JP7159806B2

JP7159806B2 - 熱交換器

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Publication number: JP7159806B2
Application number: JP2018218308A
Authority: JP
Inventors: 亮長谷川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2038-11-21
Also published as: US20200157992A1; JP2020084858A; CN111207014A; DE102019215104A1; US11300024B2; CN111207014B

Description

本発明は、熱交換器に関する。より具体的には、内燃機関の吸気通路又は排気通路に設置され、排気を含むガスと冷媒との間で熱を移動させる熱交換器に関するものである。

一般に車両にはインタークーラ、ＥＧＲクーラ等の複数の熱交換器が配置されている。熱交換器内では、流通するガス中の水蒸気が冷却されることで凝縮され、液膜としてガス通路内に付着する。このような液滴を排出する技術は種々に提案されている。例えば、特開２００６－３４８８７３号公報には、ＥＧＲクーラのＥＧＲガスの通路の内壁面に、撥油皮膜を形成することで、ＥＧＲガスの凝縮により発生した未燃燃料を含む油分の排出を促進することが記載されている。

特開２００６－３４８８７３号公報特開２０１５－０９８９４７号公報特開２０１４－２２２６４５号公報特開２００３－１８４６５９号公報

ＥＧＲクーラのように排気を含むガスが冷却される熱交換器では、熱交換器のガス通路に排気中の燃料の未燃成分やすす（以下、単に「未燃成分」とする）によりデポジットが発生しガス通路内に付着する場合がある。付着したデポジットのうち可溶性のものは凝縮水に溶解し、凝縮水とともに熱交換器から排出される。

この点、上記特開２００６－３４８８７３号公報に記載された技術のように、ＥＧＲクーラのＥＧＲガス通路の内壁面に撥油皮膜が形成された場合、撥油皮膜は、撥水処理と同様の効果を発揮するものと考えられる。つまり、この技術では、撥油皮膜により、ＥＧＲクーラのガス通路内で発生した凝縮水の排出が促進されると考えられる。このため、可溶性のデポジットが凝縮水に溶解されることなく、ガス通路内に残留する虞がある。

本発明の１つの目的は、排気を含むガスと冷媒との間で熱交換を行う熱交換器のガス通路内におけるデポジット付着を抑制する技術を提供することにある。

本発明の１つの観点において、熱交換器が提供される。その熱交換器は、内燃機関の吸気通路又は排気通路に設置され、排気を含むガスと冷媒との間で熱を移動させることで、ガスを冷却する。熱交換器は、ガスが流通するガス通路と、冷媒が流通する冷媒通路とを備える。ガス通路内のガスと接する部分の一部には撥水部が形成され、他の一部には、親水部が形成されている。撥水部は、撥水処理が施された部分である。親水部は、親水処理が施された部分である。親水部は、熱交換器の作動中、撥水部が形成された部分よりも低温となる部分に形成されている。

ガス通路の高温となる側に撥水部を配置することで、凝縮水の排出を促すことができる。これによりガス通路の高温側では、ガス通路内の貯水量を低減すると共に、高温でのデポジットの剥離による除去を促進することができる。逆に、ガス通路の低温となる側には、親水部を設けることで、低温で生成されたデポジットを凝縮水に効果的に溶解させることができる。また、親水部により、デポジットとガス通路の表面との間に凝縮水を浸透させることができ、デポジットの剥離による除去を促進することができる。

本発明の実施の形態１のシステムの全体構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態１のＥＧＲクーラの構成を模式的に示す図である。ＥＧＲクーラのガス通路内でのデポジットの生成と剥離のメカニズムを説明するための図である。ＥＧＲクーラのガス通路内で生成されるデポジットの重量と温度との関係を示す図である。本発明の実施の形態１のＥＧＲクーラ内の任意のＸＹ平面におけるガス通路表面の温度分布の例を示す図である。本発明の実施の形態１のＥＧＲクーラ内の任意のＸＺ平面におけるガス通路表面の温度分布の例を示す図である。本発明の実施の形態１のＥＧＲクーラ内の任意のＸＹ平面におけるガス通路表面の撥水性分布の例を示す図である。本発明の実施の形態１のＥＧＲクーラ内の任意のＸＺ平面におけるガス通路表面の撥水性分布の例を示す図である。本発明の実施の形態１のＥＧＲクーラ内の任意のＸＹ平面における撥水膜と親水膜の配置例を示す図である。本発明の実施の形態１のＥＧＲクーラ内の任意のＸＺ平面における撥水膜と親水膜の配置例を示す図である。本発明の実施の形態１における撥水膜及び親水膜の形成方法の一例の概要を示す図である。本発明の実施の形態２におけるＥＧＲクーラのガス通路内のフィンの配置例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態２におけるＥＧＲクーラのガス通路内のフィンの配置例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態３におけるＥＧＲクーラ内のチューブの配置例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態４におけるＥＧＲクーラの構成例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態５のインタークーラの構成例を模式的に示す図である。本発明の実施の形態５のインタークーラ内の冷媒の流れを説明するための図である。本発明の実施の形態５のインタークーラのガス通路表面の温度分布を示す図である。本発明の実施の形態５のインタークーラのガス通路内のフィンの配置例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
１．実施の形態のシステムの構成例
１－１．全体構成例
図１は、本発明の実施の形態１におけるシステムの全体構成を模式的に示す図である。図１のシステムはエンジン２を有している。エンジン２は過給機４を有している。過給機４は、排気エネルギによって作動するタービン６と、タービン６と一体的に連結され、タービン６に入力される排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ８とを有している。コンプレッサ８は、吸気通路１０の途中に配置されている。

吸気通路１０のコンプレッサ８より吸気の流れの下流側には、インタークーラ１４が設置されている。インタークーラ１４は、コンプレッサ８で圧縮された吸気を、冷媒との熱交換により冷却する熱交換器である。インタークーラ１４の冷媒としては例えば水が用いられる。但し、冷媒は水でなくてもよい。

またエンジン２は、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路１０へ再循環させるＥＧＲ装置を有している。ＥＧＲ装置は、エンジン２の排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路２０を有する。ＥＧＲ通路２０には、ＥＧＲクーラ２２が設置されている。ＥＧＲクーラ２２は、排気と冷媒との間で熱を移動させる熱交換により排気を冷却する熱交換器である。ＥＧＲクーラ２２の冷媒としては例えば水が用いられる。但し、冷媒は、水でなくてもよい。

ＥＧＲ通路２０には、ＥＧＲクーラ２２と並行に、ＥＧＲクーラ２２を迂回するバイパス通路２４が接続されている。バイパス通路２４のＥＧＲ通路２０への合流部には、バイパス通路２４を開閉するバルブ２６が設置されている。ＥＧＲ通路２０のバルブ２６よりＥＧＲガスの流れの下流には、ＥＧＲガス量を調節するＥＧＲバルブ２８が設置されている。

１－２．ＥＧＲクーラの構成例
図２は、ＥＧＲクーラ２２の構成を模式的に示す図である。以下、図２に示されるように、Ｘ軸を、ＥＧＲクーラ２２のガスの流通方向の流れに略平行な方向とし、原点（０）を最上流側、プラス側を下流側とする。また、Ｙ軸を、ＥＧＲクーラ２２の上下方向とし、原点を底面側、プラス側を上面側とする。また、Ｚ軸を、ＸＹ平面に垂直な方向とし、原点を冷媒出口３２が形成された側面側とし、プラス側の側面に冷媒入口３１が形成されているものとする。

図２に示されるように、ＥＧＲクーラ２２は、冷媒通路３３とガス通路３４とを有している。冷媒通路３３は、複数のチューブによって構成されている。冷媒通路３３を構成する各チューブは、ＥＧＲクーラ２２のハウジング３０内に互いに平行に固定されて配置されている。冷媒通路３３は、ハウジング３０の外部の側面に形成された、冷媒入口３１と冷媒出口３２とを接続する冷媒の通路である。冷媒入口３１は、Ｚ軸プラス側のハウジング３０の側面であって、かつ、ガスの流れの上流側かつ下側（即ち、ＸＹ平面の原点に近い側）に形成されている。冷媒出口３２は、Ｚ軸原点側のハウジング３０の側面であって、ガスの流れの下流側かつ上側（即ち、Ｘ軸及びＹ軸プラス側）に形成されている。

冷媒通路３３のチューブとチューブとの間の部分はガス通路３４を構成する。ガス通路３４は、冷媒通路３３とは隔離された状態で、平行に配置されている。ガス通路３４内には複数の放熱用のフィン３５が配置されている。フィン３５は、例えば、高い熱伝導性を有する金属板等をプレス加工することで、ＹＺ断面凹凸形状に屈曲された部材である。但し、フィン３５は金属板に限られず、またその形成方法はプレス加工に限定されない。ガス通路３４内に熱伝導性の高いフィン３５を配置することで、ガス通路３４の内側の表面積を拡大し、熱交換器における熱伝導性を向上させている。

２．ガス通路内で発生するデポジットの特性
ところで、ＥＧＲクーラ２２のガス通路３４では、ＥＧＲガスに含まれる未燃成分やすす（以下、単に「未燃成分」とする）によってデポジットが生成され、ガス通路３４のガスと接する部分に付着する場合がある。なお、以下において、ガス通路３４のガスと接する部分を、便宜的に、「ガス通路表面」とも称することとする。即ち、本実施の形態では、ガス通路表面には、ガス通路３４の内壁面だけでなく、フィン３５の表面も含まれる。

ガス通路３４で生成されるデポジットの特性は、生成温度によって異なる。図３は、ガス通路３４におけるデポジットの生成と剥離のメカニズムを説明するための図である。図３に示されるように、ガス通路３４内に凝縮水と未燃燃料やすす等が結合すると、高温域では、高温ラッカー及び熱硬化性のデポジットが発生する。高温域で発生するデポジット等は不溶性である。一方、低温側では、低温ラッカー及び非固形物のデポジットが多く生成される。

図４は、生成されるデポジットの重量と温度との関係を示す図である。図４に示されるように、温度が低温の領域では、可溶性のデポジットが多く生成され、温度が高温の領域では、不溶性のデポジットの生成量が多くなる。より具体的に、不溶性のデポジットは高温側で多く生成され、不溶性のデポジットの重量のピークは、１００度より高い高温側にある。一方、可溶性のデポジットの重量のピークは１００度より少し低く、低温域で生成される。

３．ガス通路内の撥水表面処理と親水表面処理
３－１．概要
以上のデポジットの温度特性から、ガス通路表面が比較的高温となる部分では、ガス通路表面に撥水表面処理を施す。これにより、高温側では凝縮水の滞留を抑制して排水を促進することで、凝縮水の貯水量を低減する。またこれにより、ガス通路表面を高温とし、高温によるデポジットのガス通路表面からの剥離を図る。

一方、ガス通路表面が比較的低温となる部分では、ガス通路表面に親水表面処理を施す。これにより低温で生成されたデポジットを凝縮水に効果的に溶解させて除去することができる。また、親水表面処理により、ガス通路表面とデポジットとの間に凝縮水を浸透させることができ、デポジットの剥離による除去を促進することができる。

３－２．ＥＧＲクーラ内の温度分布
ここでＥＧＲクーラ２２内の温度分布について説明する。図５は、ＥＧＲクーラ２２内の任意のＸＹ平面におけるガス通路表面の温度分布を示す図であり、図６は、任意のＸＺ平面におけるガス通路表面の温度分布を示す図である。本実施の形態では、ガス通路３４は、Ｘ軸に平行に配置されており、ＥＧＲガスは、Ｘ軸に概ね平行にＸ軸原点側からプラス方向に流れている。したがってＸ軸方向での温度変化を見た場合、図５及び図６に示されるように、ガス通路３４の入口側（Ｘ軸原点側）ではより温度が高く（例えば８０度～４００度程度）、出口側に近づくにつれてガス通路表面温度は冷媒温度（例えば４０度程度）に近い低温となる傾向にある。

またＥＧＲクーラ２２の冷媒入口３１は、ＸＹ平面の原点に近い側かつＺ軸プラス側の側面に形成され、冷媒出口３２は、ＸＹ軸プラス側かつ、Ｚ軸原点側の側面に形成されている。従って、冷媒は、ＺＹ平面内を、Ｚ軸プラス側から原点側に向けて流通し、かつ、Ｙ軸原点側からプラス側に向けて流通する。従って、Ｙ軸方向での温度変化を見た場合、図５に示されるように、プラス側での温度が高く、原点側での温度が低くなる傾向にある。また、Ｚ軸方向での温度変化を見た場合、図６に示されるように、プラス側の温度は低く、原点側での温度は高くなる傾向にある。

このように、ＥＧＲクーラ２２の場合、温度分布は、ＥＧＲガスの流れと、冷媒の流れとに依存する。従って、エンジン２の暖機後のＥＧＲクーラ２２作動中のガス通路表面温度は、ＥＧＲガスの流れと冷媒の流れとから、ある程度推定することができる。

３－３．撥水膜を形成する部分と親水膜を形成する部分の切り分けの基準
図７及び図８は、ガス通路内の温度分布に応じた好ましい撥水性の分布を示す図である。上述したように、本実施の形態では、ガス通路表面は、Ｘ軸及びＺ軸方向では原点側、Ｙ軸方向ではプラス側ほど高温であり、Ｘ軸、Ｚ軸方向ではプラス側、Ｙ軸方向では原点側ほど低温となる。また図４に示すように、不溶性デポジットの量は高温側で多くなり、可溶性デポジットの量は低温側で多くなる。

従って、ガス通路表面は、より理想的には、図７及び図８に示されるように、ガス通路表面の温度分布に合わせて、高温側で撥水性が高くなり、低温になるほど徐々に撥水性が低く（即ち、親水性が高く）なるような表面処理を施す。但し、撥水性の変化は、温度分布と厳密に合致する必要はなく、温度分布に応じて、撥水性が徐々に、又は複数の段階的に変化するようにすればよい。

また、ガス通路表面の撥水性を徐々に、あるいは段階的に変化させる場合、変化の段階数が増加する分、処理工数が増加することになる。従って、処理工数の増加を避けるため、図９及び図１０に示されるように、高温側のガス通路表面には撥水膜３７を形成し、低温側のガス通路表面には親水膜３８を形成することとしてもよい。

より具体的に本実施の形態では、撥水膜３７と親水膜３８との境界とする基準温度を１００度とする。即ち、エンジン暖機後の通常運転中におけるＥＧＲクーラ２２の作動中、ガス通路表面の温度が１００度以上となると想定される高温側には、撥水表面処理を施して撥水膜３７でコートされた撥水部を形成する。一方、ガス通路表面温度が１００度未満になると想定される低温側には、親水表面処理を施して親水膜でコートされた親水部を形成することとする。

また、ガス通路表面の構成上、基準温度で厳密に境界を設けて、撥水表面処理又は親水表面処理が施せない場合もある。このようなケースでは、撥水表面処理又は親水表面処理を行うことができる部分ごとに、撥水膜３７又は親水膜３８を形成する。具体的には、その部分がＥＧＲクーラ２２のガス通路３４に配置された場合において、ＥＧＲクーラ２２の作動中のその部分の平均的な表面温度が、１００度以上になると想定される場合には、その部分を撥水膜３７でコートし、１００度未満になると想定される場合には親水膜３８でコートする。これにより、ある程度ガス通路表面の温度分布に応じて、親水性と撥水性とを使い分けたガス通路３４を形成することができる。

また、撥水膜３７と親水膜３８との形成の切り分け温度である基準温度は、必ずしも１００度である必要はない。基準温度は、例えば熱交換器が搭載されるエンジンごとに、可溶性デポジットと不溶性デポジットとを効果的に排出できる温度にすればよく、これらの温度はシミュレーション等によって求め、適宜設定すればよい。

３－４．撥水膜及び親水膜の形成方法
図１１は、撥水膜及び親水膜の形成方法の概要を示す模式図である。図１１に示されるように、フィン３５やガス通路３４壁面等の素地４１に、密着及び濡れ性のために下地コート４２を施し、下地コート４２の上に撥水表面処理又は親水表面処理を施すことで撥水膜３７または親水膜３８が形成される。

撥水表面処理は、例えば、シリコン化合物としてＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＯ、及びＳｉＯＮのうち何れか１以上を含む混合物を基材と結合させる表面処理、例えばＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及びＺｒＯ２をアモルファス化する処理、及び、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂又は二硫化モリブデン等の膜を形成する表面処理等が挙げられる。

親水表面処理では、例えば、親水性官能基の付与として、フッ素樹脂などに、スルホン酸基、カルボキシル基などの親水性官能基を導入したものを用いる。また、例えば、基材に対して、水熱処理、紫外線照射、又は、プラズマ処理を行う方法、その他、微小粗化を狙い、プラズマ処理又は梨地処理を行う方法もある。

本実施の形態において、撥水表面処理及び親水表面処理の方法は、特に限定されない。撥水表面処理及び親水表面処理は種々に知られているので、これ以上の詳細な説明を省略する。

以上説明したように、撥水膜３７及び親水膜３８をガス通路３４内の高温側及び低温側にそれぞれ形成することで、デポジットの特性に合わせて効果的にデポジットを除去し、デポジットの堆積を抑制することができる。

即ち、高温側では、ガス通路３４内の水の移動が促進され、貯水量を減少させることができる。高温側で水が滞留すると、高温ラッカー及びデポジットに対して酸化、消失が難しくなる。従って、撥水性を良くすることで水の排出を促すと共に、ガス通路表面をより高温にすることでデポジットの剥離を促進する。

一方、低温側では、特に、低温ラッカーや非固形物系のデポジットが多く生成される。これらのデポジットに対しては、水による溶解が有効となる。また、ガス通路表面とデポジットの間に水を浸透させることで、デポジットの剥離を促進することができる。従って、低温側では親水表面処理により親水膜３８を形成することで効果的にデポジットを消失することができる。

実施の形態２．
実施の形態２のシステムの全体構成及びＥＧＲクーラ２２の構成は、実施の形態１の構成と同一である。実施の形態１で説明したように、ＥＧＲクーラ２２のガス通路３４には複数のフィン３５が配置されている。本実施の形態２では、フィン３５の表面に撥水膜３７でコートした撥水部と、親水膜３８でコートした親水部とを設けることで、ガス通路３４内の撥水性を高温側と低温側とで異なるものとする。

図１２及び図１３は、ＥＧＲクーラ２２のガス通路３４に配置されるフィン３５の一例を示す。フィン３５は、１のガス通路３４に対して、複数に分割されて形成される。具体的に、図１２及び図１３に示される例では、フィン３５は、Ｘ方向に平行に配列された、ＹＺ断面が凸形状の複数の部材３５１がかしめられ、繋ぎ合わされて構成されている。部材３５１の連結前のフィン３５は、図１２及び図１３に示されるように、Ｚ軸方向では、１の凸部ごとに複数の部分に分けられ、Ｘ方向では、例えば３の部分に分けられる。

各部材３５１それぞれに対しては、予め撥水膜３７または親水膜３８を形成する表面処理が施されている。ここで、部材３５１のうち、撥水膜３７が形成されたものは、ＥＧＲクーラ２２のガス通路３４内に設置された場合に、ＥＧＲクーラ２２の作動中、その平均的な表面温度が１００度以上になると推定される位置に配置される。また、親水膜３８が形成されたものは、ＥＧＲクーラ２２の作動中、その平均的な表面温度が１００度未満になると推定される位置に配置される。つまり、部材３５１のうち、撥水膜３７が形成されたものは、ＸＺ平面では原点側により多く配置され、親水膜３８が配置されたものはＸ軸Ｚ軸プラス側により多く配置される。

このように形成されたフィン３５をガス通路３４に配置することで、ガス通路３４の高温側では撥水性が高められる。また、ガス通路３４の低温側では親水性が高められる。これにより、デポジットの堆積を効果的に抑制することができる。

なお、実施の形態２では、フィン３５は、Ｚ軸に平行な方向では、１の凸部ごとに複数個に分けられ、Ｘ軸に平行な方向では、３つに分割されている場合について説明した。但しフィンの分割数はこれらに限られるものではない。細かく分割することで、撥水膜と親水膜の境界を、より温度分布に忠実なものとすることができる一方で、工数が増加する。即ち、分割数を減らすことでフィン３５形成の工数は低減することができる。

また、温度分布に応じて、段階的に撥水性及び親水性を変化させるようにしてもよい。つまり撥水性の異なる表面処理を、それぞれ複数の部材それぞれに施し、ガス通路表面温度がより高温となる側には、より高い撥水性を有する部材を配置し、より低温となる側には、より高い親水性を有する部材を配置することで、温度分布に応じて段階的に撥水性を変化させてもよい。

実施の形態３．
図１４は、本発明の実施の形態のＥＧＲクーラについて説明するための図である。本実施の形態のシステムの全体構成及びＥＧＲクーラ２２の構成は、実施の形態１の構成と同一である。実施の形態１で説明したように、ＥＧＲクーラ２２の冷媒通路３３は、複数の積層されたチューブ３３１により構成されている。本実施の形態では、これらチューブ３３１の外側、即ち、ガス通路３４の内壁面となる部分に、撥水膜３７又は親水膜３８が形成することで、ガス通路３４の撥水性を、高温側と低温側とで異なるものとする。

本実施の形態ではチューブ３３１は、縦方向（Ｙ軸方向）に積層される。また実施の形態１で説明したように、冷媒入り口は下側（Ｙ軸原点側）にあり、出口は上側にある。従って、各チューブ３３１に対し、より上側に配置されるチューブ３３１に対しては、撥水膜３７を形成し、より下側に配置されるチューブ３３１に対しては親水膜３８を形成することで、Ｙ軸方向に撥水性を変化させたガス通路３４を形成することができる。

また、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に撥水性を変化させるには、マスキング等によって、チューブ３３１ごとに異なる表面処理を行う。つまり、ＥＧＲクーラ２２の作動中にガス通路表面が１００度となる部分を境界として、１００度未満の領域をマスキングして１００度以上の領域側に撥水膜３７を形成する。同様に、１００度以上の領域をマスキングして親水膜３８を形成する。これにより、Ｘ軸方向及びＺ軸方向でも、撥水部と親水部を形成することができる。

なお、本実施の形態３で説明したガス通路３４の内壁面（つまりチューブ３３１の外壁）に、撥水膜３７と親水膜３８とを設けた構成は、実施の形態２で説明したフィン３５の構成と組み合わせても良い。これにより、高温側ではより撥水性を高め、低温側ではより親水性を高めることができ、効果的にデポジットを抑制することができる。

また、本実施の形態３では、チューブ３３１の外側に撥水膜３７又は親水膜３８を作る場合について説明した。しかし、撥水性又は親水性の異なる表面処理を複数の領域に分けて、高温側から低温側になるにつれて、徐々に撥水性が低下するように表面処理を行ってもよい。

また、本実施の形態では、チューブ３３１が冷媒通路３３として用いられ、チューブ３３１の外側がガス通路３４となる場合について説明した。しかし、逆にチューブをガス通路として用いて、ガス通路３４とするチューブの外側が冷媒通路となる構成も考えられる。この場合にも同様に、ガス通路３４となるチューブの内壁面に、温度分布に応じて親水膜又は撥水膜を形成すればよい。

実施の形態４．
図１５は、本実施の形態４のＥＧＲクーラについて説明するための図である。本実施の形態４のシステムは、ＥＧＲクーラ２２に替えて、図１５に示すような多筒式のＥＧＲクーラ５０を用いる点を除き、実施の形態１の構成と同一の構成を有する。

図１５のＥＧＲクーラ５０において、ガス通路は複数のガス管５１及び５２により構成される。ガス管５１は、その内壁面に撥水膜が形成されたガス管であり、ガス管５２は、その内壁面に親水膜が形成されたガス管である。ガス管５１及び５２の何れを配置するかは、冷媒入口５３、冷媒出口５４のレイアウトに応じて決定される。つまり図１５に示されるように、冷媒入口５３により近い紙面下方側及び紙面右側部は、比較的低温となるため、親水膜を形成したガス管５２が用いられ、一方、冷媒出口５４に近い紙面上方側及び紙面左側に配置されたガス管には、撥水膜を形成したガス管５１が用いられる。

以上のように、内壁面が撥水膜で覆われたガス管５１と親水膜で覆われたガス管５２とを用いることで、少なくともガス通路３４に垂直な平面では、温度分布に応じてガス通路表面の親水性と撥水性とを異ならせることがでる。従って、多筒式のＥＧＲクーラ５０においても、デポジットの堆積を抑制することができる。

実施の形態５．
図１６は、実施の形態のシステム構成を模式的に示す図である。実施の形態５のシステムは、図１のインタークーラ１４に替えて、インテークマニホールド一体型のインタークーラ６０を有している点を除き、図１のシステムと同一の構成を有している。

吸気通路に配置される熱交換器であっても、図１６に示されるようなインテークマニホールド一体型のインタークーラ６０のように、ＥＧＲ通路２０と吸気通路１０との合流部より吸気の流れの下流側に配置されるものの場合、そのガス通路には、吸気と共に排気ガスの一部が導入される。従って、実施の形態１～４において述べたＥＧＲクーラ２２又は５０の場合と同様に、ガス通路内にデポジットが発生する可能性がある。

従って、デポジット抑制のため、図１６のインタークーラ６０には、ガス通路内の温度分布に応じて、ガス通路内に撥水表面処理又は親水表面処理を施す技術が適用されている。即ち、インタークーラ６０の作動中、インタークーラ６０のガス通路表面の平均的な温度が１００度以上となる高温側には撥水膜が形成され、１００度未満となる低温側には親水膜が形成される。

ここで、インタークーラ６０に導入される吸気ガスは、吸気通路１０の下流側から、エンジン２に向けて流通する。具体的に、図１６の上面図では、Ｘ軸プラス方向に向けて、インタークーラ６０のガス通路内をガスが流通する。

一方、図１７に、インタークーラ６０の冷媒通路内の冷媒の流れを示す。図１７に示されるように、インタークーラ６０の冷媒入口６１はＸ軸プラス側の側面に設けられ、冷媒出口６２はＸ軸原点側の側面の中央付近に設けられている。従って、インタークーラ６０において、冷媒は、Ｘ軸プラス側から原点側に流通する。

但し、インタークーラ６０のケース内の温度分布は、他の部品または搭載環境から大きく影響を受ける。このため、インタークーラ６０のガス通路の表面温度の分布は、ガス通路の吸気ガスの流通方向及び冷媒通路の冷媒の流通方向のみに依存しない。例えば、本実施の形態５のエンジン搭載環境では、外気によってインテークマニホールドの側面が冷却されるため、インタークーラ６０も側面側が低温となる。

図１８は、インタークーラ６０のガス通路の表面の温度分布を示す図である。図１８に示されるように、インタークーラ６０のガス通路の表面温度の分布は、ガス入口側かつ冷媒出口側であるＸ軸原点側に温度が高い領域を有するが、インテークマニホールド側面側からの冷却の影響により、Ｙ軸原点側とプラス側の両側面付近に温度の低い領域を有している。

図１９は、インタークーラ６０のガス通路に設置されるフィンの構成例について説明するための図である。図１９に示されるように、フィンは、撥水膜が形成されたフィン６３と、親水膜が形成されたフィン６４とがかしめられ一体化され構成されている。各フィン６３及び６４は、ＹＺ断面が凸凹形状となるように、長手方向がＸ軸に平行に配置される。ＸＹ平面において、撥水膜が形成されたフィン６３は、Ｙ軸方向の中央部付近に配置され、親水膜が形成されたフィン６４は、フィン６３の両側に配置される。

以上の構成により、インタークーラ６０のガス通路は、その表面の温度部分布に応じて撥水膜または親水膜が形成されたものとなっている。これにより、デポジットの堆積を効果的に抑制することができる。

実施の形態５では、Ｙ軸方向においてのみ親水性と撥水性を変化させる構成について説明した。しかしながら、これに限られず、Ｘ軸方向又はＺ軸方向においても、ガス通路表面の撥水性と親水性とを変化させることができる。例えば、図１３に示されるように、Ｘ軸方向においても、フィンを複数に分割されたものとして、適宜、撥水表面処理又は親水表面処理を施すことで、Ｘ軸方向での撥水性を変化させた構成としてもよい。より具体的に、実施の形態５では、Ｘ軸原点側にガス入口及び冷媒出口が設置されるため、例えば、Ｙ軸に近い側では、撥水膜が形成されたフィン６３の数を、Ｙ軸に遠い側よりも多く配置し、Ｙ軸に遠い側では、親水膜が形成されたフィン６４の数を、Ｙ軸に近い側よりも多く配置するように構成する。これにより、より温度分布に忠実な撥水性分布をもつフィン構成とすることができ、デポジットの付着をより効果的に抑制することができる。

なお、実施の形態５では、インテークマニホールド一体型のインタークーラ６０の場合を例にとって説明した。しかしながら、インタークーラはインテークマニホールド一体型のものに限らず、他のインタークーラであってもよい。例えば、ＬＰＬ―ＥＧＲ（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＬｏｏｐＥＧＲ）を有するエンジンでは、インタークーラより吸気の流れの下流側でＥＧＲガス通路が吸気通路と合流する構成を有するものがある。このような構成のエンジンに搭載されるインタークーラに、本実施の形態の構成を適用することで、効果的にデポジットを抑制することができる。

また、本実施の形態では、インタークーラ６０が、フィン型であり、温度分布に応じて撥水表面処理したフィンと親水表面処理したフィンとを用いることで、ガス通路内に撥水部と親水部とを設け、デポジットを抑制する場合について説明した。しかし、インタークーラ６０は、実施の形態３に説明した技術を適用し、チューブの表面に、撥水表面処理又は親水表面処理を施すことで、温度分布に応じた撥水性及び親水性を有する熱交換器としてもよい。あるいは、実施の形態４に説明したような、温度分布に応じた撥水性及び親水性を有する多管式の熱交換器を、インタークーラとして設置してもよい。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

２エンジン
４過給機
６タービン
８コンプレッサ
１０吸気通路
１４インタークーラ
２０ＥＧＲ通路
２２ＥＧＲクーラ
２４バイパス通路
２６バルブ
２８ＥＧＲバルブ
３０ハウジング
３１冷媒入口
３２冷媒出口
３３冷媒通路
３３１チューブ
３４ガス通路
３５フィン
３７撥水膜
３８親水膜
４１素地
４２下地コート
５０ＥＧＲクーラ
５１、５２ガス管
５３冷媒入口
５４冷媒出口
６０インタークーラ
６１冷媒入口
６２冷媒出口
６３、６４フィン

Claims

内燃機関の吸気通路又は排気通路に設置され、排気を含むガスと冷媒との間で熱を移動させる熱交換器であって、
前記ガスが流通するガス通路と、
前記冷媒が流通する冷媒通路と、を備え、
前記ガス通路内の前記ガスと接する部分の一部に、撥水処理が施された部分である撥水部が形成され、
前記ガス通路内の前記ガスと接する部分のうち、前記撥水部とは異なる部分であって、かつ、前記熱交換器の作動中に前記撥水部よりも低温となる部分に、親水処理が施された部分である親水部が形成され、
前記撥水部は、前記親水部よりも、前記冷媒通路の前記冷媒の流れの下流側に位置する、
ことを特徴とする熱交換器。
前記ガス通路内に配置された放熱用のフィンを、更に備え、
前記撥水部と前記親水部とのそれぞれは、前記フィンの表面の、互いに異なる部分に形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
内燃機関の吸気通路又は排気通路に設置され、排気を含むガスと冷媒との間で熱を移動させる熱交換器であって、
前記ガスが流通するガス通路と、
前記冷媒が流通する冷媒通路と、を備え、
前記ガス通路内の前記ガスと接する部分の一部に、撥水処理が施された部分である撥水部が形成され、
前記ガス通路内の前記ガスと接する部分のうち、前記撥水部とは異なる部分であって、かつ、前記熱交換器の作動中に前記撥水部よりも低温となる部分に、親水処理が施された部分である親水部が形成され、
前記ガス通路は、前記熱交換器内に平行に配置された複数の管であって、
前記撥水部は、前記複数の管のうち一部の管の内壁面に形成され、
前記親水部は、前記複数の管のうち、前記撥水部が形成された管とは異なる他の一部の管に形成され、
前記親水部が形成された他の一部の管は、前記撥水部が形成された前記一部の管が配置される部分に比べて、前記熱交換器の作動中に低温となる部分に配置されている、
ことを特徴とする熱交換器。
。
前記撥水部は、前記親水部よりも、前記ガス通路の前記ガスの流れの上流側に位置することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の熱交換器。
前記撥水部と前記親水部とのそれぞれは、前記ガス通路の内壁面の、互いに異なる部分に形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の熱交換器。
前記撥水部は、前記熱交換器が搭載された内燃機関の暖機後の運転中に、前記ガス通路の表面温度が基準温度以上になると推定される部分に形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の熱交換器。
前記親水部は、前記熱交換器が搭載された内燃機関の暖機後の運転中に、前記ガス通路の表面温度が基準温度未満になると推定される部分に形成されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の熱交換器。