JP2001183076A - 熱交換器の構造 - Google Patents

熱交換器の構造

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JP2001183076A
JP2001183076A JP36709999A JP36709999A JP2001183076A JP 2001183076 A JP2001183076 A JP 2001183076A JP 36709999 A JP36709999 A JP 36709999A JP 36709999 A JP36709999 A JP 36709999A JP 2001183076 A JP2001183076 A JP 2001183076A
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heat exchanger
gas
fluid passage
exhaust gas
heat
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JP36709999A
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Hideo Kawamura
英男 河村
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/42—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この熱交換器の構造は，金属製材料からコン
パクトに作製され，熱伝導率が良好で熱交換効率を向上
させ，硫黄分を含まないガス燃料を使用するエンジンか
ら排出される排気ガスから熱エネルギを回収するのに適
している。 【解決手段】 熱交換器４は，ケーシング３５内に配置
されたガス通路部材４４及びガス通路部材４４を貫通し
て配置された流体通路部材４３を有する。ガス通路部材
４４は，熱伝達部４０，４１を構成する金属製基板３９
とガス通路３６を構成する金属製多孔セグメント部材４
２から構成されている。流体通路部材４３は，基板３９
の熱伝達部４１に密接した隔壁パイプ３８と隔壁パイプ
３８内で流体通路３７を形成するように折り曲げられた
長手方向に延びる蛇腹部材５１とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，例えば，硫黄成
分を含んでいない天然ガス等を燃料とするガスエンジン
から排出される排気ガスから排気ガス熱エネルギを回収
するため排気管に設けられた熱交換器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，ターボチャージャを備えた遮熱型
エンジンは，排気系の一段目にタービンとコンプレッサ
を備えたターボチャージャを設置し，該ターボチャージ
ャの後流に発電機を持つタービンから成るエネルギー回
収装置を設置している。該遮熱型エンジンでは，燃焼室
が遮熱構造に構成され，燃焼室から排出される排気ガス
の熱エネルギがターボチャージャやエネルギ回収装置に
よって電力として回収されたり，ターボチャージャのコ
ンプレッサの駆動によって過給することによって回収さ
れている。
【０００３】また，コージェネレーションシステムは，
動力を発電機で電気エネルギとして取り出し，排気ガス
が有する熱エネルギを電力や排気通路に設けた熱交換器
で水を加熱して温水にして給湯用として利用している
（例えば，特開平６−３３７０７号公報参照）。また，
ターボチャージャを通過した排気ガスから熱エネルギを
回収するため，ターボチャージャの後流に熱交換器を設
けたランキンサイクルによって排気ガス熱エネルギを回
収することが知られている（例えば，特開平１１−６６
０２号公報）。
【０００４】上記のようなコージェネレーションシステ
ムは，排気ガスエネルギで蒸気を発生させ，該蒸気エネ
ルギを電気エネルギとして回収して熱効率を向上させた
ものであり，遮熱型ガスエンジンの排気ガスエネルギに
よってターボチャージャを駆動し，該ターボチャージャ
からの排気ガスエネルギで発電機を備えたエネルギ回収
装置を駆動する。又は，ターボチャージャからの排気ガ
スの熱エネルギを熱交換器で蒸気に変換し，該蒸気によ
って蒸気タービンを駆動して電気エネルギとして回収
し，第２熱交換器によって蒸気タービンからの高温の蒸
気で温水を発生させ，該温水を給湯用に利用するように
構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで，排気ガス等
からの熱エネルギを吸収して水を水蒸気に変換し，水蒸
気から動力を回収する方法は，エンジンの熱効率を向上
させる効果がある。通常，排気ガスの温度は，６００℃
〜７５０℃と高温であり，排気ガス中にはＳＯX等の金
属材料を酸化させ易い物質が含まれているので，耐腐食
性に十分に注意を払う必要がある。ところが，天然ガス
等のガス燃料を燃料とするガスエンジンでは，天然ガス
等のガス燃料に硫黄成分が含まれていないので，ＳＯX
成分が発生しない。従って，ガスエンジンから排出され
る排気ガスから熱エネルギを回収する熱交換器等のエネ
ルギ回収装置を構成する場合に，ＳＯX 等の硫黄成分に
よる金属材料の腐食の問題を考慮する必要がなくなり，
熱交換器等のエネルギ回収装置を金属材料によって作製
できることになると考えられる。
【０００６】また，天然ガス等を燃料とするエンジンに
よって発電電力を高効率で得ようとする時，幾つかのシ
ステムを組み合わせることが有効である。天然ガスは燃
焼し難いので，燃焼室を遮熱構造に構成して燃焼を良好
にし，燃焼室から排出される排気ガスが接触する部分を
セラミックス等の材料を用いて遮熱構造に構成すること
が好ましい。そこで，上記のような遮熱形エンジンで
は，燃焼室を遮熱構造に構成し，ターボチャージャを配
置し，燃焼室から排出される排気ガスの圧力を有効に回
収することが考えられる。更に，燃焼室から排出される
排気ガスの圧力に関係なく，熱交換器によって熱エネル
ギを回収することが考えられる。しかしながら，排気ガ
スは気体であり，気体からの熱エネルギの回収は気体が
接触する表面積を大きく構成する必要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
のことを考慮し，硫黄成分を含んでいない天然ガス等を
燃料とするガスエンジンに適用して好ましく，燃焼室か
ら排出される排気ガスの熱エネルギを回収するため，例
えば，ターボチャージャの後流の排気管に設け，主材料
を高熱伝導率の金属材料で構成し，高熱交換効率を達成
して熱効率を向上させると共に耐熱性と強度をアップし
た熱交換器の構造を提供する。
【０００８】この発明は，排気管に組み込まれるケーシ
ング，前記ケーシング内に形成された高温の排気ガスが
流れるガス通路を形成するガス通路部材，及び前記ガス
通路部材を貫通して配置された低温流体が流れる流体通
路を形成する流体通路部材を有し，前記ガス通路部材は
前記流体通路部材への熱伝達部を構成する金属製基板と
該基板に固着された前記ガス通路を構成する金属製多孔
セグメント部材とから構成され，前記流体通路部材は前
記基板の前記熱伝達部に密接した隔壁パイプと該隔壁パ
イプ内で前記流体通路を形成するように折り曲げられた
長手方向に延びる蛇腹部材とから構成されていることか
ら成る熱交換器の構造に関する。
【０００９】前記金属製基板の前記熱伝達部は，周方向
に隔置して放射方向に延びる放射方向熱伝達部と，前記
隔壁パイプに接触して前記放射方向熱伝達部と一体構造
で内周方向に延びる円弧部から構成されている。
【００１０】前記金属製多孔セグメント部材は，隣接す
る前記放射方向熱伝達部の間に対向状態に対になってそ
れぞれ配置されている。
【００１１】前記流体通路部材の前記蛇腹部材は，周方
向に隔置して蛇腹状に折り曲げられて長手方向に延びて
いる。
【００１２】前記ガス通路部材は，平板容器内に前記多
孔セグメント部材を所定の間隔に配列すると共に前記平
板容器内に前記基板の厚みに相当する量の金属溶融材を
流し込んで冷却することによって，前記基板に前記多孔
セグメント部材を一体構造に固着して作製されている。
【００１３】前記ケーシングの内面と前記ガス通路部材
の外周面との間には遮熱材が介在している。
【００１４】前記基板はＣｕやＣｕ系合金の高熱伝導率
の金属材で作製されている。また，前記多孔セグメント
部材はＮｉ系金属又はＳＵＳ等の高熱伝導率の金属材又
は金属線材から多孔構造に作製されている。
【００１５】また，前記隔壁パイプ及び前記蛇腹部材
は，Ｃｕ系金属又はＳＵＳ等の高熱伝導率の金属材によ
って作製されている。前記蛇腹部材は，放射方向に延び
る流体通路部，該流体通路部の外側部が前記隔壁パイプ
の内周面に接触するように曲げられた外側接触円弧部，
及び前記流体通路部の内側部が折り曲げられた折返し部
から構成されている。
【００１６】前記蛇腹部材の前記折返し部の内側には中
央の流体通路が形成されている。
【００１７】この熱交換器は，硫黄成分を含まない天然
ガスを燃料とするガスエンジンからの前記排気ガスを排
出する前記排気管に組み込んで前記排気ガスの熱エネル
ギを回収することに適用される。
【００１８】この熱交換器の構造は，燃焼室からの排気
ガスを流す排気管に設けられたターボチャージャ，及び
前記ターボチャージャのタービンの後流に設けられた第
１熱交換器から成るエネルギ回収装置を備えたエンジン
における前記第１熱交換器として適用される。
【００１９】更に，この熱交換器が組み込まれた前記エ
ネルギ回収装置は，前記第１熱交換器を通過した前記排
気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記燃焼室に送り込む
ため前記排気管に設けられたＥＧＲ制御弁，前記ターボ
チャージャのコンプレッサから送り出される高温圧縮ガ
スを水と空気で冷却する第２熱交換器，前記第１熱交換
器によって排気ガスエネルギによって発生した蒸気を前
記タービンに送り込むため前記タービンの上流側に設け
られた合流制御弁，前記第２熱交換器に前記水を供給す
ると共に前記第２熱交換器で加熱された熱水を前記第１
熱交換器に加圧供給する水ポンプ，及び前記第１熱交換
器の熱水導入部に設けられた噴射ノズルを備えている。
【００２０】この熱交換器の構造は，上記のように，排
気ガスが通過するガス通路部材を金属材料で作製したの
で，熱交換器自体をコンパクトで軽量に構成できると共
に，簡単に作製でき，高熱交換効率を達成し，排気ガス
が有する熱エネルギを十分に吸収でき，エンジン性能を
向上させることができる。また，ガス通路部材を金属製
基板と金属製多孔セグメント部材とから容易に成形加工
によって作製できると共に，金属製基板を放射状に延び
る長手方向平板部と内部側の流体通路部材に接する長手
方向円弧部から成る熱通路形状に構成でき，内部の流体
通路部材への熱伝導を良好にできる構造に容易に構成で
きる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による熱交換器の構造の実施例を説明する。図１はこの
発明による熱交換器の構造の一実施例を示す断面図，図
２は図１の熱交換器のＡ−Ａ断面の断面図，図３は図１
の熱交換器におけるガス通路部材の製造工程を示す説明
図，及び図４は図１の熱交換器を組み込んだガスエンジ
ンの概略説明図である。
【００２２】この発明による熱交換器４は，硫黄成分が
少ない天然ガス等のガス燃料を燃料とするガスエンジン
から排出される排気ガスが有する熱エネルギによって水
を加熱して水蒸気を発生させるのに適しており，図４に
示すように，例えば，発生した水蒸気をタービン２０に
送り込んで駆動力をアップさせたり，或いは，発生した
蒸気によってエネルギ回収装置における蒸気タービン
（図示せず）を駆動し，該蒸気タービンに設けた発電機
を駆動するのに利用される。
【００２３】熱交換器４は，主として，排気管１３，１
４に組み込まれたケーシング３５，ケーシング３５内に
形成された高温排気ガスが流れるガス通路３６を形成す
るガス通路部材４４，及びガス通路部材４４を貫通して
配置された水，蒸気等の低温流体が流れる流体通路３７
を形成する蛇腹状の流体通路部材４３を有している。ガ
ス通路部材４４は，流体通路部材４３への熱伝達部４
０，４１を形成する金属製基板３９と，基板３９に固着
されたガス通路３６を構成する金属製多孔セグメント部
材４２とから構成されている。また，流体通路部材４３
は，基板３９の熱伝達部４１に密接した隔壁パイプ３８
と，隔壁パイプ３８内で流体通路３７を形成するように
折り曲げられた長手方向に延びる蛇腹部材５１とから構
成されている。
【００２４】金属製基板３９の熱伝達部４０，４１は，
周方向に隔置して放射方向に延びる放射方向熱伝達部４
０，隔壁パイプ３８に接触して放射方向熱伝達部４０と
一体構造で内周方向に延びる円弧部４１及び放射方向熱
伝達部４０が隣接するように折り曲げられた折返し部４
８から構成されている。また，金属製多孔セグメント部
材４２は，隣接する放射方向熱伝達部４０の間に対向状
態に対になってそれぞれ配置されている。更に，流体通
路部材４３の蛇腹部材５１は，周方向に隔置して蛇腹状
に折り曲げられて長手方向に延びている。また，ケーシ
ング３５の内面とガス通路部材４４の外周面との間に
は，排気ガスからの熱エネルギが外部に放散しないよう
に，遮熱材４９が介在されている。
【００２５】ガス通路部材４４を作製するには，まず，
図３に示すように，成形用の平板容器５２内に多孔セグ
メント部材４２を所定の間隔に配列すると共に，平板容
器５２内に基板３９の厚みに相当する量の金属溶融材を
流し込んで冷却することによって，基板３９に多孔セグ
メント部材４２を一体構造に固着する。次いで，金属製
基板３９は，隣接する放射方向熱伝達部４０が互いに接
触するように折り曲げると共に，円弧部４１が内周側に
なるように折り曲げ，更に折返し部４８で放射方向熱伝
達部４０が隣接するように折り曲げて，端部を接続部５
４で結合することによって成形加工される。
【００２６】熱交換器４では，基板３９は，ＣｕやＣｕ
系合金の高熱伝導率の金属材で作製されている。また，
多孔セグメント部材４２は，Ｎｉ系金属又はＳＵＳ等の
高熱伝導率の金属材又は金属線材から多孔構造に作製さ
れている。更に，隔壁パイプ３８及び蛇腹部材５１は，
Ｃｕ系金属又はＳＵＳ等の高熱伝導率の金属材によって
作製されている。熱交換器４は，上記のように，金属材
料で作製されているが，ガスエンジン等から排出される
排気ガスには硫黄成分が含まれていないので，腐食が発
生する恐れがなく，高熱伝導率の構造に構成することが
できる。
【００２７】蛇腹部材５１は，放射方向に延びる流体通
路部４５，流体通路部４５の外側部が隔壁パイプ３８の
内周面に接触するように曲げられた外側接触円弧部４
６，及び流体通路部４５の内側部が折り曲げられた折返
し部４７から構成されている。また，蛇腹部材５１の折
返し部４７の内側には，中央の流体通路５３が形成され
ている。
【００２８】次に，熱交換器４は，図４に示すように，
エネルギ回収装置を備えたガスエンジン１に適用して好
ましいものである。ガスエンジン１は，例えば，吸入行
程，圧縮行程，膨張行程及び排気行程の４つの行程を順
次繰り返すことによって作動されるものであり，定置式
のコージェネレーションシステムにおける負荷変動が小
さいエンジンに適用することが好ましいものである。ガ
スエンジン１は，天然ガス等のガス燃料を燃料とし，例
えば，コージェネレーションシステムや自動車用エンジ
ンに適用できるものである。ガスエンジン１は，多気筒
エンジンに構成され，各燃焼室２からの排気ガスを排出
するため排気マニホルド３１と，吸気通路２５を通じて
燃焼室２へ吸気を供給するため吸気マニホルド２７とを
備えている。吸気通路２５からの吸入空気とＥＧＲガス
とは吸気マニホルド２７を通じて各気筒の燃焼室２へ供
給され，また，各燃焼室２からの排気ガスは排気マニホ
ルド３１によって集合して排気管１２へ排出される。燃
焼室２は，セラミック部材，遮熱層等によって遮熱構造
に構成されている。
【００２９】ガスエンジン１は，燃焼室２から排出され
た排気ガスを流す排気系に設けられたエネルギ回収装置
で発生した蒸気をターボチャージャ３のタービン２０へ
供給してタービン２０の駆動力をアップし，更に発電・
電動機２２とコンプレッサ２１を駆動して排気ガスエネ
ルギを回収するエネルギ回収装置を有すると共に，排気
ガスの一部をＥＧＲガスとして燃焼室２に再循環させる
ＥＧＲ装置に設けた水分離装置を有する。
【００３０】ガスエンジン１は，燃焼室２から排出され
る排気ガスを流す排気管１２に設けられたターボチャー
ジャ３，ターボチャージャ３の後流の排気管１３に設け
られた熱交換器４（第１熱交換器），及び熱交換器４を
通過した排気ガスの一部をＥＧＲガスとして燃焼室２に
送り込むため熱交換器４の後流の排気管１４に設けられ
たＥＧＲ制御弁７を有する。ターボチャージャ３は，排
気ガスで駆動されるタービン２０，タービン２０を連結
したシャフト２３に取り付けられたコンプレッサ２１及
びタービン２０とコンプレッサ２１との間でシャフト２
３に設けられた発電・電動機２２から構成されている。
発電・電動機２２は，タービン２０の回転力を電力とし
て取り出して排気ガスエネルギを電気エネルギとして回
収することができる。
【００３１】ガスエンジン１では，ＥＧＲ制御弁７から
の排気ガスをターボチャージャ３のコンプレッサ２１に
送り込むため，ＥＧＲ制御弁７から延びるＥＧＲガス通
路１６がコンプレッサ２１へ吸入空気を供給する吸気通
路１７に連結され，ＥＧＲガス通路１６と吸気通路１７
との合流部に水分離装置８が設けられている。吸入空気
は，エアクリーナ２８を通じて水分離装置８へ供給さ
れ，水分離装置８でＥＧＲガスと混合され，水分が除去
されたガスを吸気として燃焼室２へ供給され，水分はド
レン管３３から外部へ排水されるようになる。更に，コ
ンプレッサ２１から送り出される吸気は，熱交換器５
（第２熱交換器）で冷却され，次いで吸気に含まれる水
分を分離する水分離装置１１を通って吸気マニホルド２
７からそれぞれの燃焼室２へ供給される。水分離装置１
１で分離された水分はドレン管３４から外部へ排水され
る。
【００３２】水ポンプ９によって送り込まれる水道，水
タンク等の水は，水通路２６から熱交換器５を通過し，
コンプレッサ２１から送り出されるＥＧＲガスと吸入空
気から成る吸気の熱エネルギによって加熱されて熱水と
なり，次いで，熱湯が噴射ノズル５０によって熱交換器
４に噴霧して送り込まれる。一方，コンプレッサ２１か
ら熱交換器５に送り込まれた空気とＥＧＲガスとからな
る吸気は，水ポンプ９からの水で冷却され，それによっ
て飽和水蒸気圧が低下し，若干の水分が発生するので，
その水分が水分離装置１１で分離され，冷却され且つ水
分が分離された吸気が燃焼室２へ供給され，水分はドレ
ン管３４から外部へ排水される。
【００３３】また，ガスエンジン１は，ＥＧＲ装置を備
えている。ＥＧＲ装置は，熱交換器４の後流の排気管１
４に設けられたＥＧＲ制御弁７によってガスエンジン１
の作動状態に応じて排気ガス流量が制御されるように構
成されている。ガスエンジン１には，エンジン負荷を検
出する負荷センサ２９，エンジン回転数を検出する回転
センサ３０及び排気ガス温度を検出する温度センサ３２
が設けられている。コントローラ１０は，負荷センサ２
９，回転センサ３０及び温度センサ３２からの検出信
号，即ち，エンジンの作動状態に応じてＥＧＲ制御弁７
によって排気ガス流量即ちＥＧＲガス流量が制御される
と共に，水ポンプ９及び合流制御弁６によって熱交換器
４，５へ供給する水流量及びタービン２０へ供給する蒸
気量が制御され，最適なエネルギ回収システムを構成す
ることができる。ＥＧＲ制御弁７からＥＧＲガス通路１
６に送り込まれた排気ガスは，水分離装置８によって水
分が分離されると共に，エアクリーナ２８から取り入れ
られた吸入空気と混合されてドライなＥＧＲガスと空気
とから成る吸気を生成する。
【００３４】熱交換器５から水通路２４を通じて熱交換
器４へ送り込まれた熱水は，熱交換器４の熱水導入口に
設けた噴射ノズル５０によって熱交換器４へ噴霧され，
噴霧された熱水は蒸気熱交換器４において排気ガスの熱
エネルギで加熱されて高温蒸気に変換される。熱交換器
４で生成された高温蒸気は，蒸気通路１９を通って合流
制御弁６によって蒸気流量が制御されて排気管１２へ送
り込まれる。排気管１２へ送り込まれた高温蒸気は，排
気ガスと混合され，ターボチャージャ３のタービン２０
に働き，タービン２０の駆動力をアップする。言い換え
れば，熱交換器５で加熱された水は，次いで熱交換器４
で加熱されて高温蒸気となり，その蒸気エネルギは，タ
ービン２０に与えられ，タービン２０の駆動力をアップ
させるエネルギ回収装置を構成している。また，コント
ローラ１０は，発電・電動機２２の発電機運転によって
発電した電力を補機で消費したり，或いはバッテリに蓄
電する制御を行う。コントローラ１０は，場合によって
は，発電・電動機２２を電動機運転し，バッテリに蓄電
した電力を使用してコンプレッサ２１による過給等を行
う制御をする。
【００３５】熱交換器５は，それらの構造の詳細に示し
ていないが，例えば，内部に多孔質セラミック部材等の
熱接触面積を増大させる構造を有している。また，発電
・電動機２２で発電された電力は，バッテリに蓄電され
たり，補機を駆動するのに消費される。ガスエンジン１
では，熱交換器４，５で加熱された水は，高温蒸気に変
換され，タービン２０を駆動し，排気ガス中に含まれた
状態で排気管１５から排出されると共に，水分離装置
８，１１で蒸気や吸気から分離されてドレン管３３，３
４から外部に排出される。
【００３６】
【発明の効果】この発明による熱交換器の構造は，上記
のように構成したので，天然ガス等を燃料とするガスエ
ンジンから排出される排気ガスから熱エネルギを回収す
る場合に，排気ガスには硫黄成分を含んでいないので，
金属材で作製したとしても硫黄成分で腐食する恐れがな
く，十分な耐久性を維持できると共に，高熱伝導率の構
造に構成することができる。また，排気ガスが流れるガ
ス通路部材は，金属製基板と該金属製基板に固着された
金属製多孔セグメント部材から極めて容易に作製でき，
コンパクトで軽量に，しかも容易に成形加工して構成で
き，特に，金属材で作製されているので，熱伝導率が良
好であり，流体通路を流れる熱水が気化熱を有する高温
蒸気に容易に且つ迅速に生成される。この熱交換器は，
ターボチャージャの後流に配置することによって，ター
ボチャージャのタービンから排出された排気ガスによっ
て高温蒸気を発生させることができ，該高温蒸気をター
ボチャージャのタービンに送り込んで，タービンの駆動
力をアップさせることができ，ターボチャージャに設け
た発電機で電気エネルギとして排気ガスエネルギを効率
的に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による熱交換器の構造の一実施例を示
す断面図である。
【図２】図１の熱交換器のＡ−Ａ断面の断面図である。
【図３】図１の熱交換器におけるガス通路部材の製造工
程を示す説明図である。
【図４】図１の熱交換器を組み込んだガスエンジンの概
略説明図である。
【符号の説明】
１ ガスエンジン ２ 燃焼室 ３ ターボチャージャ ４ 熱交換器（第１熱交換器） ５ 熱交換器（第２熱交換器） ６ 合流制御弁 ７ ＥＧＲ制御弁 ９ 水ポンプ １０ コントローラ １２，１３，１４，１５ 排気管 １６ ＥＧＲガス通路 １７，１８，２５ 吸気通路 １９ 蒸気通路 ２０ タービン ２１ コンプレッサ ２２ 発電・電動機 ２４ 水通路 ３５ ケーシング ３６ ガス通路 ３７，５３ 流体通路 ３８ 隔壁パイプ ３９ 金属製基板 ４０ 放射方向熱伝達部 ４１ 円弧部 ４２ 金属製多孔セグメント部材 ４３ 流体通路部材 ４４ ガス通路部材 ４５ 放射方向流体通路部 ４６ 外側接触円弧部 ４７ 内側折返し部 ４８ 外側折返し部 ４９ 外周遮熱材 ５０ 噴射ノズル ５１ 蛇腹部材 ５２ 平板容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｃ 43/00 43/00 Ａ Ｆ０２Ｇ 5/02 Ｆ０２Ｇ 5/02 Ａ 5/04 5/04 Ｈ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｃ ５８０ ５８０Ｅ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気管に組み込まれるケーシング，前記
    ケーシング内に形成された高温の排気ガスが流れるガス
    通路を形成するガス通路部材，及び前記ガス通路部材を
    貫通して配置された低温流体が流れる流体通路を形成す
    る流体通路部材を有し，前記ガス通路部材は前記流体通
    路部材への熱伝達部を構成する金属製基板と該基板に固
    着された前記ガス通路を構成する金属製多孔セグメント
    部材とから構成され，前記流体通路部材は前記基板の前
    記熱伝達部に密接した隔壁パイプと該隔壁パイプ内で前
    記流体通路を形成するように折り曲げられた長手方向に
    延びる蛇腹部材とから構成されていることから成る熱交
    換器の構造。
  2. 【請求項２】 前記金属製基板の前記熱伝達部は，周方
    向に隔置して放射方向に延びる放射方向熱伝達部と，前
    記隔壁パイプに接触して前記放射方向熱伝達部と一体構
    造で内周方向に延びる円弧部から構成されていることか
    ら成る請求項１に記載の熱交換器の構造。
  3. 【請求項３】 前記金属製多孔セグメント部材は，隣接
    する前記放射方向熱伝達部の間に対向状態に対になって
    それぞれ配置されていることから成る請求項１に記載の
    熱交換器の構造。
  4. 【請求項４】 前記流体通路部材の前記蛇腹部材は，周
    方向に隔置して蛇腹状に折り曲げられて長手方向に延び
    ていることから成る請求項１に記載の熱交換器の構造。
  5. 【請求項５】 前記ガス通路部材は，平板容器内に前記
    多孔セグメント部材を所定の間隔に配列すると共に前記
    平板容器内に前記基板の厚みに相当する量の金属溶融材
    を流し込んで冷却することによって，前記基板に前記多
    孔セグメント部材を一体構造に固着して作製されている
    ことから成る請求項１に記載の熱交換器の構造。
  6. 【請求項６】 前記ケーシングの内面と前記ガス通路部
    材の外周面との間には遮熱材が介在していることから成
    る請求項１に記載の熱交換器の構造。
  7. 【請求項７】 前記基板はＣｕやＣｕ系合金の高熱伝導
    率の金属材で作製されていることから成る請求項１に記
    載の熱交換器の構造。
  8. 【請求項８】 前記多孔セグメント部材はＮｉ系金属又
    はＳＵＳ等の高熱伝導率の金属材又は金属線材から多孔
    構造に作製されていることから成る請求項１に記載の熱
    交換器の構造。
  9. 【請求項９】 前記隔壁パイプ及び前記蛇腹部材は，Ｃ
    ｕ系金属又はＳＵＳ等の高熱伝導率の金属材によって作
    製されていることから成る請求項１に記載の熱交換器の
    構造。
  10. 【請求項１０】 前記蛇腹部材は，放射方向に延びる流
    体通路部，該流体通路部の外側部が前記隔壁パイプの内
    周面に接触するように曲げられた外側接触円弧部，及び
    前記流体通路部の内側部が折り曲げられた折返し部から
    構成されていることから成る請求項１に記載の熱交換器
    の構造。
  11. 【請求項１１】 前記蛇腹部材の前記折返し部の内側に
    は中央の流体通路が形成されていることから成る請求項
    ９に記載の熱交換器の構造。
  12. 【請求項１２】 硫黄成分を含まない天然ガスを燃料と
    するガスエンジンからの前記排気ガスを排出する前記排
    気管に組み込んで前記排気ガスの熱エネルギを回収する
    ことに適用されることから成る請求項１に記載の熱交換
    器の構造。
  13. 【請求項１３】 燃焼室からの排気ガスを流す排気管に
    設けられたターボチャージャ，及び前記ターボチャージ
    ャのタービンの後流に設けられた第１熱交換器から成る
    エネルギ回収装置を備えたエンジンにおける前記第１熱
    交換器として適用されることから成る請求項１に記載の
    熱交換器の構造。
  14. 【請求項１４】 前記エネルギ回収装置は，前記第１熱
    交換器を通過した前記排気ガスの一部をＥＧＲガスとし
    て前記燃焼室に送り込むため前記排気管に設けられたＥ
    ＧＲ制御弁，前記ターボチャージャのコンプレッサから
    送り出される高温圧縮ガスを水と空気で冷却する第２熱
    交換器，前記第１熱交換器によって排気ガスエネルギに
    よって発生した蒸気を前記タービンに送り込むため前記
    タービンの上流側に設けられた合流制御弁，前記第２熱
    交換器に前記水を供給すると共に前記第２熱交換器で加
    熱された熱水を前記第１熱交換器に加圧供給する水ポン
    プ，及び前記第１熱交換器の熱水導入部に設けられた噴
    射ノズルを備えていることから成る請求項１２に記載の
    熱交換器の構造。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003038250A1 (fr) * 2001-11-02 2003-05-08 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Moteur a combustion interne
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