JP2013100978A - 排気熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィンの突出板による渦流が熱伝達を大きく促進させ、熱交換率の向上を図ることができる排気熱交換装置を提供する。
【解決手段】内燃機関から排出される排気が流れる排気通路１１を構成するチューブ１０と、排気通路１１に配置されるフィン１２と、チューブ１０及びフィン１２の少なくとも何れか一方に設けられ、排気流れを遮る方向に突出された突出板１５とを備え、突出板１５は、底辺１６と左右一対の側辺１７，１８を少なくとも有する４角形以上の多角形であり、一方の側辺１７の底辺１６に対する角度が他方の側辺１８の底辺１６に対する角度より小さく、且つ、９０度未満に設定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換装置に関する。

この種の従来の排気熱交換装置として、特許文献１に開示されたものがある。この排気熱交換装置１００は、図２０に示すように、外装ケース１０１と、この外装ケース１０１内に収容された複数のチューブ１１０と、複数のチューブ１１０の両端部に配置された一対のタンク１２０、１２１とを備えている。

外装ケース１０１には、冷却流体である冷却水の冷却水入口部１０２と冷却水出口部１０３が設けられている。外装ケース１０１内には、隣り合うチューブ１１０間の隙間等によって冷却水通路１０４が形成されている。

一対のタンク１２０，１２１内には、全チューブ１１０の両端が開口している。一方のタンク１２０には排気入口部１２０ａが、他方のタンク１２１には排気出口部１２１ａがそれぞれ設けられている。

複数のチューブ１１０は、積層されている。チューブ１１０は、図２１に示すように、２つの偏平部材１１０ａ，１１０ｂより形成されている。チューブ１１０の内部には、排気通路１１１が形成されている。各チューブ１１０の排気通路１１１には、フィン１１２が収容されている。

フィン１１２は、図２２に示すように、矩形の波形形状に形成されている。フィン１１２には、排気流れ方向Ｓに間隔を置いて複数の突出板１１３が切り起こしによって形成されている。突出板１１３は、排気通路１１１内の排気流れを遮る方向に突出されている。突出板１１３は、三角形状である。突出板１１３は、排気流れ方向Ｓの直交方向に傾する設置角度で配置されている。

上記構成において、各チューブ１１０内の排気通路１１１には、内燃機関から排出される排気が流れる。外装ケース１０１内の冷却水通路１０４には、冷却水が流れる。排気と冷却水は、チューブ１１０及びフィン１１２を介して熱交換する。この熱交換に際して、フィン１１２の各突出板１１３は、排気の流れを乱し、熱交換を促進する。

次に、突出板１１３による熱交換の促進作用を具体的に説明する。図２３に示すように、排気通路１１１を流れる排気が突出板１１３に突き当たると、排気が直進することができないため、突出板１１３の直ぐ下流に低圧領域が形成される。図２４（ａ）、（ｂ）に示すように、突出板１１３に突き当たった排気は、突出板１１３の左右の側辺１１３ａ，１１３ｂを回り込む越流となって下流に進む。越流は、突出板１１３の形状が三角形であるため、一方の側辺１１３ａからの第１越流と、突出板１１３の他方の側辺からの第２越流に分かれる。第１越流と第２越流は、両側の側辺１１３ａ，１１３ｂが共に傾斜面であることからその傾斜上方側の流量が多く、傾斜下方側の流量が少ない分布となり、このような分布の流れが低圧領域に引き込まれるため、第１越流と第２越流にそれぞれ回転力が作用し、図２４（ｃ）に示すように、第１越流と第２越流がそれぞれ螺旋状の渦流となる。このようにして、突出板１３の下流には２つの螺旋状の渦流が形成される。この２つの螺旋状の渦流が、排気通路１１１の面近傍に形成される境界層（排気停滞層）を乱しつつ流れるため、熱交換率が向上する。

特開２０１０−９６４５６号公報

しかしながら、前記従来の排気熱交換装置１００では、突出板１１３が三角形状であるため、排気流の堰き止め領域が小さく、突出板１１３の直ぐ下流にはあまり低い低圧領域が形成されない。そのため、第１越流と第２越流の低圧領域への引き込み力が小さく、２つに分岐された螺旋状の小さな渦流しか形成されない。仮にどちらかの越流が大きくて１つの渦流しか形成されなかったとしても引き込み力が弱いために弱い渦流しか形成されない。以上より、渦流によって熱伝達を大きく促進させることができない。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、フィンの突出板による渦流が熱伝達を大きく促進させ、熱交換率の向上を図ることができる排気熱交換装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関から排出される排気が流れる排気通路と、前記排気通路に配置され、排気流れを遮る方向に突出された突出板を有するフィンとを備え、前記突出板は、底辺と左右一対の側辺を少なくとも有する４角形以上の多角形であり、一方の前記側辺の底辺に対する角度が他方の前記側辺の底辺に対する角度より小さく、且つ、９０度未満に設定され、前記突出板は、排気流れ方向の上流側に前倒れ状態となる前傾角度で配置され、前記突出板は、排気流れ方向の直交方向に対し斜め向きとなる設置角度で配置され、他方の前記側辺が排気上流側で、且つ、一方の前記側辺が排気下流側であることを特徴とする排気熱交換装置である。

前記突出板は、他方の前記側辺の前記底辺に対する角度が９０度で、且つ、一方の前記側辺の前記底辺に対する角度が６０度の台形であることが好ましい。

前記突出板の前傾角度は、４０度以上で、且つ、９０度未満の範囲であることが好ましい。前記突出板の前傾角度は、６０度であることが更に好ましい。

前記突出板の設置角度は、１０度〜５０度の範囲であることが好ましい。前記突出板の設置角度は、３０度であることが更に好ましい。

前記突出板は、台形であり、底辺をＨ、高さをｈとすると、ｈ／Ｈが０．２〜０．７の範囲であることが好ましい。

前記排気通路は、排気流れ方向の直交方向に複数の小通路に仕切られ、各小通路には、前記突出板が排気流れ方向に沿って間隔を置いて設けられていることが好ましい。

前記突出板は、排気流れ方向の直交方向の同一位置に複数設けられ、複数の前記突出板は、左右の設置向きが左右異なる配置で配置されていることが好ましい。

排気流れ方向に間隔を置いて配置された複数の前記突出板は、排気流れ方向の直交方向に交互にシフトした位置に配置されていることが好ましい。

シフトした位置の前記突出板は、排気流れ方向の直交方向に一部オーバーラップして配置されていることが好ましい。

前記突出板は、前記排気通路を形成する複数の内面のうち、２面以上の内面に形成されていることが好ましい。

前記突出板は、前記排気通路を形成する複数の内面のうち、互いに対向する２面に形成されていることが好ましい。

互いに対向する２面は、前記チューブの内面に密接する側の面であることが好ましい。

前記突出板は、隣接する前記排気通路（１１）で排気流れ方向（Ｓ）に対して互いにシフトした位置に配置されていることが好ましい。

本発明によれば、排気通路を流れる排気が突出板に突き当たると、排気が直進することができないため、突出板の直ぐ下流には低圧領域が形成される。突出板は４角形以上の多角形であることから、排気流の堰き止め領域が大きいため、突出板の直ぐ下流には三角形の場合に較べて十分に低い低圧領域が形成される。そして、突出板の側辺の傾斜角度より、突出板の一方の側辺及びその側辺近傍の上辺を回り込む第１越流が突出板の他方の側辺及びその側辺近傍の上辺を回り込む第２越流に較べて多量であるため、第１越流が主流となって低圧領域に引き込まれる。ここで、第１越流は、一方の側辺が傾斜していることからその傾斜上方側の流量が多く、傾斜下方側の流量が少ない分布で、低圧領域の強い引き込み力によって引き込まれるため、突出板の下流には大きな単一の螺旋状で、且つ、強い渦流が形成される。

又、突出板は、排気流れ方向の上流側に前倒れ状態で配置されているため、後傾斜とした場合に較べて、大きくて強い渦流を形成できる。つまり、突出板が後傾斜で設置されている場合には、突出板に突き当たった排気流れがスムーズに上方に流れを変え、この進路変更した排気流れが突出板の下流にスムーズに引き込まれ易い。これに対し、前傾斜で設置されている場合には、突出板に突き当たった排気流れが上方にスムーズに流れを変えることができないため、乱入となった排気は突出板の下流に引き込まれ難い等の理由による。

更に、突出板は、排気流れ方向の直交方向に対し斜め向きに配置され、他方の側辺が排気上流側で、且つ、一方の側辺が排気下流側であため、一方の側辺を回り込む第１越流は、突出板を回り込んだ直後の位置で直ちに低圧領域からの引き込み力を受けることになるため、流通抵抗の低減を図りつつ大きくて強い渦流を形成できる。

以上により、勢いのある大きな螺旋状の渦流が排気通路の面近傍に形成される境界層（排気停滞層）を乱しつつ流れるため、渦流が熱伝達を大きく促進させ、熱交換率の向上を図ることができる。

本発明の第１実施形態を示し、ＥＧＲクーラの一部切欠き正面図である。 本発明の第１実施形態を示し、チューブの斜視図である。 本発明の第１実施形態を示し、（ａ）はフィンの斜視図、（ｂ）はフィンの一部拡大前面図である。 本発明の第１実施形態を示し、突出板の斜視図である。 本発明の第１実施形態を示し、（ａ）は突出板を図４のＡ方向から見た図、（ｂ）は突出板の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第１実施形態を示し、（ａ）は突出板を越える第１越流と第２越流 の概略流れを示す斜視図、（ｂ）は突出板を越える第１越流と第２越流の概略流れを示す平面図、（ｃ）は突出板の下流側に形成される渦流を突出板の下流側から見た図である。 本発明の第１実施形態を示し、突出板の前傾角度と渦の強さの関係を示す特性線図である。 本発明の第１実施形態を示し、突出板の設置角度と渦の強さの関係を示す特性線図である。 本発明の第１実施形態を示し、突出板のｈ／Ｈ値と渦の強さの関係を示す特性線図である。 本発明の第１実施形態に係る台形の突出板と両側辺が同じ角度の台形の突出板との渦の強さを示す図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態の突出板の配列パターンを示す概略図、（ｂ）は本発明の第３実施形態の突出板の配列パターンを示す概略図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態の突出板の配列パターンを示す概略図、（ｂ）は本発明の第５実施形態の突出板の配列パターンを示す概略図である。 本発明の第６実施形態を示し、フィンの組立斜視図である。 本発明の第６実施形態を示し、フィンの分解斜視図である。 本発明の第６実施形態を示し、（ａ）はフィンの一部拡大前面図であり、（ｂ）はフィンの一部側面図（図１５（ａ）のＣ−Ｃ断面図）であり、（ｃ）はフィンの変更例の一部拡大前面図である。 本発明の第７実施形態を示し、突出板の一部拡大前面図である。 本発明の第８実施形態を示し、フィンの組立斜視図である。 本発明の第８実施形態を示し、フィンの分解斜視図である。 本発明の第８実施形態を示し、（ａ）はフィンの一部拡大前面図であり、（ｂ）はフィンの一部側面図（図１９（ａ）のＤ−Ｄ断面図）である。 従来例を示し、排気熱交換装置の一部切欠き正面図である。 従来例を示し、チューブの斜視図である。 従来例を示し、フィンの斜視図である。 従来例を示し、突出板の斜視図である。 従来例を示し、（ａ）は突出板を図１７のＣ方向から見た図、（ｂ）は突出板の平面図、（ｃ）は突出板の下流に形成される渦流を突出板の下流側から見た図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図１０は本発明の第１実施形態を示す。排気熱交換装置であるＥＧＲ（排気再循環装置）クーラ１は、図１に示すように、外装ケース２と、この外装ケース２内に収容された複数のチューブ１０と、複数のチューブ１０の両端部に配置された一対のタンク２０，２１とを備えている。これら部品は、例えば耐熱性、耐腐食性に優れた材料（例えばステンレス材）より形成されている。これら各部材は、互いの当接箇所をろー付けによって固定されている。

外装ケース２には、冷却流体である冷却水の冷却水入口部３と冷却水出口部４が設けられている。外装ケース２内には、隣り合うチューブ１０の隙間、及び、両端位置のチューブ１０と外装ケース２の内面の隙間によって冷却水通路５が形成されている。

一対のタンク２０，２１内には、全チューブ１０の両端が開口している。一方のタンク２０には排気入口部２０ａが、他方のタンク２１には排気出口部２１ａがそれぞれ設けられている。

複数のチューブ１０は、積層されている。チューブ１０は、図２に示すように、２つの偏平部材１０ａ，１０ｂより形成されている。チューブ１０の内部には、排気通路１１が形成されている。排気通路１１は、下記するようにフィン１２によって複数の小通路１１ａに分割されている。複数の小通路１１ａは、排気流れ方向Ｓに沿った複数の内面（チューブ１０の１面とフィン１２の３面とを合わせた計４面）によって形成されている。

フィン１２は、チューブ１０の排気通路１１に収容されている。フィン１２は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、水平壁１３と垂直壁１４が交互に配置された矩形の波形形状に形成されている。各水平壁１３は、チューブ１２０の内面に密着した状態で配置されている。各垂直壁１４は、排気通路１１を複数の小通路１１ａに分割している。フィン１２で分割された各小通路１１ａには、排気流れ方向Ｓに沿って間隔を置いた位置に複数の突出板１５が切り起こしによって形成されている。突出板１５は、排気通路１１内の排気流れを遮る方向に突出している。

突出板１５は、図４及び図５に示すように、底辺１６と左右一対の側辺１７，１８と上辺１９から成る台形である。突出板１５を直角方向（図４のＡ方向）から見た場合、図５（ａ）に示すように、一方の側辺１７の底辺１６に対する角度ａは、他方の側辺１８の底辺１６に対する角度ｂより小さく、且つ、９０度未満に設定されている。この実施形態では、一方の側辺１７が６０度で、他方の側辺１８が９０度である。

突出板１５は、排気流れ方向Ｓの上流側に前倒れ状態となる前傾角度αで配置されている。この実施形態の前傾角度αは、フィン１２の水平壁１３に対して６０度である。

突出板１５は、排気流れ方向Ｓの直交方向に対し斜め向きとなる設置角度βで設置されている。この実施形態の設置角度βは、３０度である。突出板１５は、他方の側辺１８が排気上流側で、且つ、一方の側辺１７が排気下流側となる向きで傾斜している。複数の突出板１５は、排気流れ方向Ｓに沿って配置された複数の突出板１５は、交互に設置向きが左右逆向きに配置されている（図３（ａ）参照）。

上記構成において、各チューブ１０内の排気通路１１には、内燃機関から排出される排気が流れる。外装ケース２内の冷却水通路５には、冷却水が流れる。排気と冷却水は、チューブ１０及びフィン１２を介して熱交換する。この熱交換に際して、フィン１２の各突出板１５は、排気の流れを乱し、熱交換を促進する。

次に、突出板１５による熱交換の促進作用を具体的に説明する。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、排気通路１１を流れる排気が突出板１５に突き当たると、排気が直進することができないため、突出板１５の直ぐ下流には低圧領域が形成される。突出板１５は４角形以上の多角形であることから、排気流の堰き止め領域が大きいため（排気流れ方向の直交方向に対し広い範囲で排気流の堰き止め領域が大きいため）、突出板１５の直ぐ下流には三角形の場合に較べて十分に低い低圧領域が形成される。そして、突出板１５の側辺１７，１８の傾斜角度より、突出板１５の一方の側辺１７及びこの側辺１７近傍の上辺１９を回り込む第１越流Ｄ１が突出板１５の他方の側辺１８及びこの側辺１８近傍の上辺１９を回り込む第２越流Ｄ２に較べて多量であるため、第１越流Ｄ１が主流となって低圧領域に引き込まれる。ここで、第１越流Ｄ１は、一方の側辺１７が傾斜していることからその傾斜上方側の流量が多く、傾斜下方側の流量が少ない分布で、低圧領域の強い引き込み力によって引き込まれるため、図６（ｃ）に示すように、突出板１５の下流には大きな単一の螺旋状で、且つ、強い渦流が形成される。

又、突出板１５は、排気流れ方向Ｓの上流側に前倒れ状態となる前傾角度αで配置されている。従って、後傾斜とした場合に較べて、大きくて強い渦流を形成できる。つまり、突出板１５が後傾斜で設置されている場合には、突出板１５に突き当たった排気流れがスムーズに上方に流れを変え、この進路変更した排気流れが突出板１５の下流にスムーズに引き込まれ易い。これに対し、前傾斜で設置されている場合には、突出板１５に突き当たった排気流れが上方にスムーズに流れを変えることができないため、乱入となった排気は突出板１５の下流に引き込まれ難い等の理由による。

更に、突出板１５は、排気流れ方向Ｓの直交方向に対し斜め向きとなる設置角度βで配置され、他方の側辺１８が排気上流側で、且つ、一方の側辺１７が排気下流側である。従って、一方の側辺１７を回り込む第１越流Ｄ１は、突出板１５を回り込んだ直後の位置で直ちに低圧領域からの引き込み力を受けることになるため、流通抵抗の低減を図りつつ大きくて強い渦流を形成できる。

以上により、勢いのある大きな螺旋状の渦流が排気通路１１の面（チューブ１０の内面やフィン１２の水平壁１３）近傍に形成される境界層（排気停滞層）を乱しつつ流れるため、渦流が熱伝達を大きく促進させ、熱交換率が向上する。

突出板１５は、他方の側辺１８の底辺１６に対する角度ｂが９０度で、且つ、一方の側辺１７の底辺１６に対する角度ａが６０度の台形である。従って、突出板１５をシンプルな形状にできる。

排気通路１１は、フィン１２によって排気流れ方向Ｓの直交方向に複数の小通路１１ａに仕切られ、各小通路１１ａには突出板１５が排気流れ方向Ｓに沿って間隔を置いた位置に設けられている。従って、各小通路１１ａ毎に上記した渦流を形成することができるため、排気通路１１の全域でほぼ均一に熱交換を促進できる。

排気流れ方向Ｓに沿って配置された複数の突出板１５は、交互に設置向きが左右逆向きに配置されている。従って、各突出板１５の下流に形成される渦流の向きが交互に逆のものが形成されるため、排気通路１１内の排気流が更に乱され、熱交換率の向上になる。

図７は、突出板１５の前傾角度αを可変した場合の渦流の強さを示す特性線図である。突出板１５の設置角度βを０度（排気流れ方向の直交方向）に設定した場合の渦流の強さである。渦流の強さは、下記の数式によって算出した。

ｘは、突出板（渦発生部）の設置位置を原点とした流れ方向の座標である。ｈは、突出板（渦発生部）の設置高さである（図５（ａ）及び図５（ｃ）参照）。ＩＡは、ある流路断面における速度勾配の第２不変量Ｑの値が正の場合での単位面積当たりのＱ値の大きさである。

突出板１５の設置角度βが０度（排気流れ方向の直交方向）の場合、突出板１５が三角形では、渦流れの強さが０．８である。図７の結果より、突出板１５の設置角度βが０度（排気流れ方向の直交方向）の場合であっても、前傾角度αを４０度以上で、且つ、９０度未満の範囲であれば三角形より強い渦流が形成される。前傾角度αは、６０度が最も好ましい。前傾角度６０度では、三角形の場合より１７％強い渦流を形成できる。この結果より、設定角度βを１０度から５０度の範囲に設定すれば、上述した所定の傾斜設置効果によって、突出板１５が三角形の場合に較べて確実により強い渦流を形成できることが推定できる。

図８は、突出板１５の設置角度βを可変した場合の渦流の強さを示す特性線図である。突出板１５の前傾角度αを９０度に設定した場合の渦流の強さである。渦流の強さは、上記数式によって算出した。

突出板１５の前傾角度αが９０度（垂直方向）の場合、突出板が三角形では、渦の強さが０．８である。図８の結果より、突出板１５の前傾角度が９０度の場合であっても、設置角度βを１０度〜５０度の範囲に設定すれば、三角形より強い渦流が形成される。設置角度βは、３０度が最も好ましい。設置角度３０度では、突出板１５が三角形の場合より１３％強い渦流を形成できる。この結果より、前傾角度αを４０度から９０度未満の範囲では、上述した前傾効果によって、突出板１５が三角形の場合に較べて確実により強い渦流を形成できることが推定できる。

図９は、突出板１５の底辺１６の長さＨと高さｈ（図５参照）の比率を可変した場合の渦流の強さを示す特性線図である。ｈ／Ｈ値が１の場合がほぼ三角形であり、渦の強さが０．３である。ｈ／Ｈ値は、０．２〜０．７の範囲が好ましい。この範囲に設定することにより、突出板１５が三角形の場合より１６５％強い渦流を形成できる。

図１０は、左右の側辺１７，１８の角度が同じである台形と、本実施形態の台形（本実施形態）の場合における渦流の強さを示す図である。図１０に示すように、実施形態の台形の方が上記した渦流形成のメカニズムによって強い渦流が形成されることが実証された。

（第２実施形態）
図１１（ａ）は、本発明の第２実施形態を示す。この第２実施形態では、小通路１１ａには、排気流れ方向Ｓの直交方向の同一位置に２つの突出板１５が配置されている。並設する２つの突出板１５は、設置向きが左右逆向きに配置されている。並設する２つの突出板１５は、上方から見て「ハ」の字状に配置されている。

他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、重複説明を回避すべく説明を省略する。

この第２実施形態によれば、並設する２つの突出板１５の下流に形成される渦流の向きが互いに異なる向きになる。従って、２つの渦流が互いに接近して干渉したとしても、双方の渦流を弱める方向にならないため、熱交換率の向上を図ることができる。

変形例として、並設する２つの突出板１５は、上方から見て逆「ハ」の字状に配置しても良い。又、排気流れ方向Ｓの直交方向の同一位置に３つ以上の突出板１５が設けても良い。

（第３実施形態）
図１１（ｂ）は、本発明の第３実施形態を示す。この第３実施形態では、小通路１１ａには、突出板１５が排気流れ方向Ｓに間隔を置いて配置されているが、この複数の突出板１５は、排気流れ方向Ｓの直交方向に交互にシフトした位置に配置されている。排気流れ方向Ｓに配置された複数の突出板１５は、設置向きが交互に左右逆向きに配置されている。

他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、重複説明を回避すべく説明を省略する。

この第３実施形態によれば、各突出板１５の下流に形成される渦流の向きが交互に互いに逆向きになる。従って、排気通路内の排気流が更に乱され、熱交換率の向上になる。

（第４実施形態）
図１２（ａ）は、本発明の第４実施形態を示す。この第４実施形態の突出板１５の配列パターンは、前記第２実施形態と同様であるが、２つの突出板１５同士が接触状態で配置されている。

他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、重複説明を回避すべく説明を省略する。

この第４実施形態では、前記第２実施形態と同様の作用・効果がある。又、並設する２つの突出板１５の設置幅寸法Ｗを小さくできるため、狭い小通路１１ａに配置可能である。

変形例として、並設する２つの突出板１５は、上方から見て逆「ハ」の字状に配置しても良い。又、排気流れ方向の直交方向の同一位置に３つ以上の突出板が設けても良い。

（第５実施形態）
図１２（ｂ）は、本発明の第５実施形態を示す。この第５実施形態の突出板１５の配列パターンは、前記第３実施形態と同様であるが、シフト位置の突出板１５は、排気流れ方向Ｓの直交方向に一部オーバーラップした位置に配置されている。

他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、重複説明を回避すべく説明を省略する。

この第５実施形態では、前記第３実施形態と同様の作用・効果がある。又、各突出板１５の下流に形成される渦流の向きが交互に互いに逆向きになる。又、突出板１５の設置幅寸法Ｗを小さくできるため、狭い小通路に配置可能である。

（第６実施形態）
図１３〜図１５は本発明の第６実施形態を示す。この第６実施形態の突出板１５，１５Ａ，１５Ｂの形状は、前記第１実施形態と同様であるが、この突出板１５，１５Ａ，１５Ｂは、排気通路１１を形成する複数の内面（４つの面）のうち、２面の内面に形成されている。

具体的には、図１３〜図１５に示すように、フィン１２は、水平壁１３と垂直壁１４が交互に配置された矩形の波形形状のフィン本体１２Ａと、フィン本体１２Ａの上側に配置される上側板体１２Ｂと、フィン本体１２Ａの下側に配置される下側板体１２Ｃとによって構成されている。

フィン本体１２Ａには、前記第１実施形態と同様の突出板１５が設けられている。フィン本体１２Ａの水平壁１３と垂直壁１４とが交差する境目には、段部２０が形成されている。この段部２０の深さＤ_２０は、上側板体１２Ｂの厚みＤ_１２Ｂや下側板体１２Ｃの厚みＤ_１２Ｃと略同一に設定されている（図１５（ａ）参照）。フィン本体１２Ａのその他の構成は、前記第１実施形態で説明したフィン１２と同様であるため、重複説明を回避すべく説明を省略する。

上側板体１２Ｂには、上側に位置する水平壁１３の位置で切り抜き加工された上側開口部１２Ｂ１が形成されている。上側開口部１２Ｂ１の間には、下側に位置する水平壁１３に対向する上側対向面１２Ｂ２が設けられている。上側対向面１２Ｂ２には、排気流れ方向Ｓに沿って間隔を置いた位置に複数の突出板１５Ａが切り起こしによって形成されている。

突出板１５Ａは、排気通路１１内の排気流れを遮る方向（すなわち、下側に位置する水平壁１３側）に突出している。突出板１５Ａのその他の構成は、フィン本体１２Ａに設けられた突出板１５と同様であるため、重複説明を回避すべく説明を省略する。

下側板体１２Ｃには、下側に位置する水平壁１３の位置で切り抜き加工された下側開口部１２Ｃ１が形成されている。下側開口部１２Ｃ１の間には、上側に位置する水平壁１３に対向する下側対向面１２Ｃ２が設けられている。下側対向面１２Ｃ２には、排気流れ方向Ｓに沿って間隔を置いた位置に複数の突出板１５Ｂが切り起こしによって形成されている。

突出板１５Ｂは、排気通路１１内の排気流れを遮る方向（すなわち、上側に位置する水平壁１３側）に突出している。突出板１５Ｂのその他の構成は、フィン本体１２Ａに設けられた突出板１５と同様であるため、重複説明を回避すべく説明を省略する。

ここで、突出板１５Ａ，１５Ｂは、図１５（ａ）に示すように、フィン本体１２Ａに設けられた突出板１５と設置向きが同一向きに配置されている。また、突出板１５Ａ，１５Ｂは、図１５（ｂ）に示すように、フィン本体１２Ａに設けられた突出板１５と排気流れ方向Ｓの同位置に配置されている。

この第６実施形態によれば、突出板１５，１５Ａ，１５Ｂは、排気通路１１を形成する複数の内面のうち、互いに対向する２面に形成されており、この互いに対向する２面は、チューブ１０の内面に密接する面（上面及び下面）となっている。従って、チューブ１０の内面に密接する面で渦流が熱伝達を大きく促進するので、熱交換率の向上をさらに図ることができる。

又、上側対向面１２Ｂ２を形成する上側板体１２Ｂや下側対向面１２Ｃ２を形成する下側板体１２Ｃは、それぞれ一部材によって形成されている。従って、上側対向面１２Ｂ２や下側対向面１２Ｃ２が１つの排気通路１１に対して個々に別体である場合と較べて、フィン本体１２Ａに対して上側板体１２Ｂや下側板体１２Ｃを取り付ける際の作業性が向上する。

又、段部２０の深さＤ_２０は、上側板体１２Ｂの厚みＤ_１２Ｂや下側板体１２Ｃの厚みＤ_１２Ｃと略同一に設定されている。従って、フィン本体１２Ａに上側板体１２Ｂ及び下側対向面１２Ｃ２を取り付けてもこれらが面一となるため、排気通路１１内に効率的にフィン１２を配置できるとともに、排気通路１１内の排気流れを遮ることを防止できる。

又、突出板１５Ａ，１５Ｂは、フィン本体１２Ａに設けられた突出板１５と設置向きが同一向きに配置されているので、突出板１５，１５Ａ，１５Ｂに突き当たって形成された螺旋状で且つ強い渦流が同一方向に回転する（図１５（ａ）参照）ため、熱交換率の向上をさらに図ることができる。

変更例として、突出板１５Ａ，１５Ｂは、必ずしもフィン本体１２Ａに設けられた突出板１５と設置向きが同一向きに配置されている必要はなく、図１５（ｃ）に示すように、フィン本体１２Ａに設けられた突出板１５と設置向きが逆向きに配置されていても良い。

また、変更例として、突出板１５Ａ，１５Ｂは、必ずしもフィン本体１２Ａに設けられた突出板１５と排気流れ方向Ｓの同位置に配置されている必要はなく、突出板１５と排気流れ方向Ｓに交互にシフトした位置に配置されていても良い。

また、変更例として、突出板１５，１５Ａ，１５Ｂは、前記第１実施形態で説明した突出板１５と同様と必ずしも同様の構成である必要はなく、前記第２〜第５の実施形態で説明した突出板１５と同様であっても良いことは勿論である。

さらに、変更例として、突出板１５，１５Ａ，１５Ｂは、排気通路１１を形成する複数の内面のうち、２面に形成されているが、２面以上の内面（すなわち、３面や４面）に形成されても良い。

（第７実施形態）
図１６は本発明の第７実施形態を示す。この第７実施形態の突出板１５，１５Ａ，１５Ｂは、前記第６実施形態と同様に、排気通路１１を形成する複数の内面（４つの面）のうち、２面の内面に形成されている。

具体的には、図１６に示すように、突出板１５，１５Ａ，１５Ｂは、前記第６実施形態のように全てがフィン１２に設けられてなく、突出板１５は、フィン１２（フィン本体１２Ａ）に設けられており、突出板１５に対向した突出板１５Ａ，１５Ｂは、内層１０ｉｎと外層１０ｏｕｔとの２層からなるチューブ１０の内層１０ｉｎに設けられている。突出板１５，１５Ａ，１５Ｂのその他の構成は、前記第６実施形態と同様であるため、重複説明を回避すべく説明を省略する。

この第７実施形態によれば、前記第６実施形態と同様の効果が得られるとともに、チューブ１０を２層にすることで突出板１５Ａ，１５Ｂをチューブ１０に設けることができ、突出板１５Ａ，１５Ｂを形成するために新たな別の部材が必要にならない。

変更例として、突出板１５Ａ，１５Ｂに加えて突出板１５についても、チューブ１０の内層１０ｉｎに設けられていても良い。

（第８実施形態）
図１７〜図１９は本発明の第８実施形態を示す。この第８実施形態の突出板１５，１５Ｃは、前記第６，７実施形態と同様に、排気通路１１を形成する複数の内面（４つの面）のうち、２面の内面に形成されている。

具体的には、図１７〜図１９に示すように、フィン１２は、水平壁１３と垂直壁１４が交互に配置された矩形の波形形状のフィン本体１２Ａと、垂直壁１４に隣接する垂直板体１２Ｄとによって構成されている。

フィン本体１２Ａの垂直壁１４には、排気流れ方向Ｓに沿って間隔を置いた位置に複数の突出板１５が切り起こしによって形成されている。複数の突出板１５は、フィン本体１２Ａの前面視（図１９（ａ）参照）において、フィン本体１２Ａの波形形状の内方或いは外方に突出している。突出板１５のその他の構成は、前記第１実施形態で説明した突出板１５と同様であるため、重複説明を回避すべく説明を省略する。

垂直板体１２Ｄは、垂直壁１４に当接した状態で、半田付けや溶接（例えば、スポット溶接）、或いは係止機構（例えば、係止爪及び係止孔）等によって固定される。垂直板体１２Ｄには、排気流れ方向Ｓに沿って間隔を置いた位置に複数の突出板１５Ｃが切り起こしによって形成されている。

突出板１５Ｃは、図１９（ｂ）に示すように、隣接する排気通路１１で排気流れ方向Ｓに対して、フィン本体１２Ａに形成された突出板１５とシフトした位置に配置されている。突出板１５Ｃは、フィン本体１２Ａに形成された突出板１５と設置向きが逆向きに配置されている。突出板１５Ｃのその他の構成は、前記第６，第７実施形態で説明した突出板１５と同様であるため、重複説明を回避すべく説明を省略する。

この第７実施形態によれば、前記第６，第７実施形態と同様の効果が得られるとともに、突出板１５Ｃの切り起こしにより垂直板体１２Ｄに開口した孔１２Ｄ１（図１８参照）がフィン本体１２Ａの垂直壁１４で覆われるとともに、突出板１５の切り起こしによりフィン本体１２Ａに開口した孔１２Ａ１（図１８参照）が垂直板体１２Ｄで覆われる。これにより、突出板１５や突出板１５Ｃに突き当たって形成された強い渦流が各孔１２Ａ１，１２Ｄ１を通過してしまうことなく、熱交換率の向上をさらに図ることができる。

変更例として、突出板１５Ｃは、必ずしもフィン本体１２Ａに形成された突出板１５と設置向きが逆向きに配置されている必要はなく、突出板１５と設置向きが同一向きに配置されていても良い。

また、変更例として、突出板１５Ｃは、必ずしも隣接する排気通路１１で排気流れ方向Ｓに対して突出板１５とシフトした位置に配置されている必要はなく、各孔１２Ａ１，１２Ｄ１を覆っていれば、排気流れ方向Ｓに対して突出板１５と同位置に配置されていても良い。

（変形例）
前記した実施形態では、突出板１５は、一方の側辺１７の角度が６０度で、他方の側辺１８の角度が９０度の台形であるが、これ以外の台形であっても良く、又、台形以外の四角形でも良く、更に、四角形を超える多角形であっても良い。つまり、突出板１５は、底辺１６と左右一対の側辺１７，１８を少なくとも有する四角形以上の多角形であり、一方の側辺１７の底辺１６に対する角度ａが他方の側辺１８の底辺１６に対する角度ｂより小さく、且つ、９０度未満に設定されているものであれば良い。例えば、他方の側辺１８の底辺１６に対する角度ｂは、９０度未満でも９０度を超える角度であっても良い。一方の側辺１７の底辺１６に対する角度ａは、９０度未満、つまり、一方の側辺１７は傾斜していれば良い。

更に好ましくは、一方の側辺１７の底辺１６に対する角度ａは、他方の側辺１８の底辺１６に対する角度ｂに対して大きな角度差であることが好ましい。つまり、突出板１５は、一方の側辺１７が他方の側辺１８よりも突出板１５の下流領域への回り込みによる第１越流Ｄ１が多く、且つ、その越流量の分布が一方の側辺１７の下方より上方の方が多くなり、単一の渦流を形成することができるためである。本明細書では、側辺１７，１８や上辺１９は、直線でなく曲線のものを含む。また、本明細書では、一方の側辺１７が複数の直線（例えば上方側辺と下方側辺）で構成される場合には、一方の側辺１７の底辺１６に対する角度ａは、上方側辺の底辺に対する角度をいうものとする。

実施形態では、突出板１５は、切り起こしによって形成されているが、これ以外の方法（溶接等）で作製しても良い。

実施形態では、複数の小通路１１ａは、チューブ１０の１面とフィン１２の３面とを合わせた計４つの面によって矩形状に形成されているが、これ以外の形状（例えば、三角状や多角形状、湾曲状）であっても良い。

実施形態では、本発明の排気熱交換装置をＥＧＲ（排気再循環装置）クーラ１に適用した場合を示したが、本発明は、内燃機関から排出される排気と冷却流体との間で熱交換を行うもの全てに適用可能である。例えば、空気調和装置等のために排気熱を回収する排熱回収器である。

１ ＲＧＲクーラ（排気熱交換装置）
１１ 排気通路
１１ａ 小通路
１２ フィン
１５,１５Ａ,１５Ｂ,１５Ｃ 突出板
１６ 底辺
１７ 一方の側辺
１８ 他方の側辺
Ｓ 排気流れ方向

Claims (15)

1. 内燃機関から排出される排気が流れる排気通路（１１）を構成するチューブ（１０）と、
   前記排気通路（１１）に配置されるフィン（１２）と、
   前記チューブ（１０）及び前記フィン（１２）の少なくとも何れか一方に設けられ、排気流れを遮る方向に突出された突出板（１５）とを備え、
   前記突出板（１５）は、底辺（１６）と左右一対の側辺（１７），（１８）を少なくとも有する４角形以上の多角形であり、一方の前記側辺（１７）の底辺（１６）に対する角度が他方の前記側辺（１８）の底辺（１６）に対する角度より小さく、且つ、９０度未満に設定され、
   前記突出板（１５）は、排気流れ方向（Ｓ）の上流側に前倒れ状態となる前傾角度（α）で配置され、
   前記突出板（１５）は、排気流れ方向（Ｓ）の直交方向に対し斜め向きとなる設置角度（β）で配置され、他方の前記側辺（１８）が排気上流側で、且つ、一方の前記側辺（１７）が排気下流側であることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
2. 請求項１に記載の排気熱交換装置（１）であって、
   前記突出板（１５）は、他方の前記側辺（１８）の前記底辺（１６）に対する角度が９０度で、且つ、一方の前記側辺（１７）の前記底辺（１６）に対する角度が６０度である台形であることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排気熱交換装置（１）であって、
   前記突出板の前傾角度（α）は、４０度以上で、且つ、９０度未満の範囲であることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
4. 請求項３に記載の排気熱交換装置（１）であって、
   前記突出板の前傾角度（α）は、６０度であることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の排気熱交換装置（１）であって、
   前記突出板の設置角度（β）は、１０度〜５０度の範囲であることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
6. 請求項５に記載の排気熱交換装置（１）であって、
   前記突出板（１５）の設置角度（β）は、３０度であることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の排気熱交換装置（１）であって、
   前記突出板（１５）は、台形であり、底辺（１６）をＨ、高さをｈとすると、ｈ／Ｈが０．２〜０．７の範囲であることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の排気熱交換装置（１）であって、
   前記排気通路（１１）は、排気流れ方向（Ｓ）の直交方向に複数の小通路（１１ａ）に仕切られ、各小通路（１１ａ）には、前記突出板（１５）が排気流れ方向（Ｓ）に沿って間隔を置いて設けられていることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
9. 請求項８に記載の排気熱交換装置（１）であって、
   前記突出板（１５）は、排気流れ方向（Ｓ）の直交方向の同一位置に複数設けられ、複数の前記突出板（１５）は、左右の設置向きが左右異なる配置で配置されていることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
10. 請求項８に記載の排気熱交換装置（１）であって、
    排気流れ方向（Ｓ）に間隔を置いて配置された複数の前記突出板（１５）は、排気流れ方向（Ｓ）の直交方向に交互にシフトした位置に配置されていることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
11. 請求項１０に記載の排気熱交換装置（１）であって、
    シフトした位置の前記突出板（１５）は、排気流れ方向（Ｓ）の直交方向に一部オーバーラップして配置されていることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の排気熱交換装置（１）であって、
    前記突出板（１５、１５Ａ〜１５Ｃ）は、前記排気通路（１１）を形成する複数の内面のうち、２面以上の内面に形成されていることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
13. 請求項１２に記載の排気熱交換装置（１）であって、
    前記突出板（１５、１５Ａ〜１５Ｃ）は、前記排気通路（１１）を形成する複数の内面のうち、互いに対向する２面に形成されていることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
14. 請求項１３に記載の排気熱交換装置（１）であって、
    互いに対向する２面は、前記チューブ（１０）の内面に密接する側の面であることを特徴とする排気熱交換装置（１）。
15. 請求項１２〜請求項１４のいずれかに記載の排気熱交換装置（１）であって、
    前記突出板（１５、１５Ａ〜１５Ｃ）は、隣接する前記排気通路（１１）で排気流れ方向（Ｓ）に対して互いにシフトした位置に配置されていることを特徴とする排気熱交換装置（１）。

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