、中間筒２の内周面に嵌合しているが、固着されてはいない。なお、矢印Ｘ１はバッフル板５１，５２の周楕円形状の長径方向を示し、矢印Ｙ１方向は短径方向を示している。
【００２５】
第１のバッフル板５１の切欠き５１ａは、短径方向Ｙ１の一端部を長径方向Ｘ１と平行に直線状に切り欠いた形状であり、第２のバッフル板５２の切欠き５２ａは、短径方向Ｙ１の他端部を、長径方向Ｘ１と平行に直線状に切り欠いたものである。
【００２６】
図５は第１のバッフル板５１の正面図、図６は第２のバッフル板５２の正面図である。図５において、第１のバッフル板５１の長径方向Ｘ１の一端部に、筒芯線Ｏ１方向に延びる前記連結部５３が形成され、長径方向Ｘ１の他端部に、連結部係合用のスリット５４が形成されている。図６において、第２のバッフル板５２は、長径方向Ｘ１の他端部に、筒芯線Ｏ１方向に延びる前記連結部５３が形成され、長径方向Ｘ１の一端部に、連結部係合用のスリット５４が形成されている。
【００２７】
図３は第１及び第２のバッフル板５１，５２と内筒１との組立体の斜視図、図４は同組立体の側面図である。図４において、第１のバッフル板５１の連結部５３の先端部は、第２のバッフル板５２の連結部係合用のスリット５４に挿入され、ろう付けされている。図３において、第２のバッフル板５２の連結部５３の先端部は、第１のバッフル板５１の連結部係合用のスリット５４に挿入され、ろう付けされている。上記のように隣り合うバッフル板５１，５２同士を連結部５３で連結していると、連結部５３が連結機能及び撓み防止機能と共にスペーサ機能も果たし、隣り合うバッフル板５１，５２の筒芯線Ｏ１方向の間隔を所定値に維持することができる。
【００２８】
図７はバッフル板５１、５２の取付構造の詳細を示しており、各バッフル板５１、５２の内周端部５１ｂ、５２ｂは、絞り加工により、Ｒ部分５１ｃ、５２ｃを介して筒芯線Ｏ１方向に筒状に折り曲げられており、これらの筒状内周端部５１ｂ、５２ｂが内筒１の外周面に嵌合し、ろう付け固着されている。
【００２９】
（作用）
排気ガス熱交換器による熱交換作用を説明する。
図１において、冷却水ポンプ２４から圧送される冷却水は、冷却水入口管２３及び外側冷却水入口２２を経て、外側冷却水通路１３及び冷却水入口室Ｓ１に供給される。外側冷却水通路１３内に供給された冷却水は、外側冷却水通路１３内を矢印Ｆ２方向に流れ、排気ガス通路１２中の排気ガスと熱交換した後、外側冷却水出口２７から排出され、冷却水出口管２８を介して冷却水貯留部２９に戻される。前記冷却水入口室Ｓ１に供給された冷却水は、内側冷却水入口２１から内側冷却水通路１１に供給され、内側冷却水通路１１内を矢印Ｆ２方向に流れ、排気ガス通路１２中の排気ガスと熱交換した後、内側冷却水出口２６から冷却水出口室Ｓ２に排出され、外側冷却水出口２７で前述の外側冷却水通路１３からの冷却水と合流し、冷却水貯留部２９に戻される。
【００３０】
上記冷却水と熱交換される排気ガスは、ガスエンジンの排気管３３から排気ガス供給管３２及び排気ガス入口３１を経て、排気ガス通路１２の矢印Ｆ２方向端部に供給され、排気ガス通路１２内を矢印Ｆ１方向に流れ、内外の冷却水通路１１，１３の冷却水との間で熱交換を行い、矢印Ｆ１方向端部の排気ガス出口３７から排気ガス排出管３８を通り、外部に排出される。排気ガス通路１２内では、排気ガスは、第１及び第２バッフル板５１，５２でガイドされることにより、白抜きの矢印で示すように、ジグザク状（つづら折れ状）に流れる。
【００３１】
排気ガスが、排気ガス通路１２内をジグザグに流れる行程において、図５及び図６に示すように、各バッフル板５１，５２に対し、排気ガスは、切欠き５１ａ、５２ａ側とは反対側の領域Ａ１に激しく衝突し、該領域Ａ１の温度が最も上昇することになる。前記領域Ａ１は、第１のバッフル板５１では、該第１のバッフル板５１の排気上流側に位置する第２のバッフル板５２の切欠き５２ａのガス通路部分に対応する領域であり、第２のバッフル板５２では、該第２のバッフル板５２の排気上流側に位置する第１のバッフル板５１の切欠き５１ａのガス通路部分に対応する領域である。
【００３２】
（実施の形態の効果）
（１）本実施の形態では、バッフル板５１，５２を楕円形状にすると共に、切欠き５１ａ，５２ａが短径方向Ｙ１の端部に位置するように形成しているので、排気ガス通路を円形に形成する場合に比べ、排気ガスが激しく衝突する領域Ａ１（径方向の幅Ｌ２）が小さくなっている。これにより、領域Ａ１と他の領域との間の熱膨張差を小さく抑え、バッフル板５１，５２の熱変形を抑制することができる。したがって、図７のＲ部分５１ｃ、５２ｃでバッフル板５１、５２が折れ曲がるのを防ぎ、排気ガス通路１２を正常なジグザグ形状に保ち、高い冷却性能を維持できると共に、内周端部５１ｂ、５２ｂのＲ部分５１ｃ、５２ｃでの破損を防止できる。
【００３３】
（２）排気ガス熱交換器全体（外筒３の外周形状）を楕円形状に形成しているので、ガスエンジンに排気ガス熱交換器をコンパクトに取り付けることができる。
【００３４】
（３）隣り合うバッフル板５１，５２同士は、長径方向Ｘ１の端部に形成された連結部５３により連結されているので、バッフル板５１，５２の熱変形を効果的に防止できると共に、隣り合うバッフル板５１，５２間の間隔を所定間隔に維持できる。
【００３５】
［その他の実施の形態］
（１）本発明は、上記実施の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精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  内筒
２  中間筒
３  外筒
１１  内側冷却水通路
１２  排気ガス通路
１３    外側冷却水通路
５１，５２  第１、第２のバッフル板
５１ａ，５２ａ  切欠き
５１ｂ、５２ｂ  内周端部
５１ｃ、５２ｃ  Ｒ部分
【図１】
2013185554.tif 000003
【図２】
2013185554.tif 000004
【図３】
2013185554.tif 000005
【図４】
2013185554.tif 000006
【図５】
2013185554.tif 000007
【図６】
2013185554.tif 000008
【図７】
2013185554.tif 000009
【図８】
2013185554.tif 000010
【図９】
2013185554.tif 000011
【図１０】
2013185554.tif 000012
【図１１】
2013185554.tif 000013