JPS60101484A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はエンジン等の排ガスからの熱回収装置に利用さ
れる熱交換器に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年の省エネルギー志向から、エンジン等の熱源からの
排ガスからの熱をも回収し、トータルのエネルギー効率
を高めようとする第１図に示すようなシステムが考えら
れ稼°動している。このシステムはエンジン３からの軸
出力を動力として取り出し、排熱を熱交換器１で回収し
、消音器２を通して排出するシステムである。従来この
ようなシステムでは、エンジン３からの排熱回収を行な
う熱交換器１と消音器２は別々に設けｄれており、それ
故システムとして繁雑になるとともに、消音器本体から
の透過音が大きく、そのために消音器質量を大きくしな
ければならないなどの欠点を有している。

まだ低周波成分の音は、非常に減音しにくいが、エンジ
ン３の爆発音は、その周波数分析から分かるように、爆
発サイクル（４サイクル・４シリンダの場合、エンジン
回転数をＮ　ｒｐｍとすれば、爆発サイクルはＮ／６０
　Ｘ　１／２　Ｘ　４　Ｈｚとなる）に音圧の第１ピー
ク成分が現われ、以下、爆発サイクルの整数倍に、音圧
のピーク成分が発生するため、低周波成分に対するより
効率的な減音方法が望まれていた。低周波成分の音を減
音するものとして、共鳴形マフラが、従来用いられてい
るが、エンジン回転数が変わり、音速が変化すると、共
鳴周波数がずれてしまい、ねらいとする周波数の音圧レ
ベルを低減できなくなるという弱点を持っていた。

発明の目的 本発明は従来の問題点に鑑み、高効率、かつ低周波成分
の音を効率的に低減できるマフ久一体型排ガス熱交換器
を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明は、被加熱流体が通る伝熱管を複数本設けたウォ
ータージャケットの空間を複数の仕切板で分割するとと
もに、仕切板により構成された空間の少なくとも一空間
以上を、いわゆる共鳴型空間とし、共鳴型空間を形成す
る加熱流体通過管の小孔は、その断面積が可変なるよう
に構成してあり、さらに断面積可変手段としては、加熱
流体通過管の小孔部内面壁に取付けた加熱流体上昇に伴
って管内面側にたわむ材料を用いて構成しである熱交換
器である。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説明
する。

第４図は本発明の一実施例の熱交換器を示す図である。

４はウォータージャケットであり、ウォータージャケッ
ト４の空間５には複数の伝熱管６と、仕切板７〜１０が
伝熱管６と固着されて挿入されている。伝熱管６の両端
にはヘッダー１１とヘッダー１２が設けられており、へ
、ノダー１２は水排出管１３が設けられ、ヘッダー１１
は水孔１４によってウォータージャケットと連通され、
さらにウォータージャケット４には水導入管１Ｓが設け
られている。仕切板７，１０には小孔１６がランダムに
あけられ、各仕切板によって区分され、る空間１７〜２
１が設けられている。両端の空間２１．１７に排ガス導
入口２２、排ガス排出口２３が設けられている。

各仕切板に設けられる小孔と、仕切板によって構成され
る空間は、膨張型タイプの減音特性を考慮して決定され
、さらに、−空間以上は、共鳴型タイプ消音器１９のよ
うに隣接する仕切板に貫通し、周囲に小孔２４を設けた
加熱３１＋、体通過管２６を仕切板８，９に固着させて
ある。加熱流体通過管２６の小孔部２４は第５図に示す
ように、ＩＪ−ド弁２６が管内壁に固着されている。こ
のリード弁２６は加熱流体温度の上昇につれて第６図に
示すように加熱流体通過管の内面に向ってたわむような
利料で構成している。

次にその動作を説明する。まず加熱される流体は水導入
管１５からウォータージャケット４を通り、水孔４から
ヘッダー１１に入り、各伝熱管６に分岐されて流れ、ヘ
ッダー１２に入り水排出管１３より排出される。

一方、加熱流体であるエンジン々どの熱源からの排ガス
は排ガス導入口２２より空間２１に入り、仕切板１０の
小孔から次の空間２０に入り、本実施例では次の共鳴型
消音器１９を通過して、次の空間１８に入シ、さらに仕
切板の小孔を通って次の空間１７に入り排ガス排出口２
３より排出され、このように排ガスが流れる間にウォー
ターシャケ　゛ブト４の内面や、伝熱管６表面で熱交換
されるものである。

以上のように本実施例によれば、エンジンから排ガス導
入口２２に導かれた排ガスは第１の空間２１で急拡大し
、さらに次の空間２ｏに入る前に小孔′１６で急縮小さ
れ、また次の空間で急拡大されるといったいわゆる膨張
型タイプの消音効果を発揮し、また共鳴型タイプ消音器
１９を通る時に共鳴タイプの消音効果によってエンジン
などからの騒音が大幅に減少される。また排ガス空間は
その外側を質量の大きいウォータージャケット４で囲ん
であるので、透過音を減少できるものである。

また実施例では共鳴型タイプ消音器１９の加熱流体通過
管２５の内面壁に固着しであるリード弁２６が加熱流体
の温度によって第６図に示すように加熱流体通過管の内
面に向ってたわみ、この時、小孔２４０面積を変化させ
るものである。加熱流体であるエンジンの排ガス温度は
回転数によって第７図の如く変化し、それ故、エンジン
回転数が高くなれば小孔面積を大きくする事ができる。

エンジンの回転数を上げると、エンジン回転数に比例す
る基本周波数が高めにずれてくる。そこで、共鳴型消音
器において、その周波数での減音効果を大きくする必要
がある。本実施例によればエンジン回転数の増加により
前述した理由によシ小孔面積を増加させ、次式に示す共
鳴周波数をエンジン回転数に合わせて変化させる事がで
きるものである。

ここで、音速Ｃ１共鳴穴（小孔）面積Ｓｐ１共鳴穴部の
厚さβ２、共鳴式個数ｎ１共鳴容積■。

本実施例では、エンジン回転数の増加につれてＳｐを増
加させ、それ故、ｆｐを高めにもってくる事ができるも
のである。このようにしてエンジン回転数が変化しても
、共鳴周波数ｆｐ′ｆ：爆発サイクルに合致させ、低周
波成分の音圧レベルを効率良く低減させる事ができる。

まだ第８図は加熱流体通過管の小孔面積を変化させる方
法として考えられる他の実施例であシ、エンジン回転数
が増加した時の加熱流体通過管を通過する流速増加によ
る動圧増加によって、小孔断面積を増加させる方法であ
り、例えば、小孔２４′内部に突出したＬ形金具２７を
、他端を加熱流体２８下流側でスプリング２９等で加熱
流体通過管２５′に固着しであるものであり、本発明第
１の実施例と同様の効果を有するものである。

また、小孔面積変化方法としてバタフライ弁等を用いて
も同様の効果を有する。

発明の効果 本発明の熱交換器においては、消音器一体型の熱交換器
で、優れた減音効果を有し、エンジン回転数が変化して
も低周波成分の音圧レベルを効率良く低減させる事がで
きるとともに、エンジンなどの脈動を充分に活用して伝
熱性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は排熱回収熱交換器を設けたエンジンシステムの
概略図、第２図は従来のフィンタイプの熱交換器の断面
図、第３図は従来のプレートタイプ熱交換器の断面図、
第４図は本発明の一実施例の熱交換器の断面図、第６図
は第４図共鳴型消音器の加熱流体通過管部分の拡大断面
図、第６図はリード弁の温度に対する動作を示す図、第
７図はエンジン回転数と排ガス温度の関係を示す図、第
８図は本発明の他の実施例にかかる加熱流体通過管部分
の断面図である。 ４・・・・・・ウォーターシャケ、ト、６・・・・・・
伝熱管、８．９・・・・・・仕切板、２４・・・・・小
孔、２５・・・・・・加熱流体通過管、２６・・・・・
・リード弁。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第４図 ？３ 第５図 第６図 ４笈　３秒　６ｏ。 ラオしイ本プ五Ａ達　（’ｃジ 某７図 ＹＦ′ｎ′Ｌ 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加熱流体が通る伝熱管を複数本設けたウォータ
   ージャケットの空間部を、前記伝熱管の軸方向に複数の
   仕切板を配して分割し、前記仕切板によシ構成される少
   なくとも一空間以上は隣接する仕切板を貫通し、その周
   囲に小孔を設けた加熱流体通過管を仕切板に固着した共
   鳴型空間で構成され、前記小孔は前記加熱流体の状態に
   応じてその断面積が可変するよう構成した事を特徴とす
   る熱交換器。
2. （２）加熱流体通過管の小孔部の位置する管内面壁には
   、加熱流体温度の上昇に伴ない管内面に向ってたわむ材
   料で構成したり〜ド弁を設けた事を特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の熱交換器。