JP2009114995A - 熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の熱を回収する熱回収装置を小型で高性能なものとする。
【解決手段】中空で偏平で円形のドーナッツ形状から上下を直線的に切り取った切欠部３４，３５を有するチューブとして形成された複数の偏平チューブ３２を積層してチューブ積層体３０を構成し、排気流入側エンドプレート４２によりその切欠部４４が切欠部３４に整合して上方を向くように且つ排気流出側エンドプレート５２によりその切欠部５５が切欠部３５に整合して下方を向くようにケース２２に取り付け、断熱作用をもってチューブ積層体３０の中央を貫通する排気連絡管６０の排気流出端に遮断弁６８を設ける。内燃機関の暖機時には、遮断弁６８を閉じて排気を各偏平チューブ３２の隙間を全体として上方から下方に流すと共に熱交換媒体を各偏平チューブ３２内を全体として下方から上方に流して排気と熱交換媒体との熱交換を行ない、排気の熱を回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱回収装置に関し、詳しくは、内燃機関の排気の熱を回収する熱回収装置に関する。

従来、この種の熱回収装置としては、内燃機関の排気ガスと媒体との熱交換を行なう熱交換経路と、排気ガスを熱交換経路を迂回して排気するバイパス経路と、同軸に配置し、熱交換経路とバイパス経路との間に断熱層を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、バイパス経路の外周に断熱層を形成し、その外周側に熱交換経路を形成し、更にその外周側に媒体の流路を形成する。そして、バイパス経路を閉塞可能な弁を設け、内燃機関の暖機時には、バイパス経路に取り付けられた弁を閉じてバイパス経路を閉塞し、内燃機関の排気ガスを熱交換経路に流通させ、熱交換経路を流通する排気ガスとの熱交換により加温された媒体を用いて内燃機関の冷却水を加温することにより、迅速に内燃機関の暖機を完了する。一方、内燃機関の暖機が完了した後は、バイパス経路に取り付けられた弁を開けてバイパス経路の閉塞を解除し、排気ガスをバイパス経路を介して後段に排出する。このとき、この装置では、断熱層を設けたことにより、媒体が過熱するのを抑制している。
特開２００７−３２５６１号公報

上述した内燃機関の熱を回収する熱回収装置は、車両に搭載されて用いられることが多いため、小型で高性能で耐久性に優れたものが望まれる。また、熱回収により排気ガス中の水分が凝縮したときの凝縮水の排出も必要となる。さらに、液体の熱交換媒体を用いる場合、熱交換による熱交換媒体の気化にも対処する必要がある。

本発明の熱回収装置は、小型で高性能なものとすることを主目的とする。

本発明の熱回収装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の熱回収装置は、
内燃機関の排気の熱を回収する熱回収装置であって、
筒状のケースと、
前記ケースの内側に接しない少なくとも二つの非接触部を有する偏平な略ドーナッツ形状に形成された複数の偏平チューブを積層方向に連通する少なくとも二つの連通部による所定の積層間隔をもって該複数の偏平チューブの前記二つの非接触部が整合するように且つ前記二つの連通部が整合するように積層してなるチューブ積層体と、
前記チューブ積層体の二つの連通部の一方の連通部に接続されて熱交換媒体を供給する熱交換媒体供給管と、
前記チューブ積層体の二つの連通部の他方の連通部に接続されて前記熱交換媒体を回収する熱交換媒体回収管と、
前記ケースの排気の流入口側の前記チューブ積層体の端部に該チューブ積層体の前記二つの非接触部の一方を閉塞するよう前記ケースに取り付けられた排気流入側エンドプレートと、
前記ケースの排気の流出口側の前記チューブ積層体の端部に該チューブ積層体の前記二つの非接触部の他方を閉塞するよう前記ケースに取り付けられた排気流出側エンドプレートと、
前記チューブ積層体の内側に対して断熱作用をもって挿入され、該チューブ積層体を貫通して排気を流通可能な排気連絡管と、
前記排気連絡管に取り付けられて排気の流通を遮断および遮断の解除を行なう遮断弁と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の熱回収装置では、内燃機関の暖機時に遮断弁により排気連絡管の排気の流通を遮断する。すると、内燃機関の排気は、排気流入側エンドプレートにより閉塞されていない非接触部を通ってチューブ積層体の各偏平チューブの隙間に供給され、排気流出側エンドプレートにより閉塞されていない非接触部を通って後段に排出される。一方、熱交換媒体は、熱交換媒体供給管からチューブ積層体の二つの連通部の一方を通って各偏平チューブに供給され、各偏平チューブの隙間を流れる排気との熱交換により加温され、二つの連通部の他方を通って熱交換媒体回収管から回収される。こうして回収した加温された熱交換媒体は、例えば、内燃機関の冷却水と熱交換する熱交換器に供給され、内燃機関の暖機を促進するのに用いられる。一方、内燃機関の暖機が終了すると、遮断弁による排気連絡管の排気の遮断を解除する。すると、内燃機関の排気は、排気連絡管を通って後段に排出され、チューブ積層体には供給されない。こうした本発明の熱回収装置では、偏平な略ドーナッツ形状に形成された複数の偏平チューブを高密度に積層して熱交換に用いるチューブ積層体を形成するから、熱回収装置を小型で高性能なものとすることができる。しかも、排気連絡管に遮断弁を設け、内燃機関の暖機時に遮断弁により排気連絡管の排気の通流を遮断することにより、内燃機関の始動時に排気の熱の回収を効率よく行なうことができる。また、排気連絡管を断熱作用をもってチューブ積層体の内側に接触するよう取り付けると共に内燃機関の暖機を完了した後は遮断弁による排気連絡管の排気の通流の遮断を解除することにより、暖機完了の内燃機関からの高温の排気により熱交換媒体が過熱されるのを抑制することができる。

こうした本発明の熱回収装置において、前記排気流入側エンドプレートおよび前記排気流出側エンドプレートの一方は前記チューブ積層体の端部に接合されて前記ケースに取り付けられてなり、前記排気流出側エンドプレートおよび前記排気流出側エンドプレートの他方は前記チューブ積層体の端部に接合されずに前記ケースに取り付けられてなる、ものとすることもできる。こうすれば、ケースやチューブ積層体の熱膨張による膨張程度が相違してもチューブ積層体に排気流入側エンドプレートと排気流出側エンドプレートとの双方が接合されてケースに取り付けられているときに生じる応力の作用を抑制することができ、チューブ積層体の応力の作用による変形や破損などを防止することができる。この結果、装置の耐久性を向上させることができる。

また、本発明の熱回収装置において、前記チューブ積層体は、前記二つの非接触部近傍に前記二つの連通部が形成された複数の偏平チューブを積層してなるものとすることもできる。こうすれば、熱交換媒体の流れと排気の流れとを全体として対向させたり並行させたりすることができる。

さらに、本発明の熱回収装置において、前記熱交換媒体供給管および前記熱交換媒体回収管は、前記ケースの排気の流入口側の前記チューブ積層体の端部または前記ケースの排気の流出口側の前記チューブ積層体の端部に取り付けられてなるものとすることもできる。この場合、更に、前記排気流入側エンドプレートおよび前記排気流出側エンドプレートのうち前記熱交換媒体供給管および前記熱交換媒体回収管が取り付けられた側のエンドプレートについては前記チューブ積層体の端部に接合されて前記ケースに取り付けられてなり、前記排気流入側エンドプレートおよび前記排気流出側エンドプレートのうち前記熱交換媒体供給管および前記熱交換媒体回収管が取り付けらていない側のエンドプレートについては前記チューブ積層体の端部に接合されずに前記ケースに取り付けられてなる、ものとすれば、ケースやチューブ積層体の熱膨張による膨張程度が相違することによる熱交換媒体供給管や熱交換媒体回収管への応力の作用を小さくすることができ、熱交換媒体供給管や熱交換媒体回収管の破損を抑制することができる。この結果、装置の耐久性を向上させることができる。

あるいは、本発明の熱回収装置において、前記排気流入側エンドプレート、前記排気流出側エンドプレートおよび前記チューブ積層体は、前記チューブ積層体の前記二つの非接触部のうち前記排気流入側エンドプレートによって閉塞された非接触部が前記ケースの下部となり、前記チューブ積層体の前記二つの非接触部のうち前記排気流出側エンドプレートによって閉塞された非接触部が前記ケースの上部となるよう前記ケースに取り付けられてなるものとすることもできる。こうすれば、熱交換によって凝縮した排気中の水分が流下しても、排気流により後段に押し流すことができる。この場合、前記チューブ積層体の前記二つの連通部は、前記熱交換媒体が前記偏平チューブ内を下方から上方に流れるよう形成されてなるものとすることもできる。こうすれば、熱交換媒体の流れと排気の流れとを全体として対向させることができ、装置の熱交換性能を向上させることができる。

こうした排気流出側エンドプレートによって閉塞された非接触部がケースの上部となると共に排気流入側エンドプレートによって閉塞された非接触部がケースの下部となるよう取り付けられてなる本発明の熱回収装置において、前記ケースは前記排気流入側エンドプレートによって閉塞された非接触部の下部と略水平あるいは下方に傾斜する排気の流出路が形成されてなるものとすることもできるし、前記ケースは前記排気の流出路における軸が排気の流入路における軸に対して下方に偏心するよう形成されてなるものとすることもできる。こうすれば、熱交換によって凝縮して流下した水の排気流による排出を容易なものとすることができる。

また、本発明の熱回収装置において、前記排気連絡管は、径の異なる二つの中空管を同軸となるよう配置し、該二つの中空管の隙間を断熱層として構成されてなるものとすることもできる。また、前記遮断弁は、前記排気連絡管の排気の流入口または前記排気連絡管の排気の流出口に取り付けられてなるものとすることもできる。

加えて、本発明の熱回収装置において、前記チューブ積層体は、前記複数の偏平チューブの間の少なくとも一部にフィンが取り付けられてなるものとすることもできる。こうすれば、熱回収における効率を高くすることができる。この場合、前記フィンは、前記複数の偏平チューブに対して積層方向に支持可能に取り付けられてなるものとすることもできる。こうすれば、偏平チューブの変形やチューブ積層体の変形を抑制することができ、偏平チューブを薄肉にすることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例としての熱回収装置２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は実施例の熱回収装置２０の断面図である。実施例の熱回収装置２０は、図示するように、内燃機関の排気管に取り付けられるケース２２と、中空で偏平なドーナツ状の複数の偏平チューブ３２を積層してなるチューブ積層体３０と、このチューブ積層体３０の排気流入側端部の偏平チューブ３２に接合するよう取り付けられてケース２２に固定される排気流入側エンドプレート４２と、チューブ積層体３０の排気流出側の端部の偏平チューブ３２に非接触に所定間隔をもってケース２２に固定される排気流出側エンドプレート５２と、偏平チューブ３２の中央を貫通する排気連絡管６０と、この排気連絡管６０の排気流出端に取り付けられて排気連絡管６０の排気の通流を遮断したりこの遮断を解除する遮断弁６８と、を備える。

図３はチューブ積層体３０の外観を例示する斜視図であり、図４は偏平チューブ３２の構成の概略を示す構成図である。図４中、破線矢印は熱交換媒体の流れを示している。偏平チューブ３２は、図４に示すように、耐熱性や耐腐食性の良好な材料（例えばステンレス）の板材を打ち抜き加工や折り曲げ加工などを用いて、中空で、偏平で円形のドーナッツ形状から図中上部および下部を直線的に切り取った切欠部３４，３５を有するチューブとして形成されている。偏平チューブ３２の切欠部３４，３５の中央には、隣接する偏平チューブ３２と接合されて連通する連通部３６，３７が形成されている。チューブ積層体３０は、図３に示すように、複数の偏平チューブ３２を切欠部３４，３５が整合するように且つ隣接する偏平チューブ３２の連通部３６，３７が連通して接合されるように積層し、ろう付け加工などによって接合して形成されている。チューブ積層体３０の隣接する偏平チューブ３２は、図１〜図３に示すように、連通部３６，３７の間隔をもって接合されており、各偏平チューブ３２の隙間が排気の流路として構成される。

排気流入側エンドプレート４２や排気流出側エンドプレート５２も耐熱性や耐腐食性の良好な材料（例えばステンレス）の板材を打ち抜き加工や折り曲げ加工などを用いて形成されており、排気流入側エンドプレート４２については切欠部３５が切り取られていない偏平チューブ３２の平面形状となるよう形成されており、排気流出側エンドプレート５２については切欠部３４が切り取られていない偏平チューブ３２の平面形状となるよう形成されている。即ち、排気流入側エンドプレート４２には、切欠部３４に相当する切欠部４４が形成されており、排気流出側エンドプレート５２には、切欠部３５に相当する切欠部５５が形成されている。そして、排気流入側エンドプレート４２は、その切欠部４４がチューブ積層体３０の排気流入側端部の偏平チューブ３２の切欠部３４と整合するように偏平チューブ３２に接合され、チューブ積層体３０の各偏平チューブ３２の切欠部３４や排気流入側エンドプレート４２の切欠部４４がケース２２内で鉛直上方を向くように、その外周縁がケース２２に接合されている。このため、排気は、ケース２２と排気流入側エンドプレート４２の切欠部４４とにより形成された上方の空間を流入口としてチューブ積層体３０側に流入する。また、排気流出側エンドプレート５２は、その切欠部５５がチューブ積層体３０の排気流出側端部の偏平チューブ３２の切欠部３５と整合するように且つこの偏平チューブ３２に対して所定間隔（例えば３ｍｍ）をもって、チューブ積層体３０の各偏平チューブ３２の切欠部３５や排気流出側エンドプレート５２の切欠部５５がケース２２内で鉛直下方を向くように、その外周縁がケース２２に接合されている。このため、排気は、ケース２２と排気流出側エンドプレート５２の切欠部５５とにより形成された下方の空間を流出口としてチューブ積層体３０側から流出する。即ち、内燃機関からの排気は、排気流入側エンドプレート４２の切欠部４４による空間（流入口）からチューブ積層体３０側に流入し、各偏平チューブ３２の切欠部３４とケース２２との空間（流入路）を通って各偏平チューブ３２の隙間に供給され、各偏平チューブ３２の隙間を通って各偏平チューブ３２の切欠部３５に至り、各偏平チューブ３２の切欠部３５とケース２２との空間（流出路）を通って排気流出側エンドプレート５２の切欠部５５による空間（流出口）から流出することになり、各偏平チューブ３２の隙間では全体として上方から下方に流れることになる。

排気流入側エンドプレート４２には、チューブ積層体３０の偏平チューブ３２に形成された連通部３６，３７と同様の連通部４６，４７が形成されており、切欠部４４近傍に形成された上部に位置する連通部４６には熱交換媒体回収管５６が取り付けられており、下部に位置する連通部４７には熱交換媒体供給管５７が取り付けられている。このため、熱交換媒体供給管５７，熱交換媒体回収管５６は、チューブ積層体３０の熱回収装置２０における排気の流入側に取り付けられることになる。熱交換媒体（例えば、オイルや不凍液など）は、熱交換媒体供給管５７から連通部３７を通ってチューブ積層体３０の各偏平チューブ３２に供給され、図４の破線矢印に示すように各偏平チューブ３２内を流れて連通部３６に至り、連通部３６を通って熱交換媒体回収管５６から回収される。即ち、熱交換媒体は、チューブ積層体３０の各偏平チューブ３２内を全体として下方から上方に流れることになる。上述したように、内燃機関からの排気は各偏平チューブ３２の隙間を全体として上方から下方に流れるから、各偏平チューブ３２内を全体として下方から上方に流れる熱交換媒体は、各偏平チューブ３２の隙間を全体として上方から下方に流れる排気と熱交換することになる。

排気連絡管６０は、図２に示すように、チューブ積層体３０の中央の内側（ドーナッツの孔の部分）に接合された中空管により構成される外管６２と、環状の二つのスペーサー６６，６７により外管６２の内側に取り付けられる中空管の内管６４と、により構成されており、内管６４の排気の流出端に遮断弁６８が取り付けられている。外管６２と内管６４との隙間は、断熱用の空間となっており、内管６４に高温の排気が流れているときにチューブ積層体３０側が高温となって熱交換媒体が過熱されるのを抑制する。なお、図示しないが、遮断弁６８には、開閉用のアクチュエータが取り付けられており、内燃機関の運転を制御する図示しない制御装置により遮断弁６８の開閉制御が行なわれる。

次に、こうして構成された実施例の熱回収装置２０の動作について説明する。図５は内燃機関の暖機時に遮断弁６８により排気連絡管６０の排気の通流を遮断したときの排気の流れを示す説明図であり、図６は内燃機関の暖機が終了して遮断弁６８による排気連絡管６０の排気の通流の遮断を解除したときの排気の流れを示す説明図である。内燃機関の暖機時は遮断弁６８により排気連絡管６０の排気の通流は遮断されるから、内燃機関からの排気は、図５に示すように、排気流入側エンドプレート４２の切欠部４４による空間（流入口）からチューブ積層体３０側に流入し、各偏平チューブ３２の切欠部３４とケース２２との空間（流入路）を通って各偏平チューブ３２の隙間に供給されて、各偏平チューブ３２の隙間を全体として上方から下方に流れ、各偏平チューブ３２内を全体として下方から上方に流れる熱交換媒体と熱交換する。熱交換により冷却された排気は、各偏平チューブ３２の切欠部３５とケース２２との空間（流出路）を通って排気流出側エンドプレート５２の切欠部５５による空間（流出口）から後段に排出される。熱交換により加温されて熱交換媒体回収管５６から回収された熱交換媒体は、内燃機関の冷却水との熱交換により冷却水を加温したり、バッテリの加温に用いられたりする。なお、熱交換媒体自体が内燃機関の冷却水の場合には内燃機関の冷却水を直接に加温することになる。熱交換により排気が冷却されることにより、偏平チューブ３２の外表面には凝縮水が結露し、これがチューブ積層体３０の下方に流下する場合も生じるが、流下した水は、排気の流れにより、偏平チューブ３２の切欠部３５とケース２２との空間（流出路）を通って排気流出側エンドプレート５２の切欠部５５による空間（流出口）から後段に排出される。内燃機関の暖機が完了すると遮断弁６８による排気連絡管６０の排気の通流の遮断は解除されるから、内燃機関からの排気は、図６に示すように、排気連絡管６０を通って後段に排出される。このとき、外管６２と内管６４との隙間による断熱作用により、チューブ積層体３０側が高温となって熱交換媒体が過熱されるのが抑制される。

以上説明した実施例の熱回収装置２０によれば、内燃機関の暖機時には、遮断弁６８により排気連絡管６０の排気の通流を遮断し、内燃機関の排気をチューブ積層体３０の各偏平チューブ３２の隙間を全体として上方から下方に流すと共に熱交換媒体を各偏平チューブ３２内を全体として下方から上方に流すことにより、熱交換媒体と排気との熱交換を効率よく行なうことができ、内燃機関の排気の熱を効率よく回収することができる。この結果、装置の高性能化や小型化を図ることができる。しかも、排気流出側エンドプレート５２をチューブ積層体３０の排気流出側端部の偏平チューブ３２に対して所定間隔（例えば３ｍｍ）をもってこの偏平チューブ３２に非接触となるようケース２２に接合するから、ケース２２とチューブ積層体３０の熱膨張による膨張程度が相違しても、膨張程度の相違による応力がチューブ積層体３０や排気流出側エンドプレート５２に作用するのを抑制することができ、膨張程度の相違による応力が作用することによるチューブ積層体３０や排気流出側エンドプレート５２，排気流入側エンドプレート４２などの変形や破損を防止することができる。この結果、装置の耐久性を向上させることができる。また、熱交換媒体供給管５７と熱交換媒体回収管５６とをチューブ積層体３０の熱回収装置２０における排気の流入側（排気流入側エンドプレート４２側）に取り付けたから、ケース２２とチューブ積層体３０の熱膨張による膨張程度が相違しても、膨張程度の相違による応力が熱交換媒体供給管５７や熱交換媒体回収管５６に作用するのを抑制することができ、膨張程度の相違による応力が作用することによる熱交換媒体供給管５７や熱交換媒体回収管５６の変形や破損を防止することができる。この結果、装置の耐久性を向上させることができる。さらに、排気流入側エンドプレート４２についてはその切欠部４４が鉛直上方を向くように、チューブ積層体３０については切欠部３４，３５が鉛直上方および下方を向くように、排気流出側エンドプレート５２についてはその切欠部５５が鉛直下方を向くように、排気流入側エンドプレート４２，チューブ積層体３０，排気流出側エンドプレート５２を取り付けたから、偏平チューブ３２の外表面に凝縮し鉛直下方に流下した水を、排気の流れにより排気流出側エンドプレート５２の切欠部５５による空間（流出口）から後段に排出することができる。また、熱交換媒体供給管５７をチューブ積層体３０を構成する偏平チューブ３２の鉛直下方に位置する連通部３７に連通するように取り付けると共に熱交換媒体回収管５６を偏平チューブ３２の鉛直上方に位置する連通部３６に連通するよう取り付け、熱交換媒体を各偏平チューブ３２内を全体として下方から上方に流すから、熱交換媒体として液体を用いても、熱交換媒体の過熱により熱交換媒体が気化しても気化した熱交換媒体を鉛直上方から回収することができる。もとより、内燃機関の暖機が完了した後は、遮断弁６８による排気連絡管６０の排気の通流の遮断を解除するから、内燃機関からの排気を断熱作用をもって取り付けられた排気連絡管６０により後段に排出することができ、チューブ積層体３０側が高温となって熱交換媒体が過熱されるのを抑制することができる。

実施例の熱回収装置２０では、排気流入側エンドプレート４２をチューブ積層体３０の排気流入側端部の偏平チューブ３２に接合してケース２２に取り付けると共に排気流出側エンドプレート５２をチューブ積層体３０の排気流出側端部の偏平チューブ３２に対して所定間隔（例えば３ｍｍ）をもってこの偏平チューブ３２に非接触となるようケース２２に取り付けるものとしたが、排気流入側エンドプレート４２をチューブ積層体３０の排気流入側端部の偏平チューブ３２に対して所定間隔（例えば３ｍｍ）をもってこの偏平チューブ３２に非接触となるようケース２２に取り付けると共に排気流出側エンドプレート５２をチューブ積層体３０の排気流出側端部の偏平チューブ３２に接合してケース２２に取り付けるものとしてもよい。この場合、熱交換媒体供給管５７と熱交換媒体回収管５６とをチューブ積層体３０の熱回収装置２０における排気の流出側（排気流出側エンドプレート５２側）に取り付けるのが好ましいが、チューブ積層体３０の熱回収装置２０における排気の流入側（排気流入側エンドプレート４２側）に取り付けるものとしても構わない。また、排気流入側エンドプレート４２も排気流出側エンドプレート５２もチューブ積層体３０の端部の偏平チューブ３２に接合してケース２２に取り付けるものとしても構わない。

実施例の熱回収装置２０では、熱交換媒体供給管５７と熱交換媒体回収管５６とをチューブ積層体３０の熱回収装置２０における排気の流入側（排気流入側エンドプレート４２側）に取り付けるものとしたが、熱交換媒体供給管５７についてはチューブ積層体３０の熱回収装置２０における排気の流入側に取り付け、熱交換媒体回収管５６についてはチューブ積層体３０の熱回収装置２０における排気の流出側に取り付けるものとしたり、逆に、熱交換媒体供給管５７についてはチューブ積層体３０の熱回収装置２０における排気の流出側に取り付け、熱交換媒体回収管５６についてはチューブ積層体３０の熱回収装置２０における排気の流入側に取り付けるものとしてもよい。また、熱交換媒体供給管５７と熱交換媒体回収管５６とを共にチューブ積層体３０の熱回収装置２０における排気の流出側（排気流出側エンドプレート５２側）に取り付けるものとしても構わない。

実施例の熱回収装置２０では、排気流入側エンドプレート４２についてはその切欠部４４が鉛直上方を向くように、チューブ積層体３０については切欠部３４，３５が鉛直上方および下方を向くように、排気流出側エンドプレート５２についてはその切欠部５５が鉛直下方を向くように、排気流入側エンドプレート４２，チューブ積層体３０，排気流出側エンドプレート５２を取り付けるものとしたが、排気流入側エンドプレート４２の切欠部４４とチューブ積層体３０の各偏平チューブ３２の切欠部３４とが整合し、排気流出側エンドプレート５２の切欠部５５とチューブ積層体３０の各偏平チューブ３２の切欠部３５が整合していれば、如何なる方向に排気流入側エンドプレート４２，チューブ積層体３０，排気流出側エンドプレート５２を取り付けるものとしても構わない。例えば、排気流入側エンドプレート４２の切欠部４４が鉛直下方を向くと共に排気流出側エンドプレート５２の切欠部５５が鉛直上方を向くように排気流入側エンドプレート４２，チューブ積層体３０，排気流出側エンドプレート５２を取り付けるものとしても構わないし、排気流入側エンドプレート４２の切欠部４４と排気流出側エンドプレート５２の切欠部５５とが水平となるように排気流入側エンドプレート４２，チューブ積層体３０，排気流出側エンドプレート５２を取り付けるものとしても構わない。

実施例の熱回収装置２０では、複数の偏平チューブ３２を積層してチューブ積層体３０を構成するものとしたが、隣接する偏平チューブ３２の間にフィンを取り付けるものとしても構わない。この場合、フィンは、偏平チューブ３２の偏平面全体に取り付けるものとしてもよいし、図７の変形例の偏平チューブ３２Ｂや図８の変形例の偏平チューブ３２Ｃのように、偏平面の一部にフィン７０Ｂ，７０Ｃを取り付けるものとしても構わない。こうすれば、伝熱面積を増加することができるから、装置の熱交換効率を向上させることができ、装置の小型化を図ることができる。なお、フィンとしては、コルゲートフィンやオフセットフィンを用いることができる。こうしたフィンを取り付ける構成の場合、フィンにチューブ積層体３０の積層方向に対する支持機能を持たせるものとしてもよい。こうすれば、偏平チューブ３２を薄肉化することができると共にチューブ積層体３０の強度を増加することができ、装置を更に小型化することができる。

実施例の熱回収装置２０では、中空で、偏平で円形のドーナッツ形状となるよう偏平チューブ３２を形成したが、偏平チューブ３２の偏平な外表面を波形状にするものとしてもよい。こうすれば、伝熱面積を増加することができるから、装置の熱交換効率を向上させることができ、装置の小型化を図ることができる。

実施例の熱回収装置２０では、中空で、偏平で円形のドーナッツ形状となるよう偏平チューブ３２を形成したが、偏平チューブ３２の内部にフィンを形成するものとしてもよい。こうすれば、伝熱面積を増加することができるから、装置の熱交換効率を向上させることができ、装置の小型化を図ることができる。この場合もフィンとしては、コルゲートフィンやオフセットフィンを用いることができる。

実施例の熱回収装置２０では、排気の流入路と排気の流出路とが同軸となるケース２２を用いるものとしたが、図９の変形例の熱回収装置２０Ｄに示すように、排気の流出路における軸が排気の流入路における軸に対して下方に偏心させ、各偏平チューブ３２の切欠部３５により形成される排気の流路が水平に延出されるように排気の流出路が形成されたケース２２Ｄを用いるものとしてもよい。こうすれば、熱交換によって凝縮して流下した水の排気流による排出をより容易なものとすることができる。

実施例の熱回収装置２０では、排気連絡管６０の排気流出端に遮断弁６８を取り付けるものとしたが、排気連絡管６０の排気の通流を遮断したりこの遮断を解除すればよいから、遮断弁６８を排気連絡管６０の排気流入端に取り付けるものとしたり、遮断弁６８を排気連絡管６０の内側の中央近傍に取り付けるものとしても構わない。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、熱回収装置の製造産業に利用可能である。

本発明の一実施例としての熱回収装置２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例の熱回収装置２０の断面図である。 チューブ積層体３０の外観を例示する斜視図である。 偏平チューブ３２の構成の概略を示す構成図である。 内燃機関の暖機時に遮断弁６８により排気連絡管６０の排気の通流を遮断したときの排気の流れを示す説明図である。 内燃機関の暖機が終了して遮断弁６８による排気連絡管６０の排気の通流の遮断を解除したときの排気の流れを示す説明図である。 変形例の偏平チューブ３２Ｂの構成の概略を示す構成図である。 変形例の偏平チューブ３２Ｃの構成の概略を示す構成図である。 変形例の熱回収装置２０Ｄの構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，２０Ｄ 熱回収装置、２２，２２Ｄ ケース、３０ チューブ積層体、３２，３２Ｂ，３２Ｃ 偏平チューブ、３４，３５ 切欠部、３６，３７ 連通部、４２ 排気流入側エンドプレート、４４ 切欠部、４６，４７ 連通部、５２ 排気流出側エンドプレート、５５ 切欠部、５６ 熱交換媒体回収管、５７ 熱交換媒体供給管、６０ 排気連絡管、６２ 外管、６４ 内管、６６，６７ スペーサー、６８ 遮断弁、７０Ｂ，７０Ｃ フィン。

Claims (12)

1. 内燃機関の排気の熱を回収する熱回収装置であって、
   筒状のケースと、
   前記ケースの内側に接しない少なくとも二つの非接触部を有する偏平な略ドーナッツ形状に形成された複数の偏平チューブを積層方向に連通する少なくとも二つの連通部による所定の積層間隔をもって該複数の偏平チューブの前記二つの非接触部が整合するように且つ前記二つの連通部が整合するように積層してなるチューブ積層体と、
   前記チューブ積層体の二つの連通部の一方の連通部に接続されて熱交換媒体を供給する熱交換媒体供給管と、
   前記チューブ積層体の二つの連通部の他方の連通部に接続されて前記熱交換媒体を回収する熱交換媒体回収管と、
   前記ケースの排気の流入口側の前記チューブ積層体の端部に該チューブ積層体の前記二つの非接触部の一方を閉塞するよう前記ケースに取り付けられた排気流入側エンドプレートと、
   前記ケースの排気の流出口側の前記チューブ積層体の端部に該チューブ積層体の前記二つの非接触部の他方を閉塞するよう前記ケースに取り付けられた排気流出側エンドプレートと、
   前記チューブ積層体の内側に対して断熱作用をもって挿入され、該チューブ積層体を貫通して排気を流通可能な排気連絡管と、
   前記排気連絡管に取り付けられて排気の流通を遮断および遮断の解除を行なう遮断弁と、
   を備える熱回収装置。
2. 請求項１記載の熱回収装置であって、
   前記排気流入側エンドプレートおよび前記排気流出側エンドプレートの一方は、前記チューブ積層体の端部に接合されて前記ケースに取り付けられてなり、
   前記排気流出側エンドプレートおよび前記排気流出側エンドプレートの他方は、前記チューブ積層体の端部に接合されずに前記ケースに取り付けられてなる、
   熱回収装置。
3. 前記チューブ積層体は、前記二つの非接触部近傍に前記二つの連通部が形成された複数の偏平チューブを積層してなる請求項１または２記載の熱回収装置。
4. 前記熱交換媒体供給管および前記熱交換媒体回収管は、前記ケースの排気の流入口側の前記チューブ積層体の端部または前記ケースの排気の流出口側の前記チューブ積層体の端部に取り付けられてなる請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載の熱回収装置。
5. 前記排気流入側エンドプレート、前記排気流出側エンドプレートおよび前記チューブ積層体は、前記チューブ積層体の前記二つの非接触部のうち前記排気流入側エンドプレートによって閉塞された非接触部が前記ケースの下部となり、前記チューブ積層体の前記二つの非接触部のうち前記排気流出側エンドプレートによって閉塞された非接触部が前記ケースの上部となるよう前記ケースに取り付けられてなる請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載の熱回収装置。
6. 前記チューブ積層体の前記二つの連通部は、前記熱交換媒体が前記偏平チューブ内を下方から上方に流れるよう形成されてなる請求項５記載の熱回収装置。
7. 前記ケースは、前記排気流入側エンドプレートによって閉塞された非接触部の下部と略水平あるいは下方に傾斜する排気の流出路が形成されてなる請求項５または６記載の熱回収装置。
8. 前記ケースは、前記排気の流出路における軸が排気の流入路における軸に対して下方に偏心するよう形成されてなる請求項５ないし７のいずれか１つの請求項に記載の熱回収装置。
9. 前記排気連絡管は、径の異なる二つの中空管を同軸となるよう配置し、該二つの中空管の隙間を断熱層として構成されてなる請求項１ないし８のいずれか１つの請求項に記載の熱回収装置。
10. 前記遮断弁は、前記排気連絡管の排気の流入口または前記排気連絡管の排気の流出口に取り付けられてなる請求項１ないし９のいずれか１つの請求項に記載の熱回収装置。
11. 前記チューブ積層体は、前記複数の偏平チューブの間の少なくとも一部にフィンが取り付けられてなる請求項１ないし１０のいずれか１つの請求項に記載の熱回収装置。
12. 前記フィンは、前記複数の偏平チューブに対して積層方向に支持可能に取り付けられてなる請求項１１記載の熱回収装置。

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