JP2017133362A - 排気熱回収装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷媒出口付近での冷却媒体の過度の加熱を防止することができ、安全性を高めることができる排気熱回収装置を提供する。【解決手段】内管10の内部のバイパス通路11が閉鎖された際に、バイパス通路11から内管10と外管20の間の円環状の熱交換通路21に排気ガスを導入する連通孔が内管10に形成され、外管20の外周側に冷媒入口36と冷媒出口37を有する冷媒通路35が設けられた排気熱回収装置であって、冷媒出口37の位置に対応した内管10の管壁上の周方向の位置に、連通孔を形成しない非形成領域Raを設け、この非形成領域Raを除く全周領域Rbに多数の連通孔をそれぞれ形成した。【選択図】図5
Description
本発明は、エンジンや燃焼機器等から排気ガスと共に排出される熱を回収する排気熱回収装置(排気熱回収器)に関するものである。
例えば、エンジンから排出される排気ガスの熱を回収する排気熱回収装置として、特許文献1に記載された図6に示すものが知られている。
図6に示すように、この排気熱回収装置は、排気ガスGが流れるバイパス通路111を形成する内管110と、この内管110の外周側に配置され、内管110の外周面との間に熱交換通路としての環状の受熱通路121を形成する外管120と、環状の受熱通路121を流れる排気ガスGの熱を、流通する冷却媒体(例えば冷却水)Wに伝達するように外管120の外周側に環状の冷媒通路135を形成するジャケット130と、冷媒通路135の一端と他端に設けられた冷媒入口136および冷媒出口137と、内管110の上流側の円周方向に形成され、バイパス通路111の上流端に導入された排気ガスGをバイパス通路111から環状の受熱通路121の上流側に導入可能な多数の連通孔115と、バイパス通路111の下流側に設けられ、開いた状態で排気ガスGをバイパス通路111に流通させ、閉じた状態で排気ガスGを多数の連通孔115を通して環状の受熱通路121に流通させる開閉弁180と、を備えている。
ところで、前述した従来の排気熱回収装置では、バイパス通路111から環状の受熱通路121に排気ガスGを導入する連通孔115を、内管110の円周方向の全周に亘り等間隔に多数形成していた。
このため、高温の排気ガスGが冷媒出口137の存在する方向にも多く流れることになり、冷媒出口137の近傍において冷却媒体Wが過度に加熱されてしまい、沸騰による気泡を発生するおそれがあった。これにより、気泡の溜まる部分の冷却が滞り、冷媒通路135の内圧が上がると共に、ジャケット130が局部的に昇温し、熱疲労でジャケット130に亀裂や破損が発生して、冷却媒体Wの漏れに繋がるおそれがあった。
本発明は、上記事情を考慮し、冷媒出口付近での冷却媒体の過度の加熱を防止することができ、安全性を高めることができる排気熱回収装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、排気ガスの熱を伝熱部材を介して冷却媒体に伝熱することで排気熱を回収する排気熱回収装置において、前記排気ガスが流れるバイパス通路を形成する内管と、前記内管の外周側に配置され、前記内管の外周との間に環状の熱交換通路を形成する外管と、前記環状の熱交換通路に配置され、該環状の熱交換通路を軸方向に流れる排気ガスから熱を受け取る環状の伝熱部材と、前記環状の伝熱部材の受け取った熱を、流通する冷却媒体に伝達するように前記環状の伝熱部材の外周側に配置され、且つ、前記外管の外側、内側、またはその両側にかかって形成された環状の冷媒通路と、前記環状の冷媒通路の周方向の異なる位置に設けられた冷媒入口および冷媒出口と、前記内管の上流側の管壁に穿設され、前記バイパス通路の上流端に導入された排気ガスを前記バイパス通路から前記環状の熱交換通路の上流側に導入可能な多数の連通孔と、前記バイパス通路の下流側に設けられ、開いた状態で排気ガスを前記バイパス通路に流通させ、閉じた状態で排気ガスを前記連通孔を通して前記環状の熱交換通路に流通させる開閉弁と、を備え、前記冷媒出口の位置に対応した前記内管の管壁上の周方向の位置に、前記連通孔を形成しない非形成領域を設け、前記非形成領域を避けた領域の全周に前記多数の連通孔をそれぞれ形成したことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1記載の排気熱回収装置であって、前記環状の冷媒通路に設けられた前記冷媒出口の開口縁の周方向の両端位置から前記内管の断面中心に向けて2本の仮想線を引き、前記2本の仮想線に挟まれた前記内管の管壁上の区間を前記連通孔を形成しない非形成領域とし、前記非形成領域を避けた領域の全周に前記多数の連通孔をそれぞれ形成したことを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2記載の排気熱回収装置であって、前記伝熱部材が軸線方向に貫通した多数のセルを伝熱隔壁で画成した構造体として形成されていることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の排気熱回収装置であって、前記冷媒通路の前記伝熱部材との境界壁に螺線状の凹凸が形成されていることを特徴とする。
請求項1の発明によれば、バイパス通路から環状の熱交換通路に排気ガスを導入する内管の管壁上の連通孔を、冷媒出口に対応した領域を避けるように設けている、つまり、冷媒出口の存在する方向に連通孔を設けないようにしている。このため、冷媒出口の近傍の伝熱部材に直接排気ガスが当たらないようにすることができ、冷媒出口付近の冷却媒体が過度に加熱されない状態にすることができて、気泡の発生を防ぐことができる。これにより、冷媒通路の内圧上昇や冷媒通路を構成する部材の温度上昇の抑制を図ることができ、部材の亀裂や破損による冷却媒体の漏れの防止に効果をあげることができ、安全性を高めることができる。
請求項2の発明によれば、冷媒出口の近傍の伝熱部材への排気ガスの流れを抑制することができ、気泡の発生を有効に防止することができる。
請求項3の発明によれば、環状の熱交換通路を流通する排気ガスの流れを阻害せずに効率よく排気ガスの熱を伝熱部材で受け取ることができる。
請求項4の発明によれば、伝熱部材が受け取った熱を冷却媒体に効率よく伝えることができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は実施形態の排気熱回収装置の側面図、図2は図1のA矢視図、図3は図1中B−B線に沿う断面図、図4は排気熱回収装置に用いられる内管の斜視図、図5は図3中C−C線に沿う断面図である。
この排気熱回収装置(排気熱回収器)1は、上流側から下流側へ向かって排気ガスGが流れる図示しない排気管の途中に設けられるもので、図1〜図5に示すように、内管10と外管20と冷媒ジャケット部材30と開閉弁80と下流側連絡管50及び取付フランジ18,53等から構成されている。
図3及び図4に示すように、内管10は、排気ガスGが流れるバイパス通路11を形成する小径の円形配管からなり、その上流側にはテーパ部13を介して大径の上流側連絡管12が一体に形成されている。この上流側連絡管12の上流端には、排気管に接続するための上流側取付フランジ18が溶接で接合されている。
外管20は、内管10の外周側に同心に配置され、内管10の外周面との間に円環状の熱交換通路21を形成している。即ち、外管20は、内管10よりも大径の円形管で構成され、その内周面に外管20と一体に設けられた円環状の伝熱部材22を備えている。この円環状の伝熱部材22は、円環状の熱交換通路21の略中央に配置されており、円環状の熱交換通路21を軸方向に流れる排気ガスGから熱を受け取る役目を果たす。
円環状の伝熱部材22としては、軸線方向に貫通した多数のセルを伝熱隔壁で画成したハニカム構造体や多数のフィンを放射状に配設したフィン構造体等を使用することができる。
また、外管20は、その外周側に冷媒ジャケット部材30を一体に備えている。冷媒ジャケット部材30は、円環状の膨出部31と、その上流側及び下流側のストレート管部32,33とを有し、円環状の膨出部31と外管20との間に円環状の冷媒通路35を形成している。この円環状の冷媒通路35は、その中を流れる冷却媒体(例えばクーラント)Wに伝熱部材22の受け取った熱を有効に伝えることができるように、伝熱部材22の外周側に設けられている。尚、円環状の冷媒通路35の軸方向長さは、円環状の伝熱部材22の軸方向長さに対応させてある。
外管20及び冷媒ジャケット部材30は、冷媒ジャケット部材30のストレート管部32,33の端部を、円環板状の支持板41,42を介して上流側連絡管12及び内管10に溶接で接合することで、内管10に一体に結合されている。ここで、上流側支持板41は閉塞板として構成されているが、下流側支持板42には、排気ガスGを流通させるための開口43が形成されている。
また、外管20及び冷媒ジャケット部材30の下流端には下流側連絡管50が接続され、下流側連絡管50の下流側にテーパ部51を介して設けられた小径連絡管52の下流端に、排気管に接続するための下流側取付フランジ53が設けられている。
また、冷媒ジャケット部材30の円環状の膨出部31の外周壁には、冷媒入口36および冷媒出口37が設けられている。これら冷媒入口36および冷媒出口37は、円環状の冷媒通路35の周方向の異なる位置(図示例では、90°周方向に離れた位置)に配置されている。
また、内管10の上流側の管壁には、バイパス通路11の上流端に導入された排気ガスGをバイパス通路11から円環状の熱交換通路21の上流側に導入可能な多数の連通孔15が設けられている。この場合、図4及び図5に示すように、冷媒出口37の位置に対応した内管10の管壁上の周方向の位置に、連通孔15を形成しない非形成領域Raが設けられており、この非形成領域Raを避けた全周領域Rbに多数の連通孔15がそれぞれ形成されている。
具体的には、円環状の冷媒通路35に設けられた冷媒出口37の開口縁の周方向の両端位置から内管10の断面中心Oに向けて2本の仮想線38,38を引き、この2本の仮想線38,38に挟まれた内管10の管壁上の区間が連通孔15を形成しない非形成領域Raとされており、この非形成領域Raを避けた領域Rbの全周に多数の連通孔15がそれぞれ形成されている。
また、バイパス通路11を構成する内管10の下流端には、開いた状態で排気ガスGをバイパス通路11に流通させ、閉じた状態で排気ガスGを連通孔15を通して環状の熱交換通路21に図3及び図4中矢印Gaのように流通させる開閉弁80が設けられている。この開閉弁80は支軸81を介して下流側連絡管50に開閉自在に取り付けられており、図示しないアクチュエータにより開閉される。尚、開閉弁80を、アクチュエータではなく、排気圧に応じて開閉させたり、冷却媒体の温度に応じて開閉させたり、その両方に応じて開閉させたりしても良い。
次に作用を述べる。
開閉弁80が開いているときには、排気ガスGはバイパス通路11を流れて下流側に到達する。一方、開閉弁80が閉じているときには、排気ガスGは図3及び図4中矢印Gaで示すように、バイパス通路11から円環状の熱交換通路21に流れ、支持板42の開口43を経て下流側連絡管50に流れる。この間に、排気ガスGの熱は、伝熱部材22に受け渡され、この伝熱部材22に受け渡され熱が、図5に示すように、円環状の冷媒通路35を流れる冷却媒体Wに伝達されて回収される。
この際に、バイパス通路11から円環状の熱交換通路21に排気ガスGを導入する内管10の管壁上の連通孔15が、冷媒出口37に対応した領域を避けるように設けられているので、つまり、冷媒出口37の存在する方向に連通孔15が設けられていないので、冷媒出口37の近傍の伝熱部材22に直接排気ガスGが当たらないようになる。従って、冷媒出口37付近の冷却媒体Wが過度に加熱されない状態になり、気泡の発生を防ぐことができる。これにより、冷媒通路35の内圧上昇や冷媒通路35を構成する冷媒ジャケット部材30の温度上昇の抑制を図ることができて、冷媒ジャケット部材30の亀裂や破損による冷却媒体Wの漏れの防止に効果をあげることができる。
また、円環状の伝熱部材22が、軸線方向に貫通した多数のセルを伝熱隔壁で画成したハニカム構造体で構成されている場合は、円環状の熱交換通路21を流通する排気ガスGの流れを阻害せずに効率よく排気ガスGの熱を伝熱部材22で受け取ることができるので、熱回収効率の向上が図れる。
また、冷媒通路35の伝熱部材22との境界壁(例えば外管20の管壁)に螺線状の凹凸を形成すれば、伝熱部材22が受け取った熱を冷却媒体により効率よく伝えることができる。
尚、前記実施形態では、円環状の冷媒通路35を外管20の外側に形成しているが、外管20の内側や外管20の外側と内側にかかるように形成することも可能である。
1 排気熱回収装置
10 内管
11 バイパス通路
15 連通孔
20 外管
21 円環状の熱交換通路(環状の熱交換通路)
22 円環状の伝熱部材(環状の伝熱部材)
35 円環状の冷媒通路(環状の冷媒通路)
36 冷媒入口
37 冷媒出口
38 仮想線
80 開閉弁
G 排気ガス
W 冷却媒体
Ra 連通孔の非形成領域
Rb 連通孔の非形成領域を避けた領域
O 断面中心
10 内管
11 バイパス通路
15 連通孔
20 外管
21 円環状の熱交換通路(環状の熱交換通路)
22 円環状の伝熱部材(環状の伝熱部材)
35 円環状の冷媒通路(環状の冷媒通路)
36 冷媒入口
37 冷媒出口
38 仮想線
80 開閉弁
G 排気ガス
W 冷却媒体
Ra 連通孔の非形成領域
Rb 連通孔の非形成領域を避けた領域
O 断面中心
Claims (4)
- 排気ガス(G)の熱を伝熱部材(22)を介して冷却媒体(W)に伝熱することで排気熱を回収する排気熱回収装置(1)において、
前記排気ガス(G)が流れるバイパス通路(11)を形成する内管(10)と、
前記内管(11)の外周側に配置され、前記内管(11)の外周との間に環状の熱交換通路(21)を形成する外管(20)と、
前記環状の熱交換通路(21)に配置され、該環状の熱交換通路(21)を軸方向に流れる排気ガス(G)から熱を受け取る環状の伝熱部材(22)と、
前記環状の伝熱部材(22)の受け取った熱を、流通する冷却媒体(W)に伝達するように前記環状の伝熱部材(22)の外周側に配置され、且つ、前記外管(20)の外側、内側、またはその両側にかかって形成された環状の冷媒通路(35)と、
前記環状の冷媒通路(35)の周方向の異なる位置に設けられた冷媒入口(36)および冷媒出口(37)と、
前記内管(10)の上流側の管壁に穿設され、前記バイパス通路(11)の上流端に導入された排気ガス(G)を前記バイパス通路(11)から前記環状の熱交換通路(21)の上流側に導入可能な多数の連通孔(15)と、
前記バイパス通路(11)の下流側に設けられ、開いた状態で排気ガス(G)を前記バイパス通路(11)に流通させ、閉じた状態で排気ガス(G)を前記連通孔(15)を通して前記環状の熱交換通路(21)に流通させる開閉弁(80)と、
を備え、
前記冷媒出口(37)の位置に対応した前記内管(10)の管壁上の周方向の位置に、前記連通孔(15)を形成しない非形成領域(Ra)を設け、前記非形成領域(Ra)を避けた領域(Rb)の全周に前記多数の連通孔(15)をそれぞれ形成したことを特徴とする排気熱回収装置。 - 請求項1記載の排気熱回収装置(1)であって、
前記環状の冷媒通路(35)に設けられた前記冷媒出口(37)の開口縁の周方向の両端位置から前記内管(10)の断面中心(O)に向けて2本の仮想線(38,38)を引き、前記2本の仮想線(38,38)に挟まれた前記内管(10)の管壁上の区間を前記連通孔(15)を形成しない非形成領域(Ra)とし、前記非形成領域(Ra)を避けた領域(Rb)の全周に前記多数の連通孔(15)をそれぞれ形成したことを特徴とする排気熱回収装置。 - 請求項1又は請求項2記載の排気熱回収装置(1)であって、
前記伝熱部材(22)が軸線方向に貫通した多数のセルを伝熱隔壁で画成した構造体として形成されていることを特徴とする排気熱回収装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の排気熱回収装置(1)であって、
前記冷媒通路(35)の前記伝熱部材(22)との境界壁に螺線状の凹凸が形成されていることを特徴とする排気熱回収装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016011307A JP2017133362A (ja) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | 排気熱回収装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2016011307A JP2017133362A (ja) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | 排気熱回収装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2017133362A true JP2017133362A (ja) | 2017-08-03 |
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JP2016011307A Pending JP2017133362A (ja) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | 排気熱回収装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2017133362A (ja) |
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2016
- 2016-01-25 JP JP2016011307A patent/JP2017133362A/ja active Pending
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