JP2017015043A - 排気熱回収器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換性能を向上させることができるとともに、製造が容易である排気熱回収器を提供する。
【解決手段】外面に伝熱促進部７が設けられている内側部材３と、複数の部材５Ａ，５Ｂに分割されており、これらの部材５Ａ，５Ｂを組み付けることで、内側部材３の外部に設置されている外側部材５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、特に、内管の外周部に排気熱回収媒体の流路が設けられているものに関する。

従来、内部を排気ガスが流れる内管２０５の外側に外管２０７を設け、内管２０５の外周部に排気熱回収媒体の流路２０９を形成している排気熱回収器２０３が知られている（たとえば、特許文献１の図１０参照）。ここで、図９で示すように、排気ガスと排気熱回収媒体との間で伝熱面積を大きくして熱交換性能（熱交換率）を向上させるために、排気熱回収媒体の流路２０９内に、内管２０５の外周から突出させたフィン２０１を設ける場合がある。

特開２０１０−２２９８４７号公報

ところで、従来のフィン２０１を設けた排気熱回収器２０３では、フィン２０１が内管２０５の外周から突出しているので、外管２０７を内管２０５の外周部に設置する際に外管２０７がフィン２０１に干渉してしまい製造が困難で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、熱交換性能を向上させることができるとともに、製造が容易である排気熱回収器を提供することを目的とする。

本発明は、外面に伝熱促進部が設けられている内側部材と、複数の部材に分割されており、これらの部材を組み付けることで、前記内側部材の外部に設置されている外側部材とを有する排気熱回収器である。

本発明によれば、熱交換性能を向上させることができるとともに、製造が容易であ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。 変形例に係る排気熱回収器の概略構成を示す部分断面図である。 本発明の実施形態に係る排気熱回収器の外側部材を分解した図である。 本発明の実施形態に係る排気熱回収器の外側部材の別の形態で分解した図である。 本発明の実施形態に係る排気熱回収器の内側部材の概略構成を示す斜視図である。 変形例に係る排気熱回収器の内側部材の概略構成を示す斜視図である。 変形例に係る排気熱回収器の内側部材の概略構成を示す斜視図である。 変形例に係る排気熱回収器の内側部材の概略構成を示す断面図である。 比較例に係る排気熱回収器の概略構成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、自動車の排気ガスの熱を回収するものであり、図１で示すように、内側部材（内管）３と、外側部材（外管）５とを備えて構成されている。

内管３の外面には、伝熱促進部（フィン）７が、外方に突出して設けられている。内管３の内部には、排気熱回収部（排気熱回収部材；コア）９が設けられている。

外管５は、伝熱促進部７を備えた内管３への組み付けを可能とするために、複数の部材５Ａ，５Ｂに分割されている（図３参照）。そして、部材（上流側部材）５Ａと、部材（下流側部材）５Ｂとを組み付けることで、伝熱促進部７が内部に入るようにして、内管３の外部で、外管５が内管３に一体的に設置されている。

伝熱促進部７は、複数のリング状部材（たとえば、孔あき円板状部材）１１で構成されている（図５も併せて参照）。孔あき円板状部材１１は、所定の直径の円板の中央部に、円形の貫通孔を設けた形状に形成されている。

内管３は、伝熱促進部７と、筒状（たとえば、円筒状）に形成されている内管本体部１３とを備えて、たとえば、一体で形成されている。伝熱促進部７を構成している各リング状部材１１は、この厚さ方向が内管３（内管本体部１３）の中心軸の延伸方向（排気ガスの流れ方向）と一致しているとともに、各リング状部材１１が内管３の中心軸の延伸方向で所定（たとえば、一定）の間隔をあけてならんでいる。

外管５は、一対の小径部１５，１７と、大径部（拡径部）１９とを備えて構成されている。小径部１５や小径部１７は、筒状（たとえば、円筒状）に形成されており、内径が内管本体部１３の外径と等しくなっている。

大径部１９も、筒状（たとえば、円筒状）に形成されている。そして、外管５の中心軸の延伸方向で、一対の小径部１５，１７のうちの一方の小径部（上流側小径部１５）と、大径部１９と、一対の小径部１５，１７のうちの他方の小径部（下流側小径部１７）とがこの順で排気ガスの流れ方向にならんでいる。

外管５が内管３に設置された状態では、内管３の中心軸と、外管５の中心軸とがお互いに一致している。また、外管５が内管３に設置された状態では、内管３や外管５の中心軸の延伸方向で、外管５の一方の小径部（上流側小径部）１５の内面が、内管３の外面に係合（たとえば、面接触）しており、外管５の他方の小径部（上流側小径部）１７の内面も、内管３の外面に係合（たとえば、面接触）している。

これにより、外管５の拡管部１９と内管３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）とが接続されている。そして、供給配管から供給された排気熱回収媒体（水等の液体）が、排気熱回収媒体流路２１内を、排気熱回収媒体流路２１の周方向に沿って流れ、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。

伝熱促進部７は、大径部１９の内側に位置していて、排気熱回収媒体流路２１内の排気熱回収媒体との接触面積を大きくしている。

なお、外管５の小径部１５，１７と大径部１９との間には、移行部（内径と外径が変化している部位）２０が設けられている。移行部２０は、たとえば、円錐台側面状に形成されており、排気ガスの流れ方向の上流側と下流側とに設けられている。

上流側の移行部（図１の左側の移行部）２０では、上流側から下流側に向かうにしたがって、内径が次第に大きくなっており、下流側の移行部（図１の右側の移行部）２０では、上流側から下流側に向かうにしたがって、内径が次第に小さくなっている。

ところで、本明細書では、移行部２０も大径部１９に含めることにする。したがって、より精確には、外管５の大径部１９は、一定の内径の大径部本体部２２と、一対の移行部２０とで構成されていることになる。

また、外管５は、大径部１９（大径部本体部２２）の円周のところに形成されている円形状の分割部位２３のところで、上流側部材５Ａと、下流側部材５Ｂとに分割されている。

さらに説明すると、内管３の中心軸の延伸方向で一方の側（上流側）から他方の側（下流側）に向かって、内管３の内部を高温の排気ガス（他の高温のガスであってもよいし、高温の流体あってもよい）が流れるようになっている。

伝熱促進部７の外径は、大径部１９の内径よりも小さくなっており、内管３の中心軸の延伸方向における伝熱促進部７の寸法の値は、外管５の中心軸の延伸方向で、排気熱回収媒体流路２１の寸法の値よりも小さくなっており、大径部１９と伝熱促進部７とはお互いが非接触の状態になっている。

内管３の内部には、排気熱回収部材９が設けられている。排気熱回収部材９には、複数の排気流路２５が設けられている。排気熱回収部材９は、外周の全周が内管３の内壁に接するようにして内管３の内部に設置されており、排気流路２５を流れる排気ガスの熱を回収するようになっている。なお、排気ガスの総てが、排気熱回収部材９の排気流路２５を通って、内管３内を流れるようになっている。

排気流路２５は、多数の貫通孔で構成されている。貫通孔は、内管３の中心軸の延伸方向に延びており、排気ガスの流れ方向で排気熱回収部材９よりも上流側に位置している内管３の内部と、排気ガスの流れ方向で排気熱回収部材９よりも下流側に位置している内管３の内部とをお互いにつないでいる。また、各貫通孔は、内管３の中心軸の延伸方向から見ると、ほぼ均等に分散しており、排気熱回収部材９で回収された熱が内管３に伝わるようになっている。

内管３や外管５の中心軸の延伸方向（排気ガスの流れ方向）では、排気熱回収部材９の寸法の値よりも、排気熱回収媒体流路２１の寸法の値が大きくなっており、排気熱回収媒体流路２１の寸法の値よりも内管３の寸法の値が大きくなっており、内管３の寸法の値よりも外管５の寸法の値が大きくなっている。

また、排気ガスの流れ方向では、外管５の中央部に内管３が位置しており、内、外管３，５の中央部に排気熱回収媒体流路２１が位置しており、排気熱回収媒体流路２１の中央部に排気熱回収部材９が位置している。

内管３や外管５の中心軸は、円形状の分割部位２３の円に直交する方向に延びているとともに、上記円の中心を通っている。なお、図１では、分割部位２３が円筒状の大径部１９（大径部本体部２２）の左側に位置しているが、大径部本体部２２に設けられるのであれば、分割部位２３の位置を、図１の左右方向で移動してもよい。

また、下流側部材５Ｂの上流側端部では、円筒の内外径が大きくなっている部位２７が形成されており、この部位２７の内側に上流側部材５Ａの下流側端部が嵌り込んでいる。なお、上流側部材５Ａの下流側端部に円筒の内外径が大きくなっている部位を形成し、この部位の内側に下流側部材５Ｂの上流側端部が嵌り込んでいる構成であってもよい。さらに、下流側部材５Ｂの上流側端部に、円筒の内外径が小さくなっている部位を形成し、この部位の外側に上流側部材５Ａの下流側端部が嵌り込んでいる構成であってもよい。また、上流側部材５Ａの下流側端部に、円筒の内外径が小さくなっている部位を形成し、この部位の外側に下流側部材５Ｂの上流側端部が嵌り込んでいる構成であってもよい。

次に、排気熱回収器１の組立手順について説明する。

まず、伝熱促進部７が設けられている内管３に、外管５の下流側部材５Ｂ（上流側部材５Ａでもよい）を、たとえば、溶接によって一体的に設置する。

続いて、下流側部材５Ｂと内管３とに、外管５の上流側部材５Ａ（下流側部材５Ｂでもよい）を、たとえば、溶接によって一体的に設置するとともに、上流側部材５Ａと下流側部材５Ｂとを部位２７の部分で、例えば、溶接することにより、排気熱回収器１の組立がなされる。

続いて、図示しない配管によって、排気熱回収器１を自動車のエンジンに接続する。

次に、排気熱回収器１の動作について説明する。

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３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、排気熱回収部材９で排気ガスの熱を吸収し、この吸収した熱が、排気熱回収部材９と内管３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。

排気熱回収器１によれば、外管５が複数の部材５Ａ，５Ｂに分割されており、これらの部材５Ａ，５Ｂを内管３に組み付けることで内部に伝熱促進部７が存在している排気熱回収媒体流路２１が形成される。これにより、熱交換性能を向上させることができるとともに、上記組付けをするときに、外管５が伝熱促進部７に干渉することが回避され、製造が容易になる。

また、排気熱回収器１によれば、伝熱促進部７が複数のリング状部材１１で構成されているので、簡素な構成で広い伝熱面積を容易に得ることができる。

また、排気熱回収器１によれば、排気熱回収媒体流路２１が環状に形成されており、伝熱促進部７を構成している各リング状部材１１の厚さ方向が内管３の中心軸の延伸方向と一致しており、内管３の中心軸の延伸方向で各リング状部材１１が所定の間隔をあけてならんでいるので、環状の排気熱回収媒体流路２１内を排気熱回収媒体流路２１の円周に沿って流れる排気熱回収媒体の流路抵抗を小さくすることができる。

また、排気熱回収器１によれば、外管５が大径部１９の円周のところで分割されているので、外管５の製造が容易になっているとともに、外管５の内管３への設置を一層容易に行うことができる。

ところで、図１、図３で示す排気熱回収器１では、外管５を大径部１９の円周のところで２つに分割しているが、図４で示すように、外管５を外管５の中心軸を含む所定の平面で半円状（半円柱側面状）に分割したり（すなわち、周方向に２つに分割したり）、周方向に３つ以上の複数に分割してもよい。

また、上記説明では、外管５を２分割しているが、３分割以上に多分割してもよい。たとえば、図２で示すように、外管５を大径部１９の円周（お互いが離れた２つの円周）のところで３つに分割してもよい。すなわち、外管５を部材５Ａ、部材５Ｂ、部材（中間部材）５Ｃで構成してもよい。

また、図１、図３、図５で示す排気熱回収器１では、伝熱促進部７を複数のリング状部材１１で構成しているが、図６（ａ）で示すように、伝熱促進部７を螺旋状の部材２９で形成してもよい。螺旋状の部材２９は、たとえば、細長い円柱状の１本の素材を、内管本体部１３の外周に螺旋状に巻き付けた形態で設けられている。

なお、螺旋状の部材２９の高さの値（外径の値）を大きくするために、螺旋状の部材２９を図５で示す鍔のような螺旋状（スクリュー状）に形成してもよい。

そして、内管３や外管５の中心軸の一方の側（たとえば、上流側）から排気熱回収媒体流路２１内に排気熱回収媒体を供給し、内管３や外管５の中心軸の他方の側（たとえば、下流側）で、排気熱回収媒体流路２１内の排気熱回収媒体を回収し、排気熱回収媒体流路２１内の排気熱回収媒体の流れを螺旋状の部材２９の螺旋に沿わせることが望ましい。

また、図６（ｂ）で示すように、複数のトーラス形状の部材（内径が内管本体部１３の外径と等しいＯリング状の部材）３１を、内管本体部１３の外周に、内管本体部１３の中心軸の延伸方向で、所定の間隔をあけて設けることで、伝熱促進部７を形成してもよい。

図６で示す形態では、伝熱促進部７を内管本体部１３とは別に製造し、この後、伝熱促進部７を内管本体部１３に一体的に設置しているが、伝熱促進部７と内管本体部１３と一体成形で製造してもよい。

図７（ｂ）で示す内管３は、円筒状の内管本体部１３の外周に、内管本体部１３とは別体である複数のリング状部材１１ａを設置することで形成されている。リング状部材１１ａは、図７（ａ）で示すように、背の低い円筒状部位３３と、この円筒状部位３３の一方の端に設けられたリング状の鍔部３５とで構成されている。また、リング状部材１１ａには、リング状部材１１ａの周の１箇所に切り込み部３７が形成されている。切り込み部３７が形成されていることで、リング状部材１１ａを、板状素材を塑性加工することで容易に得ることができる。

リング状部材１１ａは、円筒状部位３３の内周面が内管本体部１３の外周面に接するようにして、内管本体部１３に一体的に設けられている。

図８で示す内管３は、円筒状の内管本体部１３の外周に、波板状の材料３９を巻き付けたことで、伝熱促進部７を形成している。

１ 排気熱回収器
３ 内側部材
５ 外側部材
５Ａ、５Ｂ 部材
７ 伝熱促進部
１１ リング状部材
１５，１７ 小径部
１９ 大径部

Claims (5)

1. 外面に伝熱促進部が設けられている内側部材と、
   複数の部材に分割されており、これらの部材を組み付けることで、前記内側部材の外部に設置されている外側部材と、
   を有することを特徴とする排気熱回収器。
2. 請求項１に記載の排気熱回収器において、
   前記伝熱促進部は、複数のリング状部材で構成されていることを特徴とする排気熱回収器。
3. 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、
   前記外側部材は、２分割もしくは３分割されていることを特徴とする排気熱回収器。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の排気熱回収器において、
   前記内側部材は、前記伝熱促進部と、円筒状に形成されている内側部材本体部とを備えて構成されており、
   前記伝熱促進部を構成しているリング状部材の厚さ方向が内側部材の中心軸の延伸方向と一致しているとともに、前記リング状部材が内側部材の中心軸の延伸方向で所定の間隔をあけてならんでおり、
   前記外側部材は、円筒状に形成され、内径が前記内側部材本体部の外径と等しい一対の小径部と、円筒状に形成されている大径部とを備えて構成されており、前記外側部材の中心軸の延伸方向で、前記一対の小径部のうちの一方の小径部と前記大径部と前記一対の小径部のうちの他方の小径部とがこの順にならんでおり、
   前記一対の小径部の内面が前記内側部材本体部の外面に接触し、前記大径部の内側に前記伝熱促進部が位置していることを特徴とする排気熱回収器。
5. 請求項４に記載の排気熱回収器において、
   前記外側部材は、前記大径部の円周のところで分割されていることを特徴とする排気熱回収器。
   

Images