JP2013076386A - インタークーラ - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮空気に含まれる熱エネルギーを回収し、エネルギー効率を向上させ、かつ効率よく圧縮空気を冷却できるインタークーラを提供すること。
【解決手段】ターボチャージャ１０４とエンジン１０６との間に設けられ、ターボチャージャ１０４からの圧縮空気を冷却するインタークーラ１０において、インタークーラ１０のターボチャージャ１０４からの圧縮空気が導入される流入室１２と、吸熱面３１と放熱面３３の間の温度差で起電力を生じさせる熱電素子３０と、を備え、熱電素子３０の吸熱面３１を流入室１２に臨ませ、ターボチャージャ１０４からの圧縮空気の熱を利用して熱電素子３０で発電を行わせることとした。
【選択図】図４

Description

本発明は、熱電素子を備え、ターボチャージャによる圧縮空気の熱量を発電により回収可能としたインタークーラに関する。

貨物用車両の駆動機構の一例として、インタークーラ付きターボチャージドディーゼルエンジンがある。かかる駆動機構では、ターボチャージャ（排気利用過給器）が、エンジンの排気を利用して吸気を圧縮し、大量の空気をエンジンに送り込み、出力を向上させている。

一方、空気は、温度が低い方が密度が高く、同一の容量でも多量の燃料を燃焼できることから、ターボチャージャで圧縮され高温になった圧縮空気を、エンジンに送る前にインタークーラで冷却し、圧縮空気の温度を下げている。

又、インタークーラとエンジンの吸気通路との間に熱電素子に設け、吸気通路を通過する吸入空気を熱電素子で冷却し、吸入空気の温度を低下させる吸気装置の発明が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２５５３６４号公報

しかしながら、一般にインタークーラは、ターボチャージャで圧縮され高温になった圧縮空気の熱を大気中に放散し、圧縮空気の温度を低下させるだけであった。したがって、圧縮空気に含まれている熱量（熱エネルギー）を利用して、車両のエネルギー効率、すなわち燃費を向上させることはできなかった。

又、特許文献１に記載の熱電素子を用いた吸気装置は、熱電素子に電力を供給して冷却動作を行わせており、吸気を冷却させるために電力を消費していた。

本発明は上記課題を解決し、ターボチャージャで生成された圧縮空気に含まれる熱量を回収し、エネルギー効率を向上させ、かつ電力を必要とすることなく、効率よく圧縮空気を冷却できるインタークーラを提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係るインタークーラは、次のように構成されている。

車両のターボチャージャとエンジンの吸気通路との間に設けられ、ターボチャージャからの圧縮空気を冷却するインタークーラにおいて、ターボチャージャからの圧縮空気が直接導入される流入室と、吸熱面と放熱面を有し、吸熱面と放熱面との間の温度差で起電力が生じる熱電素子を備え、流入室に導入されるターボチャージャからの圧縮空気が吸熱面に接するように、熱電素子の吸熱面を流入室に設けた。

本発明によれば、ターボチャージャからの圧縮空気に含まれる熱量を回収し、エネルギー効率を向上させ、かつ電力を必要とすることなく、効率よく圧縮空気を冷却できる。

本発明の一実施形態にかかるインタークーラを用いた車両の駆動機構を示す構成図。 同インタークーラを示す正面図。 同インタークーラの流入室を切断した断面図。 同インタークーラを一部破断して示す斜視図。 他の例のインタークーラの流入室を切断した断面図。

図１は、本発明の一実施形態のインタークーラ１０を備えた大型貨物用の車両の駆動機構１０２を示す構成図、図２は、インタークーラ１０を示す正面図、図３は、インタークーラ１０の流入室１２を切断した断面図、図４は、インタークーラ１０を一部破断した斜視図である。

駆動機構１０２は、エンジン１０６にターボチャージャ１０４を備えたインタークーラ付きターボチャージドディーゼルエンジンであり、ターボチャージャ１０４とエンジン１０６の吸気通路１０８の間にインタークーラ１０が設けられている。

ターボチャージャ１０４は、エンジン１０６の排気管１０７に連結されたタービン１１０と、タービン１１０により回転されるコンプレッサ１１２とを備えている。コンプレッサ１１２は、エアクリーナ１１４に接続し、タービン１１０により回転されるとエアクリーナ１１４からの吸気を圧縮し、インタークーラ１０に送り出す。

以下、インタークーラ１０について、インタークーラ１０を流れる圧縮空気の流れ方向を基準に、上流と下流を用いて説明する。インタークーラ１０は、図２に示すように流入室１２と、熱交換部としての熱交換器１４と、送出室１６と、吸熱発電部１８とを備えている。

流入室１２は、周囲を壁体４４で囲まれ、ターボチャージャ１０４に接続される流入口２０を上流側に有し、下流にて熱交換器１４に接続している。流入室１２の壁体４４には、切欠き部４０が対向して形成してあり、切欠き部４０に一対の吸熱発電部１８が、流入室１２の前後面に対向して設けられている。

吸熱発電部１８は、図３に示すように熱電素子３０と、吸熱板３２と、放熱板３４とを備えている。熱電素子３０は、吸熱面３１と放熱面３３とを備えた半導体素子で、吸熱面３１には吸熱板３２が、放熱面３３には放熱板３４が取り付けてある。熱電素子３０は、吸熱板３２と放熱板３４で挟んであり、吸熱板３２と放熱板３４との間に、吸熱板３２の温度を高くして温度差を生じさせると出力端子３６間に起電力が発生する。熱電素子３０の出力端子３６は、車両の充電機構やライト等の負荷類等に接続してある。

吸熱発電部１８は、熱電素子３０を切欠き部４０に差し入れ、吸熱板３２を、流入室１２の内部に露出させ、放熱板３４を流入室１２の外方に位置した状態で取り付けられている。

吸熱板３２の表面には、フィン部４２が設けられている。フィン部４２は、熱伝達率のよい材質からなる複数の突出片を備え、流入室１２内の熱を効率よく吸収し、吸収した熱を吸熱板３２に伝達する。

放熱板３４は、流入室１２の壁体４４の外側に設けられ、熱電素子３０の放熱面３３に密着している。放熱板３４の外表面には、フィン部４８が設けられている。フィン部４８は、フィン部４２と同様、熱伝達率のよい材質からなる複数の突出片を備え、外気に熱を効率よく放散させる。

熱交換器１４は、複数の管体５０と、管体５０の外方に取り付けられた複数のフィン５６とを備えた、従来のインタークーラにおける熱交換器と同等の構成であり、管体５０を通る高温の圧縮空気の熱が管体５０や管体５０を通してフィン５６に伝達し、これらから熱が、インタークーラ１０の前後に流通する大気に放散され熱交換がなされる。

送出室１６は、熱交換器１４の下流、つまり圧縮空気の流出側に接続しており、管体５０を通り熱交換器１４で冷却された圧縮空気が導入される。送出室１６には、流出口４６が設けてあり、流出口４６を通してエンジン１０６の吸気通路１０８に接続している。尚、インタークーラ１０は空冷としたが、本発明のインタークーラは水冷方式でもよい。

次に、本実施形態にかかるインタークーラ１０の作用、効果について説明する。

エンジン１０６が作動し、エンジン１０６から排出された排気がターボチャージャ１０４のタービン１１０を回転駆動させる。タービン１１０が回転駆動されると、エアクリーナ１１４でろ過された空気がコンプレッサ１１２で圧縮され、生成された圧縮空気がインタークーラ１０に送られる。

ターボチャージャ１０４で生成された圧縮空気は、圧力が高く、かつ高温であり、流入口２０を通ってインタークーラ１０の内部に流入する。流入口２０を通って圧縮空気は、流入室１２に流入する。流入室１２では、流入した圧縮空気が、吸熱発電部１８のフィン部４２に接触し、圧縮空気に含まれる熱を伝達し、吸熱板３２を加熱する。吸熱板３２が圧縮空気の熱により加熱されると、更に、熱は熱電素子３０の吸熱面３１に移行し、熱電素子３０の吸熱面３１を加熱する。

一方、吸熱発電部１８の放熱板３４は、流入室１２の外方に位置し、インタークーラ１０の外部に露出している。したがって、フィン部４８に外気が接触することからフィン部４８を介して放熱板３４の熱が大気中に放散され、熱電素子３０の放熱面３３が冷却される。

このように熱電素子３０の吸熱面３１がターボチャージャ１０４のタービン１１０からの圧縮空気で加熱され、熱電素子３０の放熱面３３が外気によって冷却されるので、熱電素子３０の吸熱面３１と放熱面３３との間に温度差が発生し、吸熱発電部１８の出力端子３６間に起電力が生じる。吸熱発電部１８は、発生した起電力で車両の充電機構に電流を送り出す。

そして吸熱板３２を加熱した圧縮空気は、吸熱発電部１８の発電作用により、吸熱板３２で吸熱され、温度が低下した圧縮空気は、管体５０を通って送出室１６に流入する。圧縮空気は、流入室１２から熱交換器１４に入り、管体５０を通る際に熱が管体５０に伝達し、更に管体５０からフィン５６に伝達され、大気との間での熱交換により温度が低下する。温度が低下した圧縮空気は、送出室１６から流出口４６を通ってエンジン１０６の吸気通路に送り込まれる。

このように本実施形態にかかるインタークーラ１０によれば、ターボチャージャ１０４のコンプレッサ１１２で生成された圧縮空気が、インタークーラ１０の流入室１２の内部に設けられた吸熱発電部１８で冷却され、その後インタークーラ１０の熱交換器１４で冷却され、低い温度でエンジン１０６に供給される。

圧縮空気の熱により吸熱発電部１８で発生した電力が取り出され、車両の電力として蓄えられたり、使用されたりし、エネルギー効率が高められる。吸熱発電部１８での発電により、従来廃棄されていた圧縮空気の熱を回収し、エネルギーに利用できる。これにより、車両の発電機での発電量を抑制し、発電負荷を低減させて燃費を向上できる。

吸熱発電部１８の熱電素子３０により、高温の圧縮空気から熱を吸収し、圧縮空気を電力を必要とすることなく、効率よく冷却できる。これにより、温度の低い圧縮空気がエンジン１０６に導入され、高い効率でエンジン１０６が作動される。吸熱発電部１８により圧縮空気が冷却されるので、熱交換器１４の容積を小さくでき、インタークーラを小型、軽量化できる。

更に、本発明の他の実施形態について説明する。前記実施形態では、流入室１２の壁体４４に切欠き部４０を形成して吸熱発電部１８を設けたが、この例では図５に示すように流入室１２の壁体４４に切欠き部４０を形成せず、吸熱発電部１８を流入室１２の外側に配置し、熱電素子３０の吸熱面３１を壁体４４に密着させた。

このようにインタークーラ１０を構成しても、流入室１２内の熱は、壁体４４を通して熱電素子３０の吸熱面３１に伝達され、熱電素子３０の吸熱面３１が加熱される。また放熱板３４は、流入室１２の外方で、外気に接触した状態に配置されているので、外気により自然冷却される。これにより、熱電素子３０の吸熱面３１と放熱面３３の間に温度差が形成され、発電がなされるとともに、流入室１２内の圧縮空気の温度を低下できる。

尚、壁体４４に熱電素子３０の吸熱面３１を直接取り付けるのでなく、吸熱板３２を介したり取り付けたり、あるいはフィンを壁体４４に取り付けてもよい。

又、放熱板３４には、冷却機構を設けてもよい。冷却機構としては、例えば放熱板３４の内部にラジエータからの冷却液を通したり、エアコンディショナーの冷媒や、冷却風等を用いてもよい。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、駆動機構１０２は、インタークーラ付きターボチャージドディーゼルエンジンに限るものではなく、ガソリンエンジンでもよく、又熱交換器１４は、前記構成のものでなくともよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変形して実施可能である。

本発明は、車両のターボチャージャの圧縮空気を冷却するインタークーラに用いられる。

１０…インタークーラ、１２…流入室、１４…熱交換器、１６…送出室、１８…吸熱発電部、２０…流入口、３０…熱電素子、３１…吸熱面、３２…吸熱板、３３…放熱面、３４…放熱板、４０…切欠き部、４６…流出口、１０２…駆動機構、１０４…ターボチャージャ、１０６…エンジン、１０８…吸気通路、１１０…タービン、１１２…コンプレッサ、１１４…エアクリーナ。

Claims (4)

1. 車両のターボチャージャとエンジンの吸気通路との間に設けられ、前記ターボチャージャからの圧縮空気を冷却するインタークーラにおいて、
   前記ターボチャージャからの圧縮空気が直接導入される流入室と、
   吸熱面と放熱面を有し、前記吸熱面と前記放熱面との間の温度差で起電力が生じる熱電素子と、を備え、
   前記吸熱面を前記流入室に設け、前記流入室に導入される前記ターボチャージャからの圧縮空気を前記吸熱面に接触させたことを特徴とするインタークーラ。
2. 車両のターボチャージャとエンジンの吸気通路との間に設けられ、前記ターボチャージャからの圧縮空気を冷却するインタークーラにおいて、
   前記ターボチャージャからの前記圧縮空気を、熱交換により冷却する熱交換部と、
   前記熱交換部の上流に設けられ、前記ターボチャージャに連通する流入口を有し、前記流入口を通して前記ターボチャージャからの前記圧縮空気が直接流入する流入室と、
   前記熱交換部の下流に設けられ、前記エンジンの吸気通路に連通する流出口を有する送出室と、
   吸熱面と放熱面を有し、前記吸熱面と前記放熱面との間の温度差で起電力が生じる熱電素子と、を備え、
   前記熱電素子の前記吸熱面を前記流入室に臨ませ、前記放熱面を前記流入室の外方に設けたことを特徴とするインタークーラ。
3. 前記熱電素子は、前記流入室の壁体を貫通して設けたことを特徴とする請求項２に記載のインタークーラ。
4. 前記熱電素子は、前記流入室の外方に設け、かつ前記吸熱面を前記流入室の壁体に密接させたことを特徴とする請求項２に記載のインタークーラ。

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