JP2009062915A - Exhaust heat recovery unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等の車両に用いられる排熱回収器に関する。 The present invention relates to an exhaust heat recovery device used for a vehicle such as an automobile.
近年、ヒートパイプの原理を利用して車両のエンジンの排気系から排気ガスの排気熱を回収して、この排気熱を暖機促進等に利用する技術が知られている。 2. Description of the Related Art In recent years, a technology is known in which exhaust heat of exhaust gas is recovered from an exhaust system of a vehicle engine using the principle of a heat pipe, and this exhaust heat is used for promoting warm-up.
このような排熱回収器は、エンジンの排気管内にヒートパイプの蒸発部を配設するとともに、エンジンの冷却水経路内にヒートパイプの凝縮部を配設し、排気ガスの排気熱によって冷却水を加熱している(例えば、特許文献1参照)。 In such an exhaust heat recovery device, a heat pipe evaporating part is provided in the exhaust pipe of the engine, and a heat pipe condensing part is provided in the engine cooling water path so that the cooling water is cooled by the exhaust heat of the exhaust gas. Is heated (see, for example, Patent Document 1).
また、ヒートパイプの原理を利用した熱交換器として、ループ型ヒートパイプ式熱交換器が提案されている(例えば、特許文献2参照)。これは、閉ループを形成する密閉された循環経路と、循環経路内に封入され、蒸発および凝縮可能な作動流体と、循環経路に配設され、外部からの入熱により作動流体を蒸発させる蒸発部と、循環経路の蒸発部より高い位置に配設され、蒸発部で蒸発した作動流体と外部からの被加熱流体との間で熱交換を行う凝縮部とを有するものである。
車両への搭載性に有利な、簡素でコンパクトな構造の排熱回収器を提供しようとする場合、蒸発部と凝縮部を一体に構成する事が望ましい。一例を示すと、複数本のヒートパイプを有する蒸発部と凝縮部とが水平方向に隣接して配置され、蒸発部で蒸発した作動流体を凝縮部に導く蒸発側連結部と、凝縮部で凝縮した作動流体を蒸発部に導く凝縮側連結部とを備えるような構成が考えられる。このとき、蒸発部は排気ガス(加熱流体)が流通する筐体内に配置されており、各連結部は筐体に接合されている。 In order to provide an exhaust heat recovery device having a simple and compact structure that is advantageous for mounting on a vehicle, it is desirable that the evaporating section and the condensing section are configured integrally. As an example, an evaporation unit having a plurality of heat pipes and a condensing unit are arranged adjacent to each other in the horizontal direction, and an evaporating side connecting unit that guides the working fluid evaporated in the evaporating unit to the condensing unit, and condensing in the condensing unit It is conceivable to have a condensing side connecting part that guides the working fluid to the evaporating part. At this time, the evaporating part is disposed in a casing through which exhaust gas (heating fluid) flows, and each connecting part is joined to the casing.
このような排熱回収器において、蒸発部と筐体との間の温度差が生じると、各連結部における筐体との根付部に熱膨張差に起因する熱応力が発生するという問題がある。これに対し、筐体における各連結部が接合された面にスリットを設けることで熱膨張差に起因する熱応力を吸収する手段が考えられるが、スリットから筐体外部への排気ガスの流出を防止する、すなわち排気ガスのシール性を確保することが困難である。 In such an exhaust heat recovery device, when a temperature difference occurs between the evaporation unit and the housing, there is a problem that thermal stress due to a difference in thermal expansion occurs in the root portion of each connecting portion with the housing. . On the other hand, a means for absorbing thermal stress due to a difference in thermal expansion by providing a slit on the surface of each housing where the connecting portions are joined can be considered. It is difficult to prevent, that is, to ensure the sealing property of exhaust gas.
本発明は、上記点に鑑み、加熱流体のシール性を確保しつつ、熱応力を緩和することができる排熱回収器を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the waste heat recovery device which can relieve | moderate a thermal stress, ensuring the sealing performance of a heating fluid in view of the said point.
上記目的を達成するため、本発明では、筐体(120)における蒸発側連結部(151)および凝縮側連結部(152)のうち少なくとも一方との接続部には、当該少なくとも一方の連結部(151、152)の外周面を覆うカバー部(121)が、筐体(120)と一体に形成されており、少なくとも一方の連結部(151、152)とカバー部(122)との間に設定された隙間には、少なくとも一方の連結部(151、152)が挿入される貫通穴を有する第1、第2プレート(18、19)が設けられており、第1プレート(18)は少なくとも一方の連結部(151、152)に対して摺動可能になっているとともに、第2プレート(19)はカバー部(121)に対して摺動可能になっており、第1プレート(18)の外径は、第2プレート(19)の外径より小さくなっているとともに、第2プレート(19)の貫通穴の内径は、第1プレート(18)の貫通穴の内径以上、第1プレート(18)の外径未満の範囲内になっており、カバー部(121)と第1プレート(18)との間には、蒸発側連結部(151)および凝縮側連結部(152)間において発生する蒸発部(110)と筐体(120)との熱膨張差を吸収するための隙間(17)が設定されており、第1、第2プレート(18、19)により迷路構造が構成されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the present invention, at least one of the connection portions (151) and the condensation side connection portion (152) of the housing (120) is connected to at least one of the connection portions ( 151 and 152) are formed integrally with the
筐体(120)内に加熱流体が流通すると、筐体(120)および蒸発部(110)が熱膨張し、筐体(120)と一体に形成されているカバー部(121)と、蒸発部(110)に熱的に接続されている少なくとも一方の連結部(151、152)とが、連結部配置方向外側(各連結部(151、152)同士が離れる方向、他の連結部から遠ざかる方向)にそれぞれ変位する。このとき、外部に露出している筐体(120)と、外部に露出していない蒸発部(110)とでは熱膨張量が異なる、すなわち筐体(120)と蒸発部(110)との間に熱膨張差が発生するため、カバー部(121)と少なくとも一方の連結部(151、152)との連結部配置方向外側の隙間が減少する。そして、カバー部(121)と少なくとも一方の連結部(151、152)との隙間が0になり、カバー部(121)と少なくとも一方の連結部(151、152)とが接触すると、その接触部に熱応力が発生する。 When the heating fluid flows in the housing (120), the housing (120) and the evaporation unit (110) are thermally expanded, and the cover unit (121) formed integrally with the housing (120) and the evaporation unit (110) and at least one connecting portion (151, 152) thermally connected to the outer side in the connecting portion arrangement direction (direction in which the connecting portions (151, 152) are separated from each other, away from other connecting portions) ). At this time, the amount of thermal expansion differs between the case (120) exposed to the outside and the evaporation unit (110) not exposed to the outside, that is, between the case (120) and the evaporation unit (110). Therefore, a gap on the outer side in the connecting portion arrangement direction between the cover portion (121) and at least one of the connecting portions (151, 152) is reduced. When the gap between the cover part (121) and at least one of the connection parts (151, 152) becomes zero and the cover part (121) and at least one of the connection parts (151, 152) come into contact with each other, the contact part Thermal stress is generated.
これに対し、カバー部(121)と第1プレート(18)との間に、蒸発側連結部(151)および凝縮側連結部(152)間において発生する蒸発部(110)と筐体(120)との熱膨張差を吸収するための隙間(17)を設定することで、筐体(120)と蒸発部(110)との間の熱膨張差によりカバー部(121)と少なくとも一方の連結部(151、152)との隙間が減少したときに、カバー部(121)と第1プレート(18)とが接触することを防止できる。したがって、筐体(120)と蒸発部(110)との熱膨張差に起因する熱応力の発生を抑制することができる。 On the other hand, between the cover part (121) and the first plate (18), the evaporation part (110) and the housing (120) generated between the evaporation side connection part (151) and the condensation side connection part (152). ) And the gap (17) for absorbing the difference in thermal expansion between the cover (121) and the cover (121) due to the difference in thermal expansion between the housing (120) and the evaporator (110). When the gap between the portions (151 and 152) decreases, the cover portion (121) and the first plate (18) can be prevented from contacting each other. Therefore, generation | occurrence | production of the thermal stress resulting from the thermal expansion difference of a housing | casing (120) and an evaporation part (110) can be suppressed.
また、第1、第2プレート(18、19)により、カバー部(121)と少なくとも一方の連結部(151、152)間の隙間に迷路構造を構成することで、カバー部(121)と少なくとも一方の連結部(151、152)間の隙間から筐体(120)の外部に加熱流体が流出することを抑制できる。したがって、加熱流体のシール性を確保しつつ、熱応力を緩和することが可能となる。 Further, by forming a labyrinth structure in the gap between the cover part (121) and at least one of the connecting parts (151, 152) by the first and second plates (18, 19), the cover part (121) and at least It is possible to prevent the heated fluid from flowing out of the casing (120) from the gap between the one connecting portions (151, 152). Therefore, it is possible to relax the thermal stress while ensuring the sealing property of the heating fluid.
なお、「迷路構造」とは、周知のごとく、通路の入口側から出口側までに至る部位に、通路が屈曲する部位を少なくとも一カ所設けることにより、通路を流通する流体が直線的に流通することができないようにしたものである。 As is well known, the “maze structure” means that at least one portion where the passage is bent is provided in a portion extending from the entrance side to the exit side of the passage so that the fluid flowing through the passage flows linearly. It is something that cannot be done.
また、上記特徴の排熱回収器において、蒸発側連結部(151)および凝縮側連結部(152)の配置方向を連結部配置方向としたとき、カバー部(121)と第1プレート(18)との間の連結部配置方向における距離のうち、他方の連結部から遠い側の距離が、蒸発側連結部(151)および凝縮側連結部(152)間において発生する蒸発部(110)および筐体(120)の連結部配置方向の熱膨張に起因するカバー部(121)と少なくとも一方の連結部(151、152)との隙間の変化量より大きく設定されていてもよい。 Further, in the exhaust heat recovery device having the above characteristics, when the arrangement direction of the evaporation side connection portion (151) and the condensation side connection portion (152) is the connection portion arrangement direction, the cover portion (121) and the first plate (18). The distance on the side farther from the other connecting portion in the connecting portion disposition direction between the evaporation portion (110) and the evaporation side connecting portion (151) and the condensation side connecting portion (152) is generated between the evaporation portion (110) and the housing. You may set larger than the variation | change_quantity of the clearance gap between the cover part (121) and at least one connection part (151,152) resulting from the thermal expansion of the connection part arrangement | positioning direction of a body (120).
また、上記特徴の排熱回収器において、第2プレート(19)と少なくとも一方の連結部(151、152)との間には、蒸発側連結部(151)および凝縮側連結部(152)間において発生する蒸発部(110)と筐体(120)との熱膨張差を吸収するための隙間(170)が設定されていてもよい。 Further, in the exhaust heat recovery device having the above characteristics, between the second plate (19) and at least one of the connection portions (151, 152), between the evaporation side connection portion (151) and the condensation side connection portion (152). A gap (170) for absorbing a difference in thermal expansion between the evaporation section (110) and the casing (120) generated in step S1 may be set.
これによれば、筐体(120)と蒸発部(110)との間の熱膨張差によりカバー部(121)と少なくとも一方の連結部(151、152)との隙間が減少したときに、第2プレート(19)の貫通穴と少なくとも一方の連結部(151、152)とが接触することを防止できる。したがって、筐体(120)と蒸発部(110)との熱膨張差に起因する熱応力の発生をより抑制することが可能となる。 According to this, when the gap between the cover part (121) and at least one of the connection parts (151, 152) is reduced due to the difference in thermal expansion between the housing (120) and the evaporation part (110), the first It can prevent that the through-hole of 2 plates (19) and at least one connection part (151,152) contact. Therefore, it is possible to further suppress the generation of thermal stress due to the difference in thermal expansion between the casing (120) and the evaporation section (110).
この場合、第2プレート(19)と少なくとも一方の連結部(151、152)との間の連結部配置方向における距離のうち、他方の連結部から遠い側の距離(Z)が、蒸発側連結部(151)および凝縮側連結部(152)間において、蒸発部(110)と筐体(120)との間で連結部配置方向に発生する熱膨張に起因するカバー部(121)と少なくとも一方の連結部(151、152)との隙間の変化量より大きく設定されていてもよい。 In this case, the distance (Z) on the side farther from the other connecting portion of the distance in the connecting portion arrangement direction between the second plate (19) and at least one of the connecting portions (151, 152) is the evaporation side connection. The cover part (121) and / or the cover part (121) caused by thermal expansion occurring in the connecting part arrangement direction between the evaporation part (110) and the housing (120) between the part (151) and the condensing side connecting part (152) It may be set larger than the amount of change in the gap with the connecting portions (151, 152).
また、上記特徴の排熱回収器において、カバー部(121)には、第1、第2プレート(18、19)がカバー部(121)より凝縮部(130)側に移動することを規制する蓋部(122)が設けられていてもよい。 Further, in the exhaust heat recovery device having the above characteristics, the cover portion (121) restricts the first and second plates (18, 19) from moving from the cover portion (121) to the condensation portion (130) side. A lid (122) may be provided.
これによれば、第1、第2プレート(18、19)が凝縮部(130)側に移動することを規制することができるため、加熱流体のシール性を確実に確保しつつ、熱応力を確実に緩和することが可能となる。 According to this, since it can control that the 1st, 2nd plate (18, 19) moves to the condensation part (130) side, while ensuring the sealing performance of heating fluid reliably, thermal stress is controlled. It is possible to surely relax.
また、上記特徴の排熱回収器において、少なくとも一方の連結部(151、152)とカバー部(122)との間に設定された隙間には、2つの第1プレート(18)および1つの第2プレート(19)が設けられており、1つの第2プレート(19)が、2つの第1プレート(18)間に配置されていてもよい。 In the exhaust heat recovery device having the above characteristics, two first plates (18) and one first plate are provided in a gap set between at least one of the connecting portions (151, 152) and the cover portion (122). Two plates (19) may be provided, and one second plate (19) may be disposed between the two first plates (18).
また、上記特徴の排熱回収器において、少なくとも一方の連結部(151、152)と蒸発部(110)とを接続するジョイント(16)を備え、ジョイント(16)は、蒸発部(110)側に大径部(161)、少なくとも一方の連結部(151、152)側に小径部(162)を有しており、第1、第2プレート(18、19)は、小径部(162)とカバー部(122)との間の隙間に設けられており、第1、第2プレート(18、19)の貫通穴の内径は、大径部(161)の外径より小さく形成されていてもよい。 Further, the exhaust heat recovery device having the above characteristics includes a joint (16) for connecting at least one of the connecting portions (151, 152) and the evaporation portion (110), and the joint (16) is on the evaporation portion (110) side. The large-diameter portion (161) has a small-diameter portion (162) on the side of at least one of the connecting portions (151, 152). The first and second plates (18, 19) are connected to the small-diameter portion (162). Even if the inner diameter of the through hole of the first and second plates (18, 19) is smaller than the outer diameter of the large-diameter portion (161). Good.
これによれば、第1、第2プレート(18、19)が蒸発部(110)側に移動することを規制することができるため、加熱流体のシール性を確実に確保しつつ、熱応力を確実に緩和することが可能となる。 According to this, since it is possible to restrict the movement of the first and second plates (18, 19) to the evaporation section (110) side, the thermal stress is reliably ensured while ensuring the sealing performance of the heating fluid. It is possible to surely relax.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の一実施形態について図1〜図3に基づいて説明する。本実施形態の排熱回収器100は、車両のエンジン(内燃機関)の排気系から排気ガスの排気熱を回収して、この排気熱を暖機促進等に利用するものである。なお、排気ガスが本発明の加熱流体に相当し、エンジン冷却水が被加熱流体に相当している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The exhaust
図1は、本実施形態に係る排熱回収器100の車両への搭載状態を示す模式図である。図1に示すように、エンジン10は水冷式の内燃機関であり、燃料が燃焼した後の排気ガスが排出される排気筒11を有している。エンジン10は、エンジン10冷却用のエンジン冷却水(以下、冷却水と略す)が循環するラジエータ回路20と、このラジエータ回路20とは別の流路として冷却水が循環する排熱回収回路30と、空調空気加熱用のヒータコア41に冷却水(温水)が循環するヒータ回路40とを有している。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a mounted state of the exhaust
ラジエータ回路20にはラジエータ21が設けられており、ラジエータ21は、ウォータポンプ22によって循環される冷却水を外気との熱交換により冷却する。ラジエータ回路20中にはラジエータ21を迂回して冷却水が流通するバイパス流路23が設けられており、サーモスタット24によってラジエータ21を流通する冷却水量とバイパス流路23を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。特に暖機時においてはバイパス流路23側の冷却水量が増加されて暖機が促進される。つまり、ラジエータ21による冷却水の過冷却が防止される。
The
排熱回収回路30は、ラジエータ回路20のエンジン出口部から分岐して、ウォータポンプ22に接続される流路であり、ウォータポンプ22によって冷却水が循環されるようになっている。排熱回収回路30の途中には後述する排熱回収器100の水タンク140(凝縮部130)が接続されている。
The exhaust
また、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冷却水(温水)が流出して、排熱回収回路30の下流側に合流する回路としている。このヒータ回路40には、暖房用熱交換器としてのヒータコア41が設けられており、上記のウォータポンプ22によって冷却水(温水)が循環されるようにしている。ヒータコア41は、図示しない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温水との熱交換により加熱する。
Further, the
図2は、図1のA−A断面図である。図2に示すように、本実施形態の排熱回収器100は、蒸発部110、ダクト部120、凝縮部130、水タンク140等を有しており、蒸発部110と凝縮部130とが互いに接続されることでループ式のヒートパイプ101を形成している。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. As shown in FIG. 2, the exhaust
ヒートパイプ101には図示しない封入部が設けられており、この封入部からヒートパイプ101内が真空引き(減圧)され、作動媒体が封入された後に封入部は封止されている。作動媒体は、ここでは水を使用している。なお、作動媒体としては、水の他にアルコール、フロロカーボン、フロン等を用いてもよい。
The
蒸発部110は、内部を排気ガスが流通するダクト部120内に収容されている。また、蒸発部110は、排気ガスと後述する作動流体との間で熱交換を行い、作動流体を蒸発させるようになっている。なお、ダクト部120が、本発明の筐体に相当している。
The
凝縮部130は、排気筒11の外部に設けられており、排熱回収回路30(図1参照)内に配置される水タンク140内に設けられている。また、凝縮部130は、蒸発部110で蒸発した作動流体と冷却水との間で熱交換を行い、作動流体を凝縮させるようになっている。水タンク140には、エンジンの冷却水出口側に接続される冷却水流入口(図示せず)と、エンジンの冷却水入口側に接続される冷却水流出口(図示せず)とが設けられている。なお、水タンク140が、本発明の被加熱流体経路に相当している。
The condensing
蒸発部110および凝縮部130は、水平方向に隣接するように配置されている。通常、排気筒11は車両前後方向に亘って設けられているため、蒸発部110および凝縮部130の配置方向は、車両幅方向に一致している。
The
次に、蒸発部110の構成について説明する。蒸発部110は、複数本の蒸発側チューブ111と、蒸発側チューブ111の外表面に接合されたコルゲート状の蒸発側フィン112とを有している。蒸発側チューブ111は、排気ガスの流通方向(図2の紙面垂直方向)が長径方向と一致するように扁平状に形成されているとともに、その長手方向が鉛直方向に一致するように複数本平行に配置されている。
Next, the configuration of the
蒸発部110において、蒸発側チューブ111の長手方向両端部には、蒸発側チューブ111の積層方向に延びて、複数の蒸発側チューブ111と連通する蒸発側ヘッダ113、114がそれぞれ設けられている。蒸発側ヘッダのうち、下方側に配置されるものを蒸発側下ヘッダ113といい、上方側に配置されるものを蒸発側上ヘッダ114という。
In the
各蒸発側ヘッダ113、114の蒸発側チューブ111に対応する位置には、チューブ孔(図示せず)が穿設されている。そして、複数の蒸発側チューブ111の長手方向両端部は、それぞれ各蒸発側ヘッダ113、114のチューブ孔に接合されており、複数の蒸発側チューブ111は、各蒸発側ヘッダ113、114内と連通している。
Tube holes (not shown) are formed at positions corresponding to the
次に、凝縮部130の構成について説明する。凝縮部130は、上記蒸発部110と同様に、長手方向が鉛直方向に一致するように複数本平行に配置される凝縮側チューブ131を有しており、各凝縮側チューブ131の間には凝縮側フィン132が介在されているとともに、各凝縮側チューブ131の長手方向両端部が凝縮側上ヘッダ133、凝縮側下ヘッダ134に接合されて形成されている。複数の凝縮側チューブ131は、各凝縮側ヘッダ133、134内と連通している。
Next, the configuration of the condensing
また、蒸発側ヘッダ113、114と凝縮側ヘッダ133、134は、円筒状の連結部151、152を介して連通状態に接続されている。ここで、連結部のうち、上方側に配置され、蒸発側上ヘッダ114と凝縮側上ヘッダ133とを接続し、蒸発部110で蒸発した作動流体を凝縮部130に導くものを蒸発側連結部151といい、下方側に配置され、凝縮側下ヘッダ133と蒸発側下ヘッダ114とを接続し、凝縮部130で凝縮された作動流体を蒸発部110に導くものを凝縮側連結部152という。
Further, the
そして、蒸発側、凝縮側チューブ111、131、蒸発側、凝縮側ヘッダ113、114、133、134および各連結部151、152によって閉ループが形成されており、作動流体は蒸発部110および凝縮部130を循環するようになっている。すなわち、蒸発側下ヘッダ113→蒸発側チューブ111→蒸発側上ヘッダ114→蒸発側連結部151→凝縮側上ヘッダ133→凝縮側チューブ131→凝縮側下ヘッダ134→凝縮側連結部152→蒸発側下ヘッダ113が環状に繋がっており、ヒートパイプ101を形成している。
Further, a closed loop is formed by the evaporation side, the
以上のように排熱回収器100は形成されており、この排熱回収器100は車両の床下の地上側から見て車室内側にへこむように形成されたへこみ部に配設される。そして、ダクト部120が排気筒11に介在され、また、水タンク140の両パイプ(図示せず)が排熱回収回路30に接続されている。なお、本実施形態では、ダクト部120は排気筒11と一体に成形されている。
As described above, the exhaust
図3は、図2のB部拡大図である。図2および図3に示すように、各連結部151、152は、ジョイント16によって各蒸発側ヘッダ113、114とそれぞれ接続されている。このジョイント16は、大径部161および小径部162を有しており、大径部161は小径部162より蒸発部110側に配置されている。なお、ジョイント16は、各連結部151、152の一部を構成している。
FIG. 3 is an enlarged view of a portion B in FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the connecting
ダクト部120における各連結部151、152との接続部には、各連結部151、152の外周を覆うカバー部121が一体に形成されている。カバー部121は、凝縮部130側に突出するように形成されている。また、カバー部121と各連結部151、152の外周面との間には、隙間が設定されており、この隙間はダクト部120内と連通している。本実施形態では、カバー部121は、ジョイント16に対応する部位に設けられている。
A
図3に示すように、カバー部121とジョイント16の小径部16との間の隙間には、第1、第2ワッシャ18、19が配設されている。第1ワッシャ18には、ジョイント16の小径部162が挿入される第1貫通穴が形成されている。同様に、第2ワッシャ19にも、小径部162が挿入される第2貫通穴が形成されている。第1、第2貫通穴は、それぞれジョイント16に対応する形状(本実施形態では円状)に形成されている。また、第1、第2貫通穴の内径は、大径部161の外径より小さくなっている。なお、第1、第2ワッシャ18、19が、本発明の第1、第2プレートに相当している。
As shown in FIG. 3, first and
第1ワッシャ18は、各連結部151、152に対して各連結部151、152の軸方向(以下、連結部軸方向という)に摺動可能になっている。また、第2ワッシャ19は、カバー部121に対して連結部軸方向に摺動可能になっている。すなわち、第1貫通穴の内径は、小径部162の外径よりも若干大きくなっており、第1貫通穴の内周面と小径部162の外周面との間には微小隙間が設定されている。同様に、第2ワッシャ19の外径は、カバー部121の内径より若干小さくなっており、第2ワッシャ19の外周面とカバー部121の内周面との間には微小隙間が設定されている。これらの微小隙間は、各ワッシャ18、19が連結部軸方向に移動可能な範囲内で、できる限り小さく設定されており、本実施形態では0.01mm程度になっている。
The
第1ワッシャ18の外径は、第2ワッシャ19の外径より小さくなっている。また、第2貫通穴の内径は、第1貫通穴の内径以上、第1ワッシャ18の外径未満の範囲内になっている。
The outer diameter of the
本実施形態では、第1ワッシャ18が2つ、第2ワッシャ19が1つ設けられており、2つの第1ワッシャ18間に1つの第2ワッシャ19が配置されている。そして、第1、第2ワッシャ18、19により、迷路構造が形成されている。
In the present embodiment, two
ところで、蒸発側連結部151および凝縮側連結部152の配置方向を、以下、連結部配置方向とする。本実施形態では、連結部配置方向は蒸発側チューブ111の長手方向、すなわち鉛直方向に一致している。
By the way, the arrangement | positioning direction of the evaporation
カバー部121と第1ワッシャ18との間には、蒸発側連結部151および凝縮側連結部152間において発生する蒸発部110とダクト部120との熱膨張差、すなわち蒸発側連結部151および凝縮側連結部152間において発生する蒸発部110の連結部配置方向の熱膨張量と、ダクト部120の連結部配置方向の熱膨張量との差を吸収するための隙間17が設定されている。
Between the
そして、この隙間17の大きさ、すなわちカバー部121と第1ワッシャ18との間の連結部配置方向における距離のうち、他方の連結部から遠い側の距離は、蒸発側連結部151および凝縮側連結部152間において発生する蒸発部110およびダクト部120の連結部配置方向の熱膨張に起因するカバー部121と各連結部151、152との隙間の変化量より大きく設定されている。換言すると、カバー部121と第1ワッシャ18との間の連結部配置方向における距離のうち、他方の連結部から遠い側の距離は、蒸発側連結部151および凝縮側連結部152間において、蒸発部110とダクト部120との間で連結部配置方向に発生すると想定される熱膨張差より大きく設定されている。
The size of the
本実施形態では、図2に示すように、カバー部121は、ダクト部120における蒸発側連結部151および凝縮側連結部152との接続部にそれぞれ設けられている。ここで、カバー部121のうち、ダクト部120における蒸発側連結部151との接続部に配置されるものを第1カバー部121aといい、ダクト部120における凝縮側連結部152との接続部に配置されるものを第2カバー部121bという。そして、第1カバー部121aと第1プレート18との間の連結部配置方向における距離のうち、凝縮側連結部152から遠い側の距離X1と、第2カバー部121bと第1プレート18との間の連結部配置方向における距離のうち、蒸発側連結部151から遠い側の距離X2との合計が、蒸発側連結部151および凝縮側連結部152間において、蒸発部110とダクト部120との間で連結部配置方向に発生すると想定される熱膨張差より大きく設定されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
具体的には、蒸発部110および各連結部151、152がオーステナイト系ステンレス(線膨張係数18×10−6)で構成され、ダクト部120およびカバー部121がフェライト系ステンレス(線膨張係数12×10−6)で構成されており、2つの連通部151、152間のピッチYが40mmになっており、ダクト部120に排気ガスが流通する際に、蒸発部110が800℃、ダクト部120が600℃になる場合(基準温度を25℃とする)、蒸発部110の熱膨張が0.558mm、ダクト部120の熱膨張が0.276mmとなるため、その熱膨張差は0.282mmとなる。したがって、蒸発側連結部151および凝縮側連結部152間において発生する蒸発部110およびダクト部120の連結部配置方向の熱膨張に起因するカバー部121と各連結部151、152との隙間の変化量は、0.282mmとなる。このため、本実施形態では、第1カバー部121aと第1プレート18との間の連結部配置方向における距離のうち、凝縮側連結部152から遠い側の距離X1と、第2カバー部121bと第1プレート18との間の連結部配置方向における距離のうち、蒸発側連結部151から遠い側の距離X2との合計は、0.282mmより大きく設定されている。なお、2つの連結部151、152間のピッチYとは、各連結部151、152の軸間距離のことをいう。
Specifically, the evaporating
ところで、上述したように、第1、第2ワッシャ18、19は、連結部軸方向に摺動可能になっている。このため、カバー部121の凝縮部130側の端部には、第1、第2ワッシャ18、19がカバー部121より凝縮部130側に移動することを規制する蓋部122が設けられている。
As described above, the first and
具体的には、蓋部122は、カバー部121の凝縮部130側の端部からジョイント16の小径部162に向かって延びる板状に形成されている。そして、蓋部122と小径部162の外周面との間には、隙間123が形成されている。この隙間123の連結部配置方向外側の長さは、カバー部121と第1ワッシャ18との間の連結部配置方向における距離のうち、他方の連結部から遠い側の距離以上、第1ワッシャ18の外径未満の範囲内になっている。なお、蓋部122はカバー部121と別体として構成されており、排熱回収器100の製造時において、カバー部121内に第1、第2ワッシャ18、19を圧入(挿入)した後に、カバー部121の先端部に一体にろう付けされるようになっている。そして、排熱回収器100の作動時には、ダクト部120内の排気ガスの圧力により第1、第2ワッシャ18、19は蓋部122に押しつけられるようになっている。
Specifically, the
また、本実施形態では、図3に示すように、第2ワッシャ19と各連結部151、152との間には、蒸発側連結部151および凝縮側連結部152間において発生する蒸発部110とダクト部120との熱膨張差を吸収するための隙間170が設定されている。この隙間170の大きさ、すなわち第2ワッシャ19と各連結部151、152との間の連結部配置方向における距離のうち、他方の連結部から遠い側の距離Zが、蒸発側連結部151および凝縮側連結部152間において、蒸発部110とダクト部120との間で連結部配置方向に発生する熱膨張に起因するカバー部121と各連結部151、152との隙間の変化量より大きく設定されている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, between the
ところで、ダクト部120内に排気ガスが流通すると、ダクト部120および蒸発部110が熱膨張し、ダクト部120と一体に形成されているカバー部121と、蒸発部110に熱的に接続されている2つの連結部151、152とが、連結部配置方向外側(各連結部151、152同士が離れる方向、すなわち他の連結部から遠ざかる方向)にそれぞれ変位する。このとき、外部に露出しているダクト部120と、外部に露出していない蒸発部110とでは熱膨張量が異なる、すなわちダクト部120と蒸発部110との間に熱膨張差が発生するため、カバー部121と各連結部151、152との連結部配置方向外側の隙間が減少する。そして、カバー部121と各連結部151、152との隙間が0になり、カバー部121と各連結部151、152とが接触すると、その接触部に熱応力が発生する。
By the way, when the exhaust gas flows through the
これに対し、本実施形態のように、カバー部121と第1ワッシャ18との間に、蒸発側連結部151および凝縮側連結部152間において発生する蒸発部110とダクト部120との連結部配置方向の熱膨張差を吸収するための隙間17を設定することで、ダクト部120と蒸発部110との間の熱膨張差によりカバー部121と各連結部151、152との隙間が減少したときに、カバー部121と第1ワッシャ18とが接触することを防止できる。したがって、ダクト部120と蒸発部110との熱膨張差に起因する熱応力の発生を抑制することができる。
On the other hand, as in the present embodiment, a connecting portion between the
また、第1、第2ワッシャ18、19により、カバー部121と各連結部151、152間の隙間に迷路構造を構成することで、カバー部121と各連結部151、152間の隙間からダクト部120の外部に排気ガスが流出することを抑制できる。したがって、排気ガスのシール性を確保しつつ、熱応力を緩和することが可能となる。
Further, the first and
また、第2ワッシャ19と各連結部151、152との間に、蒸発側連結部151および凝縮側連結部152間において発生する蒸発部110とダクト部120との連結部配置方向の熱膨張差を吸収するための隙間170を設定することで、ダクト部120と蒸発部110との間の熱膨張差によりカバー部121と各連結部151、152との隙間が減少したときに、第2ワッシャ19の貫通穴と各連結部151、152とが接触することを防止できる。したがって、ダクト部120と蒸発部110との熱膨張差に起因する熱応力の発生をより抑制することが可能となる。
Further, between the
また、カバー部121の端部に蓋部122を設けることで、第1、第2ワッシャ18、19がカバー部121より凝縮部130側に移動することを規制することができる。さらに、第1、第2ワッシャ18、19の各貫通穴の内径を、ジョイント16の大径部161の外径より小さく形成することで、第1、第2ワッシャ18、19が蒸発部110側に移動することを規制することができる。これらにより、第1、第2ワッシャ18、19を、カバー部121と小径部162との隙間に確実に配置することができる。このため、排気ガスのシール性を確実に確保しつつ、熱応力を確実に緩和することが可能となる。
Moreover, by providing the
(他の実施形態)
なお、上記実施形態では、第1、第2プレートとしてリング状の第1、第2ワッシャ18、19を採用しているが、これに限らず、第1、第2プレートとしては、楕円状や多角形状のプレートを採用してもよい。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the first and
また、上記実施形態では、第1、第2ワッシャ18、19の合計数を3つとしたが、各ワッシャ18、19がそれぞれ1つ以上であれば、他の数に変更してもよい。
In the above embodiment, the total number of the first and
また、上記実施形態では、カバー部121を、ダクト部120における蒸発側連結部151および凝縮側連結部152との接続部にそれぞれ設けた例について説明したが、これに限らず、ダクト部120における蒸発側連結部151および凝縮側連結部152のうちいずれか一方との接続部にのみ設けてもよい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which each provided the
また、上記実施形態では、被加熱流体として冷却水を採用しているが、被加熱流体としては、エンジンオイル、車両オートマチックトランスミッション用のトルクコンバータ内のオイル等を採用してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although cooling water is employ | adopted as a to-be-heated fluid, engine oil, the oil in the torque converter for vehicle automatic transmissions, etc. may be employ | adopted as a to-be-heated fluid.
また、上記実施形態では、2つの連通部151、152間のピッチYを40mmとした例について説明したが、第1、第2ワッシャ18、19の寸法を小型化するために、ピッチYをさらに狭く設定してもよい。
In the above embodiment, the example in which the pitch Y between the two
17…隙間、18…第1ワッシャ(第1プレート)、19…第2ワッシャ(第2プレート)、110…蒸発部、120…ダクト部(筐体)、121…カバー部、130…凝縮部、151…蒸発側連結部、152…凝縮側連結部。 17 ... Gap, 18 ... First washer (first plate), 19 ... Second washer (second plate), 110 ... Evaporation part, 120 ... Duct part (housing), 121 ... Cover part, 130 ... Condensation part, 151 ... Evaporation side connection part, 152 ... Condensation side connection part.
Claims (7)
被加熱流体が流通する被加熱流体経路内に配置され、前記蒸発部(110)で蒸発した前記作動流体と前記被加熱流体との間で熱交換を行い、前記作動流体を凝縮させる凝縮部(130)と、
前記蒸発部(110)で蒸発した前記作動流体を前記凝縮部(130)に導く蒸発側連結部(151)と、
前記凝縮部(130)で凝縮した前記作動流体を前記蒸発部(110)に導く凝縮側連結部(152)とを備える排熱回収器であって、
前記筐体(120)における前記蒸発側連結部(151)および前記凝縮側連結部(152)のうち少なくとも一方との接続部には、当該少なくとも一方の連結部(151、152)の外周面を覆うカバー部(121)が、前記筐体(120)と一体に形成されており、
前記少なくとも一方の連結部(151、152)と前記カバー部(122)との間に設定された隙間には、前記少なくとも一方の連結部(151、152)が挿入される貫通穴を有する第1、第2プレート(18、19)が設けられており、
前記第1プレート(18)は前記少なくとも一方の連結部(151、152)に対して摺動可能になっているとともに、前記第2プレート(19)は前記カバー部(121)に対して摺動可能になっており、
前記第1プレート(18)の外径は、前記第2プレート(19)の外径より小さくなっているとともに、前記第2プレート(19)の前記貫通穴の内径は、前記第1プレート(18)の前記貫通穴の内径以上、前記第1プレート(18)の外径未満の範囲内になっており、
前記カバー部(121)と前記第1プレート(18)との間には、前記蒸発側連結部(151)および前記凝縮側連結部(152)間において発生する前記蒸発部(110)と前記筐体(120)との熱膨張差を吸収するための隙間(17)が設定されており、
前記第1、第2プレート(18、19)により迷路構造が構成されていることを特徴とする排熱回収器。 An evaporating section (110) that is disposed in a casing (120) through which the heated fluid flows, exchanges heat between the heated fluid and the working fluid that can be evaporated and condensed, and evaporates the working fluid. )When,
A condensing unit (condensed) that is disposed in a heated fluid path through which the heated fluid flows, exchanges heat between the working fluid evaporated by the evaporation unit (110) and the heated fluid, and condenses the working fluid. 130),
An evaporation side connecting portion (151) for guiding the working fluid evaporated in the evaporation portion (110) to the condensing portion (130);
A waste heat recovery device comprising a condensing side connection part (152) for guiding the working fluid condensed in the condensing part (130) to the evaporation part (110),
An outer peripheral surface of the at least one connecting portion (151, 152) is connected to at least one of the evaporation side connecting portion (151) and the condensation side connecting portion (152) in the housing (120). A cover portion (121) for covering is formed integrally with the casing (120),
A gap formed between the at least one connecting portion (151, 152) and the cover portion (122) has a first through hole into which the at least one connecting portion (151, 152) is inserted. A second plate (18, 19) is provided,
The first plate (18) is slidable with respect to the at least one connecting portion (151, 152), and the second plate (19) is slidable with respect to the cover portion (121). Is possible,
The outer diameter of the first plate (18) is smaller than the outer diameter of the second plate (19), and the inner diameter of the through hole of the second plate (19) is the same as that of the first plate (18). ) In the range of not less than the inner diameter of the through hole and less than the outer diameter of the first plate (18),
Between the cover part (121) and the first plate (18), the evaporation part (110) generated between the evaporation side connection part (151) and the condensation side connection part (152) and the housing. A gap (17) for absorbing the difference in thermal expansion from the body (120) is set,
A muffler structure is constituted by the first and second plates (18, 19).
前記カバー部(121)と前記第1プレート(18)との間の前記連結部配置方向における距離のうち、他方の前記連結部から遠い側の距離が、前記蒸発側連結部(151)および前記凝縮側連結部(152)間において発生する前記蒸発部(110)および前記筐体(120)の前記連結部配置方向の熱膨張に起因する前記カバー部(121)と前記少なくとも一方の連結部(151、152)との隙間の変化量より大きく設定されていることを特徴とする請求項1に記載の排熱回収器。 When the arrangement direction of the evaporation side connection part (151) and the condensation side connection part (152) is the connection part arrangement direction,
Of the distance in the connecting portion arrangement direction between the cover portion (121) and the first plate (18), the distance on the side farther from the other connecting portion is the evaporation side connecting portion (151) and the first plate (18). The cover portion (121) and the at least one connection portion (at least one of the evaporation portion (110) and the casing (120) generated between the condensation side connection portions (152) due to thermal expansion in the connection portion arrangement direction ( 151, 152). The exhaust heat recovery device according to claim 1, wherein the exhaust heat recovery device is set to be larger than an amount of change in a gap between the exhaust heat recovery device 151 and 152).
前記1つの第2プレート(19)が、前記2つの第1プレート(18)間に配置されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の排熱回収器。 In the gap set between the at least one connecting portion (151, 152) and the cover portion (122), two first plates (18) and one second plate (19) are provided. And
The exhaust heat recovery device according to any one of claims 1 to 5, wherein the one second plate (19) is disposed between the two first plates (18).
前記ジョイント(16)は、前記蒸発部(110)側に大径部(161)、前記少なくとも一方の連結部(151、152)側に小径部(162)を有しており、
前記第1、第2プレート(18、19)は、前記小径部(162)と前記カバー部(122)との間の隙間に設けられており、
前記第1、第2プレート(18、19)の前記貫通穴の内径は、前記大径部(161)の外径より小さく形成されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の排熱回収器。 A joint (16) for connecting the at least one coupling part (151, 152) and the evaporation part (110);
The joint (16) has a large diameter part (161) on the evaporation part (110) side and a small diameter part (162) on the at least one connection part (151, 152) side,
The first and second plates (18, 19) are provided in a gap between the small diameter portion (162) and the cover portion (122),
The inner diameter of the through hole of the first and second plates (18, 19) is formed smaller than the outer diameter of the large diameter portion (161). Exhaust heat recovery unit described in 1.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20101207 |