JP2003185363A

JP2003185363A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2003185363A
Application number: JP2001391135A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Komatsu; 晴彦小松; Hiroyuki Tanaka; 宏幸田中; Masashi Shinohara; 雅志篠原; Bunichi Saito; 文一齋藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換器の熱交換効率をできるだけ高める。【解決手段】排気マニホールド２２および排気管２４
の間に配置された蒸発器２３は、上流側から下流側に向
けて第３段熱交換器Ｈ３を有する第１排気ガス通路５６
と、第２段熱交換器Ｈ２を有する第２排気ガス通路５５
と、第１段熱交換器Ｈ１を有するび第３排気ガス通路５
０とを順次備える。第２段熱交換器Ｈ２の環状の第２排
気ガス通路５５には、螺旋状の伝熱板６８で仕切られた
螺旋状の通路が形成され、そこに複数本の波形の伝熱管
６７を位相をずらして重ね合わせたものが、前記伝熱板
６８に沿うように螺旋状に配置される。伝熱板６８で排
気ガスの通路長を長くし、かつ伝熱管６７で排気ガスの
流れを乱流にすることで、排気ガスが伝熱板６８および
伝熱管６７に接触する機会を増加させて熱交換効率を高
めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱流体通路の内部
を温度低下しながら流れる熱流体と接触するように伝熱
部材を配置し、伝熱部材の内部に熱流体の流れに対向す
る方向に熱吸収媒体を流すことで、熱流体の持つ熱エネ
ルギーを伝熱部材を介して熱吸収媒体に回収する熱交換
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる熱交換器は、本出願人の出願に係
る特開２００１−２０７８３９号公報により公知であ
る。この熱交換器は、ジクザクに屈曲させたパイプ部材
および螺旋状に巻いたパイプ部材よりなる伝熱部材中を
流れる水を、内燃機関の排気ガスで加熱して高温・高圧
蒸気を発生させる蒸発器であり、排気ガス通路の下流側
ほど伝熱面密度（伝熱面積／体積）を高めることで、熱
交換器の全域に亘って均一な伝熱性能が得られるように
している。

【０００３】また特開平６−３００２０７号公報には、
貫流式ボイラの燃焼ガスが流れる通路断面積を下流側ほ
ど小さくすることで、燃焼ガスの流速を次第に増加させ
てボイラ全体の伝熱量を増加させたものが記載されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特開２
００１−２０７８３９号公報に記載されたものは、排気
ガス通路の下流側の伝熱面密度を高めるために、そこに
配置される螺旋状に巻いた多数のパイプ部材を高密度で
組み付けることが必要になり、パイプ部材の接合個所が
増加して組付工数が嵩むだけでなく、各パイプ部材を流
れる水の流量が不均一になり易いために、熱交換効率が
低下したり空焚きが発生したりする可能性がある。

【０００５】また上記特開平６−３００２０７号公報に
記載されたものは、燃焼ガスが流れる通路断面積を下流
側ほど小さくすることが必要なため、ボイラ全体の形状
に大きな制約を受けて設計自由度が低下する問題があ
る。

【０００６】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、熱交換器の熱交換効率をできるだけ高めることを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明によれば、熱流体通路の
内部を温度低下しながら流れる熱流体と接触するように
伝熱部材を配置し、伝熱部材の内部に熱流体の流れに対
向する方向に熱吸収媒体を流すことで、熱流体の持つ熱
エネルギーを伝熱部材を介して熱吸収媒体に回収する熱
交換器において、前記伝熱部材は、熱流体の流れを偏向
させるガイド部材と、ガイド部材により偏向された熱流
体の流れを乱流にする攪乱部材とを含むことを特徴とす
る熱交換器が提案される。

【０００８】上記構成によれば、熱流体と熱吸収媒体と
の間で熱交換を行う熱交換器において、熱吸収媒体が流
れる伝熱部材が、熱流体の流れを偏向させるガイド部材
と、ガイド部材により偏向された熱流体の流れを乱流に
する攪乱部材とを含むので、熱流体通路の通路長を長く
して熱流体が伝熱部材と接触する面積を増加させ、かつ
乱流により熱流体が伝熱部材と接触する機会を増加させ
ることで、熱流体と伝熱部材との間の伝熱を効果的に行
わせて熱交換効率を高めることができる。

【０００９】また請求項２に記載された発明によれば、
請求項１の構成に加えて、前記熱流体通路は熱流体の流
れ方向の上流側から下流側に向けて高温領域、中温領域
および低温領域に区画されており、熱流体が高温領域か
ら中温領域を経て低温領域に流れるにつれて、その温度
および流速が次第に低下するようになっており、少なく
とも前記中温領域に前記ガイド部材および攪乱部材を配
置したことを特徴とする熱交換器が提案される。

【００１０】上記構成によれば、熱流体通路の流れ方向
中間に位置する熱流体の中温領域に前記ガイド部材およ
び攪乱部材を配置したので、熱流体の上流側の高温領域
において熱吸収媒体に回収しきれなかった熱エネルギー
を、その下流側の中温領域においてできる限り回収し、
熱交換器全体の熱エネルギー回収効率を高めることがで
きる。

【００１１】また請求項３に記載された発明によれば、
請求項２の構成に加えて、前記中温領域における熱流体
通路の通路断面積を、その入口において絞ったことを特
徴とする熱交換器が提案される。

【００１２】上記構成によれば、中温領域における熱流
体通路の入口で通路断面積を絞ったので、その熱流体通
路を流れる熱流体の流速を増加させて熱交換効率を高め
ることができる。

【００１３】また請求項４に記載された発明によれば、
請求項２または請求項３の構成に加えて、前記中温領域
における熱流体通路は環状をなしており、前記ガイド部
材は環状の熱流体通路内に配置された螺旋状の伝熱板か
ら構成され、前記攪乱部材は複数本の波形の伝熱管を位
相をずらして重ね合わせたもの前記ガイド部材に沿うよ
うに螺旋状に巻いて構成されることを特徴とする熱交換
器が提案される。

【００１４】上記構成によれば、環状をなす中温領域の
熱流体通路に配置されるガイド部材を螺旋状の伝熱板か
ら構成したので、部品点数の少ない簡単な構造で熱流体
の流れを偏向させることができ、また複数本の波形の伝
熱管を位相をずらして重ね合わせたものをガイド部材に
沿うように螺旋状に巻いて攪乱部材を構成したので、長
い伝熱管を狭い空間にコンパクトに配置して伝熱面密度
を高めることができるだけでなく、熱流体に効果的に乱
流を発生させて伝熱管との接触の機会を増加させること
で熱交換効率を更に高めることができる。

【００１５】また請求項５に記載された発明によれば、
請求項２〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記
高温領域を流れる熱流体を層流としたことを特徴とする
熱交換器が提案される。

【００１６】上記構成によれば、高温領域を流れる熱流
体を層流としたので、高温領域における熱流体の圧損を
最小限に抑えることができる。

【００１７】また請求項６に記載された発明によれば、
請求項２〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記
高温領域の半径方向外側を覆うように前記中温領域を配
置し、この中温領域の半径方向外側を覆うように前記低
温領域を配置したことを特徴とする熱交換器が提案され
る。

【００１８】上記構成によれば、熱交換器の半径方向内
側から外側に高温領域、中温領域および低温領域を順次
配置したので、高温領域から半径方向外側に逃げる熱を
中温領域で回収し、また中温領域から半径方向外側に逃
げる熱を低温領域で回収することで、熱流体の持つ熱エ
ネルギーを余すことなく回収することができる。

【００１９】また請求項７に記載された発明によれば、
請求項１〜請求項６の何れか１項の構成に加えて、前記
熱流体は内燃機関の排気ガスであり、前記熱交換器は排
気ガスの熱で熱吸収媒体を蒸発させる蒸発器であること
を特徴とする熱交換器が提案される。

【００２０】上記構成によれば、内燃機関が排出する熱
流体としての排気ガスを、熱交換器としての蒸発器にお
いて熱交吸収媒体との間で熱交換させることで、高温・
高圧蒸気を発生させて内燃機関の廃熱を有効に利用する
ことができる。

【００２１】尚、実施例の伝熱管６１，６７，７０およ
び伝熱板６８は本発明の伝熱部材に対応し、特に伝熱管
６７および伝熱板６８はそれぞれ本発明の攪乱部材およ
びガイド部材に対応する。また実施例の第１〜第３排気
ガス通路５６，５５，５０は本発明の熱流体通路に対応
し、実施例の蒸発器２３は本発明の熱交換器に対応す
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００２３】図１〜図１２は本発明の一実施例を示すも
ので、図１は蒸発器を備えた内燃機関の正面図、図２は
図１の２−２線拡大断面図（図３の２−２線断面図）、
図３は図２の３−３線矢視図、図４は図２の４−４線断
面図、図５は図２の５−５線断面図、図６は図２の６−
６線断面図、図７は図２の７部拡大図、図８は図２の８
方向拡大矢視図、図９は蒸発器の分解図、図１０は第１
段熱交換器および第２段熱交換器の伝熱管および伝熱板
の分解斜視図、図１１は第３段熱交換器の触媒担体およ
び伝熱管の分解斜視図、図１２は伝熱管を流れる水の経
路を示す図である。

【００２４】図１に示すように、直列多気筒の内燃機関
Ｅはシリンダブロック１１の上面に結合されたシリンダ
ヘッド１２およびヘッドカバー１３と、シリンダブロッ
ク１１の下面に結合されたオイルパン１４とを備えてお
り、シリンダブロック１１に設けたシリンダボア１５…
に摺動自在に嵌合するピストン１６…がコネクティング
ロッド１７…を介してクランクシャフト１８に接続され
る。シリンダヘッド１２に形成した吸気ポート１９…お
よび排気ポート２０…にそれぞれ吸気マニホールド２１
および排気マニホールド２２が結合され、排気マニホー
ルド２２の下流に蒸発器２３を介して排気管２４が接続
される。蒸発器２３は本発明の熱交換器を構成するもの
で、熱流体としての排気ガスの熱で熱吸収媒体としての
水を加熱して高温・高圧蒸気を発生させる。

【００２５】以下、図１〜図１２に基づいて蒸発器２３
の構造を説明する。

【００２６】図１〜図３および図９に示すように、蒸発
器２３の外郭は円筒状のセンターケーシング３１と、セ
ンターケーシング３１の上端に結合された環状のヘッダ
ー３２と、ヘッダー３２の上端に結合されたアッパーケ
ーシング３３と、センターケーシング３１の下端に結合
されたロアケーシング３４とを備える。アッパーケーシ
ング３３に上面にアッパーカバー３５が嵌合し、アッパ
ーカバー３５の外周に放射状に突設した１２個の突起部
３５ａ…をボルト３６…でアッパーケーシング３３の上
面に締結することで、アッパーケーシング３３にアッパ
ーカバー３５が固定される。アッパーカバー３５の筒状
部３５ｂの上端には、排気マニホールド２２の取付フラ
ンジ３７に複数本のボルト３８…で結合される取付フラ
ンジ３９が設けられる。またロアケーシング３４の下端
には、排気管２４の取付フランジ４０に複数本のボルト
４１…で結合される取付フランジ４２が設けられる。

【００２７】ロアケーシング３４の内部に３個のストラ
ット４３…を介してコーン状のロアカバー４４が支持さ
れており、ロアカバー４４の外周部にターンプレート４
５の外周部が結合される。ロアカバー４４とターンプレ
ート４５との間には密閉された空間４６が区画される。
円筒状のセンターケーシング３１の内側に円筒状の第１
隔壁４７および第２隔壁４８が同軸に配置されており、
第１、第２隔壁４７，４８の下端は前記ロアカバー４４
の外周部およびターンプレート４５の外周部にそれぞれ
結合され、上端は環状をなす共通の連結部材４９に結合
される。センターケーシング３１と第１隔壁４７との間
に環状の第３排気ガス通路５０が区画され、第１、第２
隔壁４７，４８間に微小幅の隙間が形成される。

【００２８】前記第２隔壁４８の内側に円筒状の第３隔
壁５１および第４隔壁５２が同軸に配置されており、第
３、第４隔壁５１，５２の上端はアッパーケーシング３
３の内端に結合され、下端は環状をなすヘッダー５３，
５４に結合される。第２隔壁４８と第３隔壁５１との間
に環状の第２排気ガス通路５５が区画され、第４隔壁５
２の内側に円筒状の第１排気ガス通路５６が区画され、
第３、第４隔壁５１，５２間に微小幅の隙間が形成され
る。

【００２９】しかして、排気マニホールド２２からアッ
パーカバー３５を経て第１排気ガス通路５６に流入した
排気ガスは、第１排気ガス通路５６の内部を下向きに流
れてターンプレート４５に衝突し、そこで１８０°方向
変換して第２排気ガス通路５５に流入する。第２排気ガ
ス通路５５を上向きに流れた排気ガスはアッパーケーシ
ング３３に衝突し、そこで１８０°方向変換して第３排
気ガス通路５０を下向きに流れた後、ロアケーシング３
４およびロアカバー４４間の空間を通って排気管２４に
合流する。

【００３０】第３排気ガス通路５０、第２排気ガス通路
５５および第１排気ガス通路５６に、それぞれ第１段熱
交換器Ｈ１、第２段熱交換器Ｈ２および第３段熱交換器
Ｈ３が配置される。熱吸収媒体としての水は第１段熱交
換器Ｈ１→第２段熱交換器Ｈ２→第３段熱交換器Ｈ３の
内部を順次流れる間に、第１排気ガス通路５６→第２排
気ガス通路５５→第３排気ガス通路５０の内部を順次流
れる排気ガスとの間で熱交換を行って高温・高圧蒸気に
なる。このように、排気ガスの流れ方向に水の流れ方向
を対向させることで、熱交換により次第に温度低下する
排気ガスと、熱交換により次第に温度上昇する水との間
の温度差を、第１段熱交換器Ｈ１〜第３段熱交換器Ｈ３
の全域で充分に確保し、熱交換効率を高めることができ
る。

【００３１】次に、第３排気ガス通路５０内に配置され
る第１段熱交換器Ｈ１の構造を説明する。

【００３２】第１段熱交換器Ｈ１の伝熱部材は４本の伝
熱管６１…を組み合わせたもので、その入口端はロアケ
ーシング３４のヘッダー部３４ａに設けた円弧状の分岐
通路６２を介して水供給管６３に接続される（図２、図
６および図１２参照）。センターケーシング３１の内面
にろう付けにより一体に固定された４本の伝熱管６１…
（図７参照）の出口端は、センターケーシング３１の上
端に設けたヘッダー３２およびジョイント６４…を介し
て、アッパーケーシング３３の上端から突出する４個の
突出部３３ａ…に形成したＴ字状をなす４個の分岐通路
６５…（図２、図３および図１２参照）に連通する。分
岐通路６５…の上端開口部はそれぞれ蓋部材６６…（図
２参照）で覆われる。

【００３３】次に、第２排気ガス通路５５内に配置され
る第２段熱交換器Ｈ２の構造を説明する。

【００３４】第２段熱交換器の伝熱部材は、合計１２本
の伝熱管６７…および４枚の伝熱板６８…から構成され
る。合計１２本の伝熱管６７…は、各々が３本の伝熱管
６７…からなる４セットに分かれており、１セットの３
本の伝熱管６７…の入口端が前記Ｔ字状をなす４個の分
岐通路６５…のそれぞれに接続される。各々が波形に屈
曲する３本の伝熱管６７…は相互に位相をずらした状態
で重ね合わされ、全体として螺旋状に巻かれた状態で環
状の第２排気ガス通路５５内に配置される（図５、図１
０および図１２参照）。そして４セットの伝熱管６７…
の間が、螺旋状に形成された４枚の伝熱板６８…で仕切
られる。１２本の伝熱管６７…の出口端は、ヘッダー５
３，５４の割り面に形成した円形の集合通路６９の円周
方向の４個所に、３本ずつ接続される（図６参照）。

【００３５】図４から明らかなように、第２段熱交換器
Ｈ２が配置される第２排気ガス通路５５の入口５５ａ…
は４枚の伝熱板６８…の端部によって区画される。この
ように第２排気ガス通路５５の入口５５ａ…において排
気ガスの通路断面積を絞ることにより、第２段熱交換器
Ｈ２内の排気ガスの流速を充分に確保して熱交換器効率
の向上に寄与することができる。

【００３６】次に、第１排気ガス通路５６内に配置され
る第３段熱交換器Ｈ３の構造を説明する。

【００３７】第３段熱交換器の伝熱部材は２本の伝熱管
７０，７０から構成される。伝熱管７０，７０の入口端
はヘッダー５３，５４の割り面に形成した円形の集合通
路６９（図６および図１２参照）に接続され、出口端は
アッパーケーシング３３のヘッダー部３３ｂに形成した
円弧状の集合通路７１（図２、図３および図１２参照）
において集合した後、蒸気排出管７２に接続される。そ
れぞれの伝熱管７０は一平面内でジグザグに屈曲した後
に、順次隣接する平面内でジグザグに屈曲する形状を有
しており、２本の伝熱管７０，７０は相互に噛み合うよ
うに組み合わされる。そして複数枚の平板状の触媒担体
７３…が、組み合わされた２本の伝熱管７０，７０の間
の空間に収まるように配置される。各触媒担体７３は表
面積が大きい折り板で構成されており（図８参照）、そ
の表面に排気ガス浄化触媒が担持される。

【００３８】しかして、図１２から明らかなように、給
水ポンプから水供給管６３を介して供給された水は、分
岐通路６２→第１段熱交換器Ｈ１の４本の伝熱管６１…
→４個の分岐通路６５…→第２段熱交換器Ｈ２の１２本
の伝熱管６７…→環状の集合通路６９→第３段熱交換器
Ｈ３の２本の伝熱管７０，７０→集合通路７１を経て、
高温・高圧蒸気となって蒸気排出管７２に排出される。

【００３９】内燃機関Ｅの排気マニホールド２２から排
出された排気ガスは、先ず蒸発器２３の第１排気ガス通
路５６に流入して下向きに流れ、そこに設けられた第３
段熱交換器Ｈ３との間で熱交換を行う。第３段熱交換器
Ｈ３が配置される第１排気ガス通路５６は一定の円形断
面を有する直線状の通路であり、第３段熱交換器Ｈ３と
一体化された触媒担体７３…は排気ガスの流れ方向と平
行に配置された板状の部材であるため、そこを流れる排
気ガスは層流となる。これにより、排気ガスの圧損を最
小限に抑えて第２段熱交換器Ｈ２に流速の高い排気ガス
を供給することができる。しかも排気ガス浄化触媒にお
ける触媒反応に伴って発生する反応熱が第３段熱交換器
Ｈ３を流れる水に吸収されることで、エネルギーの回収
効率が一層高められる。

【００４０】第１排気ガス通路５６を出た排気ガスは、
ターンプレート４５に案内されて１８０°旋回し、第１
排気ガス通路５６の外側を囲む環状の第２排気ガス通路
５５を上向きに流れる。ターンプレート４５は排気ガス
の流れをスムーズにＵターンさせるのに適した形状にな
っている。第２排気ガス通路５５に配置された第２段熱
交換器Ｈ２は、４枚の伝熱板６８…で区画された４本の
螺旋状通路を備えているため、そこを流れる排気ガスの
流路が長くなり、かつ排気ガスの流れの向きが偏向して
旋回流となる。しかも第２段熱交換器Ｈ２の伝熱管６７
…は波形に屈曲したものを螺旋状に巻いた構造を有して
いるため、全長の長い伝熱管６７…をコンパクトに配置
することができるだけでなく、隣接する伝熱管６７…の
波形の位相をずらしたことで排気ガスに均一に接触する
ことができ、しかも排気ガスとの接触面積が増加し、か
つ排気ガスに効果的に乱流を発生させることができる。

【００４１】以上のように、前記伝熱板６８…および伝
熱管６７…の両方が排気ガスとの間の熱交換に寄与する
ので、第２段熱交換器Ｈ２の伝熱面密度（伝熱面積／体
積）を高めて熱交換効率が高められ、特に排気ガスの流
れが旋回流かつ乱流となることで、排気ガスを伝熱板６
８…および伝熱管６７…に充分に接触させて熱交換効率
を高めることができる。更に、第２排気ガス通路５５の
４個の入口５５ａ…（図４参照）は排気ガスの通路断面
積が絞られているので、そこで流速が高められた排気ガ
スが第２排気ガス通路５５に流入することで、熱交換効
率の更なる向上が可能になる。

【００４２】第２排気ガス通路５５の上流端に達した排
気ガスはアッパーケーシング３３に案内されて１８０°
旋回し、第２排気ガス通路５５の外側を囲む環状の第３
排気ガス通路５０を下向きに流れる。排気ガスは、第３
排気ガス通路５０に配置された第１段熱交換器Ｈ１の螺
旋状に巻かれた４本の伝熱管６１…を流れる水との間で
熱交換を行った後、ロアケーシング３４およびロアカバ
ー４４間の通路を通って排気管２４に排出される。第１
段熱交換器Ｈ１の４本の伝熱管６１…はセンターケーシ
ング３１の内面にろう付けにより一体に固定されている
ため、伝熱管６１…およびセンターケーシング３１が相
互に補強しあって蒸発器２３全体の剛性が高められる。

【００４３】以上説明したように、蒸発器２３の半径方
向内側から外側に高温の排気ガスが流れる第１排気ガス
通路５６、中温の排気ガスが流れる第２排気ガス通路５
５および低温の排気ガスが流れる第３排気ガス通路５０
を順次配置したので、第１排気ガス通路５６から半径方
向外側に逃げる熱を第２排気ガス通路５５で回収し、ま
た第２排気ガス通路５５から半径方向外側に逃げる熱を
第１排気ガス通路５６で回収することで、排気ガスの持
つ熱エネルギーを余すことなく回収することができる。
特に、最も低温の水が流れる第３排気ガス通路５０を、
熱交換器の外郭を構成して大気に直接接触するセンター
ケーシング３１に内周に沿って配置したので、第３排気
ガス通路５０を断熱層として機能させてセンターケーシ
ング３１の外部への熱逃げを最小限に抑えることができ
る。

【００４４】また蒸発器２３において使用されている伝
熱管６１…，６７…，７０，７０の総本数は４本＋１２
本＋２本の僅かに１８本であり、従来の蒸発器における
数百本に比べて部品点数が大幅に削減されるだけでな
く、それら伝熱管６１…，６７…，７０，７０をヘッダ
ーにろう付けする作業を減らしてコストダウンに寄与す
ることができる。また伝熱管６１…，６７…，７０，７
０の本数が減ったことでヘッダーが小型化されるので、
各伝熱管６１…，６７…，７０，７０に水を均一に配分
することが可能となり、空焚きの発生による損傷を未然
に回避することができる。

【００４５】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。

【００４６】例えば、実施例では熱流体として内燃機関
Ｅの排気ガスを例示し、熱吸収媒体として水を例示した
が、熱流体および熱吸収媒体として他の適宜のものを採
用することができる。

【００４７】またロアカバー４４およびターンプレート
４５に囲まれた空間４６を利用して第１排気ガス通路５
６の下流端を排気管２４に接続するバイパス通路を設
け、このバイパス通路に開閉弁を設ければ、蒸発器２３
の内部圧力が高まったときに開閉弁を開いて圧力を逃が
すことができる。

【００４８】またロアケーシング３４にロアカバー４４
を支持するストラット４３を利用して、酸素濃度センサ
等を取り付けることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、熱流体と熱吸収媒体との間で熱交換を行う熱
交換器において、熱吸収媒体が流れる伝熱部材が、熱流
体の流れを偏向させるガイド部材と、ガイド部材により
偏向された熱流体の流れを乱流にする攪乱部材とを含む
ので、熱流体通路の通路長を長くして熱流体が伝熱部材
と接触する面積を増加させ、かつ乱流により熱流体が伝
熱部材と接触する機会を増加させることで、熱流体と伝
熱部材との間の伝熱を効果的に行わせて熱交換効率を高
めることができる。

【００５０】また請求項２に記載された発明によれば、
熱流体通路の流れ方向中間に位置する熱流体の中温領域
に前記ガイド部材および攪乱部材を配置したので、熱流
体の上流側の高温領域において熱吸収媒体に回収しきれ
なかった熱エネルギーを、その下流側の中温領域におい
てできる限り回収し、熱交換器全体の熱エネルギー回収
効率を高めることができる。

【００５１】また請求項３に記載された発明によれば、
中温領域における熱流体通路の入口で通路断面積を絞っ
たので、その熱流体通路を流れる熱流体の流速を増加さ
せて熱交換効率を高めることができる。

【００５２】また請求項４に記載された発明によれば、
環状をなす中温領域の熱流体通路に配置されるガイド部
材を螺旋状の伝熱板から構成したので、部品点数の少な
い簡単な構造で熱流体の流れを偏向させることができ、
また複数本の波形の伝熱管を位相をずらして重ね合わせ
たものをガイド部材に沿うように螺旋状に巻いて攪乱部
材を構成したので、長い伝熱管を狭い空間にコンパクト
に配置して伝熱面密度を高めることができるだけでな
く、熱流体に効果的に乱流を発生させて伝熱管との接触
の機会を増加させることで熱交換効率を更に高めること
ができる。

【００５３】また請求項５に記載された発明によれば、
高温領域を流れる熱流体を層流としたので、高温領域に
おける熱流体の圧損を最小限に抑えることができる。

【００５４】また請求項６に記載された発明によれば、
熱交換器の半径方向内側から外側に高温領域、中温領域
および低温領域を順次配置したので、高温領域から半径
方向外側に逃げる熱を中温領域で回収し、また中温領域
から半径方向外側に逃げる熱を低温領域で回収すること
で、熱流体の持つ熱エネルギーを余すことなく回収する
ことができる。

【００５５】また請求項７に記載された発明によれば、
内燃機関が排出する熱流体としての排気ガスを、熱交換
器としての蒸発器において熱交吸収媒体との間で熱交換
させることで、高温・高圧蒸気を発生させて内燃機関の
廃熱を有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】蒸発器を備えた内燃機関の正面図

【図２】図１の２−２線拡大断面図（図３の２−２線断
面図）

【図３】図２の３−３線矢視図

【図４】図２の４−４線断面図

【図５】図２の５−５線断面図

【図６】図２の６−６線断面図

【図７】図２の７部拡大図

【図８】図２の８方向拡大矢視図

【図９】蒸発器の分解図

【図１０】第１段熱交換器および第２段熱交換器の伝熱
管および伝熱板の分解斜視図

【図１１】第３段熱交換器の触媒担体および伝熱管の分
解斜視図

【図１２】伝熱管を流れる水の経路を示す図

【符号の説明】

２３蒸発器（熱交換器）５０第３排気ガス通路（熱流体通路）５５第２排気ガス通路（熱流体通路）５５ａ入口５６第１排気ガス通路（熱流体通路）６１伝熱管（伝熱部材）６７伝熱管（伝熱部材、攪乱部材）６８伝熱板（伝熱部材、ガイド部材）７０伝熱管（伝熱部材）Ｅ内燃機関

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者篠原雅志埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者齋藤文一埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 3L103 AA35 BB15 CC02 CC27 DD05 DD09 DD19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱流体通路（５０，５５，５６）の内部
を温度低下しながら流れる熱流体と接触するように伝熱
部材（６１，６７，６８，７０）を配置し、伝熱部材
（６１，６７，６８，７０）の内部に熱流体の流れに対
向する方向に熱吸収媒体を流すことで、熱流体の持つ熱
エネルギーを伝熱部材（６１，６７，６８，７０）を介
して熱吸収媒体に回収する熱交換器において、前記伝熱部材（６７，６８）は、熱流体の流れを偏向さ
せるガイド部材と、ガイド部材により偏向された熱流体
の流れを乱流にする攪乱部材とを含むことを特徴とする
熱交換器。
【請求項２】前記熱流体通路（５０，５５，５６）は
熱流体の流れ方向の上流側から下流側に向けて高温領
域、中温領域および低温領域に区画されており、熱流体
が高温領域から中温領域を経て低温領域に流れるにつれ
て、その温度および流速が次第に低下するようになって
おり、少なくとも前記中温領域に前記ガイド部材（６
８）および攪乱部材（６７）を配置したことを特徴とす
る、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】前記中温領域における熱流体通路（５
５）の通路断面積を、その入口（５５ａ）において絞っ
たことを特徴とする、請求項請求項２に記載の熱交換
器。
【請求項４】前記中温領域における熱流体通路（５
５）は環状をなしており、前記ガイド部材（６８）は環
状の熱流体通路（５５）内に配置された螺旋状の伝熱板
から構成され、前記攪乱部材（６７）は複数本の波形の
伝熱管を位相をずらして重ね合わせたもの前記ガイド部
材（６８）に沿うように螺旋状に巻いて構成されること
を特徴とする、請求項請求項２または請求項３に記載の
熱交換器。
【請求項５】前記高温領域を流れる熱流体を層流とし
たことを特徴とする、請求項２〜請求項４の何れか１項
に記載の熱交換器。
【請求項６】前記高温領域の半径方向外側を覆うよう
に前記中温領域を配置し、この中温領域の半径方向外側
を覆うように前記低温領域を配置したことを特徴とす
る、請求項２〜請求項５の何れか１項に記載の熱交換
器。
【請求項７】前記熱流体は内燃機関（Ｅ）の排気ガス
であり、前記熱交換器は排気ガスの熱で熱吸収媒体を蒸
発させる蒸発器（２３）であることを特徴とする、請求
項１〜請求項６の何れか１項に記載の熱交換器。