JPS60101487A - Heat exchanger - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain a heat exchanger integral with muffler which is able to effectively reduce the noise of low frequency component by a method wherein two of resonance spaces are composed by three partition plates, and reed valves which open the holes on the center partition plates at the low pressure and shut said holes at the high pressure, are attached on the side which belongs to one side of said resonance space. CONSTITUTION:Plural holes 15 are prepared on the partition plates at the downstream side of the current of exhaust gas within two partition plates which are penetrated by a double pipe, and reed valves 16 are attached at the upperstream of the holes 15, and two resonance spaces are composed by three partition plates at the front and the rear, while the partition plate which has the plural holes 15 arranged at the middle. The reed valves are kept open when the revolution of the engine is low and the fluid pressure is small, but when the revolution of the engine becomes high and the fluid pressure becomes large, the reed valves shut the holes 15 of the partition plates, and the resonance volume becomes small and reduces the sound pressure level of the low frequency component effectively.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、エンジン等の燃焼装置に用いられるマフラ一
体型排ガス熱交換器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a muffler-integrated exhaust gas heat exchanger used in a combustion device such as an engine.

従来例の構盛とその問題点 近年省エネルギー動向を反映して、エンジンの排ガスの
熱をも回収し、総合エネルギー効率を高めようとする第
１図に示すようなシステムが考えられており、このシス
テムは、エンジン１からの軸出力を動力として取シ出し
、排熱を熱交換器２で回収しマフラ３を通して排出する
ものである。Conventional configurations and their problems Reflecting recent trends in energy conservation, systems such as the one shown in Figure 1 have been devised to improve overall energy efficiency by recovering heat from engine exhaust gas. The system extracts shaft output from an engine 1 as power, recovers waste heat in a heat exchanger 2, and discharges it through a muffler 3.

しかしながら、このようなシステムでは、エンジン１か
らの排熱回収を行なう熱交換器２と、マフラ３は、別々
に設けられているため、システムとして複雑になるとと
もに、マフラ３本体からの透過音が大きく、そのために
、マフラ３を太きくしなければならないという欠点があ
った。特に、低周波成分の音は、非常に減音しにくいが
、エンジン１の爆発音は、その周波数分析から分かるよ
うに、爆発サイクル（４サイクル４シリンダの場合、エ
ンジン回転数をＮｒｐｍとすれば、爆発サイクル音圧の
ピーク成分が発生するだめ、低周波成分に対するより効
率的な減音方法が望まれていた。低周波成分の音を減音
するものとして、共鳴形マフラが、従来用いられている
が、エンジン回転数が変わり、音速が変化すると共鳴周
波数がずれてしまい、ねらいとする周波数の音圧レベル
を低減でては第２図に示すような、フィンタイプのもの
が多いが、このような形式では、排熱回収効率を上げよ
うとすると排ガスが凝縮し、フィン表面の腐食が進行し
たり、フィンの板厚が薄いために、急速に熱交換性能が
低下したシするという問題点があった。However, in such a system, the heat exchanger 2, which recovers exhaust heat from the engine 1, and the muffler 3 are provided separately, which makes the system complex, and the sound transmitted from the muffler 3 itself is The problem was that the muffler 3 had to be made thicker. In particular, it is very difficult to reduce the sound of low frequency components, but as can be seen from the frequency analysis, the explosion sound of engine 1 is Since the peak component of the explosion cycle sound pressure is generated, a more efficient method of reducing the low frequency component has been desired.Resonant mufflers have traditionally been used to reduce the low frequency component. However, when the engine speed changes and the sound speed changes, the resonance frequency shifts, and in order to reduce the sound pressure level at the target frequency, many fin types are used, as shown in Figure 2. In this type of system, when trying to increase the waste heat recovery efficiency, the problem is that the exhaust gas condenses, corrosion progresses on the fin surface, and the heat exchange performance rapidly deteriorates because the fins are thin. There was a point.

発明の目的 本発明は、従来の問題点に鑑み、高効率、かつ、低周波
成分の音を、効率的に低減できるマフラ一体型排ガス熱
交換器を提供することを目的とする。OBJECTS OF THE INVENTION In view of the conventional problems, an object of the present invention is to provide a muffler-integrated exhaust gas heat exchanger that is highly efficient and can efficiently reduce low frequency component sound.

発明の構成 本発明は被加熱流体の入った氷室の内部に、排ガス空間
を設け、この排ガス空間を、仕切板により、複数に分割
し、その中の三枚の仕切板によって、二つの共鳴空間を
構成し、中央の仕切板には複数の穴を設け、排ガス管を
その三枚の仕切板に対し貫通させ、共鳴空間の一方に位
置する排ガス管の円周方向に複数の共鳴穴を設け、かつ
、この共鳴空間の一方に属する側に、低圧にて開き、高
圧にて中央の仕切板の穴をふさぐリード弁を取りつけた
構成とする熱交換器である。Structure of the Invention The present invention provides an exhaust gas space inside an ice chamber containing a fluid to be heated, divides this exhaust gas space into a plurality of parts by partition plates, and divides the waste gas space into two resonance spaces by three partition plates. , a central partition plate is provided with a plurality of holes, an exhaust gas pipe is passed through the three partition plates, and a plurality of resonance holes are provided in the circumferential direction of the exhaust gas pipe located on one side of the resonance space. , and a reed valve that opens at low pressure and closes the hole in the central partition plate at high pressure is attached to one side of this resonance space.

実施例の説明 以下、図面を用いて、具体的説明を行なう。Description of examples A specific explanation will be given below with reference to the drawings.

第３図は、本発明のマフラ一体型排ガス熱交換器の一実
施例を示す構成図である。第３図において、熱交換器は
、その外側を水室４で囲い、水室４の内部に排ガス空間
５を設けている。そして、排ガス空間５は、複数の仕切
板６により分割されている。また水室４には、水導入管
７が設けられており、ヘッダーＡ８は、水孔９によって
水室４と連通され、ヘッダーＢ１０には、水排出管１１
が取りつけられている。さらに、伝熱管１２が仕切板６
を貫通し、ヘッダーＡ８とヘッダーＢ１ｏを連通してい
る。そして、仕切板６を貫通する部分においては、内側
を伝熱管１２、外側を排ガス管１３とする二重管となっ
ており、排ガス管１３０円周方向には、複数の共鳴穴１
４が設けられている。FIG. 3 is a configuration diagram showing an embodiment of the muffler-integrated exhaust gas heat exchanger of the present invention. In FIG. 3, the heat exchanger is surrounded by a water chamber 4 on the outside, and an exhaust gas space 5 is provided inside the water chamber 4. The exhaust gas space 5 is divided by a plurality of partition plates 6. The water chamber 4 is also provided with a water introduction pipe 7, the header A8 is communicated with the water chamber 4 through a water hole 9, and the header B10 is provided with a water discharge pipe 11.
is attached. Furthermore, the heat exchanger tube 12 is connected to the partition plate 6
The header A8 and the header B1o are communicated with each other. In the part that penetrates the partition plate 6, it is a double pipe with a heat transfer tube 12 on the inside and an exhaust gas pipe 13 on the outside, and a plurality of resonance holes 1 are provided in the circumferential direction of the exhaust gas pipe 130.
4 is provided.

さらに二重管を貫通させた二枚の仕切板６のうち、排ガ
ス流の下流側にある仕切板６に、複数の穴１５を設け、
その穴１５の上流側に、リード弁１６を取シつけている
。まだ、排ガス空間５には、排ガス導入管１７、及び、
排ガス排出管１８が設けられている。特に複数の穴１６
を有する仕切板６を中央とし、前後三枚の仕切板６によ
シ、二つの共鳴空間１９を構成している。Furthermore, a plurality of holes 15 are provided in the partition plate 6 on the downstream side of the exhaust gas flow among the two partition plates 6 through which the double pipe is penetrated,
A reed valve 16 is installed on the upstream side of the hole 15. The exhaust gas space 5 still has the exhaust gas introduction pipe 17 and
An exhaust gas discharge pipe 18 is provided. especially multiple holes 16
The three partition plates 6 at the front and rear constitute two resonance spaces 19, with a partition plate 6 having a central partition plate 6 located at the center.

次にその作動についての説明を行なう。Next, the operation will be explained.

まず、被加熱流体は、水導入管７から、水室４を通り、
水孔９からヘッダーＡ８に入り、伝熱管でに分岐されて
流れ、−＼ラダーＢ１ｏに移り、水排出管１１より排出
される。一方、加熱流体であるエンジンからの排ガスは
、排ガス導入管１７よシ、排ガス空間５に入り、その後
、二重管を形成している排ガス管１３内を通過していき
、排ガス排出管１８から排出される。この際、Ｊ′Ｊ＋
ガスが水室４内面や伝熱管１２に直接衝突したり、二重
管内を通過したりすることにより効果的に熱交換を行な
うものである。また排ガスが、排ガス空間５に入り、二
重管を構成する排ガス管１３に入りこむ限流れが急縮小
され膨張形のマフラを形成し、さらに、排ガス空間５が
複数に分割されていることにより、多段膨張形のマフラ
効果を成す。本実施例において、排ガス管１３の円周方
向には、複数の共鳴穴−１４が設けられているが、これ
は、この部分にて共鳴形マフラを形成していることを示
すものである。そして、エンジン回転数嘉低く、流体圧
が小さい場合には、リード弁１６は開いたままになって
いるがエンジン回転数が高くなり、流体圧が大きくなる
と、リード弁１６が仕切板６０穴１５をふさぎ、共鳴容
積を小さくするようになっている。一般に音速をＣ１共
鳴穴の１個の面積をＳｐ、共鳴穴部の厚さを鈴、共鳴穴
の個数をｎ、共鳴容積をｖｐ　とすると、共鳴周波数ｆ
ｐは、すなわち、エンジン回転数が高くなると、共鳴容
積ｖｐ　を小さくすることにより、共鳴周波数ｆｐを高
めることができるわけである。First, the fluid to be heated passes through the water chamber 4 from the water introduction pipe 7,
The water enters the header A8 through the water hole 9, is branched off by the heat transfer tube, flows to -\ladder B1o, and is discharged from the water discharge pipe 11. On the other hand, exhaust gas from the engine, which is a heating fluid, enters the exhaust gas space 5 through the exhaust gas introduction pipe 17, then passes through the exhaust gas pipe 13 forming a double pipe, and then exits from the exhaust gas discharge pipe 18. It is discharged. At this time, J′J+
Heat exchange is effectively performed by the gas colliding directly with the inner surface of the water chamber 4 or the heat transfer tube 12 or passing through the double tube. In addition, the exhaust gas enters the exhaust gas space 5 and the limited flow that enters the exhaust gas pipe 13 forming the double pipe is rapidly reduced to form an expansion type muffler, and furthermore, the exhaust gas space 5 is divided into a plurality of parts. Creates a multi-stage expansion muffler effect. In this embodiment, a plurality of resonance holes 14 are provided in the circumferential direction of the exhaust gas pipe 13, which indicates that a resonance type muffler is formed in this portion. When the engine speed is low and the fluid pressure is small, the reed valve 16 remains open, but when the engine speed increases and the fluid pressure increases, the reed valve 16 opens at the partition plate 60 hole 15. It is designed to block the resonance volume and reduce the resonance volume. In general, if the sound velocity is the area of one C1 resonance hole Sp, the thickness of the resonance hole is Suzu, the number of resonance holes is n, and the resonance volume is vp, then the resonance frequency f
In other words, when the engine speed increases, the resonance frequency fp can be increased by reducing the resonance volume vp.

従来は、エンジン回転数が高くなると、エンジン回転数
に比例する爆発サイクル（既述）が犬きくなシ、当初、
ねらいとした共鳴周波数ｆｐｊＩ）高めにずれてし捷い
、共鳴形マフラとしての機能を達成できなかっだが、本
実施例においては、エンジン回転数が変化しても、共鳴
周波数ｆｐ　を爆発サイクルに合致させることができる
ため、低周波成分の音圧レベルを効率良く、低減させる
ことが可能となる。Conventionally, when the engine speed became high, the explosion cycle (as described above), which was proportional to the engine speed, became weaker.
The targeted resonant frequency fpj) deviated to a high value, and the function as a resonant muffler could not be achieved. However, in this example, even if the engine speed changes, the resonant frequency fp can be kept in line with the explosion cycle. Therefore, it is possible to efficiently reduce the sound pressure level of low frequency components.

また熱交換性能に関しても、二重管内の細い空間を、排
ガスが高速で通過するため、境界層の発達が抑制され、
顕著に熱伝達特性が向上する。さらに凝縮水についても
流れが高速であるため、凝縮水を熱交換器内にためるこ
となく、外部に噴出させることができ、腐食を抑制する
ことができる。In addition, regarding heat exchange performance, the exhaust gas passes through the narrow space inside the double pipe at high speed, which suppresses the development of the boundary layer.
Heat transfer properties are significantly improved. Furthermore, since the condensed water flows at a high speed, the condensed water can be spouted to the outside without being accumulated in the heat exchanger, and corrosion can be suppressed.

発明の詳細 な説明したように、本発明の熱交換器は、多段膨張形マ
フラ構成によシ、優れた減音効果を持つだけでなく、エ
ンジン回転数が変化しても、低周波成分の音圧レベルを
効率良く低減させることができるものである。壕だ、境
界層の発達を抑制することにより熱伝達特性も向上でき
る。さらに、マフラ一体型の構成をとっているだめ、シ
ステムとしても、簡素化を図ることが可能となる。As described in detail, the heat exchanger of the present invention not only has an excellent sound reduction effect due to its multi-stage expansion muffler structure, but also suppresses low frequency components even when the engine speed changes. This makes it possible to efficiently reduce the sound pressure level. Heat transfer properties can also be improved by suppressing the development of the boundary layer. Furthermore, since the muffler is integrated, the system can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来のエンジンシステムを示す概略図、第２図
は従来の熱交換器の構成図、第３図は本発明の熱交換器
の一実施例を示す構成図である。 ４・・・・・・水室、６・・・・・・仕切板、１２・・
・・・・伝熱管、１３・・・・・・排ガス管、１４・・
・・・・共鳴穴、１６・・・・・・リード弁、１９・・
・・・共鳴空間。FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional engine system, FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional heat exchanger, and FIG. 3 is a configuration diagram showing an embodiment of the heat exchanger of the present invention. 4... Water chamber, 6... Partition plate, 12...
... Heat exchanger tube, 13 ... Exhaust gas pipe, 14 ...
... Resonance hole, 16 ... Reed valve, 19 ...
...resonant space.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 被加熱流体の入った氷室の内部に、Ｊ：Ｉｌガス空間を
設け、前記排ガス空間を、仕切板により複数に分割しそ
の中の三枚の仕切板によって二つの共鳴空間を構成し、
中央の仕切板には複数の穴を設は排ガス管を前記三枚の
仕切板に対し貝通させ、前記共鳴空間の一方に位置する
排ガス管の円周方向に複数の共鳴穴を設け、かつ、前記
共鳴空間の一方に属する側に、低圧にて開き、高圧にて
前記中央の仕切板の穴をふさぐリード弁を取りつけたこ
とを特徴とする熱交換器。A J:Il gas space is provided inside the ice chamber containing the fluid to be heated, the exhaust gas space is divided into a plurality of parts by a partition plate, and three of the partition plates constitute two resonance spaces,
A plurality of holes are provided in the central partition plate, and an exhaust gas pipe is passed through the three partition plates, and a plurality of resonance holes are provided in the circumferential direction of the exhaust gas pipe located on one side of the resonance space, and . A heat exchanger characterized in that a reed valve is attached to one side of the resonance space, which opens at low pressure and closes the hole in the central partition plate at high pressure.