JP2010242650A - 排熱回収器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、排気を円滑に行うことができる排熱回収器の提供を課題とする。
【解決手段】排気ガスの熱で冷却水を温める熱回収室２３と、冷却水の温度が高い場合に熱回収室の入口２４を閉じる感温式バルブ２５と、冷却水の温度が高い場合に排気ガスが流される第１迂回路２１とを有する排熱回収器１０において、この排熱回収器１０は、第１迂回路２１とは別に熱回収室２３を迂回する第２迂回路２８を備える。
【効果】排気ガスの排気圧が高い場合に、排気ガスは第２迂回路２８から排出される。第２迂回路２８から排気ガスを排出することにより、排気圧が高い場合においても円滑に排気を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスの熱で冷却水を温める排熱回収器に関する。

車両の駆動源が内燃機関である場合には、この内燃機関から排気ガスが発生する。この排気ガスが保有する熱との熱交換により冷却水を温め、この温められた冷却水の熱により車室内を温めることが行われている（例えば、特許文献１図３参照。）。

図７に示すように、排熱回収器１００は、冷却水の温度が所定温度以下の場合は、迂回路１０２が感温バルブ１０３で閉じられているため、排気ガスは、矢印（２）で示すとおり熱回収室１０４を通過する。
このとき、排気ガスの熱でウォータージャケット１０５内を流れる冷却水は温められる。
一方、冷却水の温度が所定の温度より高い場合は、感温バルブ１０３が時計回りに回動して熱回収室１０４への流れを遮断する。結果、矢印（３）で示すとおり排気ガスは迂回路１０２を通過する。

ところで、排気ガスの流量は車両の走行状態等に合わせて常に変化する。即ち、多量の排気ガスが熱回収室１０４に向かって流されることがある。熱回収室１０４内にはウォータージャケット１０５が配置され、このウォータージャケット１０５により排気ガスの通路が狭められている。このため、多量の排気ガスが熱回収室１０４に向かって流れることにより、円滑な排気が妨げられる。これにより、エンジンの出力に影響が出る。

エンジンの出力を維持しつつ、排気を円滑に行うことができる排熱回収器の提供が望まれる。

特開２００８−１５７２１１公報

本発明は、排気を円滑に行うことができる排熱回収器の提供を課題とする。

請求項１に係る発明は、エンジンで発生する排気ガスを通過させこの排気ガスの熱で冷却水を温める熱回収室と、この熱回収室の上流側に配置され前記冷却水の温度が所定の温度より高い場合に前記熱回収室の入口を閉じる感温式バルブと、前記熱回収室を迂回するように配置され前記冷却水の温度が所定の温度より高い場合に排気ガスが流される第１迂回路とを有する排熱回収器において、
この排熱回収器は、前記第１迂回路とは別に前記熱回収室を迂回する第２迂回路を備えると共に、この第２迂回路に前記排気ガスの排気圧が所定の圧力より高い場合に開かれる排気圧バルブを備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、第１迂回路の断面積は、第２迂回路の断面積よりも小さいことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、第２迂回路を備えると共に、排気ガスの排気圧が所定の圧力より高い場合に第２迂回路を開く排気圧バルブを備えている。排気ガスの排気圧が所定の圧力より高い場合に排気圧バルブが開かれ、排気ガスは第２迂回路を流れる。排気ガスの流量が増加して、排気ガスの排気圧が高い場合においても、第２迂回路を用いて多量の排気ガスを流すことができる。即ち、多量の排気ガスを円滑に流すことができる排熱回収器ということができる。

請求項２に係る発明では、第１迂回路の断面積は、第２迂回路の断面積よりも小さい。排気ガスの流量が多い場合に排気ガスが流される第２迂回路に比べ、第１迂回路は小さくて済む。一方で、第１迂回路の断面積を小さくすることにより、排熱回収器をコンパクトにすることができ、加えて篭もり音を低減させることができる。

さらに、篭もり音を低減させることにより、排熱回収器の下流側に繋がれる消音器の大きさを小さくすることができる。消音器が小さくなることにより、製造コストを抑えることができる。

本発明に係る排熱回収器の断面図である。 図１の２−２線断面図である。 本発明に係る感温式バルブについて説明する図である。 本発明に係る排気圧バルブについて説明する図である。 本発明に係る排熱回収器の作用を説明する図である。 音圧と回転数の関係を説明する図である。 従来の技術の基本構成について説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示されるように、排熱回収器１０は、入口１１及び出口１２が絞り形状に形成された筒体１３と、この筒体１３を上下に仕切る仕切り壁１５と、この仕切り壁１５で区画される仕切り壁１５上部の第１室１６及び仕切り壁１５下部の第２室１７と、第２室１７から第１室１６へ向かって排気ガスが通過することができるよう仕切り壁１５に配置される孔１９と、この孔１９の上方から出口１２まで延ばされる第１迂回路２１とからなる。

第１室１６には、排気ガスを通過させこの排気ガスの熱で冷却水を温める熱回収室２３と、この熱回収室２３の上流側（図面左側）に配置され冷却水の温度が所定の温度より高い場合に熱回収室の入口２４を閉じる感温式バルブ２５と、この感温式バルブ２５の左側に配置され蓋となる蓋体２６とが配置される。即ち、第１室１６は有底筒状に形成されている。

第１迂回路２１は、熱回収室２３を迂回するように配置され冷却水の温度が所定の温度より高い場合に排気ガスが流される。

第２室１７には、第１迂回路２１とは別に熱回収室２３を迂回する第２迂回路２８と、この第２迂回路２８の入口側に配置され排気ガスの排気圧が所定の圧力より高い場合に開かれる排気圧バルブ２９とが備えられている。

熱回収室２３は、排気ガスが通過する複数のガス流路３１と、これらのガス流路３１の間に配置され冷却水が通される複数の冷却水通路３２とが交互に配置される。これらの冷却水通路３２に冷却水を取込むために図面裏側に向かって延ばされる冷却水入口３３と、この冷却水入口３３から取入れられ温められた冷却水が排出される冷却水出口３４とが繋げられる。即ち、熱回収室２３内にウォータージャケットが配置されている。

図２に示すように、ガス流路３１には効率よく熱交換を行うためにフィン３５が配置される。
筒体１３を仕切り壁１５で二室１６、１７に区画し、第１室１６に熱回収室２３を設け、第２室１７に第２迂回路２８を設けた。熱回収室２３と第２迂回路２８が筒体１３に一体的に形成される。このことにより、熱回収室２３と第２迂回路２８をコンパクトにすることができ、排熱回収器１０全体としてもコンパクトになる。

第１迂回路２１の断面積は、第２迂回路２８の断面積よりも小さい。排気ガスの流量が多い場合に排気ガスが流される第２迂回路２８に比べ、第１迂回路２１は小さくて済む。一方で、第１迂回路２１の断面積を小さくすることにより、排熱回収器１０をコンパクトにすることができ、加えて篭もり音を低減させることができる。

さらに、篭もり音を低減させることにより、排熱回収器１０の下流側に繋がれる消音器の大きさを小さくすることができる。消音器が小さくなることにより、製造コストを抑えることができる。
次図で感温式バルブについて説明する。

図３に示すように、感温式バルブ２５は、温度が上昇することにより溶融されるワックスが内蔵されたサーモワックス部３６と、このサーモワックス部３６の先端に配置されサーモワックス部３６の伸縮に合わせて図面左右方向に移動されるロッド３７と、このロッド３７を挟んでサーモワックス部３６に抗する力を加える戻しばね３８と、サーモワックス部３６を収納し採水口３９から冷却水を取入れ排出口４１から冷却水を排出するケース４２と、ロッド３７の先端に接続されるレバー４４と、このレバー４４により回動され流路を切替える流路切替ダンパ４５とから構成される。

ケース４２内を流される冷却水の温度が上昇すると、サーモワックス部３６が戻しばね３８の力に抗して図面右側に向かって伸張する。これによって想像線で示すようにロッド３７が右方向に移動され、レバー４４が軸４６を中心に時計回り方向に回動される。これにより、同じ軸４６によって支持される流路切替ダンパ４５も回動され、下向きになる。流路切替ダンパ４５が下向きになることにより熱回収室の入口（図１符号２４）は閉じられる。

一方、冷却水の温度が所定の温度以下になると、戻しばね３８がサーモワックス部３６の力に抗して図面左側に向かって伸張する。これによってロッド３７、リンク４３が左方向に移動され、レバー４４が軸４６を中心に反時計回り方向に回動される。これにより、流路切替ダンパ４５も反時計回り方向に回動される。流路切替ダンパ４５が水平方向を向くことにより第１迂回路（図１符号２１）は閉じられる。

感温式バルブが作動される所定の温度を変えたい場合は、種類の異なるサーモワックス部に取替えればよい。
感温式バルブは、サーモワックス、形状記憶合金ばねやダイヤフラム等の機械的に作動されるバルブの他、センサ及びアクチュエータを用いる電気的なバルブ等様々なものを用いることができる。

機械的に作動されるバルブを用いる場合は、センサやアクチュエータ等の高価な部品が不要であるため、安価に排熱回収器を製造することができる。
次図で排気圧バルブについて説明する。

図４（ａ）に示すように、排気圧バルブ２９は、第２迂回路２８の開閉を行う開閉ダンパ４８と、この開閉ダンパ４８を回動可能に支持する回動軸４９と、この回動軸４９の周りに配置され開閉ダンパ４８が第２迂回路２８を閉じる方向へ付勢するトーションばね５１とから構成される。

（ｂ）に示すように排気ガスの流量が多い場合、排気圧が所定の圧力より高くなる。このような場合に、排気ガスの圧力がトーションばね５１の力に抗して開閉ダンパ４８を反時計回り方向に回動させる。これにより、高い排気圧の排気ガスは第２迂回路２８を通過する。

一方、排気ガスの流量が減少し、排気圧が所定の圧力以下になった場合は、（ａ）に示すようにトーションばね５１の力により第２迂回路２８は閉じられる。
排気圧バルブが作動する所定の圧力を変える場合は、異なる種類のトーションばねに取替えればよい。
次図で本発明に係る排熱回収路の作用について説明する。

図５（ａ）に示すように排気圧が高く冷却水温度が低い場合、排気圧バルブ２９は開き、感温式バルブ２５は第１迂回路２１を閉じる。排気ガスは熱回収室２３を通過し、熱交換により冷却水を温めるが、高負荷時は流量が多いので、エンジン性能への影響を抑制するため、第２迂回路２８を通過させ、性能への影響を少なくしている。

排気ガスの排気圧が所定の圧力より高い場合に排気圧バルブ２９が開かれ、排気ガスは第２迂回路２８を流れる。排気ガスの流量が増加して、排気ガスの排気圧が高い場合においても、第２迂回路２８を用いて多量の排気ガスを流すことができる。即ち、多量の排気ガスを円滑に流すことができる排熱回収器ということができる。

（ｂ）に示すように排気圧が高く冷却水温度が高い場合、排気圧バルブ２９は開き、感温式バルブ２５は熱回収室２３を閉じる。ほとんどの排気ガスは第２迂回路２８を通過し、残りの一部の排気ガスが第１迂回路２１を通過する。

（ｃ）に示すように排気圧が低く冷却水温度が低い場合、排気圧バルブ２９は閉じ、感温式バルブ２５は第１迂回路２１を閉じる。排気ガスは熱回収室２３を通過し、熱交換により冷却水を温める。
このとき、第２迂回路２８には排気ガスが流れない。排気流量が少ない場合は、第２迂回路２８に排気ガスを流さなくても、十分に円滑に排気ガスを通過させることができる。

（ｄ）に示すように排気圧が低く冷却水温度が高い場合、排気圧バルブ２９は閉じ、感温式バルブ２５は熱回収室２３を閉じる。排気ガスは第１迂回路２１を通過する。

図６に示すように、縦軸に篭もり音の音圧を示し、横軸に回転数（ｒｐｍ）を示す。断面積がそれぞれ異なる流路に排気ガスを流すことで実験を行った。断面積の小さかった流路の結果を線５３で示し、断面積の大きかった流路の結果を線５４で示す。

線５３、線５４共に、１２００（ｒｐｍ）前後でピーク音圧を出し、その後２５００（ｒｐｍ）付近まで音圧が下がった。２５００（ｒｐｍ）付近を越えると今度は徐々に音圧が高まった。この間、一貫して線５３は線５４の下側にあり、音圧が低かったことを示している。即ち、断面積の小さかった線５３の方が、全体を通して篭もり音が小さかったといえる。

このことから、排気ガスの流量が少ないことが予め分かっている第１迂回路の断面積は、小さくした方が篭もり音発生の観点から望ましいということがいえる。具体的には、少なくとも排気ガスの流量が多い第２迂回路よりも小さくすることが得策である。第１迂回路の断面積を小さくすることにより、篭もり音の発生を低減させることができる。篭もり音を低減させることにより、排熱回収器の下流側に繋がれる消音器の大きさを小さくすることができる。消音器が小さくなることにより、製造コストを抑えることができる。

尚、本発明に係る排熱回収器は、車両等の運輸機器の他、コージェネレーションシステム等、エンジンを作動させ排気ガスの排気熱を利用するものであれば用途は限定されない。

本発明の排熱回収器は、車両の暖房装置に好適である。

１０…排熱回収器、１３…筒体、１５…仕切り壁、１６…第１室、１７…第２室、２１…第１迂回路、２３…熱回収室、２４…熱回収室の入口、２５…感温式バルブ、２８…第２迂回路、２９…排気圧バルブ。

Claims (2)

1. エンジンで発生する排気ガスを通過させこの排気ガスの熱で冷却水を温める熱回収室と、この熱回収室の上流側に配置され前記冷却水の温度が所定の温度より高い場合に前記熱回収室の入口を閉じる感温式バルブと、前記熱回収室を迂回するように配置され前記冷却水の温度が所定の温度より高い場合に排気ガスが流される第１迂回路とを有する排熱回収器において、
   この排熱回収器は、前記第１迂回路とは別に前記熱回収室を迂回する第２迂回路を備えると共に、この第２迂回路に前記排気ガスの排気圧が所定の圧力より高い場合に開かれる排気圧バルブを備えていることを特徴とする排熱回収器。
2. 前記第１迂回路の断面積は、前記第２迂回路の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の排熱回収器。

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