JP2001164931A

JP2001164931A - 触媒一体型排気熱交換器

Info

Publication number: JP2001164931A
Application number: JP34714899A
Authority: JP
Inventors: Jun Ono; 小野　　純; Hisao Hagiwara; 久雄萩原; Hidetaka Shinnaga; 秀孝新長
Original assignee: Toyo Radiator Co Ltd
Current assignee: Toyo Radiator Co Ltd
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2001-06-19
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: JP4372293B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】触媒一体型排気熱交換器において、構造のコ
ンパクト化と簡単化、消音効果の向上、熱交換性能の向
上等を図る。【解決手段】触媒中を流れて浄化された高温排ガスが
水と熱交換をして、その排熱が回収されるようにされた
触媒一体型排気熱交換器１が、内筒３と内胴４と外胴７
とからなるシェルタイプ熱交換器部２と、ドーナツ状の
多板タイプ熱交換器部７とを備え、内筒３は、シェルタ
イプ熱交換器部２から突出して多板タイプ熱交換器部７
の内部空間にまで伸びて、その内部に触媒８が収容され
ている。多板タイプ熱交換器部７は、２枚の環状板30、
40からなる熱交換器素子20が複数個積層されて構成さ
れ、該熱交換器素子20は、２枚の環状板30、40の各内周
縁同志および各外周縁同志がそれぞれ接合されて、その
内部に一方の熱交換媒体が流れる空間が形成され、隣接
する２つの熱交換器素子20、20間に他方の熱交換媒体が
流れる空間が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、触媒一体型排
気熱交換器に関し、特に内燃機関の排気系に使用される
触媒を利用した排ガス浄化装置（触媒コンバーター）と
排ガス熱回収用熱交換器とを一体化して、排気系のコン
パクト化と、消音効果の向上、熱交換性能の向上等を図
った触媒一体型排気熱交換器に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、この種内燃機関における排気系は、
図２４に図示されるように構成されていた。すなわち、
図２４において、内燃機関01から排出された排ガスは、
先ず、排ガス浄化装置（触媒コンバーター）02に入り、
ここで、排ガス中の有害成分が浄化されて、外部に排出
される。

【０００３】次いで、浄化されて幾分温度の上昇した排
ガスは、熱交換器03に入り、ここで、内燃機関01の冷却
水と熱交換をして、その保有熱を冷却水に与え、自身は
低温の排ガスとなって、外部に放出される。

【０００４】熱交換器03に入る内燃機関01の冷却水は、
内燃機関01を出た後排熱回収用の熱交換器04において水
道水等の冷水と熱交換をして熱を放出して十分に温度を
下げられた冷却水であるので、浄化された幾分温度の上
昇した排ガスを効果的に冷却することができる。冷却水
は、ここでの熱交換により、やや温度が上昇するが、内
燃機関01に還流されて、内燃機関01の各部を支障なく冷
却する。

【０００５】熱交換器04において、内燃機関01を出た後
の冷却水と熱交換をして温度の上昇した水道水は、温水
となって、事業所用もしくは家庭用の給湯冷暖房等の各
種の用途に向けられ、直接温水として、もしくは温水熱
源として、使用される。

【０００６】従来の内燃機関01における排気系は、前記
のように構成されているので、排ガス浄化装置02は、排
ガス通路の上流側に配設され、該排ガス浄化装置02と熱
交換器03とは、別体に形成されていた。このため、排気
系の構成にスペースを要し、構造も複雑になっていた。

【０００７】そこで、本出願人は、従来のこの種内燃機
関01における排気系が有する前記のような問題点を解決
して、排気系をコンパクト化し、構造を簡単化して、製
作コストを低減するとともに、消音効果の向上と熱交換
性能の向上とを可能にする触媒一体型排気熱交換器を発
明して、先に特許出願を行なった（特願平１１−５７６
７０号参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本願の発明は、本出願
人による前記先の特許出願発明をさらに改良して、軽量
化と製作コストのさらなる低減、熱交換性能のさらなる
向上とを可能にする触媒一体型排気熱交換器を提供する
ことを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段および効果】本願の発明
は、前記のような課題を解決した触媒一体型排気熱交換
器に係り、その請求項１に記載された発明は、触媒中を
流れて浄化された高温排ガスが水と熱交換をして、その
排熱が回収されるようにされた触媒一体型排気熱交換器
が、内筒と内胴と外胴とからなるシェルタイプ熱交換器
部と、前記シェルタイプ熱交換器部の一端に一体に組み
付けられたドーナツ状の多板タイプ熱交換器部とを備
え、前記内筒は、前記シェルタイプ熱交換器部から突出
して前記多板タイプ熱交換器部の内部空間にまで伸び
て、その内部に前記触媒が収容されたことを特徴とする
触媒一体型排気熱交換器である。

【００１０】請求項１に記載された発明は、前記のよう
に構成されているので、排ガス浄化装置として機能する
内筒内部の触媒収容部と排熱回収用熱交換器として機能
する２つの熱交換器部とが一体化されて、触媒一体型排
気熱交換器をコンパクトに、かつ、構造簡単に構成する
ことができる。また、板状素材を用いる２つの熱交換器
部は、大量生産に適するので、触媒一体型排気熱交換器
の製作コストを大きく低減することができる。

【００１１】また、触媒収容部が熱交換器部に包囲され
ている上に、多板タイプ熱交換器部の採用により伝熱面
積が増大するので、排ガスの保有熱および排ガスと触媒
との反応熱が冷却水により十分に吸収されて、熱交換性
能が大きく向上する。

【００１２】また、排ガスが発する騒音は、排ガスが比
較的大容量のウォータージャケット構造のシェルタイプ
熱交換器部と多室構造の多板タイプ熱交換器部とを通る
過程において効果的に減衰されるので、消音効果が向上
する。

【００１３】さらに、請求項２記載のように請求項１記
載の発明を構成することにより、シェルタイプ熱交換器
部は、内筒の内部に収容された触媒中を流れて内筒と内
胴との間に流入した排ガスと、外胴と内胴との間に流入
した水とが、内胴を介して間接熱交換をするようにされ
るので、排ガスは、内筒と内胴との間の排ガス流路を取
り巻く水室内の冷却水により効果的に冷却されて、熱交
換性能がさらに向上する。

【００１４】また、請求項３記載のように請求項１また
は請求項２記載の発明を構成することにより、多板タイ
プ熱交換器部は、２枚の環状板からなる熱交換器素子が
複数個積層されて構成され、該熱交換器素子は、２枚の
環状板の各内周縁同志および各外周縁同志がそれぞれ接
合されて、その内部に一方の熱交換媒体が流れる空間が
形成され、隣接する２つの熱交換器素子間に他方の熱交
換媒体が流れる空間が形成されるので、多板タイプ熱交
換器部の構造がさらに簡単化されて、製作コストをさら
に低減することができる。

【００１５】また、請求項４記載のように請求項３記載
の発明を構成することにより、熱交換器素子を構成する
２枚の環状板の各々には、複数のディンプルが規則的に
形成されて、熱交換器素子の内部空間および隣接する２
つの熱交換器素子間の空間に、各熱交換媒体の乱流流路
が形成される。

【００１６】この結果、排ガスと冷却水との熱交換性能
がさらに大きく向上するとともに、ディンプルは、２枚
の環状板間の間隔保持部材として機能させることがで
き、また、隣接する２つの熱交換器素子間の間隔保持部
材として機能させることができるので、触媒一体型排気
熱交換器の強度が向上する。

【００１７】さらに、請求項５記載のように請求項１な
いし請求項４記載の発明を構成することにより、シェル
タイプ熱交換器部と多板タイプ熱交換器部とは、それら
の組付け部において各熱交換媒体が流体連通するように
される。

【００１８】この結果、シェルタイプ熱交換器部と多板
タイプ熱交換器部とは、最短流路で結ばれて、排ガスの
保有熱の散逸が防がれるとともに、触媒一体型排気熱交
換器をさらにコンパクトに構成することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし図２３に図示さ
れる本願の請求項１ないし請求項５に記載された発明の
一実施形態について説明する。図１は、本実施形態にお
ける触媒一体型排気熱交換器の縦断面図であって、図２
のＩ−Ｉ線矢視縦断面図であるが、多板タイプ熱交換器
部のみ外観視して示す図、図２は、図１の平面図、図３
は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した多板タイプ熱交
換器部の部分縦断面図、図４は、図３の多板タイプ熱交
換器部の１つの熱交換器素子のみを取り出して示す図、
図５は、図２のＶ−Ｖ線で切断した多板タイプ熱交換器
部の部分縦断面図、図６は、図５の多板タイプ熱交換器
部の１つの熱交換器素子のみを取り出して示す図、図７
は、図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した多板タイプ熱交
換器部の縦断面図である。

【００２０】本実施形態における触媒一体型排気熱交換
器は、自家発電用内燃機関等の内燃機関の排気系に使用
され、従来の触媒を利用した排ガス浄化装置（触媒コン
バーター）と排ガス熱回収用熱交換器とを一体化したも
のとして構成される。

【００２１】図１において、本実施形態における触媒一
体型排気熱交換器１は、シェルタイプ熱交換器部２と、
該シェルタイプ熱交換器部２の一端に一体に組み付けら
れたドーナツ状の多板タイプ熱交換器部７とを備えてい
る。シェルタイプ熱交換器部２は、円筒状の内筒３の略
下半部と、フランジ付き有底円筒状の内胴４と、同じく
フランジ付き有底円筒状の外胴５とからなっている。外
胴５の底部には、冷却水の供給管６が接続される接続口
９が開口形成されている。

【００２２】内筒３は、シェルタイプ熱交換器部２から
突出して多板タイプ熱交換器部７の内部空間にまで伸
び、その内部が触媒８の収容室Ｃとされている。排ガス
は、矢印Ａ方向から流入して、触媒収容室Ｃ内を触媒８
と接触しつつ貫流して、該触媒収容室Ｃを出た後に、内
筒３と内胴４との間の室Ｄに流入し、供給管６を経て外
胴５と内胴４との間の室Ｅに流入した冷却水と内胴４を
介して間接熱交換を行なう。排ガスは、触媒８との化学
反応により浄化される。

【００２３】排ガスと冷却水とは、次いで、多板タイプ
熱交換器部７内で熱交換を行ない、排ガスは、低温とな
って、多板タイプ熱交換器部７の下部に連結された排気
管10内を矢印Ｂ方向に流れ、外部に排出される。また、
冷却水は、排ガスが保有する排熱を回収して幾分高温と
なって、多板タイプ熱交換器部７の上端部に一体に固着
された取付板11に形成された配管接続口12に接続される
図示されない冷却水排出管を経て、図示されない内燃機
関に還流される。

【００２４】次に、多板タイプ熱交換器部７の詳細構造
および排ガスと冷却水との熱交換の態様について、詳細
に説明する。多板タイプ熱交換器部７は、図１〜図６に
図示されるように、２枚の環状板30、40からなる熱交換
器素子20が複数個積層されて構成されている。

【００２５】環状板30には、図１０〜図１３に図示され
るように、その内周部に平坦な内周縁部32、その外周部
に平坦な外周縁部33、その中心に関して点対称の位置に
ガス入口部34、ガス出口部35がそれぞれ形成され、ま
た、ガス入口部34、ガス出口部35にそれぞれ隣接して、
同じく環状板30の中心に関して点対称の位置に水入口開
口37、水出口開口38がそれぞれ形成されている。さら
に、ガス入口部34と水出口開口38との対、ガス出口部35
と水入口開口37との対を円周方向から囲むようにして、
複数のディンプル36が半径方向に隔てられて２列に形成
されている。

【００２６】これら内周縁部32、外周縁部33、ガス入口
部34、ガス出口部35、複数のディンプル36は、環状板30
の基体をなす環状基板31が、プレス加工により、図１１
〜図１３において下方に深さａだけ凹入されることによ
り形成される。なお、ガス入口部34およびガス出口部35
の底部には、円孔からなるガス入口開口34a 、ガス出口
開口35a がそれぞれ打ち抜き形成されている。水入口開
口37、水出口開口38は、プレス加工により、環状基板31
が図１１、図１２において上方に打ち抜かれた後、その
内周縁がわずかに上方に折曲されて形成され、その折曲
部には、短い鍔部37a 、38a がそれぞれ形成されてい
る。

【００２７】環状板40には、図１４〜図１７に図示され
るように、その内周側に環状の内周溝49、その外周側に
環状の外周溝50、その中心に関して点対称の位置に水入
口部47、水出口部48がそれぞれ形成され、また、水入口
部47、水出口部48にそれぞれ隣接して、同じく環状板40
の中心に関して点対称の位置にガス入口開口44、ガス出
口開口45がそれぞれ形成されている。また、水入口部47
とガス出口開口45との対、水出口部48とガス入口開口44
との対を円周方向から囲むようにして、複数のディンプ
ル46が周方向に連ねられて１列に形成されている。水入
口部47、水出口部48、ガス入口開口44、ガス出口開口4
5、ディンプル46は、内周溝49と外周溝50とに囲まれる
領域に形成されている。

【００２８】内周溝49の内周側には、平坦な環状の内周
縁部42が連なり、さらに、この内周縁部42には、短かい
筒状のかしめ部51が折曲形成されて連なっている。ま
た、外周溝50の外周側には、平坦な環状の外周縁部43が
連なり、さらに、この外周縁部43には、短かい筒状のか
しめ部52が折曲形成されて連なっている。

【００２９】これら水入口部47、水出口部48、複数のデ
ィンプル46、内周溝49、外周溝50は、環状板40の基体を
なす環状基板41が、プレス加工により、図１５〜図１７
において下方に深さｂだけ凹入されることにより形成さ
れる。なお、水入口部47および水出口部48の底部には、
円孔からなる水入口開口47a 、水出口開口48a がそれぞ
れ打ち抜き形成されている。

【００３０】ガス入口開口44、ガス出口開口45は、プレ
ス加工により、環状基板41が図１５、図１６において上
方に打ち抜かれた後、その内周縁がわずかに上方に折曲
されて形成され、その折曲部には、短い鍔部44a 、45a
がそれぞれ形成されている。かしめ部51、かしめ部52
も、プレス加工により、環状基板41が図１５、図１６に
おいて上方に折曲されることにより形成される。

【００３１】以上のようにして形成される環状板30と環
状板40とは、環状板30の内周縁部32、外周縁部33が環状
板40の内周縁部42、外周縁部43とそれぞれ重なるように
して重ねられて、環状板40のかしめ部51、かしめ部52が
環状板30の内周縁部32、外周縁部33を抱持するように折
曲されて、全体が一体のものに組み付けられる。次い
で、このようにして一体に組み付けられたものがロウ付
けされて、熱交換器素子20が製作される（図４、図６参
照）。

【００３２】図１１に図示される環状板30と図１５に図
示される環状板40とが重ねられて製作された熱交換器素
子20が、断面を同じくして、図４に図示されている。ま
た、図１２に図示される環状板30と図１６に図示される
環状板40とが重ねられて製作された熱交換器素子20が、
断面を同じくして、図６に図示されている。

【００３３】最上段の熱交換器素子20の上部には、上部
端板13が被冠されている。そして、この上部端板13と熱
交換器素子20の環状板30との間に、排ガス小室15が形成
されている（図３、図５参照）。環状板30の水出口開口
38の鍔部38a は、上部端板13に形成された開口14を貫通
して、取付板11の配管接続口12内に突出している。上部
端板13の詳細が、図８および図９に図示されている。

【００３４】最下段の熱交換器素子20の下部には、環状
板30が接合され、さらに、この最下段の環状板30に、下
部端板60が被冠されている。最下段の環状板30と下部端
板60との間には、水小室16が形成されている（図３、図
５参照）。下部端板60には、図１８および図１９に詳細
に図示されるように、下部端板60の中心に関して点対称
の位置にガス入口開口61、ガス出口開口62がそれぞれ形
成され、このガス出口開口62に隣接して、水入口開口63
が形成されている。なお、最下段の環状板30は、省略さ
れてもよい。

【００３５】環状板30のガス入口部34、ガス出口部35、
環状板40のガス入口開口44、ガス出口開口45、下部端板
60のガス入口開口61、ガス出口開口62は、それぞれ中心
を一軸上に揃えて上下に連ねられている。また、環状板
30の水入口開口37、水出口開口38、環状板40の水入口部
47、水出口部48、下部端板60の水入口開口63は、それぞ
れ中心を一軸上に揃えて上下に連ねられている。

【００３６】多板タイプ熱交換器部７は、このようにし
て製作された熱交換器素子20が複数個積層され、さら
に、その上部に上部端板13が被冠され、その下部に環状
板30が接合され、この環状板30に下部端板60が被冠され
て、全体が仮組付けされ、ロウ付けされることにより、
一体に組み立てられる。

【００３７】熱交換器素子20を製作する過程における環
状板30と環状板40とのロウ付け、多板タイプ熱交換器部
７を完成する過程における隣接する熱交換器素子20、2
0、上部端板13、最下段の環状板30、下部端板60間のロ
ウ付けは、環状板30と環状板40とを一体に組み付けて熱
交換器素子20を仮組付けし、さらに、このようにして仮
組付けされた複数の熱交換器素子20に上部端板13、最下
段の環状板30、下部端板60を積層して全体を一体に仮組
付けした後、全体をロウ浴に浸漬することにより、同時
に行なわれる。

【００３８】このようにして完成された多板タイプ熱交
換器部７においては、環状板30に形成されたディンプル
36は、環状板40の基板平坦部に当接して、そこにロウ付
けされ、環状板40に形成されたディンプル46、内周溝49
および外周溝50は、隣接する熱交換器素子20における環
状板30の基板平坦部に当接して、そこにロウ付けされる
（図７参照）。

【００３９】このようにして完成された多板タイプ熱交
換器部７において、下部端板60の水入口開口63から多板
タイプ熱交換器部７内に流入した冷却水は、環状板30の
水入口開口37を経て各熱交換器素子20の水室Ｆ内に流入
し、円周方向左右に分かれて、各熱交換器素子20の軸心
に関して対称の位置にある環状板30の水出口開口38の開
口位置に集まり、この水出口開口38を経て器外に排出さ
れる（図３、図５参照）。

【００４０】他方、下部端板60のガス入口開口61から多
板タイプ熱交換器部７内に流入した排ガスは、最下段の
環状板30のガス入口部34、環状板40のガス入口開口44を
経て隣接する熱交換器素子20、20間に形成される排ガス
室Ｇ内に流入し、円周方向左右に分かれて、各熱交換器
素子20の軸心に関して対称の位置にある環状板40のガス
出口開口45の開口位置に集まり、このガス出口開口45、
最下段の環状板30のガス出口部35、下部端板60のガス出
口開口62を経て器外に排出される（図３、図５参照）。

【００４１】この間に、冷却水と排ガスとは、複数のデ
ィンプル36、46により攪拌されて乱流を伴いながら、熱
交換器素子20内の流路および隣接する熱交換器素子20、
20間の流路をそれぞれ流れて、環状板30および環状板40
の各壁面を介して効果的な熱交換を行なう。

【００４２】下部端板60は、多板タイプ熱交換器部７を
内筒３に対して位置決めして、これに取り付けるための
部材としても機能するとともに、後述するように、シェ
ルタイプ熱交換器部２を多板タイプ熱交換器部７に組み
付ける際の組付け板としても機能している。

【００４３】次に、シェルタイプ熱交換器部２と多板タ
イプ熱交換器部７との組付け部の流体連通構造につい
て、詳細に説明する。シェルタイプ熱交換器部２は、前
記のとおり、内筒３（その略下半部）と内胴４と外胴５
とから構成されている。

【００４４】内胴４は、図２０および図２１に詳細に図
示されるように、フランジ付き有底円筒状の容器形状を
呈し、その開口部周縁のフランジ部４a は、その深さに
対して、かなり幅広に形成されている。そして、この幅
広のフランジ部４a には、内胴４の中心に関して点対称
の位置に、ガス流入凹部70とガス出口開口71とが形成さ
れ、このガス出口開口71に隣接して、水入口開口72が形
成されている。

【００４５】ここで、ガス流入凹部70、ガス出口開口7
1、水入口開口72の各形成位置は、下部端板60のガス入
口開口61、ガス出口開口62、水入口開口63の各形成位置
にそれぞれ符合している。したがって、室Ｄからガス流
入凹部70に流入した排ガスは、ガス入口開口61を経て多
板タイプ熱交換器部７の排ガス室Ｇ内に流入することが
できる。

【００４６】外胴５は、図２２および図２３に詳細に図
示されるように、フランジ付き有底円筒状の容器形状を
呈し、その開口部周縁のフランジ部は２段に形成されて
いて、上段フランジ部５a は、比較的幅狭で、その外径
は、内胴４のフランジ部４aに等しくされている。ま
た、下段フランジ部５b は、比較的幅広で、その円周方
向の１個所は、略方形状に潰されて、そこに外部に開放
された凹部73が形成されている。この個所は、内胴４の
ガス出口開口71の形成位置に符合している。

【００４７】凹部73の天井壁面73a は、フランジ部５a
の壁面に連続していて、そこにガス出口開口74が形成さ
れている。また、その内部壁面73b は、外胴５の筒体部
の壁面に連続しており、その両側壁面73c 、73c は、上
段フランジ部５a および下段フランジ部５b により形成
される環状の段部空間Ｈを中断させている。凹部73は、
排気管10の一端部をガス出口開口74、71、62に接続する
ための空間として利用される。

【００４８】外胴５の底部には、前記のとおり、冷却水
の供給管６の接続口９が開口形成されており、冷却水
は、ここから室Ｅ内に流入する。そして、次いで、段部
空間Ｈに流入して、内胴４の水入口開口72、下部端板60
の水入口開口63を経て多板タイプ熱交換器部７の水室Ｆ
内に流入することができる。

【００４９】また、多板タイプ熱交換器部７の排ガス室
Ｇ内に流入した排ガスは、下部端板60のガス出口開口6
2、内胴４のガス出口開口71、外胴５のガス出口開口7
4、排気管10を経て外部に放出することができる。下部
端板60、内胴４のフランジ部４a、外胴５の上段フラン
ジ部５a が液密に一体に連結されることはいうまでもな
い。

【００５０】本実施形態における触媒一体型排気熱交換
器１は、触媒８を除き、シェルタイプ熱交換器部２の各
構成要素、多板タイプ熱交換器部７の各構成要素、取付
板11、その他の接続配管類を一体に組み付けた後、その
全体をロウ浴に浸漬することにより、各ロウ付け個所を
同時にロウ付けして、一挙に触媒一体型排気熱交換器１
の本体部を製作するようにすることができる。

【００５１】本実施形態は、前記のように構成されてい
るので、次のような効果を奏することができる。触媒８
中を流れて浄化された高温排ガスが水と熱交換をして、
その排熱が回収されるようにされた触媒一体型排気熱交
換器１が、内筒３と内胴４と外胴５とからなるシェルタ
イプ熱交換器部２と、該シェルタイプ熱交換器部２の一
端に一体に組み付けられたドーナツ状の多板タイプ熱交
換器部７とを備え、内筒３は、シェルタイプ熱交換器部
２から突出して多板タイプ熱交換器部７の内部空間にま
で伸びて、その内部（触媒収容室Ｃ）に触媒８が収容さ
れている。

【００５２】この結果、排ガス浄化装置として機能する
内筒３内部の触媒収容部と排熱回収用熱交換器として機
能する２つの熱交換器部２、７とが一体化されて、触媒
一体型排気熱交換器１をコンパクトに、かつ、構造簡単
に構成することができる。また、板状素材を用いる２つ
の熱交換器部２、７は、大量生産に適するので、触媒一
体型排気熱交換器１の製作コストを大きく低減すること
ができる。

【００５３】また、多板タイプ熱交換器部７は、２枚の
環状板30、40からなる熱交換器素子20が複数個積層され
て構成され、該熱交換器素子20は、２枚の環状板30、40
の各内周縁同志および各外周縁同志がそれぞれ接合され
て、その内部に一方の熱交換媒体である冷却水が流れる
空間Ｆが形成され、隣接する２つの熱交換器素子20、20
間に他方の熱交換媒体である排ガスが流れる空間Ｇが形
成されるので、多板タイプ熱交換器部７の構造がさらに
簡単化されて、触媒一体型排気熱交換器１の製作コスト
をさらに低減することができる。

【００５４】また、触媒収容部（触媒収容室Ｃ）が熱交
換器部２、７に包囲されている上に、多板タイプ熱交換
器部７の採用により伝熱面積が増大しているので、排ガ
スの保有熱および排ガスと触媒８との反応熱が冷却水に
より十分に吸収されて、熱交換性能が大きく向上する。

【００５５】さらに、シェルタイプ熱交換器部２は、内
筒３の内部に収容された触媒８中を流れて内筒３と内胴
４との間の室Ｄに流入した排ガスと、外胴５と内胴４と
の間の室Ｅに流入した水とが、内胴４を介して間接熱交
換をするようにされているので、排ガスは、内筒３と内
胴４との間の排ガス流路（室Ｄ）を取り巻く水室（室
Ｅ）内の冷却水により効果的に冷却されて、熱交換性能
がさらに向上する。

【００５６】また、熱交換器素子20を構成する２枚の環
状板30、40の各々には、複数のディンプル36、46が規則
的に形成されて、熱交換器素子20の内部空間Ｆおよび隣
接する２つの熱交換器素子間の空間Ｇに、各熱交換媒体
の乱流流路が形成されるので、排ガスと冷却水との熱交
換性能がさらに大きく向上するとともに、ディンプル36
は、２枚の環状板30、40間の間隔保持部材として機能さ
せることができ、また、ディンプル46は、隣接する２つ
の熱交換器素子20、20間の間隔保持部材として機能させ
ることができるので、触媒一体型排気熱交換器１の強度
が向上する。

【００５７】また、排ガスが発する騒音は、排ガスが比
較的大容量のウォータージャケット構造のシェルタイプ
熱交換器部２と多室構造の多板タイプ熱交換器部７とを
通る過程において効果的に減衰されるので、消音効果が
向上する。

【００５８】さらに、シェルタイプ熱交換器部２と多板
タイプ熱交換器部７とは、それらの組付け部において各
熱交換媒体が流体連通するようにされているので、シェ
ルタイプ熱交換器部２と多板タイプ熱交換器部７とは、
最短流路で結ばれて、排ガスの保有熱の散逸が防がれる
とともに、触媒一体型排気熱交換器１をさらにコンパク
トに構成することができる。しかも、この流体連通構造
は、プレス加工により、内胴４のフランジ部４a にガス
流入凹部70、外胴５に上段フランジ部５a と下段フラン
ジ部５b 、この下段フランジ部５b に凹部73等を形成す
ることにより、容易に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の請求項１ないし請求項５に記載された発
明の一実施形態における触媒一体型排気熱交換器の縦断
面図であって、図２のＩ−Ｉ線矢視縦断面図であるが、
多板タイプ熱交換器部のみ外観視して示す図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した多板タイプ
熱交換器部の部分縦断面図である。

【図４】図３の多板タイプ熱交換器部の１つの熱交換器
素子のみを取り出して示す図である。

【図５】図２のＶ−Ｖ線で切断した多板タイプ熱交換器
部の部分縦断面図である。

【図６】図５の多板タイプ熱交換器部の１つの熱交換器
素子のみを取り出して示す図である。

【図７】図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した多板タイプ
熱交換器部の縦断面図である。

【図８】上部端板の平面図である。

【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線矢視断面図である。

【図１０】環状板の平面図である。

【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線矢視断面図である。

【図１２】図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線矢視断面図であ
る。

【図１３】図１０のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢視断面図で
ある。

【図１４】図１０の環状板と対をなす他の環状板の平面
図である。

【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線矢視断面図である。

【図１６】図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線矢視断面図であ
る。

【図１７】図１４のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢視断面図で
ある。

【図１８】下部端板の平面図である。

【図１９】図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線矢視断面図であ
る。

【図２０】内胴の縦断面図である。

【図２１】同平面図である。

【図２２】外胴の縦断面図である。

【図２３】同平面図である。

【図２４】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１…触媒一体型排気熱交換器、２…シェルタイプ熱交換
器部、３…内筒、４…内胴、４a …フランジ部、５…外
胴、５a …上段フランジ部、５b …下段フランジ部、６
…冷却水供給管、７…多板タイプ熱交換器部、８…触
媒、９…配管接続口、10…排気管、11…取付板、12…配
管接続口、13…上部端板、14…開口、15…排ガス小室、
16…水小室、20…熱交換器素子、30…環状板、31…環状
基板、32…内周縁部、33…外周縁部、34…ガス入口部、
34a …ガス入口開口、35…ガス出口部、35a …ガス出口
開口、36…ディンプル、37…水入口開口、37a …鍔部、
38…水出口開口、38a …鍔部、40…環状板、41…環状基
板、42…内周縁部、43…外周縁部、44…ガス入口開口、
44a …鍔部、45…ガス出口開口、45a …鍔部、46…ディ
ンプル、47…水入口部、47a …水入口開口、48…水出口
部、48a …水出口開口、49…内周溝、50…外周溝、51…
かしめ部、52…かしめ部、60…下部端板、61…ガス入口
開口、62…ガス出口開口、63…水入口開口、70…ガス流
入凹部、71…ガス出口開口、72…水入口開口、73…凹
部、73a …天井壁面、73b …内部壁面、73c …側壁面、
74…ガス出口開口、Ｃ…触媒収容室、Ｄ…排ガス室、Ｅ
…冷却水室、Ｆ…冷却水室、Ｇ…排ガス室、Ｈ…環状段
部空間。

フロントページの続き (72)発明者新長秀孝東京都渋谷区代々木３丁目25番３号東洋ラジエーター株式会社内Ｆターム(参考） 3G091 AA06 AB01 BA00 BA36 CA08 GA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】触媒中を流れて浄化された高温排ガスが
水と熱交換をして、その排熱が回収されるようにされた
触媒一体型排気熱交換器が、内筒と内胴と外胴とからなるシェルタイプ熱交換器部
と、前記シェルタイプ熱交換器部の一端に一体に組み付けら
れたドーナツ状の多板タイプ熱交換器部とを備え、前記内筒は、前記シェルタイプ熱交換器部から突出して
前記多板タイプ熱交換器部の内部空間にまで伸びて、そ
の内部に前記触媒が収容されたことを特徴とする触媒一
体型排気熱交換器。
【請求項２】前記シェルタイプ熱交換器部は、前記内
筒の内部に収容された前記触媒中を流れて前記内筒と前
記内胴との間に流入した前記排ガスと、前記外胴と前記
内胴との間に流入した前記水とが、前記内胴を介して間
接熱交換をするようにされたことを特徴とする請求項１
記載の触媒一体型排気熱交換器。
【請求項３】前記多板タイプ熱交換器部は、２枚の環
状板からなる熱交換器素子が複数個積層されて構成さ
れ、前記熱交換器素子は、前記２枚の環状板の各内周縁同志
および各外周縁同志がそれぞれ接合されて、その内部に
一方の熱交換媒体が流れる空間が形成され、隣接する２つの前記熱交換器素子間に他方の熱交換媒体
が流れる空間が形成されたことを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の触媒一体型排気熱交換器。
【請求項４】前記熱交換器素子を構成する前記２枚の
環状板の各々には、複数のディンプルが規則的に形成さ
れて、前記熱交換器素子の内部空間および隣接する２つ
の前記熱交換器素子間の空間に前記各熱交換媒体の乱流
流路が形成されたことを特徴とする請求項３記載の触媒
一体型排気熱交換器。
【請求項５】前記シェルタイプ熱交換器部と前記多板
タイプ熱交換器部とは、それらの組付け部において前記
各熱交換媒体が流体連通するようにされたことを特徴と
する請求項１ないし請求項４記載の触媒一体型排気熱交
換器。