JP4324219B2 - エンジン排気ガス熱回収器ならびにこれを使用したエネルギー供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン駆動式空気調和機やコージェネレーションシステムなどで使用されるエンジンの排気ガス熱回収器に関するものである。
従来より、エンジンの排気ガス熱回収器に触媒を内蔵する構成が公知である。
特開平10−299464号公報
しかし、上記従来のエンジン排気ガス熱回収器は、単に排気ガス通路を冷却水ジャケットで覆うようにして熱回収するだけなので、排気ガスと冷却水との熱交換を効率良く行うために排気ガス経路を複雑に屈曲させなければならない。
したがって、排気圧損が大きくなり、製造コストも高くなってしまう。また、このような屈曲部の途中に触媒を内蔵するため、構造が複雑化してしまうといった不都合を生じることとなる。
本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであって、排気ガス経路を複雑化させることなく触媒を内蔵して排気圧損および製造コストの低下を可能とする構成を提供することを目的としている。
上記課題を解決するための本発明のエンジン排気ガス熱回収器は、エンジン排気ガス浄化用触媒を内蔵し、エンジン排気ガスとエンジン冷却水間で熱回収を行うエンジン排気ガス熱回収器において、エンジン排気ガス浄化用触媒を排気ガス流入部の排気ガス流れ経路上に配置し、前記触媒の一部または全部を、周壁に熱交換器の内壁と対向した複数の噴孔を設けた収納部材に収め、前記触媒出口端下流側で排気ガス流入方向端に閉塞部を設け径方向に排気ガス全量を導く構成とし、前記触媒の排気ガス流入方向において排気ガス流入口の対面に冷却水の流入口を設け、前記冷却水通路を前記触媒の排気ガス流入口側まで設け、前記噴孔を前記触媒の排気ガス流入方向において排気ガス流入口側から冷却水の流入口側まで設け、交換器の内壁と熱交換器の外壁との間をエンジン冷却水通路として排気ガス全量を前記触媒の排気ガス流入方向の全域において前記冷却水通路の隔壁に衝突させるものである。また、このエンジン排気ガス熱回収器において、触媒外周に接合される触媒支持具の一箇所または複数箇所に、ガスの流通を可能とした切欠部を設けるようにしたものである。
また、上記課題を解決するための本発明のエネルギー供給装置は、エンジン駆動式ヒートポンプおよびコーシェネレーションなどのエネルギー供給装置において、上記エンジン排気ガス熱交換器をエンジンの排気ガス経路に使用したものである。
以上述べたように、本発明によると、エンジン排気ガス浄化用触媒を、周壁に熱交換器の内壁と対向した複数の噴孔を設けた収納部材に収め、前記触媒出口端下流側で排気ガス流入方向端を閉塞して径方向に排気ガス全量を導く構成とし、熱回収器の内壁と熱回収器の外壁との間をエンジン冷却水通路として排気ガス全量を前記冷却水通路の隔壁に衝突させるようにしているので、排気ガス経路から屈曲部を無くすことが可能となり、排気圧損を低下できるとともに、製造コストの低減を図ることができる。また、熱効率良く排気ガスからの排熱回収を行うことができる。
また、エンジン排気ガス浄化用触媒を収納部材に収めているので、排気ガス経路全体をコンパクト化でき、触媒収納用部材を別途、設ける構成と比較して排気ガス経路全体のコストを低減できる。
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は本発明に係るエンジン排気ガス熱回収器1を示し、図2は同エンジン排気ガス回収器1を設けたガスエンジン11の冷却水回路図の一例を示している。
すなわち、このエンジン排気ガス熱回収器1は、エンジン排気ガス浄化用触媒(以下、単に触媒という。)2を収納部材3に収め、この収納部材3に設けた複数の噴孔30を、熱交換器4の内筒管41と対向させて構成している。
エンジン排気ガス熱回収器1は、図1および図2に示すように、エンジン11からサイレンサ12へと向かう排気が、触媒2および収納部材3を通過するように設けられ、かつ、エンジン11の冷却水が、熱交換器4を通過してからエンジン11に導入するように設けられている。エンジン11を通過した後の冷却水は、ポンプ13によって循環するように構成されている。また、冷却水は、サーモスタット14によって温度管理することができるようになされており、三方弁15によって、ラジエータ16または熱交換器17へと流れを切り替えることができるようになされている。
触媒2は、三元触媒、酸化触媒あるいは還元触媒のうち少なくとも一つ、あるいは複数の触媒を混合あるいは直列配置したものであってもよい。この触媒2の形状としては、一端から他端へと通気可能な筒状に形成されたものを用いることができる。内部は、通気可能なハニカム構造であってもよいし、ペレット状に加工した触媒を筒状内部に通気可能に設けて構成したものであってもよい。
収納部材3は、上記した触媒2を内装可能な直径の円筒状に形成され、その周壁には、長手方向および周方向に沿って等間隔で複数の噴孔30が設けられている。
この収納部材3内の一端部には、ガス流入管31からこの収納部材3内に排気ガスを導いて排気ガス経路となる触媒接続管32が設けられており、この収納部材3内の中央部には、周方向の4箇所に分散してガス放出孔33aが開口されたガス放出管33が設けられている。
前記した触媒2は、この収納部材3の触媒接続管32とガス放出管33との間に設けられる。すなわち、触媒2の両端部には、拡径部21aを有する支持部材21が設けられており、この支持部材21の拡径部21aの内側に、それぞれ触媒接続管32とガス放出管33とが受け挿し接続するようにして触媒2が設けられる。
熱交換器4は、上記収納部材3との間に空間Sを存して、この収納部材3全体を被覆するように構成されている。
この熱交換器4は、内筒管41と外筒管42とからなり、その間隙は、冷却水が通過する冷却水通路40となされている。また、この熱交換器4は、上記した収納部材3の内側からガス放出管33の位置まで入り込むように他端部側からコア管43が設けられている。さらに、この熱交換器4の他端部には、冷却水流入管44が延設されており、この冷却水流入管44は、熱交換器4の他端部側からガス放出管33の方向へと流入し、その流入下流側で、冷却水流入管44に開口された開口部44aからコア管43へと流れ、コア管43に流入した冷却水は、再度、熱交換器4の他端部側へと流れてその後、熱交換器4の冷却水通路40へと流入するように構成されている。
上記収納部材3のガス流入管31と対向する外筒管42の他端側の端面に冷却水流入管44が接続されている。また、外筒管42の一端部には、ガス流入管31に隣接して排水管45が接続されており、冷却水流入管44から流入してコア管43および冷却水通路40を通過した冷却水がこの排水管45から排水できるようになされている。さらに、冷却水通路40の他端側の外周面には、内筒管41および外筒管42を貫通する排気管46が接続されており、収納部材3の噴孔30から空間Sに噴出された排気ガスをこの排気管46から排気することができるようになされている。
このように構成されたエンジン排気ガス熱回収器1によると、エンジンからの排気ガスは、ガス流入管31から触媒接続管32、触媒2、ガス放出管33を経て、このガス放出管33のガス放出孔33aから収納部材3に放出され、この収納部材3の噴孔30から熱交換器4内に噴射されることとなるが、この噴孔0から噴射された排気ガスは、冷却水通路40までの間に他の部材が邪魔になってガス流量の運動エネルギが損なわれるといったことも無く、冷却水との間で唯一隔壁となる内筒管41に高速の噴出速度で直接噴射することができる。したがって、冷却水通路40を通過する冷却水は、従来のように無駄に屈曲部を形成することなく、熱効率良く排気ガスからの排熱回収を行うことができる。
そして、触媒2は、収納部材3内に設けているので、無駄なスペースを取ることなく排気経路をコンパクト化でき、別途に触媒2を設ける場合と比べてもコンパクト化を図るとともに、構造の簡略化によるコストの低減、排気ガスの滞留や圧力損失の増大などを防止することができる。
また、触媒2は、収納部材3内に設けることによって触媒の周囲に高温ガスが流れることとなり、冷却水によって直接冷却されることは無いので、触媒2の温度低下を防止して、浄化率の向上、触媒2の小型化が可能となる。
なお、本実施の形態において、エンジン排気ガス熱回収器1の触媒2は、触媒接続管32とガス放出管33との間に設けるようになされているが、図3に示すように、収納部材3内の一端部に設けられた触媒接続管32を、この一端部から収納部材3の内外に延設し、ガス放出管33を無くし、収納部材3内に延設された触媒接続管32内に、触媒2を設けるようにしてもよい。
図3において、図1と同部材には同符号を付して説明を省略する。
この構造の場合、エンジン排気ガス熱回収器1は、ガス放出管33をさらに省略した構成にして構造の簡略化を図ることができる。
また、本実施の形態では、触媒2の両端部に支持部材21を設けて触媒2を取り付けるようになされているが、図4に示すように、収納部材3の一端部から収納部材3の外側のみに触媒接続管32を延設し、この一端部付近に設けた一つの支持部材21によって触媒2の中央部のみを触媒接続管32に取り付けるようにしたものであってもよい。
図4において、図1と部材には同符号を付して説明を省略する。
この構造の場合、エンジン排気ガス熱回収器1は、収納部材3内に延設される触媒接続管32を無くし、さらに構造の簡略化を図ることができる。
さらに、本実施の形態では、触媒接続管32を用いて触媒2を収納部材3内に取り付けているが、図5に示すように、収納部材3の一端部から収納部材3と同径の触媒接続管32を外側に延設し、収納部材3内に支持部材21を設けて触媒2を直接取り付けるようにしたものであってもよい。
ただし、この場合、支持部材21によって排気ガスの流れが妨げられることとなるので、支持部材21の拡径部21aに切欠部21bを設けて排気ガスの経路を確保しておかなければならない。また、切欠部21bの断面積の合計面積は、支持部材21間に設けられた収納部材3の噴孔30の合計面積の2倍以上にしておくことが好ましい。
図5において、図1と同部材には同符号を付して説明を省略する。
この構造によると、エンジン排気ガス熱回収器1は、収納部材3内の構造をさらに簡略化できるとともに、収納部材3内の空間を有効利用することができ、大口径の触媒2を使用したりすることが可能となる。
本発明は、空調装置やコージェネレーションシステムで使用される各種エンジンの排気ガス熱回収器として利用できる。
(a)は本発明に係るエンジン排気ガス熱回収器の断面図、(b)は同図(a)のI-I 線断面図である。 図1に示すエンジン排気ガス熱回収器を設けたエンジンの冷却水回路図である。 (a)は本発明に係るエンジン排気ガス熱回収器の他の実施の形態を示す断面図、(b)は同図(a)のII-II 線断面図である。 (a)は本発明に係るエンジン排気ガス熱回収器のさらに他の実施の形態を示す断面図、(b)は同図(a)のIII-III 線断面図である。 (a)は本発明に係るエンジン排気ガス熱回収器のさらに他の実施の形態を示す断面図、(b)は同図(a)のIV-IV 線断面図である。
符号の説明
1 エンジン排気ガス熱回収器
11 エンジン
2 エンジン排気ガス浄化用触媒
21 支持部材(支持具)
21b 切欠部
3 収納部材
30 噴孔
4 熱交換
40 冷却水通路
41 内筒管
42 外筒管

Claims (3)

  1. エンジン排気ガス浄化用触媒を内蔵し、エンジン排気ガスとエンジン冷却水間で熱回収を行うエンジン排気ガス熱回収器において、
    エンジン排気ガス浄化用触媒を排気ガス流入部の排気ガス流れ経路上に配置し、前記触媒の一部または全部を、周壁に熱交換器の内壁と対向した複数の噴孔を設けた収納部材に収め、前記触媒出口端下流側で排気ガス流入方向端に閉塞部を設け径方向に排気ガス全量を導く構成とし、前記触媒の排気ガス流入方向において排気ガス流入口の対面に冷却水の流入口を設け、前記冷却水通路を前記触媒の排気ガス流入口側まで設け、前記噴孔を前記触媒の排気ガス流入方向において排気ガス流入口側から冷却水の流入口側まで設け、交換器の内壁と熱交換器の外壁との間をエンジン冷却水通路として排気ガス全量を前記触媒の排気ガス流入方向の全域において前記冷却水通路の隔壁に衝突させることを特徴とするエンジン排気ガス熱回収器。
  2. 触媒外周に接合される触媒支持具の一箇所または複数箇所に、ガスの流通を可能とした切欠部を設けるようにした請求項1記載のエンジン排気ガス回収器。
  3. エンジン駆動式ヒートポンプおよびコーシェネレーションなどのエネルギー供給装置において、請求項1または2記載のエンジン排気ガス熱回収器をエンジンの排気ガス経路に使用したことを特徴とするエネルギー供給装置。
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