JP2012247132A

JP2012247132A - 熱回収器

Info

Publication number: JP2012247132A
Application number: JP2011119220A
Authority: JP
Inventors: Toru Hisanaga; 徹久永; Takashi Azuma; 隆志我妻
Original assignee: Yutaka Giken Co Ltd
Current assignee: Yutaka Giken Co Ltd
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: JP5470327B2

Abstract

【課題】媒体の沸騰を防止し、効率よく熱回収することのできる熱回収器の提供を課題とする。
【解決手段】コアケース２１は、第１面３１に、媒体導入穴３６が複数開けられ、これらの媒体導入穴３６は、排気ガスの流れ方向を基準として、下流側よりも上流側に多く開けられ、第３面３３に、媒体排出穴３７が複数開けられ、これらの媒体排出穴３７は、下流側よりも上流側に多く開けられる。
【効果】下流側よりも上流側に多く開けられることで、媒体導入穴３６及び媒体排出穴３７を通過する媒体は、上流側により多く流れる。排気ガスの温度が高い上流側に、より多くの媒体を流すことで、上流側で発生し得る媒体の沸騰を防ぎ、熱回収効率を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスの熱を媒体で回収する熱回収器に関する。

内燃機関で生じた排気ガスの熱で媒体を温める、熱回収器が知られている（例えば、特許文献１（図２）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図８に示すように、熱回収器１００は、コアケース１０１と、このコアケース１０１の両端にそれぞれ取付けられコアケース１０１の端部を塞ぐエンドプレート１０２（上流側のみ図示）と、これらのエンドプレート１０２に支持され排気ガスの流れ方向に延びる複数の伝熱チューブ１０３とからなる。

コアケース１０１の下面に、媒体を導入するための媒体導入管１０４が接続される。加えて、コアケース１０１の上面に、媒体を排出するための媒体排出管１０５が接続される。

白抜き矢印（１１）で示す媒体は、コアケース１０１内を伝熱チューブ１０３の外周部に沿って流れる。一方、白抜き矢印（１２）で示す排気ガスは、伝熱チューブ１０３の内周部を流れる。伝熱チューブ１０３の内周部を流れる排気ガスの熱を、伝熱チューブ１０３の外周部を流れる媒体で回収する。
媒体は冷却水が好適である。

ところで、熱が回収される前の排気ガスの温度は非常に高い。媒体が水である場合、排気ガスの温度が非常に高いため、上流側エンドプレート１０２の近傍では、排気ガスで温められた媒体（水）が沸騰することがある。媒体が沸騰すると、気泡が媒体の円滑な流れを妨げる。媒体が円滑に流れないことで、熱回収器が熱を回収する効率が低下し、好ましくない。

媒体を円滑に流すことのできる熱回収器の提供が望まれる。

特開２００８−２３１９２９公報

本発明は、媒体の沸騰を防止し、さらに排気ガスの温度勾配を加味し、効率よく排気ガスの熱を回収することのできる熱回収器の提供を課題とする。

請求項１に係る発明は、略直方体形状を呈するコアケースと、このコアケースの両端の開口をそれぞれ閉じる２枚のエンドプレートと、これらのエンドプレートに両端が支持され内部に排気ガスが流される複数の伝熱チューブとからなり、伝熱チューブの内周側を流れる排気ガスの熱を、伝熱チューブの外周側を流れる媒体で回収する熱回収器において、
コアケースは、
任意の面である第１面と、この第１面の一端から立上る第２面と、この第２面の一端から延び第１面に対向する第３面と、この第３面の一端から下り第２面に対向する第４面とからなり、
第１面に、媒体を導入するための媒体導入穴が複数開けられ、
これらの媒体導入穴は、排気ガスの流れ方向を基準として、下流側よりも上流側に多く開けられ、
第１面に向かって媒体を流す、蓋状の媒体導入部材が第１面に被せられ、
第３面に、媒体を排出するための媒体排出穴が複数開けられ、
これらの媒体排出穴は、排気ガスの流れ方向を基準として、下流側よりも上流側に多く開けられ、
第３面から媒体を排出する、蓋状の媒体排出部材が第３面に被せられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、媒体導入穴は、下流側よりも上流側で大きく開けられ、
媒体排出穴は、下流側よりも上流側で大きく開けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、コアケース内に、媒体の流れる方向を規制する規制手段が設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、媒体導入穴及び媒体排出穴は、下流側よりも上流側に多く開けられる。下流側よりも上流側に多く開けられることで、媒体導入穴及び媒体排出穴を通過する媒体は、上流側により多く流れる。排気ガスの温度が高い上流側に、より多くの媒体を流すことで、上流側で発生し得る媒体の沸騰を防ぐ。媒体の沸騰を防ぐことができる。
さらに、上流側から下流側に行くにつれ、媒体導入穴及び媒体排出穴の数を減らしていくことで、熱回収により徐々に温度の下がっていく排気ガスの温度勾配に合わせて、最適に媒体を流すことができる。

請求項２に係る発明では、媒体導入穴及び媒体排出穴は、下流側よりも上流側で大きく開けられる。下流側よりも上流側に大きく開けられることで、媒体導入穴及び媒体排出穴を通過する媒体は、上流側により多く流れる。沸騰の生じやすい上流側に多くの媒体を流すことができる。さらに、上流側から下流側にいくにつれ、媒体導入穴及び媒体排出穴の大きさを小さくしていくことで、熱回収により、徐々に温度の下がっていく排気ガスの温度勾配に合わせて最適に媒体を流すことができる。

請求項３に係る発明では、媒体の流れる方向を規制する規制手段が設けられている。規制手段を用いて、媒体を上流側に向かって流すことができる。媒体を上流側に向かって流すことで、沸騰の生じやすい上流側に、さらに多くの媒体を流すことができる。

本発明に係る熱回収器を搭載した排熱回収装置の斜視図である。本発明に係る熱回収器の斜視図である。実施例１に係る熱回収器の断面図である。本発明に係るコアケースの平面図である。実施例２に係るコアケースの平面図である。実施例３に係る熱回収器の断面図である。実施例４に係る熱回収器の断面図である。従来の技術の基本構成を説明する図である。

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。

先ず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、排熱回収装置１０は、排気ガスを導入する導入口１１と、この導入口１１が一体的に形成され導入された排気ガスを下流側の２つの流路に分岐する分岐部１２と、この分岐部１２の下流に接続され導入口１１の下流に向かって延びる第１流路１３と、この第１流路１３を迂回するように分岐部１２から下流に向かって延びる第２流路１４と、この第２流路１４に設けられた熱回収器２０と、第２流路１４の下流端部から第１流路１３に向かって延びる合流部１６と、この合流部１６及び第１流路１３の下流端部が接続され２つの流路を切り替えるためのバルブが収納されるバルブ室１７とからなる。

第２流路１４は、熱回収器２０で構成される。このような熱回収器２０の詳細を次図で説明する。

図２に示すように、熱回収器２０は、略直方体形状を呈するコアケース２１と、このコアケース２１の上流側の開口を閉じる上流側エンドプレート２２と、この上流側エンドプレート２２に対向しコアケース２１の下流側の開口を閉じる下流側エンドプレート２３と、これらのエンドプレート２２，２３に両端が支持され内部に排気ガスが流される複数の伝熱チューブ２４と、これらの伝熱チューブ２４に収納され伝熱効率を高めるフィン２５と、コアケース２１の下面に取り付けられコアケース２１内に媒体を導入する媒体導入部材２６と、コアケース２１の上面に取り付けられコアケース２１内の媒体を排出する媒体排出部材２７とからなる。

コアケース２１は、媒体導入部材２６が被せられたコアケース２１の下面を第１面（図３、符号３１）とした場合に、この第１面の一端から立ち上げられた第２面３２と、この第２面３２の一端から延び媒体排出部材２７の被せられる第３面３３と、この第３面３３の一端から下り第２面３２に対向する第４面（図４、符号３４）とからなる。

例えば、内燃機関で発生した排気ガスは、上流側エンドプレート２２から伝熱チューブ２４の内部を流れる。伝熱チューブ２４を通過した排気ガスは、下流側エンドプレート２３から熱回収器２０の外部へ流れる。
熱回収器２０の詳細をさらに次図で説明する。

図３に示すように、コアケース２１の第１面３１に、冷却水を導入するための媒体導入穴３６が複数開けられる。これらの媒体導入穴３６は、排気ガスの流れ方向を基準として、下流側（図面右側）よりも上流側（図面左側）に多く開けられる。
また、コアケース２１の第３面３３に、冷却水を排出するための媒体排出穴３７が複数開けられる。これらの媒体排出穴３７は、下流側よりも上流側に多く開けられる。
媒体排出穴３７の詳細について次図で説明する。

図４に示すように、媒体排出穴３７は、楕円形状を呈し全てが同じ形状に形成される。長手方向における各媒体排出穴３７同士の距離であるピッチは、上流側から下流側に向かって除々に長くなる。

より具体的には、上流側から順にＰ１＝Ｐ２＜Ｐ３＝Ｐ４＜Ｐ５＝Ｐ６＜Ｐ７とされている。即ち、全てのピッチを異ならせる必要はないが、全体として下流に進むに連れ徐々に長くなっていればよい。全体としてピッチを徐々に変化させることで、上流側に多くの媒体排出穴３７を設けると共に、下流側の媒体排出穴３７の数を少なくすることができる。

媒体導入穴（図３、符号３６）も媒体排出穴３７と同様にコアケース２１に開けられており、詳細な説明は省略する。

熱回収器２０の作用について図３に戻り説明する。
矢印（１）で示すように、媒体導入部材２６に向かって冷却水が流される。媒体導入部材２６で導入された冷却水は、矢印（２）で示すように媒体導入部材２６と第１面３１の間を流れる。第１面３１に沿って流れる冷却水は、矢印（３）で示すように、媒体導入穴３６からコアケース２１内に流れる。

伝熱チューブ２４の外周を通過する冷却水は、伝熱チューブ２４内を流れる排気ガスの熱によって温められる。一方、冷却水に熱を奪われることで、排気ガスの温度は下がる。

コアケース２１内を流れた冷却水は、矢印（４）で示すように、媒体排出穴３７からコアケース２１の外部に流れる。コアケース２１の外部に流れた冷却水は、矢印（５）で示すように、第３面３３と媒体排出部材２７との間を流れる。冷却水は、媒体排出部材２７から、矢印（６）で示すように熱回収器２０の外部へ流れる。

媒体導入穴３６及び媒体排出穴３７は、下流側よりも上流側に多く開けられる。下流側よりも上流側に多く開けられることで、媒体導入穴３６及び媒体排出穴３７を通過する冷却水は、矢印（３）及び矢印（４）で示すように、上流側でより多く流れる。排気ガスの温度が高い上流側に、より多くの媒体を流すことで、上流側で発生し得る冷却水の沸騰を防ぎ、さらに、上流側から下流側に行くにつれ、媒体導入穴３６及び媒体排出穴３７の数を減らしていくことで、熱回収により徐々に温度の下がっていく排気ガスの温度勾配に合わせて、最適に媒体を流すことができる。

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。図５は実施例２の熱回収器に用いられるコアケースを示し、上記図４に対応させて表している。
図５に示されるように、熱回収器４０は、コアケース４１の第３面３３にそれぞれ大きさの異なる複数の媒体排出穴４３ａ〜４３ｈが開けられている。

即ち、媒体排出穴４３ａ〜４３ｈのピッチＰ１〜Ｐ７を上流から下流に向かって徐々に長くすると共に、直径Ｄａ〜Ｄｈを上流から下流に向かって徐々に小さくした。媒体排出穴４３ａ〜４３ｈは、それぞれ円形状を呈し、直径Ｄａ〜Ｄｈは、Ｄａ＞Ｄｂ＞Ｄｃ＞Ｄｄ＞Ｄｅ＞Ｄｆ＞Ｄｇ＞Ｄｈとされる。即ち、媒体排出穴４３ａ〜４３ｈは、下流側よりも上流側で大きく開けられている。

コアケース４１内に媒体を導入する媒体導入穴４４ａ〜４４ｈについても、媒体排出穴４３ａ〜４３ｈと同様であり、詳細な説明は省略する。

このように熱回収器４０を構成した場合も、コアケース４１内の媒体の沸騰を防ぐことができ、さらに、上流側から下流側に行くにつれ、媒体導入穴４４ａ〜４４ｈ及び媒体排出穴４３ａ〜４３ｈの数を減らしていくことで、熱回収により徐々に温度の下がっていく排気ガスの温度勾配に合わせて、最適に媒体を流すことができる。
加えて、媒体導入穴４４ａ〜４４ｈ及び媒体排出穴４３ａ〜４３ｈは、下流側よりも上流側で大きく開けられる。即ち、媒体の流量が多い上流側の媒体導入穴４４ａ及び媒体排出穴４３ａを大きくした。流量の多い部位の穴４４ａ，４３ａを大きくすることで、流路面積が大きくなり、より冷却水（媒体）の流量が多くなる。沸騰の生じやすい上流側に、さらに多くの冷却水を流すことができる。

次に、本発明の実施例３を図面に基づいて説明する。図６は実施例３の熱回収器の断面図を示し、上記図３に対応させて表している。
図６に示すように、熱回収器５０は、コアケース５１内に、冷却水の流れる方向を規制する規制手段５２が設けられている。

規制手段５２は、媒体導入穴５３に一体的に形成されるガイド部で構成する。以下、図６において規制手段５２をガイド部５２と言い換え、説明する。
ガイド部５２は、媒体導入穴５３から上流側且つ媒体排出穴５４側に向かって延びる。矢印（７）で示すように、冷却水はガイド部５２に沿って上流側に向かって流れる。

このように熱回収器５０を構成した場合も、コアケース５１内の媒体の沸騰を防ぐことができ、媒体を円滑に流すことができる。
加えて、冷却水の流れる方向を規制するガイド部５２（規制手段）が設けられている。規制手段を用いて、媒体を上流側に向かって流すことができる。媒体を上流側に向かって流すことで、沸騰の生じやすい上流側に、さらに多くの媒体を流すことができる。

規制手段をガイド部５２とした場合は、ガイド部５２は、例えば媒体導入穴５３を開ける際に同時にプレス成形することで形成することができる。容易に規制手段を設けることができ、有益である。

なお、ガイド部（規制手段）は媒体排出穴５４に一体的に形成することもできる。また、媒体導入穴５３と媒体排出穴５４との両方に設けることもできる。
即ち、媒体排出穴５４から上流側に且つ媒体導入穴５３側に向かってガイド部５５を延ばすことで、ガイド部５５（規制手段）を形成することができる。

次に、本発明の実施例４を図面に基づいて説明する。図７は実施例４の熱回収器の断面図を示し、上記図３に対応させて表している。
図７に示すように、熱回収器６０は、媒体導入穴６１ａ〜６１ｈに対して、対応する媒体排出穴６２ａ〜６２ｈが上流側に位置する。

より具体的には、媒体導入穴６１ａに最も近い媒体排出穴６２ａが、媒体導入穴６１ａよりも上流側に位置している。媒体導入穴６１ｂ〜６１ｈ、媒体排出穴６２ｂ〜６２ｈも同様である。
即ち、それぞれの媒体導入穴６１ａ〜６１ｈに最も近い媒体排出穴６２ａ〜６２ｈが、それぞれの媒体導入穴６１ａ〜６１ｈに対して上流側に位置する。

媒体導入穴６１ａ〜６１ｈに最も近い媒体排出穴６２ａ〜６２ｈが上流側にずらされることで、矢印（８）で示すように、冷却水を上流側に向かって流すことができる。
即ち、媒体導入穴６１ａ〜６１ｈと媒体排出穴６２ａ〜６２ｈとの位置をずらすことで、冷却水の流れる方向を規制する規制手段６３を形成する。

このように熱回収器６０を構成した場合も、コアケース６４内の媒体の沸騰を防ぐことができ、媒体を円滑に流すことができる。
加えて、冷却水の流れる方向を規制する規制手段６３が設けられている。規制手段を用いて、媒体を上流側に向かって流すことができる。媒体を上流側に向かって流すことで、沸騰の生じやすい上流側に、さらに多くの媒体を流すことができる。

尚、実施例では本発明に係る熱回収器を排熱回収装置に用いて説明したが、本発明に係る熱回収器は、ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラにも適用することができ、これらのものに用途は限定されない。

本発明の熱回収器は、排熱回収器に搭載するのに好適である。

２０，４０，５０，６０…熱回収器、２１，４１，５１，６４…コアケース、２２…上流側エンドプレート（エンドプレート）、２３…下流側エンドプレート（エンドプレート）、２４…伝熱チューブ、２６…媒体導入部材、２７…媒体排出部材、３１…第１面、３２…第２面、３３…第３面、３４…第４面、３６，４４ａ〜４４ｈ，５３，６１ａ〜６１ｈ…媒体導入穴、３７，４３ａ〜４３ｈ，５４，６２ａ〜６２ｈ…媒体排出穴、５２，５５，６３…規制手段。

Claims

略直方体形状を呈するコアケースと、このコアケースの両端の開口をそれぞれ閉じる２枚のエンドプレートと、これらのエンドプレートに両端が支持され内部に排気ガスが流される複数の伝熱チューブとからなり、前記伝熱チューブの内周側を流れる排気ガスの熱を、前記伝熱チューブの外周側を流れる媒体で回収する熱回収器において、
前記コアケースは、
任意の面である第１面と、この第１面の一端から立上る第２面と、この第２面の一端から延び前記第１面に対向する第３面と、この第３面の一端から下り前記第２面に対向する第４面とからなり、
前記第１面に、前記媒体を導入するための媒体導入穴が複数開けられ、
これらの媒体導入穴は、排気ガスの流れ方向を基準として、下流側よりも上流側に多く開けられ、
前記第１面に向かって媒体を流す、蓋状の媒体導入部材が前記第１面に被せられ、
前記第３面に、前記媒体を排出するための媒体排出穴が複数開けられ、
これらの媒体排出穴は、排気ガスの流れ方向を基準として、下流側よりも上流側に多く開けられ、
前記第３面から媒体を排出する、蓋状の媒体排出部材が前記第３面に被せられていることを特徴とする熱回収器。
前記媒体導入穴は、下流側よりも上流側で大きく開けられ、
前記媒体排出穴は、下流側よりも上流側で大きく開けられていることを特徴とする請求項１記載の熱回収器。
前記コアケース内に、媒体の流れる方向を規制する規制手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱回収器。