JP2019127925A - 排気熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の吸気系へと再循環させる排気を効率良く冷却する。【解決手段】排気熱回収装置は、排気と冷却流体との間で熱交換を行う熱交換器を備える。また、熱交換器は、複数のプレートと、内側シェルと、外側シェルと、を備える。内側シェルは、排気管を外側から囲み、排気管との間に、複数のプレートが配置される熱交換空間を形成する。また、外側シェルは、排気を内燃機関の吸気系へ再循環させるＥＧＲ管に接続されるＥＧＲ開口を有し、内側シェルとの間に、ＥＧＲ開口に繋がる外側空間を形成する。そして、内側シェルは、熱交換空間と外側空間とを連通する少なくとも１つの調整用開口部を有する。【選択図】図４

Description

本開示は、排気熱回収装置に関する。

内燃機関の排気から熱を回収する機能と、ＥＧＲにおいて再循環させる排気を冷却する機能とを兼ね備えた装置が知られている。なお、ＥＧＲとは、排気の一部を内燃機関の吸気系へと再循環させる装置であり、Ｅｘａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ（すなわち、排気再循環）の略称である。

特許文献１に記載された排気熱回収装置は、排気管から流出した排気を冷却した後、内燃機関の吸気系に繋がる再循環流路へと流出させる。排気熱回収装置は、排気を冷却する熱交換器とシェルとを有する。熱交換器は、排気管の外側を囲む環状の複数のプレートを有する。また、シェルは、複数のプレートの外側を囲み、再循環流路に繋がる開口を備える。各プレートには、内部に冷却流体の流路が設けられており、排気が各プレートの周辺を流下することで、排気と冷却流体との間で熱交換が行われる。そして、熱交換器により冷却された排気は、シェルの開口を通過して再循環流路に流入する。

国際公開第２０１７／１２６０８２号

しかし、特許文献１に記載された技術では、熱交換器の内部において、再循環流路に繋がる開口から遠い領域では、開口から近い領域に比べ、複数のプレートの周辺を排気が流下する際に発生する圧力損失が大きくなっていた。なお、圧力損失とは、換言すれば、流体が流下する際に受ける抵抗である。これにより、熱交換器の内部で排気の流れに偏りが生じ、熱交換の効率が低下していた。

内燃機関の吸気系へと再循環させる排気を効率良く冷却することが望ましい。

本開示の一態様は、内燃機関からの排気の流路に設けられた排気熱回収装置であって、排気管と、熱交換器と、を備える。排気管は、排気が流下する。熱交換器は、排気管から流入した排気と冷却流体との間で熱交換を行う。また、熱交換器は、複数のプレートと、内側シェルと、外側シェルと、を備える。プレートは、内部に冷却流体の流路が設けられた環状の部位であって、排気管を外側から囲んだ状態で、直線状に延びる軸線方向に沿って並ぶ部位である。また、内側シェルは、排気管を外側から囲み、排気管との間に、複数のプレートが配置される熱交換空間を形成する。また、外側シェルは、排気を内燃機関の吸気系へ再循環させるＥＧＲ管に接続されるＥＧＲ開口を有し、内側シェルの少なくとも一部を外側から覆うことで、内側シェルとの間に、ＥＧＲ開口に繋がる外側空間を形成する。

ここで、ＥＧＲ開口から排気管に向かい、且つ、軸線方向に直交する方向を、基準方向とする。また、熱交換空間における基準方向の中央を通過し、且つ、基準方向に直交する平面を、基準面とする。また、熱交換空間における基準面のＥＧＲ開口側に位置する部分を第１空間とし、他の部分を第２空間とする。内側シェルは、熱交換空間と外側空間とを連通する少なくとも１つの調整用開口部を有する。そして、少なくとも１つの調整用開口部における第２空間と外側空間とを連通する部分の面積は、第１空間と外側空間とを連通する部分の面積よりも大きい。

上記構成によれば、少なくとも１つの調整用開口部における第２空間と外側空間とを連通する部分（以後、第２開口部）の総面積は、第１空間と外側空間とを連通する部分（以後、第１開口部）の総面積よりも大きい。このため、排気が第２開口部を通過する際の圧力損失が、排気が第１開口部を通過する際の圧力損失よりも小さくなるよう促される。これにより、排気が第２空間からＥＧＲ開口に至るまでの圧力損失と、排気が第１空間からＥＧＲ開口に至るまでの圧力損失との差が抑制される。

その結果、第２空間から外側空間への排気の流出が促進され、熱交換空間における排気の流れの偏りが抑制される。したがって、ＥＧＲ開口から内燃機関の吸気系へと再循環させる排気を、効率良く冷却することができる。

本開示の一態様では、内側シェルは、複数の調整用開口部を有しても良い。また、調整用開口部から流出した排気がＥＧＲ開口に至るまでに外側空間を流下する平均的な距離を、流下距離としてもよい。また、複数の調整用開口部の各々は、流下距離が長くなるに従い面積が大きくなってもよい。

調整用開口部の流下距離が長くなるに従い、調整用開口部を通過した排気がＥＧＲ開口に到達するまでの圧力損失が大きくなる。これに対し、上記構成によれば、流下距離が長くなるに従い調整用開口部の面積が大きくなる。このため、調整用開口部の流下距離が長くなるに従い、排気が調整用開口部を通過する際の圧力損失が小さくなるよう促される。その結果、流下距離の長い調整用開口部から外側空間への排気の流出が促進され、熱交換空間における排気の流れの偏りが、より抑制される。したがって、ＥＧＲ開口から内燃機関の吸気系へと再循環させる排気を、より一層効率良く冷却することができる。

本開示の一態様は、内燃機関からの排気の流路に設けられた排気熱回収装置であって、排気管と、熱交換器と、を備える。排気管は、排気が流下する。また、熱交換器は、排気管から流入した排気と冷却流体との間で熱交換を行う。また、熱交換器は、複数のプレートと、内側シェルと、外側シェルと、を備える。プレートは、内部に冷却流体の流路が設けられた環状の部位であって、排気管を外側から囲んだ状態で、直線状に延びる軸線方向に沿って並ぶ部位である。また、内側シェルは、排気管を外側から囲み、排気管との間に、複数のプレートが配置される熱交換空間を形成する。また、外側シェルは、排気を内燃機関の吸気系へ再循環させるＥＧＲ管に接続されるＥＧＲ開口を有し、内側シェルの少なくとも一部を外側から覆うことで、内側シェルとの間に、ＥＧＲ開口に繋がる外側空間を形成する。

ここで、ＥＧＲ開口から排気管に向かい、且つ、軸線方向に直交する方向を、基準方向とする。また、熱交換空間における基準方向の中央を通過し、且つ、基準方向に直交する平面を、基準面とする。内側シェルは、当該内側シェルにおける基準面と交差する交差部分に設けられ、熱交換空間と外側空間とを連通する少なくとも１つの調整用開口部を有する。

なお、上述したものと同様、第１空間とは、熱交換空間において、基準面（換言すれば、基準方向の中央）よりもＥＧＲ開口側に位置する部分であり、第２空間とは、熱交換空間の他の部分である。

上記構成によれば、内側シェルにおける基準面との交差部分に、少なくとも１つの調整用開口部が設けられている。換言すれば、調整用孔部は、第１空間と第２空間との境界に設けられる。このため、第１空間の排気と第２空間の排気とが、同一の調整用開口部を通過して外側空間に流出する。また、調整用開口部は熱交換空間の中央に位置するため、第１空間の排気が調整用開口部を通過する際の圧力損失と、第２空間の排気が該調整用開口部を通過する際の圧力損失との差を抑制できる。

これにより、排気が第２空間からＥＧＲ開口に至るまでの圧力損失と、排気が第１空間からＥＧＲ開口に至るまでの圧力損失との差が抑制される。その結果、熱交換空間における排気の流れの偏りが抑制される。したがって、ＥＧＲ開口から内燃機関の吸気系へと再循環させる排気を、効率良く冷却することができる。

本開示の一態様では、少なくとも１つの調整用開口部は、内側シェルにおける一方の交差部分と、熱交換空間を挟んで一方の交差部分に対面する他方の交差部分とに設けられていてもよい。

このような構成によれば、熱交換空間における排気の流れの偏りを抑制しつつ、熱交換空間から外側空間への排気の流出を促し、内燃機関の吸気系へと効率良く排気を再循環させることができる。

本開示の一態様では、調整用開口部から流出した排気がＥＧＲ開口に至るまでに外側空間を流下する平均的な距離を、流下距離としてもよい。そして、一方の交差部分に設けられた調整用開口部の流下距離と、他方の交差部分に設けられた調整用開口部の流下距離とは、同一又は略同一であってもよい。

このような構成によれば、内側シェルにおける一方の交差部分の調整用開口部を通過した排気がＥＧＲ開口に至るまでの圧力損失と、他方の交差部分の調整用開口部を通過した排気がＥＧＲ開口に至るまでの圧力損失との差を抑制できる。その結果、熱交換空間における排気の流れの偏りが、より抑制される。したがって、ＥＧＲ開口から内燃機関の吸気系へと再循環させる排気を、より効率良く冷却することができる。

本開示の一態様では、外側シェルは、内側シェルを外側から囲むことで、内側シェルとの間に、内側シェルを外側から囲む外側空間を形成してもよい。
このような構成によれば、外側空間を広くすることができる。このため、排気がＥＧＲ開口に向かって外側空間を流下する際の圧力損失を抑制できる。これにより、内燃機関の吸気系へと効率良く排気を再循環させることができる。

本開示の一態様では、複数のプレートのうちのいずれかを第１プレートとし、第１プレート以外のいずれかのプレートを第２プレートとしてもよい。そして、少なくとも１つの調整用開口部は、内側シェルにおける第１プレートに対面する部分から、第２プレートに対面する部分にわたって、軸線方向に沿って設けられてもよい。

このような構成によれば、少なくとも１つの調整用開口部は、第１プレートから第２プレートに跨って、軸線方向に沿って設けられる。このため、調整用開口部に対面する各プレートの周辺領域において排気の流れに偏りが生じるのを抑制でき、これにより、これらのプレートでの熱交換の効率に偏りが生じるのを抑制できる。したがって、効率良く排気を冷却することができる。

図１は、第１実施形態の排気熱回収装置の斜視図である。 図２は、第１実施形態の排気熱回収装置の側面図である。 図３は、図２の排気熱回収装置のIII-III断面図である。 図４は、図２の排気熱回収装置のIV-IV断面図である。 図５は、変形例の排気熱回収装置のIV-IV断面図である。 図６は、変形例の排気熱回収装置のIV-IV断面図である。 図７は、調整用開口部の説明図である。 図８は、調整用開口部の説明図である。 図９は、第２実施形態の排気熱回収装置のIV-IV断面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本開示の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［第１実施形態］
［全体の構成］
図１，２に示す第１実施形態の排気熱回収装置１は、内燃機関を有する移動体（例えば、乗用車等の車両）に搭載され、内燃機関からの排気の流路に設けられる。以後、排気の流路における上流側，下流側を、単に上流側，下流側と記載する。排気熱回収装置１は、内燃機関から排出される排気から熱を回収する排気熱回収機能と、ＥＧＲクーラ機能とを備える。

ＥＧＲクーラ機能とは、排気の一部を内燃機関の吸気系へと再循環させるＥＧＲにおいて、再循環させる排気を冷却する機能である。排気熱回収装置１には、内燃機関の吸気系に向けて排気を流下させるＥＧＲ管４３が接続されている。ＥＧＲ管４３は、図示しないＥＧＲバルブが設けられており、ＥＧＲバルブは、内燃機関の吸気系へ排気を再循環させる場合に開放され、排気を再循環させない場合には閉じられる。ＥＧＲバルブが開放された場合、排気熱回収装置１はＥＧＲクーラとして機能する。つまり、排気熱回収装置１は、排気を冷却させ、内燃機関の吸気系に向けて再循環させる。

排気熱回収装置１は、内燃機関からの排気を流下させる上流管４０の下流側に繋がった状態で、移動体に搭載される。排気熱回収装置１は、図１〜３に示すように、第１排気管１０と、第２排気管１１と、調整バルブ１２と、熱交換器２とを備える。

第１排気管１０は、上流管４０からの排気を流下させる。ここで、直線である軸線１０ｂの方向を、軸線方向１０ａとする。第１排気管１０は、軸線方向１０ａに沿って直線状に延びる。また、第１排気管１０は、一例として円筒状となっており、軸線方向１０ａに直交する断面は、円形又は略円形となっている。以後、軸線方向１０ａに直交する断面を、単に断面と記載する。また、第１排気管１０は、断面の中心が、軸線１０ｂ上又は軸線１０ｂの付近に位置する。なお、第１排気管１０は、断面が楕円形状又は多角形状であっても良いし、曲がっていても良い。

また、第１排気管１０は、上流側の開口が、上流管４０の下流側の開口に対面した状態で配置される。第１排気管１０の上流側の開口を囲む縁部と、上流管４０の下流側の開口を囲む縁部との間には、隙間が形成されている。該隙間は、後述する熱交換空間３に繋がる入口３０を形成している。

第２排気管１１は、円筒状の部位であり、第１排気管１０の下流側の開口（以後、下流開口）に繋がっており、第１排気管１０からの排気を流下させる。第２排気管１１は、第１排気管１０よりも径が大きく、第２排気管１１の上流側の端部の内側に、第１排気管１０の下流側の端部が配置される。また、第２排気管１１の上流側の端部には、その径が拡大された拡径部１１ａが設けられている。拡径部１１ａにおける上流側の開口（換言すれば、第２排気管１１の上流側の開口）を囲む縁部は、後述する熱交換器２の内側シェル２１の下流側の開口を囲む縁部に繋がっている。そして、第２排気管１１の側面の内側と第１排気管１０の側面の外側との間に、熱交換器２の出口３１に繋がる流路が形成されている。

調整バルブ１２は、第１排気管１０の下流開口を開閉する。調整バルブ１２は、回転軸１５を中心に搖動可能に構成される。回転軸１５は、下流開口の付近に設けられており、軸線１０ｂに直交する方向に延びる。また、回転軸１５の両端は第２排気管１１の外部に突出している。そして、回転軸１５の端部を回転駆動させることで、調整バルブ１２が回転軸１５を中心に搖動し、調整バルブ１２により下流開口が開閉される。

また、第１排気管１０の下流側の端部には、下流開口を囲む縁部１４が設けられている。縁部１４は、環状の部位であり、外周側に位置する外周面には、耐熱性及び緩衝性のある素材（例えば、ワイヤメッシュ等）で構成された緩衝材１３が設けられている。そして、調整バルブ１２が下流開口を閉鎖した際には、調整バルブ１２が緩衝材１３に接触する。

調整バルブ１２により下流開口の開放度合いを調整することで、熱交換器２を経ることなく第１排気管１０から第２排気管１１へ流出する排気の量と、第１排気管１１から熱交換器２へと流入する排気の量との比を変更できる。

［熱交換器の構成］
排気熱回収装置１の熱交換器２は、第１排気管１０から流入した排気と冷却流体（例えば、冷却水，オイル等）との間で熱交換を行うことで、排気の熱を回収すると共に、排気を冷却する装置である。なお、回収された熱は、例えば、内燃機関やそれに付随する装置の暖気、又は、暖房用の熱源等として利用されても良い。図３，４に示すように、熱交換器２は、第１排気管１０の側面を外側から囲んだ状態で設けられる。そして、外部供給管４１により熱交換器２に冷却流体が供給され、熱交換器２にて熱交換された冷却流体は、外部排出管４２により排出される。

また、熱交換器２は、内燃機関の吸気系に繋がっているＥＧＲ管４３に接続されている。ＥＧＲ管４３に設けられたＥＧＲバルブが開放された場合には、熱交換器２にて冷却された排気が、内燃機関の吸気系へと再循環される。

熱交換器２は、所謂シェルアンドプレート型の熱交換器であり、複数のプレート２０と、内側シェル２１と、外側シェル２２と、仕切り部２４と、上流壁部２５と、下流壁部２６とを備える。

内側シェル２１は、第１排気管１０の側面を外側から囲むことで、第１排気管１０との間に、複数のプレート２０が配置される熱交換空間３を形成する。内側シェル２１は、一例として軸線方向１０ａに延びる円筒状の部位となっており、断面が円形又は略円形となっている。また、内側シェル２１は、一例として、断面の中心が、軸線１０ｂ上又は軸線１０ｂの付近に位置する。なお、内側シェル２１は、断面が楕円形状又は多角形状であっても良い。

また、内側シェル２１には、熱交換空間３と、後述する外側空間３２とを連通させる少なくとも１つの調整用開口部５（詳細は後述する）が設けられている。
上流壁部２５は、上流側にて熱交換空間３と外部の空間とを仕切る部位である。上流壁部２５は、その外周側の縁部が、内側シェル２１の上流側の開口を囲む縁部に繋がっている。また、上流壁部２５の内周側の縁部は、上流管４０の下流側の端部に位置する側面の外側に繋がっている。また、上流壁部２５には、外部供給管４１及び内部供給路２０ａに繋がる開口と、外部排出管４２及び内部排出路２０ｂに繋がる開口とが設けられる。内部供給路２０ａ及び内部排出路２０ｂの詳細は後述する。

下流壁部２６は、下流側から熱交換空間３と外部の空間とを仕切る部位である。下流壁部２６は、内側シェル２１の下流側の開口の付近にて、内側シェル２１と第１排気管１０との間に設けられる。下流壁部２６は、内側シェル２１の側面の内側に当接し、且つ、第１排気管１０との間に隙間を有した状態で配置される。該隙間は、熱交換空間３に繋がる出口３１を構成する。

外側シェル２２は、内側シェル２１の側面を外側から囲むことで、内側シェル２１との間に、外側空間３２を形成する。外側シェル２２は、一例として軸線方向１０ａに延びる略円筒状の部位となっており、断面が円形又は略円形となっている。また、外側シェル２２は、一例として、断面の中心が、軸線１０ｂ上又は軸線１０ｂの付近に位置する。なお、外側シェル２２は、断面が楕円形状又は多角形状であっても良い。

また、外側シェル２２の各開口を囲む縁部には、壁部が設けられている。これらの壁部は、内側シェル２１に繋がっており、外側空間３２と、外部の空間とを仕切る。
また、外側シェル２２には、ＥＧＲ管４３に接続されるＥＧＲ開口２３が設けられている。第１実施形態では、一例として、ＥＧＲ開口２３は、円形又は略円形となっており、その中心が、外側シェル２２における軸線方向１０ａの中央に位置している。なお、ＥＧＲ開口２３は、例えば、楕円形状又は多角形状であっても良い。

複数のプレート２０は、冷却流体と排気との熱交換を行う部分であり、上述した熱交換空間３に配置される。図３，４に示すように、複数のプレート２０は、第１排気管１０の側面を外側から囲んだ状態で軸線方向１０ａに沿って並ぶ。また、隣り合うプレート２０は、隙間を有した状態で配置される。

各プレート２０は、熱伝導性の高い素材（例えば、ステンレス、アルミニウム合金、又は、銅合金等の金属）で構成される。また、各プレート２０は、内部に冷却流体の流路が設けられた環状の扁平な部位であり、軸線方向１０ａに直交する方向に広がる。

より詳しくは、各プレート２０は、正面視した際に内周側に位置する内周縁部２０ｃと、外周側に位置する外周縁部２０ｄとを有し、内周縁部２０ｃ及び外周縁部２０ｄは、同心円状となっている。そして、各プレート２０は、内周縁部２０ｃ及び外周縁部２０ｄの中心が、軸線１０ｂ上又は軸線１０ｂの付近に位置する状態で配置される。

また、各プレート２０は、軸線方向１０ａに直線状に延びる管状の内部供給路２０ａ及び内部排出路２０ｂに接続されている。内部供給路２０ａ及び内部排出路２０ｂは、軸線１０ｂを挟んで対面する。内部供給路２０ａは、上流壁部２５の開口から熱交換空間３に向かって延びており、該開口を介して外部供給管４１に繋がっている。また、内部排出路２０ｂは、上流壁部２５の開口から熱交換空間３に向かって延びており、該開口を介して外部排出管４２に繋がっている。

プレート２０の流路は、内部供給路２０ａと内部排出路２０ｂとに繋がりつつ、当該プレート２０の内部を一周する。冷却流体は、外部供給管４１から内部供給路２０ａに流入した後、各プレート２０の流路に流入する。その後、各プレート２０の流路を流下した冷却流体は、内部排出路２０ｂに流入し、外部排出管４２へと流出する。

仕切り部２４は、熱交換空間３を、上流側の空間である上流空間３ａと、下流側の空間である下流空間３ｂとに分割する。ここで、複数のプレート２０のうち、端部に位置しないいずれかのプレート２０を、対象プレートとする。第１実施形態では、一例として、軸線方向１０ａの中央付近（一例として、下流側から６番目）のプレート２０が、対象プレートとなっている。仕切り部２４は、対象プレート２０の内周縁部２０ｃと、第１排気管１０の側面との間を塞ぐ。これにより、熱交換空間３が、上流空間３ａと下流空間３ｂとに分割される。

上流空間３ａと下流空間３ｂとには、それぞれ、少なくとも１つのプレート２０が配置される。そして、上流空間３ａでは、入口３０から流入する排気は、プレート２０に接触しながらプレート２０の内周側から外周側へと向かい、ＥＧＲ開口２３に向かって流下する。また、下流空間３ｂでは、ＥＧＲ開口２３に流入しなかった排気は、プレート２０に接触しながら外周側から内周側へと流れ、出口３１に到達し、出口３１を通過して第２排気管１１に流入する。

［排気熱回収装置の機能について］
第１実施形態の排気熱回収装置１では、調整バルブ１２の開度を調整することで、第１排気管１０から熱交換器２へ流入する排気の流量を調整できる。排気は、入口３０から熱交換空間３に流入する。そして、各プレート２０の周辺を流下する排気と、各プレート２０の内部の流路を流下する冷却流体との間で熱が伝達され、これにより、熱の回収及び排気の冷却がなされる。

また、排気を内燃機関の吸気系へと再循環させる場合は、ＥＧＲバルブが開かれる。このとき、調整バルブ１２は、適量が熱交換器２へ流入するように開度が調整される。この場合、熱交換器２はＥＧＲクーラとして機能する。これにより、吸気温の上昇を抑制することができ、その結果、吸気の充填効率の低下を抑制できる。

なお、排気を内燃機関の吸気系へと再循環させない場合には、ＥＧＲバルブが閉鎖される。また、排気からの熱回収が不要な場合には、調整バルブ１２が開かれる。この場合、第１排気管１０に流入した排気のほぼ全量が、第２排気管１１へと流出する。

ところで、排気を再循環させる場合において、熱交換器２からＥＧＲ管４３へ流入する排気の量に対し、入口３０を介して熱交換空間３に供給される排気の量が過小になる可能性がある。この場合、出口３１を介して第２排気管１１から熱交換空間３へ高温の排気が逆流する可能性がある。

これに対し、第１実施形態の排気熱回収装置１の熱交換器２は、仕切り部２４により、熱交換空間３が、上流空間３ａと下流空間３ｂとに分割されている。このため、出口３１を介して第２排気管１１から熱交換空間３へ高温の排気が逆流したとしても、このような排気は、仕切り部２４により分割された下流空間３ｂで、プレート２０に接触してからＥＧＲ管４３に到達する。したがって、逆流した排気を冷却した後にＥＧＲ管４３に流出させることができ、これにより、吸気温の上昇を抑制できる。

［調整用開口部について］
図４に示すように、熱交換器２の内側シェル２１は、熱交換空間３と外側空間３２とを隔てる円筒状の部位である。また、内側シェル２１の断面の中心は、軸線１０ｂ上又は軸線１０ｂの付近に位置する。また、各プレート２０の内周縁部２０ｃ及び外周縁部２０ｄの中心も、軸線１０ｂ上又は軸線１０ｂの付近に位置する。このため、熱交換器２の断面において、内側シェル２１と各プレート２０の内周縁部２０ｃ及び外周縁部２０ｄとは同心円状となる。

また、外側シェル２２は、略円筒状の部位であり、外側空間３２を外側から覆う。外側空間３２は、内側シェル２１の側面を外側から囲む扁平な空間である。また、外側空間３２は、厚さが均一又は略均一である。また、外側シェル２２の断面は、円形又は略円形であり、その中心２２ａは、軸線１０ｂ上又は軸線１０ｂの付近に位置する。なお、外側シェル２２の断面の中心２２ａは、軸線１０ｂから離れた位置にあっても良い。ここで、ＥＧＲ開口２３から離れる方向を遠位方向とし、ＥＧＲ開口２３に近づく方向を、近位方向とする。外側シェル２２の中心２２ａは、例えば、図５に示すように、軸線１０ｂの遠位方向側に位置しても良いし、図６に示すように、軸線１０ｂの近位方向側に位置しても良い。

ここで、ＥＧＲ開口２３から第１排気管１１に向かい、且つ、軸線方向１０ａに直交する方向を、基準方向５０とする。第１実施形態では、一例として、ＥＧＲ開口２３の中心から軸線１０ｂに向かい、且つ、軸線方向１０ａに直交する方向を、基準方向５０としている。しかしながら、これに限らず、ＥＧＲ開口２３における他の地点や、第１排気管１１における他の地点を起点として、基準方向５０を定めても良い。また、熱交換空間３における基準方向５０の中央を通過し、且つ、基準方向５０に直交する平面を、第１基準面５１とする。そして、熱交換空間３における第１基準面５１のＥＧＲ開口２３側に位置する部分を、第１空間３ｃとし、他の部分を第２空間３ｄとする。

内側シェル２１は、熱交換空間３と外側空間３２とを連通する少なくとも１つの調整用開口部５を有する。調整用開口部５は、熱交換空間３と外側空間３２とを連通する少なくとも１つの開口を有する。ここで、内側シェル２１において、第１空間３ｃに当接する部分を第１部分２１ａとし、第２空間３ｄに当接する部分を第２部分２１ｂとする。内側シェル２１は、第１部分２１ａに設けられた４つのＡ〜Ｄ調整用開口部５ａ〜５ｄと、第２部分２１ｂに設けられた４つのＥ〜Ｈ調整用開口部５ｅ〜５ｈとを有する。

なお、第１及び第２部分２１ａ，２１ｂの各々に設けられた調整用開口部の数は、４個未満又は５個以上であっても良い。また、調整用開口部は、第１部分２１ａと第２部分２１ｂとに跨って設けられていても良い。また、内側シェル２１は、第１部分２１ａと第２部分２１ｂとに跨って設けられた１つの調整用開口部のみを有していても良い。

そして、少なくとも１つの調整用開口部５における第２空間３ｄと外側空間３２とを連通する開口の総面積は、第１空間３ｃと外側空間３２とを連通する開口の総面積よりも大きい。

また、各調整用開口部５は、軸線方向１０ａに沿って配置される。具体的には、例えば、調整用開口部５は、図７に示すように、軸線方向１０ａに沿って延びる細長い開口を有していても良い。また、例えば、調整用開口部５は、図８に示すように、軸線方向１０ａに沿って配置された複数の円形状の開口を有していても良い。なお、これに限らず、調整用開口部５は、軸線方向１０ａに沿うことなく配置されても良い。

ここで、複数のプレート２０のうちの１つを第１プレートとし、第１プレート以外のいずれかのプレートを第２プレートとする。各調整用開口部５は、少なくとも、内側シェル２１における第１プレートに対面する部分から、第２プレートに対面する部分にわたって設けられる。なお、第１プレートは、上流側の端部に位置するプレートであっても良い。また、第２プレートは、下流側の端部に位置するプレートであっても良い。

また、調整用開口部５から流出した排気がＥＧＲ開口２３に至るまでに外側空間３２を流下する平均的（換言すれば、標準的）な距離を、流下距離とする。各調整用開口部５は、流下距離が長くなるに従い、外側空間３２と熱交換空間３とを連通する開口の面積が大きくなる。具体的には、例えば、複数の調整用開口部５が同一又は略同一の面積及び形状の開口を有する場合には、外側空間３２にて各調整用開口部５とＥＧＲ開口２３とを結ぶ最短経路の距離の大小関係を、これらの調整用開口部５の流下距離の大小関係とみなしても良い。また、例えば、調整用開口部５に複数の地点を設け、外側空間３２にて各地点とＥＧＲ開口２３とを結ぶ最短経路の距離の平均値を、流下距離とみなしても良い。

ここで、第１基準面５１と垂直であり、且つ、軸線１０ｂを含む面を、第２基準面５２とする。第２基準面５２は、ＥＧＲ開口２３の中心を通過する。また、Ａ及びＢ調整用開口部５ａ，５ｂと、Ｃ及びＤ調整用開口部５ｃ，５ｄと、Ｅ及びＦ調整用開口部５ｅ，５ｆと、Ｇ及びＨ調整用開口部５ｇ，５ｈとを、それぞれ、組とする。第１実施形態においては、各組に含まれる２つの調整用開口部は、内側シェル２１の断面において、第２基準面５２を中心とした線対称又は略線対称となるよう構成されている。つまり、該２つの調整用開口部は、開口の形状が同一又は略同一となっている。また、これら２つの調整用開口部は、開口の面積及び流下距離が同一となっている。

つまり、Ａ〜Ｈ調整用開口部５ａ〜５ｈの流下距離の大小関係は、
Ｄａ＝Ｄｂ＜Ｄｃ＝Ｄｄ＜Ｄｅ＝Ｄｆ＜Ｄｇ＝Ｄｈ
となる。なお、Ｄａ〜Ｄｈは、それぞれ、Ａ〜Ｈ調整用開口部５ａ〜５ｈの流下距離を意味する。

そして、Ａ〜Ｈ調整用開口部５ａ〜５ｈの開口の総面積の大小関係は、
Ｓａ＝Ｓｂ＜Ｓｃ＝Ｓｄ＜Ｓｅ＝Ｓｆ＜Ｓｇ＝Ｓｈ
となる。なお、Ｓａ〜Ｓｈは、それぞれ、Ａ〜Ｈ調整用開口部５ａ〜５ｈの開口の総面積を意味する。

［効果］
（１）特許文献１に記載された技術では、熱交換器の内部において、ＥＧＲの再循環流路に繋がる開口から遠い第１領域では、開口から近い第２領域に比べ、複数のプレートの周辺を排気が流下する際に発生する圧力損失が大きくなっていた。これにより、熱交換器の内部で排気の流れに偏りが生じ、熱交換の効率が低下していた。このため、第１領域から排気が流出する際の圧力損失と、第２領域から排気が流出する際の圧力損失との差を抑制するのが望ましい。

これに対し、第１実施形態によれば、Ａ〜Ｈ調整用開口部５ａ〜５ｈにおける第２空間３ｄと外側空間３２とを連通する部分（以後、第２開口部）の総面積は、第１空間３ｃと外側空間３２とを連通する部分（以後、第１開口部）の総面積よりも大きい。このため、排気が第２開口部を通過する際の圧力損失が、排気が第１開口部を通過する際の圧力損失よりも小さくなるよう促される。これにより、排気が第２空間３ｄからＥＧＲ開口２３に至るまでの圧力損失と、排気が第１空間３ｃからＥＧＲ開口２３に至るまでの圧力損失との差が抑制される。

その結果、第２空間３ｄから外側空間３２への排気の流出が促進され、熱交換空間３における排気の流れの偏りが抑制される。したがって、ＥＧＲ開口２３から内燃機関の吸気系へと再循環させる排気を、効率良く冷却することができる。

（２）また、第１実施形態によれば、流下距離が長くなるに従い調整用開口部５の面積が大きくなる。このため、調整用開口部５の流下距離が長くなるに従い、排気が調整用開口部５を通過する際の圧力損失が小さくなるよう促される。その結果、流下距離の長い調整用開口部５から外側空間３２への排気の流出が促進され、熱交換空間３における排気の流れの偏りが、より抑制される。したがって、ＥＧＲ開口２３から内燃機関の吸気系へと再循環させる排気を、より一層効率良く冷却することができる。

（３）また、第１実施形態では、外側空間３２は、内側シェル２１を外側から囲む構成となっている。これにより、外側空間３２を広くすることができるため、排気がＥＧＲ開口２３に向かって外側空間３２を流下する際の圧力損失を抑制できる。これにより、内燃機関の吸気系へと効率良く排気を再循環させることができる。

（４）また、第１実施形態では、Ａ〜Ｈ調整用開口部５ａ〜５ｈは、第１プレートから第２プレートに跨って、軸線方向１０ａに沿って設けられる。このため、調整用開口部５に対面する各プレート２０の周辺領域において排気の流れに偏りが生じるのを抑制でき、これにより、これらのプレート２０での熱交換の効率に偏りが生じるのを抑制できる。したがって、効率良く排気を冷却することができる。

［第２実施形態］
図９に示す第２実施形態の排気熱回収装置１は、熱交換器２における外側シェル２２及び少なくとも１つの調整用開口部５等の構成において、第１実施形態と相違している。以下では、この相違点について説明する。

内側シェル２１において第１基準面５１と交差する部分を、交差部分２１ｃ，２１ｄとする。換言すれば、交差部分２１ｃ，２１ｄは、内側シェル２１における第１部分２１ａと第２部分２１ｂとの境界をなす部分である。内側シェル２１には、熱交換空間３を挟んで対面する２つの交差部分２１ｃ，２１ｄが存在する。そして、内側シェル２１における各交差部分２１ｃ，２１ｄに、Ｉ，Ｊ調整用開口部５ｉ，５ｊが設けられる。なお、内側シェル２１における一方の交差部分に、調整用開口部５が設けられていても良い。

一方、外側シェル２２は、軸線方向１０ａに延び、断面が半円形又は略半円形である溝状の部位であり、内側シェル２１の第１部分２１ａを覆う。また、外側シェル２２の断面の中心２２ａは、軸線１０ｂ上又は軸線１０ｂの付近に位置する。なお、第１実施形態と同様、外側シェル２２の断面の中心２２ａは、軸線１０ｂから離れた位置にあっても良い。また、外側シェル２２は、Ｉ調整用開口部５ｉの正面の位置から、Ｊ調整用開口部５ｊの正面の位置にわたって広がる。そして、外側シェル２２と内側シェル２１との間に、Ｉ，Ｊ調整用開口部５ｉ，５ｊを介して熱交換空間３に連通し、厚さが均一又は略均一である扁平な外側空間３２が形成される。

また、外側シェル２２における軸線方向１０ｂの両端に位置する各縁部には、壁部が設けられている。これらの壁部は、内側シェル２１に繋がっており、外側空間３２と、外部の空間とを仕切る。また、外側シェル２２における調整用開口部５に対面する各縁部にも、壁部が設けられている。これらの壁部は、内側シェル２１に繋がっており、外側空間３２と、外部の空間とを仕切る。

また、外側シェル２２には、第１実施形態と同様にしてＥＧＲ開口２３が設けられている。
そして、Ｉ，Ｊ調整用開口部５ｉ，５ｊは、それぞれ、第１実施形態と同様にして、内側シェル２１における第１プレートに対面する部分から第２プレートに対面する部分にわたって、軸線方向１０ａに沿って配置される。

また、Ｉ，Ｊ調整用開口部５ｉ，５ｊは、それぞれ、内側シェル２１の断面において、第２基準面５２を中心とした線対称又は略線対称となるよう構成されている。つまり、Ｉ，Ｊ調整用開口部５ｉ，５ｊは、開口の形状及び総面積が、同一又は略同一となっている。また、Ｉ，Ｊ調整用開口部５ｉ，５ｊの各々の流下距離は、同一又は略同一となっている。

［効果］
（１）第２実施形態では、内側シェル２１における第１基準面５１との第１及び第２交差部分２１ｃ，２１ｄの各々に、Ｉ，Ｊ調整用開口部５ｉ，５ｊが設けられている。換言すれば、Ｉ，Ｊ調整用開口部５ｉ，５ｊは、第１空間３ｃと第２空間３ｄとの境界に設けられる。このため、第１空間３ｃの排気と第２空間３ｄの排気とが、同一の調整用開口部５を通過して外側空間３２に流出する。また、調整用開口部５は熱交換空間３の中央に位置するため、第１空間３ｃの排気が調整用開口部５を通過する際の圧力損失と、第２空間３ｄの排気が該調整用開口部５を通過する際の圧力損失との差を抑制できる。

これにより、排気が第２空間３ｄからＥＧＲ開口２３に至るまでの圧力損失と、排気が第１空間３ｃからＥＧＲ開口２３に至るまでの圧力損失との差が抑制される。その結果、熱交換空間３における排気の流れの偏りが抑制される。したがって、ＥＧＲ開口２３から内燃機関の吸気系へと再循環させる排気を、効率良く冷却することができる。

（２）また、第２実施形態では、Ｉ，Ｊ調整用開口部５ｉ，５ｊの各々における流下距離は、同一又は略同一である。このため、Ｉ調整用開口部５ｉを通過した排気がＥＧＲ開口２３に至るまでの圧力損失と、Ｊ調整用開口部５ｊを通過した排気がＥＧＲ開口２３に至るまでの圧力損失との差を抑制できる。その結果、熱交換空間３における排気の流れの偏りが、より抑制される。したがって、ＥＧＲ開口２３から内燃機関の吸気系へと再循環させる排気を、より効率良く冷却することができる。

［他の実施形態］
（１）第１実施形態では、外側シェル２２は、内側シェル２１を外側から囲んだ状態で設けられており、外側シェル２２は、内側シェル２１を全て覆った状態となる。しかし、外側シェル２２は、内側シェル２１の第１及び第２部分２１ａ，２１ｂを覆った状態で、内側シェル２１の一部を外側から覆うよう構成されていても良い。このような場合であっても、第１実施形態と同様にして少なくとも１つの調整用開口部５を設けることで、同様の効果が得られる。

（２）第２実施形態では、外側シェル２２は、内側シェル２１の第１部分２１ａと、Ｉ，Ｊ調整用開口部５ｉ，５ｊとを覆った状態で設けられる。しかし、外側シェル２２は、第２部分２１ｂをさらに覆った状態で配置されても良いし、第１実施形態と同様、内側シェル２１を外側から囲んだ状態で設けられても良い。このような場合であっても、同様の効果が得られる。

（３）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

１…排気熱回収装置、１０…第１排気管１０、１０ａ…軸線方向、２…熱交換器、２０…プレート、２１…内側シェル、２１ｃ，２１ｄ…交差部分、２２…外側シェル、２３…ＥＧＲ開口、３…熱交換空間、３ｃ…第１空間、３ｄ…第２空間、３２…外側空間、４３…ＥＧＲ管、５ａ〜５ｊ…Ａ〜Ｊ調整用開口部、５０…基準方向、５１…第１基準面。

Claims (7)

1. 内燃機関からの排気の流路に設けられた排気熱回収装置であって、
   前記排気が流下する排気管と、
   前記排気管から流入した前記排気と冷却流体との間で熱交換を行う熱交換器と、を備え、
   前記熱交換器は、
   内部に前記冷却流体の流路が設けられた環状の部位であって、前記排気管を外側から囲んだ状態で、直線状に延びる軸線方向に沿って並ぶ部位である複数のプレートと、
   前記排気管を外側から囲み、前記排気管との間に、前記複数のプレートが配置される熱交換空間を形成する内側シェルと、
   前記排気を前記内燃機関の吸気系へ再循環させるＥＧＲ管に接続されるＥＧＲ開口を有し、前記内側シェルの少なくとも一部を外側から覆うことで、前記内側シェルとの間に、前記ＥＧＲ開口に繋がる外側空間を形成する外側シェルと、を備え、
   前記ＥＧＲ開口から前記排気管に向かい、且つ、前記軸線方向に直交する方向を、基準方向とし、
   前記熱交換空間における前記基準方向の中央を通過し、且つ、前記基準方向に直交する平面を、基準面とし、
   前記熱交換空間における前記基準面の前記ＥＧＲ開口側に位置する部分を第１空間とし、他の部分を第２空間とし、
   前記内側シェルは、前記熱交換空間と前記外側空間とを連通する少なくとも１つの調整用開口部を有し、
   前記少なくとも１つの調整用開口部における前記第２空間と前記外側空間とを連通する部分の面積は、前記第１空間と前記外側空間とを連通する部分の面積よりも大きい
   排気熱回収装置。
2. 請求項１に記載された排気熱回収装置において、
   前記内側シェルは、複数の調整用開口部を有し、
   前記調整用開口部から流出した排気が前記ＥＧＲ開口に至るまでに前記外側空間を流下する平均的な距離を、流下距離とし、
   前記複数の調整用開口部の各々は、前記流下距離が長くなるに従い面積が大きくなる
   排気熱回収装置。
3. 内燃機関からの排気の流路に設けられた排気熱回収装置であって、
   前記排気が流下する排気管と、
   前記排気管から流入した前記排気と冷却流体との間で熱交換を行う熱交換器と、を備え、
   前記熱交換器は、
   内部に前記冷却流体の流路が設けられた環状の部位であって、前記排気管を外側から囲んだ状態で、直線状に延びる軸線方向に沿って並ぶ部位である複数のプレートと、
   前記排気管を外側から囲み、前記排気管との間に、前記複数のプレートが配置される熱交換空間を形成する内側シェルと、
   前記排気を前記内燃機関の吸気系へ再循環させるＥＧＲ管に接続されるＥＧＲ開口を有し、前記内側シェルの少なくとも一部を外側から覆うことで、前記内側シェルとの間に、前記ＥＧＲ開口に繋がる外側空間を形成する外側シェルと、を備え、
   前記ＥＧＲ開口から前記排気管に向かい、且つ、前記軸線方向に直交する方向を、基準方向とし、
   前記熱交換空間における前記基準方向の中央を通過し、且つ、前記基準方向に直交する平面を、基準面とし、
   前記内側シェルは、当該内側シェルにおける前記基準面と交差する交差部分に設けられ、前記熱交換空間と前記外側空間とを連通する少なくとも１つの調整用開口部を有する
   排気熱回収装置。
4. 請求項３に記載された排気熱回収装置において、
   前記少なくとも１つの調整用開口部は、前記内側シェルにおける一方の前記交差部分と、前記熱交換空間を挟んで該一方の交差部分に対面する他方の前記交差部分とに設けられている
   排気熱回収装置。
5. 請求項４に記載された排気熱回収装置において、
   前記調整用開口部から流出した排気が前記ＥＧＲ開口に至るまでに前記外側空間を流下する平均的な距離を、流下距離とし、
   一方の前記交差部分に設けられた前記調整用開口部の前記流下距離と、他方の前記交差部分に設けられた前記調整用開口部の前記流下距離とは、同一又は略同一である
   排気熱回収装置。
6. 請求項１から請求項５のうちにいずれか１項に記載された排気熱回収装置において、
   前記外側シェルは、前記内側シェルを外側から囲むことで、前記内側シェルとの間に、前記内側シェルを外側から囲む前記外側空間を形成する
   排気熱回収装置。
7. 請求項１から請求項６のうちにいずれか１項に記載された排気熱回収装置において、
   前記複数のプレートのうちのいずれかを第１プレートとし、前記第１プレート以外のいずれかのプレートを第２プレートとし、
   前記少なくとも１つの調整用開口部は、前記内側シェルにおける前記第１プレートに対面する部分から、前記第２プレートに対面する部分にわたって、前記軸線方向に沿って設けられる
   排気熱回収装置。

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