CN108240775A - 热交换器 - Google Patents

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CN108240775A
CN108240775A CN201711389278.2A CN201711389278A CN108240775A CN 108240775 A CN108240775 A CN 108240775A CN 201711389278 A CN201711389278 A CN 201711389278A CN 108240775 A CN108240775 A CN 108240775A
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exhaust
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丸山胜巳
由利信行
清水元寿
江繋健
江繋健一
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Abstract

本发明提供一种充分具有进行热交换的排气流路的长度的简单的结构的热交换器。热交换器(1)具备收容流体(B)的有底状的壳体部(2)和在壳体部(2)内设置的排气流路(10)，从在排气流路(10)中流动的排气向流体传热。排气流路(10)具有通过壳体部(2)内的第一排气流路(11)和在壳体部(2)内的收容有流体(B)的空间中在第一排气流路(11)的周围回旋的螺旋状的第二排气流路(12)，第一排气流路(11)与第二排气流路(12)串联连接。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及利用内燃机等的排气的热量的热交换器。
背景技术
在专利文献1中记载有具备热交换器的热电联产装置，该热交换器使与发电机连接的内燃机的冷却水与排气热进行热交换而使冷却水升温。在专利文献1所记载的热交换器中，供排气通过的传热管在冷却水的水路内上下连结，冷却水在传热管中呈螺旋状流动而与排气进行热交换。另外，在专利文献2中也记载了在从内燃机排出的排气与冷却水之间进行热交换的热交换器，该热交换器具有在冷却水的水路内将多个传热管上下连结的结构。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-293448号公报
专利文献2：日本特开2000-257415号公报
发明要解决的课题
上述说明的专利文献1所记载的热交换器或专利文献2所记载的热交换器那样的设有多个在冷却水的水路内上下通过的传热管的结构保证了充分的热交换所需的排气流路的长度，另一方面，传热管的连接部位多，因此具有结构及制造工序复杂化这样的课题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种充分具有进行热交换的排气流路的长度的简单的结构的热交换器。
用于解决课题的方案
为了达到上述的目的，技术方案1所记载的发明为热交换器(例如后述的实施方式的热交换器1、1A、1B)，其具备：
有底状的壳体部(例如后述的实施方式的壳体部2)，其收容流体(例如后述的实施方式的流体B)；以及
排气流路(例如后述的实施方式的排气流路10)，其设置于所述壳体部内，
所述热交换器中，从在所述排气流路中流动的排气向所述流体传热，
所述热交换器的特征在于，
所述排气流路具有通过所述壳体部内的第一排气流路(例如后述的实施方式的第一排气流路11)和在所述壳体部内的收容有所述流体的空间中在所述第一排气流路的周围回旋的螺旋状的第二排气流路(例如后述的实施方式的第二排气流路12)，
所述第一排气流路与所述第二排气流路串联连接。
技术方案2所记载的发明在技术方案1所记载的发明的基础上，其中，
所述第二排气流路由一条流路构成。
技术方案3所记载的发明在技术方案1或2所记载的发明的基础上，其中，
所述第一排气流路包括：催化剂收容室(例如后述的实施方式的催化剂收容室11a)，其收容对所述排气的成分进行处理的催化剂(例如后述的实施方式的催化剂6)；以及有底状的内筒(例如后述的实施方式的内筒11b、11d、11e)，其包围所述催化剂收容室，且在所述催化剂收容室的周围形成所述排气的流路。
技术方案4所记载的发明在技术方案3所记载的发明的基础上，其中，
所述内筒的底面(例如后述的实施方式的底面11bd)由在所述壳体部的底部(例如后述的实施方式的底部2b)形成的凸部(例如后述的实施方式的凸部2d)以一点支承。
技术方案5所记载的发明在技术方案3或4所记载的发明的基础上，其中，
在所述内筒的外周面形成有凸部(例如后述的实施方式的凸部11be)，该凸部仿形于所述第二排气流路的面向所述内筒的凹凸形状。
技术方案6所记载的发明在技术方案1至5中任一项所记载的发明的基础上，其中，
在所述壳体部的与底部相反的一侧设有盖部(例如后述的实施方式的盖部8)，该盖部形成从所述第一排气流路连通到所述第二排气流路的空间(例如后述的实施方式的空间13)，
在所述盖部的内表面(例如后述的实施方式的内表面8s)形成有指向所述第二排气流路的流入口(例如后述的实施方式的流入口12i)的槽(例如后述的实施方式的槽8g)。
技术方案7所记载的发明在技术方案1至5中任一项所记载的发明的基础上，其中，
所述第一排气流路与所述第二排气流路直接连接。
发明效果
根据技术方案1的发明，设置于壳体部内的排气流路中，串联连接有通过壳体部内的第一排气流路和在壳体部内的收容有流体的空间中在第一排气流路的周围回旋的螺旋状的第二排气流路。这样，第二排气流路形成为螺旋状，因此能够保证充分的热交换所需的排气流路的长度，且第一排气流路与第二排气流路的连接是串联，因此能够提供结构简单的热交换器。
根据技术方案2的发明，第二排气流路由一条流路构成，因此能够削减第二排气流路用的部件个数。另外，热交换器中的与第二排气流路的其他部位的连接在流入口和流出口这两个部位进行即可，因此能够简化热交换器的制造工序。
根据技术方案3的发明，在第一排气流路中设有收容对排气的成分进行处理的催化剂的催化剂收容室，在催化剂收容室的周围通过有底状的内筒形成有排气的流路，因此能够不浪费地利用形成为螺旋状的第二排气流路的内侧的空间。其结果是，能够使热交换器小型化。
根据技术方案4的发明，内筒的底面由在壳体部的底部形成的凸部以一点支承，因此能够减少从第一排气流路经由内筒及壳体部的底部的向热交换器外部的散热量。其结果是，能够提高热交换器的热回收效率。
根据技术方案5的发明，在内筒的外周面形成有凸部，因此能够增大流体与内筒的外周面接触的面积，能够增加热交换量。另外，凸部构成为仿形于第二排气流路的面向内筒的凹凸形状，在内筒的外周面的凹部配置有第二排气流路，因此能够使热交换器小型化。
根据技术方案6的发明，在盖部的内表面形成有指向第二排气流路的流入口的槽，因此即使流入口是一个部位，也能够将沿着盖部的内表面流动的排气向第二排气流路的流入口有效地引导，能够使排气的流动良好。
根据技术方案7的发明，第一排气流路与第二排气流路直接连接，因此在排气被导入热交换器并被排出为止的路径上不存在向流体以外的构件传热的部位。因此，能够提高热交换器的热回收效率。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的热交换器的分解立体图。
图2是第一实施方式的热交换器的组装状态下的沿着图1所示的X-X线的垂直剖视图。
图3是盖部内表面的与第二排气流路的流入口对置的部分的立体图。
图4是第二实施方式的热交换器的组装状态下的沿着图1所示的X-X线的垂直剖视图。
图5是本发明的第三实施方式的热交换器的分解立体图。
图6是第三实施方式的热交换器的组装状态下的沿着图5所示的Y-Y线的垂直剖视图。
符号说明：
1、1A、1B 热交换器
2 壳体部
2b 底部
2d 凸部
6 催化剂
8、18 盖部
10 排气流路
11 第一排气流路
11a 催化剂收容室
11b、11d、11e 内筒
11c 连结流路
11bd 底面
11be 凸部
12 第二排气流路
CL 中心线
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
参照图1及图2来说明本发明的第一实施方式的热交换器。图1是第一实施方式的热交换器的分解立体图。图2是第一实施方式的热交换器的组装状态下的沿着图1所示的X-X线的垂直剖视图。
如图1及图2所示，热交换器1具备：有底圆筒状的壳体部2，其收容热交换用的流体B；以及排气流路10，其设置于壳体部2内。在热交换器1中，通过从在排气流路10中流动的自内燃机等排出的排气向收容于壳体部2内的流体传热来进行热交换。需要说明的是，流体是内燃机等的冷却水。
热交换器1整体形成为圆筒状，且以中心线CL为轴的热交换器1的一端面和外周面由壳体部2构成，在另一端面设有盖部8，该盖部8在大致中央具有排气导入管3。向盖部8的排气导入管3导入从内燃机等排出的排气A1，且从在壳体部2的底部2b设置的排气排出管4排出热交换完的排气A3。另外，流体B从在热交换器1的下侧(与底部2b接近的部位)设置的流入口2i导入，且从在热交换器1的上侧(与盖部8接近的部位)设置的流出口2u排出。
排气流路10具有沿着热交换器1的中心线CL设置于壳体部2内的第一排气流路11、以及在壳体部2内的收容有流体B的空间中形成为在第一排气流路11的周围回旋的螺旋状的一条第二排气流路12，第一排气流路11与第二排气流路12串联连接。即，在也可以称之为一条配管以中心线CL为中心呈大致同心圆状地回旋的线圈状的形状的第二排气流路12的内侧，沿着中心线CL配置有第一排气流路11。从排气导入管3导入的排气首先在第一排气流路11中流动。
第一排气流路11包括：催化剂收容室11a，其沿着中心线CL配置；以及有底圆筒状的内筒l1b，其包围催化剂收容室11a，且在催化剂收容室11a的周围形成排气的流路。需要说明的是，内筒11b相对于壳体部2的底部2b隔开间隔而配置，内筒11b的底面11bd由在壳体部2的底部2b的大致中央形成的凸部2d以一点支承。
从排气导入管3导入到第一排气流路11的排气首先向催化剂收容室11a输送。在催化剂收容室11a中收容有对从排气导入管3导入的排气A1的成分进行处理的催化剂6。催化剂收容室11a具有如下结构：催化剂收容室11a的下表面开口，以将由催化剂6对从上方供给的排气A1进行处理而得到的排气A2向下方排出。从催化剂收容室11a排出的处理完的排气A2通过在催化剂收容室11a与内筒11b之间形成的连结流路11c，向将第一排气流路11与第二排气流路12相连的空间13排出。空间13与盖部8的内表面相面对，在将壳体部2的外壁部2a与内筒11b连结的上壁部2c上设有一个第二排气流路12的流入口12i。
图3是盖部8内表面的与第二排气流路12的流入口12i对置的部分的立体图。如图3所示，在盖部8的内表面8s上形成有多个槽8g，这多个槽8g指向与第二排气流路12的流入口12i对置的圆形的凹部8p。需要说明的是，槽8g以越远离凹部8p越增加深度的方式形成。
在壳体部2的上壁部2c设置的第二排气流路12的流入口12i上连接有第二排气流路12的一侧的开口端。另外，在由壳体部2的外壁部2a、底部2b、上壁部2c及内筒11b划分出的收容有流体B的空间中呈线圈状回旋的第二排气流路12的另一侧的开口端上，连接有排气排出管4。
以下，说明本实施方式的热交换器1的作用。
从热交换器1上部的排气导入管3导入的排气A1向第一排气流路11内流入。排气A1在催化剂收容室11a中被进行成分的处理而从催化剂收容室11a的下表面排出。从催化剂收容室11a排出的处理完的排气A2通过在催化剂收容室11a与内筒11b之间形成的连结流路11c。通过连结流路11c的期间的排气A2的热量经由内筒11b向流体B传递。
通过连结流路11c后的排气A2在向将第一排气流路11与第二排气流路12相连的空间13排出之后，由在盖部8的内表面8s上设置的多个槽8g向第二排气流路12的流入口12i引导。从流入口12i流入到第二排气流路12的排气通过螺旋状的第二排气流路12，作为排气A3而被从热交换器1下部的排气排出管4排出。通过第二排气流路12的期间的排气的热量向包围第二排气流路12的流体B传递。
如以上说明的那样，根据本实施方式，在壳体部2内设置的排气流路10中，串联连接有沿着壳体部2的中心线CL设置的第一排气流路11和在壳体部2内的收容有流体B的空间中在第一排气流路11的周围回旋的线圈状的第二排气流路12。这样，由于第二排气流路12形成为线圈状，因此能够保证充分的热交换所需的排气流路10的长度，且第一排气流路11与第二排气流路12的连接为串联，因此能够提供结构简单的热交换器。
另外，第二排气流路12由一条流路构成，因此能够削减第二排气流路12用的部件个数。另外，热交换器1中的与第二排气流路12的其他部位的连接在流入口和流出口这两个部位进行即可，因此能够简化热交换器1的制造工序。
另外，在第一排气流路11中设有收容对排气的成分进行处理的催化剂6的催化剂收容室11a，在催化剂收容室11a的周围通过有底状的内筒11b形成有排气的流路，因此能够不浪费地利用形成为线圈状的第二排气流路12的内侧的空间。其结果是，能够使热交换器1小型化。
另外，内筒11b的底面11bd由在壳体部2的底部2b形成的凸部2d以一点支承，因此能够减少从第一排气流路11经由内筒11b及壳体部2的底部2b的向热交换器1外部的散热量。其结果是，能够提高热交换器1的热回收效率。
另外，在盖部8的内表面8s上形成有指向第二排气流路12的流入口12i的槽8g，因此即使流入口12i为一个部位，也能够将沿着盖部8的内表面8s流动的排气向第二排气流路12的流入口12i有效引导，能够使排气的流动良好。
(第二实施方式)
图4是第二实施方式的热交换器的组装状态下的沿着图1所示的X-X线的垂直剖视图。第二实施方式的热交换器1A与第一实施方式的热交换器1不同的点是内筒11d的结构。除了这点以外与第一实施方式相同，在图4中，对于与图2共用的构成要素标注相同的参照符号。
如图4所示，在本实施方式的内筒11d的外周面形成有凸部11be。凸部1lbe沿着内筒11d的外周面构成为螺旋形。另外，沿着中心线CL的凸部11be之间的间隔w构成为仿形于第二排气流路12的面向内筒11d的凹凸形状。即，第二排气流路12以嵌入在凸部11be之间形成的凹部的状态设置。
这样，在本实施方式中，在内筒11d的外周面形成有凸部11be，因此能够增大流体B与内筒11b的外周面接触的面积，能够增加热交换量。另外，凸部11be构成为仿形于第二排气流路12的面对内筒11d的凹凸形状，在内筒11d的外周面的凹部配置有第二排气流路12，因此能够使热交换器1在径向上小型化。
(第三实施方式)
在第一实施方式或第二实施方式中，在第一排气流路11与第二排气流路12之间存在与盖部8相面对的空间13。从第一排气流路11排出到空间13的排气A2在碰到盖部8的内表面8s之后向第二排气流路12流动，因此构成热交换器1的上表面的盖部8的温度因来自排气A2的热量而上升。即，排气的热量的一部分从热交换器1的盖部8散热，使热交换器1的热回收效率降低。在第三实施方式中，为了提高热交换器的热回收效率，主要变更了第一排气流路11与第二排气流路12的连接形态。
图5是第三实施方式的热交换器的分解立体图。图6是第三实施方式的热交换器的组装状态下的沿着图5所示的Y-Y线的垂直剖视图。第三实施方式的热交换器1B与第一实施方式的热交换器1不同的点是第一排气流路11与第二排气流路12的连接形态、以及内筒11e及盖部18等的结构。除这点以外与第一实施方式相同，在图5及图6中，对与图1及图2共用的构成要素标注相同的参照符号。需要说明的是，也可以在本实施方式的内筒11e的外周面上形成有与第二实施方式同样的凸部11be。
如图6所示，在本实施方式中，不设置第一实施方式的第一排气流路11与第二排气流路12之间的空间13，而将第一排气流路11与第二排气流路12直接连接。为了构成该连接形态，在本实施方式的内筒11e的外周面设置有流出口11o，在流出口11o上连接有第二排气流路12的一侧的开口端。因此，通过第一排气流路11的连结流路11c后的排气A2直接流入第二排气流路12。
需要说明的是，本实施方式的盖部18不像第一实施方式那样在内表面形成有槽，在嵌合于壳体部2的状态下，对连结流路11c与贮存有流体B的空间之间进行水密地密封。
这样，在本实施方式中，第一排气流路11与第二排气流路12直接连接，因此在排气被导入热交换器1B并被排出为止的路径上不存在向流体B以外的构件传热的部位。因此，能够提高热交换器1B的热回收效率。
需要说明的是，本发明并不限定于前述的实施方式，能够适当进行变形、改良等。例如，在第一～第三实施方式中，使第二排气流路12的形状成为以第一排气流路11为中心线而同心地包围该第一排气流路11的线圈状，但在壳体部2不是圆筒形的情况下，第二排气流路12的形状不限于线圈状，也可以是与壳体部2的形状相应的其他螺旋形状。另外，第二排气流路12的螺旋结构是以第一排气流路11为中心的一层的线圈状，但也可以是以第一排气流路11为中心而重叠为两层、三层的螺旋形状。
另外，关于形成排气流路10的配管形状，也可以不是图示的那样的圆形，而是适当具备凹凸的结构。另外，在盖部8的内表面8s上形成的槽8g不限定于图示的形态，例如可以根据盖部8的结构等进行适当变更。
另外，在上述实施方式中，对利用了内燃机的排气的热交换器进行了说明，但本发明中的利用热源并不限定于内燃机，也可以利用外燃机等各种热源。

Claims (7)

1.一种热交换器，其具备：
有底状的壳体部，其收容流体；以及
排气流路，其设置于所述壳体部内，
所述热交换器中，从在所述排气流路中流动的排气向所述流体传热，
所述热交换器的特征在于，
所述排气流路具有通过所述壳体部内的第一排气流路和在所述壳体部内的收容有所述流体的空间中在所述第一排气流路的周围回旋的螺旋状的第二排气流路，
所述第一排气流路与所述第二排气流路串联连接。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，
所述第二排气流路由一条流路构成。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，
所述第一排气流路包括：
催化剂收容室，其收容对所述排气的成分进行处理的催化剂；以及
有底状的内筒，其包围所述催化剂收容室，且在所述催化剂收容室的周围形成所述排气的流路。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其中，
所述内筒的底面由在所述壳体部的底部形成的凸部以一点支承。
5.根据权利要求3或4所述的热交换器，其中，
在所述内筒的外周面形成有凹凸部，该凹凸部仿形于所述第二排气流路的面向所述内筒的凹凸形状。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热交换器，其中，
在所述壳体部的与底部相反的一侧设有盖部，该盖部形成从所述第一排气流路连通到所述第二排气流路的空间，
在所述盖部的内表面形成有指向所述第二排气流路的流入口的槽。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的热交换器，其中，
所述第一排气流路与所述第二排气流路直接连接。
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