JPH0629551B2 - 内燃機関の排気熱回収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両等の内燃機関から排出される排気ガスの
排気熱を回収してエンジン冷却水を加熱維持する内燃機
関の排気熱回収装置に関するものである。

〔従来の技術〕

車両等におけるエンジンの冷却水温度は、燃費及び暖房
性能の面から見て８０℃〜９０℃ぐらいの時が最も良
く、エンジン始動後はエンジン冷却水をすみやかに上昇
させ、その温度を維持する必要がある。

ところで、エンジン冷却水を加熱する方法としては、内
燃機関から排出される排気ガスの排気熱を利用するのが
有効である。

次に、第５図を用いて、排気ガスによりエンジン冷却水
を加熱する従来の構造のものを説明する。

第５図に示す構造のものは、排気ガスにより直接エンジ
ン冷却水を加熱する方式のものである。第５図におい
て、排気管１９には環状の熱交換器１６が装着されてお
り、熱交換器１６内には、排気管１９内の排気ガスが通
過する排気通路１７と、エンジン冷却水が通過する冷却
水通路１８とが形成されており、冷却水通路１８は排気
通路１７を外周より覆うように配設されている。従っ
て、内燃機関から排出される高温の排気ガスは、排気管
１９を介して排気通路１７を通過するとともに冷却水通
路１８内のエンジン冷却水を加熱してマフラー２１内に
流入する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この構造のものでは、高回転高負荷時に
おいて排気ガスが熱交換器１６内の排気通路１７を通過
すると内燃機関の出力が低下してしまうので、高回転高
負荷時には排気ガスが排気通路１７を通過しないように
排気管１９に流路の切換えを行なう切換弁を設ける必要
があった。

また、夏季高負荷運転時にはオーバーヒートを防止する
ためにラジエータの容量を大きくする必要があった。更
に、熱的・ガス成分的に条件の厳しい場合には、熱交換
器１６が排気ガスにより高温腐食及び低温腐食して破損
してしまい、車両の走行が不能になってしまうという問
題点があった。

また、上記方式以外にループ式のヒートパイプにより熱
媒体を介してエンジン冷却水を加熱する方法も検討され
ているが、低温時には熱媒体が凍結してしまい、作動が
遅れたり、ヒートパイプが損傷したりする恐れがあり、
またループ式であるのでヒートパイプ内に不活性ガスが
発生するとヒートパイプは能力を失ってしまうという問
題があり実用化されていない。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされるもので、
内燃機関と独立して作動して高回転高負荷時にも充分対
応できる排気熱回収装置を提供することを目的としてい
る。

〔問題点を解決するための手段〕 前記問題点を解決するために本発明は次の様な構成とし
た。

すなわち、本発明は内燃機関を冷却する冷却用冷媒を内
燃機関から排出される排気ガスの排気熱により加熱維持
する内燃機関において、この内燃機関の冷却用冷媒を加
熱する熱媒体を貯蔵する熱媒体タンクと、この熱媒体タ
ンクに一端が連通する導入管と、この導入管の他端が連
通して熱媒体タンクの熱媒体が導入されるとともに、内
燃機関の排気管に装着されて排気熱により熱媒体を気化
させる蒸発器と、熱媒体タンクと蒸発器との連通・遮断
を行なう第１切換手段と、内燃機関の冷却用冷媒の循環
経路内において設けられ、気化状態にある熱媒体を凝縮
させるとともにその際発生する熱により冷却用冷媒を加
熱する凝縮器と、蒸発器に一端が連通して蒸発器におい
て気化した熱媒体を導出するとともに、凝縮器が外周よ
り覆うように装着されてこの凝縮器によって凝縮した熱
媒体を前記蒸発器に導入する導管と、この導管内の圧力
を検知する圧力検知手段と、熱媒体タンクに一端が連通
し、蒸発器において気化した熱媒体を熱媒体タンクに導
出する導出管と、この導出管の連通・手段を行なう第２
切換手段とから構成される。また、圧力検知手段により
検知される導管内の圧力が正圧の場合には第２切換手段
により導出管が連通し、負圧の場合には第１切換手段に
より導入管が連通する。

〔実施例〕

次に、第１図を用いて本発明の実施例を説明する。第１
図において、内燃機関１の排気管２の外周側には蒸発器
であるボイラー４が装着されており、ボイラー４には導
入管１３を介してリザーブタンク６が連結されている。

リザーブタンク６は本実施例の熱媒体タンクで、リザー
ブタンク６内には熱媒体である不凍液が貯蔵されてい
る。導入管１３には、リザーブタンク６とボイラー４と
の連通・遮断を行なう第１電磁弁８が設けられており、
制御回路１１から送られる電気信号によって連通・遮断
の状態が切換わる。

ボイラー４は排気管２を外周より覆うように配設され、
導入管１３を介して導入された不凍液が貯蔵される構造
になっている。従って、内燃機関１から排出された高温
の排気ガスが排気管２を通過することにより、不凍液と
排気ガスとの熱交換が行なわれ、不凍液は気化する。

エンジン冷却水の循環経路内であって、内燃機関１とヒ
ータコア３とを連結するエンジン冷却水のヒータ用配管
１４内には、凝縮器であるコンデンサ５が配設されてい
る。

ボイラー４には、断熱管であるパイプ１０の一端が連通
しており、このパイプ１０によりボイラー４で気化した
不凍液が導出される。パイプ１０の他端側にはコンデン
サ５が外周より覆うように装着されており、ボイラー４
から導入された気化状態にある不凍液を凝縮させて、そ
の際発生する熱によりエンジン冷却水を加熱する。

パイプ１０は本実施例の導管であり、前述のようにボイ
ラー４で気化した熱媒体を導出するとともに、パイプ１
０の内周面には第２図に示すように微少多孔体であるウ
ィック１０ａが設けられており、コンデンサ５により凝
縮されて液化した不凍液はウィック１０ａに吸われ、ひ
の毛細管作用によりボイラー４側に戻される。なお、コ
ンデンサ５がボイラー４の上方に位置する場合にはウィ
ック１０ａは必要としない。

パイプ１０には導出管１２が連通しており、導出管１２
には制御回路１１の電気信号により導出管１２の連通・
遮断を行なう第２電磁弁７が設けられている。導出管１
２は、パイプ１０内の気化状態にある熱媒体をリザーブ
タンク６に導出する。導出管１２内であって第２電磁弁
７の上流側には、導管１２内の圧力の正負を検知する圧
力センサ９が設けられている。ここで、圧力センサ９の
正圧は大気圧よりやや高く、負圧は大気圧よりやや低く
設定してある。

圧力センサ９は制御回路１１に連結されており、検出さ
れる圧力の正負に応じて圧力センサ９より制御回路１１
に電気信号が送られる。

上記構成からなる本実施例は次のように作動する。

内燃機関１の始動時には、制御回路１１の電気信号によ
って第１電磁弁７及び第２電磁弁８は開き、リザーブタ
ンク６内の不凍液は導入管１３を介してボイラー４内に
供給される。ボイラー４に必要水量の不凍液が供給後、
制御回路１１の電気信号によって第１電磁弁７及び第２
電磁弁８は閉じる。

次に、ボイラー４、パイプ１０、コンデンサ５をヒート
パイプとする定常作動に移る。内燃機関１より排出され
る高温の排気ガスは排気管２を介して導出される。ボイ
ラー４では、この排気ガスの熱と不凍液との熱交換が行
なわれ、不凍液は加熱されて蒸気となる。蒸気となった
不凍液はパイプ１０内を通過してコンデンサ５に導入さ
れ、コンデンサ５において凝縮される。コンデンサ５で
は、不凍液が凝縮されることにより発生した熱とエンジ
ン冷却水との熱交換が行なわれ、エンジン冷却水は加熱
される。コンデンサ５で凝縮された不凍液は、パイプ１
０内のウィック１０ａによりボイラー４内に戻され、再
び加熱される。

ここで、導出管１２に設けられた圧力センサ９によって
パイプ１０内の圧力の正負が検知され、その結果は電気
信号として制御回路１１に送られる。

パイプ１０内の圧力が正圧の場合、すなわち不凍液のボ
イラー４における排気ガスからの受熱量が多く、コンデ
ンサ５におけるエンジン冷却水への放熱量が少ない場合
（オーバーヒート気味の場合）には、制御回路１１から
第２電磁弁７に電気信号が送られ、第２電磁弁７は開
く。これにより、パイプ１０内の気化状態にある不凍液
は導出管１２を介してリザーブタンク６に導出され、ヒ
ートパイプ内の異常高圧化は防止される。また、ボイラ
ー４内の不凍液の水位が下がるため、不凍液と排気ガス
との熱交換面積は低減し、不凍液の受熱量は少なくな
る。

逆に、パイプ１０内の圧力が負圧の場合、すなわち不凍
液のボイラー４における排気ガスからの受熱量が少な
く、コンデンサ５におけるエンジン冷却水への放熱量が
多い場合には、制御回路１１から第１電磁弁８に電気信
号が送られ、第１電磁弁８は開く。これにより、リザー
ブタンク６から導入管１３を介してボイラー４に不凍液
が供給され、ボイラー４内の不凍液の水位が上がり、不
凍液と排気ガスとの熱交換面積は増加し、不凍液の受熱
量は多くなる。

このように、第１電磁弁８及び第２電磁弁７により不凍
液の受放熱のバランスを保ちながら定常作動は続けられ
る。

本実施例の構成によれば、ボイラー４は排気管２を外周
より覆うように装着されているので排気ガスの流れの障
害となることはない。従って、排気ガスの流路の切換え
を行なう切換弁を設ける必要なく高回転高負荷時にも充
分対応することができる。また、本実施例の排気熱回収
装置が万一故障したとしても、本システムは内燃機関と
独立して作動するので、内燃機関及び暖房機能には支障
がない。さらに、熱媒体として不凍液を使用しているの
で低温時においても凍結することがなく、凍結による異
常を回避できる。

なお、第３図に示されるように、第１電磁弁８の代わり
に、制御回路１１により駆動されるポンプ１５と、逆止
弁１４とを導入管１３に設けても同様の効果が得られ
る。

次に、第４図を用いて本発明の他の実施例を説明する。
第４図に示される実施例は、ヒータ用配管１４内のコン
デンサ５の上流側にエンジン冷却水の温度を検知する温
度センサ９′を設けたもので、他の構成は前記実施例と
同様である。この温度センサ９′は制御回路１１に連結
されており、エンジン冷却水の水温とに応じて温度セン
サ９′より制御回路１１に電気信号が送られる。また、
制御回路１１は圧力センサ９と連結されており、温度セ
ンサ９′から送られる電気信号により圧力センサ９に電
気信号が送られ、圧力センサ９が検知する正圧及び負圧
が最も適した値に決定される。すなわち、エンジン始動
直後あるいはオーバーヒートの危険のないようなエンジ
ン冷却水の水温の低い状態では、圧力センサ９により検
知する正圧の値は異常の値よりも高くなるようになって
いる。

これにより、不凍液のボイラー４における排気ガスから
の受熱量か多くなり、ヒートパイプ内の温度上昇効率を
一層高めることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、内燃機関から排
出される排気ガスが通過する流路は常に一定であるので
排気ガスの流路を切換える必要はない。従って、蒸発器
を排気ガスの排出の障害にならないように排気管に装着
することにより高負荷高回転時にも充分対応することが
できる。

また、本発明は内燃機関と独立して作動するので、万一
故障したとしても車両の走行に支障をきたすということ
はない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の実施例に関するもので、第１
図は本実施例の概要を示す構成図、第２図は第１図のパ
イプの内部を示す断面図、第３図は本実施例の変形例の
概要を示す構成図、第４図は従来例の概要を示す構成図
である。 第５図は本発明の他の実施例の概要を示す構成図であ
る。 １……内燃機関，２……排気管，４……ボイラー，５…
…コンデンサ，６……リザーブタンク，７……第２電磁
弁，８……第１電磁弁，９……圧力センサ，１０……パ
イプ，１２……導出管，１３……導入管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−249666（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−13980（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−141041（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−179337（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−84753（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関を冷却する冷却用冷媒を内燃機関
   から排出される排気ガスの排気熱により加熱維持する内
   燃機関において、 前記内燃機関の冷却用冷媒を加熱する熱媒体を貯蔵する
   熱媒体タンクと、 前記熱媒体タンクに一端が連通する導入管と、 前記導入管の他端が連通して前記熱媒体タンクの熱媒体
   が導入されるとともに、前記内燃機関の排気管に装着さ
   れて排気ガスの排気熱により熱媒体を気化される蒸発器
   と、 前記熱媒体タンクと前記蒸発器との連通・遮断を行なう
   第１切換手段と、 前記内燃機関の冷却用冷媒の循環経路内において設けら
   れ、気化状態にある熱媒体を凝縮させるとともにその際
   発生する熱により冷却用冷媒を加熱する凝縮器と、 前記蒸発器に一端が連通して前記蒸発器において気化し
   た熱媒体を導出するとともに、前記凝縮器が外周より覆
   うように装着されてこの凝縮器によって凝縮した熱媒体
   を前記蒸発器に導入する導管と、 前記導管内の圧力を検知する圧力検知手段と、前記熱媒
   体タンクに一端が連結し、前記蒸発器において気化した
   熱媒体を前記熱媒体タンクに導出する導出管と、 前記導出管の連通・遮断を行なう第２切換手段とを備
   え、前記圧力検知手段により検知される前記導管内の圧
   力が正圧の場合には前記第２切換手段により前記導出管
   が連通し、負圧の場合には前記第１切換手段により前記
   導入管が連通することを特徴とする内燃機関の排気熱回
   収装置。