JP2017002811A - 排熱回収器 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気が高温になる作動状態でも、流路抵抗が抑えられる排熱回収器を提供すること。
【解決手段】エンジンの排気の熱を媒体によって回収する排熱回収器1は、排気が流れる多数の孔11を有する多孔体10と、多孔体10の周囲に形成されて媒体が流れる環状流路40と、環状流路40における排気入口21側の端部に媒体を流入させる媒体入口41と、環状流路40における排気出口23側の端部から媒体を流出させる媒体出口45と、を備える。
【選択図】図3
【解決手段】エンジンの排気の熱を媒体によって回収する排熱回収器1は、排気が流れる多数の孔11を有する多孔体10と、多孔体10の周囲に形成されて媒体が流れる環状流路40と、環状流路40における排気入口21側の端部に媒体を流入させる媒体入口41と、環状流路40における排気出口23側の端部から媒体を流出させる媒体出口45と、を備える。
【選択図】図3
Description
本発明は、自動車等に搭載され、エンジンの排気の熱を媒体によって回収する排熱回収器に関する。
特許文献1には、第一の流体が流れる熱交換部材と、熱交換部材の周囲に第二の流体が流れる流路を形成するケーシングと、を備える熱交換器が開示されている。
熱交換部材は、第一の流体が流れる多数の孔を有するハニカム構造である。
ケーシングは、熱交換部材の周囲に環状の流路を形成する筒状である。ケーシングの両端部には、第二の流体を出入りさせる入口及び出口がそれぞれ開口している。
第二の流体がケーシング内に流入する入口は、熱交換部材において第一の流体が流れる下流側の外周に対向するように形成されている。第二の流体がケーシング内から流出する出口は、熱交換部材において第一の流体が流れる上流側の外周に対向するように形成されている。第一の流体と第二の流体とは、熱交換部材の内外を向かい合わせに流れて熱交換をする。
特許文献1に記載の熱交換器が自動車等に搭載される排熱回収器として用いられる場合には、第一の流体としてエンジンから排出される排気が熱交換部材の内部を流れ、第二の流体としてエンジンを循環する冷却液(媒体)が熱交換部材の周りを流れる。
しかしながら、自動車等に搭載される排熱回収器では、エンジンから排出される排気が高温になり、熱交換部材が排気の熱を吸収して高温になる作動状態がある。このような作動状態において、ケーシング内の流路を流れる冷却液が熱交換部材の熱を受けて沸騰すると、冷却液に生じる気泡によって冷却液の流れに与える熱交換器の流路抵抗が増大するという問題がある。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、排気が高温になる作動状態でも、流路抵抗が抑えられる排熱回収器を提供することを目的とする。
本発明のある態様によれば、エンジンの排気の熱を媒体によって回収する排熱回収器であって、排気が流れる多数の孔を有する多孔体と、孔に排気を流入させる排気入口と、孔から排気を流出させる排気出口と、多孔体の周囲に形成されて媒体が流れる環状流路と、環状流路に媒体を流入させる媒体入口と、媒体入口と比較して排気出口に近い位置に設けられて環状流路に媒体を流出させる媒体出口と、を備えることを特徴とする排熱回収器が提供される。
上記態様によれば、多孔体の内外において排気の流れ方向と媒体の流れ方向とが同じ向きになるため、多孔体の温度が排気及び媒体の流れ方向について次第に低下する。これにより、媒体が多孔体から受ける熱量が抑えられる。したがって、排気が高温になる作動状態でも、媒体が沸騰して気泡が生じることが防止されるので、媒体の流れに与える流路抵抗が抑えられる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1〜図3に示す排熱回収器1は、車両に搭載されるエンジン(図示省略)から排出される排気(気体)が通過するとともに、媒体(液体)としてエンジンの冷却液が回路(図示省略)を通じて循環し、排気の熱を媒体によって回収する。
媒体の回路には、車両の空調装置を構成するヒータコア(図示省略)が設けられる。回路を循環する媒体は、排熱回収器1において排気の熱を回収して加熱された後に、ヒータコアに送られ、ヒータコアにおいて車室内に送られる空気に放熱する。これにより、エンジンの起動後に車室内の暖房が速やかに行われる。なお、これに限らず、媒体がオイルクーラ、又は他の機器を循環し、これらを暖める構成としてもよい。
排熱回収器1は、排気が流れるハニカム構造の多孔体10と、多孔体10を収容して排気を導く排気筒30と、排気筒30の周囲に形成されて媒体が流れる環状の環状流路40を形成する筒状のシェル50と、を備える。
多孔体10は、中心線O1を中心とする円柱状の外形を有する。多孔体10は、炭化珪素(SiC)等のセラミックスによって形成され、中心線O1方向に貫通する多数の孔11を有する。多孔体10は、孔11を流れる排気の熱を吸収し、環状流路40を流れる媒体に放熱する。つまり、多孔体10は、排気の熱を媒体に伝える伝熱促進体として設けられる。
多孔体10は、排気筒30の中程に収容される。排気筒30の内側には、多孔体10を挟むように、排気入口21と排気出口23とが形成される。排気入口21及び排気出口23は、中心線O1を中心とする円柱状の空間であり、多孔体10の同軸上に延びるように形成される。
排気筒30は、排気入口21を形成する上流側排気筒部31と、多孔体10を収容する収容筒部32と、排気出口23を形成する下流側排気筒部33と、を有する。
上流側排気筒部31には、エンジンに連通する排気管(図示省略)が接続される。エンジンから排出される排気は、排気管を通じて多孔体10へと導かれる。
下流側排気筒部33には、外部に連通する排気管(図示省略)が接続される。多孔体10を通過した排気は、排気管を通じて外部へと導かれる。
排気筒30は、それぞれ金属管によって形成される。なお、排気筒30の収容筒部32は、多孔体10を形成するセラミックスの外周部に金属を含浸させたものであってもよい。
シェル50は、排気筒30の中程を囲むように、つば付き円筒状に形成される。排気筒30の外周とシェル50の内周との間には、環状流路40が形成される。
環状流路40は、中心線O1を中心とする円形の内外形を持つ筒状の空間であるが、これに限らず、多角形の内外形を持つ筒状の空間であってもよい。
環状流路40は、排気入口21の周囲に位置する上流側領域42と、多孔体10の周囲に位置する熱回収領域43と、排気出口23の周囲に位置する下流側領域44と、を有する。換言すると、中心線O1を中心とする径方向について、排気入口21の外側に上流側領域42が位置し、多孔体10の外側に熱回収領域43が位置し、排気出口23の外側に下流側領域44が位置する。
シェル50には、筒状の媒体入口管51及び媒体出口管55が結合される。
媒体入口管51は、環状流路40に開口する媒体入口41を形成する。媒体入口管51には、媒体の回路を構成する配管(図示省略)が接続される。媒体入口41には、エンジンによって駆動されるポンプ(図示省略)によって送られる媒体が配管を通じて導かれる。
媒体出口管55は、環状流路40に開口する媒体出口45を形成する。媒体出口管55には、媒体の回路を構成する配管(図示省略)が接続される。環状流路40を通過した媒体は、媒体出口45から流出し、配管を通じて空調装置のヒータコアに導かれる。
媒体入口41は、環状流路40における排気入口21側の端部に開口する。媒体出口45は、環状流路40における排気出口23側の端部に開口する。つまり、媒体出口45は、媒体入口41と比較して排気出口23の近い位置に設けられる。
これにより、環状流路40における媒体は、排気入口21側の端部から排気出口23側の端部へと流れる。つまり、環状流路40において媒体入口41から媒体出口45へと向かう媒体の流れ方向と、多孔体10において排気入口21から排気出口23へと向かう排気の流れ方向と、が中心線O1方向について同じ向きになる。
媒体入口41は、環状流路40の上流側領域42に開口する。媒体入口41は、多孔体10と排気入口21との境界部12より排気入口21側(図2において左側)に配置される。なお、これに限らず、媒体入口41は、図2において、多孔体10と排気入口21との境界部12に重なるように配置されてもよい。
媒体出口45は、環状流路40の下流側領域44に開口する。媒体出口45は、多孔体10と排気出口23との境界部13より排気出口23側(図2において右側)に配置される。なお、これに限らず、媒体出口45は、図2において、多孔体10と排気入口21との境界部13に重なるように配置されてもよい。
図3に示すように、媒体入口41及び媒体出口45は、多孔体10の中心線Oを含む基準面Vに対して略直交し、かつ多孔体10を挟んで環状流路40から同一方向に延びるように形成される。媒体入口41及び媒体出口45は、中心線O1方向から見たときに互いに並ぶように配置される。
図3に示すO2は、媒体入口41の中心線である。中心線O1方向から見た図3において、中心線O2は、中心線O1に対して下方にオフセットされ、中心線O1を中心とする円弧Cの接線方向に延びている。
図3に示すO3は、媒体出口45の中心線である。中心線O1方向から見た図3において、中心線O3は、中心線O1に対して上方にオフセットされ、中心線O1を中心とする円弧Cの接線方向に延びている。
次に、排熱回収器1の作用、効果について説明する。
エンジンから排出される排気は、図1及び図2に白抜き矢印で示すように、排気入口21、多孔体10の孔11、及び排気出口23を通って中心線O1方向に流れる。多孔体10は、孔11を流れる排気の熱を吸収する。一方、エンジンを循環する媒体は、黒矢印で示すように、媒体入口41、環状流路40、及び媒体出口45を通ってヒータコアへと導かれる。環状流路40における媒体は、多孔体10の周りを流れることで、多孔体10からの熱を受けて排気の熱を回収する。これにより、エンジンの始動後から排気の熱によって媒体の温度上昇が促され、ヒータコアによる車室内の暖房が速やかに行われるとともに、エンジンの暖機が促される。
ところで、排気の温度が上昇するエンジンの運転状態では、多孔体10が排気の熱を吸収して高温になり、環状流路40を流れる媒体(液体)が多孔体10の熱を受けて沸点に近づく。このような運転状態において、媒体が沸騰すると、媒体に生じる気泡によって媒体の流れに与える排熱回収器1の流路抵抗が増大する。
この対処方法として、排熱回収器1は、環状流路40における排気入口21側の端部に媒体を流入させる媒体入口41と、環状流路40における排気出口23側の端部から媒体を流出させる媒体出口45と、を備える。
これにより、環状流路40における媒体が多孔体10の中心線O1方向について排気の流れと同じ向きに流れる。このため、排気及び媒体の流れ方向について多孔体10の温度が次第に低下することにより、媒体が多孔体10から受ける熱量が従来装置に比べて小さく抑えられる。排気の熱によって多孔体10及び排気筒30が高温になる作動状態でも、媒体の最高温度の上昇が抑えられることにより、環状流路40において排気筒30の周りを流れる媒体が沸騰して気泡が生じることが防止され、媒体の流れに与える流路抵抗が抑えられる。こうして、媒体を循環させるエンジンの負荷が抑えられることにより、エンジンの出力が高められる。
また、排熱回収器1では、基準面Vが略鉛直方向に延び、媒体入口41が環状流路40の下部(中心線O1より下方の部位)に開口し、媒体出口45が環状流路40の上部(中心線O1より上方の部位)に開口するように設置される。
これにより、環状流路40において媒体が沸騰して気泡が生じた場合に、気泡が浮力により環状流路40から媒体出口45に集まって排出され、気泡によって媒体の流れに与える流路抵抗が抑えられる。
また、排熱回収器1では、媒体入口41が排気入口21の周囲に位置する上流側領域42に開口し、媒体出口45が排気出口23の周囲に位置する下流側領域44に開口する。
これにより、媒体入口41から上流側領域42に流入した媒体は、多孔体10を収容していない排気入口21の周りを流れるため、排気の熱が多孔体10を介して伝えられることが抑えられる。上流側領域42を通過した媒体は、熱回収領域43を流れる過程で、排気の熱が多孔体10を介して伝えられる。下流側領域44から媒体出口45を通って流出する媒体は、多孔体10を収容していない排気出口23の周りを流れて媒体出口45から流出するため、排気の熱が多孔体10を介して伝えられることが抑えられる。このように、上流側領域42と下流側領域44の周りを流れる媒体が加熱されることが抑えられるため、媒体の最高温度が低くなり、媒体の流れに与える流路抵抗が有効に抑えられる。
また、排熱回収器1では、媒体入口41と媒体出口45とが、多孔体10の中心線Oを含む基準面Vに対して略直交し、かつ多孔体10を挟んで環状流路40から同一方向に延びる。
これにより、媒体は、媒体入口41から環状流路40を旋回するように流入して、環状流路40を旋回しながら流れた後、媒体出口45を通って円滑に流出し、環状流路40を通過する流速が高められる。
また、排熱回収器1では、中心線O1方向から見たときに媒体入口41と媒体出口45とが互いに並ぶように配置される。
これにより、媒体入口41及び媒体出口45にそれぞれ接続する2本の配管が互いに並んで延び、各配管が設けられるスペースを小さくすることができる。
また、排熱回収器1では、中心線O1方向から見たときに媒体入口41及び媒体出口45が多孔体10の中心線Oを中心とする円弧Cの略接線方向に延びる。
これにより、媒体は、媒体入口41を通って多孔体10の中心線Oを中心とする円弧Cの略接線方向から環状流路40に円滑に流入する。そして、環状流路40を旋回しながら流れた媒体は、多孔体10の中心線Oを中心とする円弧Cの略接線方向から媒体出口45を通って円滑に流出する。これにより、環状流路40を通過する媒体の流速が高められる。
以上のように、排熱回収器1によると、媒体が環状流路40を通過する時間が十分に短縮され、媒体が沸騰して気泡が生じることが防止される。この結果、媒体の循環回路にアシストポンプを設けて媒体の流速を高める必要がなく、媒体を循環させるシステムが複雑化することを回避できる。
次に、図4、図5、図6に示す排熱回収器1の変形例を説明する。
媒体入口41及び媒体出口45は、中心線O1方向から見たときに環状流路40から互いに交差して延びるように形成される。
中心線O1方向から見た図6において、媒体入口41の中心線O2と媒体出口45の中心線O3とは、多孔体10の中心線Oを含む基準面Vに対して略同一角度をもって傾斜し、かつ中心線O1を中心とする円弧Cの略接線方向にそれぞれ延びるように形成される。
媒体入口41及び媒体出口45が円弧Cの略接線方向に延びることにより、媒体は、媒体入口41から環状流路40を旋回するように流入して、環状流路40を旋回しながら流れた後、媒体出口45を通って円滑に流出する。これにより、媒体の最高温度が低くなり、媒体の流れに与える流路抵抗が有効に抑えられる。
そして、媒体入口41と媒体出口45とが中心線O1方向から見たときに環状流路40から互いに交差して延びるため、媒体入口41から環状流路40に流入した媒体は、多孔体10の周りを1周以上旋回して流れた後に媒体出口45から流出する。これにより、環状流路40における媒体の流速が高められ、媒体に気泡が生じることが防止される。
排熱回収器1は、媒体入口41及び媒体出口45にそれぞれ接続して媒体を導く2本の配管が互いに近接して延びるため、各配管が設けられるスペースを小さくすることができる。
次に、図7、図8、図9に示す排熱回収器1の変形例を説明する。
媒体入口41及び媒体出口45は、多孔体10の中心線Oを含む基準面Lに対して略直交し、かつ多孔体10を挟んで環状流路40から逆方向に延びるように形成される。
中心線O1方向から見た図9において、媒体入口41の中心線O2と媒体出口45の中心線O3とは、中心線O1を中心とする円弧Cの接線方向にそれぞれ延びるように形成される。
これにより、媒体は、媒体入口41から環状流路40を旋回するように流入して、環状流路40を旋回しながら流れる。これにより、環状流路40における媒体の流速が高められ、媒体に気泡が生じることが防止される。
排熱回収器1は、基準面Lが略水平方向に延び、媒体入口41が下方に延び、媒体出口45が上方に延びるように設置される。
これにより、環状流路40において媒体が沸騰して気泡が生じた場合に、気泡が浮力により環状流路40から上方に延びる媒体出口45を通って排出され、流路抵抗が抑えられる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
本発明は、車両に搭載される排熱回収器として好適であるが、車両以外に使用される熱交換器にも適用できる。
1 排熱回収器
10 多孔体
11 孔
21 排気入口
23 排気出口
30 排気筒
40 環状流路
41 媒体入口
42 上流側領域
43 熱回収領域
44 下流側領域
45 媒体出口
O1 中心線
10 多孔体
11 孔
21 排気入口
23 排気出口
30 排気筒
40 環状流路
41 媒体入口
42 上流側領域
43 熱回収領域
44 下流側領域
45 媒体出口
O1 中心線
Claims (6)
- エンジンの排気の熱を媒体によって回収する排熱回収器であって、
排気が流れる多数の孔を有する多孔体と、
前記孔に排気を流入させる排気入口と、
前記孔から排気を流出させる排気出口と、
前記多孔体の周囲に形成されて媒体が流れる環状流路と、
前記環状流路に媒体を流入させる媒体入口と、
前記媒体入口と比較して前記排気出口に近い位置に設けられ、前記環状流路に媒体を流出させる媒体出口と、を備えることを特徴とする排熱回収器。 - 請求項1に記載の排熱回収器であって、
前記環状流路は、
前記排気入口の周囲に位置する上流側領域と、
前記多孔体の周囲に位置する熱回収領域と、
前記排気出口の周囲に位置する下流側領域と、を有し、
前記媒体入口は、前記上流側領域に開口し、
前記媒体出口は、前記下流側領域に開口することを特徴とする排熱回収器。 - 請求項1又は2に記載の排熱回収器であって、
前記媒体入口及び前記媒体出口は、前記多孔体の中心線を含む基準面に対して略直交し、かつ前記多孔体を挟んで前記環状流路から同一方向に延びることを特徴とする排熱回収器。 - 請求項1又は2に記載の排熱回収器であって、
前記媒体入口及び前記媒体出口は、前記多孔体の中心線方向から見たときに互いに交差するように前記環状流路から延びることを特徴とする排熱回収器。 - 請求項1又は2に記載の排熱回収器であって、
前記媒体入口及び前記媒体出口は、前記多孔体の中心線を含む基準面に対して略直交し、かつ前記多孔体を挟んで前記環状流路から逆方向に延びることを特徴とする排熱回収器。 - 請求項1から5のいずれか一つに記載の排熱回収器であって、
前記多孔体は、円柱状に形成され、
前記媒体入口及び前記媒体出口は、中心線方向から見たときに前記多孔体の中心線を中心とする円弧の略接線方向に延びることを特徴とする排熱回収器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015117620A JP2017002811A (ja) | 2015-06-10 | 2015-06-10 | 排熱回収器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015117620A JP2017002811A (ja) | 2015-06-10 | 2015-06-10 | 排熱回収器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2017002811A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019157632A (ja) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | いすゞ自動車株式会社 | 後処理装置 |
JP2019184224A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-24 | 日本碍子株式会社 | 熱交換器 |
-
2015
- 2015-06-10 JP JP2015117620A patent/JP2017002811A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019157632A (ja) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | いすゞ自動車株式会社 | 後処理装置 |
JP7063016B2 (ja) | 2018-03-07 | 2022-05-09 | いすゞ自動車株式会社 | 後処理装置 |
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Legal Events
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