JP2008014295A - 排気熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】媒体の過熱を抑制するとともに、軸方向にコンパクトでありながら熱回収効率の高い排気熱回収装置を提供する。
【解決手段】排気ガスをケーシング２内に導入する導入経路３と熱交換される媒体が流通する媒体経路８とを同軸状に設け、媒体経路８と隣接する熱交換経路４ａ，４ｂを排気ガスが往復して流通するように形成するとともに、熱交換経路４ａ，４ｂを迂回する経路に開閉手段１０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関を搭載した車両などの排気系に設けられ、排気熱を回収し暖機などに利用するための排気熱回収装置に関する。

従来、この種の排気熱回収装置としては、車両の冷間時においては排気ガスを熱交換経路に導くことにより、回収した排気熱を内燃機関などの暖機に利用するとともに、暖機後は排気ガスをバイパス経路に導くことにより、冷却系への負荷を低減するようにしたものが知られている。さらに、例えば特許文献１に記載の排気熱回収装置は、熱交換経路とバイパス経路とを同心状に配設することにより、排気熱回収装置のコンパクト化を企図したものである。
実開昭６３−１１０６１５

しかし、上記特許文献１に記載された排気熱回収装置においては、熱回収効率の向上を企図すると装置を長さ方向に長大化する必要がある。一方で、排気系は複雑な床下レイアウトに応じて複雑に湾曲している上に、触媒コンバータなどの排気処理装置や排気騒音を消音するための消音器などが複数配設されており、排気熱回収装置の長さ方向のコンパクト化が要求されていた。本発明は上記実状に鑑みてなされたもので、熱回収効率を向上させるとともに、軸方向にコンパクトな排気熱回収装置を提供するものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、排気ガスをケーシング内に導入する導入経路と熱交換される媒体が流通する媒体経路とを同軸状に設け、前記媒体経路と隣接する熱交換経路を排気ガスが往復して流通するように形成するとともに、前記熱交換経路を迂回する経路に開閉手段を設けたことを特徴とする排気熱回収装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記媒体経路の内外両面を排気ガスが往復して流通することを特徴とする排気熱回収装置である。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記導入経路内に排気浄化装置を配設したことを特徴とする排気熱回収装置である。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３記載の発明において、前記ケーシング内に消音要素を配設したことを特徴とする排気熱回収装置である。

本発明によれば、排気ガスが熱交換経路を往復して流通するため、装置の長さ方向の長大化を招くことなく熱交換効率を向上することができる。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図３に示す実施例に基づいて説明する。

図１は、実施例１の排気熱回収装置１を示す縦断面図である。

排気熱回収装置１は車両などの排気系に配設され、両端が絞り加工された筒状のケーシング２の上流側開口端および下流側開口端には、上流側排気管Ｊおよび下流側排気管Ｋがそれぞれ接続される。ケーシング２の上流側開口端には、上流側排気管Ｊから流通した排気ガスをケーシング２内に導入する導入経路３が設けられている。導入経路３の外周には熱交換経路４ａを形成するように離間してジャケット５ａが同心状に設けられている。さらに、ケーシング２との間に熱交換経路４ｂを形成するように離間してジャケット５ｂが設けられている。ジャケット５ａおよび５ｂは液密状に接合されるとともに、媒体導入ポート６および媒体導出ポート７が設けられて、熱交換される媒体が流通する媒体経路８を形成している。なお、ジャケット５ａには、熱交換効率向上を目的として螺旋溝９が設けられている。同様にジャケット５ｂにも螺旋溝を設けてもよい。

導入経路３から熱交換経路４ａを迂回して直接ケーシング２から導出される経路を開閉するように、ジャケット５ａおよび５ｂの下流側端に開閉手段である弁体１０が弁軸１１を中心に回動可能に設けられている。弁体１０は、図示しない付勢体により経路を閉塞する方向に付勢されており、内燃機関から排出される排気ガス量に応じて開閉するようになっている。また、弁体１０が弁座１３と直接当接しないように、緩衝材としてのワイヤメッシュ１２が弁軸１１近傍に設けられている。また、検知手段、駆動手段および制御手段を設けて、例えば排気温度、内燃機関回転数、媒体温度などの条件に応じて、経路を開放または閉塞するようにしてもよい。

実施例１の排気熱回収装置１の作用について説明する。内燃機関が低回転で排出される排気ガス量が少ない時には、導入経路３を流通してケーシング２内に導入された排気ガスは、弁体１０が閉塞しているため熱交換経路４ａを上流方向に流通する。その後、排気ガスは空間部Ｓにおいて反転し、熱交換経路４ｂを下流方向に流通する。このように、媒体経路８の内外両面を往復して排気ガスが流通するため、熱回収効率を向上することができる。

その後、内燃機関が高回転となり排出される排気ガス量が増大した時には、弁体１０が付勢体の付勢力に抗して開放される。このため、排気ガスの大部分は熱交換経路４ｂを通らず直接下流側排気管Ｋに導かれケーシング２から導出される。このため、媒体が過熱されることを抑制することができる。

図２は、実施例２の排気熱回収装置２１を示す縦断面図である。

導入経路３の外周には媒体経路２８ａを形成するように、中央部が離間するとともに両端部が導入経路３と液密に接合されたジャケット２５ａが同心状に設けられている。同様に、ケーシング２の内周に媒体経路２８ｂを形成するように離間してジャケット２５ｂが設けられている。ジャケット２５ａおよび２５ｂは、各接続ポートが液密に接合されて熱交換される媒体が連通可能になっている。ジャケット２５ａと２５ｂとの間には、熱交換経路を往路と復路に分離するためのセパレートパイプ３２が同心状に設けられて、熱交換経路２４ａおよび２４ｂが形成されている。なお、セパレートパイプ３２を複数の小孔を備えた２重のパイプで空間部を形成するとともに、その空間部に吸音材等を充填して消音に寄与するようにしてもよい。セパレートパイプ３２の下流側端には実施例１と同様な開閉手段である弁体１０が弁軸１１を中心に回動可能に設けられている。その他、実施例１と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。

実施例２も実施例１と同様の作用効果を発揮する。

図３は、実施例３の排気熱回収装置４１を示す縦断面図である。

実施例３の排気熱回収装置４１の導入経路３内には、セラミックマットなどの保持部材４９により保持されて、排気浄化装置である触媒担体５０が配設されている。排気浄化装置は、触媒担体に限らず例えばディーゼルパティキュレートフィルターなどでもよい。さらに、ケーシング２内には、仕切板５２，５３、インナーパイプ５４，およびアウトレットパイプ５５で構成された消音要素が配設されている。仕切板５３、インナパイプ５４およびアウトレットパイプ５５には、それぞ複数の小孔５３ａ，５４ａおよび５５ａが設けられている。消音要素は、拡張、干渉、吸音、共鳴など従来周知の消音要素を任意に組合せて配設すればよい。その他、実施例１と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。

実施例３も実施例１と同様の作用効果を発揮する。さらに、排気処理担体や消音要素をケーシング内に配設することにより、一層コンパクト化に効果を発揮する。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に包含される。また、媒体への熱回収を主目的とする狭義の熱回収器（ヒートコレクタやオイルウォーマ等）に限らず、排気ガスの冷却を主目的とする熱交換器（排気クーラーやＥＧＲクーラー等）も熱回収装置として包含する。更に、適用対象は車両等の内燃機関用に限定するものではなく、汎用エンジンや据置式燃焼装置等、あらゆる排気ガス発生装置の排気系に適用可能である。

本発明の実施例１の排気熱回収装置を示す縦断面図。 本発明の実施例２の排気熱回収装置を示す縦断面図。 本発明の実施例３の排気熱回収装置を示す縦断面図。

符号の説明

１，２１，４１ 排気熱回収装置
２ ケーシング
３ 導入経路
４ａ，４ｂ，２４ａ，２４ｂ 熱交換経路
８，２８ａ，２８ｂ 媒体経路
１０ 弁体（開閉手段）
５０ 触媒担体（排気浄化装置）
５２，５３，５４，５５ 消音要素

Claims (4)

1. 排気ガスをケーシング内に導入する導入経路と熱交換される媒体が流通する媒体経路とを同軸状に設け、前記媒体経路と隣接する熱交換経路を排気ガスが往復して流通するように形成するとともに、前記熱交換経路を迂回する経路に開閉手段を設けたことを特徴とする排気熱回収装置。
2. 前記媒体経路の内外両面を排気ガスが往復して流通することを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
3. 前記導入経路内に排気浄化装置を配設したことを特徴とする請求項１または２に記載の排気熱回収装置。
4. 前記ケーシング内に消音要素を配設したことを特徴とする請求項１乃至３に記載の排気熱回収装置。

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