特許 5795923 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5795923

(24)【登録日】2015年8月21日

(45)【発行日】2015年10月14日

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/10 20060101AFI20150928BHJP

   F01N 3/02 20060101ALI20150928BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20150928BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20150928BHJP

【ＦＩ】

   F28D7/10 A

   F28D7/10 Z

   F01N3/02 E

   F01N3/02 J

   F01N3/20 A

   F01N3/24 L

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-208316(P2011-208316)

(22)【出願日】2011年9月25日

(65)【公開番号】特開2013-68378(P2013-68378A)

(43)【公開日】2013年4月18日

【審査請求日】2014年3月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000138521

【氏名又は名称】株式会社ユタカ技研

(74)【代理人】

【識別番号】100067356

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 容一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100160004

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 憲雅

(74)【代理人】

【識別番号】100120558

【弁理士】

【氏名又は名称】住吉 勝彦

(74)【代理人】

【識別番号】100148909

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧澤 匡則

(74)【代理人】

【識別番号】100161355

【弁理士】

【氏名又は名称】野崎 俊剛

(72)【発明者】

【氏名】久永 徹

(72)【発明者】

【氏名】石塚 美浩

(72)【発明者】

【氏名】中村 友哉

【審査官】 藤崎 詔夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０２１５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４４５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２１４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１６４９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９１２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７４７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５１８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０９２９１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２７６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０２５４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０１／０５３６６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第３１３６８０４（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−１１８３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２４１８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−８２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１５３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１５８４９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ７／１０

Ｆ０１Ｎ ３／０２

Ｆ０１Ｎ ３／２０

Ｆ０１Ｎ ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気ガスが導入される排気ガス導入口に繋げられる基体と、この基体に支持されると共に触媒担体を保持する触媒ケースと、この触媒ケースを囲う第１筒体と、この第１筒体を囲う第２筒体と、この第２筒体を囲う第３筒体とからなる熱交換器であって、
前記触媒ケースの外周面と前記第１筒体の内周面との間は、前記触媒担体を通過した排気ガスが前記基体に向かって流される第１ガス流路とされ、
前記第１筒体の外周面と前記第２筒体の内周面との間は、水が流される水路とされ、
前記第２筒体の外周面と前記第３筒体の内周面との間は、前記第１ガス流路を通過した排気ガスが前記第３筒体の底に形成された排気ガス排出口に向かって流れると共に、外部に排出される第２ガス流路とされ、
この第２ガス流路は、前記水路の端部よりも前記基体側に設けられる連通路によって前記第１ガス流路に連通されており、
前記基体は、前記導入口に接続される第１の部材と、この第１の部材の下流側に配置される第２の部材とが接合されて形成される中空体であり、
前記基体の内周が、前記連通路とされ、
前記第２ガス流路と前記連通路とは、前記第２の部材に形成された複数の連通孔を介して連通され、又は、前記第１ガス流路と前記連通路とは、前記第１筒体に形成された複数の連通孔を介して連通され、
前記複数の連通孔は、前記排気ガス排出口から遠ざかるに連れて流路面積が大きくなるよう形成されていることを特徴とする熱交換器。

【請求項2】

排気ガスが導入される排気ガス導入口に繋げられる基体と、この基体に支持されると共に触媒担体を保持する触媒ケースと、この触媒ケースを囲う第１筒体と、この第１筒体を囲う第２筒体と、この第２筒体を囲う第３筒体とからなる熱交換器であって、
前記触媒ケースの外周面と前記第１筒体の内周面との間は、前記触媒担体を通過した排気ガスが前記基体に向かって流される第１ガス流路とされ、
前記第１筒体の外周面と前記第２筒体の内周面との間は、水が流される水路とされ、
前記第２筒体の外周面と前記第３筒体の内周面との間は、前記第１ガス流路を通過した排気ガスが前記第３筒体の底に形成された排気ガス排出口に向かって流れると共に、外部に排出される第２ガス流路とされ、
この第２ガス流路は、前記水路の端部よりも前記基体側に設けられる連通路によって前記第１ガス流路に連通され、
前記第２筒体の中心軸は、同心円状に配置された前記第１筒体及び前記第３筒体の中心軸に対して、前記第２筒体に形成された水排出口から離れる方向にずらして配置され、
前記排気ガス排出口は、前記水排出口に対して、前記第１筒体及び前記第３筒体の中心軸を挟んで配置されていることを特徴とする熱交換器。

【請求項3】

前記第２の部材は、前記第１筒体の端部又は前記第２筒体の端部のいずれかに一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。

【請求項4】

前記第３筒体は、前記第１の部材及び前記第２の部材と同じ接合部で接合されていることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の熱交換器。

【請求項5】

前記第２の部材は、前記第３筒体の端部に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気ガスの熱で水を温める熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスエンジンを作動させると、排気ガスが発生する。排気ガスの熱エネルギを効率的に利用するために、排気ガスの熱で水を温めることが行われる。排気ガスで水を温めるために熱交換器が用いられる（例えば、特許文献１（図３）参照。）。

【0003】

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１４に示すように、熱交換器２００は、排気ガスを浄化する触媒担体２０１と、この触媒担体２０１を保持する触媒ケース２０２と、この触媒ケース２０２を囲う第１筒体２０３と、この第１筒体２０３を囲う第２筒体２０４と、これらの第１筒体２０３と第２筒体２０４との間に複数設けられる排気ガス通過管２０５とからなる。

【0004】

ガスエンジンで発生した排気ガスは、触媒担体２０１を図面表側から裏側に向かって流れることで浄化される。浄化された排気ガスは、触媒ケース２０２の外周の熱遮蔽筒２０６と第１筒体２０３との間を図面裏側から表側に向かって流れ、さらに、排気ガス通過管２０５を図面表から裏に向かって流れる。

【0005】

一方、第１筒体２０３と第２筒体２０４との間であって、排気ガス通過管２０５の外周に水が流される。排気ガス通過管２０５及び第１筒体２０３を介して、排気ガスの熱が水に伝わる。

【0006】

ところで、排気ガス通過管２０５は、溶接により両端が板状の部材に固定される。即ち、排気ガス通過管２０５の数だけ溶接を行う必要がある。一方、加工工数を削減するために、排気ガス通過管２０５の本数を減らすと、伝熱面積が減少し伝熱効率が低下する。
伝熱効率が高く且つ加工工数が少ない熱交換器の提供が望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０００−２５７４１５公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、伝熱効率が高く且つ組立てが容易な熱交換器の提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

請求項１に係る発明は、排気ガスが導入される排気ガス導入口に繋げられる基体と、この基体に支持されると共に触媒担体を保持する触媒ケースと、この触媒ケースを囲う第１筒体と、この第１筒体を囲う第２筒体と、この第２筒体を囲う第３筒体とからなる熱交換器であって、前記触媒ケースの外周面と前記第１筒体の内周面との間は、前記触媒担体を通過した排気ガスが前記基体に向かって流される第１ガス流路とされ、前記第１筒体の外周面と前記第２筒体の内周面との間は、水が流される水路とされ、前記第２筒体の外周面と前記第３筒体の内周面との間は、前記第１ガス流路を通過した排気ガスが前記第３筒体の底に形成された排気ガス排出口に向かって流れると共に、外部に排出される第２ガス流路とされ、この第２ガス流路は、前記水路の端部よりも前記基体側に設けられる連通路によって前記第１ガス流路に連通されており、前記基体は、前記導入口に接続される第１の部材と、この第１の部材の下流側に配置される第２の部材とが接合されて形成される中空体であり、前記基体の内周が、前記連通路とされ、前記第２ガス流路と前記連通路とは、前記第２の部材に形成された複数の連通孔を介して連通され、又は、前記第１ガス流路と前記連通路とは、前記第１筒体に形成された複数の連通孔を介して連通され、前記複数の連通孔は、前記排気ガス排出口から遠ざかるに連れて流路面積が大きくなるよう形成されていることを特徴とする。

【0010】

請求項２に係る発明では、排気ガスが導入される排気ガス導入口に繋げられる基体と、この基体に支持されると共に触媒担体を保持する触媒ケースと、この触媒ケースを囲う第１筒体と、この第１筒体を囲う第２筒体と、この第２筒体を囲う第３筒体とからなる熱交換器であって、前記触媒ケースの外周面と前記第１筒体の内周面との間は、前記触媒担体を通過した排気ガスが前記基体に向かって流される第１ガス流路とされ、前記第１筒体の外周面と前記第２筒体の内周面との間は、水が流される水路とされ、前記第２筒体の外周面と前記第３筒体の内周面との間は、前記第１ガス流路を通過した排気ガスが前記第３筒体の底に形成された排気ガス排出口に向かって流れると共に、外部に排出される第２ガス流路とされ、この第２ガス流路は、前記水路の端部よりも前記基体側に設けられる連通路によって前記第１ガス流路に連通され、前記第２筒体の中心軸は、同心円状に配置された前記第１筒体及び前記第３筒体の中心軸に対して、前記第２筒体に形成された水排出口から離れる方向にずらして配置され、前記排気ガス排出口は、前記水排出口に対して、前記第１筒体及び前記第３筒体の中心軸を挟んで配置されていることを特徴とする。

【0011】

請求項３に係る発明では、第２の部材は、第１筒体の端部又は第２筒体の端部のいずれかに一体的に形成されていることを特徴とする。

【0012】

請求項４に係る発明では、第３筒体は、第１の部材及び第２の部材と同じ接合部で接合されていることを特徴とする。

【0013】

請求項５に係る発明では、第２の部材は、第３筒体の端部に一体的に形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

請求項１に係る発明では、第２筒体を第３筒体で囲い、この第２筒体と第３筒体との間を第２排気ガス流路とした。第２筒体を第３筒体で囲い、この間を排気ガスの流路とするため、第２筒体の外周面の全体に排気ガスを流すことができる。第２筒体の外周面の全体に排気ガスを流すため、大きな伝熱面積を確保することができる。伝熱面積が大きいことで、効率よく熱交換を行うことができる。

【0015】

一方、第２筒体を囲う第３筒体は、１つの部材である。第２筒体を第３筒体で囲った上で、第３筒体を接合する。１つの第３筒体を溶接するだけであれば加工工数は、複数の排気ガス通過管を接合する場合に比べ、大幅に少なくなる。
即ち、本発明に係る熱交換器は、伝熱効率が高く且つ加工工数が少ない。

【0016】

加えて、排気ガス通過管を廃止することで、第１筒体と第２筒体との間の水路の幅を水の流量に合わせて設定することができる。水の流量によって水路の幅を決めることができるため、排気ガス通過管を用いた場合に比べ、熱交換器を小型化することができる。
加えて、中空状に形成された基体の内周が、連通路とされる。基体の内周を連通路とすることで、別途連通路を形成した場合に比べ、熱交換器を小型化することができると共に、部品点数を削減することができる。
加えて、排気ガスが流れやすい部位では流路面積を狭く、排気ガスが流れ難い部位では流路面積を広くすることで、第２ガス流路全体に排気ガスを流すことができる。全体に排気ガスを流すことで、より熱交換効率を高めることができる。

【0017】

請求項２に係る発明では、第２筒体を第３筒体で囲い、この第２筒体と第３筒体との間を第２排気ガス流路とした。第２筒体を第３筒体で囲い、この間を排気ガスの流路とするため、第２筒体の外周面の全体に排気ガスを流すことができる。第２筒体の外周面の全体に排気ガスを流すため、大きな伝熱面積を確保することができる。伝熱面積が大きいことで、効率よく熱交換を行うことができる。一方、第２筒体を囲う第３筒体は、１つの部材である。第２筒体を第３筒体で囲った上で、第３筒体を接合する。１つの第３筒体を溶接するだけであれば加工工数は、複数の排気ガス通過管を接合する場合に比べ、大幅に少なくなる。即ち、本発明に係る熱交換器は、伝熱効率が高く且つ加工工数が少ない。加えて、排気ガス通過管を廃止することで、第１筒体と第２筒体との間の水路の幅を水の流量に合わせて設定することができる。水の流量によって水路の幅を決めることができるため、排気ガス通過管を用いた場合に比べ、熱交換器を小型化することができる。
さらに、水排出口側の流路面積を狭く、水排出口から離れた部位の流路面積を広くした。水導入口から水排出口までの最短距離を通過する流路の面積を狭める。一方、水排出口から遠く、水の流れにくい部位の流路面積を広げる。これにより、第１筒体と第２筒体との間の全周にわたってより均一に水を流すことができる。より均一に水を流すことで、水を円滑に流すことができ、熱交換の効率を高めることができる。
加えて、中心軸がずらされていることで、第２筒体と第３筒体との間に形成される第２ガス流路の流路面積を、排気ガス排出管側（排気ガス排出口側）で狭く、排気ガス排出管から離れた部位で広くすることができる。排気ガス排出管までの最短距離を通過する流路の面積を狭める。一方、排気ガス排出管から遠く、排気ガスの流れにくい部位の流路面積を広げる。これにより、第２筒体と第３筒体との間の全周にわたってより均一に排気ガスを流すことができる。より均一に排気ガスを流すことで、排気ガスを円滑に流すことができ、熱交換の効率を高めることができる。

【0018】

請求項３に係る発明では、第２の部材は、第１筒体の端部又は第２筒体の端部のいずれかに一体的に形成されている。第１筒体又は第２筒体が、第２の部材に一体的に形成されることで、部品点数を削減し組立て工数を削減することができる。

【0019】

請求項４に係る発明では、第３筒体は、第１の部材及び第２の部材と同じ接合部で接合されている。接合部を１箇所にまとめることで、第１の部材、第２の部材及び第３筒体を一度の接合作業で接合させることができる。まとめて接合することで、さらに組立て工数を削減することができる。

【0020】

請求項５に係る発明では、第２の部材は、第３筒体の端部に一体的に形成されている。第３筒体が、第２の部材に一体的に形成されることで、部品点数を削減し組立て工数を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る熱交換器の斜視図である。

【図2】実施例１に係る熱交換器の断面図である。

【図3】本発明に係る基体及び第１ケースの分解斜視図である。

【図4】第１ケースの展開図である。

【図5】基体の底面図である。

【図6】図２の６−６線断面図である。

【図7】排気ガスの導入から触媒担体を通過するまでの説明図である。

【図8】排気ガスが第１ガス流路を通過してから外部に排出されるまでの説明図である。

【図9】本発明に係る熱交換器と比較例とを比較する図である。

【図10】実施例２に係る熱交換器の断面図である。

【図11】実施例３に係る熱交換器の断面図である。

【図12】実施例４に係る熱交換器の断面図である。

【図13】実施例５に係る熱交換器の断面図である。

【図14】従来の技術の基本構成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

【実施例1】

【0023】

先ず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、熱交換器１０は、基体１１と、この基体１１に支持され排気ガス又は水が流される複数のケース（詳細は後述）とからなる。
基体１１に排気ガスを導入するための排気ガス導入口１２が形成されている。この排気ガス導入口１２に、熱交換器１０を取り付けるためのフランジ１３が接合されている。
熱交換器１０の詳細を次図で説明する。

【0024】

図２に示すように、熱交換器１０は、基体１１と、この基体１１に支持され排気ガスを浄化する円筒状の触媒担体１５と、この触媒担体１５を囲うと共に保持する触媒ケース１６と、この触媒ケース１６を囲う第１のケース１７と、この第１のケース１７を囲うと共に基体１１の下面に支持される第２のケース１８と、この第２のケース１８を囲うと共に基体１１の側面に支持される第３のケース１９と、この第３のケース１９の底面端部に接続され排気ガスを排出する排気ガス排出管２２と、第２のケース１８の底面中央に向かって貫通され水を導入する水導入管２３と、第２のケース１８の側面上端に接合され水を排出する水排出管２４とからなる。

【0025】

基体１１は、触媒ケース１６が下面に接合されている第１の部材２６と、この第１の部材２６に接合される第２の部材２７とからなる。基体１１は、これらの第１の部材２６と第２の部材２７とを重ね合わせることで中空状に形成されている。中空状に形成することで、基体１１の内部に排気ガスを流すことができる。

【0026】

第２の部材２７に接合されている第１のケース１７は、触媒ケース１６を囲う円筒形状の第１筒体２８と、この第１筒体２８の下端部に接合され触媒担体１５の下端部を被う第１底部２９とからなる。プレス成形により成形された鋼製の第１筒体２８及び第１底部２９を溶接することで、第１のケース１７を製造することができる。

【0027】

第２のケース１８は、第２の部材２７の下面に溶接され第１筒体２８を囲う第２筒体３１と、この第２筒体３１の下端に一体的に形成され第２筒体３１の下端を塞ぐ第２底部３２とからなる。

【0028】

第３のケース１９は、第２の部材２７の側面に接合され第２筒体３１を囲う第３筒体３３と、この第３筒体３３の下端に一体的に形成され第３筒体３３の下端を塞ぐ第３底部３４とからなる。

【0029】

基体１１を構成する第１の部材２６は、底３６と、この底３６の周縁から第２の部材２７に向かって延びる壁部３７とからなる。底３６の中央に形成されている開口から、排気ガスを導入する排気ガス導入口１２が形成される。排気ガス導入口１２は、第１の部材２６に一体的に形成されている。

【0030】

第２の部材２７は、底３８と、この底３８の周縁から第１の部材２６に向かって立ち上げられる壁部３９とからなる。底３８の中央に開口が形成され、この開口に第１筒体２８が接合されている。さらに、底３８の第２筒体３１よりも周方向外側の部位に、基体１１内部と第３筒体３３内とを連通する連通孔４２ａ，４２ｅが複数形成されている。

【0031】

なお、第１の部材及び第２の部材は、共に底及び壁部からなる構造の他、底のみからなる部材に底及び壁部からなる部材を重ね合わせる構造等も採用することができる。即ち、中空状になるものであれば、任意の形状を採用することができる。また、互いの壁部を外周方向に向かって延ばした上で溶接する等、容易に溶接するために適宜形状を変更することや、互いの壁部同士を突き合せて突き合せ溶接を行うこともできる。

【0032】

第１筒体２８から触媒ケース１６に向かって突出すると共に、先端が触媒ケース１６に接触することで排気ガスの流路を規制する排気ガス規制部２８ａが形成されている。即ち、排気ガスは、この排気ガス規制部２８ａの形成されている部分を避けるようにして、蛇行して流れる。詳細は後述する。
第１底部２９の中央に、触媒担体１５に向かって膨出する膨出部２９ａが形成されている。

【0033】

第２筒体３１は、下端が第２底部３２で塞がれる一般部３１ａと、この一般部３１ａから拡径し水排出管２４が接合される拡径部３１ｂとからなる。拡径部３１ｂに水排出管２４が接合される水排出口３１ｃが形成されている。
第２底部３２は、中央に水が導入される水導入口３２ａが形成されている。この水導入口３２ａに、水導入管２３が接続される。

【0034】

第３筒体３３は、下端が第３底部３４で塞がれる一般部３３ａと、この一般部３３ａから拡径する拡径部３３ｂとからなる。拡径部３３ｂに、水排出管２４が貫通される水排出開口部３３ｃが形成されている。水排出開口部３３ｃは、水排出口３１ｃの形成される位置に合わせて形成される。

【0035】

第３底部３４は、第２底部３２に向かって突出し第２底部３２の底部に接触する段差部３４ａが形成され、この段差部３４ａの中央に水導入管２３を貫通させるための水導入開口部３４ｂが形成される。さらに、第３底部３４の端部に、排気ガスを排出する排気ガス排出口３４ｃが形成され、この排気ガス排出口３４ｃに排気ガス排出管２２が接合されている。

【0036】

水導入開口部３４ｂは、水導入口３２ａが形成される位置に合わせて形成される。段差部３４ａが第２底部３２に接触することで、第２底部３２の強度を高めることができる。この第２底部３２の強度が高められた部位に水導入口３２ａを設け、水導入管２３を支持するため、水導入管２３を高い強度で支持することができる。

【0037】

触媒担体１５の中心軸４４に対して、第２筒体３１の一般部３１ａの中心軸４５が、水排出口３１ｃから離れる方向にずらされている。
一方、触媒担体１５の中心軸４４に、排気ガス導入口１２、第１筒体２８及び第３筒体３３の中心は一致している。第２筒体３１の中心軸４５がずらされている理由については後述する。

【0038】

触媒ケース１６の外周面と第１筒体２８の内周面との間は、図面上方に向かって排気ガスが流れる第１ガス流路４６、第１筒体２８の外周と第２筒体３１の内周の間は、水が図面上方に向かって流れる水路４７、第２筒体３１の外周面と第３筒体３３の内周面との間は、排気ガスが図面下方に向かって流れる第２ガス流路４８、中空状に形成された基体１１の内部は、第１ガス流路４６と第２ガス流路４８とを連通する連通路４９である。

【0039】

即ち、第２ガス流路４８は、水路４７の上端部よりも基体１１側に設けられる連通路４９によって第１ガス流路４６に連通されている。
中空状に形成された基体１１の内周が、連通路４９とされる。基体１１の内周を連通路４９とすることで、別途連通路を形成した場合に比べ、熱交換器１０を小型化することができると共に、部品点数を削減することができる。
第１のケース１７の詳細について次図で説明する。

【0040】

図３に示すように、第１筒体２８に複数の排気ガス規制部２８ａが形成されている。円筒状の第１筒体２８の一部に形成されることで、排気ガス規制部２８ａは、平面視で略Ｃ字状を呈する。これらの排気ガス規制部２８ａは、それぞれが同じ形状に形成されると共に、高さ方向で同じ高さに２箇所ずつ形成されている。同じ高さに形成された２つの排気ガス規制部２８ａを１段としたときに、このような排気ガス規制部２８ａが４段形成されている。

【0041】

なお、排気ガス規制部２８ａの段数は任意であるが、次図で説明するような配置のされ方であることが望ましい。第１筒体２８について、さらに詳細に次図で説明する。

【0042】

図４は、第１筒体２８を展開し内側から見た図であり、排気ガス規制部２８ａは、図面手前側に向かって突出している。同じ段（図面左右方向）の排気ガス規制部２８ａ，２８ａ間に形成され、排気ガスが通る規制部間通路２８ｂの長さは、全てαである。

【0043】

同じ段に形成されている規制部間通路２８ｂ，２８ｂの中点を、それぞれＣ１とする。２つの中点Ｃ１間の長さＰは、第１筒体２８の半周の長さに等しい。即ち、規制部間通路２８ｂの中点Ｃ１と規制部間通路２８ｂの中点Ｃ１とは、１８０°離して形成される。１８０°離して形成された排気ガス規制部２８ａは、第１筒体２８の中心軸（図１、符号４４）を挟んで対称に形成されている。

【0044】

規制部間通路２８ｂの中点Ｃ１は、隣り合う段（図面上下方向）の排気ガス規制部２８ａの中点Ｃ２に高さ方向で一致する。即ち、隣り合う段の排気ガス規制部２８ａに対して、９０°位相をずらして配置されている。

【0045】

排気ガス規制部２８ａの長さβ、排気ガス規制部２８ａの一端から規制部間通路２８ｂの中点Ｃ１までの長さ（１／２）α、排気ガス規制部２８ａの他端から規制部間通路２８ｂの中点Ｃ１までの長さ（１／２）αとした場合に、これらを足した長さ、β＋（１／２）α・２＝Ｐを１ピッチとする。この場合、１ピッチは１８０°であると共に、排気ガス規制部２８ａは、隣り合う段の排気ガス規制部２８ａに対して、９０°位相をずらして配置されているといえる。

【0046】

１ピッチを１２０°とし、隣り合う排気ガス規制部に対して６０°位相をずらす、１ピッチを９０°とし、隣り合う排気ガス規制部に対して４５°位相をずらすことも可能である。
連通孔は、圧損の影響を抑制するために、連通孔を抜ける際の排気ガス温度での体積流量を、連通孔の前後のガス流路の断面積に対して、抵抗にならないよう、開口面積の値が設定されている。
第２の部材（図２、符号２７）に開けられた連通孔（図２、符号４２ａ，４２ｅ）について詳細を次図で説明する。

【0047】

図５に示すように、第２の部材２７の底３８には、複数の種類の連通孔４２ａ〜４２ｅが開けられている。連通孔４２ａ〜４２ｅは、それぞれ大きさが異なり、最も小さな連通孔４２ａは、円形状を呈し、他の連通孔４２ｂ〜４２ｅは、長円形状を呈する。連通孔４２ａ〜４２ｅの大きさは、ａからｅに向かってアルファベット順に大きくなっている。最小の連通孔４２ａに対して、最大の連通孔４２ｅは、中心軸４４を挟んで形成される。

【0048】

最小の連通孔４２ａは、排気ガス排出口（図２、符号３４ｃ）の上方に配置される。仮に、連通孔の大きさが全て同じである場合には、排気ガス排出口の上方に配置される連通孔から多くの排気ガスが流れる。

【0049】

排気ガス排出口から遠ざかる部位になるほど、連通孔４２ａ〜４２ｅの大きさを大きくし、流路面積を大きくした。排気ガスが流れやすい部位では流路面積を狭く、排気ガスが流れ難い部位では流路面積を広くすることで、第２ガス流路（図２、符号４８）全体に排気ガスを流すことができる。全体に排気ガスを流すことで、より熱交換効率を高めることができる。

【0050】

なお、連通孔の形状は、任意でありこれらの組み合わせも適宜変更することができる。例えば、同じ大きさの孔を複数形成して、これらの穴の配置の仕方によって調整することもできる。
第２ガス流路（図２、符号４８）及び水路（図２、符号４７）の詳細を次図で説明する。

【0051】

図６に示すように、触媒担体１５、触媒ケース１６、第１筒体２８、第３筒体３３は、中心軸４４を中心として同心円状に配置されている。一方、第２筒体３１の中心軸４５は、中心軸４４に対して水排出口３１ｃから離れる方向にずらして配置されている。中心軸４４，４５がｔだけずらされていることで、水排出口３１ｃ側の水路４７の流路面積を狭く（σ１）、水排出口３１ｃから離れた部位の流路面積を広く（σ２）形成している。

【0052】

また、第３筒体３３の中心軸４４が、第２筒体３１の中心軸４５に対して、排気ガス排出管２２（排気ガス排出口）から離れる方向にずらされている。このことにより、排気ガス排出管２２側の第２ガス流路４８の流路面積を狭く（σ３）、排気ガス排出管２２から離れた部位の流路面積を広く（σ４）形成している。

【0053】

排気ガス排出管２２（排気ガス排出口）が、水排出口３１ｃに対して中心軸４４を挟んで配置されている。中心軸４４を挟んで配置されることで、σ１＜σ２且つ、σ３＜σ４とすることができる。

【0054】

図７の矢印（１）に示すように、排気ガス導入口１２から導入された排気ガスは、まず、図面下側に向かって触媒担体１５内を流れる。矢印（２）で示すように、触媒担体１５内を流れることで、排気ガスは浄化される。触媒担体１５内を流れた排気ガスは、触媒担体１５の下端から第１ガス流路４６に向かって流れる。

【0055】

第１底部２９に膨出部２９ａが形成されていることで、排気ガスを触媒ケース１６と第１筒体２８との間に向かって円滑に流すことができる。即ち、膨出部２９ａは、排気ガスの流れを導くガイドの役割を果たす。

【0056】

図８に示すように、浄化された排気ガスは、第１ガス流路４６を図面下から上に向かって通過する。排気ガスは排気ガス規制部２８ａを迂回して上方に向かって流れる。第１ガス流路４６を通過した排気ガスは、基体１１内に達する。

【0057】

基体１１内に達した排気ガスは、連通路４９を通過し、連通孔４２ａ，４２ｅから下方に向かって流れる。連通孔４２ａ，４２ｅを通過した排気ガスは、第２ガス流路４８を図面下に向かって通過する。第２ガス流路４８の下端まで流れた排気ガスは、排気ガス排出口３４ｃから外部へ排出される。

【0058】

一方、水導入口３２ａから導入された水は、水路４７を図面上方に向かって通過する。上方に向かって流れた水は、水排出口３１ｃから外部へ排出される。水は、触媒担体１５から下方に向かって排出された排気ガスの熱で第１底部２９を介して温められ、第１ガス流路４６を通過する排気ガスの熱で第１筒体２８を介して温められ、連通路４９を通過する排気ガスの熱で第２の部材２７を介して温められ、第２ガス流路４８を通過する排気ガスの熱で第２筒体３１を介して温められる。

【0059】

第２筒体３１を第３筒体３３で囲い、この間を排気ガスの流路（第２ガス流路４８）とするため、第２筒体３１の外周面の全体に排気ガスを流すことができる。第２筒体３１の外周面の全体に排気ガスを流すため、大きな伝熱面積を確保することができる。伝熱面積が大きいことで、効率よく熱交換を行うことができる。

【0060】

一方、第２筒体３１を囲う第３筒体３３は、１つの部材である。第２筒体３１を第３筒体３３で囲った上で、第３筒体３３を接合する。複数の排気ガス通過管を接合する場合に比べ、工数を削減することができ、組立て作業が容易になる。

【0061】

第１底部２９に膨出部２９ａが形成されている。膨出部２９ａが形成されることで、噴流で流すことができ、また、水の流路面積を大きく取ることができる。水の流路面積を大きくすることで、水の流量を増やすことができる。水の流量が多いことで水温の急激な上昇を防ぎ、水が沸騰することを防ぐことができる。水の沸騰を防ぐことで、水を円滑に流し、効率よく熱交換を行うことができる。

【0062】

加えて、膨出部２９ａの下方に水導入口３２ａを形成し、膨出部２９ａに向かって水を導入する。即ち、排気ガスによって温められる前の水を膨出部２９ａに向かって流す。膨出部２９ａ近傍には、触媒担体１５を通過したばかりの温度の高い排気ガスが流れるため、効率よく熱を回収することができると共に、より確実に沸騰の発生を防ぐことができる。

【0063】

さらに、水排出口３１ｃ側の流路面積を狭く、水排出口３１ｃから離れた部位の流路面積を広くした（併せて図６も参照）。水導入口３２ａから水排出口３１ｃまでの最短距離を通過する流路（図面左側）の面積を狭めることで、最短距離を通過する水の流量を減少させる。一方、水排出口３１ｃから遠く、水の流れにくい部位（図面右側）の流路面積を広げ、水の流量を増加させる。これにより、第１筒体２８と第２筒体３１との間の全周にわたってより均一に水を流すことができる。より均一に水を流すことで、水を円滑に流すことができ、熱交換の効率を高めることができる。

【0064】

加えて、中心軸（図２、符号４４，４５）がずらされていることで、第２筒体３１と第３筒体３３との間に形成される第２ガス流路４８の流路面積を、排気ガス排出管２２側（排気ガス排出口３４ｃ側）で狭く、排気ガス排出管２２から離れた部位（図面左側）で広くすることができる。排気ガス排出管２２までの最短距離を通過する流路の面積を狭めることで、最短距離を通過する排気ガスの流量を減少させる。一方、排気ガス排出管２２から遠く、排気ガスの流れにくい部位の流路面積を広げ、排気ガスの流量を増加させる。これにより、第２筒体３１と第３筒体３３との間の全周にわたってより均一に排気ガスを流すことができる。より均一に排気ガスを流すことで、排気ガスを円滑に流すことができ、熱交換の効率を高めることができる。

【0065】

図９（ａ）の比較例に示すように、熱交換器２１０は、ガス流路２１１を通過する排気ガス及び水路２１２内に配置された排気ガス通過管２１３を通過する排気ガスによって水が温められる。熱交換器２１０の直径Ｄ１は、排気ガス通過管２１３の直径Ｄ２を考慮した上で、水を円滑に流すことのできる大きさに設定される。即ち、水路２１２の幅は、最低でもＤ２よりも大きく設定される。

【0066】

一方、図９（ｂ）の実施例に示すように、本発明に係る熱交換器１０は、第１及び第２ガス流路４６，４８を通過する排気ガスによって水が温められる。熱交換器１０の水路４７の幅は、水を円滑に流すことができる幅に設定される。また、第２ガス流路４８の幅は、排気ガスを円滑に流すことができる幅に設定される。第２ガス流路４８は、水路４７の全周を囲っているため、小さな幅であっても大きな流路面積を確保することができる。即ち、第２ガス流路４８は、幅が小さくても十分に円滑に排気ガスを流すことができる。このため、熱交換器１０の直径Ｄ３は、比較例に係る熱交換器２１０の直径Ｄ１よりも小さくすることができる。即ち、排気ガス通過管２１３を用いた場合に比べ、熱交換器１０を小型化することができる。
別実施例について次図以降で詳細に説明する。

【実施例2】

【0067】

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図１０は実施例２の熱交換器の断面構成を示し、上記図２に対応させて表している。
図１０に示されるように、熱交換器６０は、基体６１を構成する第２の部材６２が、第１のケース６３に一体的に形成されている。より具体的には、第２の部材６２は、第１筒体６４の端部に一体的に形成されている。第１筒体６４には、排気ガス規制部６４ａ及び規制部間通路６４ｂが形成されている。

【0068】

第２の部材６２を第１筒体６４に一体的に形成した場合も本発明の効果を得ることができる。即ち、伝熱効率が高く且つ組立てが容易な熱交換器６０ということができる。

【0069】

加えて、第１筒体６４が、第２の部材６２に一体的に形成されることで、部品点数を削減し組立て工数を削減することができる。
更なる別実施例について次図で説明する。

【実施例3】

【0070】

次に、本発明の実施例３を図面に基づいて説明する。
図１１は実施例３の熱交換器の断面構成を示し、上記図２に対応させて表している。
図１１に示されるように、熱交換器７０は、基体７１を構成する第１の部材７２及び第２の部材７３と同じ接合部７４で、第３のケース７５が接合されている。また、第２の部材７３に第２のケース７６を一体的に形成し、この第２のケース７６に第１のケース７７を接合している。

【0071】

より具体的には、第２の部材７３は、第２筒体８１の端部に一体的に形成されている。また、第３筒体８２は、第１の部材７２及び第２の部材７３と同じ接合部７４で接合されている。

【0072】

このような熱交換器７０とした場合も本発明の効果を得ることができる。即ち、伝熱効率が高く且つ組立てが容易な熱交換器７０ということができる。

【0073】

加えて、第２筒体８１が、第２の部材７３に一体的に形成されることで、部品点数を削減し組立て工数を削減することができる。
さらに、接合部７４を１箇所にまとめることで、第１の部材７２、第２の部材７３及び第３筒体８２を一度の接合作業で接合させることができる。まとめて接合することで、さらに組立て工数を削減することができる。

【0074】

第１の部材７２と、排気ガス導入口８４とは、円弧形状の接続部８５を介して接続されている。接続部８５を円弧形状とすることで、排気ガスの流れを円滑に広げることができ、触媒担体１５の全面に排気ガスを送ることができる。また、円弧形状であることにより、接続部８５に排気ガスの熱による応力が集中することを防止することができる。さらに、排気ガス導入口８４と、導入された排気ガスを広げる接続部８５と、第１の部材７２（基体７１）とを一体的に形成することで、部品点数の削減を図ることができる。

【0075】

第１のケース７７は、第１筒体８６と第１底部８７とが一体的に形成されている。第１筒体８６の先端部８６ｃを第２筒体８１に向かって延ばし、第２筒体８１の内周面に接触させた上で、第１筒体８６を第２筒体８１に接合させている。また、第１底部８７に形成される膨出部８７ａは、断面視台形状に形成されている。８６ａは、排気ガス規制部、８６ｂは、規制部間通路である。

【0076】

第２筒体８１は、一般部８１ａのみからなり、この一般部８１ａに水排出口８１ｃが形成されている。第２底部８８の水導入口８８ａは、第３のケース７５に向かって突出する段差部８８ｂに形成されている。

【0077】

第３筒体８２は、一般部８２ａのみからなり、この一般部８２ａに水排出開口部８２ｃが形成されている。第３底部８９には、段差部８９ａ、水導入開口部８９ｂ、排気ガス排出口８９ｃが形成され、段差部８９ａは、第２底部８８の段差部８８ｂに接触している。
さらなる別実施例について次図で説明する。

【実施例4】

【0078】

次に、本発明の実施例４を図面に基づいて説明する。
図１２は実施例４の熱交換器の断面構成を示し、上記図２に対応させて表している。
図１２に示すように、熱交換器９０は、基体９１を構成する第２の部材９２と、第３のケース９３とが一体的に形成されている。より具体的には、第２の部材９２は、第３筒体９４の端部に一体的に形成されている。

【0079】

第２の部材９２を第３筒体９４に一体的に形成した場合も本発明の効果を得ることができる。即ち、伝熱効率が高く且つ組立てが容易な熱交換器９０ということができる。
加えて、第３筒体９４が、第２の部材９２に一体的に形成されることで、部品点数を削減し組立て工数を削減することができる。

【0080】

第１のケース９５を構成する第１筒体９６は、第１の部材２６に向かって延びる延出接合部９６ｃを有し、この延出接合部９６ｃを第１の部材２６の下面に接合している。この延出接合部９６ｃの一部に、第１ガス流路４６と連通路４９とを連通する連通孔９６ｄ、９６ｈが形成されている。９６ａは、排気ガス規制部、９６ｂは、規制部間通路である。連通孔９６ｄ、９６ｈは、それぞれ大きさの異なる孔であり、詳細は図５で説明したとおりである。

【0081】

第２のケース９７を構成する第２筒体９８は、一般部９８ａのみからなり、一般部９８ａに水排出口９８ｃが形成されている。このような第２筒体９８は、第１筒体９６に接合されている。

【0082】

第３筒体９４は、一般部９４ａのみからなり、一般部９４ａに水排出開口部９４ｃが形成されている。
更なる別実施例について次図で説明する。

【実施例5】

【0083】

次に、本発明の実施例５を図面に基づいて説明する。
図１３は実施例５の熱交換器の断面構成を示し、上記図１２に対応させて表している。
図１３に示すように、熱交換器１００は、基体９１を構成する第２の部材９２と、第３のケース９３とが一体的に形成されている。より具体的には、第２の部材９２は、第３筒体９４の端部に一体的に形成されている。

【0084】

第２の部材９２を第３筒体９４に一体的に形成した場合も本発明の効果を得ることができる。即ち、伝熱効率が高く且つ組立てが容易な熱交換器１００ということができる。
加えて、第３筒体９４が、第２の部材９２に一体的に形成されることで、部品点数を削減し組立て工数を削減することができる。

【0085】

第２のケース１０１を構成する第２筒体１０２は、一般部１０２ａのみからなり、この一般部１０２ａに水排出口１０２ｃが形成される。水排出口１０２ｃは、第３のケース９３に向かって傾斜した状態で延びている。水排出口１０２ｃが傾斜していることで、この水排出口１０２ｃに差し込まれる水排出管１０４は、第３のケース９３に対して傾斜して差し込まれる。第３のケース９３に対して水排出管１０４を傾斜させることで、水排出管１０４を水排出口１０２ｃに溶接する際に、溶接トーチの先端を臨ませやすくなる。

【0086】

尚、本発明に係る熱交換器は、コージェネレーション装置や、その他の用途に適用することは差し支えない。また、本発明に係る熱交換器には、水に冷却水を用いることが望ましく、用途に応じて、最適な種類の媒体を用いることができる。

【産業上の利用可能性】

【0087】

本発明の熱交換器は、コージェネレーション装置に好適である。

【符号の説明】

【0088】

１０，６０，７０，９０，１００…熱交換器、１１，６１，７１，９１…基体、１２，８４…排気ガス導入口、１５…触媒担体、１６…触媒ケース、２６，７２…第１の部材、２７，６２，７３，９２…第２の部材、２８，６４，８６，９６…第１筒体、３１，８１，９８，１０２…第２筒体、３３，８２，９４…第３筒体、４６…第１ガス流路、４７…水路、４８…第２ガス流路、４９…連通路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】