JP4484394B2

JP4484394B2 - 排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器

Info

Publication number: JP4484394B2
Application number: JP2001132000A
Authority: JP
Inventors: 秀孝新長; 小野　　純
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002327620A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関等の燃焼装置の排気ガスを浄化する触媒と、排気ガスの熱を回収するための熱交換器とが一体化された排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の触媒一体型熱交換器として、本出願人による出願である特願２０００−１４２３７６号に開示されたものがある。この先願の排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器では、伝熱部は、触媒を収容する内ケースと中間筒との間に形成された筒状のガス通路と、該ガス通路内に配置された多数の山部および谷部が屈曲形成されたフィンとを備え、これによって、ガス通路を流通する排気ガスの熱が、熱回収流体が流通する流体室を形成する内ケースにフィンを介して伝達されて、効率的に熱回収流体に回収される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この従来技術において、排気ガスは、筒状ガス通路の一端に設けられた環状開口部の全周から流入して、他端に設けられた環状開口部の全周から流出するため、熱交換器に流入する排気ガスの流量に対して大きな流路面積のガス通路を流通することになって、該ガス通路での排気ガスの流速が遅くなる。そのため、内ケースおよびフィンの表面付近に形成される境界層での排気ガス流の乱れが小さくなる結果、排気ガスから内ケースおよびフィンへの熱伝達の効率が小さくなっており、排気ガス熱のさらなる効率的な回収を図るうえでは改善の余地があった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１ないし請求項３記載の発明は、伝熱部での排気ガスの流速を増加させることで、熱回収の効率を一層向上させた排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器を提供することを共通の目的とする。そして、請求項２記載の発明は、さらに、ガス通路の形成数、入口部および出口部の面積の設定の自由度が大きい熱交換器を提供することを目的とし、請求項３記載の発明は、さらに、構造が簡単で、かつ低コストな請求項２記載の熱交換器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、燃焼装置の排気ガスが流通する触媒と、該触媒を囲んで形成されて排気ガス熱の熱回収流体が流通する流体室と、前記触媒を通過した排気ガスと前記流体室の熱回収流体との間で熱交換を行う伝熱部とを備えた排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器において、前記伝熱部は、前記流体室を形成する部材と前記触媒との間に形成される筒状空間が、周方向に区画されて形成された複数のガス通路を備え、該各ガス通路は、入口部と、出口部と、前記空間の前記周方向に区画されて形成されて前記入口部および前記出口部の面積とほぼ等しい通路面積を有する複数の通路部と、前記周方向で隣接する前記通路部同士を連通させて排気ガスの軸方向での流れの方向を反転させる反転部とを有し、前記各入口部は、第１遮蔽部材が、前記空間の入口側の開口部を部分的に塞ぐことで形成される間隙により形成され、前記各出口部は、第２遮蔽部材が、前記空間の出口側の開口部を部分的に塞ぐことで形成される間隙により形成され、前記各ガス通路において、前記入口部から流入した排気ガスは、前記複数の通路部および前記反転部を流通した後、前記出口部から流出する排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器である。
【０００６】
この請求項１記載の発明によれば、伝熱部の各ガス通路の入口部および出口部は、第１遮蔽部材および第２遮蔽部材が筒状空間の入口側の開口部および出口側の開口部をそれぞれ部分的に塞ぐことで形成されるので、その塞がれる分、入口部および出口部の面積が小さくなって、各ガス通路を流通する排気ガスの流速が大きくなり、しかも排気ガスは入口部および出口部の面積とほぼ等しい通路面積を有する通路部を反転部により反転されて流通するため、伝熱部での排気ガスと流体室を形成する部材との接触面積は十分に確保される。その結果、次の効果が奏される。すなわち、熱交換器において、排気ガスは、筒状空間の開口部が遮蔽部材により塞がれないものに比べて、伝熱部の各ガス通路を大きい速度で流通するので、流体室を形成する部材の表面付近に形成される境界層での排気ガス流の乱れが大きくなって、流体室を形成する部材への排気ガス熱の伝熱量が増加し、さらには熱回収流体への放熱量が増加して、熱回収の効率が向上する。
【０００７】
請求項２載の発明は、排気ガスが流通する内ケースと、該内ケースを囲繞すると共に該内ケースとの間に排気ガス熱の熱回収流体が流通する流体室を形成する外ケースと、前記内ケース内に収容された触媒と、該触媒を通過した排気ガスと前記流体室の熱回収流体との間で熱交換を行う伝熱部とを備え、前記内ケースに流入した燃焼装置の排気ガスが、前記触媒を通過し、次いで前記伝熱部を通過した後、前記内ケースから流出する排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器において、前記伝熱部は、前記内ケースの筒状の流体室形成部分を外側通路壁として前記触媒との間に形成される筒状空間が周方向に区画されて形成された複数の所定数のガス通路を備え、該各ガス通路は、入口部と、出口部と、前記空間の前記周方向に区画されて形成されて前記入口部および前記出口部の面積とほぼ等しい通路面積を有する３以上の通路部と、前記周方向で隣接する前記通路部同士を連通させて排気ガスの軸方向での流れの方向を反転させる下流側反転部と上流側反転部とを有し、前記各入口部は、前記所定数の第１遮蔽部材が、前記空間の前記軸方向での一端側の環状開口部を部分的に塞ぐことで形成される前記周方向の間隙により形成され、前記各出口部は、前記所定数の第２遮蔽部材が、前記空間の前記軸方向での他端側の環状開口部を部分的に塞ぐことで形成される前記周方向の間隙により形成され、前記各ガス通路の前記通路部は、前記入口部と前記下流側反転部との間に形成される入口側通路部と、前記下流側反転部および上流側反転部との間に形成される１以上の中間通路部と、前記上流側反転部と前記出口部の間に形成される出口側通路部とから構成され、前記各ガス通路において、前記入口部から流入した排気ガスは、前記入口側通路部を経て前記下流側反転部に流入した後、前記中間通路部を流通して前記下流側反転部と前記上流側反転部との間で反転され、前記上流側反転部を経て前記出口側通路部に流入した後、前記出口部から流出する排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器である。
【０００８】
この請求項２記載の発明によれば、内ケースの流体室形成部分と触媒との間に形成される筒状空間に形成された複数のガス通路において、請求項１記載の発明の効果と同様の効果が奏されるほか、次の効果が奏される。すなわち、伝熱部の各ガス通路の入口部および出口部は、それぞれ、筒状空間の軸方向での一端側および他端側に形成されて、排気ガスは、入口側通路部、出口側通路部および中間通路部を含む３以上の通路部を、下流側反転部および上流側反転部により反転されて流通する。その結果、入口部および出口部は、筒状空間の軸方向での一端側および他端側にそれぞれ形成されるので、ガス通路の形成数および各通路部の通路面積の設定の自由度が大きくなり、熱交換器のコンパクト性を維持したうえで排気ガスの流量に応じたガス通路の数および各通路部の通路面積の最適な設定が可能となる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器において、前記伝熱部は、前記空間に配置されて、該空間を前記周方向に仕切ることで前記軸方向に延びる多数の小ガス通路を形成するフィンを備え、前記各通路部は複数の前記小ガス通路から構成され、前記各反転部は、前記各遮蔽部材の、前記周方向に間隔をおいて設けられた複数の仕切片が前記フィンに接合することにより、前記各遮蔽部材における該複数の仕切片の、前記周方向で隣接する２つの該仕切片の間で、かつ前記軸方向で前記フィンの端部と前記遮蔽部材との間に形成されるものである。
【００１０】
この請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、各ガス通路の入口部、出口部さらには各反転部が、空間に配置されたフィンに接合する仕切片を有する各遮蔽部材を、空間部の両開口部に設けることにより形成されるので、簡単な構造で、かつ低コストで請求項２記載の熱交換器が得られる。さらに、各通路部は、フィンにより形成される複数の小ガス通路から構成されることから、ガス通路を周方向に仕切るための部材を別途設ける必要がなく、熱交換器の製造が容易になると共に、大きい速度の排気ガスにより、フィンの表面付近に形成される境界層での排気ガス流の乱れも大きくなることから、フィンを通じて流体室形成部分に伝達される熱量がさらに増加して、熱回収の効率が一層向上する。
【００１１】
なお、この明細書において、軸方向とは、熱交換器の中心軸線の方向を意味し、周方向とは、該中心軸線を中心とした周方向を意味し、径方向とは、該中心軸線を中心とした径方向を意味する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１〜図７を参照して説明する。
図１において、本発明の実施例である排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器１は、発電機、ポンプ等を駆動するために使用される燃焼装置としての内燃機関から排出された排気ガスが流通する排気系に配置されるものであり、内部に排気ガスが流通する排気ガス室４を形成する内ケース２と、内ケース２を囲繞する外ケース３とを備える。内ケース２と外ケース３との間には間隙が形成され、この間隙により形成される空間は、排気ガスの熱を回収する熱回収流体、例えば前記内燃機関の冷却水が流通する流体室５を形成する。
【００１３】
内ケース２は、その中心軸線Ｌ（熱交換器１の中心軸線Ｌでもある）の方向である軸方向での両端部が開放されたステンレス製の円筒状のケース本体2aと、該両端部にそれぞれ結合された蓋体2b，2cとを有する。蓋体2bには、内ケース２に内燃機関から排出された排気ガスを熱交換器１に導入するためのステンレス製の流入管６が接続され、蓋体2cには、後述する触媒11により浄化されて、次いで熱交換された後の排気ガスを排出するための流出管７が接続される。
【００１４】
図２，図３を併せて参照すると、外ケース３は、内ケース２のケース本体2aとの間に、ケース本体2aと同一の中心軸線Ｌを有し、径方向の幅がほぼ一定の間隙を形成すべく内ケース２の外径よりも大きな内径を有すると共に、ケース本体2aよりも軸方向の長さが長く、軸方向での両端部が開放されたステンレス製の円筒状のケース本体3aと、その両端部にそれぞれ結合された蓋体3b，3cとを有する。蓋体3cには、熱交換器１へ熱回収流体を導入するための流入管８が接続され、蓋体3bには、熱交換後の熱回収流体を排出するための流出管９が接続される。
【００１５】
流体室５は、主として蓋体2cおよび蓋体3cとの間に形成される円環状の第１流体室5aと、主としてケース本体2aとケース本体3aとの間に形成される円筒状の第２流体室5bと、主として蓋体2bおよび蓋体3bとの間に形成される円環状の第３流体室5cとからなる。第２流体室5bは螺旋状の通路から構成され、この螺旋状の通路は、ケース本体2aの外周面およびケース本体3aの内周面に接触して固定される螺旋管10が、ケース本体2aとケース本体3aとの間を螺旋状に延びて配置されることで形成される。また、第１流体室5aには流入管８が開口し、第３流体室5cには流出管９が開口する。
【００１６】
一方、排気ガス室４を形成する内ケース２の内部には、中心軸線Ｌを有して円筒状に形成され、排気ガスの流入口11a側が有底の保持筒12に覆われた触媒11が、図示されない支持手段により支持されて収容される。この触媒11は、排気ガス中に含まれているＨＣ、ＣＯ等の有害成分を無害化して排気ガスを浄化するそれ自体は周知の触媒であり、その流入口11aおよび流出口11bのみが、排気ガスが流通するように、排気ガス室４内に開放されている。触媒11の内側に保持筒12と略同心に設けられた貫通孔には、流入管６が挿入され、該流入管６の、排気ガスの流れに対して上流に位置する上流側端部6aは、蓋体2bを貫通して内ケース２の外側に位置し、前記内燃機関の排気管と熱交換器１とを接続するための接続フランジ13に圧入される。なお、13aは、締結用ボルト（図示されず）が挿通される孔である（図２参照）。
【００１７】
保持筒12の一端部は、触媒11の流入口11aよりも軸方向に所定長さ延びて、底壁12aにより閉塞される。そして、流入口11aと底壁12aとの間には、流入管６から流入した排気ガスを流入口11aに向ける偏向室14が形成される。
【００１８】
さらに、内ケース２内には、ケース本体2aと触媒11との間において、触媒11と同心にほぼ一定の径方向幅を有する間隙を形成して、ステンレス製の円筒状の中間筒15が配置される。中間筒15の一端部は、底壁12aよりも軸方向に所定長さ延びて、底壁16により閉塞される。これにより、触媒11と中間筒15との間および底壁12aと底壁16との間に、浄化された排気ガスで満たされる保温層17が形成される。
【００１９】
また、触媒11の流出口17bと蓋体2bとの間に、流出口17bから流出した浄化後の排気ガスを、保温層17の開口17aおよび後述する伝熱部20に向ける流れを生じさせる偏向室18が形成される。そして、触媒11を通過した直後の高温の排気ガスが、伝熱部20に流入し、さらに、伝熱部20で熱交換した後の排気ガスが集合する集合室19が底壁16と蓋体2cとの間に形成され、該集合室19に流出管７が開口する。
【００２０】
図１，図４〜図７を参照すると、触媒11と流体室５との間に配置されて、浄化された排気ガスと熱回収流体との間で熱交換を行うための伝熱部20は、内ケース２において流体室形成部分でもあるケース本体2aと、ケース本体2aを外側通路壁とし、中間筒15を内側通路壁として形成されて中心軸線Ｌを有する円筒状の空間21が、周方向にほぼ３等分に区画されて形成された３つのガス通路Ａと、蛇腹状のフィン22とを備える。
【００２１】
空間21内に配置されるフィン22は、図５，図７によく示されるように、１枚の無孔の薄板を交互に多数回折り返すことで、そのピッチＰが後述する遮蔽部材30の板厚のほぼ２倍となるように形成された多数の山部22cおよび谷部22dを有すると共に、図１に示されるように、上流側端部22aおよび下流側端部22bにおいて、中間筒15よりも後述する仕切片30b，30c，31b，31cの高さ分だけ短い軸方向長さを有し、それら山部22cがケース本体2aの内周面に、それら谷部22dが中間筒15の外周面に接触する態様で、空間21の全周に渡って、径方向に押圧するように圧入されて固定されるか、またはケース本体2aおよび中間筒15にロウ付けにより固定される。それゆえ、空間21は、フィン22によって、軸方向に延びる多数の小ガス通路23に周方向に分割されるため、各ガス通路Ａは、これら多数の小ガス通路23がほぼ３等分された数の小ガス通路23から構成される小ガス通路群からなる。
【００２２】
そして、各ガス通路Ａは、触媒11を流通した後の排気ガスが偏向室18を経て流入する入口部A1と、熱交換後の排気ガスが集合室19に流出する出口部A7と、入口部A1および出口部A7の面積とほぼ等しい通路面積を有するように周方向にほぼ等しい幅で区画されて形成された３つの通路部A2，A4，A6と、周方向で隣接する通路部A2，A4；A4，A6同士を連通させて排気ガスの軸方向での流れの方向を反転させる下流側反転部A3と上流側反転部A5とを有する。
【００２３】
図４，図７に示されるように、各入口部A1は、３つの遮蔽部材30が、空間21の、軸方向での一端側である入口側の環状開口部21aに、周方向に等間隔に配置されて、開口部21aを部分的に塞ぐことで形成される周方向の３つの間隙により形成される。そして、各ガス通路Ａにおいて、入口部A1の周方向の幅は、周方向でのほぼ等しい幅を有する３つの通路部A2，A4，A6が形成されることから、ガス通路Ａの周方向での幅のほぼ１／３とされて、遮蔽部材30の周方向での幅のほぼ１／２とされる。
【００２４】
ステンレス製の板材から形成される各遮蔽部材30は、開口部21aの前記径方向幅と等しい幅を有する円弧状（または、部分環状）の閉塞部30aと、閉塞部30aの、周方向で間隔をおいて設けられた両端部で板材が折り曲げられて形成されて、軸方向に突出して延びる１対の仕切片30b，30cとを有する。そして、各遮蔽部材30が、開口部21aの所定位置に配置されて、溶接によりケース本体2aおよび中間筒15に固定された状態で、仕切片30b，30cの先端部がフィン22の軸方向での上流側端部22aに接合される。なお、ここで接合とは、例えば当接、または溶接等による結合を意味する。これによって、径方向ではケース本体2aと中間筒15との間に、周方向では隣接する両仕切片30b，30cの間に、および軸方向ではフィン22の上流側端部22aと閉塞部30aとの間に、上流側反転部A5が形成される。
【００２５】
そして、各ガス通路Ａにおいて、該ガス通路Ａに属する入口部A1に隣接する仕切片30bは、該入口部A1と該ガス通路Ａに属する上流側反転部A5とを仕切り、該ガス通路Ａと隣接するガス通路Ａ側の仕切片30cは、該上流側反転部A5と該隣接するガス通路Ａの入口部A1とを仕切る。
【００２６】
一方、各出口部A7は、図６，図７に示されるように、遮蔽部材30と同一仕様の３つの遮蔽部材31が、空間21の軸方向での他端側である出口側の環状開口部21bに、周方向に等間隔に配置されて、開口部21bを部分的に塞ぐことで形成される周方向の３つの間隙により形成されて、入口部A1と等しい周方向での幅を有する。
【００２７】
そして、各ガス通路Ａにおいて、これら遮蔽部材31は、入口部A1の周方向幅とほぼ等しい幅だけ周方向にずれて配置される点を除いて、遮蔽部材30と同様の形態で配置される。それゆえ、遮蔽部材31により、開口部21bで、径方向ではケース本体2aと中間筒15との間に、周方向では両仕切片31b，31cの間に、および軸方向ではフィン22の下流側端部22bと閉塞部31aとの間に、下流側反転部A3が形成される。そして、各ガス通路Ａにおいて、該ガス通路Ａに属する出口部A7に隣接する仕切片31cは、該出口部A7と該ガス通路Ａに属する下流側反転部A3とを仕切り、該ガス通路Ａと隣接するガス通路Ａ側の仕切片31bは、該下流側反転部A3と該隣接するガス通路Ａの出口部A7とを仕切る。
【００２８】
なお、両遮蔽部材30，31の仕切片30b，30c，31b，31cがフィン22に接合する部分では、仕切片30b，30c，31b，31cが小ガス通路Ａ23に跨ることもあるが、その場合の隣接する通路部A2，A4；A4，A6への排気ガスの少量の漏れは、全体の排気ガスの流量からは無視できる程度のものであって、熱交換器１の熱交換の性能への影響は殆どない。
【００２９】
そして、各ガス通路Ａを構成する３つの通路部A2，A4，A6は、それぞれ、前記小ガス通路群に含まれる小ガス通路23の数をほぼ３等分した数の小ガス通路23から構成され、入口部A1と下流側反転部A3とが、軸方向で見て重なる部分に対応する複数の小ガス通路23からなる入口側通路部A2と、出口部A7と上流側反転部A5とが、軸方向で見て重なる部分に対応する複数の小ガス通路23からなる出口側通路部A6と、下流側反転部A3と上流側反転部A5とが、軸方向で見て重なる部分に対応する複数の小ガス通路23からなる中間通路部A4で構成される。
【００３０】
次に、この実施例の作用および効果について説明する。
図示されない内燃機関から排出された排気ガスは、流入管６を矢印G1方向に流れて偏向室14に流入し、該偏向室14から流入口11aを経て触媒11に流入し、該触媒11により浄化される。浄化された排気ガスは、触媒11から流出口11bを経て偏向室18に流入し、該偏向室18から、その少量が保温層17に流入し、保温層17に流入した排気ガスにより、触媒11は、比較的低温となる伝熱部20からの熱的影響を受けることは殆どなく、高温に維持されて、高い浄化率が維持される。
【００３１】
偏向室18の残りの全て排気ガスは、伝熱部20において、３つの入口部A1から、入口側通路部A2を経て下流側反転部A3に流入し、下流側反転部A3で反転して中間通路部A4に流入し、入口通路部A2とは軸方向で反対方向に中間通路部A4を流通して上流側反転部A5に流入し、該上流側反転部A5で反転してその後出口側通路部A6に流入し、中間通路部A4とは軸方向で反対方向に出口側通路部A6を流通した後、出口部A7から流出する。
【００３２】
そして、集合室19では、３つの出口部A7からの排気ガスが集合して、その流れの向きが径方向内方に偏向されて流出管７を矢印G2方向に流れて、熱交換器１の外部に流出する。
【００３３】
一方、熱回収流体は、流入管８を矢印W1方向に流れて、第１流体室5aに流入して蓋体2cを介して集合室19の排気ガスと熱交換をしてその熱を回収する。その後、熱回収流体は螺旋状の通路からなる第２流体室5bを流れて、伝熱部20を流通する排気ガスと熱交換をしてその熱を回収する。さらに、第２流体室5bを経て第３流体室5cに流入した熱回収流体は、蓋体2bを介して偏向室18の排気ガスと熱交換をしてその熱を回収した後、流出管９を矢印W2方向に流れて、熱交換器１での熱回収を終了して外部に流出する。
【００３４】
このようにして、排気ガスの熱が熱回収流体に回収される際、ガス通路Ａが形成される伝熱部20では、各ガス通路Ａの入口部A1は、遮蔽部材30が空間21の入口側の開口部21aを部分的に塞ぐことで形成され、その出口部A7は、遮蔽部材31が空間21の出口側の開口部21bを部分的に塞ぐことで形成されるので、それら開口部21a，21bが遮蔽部材30，31により塞がれる分、入口部A1および出口部A7の面積が小さくなって、各ガス通路Ａを流通する排気ガスの流速が大きくなり、しかも排気ガスは、入口部A1および出口部A7の面積とほぼ等しい通路面積を有する各通路部A2，A4，A6を下流側反転部A3および上流側反転部A5により反転されて流通するため、伝熱部20での排気ガスとケース本体2aおよびフィン22との接触面積は十分に確保される。その結果、熱交換器１において、排気ガスは、空間21の開口部21a，21bが遮蔽部材30，31により塞がれないものに比べて、伝熱部20を大きい速度で流通するので、ケース本体2aおよびフィン22の表面付近に形成される境界層での排気ガス流の乱れが大きくなって、ケース本体2aおよびフィン22への排気ガス熱の伝熱量が増加し、さらには熱回収流体への放熱量が増加して、熱回収の効率が向上する。
【００３５】
また、各ガス通路Ａの入口部A1および出口部A7は、それぞれ、空間21の軸方向での一端側の開口部21aおよび他端側の開口部21bに形成されて、排気ガスは、入口側通路部A2、出口側通路部A6および中間通路部A4からなる３つの通路部を、下流側反転部A3および上流側反転部A3により反転されて流通する。その結果、入口部A1および出口部A7は、空間21の開口部21aおよび開口部21bにそれぞれ形成されるので、入口部A1および出口部A7が空間21の一方の開口部のみに形成される場合に比べて、ガス通路Ａの形成数および各通路部A2，A4，A6の通路面積の設定の自由度が大きくなり、熱交換器１のコンパクト性を維持したうえで、この実施例では、排気ガスの流量に対応して、空間21を周方向に３等分する３つのガス通路Ａを形成することにより、ガス通路Ａおよび各通路部A2，A4，A6の通路面積の最適な設定が可能となる。
【００３６】
入口側、出口側および中間通路部A2，A4，A6は、ケース本体2aと中間筒15との間に配置されたフィン22により形成される複数の小ガス通路23から構成されることから、それら通路部A2，A4，A6を形成するためにガス通路Ａを周方向に仕切るための部材を別途設ける必要がなく、熱交換器１の製造が容易になる。
【００３７】
各ガス通路Ａの入口部A1、出口部A7さらには下流側および上流側反転部A3，A5は、空間21内に配置されたフィン22に接合する仕切片30b，30c，31b，31cを有する各遮蔽部材30，31を、空間21の両開口部21a，21bに取り付けることにより形成されるので、伝熱部20での排気ガスの流速を高めた熱交換器１が、簡単な構造で、かつ低コストで得られる。しかも、各遮蔽部材30，31は同一仕様とされているので、この点でも熱交換器１のコスト削減ができる。
【００３８】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
伝熱部20に形成されるガス通路Ａの数は、前記実施例では３であったが、内燃機関の定格運転時の排気ガスの流量に応じて、２または４以上とすることもできる。
【００３９】
前記実施例では、下流側反転部A3および上流側反転部A5は、それぞれ１つずつ形成されたが、遮蔽部材30，31の両仕切片30b，30c，31b，31cの周方向での中間位置に１または複数の中間仕切片を設けて、周方向で隣接する２つの仕切片により２以上の下流側および上流側反転部を形成することもでき、その場合には、複数の中間通路部が形成されることになる。さらに、同数の上流側および下流側反転部を設けることなく、空間21の軸方向での一端部の開口部のみにおいて、入口部A1および出口部A7を形成して、下流側反転部のみを設けるか、また下流側反転部の数よりも１つ少ない上流側反転部を設けるようにしてもよい。
【００４０】
前記実施例では、伝熱部20は、ケース本体2aおよび中間筒15とは別体の部材が屈曲形成されたフィン22を備えるものであったが、フィン22は、ケース本体2aまたは中間筒15に一体成形されたものであってもよい。さらに、フィン22を設けることなく、各ガス通路Ａに、各通路部A2，A4，A6を仕切る板状の仕切部材を設けることにより通路部を形成することもできる。
【００４１】
さらに、空間21は、円形の断面形状を有する円筒形状であったが、円形以外の断面形状を有する筒形状であってもよい。また、燃焼装置は、内燃機関以外のものであってよく、熱回収流体は、内燃機関の冷却水以外の流体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施例である排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器の縦断面図であり、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】図１のＩＩ矢視図である。
【図３】図１のＩＩＩ矢視図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】内ケース本体の一部を破断した伝熱部の斜視図である。
【符号の説明】
１…熱交換器、２…内ケース、３…外ケース、４…排気ガス室、５…流体室、６…流入管、７…流出管、８…流入管、９…流出管、10…螺旋管、11…触媒、12…保持筒、13…接続フランジ、14…偏向室、15…中間筒、16…底壁、17…保温層、18…偏向室、19…集合室、20…伝熱部、21…空間、21a…開口部、22…フィン、 30，31…遮蔽部材、30b，30c，31b，31c…仕切片
Ａ…ガス通路、A1…入口部、A2…入口側通路部、A3…下流側反転部、A4…中間通路部、A5…上流側反転部、A6…出口側通路部、A7…出口部、Ｌ…中心軸線、Ｐ…ピッチ。

Claims

燃焼装置の排気ガスが流通する触媒と、該触媒を囲んで形成されて排気ガス熱の熱回収流体が流通する流体室と、前記触媒を通過した排気ガスと前記流体室の熱回収流体との間で熱交換を行う伝熱部とを備えた排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器において、
前記伝熱部は、前記流体室を形成する部材と前記触媒との間に形成される筒状空間が、周方向に区画されて形成された複数のガス通路を備え、
該各ガス通路は、入口部と、出口部と、前記空間の前記周方向に区画されて形成されて前記入口部および前記出口部の面積とほぼ等しい通路面積を有する複数の通路部と、前記周方向で隣接する前記通路部同士を連通させて排気ガスの軸方向での流れの方向を反転させる反転部とを有し、
前記各入口部は、第１遮蔽部材が、前記空間の入口側の開口部を部分的に塞ぐことで形成される間隙により形成され、
前記各出口部は、第２遮蔽部材が、前記空間の出口側の開口部を部分的に塞ぐことで形成される間隙により形成され、
前記各ガス通路において、前記入口部から流入した排気ガスは、前記複数の通路部および前記反転部を流通した後、前記出口部から流出することを特徴とする排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器。
排気ガスが流通する内ケースと、該内ケースを囲繞すると共に該内ケースとの間に排気ガス熱の熱回収流体が流通する流体室を形成する外ケースと、前記内ケース内に収容された触媒と、該触媒を通過した排気ガスと前記流体室の熱回収流体との間で熱交換を行う伝熱部とを備え、前記内ケースに流入した燃焼装置の排気ガスが、前記触媒を通過し、次いで前記伝熱部を通過した後、前記内ケースから流出する排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器において、前記伝熱部は、前記内ケースの筒状の流体室形成部分を外側通路壁として前記触媒との間に形成される筒状空間が周方向に区画されて形成された複数の所定数のガス通路を備え、
該各ガス通路は、入口部と、出口部と、前記空間の前記周方向に区画されて形成されて前記入口部および前記出口部の面積とほぼ等しい通路面積を有する３以上の通路部と、前記周方向で隣接する前記通路部同士を連通させて排気ガスの軸方向での流れの方向を反転させる下流側反転部と上流側反転部とを有し、
前記各入口部は、前記所定数の第１遮蔽部材が、前記空間の前記軸方向での一端側の環状開口部を部分的に塞ぐことで形成される前記周方向の間隙により形成され、
前記各出口部は、前記所定数の第２遮蔽部材が、前記空間の前記軸方向での他端側の環状開口部を部分的に塞ぐことで形成される前記周方向の間隙により形成され、
前記各ガス通路の前記通路部は、前記入口部と前記下流側反転部との間に形成される入口側通路部と、前記下流側反転部および上流側反転部との間に形成される１以上の中間通路部と、前記上流側反転部と前記出口部の間に形成される出口側通路部とから構成され、
前記各ガス通路において、前記入口部から流入した排気ガスは、前記入口側通路部を経て前記下流側反転部に流入した後、前記中間通路部を流通して前記下流側反転部と前記上流側反転部との間で反転され、前記上流側反転部を経て前記出口側通路部に流入した後、前記出口部から流出することを特徴とする排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器。
前記伝熱部は、前記空間に配置されて、該空間を前記周方向に仕切ることで前記軸方向に延びる多数の小ガス通路を形成するフィンを備え、
前記各通路部は複数の前記小ガス通路から構成され、
前記各反転部は、前記各遮蔽部材の、前記周方向に間隔をおいて設けられた複数の仕切片が前記フィンに接合することにより、前記各遮蔽部材における該複数の仕切片の、前記周方向で隣接する２つの該仕切片の間で、かつ前記軸方向で前記フィンの端部と前記遮蔽部材との間に形成されることを特徴とする請求項２記載の排気ガス熱回収用の触媒一体型熱交換器。