JPH0540254Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、エンジンの排気ガスと水との熱交換
を行なう熱交換器を設けて排気熱を回収するよう
にしたエンジンの排気熱回収装置に関する。

（従来技術） エンジンの排気熱を回収して暖房あるいはヒー
トポンプ回路の熱源として利用する装置におい
て、エンジンの排気熱の回収は、一般に内部が排
気ガスが通されるコア部とこのコア部との間で冷
却水通路を形成する外側ケースとからなる熱交換
器を排気ガス通路に配設することによつて行なつ
ているが、排気マニホールドから放散される熱を
回収してさらに熱回収率を高めるため、例えば実
開昭60−1911号公報に開示されているように、排
気マニホールドをウオータジヤケツトで囲んだ構
成のもの、すなわち、排気マニホールドをその内
部の排気ガスの流通を妨げることなく、熱交換用
ケースにて包囲して密閉空間を形成し、この密閉
空間に熱媒流体を流入および流出させるようにし
たものが知られている。

ところで、このような排気マニホールド熱交換
器においては、排気が冷却されて排気中の水分が
凝縮し易く、その場合、酸性度の高い凝縮水が発
生するために、排気マニホールドの内壁は腐蝕を
受け易くこの壁に穴が開き易い。また熱回収の結
果温度勾配が大きいことから、壁にクラツクが発
生し易い。

このように排気マニホールドの壁に穴が開いた
りクラツクが発生したりすると、熱交換用の水が
排気マニホールドを介してエンジン内に流入した
り、あるいは排気ガスが冷却水回路に混入したり
して、種々の障害を発生することになる。

（考案の目的） そこで本考案は上述した従来の問題点を解消す
るためになされたもので、ウオータジヤケツトで
囲まれた排気マニホールドに凝縮水が溜らないよ
うにして排気マニホールドの壁の腐蝕を防止し、
かつ万一排気マニホールドの壁に穴またはクラツ
クが発生した場合でも熱交換用の水がエンジン内
に流入するのを阻止することができ、エンジンの
信頼性を向上させたエンジンの排気熱回収装置を
提供することを目的とする。

（考案の構成） 上記目的を達成するために、本考案は、エンジ
ンの複数の排気マニホールドから吐出される排気
ガスを集合させる集合室と、この集合室の室壁の
周囲に冷却水通路を形成する外側ケースとによつ
て排気熱回収用熱交換器を構成し、上記集合室の
底部を、上記排気マニホールドの上記集合室への
開口部よりも下方位置に形成するとともに、上記
底部を排気ガス流の下流側が低くなるように傾斜
させたものである。

（考案の効果） 本考案によれば、集合室の底部が排気ガス流の
下流側が低くなるように傾斜していることによ
り、酸性度の高い凝縮水が集合室の底部に溜まる
ことがなくなるから、集合室の壁の腐蝕を防止で
き、また万一集合室の壁に穴またはクラツクが生
じたとしても、排気マニホールドの集合室への開
口部よりも集合室の底部が低くなつているため、
熱交換用の水が排気マニホールドを介してエンジ
ン内に流入するのを阻止することができる。

（実施例） 以下、本考案の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。

まず、第９図により、本考案によるエンジンの
排気熱回収装置が適用されるヒートポンプ装置の
全体システムを説明すると、ヒートポンプユニツ
ト側システムＡには、冷媒加圧用コンプレツサ１
と、室内側熱交換器２と、四方弁３と、膨張弁４
と、室外側熱交換器（熱負荷）５とからなるヒー
トポンプ冷媒回路６が設けられ、また上記室外側
熱交換器５および後述する熱交換器１０に対する
放熱フアン７が設けられている。一方、エンジン
側システムＢには、コンプレツサ１を駆動する出
力軸８ａを備えたエンジン８が設けられ、このエ
ンジン８の排気熱を回収するとともに、この回収
した熱を熱交換器１０にて放熱し、かつエンジン
８を冷却する冷却水通路９が設けられている。

この冷却水通路９は、ヒートポンプユニツト側
システムＡの室外側熱交換器５と熱交換を行なう
熱交換器１０および循環水ポンプ１１と、エンジ
ン側システムＢにおけるエンジン８の排気ガスと
熱媒体としての冷却水とが熱交換して排気熱を回
収する主熱交換器１２および排気マニホールドの
外周を冷却水通路で囲んで構成した排気マニホー
ルド熱交換器１３からなるエンジン排気通路熱交
換器と、エンジン８内のウオータポンプ１４と、
サーモスタツト１５とが直列接続されることによ
り形成されている。また、熱交換器１２および１
３で構成されるエンジン排気通路熱交換器で高温
にされた冷却水を直接ヒートポンプユニツト側シ
ステムＡの熱交換器１０に供給するためにバイパ
ス通路１６が形成されている。主熱交換器１２は
エンジン８のコンプレツサ１側の側面において出
力軸８ａの上方空間に配設されている。なお、第
９図において、８ｂはエンジン出力による回動さ
れるフライホイールが収容されたハウジングであ
る。

次に第１図〜第３図によりエンジン側システム
Ｂの構成について説明すると、主熱交換器１２
は、エンジン８本体の後面すなわちコンプレツサ
側の側面において出力軸８ａの上方に配設され、
また排気マニホールド熱交換器１３はエンジン８
本体の排気マニホールド側の側面上方に、すなわ
ち上記主熱交換器１２の排気ガス流の上流側に設
けられている。主熱交換器１２は排気マニホール
ド熱交換器１３の高さ位置よりも低い位置に設け
られ、この主熱交換器１２の排気ガス流の上流端
に冷却水取入口１２ａが設けられている。また排
気マニホールド熱交換器１３とは連結部１２ｂに
より連結されているとともに、この主熱交換器１
２の排気ガス流の下流側は下方に傾斜している。
そして主熱交換器１２の傾斜下端部の上部には、
図示が省略されている排気管路およびサイレンサ
が接続される排気出口１２ｃが設けられ、また下
部には凝縮水ドレイン１２ｄが設けられている。

第４図〜第６図は上記主熱交換器１２の概略的
断面構成を示し、内部に排気ガスが通されるコア
部２０と、このコア部２０との間に冷却水通路２
１を形成する外側ケース２２とにより構成されて
いる。なお、上記コア部２０に構成は公知である
から、それについての詳細な図示および説明は省
略する。そして前述のように、冷却水取入口１２
ａが排気ガス流の上流端に設けられ、さらにこの
冷却水取入口から取入れられた冷却水をコア部２
０の排気ガス流の下流側に直接導くやめの冷却水
導入通路２３が冷却水通路２１と平行に外側ケー
ス２２に形成されている。

主熱交換器１２をこのように構成することによ
り、冷却水取入口１２ａから取入れられた冷却水
は冷却水導入通路２３を通つて直接外側ケース２
２内の排気出口１２ｃ側に対応する部分１２ｅに
導かれ、この部分１２ｅからコア部２０内を排気
ガス流の上流側に向つて流れて冷却水出口部１２
ｆに達し、この間に排気ガスとの間に熱交換が行
なわれるが、排気ガス流と冷却水とか互いに逆方
向に流れるいわゆる対向流となるため、熱交換効
率を向上させることができるのである。

冷却水出口部１２ｆに達した冷却水は排気マニ
ホールド熱交換器１３との連結部１２ｂを通つて
排気マニホールド熱交換器１３内に流入するが、
この排気マニホールド熱交換器１３は第７図およ
び第８図に示されているように、シリンダヘツド
２５の４つの排気ポート２６から排気マニホール
ド２７内を通つて排出される排気ガスを集合させ
る円筒状の集合室２８と、この集合室２８の室壁
２９のまわりに冷却水通路３０を形成する外側ケ
ース３１とからなる。そして第７図から明らかな
ように、各排気マニホールド２７の集合室２８へ
の開口部３２の中心は水平線l₁上に整列している
が、円筒状の集合室２８は、その軸線l₂が排気ガ
ス流の下流側すなわち主熱交換器１２側が低くな
るように傾斜して形成されている。したがつて集
合室２８の底部２８ａも排気ガスの下流側が低く
なるように水平線l₁に対して傾斜しており、さら
にこの底部２８ａは排気マニホールド２７の集合
室２８への開口部３２よりも下方に位置するよう
に形成されている。

このような構成により、排気ガス中の水分が冷
却されることによつて集合室２８内に発生する酸
性度の高い凝縮水は主熱交換器１２側に流れ、主
熱交換器１２の凝縮水ドレイン１２ｄから排出さ
れるから、凝縮水の酸性によつて集合室２８の室
壁２９が腐蝕するおそれがなくなる。また万一腐
蝕による穴あるいは熱によるクラツク等が集合室
２８の室壁２９に生じて冷却水が集合室２８内に
漏出したとしても、この冷却水は主熱交換器１２
のドレイン１２ｄから排出されるから、冷却水が
排気マニホールド２７からエンジン８内の燃焼室
に逆流してエンジン８を損傷するおそれもなくな
る。

一方、主熱交換器１２を通つた冷却水は連結部
１２ｂからこの排気マニホールド熱交換器１３内
の冷却水通路３０内に流入し、ここでも熱交換が
行なわれるが、この冷却水を熱交換器１３の上部
および下部から外部に取出すために、その外側ケ
ース３１に、その排気ガス流の上流端に対応する
位置に上部取出口１３ａおよび下部取出口１３ｂ
が設けられている。そして排気ガスによつて高温
の温水となされた冷却水を上部取出口１３ａから
取出し、比較的低温の冷却水を下部取出口１３ｂ
から取出すように構成されている。さらに上部取
出口１３ａは第９図のバイパス通路１６を通じて
ヒートポンプユニツト側システムＡの熱交換器１
０に接続され、また下部取出口１３ｂはエンジン
８のウオータポンプ１４に接続されている。した
がつて上部取出口１３ａから取出された高温の冷
却水はバイパス通路１６を通じて直接熱交換器１
０に供給されるが、下部取出口１３ｂから取出さ
れた比較的低温の冷却水はウオータポンプ１４に
流入し、次にエンジン８本体内のウオータジヤケ
ツトを通過し、さらにサーモスタツト１５を通つ
た後、バイパス通路１６を通つて流出する冷却水
と合流して熱交換器１０に供給される。

このように排気マニホールド熱交換器１３の外
側ケース３１に上部取出口１３ａおよび下部取出
口１３ｂを設けたことにより、ヒートポンプユニ
ツト側システムＡにおける熱交換効率を向上させ
ることができる。また、外側ケース３１内での冷
却水の停滞が防止され、かつ気泡が上部取出口１
３ａから逃がされるから、冷却水の局部沸騰によ
る排気マニホールド２７および集合室壁２９のク
ラツク発生を防止することもできる。

次に第９図のヒートポンプ装置の動作について
説明すると、エンジン８が運転されることによ
り、出力軸８ａを介してコンプレツサ１が駆動さ
れ、ヒートポンプ冷媒回路６が運転され、室内側
熱交換器２が凝縮器、室外側熱交換器５が蒸発器
として作用するときには、室内側の暖房を行なう
ことができ、また四方弁３の切替により、室内側
熱交換器２が蒸発器、室外側熱交換器５が凝縮器
として作用するときには、室内側の冷房を行なう
ことができる。一方、冷却水についてみれば、ヒ
ートポンプユニツト側システムＡにおける循環水
ポンプ１１はエンジン８の停止時にも作動し、冷
却水は主熱交換器１２から排気マニホールド熱交
換器１３を経由して熱交換器１０に一定流量が循
環するようになつている。また、エンジン８の運
転中はエンジン８内のウオータポンプ１４が排気
マニホールド熱交換器１３の下部取出口１３ｂを
通じて冷却水を吸引し、この冷却水がエンジン８
内の各ウオータジヤケツトを循環してエンジン８
を冷却する。

したがつて、冷却水と排気ガスとは主熱交換器
１２および排気マニホールド熱交換器１３にて熱
交換を行ない、排気熱の効率的な回収かなされ、
この回収された排気熱は熱交換器１０にてヒート
ポンプ回路側の室外側熱交換器５に熱交換され、
ヒートポンプ冷媒回路６が室内の暖房運転を行な
つている際には有効な廃熱利用がなされるのであ
る。

そして、本考案の実施例においては、前述のよ
うに、４つの排気マニホールド２７から吐出され
る排気ガスを集合させる集合室２８と、この集合
室２８の室壁２９の周囲に冷却水通路３０を形成
する外側ケース３１とによつて排気マニホールド
熱交換器１３を構成し、上記集合室２８の底部２
８ａを、排気マニホールド２７の集合室２８への
開口部３２よりも下方位置に形成するとともに、
この底部２８ａを排気ガス流の下流側が低くなる
ように傾斜させたことにより、凝縮水は主熱交換
器１２側に流れ、主熱交換器１２の凝縮水ドレイ
ン１２ｄから排出されるから、酸性度の高い凝縮
水によつて集合室２８の室壁２９が腐蝕するおそ
れはなくなるのである。また万一室壁２９に穴ま
たはクラツクが生じたとしても、熱交換用の水が
排気マニホールド２７を介してエンジン８内の燃
焼室に流入するおそれもなくなるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による排気熱回収装置を実施し
たエンジンの背面図、第２図は同平面図、第３図
は同側面図、第４図は同排気熱回収装置における
主熱交換器の概略的横断面図、第５図は同縦断面
図、第６図は第５図の−線に沿つた縦断面
図、第７図は排気マニホールド熱交換器の縦断面
図、第８図は第７図の−線に沿つた縦断面
図、第９図はエンジン駆動式ヒートポンプ装置の
全体構成を示す概略図である。 １……コンプレツサ、８……エンジン、１２…
…主熱交換器、１３……排気マニホールド熱交換
器、２０……コア部、２２，３１……外側ケー
ス、２３……冷却水導入通路、２７……排気マニ
ホールド、２８……集合室。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. エンジンの複数の排気マニホールドから吐出さ
   れる排気ガスを集合させる集合室と、この集合室
   の室壁の周囲に冷却水通路を形成する外側ケース
   とによつて排気熱回収用熱交換器を構成し、上記
   集合室の底部を、上記排気マニホールドの上記集
   合室への開口部よりも下方位置に形成するととも
   に、上記底部を排気ガス流の下流側が低くなるよ
   うに傾斜させたことを特徴とするエンジンの排気
   熱回収装置。