JP2019188862A - Heat pipe device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、車両に設置されて車室の暖房が可能なヒートパイプ装置に関する。 The present disclosure relates to a heat pipe device installed in a vehicle and capable of heating a passenger compartment.
一般に、ヒートパイプとは、内部を減圧した管体に少量の作動液を封入したものをいう。このヒートパイプにおいて、作動液の蒸発と凝縮とを異なる部位で発生させる。そうすることで、封入された作動液が移動して、熱の移動が行える。従って、ヒートパイプは、ヒートポンプとは異なり、熱の移動に、ポンプ等の駆動力を要しない。 Generally, a heat pipe refers to a tube body whose pressure is reduced and a small amount of hydraulic fluid is sealed. In this heat pipe, evaporation and condensation of the working fluid are generated at different sites. By doing so, the enclosed hydraulic fluid moves and heat can be transferred. Therefore, unlike the heat pump, the heat pipe does not require a driving force such as a pump for the movement of heat.
図1に、ヒートパイプの技術を利用した熱移動装置(ヒートパイプ装置100)の基本的な構成を示す。例示のヒートパイプ装置100は、蒸発器101、凝縮器102、及びこれらを接続する循環配管103で構成されている。凝縮器102は、蒸発器101よりも高位置に配置される。循環配管103は、蒸発器101及び凝縮器102の各々の上部に接続された、送液用の第1管部103aと、蒸発器101及び凝縮器102の各々の下部に接続された、返液用の第2管部103bと、で構成されている。
FIG. 1 shows a basic configuration of a heat transfer device (heat pipe device 100) using a heat pipe technology. An exemplary
ヒートパイプ装置100の内部は高度に減圧されていて、その内部に適量の作動液(水溶液、アルコール、冷媒等)が封入されている。それにより、蒸発器101の下部や第2管部103bの内部に、作動液が貯留される。
The inside of the
蒸発器101に熱が供給されると、その熱によって作動液が気化する。気化によって発生した作動液の蒸気は、第1管部103aを通って凝縮器102に移動する。凝縮器102に移動した作動液の蒸気は、凝縮器102で放熱して液化する。液化した作動液は、作動液の蒸気圧や重力の作用により、第2管部103bを通って蒸発器101に移動する。このような蒸発器101での吸熱と凝縮器102での放熱とにより、作動液がヒートパイプ装置100を循環し、熱の移動が行われる。
When heat is supplied to the
ヒートパイプの技術を利用した暖房の先行技術としては、例えば特許文献1がある。
As a prior art of heating using a heat pipe technology, there is, for example,
特許文献1には、ヒートパイプの技術を利用して、即効で暖房できる暖房装置が開示されている。具体的には、その暖房装置は、高温になったエンジンの冷却水(温水)の一部を保温タンク7に蓄え、冷却水の温度が低い時に、蓄えた温水の熱を利用して暖房が行えるように構成されている。保温タンク7の上流側の温水路8に、プリタンク9が設けられていて、このプリタンク9の内部に、ヒートパイプ17の第1凝縮部20が設置されている。ヒートパイプ17の蒸発部19は、排気管18の周囲に設置されている。
本発明に関し、特許文献2には、ヒートパイプ装置の蒸発器で、軸方向における作動流体の蒸発速度が不均一になるのを抑制する技術が開示されている。
In relation to the present invention,
具体的には、その蒸発器は、筒形状をした金属製のケースと、そのケースに収容された、セラミック製の多孔質部材(ウィック)とを有している。ウィックは、一端が封止された筒状に形成されていて、他端からウィックの内部に作動流体が流入する。使用時にケースを介して加熱されるウィックから作動流体が染み出すことにより、作動流体は蒸発する。 Specifically, the evaporator has a cylindrical metal case and a ceramic porous member (wick) housed in the case. The wick is formed in a cylindrical shape with one end sealed, and the working fluid flows into the wick from the other end. The working fluid evaporates as it oozes from the wick that is heated through the case during use.
その軸方向における作動流体の蒸発速度を均一化するため、ケースとウィックとの間の熱抵抗が、作動流体の上流側と下流側とで異なるように構成されている。 In order to equalize the evaporation rate of the working fluid in the axial direction, the thermal resistance between the case and the wick is configured to be different between the upstream side and the downstream side of the working fluid.
特許文献1では、ヒートパイプの技術を利用して、排気ガスの熱を車室の暖房に利用している。しかし、蓄えた温水の熱を利用して暖房する仕組みを前提としているため、特許文献1の暖房装置は、規模が大きく構造も複雑である。また、暖房装置専用の部材を新たに設置する必要がある。しかも、保温タンク等、設置に大きなスペースを要する部材もある。
In
従って、特許文献1の暖房装置を既存の自動車に適用するのは容易でない。また、特許文献1の暖房装置では、排気ガスの熱を暖房に直接利用するのではなく、冷却水の加熱に利用する。従って、熱効率の点でも不利がある。
Therefore, it is not easy to apply the heating device of
更に、特許文献1の暖房装置では、ヒートパイプの蒸発部は、排気管の周囲に設置されているので、熱交換効率が悪い。
Furthermore, in the heating apparatus of
また、特許文献2の蒸発器では、作動流体は、ウィックの微細な孔を通過し、更に、その過程で作動流体が気化する。従って、作動流体がウィックを通過する時、作動流体は強い流動抵抗を受ける。そのため、作動流体は、低負荷では円滑な循環が行えないので、特許文献2の蒸発器もまた、熱効率の点で不利がある。
Moreover, in the evaporator of
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気ガスの熱を暖房に効率よく利用できるヒートパイプ装置を提供することにある。 The technology disclosed herein has been made in view of such points, and an object thereof is to provide a heat pipe device that can efficiently use the heat of exhaust gas for heating.
本開示は、車両に設置されて車室の暖房が可能なヒートパイプ装置に関する。 The present disclosure relates to a heat pipe device installed in a vehicle and capable of heating a passenger compartment.
前記車両は、前記車両の動力を発生させる内燃機関と、前記内燃機関で発生する排気ガスを排出する排気管と、前記車室の内部に臨んで配置され、当該車室の内部に空気を吹き出す空調装置と、を備える。前記ヒートパイプ装置は、前記空調装置に設置された凝縮器と、前記排気管に設置された蒸発器と、前記凝縮器及び前記蒸発器に接続されて作動液を循環させる循環配管と、を備える。前記蒸発器は、排気ガスの流れと交差するように配置された熱交換流路を有している。 The vehicle is disposed facing an interior of the vehicle interior, an internal combustion engine that generates power of the vehicle, an exhaust pipe that exhausts exhaust gas generated by the internal combustion engine, and blows air into the interior of the vehicle interior An air conditioner. The heat pipe device includes a condenser installed in the air conditioner, an evaporator installed in the exhaust pipe, and a circulation pipe connected to the condenser and the evaporator to circulate the working fluid. . The evaporator has a heat exchange flow path arranged to intersect the flow of exhaust gas.
そして、前記熱交換流路を排気ガスの流れ方向に沿って見たときに、当該流れ方向における上流側の部位へ供給される前記作動液の量が、下流側の部位へ供給される前記作動液の量に比して多くなるよう構成されている。 When the heat exchange channel is viewed along the flow direction of the exhaust gas, the amount of the hydraulic fluid supplied to the upstream portion in the flow direction is supplied to the downstream portion. It is comprised so that it may increase compared with the quantity of a liquid.
このヒートパイプ装置によれば、車室の内部に空気を吹き出す空調装置に凝縮器が設置されている。内燃機関で発生する高温の排気ガスを排出する排気管に蒸発器が設置されている。そして、これら凝縮器及び蒸発器は、作動液が循環する循環配管によって接続されている。すなわち、このヒートパイプ装置では、排気ガスの熱を空調装置に移動させることができる。従って、排気ガスの熱を直接的に利用して、車室の暖房が効率よく行える。 According to this heat pipe device, the condenser is installed in the air conditioner that blows air into the passenger compartment. An evaporator is installed in an exhaust pipe that discharges high-temperature exhaust gas generated in an internal combustion engine. The condenser and the evaporator are connected by a circulation pipe through which the working fluid circulates. That is, in this heat pipe device, the heat of the exhaust gas can be moved to the air conditioner. Therefore, the passenger compartment can be efficiently heated by directly using the heat of the exhaust gas.
ところが、このようなヒートパイプ装置は、排熱回収に関して問題がある。すなわち、近年では、排気管の途中に、排熱を利用する排気処理装置が設置される場合がある。その場合、蒸発器を排気処理装置よりも上流側に配置すると、蒸発器による熱交換により、排気処理装置の機能を損なうおそれがある。従って、その場合、蒸発器は、排気処理装置よりも下流の排気管に配置することになる。 However, such a heat pipe device has a problem regarding exhaust heat recovery. That is, in recent years, an exhaust treatment device that uses exhaust heat may be installed in the middle of an exhaust pipe. In that case, if the evaporator is disposed upstream of the exhaust treatment device, the function of the exhaust treatment device may be impaired due to heat exchange by the evaporator. Therefore, in that case, the evaporator is disposed in the exhaust pipe downstream of the exhaust treatment device.
それにより、蒸発器から凝縮器までの距離が大きくなって、循環配管で放熱し易くなる。そのため、熱効率の点で不利になる。しかも、そのような排気処理装置が蒸発器の上流に配置されていると、蒸発器を通過する排気ガスの温度が低下する場合がある。それにより、蒸発器で回収できる熱が不足するおそれがある。 Thereby, the distance from an evaporator to a condenser becomes large, and it becomes easy to radiate heat with circulation piping. This is disadvantageous in terms of thermal efficiency. In addition, when such an exhaust treatment device is disposed upstream of the evaporator, the temperature of the exhaust gas passing through the evaporator may decrease. Thereby, there is a possibility that the heat that can be recovered by the evaporator is insufficient.
それに対し、このヒートパイプ装置では、排気ガスと熱交換を行う蒸発器は、排気ガスの流れと交差するように配置された熱交換流路を有している。作動液は、熱交換流路を流れ、排気ガスと熱交換する。従って、作動液は、排気ガスから効率よく吸熱できる。 On the other hand, in this heat pipe device, the evaporator that performs heat exchange with the exhaust gas has a heat exchange flow path arranged so as to intersect the flow of the exhaust gas. The hydraulic fluid flows through the heat exchange flow path and exchanges heat with the exhaust gas. Therefore, the hydraulic fluid can efficiently absorb heat from the exhaust gas.
更に、このヒートパイプ装置では、作動液が熱交換流路を円滑に流れて熱交換も効率よくできるように工夫されている。 Furthermore, this heat pipe device is devised so that the working fluid flows smoothly through the heat exchange flow path and heat exchange can be performed efficiently.
すなわち、蒸発器では、排気ガスの良好な掃気性を確保する必要があるため、熱交換流路の流路面積は小さくならざるを得ない。従って、作動液は、熱交換流路を通過する際、強い流動抵抗を受け易い。しかも、作動液は、熱交換流路を流れる過程で排気ガスと熱交換して気化する。 That is, in the evaporator, since it is necessary to ensure good scavenging performance of the exhaust gas, the flow area of the heat exchange flow path must be reduced. Accordingly, the hydraulic fluid is likely to receive strong flow resistance when passing through the heat exchange flow path. Moreover, the hydraulic fluid is vaporized by exchanging heat with the exhaust gas in the process of flowing through the heat exchange flow path.
それにより、作動液中に気泡が形成される。気泡は、熱交換流路を進むにつれて成長し、次第に大きくなっていく。気泡が大きく成長すると、液体の作動液が熱交換流路の内壁面に接触する量も減るので、熱交換効率が低下する。 Thereby, bubbles are formed in the hydraulic fluid. Bubbles grow and gradually increase as they travel through the heat exchange flow path. When the bubbles grow large, the amount of the liquid working fluid that contacts the inner wall surface of the heat exchange flow path also decreases, so that the heat exchange efficiency decreases.
ここで、蒸発器を通過する排気ガスは、ガス流方向(排気ガスの流れ方向)における上流側の部位では相対的に高温になる一方、下流側の部位では相対的に低温になる。そうすると、前者の部位においては、作動液が気化し易く、気泡の成長が促進される。気泡が大きく成長すると、前述のように熱交換効率が低下する。そうして、ガス流方向の上流側と下流側とで、熱交換効率に差異が生じる可能性がある。 Here, the exhaust gas passing through the evaporator has a relatively high temperature at the upstream portion in the gas flow direction (exhaust gas flow direction), and has a relatively low temperature at the downstream portion. Then, in the former part, the working fluid is easily vaporized, and the growth of bubbles is promoted. When the bubbles grow large, the heat exchange efficiency decreases as described above. Thus, there may be a difference in heat exchange efficiency between the upstream side and the downstream side in the gas flow direction.
それに対し、この熱交換流路では、ガス流方向における上流側の部位に供給される作動液の量が、同方向における下流側の部位に供給される作動液の量に比して多くなるよう構成されている。前者の部位には多量の作動液が供給されるため、液体の作動液が熱交換流路の内壁面に接触する量を多くすることができる。これにより、上流側での熱交換効率を高めることができ、ひいてはガス流方向の全域で熱交換効率を均一にすることが可能となる。 In contrast, in this heat exchange channel, the amount of hydraulic fluid supplied to the upstream portion in the gas flow direction is larger than the amount of hydraulic fluid supplied to the downstream portion in the same direction. It is configured. Since a large amount of hydraulic fluid is supplied to the former part, the amount of liquid hydraulic fluid that contacts the inner wall surface of the heat exchange channel can be increased. As a result, the heat exchange efficiency on the upstream side can be increased, and as a result, the heat exchange efficiency can be made uniform over the entire region in the gas flow direction.
また、前記蒸発器は、前記循環配管が接続されかつ前記熱交換流路へ前記作動液を導く液室を有し、前記液室は、前記排気ガスの流れ方向に沿って見たときに、当該流れ方向における上流側の部位の容積が、下流側の部位の容積に比して大きくなるよう構成されている、としてもよい。 Further, the evaporator has a liquid chamber to which the circulation pipe is connected and guides the hydraulic fluid to the heat exchange flow path, and the liquid chamber is viewed along the flow direction of the exhaust gas. The volume of the upstream part in the flow direction may be configured to be larger than the volume of the downstream part.
液室の容積が大きい部位においては、小さい部位に比して、熱交換流路へ作動液が流入し易くなる。これにより、ガス流方向における上流側に供給される作動液の量を多くして、ガス流方向の全域で熱交換効率を均一にする上で有利になる。 In the part where the volume of the liquid chamber is large, the hydraulic fluid is more likely to flow into the heat exchange channel than in the small part. This is advantageous in increasing the amount of hydraulic fluid supplied to the upstream side in the gas flow direction and making the heat exchange efficiency uniform throughout the gas flow direction.
また、前記蒸発器は、前記循環配管が接続されかつ前記熱交換流路へ前記作動液を導く液室を有し、前記循環配管は、前記排気ガスの流れ方向に沿って見たときに、当該流れ方向における前記液室の下流側の部位に比して、上流側の部位に近接するように接続されている、としてもよい。 Further, the evaporator has a liquid chamber to which the circulation pipe is connected and guides the hydraulic fluid to the heat exchange flow path, and the circulation pipe is viewed along the flow direction of the exhaust gas. It is good also as connected so that it may adjoin to the upstream part compared with the downstream part of the liquid chamber in the flow direction.
液室と循環配管との接続部に近接する部位においては、この接続部から離間する部位に比して、熱交換流路へ作動液が流入し易くなる。これにより、ガス流方向における上流側に供給される作動液の量を多くして、ガス流方向の全域で熱交換効率を均一にする上で有利になる。 In the part close to the connection part between the liquid chamber and the circulation pipe, the hydraulic fluid is more likely to flow into the heat exchange channel than in the part separated from the connection part. This is advantageous in increasing the amount of hydraulic fluid supplied to the upstream side in the gas flow direction and making the heat exchange efficiency uniform throughout the gas flow direction.
また、前記熱交換流路は、前記排気ガスの流れ方向に沿って並んだ複数の分岐流路に区画され、前記複数の分岐流路のうち、前記排気ガスの流れ方向における上流側に位置する分岐流路の流路面積は、当該流れ方向における下流側に位置する分岐流路の流路面積に比して大きくなるよう構成されている、としてもよい。 The heat exchange flow path is partitioned into a plurality of branch flow paths arranged along the exhaust gas flow direction, and is located upstream of the plurality of branch flow paths in the exhaust gas flow direction. The channel area of the branch channel may be configured to be larger than the channel area of the branch channel located on the downstream side in the flow direction.
ここで、流路面積の語は、分岐流路の流路断面積を意味する。 Here, the term “channel area” means a channel cross-sectional area of the branch channel.
分岐流路の流路面積を大きくした分だけ、より多くの作動液が流れるようになるため、熱交換効率を均一にする上で有利になる。また、分岐流路の流路面積を大きくすると、作動液中に生じた気泡が分岐流路を通過し易くなる。これにより、作動液の流動性を高めることもできる。 As the flow passage area of the branch flow passage is increased, more hydraulic fluid flows, which is advantageous in making the heat exchange efficiency uniform. Further, when the flow path area of the branch flow path is increased, bubbles generated in the hydraulic fluid easily pass through the branch flow path. Thereby, the fluidity | liquidity of a hydraulic fluid can also be improved.
また、前記排気ガスの流れ方向における上流側に位置する分岐流路の幅は、当該流れ方向における下流側に位置する分岐流路の幅に比して大きくなるよう構成されている、としてもよい。 The width of the branch flow path located upstream in the flow direction of the exhaust gas may be configured to be larger than the width of the branch flow path located downstream in the flow direction. .
これにより、熱交換流路の内壁面の表面積が増加し、熱交換が促進される。また、作動液が各分岐流路に分散し、整流された状態で排気ガスと熱交換が行われるので、バランスよく熱交換できる。 Thereby, the surface area of the inner wall surface of the heat exchange channel is increased, and heat exchange is promoted. Moreover, since the working fluid is dispersed in each branch flow path and heat exchange is performed with the rectified state, heat exchange can be performed in a balanced manner.
しかも、作動液が接し得る熱交換流路の内壁面の表面積は、熱交換流路の下流側よりも上流側の方が大きい。従って、気泡によって熱交換流路が閉塞し難くなり、気泡による流動阻害を抑制できる。 Moreover, the surface area of the inner wall surface of the heat exchange channel with which the hydraulic fluid can come into contact is larger on the upstream side than on the downstream side of the heat exchange channel. Therefore, it becomes difficult for the heat exchange channel to be blocked by the bubbles, and the flow inhibition due to the bubbles can be suppressed.
本開示によれば、排気ガスの熱を暖房に効率よく利用できる。 According to the present disclosure, the heat of the exhaust gas can be efficiently used for heating.
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail based on the drawings. However, the following description is merely illustrative in nature and does not limit the present disclosure, the application thereof, or the use thereof.
図2に、本開示を適用した自動車1(車両)を例示する。この自動車1では、ガソリンを燃料とするエンジン2(内燃機関)が搭載されている。ガソリンの燃焼で動力が発生し、自動車1は走行する。自動車1のボディ3の前後方向(自動車1が直進する方向に対しての前後の方向、以下同様)の中間部位に、搭乗者が乗り込むキャビン4(車室)が配置されている。そのキャビン4の前方に、エンジンルーム5(機関室)が配置されている。
FIG. 2 illustrates an automobile 1 (vehicle) to which the present disclosure is applied. The
エンジンルーム5には、前輪を駆動するエンジン2が設置されている。すなわち、本実施形態では、一般的な前輪駆動(いわゆるFF方式)の自動車1を例示している。エンジン2の前方には、エンジン2の冷却水(単に冷却水ともいう)を冷却するラジエータ6、及び空調装置7の冷媒を冷却するコンデンサ8が配置されている。
The
空調装置7は、キャビン4の前側の車幅方向かつ車高方向の中間部位から、キャビン4の内部に臨むように配置されている。空調装置7は、デフロスター(DEF)としても利用される。そのため、空調装置7は、キャビン4の前側上部を区画しているフロントガラス3aの直下に配置されている。空調装置7は、搭乗者の操作に応じて、キャビン4の各所に配置された吹出口から、温度調節された空気(冷風又は温風)を吹き出す。それにより、キャビン4は、冷房及び暖房が可能となっている。
The
図3、図4に、空調装置7の主な構造を示す。空調装置7の内部には、空気が流れる空調ダクト70が形成されている。空調ダクト70の上流端には、1つの導入口70aが設けられ、空調ダクト70の下流端には、DEFを含む複数(図例では3つ)の導出口70bが、開閉可能な状態で設けられている。これら導出口70bが、上述した吹出口に連通している。この空調ダクト70の内部に、エバポレータ71、第1ヒータコア72、第2ヒータコア73、及びエア混合チャンバ74は、上流側から順に配置されている。
3 and 4 show the main structure of the
空調装置7の側方には、空調装置7に空気を送り込むブロワ75が付設されている(図5も参照)。ブロワ75は、空調装置7の作動時に駆動され、外気、又はキャビン4の内部の空気を、導入口70aを通じて空調装置7に送り込む。エバポレータ71は、図4に示す、冷媒配管76を介してコンデンサ8と接続されている。必要に応じて、エバポレータ71とコンデンサ8との間を、コンプレッサ(不図示)の動力によって冷媒が循環する。コンデンサ8で冷却された冷媒が、エバポレータ71で吸熱することにより、空調装置7に導入された空気は、冷却及び乾燥される。
A
第1ヒータコア72は、図4に示す、冷却水配管77を介してエンジン2及びラジエータ6と接続されている。エンジン2の作動時には、冷却水が、冷却水配管77を通じて、ラジエータ6、エンジン2、及び第1ヒータコア72を循環する。その際、冷却水の温度は高温になるため、第1ヒータコア72で冷却水と熱交換することにより、第1ヒータコア72を通過する空気は加熱される。
The
第2ヒータコア73は、ヒートパイプ装置40の凝縮器を構成している(ヒートパイプ装置40については後述)。第2ヒータコア73は、第1ヒータコア72を通過した空気が通過するように、第1ヒータコア72の下流側に近接して配置されている。エンジン2の作動時に、第1ヒータコア72を通過した空気が、必要に応じて、第2ヒータコア73で加熱される。
The
図3に示すように、第1ヒータコア72の近傍には、揺動可能なエア混合ドア78が配置されている。エア混合ドア78が揺動することで、第1ヒータコア72の上流側で、エバポレータ71を通過した空気の一部又は全部が、第1ヒータコア72及び第2ヒータコア73をバイパスして流れるように構成されている。
As shown in FIG. 3, a swingable
空調装置7の作動時には、第1ヒータコア72及び第2ヒータコア73をバイパスした空気、並びに第1ヒータコア72及び第2ヒータコア73を通過した空気は、エア混合チャンバ74で混合されて温度調節される。エア混合チャンバ74で混合された空気は、各導出口70b及び各吹出口を通じてキャビン4の内部に吹き出される。
During the operation of the
図2に示すように、ガソリンの燃焼によってエンジン2で発生する排気ガスは、エンジン2に接続された排気管9を通じて、自動車1の後部から排出される。排気管9は、キャビン4の下側を通過して、エンジンルーム5から後方に延び、その末端が自動車1の後方に臨むように、ボディ3に配置されている。
As shown in FIG. 2, the exhaust gas generated in the
図5に、空調装置7及び排気管9とともに、キャビン4を構成している隔壁10の前下側部分を示す。隔壁10は、ボディ3と一体に設けられるパネル部材や補強部材で構成されており、ダッシュパネル10a(ダッシュロアパネル)、フロアパネル10b、クロスメンバ10cなどを有している。
FIG. 5 shows a front lower side portion of the
ダッシュパネル10aは、車幅方向に拡がって車高方向の中間位置から下方を覆うように設置されている。それにより、ダッシュパネル10aは、ボディ3の内部にあって、キャビン4の前下部とエンジンルーム5とを区画している。空調装置7は、ダッシュパネル10aの内側(キャビン4のある側)の壁面に取り付けられている。
The
フロアパネル10bは、ダッシュパネル10aの下部に連なり、後方に向かって略水平に拡がっている。それにより、フロアパネル10bは、キャビン4の下部を構成している。ダッシュパネル10aは、キャビン4と車外とを区画している。ダッシュパネル10aの下面は、車外に臨んでいる。
The
フロアパネル10bの車幅方向の中央部には、前後方向に延びるトンネル部11(凹部)が設けられている。トンネル部11は、キャビン4の側に向かって凹んでいる。図6に示すように、トンネル部11の前端部は、ダッシュパネル10aの下部に連なっている。それにより、トンネル部11の前端部は、ダッシュパネル10aの前方のエンジンルーム5に開放されている。
A tunnel portion 11 (concave portion) extending in the front-rear direction is provided in the center portion of the
トンネル部11を横切って車幅方向に延びるように、クロスメンバ10cが、フロアパネル10bの上面に設けられている(図5参照)。クロスメンバ10cは、閉断面構造を形成し、ボディ3の剛性を強化している。
A
図7にも示すように、排気管9は、キャビン4の下側を前後方向に延びている。排気管9は、トンネル部11に収容されている。すなわち、排気管9のほとんどが、フロアパネル10bの最下面より上方に位置している。排気管9の前端部分は、ダッシュパネル10aに沿うように上方に向かって湾曲し、エンジン2の排気経路に接続されている。
As shown also in FIG. 7, the
排気管9の前後方向の中間部位には、排気処理装置が付設されている。排気処理装置の多くは、例えば、三元触媒、パーティクルフィルター(PF)などを含み、NOxや煤など、排気ガスに含まれる有害物質を除去する機能を有している。
An exhaust treatment device is attached to an intermediate portion of the
この自動車1では、排気処理装置として、キャビン4の下側に位置する排気管9の中間部位に、三元触媒を含むアンダーフットキャタ12が配置されている。図示しないが、エンジン2の近傍に位置する排気管9の上端部位にも、三元触媒を含む直キャタリストが配置されている。すなわち、三元触媒を含む排気処理装置としては、アンダーフットキャタ12が、排気管9の最も下流側に位置している。
In the
排気管9の末端部位には、サイレンサ13が配置されている(図2参照)。そして、排気管9の、アンダーフットキャタ12の下流側の部位であって、サイレンサ13の上流側の部位に、排熱回収機構20が設けられている。
A
<排熱回収機構20>
図8、図9にも示すように、排熱回収機構20は、排気管9から二股に分岐する排熱回収通路21及びバイパス通路22と、切替バルブ23とを有している。切替バルブ23は、これら排熱回収通路21及びバイパス通路22の上流側に位置する分岐部位に設置されている。排熱回収通路21及びバイパス通路22は、車幅方向に並んだ状態で、トンネル部11に収容されている。
<Exhaust
As shown in FIGS. 8 and 9, the exhaust
切替バルブ23は、排気ガスが流れる経路を、排熱回収通路21及びバイパス通路22のいずれか一方に切り替える。すなわち、切替バルブ23は、排気ガスが排熱回収通路21を流れる熱回収位置と、排気ガスがバイパス通路22を流れる熱不回収位置とに切り替える。無通電時の切替バルブ23は、熱不回収位置に位置するように構成されている。排熱回収通路21には、熱回収部25が設けられている。
The switching
図10に、排熱回収通路21(概略断面図)を示す。図10の矢印Y1は、熱回収部25中で排気ガスが流れる方向(排気ガスの流れ方向であり、以下、ガス流方向ともいう)を示している。排熱回収通路21は、上流側絞り部24、熱回収部25、下流側絞り部26を有している。
FIG. 10 shows the exhaust heat recovery passage 21 (schematic cross-sectional view). An arrow Y1 in FIG. 10 indicates the direction in which the exhaust gas flows in the heat recovery unit 25 (the exhaust gas flow direction, hereinafter also referred to as the gas flow direction). The exhaust
上流側絞り部24及び下流側絞り部26は、排熱回収通路21を構成する配管に設けられている。上流側絞り部24は、熱回収部25に対してガス流方向の上流側に位置し、下流側絞り部26は、熱回収部25に対してガス流方向の下流側に位置している。
The
上流側絞り部24及び下流側絞り部26は、流路断面が緩やかに小さくなるように形成されていて、熱回収部25を流れる排気ガスの流速や乱れを緩和する。従って、これら上流側絞り部24及び下流側絞り部26により、熱回収部25での熱交換が安定する。
The upstream
熱回収部25は、流路断面が略矩形に形成されている。熱回収部25により、ヒートパイプ装置40の蒸発器が構成されている。
The
<熱回収部25>
図11、図12に示すように、熱回収部25は、直方体形状をした部材(熱回収器30)を、排熱回収通路21の配管の間に組み付けることによって構成されている。熱回収器30は、耐腐食性、熱伝導性等に優れた素材(例えばステンレス鋼)を用いて形成されている。後述するパイプサポート壁30d、ガスパイプ34、リブ51など、熱回収器30を構成する各部分には、いずれもそのような素材が用いられていて、熱回収器30は一体に形成されている。
<
As shown in FIGS. 11 and 12, the
熱回収器30は、前後方向に延びる矩形筒状の本体部30aと、本体部30aの下面から下方に膨出した下膨出部30bと、本体部30aの上面から上方に膨出した上膨出部30cとを有している。
The
本体部30aの前面及び後面は、一対のパイプサポート壁30d,30dによって区画されている。各パイプサポート壁30dは、ガス流方向に面するように配置されている。各パイプサポート壁30dの外周は、本体部30aの内面に、隙間無く固定されている。それにより、各パイプサポート壁30dの周囲は密閉されている。
The front surface and the rear surface of the
それにより、本体部30aの内部に、密閉された熱交換室31が設けられている。上膨出部30cの内部には気室32が設けられ、下膨出部30bの内部には液室33が設けられている。熱交換室31の上面は気室32に臨んでおり、熱交換室31の下面は液室33に臨んでいる。
Thereby, a sealed
熱交換室31には、複数のガスパイプ34が設置されている。各ガスパイプ34は、中空薄板状のパイプからなる。ガスパイプ34の内部は、複数のフィン34aで仕切られていて、細分化されている。各ガスパイプ34の両端部は、2つのパイプサポート壁30d,30dに一体的に取り付けられている。
A plurality of
図10に示すように、各ガスパイプ34は、各パイプサポート壁30dを貫通している。各ガスパイプ34は、上下方向及び前後方向に延びた状態で、互いに僅かな隙間を隔てて平行するように、両パイプサポート壁30dの間に配置されている。それにより、排熱回収通路21に流入した排気ガスは、これらガスパイプ34を通って前方から後方に流れ、熱交換室31を通過する。
As shown in FIG. 10, each
図11、図12、図13A、図13Bに示すように、熱交換室31の隣接するガスパイプ34の間には、排気ガスの流れと交差するように、互いに平行して延びる複数の熱交換流路50が形成されている。各熱交換流路50の下端部は、その前後方向の全域にわたって液室33に開放されている。各熱交換流路50の上端部も、その前後方向の全域にわたって気室32に開放されている。それにより、各熱交換流路50は、ガス流方向の全域にわたって、液室33及び気室32と連通している(熱交換流路50については、別途後述する)。
As shown in FIGS. 11, 12, 13A, and 13B, a plurality of heat exchange flows that extend in parallel to each other so as to intersect the flow of the exhaust gas between the
気室32は、略直方体状に形成されていて、その前面に、液流出口36が設けられている。液流出口36は、気室32における左右幅方向の一端側に偏った部位に配置されている。
The
液室33は、ガス流方向に沿って見たときに、ガス流方向における上流側の部位の容積が、下流側の部位の容積に比して大きくなるよう構成されている。具体的に、液室33の下部は、前方から後方に向かって上り傾斜し、熱交換室31に近付くように形成されている。それにより、液室33の容積は、ガス流方向の上流側から下流側に向かって次第に小さくなっている。また、液室33における左右幅方向の一端側の側面に、液流入口38が設けられている。液流入口38は、前寄りの部位に配置されている。
The
<ヒートパイプ装置40>
この自動車1には、排気ガスの熱をキャビン4の暖房に効率よく利用できるように、ヒートパイプ装置40が設けられている。ヒートパイプ装置40は、ヒートパイプの技術を利用した熱移動サイクルである。ヒートパイプ装置40は、第2ヒータコア73及び熱回収部25と、これら第2ヒータコア73及び熱回収部25に接続された循環配管41と、を有している。
<
The
第2ヒータコア73、熱回収部25、及び循環配管41の各々の内部は連通している。それにより、これらの内部には、互いに連なって密閉された空間(熱移動空間)が形成されている。熱回収部25では、液室33、熱交換流路50、及び気室32により、熱移動空間が形成されている。
The interiors of the
熱移動空間の内部は高度に減圧されている。そして、熱移動空間の内部には、適量の作動液(水溶液、アルコール、冷媒等)が封入されている。それにより、図10、図11に示すように、第2配管41bの一部、液室33、及び熱交換流路50の一部に、作動液が貯留されている。なお、この作動液の液量は一例である。
The inside of the heat transfer space is highly decompressed. An appropriate amount of hydraulic fluid (aqueous solution, alcohol, refrigerant, etc.) is sealed inside the heat transfer space. Accordingly, as shown in FIGS. 10 and 11, the working fluid is stored in a part of the
循環配管41は、第1配管41aと、第2配管41bとを有している。第1配管41aは、液流出口36に接続されている。第2配管41bは、液流入口38に接続されている。第1配管41aを通じて、熱回収部25で気化した作動液が第2ヒータコア73に送られる。第2配管41bを通じて、第2ヒータコア73で液化した作動液が熱回収部25に送られる。
The
つまり、前述の液室33には、液流入口38を介して第2配管41bが接続されている。そして、この液室33は、第2配管41bから液流入口38を介して流入した作動液を各熱交換流路50へ導くことになる。
That is, the
また、液流入口38は、前述のように、液室33の前寄りの部位に配置されている。そのような配置を採った場合、第2配管41bは、ガス流方向に沿って見たときに、このガス流方向における液室33の下流側の部位に比して、上流側の部位に近接するように接続されることになる。
In addition, the
第2ヒータコア73は、空調装置7の狭い内部に増設されるため、その容量は小さく設計されている。熱回収部25も、分岐した状態でトンネル部11に収容される排熱回収通路21に設けられるため、その容量は小さく設計されている。作動液の量が多いとそれだけ熱容量が増えるため、循環配管41も、その容量が小さくなるように、細管(例えば、内径が2mm以上20mm以下)で構成されている。すなわち、ヒートパイプ装置40は、コンパクトに構成されている。
Since the
図6に示すように、ダッシュパネル10aにおけるトンネル部11の上部に隣接した部位には、開口14が形成されている。図4、図7、図8にも示すように、ダッシュパネル10aの内側に、配管接続部79が設置されている。配管接続部79は、開口14を通じて前方のエンジンルーム5に臨んでいる。配管接続部79は、空調装置7に収容されているエバポレータ71、第1ヒータコア72、及び第2ヒータコア73に接続される配管(冷媒配管76、冷却水配管77、循環配管41)を中継する。
As shown in FIG. 6, the
エンジンルーム5に面した配管接続部79の前面には、第2ヒータコア73に接続する継手79aが設置されている。これら継手79aに、熱回収部25から延びる循環配管41が接続されている。この実施形態の循環配管41の主体は、いずれも金属管42(硬質配管)と、ゴム管43(軟質配管)とで構成されている。
A joint 79 a connected to the
金属管42は、熱回収部25に接続されていて、熱回収部25からフロアパネル10bの下側を前方に向かって延びている。金属管42は、排気管9に沿った状態でトンネル部11に収容されている。特に、第1配管41aの金属管42は、排気管9の上部に沿って延びるように配置されている(図7参照)。すなわち、第1配管41aの金属管42は、排気管9よりもトンネル部11の奥に配置されている。
The
第2配管41bの金属管42は、排気管9の側部に沿って延びるように配置されている。これら金属管42の前端部は、フロアパネル10bの前端部に位置している。
The
ゴム管43の一端は、金属管42の前端部に接続されている。ゴム管43は、屈曲された状態で、ダッシュパネル10aに沿って延びている。そして、ゴム管43の他端は、継手79aに接続されている。循環配管41は、ダッシュパネル10a又はフロアパネル10bには支持されず、排気管9と継手79a(配管接続部79、更には空調装置7)とによって支持されている。
One end of the
<排熱回収機構20及びヒートパイプ装置40の動作>
状態では、切替バルブ23は熱不回収位置に位置している。そのため、エンジン2の作動中に発生する排気ガスは、バイパス通路22を流れて、従来と同様に排気される。従って、ヒートパイプ装置40は作動しない。
<Operation of Exhaust
In the state, the switching
一方、エンジン2の作動中に搭乗者が空調装置7を操作するなどして、暖房要求があると、切替バルブ23は、熱回収位置に切り替わる。それにより、排気ガスは、排熱回収通路21に流れる。排熱回収通路21に導入された排気ガスは、上流側絞り部24で流速や乱れが緩和された後、ガスパイプ34に流入する。
On the other hand, when a passenger requests heating by operating the
排気ガスがガスパイプ34を通過する過程で、各熱交換流路50に溜まる作動液が排気ガスの熱を吸収して気化し、作動液の蒸気が発生する。作動液の蒸気は、第1配管41aを通じて第2ヒータコア73に移動する。第2ヒータコア73に移動した作動液の蒸気は、空調装置7に導入される空気に放熱して液化する。第2ヒータコア73で液化した作動液は、作動液の蒸気圧や重力の作用により、熱回収部25へ移動する。
In the process in which the exhaust gas passes through the
すなわち、排気ガスとの熱交換、及び、空調装置7に導入される空気との熱交換により、作動液は、相変化しながら、循環配管41を通じて、第2ヒータコア73と熱回収部25との間を循環する。それにより、排気ガスの熱を直接的に利用して、キャビン4の暖房が行える。
That is, the hydraulic fluid exchanges between the
この自動車1では、排気管9にアンダーフットキャタ12が設置されている。アンダーフットキャタ12が含む三元触媒は、適正に機能させるには所定以上の温度が必要である。従って、熱回収部25をアンダーフットキャタ12の上流側に配置すると、アンダーフットキャタ12の機能が損なわれるおそれがある。
In the
それに対し、この自動車1では、熱回収部25がアンダーフットキャタ12の下流側に設置されている。従って、ヒートパイプ装置40で排熱を利用しても、アンダーフットキャタ12の機能を維持できる。
On the other hand, in the
一方、アンダーフットキャタ12など、排熱の利用によって影響を受ける装置が排気管9に設置されている場合に、その装置の下流側に熱回収部25を配置すると、循環配管41が長くなる。循環配管41が長くなると、熱輸送効率の低下、循環配管41の耐久性の低下などを招くおそれがある。
On the other hand, when a device that is affected by the use of exhaust heat, such as the underfoot cater 12, is installed in the
すなわち、第1配管41aを流れる作動液の蒸気が、放熱して液化し易くなるため、熱輸送効率が低下する。それに対し、この自動車1では、第1配管41aが、排気管9に沿って延びるように配置されている。それにより、第1配管41aは、排気管9が放出する輻射熱を受けて放熱が抑制される。従って、循環配管41が長くなっても、熱輸送効率の低下を低減できる。
That is, since the vapor of the working fluid flowing through the
更に、第1配管41aは、排気管9よりもトンネル部11の奥方に配置されている。従って、排気管9が発する熱によって放熱が抑制され、よりいっそう熱輸送効率の低下を低減できる。また、排気管9に沿って延びる部分が金属管42で形成されているので、循環配管41に熱が伝わり易い。従って、更にいっそう熱輸送効率の低下を低減できる。
Further, the
フロアパネル10bの下側に沿って延びる循環配管41を排気管9に沿って配置することで、走行時に跳ね上げられる石などの異物が循環配管41に衝突することも抑制できる。従って、循環配管41が長くなっても、循環配管41の耐久性の低下を低減できる。循環配管41をトンネル部11に収容したことで、よりいっそう循環配管41の耐久性の低下を低減できる。
By arranging the
更に、第1配管41aは、排気管9よりもトンネル部11の奥方に配置されている。従って、排気管9が発する熱によって放熱が抑制され、よりいっそう熱輸送効率の低下を低減できる。また、排気管9に沿って延びる部分が金属管42で形成されているので、循環配管41に熱が伝わり易い。従って、更にいっそう熱輸送効率の低下を低減できる。
Further, the
フロアパネル10bの下側に沿って延びる循環配管41を排気管9に沿って配置することで、走行時に跳ね上げられる石などの異物が循環配管41に衝突することも抑制できる。従って、循環配管41が長くなっても、循環配管41の耐久性の低下を低減できる。循環配管41をトンネル部11に収容したことで、よりいっそう循環配管41の耐久性の低下を低減できる。
By arranging the
更に、アンダーフットキャタ12など、排熱を利用する装置の下流側に熱回収部25を配置すると、熱回収部25を通過する排気ガスの温度が低下する場合がある。従って、熱回収部25で回収できる熱が不足するおそれがある。
Furthermore, if the
熱輸送効率の低下や排熱回収効率の低下に対し、この自動車1では、作動液が円滑に循環して効率よく排気ガスと熱交換できるように、熱交換流路50が工夫されている。
In this
<熱交換流路50>
上述したように、排熱回収通路21に排気ガスが連続して導入されると、液化した作動液が、液流入口38を通じて液室33に連続して流入する。そして、その作動液は、下方から各熱交換流路50に流入し、上方に向かって流れる。図10、図13B中の矢印Y2は、熱回収部25で作動液が流れる方向(液流方向ともいう)を示している。
<Heat
As described above, when the exhaust gas is continuously introduced into the exhaust
作動液は、各熱交換流路50を通過する過程で、各ガスパイプ34を流れる排気ガスと熱交換を行う。熱交換は、熱伝導性に優れたガスパイプ34の壁材(熱交換流路50の壁面を構成)を介して行われ、作動液は、熱交換流路50の内壁面から受熱する。それによって作動液が気化し、作動液の蒸気が発生する。発生した作動液の蒸気は、気室32に流入し、液流出口36を通じて気室32から流出する。
The hydraulic fluid exchanges heat with the exhaust gas flowing through each
図12、図13A、図13Bに示すように、この実施形態の熱交換流路50には、液流方向に延びる複数のリブ51が設けられていて、熱交換流路50は、複数の分岐流路52に区画されている。これら分岐流路52は、前述のガス流方向に沿って並んでいる。これにより、熱交換流路50の内壁面の表面積が増加し、熱交換が促進される。また、作動液が各分岐流路52に分散し、整流された状態で排気ガスとの熱交換が行われるので、バランスよく熱交換できる。
As shown in FIGS. 12, 13A, and 13B, the
作動液の流れが画一化されるので、液流方向は、鉛直方向に限らない。水平方向や斜め方向等、いずれの方向であっても、安定した熱交換が行えるので、熱回収器30を設置する向きが制約されない利点もある。
Since the flow of hydraulic fluid is made uniform, the liquid flow direction is not limited to the vertical direction. Since stable heat exchange can be performed in any direction such as a horizontal direction or an oblique direction, there is an advantage that the direction in which the
ところが、熱交換流路50を複数に区画すると、流路幅が狭くなる。それにより、作動液の流動性が阻害され、熱交換効率や熱輸送効率の低下を招くおそれがある。この点、具体的に説明する。
However, when the heat
熱交換流路50の厚みt(左右方向の大きさ)は、排気ガスの掃気性を確保するため、小さくならざるを得ない(図12参照)。それに加え、熱交換流路50の幅W(前後方向の大きさ)も狭くなると、作動液の流動抵抗が増加する。
The thickness t (size in the left-right direction) of the
更に、作動液は、各熱交換流路50を通過する過程で気化する。それにより、図14に示すように、作動液中に気泡Bが形成される。気泡Bは、熱交換流路50を進むにつれて成長し、次第に大きくなっていく。
Further, the hydraulic fluid is vaporized in the process of passing through each
図14の(a)に示すように、気泡Bが成長しても、熱交換流路50の幅Wが、その気泡Bの横幅よりも大きければ、気泡Bは、ほとんどリブ51に接することなく、熱交換流路50を通過できる。従って、この場合、熱交換流路50は閉塞しないので、リブ51の存在は作動液の流動性に影響しない。
As shown in FIG. 14A, even if the bubble B grows, the bubble B hardly contacts the
それに対し、図14の(b)に示すように、熱交換流路50の幅Wが、気泡Bの横幅よりも小さいと、気泡Bは、リブ51に接触して抵抗を受けながら熱交換流路50を通過する。従って、液体の作動液がリブ51に接触する量も減るので、熱交換率が低下する。熱交換流路50は閉塞するので、作動液の流動性も阻害される。
On the other hand, as shown in FIG. 14B, when the width W of the
ここで、熱回収部25を通過する排気ガスは、図15に示すように、ガス流方向における上流側の部位(具体的には、熱回収器30におけるガス流方向の上流側の部位)では相対的に高温になる一方、下流側の部位では相対的に低温になる。そうすると、前者の部位においては、作動液が気化し易く、気泡の成長が促進される。気泡が大きく成長すると、液体の作動液がリブ51に接触する量が減り、前述のように熱交換効率が低下する。そうして、ガス流方向の上流側と下流側とで、熱交換効率に差異が生じる可能性がある。
Here, as shown in FIG. 15, the exhaust gas passing through the
そこで、熱交換流路50による熱交換が効率よくできるように、本実施形態では、熱交換流路50をガス流方向に沿って見たときに、このガス流方向における上流側の部位(上流側の分岐流路52)へ供給される作動液の量が、下流側の部位(下流側の分岐流路52)へ供給される作動液の量に比して多くなるよう構成されている。
Therefore, in the present embodiment, when the
これにより、上流側の分岐流路52には多量の作動液が供給されるため、液体の作動液が熱交換流路50の内壁面に接触する量を多くすることができる。そのことで、上流側での熱交換効率を高めることができ、ひいては、ガス流方向の全域で熱交換効率を均一にすることが可能となる。すなわち、作動液は、ガス流方向の下流側に位置する分岐流路52よりも、ガス流方向の上流側に位置する分岐流路52に、動的に、流入し易くなる。排気ガスの温度は、ガス流方向の上流側が下流側よりも高いので、各分岐流路52に、その排気ガス温度に対応した量の作動液を分配できる。それにより、ガス流方向の全域で熱交換を均一化できる。
Thereby, since a large amount of hydraulic fluid is supplied to the upstream
上記の構成を実現するための方策として、本実施形態では様々な工夫が施されている。 Various measures are taken in the present embodiment as measures for realizing the above configuration.
第1に、複数の分岐流路52のうち、ガス流方向における上流側に位置する分岐流路52の流路面積が、このガス流方向における下流側に位置する分岐流路52の流路面積に比して大きくなるよう構成されている。具体的に、熱交換流路50を液流方向における同じ位置で比較した場合、ガス流方向における上流側に位置する分岐流路52の幅Wが、このガス流方向における下流側に位置する分岐流路52の幅Wに比して大きくなるよう構成されている。
First, among the plurality of
分岐流路52の流路面積を大きくした分だけ、より多くの作動液が流れるようになるため、熱交換効率を均一にする上で有利になる。特に、ガス流方向における上流側では、熱交換流路50の内壁面の表面積が増加するため、熱交換が促進される。また、作動液が各分岐流路52に分散し、整流された状態で排気ガスと熱交換が行われるので、バランスよく熱交換できる。
As the flow channel area of the
加えて、分岐流路52の流路面積を大きくすると、作動液中に生じた気泡が分岐流路52を通過し易くなる。これにより、作動液の流動性を高めることもできる。
In addition, when the flow path area of the
ここで、各分岐流路52の幅Wは、気泡Bの成長の程度に対応した大小関係で変化している。従って、気泡Bによる流動阻害も抑制できる。
Here, the width W of each
各分岐流路52の幅Wは、仕様に応じて適宜設定できる。ただし、熱交換室31を流れる排気ガスの温度は、図15に示すように、上流側から下流側に向かって所定の変化率で逓減する曲線を示す。従って、各分岐流路52の幅Wは、この排気ガスの温度曲線の変化に合わせて変化する(排気ガスの温度が高いほど幅Wを広くする)ように形成するのが好ましい。そのように形成した場合、各分岐流路52の幅Wは、図13A、図13Bに示すように、ガス流方向の上流側から下流側へ向かうにつれて、徐々に狭くなる。詳しくは、ガス流方向の上流側における幅Wの減少量は、同方向の下流側における幅Wの減少量に比して大きくなる。
The width W of each
第2に、液室33は、ガス流方向に沿って見たときに、同方向における上流側の部位の容積が、下流側の部位の容積に比して大きくなるよう構成されている。
Secondly, the
液室33の容積が大きい部位においては、小さい部位に比して、熱交換流路50へ作動液が流入し易くなる。これにより、ガス流方向における上流側に供給される作動液の量を多くして、ガス流方向の全域で熱交換効率を均一にする上で有利になる。
In the part where the volume of the
第3に、循環配管41(第2配管41b)は、ガス流方向に沿って見たときに、このガス流方向における液室33の下流側の部位に比して、上流側の部位に近接するように接続されている。
Third, the circulation pipe 41 (
液室33と第2配管41bとの接続部(液流入口38)に近接する部位においては、この接続部から離間する部位に比して、熱交換流路50へ作動液が流入し易くなる。これにより、ガス流方向における上流側に供給される作動液の量を多くして、ガス流方向の全域で熱交換効率を均一にする上で有利になる。
In the part close to the connection part (liquid inlet 38) between the
<熱交換流路50の変形例>
熱交換流路50の形態は、上述した実施形態に限らない。図16に、熱交換流路の変形例を示す。以下の説明では、主に、上述した実施形態と異なる点について説明する。
<Modification of
The form of the
図16に示す熱交換流路50Aでは、熱交換流路50が前後に二分されていて、前側(ガス流方向の上流側)の熱交換流路50Aが、前側リブ51aによって複数の前側分岐流路52aに区画されている。一方、後側(ガス流方向の下流側)の熱交換流路50Aは、後側リブ51bによって複数の後側分岐流路52bに区画されている。
In the heat
この変形例の熱交換流路50Aでは、各分岐流路52a,52bの幅Wa,Wbは、双方とも徐々に狭くなるのではなく、それぞれ一定である。ただし、前側分岐流路52aの幅Waは、後側分岐流路52bの幅Wbに比して、大きく形成されている。上述の実施形態と同様に、この熱交換流路50Aは、排気ガスの熱を暖房に効率よく利用する上で有効である。
In the
<他の実施形態>
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。
<Other embodiments>
Note that the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and includes various other configurations.
例えば、本開示を適用できる車両は、ガソリンエンジンで駆動するものに限られない。ティーゼルエンジンを搭載した自動車、又は、エンジンとモータとを併用した電気自動車にも、本開示を適用することができる。要は、運転時に排気ガスを排出する車両であればよい。 For example, a vehicle to which the present disclosure can be applied is not limited to a vehicle driven by a gasoline engine. The present disclosure can also be applied to a vehicle equipped with a teasel engine or an electric vehicle using both an engine and a motor. In short, any vehicle that exhausts exhaust gas during driving may be used.
車両の駆動方式は、FFに限らず、FR、RR、MRでもよい。すなわち、エンジンの配置は、車両の前部に限られない。排気管には、NOx吸収還元触媒(NSC)、尿素選択還元触媒(SCR)、排気ガスを再循環させる外部EGRなどの排気処理装置が設置されていてもよい。 The drive system of the vehicle is not limited to FF, and may be FR, RR, or MR. That is, the arrangement of the engine is not limited to the front part of the vehicle. The exhaust pipe may be provided with an exhaust treatment device such as a NOx absorption reduction catalyst (NSC), a urea selective reduction catalyst (SCR), and an external EGR that recirculates the exhaust gas.
上述の実施形態では、作動液の円滑な流動性と良好な熱交換効率とを得るために、複数の工夫が施された熱回収器30を例示した。しかし、これら工夫を全て組み合わせることは必須ではない。仕様に応じて適切な工夫を選択して利用すればよい。すなわち、分岐流路52の幅Wに施す工夫と、液室33の容積に施す工夫と、液室33と第2配管41bとの接続部に施す工夫と、の少なくとも1つを利用すればよい。
In the above-mentioned embodiment, in order to obtain the smooth fluidity | liquidity of a hydraulic fluid, and favorable heat exchange efficiency, the
1 自動車(車両)
2 エンジン(内燃機関)
4 キャビン(車室)
7 空調装置
9 排気管
12 アンダーフットキャタ
20 排熱回収機構
21 排熱回収通路
22 バイパス通路
23 切替バルブ
25 熱回収部(蒸発器)
30 熱回収器
31 熱交換室
32 気室
33 液室
34 ガスパイプ
36 液流出口
38 液流入口
40 ヒートパイプ装置
41 循環配管
50 熱交換流路
51 リブ
52 分岐流路
73 第2ヒータコア(凝縮器)
1 Automobile (vehicle)
2 Engine (Internal combustion engine)
4 cabin (cabin)
7
30
Claims (5)
前記車両は、
前記車両の動力を発生させる内燃機関と、
前記内燃機関で発生する排気ガスを排出する排気管と、
前記車室の内部に臨んで配置され、当該車室の内部に空気を吹き出す空調装置と、
を備え、
前記ヒートパイプ装置は、
前記空調装置に設置された凝縮器と、
前記排気管に設置された蒸発器と、
前記凝縮器及び前記蒸発器に接続されて作動液を循環させる循環配管と、
を備え、
前記蒸発器は、排気ガスの流れと交差するように配置された熱交換流路を有し、
前記熱交換流路を流れる前記作動液が、排気ガスと熱交換することによって気化し、
前記熱交換流路を排気ガスの流れ方向に沿って見たときに、当該流れ方向における上流側の部位へ供給される前記作動液の量が、下流側の部位へ供給される前記作動液の量に比して多くなるよう構成されている
ことを特徴とするヒートパイプ装置。 A heat pipe device installed in a vehicle and capable of heating a passenger compartment,
The vehicle is
An internal combustion engine for generating power of the vehicle;
An exhaust pipe for discharging exhaust gas generated in the internal combustion engine;
An air conditioner that is arranged facing the interior of the passenger compartment and blows out air into the passenger compartment.
With
The heat pipe device is
A condenser installed in the air conditioner;
An evaporator installed in the exhaust pipe;
A circulation pipe connected to the condenser and the evaporator to circulate the working fluid;
With
The evaporator has a heat exchange flow path arranged to intersect the flow of exhaust gas,
The hydraulic fluid flowing through the heat exchange channel is vaporized by exchanging heat with exhaust gas,
When the heat exchange channel is viewed along the exhaust gas flow direction, the amount of the hydraulic fluid supplied to the upstream portion in the flow direction is the amount of the hydraulic fluid supplied to the downstream portion. It is comprised so that it may increase compared with quantity, The heat pipe apparatus characterized by the above-mentioned.
前記蒸発器は、前記循環配管が接続されかつ前記熱交換流路へ前記作動液を導く液室を有し、
前記液室は、前記排気ガスの流れ方向に沿って見たときに、当該流れ方向における上流側の部位の容積が、下流側の部位の容積に比して大きくなるよう構成されている
ことを特徴とするヒートパイプ装置。 In the heat pipe device according to claim 1,
The evaporator has a liquid chamber to which the circulation pipe is connected and guides the working fluid to the heat exchange flow path,
The liquid chamber is configured such that, when viewed along the flow direction of the exhaust gas, the volume of the upstream portion in the flow direction is larger than the volume of the downstream portion. A heat pipe device.
前記蒸発器は、前記循環配管が接続されかつ前記熱交換流路へ前記作動液を導く液室を有し、
前記循環配管は、前記排気ガスの流れ方向に沿って見たときに、当該流れ方向における前記液室の下流側の部位に比して、上流側の部位に近接するように接続されている
ことを特徴とするヒートパイプ装置。 In the heat pipe device according to claim 1,
The evaporator has a liquid chamber to which the circulation pipe is connected and guides the working fluid to the heat exchange flow path,
The circulation pipe is connected so as to be closer to the upstream portion than the downstream portion of the liquid chamber in the flow direction when viewed along the flow direction of the exhaust gas. A heat pipe device characterized by.
前記熱交換流路は、前記排気ガスの流れ方向に沿って並んだ複数の分岐流路に区画され、
前記複数の分岐流路のうち、前記排気ガスの流れ方向における上流側に位置する分岐流路の流路面積は、当該流れ方向における下流側に位置する分岐流路の流路面積に比して大きくなるよう構成されている
ことを特徴とするヒートパイプ装置。 In the heat pipe device according to any one of claims 1 to 3,
The heat exchange flow path is partitioned into a plurality of branch flow paths arranged along the flow direction of the exhaust gas,
Of the plurality of branch channels, the channel area of the branch channel positioned upstream in the exhaust gas flow direction is larger than the channel area of the branch channel positioned downstream in the flow direction. A heat pipe device configured to be large.
前記排気ガスの流れ方向における上流側に位置する分岐流路の幅は、当該流れ方向における下流側に位置する分岐流路の幅に比して大きくなるよう構成されている
ことを特徴とするヒートパイプ装置。 In the heat pipe device according to claim 4,
The width of the branch flow path positioned upstream in the flow direction of the exhaust gas is configured to be larger than the width of the branch flow path positioned downstream in the flow direction. Pipe equipment.
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JP2018080519A JP2019188862A (en) | 2018-04-19 | 2018-04-19 | Heat pipe device |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56101564U (en) * | 1979-12-28 | 1981-08-10 | ||
JPS59124973U (en) * | 1983-02-11 | 1984-08-22 | 株式会社デンソー | Evaporator |
JP2008195105A (en) * | 2007-02-08 | 2008-08-28 | Denso Corp | Exhaust gas heat recovery system |
US8839613B2 (en) * | 2012-02-06 | 2014-09-23 | Ford Global Technologies, Llc | Heat system for an engine |
-
2018
- 2018-04-19 JP JP2018080519A patent/JP2019188862A/en active Pending
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