JP2007298228A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温ガス流通路を包囲して形成された冷却水路と冷却水路内の高温ガスの副流路とにより冷却水と高温ガスとの間での熱交換を行う熱交換装置において比較的簡単な構成で高い熱交換効率を可能とする。
【解決手段】排気副流路２０ｃは内外の両側にて冷却水との間で熱交換が行われるように冷却水路２０ｄ，２０ｅ内に形成され、間隙が周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返す。更に広間隙部分の排気副流路２０ｃの横断面形状は軸Ｚａに対して左右対称ではない。このため排気は広間隙部分にて十分な流路面積を確保できるとともに冷却水からの吸熱を受け易い。しかも上記左右対称でないことにより排気や冷却水の流れを或程度攪乱して、各流れの中央領域と筒状仕切り部材に接触する部分との間で各流体が入れ替わりやすくなり、より効果的に熱交換が行われる。こうして課題が解決される。
【選択図】図９

Description

本発明は、熱交換装置に関し、特に高温ガス流通路を包囲して形成された冷却水路と、この冷却水路内に形成された高温ガスの副流路とにより冷却水と高温ガスとの間での熱交換を行う熱交換装置に関する。

熱交換装置、例えば自動車などの内燃機関の排気の熱回収や排気の冷却による排気騒音低減などの目的で、排気管を包囲して取り付けられる排気冷却装置が知られている（例えば特許文献１，２参照）。特許文献１では冷却水と排気との間で効率的に熱交換を行わせるために、冷却水通路中に配置された複数のパイプ内に排気を導いている。特許文献２では、パイプを用いずに外側から第２排気通路をウォータジャケットで覆うことにより熱交換を行っている。
特開２００４−２９３３９５号公報（第４−５頁、図１） 実開昭６３−１９８４１１号公報（第５−７頁、図１）

しかし特許文献１の構成では多数のパイプを冷却水通路中に配置する構成であるため、製造工程が複雑となり製造コストが高くなる。
これに対して特許文献２の構成ではパイプを用いていないが、単に第２排気通路外周側に冷却水を流して、第２排気通路内の排気と冷却水との間で熱交換をしている。この構造にて熱交換効率の低下を防止するために、ウォータジャケットと第２排気通路との隔壁部分（特許文献２では「外側通路部材」）には、第２排気通路側に軸方向のストレート状のフィンと、ウォータジャケット側には冷却水を撹拌するヘリカル状のフィンが形成されている。このように特許文献２でも隔壁部分の構成は複雑化されており隔壁部分の製造コストは高くなる。しかも第２排気通路内の排気に対して外側のみから熱交換するため、特許文献１に比較して熱交換効率は低くならざるを得ない。

本発明は、高温ガス流通路を包囲して形成された冷却水路と、この冷却水路内に形成された高温ガスの副流路とにより冷却水と高温ガスとの間での熱交換を行う熱交換装置において、比較的簡単な構成で高い熱交換効率が可能となる熱交換装置の提供を目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の熱交換装置は、高温ガス流通路を包囲して形成された冷却水路と、前記高温ガス流通路を包囲して前記冷却水路内に配置された２つの筒状仕切り部材とを備えることで、前記２つの筒状仕切り部材の間隙を、前記高温ガス流通路に対する副流路とし、該副流路に前記高温ガス流通路から分流させた高温ガスを通過させることで、前記冷却水と前記副流路を流れる前記高温ガスとの間での熱交換を行う熱交換装置であって、前記２つの筒状仕切り部材の間隙は周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返すとともに、隣接する２つの狭間隙の間の副流路の横断面形状が、前記筒状仕切り部材の径方向を縦軸として左右対称でないことを特徴とする。

高温ガスの副流路は、パイプを多数配列するのではなく、２つの筒状仕切り部材を配置することにより、その間隙を高温ガスの副流路としているので、容易に副流路を冷却水路内に形成できる。筒状仕切り部材の形状自体も、間隙が周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返すように形成されたものであるので、筒状仕切り部材自体も容易に製造できる。

更に高温ガスの副流路は冷却水路内に形成されることになるので、副流路内の高温ガスは内側と外側との両側にて冷却水との間で熱交換が行われる。
この熱交換においては、前記間隙が周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返していることにより、高温ガスは狭間隙と狭間隙との間の部分にて十分な流路面積を確保できる。しかもこの狭間隙と狭間隙との間での副流路の横断面形状が、筒状仕切り部材の径方向を縦軸として左右対称でないので、副流路における狭間隙と狭間隙との間の中央領域が２つの筒状仕切り部材から大きく離れにくくなる。このことにより副流路に流れる高温ガス全体が、各筒状仕切り部材の内側あるいは外側に存在する冷却水からの吸熱を受け易くなる。しかも左右対称でないことから前記間隙を流れる高温ガスや、２つの筒状仕切り部材の内側あるいは外側を流れる冷却水の流れを或程度攪乱して、各流れの中央領域と筒状仕切り部材に接触する部分との間で各流体が入れ替わりやすくなり、より効果的に熱交換が行われる。したがって筒状仕切り部材にフィンなども設ける必要もない。

このように本発明の熱交換装置は、比較的簡単な構成で高い熱交換効率が可能となる。
請求項２に記載の熱交換装置では、請求項１において、前記２つの筒状仕切り部材の各々にて、前記副流路に対して高凸部と低凸部とが周方向に交互に配列され、一方の筒状仕切り部材の高凸部に対して他方の筒状仕切り部材の低凸部が対向していることを特徴とする。

このように２つの筒状仕切り部材は副流路に対する高凸部と低凸部とを周方向に交互に形成し、２つの筒状仕切り部材間にて高凸部と低凸部とが対向するように配置することにより、容易に、２つの筒状仕切り部材の間隙にて、周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返すことができる。そして更に、隣接する２つの狭間隙の間の副流路の横断面形状が、筒状仕切り部材の径方向を縦軸として左右対称でない状態を容易に実現することができる。したがって本発明の熱交換装置は、容易に製造でき、製造コストを効果的に低減できる。

請求項３に記載の熱交換装置では、請求項１において、前記２つの筒状仕切り部材は周方向に波形状を形成することにより前記間隙が周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返すとともに、前記副流路に対する前記２つの筒状仕切り部材の間での波形の位相差は、該波形の１周期を３６０°として、０°及び１８０°以外の位相差であることを特徴とする。

このように２つの筒状仕切り部材に周方向に波形状を形成して上記位相差を設けることで、２つの筒状仕切り部材の間隙にて周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返すとともに、隣接する２つの狭間隙の間の副流路の横断面形状が筒状仕切り部材の径方向を縦軸として左右対称でない状態を容易に実現することができる。したがって本発明の熱交換装置は容易に製造でき製造コストを効果的に低減できる。

請求項４に記載の熱交換装置では、請求項３において、前記２つの筒状仕切り部材の間での波形の位相差は、３０°〜１５０°又は２１０°〜３３０°に含まれることを特徴とする。

特に、前記位相差は、３０°〜１５０°又は２１０°〜３３０°に含まれるようにすれば、高い熱交換効率と共に高温ガスの流路断面積も十分に確保することができる。
請求項５に記載の熱交換装置では、請求項１〜４のいずれかにおいて、内側の前記筒状仕切り部材は冷却水路の内周面を形成している筒状内周部材との間で軸方向の２カ所で全周に渡って接合されることで内側の前記筒状仕切り部材よりも内側の冷却水路を水密状態に維持し、外側の前記筒状仕切り部材は冷却水路の外周面を形成している筒状外周部材との間で軸方向の２カ所で全周に渡って接合されることで外側の前記筒状仕切り部材よりも外側の冷却水路を水密状態に維持していることを特徴とする。

筒状仕切り部材はこのように簡単な構成で、冷却水路中に副流路を配置しても水密状態を維持できる。したがって本発明の熱交換装置は、製造を容易として、製造コストを効果的に低減できる。

請求項６に記載の熱交換装置では、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記２つの筒状仕切り部材は、対抗する面の一部において相互に結合された接合部を形成することにより一体化されていることを特徴とする。

このような結合部により、筒状仕切り部材同士を直接的に結合すれば、簡便な構成で熱交換装置としての剛性が高まり耐久性が向上する。
請求項７に記載の熱交換装置では、請求項６において、前記接合部において接合領域に全周を包囲されている貫通孔が形成されて、該貫通孔により、内側の前記筒状仕切り部材よりも内側の冷却水路と外側の前記筒状仕切り部材よりも外側の冷却水路との間での冷却水の流動を可能とすることを特徴とする。

このことで、２つの筒状仕切り部材により内側と外側とに分かれた冷却水路に対して外側あるいは内側の冷却水路に対してのみ冷却水の導入口を設けることにより、内側と外側との両方の冷却水路に対して冷却水を供給することが可能となる。したがって本発明の熱交換装置は簡便な構成で高い熱交換効率が可能となる。

請求項８に記載の熱交換装置では、請求項１〜７のいずれかにおいて、内燃機関の排気管を前記高温ガス流通路とし、内燃機関冷却水を前記冷却水路に導入することにより前記高温ガスである内燃機関の排気と前記冷却水との間での熱交換することを特徴とする。

このように内燃機関の排気の熱交換に利用することができ、比較的簡単な構成で高い熱交換効率が可能となる。

［実施の形態１］
図１は上述した発明が適用された車両用内燃機関の排気冷却装置２の縦断面図である。内燃機関から排出された排気は排気管４（高温ガス流通路に相当）内を矢印のごとく図示左側から右側に流れる。図示した部分において排気管４の上流側には、２つの分岐口４ａが対向して開口している。分岐口４ａに近接して下流側には開閉バルブ４ｂが設けられ、外部に取り付けられたアクチュエータ４ｃにより開閉駆動が可能となっている。

開閉バルブ４ｂが設けられた部分よりも下流側において、排気管４の外周を包囲するように熱交換装置６が配置されている。この熱交換装置６の上流側には分岐口４ａから排気管４の外に流れ出す排気を熱交換装置６へ誘導する誘導カバー８が配置されている。熱交換装置６の下流側には熱交換装置６にて熱交換処理された排気と、排気管４の出口からの排気とを合一させて下流に誘導する下流合一管１０が配置されている。

前記図１にては開閉バルブ４ｂは開状態であるので、ほとんどの排気は排気管４内を通過して下流合一管１０に排出される。したがって熱交換装置６内には排気はほとんど供給されない。開閉バルブ４ｂを閉状態にすると排気は排気管４をそのまま直進できなくなるので図２に示すごとく分岐口４ａから排気管４の外に出て、誘導カバー８により熱交換装置６へ誘導される。その後、熱交換装置６内にて熱交換された排気は下流合一管１０に出る。

図３の斜視図(Ａ)(Ｂ)に、排気管４を包囲した状態での熱交換装置６を示す。(Ｂ)は(Ａ)を垂直軸にて１８０度回転した方向からの状態を示している。排気管４の外周部には冷却水の導入管１２と排出管１４とが設けられて、熱交換装置６内部の冷却水通路に冷却水を供給している。

図３の熱交換装置６は、図４の分解斜視図に示すごとく、小径円筒状の内管１６と大径円筒状の外管１８との間に排気の副流路部材２０を配置した構成である。この熱交換装置６の中心空間に排気管４を配置することにより図１〜３に示した状態となる。尚、排気管４と内管１６との間は金属メッシュ２２が配置されて直接接触しないようにされ、熱歪みが吸収されると共に、熱交換が不要な場合に排気管４を流れる排気が内管１６側と熱交換しないようにされている。

副流路部材２０は、内側と外側とに重ねた２つの筒状仕切り部材２４，２６から構成されている。内側筒状仕切り部材２４の構成を図５に示す。図５の(Ａ)は平面図、(Ｂ)は正面図、(Ｃ)は斜視図、(Ｄ)は右側面図である。内側筒状仕切り部材２４は、周方向に波形状が形成された中央部２４ａと、この中央部２４ａの両端にテーパー状に形成された２つの端部２４ｂとが一体に形成されている。中央部２４ａでは全てが波形状ではなく、波形状が形成された熱交換部２４ｃと、この熱交換部２４ｃの間にて周方向の３カ所に配置された円筒面状部分を有する接合部２４ｄとが存在する。この接合部２４ｄの内で、最も幅広の接合部２４ｄには両端近くにそれぞれ開放口２４ｅが形成されて内側筒状仕切り部材２４の内部と外部とを連通している。内側筒状仕切り部材２４の端部２４ｂは、先端に行くほど小径となるテーパー部２４ｆと、最先端にあるリング状接合部２４ｇとから構成されている。

外側筒状仕切り部材２６の構成を図６に示す。図６の(Ａ)は平面図、(Ｂ)は正面図、(Ｃ)は斜視図、(Ｄ)は右側面図である。外側筒状仕切り部材２６は、周方向に波形状が形成された中央部２６ａと、この中央部２６ａの両端にテーパー状に形成された２つの端部２６ｂとが一体に形成されている。中央部２６ａでは全てが波形状ではなく、波形状が形成された熱交換部２６ｃと、この熱交換部２６ｃの間にて周方向の３カ所に配置された円筒面状部分を有する接合部２６ｄとが存在する。この接合部２６ｄの内で、最も幅広の接合部２６ｄには両端近くにそれぞれ開放口２６ｅが形成されて外側筒状仕切り部材２６の内部と外部とを連通している。外側筒状仕切り部材２６の端部２６ｂは、先端に行くほど大径となるテーパー部２６ｆと、最先端にあるリング状接合部２６ｇとから構成されている。

上述した内側筒状仕切り部材２４の接合部２４ｄの外周面は、内側筒状仕切り部材２４において最も大径の部分である。上述した外側筒状仕切り部材２６の接合部２６ｄの内周面は外側筒状仕切り部材２６において最も小径の部分である。そして内側筒状仕切り部材２４の接合部２４ｄの外周面と外側筒状仕切り部材２６の接合部２６ｄの内周面とは、外側筒状仕切り部材２６内に内側筒状仕切り部材２４を配置すると接合部２４ｄ，２６ｄ同士が接触できるようにほぼ同一の径に形成されている。

したがって外側筒状仕切り部材２６内に内側筒状仕切り部材２４を配置し、開放口２４ｅ，２６ｅ同士を一致させ、接合部２４ｄ，２６ｄ同士を開放口２４ｅ，２６ｅの全周も含めて溶接などで接合することで図７のごとく副流路部材２０として一体化できる。図７の(Ａ)は斜視図、(Ｂ)は左側面図である。尚、各開放口２４ｅ，２６ｅが合わせられることにより、２つの冷却水連通流路２０ａ，２０ｂが形成される。

図５，６の例では、開放口２４ｅ，２６ｅが先に各筒状仕切り部材２４，２６に形成されていたが、内側筒状仕切り部材２４と外側筒状仕切り部材２６との接合部２４ｄ，２６ｄ同士を接合した後に、この接合領域内に貫通孔を開口加工して２つの冷却水連通流路２０ａ，２０ｂを形成しても良い。

この副流路部材２０に対して、図４に示したごとく中心部分に内管１６を配置して、内側筒状仕切り部材２４のリング状接合部２４ｇの位置にて内管１６と全周で接合し、更に外管１８内に配置して、外側筒状仕切り部材２６のリング状接合部２６ｇの位置にて外管１８と全周で接合する。そして外管１８に形成された導入口１８ａに冷却水の導入管１２を所定位置まで挿入して接続し、排出口１８ｂに排出管１４を所定位置まで挿入して接続することで熱交換装置６を構成することができる。尚、排出管１４には小径の貫通孔１４ａが形成されている。この小径の貫通孔１４ａは図１，２に示したごとく外側冷却水路２０ｅに開口することにより外側冷却水路２０ｅ内の空気抜きの役割を果たしている。

この熱交換装置６の内管１６の中心には金属メッシュ２２を介して排気管４を配置し、前後から誘導カバー８及び下流合一管１０にて挟持するように配置し、誘導カバー８を排気管４に接合する。このことにより熱交換装置６を排気管４に対して一体化する。

そして排気管４内部に開閉バルブ４ｂを配置して、誘導カバー８の外周部にアクチュエータ４ｃを取り付けて開閉バルブ４ｂを開閉駆動可能とすることにより、前記図１，２に示した構成となる。

図１におけるＡ−Ａ断面を図８の(Ａ)に、Ｂ−Ｂ断面を図８の(Ｂ)に、Ｃ−Ｃ断面を図８の(Ｃ)に示す。内側筒状仕切り部材２４と外側筒状仕切り部材２６との間は、図示するごとく、接合部２４ｄ，２６ｄを除いて離れた状態にあり排気副流路２０ｃを形成している。分岐口４ａから排気が誘導カバー８側へ導入された場合には、内側筒状仕切り部材２４の端部２４ｂと外側筒状仕切り部材２６の端部２６ｂとの間から排気が排気副流路２０ｃ内に導入される。

内側筒状仕切り部材２４と内管１６との間は、軸方向の中央部分においては離れた状態にあり、内側冷却水路２０ｄを形成している。この内側冷却水路２０ｄは軸方向両端のリング状接合部２４ｇの部分で接合されて閉塞されていることで、冷却水連通流路２０ａ，２０ｂを除いて水密状態にある。

外側筒状仕切り部材２６と外管１８との間は、軸方向の中央部分においては離れた状態にあり、外側冷却水路２０ｅを形成している。この外側冷却水路２０ｅは軸方向両端のリング状接合部２６ｇの部分で接合されて閉塞されていることで、導入口１８ａ、排出口１８ｂ及び冷却水連通流路２０ａ，２０ｂを除いて水密状態にある。

図８の(Ａ)に示すごとく冷却水の導入管１２の先端は外管１８内に開口している。すなわち外側冷却水路２０ｅに開口している。一方、排出管１４の先端は副流路部材２０の冷却水連通流路２０ａまで到達し、この冷却水連通流路２０ａ全体を塞ぐようにして内側冷却水路２０ｄに対して開口している。

このような構成により導入管１２から外側冷却水路２０ｅに導入された冷却水は、外側冷却水路２０ｅを満たして流れた後、冷却水連通流路２０ｂから内側冷却水路２０ｄに流れ込む。更に内側冷却水路２０ｄを満たして流れた後、冷却水連通流路２０ａにおいて排出管１４に流れ出す。このように外側冷却水路２０ｅと内側冷却水路２０ｄとを流れる期間に、排気副流路２０ｃ内に導入されている排気との間で熱交換が行われる。

ここで周方向に波形状を有する２つの熱交換部２４ｃ，２６ｃの関係を図９に示す。熱交換部２４ｃ，２６ｃは波形状とされていることにより、熱交換部２４ｃ，２６ｃの間隙として存在する排気副流路２０ｃは周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返している。

各熱交換部２４ｃ，２６ｃにおいて、排気副流路２０ｃに対して外向きのピークを凹部とし内向きのピークを凸部とすると、内側筒状仕切り部材２４の熱交換部２４ｃにおける各凹部Ｍｂは中心軸からほぼ同一の距離に存在する。更に外側筒状仕切り部材２６の熱交換部２６ｃにおける各凹部Ｎｂについても中心軸からほぼ同一の距離に存在する。

しかし、内側筒状仕切り部材２４の熱交換部２４ｃにおける凸部Ｍａ１，Ｍａ２は中心軸からの距離が異なり、中心軸からの距離の大きい高凸部Ｍａ１と小さい低凸部Ｍａ２とが交互に形成されている。外側筒状仕切り部材２６の熱交換部２６ｃにおける凸部Ｎａ１，Ｎａ２についても中心軸からの距離が異なり、距離の小さい高凸部Ｎａ１と大きい低凸部Ｎａ２とが交互に形成されている。

そしてこれらの筒状仕切り部材２４，２６間においては、内側筒状仕切り部材２４側の高凸部Ｍａ１と外側筒状仕切り部材２６側の低凸部Ｎａ２とが中心軸周りにて同一位相位置で対向するように配置されている。更に内側筒状仕切り部材２４側の低凸部Ｍａ２と外側筒状仕切り部材２６側の高凸部Ｎａ１とが中心軸周りにて同一位相位置で対向するように配置されている。この関係にて排気副流路２０ｃは周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返している。

そしてこのような波形状の関係により、隣接する２つの狭間隙Ｘａ，Ｙａ間における排気副流路２０ｃの横断面形状は、筒状仕切り部材２４，２６の径方向を縦軸として、この軸Ｚａに対して左右対称でない形状とされている。狭間隙Ｘａはここでは高凸部Ｍａ１と低凸部Ｎａ２とにより形成されている間隙であり、狭間隙Ｙａはここでは低凸部Ｍａ２と高凸部Ｎａ１とにより形成されている間隙である。

車両用内燃機関の排気冷却装置２は上述のごとく構成されていることにより、内燃機関の運転状態によって排気からの熱回収や、排気の冷却による排気騒音低減などの必要性が生じた場合には、車両に備えられた電子制御装置によりアクチュエータ４ｃが駆動されることにより、開閉バルブ４ｂが閉じられる。このことにより図１に示した状態から、図２に示した状態に切り替わり、内燃機関の排気は排気管４を直進せずに、分岐口４ａから誘導カバー８側へ流れ出し、熱交換装置６の上流から排気副流路２０ｃ内へ流れ込む。この時、内燃機関により駆動されている冷却水ポンプから直接、あるいは間接に供給される冷却水が、前述したごとく導入管１２、外側冷却水路２０ｅ、冷却水連通流路２０ｂ、内側冷却水路２０ｄ、冷却水連通流路２０ａ及び排出管１４の順序で流れる。このことにより筒状仕切り部材２４，２６の熱交換部２４ｃ，２６ｃを介して排気と冷却水との間で熱交換される。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．本実施の形態の熱交換装置６に用いられている副流路部材２０は、パイプを多数配列するのではなく、２つの筒状仕切り部材２４，２６を配置することにより、その間隙を高温ガス（ここでは内燃機関の排気）が通過する排気副流路２０ｃとしている。特に筒状内周部材としての内管１６とは、内側筒状仕切り部材２４が両端の端部２４ｂにて全周に渡って接合されることで内側冷却水路２０ｄを水密状態に維持している。更に筒状外周部材としての外管１８とは外側筒状仕切り部材２６が両端の端部２６ｂにて全周に渡って接合されることで外側冷却水路２０ｅを水密状態に維持している。したがって簡単な構成にて排気副流路２０ｃを冷却水路２０ｄ，２０ｅ内に容易に形成できる。しかも形状的には、間隙が周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返すようにされたものであるので、筒状仕切り部材２４，２６自体も容易に製造できる。

更に排気副流路２０ｃは内側と外側との両側にて冷却水との間で熱交換が行われるように冷却水路２０ｄ，２０ｅ内に形成され、上述したごとく間隙が周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返す形状であることにより、排気は広間隙部分を含む狭間隙と狭間隙との間の広間隙部分にて十分な流路面積を確保できる。

しかもこの広間隙部分の排気副流路２０ｃの横断面形状が前述したごとく軸Ｚａに対して左右対称ではないので、排気副流路２０ｃにおける各広間隙部分の中央領域が２つの筒状仕切り部材２４，２６から大きく離れにくくなる。このことにより各筒状仕切り部材２４，２６の内側あるいは外側に存在する冷却水からの吸熱を受け易い。しかも左右対称でないことから２つの筒状仕切り部材２４，２６の間を流れる排気や、２つの筒状仕切り部材２４，２６の内側又は外側を流れる冷却水の流れを或程度攪乱して、各流れの中央領域と筒状仕切り部材２４，２６に接触する部分との間で各流体が入れ替わりやすくなり、より効果的に熱交換が行われる。したがって筒状仕切り部材２４，２６にフィンなども設ける必要もない。

このように副流路部材２０を用いた熱交換装置６は、比較的簡単な構成で高い熱交換効率が可能となる。
実際に広間隙部分の排気副流路２０ｃの横断面形状を、波形状の高さを同一として軸Ｚａに対して左右対称にした比較例と、上述した本実施の形態とについて、内燃機関の冷却水による排気からの回収熱量を測定した。この測定結果では、冷却水の流量や排気の圧力損失などは両者は同一であったが、比較例の回収熱量を１とすると、本実施の形態では回収熱量は１．１であり、１割の上昇を示した。

（ロ）．筒状仕切り部材２４，２６との間は全周が分離されているのではなく接合部２４ｄ，２６ｄにて接合されて一体化されている。このように筒状仕切り部材２４，２６同士が直接的に結合されていることから副流路部材２０の剛性が高まり、副流路部材２０を組み込んでいる熱交換装置６の剛性も高まる。このことにより簡便な構成でも熱交換装置６の耐久性が向上する。

（ハ）．１つの接合部２４ｄ，２６ｄの接合領域においてこの接合領域にて全周が包囲されている状態で、貫通孔としての冷却水連通流路２０ａ，２０ｂが形成され、冷却水路２０ｄ，２０ｅ間での冷却水の流動を可能としている。このことにより内側冷却水路２０ｄと外側冷却水路２０ｅとで別個に導入口を設けなくても、外側冷却水路２０ｅ側へ導入管１２にて冷却水を導入し、内側冷却水路２０ｄから排出管１４にて冷却水を排出することで、両方の冷却水路２０ｄ，２０ｅに冷却水を供給することが可能となる。したがって簡便な構成で高い熱交換効率が可能となる。

［実施の形態２］
本実施の形態では、図１０の部分断面図に示すごとく、内側筒状仕切り部材の熱交換部１２４ｃと外側筒状仕切り部材の熱交換部１２６ｃとが異なり、他の構成は前記実施の形態１と同じである。

両方の熱交換部１２４ｃ，１２６ｃは、排気副流路１２０ｃについて周方向にて広間隙と狭間隙とを繰り返させている波形状の凸部Ｍｃ，Ｎｃの高さは、それぞれ１種類である。したがって凹部Ｍｄ，Ｎｄと共に同一形状の波を繰り返している。ただし熱交換部１２４ｃ，１２６ｃ間では、波形状は同一位相位置（凸部Ｍｃ，Ｎｃ同士、凹部Ｍｄ，Ｎｄ同士の位相位置が一致している状態）に存在せず、１／４波長（波形の１周期を３６０°として９０°）分ずれている。

このことにより隣接する２つの狭間隙、ここでは凸部Ｍｃと凸部Ｎｃとにより形成されている狭間隙Ｘｂと同じく隣接する狭間隙Ｙｂとの間の排気副流路１２０ｃの横断面形状は、筒状仕切り部材の径方向を縦軸として、この軸Ｚｂに対して左右対称でない形状とされている。

以上説明した本実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．本実施の形態では各熱交換部１２４ｃ，１２６ｃでは振幅が同一の波形状で形成されており、より簡便な構成にて前記実施の形態１の効果を生じさせることができる。

尚、熱交換部１２４ｃ，１２６ｃ間での波形の位相差としては、０°及び１８０°以外の位相差であることが必要であるが、特に３０°〜１５０°又は２１０°〜３３０°に含まれる位相差であれば高い熱交換効率と共に排気の流路断面積も十分に確保することができる。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記各実施の形態において、図９，１０に示したごとく熱交換部２４ｃ，２６ｃ，１２４ｃ，１２６ｃは横断面がサインカーブ又はサインカーブに類似した形状であった。これ以外の凹凸形状による波形状により筒状仕切り部材の間隙を周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返すようにするとともに、隣接する２つの狭間隙の間の副流路の横断面形状を、筒状仕切り部材の径方向を縦軸として左右対称でないようにしても良い。

例えば、図１１に示すごとく熱交換部２２４ｃ，２２６ｃの凸部２２５ｂ，２２７ｂが角状で、凹部２２５ａ，２２７ａが半円形の断面を有する波形状としても良い。図１２の(Ａ)、(Ｂ)に示すごとく台形状の断面を有する波形状の熱交換部３２４ｃ，３２６ｃ，４２４ｃ，４２６ｃとしても良い。図１３の(Ａ)、(Ｂ)に示すごとく三角形状の断面を有する波形状の熱交換部５２４ｃ，５２６ｃ，６２４ｃ，６２６ｃとしても良い。いずれも隣接する狭間隙の間における副流路２２０ｃ，３２０ｃ，４２０ｃ，５２０ｃ，６２０ｃの横断面形状は、筒状仕切り部材の径方向を縦軸として、この軸Ｚに対して左右対称でない形状とされている。

実施の形態１における排気冷却装置の縦断面図。 上記排気冷却装置の熱交換装置に排気を供給している状態を示す縦断面図。 排気管の周囲に配置した状態で示す上記熱交換装置の斜視図。 上記排気冷却装置の分解斜視図。 上記熱交換装置の内側筒状仕切り部材の構成説明図。 上記熱交換装置の外側筒状仕切り部材の構成説明図。 副流路部材の構成説明図。 上記排気冷却装置の横断面図。 熱交換部の波形状の関係説明図。 実施の形態２の熱交換部の波形状の関係説明図。 熱交換部の波形状の他の例を示す関係説明図。 熱交換部の波形状の他の例を示す関係説明図。 熱交換部の波形状の他の例を示す関係説明図。

符号の説明

２…車両用内燃機関の排気冷却装置、４…排気管、４ａ…分岐口、４ｂ…開閉バルブ、４ｃ…アクチュエータ、６…熱交換装置、８…誘導カバー、１０…下流合一管、１２…導入管、１４…排出管、１４ａ…貫通孔、１６…内管、１８…外管、１８ａ…導入口、１８ｂ…排出口、２０…副流路部材、２０ａ，２０ｂ…冷却水連通流路、２０ｃ…排気副流路、２０ｄ…内側冷却水路、２０ｅ…外側冷却水路、２２…金属メッシュ、２４…内側筒状仕切り部材、２４ａ…中央部、２４ｂ…端部、２４ｃ…熱交換部、２４ｄ…接合部、２４ｅ…開放口、２４ｆ…テーパー部、２４ｇ…リング状接合部、２６…外側筒状仕切り部材、２６ａ…中央部、２６ｂ…端部、２６ｃ…熱交換部、２６ｄ…接合部、２６ｅ…開放口、２６ｆ…テーパー部、２６ｇ…リング状接合部、１２０ｃ…排気副流路、１２４ｃ，１２６ｃ，２２４ｃ，２２６ｃ…熱交換部、２２５ａ，２２７ａ…凹部、２２５ｂ，２２７ｂ…凸部、２２０ｃ，３２０ｃ，４２０ｃ，５２０ｃ，６２０ｃ…副流路、３２４ｃ，３２６ｃ，４２４ｃ，４２６ｃ，５２４ｃ，５２６ｃ，６２４ｃ，６２６ｃ…熱交換部、Ｍａ１…高凸部、Ｍａ２…低凸部、Ｍｂ…凹部、Ｍｃ…凸部、Ｍｄ…凹部、Ｎａ１…高凸部、Ｎａ２…低凸部、Ｎｂ…凹部、Ｎｃ…凸部、Ｎｄ…凹部、Ｘａ，Ｘｂ，Ｙａ，Ｙｂ…狭間隙、Ｚ，Ｚａ，Ｚｂ…軸。

Claims (8)

1. 高温ガス流通路を包囲して形成された冷却水路と、前記高温ガス流通路を包囲して前記冷却水路内に配置された２つの筒状仕切り部材とを備えることで、前記２つの筒状仕切り部材の間隙を、前記高温ガス流通路に対する副流路とし、該副流路に前記高温ガス流通路から分流させた高温ガスを通過させることで、前記冷却水と前記副流路を流れる前記高温ガスとの間での熱交換を行う熱交換装置であって、
   前記２つの筒状仕切り部材の間隙は周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返すとともに、隣接する２つの狭間隙の間の副流路の横断面形状が、前記筒状仕切り部材の径方向を縦軸として左右対称でないことを特徴とする熱交換装置。
2. 請求項１において、前記２つの筒状仕切り部材の各々にて、前記副流路に対して高凸部と低凸部とが周方向に交互に配列され、一方の筒状仕切り部材の高凸部に対して他方の筒状仕切り部材の低凸部が対向していることを特徴とする熱交換装置。
3. 請求項１において、前記２つの筒状仕切り部材は周方向に波形状を形成することにより前記間隙が周方向に広間隙と狭間隙とを繰り返すとともに、前記副流路に対する前記２つの筒状仕切り部材の間での波形の位相差は、該波形の１周期を３６０°として、０°及び１８０°以外の位相差であることを特徴とする熱交換装置。
4. 請求項３において、前記２つの筒状仕切り部材の間での波形の位相差は、３０°〜１５０°又は２１０°〜３３０°に含まれることを特徴とする熱交換装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、内側の前記筒状仕切り部材は冷却水路の内周面を形成している筒状内周部材との間で軸方向の２カ所で全周に渡って接合されることで内側の前記筒状仕切り部材よりも内側の冷却水路を水密状態に維持し、外側の前記筒状仕切り部材は冷却水路の外周面を形成している筒状外周部材との間で軸方向の２カ所で全周に渡って接合されることで外側の前記筒状仕切り部材よりも外側の冷却水路を水密状態に維持していることを特徴とする熱交換装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、前記２つの筒状仕切り部材は、対抗する面の一部において相互に結合された接合部を形成することにより一体化されていることを特徴とする熱交換装置。
7. 請求項６において、前記接合部において接合領域に全周を包囲されている貫通孔が形成されて、該貫通孔により、内側の前記筒状仕切り部材よりも内側の冷却水路と外側の前記筒状仕切り部材よりも外側の冷却水路との間での冷却水の流動を可能とすることを特徴とする熱交換装置。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、内燃機関の排気管を前記高温ガス流通路とし、内燃機関冷却水を前記冷却水路に導入することにより前記高温ガスである内燃機関の排気と前記冷却水との間での熱交換することを特徴とする熱交換装置。

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