JP3863241B2 - 水冷エンジン駆動圧縮冷媒循環式熱移動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷媒を循環させてヒートサイクルを形成する熱移動装置に関し、特に排気ガスからの熱等のエンジン廃熱を回収して冷媒を加熱するようにした水冷エンジン駆動圧縮冷媒循環式熱移動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍機あるいはガスヒートポンプその他の冷暖房切り換えヒートサイクルを有する空調機は、冷媒圧縮用のコンプレッサを有し、このコンプレッサを駆動するために、例えばオーバーヘッドバルブ（ＯＨＶ）型式の水冷式単気筒エンジンが用いられている。
【０００３】
このような空調機等を駆動するためのエンジンは例えば建物の機械室内に設置され、エンジンの高さを抑えエンジン上部のスペースを有効に利用しかつ重心位置を下げて振動等の影響を抑制するためにシリンダをほぼ水平の横置きに配置している。このエンジンは、クランク軸がほぼ水平の横置きとされる一方、エンジンの排気通路出口に接続される略直方体形状の排ガス熱交換器を有し、この排ガス熱交換器はシリンダ本体およびシリンダヘッドからなるエンジン頭部の側方に配置される。
【０００４】
この排ガス熱交換器はエンジンの側方において、略直方体形状の各稜線うち最長の方向を横方向、最短の方向を幅方向、中間長さの方向を縦方向として、幅方向をクランク軸と平行とするように配置され且つ最長の横方向を略鉛直方向あるいは略水平方向とするように配置される。これにより、排ガス熱交換器を含んでエンジンの幅方向の寸法を小さくするようにされる。この排ガス熱交換器は内部に、横方向の一方の端から他方の端までの排気通路が設けられ、あるいは横方向の一方の端の上部から同一の端の下部へ至るＵ字状の排気通路が設けられ、それらの排気通路を包むように冷却水が循環する冷却水ジャケットが配設される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の排ガス熱交換器においては、騒音の大きい排気ガスの入口が排ガス熱交換器本体の外周部となるので、騒音が排ガス熱交換器の外に洩れやすい構造であった。
【０００６】
また、排気ガスの熱は冷却水ジャケットを循環する冷却水に伝達されるとともに、排気通路構成壁を支える壁を伝って排ガス熱交換器本体の表面に伝達される。この場合、従来構造においては、温度の高い排気ガス入口が排ガス熱交換器本体の外周部となるため、この入口部近くの排ガス熱交換器本体表面の温度が高くなり、外部に熱放射される分、冷却水に伝達される熱量が減少し冷却効率を低下させていた。
【０００７】
本発明は上記従来技術を考慮してなされたものであって、エンジンの高さおよび幅方向の大きさを抑えてコンパクトな構造を実現するとともに、排ガス熱交換器からの騒音を低減させ、かつ排ガス熱交換器での熱交換効率を高め冷却水への伝熱量を多くしてエンジンからの廃熱回収の効率を高めた水冷式エンジン駆動圧縮冷媒循環式熱移動装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、下部に横置きにしたシリンダを配置した水冷エンジン駆動圧縮冷媒循環式熱移動装置であって、シリンダとシリンダヘッドからなるエンジン頭部の側方に排ガス熱交換器を配置し、最も面積の大きい表面が略鉛直方向でかつシリンダ軸と平行となるように前記排ガス熱交換器を配置し、前記排ガス熱交換器の略中央部に排気ガス入口を設け、この排気ガス入口から排ガス熱交換器の外周部に設けた出口に向かって実質上渦巻き状に排気通路を設け、この排気通路を挟んでシリンダ側の面に形成した第１冷却水ジャケットとシリンダから離れた側の面に形成した第２冷却水ジャケットを設け、前記第１、第２の冷却水ジャケットの冷却水路を直列に連通させ、これらの第１、第２の冷却水ジャケットの冷却水を熱移動用の冷媒循環路の途中に設けた熱交換器に循環させて、エンジン廃熱を冷媒に回収させるようにしたことを特徴とする水冷エンジン駆動圧縮冷媒循環式熱移動装置を提供する。
【０００９】
この構成によれば、騒音の大きい排気ガス入口部の周囲を排気通路が取囲むようになり、外部への騒音の洩れが減少する。また、温度の高い排気ガス入口部からその周囲を囲む排気通路を介して熱が熱交換器本体表面に伝わり、この排気通路は冷却水により十分冷却されるため、表面温度が下がり、表面からの熱放射量が減少して排気ガスから冷却水に伝達される熱量が増加し、エンジン廃熱回収効率が高められる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
好ましい実施の形態においては、前記排気通路の出口近傍に冷却水の入口を設け、排気通路の入口近傍に冷却水の出口を設け、冷却水の流れが排気ガスの流れにほぼ対向するように冷却水ジャケットを設けたことを特徴としている。
【００１１】
この構成により、実質上排気ガスと冷却水が対向するように流れるため、排気通路の排気ガスと冷却水との温度差について、排気通路に沿った各位置間での差が小さくなり排ガス熱交換器の熱歪が抑制される。また、排気通路に沿って各位置で排気ガスから冷却水へ効率よく熱伝達が行なわれ全体として熱交換効率が高められる。
【００１２】
さらに好ましい実施の形態においては、前記排気通路の途中に膨張室を設けたことを特徴としている。
【００１３】
排ガス熱交換器内の排気通路長は長くなりすぎると、エンジン出力向上に排気脈動を有効に利用できない場合があるが、このように排気通路の途中に膨張室を設けることにより、排気脈動の有効利用が可能になる。
【００１４】
さらに別の好ましい実施の形態においては、前記排ガス熱交換器の上部の幅を薄くしてシリンダ軸方向から見たときＬ字形状とし、この幅の薄い部分に隣接してラジエータまたは室外熱交換器の少なくとも一部を配設したことを特徴としている。
【００１５】
この構成により、ラジエータあるいは室外熱交換器を含めた室外機の幅方向の大きさを小さくでき、コンパクトな構成が図られるとともに、前述の膨張室を設ける場合には、この膨張室を排ガス熱交換器の下部に設けることができ、スペースの有効利用とともにエンジンの出力向上が図られる。
【００１６】
【実施例】
以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は本発明の実施例に係る横置き型エンジンの全体構成を示す側面図、図２はその要部上面図、図３はその要部構成を示す側面図である。なお、図において、エンジン各部のレイアウトを示すため、部分的に各構成部材を透視的に重ねて描いてある。
【００１７】
エンジン１は、ＯＨＶ単気筒の横置き型エンジンであり、ヘッドカバー２を頭部に有するシリンダヘッド３と、このシリンダヘッドに結合されたシリンダブロック４と、このシリンダブロックに連続して一体的に形成されたクランク室５とにより構成される。シリンダブロック４は、ほぼ水平横置きに配置され、図２、図３に示すように、内部をピストン２９が摺動する。このようなエンジン１のハウジングとなるシリンダヘッド３、シリンダブロック４およびクランク室５等は、例えばアルミダイカスト等による鋳造成型品である。シリンダヘッド３の上部には、吸引される空気の圧力を下げるベンチュリ部と該ベンチュリ部に設けられた燃料ガス吐出用のノズルとからなる混合部と、ベンチュリ部下流の混合気通路に設けられたスロットル弁からなる混合器６が備わる。この混合器６は、アイドル運転制御を安定させるため、アイドル運転時にはスロットル開度制御を停止させ、アイドル時の回転変動にかかわらず最適な一定開度に保持する構成とする。シリンダヘッド３には、燃焼室に向けて点火プラグ７が装着される。また、図２に示すように、吸気通路３１ｂおよび排気通路３１ａ（図３では一方の通路３１のみ図示）が形成され、それぞれ、燃焼室に臨むポート部に吸気弁８ｂおよび排気弁８ａ（図３では一方の弁８のみ図示）が装着される。
クランク室５内の中央部よりやや上側にクランク軸９が装着される。クランク軸９には駆動ギヤ３８（図３）が装着され、この駆動ギヤ３８にカムギヤ１０が噛み合う。カムギヤ１０の軸１１にはカム３９が装着される。カム３９は、プッシュロッド３７およびその端部のコッター４０を介して、ロッカーアーム４２をその軸４１廻りに揺動させ、吸・排気弁８を、クランク軸９の回転に同期して所定のタイミングで開閉動作させる。
【００１８】
クランク室５の下部はオイルパンとして形成され、オイルが一点鎖線Ｌで示す上限位置まで充填される。このオイルパンに隣接してシリンダブロック４の下側に、補助タンク１２が設置され、内部にオイルが収容される。この補助タンク１２は図示しない連通管を介してその底部がクランク室のオイルパンと連通し、その上部がクランク室の上部と連通している。従って、オイルレベルはクランク室のオイルパンと同じである。この補助タンク１２にレベルゲージ１３が装着され、これを引き抜いて適宜オイルレベルを一点鎖線Ｌの上限位置にあるか検出することができる。
【００１９】
前記カムギヤ１０は、クランク軸９より下側に配置され、その下部がオイルレベルの上限位置Ｌより下側になって、オイル内に浸漬される状態になる。このカムギヤ１０の下部のオイル浸漬部分を覆ってバッフルプレート１４が設けられる。このようなバッフルプレート１４を設けることにより、カムギヤによるオイルパン内のオイル攪拌が防止され、エネルギーロスの軽減とともにオイルミスト化によるオイルの飛散散出が防止される。
【００２０】
クランク室５の上部には、ブローバイガス排出ポート１５が設けられ、エンジンのクランク回転や振動に伴うエンジン内部の圧力変動を逃し、内圧が高まったときのオイルシールからの漏れをなくしオイルシールを保護する。また、クランク室５の上部外側のクランク軸９よりシリンダ側（図の右側）には、スタータモータ１６が装着される。このスタータモータ１６のピニオン１６ａは、外周に被駆動ギヤの設けられたフライホイル２４と始動時のみ噛み合う。
【００２１】
クランク室５の上部内側であって、クランク軸９に関しシリンダと反対側（図の左側）には、バランサ１７が装着される。このバランサ１７は、図２に示すように、その軸１７ａにギヤ１７ｂが固定され、このギヤ１７ｂは、クランク軸９に固定した駆動ギヤ３５に噛み合う。バランサ１７の軸１７ａには、所定形状のバランサウェイト１７ｃが固定される。このバランサは、通常の自動車エンジンのバランサのように慣性モーメントによる起振力を打消すことよりも、低速回転領域におけるトルク変動に基づく加振力を打消すことを目的とした反トルクバランサであって、クランク軸とフライホイルとの合計回転質量（合計慣性モーメント）に対応した回転質量（慣性モーメント）のバランサウェイト１７ｃを有し、クランク軸回転と逆方向に例えば２倍に増速して回転させ回転質量の軽量化を図っている。このようなバランサを設けることにより、エンジン始動時あるいは低速回転での回転変動に起因する振動が効果的に抑制され、従来用いられていたエンジンの振動変位を止める特別な振動吸収用ゴムストッパや冷媒配管の振動吸収用フレキシブル管を省略あるいは簡素化することができる。
【００２２】
さらに、このバランサ１７は、フライホイルのはずみ車作用による慣性モーメント機能を併せもつため、クランク軸９の端部に装着したフライホイル２４の軽量化が図られ、板金による製造が可能となって、製造プロセスの簡素化およびエンジン幅の縮小による小型化が図られる。
【００２３】
また、バランサ１７は、クランク室５内部の上部に設けてあるため、下部のオイルパン内のオイルを攪拌することはなく、オイルの飛散が防止され、また攪拌による無駄なエネルギー損失が防止される。このバランサ１７の軸１７ａは、図２に示すように、クランク軸９よりも短くクランク軸９より外側に突出しない。従って、エンジン幅を増大させることはない。
【００２４】
クランク室５は、図２に示すように、クランク軸９の周囲全体および背面側を覆いシリンダブロック４と一体に形成されるクランク室ケーシング５ａと、このクランク室ケーシング５ａの前面を覆うクランク室カバー４７（図２の斜線部）により形成される。
【００２５】
クランク軸９内にはオイルが循環するオイルギャラリ３３が形成され、またバランサ１７の軸１７ａ内にはオイル通路３４が形成され、クランク室カバー４７に設けたオイル通路４６を介してオイルが循環する。
バランサ１７にクランク軸９の回転を伝達する駆動ギヤ３５には、衝撃荷重吸収用のダンパスプリング４５が係合して配置され、駆動ギヤ３５の歯面をバランサ側のギヤ１７ａの歯面に対し弾発的に押し当てる。このようなダンパスプリング４５を設けることにより、特に低速運転時の両ギヤ間の振動による騒音や衝撃荷重を吸収して歯面に対する応力を軽減し、歯幅を狭くして小型軽量化を図ることができる。
【００２６】
クランク室５の下部のオイルパン部分には、オイルポンプ１８およびオイルフィルタ１９を一体結合したオイルユニット部材が装着される。この一体ユニット化された部材のオイルポンプ１８は、クランク室内のシリンダから離れた側の端部内側に取付けられ、これと一体のオイルフィルタ１９はその外側に横向きに、即ち、軸をクランク軸９に対し直角に向けて、設けられる。このようにオイルフィルタを横向きにすることにより、フィルタをエンジンのクランク軸方向外側に突出させずに配設することができ、エンジンのクランク軸方向の幅を狭くして薄型化を図ることができる。また、シリンダから離れた側のクランク室の外側に設けるため、クランク室内のオイルパン容積および隣接する補助タンクスペースを充分確保することができる。さらに、フィルタとポンプとを一体結合あるいは充分近接して配置することにより、フィルタとポンプ間のオイル通路の構成が簡素化し、容易に加工および組立てが可能になる。
【００２７】
また、このオイルフィルタ１９は、後述のコンプレッサ回転駆動用ベルト４８の下側に設けられる。これにより、フィルタ交換時にオイルがベルト上に落下して付着することがなくなり、ベルトのスリップが防止され安定した円滑なコンプレッサの回転駆動が得られる。
【００２８】
クランク軸９に関しシリンダと反対側のクランク室５の外側で、クランク軸９より下側の位置に、空調用ヒートポンプの冷媒圧縮用コンプレッサ２０が設けられる。このコンプレッサ２０の回転軸２０ａはクランク軸９より下側であって、その端部に電磁クラッチ（図示しない）を内蔵するプーリ２０ｂが装着される。このプーリ２０ｂにベルト４８を介してクランク軸９の端部（クランク室カバー４７の前方外側端部）に装着したプーリ３６（図１、図２）が連結され、コンプレッサ２０は、クランク軸９とともに回転する。
【００２９】
このコンプレッサ２０は、クランク室５に固定した第１支持ブラケット２１および取付け位置調整可能な第２支持ブラケット２２を介してエンジン１に固定される。即ち、コンプレッサ２０の下側位置で、ボルト１０２を介して第１ブラケット２１に固定され、側面の位置で、ボルト１０３を介して第２ブラケット２２に固定される。この第２ブラケット２２は、長孔１１１内でのボルト１１０の調整により、コンプレッサ２０の取付け位置が調整自在となり、ベルト４８のテンション調整ができる。
【００３０】
このように、コンプレッサ２０をエンジン外側の左側横位置に設けることにより、コンプレッサに接続される冷媒配管上に発生する結露水がエンジン上に落下付着することがなくなりハウジングやシール部材の劣化が防止される。またブローバイガス排出ポート１５への結露水の影響もなくなって機能の信頼性が保持される。特に、このコンプレッサ２０の位置は、クランク軸９に関しシリンダ側のエンジン上部に設けたスタータモータ１６から離れた位置であるため、電気系統に対する結露水の影響がなくなって、電気系統の劣化防止とともに始動動作の信頼性が高まる。また、クランク軸９の端部に装着したフライホイル２４（図２）等との干渉を避けてクランク軸方向の幅を増大させることなくコンプレッサ２０を配置するため、シンプルな構成でエンジンの薄型化を図ることができる。
【００３１】
また、重量の大きいコンプレッサ２０をエンジンの下部位置に設けることにより、エンジンの重心位置が下がり、振動に対する安定性が高まる。このようなコンプレッサ２０を含むエンジン全体は、防振マウント２３を介して、機械室床上の基礎台（図示しない）上に設置される。この防振マウント２３は、クランク軸９の長さの範囲内で、エンジン下部の矩形輪郭範囲内の４隅部に設けられ、エンジンの設置スペースを増大させることはない。このように防振マウント２３をクランク軸の長さ範囲内に設けることができるのは、本実施例のように、バランサ１７を設けて低速域での振動を抑制することにより、従来のようにエンジンの重心位置近傍（クランク軸近傍）にマウントを設ける必要をなくしたため、クランク軸外側にマウントを突出して設ける必要がなく、かつコンプレッサ２０がエンジンの下部に配置され重心位置が低いからである。
【００３２】
クランク軸９は、図２に示すように、対向する一対のクランクウェブ９ａを有し、その間の反対側端部にクランクピン２６を介してコンロッド２７が連結される。コンロッド２７の先端部にはピストンピン２８を介してピストン２９が連結される。コンロッド２７のクランクピン２６に対向して、前記バランサ１７のバランサウェイト１７ｃに、コンロッド回転時の逃げ用の凹部２５が形成されている。この逃げ用凹部２５によりクランク軸９とバランサ軸１７ａの中心間距離を短くして、エンジンをコンパクトに構成することできる。シリンダヘッド３およびシリンダブロック４の壁厚内には、冷却水が循環するウォータジャケット３０が形成されている。
【００３３】
図４は、本発明に係るエンジンを用いたヒートポンプ式空調機の配管系統構成図である。まず、エンジン１の冷却ジャケット３０を循環する冷却水系統について説明する。冷却水は、冷却水ポンプ５０により排ガス気熱交換器３０ａ（排気管周りの冷却ジャケット）およびエンジン１内に設けられる冷却ジャケット３０を循環し、エンジン出口で、サーモスタット７０を介して高温配管７１と低温配管７２に分岐される。冷却水ポンプ５０には加圧キャップ５２を介してリカバリタンク５１が接続される。エンジン始動時等の低温時には、低温配管７２を介して、矢印のように、短いサーキットで循環し暖機を図る。
【００３４】
一方、高温時には、高温配管７１を介して、三方弁７３を通り、冷媒配管上に設けた排熱回収用熱交換器５９を通って（図中Ｘ、Ｙ通過）、矢印で示すように、ポンプ５０に戻る。三方弁７３の他方の出口側配管は、電磁弁を介して、床暖房等の温水利用ユニット６２を循環してポンプ５０に戻る。温水利用ユニット６２を循環させない場合には、室外に設けた放熱用熱交換器（ラジエータ）６５を介してポンプ５０に戻る。
【００３５】
この例のコンプレッサ２０は、エンジン１のクランク軸に対し電磁クラッチ７８を介して連結されている。このコンプレッサ２０には、サーマルプロテクタ５４が備わり、冷媒温度が一定以上になるとクラッチ７８を切って、コンプレッサを停止させる。コンプレッサ２０の吐出側および吸引側の冷媒配管１０８、１０５にはそれぞれ振動吸収用のフレキシブル配管５３が介装される。コンプレッサ２０から吐出された冷媒はオイルセパレータ５５で冷媒ガスと液体（オイルおよび液体冷媒）に分離され、液体は戻し管７６を介して途中毛細管により圧力降下して吸引側冷媒配管１０５に戻る。冷媒ガスはガス配管７７を介して四方弁５８に送られる。この例は、暖房運転時の状態を示し、冷媒ガス配管７７は、室内ユニット６０および温水利用ユニット６１側に接続される。冷媒ガスは、室内ユニット６０により室内暖房を行い、温水利用ユニット６１で温水加熱し、熱を奪われて凝縮し、減圧弁７９を介して減圧されてファン６４を備えた室外熱交換器６３に送られ、ここで吸熱し蒸発作用を受ける。蒸発した冷媒ガスは四方弁５８を介して、前述のエンジンの高温冷却水が循環する排熱回収熱交換器５９を通り、ここでさらに吸熱して蒸発作用を受けた後、気液分離のため、アキュムレータ５７に入る。アキュムレータ５７の冷媒ガスは、コンプレッサ２０の吸引作用により、吸引側冷媒配管１０５を介してコンプレッサ２０に戻り、圧縮されて再び送り出され前述と同様に循環する。
【００３６】
冷房運転時には、四方弁５８が切り換わり、コンプレッサ２０から出た冷媒ガスが、最初に室外熱交換器６３に送られ、この室外熱交換器６３が凝縮器として作用し、冷媒ガスは外気に熱を放出して凝縮する。凝縮され液化した冷媒は、室内ユニット６０、６１に送られ、ここで室内を冷房あるいは水を冷却して熱を奪い蒸発する。蒸発した冷媒ガスは、四方弁５８を介して、暖房時と同様に、排熱回収熱交換器５９でエンジン廃熱のエネルギーを回収した後アキュムレータ５７に送られ、コンプレッサ２０により再び圧縮されて循環する。このとき、温水利用ユニット６２にエンジン冷却水は循環されない。
【００３７】
このようにして水冷式エンジン駆動コンプレッサによる圧縮冷媒を循環させてヒートサイクルを構成する熱移動装置において、排ガス熱交換器３０ａは、ほぼ直方体形状に形成され、図２および図３に示すように、横置き型エンジン１のシリンダヘッド３およびシリンダブロック４からなるエンジン頭部の側方に配置される。この排ガス熱交換器３０ａは、図２に示すように、その直方体形状の本体１２３の最大表面積の側面をシリンダ軸と平行となるようにシリンダ４側に隣接させ、最小の幅方向がクランク軸９と平行（シリンダ軸と直交）となるように配置される。この排ガス熱交換器３０ａの本体１２３の上側外周部には、冷却水入口１２１および冷却水出口１２０が設けられ、後述のように内部を冷却水が循環する。また、この排ガス熱交換器３０ａのシリンダ側の側面には、そのほぼ中央部に排気通路３１ａが接続され、後述のように、内部を排気ガスが循環し、排気ガス出口１２２から外部に排出される。
【００３８】
図５は、上記ガスヒートポンプを構成する水冷式エンジン駆動圧縮冷媒循環式熱移動装置の排ガス熱交換器部分の構成配置図である。エンジン１は防振マウント２３を介して支持フレーム１２５上に設置され、エンジン収容ケース１２４内に収納される。シリンダヘッド３の吸気通路３１ｂから混合気が矢印のように供給され、吸気弁８ｂを介して燃焼室内に導入され、燃焼後の排気ガスが排気弁８ａを介して排気通路３１ａに排出される。この排気通路３１ａは、排ガス熱交換器３０ａの排気ガス入口１２６に接続される。
【００３９】
排ガス熱交換器３０ａは、ボルト挿通孔１３１を有し、図示しないボルトによりエンジン１の側面に取り付けられる。この排ガス熱交換器３０ａは、図示したように、シリンダ軸方向（紙面に垂直方向）から見たとき、実質上Ｌ字形状となるように、上部の幅が狭く、下部の幅が広く形成されている。このようなＬ字に対応してエンジン収容ケース１２４には段部１２４ａが形成される。この排ガス熱交換器３０ａの上部の幅が小さい部分に隣接して、前述の冷媒が循環する室外熱交換器６３がエンジン収容ケース１２４の段部１２４ａの上側に設けられる。これにより、スペースを有効に利用して熱移動装置全体の幅方向の寸法を小さく抑えコンパクトな構造が得られる。
【００４０】
排ガス熱交換器３０ａは、後述のように、内部に排気ガス入口１２６に連通する排気通路１２７を有する。この排気通路１２７の途中には膨張室１３２が形成される。この膨張室１３２は、前述のようにＬ字状排ガス熱交換器３０ａの下部の幅の広い部分に形成される。この排気通路１２７を挟んで、シリンダ側に第１冷却水ジャケット１２８およびシリンダから離れた側に第２冷却水ジャケット１２９が設けられる。第１、第２冷却水ジャケット１２８、１２９は直列に連結され、冷却水入口１２１から冷却水が流入し、最初に第１冷却水ジャケット１２８内を流れて排気通路１２７のエンジンシリンダ側の面を冷却し、続いて第２冷却水ジャケット１２９内を流れてシリンダから離れた側の面を冷却し、これにより排気通路１２７を両面から順番に冷却し熱交換が行なわれる。
【００４１】
なお、排気ガス入口１２６に対向する部分に、Ｌ字状形状の凹部１４０よりさらに、下方に窪んだ凹部１４１を設けている。これにより、第２冷却水ジャケット１２９の内、排気ガス入口１２６に対向する温度が上昇し易い部分の排気ガス通路の壁を冷却するジャケット部１４２の幅方向の寸法を小さくすることができ、第２冷却水ジャケット１２９内を通過する冷却水の流速を、ジャケット部１４２で低下させることがないので、排気ガス入口１２６に対向する部分の排気ガス通路の壁の冷却が十分確保でき、熱腐食を防止できる。
【００４２】
図６は上記排ガス熱交換器３０ａの排気通路１２７の構成を示す。（Ａ）は図５のＦ−Ｆ部分の断面であって流路全体の構成を示し、（Ｂ）はそのＨ−Ｈ部分の断面を示す。
【００４３】
排ガス熱交換器３０ａのほぼ中央部に形成された排気ガス入口１２６から流入した排気ガスは、矢印で示すように、排気通路１２７内を流れる。即ち、排気ガスは、中央部から外側に向かって実質上渦巻き状に流れ、外周部の排気ガス出口１２２から排出される。この排気通路１２７は、その流路長を大きくして冷却水との間で熱交換を十分行なうようにするために、流路を入組ませて屈曲させ、上下方向に順番に入組んだ屈曲通路部１２７ａや、Ｈ−Ｈ断面に示すように、左右方向に入組んだ屈曲通路部１２７ｂを有している。
【００４４】
すなわち、排気通路１２７の前後（表面に直角方向）の構成壁をつなぐとともに、排気通路１２７の左右の構成壁から交互に突出するリブ状のガイド壁１５０や、同様に屈曲した排気通路１２７を形成するとともに内部に第１冷却水ジャケット１２８及び第２冷却水ジャケット１２９が形成されるガイド壁１５１や、排気通路１２７の前後の構成壁から交互に突出するリブ状のガイド壁１５２を有する。これらのガイド壁１５０〜１５２は排気ガスの熱を吸収し、第１冷却水ジャケット１２８及び第２冷却水ジャケット１２９の水へ吸収した熱を伝達する。
【００４５】
このような排気通路１２７の途中には、容積を急拡大した膨張室１３２が形成される。このような膨張室１３２を設けることにより、排気脈動を有効に利用してエンジン出力の向上を図ることができる。排気通路１２７を流通して冷却水との間で熱交換された排気ガスは排気ガス出口１２２より、矢印Ｅｘのように、外部に放出される。
【００４６】
この排ガス熱交換器３０ａは金型を用いた鋳造品であり、鋳造時の中子支持用および砂抜き用の孔を塞ぐための埋め栓１３４が数箇所に設けられている。このような排気通路１２７の周囲に、第１および第２冷却水ジャケット１２８、１２９が、幅方向に入組みながら後述のように、シリンダ側の面およびその反対側の面に形成される。１３３は第１、第２の冷却水ジャケット１２８、１２９の連通孔であり、１３５は水抜き用の打込みパイプである。この水抜き用の打込みパイプは点検時以外は埋め栓用キャップが嵌められている。また、取り付け用のボルト挿通孔１３１が、排気ガス入口１２６の周りおよび外周部の複数ヵ所に形成されている。
【００４７】
図７は、冷却水ジャケットの構成を示す。（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ図５のＥ−Ｅ部およびＧ−Ｇ部の断面であり、第１冷却水ジャケット１２８および第２冷却水ジャケット１２９を示す。
【００４８】
（Ａ）図に示すように、冷却水入口１２１から矢印Ｗｉｎのように導入された冷却水は、第１冷却水ジャケット１２８の通路を矢印で示すように流れ、連通孔１３３を通して（Ｂ）図の第２冷却水ジャケット１２９内に流入する。この第１冷却水ジャケット１２８の冷却水入口１２１は、前述の排気通路１２７の排気ガス出口１２２（図６）の近傍に設けられ、前述の排気ガスの渦巻き状の流れと反対方向に冷却水が流れるように流路が形成される。流路壁面には溝部１３６が適宜形成され、冷却水ジャケットの流路を排気通路に向けて包み込むように深くして冷却効率を高める。
【００４９】
第１冷却水ジャケット１２８を循環した冷却水は、その上部に形成された連通孔１３３を通して反対側の第２冷却水ジャケット１２９内に流れる。このように第１冷却水ジャケット１２８を流れる冷却水は、冷却水入口１２１近傍において温度低下した排気ガスと熱交換して温度上昇し、連通孔１３３近傍において温度の高い排気ガスと熱交換してさらに温度上昇する。すなわち、冷却水入口１２１近傍における排気ガスと冷却水との温度差との相違は少なくなり、第１冷却水ジャケット１２８の全長を、複数のガイド壁１６０で長くすることにより、冷却水の流速を低下させないで広い熱伝達面を確保するようにしている。これにより、冷却水が滞留しホットスポートとなる点をなくすことができ、アルミ合金製である排ガス熱交換器３０ａの腐食を防止することができる。（Ｂ）に示すように、この連通孔１３３から流入した冷却水は、上記第１冷却水ジャケット１２８の場合と同様に、排気ガスの渦巻き流れに対向する方向に流れ、冷却水出口１２０から矢印Ｗｏｕｔのように流出する。
【００５０】
第２冷却水ジャケット１２９においても同様に、冷却水入口となる連通孔１３３近傍において温度低下した排気ガスと熱交換して温度上昇し、冷却水出口１２０近傍において温度の高い排気ガスと熱交換してさらに温度上昇する。すなわち、連通孔１３３近傍における排気ガスと冷却水との温度差と、冷却水出口１２０近傍における排気ガスと冷却水との温度差との相違は少なくなり、第２冷却水ジャケット１２９の広い範囲で効率よく排気ガスの熱を回収することができる。また、第２冷却水ジャケット１２９の全長を、複数のガイド壁１６１で長くすることにより、冷却水の流速を低下させないで広い熱伝達面を確保するようにしている。これにより、冷却水が滞留しホットスポートとなる点をなくすことができ、アルミ合金製である排ガス熱交換器３０ａの腐食を防止することができる。
【００５１】
また第１冷却水ジャケット１２８と第２冷却水ジャケット１２９を直列にしたことにより、排気ガスの熱回収のための冷却水ジャケット表面積を大きくしつつ、冷却水の流速を確保できるようにしているので、より確実に冷却水の滞留を防止可能である。また、第２冷却水ジャケット１２９における排気ガスと冷却水との温度差により、上流側となる第１冷却水ジャケット１２８における排気ガスと冷却水との温度差の方を大きくすることができるので、排ガス熱交換器３０ａの内シリンダヘッド３に接する側で温度が上昇し易い前側の壁（図２でプーリー３６側の壁）の冷却能を高め、温度を低下させることができる。これにより、排ガス熱交換器３０ａを全体として温度を下げることができ、熱腐食をより防止易くできる。
【００５２】
図８は、室外機全体の後面図である。エンジン収容ケース１２４内にエンジン１およびオイルタンク１３７等が収容され、このエンジン１のシリンダ４の側面に前述のように排ガス熱交換器３０ａが設けられる。このエンジン収容ケース１２４の上部には外枠箱体１３９が設けられ、内部にアキュムレータ、排気サイレンサ、吸気サイレンサおよび二重管熱交換器等が収納される。エンジン収容ケース１２４の側面には配管出入口１３８が設けられる。また、エンジン収容ケース１２４の段部１２４ａ（図５参照）の上側にはファン６４を有する室外熱交換器６３（あるいはラジエータ６５）が設置される。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、騒音の大きい排気ガス入口部の周囲を排気通路が取囲むようになり、外部への騒音の洩れが減少する。また、温度の高い排気ガス入口部からその周囲を囲む排気通路を介して熱が熱交換器本体表面に伝わり、この排気通路は冷却水により十分冷却されるため、表面温度が下がり、表面からの熱放射量が減少して排気ガスから冷却水に伝達される熱量が増加し、エンジン廃熱回収効率が高められる。
【００５４】
また、前記排気通路の出口近傍に冷却水の入口を設け、排気通路の入口近傍に冷却水の出口を設け、冷却水の流れが排気ガスの流れにほぼ対向するように冷却水ジャケットを設ける構成とすれば、実質上排気ガスと冷却水が対向するように流れるため、排気通路の排気ガスと冷却水との温度差について、排気通路に沿った各位置間での差が小さくなり排ガス熱交換器の熱歪が抑制される。また、排気通路に沿って各位置で排気ガスから冷却水へ効率よく熱伝達が行なわれ全体として熱交換効率が高められる。
【００５５】
さらに、前記排気通路の途中に膨張室を設ける構成とすれば、排気脈動の有効利用が可能になり、エンジン出力の向上が図られる。
【００５６】
さらに、前記排ガス熱交換器の上部の幅を薄くしてシリンダ軸方向から見たときＬ字形状とし、この幅の薄い部分に隣接してラジエータまたは室外熱交換器の少なくとも一部を配設した構成とすれば、ラジエータあるいは室外熱交換器を含めた室外機の幅方向の大きさを小さくでき、コンパクトな構成が図られるとともに、前述の膨張室を設ける場合には、この膨張室を排ガス熱交換器の下部に設けることができ、スペースの有効利用とともにエンジンの出力向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係るエンジンの全体構成図。
【図２】 図１のエンジンの要部上面図。
【図３】 図１のエンジンの要部側面図。
【図４】 本発明に係る熱移動装置のヒートサイクルを示す冷媒配管系統図。
【図５】 本発明の排ガス熱交換器部分を示す構成図。
【図６】 （Ａ）は図５のＦ−Ｆ断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＨ−Ｈ断面図。
【図７】 （Ａ）は図５のＥ−Ｅ断面図、（Ｂ）は図５のＧ−Ｇ断面図。
【図８】 本発明の熱移動装置の後面図。
【符号の説明】
１：エンジン、２：ヘッドカバー、３：シリンダヘッド、
４：シリンダブロック、５：クランク室、６：混合器、７：点火プラグ、
８ａ：排気弁、８ｂ：吸気弁、９：クランク軸、１０：カムギヤ、
３０ａ：排ガス熱交換器、３１ａ：排気通路、３１ｂ：吸気通路、
１２０：冷却水出口、１２１：冷却水入口、１２２：排気ガス出口、
１２３：排ガス熱交換器本体、１２４：エンジン収容ケース、
１２４ａ：段部、１２６：排気ガス入口、１２７：排気通路、
１２８：第１冷却水ジャケット、１２９：第２冷却水ジャケット、
１３１：取り付けボルト挿通孔、１３２：膨張室、１３３：連通孔、
１３４：埋め栓、１３５：水抜き孔、１３６：溝部、１３７：オイルタンク、
１３８：配管出入口、１３９：外枠箱体。

Claims (4)

1. 下部に横置きにしたシリンダを配置した水冷エンジン駆動圧縮冷媒循環式熱移動装置であって、
   シリンダとシリンダヘッドからなるエンジン頭部の側方に排ガス熱交換器を配置し、
   最も面積の大きい表面が略鉛直方向でかつシリンダ軸と平行となるように前記排ガス熱交換器を配置し、
   前記排ガス熱交換器の略中央部に排気ガス入口を設け、
   この排気ガス入口から排ガス熱交換器の外周部に設けた排気ガス出口に向かって実質上渦巻き状に排気通路を設け、
   この排気通路を挟んでシリンダ側の面に形成した第１冷却水ジャケットとシリンダから離れた側の面に形成した第２冷却水ジャケットを設け、
   前記第１、第２の冷却水ジャケットの冷却水路を直列に連通させ、
   これらの第１、第２の冷却水ジャケットの冷却水を熱移動用の冷媒循環路の途中に設けた熱交換器に循環させて、エンジン廃熱を冷媒に回収させるようにしたことを特徴とする水冷エンジン駆動圧縮冷媒循環式熱移動装置。
2. 前記排気通路の出口近傍に冷却水の入口を設け、排気通路の入口近傍に冷却水の出口を設け、冷却水の流れが排気ガスの流れにほぼ対向するように冷却水ジャケットを設けたことを特徴とする請求項１に記載の水冷エンジン駆動圧縮冷媒循環式熱移動装置。
3. 前記排気通路の途中に膨張室を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の水冷エンジン駆動圧縮冷媒循環式熱移動装置。
4. 前記排ガス熱交換器の上部の幅を薄くしてシリンダ軸方向から見たときＬ字形状とし、この幅の薄い部分に隣接してラジエータまたは室外熱交換器の少なくとも一部を配設したことを特徴とする請求項１、２または３に記載の水冷エンジン駆動圧縮冷媒循環式熱移動装置。

Images