JP2003155928A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
効率の向上を図る。 【解決手段】 内燃機関の排気ポート16Bを出た排気
ガスと水との間で熱交換を行う蒸発器11は、紙面に直
交する方向に所定間隔を存して積層した多数の伝熱板8
3と、それらの伝熱板83を貫通して両端部においてジ
グザグに接続された多数のパイプ部材90とで構成さ
れ、伝熱板83に形成した凸部を相互に当接させた仕切
り壁86によって伝熱板83間に排気ガス通路87,8
8,89が区画される。排気ポート16Bを出た排気ガ
スは、排気ガス通路87,88,89を通過する間に、
パイプ部材90を流れる水との間で熱交換を行い、排気
ガスの熱エネルギーを受け取った水は高温・高圧蒸気と
なる。
Description
体通路の内部を流れる高温流体が持つ熱エネルギーを、
熱媒通路を流れる熱媒に回収する熱交換器に関する。
を行い、排気ガスの熱で水を加熱して高温高圧の蒸気を
発生させる蒸発器が、特開2001−207910号公
報、特開2001−207839号公報により公知であ
る。
多気筒内燃機関の複数の排気ポートにそれぞれ蒸発器を
配置することで、高温の排気ガスで高い熱交換効率を得
るとともに排気干渉の発生を回避して内燃機関の出力を
確保し、かつ複数の排気通路の集合部に単一の蒸発器を
配置することで、合流後の脈動が減少して温度が均一に
なった排気ガスにより熱交換効率の向上を図るものが記
載されている。また特開2001−207839号公報
には、内燃機関の排気通路に複数の熱交換器を積層状態
で配置し、排気ガスの流速が高い上流側の熱交換器の伝
熱密度低くするとともに、排気ガスの流速が低い下流側
の熱交換器の伝熱密度高くすることで、各熱交換器の全
域に亘って均一な伝熱性能を確保するものが記載されて
いる。
熱交換器は、内部を水が流れる螺旋状あるいはジグザグ
状に形成したパイプ部材の外表面に排気ガスを接触させ
て熱交換を行う構造であるため、伝熱面積がパイプ部材
の表面積に限られてしまい、熱交換効率の向上に限界が
あった。
で、熱交換器の伝熱面積を最大限に高めて熱交換効率の
向上を図ることを目的とする。
に、請求項1に記載された発明によれば、熱源から延び
る流体通路の内部を流れる高温流体が持つ熱エネルギー
を、熱媒通路を流れる熱媒に回収する熱交換器におい
て、多数の伝熱板を相互に間隔を存して配置し、隣接す
る伝熱板間を該伝熱板と一体に形成した仕切り壁で仕切
って流体通路を構成し、伝熱板を貫通してジグザグに接
続された多数のパイプ部材で熱媒通路を構成したことを
特徴とする熱交換器が提案される。
置した多数の伝熱板間を仕切り壁で仕切って流体通路を
構成し、それらの伝熱板を貫通してジグザグに接続され
た多数のパイプ部材で熱媒通路を構成したので、多数の
伝熱板および多数のパイプ部材の広大な表面を介して排
気ガスと熱媒との間の熱交換を行うことが可能となり、
熱交換効率を大幅に高めることができる。しかも隣接す
る伝熱板間を仕切る仕切り壁が該伝熱板と一体に形成さ
れるので、簡単な構造で部品点数の増加を抑えながら任
意の形状の流体通路を構成することができる。
請求項1の構成に加えて、パイプ部材の配置密度を、流
体通路の上流側で疎にし、流体通路の下流側で密にした
ことを特徴とする熱交換器が提案される。
イプ部材の配置密度を疎にし、流体通路の下流側でパイ
プ部材の配置密度を密にしたので、高温流体の温度が高
く容積が大きいために流速が高い流体通路の上流側でパ
イプ部材による圧損を低減するとともに、高温流体の温
度が低く容積が小さいために流速が低い流体通路の下流
側で熱媒および高温流体間の熱交換効率を確保すること
ができる。
請求項1または請求項2の構成に加えて、熱源は内燃機
関の燃焼室であり、高温流体は燃焼室から排出される排
気ガスであり、伝熱板に排気ガス浄化触媒を担持したこ
とを特徴とする熱交換器が提案される。
触媒を担持したので、内燃機関の燃焼室から排出される
排気ガスが伝熱板を介して熱媒との間で熱交換を行う際
に、その排気ガスを排気ガス浄化触媒で浄化することが
できる。しかも排気ガス浄化触媒を担持する伝熱板は表
面積が大きいため、排気ガス浄化効率を高めることがで
きる。
対応し、実施例の第1〜第3排気ガス通路87,88,
89は本発明の流体通路に対応し、実施例の水通路W3
は本発明の熱媒通路に対応する。
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
ので、図1はランキンサイクル装置の全体構成を示す
図、図2は内燃機関のシリンダヘッドまわりの縦断面
図、図3は図2の3部拡大図、図4は図2の4−4線矢
視図、図5は図4の5−5線断面図、図6は図4の6−
6線断面図、図7は独立排気ポートの一部破断斜視図、
図8は図7の8方向矢視図、図9は図8の9方向矢視
図、図10は図8の10方向矢視図、図11は集合排気
ポートにおける水の流れ方向を示す模式図、図12は図
2の要部拡大断面図、図13は図12の13−13線矢
視図、図14は図12の14方向矢視図、図15は図1
2の15−15線断面図、図16は図15の16部拡大
図、図17は図14の17−17線断面図、図18は図
14の18−18線断面図、図19は図14の19−1
9線断面図、図20は図12の20−20線断面図、図
21は図12の21−21線断面図、図22は主蒸発器
における水の流れ方向を示す図、図23は主蒸発器にお
ける排気ガスの流れ方向を示す図である。
クル装置の全体構成が示される。
収して機械エネルギーに変換するランキンサイクル装置
は、内燃機関Eが排出する排気ガスで水を加熱して高温
・高圧蒸気を発生させる主蒸発器11と、主蒸発器11
で発生した高温・高圧蒸気により作動して機械エネルギ
ーを発生する膨張機12と、膨張機12で仕事を終えた
降温・降圧蒸気を冷却して水に戻す凝縮器13と、凝縮
器13を出た水を貯留するリザーブタンク14と、リザ
ーブタンク14に貯留した水を加圧する供給ポンプ15
とを備える。供給ポンプ15を出た水の一部は内燃機関
Eの排気ポート16の下流に設けた主蒸発器11に供給
され、そこで高温・高圧蒸気になって膨張機12に供給
され、また前記供給ポンプ15を出た水の残部は排気ポ
ート16の外周部に設けた副蒸発器17を通過して加熱
された後、主蒸発器11の内部の所定位置に合流する。
を出た排気ガスとの間で熱交換を行って蒸気を発生させ
るものであるが、副蒸発器17は、排気ポート16を流
れる排気ガスとの間で熱交換を行うだけでなく、高温の
排気ガスに接触する排気ポート16自体との間で熱交換
を行い、蒸気を発生させると同時に排気ポート16の冷
却を行うようになっている。
Eのシリンダブロック19にはシリンダヘッド20およ
びヘッドカバー21が結合されており、シリンダブロッ
ク19に収納した4個のシリンダスリーブ22に摺動自
在に嵌合する4個のピストン23の上面とシリンダヘッ
ド20の下面との間に4個の燃焼室24が形成される。
シリンダヘッド20には各々の燃焼室24に連なる吸気
ポート26および排気ポート16が形成されており、吸
気ポート26の下流端の吸気バルブシート27は吸気バ
ルブ28の傘部28aで開閉され、排気ポート16の上
流端の排気バルブシート29は排気バルブ30の傘部3
0aで開閉される。吸気ポート26はシリンダヘッド2
0に直接形成されるが、排気ポート16は4個の独立排
気ポート16Aと1個の集合排気ポート16Bとから構
成され、それぞれシリンダヘッド20と別部材で構成さ
れてシリンダヘッド20に嵌め込まれる。
フト31と、吸気ロッカーアームシャフト32と、排気
ロッカーアームシャフト33とが支持される。吸気ロッ
カーアームシャフト32に揺動自在に支持された吸気ロ
ッカーアーム34は、その一端がカムシャフト31に設
けた吸気カム35に当接するとともに、その他端がシリ
ンダヘッド20に設けた吸気バルブガイド36に摺動自
在に支持されてバルブスプリング37で上方に付勢され
た吸気バルブ28のステム28bに当接する。また排気
ロッカーアームシャフト33に揺動自在に支持された排
気ロッカーアーム38は、その一端がカムシャフト31
に設けた排気カム39に当接するとともに、その他端が
シリンダヘッド20に設けた排気バルブガイド40に摺
動自在に支持されてバルブスプリング41で上方に付勢
された排気バルブ30のステム30bの上端に当接す
る。
流側に位置する4個の独立排気ポート16Aと、その下
流に連なる1個の集合排気ポート16Bとから構成され
ており、集合排気ポート16Bの内部に主蒸発器11の
上流側端部が嵌合する。そして副蒸発器17は独立排気
ポート16Aと、その下流に連なる集合排気ポート16
Bとに跨がって設けられる。
ポート16Aの構造を詳細に説明する。
51と、第1カバー部材52と、第2ポート部材53
と、第2カバー部材54とから構成される。第1ポート
部材51および第1カバー部材52は燃焼室24に連な
る独立排気ポート16Aの上流部分55を構成するもの
で、内側の第1ポート部材51を外側の第1カバー部材
52で覆った構造を有しており、第1ポート部材51の
外面に形成した溝と第1カバー部材52の内面との間に
迷路状の水通路W2が形成される。第1ポート部材51
および第1カバー部材52の下面は、シリンダヘッド2
0に形成された排気バルブシート29の上面にシール部
材56を介して当接する。また第1ポート部材51の上
壁には排気バルブ30のステム30bが貫通する開口5
1aが形成されるとともに、第1カバー部材52の上壁
に形成した開口52aには排気バルブガイド40の下端
がシール部材57を介して嵌合する。
54は集合排気ポート16Bに連なる独立排気ポート1
6Aの下流部分58を構成するもので、内側の第2ポー
ト部材53を外側の第2カバー部材54で覆った構造を
有しており、第2ポート部材53の外面に形成した溝と
第2カバー部材54の内面との間に迷路状の水通路W2
が形成される。第2カバー部材54の端部は第1カバー
部材52の側面に形成した開口52bに嵌合しており、
これにより第1ポート部材51および第2ポート部材5
3が滑らかに接続されて湾曲した排気ガスの通路が区画
される。第2ポート部材53および第2カバー部材54
により区画された水通路W2は、その下側に水入口59
を備えるとともに、その上側に水出口60を備える。
ート16Aの水通路W2の形状を説明する。
面P1に関して左右対称に構成されており、水入口59
の直後において対称面P1を挟むように2系統に分岐し
た水通路W2は、水出口60の直前において再び合流す
る。更に詳しく説明すると、水通路W2は水入口59か
ら下流部分58の下面に沿って直線状に延び(a部参
照)、そこから上流部分55に移行して排気バルブ30
の傘部30aの周囲の半周するように円弧状に延び(b
部参照)、そこから排気バルブ30のステム30bに沿
って排気バルブガイド40の下端近傍まで直線状の上方
に延び(c部参照)、そこからジグザグに屈曲しながら
排気バルブ30の傘部30aに向かって延び(d部参
照)、そこから再度下流部分58に移行してジグザグに
屈曲しながら水出口60に向かって延びている(e部参
照)。
ート16Bの構造を詳細に説明する。
成されたフランジ61を備えており主蒸発器11のフラ
ンジ11aを貫通する複数本のボルト62…をシリンダ
ヘッド20に締結することで主蒸発器11および集合排
気ポート16Bがシリンダヘッド20に共締めされる
(図2参照)。集合排気ポート16Bのフランジ61に
板材をプレス加工した第3ポート部材63の下流端が溶
接されており、その上流端に形成した4個の開口63a
…が4個の独立排気ポート16Aの出口に連通する。板
材をプレス加工した第4ポート部材64の下流端が第3
ポート部材63の内面に溶接されており、その上流端は
第3ポート部材63の4個の開口63a…に重ね合わさ
れて溶接される。従って、4個の独立排気ポート16A
から出た排気ガスは集合排気ポート16Bにおいて合流
し、主蒸発器11に均等に導かれる。
3および第4ポート部材64に囲まれた空間に、パイプ
材よりなる水通路W1,W1が配置される。水通路W
1,W1は対称面P2に関して対称の構造を有している
ため、図4〜図6および図11には対称面P2の片側の
水通路W1が示される。水通路W1は対称面P2に近い
側の独立排気ポート16A(1)を通る第1の系統と、
対称面P2から遠い側の独立排気ポート16A(2)を
通る第2の系統とを有している。
入口65から始まる水通路W1は、第4ポート部材64
の内面に沿って直線状に延び(f部参照)、そこから第
3ポート部材63の内面に沿って直線状に延びる(g部
参照)。g部には継ぎ手66が設けられており、この継
ぎ手66に独立排気ポート16A(1)の水入口59が
接続される。独立排気ポート16A(1)の水出口60
が接続される継ぎ手67から延びる水通路W1は、第3
ポート部材63の内面に沿って直線状に延び(h部参
照)、そこから第3ポート部材63の内面に沿ってジグ
ザグに延び(i部参照)、そこから第3ポート部材63
の内面に沿って直線状に延び(j部参照)、そこから下
方に90°方向を変えて水出口68に連通する。水出口
68は後述する連結パイプ106を介して主蒸発器11
の中間部に連通する。
W1は、第3ポート部材63の内面に沿ってジグザグに
延び(k部参照)、そこから第4ポート部材64の内面
に沿って直線状に延び(m部参照)、そこから90°方
向を変えて直線状に延び(n部参照)、そこから更に9
0°方向を変えて第3ポート部材63の内面に沿って直
線状に延び(o部参照)、そこに設けられた継ぎ手69
を介して独立排気ポート16A(2)の水入口59に接
続される。独立排気ポート16A(2)の水出口60が
接続される継ぎ手70は水通路W1のj部に合流する。
11の構造を詳細に説明する。
1は、そのフランジ11aに固定された断面が略長方形
のケーシング81を備えており、ケーシング81の下面
に排気管82(図13参照)に連なる排気出口11bが
形成される。ケーシング81の内部には、金属薄板より
なる多数の伝熱板83…が所定ピッチで平行に配置され
る。そして全ての伝熱板83…の表面に排気ガスを浄化
するための排気ガス浄化触媒が担持される。
面対称な凹凸部を有する第1伝熱板83(1)および第
2伝熱板83(2)からなり、それらは交互に重ね合わ
される。その結果、第1伝熱板83(1)および第2伝
熱板83(2)が当接部84…,85…において相互に
接触してろう付けされ、その部分に排気ガスの流通を阻
止する仕切り壁86が形成される。
れており、その仕切り壁86によって隣接する伝熱板8
3…間に屈曲した排気ガス通路が形成される。排気ガス
通路は、副蒸発器17の下流端に連なってシリンダヘッ
ド20から遠ざかる方向に直線状に延びる第1排気ガス
通路87と、第1排気ガス通路87の下流端から180
°屈曲してシリンダヘッド20に近づく方向に直線状に
延びる第2排気ガス通路88と、第2排気ガス通路88
の下流端から180°屈曲してシリンダヘッド20から
遠ざかる方向に延び、更に90°屈曲して下方に延びる
ことで全体としてL字状をなす第3排気ガス通路89と
から構成される。第3排気ガス通路89の下流端が臨む
ケーシング81の内部に形成された排気ガス集合部81
aは、排気出口11bを介して排気管82に接続され
る。また伝熱板83の仕切り壁86の第1、第2、第3
排気ガス通路87,88,89の高温側に位置する部分
を切断して間隙86aを設け、伝熱板83の高温部から
低温部への伝熱を遮断して高温部および低温部を所望の
温度に維持することができる。
ての伝熱板83…を貫通しており、両者間で熱伝達が可
能なようにろう付けで一体化される。
すると明らかなように、主蒸発器11の下面中央には酸
素濃度センサ91が取り付けられており、その先端の検
出部91aは第1排気ガス通路87に臨んでいる。酸素
濃度センサ91が取り付けられる主蒸発器11の下面に
は、第1排気ガス通路87の下方に仕切り壁86を介し
て仕切られた酸素濃度センサ冷却部92が設けられる。
平坦な酸素濃度センサ冷却部92の上面は仕切り壁86
を介して第1排気ガス通路87に面しており、下面はケ
ーシング81を介して大気に面している。酸素濃度セン
サ冷却部92は伝熱板83…を貫通してろう付けされた
複数本のパイプ部材93…を備えている。
器11のケーシング81の長手方向両端部には、内板9
4,94および外板95,95を所定間隔を存して一体
に結合した左右のヘッダー96L,96Rがそれぞれ設
けられる。各々のヘッダー96L,96Rは、その内板
94,94が最も外側に積層された伝熱板83,83に
重ね合わされる。供給ポンプ15の下流側に連なる水入
口パイプ97が、主蒸発器11のケーシング81の後面
を貫通して左側(シリンダヘッド20に向かって)のヘ
ッダー96Lの外板95の外面に達し、そこから二股の
継ぎ手98を介して第3排気ガス通路89の下流端に位
置する2本のパイプ部材90,90に接続される。
の水通路W3,W3の始端部を構成するもので、各々の
系統のパイプ部材90…は隣接するものどうしが左右の
ヘッダー96L,96RにおいてU字状の継ぎ手99…
により順次接続されてジクザグの水通路W3,W3を構
成する。図22から明らかなように、水通路W3,W3
における水の流れ方向は、排気ガスの流れ方向である第
1排気ガス通路87→第2排気ガス通路88→第3排気
ガス通路89と対向する方向に、つまり第3排気ガス通
路89から第2排気ガス通路88を経て第1排気ガス通
路87へと延びている。つまり、排気ガスと水とは、い
わゆる対向流を構成する。
れ方向の上流の第1排気ガス通路87においてパイプ部
材90…の密度は最も疎であり、中流の第2排気ガス8
8においてパイプ部材90…の密度は中程度であり、下
流の第3排気ガス89においてパイプ部材90…の密度
は最も密である。
5の下流側に連なる水入口パイプ100は、主蒸発器1
1のケーシング81の後面を貫通して左側(シリンダヘ
ッド20に向かって)のヘッダー96Lの外板95の外
面に達し、そこから二股の継ぎ手101を介して2本の
パイプ部材93,93に接続される。前記2本のパイプ
部材93,93は2系統の水通路W4,W4の始端部を
構成するもので、各々の系統のパイプ部材93…は隣接
するものどうしが左右のヘッダー96L,96Rにおい
てU字状の継ぎ手102…により接続され、かつ酸素濃
度センサ91を囲む空間において5個の継ぎ手103…
により接続されることで、ジクザグの水通路W4,W4
を構成する。2系統の水通路W4,W4の下流端は、継
ぎ手104,104と、連結パイプ105,105とを
介して、フランジ11a,61内に形成した副蒸発器1
7の水入口65,65(図5参照)に連通する。
に、副蒸発器17の水通路W2,W2の水出口に連なる
2本の連結パイプ106,106は、ヘッダー96L,
96Rの外側を通ってケーシング81の外部に延出し、
そこで180°屈曲して再びケーシング81の内部に入
り、そこでヘッダーヘッダー96L,96Rに設けた二
股の継ぎ手107,107を介して冷却水通路W3,W
3のパイプ部材90,90に接続される。連結パイプ1
06,106に接続されるパイプ部材90,90の位置
は、図22に符号90(1)および90(2)で示され
るように、第2排気ガス通路88の上流端の近傍であ
る。
Rにおいて、水通路W3,W3の下流端に位置する2本
のパイプ部材90,90(図22に符号90(3)およ
び90(4)で示す)は二股の継ぎ手108を介して、
膨張機12に連なる水出口パイプ109に接続される。
作用について説明する。
給ポンプ15を出た水の一部は内燃機関Eの排気ポート
16の下流に設けた主蒸発器11に供給され、また供給
ポンプ15を出た水の残部は排気ポート16の外周部に
設けた副蒸発器17を通過して主蒸発器11の内部の所
定位置に合流する。
ると、供給ポンプ15を出た低温の水の一部は、水入口
パイプ97(図15参照)を介して主蒸発器11のケー
シング81の左側のヘッダー96Lに達し、そこで継ぎ
手98を介して2系統の水通路W3,W3に分流する。
各々の水通路W3,W3はジグザグに接続した多数本の
パイプ部材90…から構成されており、これらのパイプ
部材90…が貫通する多数の伝熱板83…間を通る排気
ガスとの間で熱交換を行うことで、排気ガスの熱エネル
ギーを奪って温度上昇する。2系統の水通路W3,W3
の下流端の2本のパイプ部材90,90は継ぎ手108
を介して水出口パイプ109(図21参照)に合流す
る。水通路W3,W3を流れる間に水は加熱されて高温
・高圧蒸気となり、膨張機12に供給される。
ッチで配置された多数の伝熱板83…から多数のパイプ
部材90…を流れる水に伝達されるため、排気ガスと水
との間の熱交換面積を充分に確保することができる。こ
れにより、排気ガスの流速を下げても、つまり主蒸発器
11における排気ガスの流路断面積を増加させても充分
な熱交換効率を確保することができ、排気通路の背圧の
増加を抑制して内燃機関Eの出力低下を防止することが
できる。また伝熱板83…をプレス加工する際に当接部
84…,85…を形成するだけで任意の形状の仕切り壁
86を設けることができるので、仕切り壁86を設ける
ための特別の部品を必要とせずに、屈曲した第1〜第3
排気ガス通路87,88,89を構成することができ
る。
ように、排気ガスは第1排気ガス通路87から第2排気
ガス通路88を経て第3排気ガス通路89に流れるのに
対し、水通路W3,W3内の水は排気ガスの流れ方向に
対向するように第3排気ガス通路89から第2排気ガス
通路88を経て第1排気ガス通路87に流れるので、水
通路W3,W3の全長に亘って水および排気ガス間の温
度差を充分に確保して主蒸発器11の熱交換効率を更に
高めることができる。
排気ガス通路87においてパイプ部材90…の密度を疎
にし、そこから下流側の第3排気ガス通路89に向けて
パイプ部材90…の密度を次第に密にしたので、排気ガ
スが高温で容積が大きいために流速が高い上流部分でパ
イプ部材90…の密度を疎にして、排気ガスとパイプ部
材90…との衝突による圧損を最小限に抑えることがで
き、また排気ガスが低温で容積が小さいために流速が低
い下流部分でパイプ部材90…の密度を密にして、排気
ガスとパイプ部材90…とを充分に接触させて熱交換効
率を高めることができる。
排気ガス浄化触媒を担持させたので、排気ガスが排気ガ
ス浄化触媒に充分に接触するようにして排気ガスを効果
的に浄化することができる。
水入口パイプ100(図15参照)を介して主蒸発器1
1のケーシング81の左側のヘッダー96Lの内部に入
り、そこから継ぎ手101を経て2系統の水通路W4,
W4に分流する。各々の水通路W4,W4を構成するパ
イプ部材93…の内部をジグザグに流れた水は酸素濃度
センサ91の近傍のH形の継ぎ手103において一旦合
流した後に再び分流し、パイプ部材93…の内部を更に
ジグザグに流れた後に、左右のヘッダー96L,96R
から継ぎ手104,104、連結パイプ105,105
および水入口65,65を経て副蒸発器17に供給され
る。
貫通する酸素濃度センサ91の周囲を水通路W4,W4
を流れる低温の水で冷却するので、酸素濃度センサ91
の検出部91aが臨む第1排気ガス通路87を流れる高
温の排気ガスの熱が酸素濃度センサ91を介して主蒸発
器11の外部に逃げるのを防止し、内燃機関Eの廃熱回
収効率を高めることができる。
て高温の排気ガスが流れる第1排気ガス通路87および
第2排気ガス通路88を主蒸発器11の径方向内側部分
に配置し、排気ガスの流れ方向下流側に位置して最も低
温の水が供給される第3排気ガス通路89を主蒸発器1
1の径方向外側部分に配置し、かつ最も低温の水が供給
される酸素濃度センサ冷却部92を主蒸発器11の径方
向外側部分に配置したので、つまり高温の排気ガスが通
過することで高温になる第1排気ガス通路87および第
2排気ガス通路88の外側を、低温の水が通過すること
で低温になる第3排気ガス通路89および酸素濃度セン
サ冷却部92で囲んだので、主蒸発器11の外部に放散
される熱エネルギーを最小限に抑えて廃熱回収効率を高
めることができる。
…の外周部との間には空気層を保持する隙間が形成され
ており、この空気層の断熱効果によって主蒸発器11の
外部に放散される熱エネルギーを更に減少させることが
できる。
ると、図11において、酸素濃度センサ冷却部92を出
た水は、集合排気ポート16Bの水入口65から水通路
W1に流入して第1の系統と第2の系統とに分流する。
図11(A)に示す第1の系統は、水通路W1のf部、
g部、継ぎ手66、独立排気ポート16A(1)の水通
路W2、継ぎ手67、水通路W1のh部、i部およびj
部を経て水出口68に達する経路を有する。一方、図1
1(B)に示す第2の系統は、水通路W1のf部、g
部、k部、m部、n部、o部、継ぎ手69、独立排気ポ
ート16A(2)の水通路W2および水通路W1のj部
を経て水出口68に達する経路を有する。第1の系統は
水通路W1の前半部分を短く後半部分を長く設定し、ま
た第2の系統は水通路W1の前半部分を長く後半部分を
短く設定しているので、両系統において水通路W1の全
長を均一化して供給量を略等しくし、廃熱回収の不均衡
を防止して熱交換効率を高めることができる。
気ポート16A(1),16A(2)に設けられた水通
路W2の構造は同一であり、水入口59から供給された
水は対称面P1を挟むように分流し、a部、b部、c
部、d部およびe部を経て合流した後、水出口60から
排出される。
過することで高温になる排気ポート16の周囲を水通路
W1,W2で囲んで構成されるので、排気ポート16か
らシリンダヘッド20を経て放散される排気ガスの熱を
高温・高圧蒸気として効果的に回収することができる。
特に、その水通路W1,W2に供給される水は供給ポン
プ15を出て酸素濃度センサ冷却部92を通過しただけ
の比較的に低温の水であるため、排気ポート16の周囲
を効果的に冷却するとともに、高温・高圧蒸気を発生さ
せて内燃機関Eの廃熱回収効果を高めることができる。
また排気ガスの熱は排気バルブ30を介して外部に逃げ
易いが、内燃機関Eの要冷却部、つまり排気バルブ30
の傘部30aが接触する排気バルブシート29および排
気バルブ30のステム30bが接触する排気バルブガイ
ド40の近傍を低温の水で重点的に冷却することで、排
気バルブ30を介しての熱逃げを抑制して廃熱回収効果
を一層高めることができるとともに、排気バルブ30、
排気バルブシート29および排気バルブガイド40等の
熱膨張を抑制して寸法位置精度を維持し、各々の所望の
機能を維持することができる。
06,106(図17および図18参照)から左右のヘ
ッダー96L,96Rに設けた継ぎ手107,107
(図20参照)を経て、主蒸発器11の第2排気ガス通
路88のパイプ部材90,90に合流する。このとき、
前記合流部において主蒸発器11側の水通路W3,W3
を流れる水の温度と、副蒸発器17から供給される水の
温度とを略一致させることで、廃熱回収効果を更に高め
ることができる。上記水の温度の制御は、供給ポンプ1
5を出た水を主蒸発器11側および副蒸発器17側に分
流させる際に、その流量の比率を調整することにより可
能である。
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
器11を例示したが、本発明の熱交換器は蒸発器に限定
されるものではない。
が、本発明の熱媒は水に限定されるものではない。
によれば、相互に間隔を存して配置した多数の伝熱板間
を仕切り壁で仕切って流体通路を構成し、それらの伝熱
板を貫通してジグザグに接続された多数のパイプ部材で
熱媒通路を構成したので、多数の伝熱板および多数のパ
イプ部材の広大な表面を介して排気ガスと熱媒との間の
熱交換を行うことが可能となり、熱交換効率を大幅に高
めることができる。しかも隣接する伝熱板間を仕切る仕
切り壁が該伝熱板と一体に形成されるので、簡単な構造
で部品点数の増加を抑えながら任意の形状の流体通路を
構成することができる。
流体通路の上流側でパイプ部材の配置密度を疎にし、流
体通路の下流側でパイプ部材の配置密度を密にしたの
で、高温流体の温度が高く容積が大きいために流速が高
い流体通路の上流側でパイプ部材による圧損を低減する
とともに、高温流体の温度が低く容積が小さいために流
速が低い流体通路の下流側で熱媒および高温流体間の熱
交換効率を確保することができる。
伝熱板に排気ガス浄化触媒を担持したので、内燃機関の
燃焼室から排出される排気ガスが伝熱板を介して熱媒と
の間で熱交換を行う際に、その排気ガスを排気ガス浄化
触媒で浄化することができる。しかも排気ガス浄化触媒
を担持する伝熱板は表面積が大きいため、排気ガス浄化
効率を高めることができる。
模式図
図
Claims (3)
- 【請求項1】 熱源(24)から延びる流体通路(8
7,88,89)の内部を流れる高温流体が持つ熱エネ
ルギーを、熱媒通路(W3)を流れる熱媒に回収する熱
交換器において、 多数の伝熱板(83)を相互に間隔を存して配置し、隣
接する伝熱板(83)間を該伝熱板(83)と一体に形
成した仕切り壁(86)で仕切って流体通路(87,8
8,89)を構成し、伝熱板(83)を貫通してジグザ
グに接続された多数のパイプ部材(90)で熱媒通路
(W3)を構成したことを特徴とする熱交換器。 - 【請求項2】 パイプ部材(90)の配置密度を、流体
通路(87,88,89)の上流側で疎にし、流体通路
(87,88,89)の下流側で密にしたことを特徴と
する、請求項1に記載の熱交換器。 - 【請求項3】 熱源は内燃機関(E)の燃焼室(24)
であり、高温流体は燃焼室(24)から排出される排気
ガスであり、伝熱板(83)に排気ガス浄化触媒を担持
したことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載
の熱交換器。
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