JPH0640669U - エンジンヒートポンプの排熱回収熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 エンジン性能の低下がなく，冷媒や冷凍機油
の化学的・物理的な分解及び劣化の心配がなく，排熱回
収速度が速く，排熱温度を高めることができる排熱回収
熱交換器と，前記排熱回収熱交換器を空冷エンジンに容
易に取りつけることができる取付構造の提供。 【構成】 排熱回収熱交換器は，互いに対向する一対の
支持部（管板）３ａ，３ｂと，複数の放熱フィン５と，
複数のヒートパイプ１０と，冷媒チューブ７とを備えて
いる。放熱フィン５は，一対の管板３ａ，３ｂ間にこれ
ら管板の対向方向に等間隔で並設されている。冷媒チュ
ーブ７は管板３ａ，３ｂ及び放熱フィン５を貫通してい
る。ヒートパイプ１０は管板３ｂ及び放熱フィン５を貫
通して配置されている。排熱回収熱交換器の取付構造
は，両側方向に互いに平行に突出した板状の複数の冷却
フィン１９を有するエンジンブロック１７に取り付ける
構造であって，ヒートパイプ１０は冷却フィン１９の間
に固着されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は，エンジンに駆動されるヒートポンプ（以下，エンジンヒートポンプ と呼ぶ）に使用される排熱回収熱交換器に関し，詳しくは，業務用エアコン及び クルーザ用エアコン等のエンジンヒートポンプに用いられる排熱回収熱交換器と ，それのエンジンへの取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

空冷エンジンにて駆動する空調システムにおいては，空冷エンジンからの排熱 を回収して空調に利用することが考えられている。その場合の排熱の回収は，エ ンジン排気ガスからの熱回収と，エンジンを冷却した後の空気からの熱回収とに 大別される。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら，エンジン冷却後の空気からの熱回収では，空気自身が比熱が大 きく，このエンジン冷却空気の温度をある値以上にすることはできないので，熱 移動速度が遅く，したがって即応答性に欠け，排熱回収までに，時間がかかり， エンジンヒートポンプとしての暖房立上り性能，即ち速暖効果が発揮できない。

【０００４】 又，エンジンの排気ガスからの熱回収では，排気ガスが露点温度以下になると ，ＮＯ_X が水に溶解し，各部の腐食を発生させたり，一方，排熱回収熱交換器を 通過する為に，抵抗が大きくなりエンジンの背圧変化により，エンジン性能が低 下するという欠点を有する。また，高温排気ガスと冷媒とによる熱交換により， 冷媒や冷凍機油が局部的に異常な高温となり，例えば，１５０℃以上になると分 解や劣化を引き起こすため，温度管理に精度を要求されるという欠点を有した。

【０００５】 そこで，本考案の第１の技術的課題は，エンジン性能の低下がないばかりか冷 媒や冷凍機油の化学的・物理的な分解及び劣化の心配がなく，排熱回収速度が速 く，排熱速度を高めることができる排熱回収熱交換器を提供することにある。

【０００６】 更に，本考案の第２の技術的課題は，前記排熱回収熱交換器を空冷エンジンに 容易に取りつけることができる取付構造を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案によれば，互いに対向する一対の支持部と，前記一対の支持部間に，該 支持部の対向方向に間隔を持って並設された複数の放熱フィンと，前記支持部及 び前記放熱フィンを貫通した冷媒チューブと，前記支持部のうちの一方と及び前 記放熱フィンを貫通したヒートパイプを備えたことを特徴とする排熱回収熱交換 器が得られる。

【０００８】 本考案によれば，互いに平行に突出した板状の複数の冷却フィンを有するエン ジンブロックに，請求項１記載の排熱回収熱交換器を取り付ける構造であって， 前記ヒートパイプは，前記冷却フィン間に固着されていることを特徴とするエン ジン排熱回収熱交換器の取付構造が得られる。

【０００９】 本考案によれば，前記エンジン排熱回収熱交換器の取付構造において，前記ヒ ートパイプは，前記エンジンブロックの冷却フィンに設けられた取付金具により 固着され，前記取付金具は，前記冷却フィンの外形に対応する形状の切り込み部 と，前記ヒートパイプを挿入する複数の穴とを備えていることを特徴とするエン ジン排熱回収熱交換器の取付構造が得られる。

【００１０】 本考案によれば，前記エンジン排熱回収熱交換器の取付構造において，前記ヒ ートパイプは，前記冷却フィン間にろう材を介して接合されていることを特徴と するエンジン排熱回収熱交換器の取付構造が得られる。

【００１１】

【作用】

本考案においては，エンジンブロックからの排熱は，ヒートパイプを介して， ヒートシンク側の排熱回収熱交換器に伝達される。排熱回収熱交換器では，ヒー トパイプから主に放熱フィンを介して，冷媒チューブに伝達され，冷媒チューブ 内の冷媒を加熱する。

【００１２】 また，この排熱回収熱交換器のヒートパイプの一端は，エンジンブロックの冷 却フィン間に固着されているので，エンジン排熱を効率よく排熱回収熱交換器に 伝達することができる。

【００１３】

【実施例】

以下，本考案の実施例について，図面を参照して説明する。

【００１４】 図１は本考案の実施例に係る排熱回収熱交換器を概略的に示す側面図である。 また，図２は図１の排熱回収熱交換器の斜視図である。図１及び図２を参照する と，排熱回収熱交換器１は，互いに対向する一対の板状の支持部（以下，管板と 呼ぶ）３ａ，３ｂからなるブラケットと，ブラケットの管板３ａ，３ｂの対向方 向に間隔を持って並設された複数の放熱フィン５，５，…と，管板３ａ，３ｂを 貫通したＵ字状の冷媒チューブ７と，冷媒チューブ７の一端側を連結するＵ字状 のベンド２５，２６，２７と，上側の冷媒チューブの一端に設けられた冷媒入口 及び出口パイプ１１ａ，１１ｂと，ブラケットの上部に設けられた台形枠状のフ ァンシュラウド１３と，ファンシュラウド１３に取り付けられたファン１５と， 管板３ｂ及び放熱フィン５を貫通し，管板３ａの内側手前まで延在するヒートパ イプ１０とを備えている。ヒートパイプは公知のものを用い得るので，ここでは 説明を省略する。

【００１５】 ブラケット３の管板３ａは，エンジンブロック１７を固定する固定部１８に固 定できるように，互いに逆方向に下端部が折曲っている。エンジンブロック１７ は，エンジンを冷却するように外側に平行に突出した板状の冷却フィン１９が設 けられ，また上部はシリンダヘッド２１となっている。尚，符号２０は，エンジ ンからの駆動シャフトに設けられたプーリーである。ヒートパイプ１０は，エン ジンの冷却フィン１９間に一端を発し，他端は前述したように管板３ｂ，放熱フ ィン５を貫通してブラケット内に連絡している。尚，１２は，ファン駆動用の電 動機である。

【００１６】 次に，本考案の実施例に係る排熱回収熱交換器の作用について述べる。

【００１７】 図１の排熱回収熱交換器において，暖房運転の際には，排熱回収熱交換器４上 部に設けられた冷却ファン１５は通常運転させないで，冷媒加熱量が不要となり ，シリンダヘッド２１温度が高くなった場合にのみ，冷却ファン１５を運転させ 放熱させる。この場合は，ヒートパイプ１０から送られた熱は強制空冷され，ヒ ートシンク側で放熱させ，エンジンラジエータの機能を果たす。

【００１８】 また，冷房運転の場合には，暖房時のファン運転の場合と同じ機能を奏するが ，この場合，冷媒側の回路は，排熱回収熱交換器１内へ流れないように遮断され ている。エンジンの排熱は，後述するように図４及び図５で示すような，熱伝導 性良好な取付金具を介してヒートパイプ１０は熱せられて，エンジン排熱を吸収 して，ヒートシンク部である排熱回収熱交換器１側へ熱移動する。この排熱回収 熱交換器１は，ヒートパイプ１０から放熱する熱を冷媒側へ移し換える役割を有 するもので，ヒートパイプ１０のヒートシンク部では，ヒートパイプ１０は放熱 フィン５を伝わり，排熱回収熱交換器１内の冷媒チューブ７中の冷媒を加熱した り，空気中へ熱を放射して冷却される。

【００１９】 ヒートパイプ１０はヒートソース側であるエンジンブロック１７の冷却フィン １９の熱量を高効率で移動させることができるが，ヒートソース側の熱量，即ち ，入力側の熱量を出力側でコントロールすることができないので，エンジン排熱 はストレートに冷媒加熱量に交換される。従って，冷媒加熱量は，エンジン負荷 により変動するので，この対応として排熱回収熱交換器１内への冷媒の流入量を 流量制御して，常に冷媒加熱量を最適にするように構成されている。

【００２０】 図３（ａ）は図２の排熱回収熱交換器のＡ矢視図，図３（ｂ）は図２の排熱回 収熱交換器の一端部分の側面図である。図３（ａ），（ｂ）で示すように，４本 のＵ字状パイプは端部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈが管板 ３ｂから突出するように放熱フィン５を貫通して配置され，その端部７ａ，７ｈ は拡管されて管継手を構成している。

【００２１】 この上方の端部７ａ，７ｈには，入口パイプ及び出口パイプ１１ａ，１１ｂが それぞれ固定され，また，一対の端部７ｂ，７ｃ，もう一対の端部７ｄ，７ｅ， さらにもう一対の端部７ｆ，７ｇにはＵ字状のベンド２５，２６，２７がそれぞ れ設けられている。

【００２２】 入口パイプ１１ａから冷媒が流入して，継手７ａ，Ｕ字状の冷媒チューブ７， 継手７ｂ，ベンド２５から，継手７ｃ，Ｕ字状の冷媒チューブ７，継手７ｄ，さ らにベンド２６，継手７ｅ，Ｕ字状の冷媒チューブ７，継手７ｆ，ベンド２７か ら，継手７ｇ，Ｕ字状の冷媒チューブ７，継手７ｈをこの順に経て，出口パイプ １１ｂから流出する構成となっている。

【００２３】 また，Ｕ字パイプ７の両側には，両側縁線に沿うように等間隔で，ヒートパイ プ放熱フィン５及び管板３ａ，３ｂを貫通する挿入穴３１ａ…ｆが設けられ，こ の挿入穴に，ヒートパイプ１０が挿入され，管板３ａ，３ｂ及びこの間の放熱フ ィン１１を貫通した構成となっている。

【００２４】 したがって，ヒートパイプ１０及び冷媒チューブ７とは，放熱フィン５を介し て接続されており，冷媒チューブ７内の冷媒は主として放熱フィン１１を介して 移動する熱を受けて加熱される。

【００２５】 図４はエンジンブロックに用いられるヒートパイプの取付構造の一例を示す断 面図である。図４で示すように，取付金具４０は，エンジンブロック１７の冷却 フィンの外形に対応した形状の切り欠き部４１と，ヒートパイプ１０を挿入する 一列に設けられた取付穴４３を有する形状の熱伝導性の良好な金属からなり，ヒ ートパイプ１０への伝熱ロスを極めて少なくしたものである。取付金具は例えば ，高温半田（品番６０５，６０６）を図示のような型となるように成形すること によって得られる。

【００２６】 図５は，エンジンブロックに用いられるヒートパイプの取付構造の他の例を示 す断面図である。図５で示すように，冷却フィン１９間の溝内に，銅製のヒート パイプ１０が熱伝導性の良好な金属からなるろう材５０を介して接合されている 。アルミニウム製の冷却フィン１９であれば，アルミ半田（品番６５５）が使用 できる。

【００２７】 以上，図４，図５で示したヒートパイプ１０のエンジンブロック１７へ取付構 造において，エンジンブロック１７へ，ヒートパイプ１０を，密着させ，熱伝導 率を高めている構造を有するが，図４の高温半田を用いる他にも，熱硬化樹脂と 金属粉末との混合液を用いて，ヒートパイプを固定する方法もある。

【００２８】

【考案の効果】

以上，説明したように，本考案によれば，エンジン排熱を空気から回収する場 合に比べ，排熱回収速度は速くなり，排熱温度も高くすることができる排熱回収 熱交換器及びその取付構造を提供することができる。

【００２９】 また，本考案によれば，排熱ガスからの排熱回収に比べて，腐食の危険性が生 せず，また，排気ガス熱交換器を通過する時の抵抗によるエンジン性能の低下も なく，冷媒や，冷凍機油の分解・劣化の心配が無い排熱回収熱交換器及びその取 付構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係る排熱回収熱交換器を示す
側面図である。

【図２】図１の排熱回収熱交換器の斜視図である。

【図３】（ａ）は，図２の排熱回収熱交換器のＡ矢視図
である。（ｂ）は，図２の排熱回収熱交換器の一端部分
を示した側面図である。

【図４】図１の排熱回収熱交換器の取付構造の一例を示
す断面図である。

【図５】図１の排熱回収熱交換器の取付構造の他の例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１ 排熱回収熱交換器 ３ａ，３ｂ 支持部（管板） ５ 放熱フィン ７ 冷媒チューブ １０ ヒートパイプ １１ａ 入口パイプ １１ｂ 出口パイプ １２ 電動機 １３ ファンシュラウド １５ ファン １７ エンジンブロック １９ 冷却フィン ２１ シリンダヘッド ２５，２６，２７ ベンド ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｆ ヒートパ
イプ挿入穴 ４０ 取付金具 ４１ 切り込み部 ４３ ヒートパイプ取付穴 ５０ ろう材

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する一対の支持部と，前記一
   対の支持部間に，該支持部の対向方向に間隔を持って並
   設された複数の放熱フィンと，前記支持部及び前記放熱
   フィンを貫通した冷媒チューブと，前記支持部のうちの
   一方と及び前記放熱フィンを貫通したヒートパイプを備
   えたことを特徴とする排熱回収熱交換器。
2. 【請求項２】 互いに平行に突出した板状の複数の冷却
   フィンを有するエンジンブロックに，請求項１記載の排
   熱回収熱交換器を取り付ける構造であって，前記ヒート
   パイプは，前記冷却フィン間に固着されていることを特
   徴とするエンジン排熱回収熱交換器の取付構造。
3. 【請求項３】 請求項２記載のエンジン排熱回収熱交換
   器の取付構造において，前記ヒートパイプは，前記エン
   ジンブロックの冷却フィンに設けられた取付金具により
   固着され，前記取付金具は，前記冷却フィンの外形に対
   応する形状の切り込み部と，前記ヒートパイプを挿入す
   る複数の穴とを備えていることを特徴とするエンジン排
   熱回収熱交換器の取付構造。
4. 【請求項４】 請求項２記載のエンジン排熱回収熱交換
   器の取付構造において，前記ヒートパイプは，前記冷却
   フィン間にろう材を介して接合されていることを特徴と
   するエンジン排熱回収熱交換器の取付構造。