JPS62268722A - 内燃機関の排気熱利用装置 - 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］ 本発明は主として自動車エンジンの排気熱を、車室内の
Ｅ！ＷＬ房用に利用するための装置に関する。

［従来の技術１ エンジンの排熱を車室内の暖房用熱源として利用する方
法は従来から様々に考えられており、例えば「特開昭５
６−８２６１９Ｊにはエンジン排気管内にヒートパイプ
の吸熱部を配設し、汲み出した排気熱によってエンジン
冷却水を給熱源とする温水循環式暖房システムの給熱不
足を補う方法が示されている。

また［実開昭５９−２６０１０４にはセラミックエンジ
ン搭載車の暖房方法として、エンジン耕気管に組み込ん
だ熱交換器によって空調用空気を暖める方法が開示され
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の如きエンジン排気管内に暖房用伝熱媒体の加熱用
熱交換手段を設ける方法は、排気管内の通気抵抗を増大
させてエンジンの動力特性を低下させる。

また排気管は消耗部品であり、排気管が痛ｌυだ時には
その都度上記の熱交換手段を着脱させる手間を要するう
えに、熱交換手段と排気管との接合個所から浄化処理前
の汚損排ガスが漏れ出る可能性も高い。

本発明はエンジンの排気抵抗を増大させたり、痛んだ排
気管を交換する際などに不都合をきたすことのない内燃
機関の排気熱利用装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明による内燃機関の排
気熱利用装置は、内燃機関排気管の外周面に空気層を隔
てて配設される筒状遮熱カバーと、前記遮熱カバーに接
触させて取り付けられ、前記排気管から放散される輻射
熱を吸収するための、吸熱用熱交換手段と、前記吸熱用
熱交換手段によって吸収された熱を放熱用熱交換器に伝
えるための伝熱媒体の循環手段と、前記遮熱カバーの固
定手段とからなる構成を採用した。

［作用］ 上記の構成を備えた内燃ｌ！Ｎ関の排気熱利用装置は、
内燃機関の排気管の外周から放散される輻射熱によって
、空気層をへだでてこの排気管を包囲するように配置さ
れている筒状遮熱カバーが加熱され、このカバーに接触
させて取り付けられている吸熱用熱交換手段に層間の排
気熱が伝導さ机る。

同時に、前記の輻射熱は直接吸熱用熱交換手段を照射し
て排気熱を伝導させる。吸熱用熱交換手段によって伝熱
媒体に伝えられた１関の排気熱は、循環手段を介して放
熱用熱交換手段に与えられる。

［実施例］ 以下に図に示す実施例に基づいて本発明による内燃機関
の排気熱利用Ｖｉ澱を具体的に説明する。

第１図〜第３図はいずれも第１実施例を示しており、装
置は多気筒ガソリンエンジンとしての内燃機関Ｂの排気
管Ａの上流端部分をなす排気マニホールドＣを包囲する
ようにして取り付けられている。

装置は熱伝導率の高いアルミニウムなどの金属材料をプ
レス加工するなどして作成された半円筒体１Ａと１Ｂを
ボルトとナツト６を用いて合体接続させることによって
筒状遮熱カバー１を作成し、このカバー１の内周面に接
触させるようにして金属製の蛇管式熱交換器２を吸熱用
熱交換手段として組み付けることによって本体部分が構
成されている。

筒状遮熱カバー１はブラケット７を用いて図示のように
、カバー１および熱交換器２が直接排気管Ａの表面に接
触することなく、排気管Ａの外周面全面が空気ｆｆ１ａ
によって隔てられた状態のもとにガソリンエンジンＢの
エンジンブロック部分にボルト８により固定されている
。１ａは排気マニホールドＣを避けるためにカバー１に
設けた切欠き部である。

筒状遮熱カバー１の外周面は、ロックウール、ガラス臓
維、その他の耐熱竹所熱材を単用または０（用し貼り合
わせて構成された断熱材層５によって覆われており、必
要により更にその外表面を金属板で保護被覆している。

筒状遮熱カバー１は、図示のものは両筒４１面が開放ざ
机たままであるが、端面板によって封鎖し熱の散逸を防
ぐようにしてもよい。

蛇管式熱交換器２の両管端には伝熱媒体の循環手段とし
ての配管継手３および４が取り付けられている。

第３図は上記の実施例装置を自動車走行用の水冷式ガソ
リンエンジンに組み付けて車室内を暖房する目的に使用
する事例を示した暖房システム図である。車室内暖房用
の温水式熱交換器（ヒータコア）２６には、エンジンＢ
の冷却用ウォータージャケット〈図示略）内で熱せられ
た温水が往路配管２３を通って流入し、ウォーターポン
プ２２の触きによって帰路配管２４に導ぎ出されてウォ
ータージャケットに戻される。そして本発明装置の蛇管
式熱交換器２は往路配管２３に介在ざゼた状態のちとに
、配管継手３および４によって暖房システムに組み込ま
れている。

往路配管２３には、熱交換器２とヒータコア２６との間
に、ヒータコア２６への温水供給を制御するための通水
弁２５と、この通水弁の開度を絞った時にヒータコア２
６をバイパスして温水をウォータージャケットに戻すた
めのバイパス配管２７が設けられている。

２０はエンジン冷却水の強制放冷用のラジェータ、２２
はウォータージャケット内の温水をラジェータ２０およ
びヒータコア２６に強制的に送り込ｌυで循環さぜるた
めのウォータポンプであり、２１はエンジン冷却水が設
定レベル以下の温度にある時にはラジェータ２０への冷
却水の通人を阻止するためのラジェータサーモスタット
である。

排気管へには、本発明装置の取り付は位置の下流側に触
媒式排気浄化器３０、マフラー３１、およびディフュー
ザ３２が順次組み付けられている。

次に上記実施例装置の作動を現用する。ガソリンエンジ
ンを搭載した普通乗用車の場合、排気温度はシリンダ出
口部で約８００〜ｉ　、　ｏｏｏ℃と１３温であるが、
ディフューザ出口部に至って２００〜３００℃にまで低
下する。このことはエンジンの排気熱は排気管Ａ内を通
過してその末端から排出されるよりもはるかに多くの陽
が排気管への外周面から大気中に放散されていることを
意味する。排気管Ａの表面は場所によって約３００〜５
００℃に熱せられている。なお触媒式浄化器が浄化反応
を維持するに要する温度は約３００℃である。

エンジンＢの起動スイッチが投入され、また自動車用空
調装置の操作パネル（図示略）によって暖房空調モード
が設定されると、ウォーターポンプ２２が始動し、通水
弁２５が開弁され、ラジェータサーモスタット２１はラ
ジェータ２０への冷却水の流入を阻止させる。そこでウ
ォータージャケット内で熱せられた伝熱媒体としてのエ
ンジン冷却水は、ウォーターポンプ２２の働ぎによって
一部はラジェータバイパス用配管２８を経てウォーター
ジャケットに戻る循環路をたどるが、残余の温水は往路
配管２３に流出し、まず本発明装置の蛇管式熱交換器２
に流入する。

排気管Ａの上流側端としての排気マニホールド部分Ｃは
エンジン始動直後であっても充分に高温に熱せられてお
り、その外周面からは前述のように多量の排気熱が輻射
され、この輻射熱が筒状遮熱カバー１内に放散されるの
で、カバー１の内周面に接触状態を保って取り付けられ
ている蛇管式熱交換器２を加熱すると共に、断熱材層５
によって被覆されている熱良導体製の筒状遮熱カバー１
は急速に昇温させられる。従って熱交換器２は排気管Ａ
からの輻射熱と、筒状遮熱カバー１からの伝導熱を同時
に受は取って効率よく加熱されることになり、その内部
を通過させられる未だ充分に暖まっていないエンジン冷
却水の昇温か促進される。

蛇管式熱交換器２をくぐり扱けることによって、エンジ
ン始動直後であるにもかかわらずほぼ所要温度にまで加
熱されたエンジン冷却水は、開かれている通水弁２５を
通過して暖房用熱交換器としてのヒータコア２６に流入
してこれを暖め、図示が省かれているファンによってヒ
ータコア２６ニ吹き付けられている被空調空気は、所望
湿度にまで熱せられたうえ車室内に吹き出される。

ヒータコア２６内で被空調空気と熱交換し冷えたエンジ
ン冷却水はウォーターポンプ２２によりウォータージャ
ケットに戻される。

エンジンＢが定常運転状態に入り、エンジン冷却水の温
度が高まれば、図示が省かれている空調装置の自信調温
回路または調温用レバーの操作を通じて通水弁２５の開
度が調節され、ヒータコア２６への温水供給が規制され
る。

ラジェータ能力が足りない場合や比較的温暖な地域での
暖房中または暖房不要時期において、本発明装置の熱交
換器２の働きによってエンジン冷部水が過熱される不都
合を避けるためには、往路配管２３に熱交換器２への冷
却水流入停止用のバルブを設けておき、エンジン冷却水
温が設定レベルを越えて高まった時、このバルブを閉弁
させるようにしてもよい。

第４図と第５図は第２実施例Ｓ置を示している。

装置は排気マニホールドＣと排気浄化器３０との間にお
いて排気管Ａが直管状をなしている部分を包囲するよう
にして車体の床下りにプラク°ット１７を用いて取りつ
けられている。

筒状遮熱カバー１は、はぼ半円筒状をなす上部カバー１
１Ａと掻く浅い樋形をなす下部カバー１１Ｂとをボルト
１６およびナツトによって締結合体させて形作られてい
る。１５は筒状遮熱カバー１を覆う断熱材層であり、こ
れらの構成材料は第１実施例のそれと同じである。下部
カバー１１３の内側表面にメッキ法や蒸着法などによっ
て鏡面を設ければ、排気管Ａの下方に向けて放散される
輻射熱を熱交換器２および上部カバー１１Ａの加熱のた
めにより効率的に利用することができる。また上部カバ
ー１１Ａの内周面および熱交換器２を黒色に塗装するこ
とによっても吸熱効率は向上させられる。

上記実施例では熱交換器２としての金属パイプをＵ字型
に屈曲させたものが用いられているが、もちろん更に複
雑な蛇管状に曲げ加工したり、コイル形状を与えるなど
して伝熱面積の増大を図ることも自由であるし、パイプ
に伝熱面積増大用フィンを取り付けるなどすれば、殊に
第１実施例装置の場合には、必要とする熱交換能力を確
保しながら装置の外形をコンパクト化させることができ
る。また蛇管式に代えてウォータージッケット型の熱交
換器を使用してもよい。

内燃機関としては、自動車の走行用ガソリンエンジンの
他にも例えば船舶用ディーゼルエンジン、建設機械用デ
ィーゼルエンジンなどが本発明における給熱源となり得
る。また伝熱媒体は内燃機関の冷部用水に限られること
なく、熱安定性にすぐれ熱容量も大きい他の流体を用い
て吸熱用熱交換器と放熱用熱交換器とを結ぶ配管系内を
循環させてもよい。

また本発明において吸熱用熱交換手段は遮熱カバーの内
面のみでなく外面に接触させて取り付けてもよい。

［発明の効果〕 上記の如き構成を備えた内燃機関の排気熱利用装置は、
吸熱用熱交換手段が排気管の内部にではなくて、その外
周部を包囲するようにして配設されているために、エン
ジンの出力特性を低下させる恐れが全くない。

また消耗部品としての排気管が痛んで交換する際に、吸
熱用熱交換器の着脱作業に手間取る不都合も伴わない。

ざらに吸熱用熱交換手段を排気管に接続させた個所が腐
蝕するなどして未浄化排ガスが漏洩する恐れも生じない
。そして装置は空気層をへだてて非接触状態のちとに排
気管を包囲しているので、両者を直接接触させて組み付
けていた従来の装置と異なって、接触部において腐蝕が
促進されることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は第１実施例装置を示しており、第１図
はガソリンエンジンへの取付は状況を描いた斜視図、第
２図は装置の横断面図、第３図はこの装置が組み込まれ
た自動車の車室内暖房システムのシステム図である。 第４図と第５図は第２実施例装置の透視図と横断面図で
ある。 図中　　１・・・筒状遮熱カバー　２・・・吸熱用熱交
換手段（蛇管式熱交換鼎）３．４・・・伝熱媒体の循環
手段（配管継手）　　５・・・断熱材　７・・・固定手
段　２６・・・放熱用熱交換器　Ａ・・・括気管　８・
・・内燃機関

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内燃機関排気管の外周面に空気層を隔てて配設され
   る筒状遮熱カバーと、 前記遮熱カバーに接触させて取り付けられ、前記排気管
   から放散される輻射熱を吸収するための、吸熱用熱交換
   手段と、 前記吸熱用熱交換手段によつて吸収された熱を放熱用熱
   交換器に伝えるための伝熱媒体の循環手段と、 前記遮熱カバーの固定手段とからなる内燃機関の排気熱
   利用装置。 ２）前記筒状遮熱カバーは断熱材によつて被包されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機
   関の排気熱利用装置。