JP2005300103A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、熱交換器に係り、特に内燃機関の排ガスを熱交換するための熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly to a heat exchanger for exchanging heat from exhaust gas of an internal combustion engine.
従来より、エンジン等の内燃機関では、燃焼時に生成された排ガスを熱交換器で冷却して大気開放している。このような排ガス冷却用の熱交換器では、熱交換の際などにその排ガス通路内で凝縮水が発生するが、例えば特許文献1に開示されている熱交換器では、排ガス通路の底部にドレン孔を形成し、排ガス通路内で生じた凝縮水をこのドレン孔から外部へ排出している。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an internal combustion engine such as an engine, exhaust gas generated during combustion is cooled by a heat exchanger and released to the atmosphere. In such a heat exchanger for exhaust gas cooling, condensed water is generated in the exhaust gas passage during heat exchange or the like. For example, in the heat exchanger disclosed in
ところが、このような凝縮水には油分や硫酸等が含まれているため、ドレン孔から熱交換器外部へ排出された凝縮水は油分の分離や中和処理を施されて機外へ排出される必要があり、そのための専用フィルターや中和槽等を設けなければならず、これらの設置スペースが必要となるだけでなくコストが嵩んでしまう。
そこで、近年、ドレン機構を用いずに凝縮水を熱交換器内で蒸発させて処理する方法が提案されている。
However, since such condensed water contains oil, sulfuric acid, etc., the condensed water discharged from the drain hole to the outside of the heat exchanger is subjected to oil separation and neutralization and discharged outside the machine. Therefore, it is necessary to provide a dedicated filter, a neutralization tank, and the like for this purpose, which not only requires these installation spaces but also increases costs.
Therefore, in recent years, a method has been proposed in which condensed water is evaporated in a heat exchanger without using a drain mechanism.
しかしながら、上述のように凝縮水には油分が含まれているため、凝縮水を熱交換器内で蒸発させると、凝縮水に含まれる油分が炭化してタール状のデポジットが発生し、このデポジットにより熱交換器内の排ガス通路が閉塞される虞がある。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、排ガス通路を閉塞させることなく凝縮水を蒸発させて処理することができる熱交換器を提供することを目的とする。
However, since the condensed water contains oil as described above, when the condensed water is evaporated in the heat exchanger, the oil contained in the condensed water is carbonized to generate tar-like deposits. As a result, the exhaust gas passage in the heat exchanger may be blocked.
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a heat exchanger capable of evaporating condensed water and processing it without blocking an exhaust gas passage.
この発明に係る熱交換器は、内燃機関の排ガスを排ガス通路に流通させて熱交換すると共に排ガス通路内で発生する凝縮水を外部に排出するためのドレン機構を有しない熱交換器において、排ガス通路の一端側に凝縮水蒸発部が設定され、凝縮水蒸発部が低い位置となるように排ガス通路は水平方向に対して斜めあるいは鉛直に配置され、排ガス通路内で発生した凝縮水は排ガス通路を伝って凝縮水蒸発部に流下し、この凝縮水蒸発部で排ガスの熱により蒸発されるものである。
排ガス通路内で生成された凝縮水は、その自重により排ガス通路の内面を伝って凝縮水蒸発部に流下し、この凝縮水蒸発部で高温の排ガスにより加熱されて蒸発される。
The heat exchanger according to the present invention is a heat exchanger that does not have a drain mechanism for circulating the exhaust gas of the internal combustion engine through the exhaust gas passage and exchanging heat and discharging condensed water generated in the exhaust gas passage to the outside. A condensed water evaporation part is set on one end side of the passage, and the exhaust gas passage is disposed obliquely or vertically with respect to the horizontal direction so that the condensed water evaporation part is at a low position, and the condensed water generated in the exhaust gas passage is exhaust gas passage Then, it flows down to the condensate evaporation part and is evaporated by the heat of the exhaust gas in this condensate evaporation part.
Condensed water generated in the exhaust gas passage flows along the inner surface of the exhaust gas passage due to its own weight and flows down to the condensed water evaporation section, where it is heated and evaporated by the high temperature exhaust gas.
この発明によれば、排ガス通路の一端側に凝縮水蒸発部が設定されると共に、この凝縮水蒸発部が低い位置となるように排ガス通路は水平方向に対して斜めあるいは鉛直に配置され、排ガス通路内で発生した凝縮水は排ガス通路を伝って凝縮水蒸発部に流下し、この凝縮水蒸発部で排ガスの熱により蒸発されるようにしたので、排ガス通路を閉塞させることなく凝縮水を蒸発させて処理することができる。従って、凝縮水排出用のドレン機構や、凝縮水浄化用のフィルター及び中和槽等を設ける必要がなく、これによりコストの低減や省スペース化を図ることができる。 According to the present invention, the condensed water evaporation part is set on one end side of the exhaust gas passage, and the exhaust gas passage is disposed obliquely or vertically with respect to the horizontal direction so that the condensed water evaporation part is at a low position. The condensed water generated in the passage flows down to the condensed water evaporation section through the exhaust gas passage, and is evaporated by the heat of the exhaust gas in the condensed water evaporation section, so that the condensed water is evaporated without blocking the exhaust gas passage. Can be processed. Therefore, it is not necessary to provide a drain mechanism for discharging condensed water, a filter for purifying condensed water, a neutralization tank, and the like, thereby reducing costs and saving space.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に、この発明の実施の形態に係る熱交換器の全体構成を示す。この熱交換器1は、ガスヒートポンプ(GHP)等においてエンジンから排出された排ガスを熱交換してこの熱を利用するためのヒートエクスチェンジャーとして用いられるものである。この熱交換器1の両端側には、入口エンドキャップ部2及び出口エンドキャップ部3が配置されている。入口エンドキャップ部2と出口エンドキャップ部3の間には複数のガス用チューブ4が互いに間隔を隔てて平行に配置されており、複数のガス用チューブ4を介して入口エンドキャップ部2と出口エンドキャップ部3とが互いに連通されている。これら入口エンドキャップ部2、出口エンドキャップ部3及び複数のガス用チューブ4により排ガス通路が構成されている。なお、入口エンドキャップ部2は排ガス流入口2aを、出口エンドキャップ部3は排ガス流出口3aをそれぞれ有している。また、複数のガス用チューブ4は冷却部5により囲まれると共に、この冷却部5は図示されない冷却流体入口及び冷却流体出口を有しており、水等の低温の流体が冷却流体入口から冷却部5内へ流入してこの冷却部5内を流通すると共に冷却流体出口から排出される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
In FIG. 1, the whole structure of the heat exchanger which concerns on embodiment of this invention is shown. The
ここで、複数のガス用チューブ4はそれぞれその入口エンドキャップ部2側が出口エンドキャップ部3側よりも低くなるように水平方向に対して斜めに配置されている。また、入口エンドキャップ部2の下部には、複数のガス用チューブ4に干渉しないような低い位置に凝縮水蒸発部6が設定されており、熱交換時にガス用チューブ4等の内部に生じた凝縮水がガス用チューブ4の内面を伝って入口エンドキャップ部2の凝縮水蒸発部6に流下するように構成されている。
Here, the plurality of
なお、凝縮水蒸発部6は、熱交換器1の使用期間内に凝縮水の蒸発により発生するおそれのあるデポジットを十分収容することができる容積を有している。
また、排ガス流入口2aから入口エンドキャップ部2内に流入する排ガスGは例えば200℃以上の高温であり、凝縮水を蒸発させるのに十分な熱量を有している。
The condensed
Further, the exhaust gas G flowing into the inlet
次に、この発明の実施の形態に係る熱交換器1の作用について説明する。エンジンから排出された高温の排ガスGは、まず排ガス流入口2aから入口エンドキャップ部2内に流入し、複数のガス用チューブ4内を流れてこのチューブ4内で冷却部5内の低温の流体と熱交換した後、出口エンドキャップ部3内に流入して排ガス流出口3aからこの熱交換器1の外部へ排出される。
Next, the operation of the
ここで、複数のガス用チューブ4内で排ガスGが熱交換される際に、この排ガスGが露点以下の温度に冷却されると、この排ガスGに含まれる水分が結露して凝縮水Wが生成されるが、複数のガス用チューブ4はそれぞれその入口エンドキャップ部2側が出口エンドキャップ部3側よりも低くなるように斜めに配置されているため、図1に破線矢印で示されるように、凝縮水Wはその自重により複数のガス用チューブ4の内面を伝って入口エンドキャップ部2の凝縮水蒸発部6に流下する。そして、この凝縮水蒸発部6において凝縮水Wは排ガス流入口2aから入口エンドキャップ部2内へ流入する高温の排ガスGにより加熱され蒸発される。
なお、複数のガス用チューブ4は冷却部5内の低温の流体に接触しているため、ガス用チューブ4内で生じた凝縮水Wはこのチューブ内4で蒸発することなく凝縮水蒸発部6へと導かれ、この凝縮水蒸発部6で蒸発される。
Here, when the exhaust gas G is heat-exchanged in the plurality of
Since the plurality of
この蒸発の際に、凝縮水に含まれる油分が炭化してタール状のデポジットが生じるおそれがあるが、凝縮水Wが蒸発される凝縮水蒸発部6は、複数のガス用チューブ4に干渉しないような低い位置に設定されると共にデポジットを十分収容することができる容積を有しているため、デポジットによりガス用チューブ4が閉塞されるといった不具合を防止することができる。したがって、排ガス通路を閉塞させることなく凝縮水を蒸発により処理することが可能な熱交換器を実現することができる。
During the evaporation, the oil contained in the condensed water may be carbonized to generate a tar-like deposit, but the condensed
なお、上述の実施の形態では、複数のガス用チューブ4をその入口エンドキャップ部2側が出口エンドキャップ部3側よりも低くなるように斜めに配置し、入口エンドキャップ部2に凝縮水蒸発部6を設定したが、この発明はこれに限定されるものではなく、複数のガス用チューブ4内で低温の流体と熱交換した後の排ガスGが凝縮水を蒸発させるのに十分な温度を有する場合に、複数のガス用チューブ4をその出口エンドキャップ部3側が入口エンドキャップ部2側よりも低くなるように斜めに配置し、凝縮水蒸発部6を出口エンドキャップ部3の下部に設定することもできる。このような構成にしても、ガス用チューブ4内で発生した凝縮水Wがこの出口エンドキャップ部3の凝縮水蒸発部6に導かれてここで蒸発され、実施の形態と同様に、排ガス通路を閉塞させることなく凝縮水を蒸発させて処理することができる。
In the above-described embodiment, the plurality of
また、図2に示されるように、上述の実施の形態の熱交換器1の排ガス流出口3aに、この熱交換器1よりも上部に位置するようにマフラー11を接続し、マフラー11内で生じた凝縮水が熱交換器1の凝縮水蒸発部6に流下するように構成すれば、マフラー11の凝縮水も熱交換器1の凝縮水蒸発部6に導いて蒸発させることができる。これにより、マフラー11に凝縮水処理用のドレン機構等を設ける必要がなくなり、コストの低減や省スペース化を図ることができる。
Further, as shown in FIG. 2, a
また、上述の実施の形態において、図3に示されるように、入口エンドキャップ部2内の下部に、排ガスGの熱を凝縮水蒸発部6に効率よく取り入れるための少なくとも1枚の伝熱フィン12を配置すれば、凝縮水蒸発部6に導かれた凝縮水Wを効果的に蒸発させることができる。
また、図4に示されるように、複数のガス用チューブ4だけでなく入口エンドキャップ部2及び出口エンドキャップ部3も冷却部5により囲まれたタイプの熱交換器でも、上述のような伝熱フィン12を用いることで、凝縮水蒸発部6に効率よく熱を取り入れてこの蒸発部6に導かれた凝縮水Wを蒸発して処理することができる。
Further, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 3, at least one heat transfer fin for efficiently taking in the heat of the exhaust gas G into the condensed
Further, as shown in FIG. 4, not only the plurality of
また、上述の実施の形態のように、複数のガス用チューブ4を水平方向に対して斜めに配置する代わりに、複数のガス用チューブ4をその入口エンドキャップ部2側が出口エンドキャップ部3側よりも低くなるように鉛直に配置しても、凝縮水Wはガス用チューブ4に沿って凝縮水蒸発部6に流下しこの蒸発部6で蒸発されるため、実施の形態と同様の効果を得ることができる。
この発明は、上述の実施の形態のようなシェル&チューブ型の熱交換器だけでなく、多層型や、その他各種の熱交換器に適用することができる。
また、この発明の熱交換器は、ガスヒートポンプだけでなく、内燃機関から排出された排ガスを熱交換するヒートエクスチェンジャーとして幅広く利用することができる。
Further, as in the above-described embodiment, instead of arranging the plurality of
The present invention can be applied not only to the shell and tube type heat exchanger as in the above-described embodiment, but also to a multilayer type and other various heat exchangers.
The heat exchanger of the present invention can be widely used not only as a gas heat pump but also as a heat exchanger for exchanging heat from exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
また、熱交換器を斜めにする角度は特に限定はしないが、凝縮水が排ガス流入口へ逆流してしまうと、排ガス通路の流路面積が凝縮水によって減少し、通過可能な排気ガスの流量が減少するため、凝縮水が排ガス流入口へ逆流しない程度の角度にするのが好ましい。 また、様々な熱交換器に本発明を適用することは可能であるが、ガスヒートポンプの熱交換器のように、排ガスが比較的低い温度まで冷やされて凝縮水が多量に発生する熱交換器の方が、凝縮水が蒸発してデポジットになる量が多いため、本発明の効果も大きい。
さらに、入り口エンドキャップ部は上述の実施の形態のように矩形状に形成されていた方が凝縮水蒸発部の容積を大きく取れるため適しているが、排ガス流入口からラッパ状に広がった形状をしている入り口エンドキャップ部を用いても良い。
The angle at which the heat exchanger is inclined is not particularly limited, but if the condensed water flows backward to the exhaust gas inlet, the flow area of the exhaust gas passage is reduced by the condensed water, and the flow rate of exhaust gas that can pass through Therefore, it is preferable to set the angle so that the condensed water does not flow backward to the exhaust gas inlet. In addition, although the present invention can be applied to various heat exchangers, a heat exchanger in which exhaust gas is cooled to a relatively low temperature and a large amount of condensed water is generated, such as a heat exchanger of a gas heat pump. Since the amount of condensed water evaporates and becomes a larger amount, the effect of the present invention is also great.
Furthermore, the inlet end cap part is preferably formed in a rectangular shape as in the above-described embodiment, since the volume of the condensed water evaporation part can be increased. An entrance end cap portion may be used.
1 熱交換器、2 入口エンドキャップ部、2a 排ガス流入口、3 出口エンドキャップ部、3a 排ガス流出口、4 ガス用チューブ、5 冷却部、6 凝縮水蒸発部、11 マフラー、12 フィン、G 排ガス、W 凝縮水。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
排ガス通路の一端側に凝縮水蒸発部が設定され、
前記凝縮水蒸発部が低い位置となるように排ガス通路は水平方向に対して斜めあるいは鉛直に配置され、
排ガス通路内で発生した凝縮水は排ガス通路を伝って前記凝縮水蒸発部に流下し、この凝縮水蒸発部で排ガスの熱により蒸発される
ことを特徴とする熱交換器。 In the heat exchanger that does not have a drain mechanism for discharging the condensed water generated in the exhaust gas passage while circulating the exhaust gas of the internal combustion engine through the exhaust gas passage and exchanging heat,
A condensed water evaporation part is set on one end side of the exhaust gas passage,
The exhaust gas passage is disposed obliquely or vertically with respect to the horizontal direction so that the condensed water evaporation section is at a low position,
The condensed water generated in the exhaust gas passage flows down to the condensed water evaporation section through the exhaust gas passage, and is evaporated by the heat of the exhaust gas in the condensed water evaporation section.
Priority Applications (1)
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JP2004120230A JP2005300103A (en) | 2004-04-15 | 2004-04-15 | Heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005300103A true JP2005300103A (en) | 2005-10-27 |
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JP2004120230A Withdrawn JP2005300103A (en) | 2004-04-15 | 2004-04-15 | Heat exchanger |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010027533A1 (en) * | 2008-09-08 | 2010-03-11 | Carrier Corporation | Microchannel heat exchanger module design to reduce water entrapment |
-
2004
- 2004-04-15 JP JP2004120230A patent/JP2005300103A/en not_active Withdrawn
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WO2010027533A1 (en) * | 2008-09-08 | 2010-03-11 | Carrier Corporation | Microchannel heat exchanger module design to reduce water entrapment |
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Effective date: 20060926 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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