JPS6133972B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車内燃機関における排気ガス再循
環に関し、更に詳細には燃焼サイクルに戻される
排気ガスを冷却するための装置に関する。

ほぼ1971年から、自動車産業は、自動車の安全
を増加し或は内燃機関からの排気ガスに固有の排
気物を減少するために、自動車に或は自動車の内
燃機関に、常に増加する数の要素すなわち装置を
加えることを要求されて来た。このような要素は
確実なクランクケースの換気、排気ガスの再循
環、蒸発制御装置および排気系における触媒コン
バータを含んでいる。

主に重要なことは、内燃機関の排気ガスからの
排気物であり、その排気は、毎日多くの自動車が
走る大都市で発生するスモツグのような状態に対
し非難されて来た。窒素酸化物はこのような排気
物の一つであり、排気ガス再循環サイクルは機関
の排気ガス中にあるこれらの酸化物を減少するの
に使用される。窒素酸化物の生成は非常に高い温
度において行われかつその結果燃焼過程のピーク
温度時に発生する。窒素酸化物の生成を減少しか
つ制御するためにピーク温度をわずかに下げるこ
とが要求される。

この温度の低下は、燃焼の最終生成物が比較的
不活性なガスを連続して供給するように、燃焼過
程に少量の不活性ガスを導入することによつて行
われ、それは、これらのガスを正しい比率で使用
することになる。このように再循環通路は排気マ
ニホルドに、かつ排気ガスの流れを制御するため
に取入れマニホルドに取付けられた真空被変調締
切および調節弁に接続されている。再循環通路す
なわち追加の排気ガス通路は機関に接近して置か
れ或は取入れマニホルドの複合ランナ装置内に一
体成形され得る。

しかしながら、内燃機関サイクルからの排気ガ
スはなお非常に温度が高く、かつその温度を、ガ
スが、燃焼サイクルに再導入される前に、かなり
下げることが望ましい。

内燃機関の排気ガスを浄化する従来の装置とし
ては、例えば、実公昭37−17408号公報或は特開
昭48−59214号公報に示されるものがある。しか
しながら前者に示される装置は排気ガスの浄化を
行う室の回りに冷却液の包囲帯を形成するように
しているがその室内に浄化液を入れて浄化を行う
ようにしているため自動車などの排ガス浄化装置
としては軽量化、小型化の面で適用困難である。

また後者に示される装置は、大型になつて熱効
率が悪くしかも排気ガスの熱が熱交換器の外部に
放散されるという問題がある。

本発明が解決しようとする問題点は排ガス用の
熱交換器の小型化を図るとともに排ガスの流れ抵
抗又は圧力低下を小さくして熱効率の向上を図る
ことである。

上記問題を解決するため、本発明による二流体
熱交換器は、二対の金属板でつくられたほぼ平担
な熱交換器を備え、内側の対の金属板が室を形成
しかつ周辺フランジによつて接合されて向い合わ
せて配置された皿状部分を有し、その室が第１の
流体を受けるための入口および出口を有し、熱伝
達面が前記室内に受けられた少なくとも一つの金
属板で形成され、外側の対の金属板が向い合わせ
て配置された皿状部分および前記内側の金属板の
フランジにほぼ完全に接合された周辺フランジを
有し、前記外側皿状部分が室をほぼ囲みかつ中に
第２の流体を受けるための入口および出口を有す
る流体包囲帯を前記内側皿状部分と協同して形成
し、前記外側皿状部分の少なくとも一対の向い合
わせて配置された側壁が前記内側皿状部分の側壁
から隔てられ、内側の金属板の前記フランジが前
記内側の側壁と外側の側壁との間で伸びて前記包
囲帯を上部分と下部分とに分割しかつ前記上包囲
帯部分と下包囲帯部分との間を連通するための開
口を有し、前記第２の流体の入口および出口が一
方の外側皿状部分に配置され、中央のくぼみが皿
状部分を横切りかつ上包囲帯部分を入口と出口と
の間でほぼ等しい半分に分割するように外側皿状
部分に形成されて構成されている。

上記構成において、第１の流体が入口から室内
に流入するとともに第２の流体が入口から内側の
金属板と外側の金属板との間に入つて前記室を囲
む第２の流体包囲帯を形成して第１の流体と第２
の流体との間で熱交換を行うとともに第１の流体
の熱が熱交換器の外部に放散するのを防止する。
熱交換の終つた第１の流体は第１の流体用の出口
からまた第２の流体は第２の流体用の出口からそ
れぞれ外部に出される。

以下図面を参照して本発明の実施例について説
明する。

第１図から第３図は、機関室の制限されたスペ
ース内に機関に沿つて容易にかつコンパクトに嵌
り得るほぼ平らな形状の本発明の一実施例の熱交
換器３１を示している。この熱交換器は、一対の
対称の内側板３２，３２ａおよび一対のほぼ同じ
外側板４７，４７ａを含む４個の打ち抜かれた金
属板で成形されていて、内側部品すなわち内側板
はユニツトすなわち熱交換器の３側部に平らなフ
ランジ３３，３３ａを有しかつ第４の側部に二対
の反対側に配置された浮出し部（エンボスメン
ト）３５，３５ａが設けられたほぼ平らなフラン
ジ３４，３４ａを有し、その浮出し部３５はフラ
ンジ３４，３４ａの平面上で伸び他の浮出し部３
５ａはフランジの平面の下で伸びている。

内側板３２，３２ａは、フランジ３３で終るほ
ぼ垂直の側壁３７，３７ａおよびフランジ３４で
終る壁３８，３８ａを有する反対方向に凹んでい
る中央部分３６，３６ａを有している。壁３７，
３７ａは、壁３８に平行でかつその壁と対向する
壁３９，３９ａに、続いている。ほぼ円錐形の浮
出し部４０，４０ａが中央部分３６，３６ａに形
成されかつ浮出し部３５，３５ａで終つていて入
口導管４１および出口導管４２用の開口を形成し
ている。円錐形浮出し部４０，４０ａは第２図に
示されるように内側板３２，３２ａに形成されて
いる。凹んだ中央部分すなわち皿状部分３６，３
６ａによつて形成された中央室４３内には、その
室を複数の平行な流路に分割するように室内で長
手方向に伸びている複数の折曲げターブライザ４
４が置かれ、その乱流装置すなわちターブライザ
は排気ガス用の入口タンク（図示されていない）
および出口タンク４６を形成するように室の端部
から少し離れて終つている。

外側部分４７，４７ａは熱交換器の３側部を囲
んでフランジ３３，３３ａを挾んでいる平らなフ
ランジ４８，４８ａおよび第４の側部のフランジ
３４，３４ａを挾んでいるほぼ平らなフランジ４
９，４９ａを有している。円錐形浮出し部５０，
５０ａが、浮出し部３５，３５ａと係合しかつそ
の浮出し部に固定されている外縁５１，５１ａの
あるフランジ４８，４８ａ，４９，４９ａによつ
て限定された中央の凹んだ部分すなわち皿状部分
５２，５２ａに、形成されている。皿状部分５
２，５２ａは中に浮出し部を有する後壁４５，４
５ａからかつ後壁５４，５４ａに平行な前壁５
５，５５ａに向つて収束している側壁５３，５３
ａを有していて、壁は内側皿状部分３６，３６ａ
の壁の外側に隔てられいる。皿状部分５２の刻み
目５６は各々の内側皿状部分３６と係合して皿状
部分３６，３６ａ，５２，５２ａの間で形成され
た流体包囲帯５７の上部を分割し、冷却流体の流
れを下包囲帯部分に向ける。

内側板３２，３２ａのフランジ３３は、第２図
および第３図に示されるように、流体包囲帯５７
を上部分と下部分とに分割する作用をするが、流
体ポートすなわち開口５８が内側部分の両端にお
いて反対に配置されたフランジ３３に形成されて
包囲帯の上部分と下部分との間で流体を連通させ
る。冷却流体入口導管５９および流体出口導管６
０が刻み目５６に近接して上皿状部分５２に固定
され、それらの導管は流体包囲帯５７の上部分と
連通している。第１図において矢印によつて示さ
れるように、熱い排気ガスは導管４１を通つて
（矢印Ａ）入口タンク４６内に入り、平行通路４
４を通して出口タンクを通り、かつ冷却されたガ
スは導管４２（矢印Ｂ）を通して去る。冷却水
は、導管５９を通して包囲帯５７の上部分の半分
内に入つて開口５８を通して下包囲帯部分に下降
し、下包囲帯部分を横切つて流れかつ反対側の組
の開口５８を通して上包囲帯部分の他の半分内に
流れ、かつ導管６０（矢印Ｄ）を通して出て排気
ガスを冷却する。

第４図、第５図および第６図はほぼ長方形の対
象形状を有する第２の実施例の熱交換器を示して
いる。この装置は平行な側フランジ６３および曲
つた端フランジ６４を有する一対の内側金属板６
２，６２ａを備え、その金属板は皿状端部延長部
６６，６６ａがある対向する凹んだ部分すなわち
皿状部分６５，６５ａを有している。皿状部分６
５，６５ａは、延長部６６，６６ａが入口室およ
び出口室を形成して排気ガス用の中央室６７を形
成している。延長部６６の長い開口６８は入口ポ
ートを形成し、長い開口６９は反対側の延長部６
６で出口ポートを形成している。

一対の外側板７１，７１ａはフランジ６３（第
５図参照）と係合しているフランジ７２および皿
状延長部６６，６６ａ（第６図）と係合している
フランジ７３を有していて、その外側板は室６７
の回りで冷却流体の包囲帯を形成するように皿状
部分６５，６５ａと協働する反対側に凹んだ部分
すなわち皿状部分７４，７４ａを有している。第
５図に示されるように、皿状部分６５，６５ａの
壁７５は、側フランジ６３が流体の包囲帯を上部
分７７と下部分７８とにそれぞれ分割するように
して皿状部分７４，７４ａの壁７６の内側で隔て
られ、かつこれらの二つの部分を連通するために
開口７９が設けられている。浮出し部８０は、冷
却流体の包囲帯内に伸びるように、好ましくは外
側板７１，７１ａに形成される。

外側板７１は中央のくぼみ８２の一側部の皿状
部分７４に形成された流体入口導管８１およびく
ぼみの反対側に近接した流体出口導管８３を有し
ている。中央の横方向に長いくぼみ８２は皿状部
分７４を横切つて伸びかつ内側に伸長して内側板
６２の皿状部分６５に接してそこに接合されてい
る。くぼみ８２は上包囲帯部分７７を二つに分け
て流体の所望の流れパターンを与えている。

使用時、熱い排気ガスは入口室の入口ポート６
８に入りかつ複数の折曲げ金属板８４が複数の流
路を形成している中央室内を通過する。冷却され
たガスは出口室内に流れかつポート６９を介して
出る。水のような冷却流体は導管８１を介して上
包囲帯部分７７に入るが、くぼみ８２によつて出
口導管８３に直接流れるのが阻止される。このよ
うに、流体は端部８６における開口７９を通して
上部分から下包囲帯部分に流れ、端部８７におけ
る開口８７まで部分７８を横切り、かつ上包囲帯
部分７７に入つて出口導管を介して出る。皿状部
分７４，７４ａ（第５図を参照せよ）に形成され
たリブすなわちくぼみ８０は包囲帯内での流体の
直線的流れを阻止しかつ流体を乱して熱伝達を強
めかつ冷却流体の流れが溝流（channelling）と
なるのを阻止する。

第７図から第９図は、排気ガス入口および出口
の位置決めを除いては第４図から第６図に示され
た熱交換器と同じである他の熱交換器９１を示し
ている。この熱交換器９１は周囲にフランジ９３
を有しかつ中央室９５を形成している両側に配置
された凹んだ部分すなわち皿状部分９４，９４ａ
を限定している一対の内側板９２，９２ａを使用
している。外側金属板９６，９６ａは外周フラン
ジ９７および両側の凹んだ部分すなわち皿状部分
９８，９８ａを有している。第８図に示されるよ
うに、排気ガス入口９９および排気ガス出口１０
１は、板が導管を形成するように寄せられて両板
９２，９６を通して形成される。部分的に折り曲
げられた金属板１０２が室９５内に置かれて熱ガ
スの流れを分割しかつ包囲帯内の冷却流体への熱
伝達を強める。

皿状部分間の間隙は上部分１０３および下部分
１０４を有する流体の包囲帯を形成する。長い中
央のくぼみすなわちリブ１０５が板に形成されか
つ上包帯部分１０３を二つの室に分割するように
内側板９２と係合していて、外側板９６の流体取
入れ導管１０６はリブ１０５の一側部の室と連通
しかつ流体出口導管１０７が反対の室と連通して
いる。複数の開口１０８が導管１０６に近接して
皿状部分９４，９４ａおよび９８，９８ａの隔て
られた壁の間でフランジ９３に形成されかつ第２
組の開口が出口導管に隣接してフランジ９３に形
成されている。排気ガスおよび冷却水の流れは熱
交換器６１と実質的に同じ通路になる。

明らかに第１図から第３図、第４図から第６図
および第７図から第９図の実施例において水の接
続は、冷却流体の最も効果的な分配および循環を
行うために外側包囲帯内に位置決めされ得て内側
室内の折りたたまれた金属板は排気ガスから包囲
内の冷却流体への熱伝達を効果的に行うために熱
ガス流を小さな流れに分ける作用をする。冷却流
体の流れは、冷却流体ジヤケツトが一部に集中さ
れた高温区域を被つて、ガス流と同方向の流れで
も逆方向の流れでもよい。いくつかの実施例およ
び流れパターンが説明のために示されたが本発明
は図示のものに限定されるものではない。

熱交換器のために選ばれた材料は腐食性排気ガ
スの環境から腐食に対して高い抵抗を有し好まし
い材料はタイプ３０４ステンレススチールのよう
なステンレススチールである。

以上の説明から明らかなように本発明による熱
交換器は、極めてコンパクトで、構造が簡単であ
り、流れ抵抗或は圧力降下が小さくて熱効率が良
く、しかも安価に製造できるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱交換器の第１の実施例の斜
視図、第２図は第１図の線５−５に沿つて切断し
た断面図、第３図は第１図の線６−６に沿つて切
つた部分断面図、第４図は熱交換器の第２の実施
例の上平面図、第５図は第４図の線８−８に沿つ
て切つた断面図、第６図は第４図の線９―９に沿
つて切つた部分断面図、第７図は熱交換器の第３
の実施例の上平面図、第８図は第７図の線１１―
１１に沿つて切つた断面図、第９図は第７図の線
１２―１２に沿つて切つた部分断面図である。 ３２，３２ａ：金属板、３３，３３ａ：周辺フ
ランジ、３４，３４ａ：周辺フランジ、３６，３
６ａ：皿状部分、４３：室、４７，４７ａ：金属
板、４８，４８ａ：周辺フランジ、４９，４９
ａ：周辺フランジ、５２，５２ａ：皿状部分、５
７：包囲帯、６５，６５ａ：皿状部分、６６，６
６ａ：延長部、６８：入口、６９：出口、８０：
リブ、７４，７４ａ：皿状部分、７７，７８：包
囲、９４，９４ａ：皿状部分、９８，９８ａ：皿
状部分、９９：入口、１０１：出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二対の金属板でつくられたほぼ平担な熱交換
   器を備え、内側の対の金属板が室を形成しかつ周
   辺フランジによつて接合されて向い合わせて配置
   された皿状部分を有し、その室が第１の流体を受
   けるための入口および出口を有し、熱伝達面が前
   記室内に受けられた少なくとも一つの金属板で形
   成され、外側の対の金属板が向い合わせて配置さ
   れた皿状部分および前記内側の金属板のフランジ
   にほぼ完全に接合された周辺フランジを有し、前
   記外側皿状部分が室をほぼ囲みかつ中に第２の流
   体を受けるための入口および出口を有する流体包
   囲帯を前記内側皿状部分と協同して形成し、前記
   外側皿状部分の少なくとも一対の向い合わせて配
   置された側壁が前記内側皿状部分の側壁から隔て
   られ、内側の金属板の前記フランジが前記内側の
   側壁と外側の側壁との間で伸びて前記包囲帯を上
   部分と下部分に分割しかつ前記上包囲帯部分と下
   包囲帯部分との間を連通するための開口を有し、
   前記第２の流体の入口および出口が一方の外側皿
   状部分に配置され、中央のくぼみが皿状部分を横
   切りかつ上包囲帯部分を入口と出口との間でほぼ
   等しい半分に分割するように外側皿状部分に形成
   されている二流体熱交換器。 ２ 第２の流体の流れが入口および対応する上包
   囲帯部分の半分に入り、入口に隣接する内側フラ
   ンジ内の開口を通過し、熱交換器の反対側におけ
   る内側フランジの開口まで下包囲帯部分を通過
   し、反対側の上包囲帯部分の半分に入りかつ出口
   から出る特許請求の範囲第１項に記載の二流体熱
   交換器。 ３ 前記第１の流体の入口および出口が熱交換器
   の両端に隣接して内側および外側皿状部分の一対
   の整合された側壁に配置され、前記第１の流体の
   入口および出口を受けている熱交換器の側部の前
   記内側および外側フランジが入口および出口の回
   りで浮出し成形され、前記室が前記第１の流体の
   入口および出口と整合された入口部分および出口
   部分を有し、前記部分的に折り曲げられた金属シ
   ートが前記入口室部分と出口室部分との間で縦方
   向に伸びている特許請求の範囲第１項に記載の二
   流体熱交換器。 ４ 前記内側および外側フランジの前記浮出し部
   がそれぞれ前記内側皿状部分および外側皿状部分
   に合体している特許請求の範囲第３項に記載の二
   流体熱交換器。 ５ 前記内側皿状状部分は外側フランジを越えて
   突出している両側に配置された皿状延長部が設け
   られかつ前記第１の流体入口および出口は前記延
   長部に配置されている特許請求の範囲第１項に記
   載の二流体熱交換器。 ６ 前記内側皿状延長部が二つの平行な側部に配
   置され、二つの外側皿状部分が二つの平行な側部
   上で内側皿状部分を越えて伸びている特許請求の
   範囲第５項に記載の二流体熱交換器。 ７ 前記中央の室内の前記第１の流体の流れが前
   記外側包囲帯の前記第２の流体の流れをほぼ横切
   る特許請求の範囲第６項に記載の二流体熱交換
   器。 ８ 前記外側皿状部分に形成されかつ前記流体の
   包囲帯部分内に伸びている複数の流れをそらせリ
   ブを備えている特許請求の範囲第７項に記載の二
   流体熱交換器。 ９ 前記第２の流体の入口および出口が中央のく
   ぼみに隣接して一方の外側皿状部分の中央に配置
   され、前記第１の流体の入口および出口が一方の
   外側皿状部分の中央に配置されかつ中央のくぼみ
   の両側で前記内側の皿状部分を通して伸び、前記
   第１の流体の入口および出口が互いにひだ付けさ
   れている前記隣接する内側皿状部分と外側皿状部
   分のフレア部分により限定されている特許請求の
   範囲第１項に記載の二流体熱交換器。 １０ 前記熱交換面が前記室内にありかつ一対の
   向い合わさつた端部の近くで終つている部分的に
   折りたたまれた金属板を有する特許請求の範囲第
   １項に記載の二流体熱交換器。