JPH0619969Y2 - 排ガス用熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 イ．考案の目的 産業上の利用分野 本考案は、特に、ガスエンジンからの排ガスを利用した
小型の排ガス用熱交換器に関するものである。

従来の技術 一般に、都市ガス又はＬＰガスを用いたガスエンジンの
排ガスから排熱を回収する小型の排ガス熱交換器は、排
ガス側の圧力損失を少なくするために伝熱部を流れる排
ガスの流速は出来るだけ遅くなるような構造になってい
る。

しかし、排ガス側の流速を遅くすると、ガス側の熱伝達
率は低下し、従って、必要とする伝熱面積は大きくな
る。

このため、二次伝熱面または拡大伝熱面を持った構造、
即ちフィン付型熱交換器が多く採用されている。

従来の熱交換器は、第４図に示すように、多数の仕切板
１を所定間隔をあけて平行に配設し、これらの仕切板１
の間の空間のうち、一つ置きの空間２を排ガス用流路と
なすと共に、他の一つ置きの空間３を水等の低温流体用
流路となし、上記空間２には波形のフィン４を溶接等の
手段により上記仕切板１の間に取付けた構造となってい
て、ガスエンジンからの排ガスは矢印５のようにフィン
４により形成された空間２内に流入して、その熱を二次
伝熱面であるフィン４に伝達し、仕切板１を介して空間
３内を流れる低温流体６に伝えるようになっている。

考案が解決しようとする問題点 都市ガスやＬＰガスを燃焼させても排ガス中には未燃カ
ーボン等の煤の混入はなく、単に水分等が多く含まれて
いるのみで排ガス側伝熱面への汚れはないが、ガスエン
ジン用の燃料として使用した場合は、エンジン部のシリ
ンダーとピストンとの摺動部に用いられる潤滑油がピス
トンの作動につれて燃焼室に流れ込み、燃焼ガスの燃焼
と共に大部分は燃焼するが、一部は未燃カーボンとなっ
て燃焼排ガスと共に排出される。

未燃カーボン等を含んだ排ガスがフィン４群内を通過す
る際、流速が遅いこと及び、都市ガスまたはＬＰガスの
燃焼時に生成される水分が媒体となって、フィン４の表
面および排ガス通路側に面する仕切板１の表面に煤が付
着する。

一旦、伝熱面への煤の付着が開始すると、伝熱面は煤が
付着し易い状態となり、煤の付着はより一層助長され
る。

煤の付着が進行すると、熱伝達率は指数函数的に低下す
ると共に、煤の付着の厚みの増大により排ガス通路面積
は狭くなることから排ガス側の圧力損失も増大する。

排ガス側伝熱面への煤の付着は、排ガスの流速が速い場
合には均一に進行するが、排ガスの流速が遅い場合には
不均一となり、圧力バランスの関係から煤付着進行の早
い箇所は排ガス流量は次第に少なくなって付着の進行が
進むと部分閉塞が起り、この閉塞が進行すると排ガス通
路部は極一部となって排ガス流速が増大し、圧力損失は
増大するのみで大部分の伝熱面は伝熱に寄与しなくなり
エンジン出力の低下または故障の原因となる等の問題点
があった。

本考案は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、その目的とするところは、伝熱面を流れる排ガ
スの流速を上げて排ガス側の熱伝達率を上昇させると共
に、伝熱管をコイル状に互いに隣り合う管同士が逆方向
になるように重ね巻きすることにより、低温側流体がジ
クザク状に流れるようにして熱伝達率の向上を図り、熱
交換器として必要な伝熱面積を少なくし、二次伝熱面ま
たは拡大伝熱面をなくして排ガスと伝熱面との接触の機
会を減少させて煤の付着を防止し、熱伝達率の劣化と圧
力損失の上昇を阻止することのできるコンパクトな排ガ
ス用熱交換器を提供することにある。

ロ．考案の構成 問題点を解決するための手段 本考案の排ガス用熱交換器は、内径又は外径が異なる複
数本の伝熱管を、隣り合う伝熱管同士が互いに巻き方向
が逆になるように順次コイル状に重ね巻きし、且つ、上
記伝熱管の本数と同一の層数を形成せしめたことを特徴
とするものである。

実施例 以下、本考案の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図ないし第３図において、内径または外径が異なる
３種類の伝熱管101,102及び103が内筒113を中心に同心
円状に且つ、それぞれコイル状に巻回されている。これ
らの伝熱管のうち伝熱管101と伝熱管103は同じ方向にコ
イル状に巻回され、一方、伝熱管102は上記伝熱101及び
103とは逆方向にコイル状に巻回されている。

尚、コイル巻き重ね層数は伝熱管本数と同じである。

使用する伝熱管101,102及び103の内径寸法は、使用する
伝熱管の材質およびコイル径によりコイル状に成形加工
する際の伝熱管断面の変形率と使用伝熱管長さを考慮し
て、各々の伝熱管内に流れる排ガス流量が伝熱面積に比
例して流れるように計算にて決定される。

即ち、伝熱管内に流れる排ガスの圧力損失は伝熱管の長
さに比例し、流速の５乗に比例すること及びコイル成形
時の伝熱管断面の変形率はコイル径が小なる程大なるこ
と及び伝熱管内の熱伝達率は流速の0.8乗に比例する等
の条件から容易に算出することが出来る。

ガスエンジンからの排ガスは、矢印104から流入して伝
熱管内をラセン状に下降しながら熱交換し、矢印105か
ら排出して消音器（図示せず）に流入する。

一方、低温流体である水等の流体は第２図に示すよう
に、矢印106から流入して仕切板108,109,110、内筒113
及び外筒114で囲まれた空間112内に流入し、第３図から
明らかなように、各伝熱管101,102,103群の間隙をジク
ザク状に流れながら加温されつつ上昇し、矢印107から
排出されて、エンジンのジャケット（図示せず）に流入
する。

伝熱管内壁への煤の付着は、管内排ガスの平均流速を４
０m/s以上に保持すれば、初期状態では極く薄く付着す
るが、それ以上は成長しない。即ち、ガス流速が速いた
めに煤の付着と剥離とが繰り返され、常に安定した熱伝
達率を保持することが確認されている。

この結果、本考案の熱交換器は初期状態での排ガス側圧
力損失は多少高くなるが長時間運転してもほとんど変動
せず、また熱伝達率も運転初期に極く僅か劣化するのみ
で、その後は安定した熱伝達率を維持する。

ハ．考案の効果 （１）水等の低温流体を一側から流入せしめると共に他
側から排出せしめ、しかも該一側から他側に亙って中央
部に内筒を設けた空間と；ガスエンジンからの排ガスを
内部に流し、上記内筒の周囲にコイル状に巻き付けるよ
うに配置した複数本の伝熱管と；から構成したので、伝
熱管の構造が簡単で煤が付着しにくく且つ安価に製造す
ることができるだけでなく、各伝熱管が、水等の低温流
体の流れ方向の沿って配置されているので、低温流体の
温度変化の全領域に亙って１本の同じ伝熱管すなわち同
じ排ガスを熱交換に関与させることができ、その結果、
排ガスの流速を上げて煤が付着しにくいようにしても、
熱交換効率が低下することはない。

（２）複数本の伝熱管のコイル巻き径を各々異ならしめ
て、内外に順次重ね巻きし、さらに、内外に隣合う伝熱
管同士が互いにコイル巻き方向が逆になるように構成し
たので、内外の伝熱管を相互に密に配置してコンパクト
に構成しても、低温流体の流通路を確実に形成し、しか
も、該流通路を複雑な形状に形成することができて、熱
交換効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の排ガス用熱交換器の一実施例を示す平
断面図、第２図は第１図のII−II線に沿った縦断面図、
第３図は第１図のIII−III線に沿った縦断面図、第４図
は従来のガスエンジン用小型排ガス熱交換器の概略構造
図である。 101,102,103……伝熱管、104……排ガス流入方向、105
……排ガス流出方向、106……低温流体流入方向、107…
…低温流体流出方向、108,109,110……仕切板、111……
管板、112……空間、113……内筒、114……外筒。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】水等の低温流体を一側から流入せしめると
   共に他側から排出せしめ、しかも該一側から他側に亙っ
   て中央部に内筒を設けた空間と；ガスエンジンからの排
   ガスを内部に流し、上記内筒の周囲にコイル状に巻き付
   けるように配置した複数本の伝熱管と；から成り、上記
   複数本の伝熱管のコイル巻き径が各々異なると共に、内
   外に順次重ね巻きされ、さらに、内外に隣合う伝熱管同
   士のコイル巻き方向が互いに逆になるように構成したこ
   とを特徴とする排ガス用熱交換器。