JP6251583B2 - Exhaust heat recovery unit - Google Patents
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Description
本発明は、排気熱回収器に係り、自動車等の排気の熱を回収するものに関する。 The present invention relates to an exhaust heat recovery device, and more particularly to an exhaust heat recovery device that recovers heat of exhaust from an automobile or the like.
従来、排気の流れをコントロールするバルブによって、熱を回収する必要があるとき(たとえば、冬季等で暖房に使用するとき)には、熱回収室で排気熱を回収し、熱の回収が不要であるときには、迂回路に排気を流すことで排気をそのまま廃棄する構成の排気熱回収器が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, when heat needs to be recovered by a valve that controls the flow of exhaust (for example, when used for heating in winter), exhaust heat is recovered in the heat recovery chamber, and heat recovery is not required. In some cases, an exhaust heat recovery device is known in which the exhaust gas is discarded as it is by flowing the exhaust gas through a bypass (see, for example, Patent Document 1).
本発明は、熱媒体を用いて排気から熱を回収する排気熱回収器において、熱回収効率の低下を防ぐことができるものを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery unit that recovers heat from exhaust using a heat medium, and that can prevent a decrease in heat recovery efficiency.
請求項1に記載の発明は、排気が流れる排気管と、前記排気管に設けられ、前記排気の熱を回収する熱回収材と、前記熱回収材の外側を囲むように形成されており、熱媒体が流れる熱媒体流路と、前記熱回収材に設けられている複数の排気通路と、前記排気管に設けられており、前記複数の排気通路のうち前記熱媒体流路に隣接する前記排気通路への排気の流れを抑制する排気抑制部とを有し、前記各排気通路は、お互いが独立して貫通している排気熱回収器である。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の排気熱回収器において、前記排気抑制部は、前記排気の流れ方向上流側で、前記熱回収材に隣接しているリング状の部材で構成されている排気熱回収器である。
The invention according to claim 6 is the exhaust heat recovery device according to
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の排気熱回収器において、前記熱回収材は、筒状の熱回収材支持体の内部で、前記熱回収材支持体の中間部に設けられており、前記縮径部は、前記熱回収材支持体内に入り込んでいる排気熱回収器である。 According to a third aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery device according to the second aspect, the heat recovery material is provided in an intermediate portion of the heat recovery material support inside the cylindrical heat recovery material support. The reduced diameter portion is an exhaust heat recovery device that has entered the heat recovery material support.
請求項4に記載の発明は、請求項2または請求項3に記載の排気熱回収器において、前記縮径部は、前記熱回収材側で内径が小さくなっているテーパ状に形成されている排気熱回収器である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery device according to the second or third aspect, the reduced diameter portion is formed in a tapered shape having a smaller inner diameter on the heat recovery material side. Exhaust heat recovery device.
請求項5に記載の発明は、請求項2または請求項3に記載の排気熱回収器において、前記縮径部は、内径と外径とが一定であって前記熱回収材の外径よりも小さい筒状に形成されている排気熱回収器である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery device according to the second or third aspect, the reduced diameter portion has a constant inner diameter and an outer diameter and is larger than an outer diameter of the heat recovery material. It is an exhaust heat recovery device formed in a small cylindrical shape.
請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の排気熱回収器において、前記排気抑制部は、前記排気の流れ方向上流側で、前記回収部材に隣接しているリング状の部材で構成されている排気熱回収器である。 According to a sixth aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery device according to the first aspect, the exhaust suppression unit is a ring-shaped member adjacent to the recovery member on the upstream side in the exhaust flow direction. It is an exhaust heat recovery device.
請求項7に記載の発明は、請求項1に記載の排気熱回収器において、複数の排気通路が前記熱回収材の中央部側にのみ設けられていることで、前記排気抑制部が構成されている排気熱回収器である。 According to a seventh aspect of the present invention, in the exhaust heat recovery device according to the first aspect, the exhaust suppression unit is configured by providing a plurality of exhaust passages only on a central portion side of the heat recovery material. It is an exhaust heat recovery device.
本発明によれば、熱媒体を用いて排気から熱を回収する排気熱回収器において、熱回収効率の低下を防ぐことができるものを提供することができるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, there is an effect that it is possible to provide an exhaust heat recovery device that recovers heat from exhaust using a heat medium and that can prevent a decrease in heat recovery efficiency.
本発明の実施形態に係る排気熱回収器1は、たとえば、自動車の排気(排気ガス)の熱を回収するものであり、図1で示すように、排気管3と熱回収材(蓄熱材)5と熱媒体流路(液体熱媒体流路)7と排気抑制部(排気遮断部)9とを備えて構成されている。
The exhaust
排気管3の内部には、図1に矢印で示すように排気が流れるようになっている。熱回収材5には、複数の排気通路11が設けられている。熱回収材5は、外周が排気管3の内壁に接するようにして排気管3の内部に設置されており、排気通路11を流れる排気の熱を回収するようになっている。
Exhaust gas flows through the
熱回収材5は、排気管3内の排気の流れ方向(排気管3の中心軸の延伸方向;図1の左右方向)で、排気管3内の中間部に設けられており、熱回収材5の外周の全周は、排気管3の内周面に接触している。そして、排気の総てが、熱回収材5の排気通路11を通って、排気管3内を流れるようになっている。
The
排気通路11は、貫通孔で構成されている。貫通孔は、排気管3の中心軸の延伸方向に延びており、排気の流れ方向で熱回収材5よりも上流側に位置している排気管3の内部と、排気の流れ方向で熱回収材5よりも下流側に位置している排気管3の内部とをお互いにつないでいる。また、各貫通孔は、排気管3の中心軸の延伸方向から見ると、ほぼ均等に分散しており、熱回収材5で回収された熱が排気管3に伝わるようになっている。
The
熱媒体流路7は、熱回収材5の外周の外側(排気管3の外周の外側)に設けられている。熱媒体流路7には、熱回収材5で回収された熱を回収する熱媒体(水もしくは油等の液体状の熱媒体)が流れるようになっている。
The heat
さらに説明すると、熱媒体流路7は、環状に形成されており、排気管3の中心軸の延伸方向から見ると、図2で示すように、熱回収材5や排気管3の外側で、熱回収材5を囲むように設けられている。そして、熱回収材5で回収され排気管3を伝わってきた熱を回収する熱媒体が熱媒体流路7を流れるようになっている。
More specifically, the heat
排気抑制部9は、熱回収材5の外周部に位置している排気通路11での排気の流れを抑制する(たとえば、遮断する)ように構成されている。すなわち、図3で示す円C1と円C2との間で斜線によって示されたリング状の部位での排気の流れを抑制するように構成されている。
The
排気抑制部9は、筒状の縮径部13で構成されている。縮径部13は、熱回収材5よりも排気の流れ方向上流側に設けられている。縮径部13の内径は熱回収材5の外径よりも小さくなっている。これにより、熱回収材5の外周部に位置している排気通路11での排気の流れが抑制されるようになっている。
The
また、熱回収材5は、排気管3の一部を構成している筒状の熱回収材支持体15の内部で、熱回収材支持体15の中間部(熱回収材支持体15の中心軸の延伸方向の中間部)に設けられている。縮径部13の外径は、熱回収材支持体15の内径よりも小さくなっており、縮径部13は、熱回収材支持体15と同軸で熱回収材支持体15内に入り込んでいる。すなわち、図1において、縮径部13の右端が熱回収材支持体15の左端よりも右側に位置している。
Further, the
また、縮径部13は、熱回収材5側(排気の流れの下流側)で内径が小さくなっているテーパ状に形成されている。
The reduced
排気管3は、たとえば、薄肉円筒状に形成されており、熱回収材5よりも排気の流れ方向上流側に設けられている筒状の上流側部位(上流側排気管)17と、熱回収材5や熱媒体流路7のところに位置している中間部位19と、熱回収材5よりも排気の流れ方向下流側に設けられている筒状の下流側部位(下流側排気管)21とを備えて構成されている。上流側部位17と中間部位19と下流側部位21とは、それぞれが別体で構成されている。
The
上流側部位17は、円筒状の嵌合部23と縮径部13とを備えて構成されており、縮径部13は、円錐台側面状のテーパ状部25と円筒状の小径部27とで構成されている。嵌合部23とテーパ状部25と小径部27とは排気の流れ方向でこの順にならんでおり、テーパ状部25の径は、排気の流れ方向上流側から下流側に向かって、次第に小さくなっている。嵌合部23の径は、テーパ状部25の端部の径(排気の流れ方向上流側の端部の径)と等しくなっており、小径部27の径は、テーパ状部25の端部の径(排気の流れ方向下流側の端部の径)と等しくなっている。下流側部位21は、上流側部位17と同形状で対称に形成されている。
The
中間部位19は、熱回収材支持体15で構成された内側中間部位29と、内側中間部位29の外側で熱回収材支持体15とともに熱媒体流路7を構成している熱媒体流路構成体31の小径部35で構成された外側中間部位33とで構成されている。
The
熱回収材支持体15は、円筒状に形成されており、熱回収材支持体15の内径は、縮径部13の小径部27の外径よりも大きくなっている。熱回収材支持体15の外径は、上流側部位17の嵌合部23の外径とほぼ等しくなっている。
The heat
熱媒体流路構成体31は、円筒状の大径部37と一対の円筒状の小径部35と一対の連結部41とで構成されている。一対の小径部35は、大径部37の両端に設けられており、連結部41は、小径部35と大径部37とをつないでいる。
The heat medium
小径部35の内径は、熱回収材支持体15や嵌合部23の外径と等しくなっている。熱媒体流路構成体31の長さ寸法(中心軸の延伸方向の寸法)は、熱回収材支持体15の長さ寸法よりも大きくなっている。
The inner diameter of the
そして、熱回収材支持体15が熱媒体流路構成体31の内側に入り込んでいることで、環状の熱媒体流路7が形成されている。熱媒体流路7の外径は、上流側部位17の外径よりも大きくなっている。
And since the heat
また、熱媒体流路構成体31の一方の(排気の流れの上流側の)小径部35は、熱回収材支持体15より突出しており(図1では左側に突出しており)、熱媒体流路構成体31の他方の(排気の流れの下流側の)小径部35も、熱回収材支持体15より突出している(図1では右側に突出している)。
Further, one small diameter portion 35 (on the upstream side of the exhaust flow) of the heat medium
そして、熱媒体流路構成体31の一方の小径部35内に上流側部位17の嵌合部23が入り込んで嵌合し、熱媒体流路構成体31の他方の小径部35内に下流側部位21の嵌合部23が入り込んで嵌合することで、上流側部位17と中間部位19の熱媒体流路構成体31の小径部35と熱回収材支持体15と下流側部位21とによって排気管3が形成されている。なお、上流側部位17と中間部位19下流側部位21とはお互いが同軸になっている。
Then, the
また、熱媒体流路7には、熱媒体流路7に熱媒体を供給する熱媒体供給口43と、熱媒体流路7から熱媒体を回収する熱媒体回収口45が設けられている。
The heat
なお、図1に示す排気熱回収器1において、下流側部位21の縮径部13を削除してもよい。
In the exhaust
次に、排気熱回収器1の動作について説明する。
Next, the operation of the exhaust
図1に矢印で示すように、排気管3内を高温の排気が流れており、熱媒体流路7を熱媒体が流れている。
As indicated by arrows in FIG. 1, high-temperature exhaust gas flows through the
排気は、排気管3の上流側部位17の縮径部13で若干絞られ、流路面積が狭くなり、図3の円C1の内側に位置している熱回収材5の排気通路11を流れる。これにより、熱回収材5の外周部(図3で示す円C1と円C2との間で斜線によって示されたリング状の部位)では、排気が流れない。
Exhaust gas is throttled slightly at the reduced
図3の円C1の内側の排気通路11を流れた排気は、熱回収材5を加熱し、この熱が、熱回収材支持体15を通って、熱媒体流路7の熱媒体を加熱し、熱の回収がなされる。
The exhaust gas flowing through the
排気熱回収器1によれば、排気抑制部9が設けられているので、熱回収材5の外周部に位置している排気通路11では排気が流れず、もしくは、流れたとしても僅かに流れる程度になっている。つまり、排気が熱媒体流路7から離れたところを流れ熱媒体流路7の近傍では排気が流れないようになっている。これにより、熱媒体流路7内で熱媒体が排気の熱によって局部的に沸騰することが無くなり、熱回収効率の低下を防ぐことができる。
According to the exhaust
また、排気熱回収器1によれば、排気の流れをコントロールするバルブが設けられておらず迂回路に排気を流さず、排気が熱回収材5のところを常に流れるように構成されているので、熱回収材5や媒体流路7での排気熱の回収を効率良く行うことができる。
Further, according to the exhaust
また、排気熱回収器1によれば、排気抑制部9が筒状の縮径部13で構成されており、縮径部13内を排気が通過するので、排気の流れが安定する(排気の流線が縮径部13の中心軸の延伸方向と一致する)。これにより、熱回収材5の外周部に位置している排気通路11に排気が流れることを的確に抑制することができる。
Further, according to the exhaust
また、排気熱回収器1によれば、縮径部13が熱回収材支持体15内に入り込んでいるので、縮径部13と熱回収材5とが近接しており、熱回収材5の外周部に位置している排気通路11に排気が流れることを一層的確に抑制することができる。
Further, according to the exhaust
また、排気熱回収器1によれば、縮径部13が熱回収材5側(排気の流れ方向下流側)で内径が小さいテーパ状に形成されているので、縮径部13から出た排気が熱回収材5の中央部に集中して流れるようになり、熱回収材5の外周部に位置している排気通路11に排気が流れることを確実に抑制することができ、局部的な高温部であるヒートスポットの発生を抑えることができ、熱媒体が部分的に沸騰することが無くなる。
Further, according to the exhaust
排気熱回収器1の構成を次に示すように適宜変更してもよい。1つ目の変形例に係る排気熱回収器1を、図4を参照しつつ説明する。
The configuration of the exhaust
1つ目の変形例に係る排気熱回収器1は、縮径部13(上流側部位17)が、内径と外径とが一定であって熱回収材5の外径よりも小さい筒状(たとえば、円筒状)に形成されている。熱媒体流路7や熱回収材支持体15の内径は、当然に、縮径部13の外径よりも大きくなっている。これにより、縮径部13(上流側部位17)の製造が容易になる。
In the exhaust
2つ目の変形例に係る排気熱回収器1を、図5を参照しつつ説明する。2つ目の変形例に係る排気熱回収器1では、上流側部位17のテーパ状の縮径部13の先端にリング状の鍔部47が設けられている。下流側部位21では、縮径部13が削除されている。
An exhaust
3つ目の変形例に係る排気熱回収器1を、図6を参照しつつ説明する。3つ目の変形例に係る排気熱回収器1では、排気抑制部9が、排気の流れ方向上流側で、熱回収材5に隣接している(たとえば、接触している)リング状の部材49で構成されている。
An exhaust
排気抑制部9をリング状の部材49で構成することで、排気熱回収器1の構成を簡素化することができる。
By configuring the
4つ目の変形例に係る排気熱回収器(図示せず)は、複数の排気通路11が熱回収材5の中央部側にのみ設けられていることで、排気抑制部9が構成されている。これにより、排気熱回収器の組立作業やメンテナンス作業が簡素化される。
In the exhaust heat recovery device (not shown) according to the fourth modification, the
なお、上述した各排気熱回収器1は、排気が流れる排気管と、複数の排気通路が設けられており、前記排気管の内部に設置され、前記排気通路を流れる排気の熱を回収する熱回収材と、前記排気管に設けられ、前記熱回収材で回収された熱を回収する熱媒体が流れる熱媒体流路と、前記熱回収材の前記熱媒体流路近傍での前記排気の流れを抑制する排気抑制部とを有する排気熱回収器の例である。
Each of the exhaust
1 排気熱回収器
3 排気管
5 熱回収材
7 熱媒体流路
9 排気抑制部
11 排気通路
13 縮径部
15 熱回収材支持体
49 リング状の部材
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記排気管に設けられ、前記排気の熱を回収する熱回収材と、
前記熱回収材の外側を囲むように形成されており、熱媒体が流れる熱媒体流路と、
前記熱回収材に設けられている複数の排気通路と、
前記排気管に設けられており、前記複数の排気通路のうち前記熱媒体流路に隣接する前記排気通路への排気の流れを抑制する排気抑制部と、
を有し、前記各排気通路は、お互いが独立して貫通していることを特徴とする排気熱回収器。 An exhaust pipe through which exhaust flows,
A heat recovery material provided in the exhaust pipe and recovering heat of the exhaust;
Formed so as to surround the heat recovery material, a heat medium flow path through which the heat medium flows, and
A plurality of exhaust passages provided in the heat recovery material;
An exhaust suppression unit that is provided in the exhaust pipe and suppresses an exhaust flow to the exhaust passage adjacent to the heat medium flow path among the plurality of exhaust passages;
And the exhaust passages penetrate each other independently.
前記排気抑制部は、前記熱回収材よりも前記排気の流れ方向上流側に設けられており、内径が前記熱回収材の外径よりも小さい筒状の縮径部で構成されていることを特徴とする排気熱回収器。 The exhaust heat recovery device according to claim 1,
The exhaust suppression portion is provided upstream of the heat recovery material in the exhaust flow direction, and is configured by a cylindrical reduced diameter portion whose inner diameter is smaller than the outer diameter of the heat recovery material. A featured exhaust heat recovery unit.
前記熱回収材は、筒状の熱回収材支持体の内部で、前記熱回収材支持体の中間部に設けられており、前記縮径部は、前記熱回収材支持体内に入り込んでいることを特徴とする排気熱回収器。 The exhaust heat recovery device according to claim 2,
The heat recovery material is provided in an intermediate portion of the heat recovery material support inside the cylindrical heat recovery material support, and the reduced diameter portion enters the heat recovery material support. Exhaust heat recovery device.
前記縮径部は、前記熱回収材側で内径が小さくなっているテーパ状に形成されていることを特徴とする排気熱回収器。 In the exhaust heat recovery device according to claim 2 or 3,
The exhaust heat recovery device according to claim 1, wherein the reduced diameter portion is formed in a tapered shape having an inner diameter that is smaller on the heat recovery material side.
前記縮径部は、内径と外径とが一定であって前記熱回収材の外径よりも小さい筒状に形成されていることを特徴とする排気熱回収器。 In the exhaust heat recovery device according to claim 2 or 3,
The exhaust diameter heat recovery device is characterized in that the reduced diameter portion is formed in a cylindrical shape having a constant inner diameter and an outer diameter and smaller than the outer diameter of the heat recovery material.
前記排気抑制部は、前記排気の流れ方向上流側で、前記熱回収材に隣接しているリング状の部材で構成されていることを特徴とする排気熱回収器。 The exhaust heat recovery device according to claim 1,
The exhaust heat recovery device is characterized in that the exhaust suppression unit is configured by a ring-shaped member adjacent to the heat recovery material on the upstream side in the exhaust flow direction.
複数の排気通路が前記熱回収材の中央部側にのみ設けられていることで、前記排気抑制部が構成されていることを特徴とする排気熱回収器。 The exhaust heat recovery device according to claim 1,
The exhaust heat recovery device is characterized in that the exhaust suppression unit is configured by providing a plurality of exhaust passages only on the center side of the heat recovery material.
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