JP2017015042A

JP2017015042A - 排気熱回収器

Info

Publication number: JP2017015042A
Application number: JP2015135047A
Authority: JP
Inventors: 洋平一柳; Yohei Ichiyanagi
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-19

Abstract

【課題】高温になっても排気熱回収体が内管から脱落することを防止することができる排気熱回収器を提供する。
【解決手段】排気熱回収体３と、筒状に形成され、内部に排気熱回収体３が設置されている排気熱回収体支持体５と、排気熱回収体３の排気熱回収体支持体５からの脱落を防止するための脱落防止部９とを有する排気熱回収器１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気熱回収器に係り、特に、内管の内部に排気熱回収体が設置されているものに関する。

従来、図５で示すように、高温の排気ガスが流れる内管２０１の内部に、排気ガスが通過することで排気ガスの熱を回収するセラミックス製の排気熱回収体２０３を焼嵌めによって設置し、内管２０１の外側に金属製の外管２０５を設け、内管２０１の外周部に排気熱回収媒体の流路２０７を形成している排気熱回収器２０９が知られている（たとえば、特許文献１の図３Ｂ参照）。

特開２０１２−３７１６５号公報

ところで、従来の排気熱回収器２０９では、この排気熱回収器２０９が接続されているエンジンがオーバーヒートすると、排気熱回収器２０９が高温になり、排気熱回収体２０３が内管２０１から脱落してしまうおそれがあるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高温になっても排気熱回収体が内管から脱落することを防止することができる排気熱回収器を提供することを目的とする。

本発明は、排気熱回収体と、筒状に形成され、内部に前記排気熱回収体が設置されている排気熱回収体支持体と、前記排気熱回収体の前記排気熱回収体支持体からの脱落を防止するための脱落防止部とを有する排気熱回収器である。

本発明によれば、高温になっても排気熱回収体が内管から脱落することを防止することができる排気熱回収器を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る排気熱回収器の概略構成を示す断面図である。１つ目の変形例に係る排気熱回収器の内管と排気熱回収体との概略構成を示す断面図である。２つ目の変形例に係る排気熱回収器の内管と排気熱回収体との概略構成を示す断面図である。３つ目の変形例に係る排気熱回収器の内管と排気熱回収体との概略構成を示す断面図である。従来の排気熱回収器を示す断面図である。

本発明の実施形態に係る排気熱回収器（排気熱回収装置）１は、たとえば、自動車のエンジンの排気ガスの熱を回収するものであり、図１で示すように、排気熱回収体（熱回収部；コア）３と、排気熱回収体支持体（内管；内側部材）５とを備えて構成されている。

排気熱回収体３は、外観が柱状（たとえば、円柱状）に形成されている。また、排気熱回収体３には、高温の排気ガス（他の高温のガスであってもよいし、さらに他の高温の流体であってもよい）が通り抜ける多数の貫通孔７が形成されている。

内管５は、筒状（たとえば、円筒状）に形成されている。内管５の内部には、排気熱回収体３が、たとえば、焼嵌めによって一体的に設置されている。

なお、内管５は、金属で形成されており、排気熱回収体３は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックスで形成されており、内管５の熱膨張率は、排気熱回収体３の熱膨張率よりも大きくなっている。

また、排気熱回収器１には、脱落防止部９が設けられている。脱落防止部９は、熱膨張率の差と、温度上昇とによって排気熱回収体３が内管５から脱落するのを防止するためのものである。

円柱状の排気熱回収体３の高さ寸法（図１では左右方向の寸法）は、円筒状の内管５の高さ寸法よりも小さくなっており、内管５の中心軸の延伸方向で内管５の中間部（たとえば、中央部）に、排気熱回収体３が設置されている。また、排気熱回収体３の中心軸と、内管５の中心軸とはお互いが一致している。

高温の排気ガスは、内管５の中心軸の延伸方向で、内管５の内部を内管５の一方の側（図１の左側）から他方の側（図１の右側）に向かって流れるようになっている。排気熱回収体３の多数の貫通孔７は、排気ガスの流れ方向で貫通している。

脱落防止部９は、内管５に接続される配管１１の少なくとも一部を縮径したことで（たとえば、後述する縮径部３７）形成されている。

また、排気熱回収器１には、外管（外側部材）１３が設けられている。外管１３は、金属で構成されており、一対の円筒状の小径部１５，１７と、円筒状の大径部（拡管部）１９とを備えている。外管１３の中心軸の延伸方向（排気ガスの流れ方向）で、一方の小径部（上流側小径部）１５、大径部１９、他方の小径部（下流側小径部）１７がこの順にならんでいる、各小径部１５，１７の中心軸と大径部１９の中心軸はお互いが一致している。上流側小径部１５の内径と、下流側小径部１７の内径と、内管５の外径とはお互いが等しくなっており、大径部１９の内径は、内管５の外径よりも大きくなっている。

外管１３が内管５に設置された状態では、内管５の中心軸と、外管１３の中心軸とがお互いに一致している。また、外管１３が内管５に設置された状態では、内管５や外管１３の中心軸の延伸方向で、外管１３の上流側小径部１５の内面が、内管５の外面に係合（たとえば、面接触）しており、外管１３の下流側小径部１７の内面も、内管５の外面に係合（たとえば、面接触）している。

これにより、外管１３の大径部１９と内管５とによって、円環状の空間である排気熱回収媒体の流路（排気熱回収媒体通路）２１が形成されている。排気熱回収媒体の流路２１には、供給配管（図示せず）と、回収配管（図示せず）とが接続されており、供給配管から排気熱回収媒体の流路２１内に供給された排気熱回収媒体（水等の液体）が、排気熱回収媒体の流路２１内を流れ、暖められた排気熱回収媒体が、回収配管で回収されるようになっている。

また、外管１３が内管５に設置された状態では、排気ガスの流れ方向で、内管５の上流側の端（図１における左端）２３が、外管１３の上流側小径部１５の中間部に位置しており、内管５の下流側の端（図１における右端）２５が、外管１５の下流側小径部１７の中間部に位置している。さらに、排気ガスの流れ方向で、排気熱回収媒体の流路２１の上流側の端（図１における左端）２７が、排気熱回収体３の上流側の端２９よりも上流側に位置し、排気熱回収媒体の流路２１の下流側の端（図１における右端）３１が、排気熱回収体３の下流側の端３３よりも下流側に位置している。

排気ガスの流れ方向で外管１３の下流側には、下流側配管１１（１１Ｂ）が接続されている。下流側配管１１Ｂは、円筒状の本体部３５と、この本体部３５と同軸の円筒状の縮径部３７とを備えている。下流側配管１１Ｂの本体部３５の外径は、外管１３の小径部１７の内径と等しくなっている。下流側配管１１Ｂの縮径部３７の外径は、内管５の内径よりに小さくなっている。なお、下流側配管１１Ｂの縮径部３７の外径が内管５の内径と等しくなっていてもよい。

下流側配管１１Ｂが外管１３に設置された状態では、下流側配管１１Ｂの縮径部３７が上流側に位置し、下流側配管１１Ｂの本体部３５が下流側に位置し、下流側配管１１Ｂの本体部３５の上流側の端部が外管１３の内部に入り込み、下流側配管１１Ｂの縮径部３７が内管５の内部に入り込んでいる。

また、下流側配管１１Ｂが外管１３に設置された状態では、内管５や外管１３の中心軸と、下流側配管１１Ｂの中心軸とはお互いが一致しており、下流側配管１１Ｂの本体部３５の上流側端部の外面が、外管１３の内面に係合（たとえば、面接触）しており、下流側１１Ｂの縮径部３７は、内管５や外管１３から僅かに離れて、下流側配管１１Ｂの本体部３５の上流端から上流側に延伸している。

また、排気ガスの流れ方向で、下流側配管１１Ｂの縮径部３７の上流端３９は、排気熱回収体３の下流側の端３３よりも僅かに下流側に位置している。すなわち、図１に示す寸法Ｘ１だけ、下流側配管１１Ｂと排気熱回収体３とが離れている。なお、寸法Ｘ１の値が「０」になっていてもよい。

排気ガスの流れ方向で外管１３の上流側には、上流側配管１１（１１Ａ）が接続されている。上流側配管１１Ａと下流側配管１１Ｂとは、図１に示す平面ＰＳに対して、たとえば、対称になっている。平面ＰＳは、内管５の中心軸の延伸方向で内管５の中央に位置し、図１の紙面に直交する方向に展開している。また、排気熱回収体３、内管５、外管１３および排気熱回収媒体の流路２１は、平面ＰＳに対して、たとえば、対称になっている。

ここで、排気熱回収器１の動作を説明する。

自動車のエンジンが稼働しており、高温の排気ガスが図１の左側から右側に向かって、内管５内を流れており、排気熱回収媒体の流路２１内を排気熱回収媒体が流れている。

このとき、排気熱回収体３で排気ガスの熱を吸収し、この吸収した熱が、排気熱回収体３と内管５とを通って、排気熱回収媒体の流路２１内の排気熱回収媒体を温める。なお、エンジンのオーバーヒート等によって、内管５による排気熱回収体３の保持力が弱くなって、内管５に対して排気熱回収体３が移動しても、排気熱回収体３が配管１１の縮径部３７に当接し、排気熱回収体３が内管５から抜け出ることが防止される。

排気熱回収器１によれば、内管５の熱膨張率と排気熱回収体３の熱膨張率との差と、温度上昇とによって、内管５による排気熱回収体３の保持力が小さくなっても、脱落防止部９が設けられているので、内管５からの排気熱回収体３の脱落を防止することができる。これにより、排気熱回収器３が接続されているエンジンがオーバーヒートして排気熱回収器１が高温になった場合であっても、排気熱回収器１を新しいものと交換する必要がなくなり、温度が低下すれば、排気熱回収器１をそのまま継続して使用することができる。

また、排気熱回収器１によれば、排気熱回収体３を流れる排気ガスの流れ方向で、排気熱回収体３の下流側（後側）に、脱落防止部９が設けられているので、排気熱回収器１が高温になり、内管５による排気熱回収体３の保持力が小さくなっても、排気ガスの流れによる力で排気熱回収体３の内管５からの脱落を防止することができる。

なお、内管５内を流れる排気ガスの流れ方向で、排気熱回収体３の上流側にも脱落防止部９を設けることで、内管５からの排気熱回収体３の前側への脱落を防止することができる。これにより、振動による内管５からの排気熱回収体３の前側および後側への脱落を防止することができる。

また、排気熱回収器１によれば、内管５や外管１３に接続される配管１１の少なくとも一部を縮径したことで脱落防止部９を形成しているので、別途部材を設けることなく簡素な構成で内管５からの排気熱回収体３の脱落を防止することができる。また、内管５が単純な円筒状に形成されているので、内管５内への排気熱回収体３の設置や内管５からの排気熱回収体３の取り外しが容易になる。

また、排気熱回収器１によれば、上流側配管１１Ａの縮径部３７の下流側の端部が、内管５から僅かに離れて内管５の内部に入り込んでおり、排気ガスの流れ方向で、上流側配管１１Ａの縮径部３７の下流側の端４１が、排気熱回収媒体の流路２１の上流側の端（図１の左端）２７と排気熱回収体３の上流側の端（図１の左端）２９との間に位置していることで、排気熱回収媒体の流路２１の上流側の端部での排気熱回収媒体の沸騰が発生しにくくなっている。

ところで、脱落防止部９を、図２〜図４で示すように、内管５の内側に突出している凸部４２で形成してもよい。

たとえば、内管５の内壁に一体的に設けられたＯリング（図２参照）４３、Ｌ字状等の所定形状に形成された複数のスットパ部材（図３参照）４５等の別部材（内管５とは別体で構成され内管５の内壁から内側に突出している部材）で、凸部４２を構成してもよい。なお、Ｏリング４３やスットパ部材４５は、たとえば、金属で構成されている。

また、図４で示すように、内管５の一部（内管５の中心軸の延伸方向での一部）を、この一部が内管５の内側に凸になるように塑性変形させてリング状の小径部４７を設けることで凸部４２を構成してもよい。

なお、凸部４２をリング状の小径部４７で構成することに代えて、内管５をこの周方向の一部で複数個所内側に突出させて凸部を構成してもよい。

また、凸部４２を内管５の内壁に設けられた別部材（Ｏリング４３、スットパ部材４５で構成することで、内管５を円筒状の形態に保つことができ、内管５内への排気熱回収体３の設置が容易になる。

また、凸部４２を、内管５の一部を塑性変形させた小径部４７等で形成することで、別部材が不要になり、内管５や外管１３に接続される配管１１の構成を簡素化することができる。

なお、図１に示す排気熱回収器１では、脱落防止部９が排気ガスの流れ方向で、排気熱回収体３の上流側、排気熱回収体３の下流側の両方に設けられており、図２、図３、図４に示す内管５では、脱落防止部９が排気ガスの流れ方向で、排気熱回収体３の下流側のみに設けられることになる。

しかし、必ずしもこのように構成されている必要はなく、脱落防止部９が、排気熱回収体３を流れる排気ガスの流れ方向で、排気熱回収体３の上流側、排気熱回収体３の下流側の少なくとも一方の側に設けられている構成であってもよい。

１排気熱回収器
３排気熱回収体
５排気熱回収体支持体（内管）
９脱落防止部
３７縮径部
４２凸部
４３Ｏリング（別部材）
４５スットパ部材（別部材）
４７小径部

Claims

排気熱回収体と、
筒状に形成され、内部に前記排気熱回収体が設置されている排気熱回収体支持体と、
前記排気熱回収体の前記排気熱回収体支持体からの脱落を防止するための脱落防止部と、
を有することを特徴とする排気熱回収器。
請求項１に記載の排気熱回収器において、
前記脱落防止部は、前記排気熱回収体を流れる排気ガスの流れ方向で、前記排気熱回収体の上流側、前記排気熱回収体の下流側の少なくとも一方の側に設けられていることを特徴とする排気熱回収器。
請求項１または請求項２に記載の排気熱回収器において、
前記脱落防止部は、排気熱回収体支持体に接続される配管の少なくとも一部を縮径したことで形成されていることを特徴とする排気熱回収器。
請求項１または請求項２に記載の排気熱回収器において、
前記脱落防止部は、前記排気熱回収体支持体の内側に突出している凸部で形成されていることを特徴とする排気熱回収器。
請求項４に記載の排気熱回収器において、
前記凸部は、前記排気熱回収体支持体の内壁に設けられた別部材、もしくは、排気熱回収体支持体の一部を塑性変形させたことで形成されていることを特徴とする排気熱回収器。