JPH07120177A - ヒートサイホン式排熱回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、エンジンの排気ガスの熱を、エン
ジンの冷却水側に回収するためのヒートサイホン式排熱
回収装置に関し、排熱回収時に蒸発器のチューブに発生
する熱応力を従来より大幅に低減することを目的とす
る。 【構成】 液状の熱媒体をエンジン１１１からの排気ガ
スと熱交換させ蒸発させる蒸発器１３１と、蒸発器で蒸
発した熱媒体をエンジンを冷却した冷却水と熱交換させ
凝縮させる凝縮器１３３と、蒸発器と凝縮器とを連結す
る蒸気管路１３５および主液管路１３７と、主液管路よ
り少量の熱媒体を流通させる補助液管路１４０と、主液
管路および補助液管路に配置される主開閉弁１３９およ
び補助開閉弁１４２と、排気ガスから冷却水への排熱回
収時に補助開閉弁を開にするとともに、補助開閉弁の開
から所定時間経過後に主開閉弁を開にする制御手段とか
ら構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの排気ガスの
熱を、エンジンの冷却水側に回収するためのヒートサイ
ホン式排熱回収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、自動車のエンジン，発電用のエン
ジン等の排気ガスから排熱を回収し、排熱を有効利用す
ることが行われており、自動車のエンジンから排熱を回
収する排熱回収システムとしては、例えば、実開昭５９
−１４６２０３号公報，実公昭６１−４４４９８号公報
等に開示されるものが知られている。

【０００３】図３は、発電用のエンジンの排気ガスから
排熱を回収するための排熱回収システムを示すもので、
符号１１はエンジンを示している。エンジン１１には、
排気管１３が接続されており、この排気管１３には、触
媒コンバータ１５，排気ガス側熱交換部１７およびマフ
ラー１９が配置されている。

【０００４】また、エンジン１１には、冷却水流入管２
１および冷却水流出管２３が接続されており、冷却水流
入管２１には、ポンプ２５が、冷却水流出管２３には、
冷却水側熱交換部２７が形成されている。

【０００５】排気ガス側熱交換部１７には、ヒートサイ
ホン式排熱回収装置２９の蒸発器３１が配置され、冷却
水側熱交換部２７には、ヒートサイホン式排熱回収装置
２９の凝縮器３３が配置されている。

【０００６】ヒートサイホン式排熱回収装置２９の蒸発
器３１と凝縮器３３とは、蒸気管路３５および液管路３
７により連結され、液管路３７には、開閉弁３９が配置
されている。

【０００７】冷却水流出管２３は、三方弁４１および循
環配管４３を介して冷却水流入管２１に接続されてい
る。三方弁４１と冷却水流入管２１を接続して外側循環
路４５が形成され、この外側循環路４５には、排熱回収
熱交換器４７、およびモータ４９により駆動されるファ
ン５１を備えた冷却器５３が配置されている。

【０００８】排熱回収熱交換器４７の二次側には、水道
水等の冷水を供給する供給管５５、および熱交換された
温水を取り出す取出管５７が接続されており、取出管５
７には、開閉弁５９が配置されている。

【０００９】外側循環路４５の排熱回収熱交換器４７と
冷却器５３との間には、三方弁６１が配置され、この三
方弁６１と循環配管４３とが配管６３により接続されて
いる。

【００１０】また、外側循環路４５の冷却器５３の下流
側には、冷却水の温度を測定する温度センサ６５が配置
されている。図４は、ヒートサイホン式排熱回収装置２
９の詳細を示すもので、符号１７は、排気ガスが流通さ
れる排気ガス側熱交換部を、符号２７は、排気ガス側熱
交換部の上方に配置されエンジン１１を冷却した冷却水
が流通される冷却水側熱交換部を示している。

【００１１】排気ガス側熱交換部１７には、例えば、水
からなる液状の熱媒体をエンジン１１からの排気ガスと
熱交換させ蒸発させる蒸発器３１が配置されている。こ
の蒸発器３１は、排気ガスの流れ方向に沿ってＵ字状の
チューブ６７を複数配置して構成されている。

【００１２】冷却水側熱交換部２７には、蒸発器３１で
蒸発した熱媒体をエンジン１１を冷却した冷却水と熱交
換させ凝縮させる凝縮器３３が配置されている。この凝
縮器３３は、直線状のチューブ６９を複数配置して構成
されている。

【００１３】蒸発器３１と凝縮器３３とは、蒸発器３１
で蒸発した熱媒体を凝縮器３３に導く蒸気管路３５、お
よび凝縮器３３で液化した熱媒体を蒸発器３１に導く液
管路３７により連結されている。

【００１４】そして、液管路３７には、開閉弁３９が配
置されている。上述した排熱回収システムでは、外側循
環路４５を流れる冷却水の温度が所定温度より高くなる
と、温度センサ６５により制御装置７１内のリレーがオ
ンされ、モータ４９がオンになりファン５１が作動され
冷却水の冷却が行われ、同時に、ヒートサイホン式排熱
回収装置２９の開閉弁３９が閉にされ、エンジン１１の
排気ガスの熱を、エンジン１１の冷却水側に回収する排
熱回収が停止される。

【００１５】一方、外側循環路４５を流れる冷却水の温
度が所定温度より低くなると、温度センサ６５により制
御装置７１内のリレーがオフされ、モータ４９がオフに
なりファン５１が停止され冷却水の冷却が停止され、同
時に、ヒートサイホン式排熱回収装置２９の開閉弁３９
が開にされ、エンジン１１の排気ガスの熱を、エンジン
１１の冷却水側に回収する排熱回収が行われる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の排熱回収システムでは、排熱回収時に、ヒー
トサイホン式排熱回収装置２９の開閉弁３９が開にされ
ると、凝縮器３３内に溜まった、比較的低温の液状の熱
媒体が、液管路３７を通って、排気ガスにより熱っせら
れ高温状態の蒸発器３１のチューブ６７内に一時に流入
するため、熱膨張している高温のチューブ６７が急激に
収縮し、チューブ６７に大きな熱応力が作用し、このよ
うな熱応力の作用の繰り返しによりチューブ６７に著し
い金属疲労が生じ、チューブが損傷する虞れがあった。

【００１７】本発明は、上記のような問題を解決したも
ので、排熱回収時に蒸発器のチューブに発生する熱応力
を従来より大幅に低減することができるヒートサイホン
式排熱回収装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるヒートサ
イホン式排熱回収装置は、液状の熱媒体をエンジンから
の排気ガスと熱交換させ蒸発させる蒸発器と、前記蒸発
器の上方に配置され前記蒸発器で蒸発した熱媒体をエン
ジンを冷却した冷却水と熱交換させ凝縮させる凝縮器
と、前記蒸発器で蒸発した熱媒体を前記凝縮器に導く蒸
気管路と、前記凝縮器で液化した熱媒体を前記蒸発器に
導く主液管路と、前記凝縮器で液化した熱媒体を前記蒸
発器に導くとともに前記主液管路より少量の熱媒体を流
通させる補助液管路と、前記主液管路および補助液管路
に配置される主開閉弁および補助開閉弁と、前記排気ガ
スから前記冷却水への排熱回収時に前記補助開閉弁を開
にするとともに、前記補助開閉弁の開から所定時間経過
後に前記主開閉弁を開にする制御手段とを有するもので
ある。

【００１９】

【作用】本発明のヒートサイホン式排熱回収装置では、
制御手段により、先ず、補助液管路の補助開閉弁が開に
され、凝縮器内の液状の熱媒体が、補助液管路を通り少
量ずつ蒸発器のチューブに供給され、高温のチューブが
徐々に冷却された後、制御手段により、主液管路の主開
閉弁が開にされ、凝縮器内の液状の熱媒体が、比較的多
量に蒸発器のチューブに供給される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の詳細を図面に示す一実施例に
ついて説明する。図１は、本発明のヒートサイホン式排
熱回収装置の一実施例を示しており、図２は、図１のヒ
ートサイホン式排熱回収装置を備えた排熱回収システム
を示している。

【００２１】図２において、符号１１１は発電用のエン
ジンを示している。エンジン１１１には、排気管１１３
が接続されており、この排気管１１３には、触媒コンバ
ータ１１５，排気ガス側熱交換部１１７およびマフラー
１１９が配置されている。

【００２２】また、エンジン１１１には、冷却水流入管
１２１および冷却水流出管１２３が接続されており、冷
却水流入管１２１には、ポンプ１２５が、冷却水流出管
１２３には、冷却水側熱交換部１２７が形成されてい
る。

【００２３】排気ガス側熱交換部１１７には、ヒートサ
イホン式排熱回収装置１２９の蒸発器１３１が配置さ
れ、冷却水側熱交換部１２７には、ヒートサイホン式排
熱回収装置１２９の凝縮器１３３が配置されている。

【００２４】ヒートサイホン式排熱回収装置１２９の蒸
発器１３１と凝縮器１３３とは、蒸気管路１３５および
主液管路１３７により連結され、主液管路１３７には、
電磁弁からなる主開閉弁１３９が配置されている。

【００２５】主液管路１３７をバイパスして補助液管路
１４０が配置され、この補助液管路１４０には、電磁弁
からなる補助開閉弁１４２が配置されている。冷却水流
出管１２３は、三方弁１４１および循環配管１４３を介
して冷却水流入管１２１に接続されている。

【００２６】三方弁１４１と冷却水流入管１２１を接続
して外側循環路１４５が形成され、この外側循環路１４
５には、排熱回収熱交換器１４７、およびモータ１４９
により駆動されるファン１５１を備えた冷却器１５３が
配置されている。

【００２７】排熱回収熱交換器１４７の二次側には、水
道水等の冷水を供給する供給管１５５、および熱交換さ
れた温水を取り出す取出管１５７が接続されており、取
出管１５７には、開閉弁１５９が配置されている。

【００２８】外側循環路１４５の排熱回収熱交換器１４
７と冷却器１５３との間には、三方弁１６１が配置さ
れ、この三方弁１６１と循環配管１４３とが配管１６３
により接続されている。

【００２９】また、外側循環路１４５の冷却器１５３の
下流側には、冷却水の温度を測定する温度センサ１６５
が配置されている。符号１７１は、ＣＰＵを備えた制御
装置を示しており、この制御装置１７１は、温度センサ
１６５からの温度信号を入力し、冷却水の温度が予め定
められた温度より高い時には、モータ１４９をオンにし
ファン１５１を作動し冷却水の冷却を行ない、同時に、
ヒートサイホン式排熱回収装置１２９の主開閉弁１３９
および補助開閉弁１４２を閉にし、排気ガスから冷却水
への排熱回収を停止する。

【００３０】一方、冷却水の温度が予め定められた温度
より低い時には、モータ１４９をオフにしファン１５１
の作動を停止し、同時に、ヒートサイホン式排熱回収装
置１２９の主開閉弁１３９および補助開閉弁１４２を開
にし、排気ガスから冷却水への排熱回収を行なう。

【００３１】そして、排気ガスから冷却水への排熱回収
立ち上がり時、すなわち、主開閉弁１３９および補助開
閉弁１４２の開時には、先ず、補助開閉弁１４２を開に
し、この補助開閉弁１４２の開から所定時間経過後に主
開閉弁１３９を開にする。

【００３２】なお、前記所定時間は、図示しないタイマ
ーにより測定されており、タイマーの設定時間が経過す
るとタイマーからの信号により主開閉弁が開にされる。
図４は、ヒートサイホン式排熱回収装置１２９の詳細を
示すもので、符号１１７は、排気ガスが流通される排気
ガス側熱交換部を、符号１２７は、排気ガス側熱交換部
の上方に配置されエンジン１１１を冷却した冷却水が流
通される冷却水側熱交換部を示している。

【００３３】排気ガス側熱交換部１１７には、例えば水
からなる液状の熱媒体をエンジン１１１からの排気ガス
と熱交換させ蒸発させる蒸発器１３１が配置されてい
る。この蒸発器１３１は、排気ガスの流れ方向に沿って
Ｕ字状のチューブ１６７を複数配置して構成されてい
る。

【００３４】冷却水側熱交換部１２７には、蒸発器１３
１で蒸発した熱媒体をエンジン１１１を冷却した冷却水
と熱交換させ凝縮させる凝縮器１３３が配置されてい
る。この凝縮器１３３は、直線状のチューブ１６９を複
数配置して構成されている。

【００３５】蒸発器１３１と凝縮器１３３とは、蒸発器
１３１で蒸発した熱媒体を凝縮器１３３に導く蒸気管路
１３５、および凝縮器１３３で液化した熱媒体を蒸発器
１３１に導く主液管路１３７により連結されている。

【００３６】主液管路１３７には、主開閉弁１３９が配
置されている。主液管路１３７をバイパスして補助液管
路１４０が配置され、この補助液管路１４０には、補助
開閉弁１４２が配置されている。

【００３７】上述した排熱回収システムでは、外側循環
路１４５を流れる冷却水の温度が所定温度より高くなる
と、制御装置１７１によりモータ１４９がオンにされフ
ァン１５１が作動され冷却水の冷却が行われ、同時に、
ヒートサイホン式排熱回収装置１２９の開閉弁１３９が
閉にされ、エンジン１１１の排気ガスの熱を、エンジン
１１１の冷却水側に回収する排熱回収が停止される。

【００３８】一方、外側循環路１４５を流れる冷却水の
温度が所定温度より低くなると、制御装置１７１により
モータ１４９がオフにされファン１５１が停止され冷却
水の冷却が停止され、同時に、ヒートサイホン式排熱回
収装置１２９の主開閉弁１３９および補助開閉弁１４２
が開にされ、エンジン１１１の排気ガスの熱を、エンジ
ン１１１の冷却水側に回収する排熱回収が行われる。

【００３９】しかして、以上のように構成されたヒート
サイホン式排熱回収装置では、排熱回収時には、制御装
置１７１により、先ず、補助液管路１４０の補助開閉弁
１４２が開にされ、凝縮器１３３内の液状の熱媒体が、
補助液管路１４０を通り少量ずつ蒸発器１３１のチュー
ブに供給され、高温のチューブ１３１が徐々に冷却され
た後、制御装置１７１により、主液管路１３７の主開閉
弁１３９が開にされ、凝縮器１３３内の液状の熱媒体
が、比較的多量に蒸発器１３１のチューブ１６７に供給
されるため、排熱回収時に蒸発器１３１のチューブ１６
７に発生する熱応力を従来より大幅に低減することがで
きる。

【００４０】すなわち、上述したヒートサイホン式排熱
回収装置では、従来のように、凝縮器内に溜まった、比
較的低温の液状の熱媒体が、液管路を通って、排気ガス
により熱っせられ高温状態の蒸発器のチューブ内に一時
に流入することがなくなり、この結果、チューブ１６７
に作用する熱応力を低減することができ、金属疲労によ
りチューブ１６７が損傷する虞れを低減することができ
る。

【００４１】なお、以上述べた実施例では、発電用のエ
ンジン１１１の排気ガスからの排熱回収に本発明を適用
した例について説明したが、本発明はかかる実施例に限
定されるものではなく、例えば、自動車のエンジンから
の排熱回収にも適用できることは勿論である。

【００４２】また、以上述べた実施例では、ＣＰＵおよ
びタイマーを備えた制御装置１７１を使用した例につい
て説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、リレーとタイマーを備えた制御装置
を使用しても良いことは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のヒートサイ
ホン式排熱回収装置では、制御手段により、先ず、補助
液管路の補助開閉弁が開にされ、凝縮器内の液状の熱媒
体が、補助液管路を通り少量ずつ蒸発器のチューブに供
給され、高温のチューブが徐々に冷却された後、制御手
段により、主液管路の主開閉弁が開にされ、凝縮器内の
液状の熱媒体が、比較的多量に蒸発器のチューブに供給
されるため、排熱回収時に蒸発器のチューブに発生する
熱応力を従来より大幅に低減することができるという利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒートサイホン式排熱回収装置の一実
施例を示す説明図である。

【図２】図１のヒートサイホン式排熱回収装置を備えた
排熱回収システムを示す配管系統図図である。

【図３】従来の排熱回収システムを示す配管系統図であ
る。

【図４】図３のヒートサイホン式排熱回収装置を示す説
明図である。

【符号の説明】

１１１ エンジン １３１ 蒸発器 １３３ 凝縮器 １３５ 蒸気管路 １３７ 主液管路 １３９ 主開閉弁 １４０ 補助液管路 １４２ 補助開閉弁 １６７ チューブ １７１ 制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液状の熱媒体をエンジン（１１１）から
   の排気ガスと熱交換させ蒸発させる蒸発器（１３１）
   と、 前記蒸発器（１３１）の上方に配置され前記蒸発器（１
   ３１）で蒸発した熱媒体をエンジン（１１１）を冷却し
   た冷却水と熱交換させ凝縮させる凝縮器（１３３）と、 前記蒸発器（１３１）で蒸発した熱媒体を前記凝縮器
   （１３３）に導く蒸気管路（１３５）と、 前記凝縮器（１３３）で液化した熱媒体を前記蒸発器
   （１３１）に導く主液管路（１３７）と、 前記凝縮器（１３３）で液化した熱媒体を前記蒸発器
   （１３１）に導くとともに前記主液管路（１３７）より
   少量の熱媒体を流通させる補助液管路（１４０）と、 前記主液管路（１３７）および補助液管路（１４０）に
   配置される主開閉弁（１３９）および補助開閉弁（１４
   ２）と、 前記排気ガスから前記冷却水への排熱回収時に前記補助
   開閉弁（１４２）を開にするとともに、前記補助開閉弁
   （１４２）の開から所定時間経過後に前記主開閉弁（１
   ３９）を開にする制御手段（１７１）と、を有すること
   を特徴とするヒートサイホン式排熱回収装置。