JP2536974Y2 - 排気ガス熱交換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は排気ガス熱交換装置に関する。この装置はガ
スエンジンヒートポンプシステムまたはコージェネシス
テムにおける排気ガスの熱の回収に利用できる。

〔従来の技術〕

従来より、例えばガスエンジンヒートポンプシステム
においては、システムから排出される排気ガスの熱を給
湯、暖房に利用するなどのため排気ガス熱交換装置が用
いられている。この排気ガス熱交換装置では、冷却水が
供給される側の給水室と冷却水が排出される側の排水室
とでは温度差が激しく、そのため排気ガスの入口となる
排気ガス導入管、排気ガスの出口となる排気ガス導出管
を給水室と排水室とに直接跨がらせるのは溶接歪み抑
制、溶接割れ抑制の面から好ましくない。

そのため、従来より、排気ガス熱交換装置として、第
５図に示す様に、仕切板101、102で区画された給水室10
3、排水室104、ガス室105をもつ基体106と、ガス室105
内に間隔を隔てて列設されガス室105を多数の室に仕切
りかつガス通過孔108をもつ多数個の伝熱板110からなる
伝熱板群111と、各伝熱板110の管挿通孔に挿通されかつ
給水室103と排水室104とをつなぐ通水路113をもつ多数
個の伝熱管114からなる伝熱管群115と、ガス室105に連
通する排気ガス導入管117と、ガス室105に連通する排気
ガス導出管118と、給水管120と、排水管121と、基体106
の外面に被覆されガス室105の熱が外部に放出されるこ
とを抑える断熱材119とからなるものが知られている
（特開昭61−161390号公報）。

このものでは、高温の排気ガスは排気ガス導入管117
からガス室105に流入し、各伝熱板110のガス通過孔108
を通過し、排気ガス導出管118から外部に導出される。
一方、冷却水は給水管120から供給され、各伝熱管114の
通水路113を通り、このとき冷却水は排気ガスと熱交換
しつつ加熱され、更に熱を帯びた冷却水は排水室104に
至り、排水管121から外部に排出され、給湯に利用され
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、上記した熱交換装置では、ガス室105の回り
に断熱材119を被覆することでガス室105からの放熱を抑
えている。しかしこの場合にはガスエンジンヒートポン
プシステムの振動等により断熱材119が次第に剥がれ落
ち、そのため時間が経過するにつれて断熱効果が薄れて
放熱し、システム内温度が上昇し各機器の熱劣化が進行
するという問題があった。

本考案は上記した実情に鑑み開発されたものであり、
その目的は、リング状冷却水室でガス室を取り巻くこと
により外部への放熱を抑え、断熱材の剥離の問題を解消
した排気ガス熱交換装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 本考案の排気ガス熱交換装置は、内周面でガス室を区
画する内筒部と、内筒部の外側にほぼ同軸的に設けられ
内筒部の外周面とでリング状冷却水室を区画する外筒部
と、リング状冷却水室およびガス室の軸方向の両端に端
冷却水室を区画する端部と、リング状冷却水室と各端冷
却水室とを仕切る仕切壁部分に内筒部の軸芯の回りに間
隔を隔ててリング状に配置されリング状冷却水室と各端
冷却水室とを連通する多数個のオリフィス孔とを備えた
基体と、 基体のガス室内に軸方向にそって配置されかつ各端冷
却水室をつなぐ通水路をもつ多数個の伝熱管からなる伝
熱管群と 基体のガス室内に軸方向にそって間隔を隔てて列設さ
れガス室を軸方向で多数の室に仕切りかつ外周面が内筒
部の内周面に対面し、排気ガスが通るガス通過孔をもつ
多数個の伝熱板からなる伝熱板群と、 各該端冷却水室の内の一方の端冷却水室に給水する給
水管と、 リング状冷却水室及び各該端冷却水室の内の他方の端
冷却水室から排水する排水管と、 ガス室に連通し熱気をもつ排気ガスをガス室に導入す
る排気ガス導入管と、 ガス室に連通しガス室内の排気ガスを外部に導出する
排気ガス導出管とからなるものである。

〔作用〕

高温の排気ガスは排気ガス導入管からガス室に流入
し、各伝熱板のガス通過孔を通過し、排気ガス導出管か
ら導出される。一方、給水管から供給された冷却水は、
リング状冷却水室、端冷却水室、伝熱管群の通水路に供
給される。そして冷却水は排気ガスと熱交換されて加熱
される。加熱された冷却水は排水管から外部に排出され
る。

ここで、オリフィス孔は冷却水の流量を絞る作用を果
たすので、リング状冷却水室内の冷却水の流量と、伝熱
管内の冷却水の流量とが効果的に分散される。

〔実施例〕

本考案を第１図から第３図に示す第１実施例に従って
説明する。

本実施例の排気ガス熱交換装置は、基体１と伝熱管群
３と伝熱板群４と給水管５と排水管６と排気ガス導入管
７と排気ガス導出管８とから構成されている。

基体１は内筒部10と外筒部11と端部12、13とからな
る。内筒部10の内周面で区画された空間は円筒状のガス
室14とされている。外筒部11は内筒部10の外側にほぼ同
軸的に設けられている。内筒部10の外周面と外筒部11の
内周面とで区画された空間はリング状冷却水室15とされ
ている。リング状冷却水室15はガス室14の回りをリング
状に覆っている。リング状仕切板16、17は内筒部10の軸
方向の端部にその径外方向に延設されており、リング状
冷却水室15の軸方向における各リング状開口を塞いでい
る。更に外筒部11と内筒部10との間には軸方向のほぼ中
央部に中間リング状仕切板18が配置されている。端部1
2、13はリング状冷却水室15の軸方向の両端に固定さ
れ、端冷却水室としての給水室19および排水室20を区画
している。給水室19とガス室14とは下皿21で仕切られ、
排水室20とガス室14とは上皿22で仕切られている。

基体１の要部の分解図は第２図に示されている。第２
図に示す様にリング状仕切板16、17には所要の内径をも
つ多数個のオリフィス孔16a、17aが内筒部10の軸芯のま
わりに間隔を隔ててリング状に配置されている。更に中
間リング状仕切板18にも多数個のオリフィス孔18aが軸
芯のまわりに間隔を隔ててリング状に配置されている。
ここで、給水室19は一方のリング状仕切板16のオリフィ
ス孔16aを介してリング状冷却水室15に連通している。
また排水室20は他方のリング状仕切板17のオリフィス孔
17aを介してリング状冷却水室15に連通している。

伝熱板群４を形成する伝熱板40ガス室14内において軸方
向にそって間隔を隔てて列設されている。従って伝熱板
40は円筒状のガス室14を軸方向で多数の室に仕切る。伝
熱板40の外周面は内筒部10の内周面に対面して密接して
いる。第３図に示す様に各伝熱板40には管挿通孔40aが
同じ位相で形成されている。さらに前記した下皿21、上
皿22にも多数個の管挿通孔21a、22aが同じ位相で形成さ
れている。また各伝熱板40には所要内径をもつガス通過
孔41が第３図に示す様に互い違いの位置に１個つづ形成
されている。従って一の伝熱板40のガス通過孔41はその
下方の伝熱板40のガス通過孔41と反対の位置に形成され
ている。

伝熱管群３を形成する伝熱管30は各伝熱板40の管挿通
孔40aおよび下皿21、上皿22の管挿通孔21a、22aに挿通
されており、その結果、各伝熱管30はガス室14の軸方向
に沿ってほぼ平行に配置されている。各伝熱管30は給水
室19と排水室20とをつなぐ細長い通水路30aをもつ。

給水管５は端部12の側面部に固定され、給水室19に連
通している。排水管６は端部13の側面部に固定され、排
水室20に連通している。

排気ガス導入管７は、排気ガスをガス室14内に導入す
るものであり、外筒部11の周壁を貫通して内筒部10に接
続され、排水室20寄りの側でガス室14に連通している。

排気ガス導出管８は、ガス室14内の排気ガスを外部に
導出するものである。

次に本実施例の排気ガス熱交換装置を使用する場合に
ついてその作用とともに説明する。高温の排気ガスは排
気ガス導入管７からガス室14に流入し、各伝熱板40のガ
ス通過孔41を順に通過し、排気ガス導出管８から外部に
導出される。このとき第３図に示す様に多数個の各伝熱
板40にはガス通過孔41が互い違いの位置に１個つづ形成
されているので、ガス室14内の排気ガスは逆方向に曲が
りつつ進行し、従って排気ガスと伝熱板40との熱交換面
積は増加し、熱交換性能の向上を図ることができる。

これに対して冷却水は給水管５から給水室19に供給さ
れ、リング状冷却水室15と各伝熱管30とに分岐される。
分岐された冷却水はリング状冷却水室15と各伝熱管30と
をそれぞれ別個に通過し、そして排水室20で再び合流す
る。合流した冷却水は排水管６から外部に排出される。

ここで、冷却水が各伝熱管30の通水路30aを通過する
とき、各伝熱管30内の低温の冷却水と高温の排気ガスと
は熱交換し、冷却水は加熱され排気ガスは冷却される。
また冷却水がリング状冷却水室15を通過するとき、リン
グ状冷却水室15の冷却水と高温の排気ガスとは内筒部10
の周壁を介して熱交換する。なお排水室20内の加熱され
た冷却水は排水管６から外部に排出される。

以上説明したように本実施例では排気ガスが供給され
て高温となるガス室14のまわりにリング状冷却水室15が
形成されているので、ガス室14の熱が外部に放出される
ことを防止できる。

従ってガスエンジンヒートポンプシステムおける昇温を
抑えることができる。更にリング状冷却水室15も熱交換
機能を果たすので、熱交換効率の向上を図ることができ
る。

更に本実施例ではリング状冷却水室15を区画するリン
グ状仕切板16、17のオリフィス孔16a、17aは所要の内径
とされ、冷却水の流量を絞る作用を果たすので、リング
状冷却水室15に流入する冷却水の流量と、伝熱管30に流
入する冷却水の流量とが効果的に分散され、冷却水の流
入むらを回避でき、冷却水の局所的加熱、局所的沸騰を
防止できる。

本考案の第２実施例を第４図に示す。この例は基本的
には第１実施例と同じ構成であり、但し、排気ガス導出
管８は外筒部11を貫通して外筒部11の側方に導出されて
いる。この実施例においても高温となるガス室14のまわ
りにリング状冷却水室15が形成されているので、第１実
施例と同様の作用効果を果たす。

〔考案の効果〕

本考案の排気ガス熱交換装置によれば、熱交換のため
に排気ガスが供給されて高温となるガス室のまわりにリ
ング状冷却水室が形成されているので、ガス室の熱が外
部に放出されることを防止できる。従ってガスエンジン
ヒートポンプシステム等における昇温を抑えることがで
きる。更にリング状冷却水室も熱交換機能を果たすの
で、熱交換効率の向上を図ることができる。

更にリング状冷却水室を区画するリング状仕切板のオ
リフィス孔は、冷却水の流入を絞る作用を果たすので、
リング状冷却水室内の冷却水の流量と、伝熱管の通水路
内の冷却水の流量とが効果的に分散され、従って冷却水
の流入むらを解消し、冷却水の局所的加熱、局所的沸騰
を抑えるのに有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本考案の第１実施例を示し、第１図
は装置全体の断面図、第２図は筒体の要部の斜視図、第
３図は伝熱板、伝熱管を示す要部の斜視図である。第４
図は本考案の第２実施例を示し装置全体の断面図であ
る。第５図は従来技術を示し装置全体の断面図である。 図中、１は基体、16a、17aはオリフィス孔、14はガス
室、15はリング状冷却水室、19は給水室、20は排水室、
３は伝熱管群、４は伝熱板群、５は給水管、６は排水
管、７は排気ガス導入管、８は排気ガス導出管を示す。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内周面でガス室を区画する内筒部と 該内周部の外側にほぼ同軸的に設けられ該内筒部の外周
   面とでリング状冷却水室を区画する外筒部と、 該リング状冷却水室および該ガス室の軸方向の両端に端
   冷却室を区画する端部と、 該リング状冷却水室と各該端冷却水室とを仕切る仕切壁
   部分に内筒部の軸芯の回りに間隔を隔ててリング状に配
   置され該リング状冷却水室と各該端冷却水室とを連通す
   る多数個のオリフィス孔とを備えた基本と、 該基体のガス室内に軸方向にそって配置されかつ各該端
   冷却水室をつなぐ通水路をもつ多数個の伝熱管からなる
   伝熱管群と、 該基体のガス室内に軸方向にそって間隔を隔てて列設さ
   れ該ガス室を軸方向で多数の室に仕切りかつ外周面が内
   筒部の内周面に対面し、排気ガスが通るガス通過孔をも
   つ多数個の伝熱板からなる伝熱板群と、 各該端冷却水室の内の一方の端冷却水室に給水する給水
   管と、 各該端冷却水室の内の他方の端冷却水室から排水する排
   水管と、 該ガス室に連通し熱気をもつ排気ガスをガス室に導入す
   る排気ガス導入管と、 該ガス室に連通しガス室内の排気ガスを外部に導出する
   排気ガス導出管とからなり、 該給水管から給水された冷却水は、一方の該端冷却水室
   から各該伝熱管内に入ると共に、該仕切壁部分に備えら
   れた該オリフィス孔から該リング状冷却水室にも入り、
   他方の端冷却水室にて合流し、該排水管から排出される
   ように冷却水路を構成したことを特徴とする排気ガス熱
   交換装置。