JP2017106357A - 排熱回収器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気系に設けられた排気分配部40と、排気分配部40を挟んで排気系の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた2つの排気分岐部30a,30bと、熱交換部10と、を備え、熱交換部10は、中央部分14が空洞14aの中空柱状のハニカム体11及び熱交換媒体51の経路25が形成され、ハニカム体11を収納するケーシング21を有し、この熱交換部10は、ハニカム体11の複数のセルによって形成された流路と、一方の排気分岐部30aとが連通し、且つ、ハニカム体に形成された空洞14aと、もう一方の排気分岐部30bとが連通するように、各排気分岐部30a,30bに配設されている。
【選択図】図2
Description
本発明の排熱回収器は、排気系に設けられた排気分配部と、排気分配部を挟んで排気系の上流側及び下流側に設けられた2つの排気分岐部と、2つの排気分岐部に連結するように配設された熱交換部と、を備えたものである。本発明の排熱回収器は、内燃機関の排気通路(以下、「排気系」ともいう)に設置し、排気通路を通過する排気ガスの排気熱を回収するために用いられる。排熱回収器においては、排気ガスとの熱交換による排熱を回収するための熱交換媒体が用いられる。例えば、排熱回収器が、自動車に搭載されて用いられる場合には、熱交換媒体として、水や不凍液(JIS K 2234で規定されるLLC)などを用いることができる。
排熱回収器の第一実施形態は、図1〜図5に示す排熱回収器100である。図1は、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す上面図である。図2は、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。図3は、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す平面図であり、図2に示す排熱回収器を矢印Aの方向に見た平面図である。図4は、本発明の排熱回収器の第一実施形態における排気ガスの流れを説明するための模式図である。図5は、本発明の排熱回収器の第一実施形態に用いられるハニカム体を模式的に示す斜視図である。
次に、排熱回収器の製造方法を説明する。本発明の排熱回収器は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、セラミック粉末を含む坏土を所望の形状に押し出し、ハニカム成形体を作製する。ハニカム成形体の材料としては、ハニカム体の隔壁の好適材料として挙げたセラミックを用いることができる。例えば、Si含浸SiC複合材料を主成分とするハニカム体を製造する場合、まず、所定量のSiC粉末、バインダー、水又は有機溶媒を混練し坏土とし、得られた坏土を成形して、所望形状のハニカム成形体を作製する。そして、作製したハニカム成形体を乾燥し、減圧の不活性ガス又は真空中で、ハニカム成形体中に金属Siを含浸焼成することによって、隔壁によって複数のセルが区画形成されたハニカム体を得ることができる。次に、ハニカム体の中央部分をくり抜き、中空柱状とする。なお、ハニカム体の中央部分をくり抜く場合には、ハニカム成形体の状態で行ってもよいし、焼成後の焼成体(ハニカム体)の状態で行ってもよい。また、中空柱状のハニカム体を押し出して成形してもよい。
排熱回収器の第二実施形態は、図9〜図11に示す排熱回収器200である。図9は、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す上面図である。図10は、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。図11は、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す平面図であり、図10に示す排熱回収器を矢印Cの方向に見た平面図である。図9〜図11に示す排熱回収器200において、図1〜図4に示す排熱回収器100と同様に構成されたものについては、同一の符号を付し説明を省略することがある。
実施例1の排熱回収器として、図1〜図4に示す排熱回収器100と同様に構成された排熱回収器を製造した。以下、実施例1の排熱回収器の製造方法を示す。
SiC粉末を含む坏土を所望の形状に押し出した後、乾燥し、所定の外形寸法に加工後、Si含浸焼成することによって、円柱状のハニカム焼成体を作製した。ハニカム焼成体は、端面の直径(外径)が70mm、セルの延びる方向の長さ25mmのものであった。ハニカム焼成体のセル密度は、35セル/cm2、隔壁の厚さ(壁厚)は0.3mmであった。ハニカム焼成体の熱伝導率は150W/(m・K)であった。
次に、第一ケーシングとして、以下のように構成された、ステンレスからなる有頂筒状部材を作製した。第一ケーシングとしての有頂筒状部材は、内径が69.8mmで、軸方向の長さが30mmの有頂円筒状であり、肉厚が1mmであった。次に、作製した第一ケーシングにハニカム体を挿入し、焼き嵌めにより、ハニカム体の外周面に嵌合するように第一ケーシングを配置した。なお、第一ケーシングの頂部である天面と、ハニカム体との間には、排気ガスが流通できるように、2mmの隙間を設けた。
まず、排気分配部及び排気分岐部を構成し、排熱回収器内のバイパス流路となる配管を用意した。次に、用意した配管の中央付近に、開閉弁を配設した。この開閉弁が、排気分配部の排気分配機構となる。次に、開閉弁を配設した配管の上流側及び下流側に、それぞれ貫通孔を形成し、これらの貫通孔を、排気分岐部の分岐路とした。なお、配管の上流側には、図1と同様に、配管に対して熱交換部を接続した際に、ハニカム体の実体部分と連通する位置に、各開口面積が125mm2の貫通孔を、4つ形成した。また、配管の下流側には、図1と同様に、配管に対して熱交換部を接続した際に、ハニカム体の空洞と連通する位置に、開口面積が500mm2の貫通孔を、1つ形成した。
実施例2の排熱回収器として、図9〜図11に示す排熱回収器200と同様に構成された排熱回収器を製造した。実施例2の排熱回収器においては、まず、実施例1と同様の原料を用いて、端面の直径(外径)が42mm、セルの延びる方向の長さ25mmのハニカム焼成体を作製した。ハニカム焼成体のセル密度は、35セル/cm2、隔壁の厚さ(壁厚)は0.3mmであった。
まず、排気分配部及び排気分岐部を構成し、排熱回収器内のバイパス流路となる配管を用意した。次に、用意した配管の中央付近に、開閉弁を配設した。この開閉弁が、排気分配部の排気分配機構となる。次に、開閉弁を配設した配管の上流側及び下流側に、それぞれ貫通孔を形成し、これらの貫通孔を、排気分岐部の分岐路とした。なお、配管の上流側には、図9と同様に、配管に対して熱交換部を接続した際に、ハニカム体の実体部分と連通する位置に、開口面積が260mm2の、切り欠きドーナツ形状の貫通孔を、1つ形成した。また、配管の下流側には、図9と同様に、配管に対して熱交換部を接続した際に、ハニカム体の空洞と連通する位置に、開口面積が260mm2の、円形の貫通孔を、1つ形成した。
実施例1,2の排熱回収器の熱遮断性について、以下の方法で評価を行った。排熱回収器へ高温・高流量の排気ガスを流入させたとき、熱回収部への流入熱量を調査した。評価条件として排気ガスは1,000℃、100g/sとし、熱交換媒体は40℃、3L/minの水を使用した。結果、水は沸騰することなく安定して稼動することができた。
比較例1の排熱回収器として、図15に示す排熱回収器300と同様に構成された排熱回収器を製造した。図15は、比較例1の排熱回収器を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。図15に示すように、比較例1の排熱回収器300は、ハニカム体111を、ケーシング121内に収容し、ケーシング121のハニカム体111が配置された箇所の外周側に、熱交換媒体51の経路125を設けたものである。
実施例1,2及び比較例1の排熱回収器に、排気ガス(第一流体)を通気し、熱交換媒体として水(第二流体)を用いた場合の、熱回収効率を測定した。なお、熱回収効率は、排熱回収器に流入した入熱量、及び排熱回収器が回収した回収熱量を測定し、下記式(1)によって求めた。
熱回収効率=回収熱量/入熱量×100 (1)
実施例1,2の排熱回収器は、上述した熱遮断性の評価により、熱遮断性に優れることが分かった。また、実施例1,2の排熱回収器は、比較例1の排熱回収器と比較して、排気ガスの流量に応じて、熱回収効率を調整し、適切な排熱の回収を行うことができた。
Claims (6)
- 排気系に設けられた排気分配部と、前記排気分配部を挟んで前記排気系の上流側及び下流側に設けられた2つの排気分岐部と、2つの前記排気分岐部に連結するように配設された熱交換部と、を備え、
前記排気分配部は、当該排気分配部が設けられた前記排気系の通気抵抗を変更し、前記排気分岐部に流れる排気ガスの排気量を可変して、前記熱交換部における熱回収量を調整する、排気分配機構を有し、
前記熱交換部は、第一端面及び第二端面を有し、前記第一端面から前記第二端面に向かう軸方向の中央部分が空洞の中空柱状のハニカム体と、前記ハニカム体を収容するケーシングと、を有し、
前記ハニカム体は、隔壁を有し、前記隔壁によって、前記第一端面から前記第二端面まで延びる、排気ガスの流路となる複数のセルが区画形成されたものであり、
前記ケーシングは、前記ハニカム体の外周を覆うように配置された第一ケーシングと、前記第一ケーシングの外周に配置された第二ケーシングと、を有し、当該ケーシングは、前記第一ケーシングと前記第二ケーシングとの間に、前記排気ガスとの熱交換による排熱を回収するための熱交換媒体の経路が形成されたものであり、
前記熱交換部は、前記ハニカム体の前記複数のセルによって形成された流路と、2つの前記排気分岐部のうちの一方の前記排気分岐部とが連通し、且つ、前記ハニカム体に形成された前記空洞と、2つの前記排気分岐部のうちのもう一方の前記排気分岐部とが連通するように配設されている、排熱回収器。 - 前記ケーシングは、前記第一ケーシングの外周面の全域に、前記熱交換媒体の経路が形成されたものである、請求項1に記載の排熱回収器。
- 前記排気分配部は、前記排気系の通気抵抗が最小となるように変化させた時に、2つの前記排気分岐部のうちのいずれか一方の前記排気分岐部を閉鎖する、請求項1又は2に記載の排熱回収器。
- 前記熱交換部が、前記排気分岐部から分離可能に構成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排熱回収器。
- 前記ハニカム体は、中央部分の前記空洞の内側に、円筒状の内壁構造が備わっている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の排熱回収器。
- 前記排気分配部を構成する排気系の配管の延びる方向に対して、前記ハニカム体の前記第一端面が、平行である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の排熱回収器。
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JPS6078920U (ja) * | 1983-11-05 | 1985-06-01 | 株式会社土屋製作所 | 廃熱回収式触媒コンバ−タ |
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JP2013532788A (ja) * | 2010-07-22 | 2013-08-19 | ウエスキャスト インダストリーズ インク. | バイパスを備える排熱回収装置本願は、2011年6月23日に出願された米国実用新案出願番号13/166,834の優先権および2010年7月22日に出願された米国仮出願番号61/366,730の利益を主張する。上記の全ての開示は、参照によりここに組み込まれる。 |
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- 2015-12-08 JP JP2015239724A patent/JP6535588B2/ja active Active
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