(57)【要約】【課題】ＥＧＲ配管の腐食を抑制するとともに、ＥＧＲガスと冷媒との効率的な熱交換を行うことを課題とする。【解決手段】ＥＧＲガス冷却装置は、内部にＥＧＲガスが流通するＥＧＲ配管と、前記ＥＧＲ配管の外周部に設けられた冷媒通路と、前記ＥＧＲ配管内に前記ＥＧＲガスの流通方向に沿って並列配置されるとともに、それぞれ前記ＥＧＲガスを通過させる複数の熱交換体と、前記ＥＧＲ配管の内周壁面を覆う被覆部材と、を備える。そして、前記被覆部材の熱伝導率は、前記熱交換体の熱伝導率以上である。これにより、ＥＧＲ配管の腐食を抑制するとともに、ＥＧＲガスと冷媒との効率的な熱交換を行うことができる。【選択図】図１
2013242073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にＥＧＲガスが流通するＥＧＲ配管と、
前記ＥＧＲ配管の外周部に設けられた冷媒通路と、
前記ＥＧＲ配管内に前記ＥＧＲガスの流通方向に沿って並列配置されるとともに、それぞれ前記ＥＧＲガスを通過させる複数の熱交換体と、
前記ＥＧＲ配管の内周壁面を覆う被覆部材と、を備え、
前記被覆部材の熱伝導率は、前記熱交換体の熱伝導率以上であるＥＧＲガス冷却装置。
【請求項２】
前記熱交換体と、前記被覆部材とは、同一材料を用いて成形された請求項１に記載のＥＧＲガス冷却装置。
【請求項３】
前記熱交換体と、前記被覆部材は、セラミック材料を用いて成形された請求項１又は２に記載のＥＧＲガス冷却装置。
【請求項４】
内部にＥＧＲガスが流通するＥＧＲ配管と、
前記ＥＧＲ配管の外周部に設けられた冷媒通路と、
前記ＥＧＲ配管内に前記ＥＧＲガスの流通方向に沿って並列配置されるとともに、それぞれ前記ＥＧＲガスを通過させる複数の熱交換体と、
前記ＥＧＲ配管の内周壁面を覆う被覆部材と、を備え、
前記熱交換体と、前記被覆部材は、セラミック材料を用いて成形されたＥＧＲガス冷却装置。
【請求項５】
前記熱交換体と、前記被覆部材とは、一体成形された請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＥＧＲガス冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＥＧＲガス冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気再循環装置が備えるＥＧＲ（Exhaust  Gas  Recirculation）ガスを冷却する熱交換器が知られている。例えば、特許文献１には、熱交換器に含まれる管材の耐蝕性を改善するとともに、熱交換率を向上させ、圧力損失を低減することを目的とした熱交換器が開示されている。具体的に、外部に冷媒（冷却水）が流通し、内部に排気ガス（ＥＧＲガス）が流通する連通路の内面にＮｉ系メッキ層が施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６４６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昨今、ＥＧＲ配管内部を流通する排気ガスとＥＧＲ配管外部を流通する冷却水との間で熱交換を促進し、排気ガスの冷却効率を高めるべく、ＥＧＲ配管内に熱交換体を配置する提案がされている。さらに、このような熱交換体を複数準備し、この複数の熱交換体をＥＧＲガスの流通方向に沿って並列配置することも提案されている。ＥＧＲ配管内に複数の熱交換体を配置することにより、隣り合った熱交換体との間に空間を形成することができる。上流側の熱交換体を通過したＥＧＲガスを当該空間に流入させ、その下流側の熱交換体に通過させて流速、温度分布を均質な状態とすることにより、ＥＧＲガスと冷却水との効率的な熱交換が実現される。このように隣り合う熱交換体の間に形成される空間においてもＥＧＲ配管の内周壁面が露出しないように前記特許文献１のようにＮｉ系メッキ層を設けることができる。Ｎｉ系メッキ層を設けることによりＥＧＲ配管に凝縮水が付着してＥＧＲ配管が腐食することを抑制することができる。
前記Ｎｉ系メッキ層は、連通路を形成する管材の耐蝕性を改善し、腐食防止を図ることができると考えられるが、効率的な熱交換の観点からは、改善の余地があった。
【０００５】
そこで本明細書開示のＥＧＲガス冷却装置は、ＥＧＲ配管の腐食を抑制するとともに、ＥＧＲガスと冷媒との効率的な熱交換を行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本明細書開示のＥＧＲガス冷却装置は、内部にＥＧＲガスが流通するＥＧＲ配管と、前記ＥＧＲ配管の外周部に設けられた冷媒通路と、前記ＥＧＲ配管内に前記ＥＧＲガスの流通方向に沿って並列配置されるとともに、それぞれ前記ＥＧＲガスを通過させる複数の熱交換体と、前記ＥＧＲ配管の内周壁面を覆う被覆部材と、を備え、前記被覆部材の熱伝導率は、前記熱交換体の熱伝導率以上であることを特徴とする。
【０００７】
被覆部材を設けることにより、ＥＧＲ配管の内周壁面が直接ＥＧＲガスに曝されることが回避され、ＥＧＲ配管の内周壁面凝縮水が付着することが抑制される。この結果、腐食の発生が抑制される。また、被覆部材の熱伝導率を熱交換体の熱伝導率以上とすることにより、被覆部材においてもＥＧＲ配管を介してＥＧＲガスと冷媒との効率的な熱交換が行われることになる。
【０００８】
前記熱交換体と、前記被覆部材とは、同一材料を用いて成形されてもよい。両者を同一材料とすることにより、両者間の熱膨張率の相違に起因する熱交換体や被覆部材の破損を抑制することができる。
【０００９】
前記熱交換体と、前記被覆部材とは、セラミック材料を用いて成形してもよい。高熱伝導率を有するセラミック材料を使用した場合、そのセラミック材料は、効率的な熱伝導を有するとともに、高い耐蝕性を発揮することができる。このため、高熱伝導率を有するセラミック材料は、ＥＧＲ配管内に配置される熱交換体や被覆部材の材料として好適である。セラミック材料としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）系の材料を用いることができる。なお、熱交換体を形成するセラミック材料と、被覆部材を形成するセラミック材料とは、厳密にその成分が一致することが要求されるものではなく、両者のセラミック材料の組成は異なっていてもよい。
【００１０】
また、本明細書開示の他のＥＧＲガス冷却装置は、内部にＥＧＲガスが流通するＥＧＲ配管と、前記ＥＧＲ配管の外周部に設けられた冷媒通路と、前記ＥＧＲ配管内に前記ＥＧＲガスの流通方向に沿って並列配置されるとともに、それぞれ前記ＥＧＲガスを通過させる複数の熱交換体と、前記ＥＧＲ配管の内周壁面を覆う被覆部材と、を備え、前記熱交換体と、前記被覆部材は、セラミック材料を用いて成形されたことを特徴とする。
【００１１】
前記熱交換体と、前記被覆部材を共にセラミック材料を用いて成形することにより、ＥＧＲ配管の腐食を抑制するとともに、ＥＧＲガスと冷媒との効率的な熱交換を行うことができる。
【００１２】
前記熱交換体と、前記被覆部材とは、一体成形されてもよい。複数の熱交換体をＥＧＲ配管内に配置する場合、熱交換体間にスペーサを設けて熱交換体間に空間を形成することが考えられる。しかしながら、スペーサの配置は、部品点数の増加につながる。熱交換体と被覆部材とを一体成形とすれば、部品点数を削減することができ、ひいては、ＥＧＲガス冷却装置の製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本明細書に開示されたＥＧＲガス冷却装置によれば、ＥＧＲ配管の腐食を抑制するとともに、ＥＧＲガスと冷媒との効率的な熱交換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は第１実施形態のＥＧＲガス冷却装置を模式的に示す説明図である。
【図２】図２はＥＧＲガス配管内に収容される複数の熱交換体と被覆部材とを示す説明図である。
【図３】図３は比較例のＥＧＲガス冷却装置を模式的に示す説明図である。
【図４】図４は第２実施形態のＥＧＲガス冷却装置を模式的に示す説明図である。
【図５】図５はＥＧＲ配管と被覆部材との接合部を示す説明図である。
【図６】図６はＥＧＲ配管と被覆部材との他の接合部を示す説明図である。
【図７】図７は第３実施形態のＥＧＲガス冷却装置を模式的に示す説明図である。
【図８】図８は第３実施形態における熱交換体と被覆部材とを一体成形する方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態のＥＧＲガス冷却装置１を模式的に示す説明図である。図２はＥＧＲガス配管２内に収容される複数の熱交換体３と被覆部材４とを示す説明図である。
【００１７】
ＥＧＲガス冷却装置１は、内部にＥＧＲガスが流通するＥＧＲ配管２を備える。ＥＧＲ配管は、ステンレス（ＳＵＳ）製の管材である。ＥＧＲ配管２はアルミ等、他の材料を用いることもできる。ＥＧＲガス冷却装置１は、ＥＧＲ配管２の外周部に設けられた冷媒通路４を備える。冷媒通路４は、ＥＧＲ配管２の周囲にハウジング３を設けることによって形成されている。ハウジング３は冷媒入口３ａと冷媒出口３ｂとを備え、ハウジング３内に形成された冷媒通路４に冷媒を流通させる。なお、冷媒はどのようなものであってもよいが、本実施形態では、冷却水を用いている。
【００１８】
ＥＧＲガス冷却装置１は、ＥＧＲ配管２内にＥＧＲガスの流通方向に沿って並列配置されるとともに、それぞれＥＧＲガスを通過させる複数の熱交換体５を備える。熱交換体５は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）セラミック製である。熱交換体５は、円柱状に成形されており、ＥＧＲガスが通過できるように通路が形成されている。熱交換体５は、ＥＧＲ配管２を介して冷媒通路４内を流通する冷媒と熱交換することができる。すなわち、ＥＧＲガスは熱交換体５を通過する際に熱交換体５及びＥＧＲ配管２を介して冷媒と熱交換され、冷却される。本実施形態では、３つの熱交換体５が準備されている。３つの熱交換体５は、ＥＧＲガスの流通方向に沿って並列配置されている。それぞれの熱交換体５は、間隔を設けて配置されており、隣り合う熱交換体５間には空間６が形成されている。上流側に位置する熱交換体５を通過したＥＧＲガスは空間６内に流れ込み、流れ込んだＥＧＲガスが、その下流側の熱交換体５を通過する。ＥＧＲガスは空間５内に流れ込むことにより、空間５内で均質になるように分布することができ、流速、温度分布も均質な状態に近づくことができる。これにより、下流側の熱交換体５を通過するときにより効率よく熱交換が行われる。
【００１９】
ＥＧＲ冷却装置１は、ＥＧＲ配管２の内周壁面２ａを覆う被覆部材７を備える。被覆部材７は円筒形状の部材であり、ＥＧＲ配管２の内周壁面２ａに当接するように配置されている。そして、熱交換体５は、円筒形状の被覆部材７の内周壁面７ａに当接するように配置される。被覆部材７は、ＥＧＲ配管２に対する腐食防止層として機能するとともに、ＥＧＲガスと冷媒との熱交換を促進する熱交換体としても機能する。このような被覆部材７は、以下の観点でその材料が選定されている。すなわち、被覆部材７の熱伝導率が、熱交換体５の熱伝導率以上となるように被覆部材７の材料が選定されている。本実施形態では被覆部材７の材料として熱交換体５の材料と同一材料が選定されている。すなわち、被覆部材７は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）セラミックによって成形されている。これにより、空間６においてＥＧＲ配管２の内周壁面２ａが露出することなく、内周壁面２ａへ凝縮水が付着することに起因するＥＧＲ配管２の腐食が抑制される。また、空間６においても熱交換が可能となる。すなわち、ＥＧＲガスと熱伝導性に優れた部材との接触面積が増大するため、ＥＧＲガスと冷媒との熱交換の効率が向上する。
【００２０】
熱交換体５と被覆部材７をともにセラミック材料で成形することにより、腐食の抑制と効率的な熱交換の両立を達成することができる。これに加え、熱交換体５と被覆部材７を同一材料で成形することにより、両者間の熱膨張率の相違に起因する熱交換体５や被覆部材７の破損を抑制することができる。
【００２１】
ここで、比較例について図３を参照しつつ説明する。比較例のＥＧＲガス冷却装置１００が、第１実施形態のＥＧＲガス冷却装置１と異なる点は、被覆部材７を備えていない点である。他の構成において、ＥＧＲガス冷却装置１００がＥＧＲガス冷却装置１と異なる点はない。比較例のＥＧＲガス冷却装置１００は、ＥＧＲ配管２を介してＥＧＲガスと冷媒との熱交換を行うことができる。しかしながら、空間５においてＥＧＲ配管２の内周壁面２ａが露出しているため、内周壁面２ａにおいて腐食部１０１が生じてしまう。これに対し、第１実施形態のＥＧＲガス冷却装置１であれば、上述のように、ＥＧＲ配管２の腐食の抑制と効率的な熱交換の両立を達成することができる。
【００２２】
なお、本実施形態では、熱交換体５と被覆部材７とを同一のセラミック材料で成形したが、熱交換体５と被覆部材７を、異なる組成のセラミック材料で形成することもできる。
【００２３】
（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態のＥＧＲガス冷却装置２０について図４及び図５を参照しつつ説明する。図４は第２実施形態のＥＧＲガス冷却装置２０を模式的に示す説明図である。図５はＥＧＲ配管２と被覆部材７との接合部を示す説明図である。第２実施形態のＥＧＲガス冷却装置２０が第１実施形態のＥＧＲガス冷却装置１と異なる点は、ＥＧＲ配管２と被覆部材７との間にグラファイトシート２１を介装させた点である。他の構成は、第１実施形態と異なるところがないので、共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２４】
ＥＧＲ配管２内には、非常に高温のＥＧＲガスが流通する。このため、ＥＧＲガスが流通することにより、ＥＧＲガス冷却装置２０の各部は熱膨張する。ところが、ＥＧＲ配管２と被覆部材７とは材料が異なるため、熱膨張量に差が生じる。このため、ＥＧＲ配管２の内周壁面２ａと被覆部材７とが当接した状態になっているといずれか又は双方にストレスがかかる可能性がある。そこで、ＥＧＲ配管２と被覆部材７との間にグラファイトシート２１を介装させる。これにより、両者間に滑りが生じることができ、熱膨張量の差に起因するストレスの発生を緩和することができる。グラファイトシート２１は、摩擦係数の小さい材料として選定されたものである。摩擦係数が小さく、ＥＧＲ配管２と被覆部材７との間に滑りを生じさせることができる材料をグラファイトシート２１に代えて採用することもできる。
【００２５】
なお、グラファイトシート２１を介装させる場合、被覆部材７は嵌め合いによりＥＧＲ配管２の内周へ装着することができる。
【００２６】
このように、ＥＧＲ配管２と被覆部材７との間にグラファイトシート２１を介装させて両者間の熱膨張量の差に起因するストレスの発生を緩和することができるが、弾性を有する接着材を用いて両者を接合するようにしてもよい。図６を参照すると、ＥＧＲ配管２と被覆部材７とは、シリコン接着材によって接合されている。シリコン接着材は弾性を有するため、ＥＧＲ配管２と被覆部材７間の熱膨張量の差に起因するストレスの発生を緩和することができる。
【００２７】
（第３実施形態）
つぎに、第３実施形態のＥＧＲガス冷却装置３０について、図７及び図８を参照しつつ説明する。第１実施形態における熱交換体５と被覆部材７とは別個に成形され、別体とされていた。これに対し、第３実施形態のＥＧＲガス冷却装置３０における熱交換体３１と被覆部材３２とは、一体成形されている。図８を参照すると、まず、円柱状に成形された焼成前のＳｉＣセラミックからなる熱交換体３が３つ準備され、これが並列配置される。そして、板状に成形された焼成前のＳｉＣセラミックからなる被覆部材３２によって熱交換体３１を巻き込みながら被覆部材３２を円筒状に成形する。ついで、熱交換体３１と被覆部材３２とを一体化した状態で焼成する。焼成された熱交換体３１及び被覆部材３２は一体化された状態でＥＧＲ配管２内へ装着される。このように、交換体３１と被覆部材３２とを一体化することにより、部品点数を低減することができる。部品点数が低減されることにより、例えば、ＥＧＲ配管２内への部品装着項数を減らすことができる。この結果、製造コストを低減することができる。
【００２８】
一体化された熱交換体３１及び被覆部材３２であっても、第１実施形態と同様に、ＥＧＲ配管２の腐食の抑制と効率的な熱交換の両立を達成することができる。
【００２９】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、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】
【００３０】
１、２０、３０  ＥＧＲガス冷却装置      ２  ＥＧＲ配管
２ａ  内周壁面                          ３  ハウジング
４  冷媒通路                            ５、３１  熱交換体
６  空間                                ７、３２  被覆部材
７ａ  内周壁面
【図１】
2013242073.tif 000003
【図２】
2013242073.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013242073.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013242073.tif 000008
【図７】
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【図８】
2013242073.tif 000010