JP2009041444A - Exhaust heat recovery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関から排出される排気熱を回収する排気熱回収装置に関する。 The present invention relates to an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat discharged from an internal combustion engine.
特許文献1には、ヒートパイプを用いた排気熱回収装置が開示されている。この排気熱回収装置は水冷式のエンジンを備えた車両に搭載されており、エンジンからの排気熱を回収してエンジン冷却水を加熱するループ式のヒートパイプを有している。ヒートパイプは、内部に封入された作動媒体を排気との熱交換により加熱して蒸発させる蒸発部と、蒸発部で蒸発した作動媒体とエンジン冷却水との間の熱交換により、作動媒体を凝縮させるとともにエンジン冷却水を加熱する凝縮部とを有している。蒸発部は、エンジンから車両後方に向かって延びる排気管の途中に設けられている。凝縮部は、エンジン冷却水を流通させる冷却水回路の途中であって蒸発部の側方に設けられている。蒸発部で蒸発した作動媒体は蒸気管を通って凝縮部に流入し、凝縮部で凝縮した作動媒体は還流管を通って蒸発部に還流する。 Patent Document 1 discloses an exhaust heat recovery device using a heat pipe. This exhaust heat recovery device is mounted on a vehicle equipped with a water-cooled engine, and has a loop heat pipe that recovers exhaust heat from the engine and heats engine coolant. The heat pipe condenses the working medium by heat exchange between the evaporating part that heats and evaporates the working medium enclosed inside by heat exchange with the exhaust, and the working medium evaporated in the evaporating part and the engine cooling water. And a condensing part for heating the engine cooling water. The evaporator is provided in the middle of an exhaust pipe extending from the engine toward the rear of the vehicle. The condensing part is provided in the side of the evaporation part in the middle of the cooling water circuit which distribute | circulates engine cooling water. The working medium evaporated in the evaporating unit flows into the condensing unit through the vapor pipe, and the working medium condensed in the condensing unit returns to the evaporating unit through the reflux pipe.
凝縮部の下流側には、ダイヤフラム式の弁機構が設けられている。この弁機構は、凝縮部から蒸発部への流路を開閉する弁体と、ヒートパイプの内圧に基づいて弁体を所定方向に変位させる金属製のダイヤフラム(反転板)とを有している。これにより弁機構は、ヒートパイプの内圧が上昇して所定の閉弁圧を超えると閉弁し、内圧が低下して閉弁圧よりも低い所定の開弁圧を下回ると再び開弁するようになっている。ヒートパイプの内圧が上昇すると、弁機構が閉弁することにより作動媒体の還流が阻止されて蒸発部での沸騰気化が停止するため、ヒートパイプの内圧の上昇が抑えられる。
ところが上記のような構成では、雰囲気温度が高くかつ排気管からの熱輻射の多い環境下に弁機構が配置されるため、ダイヤフラムに軟化等の物性変化が生じて弁機構の作動特性が変化してしまうという問題が生じる。弁機構の作動特性が変化してしまうと、ヒートパイプの内圧が上記の閉弁圧に達する前に弁機構が閉弁し、排気熱の回収効率が低下してしまう場合がある。 However, in the configuration as described above, since the valve mechanism is arranged in an environment where the ambient temperature is high and the heat radiation from the exhaust pipe is high, the physical properties such as softening occur in the diaphragm, and the operating characteristics of the valve mechanism change. Problem arises. If the operating characteristics of the valve mechanism change, the valve mechanism may close before the internal pressure of the heat pipe reaches the valve closing pressure, and exhaust heat recovery efficiency may be reduced.
本発明の目的は、弁機構の作動特性の変化を抑制できる排気熱回収装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery device that can suppress a change in operating characteristics of a valve mechanism.
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
請求項1に記載の発明は、内燃機関(10)から排出される排気を流通させる排気管(11)と、内燃機関(10)を冷却する冷却水を流通させる冷却水回路(30)とを備えた車両に搭載される排気熱回収装置であって、排気管(11)に設けられ、内部に封入された作動媒体を排気との熱交換により加熱して蒸発させる蒸発部(110)と、冷却水回路(30)に設けられ、蒸発部(110)で蒸発した作動媒体と冷却水との熱交換により作動媒体を凝縮させるとともに冷却水を加熱する凝縮部(120)と、蒸発部(110)で蒸発した作動媒体を凝縮部(120)に流入させる蒸気管(102)と、凝縮部(120)で凝縮した作動媒体を蒸発部(110)に還流させる還流管(103)と、凝縮部(120)と還流管(103)とを連通させる連通流路(133)と、大気圧に維持される大気側空間(132)と、連通流路(133)と大気側空間(132)とを隔離するとともに連通流路(133)の内圧に基づいて変位するダイヤフラム(134)と、ダイヤフラム(134)に接続されて連通流路(133)を開閉する弁体(138)とを備えた弁機構(130)とを有し、弁機構(130)は、ダイヤフラム(134)が排気管(11)下流側を向くように設けられていることを特徴としている。 The invention according to claim 1 includes an exhaust pipe (11) through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine (10) flows, and a cooling water circuit (30) through which cooling water for cooling the internal combustion engine (10) flows. An exhaust heat recovery device mounted on a vehicle equipped with an evaporation unit (110) provided in an exhaust pipe (11) and configured to heat and evaporate a working medium enclosed therein by heat exchange with exhaust gas, A condensing unit (120) that is provided in the cooling water circuit (30), condenses the working medium by heat exchange between the working medium evaporated in the evaporation unit (110) and the cooling water, and heats the cooling water, and the evaporation unit (110). ), The steam pipe (102) for flowing the working medium evaporated in the condensing part (120), the reflux pipe (103) for returning the working medium condensed in the condensing part (120) to the evaporating part (110), and the condensing part (120) and the reflux tube (103) The communication flow path (133) to be communicated, the atmosphere side space (132) maintained at atmospheric pressure, the communication flow path (133), and the atmosphere side space (132) are isolated and the internal pressure of the communication flow path (133). And a valve mechanism (130) including a diaphragm (134) that is displaced based on the valve and a valve body (138) that is connected to the diaphragm (134) and opens and closes the communication flow path (133). 130) is characterized in that the diaphragm (134) is provided so as to face the downstream side of the exhaust pipe (11).
排気管(11)下流側には、蒸発部(110)での作動媒体との熱交換により温度が低下した排気が流通する。このため、ダイヤフラム(134)が排気管(11)下流側を向くように弁機構(130)を設けることによって、ダイヤフラム(134)は、雰囲気温度が低く排気管(11)からの熱輻射の少ない環境下に配置される。したがって、ダイヤフラム(134)の物性変化による弁機構(130)の作動特性の変化を抑制できる。 On the downstream side of the exhaust pipe (11), the exhaust gas whose temperature has decreased due to heat exchange with the working medium in the evaporation section (110) flows. For this reason, by providing the valve mechanism (130) so that the diaphragm (134) faces the downstream side of the exhaust pipe (11), the diaphragm (134) has a low ambient temperature and less heat radiation from the exhaust pipe (11). Located in the environment. Therefore, it is possible to suppress a change in the operating characteristics of the valve mechanism (130) due to a change in physical properties of the diaphragm (134).
請求項2に記載の発明は、凝縮部(120)は、蒸発部(110)に対し、排気管(11)の下流側にずれて配置されていることを特徴としている。
The invention according to
これにより、弁機構(130)が排気管(11)上流側から離れて配置されるため、ダイヤフラム(134)は、雰囲気温度が低く排気管(11)からの熱輻射の少ない環境下に配置される。したがって、ダイヤフラム(134)の物性変化による弁機構(130)の作動特性の変化をより抑制できる。 Accordingly, since the valve mechanism (130) is arranged away from the upstream side of the exhaust pipe (11), the diaphragm (134) is arranged in an environment where the ambient temperature is low and the heat radiation from the exhaust pipe (11) is low. The Therefore, the change of the operation characteristic of the valve mechanism (130) due to the change of physical properties of the diaphragm (134) can be further suppressed.
請求項3に記載の発明は、凝縮部(120)は、鉛直方向に見て排気管(11)に重なって配置されていることを特徴としている。 The invention according to claim 3 is characterized in that the condensing part (120) is arranged so as to overlap the exhaust pipe (11) when viewed in the vertical direction.
これにより、排気熱回収装置を薄型化できるため車両への搭載性が向上する。 As a result, the exhaust heat recovery device can be made thinner, so that the mounting property on the vehicle is improved.
請求項4に記載の発明は、空気を流通させる開口部(151、152)を備え、弁機構(130)の大気側空間(132)側に取り付けられたキャップ(150)をさらに有していることを特徴としている。 The invention according to claim 4 further includes a cap (150) provided with openings (151 and 152) for circulating air and attached to the atmosphere side space (132) side of the valve mechanism (130). It is characterized by that.
これにより、排気管(11)からの熱輻射がキャップ(150)により遮られるため、ダイヤフラム(134)の温度上昇を抑制できる。また、大気側空間(132)に水や異物が浸入するのを防止できる。 Thereby, since heat radiation from the exhaust pipe (11) is blocked by the cap (150), the temperature rise of the diaphragm (134) can be suppressed. Further, it is possible to prevent water and foreign matter from entering the atmosphere side space (132).
請求項5に記載の発明は、少なくとも1つの開口部(151)は、キャップ(150)の下部に設けられていることを特徴としている。 The invention according to claim 5 is characterized in that at least one opening (151) is provided in a lower portion of the cap (150).
これにより、キャップ(150)内に水が浸入しても開口部(151)から外部に排水できる。 Thereby, even if water permeates into the cap (150), it can be drained to the outside from the opening (151).
請求項6に記載の発明は、キャップ(150)は、開口部(151、152)と大気側空間(132)との間の流路を複雑化する迷路構造(155)を有していることを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, the cap (150) has a maze structure (155) that complicates the flow path between the opening (151, 152) and the atmosphere side space (132). It is characterized by.
これにより、大気側空間(132)に水や異物が浸入するのをさらに抑制できる。 Thereby, it can further suppress that water and a foreign material permeate into atmosphere side space (132).
請求項7に記載の発明は、内燃機関(10)から排出される排気を流通させる排気管(11)と、内燃機関(10)を冷却する冷却水を流通させる冷却水回路(30)とを備えた車両に搭載される排気熱回収装置であって、排気管(11)に設けられ、内部に封入された作動媒体を排気との熱交換により加熱して蒸発させる蒸発部(110)と、冷却水回路(30)に設けられ、蒸発部(110)で蒸発した作動媒体と冷却水との熱交換により作動媒体を凝縮させるとともに冷却水を加熱する凝縮部(120)と、蒸発部(110)で蒸発した作動媒体を凝縮部(120)に流入させる蒸気管(102)と、凝縮部(120)で凝縮した作動媒体を蒸発部(110)に還流させる還流管(103)と、凝縮部(120)と還流管(103)とを連通させる連通流路(133)と、大気圧に維持される大気側空間(132)と、連通流路(133)と大気側空間(132)とを隔離するとともに連通流路(133)の内圧に基づいて変位するダイヤフラム(134)と、ダイヤフラム(134)に接続されて連通流路(133)を開閉する弁体(138)とを備えた弁機構(130)と、空気を流通させる開口部(151、152)を備え、弁機構(130)の大気側空間(132)側に取り付けられたキャップ(150)とを有することを特徴としている。 The invention described in claim 7 includes an exhaust pipe (11) through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine (10) flows, and a cooling water circuit (30) through which cooling water for cooling the internal combustion engine (10) flows. An exhaust heat recovery device mounted on a vehicle equipped with an evaporation unit (110) provided in an exhaust pipe (11) and configured to heat and evaporate a working medium enclosed therein by heat exchange with exhaust gas, A condensing unit (120) that is provided in the cooling water circuit (30), condenses the working medium by heat exchange between the working medium evaporated in the evaporation unit (110) and the cooling water, and heats the cooling water, and the evaporation unit (110). ), The steam pipe (102) for flowing the working medium evaporated in the condensing part (120), the reflux pipe (103) for returning the working medium condensed in the condensing part (120) to the evaporating part (110), and the condensing part (120) and the reflux tube (103) The communication flow path (133) to be communicated, the atmosphere side space (132) maintained at atmospheric pressure, the communication flow path (133), and the atmosphere side space (132) are isolated and the internal pressure of the communication flow path (133). A valve mechanism (130) having a diaphragm (134) that is displaced based on the valve, a valve body (138) that is connected to the diaphragm (134) and opens and closes the communication channel (133), and an opening through which air flows (151, 152) and a cap (150) attached to the atmosphere side space (132) side of the valve mechanism (130).
これにより、排気管(11)からの熱輻射がキャップ(150)により遮られるため、ダイヤフラム(134)の温度上昇を抑制できる。したがって、ダイヤフラム(134)の物性変化による弁機構(130)の作動特性の変化を抑制できる。また、大気側空間(132)に水や異物が浸入するのを防止できる。 Thereby, since the heat radiation from the exhaust pipe (11) is blocked by the cap (150), the temperature rise of the diaphragm (134) can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a change in the operating characteristics of the valve mechanism (130) due to a change in physical properties of the diaphragm (134). Further, it is possible to prevent water and foreign matter from entering the atmosphere side space (132).
ここで、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の一例を示している。 Here, the reference numerals in parentheses of the above means indicate an example of a correspondence relationship with specific means described in the embodiments described later.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図1乃至図4を用いて説明する。図1は、本実施形態の排気熱回収装置を車両に搭載した状態を示す模式図である。図1ではエンジン冷却水の流れ方向を矢印で示している。図1に示すように、排気熱回収装置100が搭載される車両は、走行用の駆動源として水冷式のエンジン(内燃機関)10を備えている。エンジン10には、エンジン10からの排気を外部に排出するための排気管11が接続されている。排気管11は、車両の後方に向かって延びている。排気管11の途中には、排気管11を流通する排気を浄化する触媒コンバータ12が介設されている。また排気管11のうち触媒コンバータ12の下流側には、後述する排気熱回収装置100のダクト部13が設けられている。本明細書中では、ダクト部13より上流側の排気管11を上流側排気管11a、ダクト部13より下流側の排気管11を下流側排気管11bともいう。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing a state in which the exhaust heat recovery device of the present embodiment is mounted on a vehicle. In FIG. 1, the flow direction of engine cooling water is indicated by arrows. As shown in FIG. 1, the vehicle on which the exhaust
エンジン10には、冷却水回路としてラジエータ回路20、排気熱回収回路30及びヒータ回路40が接続されている。ラジエータ回路20、排気熱回収回路30及びヒータ回路40には、エンジン10を冷却するためのエンジン冷却水が例えばエンジン駆動式のウォータポンプ22により循環するようになっている。エンジン冷却水には例えばLLCが用いられる。
A
ラジエータ回路20には、エンジン冷却水を外気との熱交換により冷却するラジエータ21と、ラジエータ21を迂回してエンジン冷却水を流通させるバイパス流路23とが設けられている。ラジエータ21を通過するエンジン冷却水の流量とバイパス流路23を通過するエンジン冷却水の流量とは、サーモスタット24によって調節されるようになっている。
The
排気熱回収回路30は、エンジン出口部でラジエータ回路20から分岐し、ウォータポンプ22でラジエータ回路20に合流している。排気熱回収回路30の途中には、後述する排気熱回収装置100の水タンク31が設けられている。
The exhaust
ヒータ回路40は、ラジエータ回路20のエンジン出口部とは異なる部位からエンジン冷却水(温水)が流出し、排気熱回収装置100より下流側で排気熱回収回路30に合流する回路である。ヒータ回路40には、暖房用熱交換器としてのヒータコア41が設けられている。ヒータコア41は、不図示の空調ユニットの空調ケース内に配設されており、送風機によって送風される空調空気をエンジン冷却水との熱交換により加熱するようになっている。
The
図2は、本実施形態における排気熱回収装置100の構成を示す模式図である。図3は、図2のIII−III線で切断した排気熱回収装置100の構成を模式的に示す断面図である。図2の左右方向は概ね車両の前後方向を表し、上下方向は車両の左右方向を表している。図2中の太矢印は排気の流れ方向を表している。また、図3の上下方向は概ね鉛直上下方向を表している。図3中の実線矢印は液体状態の作動媒体の流れ方向を表し、破線矢印は気体状態の作動媒体の流れ方向を表し、太矢印はエンジン冷却水の流れ方向を表している。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the exhaust
図2及び図3に示すように、排気熱回収装置100は、エンジン10から排出される排気熱を回収してエンジン冷却水を加熱するループ式のヒートパイプ101を有している。ヒートパイプ101には、作動媒体を内部に封入する際に用いられる不図示の封止部が設けられている。封止部は、ヒートパイプ101内を減圧して作動媒体を注入した後に封止されている。作動媒体としては、水、アルコール、フルオロカーボン又はクロロフルオロカーボン(フロン)等が用いられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the exhaust
ヒートパイプ101は、内部に封入された作動媒体を排気との熱交換により加熱して蒸発させる蒸発部110を有している。蒸発部110は、排気管11の途中に介設されたダクト部13内に設けられている。
The
蒸発部110は、それぞれほぼ鉛直方向に延びる複数の扁平チューブ111が間隙112を介して水平方向に積層された構造を有している。間隙112は、排気が流通する排気通路として機能する。また間隙112には、扁平チューブ111の外壁面に熱的に接続された波状のフィン113が設けられている。フィン113は、間隙112を流通する排気と扁平チューブ111を流通する作動媒体との熱交換を促進するようになっている。
The
各扁平チューブ111の下端には、扁平容器状の下タンク114が接続されている。また各扁平チューブ111の上端には、扁平容器状の上タンク115が接続されている。下タンク114及び上タンク115は、各扁平チューブ111を介して互いに連通されている。
A flat container-like
またヒートパイプ101は、蒸発部110で蒸発した作動媒体と冷却水との熱交換により、作動媒体を冷却して凝縮させるとともにエンジン冷却水を加熱する凝縮部120を有している。凝縮部120は、排気熱回収回路30に設けられた水タンク31内に収容されている。
The
凝縮部120は、それぞれほぼ鉛直方向に延びて水平方向に積層された複数の扁平チューブ121を有している。各扁平チューブ121の下端には下タンク124が接続され、各扁平チューブ121の上端には上タンク125が接続されている。凝縮部120の下流側となる下タンク124内には、後述する内圧作動弁130が設けられている。
The condensing
水タンク31の側面下方には、排気熱回収回路30を流れるエンジン冷却水を水タンク31内に導入する導入管32が設けられている。また水タンク31の側面上方には、水タンク31内のエンジン冷却水を排気熱回収回路30に導出する導出管33が設けられている。
Below the side surface of the
蒸発部110側の上タンク115と凝縮部120側の上タンク125とは、ダクト部13及び水タンク31を貫通する蒸気管102によって連通している。また、内圧作動弁130と蒸発部110の扁平チューブ111とは、水タンク31及びダクト部13を貫通し、蒸気管102よりも小さい管径を有する還流管103によって連通している。これにより、下タンク114、扁平チューブ111、上タンク115、蒸気管102、上タンク125、扁平チューブ121、下タンク124、内圧作動弁130、還流管103、扁平チューブ111及び下タンク114がこの順に環状に接続され、内部の作動媒体を循環させるようになっている。
The
ヒートパイプ101を構成する各部材は、高い耐食性を備えたステンレス鋼製である。各部材は、互いに組み付けられた後に、当接部や嵌合部に設けられたろう材により一体的にろう付けされている。
Each member constituting the
図4は、内圧作動弁130の構成をより詳細に示す断面図である。図4に示すように、内圧作動弁130は、略円筒状の本体部131を有している。本体部131は下タンク124側面から内部に挿入され、一方の端部131aは下タンク124側面から突出している。端部131aの底面部には、通気孔135が形成されている。本体部131の側面には、凝縮部120で凝縮した作動媒体を下タンク124から本体部131内に流入させる凝縮水流入穴136が形成されている。また、本体部131の他方の端部には、本体部131内に流入した作動媒体を還流管103に流出させる凝縮水流出穴137が形成されている(図3参照)。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the internal
本体部131内には、通気孔135を介して大気側と連通し、大気圧に維持される大気側空間132と、凝縮水流入穴136及び凝縮水流出穴137を介して下タンク124と還流管103とを連通させる連通流路133とが形成されている。大気側空間132と連通流路133との間は、ダイヤフラム134により隔離されている。
In the
ダイヤフラム134は、中心部近傍が一方の表面側に凸となる略薄肉円板状の形状を有している。ダイヤフラム134の外周部は、本体部131の内壁部により固定されている。またダイヤフラム134は、スプリング等の弾性部材(図示せず)により連通流路133側に向かって付勢されている。本体部131内のうち凝縮水流入穴136と凝縮水流出穴137との間には、略円形状の開口穴140を中心部に備えたゲート部(弁座)139が形成されている。
The
連通流路133には、ゲート部139を開閉する弁体138が設けられている。弁体138は、ゲート部139の開口穴140より径の大きい略円形の扁平部材であり、ゲート部139の左側面に対向して配置されている。弁体138は、開口穴140より径の小さい棒状の弁軸141を介してダイヤフラム134の中心部に接続されている。
A
ダイヤフラム134は、大気圧及び弾性部材の付勢力により大気側空間132側から加えられる図4中左向きの力と、ヒートパイプ101(連通流路133)の内圧により連通流路133側から加えられる図4中右向きの力との間のバランスによって、左右方向に変位する。ダイヤフラム134中心部の変位に伴い弁体138が図4中の左右方向に変位することによって、連通流路133が開閉される。
The
このように、内圧作動弁130は、ヒートパイプ101の内圧に応じて連通流路133を開閉するダイヤフラム式の弁として機能する。具体的には、ヒートパイプ101の内圧が所定の閉弁圧Pi1未満である通常状態では、連通流路133は開状態にある。ヒートパイプ101の内圧が上昇して閉弁圧Pi1以上になると、弁体138が右方向に変位して連通流路133が閉じられる。また、連通流路133が閉じられた状態から、ヒートパイプ101の内圧が低下して閉弁圧Pi1より低い所定の開弁圧Pi2(Pi1>Pi2)以下になると、連通流路133は再び開状態になる。なお図4では、連通流路133が開かれている状態の弁体138及びダイヤフラム134を実線で示し、ダイヤフラム134及び連通流路133が右方向に変位して連通流路133が閉じられている状態の弁体138及びダイヤフラム134を破線で示している。
Thus, the internal
本実施形態の内圧作動弁130は、ダイヤフラム134が排気管11の下流側(車両後方側)を向くように設けられている。すなわち、内圧作動弁130は、下タンク124に対し、排気管11の延伸方向にほぼ平行であって排気管11下流側から上流側に向かう方向に挿入されている。これにより、ダイヤフラム134と下流側排気管11bとの間の距離は比較的短くなり、ダイヤフラム134と上流側排気管11aとの間の距離はそれより長くなる。弁体138及びダイヤフラム134の変位方向と排気管11の延伸方向とはほぼ平行になっている。
The internal
また、内圧作動弁130の本体部131のうち下タンク124側面から突出して外部に露出している端部131aには、キャップ150が取り付けられている。キャップ150は、端部131aを覆うような円筒状の形状を有する本体部156と、下タンク124側面に当接するフランジ部157とを有している。キャップ150は、例えば内圧作動弁130の各部材と同様にステンレス鋼製である。キャップ150の本体部156側面には、内圧作動弁130の大気側空間132を大気圧に維持するために空気を流通させる例えば複数の開口部151、152が形成されている。このうち1つの開口部151は、キャップ150の本体部156の側面下部に鉛直下方を向いて形成されている。
In addition, a
本体部156の底面部には、突起部154等の迷路構造155が形成されている。開口部151、152と通気孔135との間の空気を流通させる流路は、迷路構造155によって複雑化されている。
A
本体部156の内壁面には、内側に突出した突起状の圧入部153が形成されている。キャップ150を内圧作動弁130の端部131aに対して取り付ける際には、開口部151(又は152)が鉛直下方を向くようにキャップ150を円周方向に位置決めし、端部131aに圧入するようになっている。キャップ150の軸方向の位置決めは、フランジ部を下タンク124側面に当接させることにより行われる。これにより、キャップ150を内圧作動弁130に対して容易に取付け及び固定できるようになっている。
On the inner wall surface of the
次に、本実施形態の排気熱回収装置の作動について説明する。 Next, the operation of the exhaust heat recovery apparatus of this embodiment will be described.
エンジン10が起動すると併せてウォータポンプ22が作動し、エンジン冷却水はラジエータ回路20、排気熱回収回路30、ヒータ回路40を循環する。エンジン10からの排気は、排気管11内を流れ、触媒コンバータ12及びダクト部13(蒸発部110)を通過して大気中に排出される。また、排気熱回収回路30を循環するエンジン冷却水は、排気熱回収装置100の水タンク31内(凝縮部120)を通過する。ヒートパイプ101の内圧は、エンジン10起動時には比較的低く、エンジン10の作動に伴い徐々に上昇する。
When the
ヒートパイプ101の蒸発部110では、排気との熱交換により作動媒体が加熱されて蒸発する。蒸気となった作動媒体は扁平チューブ111内を上昇し、蒸気管102内を通って凝縮部120に流入する。
In the
凝縮部120では、作動媒体とエンジン冷却水との熱交換によって、作動媒体が冷却されて凝縮するとともにエンジン冷却水が加熱される。ヒートパイプ101の内圧が内圧作動弁130の閉弁圧Pi1未満である状態では連通流路133が開状態にあるため、凝縮した作動流体は扁平チューブ121内を流れ落ち、還流管103を通って蒸発部110に戻る。
In the
このように、エンジン10から排出される排気熱は、作動媒体によって蒸発部110から凝縮部120に輸送され、凝縮部120で作動媒体が凝縮する際に凝縮潜熱として放出される。これにより排気熱回収回路30を流れるエンジン冷却水が積極的に加熱されるため、エンジン10の暖機が促進されるとともに、エンジン冷却水を用いた暖房性能が向上するようになっている。
As described above, the exhaust heat discharged from the
ヒートパイプ101の内圧が上昇して閉弁圧Pi1以上になると、ダイヤフラム134及び内圧作動弁130の弁体138が図4の右方向に変位し、連通流路133が閉じられる。これにより、凝縮部120で凝縮した作動流体の蒸発部110への還流が阻止される。このため、蒸発部110に残存する作動流体が全て蒸発すると排気熱の回収が停止し、凝縮した作動媒体は凝縮部120側に溜められる。この状態では、ヒートパイプ101の内圧は徐々に低下する。
When the internal pressure of the
ヒートパイプ101の内圧が低下して開弁圧Pi2以下になると、ダイヤフラム134及び弁体138が図4の左方向に戻り、連通流路133が再び開かれる。これにより、凝縮部120で凝縮した作動流体の蒸発部110への還流が再開され、排気熱の回収が再開される。
When the internal pressure of the
ここで、排気管11内の排気は、蒸発部110における作動媒体との熱交換により温度が低下する。このため、蒸発部110(ダクト部13)よりも下流側の下流側排気管11bは、蒸発部110よりも上流側の上流側排気管11aより低温になる。本実施形態では、内圧作動弁130のダイヤフラム134が排気管11の下流側に向かって設けられている。これにより、高温の上流側排気管11aとダイヤフラム134との間の距離を長くできるとともに、上流側排気管11aとダイヤフラム134との間に連通流路133等を介在させることができる。このため、ダイヤフラム134は、雰囲気温度が比較的低く排気管11からの熱輻射の少ない環境下に配置される。したがって、ダイヤフラム134の温度上昇が抑えられるため、内圧作動弁130の作動特性の変化を抑制できる。
Here, the temperature of the exhaust in the
また本実施形態では、内圧作動弁130の端部131aにキャップ150が取り付けられている。これにより、排気管11からの熱輻射がキャップ150により遮られるため、ダイヤフラム134の温度上昇を抑制できる。
In the present embodiment, a
さらに本実施形態では、内圧作動弁130が車体の床下に設置される場合であっても、キャップ150により水や異物の内部への浸入を防止することができる。したがって、水や異物による通気孔135の閉塞や、内圧作動弁130の動作への悪影響を防ぐことができる。
Furthermore, in this embodiment, even if the internal
また本実施形態では、空気を流通させる開口部151がキャップ150の本体部156の側面下部に形成されている。これにより、開口部151は排水口としても機能するため、キャップ150内に水が浸入したとしても開口部151から外部に排水することができる。
In the present embodiment, an
さらに本実施形態では、キャップ150の開口部151、152と内圧作動弁130の大気側空間132との間の流路は、迷路構造155によって複雑化されている。これにより、大気側空間132に水や異物が浸入するのをさらに抑制できる。
Furthermore, in this embodiment, the flow path between the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図5を用いて説明する。図5は、本実施形態における排気熱回収装置104の構成を示す模式図である。図5の左右方向は概ね車両の前後方向を表し、上下方向は車両の左右方向を表している。図5に示すように、本実施形態では、ヒートパイプ101の凝縮部120は、蒸発部110に対して排気管11下流側にずれて配置されている。これにより、凝縮部120と下流側排気管11bとの間の距離は比較的短く、凝縮部120と上流側排気管11aとの間の距離はそれより長くなっている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the exhaust
蒸発部110と凝縮部120との間を接続する蒸気管102及び還流管103は、いずれもほぼ垂直に曲折して形成されている。蒸気管102及び還流管103の蒸発部110側は排気管11の延伸方向にほぼ垂直(車両左右方向)に延び、凝縮部120側は排気管11の延伸方向にほぼ平行(車両前後方向)に延びている。
The
内圧作動弁130は、第1実施形態と同様に、ダイヤフラム134が排気管11下流側を向くように設けられている。本実施形態では、凝縮部120が排気管11下流側にずれて配置されているため、上流側排気管11aとダイヤフラム134との間の距離を第1実施形態よりさらに長くできる。したがって、ダイヤフラム134の雰囲気温度をさらに低くできるとともに、上流側排気管11aからダイヤフラム134への熱輻射をさらに少なくできる。したがって、ダイヤフラム134の熱による物性変化を抑制できるため、内圧作動弁130の作動特性の変化を抑制できる。
The internal
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図6を用いて説明する。図6は、本実施形態における排気熱回収装置105の構成を示す模式図である。図6(a)は排気熱回収装置105を車両左側から見た構成を示し、図6(b)は排気熱回収装置105を車両後方から見た構成を示している。図6(a)、(b)の上下方向はいずれも鉛直上下方向を表し、図6(a)の左右方向は車両の前後方向を表し、図6(b)の左右方向は車両の左右方向を表している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of the exhaust
図6に示すように、本実施形態では、凝縮部120が蒸発部110に対して排気管11下流側にずれて配置されているとともに、凝縮部120は鉛直方向に見て下流側排気管11bに重なって配置されている。したがって本実施形態によれば、第2実施形態と同様の効果が得られるとともに、排気熱回収装置105を車両左右方向に薄型化できるため車両への搭載性が向上する。
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the condensing
(その他の実施形態)
上記実施形態では、キャップ150は内圧作動弁130に対して圧入されることにより固定されているが、ねじ等の締結部材を用いてキャップ150を内圧作動弁130に対して固定してもよい。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the
10 エンジン(内燃機関)
11 排気管
30 排気熱回収回路(冷却水回路)
100 排気熱回収装置
101 ヒートパイプ
102 蒸気管
103 還流管
110 蒸発部
120 凝縮部
130 内圧作動弁(弁機構)
132 大気側空間
133 連通流路
134 ダイヤフラム
138 弁体
150 キャップ
151、152 開口部
155 迷路構造
10 Engine (Internal combustion engine)
11
DESCRIPTION OF
132
Claims (7)
前記排気管(11)に設けられ、内部に封入された作動媒体を前記排気との熱交換により加熱して蒸発させる蒸発部(110)と、
前記冷却水回路(30)に設けられ、前記蒸発部(110)で蒸発した作動媒体と前記冷却水との熱交換により前記作動媒体を凝縮させるとともに前記冷却水を加熱する凝縮部(120)と、
前記蒸発部(110)で蒸発した作動媒体を前記凝縮部(120)に流入させる蒸気管(102)と、
前記凝縮部(120)で凝縮した作動媒体を前記蒸発部(110)に還流させる還流管(103)と、
前記凝縮部(120)と前記還流管(103)とを連通させる連通流路(133)と、大気圧に維持される大気側空間(132)と、前記連通流路(133)と前記大気側空間(132)とを隔離するとともに前記連通流路(133)の内圧に基づいて変位するダイヤフラム(134)と、前記ダイヤフラム(134)に接続されて前記連通流路(133)を開閉する弁体(138)とを備えた弁機構(130)とを有し、
前記弁機構(130)は、前記ダイヤフラム(134)が前記排気管(11)下流側を向くように設けられていることを特徴とする排気熱回収装置。 Exhaust gas mounted on a vehicle including an exhaust pipe (11) through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine (10) flows and a cooling water circuit (30) through which cooling water for cooling the internal combustion engine (10) flows. A heat recovery device,
An evaporation section (110) provided in the exhaust pipe (11) and configured to heat and evaporate the working medium enclosed inside by heat exchange with the exhaust;
A condensing unit (120) provided in the cooling water circuit (30) for condensing the working medium by heat exchange between the working medium evaporated in the evaporation unit (110) and the cooling water and heating the cooling water; ,
A steam pipe (102) for allowing the working medium evaporated in the evaporation section (110) to flow into the condensation section (120);
A reflux pipe (103) for refluxing the working medium condensed in the condenser (120) to the evaporator (110);
A communication channel (133) for communicating the condenser (120) and the reflux pipe (103), an atmosphere side space (132) maintained at atmospheric pressure, the communication channel (133), and the atmosphere side A diaphragm (134) that isolates the space (132) and is displaced based on an internal pressure of the communication channel (133), and a valve body that is connected to the diaphragm (134) and opens and closes the communication channel (133). (138) with a valve mechanism (130),
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the valve mechanism (130) is provided so that the diaphragm (134) faces the downstream side of the exhaust pipe (11).
前記排気管(11)に設けられ、内部に封入された作動媒体を前記排気との熱交換により加熱して蒸発させる蒸発部(110)と、
前記冷却水回路(30)に設けられ、前記蒸発部(110)で蒸発した作動媒体と前記冷却水との熱交換により前記作動媒体を凝縮させるとともに前記冷却水を加熱する凝縮部(120)と、
前記蒸発部(110)で蒸発した作動媒体を前記凝縮部(120)に流入させる蒸気管(102)と、
前記凝縮部(120)で凝縮した作動媒体を前記蒸発部(110)に還流させる還流管(103)と、
前記凝縮部(120)と前記還流管(103)とを連通させる連通流路(133)と、大気圧に維持される大気側空間(132)と、前記連通流路(133)と前記大気側空間(132)とを隔離するとともに前記連通流路(133)の内圧に基づいて変位するダイヤフラム(134)と、前記ダイヤフラム(134)に接続されて前記連通流路(133)を開閉する弁体(138)とを備えた弁機構(130)と、
空気を流通させる開口部(151、152)を備え、前記弁機構(130)の前記大気側空間(132)側に取り付けられたキャップ(150)とを有することを特徴とする排気熱回収装置。 Exhaust gas mounted on a vehicle including an exhaust pipe (11) through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine (10) flows and a cooling water circuit (30) through which cooling water for cooling the internal combustion engine (10) flows. A heat recovery device,
An evaporation section (110) provided in the exhaust pipe (11) and configured to heat and evaporate the working medium enclosed inside by heat exchange with the exhaust;
A condensing unit (120) provided in the cooling water circuit (30) for condensing the working medium by heat exchange between the working medium evaporated in the evaporation unit (110) and the cooling water and heating the cooling water; ,
A steam pipe (102) for allowing the working medium evaporated in the evaporation section (110) to flow into the condensation section (120);
A reflux pipe (103) for refluxing the working medium condensed in the condenser (120) to the evaporator (110);
A communication channel (133) for communicating the condenser (120) and the reflux pipe (103), an atmosphere side space (132) maintained at atmospheric pressure, the communication channel (133), and the atmosphere side A diaphragm (134) that isolates the space (132) and is displaced based on an internal pressure of the communication channel (133), and a valve body that is connected to the diaphragm (134) and opens and closes the communication channel (133). A valve mechanism (130) comprising (138),
An exhaust heat recovery apparatus comprising an opening (151, 152) for circulating air and a cap (150) attached to the atmosphere side space (132) side of the valve mechanism (130).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007207117A JP2009041444A (en) | 2007-08-08 | 2007-08-08 | Exhaust heat recovery device |
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CN106839837A (en) * | 2016-12-23 | 2017-06-13 | 中国建筑科学研究院 | Gravity heat pipe heat exchanger capable of being switched between winter and summer in air conditioner and switching method thereof |
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2007
- 2007-08-08 JP JP2007207117A patent/JP2009041444A/en active Pending
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CN106839837A (en) * | 2016-12-23 | 2017-06-13 | 中国建筑科学研究院 | Gravity heat pipe heat exchanger capable of being switched between winter and summer in air conditioner and switching method thereof |
CN106839837B (en) * | 2016-12-23 | 2023-09-12 | 中国建筑科学研究院有限公司 | Gravity heat pipe heat exchanger capable of being switched in winter and summer in air conditioner and switching method thereof |
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