JPH0737727U - ヒートサイフォン式熱回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 「ヒートサイフォン式熱回収装置」におい
て、受熱量の減量制御を細かく行い、しかも、受熱器を
構成する素材に作用する熱衝撃を緩和して受熱器の耐久
性を高めること。 【構成】 凝縮液戻し流路１４は、遮断弁１７が設けら
れた第１管路２１と、この第１管路２１を流れる流量よ
りも少ない流量の凝縮水を受熱器１１に戻す第２管路２
２とから構成され、第２管路２２には、通路断面を絞る
オリフィス２３が設けられている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、エンジンの排気ガスが有する熱を回収して車室内を暖房する自動車 用暖房装置に組み込んで好適なヒートサイフォン式熱回収装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

エンジンの排気ガスが有する熱を利用して車室内を暖房する自動車用暖房装置 にあっては、従来より、ヒートサイフォン式の熱回収装置が組み込まれている。 この種の熱回収装置１０は、図５に示すように、高温の排気ガスＷＧとの熱交換 により封入された熱媒体としての水を加熱する受熱器１１（蒸発器）と、この受 熱器１１で蒸発した水蒸気との熱交換により冷却水Ｃを加熱する放熱器１２（凝 縮器）とを有している。受熱器１１と放熱器１２とは、受熱器１１で蒸発された 水蒸気を放熱器１２に導く蒸気供給流路１３と、放熱器１２で凝縮された凝縮水 を受熱器１１に戻す凝縮液戻し流路１４とにより連結され、閉サイクルが構成さ れている。

【０００３】 受熱器１１は、エンジンのエキゾーストパイプ１５内に配置されている。一方 、放熱器１２で加熱され温水となった冷却水Ｃは、自動車用暖房装置内に設置さ れたヒータコア１６に導かれ、このヒータコア１６において車室内に吹き出され る空気との間で熱交換を行い、当該空気を加温する。そして、温風となった空気 を車室内に吹き出すことにより、車室内の暖房が行われるようになっている。こ のように、ヒートサイフォン式熱回収装置１０は、廃棄流体ＷＧ（排気ガス）が 有する熱を、封入熱媒体（水）を介して低温流体Ｃ（冷却水）を加熱することに より回収するようになっている。

【０００４】 このように構成されたヒートサイフォン式熱回収装置１０における受熱量の制 御は、凝縮液戻し流路１４に設けた遮断弁１７を開閉し、受熱器１１に戻す凝縮 水流量を制御することによりなされる。つまり、受熱量を多くする場合には、遮 断弁１７をオフして凝縮液戻し流路１４を開き、熱媒体である水を多量に循環さ せる。一方、受熱量を減じる場合には、遮断弁１７をオンして凝縮液戻し流路１ ４を閉じ、熱媒体である水の循環を停止させる。遮断弁１７をオンした場合には 、熱回収装置１０内に封入された熱媒体は、受熱器１１で蒸発され放熱器１２で 凝縮されることにより、凝縮水として全て放熱器１２内に回収されるようになっ ている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記のように遮断弁１７をオン、オフ制御して受熱量を調整す る熱回収装置１０にあっては、受熱量の大まかな制御はできても、細かな制御を 行うことができない。このため、熱回収装置１０が組み込まれる自動車用暖房装 置においては、吹き出し空気温度を微調整することができず、乗員が違和感を感 じてしまうという問題を招来する。

【０００６】 さらに、遮断弁１７を長時間オンして凝縮液戻し流路１４を閉じていた場合に は、受熱器１１が排気ガスＷＧと同温度の約３００〜７００℃程度にまで加熱さ れることになるが、その後に遮断弁１７をオフして凝縮液戻し流路１４を開くと 、低温の凝縮水が一気に受熱器１１に流れ込むため、受熱器１１の温度変化が急 激なものとなる。このような急激な温度変化により、受熱器１１を構成する素材 は、大きな熱衝撃を受け、繰返し応力により耐久性が損なわれるという欠点があ った。

【０００７】 本考案は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、受 熱量の減量制御を細かく行うことができ、しかも、受熱部を構成する素材に作用 する熱衝撃を緩和して受熱部の耐久性を高め得るヒートサイフォン式熱回収装置 を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための本考案は、高温の廃棄流体との熱交換により封入さ れた熱媒体を加熱する受熱部と、この受熱部から導かれた封入熱媒体との熱交換 により低温流体を加熱する放熱部とを、受熱部で蒸発された熱媒体を放熱部に導 く蒸気供給流路と、放熱部で凝縮された熱媒体を受熱部に戻す凝縮液戻し流路と により連結して閉サイクルを構成し、廃棄流体が有する熱を封入熱媒体を介して 低温流体を加熱することにより回収してなるヒートサイフォン式熱回収装置にお いて、前記凝縮液戻し流路を、遮断弁が設けられた第１の管路と、この第１管路 を流れる流量よりも少ない流量の凝縮液を受熱部に戻す第２の管路とから構成し たことを特徴とするヒートサイフォン式熱回収装置である。

【０００９】 また、前記第２管路には、通路断面を絞るオリフィスを設けると良い。

【００１０】 また、前記第２管路は、その流入口が放熱部内の凝縮液貯溜空間の底面よりも 上方に突出するように、設けるのが良い。

【００１１】

【作用】

熱回収装置における受熱量の減量制御を行う場合には、遮断弁を作動させて第 １管路が閉じられ、熱媒体が放熱部から第１管路を通って受熱部へ戻ることを停 止する。第１管路が閉じられた後も、放熱部で凝縮した凝縮水の一部は、流量が 減じられているが第２管路を通って受熱部へ戻っている。 このように遮断弁による第１管路の開閉動作を行うだけでなく、少量の凝縮液 を受熱部に戻すようにしたため、受熱量の細かな制御を行うことができる。 さらに、第１管路が閉じられても、凝縮液の一部は第２管路を通って受熱部へ 戻っているため、第１管路を閉じた後における受熱部の温度変化は緩やかなもの となり、受熱部を構成する素材が大きな熱衝撃を受けることがなくなる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案に係るヒートサイフォン式熱回収装置を図面を参照しつつ説明す る。 図１は、本考案の一実施例に係るヒートサイフォン式熱回収装置を示す構成図 である。

【００１３】 このヒートサイフォン式熱回収装置２０は、前述した従来の回収装置１０と同 様に、高温の排気ガスＷＧ（廃棄流体）との熱交換により封入された熱媒体とし ての水を加熱する受熱器１１（蒸発器）と、この受熱器１１で蒸発した水蒸気と の熱交換により低温流体としての冷却水Ｃを加熱する放熱器１２（凝縮器）とを 有し、受熱器１１と放熱器１２とを、蒸気供給流路１３と凝縮液戻し流路１４と により連結して、閉サイクルが構成されている。受熱器１１は、エンジンのエキ ゾーストパイプ１５内に配置され、放熱器１２で加熱され温水となった冷却水Ｃ は、自動車用暖房装置内に設置されたヒータコア１６に導かれるようになってい る。

【００１４】 前記凝縮液戻し流路１４は、遮断弁１７が設けられた第１の管路２１と、この 第１管路２１を流れる流量よりも少ない流量の凝縮水を受熱器１１に戻す第２の 管路２２とから構成されている。

【００１５】 特に、本実施例にあっては、第２管路２２には、通路断面を絞るオリフィス２ ３が設けられている。このオリフィス２３により、受熱器１１へ戻る熱媒体流量 が減じられる。

【００１６】 第２管路２２に設けた弁２４は、受熱器１１内で封入熱媒体が凍結することを 防止するために第２管路２２を完全に閉じるためのものであり、通常運転時は常 に開かれている。

【００１７】 このように構成したヒートサイフォン式熱回収装置２０にあっては、受熱量の 減量制御を行う場合には、遮断弁１７がオンされ第１管路２１が閉じられ、熱媒 体が放熱器１２から第１管路２１を通って受熱器１１へ戻ることが停止される。 第１管路２１が閉じられた後も、放熱器１２で凝縮した凝縮水の一部は、オリフ ィス２３で流量を減じられながら、第２管路２２を通って受熱器１１へ戻ってい る。

【００１８】 このように遮断弁１７による第１管路２１の開閉動作を行うだけでなく、少量 の凝縮水を受熱器１１に戻すようにしたため、受熱量の細かな制御を行うことが でき、熱回収装置２０が組み込まれる自動車用暖房装置において、吹き出し空気 温度を微調整することができ、乗員の違和感をなくすことができる。

【００１９】 さらに、凝縮水の一部は第２管路２２を通って受熱器１１へ常時戻っているた め、第１管路２１を閉じた後における受熱器１１の温度変化は緩やかになる。こ れにより、受熱器１１を構成する素材が大きな熱衝撃を受けることがなくなり、 受熱器１１の耐久性が著しく向上する。

【００２０】 図２は、本考案の他の実施例に係るヒートサイフォン式熱回収装置を示す構成 図である。

【００２１】 この実施例の熱回収装置２０ａにあっても、前述した実施例と同様に、凝縮液 戻し流路１４は、遮断弁１７が設けられた第１の管路２１と、この第１管路２１ を流れる流量よりも少ない流量の凝縮水を受熱器１１に戻す第２の管路２２とか ら構成されている。

【００２２】 特に、この実施例にあっては、第２管路２２は、その流入口２５が放熱器１２ 内の凝縮液貯溜空間２６の底面２７よりも上方に所定寸法Ｌだけ突出した位置と なるように、設けられている。また、第２管路２２に凍結防止用の弁２４を設け る点は、前述した実施例と同様である。

【００２３】 このように構成したヒートサイフォン式熱回収装置２０ａにあっては、受熱量 の減量制御を行う場合には、遮断弁１７がオンされ第１管路２１が閉じられ、熱 媒体が放熱器１２から第１管路２１を通って受熱器１１へ戻ることが停止される 。第１管路２１が閉じられた後は、放熱器１２で凝縮した凝縮水は直ぐには受熱 器１１に戻らず、凝縮水となって放熱器１２内に貯溜されていく。そして、凝縮 水が凝縮液貯溜空間２６の底面２７より所定寸法Ｌだけ溜まると、凝縮水は、流 入口２５から第２管路２２に取り込まれ、この第２管路２２を通って受熱器１１ へ戻っている。

【００２４】 凝縮水の一部を放熱器１２内に貯溜することによって受熱作用をする熱媒体の 循環量を減らすことができ、これと同時に、貯溜された凝縮水により放熱器１２ の伝熱面積を減少させることによって、受熱量の減量制御が行われる。

【００２５】 このため、受熱量の細かな制御を行うことができ、熱回収装置２０ａが組み込 まれる自動車用暖房装置において、吹き出し空気温度を微調整することができ、 乗員の違和感をなくすことができる。

【００２６】 さらに、凝縮水の一部は第２管路２２を通って受熱器１１へ戻っているため、 第１管路２１を閉じた後における受熱器１１の温度変化は緩やかになる。これに より、受熱器１１を構成する素材が大きな熱衝撃を受けることがなくなり、受熱 器１１の耐久性が著しく向上する。

【００２７】 図３は、凝縮液戻し流路を流れる熱媒体流量と回収熱量との関係を示すグラフ である。凝縮液戻し流路１４を流れた熱媒体（水）は、受熱器１１で熱回収して 水蒸気に変わり、放熱器１２で再度凝縮するときに放熱するので、熱媒体の戻り 流量と回収熱量との関係を、計算により求めたものである。なお、計算条件は、 水蒸気温度１２０℃、凝縮水温度９０℃である。

【００２８】 上記第１実施例のように、第２管路２２にオリフィス２３を設けることは、実 質的に、凝縮液戻し流路１４を流れる熱媒体流量を減じることに等しいため、オ リフィス２３の開孔面積を小さくすればするほど、第２管路２２を流れる熱媒体 量が減少し、廃熱回収量を少なくすることができる。

【００２９】 図４は、熱媒体の封入量と回収熱量との関係を示すグラフであり、熱回収装置 内に封入した熱媒体（水）の量を変化させて熱回収量を測定した結果を示してい る。この図３より明らかなように、熱媒体の封入量を増減することにより、放熱 器１２と受熱器１１との間で循環する熱媒体量が増減し、廃熱回収量の増減制御 が可能であることが分かる。

【００３０】 上記第２実施例のように、第２管路２２の流入口２５の高さを高くすることは 、実質的に、熱回収装置２０ａ内の熱媒体の封入量を減じることに等しいため、 第２管路２２の流入口２５の高さを高くすればするほど、受熱器１１に戻る熱媒 体量が減少し、廃熱回収量を少なくすることができる。

【００３１】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案のヒートサイフォン式熱回収装置によれば、受熱 量の減量制御を細かく行うことができ、しかも、受熱部を構成する素材に作用す る熱衝撃を緩和して受熱部の耐久性を高めることが可能になるという実用上多大 な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例に係るヒートサイフォン式
熱回収装置を示す構成図である。

【図２】 本考案の他の実施例に係るヒートサイフォン
式熱回収装置を示す構成図である。

【図３】 凝縮液戻し流路を流れる熱媒体流量と回収熱
量との関係を示すグラフである。

【図４】 熱媒体の封入量と回収熱量との関係を示すグ
ラフである。

【図５】 従来の一般的なヒートサイフォン式熱回収装
置を示す構成図である。

【符号の説明】

１０、２０、２０ａ…ヒートサイフォン式熱回収装置、
１１…受熱器（受熱部）、 １２…放熱器
（放熱部）、１３…蒸気供給流路、 １
４…凝縮液戻し流路、１５…エキゾーストパイプ、
１６…ヒータコア、１７…遮断弁、
２１…第１管路、２２…第２管路、
２３…オリフィス、２４…凍結防止用の
弁、 ２５…流入口、２６…凝縮液貯溜空
間、 ２７…底面、Ｃ…冷却水（低温流
体）、 ＷＧ…排気ガス（廃棄流体）。

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【手続補正書】

【提出日】平成６年２月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温の廃棄流体(WG)との熱交換により封
   入された熱媒体を加熱する受熱部(11)と、この受熱部(1
   1)から導かれた封入熱媒体との熱交換により低温流体
   (C) を加熱する放熱部(12)とを、受熱部(11)で蒸発され
   た熱媒体を放熱部(12)に導く蒸気供給流路(13)と、放熱
   部(12)で凝縮された熱媒体を受熱部(11)に戻す凝縮液戻
   し流路(14)とにより連結して閉サイクルを構成し、廃棄
   流体(WG)が有する熱を封入熱媒体を介して低温流体(C)
   を加熱することにより回収してなるヒートサイフォン式
   熱回収装置において、 前記凝縮液戻し流路(14)を、遮断弁(17)が設けられた第
   １の管路(21)と、この第１管路(21)を流れる流量よりも
   少ない流量の凝縮液を受熱部(11)に戻す第２の管路(22)
   とから構成したことを特徴とするヒートサイフォン式熱
   回収装置。
2. 【請求項２】 前記第２管路(22)は、通路断面を絞るオ
   リフィス(23)が設けられてなる請求項１記載のヒートサ
   イフォン式熱回収装置。
3. 【請求項３】 前記第２管路(22)は、その流入口(25)が
   放熱部(12)内の凝縮液貯溜空間(26)の底面(27)よりも上
   方に突出するように、設けられてなる請求項１記載のヒ
   ートサイフォン式熱回収装置。