WO2015008770A1 - 排気熱回収装置 - Google Patents

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WO2015008770A1
WO2015008770A1 PCT/JP2014/068854 JP2014068854W WO2015008770A1 WO 2015008770 A1 WO2015008770 A1 WO 2015008770A1 JP 2014068854 W JP2014068854 W JP 2014068854W WO 2015008770 A1 WO2015008770 A1 WO 2015008770A1
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WO
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exhaust gas
heat exchange
heat exchanger
exhaust
heat
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PCT/JP2014/068854
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English (en)
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小林　新
裕久 大上
Original Assignee
フタバ産業株式会社
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/005—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having bent portions or being assembled from bent tubes or being tubes having a toroidal configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust heat recovery device that performs heat exchange between an exhaust gas discharged from an internal combustion engine and a heat exchange medium.
  • the exhaust heat recovery device disclosed in Patent Document 1 below has a configuration in which a plurality of cylindrical members are arranged so as to form an inner space in which a silencing mechanism is formed and an outer space in which a heat exchanger is arranged. Adopted.
  • exhaust gas flows into the outer space when the on-off valve disposed downstream of the inner space is closed, and heat exchange is performed with the heat exchange medium in the heat exchanger and flows downstream. It is configured.
  • the on-off valve is opened, the exhaust gas flows into the inner space, and flows out downstream without performing heat exchange.
  • the exhaust heat recovery device disclosed in Patent Document 2 below employs a configuration in which a plurality of cylindrical members are arranged so as to form an inner space and an outer space in which a heat exchanger is arranged.
  • exhaust gas flows into the outer space when the shut-off valve arranged on the downstream side of the inner space is closed, and heat exchange is performed with the heat exchange medium in the heat exchanger and flows downstream. It is configured.
  • the shut-off valve is opened, the exhaust gas flows into the inner space, and flows out downstream without performing heat exchange.
  • the heat exchanger disclosed in Patent Document 2 described below overlaps a plurality of flat tubes formed as tubes having a pair of cutout portions obtained by linearly cutting up and down from a hollow, flat and circular donut shape.
  • the tube laminate is formed by laminating.
  • the tube laminate is attached to the case by an exhaust inflow side end plate and an exhaust outflow side end plate.
  • One notch provided in the exhaust inflow side end plate is arranged so as to correspond to one notch of the tube laminate.
  • one notch provided in the exhaust outlet side end plate is arranged so as to correspond to the other notch of the tube laminate.
  • the exhaust heat recovery device disclosed in the following Patent Document 2 closes the shut-off valve when the internal combustion engine is warmed up, allows the exhaust gas to flow out from one notch to the tube stack side, and allows the gaps of the flat tubes to be opened from above as a whole Flow down.
  • the heat exchange medium flows as a whole into each flat tube from below to perform heat exchange between the exhaust gas and the heat exchange medium to recover the heat of the exhaust.
  • Exhaust heat recovery equipment can achieve efficient heat exchange by flowing an appropriate amount of exhaust gas into an appropriate location of the heat exchanger.
  • the exhaust heat recovery apparatus described in Patent Document 1 nor the exhaust heat recovery apparatus described in Patent Document 2 has studied the appropriate inflow of exhaust gas to the heat exchanger, and is not necessarily efficient. A good exhaust heat recovery device could not be provided.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery apparatus capable of flowing an appropriate amount of exhaust gas into an appropriate location of a heat exchanger. .
  • an exhaust heat recovery apparatus is an exhaust heat recovery apparatus that performs heat exchange between an exhaust gas discharged from an internal combustion engine and a heat exchange medium, and (1) upstream side An inner member that forms at least a part of a main flow path connecting the receiving port that receives the exhaust gas flowing in from the main inlet and the main sending port that sends the received exhaust gas downstream; and (2) arranged so as to surround the inner member And an outer member that forms a heat exchange channel with the inner member, and (3) is disposed so as to surround the inner member in the heat exchange channel, and performs heat exchange between the exhaust gas and the heat exchange medium.
  • the heat exchanger has a shape along each of the inner member and the outer member, and has a plurality of heat exchanger unit parts that are stacked and arranged at a predetermined interval from each other, and the heat exchanger unit part While the heat exchange medium flows in the interior, the heat exchange is performed by the exhaust gas flowing in the heat exchange region between the plurality of heat exchanger unit parts.
  • a diffusing means is provided for diffusing the exhaust gas flowing into the heat exchange region in the circumferential direction of the heat exchange region.
  • the heat exchanger is configured by arranging a plurality of heat exchanger unit parts while securing a heat exchange region through which exhaust gas passes between each other. Exhaust gas traveling toward the member side and exhaust gas traveling from the outer member side toward the inner member side can flow while passing through the heat exchange region. Furthermore, even if the exhaust gas flowing in is deviated in the circumferential direction, a diffusion means for diffusing the exhaust gas flowing into the heat exchange region into the space is provided, so that a small amount of exhaust gas flows from the region where a lot of exhaust gas flows. The exhaust gas can be spread to the area. Therefore, exhaust gas can be spread over the entire heat exchanger, and heat exchange with the heat exchange medium can be performed more efficiently.
  • the diffusion means partially regulates the flow of exhaust gas entering the heat exchange region.
  • the inflow of the exhaust gas to the heat exchange region is partially restricted, even if a large amount of exhaust gas flows in part in the heat exchange region, it is restricted, and an appropriate amount of exhaust gas is obtained. Can be introduced. Excess exhaust gas that has been prevented from flowing in flows into another region of the heat exchange region. As a result, the exhaust gas can be spread from a region where a lot of exhaust gas flows into a region where a small amount of exhaust gas flows by a simple method of partially regulating the flow of the exhaust gas to the heat exchange region. .
  • the diffusion means may include a first plate portion that is disposed along the inner side surface or the outer side surface of the heat exchanger and regulates the inflow of exhaust gas to the heat exchange region. preferable.
  • the first plate part since the first plate part partially restricts the inflow of exhaust gas into the heat exchange region, even if a large amount of exhaust gas flows in a part of the heat exchange region, It is regulated by the plate portion, and an appropriate amount of exhaust gas can be introduced. Excess exhaust gas that has been prevented from flowing in by the first plate portion flows around the other region of the heat exchange region. As a result, the exhaust gas is spread from a region where a lot of exhaust gas flows into a region where a small amount of exhaust gas flows by a simple method of providing the first plate portion along the inner side surface or the outer side surface of the heat exchanger. be able to.
  • the diffusing means partially regulates the flow of exhaust gas flowing out from the heat exchange region.
  • the exhaust gas flow out of the heat exchange region is partially restricted, so the direction of travel of the exhaust gas flowing into the heat exchange region is changed, and the exhaust gas contacts the heat exchanger unit parts. Can be longer. As a result, it is possible to ensure a long contact time between the exhaust gas and the single part of the heat exchanger with a simple method of partially regulating the exhaust gas flowing out of the heat exchange region, and to increase the heat exchange efficiency. it can.
  • the diffusing means may include a second plate portion that is disposed along the inner side surface or the outer side surface of the heat exchanger and regulates the outflow of exhaust gas from the heat exchange region. preferable.
  • the traveling direction of the exhaust gas flowing into the heat exchange region is changed so that the exhaust gas is a heat exchanger. It is possible to make the time of contact with the single component longer. As a result, it is possible to ensure a long contact time between the exhaust gas and the single component of the heat exchanger by a simple method of providing the second plate portion along the inner side surface or the outer side surface of the heat exchanger, and the heat exchange efficiency. Can be raised.
  • an exhaust heat recovery device capable of flowing an appropriate amount of exhaust gas into an appropriate location of a heat exchanger.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an exhaust heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a partial schematic sectional drawing of the exhaust heat recovery apparatus which is embodiment of this invention. It is a schematic sectional drawing which shows the II cross section of the heat exchanger single component shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an inner diffusion cylinder used in the exhaust heat recovery apparatus shown in FIGS. 1 to 3. It is a side view of the inner side diffusion cylinder shown in FIG. It is a schematic sectional drawing at the time of using an outer side diffusion cylinder with an inner side diffusion cylinder.
  • FIG. 6 is a side view showing a first modification of the inner diffusion cylinder shown in FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of an exhaust heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a partial schematic sectional drawing of the exhaust heat recovery apparatus which is embodiment of this invention. It is a schematic sectional drawing which shows the II cross section of the heat exchanger single component shown in
  • FIG. 6 is a side view showing a second modification of the inner diffusion cylinder shown in FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 6 is a side view showing a third modification of the inner diffusion cylinder shown in FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 6 is a side view showing a fourth modification of the inner diffusion cylinder shown in FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an exhaust heat recovery device HE according to an embodiment of the present invention.
  • the exhaust heat recovery device HE is mounted on, for example, an automobile and performs heat exchange between an exhaust gas discharged from an internal combustion engine of the automobile and a heat exchange medium, and receives an exhaust gas flowing from the upstream side.
  • HEa and a main outlet HEb for sending the received exhaust gas downstream are provided.
  • the exhaust heat recovery device HE includes an upstream exhaust pipe 10, an inner cylinder 11, an outer cylinder 20, a medium inlet portion 21, a medium outlet portion 22, an upstream end plate 24, and a switching valve 30 (switcher). And.
  • the upstream side exhaust pipe 10 and the inner cylinder 11 are connected to each other and constitute a main flow path through which exhaust gas flows. Therefore, the inner cylinder 11 forms a part of the main flow path that connects the receiving port HEa and the main delivery port HEb.
  • the outer cylinder 20 is arranged so as to surround the inner cylinder 11 on the same axis, and forms a heat exchange channel with the inner cylinder 11.
  • the medium inlet portion 21 is a portion serving as an inlet for supplying a heat exchange medium to a heat exchanger (not explicitly shown in FIG. 1) in the heat exchange flow path.
  • the medium outlet portion 22 is a portion serving as an outlet for discharging the heat exchange medium supplied from the medium inlet portion 21 and exchanging heat with the exhaust gas.
  • As the heat exchange medium a liquid used for cooling the internal combustion engine is used.
  • the switching valve 30 is a valve that is provided at the main delivery port HEb on the downstream side of the inner cylinder 11 and opens and closes the end of the main channel.
  • FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view of the exhaust heat recovery device HE.
  • the upstream side exhaust pipe 10 and the inner cylinder 11 are connected to each other to form the upstream side main flow path ZA.
  • the outer cylinder 20 is arranged so as to share the central axis with the inner cylinder 11, and the inner diameter of the outer cylinder 20 is configured to be larger than the outer diameter of the inner cylinder 11. Therefore, a space is formed between the inner cylinder 11 and the outer cylinder 20, and a heat exchange channel ZB is formed.
  • the upstream end plate 24 is arranged so as to connect the inner cylinder 11 and the outer cylinder 20.
  • the upstream end plate 24 is an annular plate that is fixed so as to connect the vicinity of the upstream end of the outer cylinder 20 and the outer periphery of the inner cylinder 11.
  • the upstream end plate 24 is disposed so as to close the upstream end of the heat exchange channel ZB.
  • the exhaust gas enters the heat exchange flow path ZB from the upstream side. This can be reliably prevented, and the exhaust gas flow in the first mode in which the exhaust gas flows from the side outlet 112 into the heat exchange channel ZB can be secured.
  • a heat exchanger 40 is disposed in the heat exchange flow path ZB.
  • the heat exchanger 40 is disposed so as to surround the inner cylinder 11 in the heat exchange flow path ZB, has an outer shape that is cylindrical, and performs heat exchange between the exhaust gas and the heat exchange medium. .
  • the heat exchanger 40 is disposed so as to be separated from the inner cylinder 11 by a predetermined distance, and is disposed so as to be separated from the outer cylinder 20 by a predetermined distance.
  • a side outlet 112 (thermal AC outlet) is formed for allowing exhaust gas to flow from the upstream main channel ZA to the first heat exchange channel ZB1.
  • the side outlet 112 is formed on the main outlet HEb side with respect to the inlet HEa. More specifically, the side outlet 112 is formed so that the side surface of the inner cylinder 11 is open near the downstream end of the heat exchange flow path ZB.
  • a downstream side between the inner cylinder 11 and the outer cylinder 20 closes the downstream end of the first heat exchange flow path ZB1 so that the exhaust gas flowing out from the side outlet 112 is guided to the first heat exchange flow path ZB1.
  • An end plate 25 is disposed.
  • the downstream end plate 25 is disposed so as to connect the inner cylinder 11 or the switching valve 30 on the downstream side of the side outlet 112 and the downstream end of the heat exchanger 40.
  • the downstream end plate 25 is not connected to the outer cylinder 20, and a sub delivery port 201 is formed between the downstream end plate 25 and the outer cylinder 20.
  • the exhaust gas flowing out from the side outlet 112 can be reliably ensured.
  • the exhaust gas flowing out from the side outlet 112 first enters the first heat exchange flow path ZB1, performs heat exchange while traversing the heat exchanger 40 in the radial direction, and flows into the second heat exchange flow path ZB2.
  • a mode exhaust gas flow can be secured.
  • the exhaust gas that has flowed into the second heat exchange flow path ZB2 flows from the sub delivery port 201 to the downstream main flow path ZC.
  • the switching valve 30 is disposed at the downstream end of the inner cylinder 11 and the boundary position between the upstream main flow path ZA and the downstream main flow path ZC.
  • a downstream exhaust pipe 12 is provided so as to cover the switching valve 30 and form the downstream main flow path ZC.
  • the downstream exhaust pipe 12 is a pipe line connected to the downstream side of the outer cylinder 20.
  • the second mode in which the exhaust gas received in the passage ZA is allowed to flow from the upstream main passage ZA to the sub-feed outlet 201 via the heat exchange passage ZB can be selectively performed.
  • the first heat exchange flow path ZB1 is formed between the heat exchanger 40 and the inner cylinder 11, and the second heat exchanger 40 and the outer cylinder 20 are second.
  • the heat exchange channel ZB2 is formed, the side outlet 112 from which the exhaust gas flows from the upstream main channel ZA to the first heat exchange channel ZB1 is upstream, and the main outlet HEb of the first heat exchange channel ZB1 is downstream Formed on the side.
  • the exhaust heat recovery device HE in the second mode, the exhaust gas flows out from the side outlet 112 to the heat exchange flow path ZB, and the exhaust gas flowing out to the heat exchange flow path ZB becomes the first heat exchange flow path ZB1. From the inside to the outside of the heat exchanger 40 in the radial direction to reach the second heat exchange flow path ZB2, and heat exchange is performed in the heat exchanger 40 during the flow.
  • the side outlet 112 from which the exhaust gas flows from the upstream main passage ZA to the first heat exchange passage ZB1 is formed at the main feed outlet HEb side end of the first heat exchange passage ZB1. Therefore, the side outlet 112 can be formed in the vicinity of the switching valve 30.
  • the side outlet 112 when the switching valve 30 is operated to form the first mode exhaust gas flow, the side outlet 112 passes through the heat exchange channel ZB.
  • the pressure difference between the path leading to the sub-feed port 201 and the main flow path from the upstream main flow path ZA to the downstream main flow path ZC can be reduced. Therefore, in the first mode, the exhaust gas does not enter the heat exchange flow path ZB side, and can flow as it is from the main outlet HEb toward the downstream main flow path ZC via the main flow path.
  • the exhaust gas flows out from the side outlet 112 to the heat exchange passage ZB.
  • the exhaust gas flowing out to the heat exchange flow path ZB flows in the radial direction from the first heat exchange flow path ZB1 toward the outside of the heat exchanger 40 so as to reach the second heat exchange flow path ZB2. Accordingly, the exhaust gas can be distributed almost uniformly throughout the heat exchanger 40 and heat exchange can be performed with the heat exchange medium. Accordingly, the exhaust gas can be spread throughout the heat exchanger 40 during the second mode, and the heat exchange efficiency can be increased.
  • the heat exchanger 40 includes a plurality of heat exchanger unit parts 23A that are formed along the inner cylinder 11 and the outer cylinder 20 and that can be stacked and arranged at a predetermined interval from each other.
  • the plurality of heat exchanger unit parts 23 ⁇ / b> A are stacked apart from each other to form an internal heat exchange flow path 401.
  • the heat exchanger unit part 23A is an annular disk member having a hole formed in the center.
  • the heat exchanger unit part 23A includes an annular side part 231a, an inner annular side part 231b, an annular side part 231c, and an outer annular side part 231d so as to form an internal space 232 through which the heat exchange medium flows. Are connected.
  • the annular side portion 231a and the annular side portion 231c are side surfaces arranged opposite to each other and having the same shape.
  • the annular side portion 231a and the annular side portion 231c are annular disk members each having a hole formed in the central portion.
  • the inner annular side portion 231b is an annular member that connects the inner circular portion of the annular side portion 231a and the inner circular portion of the annular side portion 231c.
  • the outer annular side portion 231d is an annular member that connects the outer circular portion of the annular side portion 231a and the outer circular portion of the annular side portion 231c.
  • the internal space 232 is formed by connecting the annular side portion 231a, the inner annular side portion 231b, the annular side portion 231c, and the outer annular side portion 231d.
  • annular side portion 231a, the inner annular side portion 231b, the annular side portion 231c, and the outer annular side portion 231d are connected in consideration of manufacturability and the like. It is arbitrarily selected.
  • the heat exchange medium flowing in from the medium inlet 21 flows into each of the internal spaces 232 of the heat exchanger single component 23A configured as described above, and the flowed heat exchange medium flows out after exchanging heat with the exhaust gas. Then, it flows out from the medium outlet 22. As described above, in the heat exchanger 40, the heat exchange medium flows inside the heat exchanger single component 23A, while the exhaust gas flows in the internal heat exchange flow path 401 between the plurality of heat exchanger single components 23A. Heat exchange.
  • diffusion means for diffusing exhaust gas flowing between the plurality of heat exchanger unit parts 23A into the internal heat exchange channel 401, which is a space between the plurality of heat exchanger unit parts 23A. is there.
  • the heat exchanger 40 is configured by arranging the plurality of heat exchanger unit parts 23A while ensuring a space for exhaust gas to pass between them, so that the first heat exchange flow path Exhaust gas from ZB1 toward the second heat exchange channel ZB2 can be passed through the internal heat exchange channel 401, which is a space between each of the plurality of heat exchanger unit parts 23A. Furthermore, even if the exhaust gas flowing into the first heat exchange flow path ZB1 is biased, a large amount of exhaust gas flows in by providing diffusion means for diffusing the exhaust gas flowing between the heat exchanger unit parts 23A into the space. The exhaust gas can be spread from the region where the exhaust gas flows into a region where a small amount of the exhaust gas flows. Therefore, exhaust gas can be spread over the entire heat exchanger 40, and heat exchange with the heat exchange medium can be performed more efficiently.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the I-I cross section of FIG.
  • four second convex portions 405 are arranged on the annular side portion 231a of the heat exchanger single component 23A.
  • the pipe 211 is a pipe connected to the medium inlet 21, and the pipe 221 is a pipe connected to the medium outlet 22.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the inner diffusion cylinder 50 used in the exhaust heat recovery apparatus HE.
  • FIG. 5 is a side view of the inner diffusion tube 50 shown in FIG.
  • the inner diffusion cylinder 50 has eight diffusion plates 502 (first plate portions) extending from the end ring 501 in the same direction.
  • a slit 503 is provided between each of the diffusion plates 502. Therefore, the inner diffusion cylinder 50 is formed with a slit along the longitudinal direction of the metal cylinder.
  • the inner diffusion cylinder 50 is disposed between the heat exchanger unit part 23 ⁇ / b> A and the inner cylinder 11.
  • the diffusion plate 502 of the inner diffusion cylinder 50 is provided as a diffusion means.
  • the diffusion plate 502 of the inner diffusion tube 50 is provided so as to partially restrict the inflow of exhaust gas from the first heat exchange flow path ZB1 to the plurality of heat exchanger unit parts 23A. . Since the diffusion plate 502 partially restricts the inflow of exhaust gas into the space between the heat exchanger single parts 23A, a large amount of exhaust gas flows in a partial area between the heat exchanger single parts 23A. Even if it is already restricted by the diffusion plate 502, an appropriate amount of exhaust gas can be introduced.
  • Excess exhaust gas that has been prevented from flowing in by the diffusion plate 502 flows around and flows into another region between the heat exchanger unit parts 23A.
  • the exhaust gas is exhausted from a region where a lot of exhaust gas flows into a region where a small amount of exhaust gas flows. Gas can be distributed.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view when the outer diffusion tube 60 is used together with the inner diffusion tube 50.
  • the outer diffusion cylinder 60 has four diffusion plates 602 (second plate portions) extending in the same direction from an end ring (not shown in the figure).
  • a slit 603 is provided between each of the diffusion plates 602.
  • the outer diffusion cylinder 60 is disposed between the heat exchanger unit part 23 ⁇ / b> B and the outer cylinder 20.
  • the diffusion plate 602 of the outer diffusion tube 60 is provided as a diffusion means instead of the second convex portion 405. Accordingly, the heat exchanger single component 23B is obtained by further removing the second convex portion 405 from the heat exchanger single component 23A.
  • the diffusion plate 602 of the outer diffusion cylinder 50 is provided so as to partially restrict the outflow of exhaust gas from between the plurality of heat exchanger unit parts 23B to the second heat exchange flow path ZB2. . Since the diffusion plate 602 partially restricts the exhaust gas from flowing between the heat exchanger single parts 23B to the second heat exchange flow path ZB2, the traveling direction of the exhaust gas flowing between the heat exchanger single parts 23B And the time during which the exhaust gas is in contact with the heat exchanger unit part 23B can be made longer. As a result, it is possible to ensure a long contact time between the exhaust gas and the heat exchanger single component 23B by a simple method of providing the diffusion plate 602 in the second heat exchange flow path ZB2 outside the heat exchanger single component 23B. And heat exchange efficiency can be increased.
  • the slit 503 and the slit 603 are formed as slits having the same width in the longitudinal direction. However, depending on how the exhaust gas is allowed to flow between the individual parts of the heat exchanger.
  • the width of the slit can take various forms.
  • exhaust gas is introduce
  • Appropriate diffusion plate configuration when introducing exhaust gas, and appropriate diffusion plate configuration when introducing exhaust gas from the upstream side of the heat exchanger 40 and introducing exhaust gas between the heat exchanger unit parts 23A Is different.
  • the technique of controlling the introduction of exhaust gas by employing the inner diffusion cylinder 50 or the outer diffusion cylinder 60 as in the present embodiment is remarkable in that it can cope with such various exhaust gas introduction modes. have.
  • FIG. 7 is a side view showing an inner diffusion cylinder 51 which is a first modification of the inner diffusion cylinder 50 shown in FIGS. 4 and 5.
  • the inner diffusion cylinder 51 eight diffusion plates 512 (first plate portions) extend from the end ring 511 in the same direction.
  • a slit 513 is provided between each of the diffusion plates 512.
  • the diffusing plate 512 is configured such that the width on the end ring 511 side is wide, and the width becomes narrower as it is separated from the end ring 511. Accordingly, the slit 513 is configured such that the width on the end ring 511 side is narrow, and the width increases as the distance from the end ring 511 increases.
  • the inflow between the heat exchanger unit parts 23A and 23B is restricted on the upstream side for the exhaust gas flow, and the inflow is made on the downstream side for the exhaust gas flow. By promoting, it is possible to uniformly introduce the exhaust gas between the heat exchanger unit parts 23A and 23B.
  • FIG. 8 is a side view showing an inner diffusion tube 61 which is a second modification of the inner diffusion tube 50 shown in FIGS. 4 and 5.
  • the inner diffusion tube 61 eight diffusion plates 612 (first plate portions) extend from the end ring 611 in the same direction.
  • a slit 613 is provided between each of the diffusion plates 612.
  • the diffuser plate 612 is configured such that the width on the end ring 611 side is narrow, the width increases as the distance from the end ring 611 increases, and the width decreases again from near the center. Therefore, the slit 613 is configured so that the width on the end ring 511 side is wide, the width becomes narrower as the distance from the end ring 511 increases, and the width is increased again from the vicinity of the center.
  • the exhaust gas can be introduced from the vicinity of the center, and in the vicinity of the center on the upstream side of the exhaust gas flow, the inflow between the heat exchanger unit parts 23A and 23B is regulated, By promoting the inflow in the vicinity of both ends, which are the downstream side of the exhaust gas flow, the exhaust gas can be introduced uniformly between the heat exchanger unit parts 23A and 23B.
  • FIG. 9 is a side view showing an inner diffusion cylinder 71 which is a third modification of the inner diffusion cylinder 50 shown in FIGS. 4 and 5.
  • eight diffusion plates 712 (first plate portions) extend from the end ring 711 in the same direction.
  • a slit 713 is provided between each of the diffusion plates 712.
  • the diffuser plate 712 is configured such that the width on the end ring 711 side is wide, the width becomes narrower as the distance from the end ring 711 increases, and the width becomes narrower again from the vicinity of the center. Therefore, the slit 713 is configured such that the width on the end ring 711 side is narrow, the width increases as the distance from the end ring 711 increases, and the width decreases again from near the center.
  • the diffusion plate 712 is connected to the end ring 714 at the end opposite to the end ring 711.
  • exhaust gas can be introduced from both the upstream end and the downstream end, and the heat exchanger alone is provided on the end ring 711 and end ring 714 side that are upstream for the exhaust gas flow.
  • the introduction of exhaust gas between the heat exchanger unit parts 23A and 23B is restricted by restricting the inflow between the parts 23A and 23B and promoting the inflow near the center on the downstream side of the exhaust gas flow. It can be done evenly.
  • FIG. 9 is a side view showing an inner diffusion cylinder 81 which is a fourth modification of the inner diffusion cylinder 50 shown in FIGS. 4 and 5.
  • a cylindrical diffusion plate 813 first plate portion
  • a circular hole 812 is provided in the diffusion plate 813.
  • the circular hole 812 is provided at a place where it is desired to more easily introduce the exhaust gas.
  • the exhaust gas can be introduced to an arbitrary place from the upstream to the downstream, and the inflow between the heat exchanger unit parts 23A and 23B is restricted on the upstream side of the exhaust gas flow.
  • the exhaust gas can be introduced uniformly between the heat exchanger unit parts 23A and 23B.
  • HE Exhaust heat recovery device 10: Upstream exhaust pipe 11: Inner cylinder 12: Downstream exhaust pipe 20: Outer cylinder 21: Medium inlet section 22: Medium outlet section 23A: Heat exchanger single component 24: Upstream end plate 25 : Downstream end plate 30: switching valve ZA: upstream main flow path ZB: heat exchange flow path ZB1: inner flow path ZB2: outer flow path ZC: downstream main flow path 112: side outlet 113: main outlet 201: sub-flow Outlet 211: Pipe 221: Pipe 231a: Annular side 231b: Inner annular side 231c: Annular side 231d: Outer annular side 232: Internal space 401: Internal heat exchange channel

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Abstract

排気熱回収装置は、熱交換領域に流れ込む排気ガスを熱交換領域の周方向に拡散させる拡散手段としての拡散板５０２が配置されてなる。

Description

排気熱回収装置
　本発明は、内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置に関する。
　内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置として、様々な態様のものが提案されている。下記特許文献１に開示された排気熱回収装置は、消音機構が形成された内側空間と、熱交換器が配置された外側空間とを形成するように、複数の筒状部材を配置した構成を採用している。この排気熱回収装置は、内側空間の下流側に配置した開閉弁を閉じると排気ガスが外側空間に流れ込み、熱交換器において熱交換媒体との間で熱交換を行なって下流側に流れ出るように構成されている。一方、開閉弁を開くと排気ガスが内側空間に流れ込み、熱交換を行わないで下流側に流れ出るように構成されている。
　下記特許文献２に開示された排気熱回収装置は、内側空間と、熱交換器が配置された外側空間とを形成するように、複数の筒状部材を配置した構成を採用している。この排気熱回収装置は、内側空間の下流側に配置した遮断弁を閉じると排気ガスが外側空間に流れ込み、熱交換器において熱交換媒体との間で熱交換を行なって下流側に流れ出るように構成されている。一方、遮断弁を開くと排気ガスが内側空間に流れ込み、熱交換を行わないで下流側に流れ出るように構成されている。
　更に、下記特許文献２に開示された熱交換器は、中空で偏平で円形のドーナツ形状から上下を直線的に切り取った一対の切欠部を有するチューブとして形成された複数の偏平チューブを、互いに重なり合うように積層してチューブ積層体を構成することで形成されている。このチューブ積層体は、排気流入側エンドプレートと、排気流出側エンドプレートとによってケースに取り付けられている。排気流入側エンドプレートに設けられた一つの切欠部は、チューブ積層体の一方の切欠部に対応するように配置されている。また、排気流出側エンドプレートに設けられた一つの切欠部は、チューブ積層体の他方の切欠部に対応するように配置されている。
　下記特許文献２に開示された排気熱回収装置は、内燃機関の暖機時には遮断弁を閉じ、排気ガスをチューブ積層体側に一方の切欠部から流出させ、各偏平チューブの隙間を全体として上方から下方に流す。その排ガス流入と共に、熱交換媒体を各偏平チューブ内に全体として下方から上方に流して排気ガスと熱交換媒体との熱交換を行ない、排気の熱を回収する。
特開２００７?２７０７０２号公報 特開２００９?１１４９９５号公報
　排気熱回収装置は、熱交換器の適切な個所に適切な量の排気ガスを流しこむことで、効率的な熱交換が図れるものである。しかしながら、上記特許文献１に記載の排気熱回収装置も、上記特許文献２に記載の排気熱回収装置も、熱交換器への適切な排気ガスの流入については検討しておらず、必ずしも効率のよい排気熱回収装置を提供できるものではなかった。
　本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換器の適切な個所に適切な量の排気ガスを流し込むことが可能な排気熱回収装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために本発明に係る排気熱回収装置は、内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置であって、（１）上流側から流れ込む排気ガスを受け入れる受入口と、その受け入れた排気ガスを下流側に送り出す主送出口と、を繋ぐ主流路の少なくとも一部を形成する内側部材と、（２）内側部材を囲むように配置され、内側部材との間で熱交換流路を形成する外側部材と、（３）熱交換流路において内側部材を囲むように配置され、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、（４）主流路に受け入れた排気ガスを主流路に通過させて主送出口に流す第１モードと、主流路に受け入れた排気ガスを熱交換流路に経由させて前記主送出口とは異なる副送出口に流す第２モードと、を切り替える切替器と、を備える。本発明では、熱交換器は、内側部材及び外側部材それぞれに沿った形状を成すと共に、互いに所定の間隔をおいて積層配置された複数の熱交換器単体部品を有し、熱交換器単体部品の内部に熱交換媒体が流れる一方で、複数の熱交換器単体部品の間における熱交換領域に排気ガスが流れることで熱交換を行うものである。更に本発明では、熱交換領域に流れ込む排気ガスを、熱交換領域の周方向に拡散させる拡散手段が配置されている。
　本発明によれば、熱交換器を、複数の熱交換器単体部品を互いの間に排気ガスが通過する熱交換領域を確保しながら配置することで構成しているので、内側部材側から外側部材側に向かう排気ガスや外側部材側から内側部材側に向かう排気ガスを、熱交換領域を通しながら流すことができる。更に、流れ込む排気ガスが周方向において偏っていたとしても、熱交換領域に流れ込む排気ガスをその空間に拡散させる拡散手段を設けているので、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。従って、熱交換器全体に排気ガスを行き渡らせることができ、熱交換媒体との間の熱交換をより効率的に行うことができる。
　また本発明に係る排気熱回収装置では、拡散手段は、熱交換領域に入り込む排気ガスの流れを部分的に規制するものであることも好ましい。
　この好ましい態様では、熱交換領域への排気ガスの流入を部分的に規制しているので、熱交換領域の一部に多くの排気ガスが偏って流れ込もうとしても規制され、適量の排気ガスを流入させることができる。流入を阻止された余剰の排気ガスは、熱交換領域の他の領域に回りこんで流入する。結果として、熱交換領域への排気ガスの流れを部分的に規制するという簡単な手法で、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。
　また本発明に係る排気熱回収装置では、拡散手段は、熱交換器の内側側面又は外側側面に沿って配置され、熱交換領域への排気ガスの流入を規制する第１板部を有することも好ましい。
　この好ましい態様では、第１板部が熱交換領域への排気ガスの流入を部分的に規制しているので、熱交換領域の一部に多くの排気ガスが偏って流れ込もうとしても第１板部に規制され、適量の排気ガスを流入させることができる。第１板部によって流入を阻止された余剰の排気ガスは、熱交換領域の他の領域に回りこんで流入する。結果として、熱交換器の内側側面又は外側側面に沿って第１板部を設けるという簡単な手法で、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。
　また本発明に係る排気熱回収装置では、拡散手段は、熱交換領域から流れ出る排気ガスの流れを部分的に規制するものであることも好ましい。
　この好ましい態様では、熱交換領域からの排気ガスの流出を部分的に規制しているので、熱交換領域に流入した排気ガスの進行方向を変化させ、排気ガスが熱交換器単体部品に接触している時間をより長いものとすることができる。結果として、熱交換領域から流れ出る排気ガスを部分的に規制するという簡単な手法で、排気ガスと熱交換器単体部品との接触時間を長く確保することができ、熱交換効率を上昇させることができる。
　また本発明に係る排気熱回収装置では、拡散手段は、熱交換器の内側側面又は外側側面に沿って配置され、熱交換領域からの排気ガスの流出を規制する第２板部を有することも好ましい。
　この好ましい態様では、第２板部が熱交換領域からの排気ガスの流出を部分的に規制しているので、熱交換領域に流入した排気ガスの進行方向を変化させ、排気ガスが熱交換器単体部品に接触している時間をより長いものとすることができる。結果として、熱交換器の内側側面又は外側側面に沿って第２板部を設けるという簡単な手法で、排気ガスと熱交換器単体部品との接触時間を長く確保することができ、熱交換効率を上昇させることができる。
　本発明によれば、熱交換器の適切な個所に適切な量の排気ガスを流し込むことが可能な排気熱回収装置を提供することができる。
本発明の実施形態である排気熱回収装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態である排気熱回収装置の部分的な概略断面図である。 図２に示す熱交換器単体部品のＩ?Ｉ断面を示す概略断面図である。 図１から図３に示す排気熱回収装置に用いられる内側拡散筒を示す斜視図である。 図４に示す内側拡散筒の側面図である。 内側拡散筒と共に外側拡散筒を用いた場合の概略断面図である。 図４及び図５に示す内側拡散筒の第１変形例を示す側面図である。 図４及び図５に示す内側拡散筒の第２変形例を示す側面図である。 図４及び図５に示す内側拡散筒の第３変形例を示す側面図である。 図４及び図５に示す内側拡散筒の第４変形例を示す側面図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
　図１を参照しながら、本発明の実施形態である排気熱回収装置について説明する。図１は、本発明の実施形態である排気熱回収装置ＨＥの概略構成を示す斜視図である。排気熱回収装置ＨＥは、例えば自動車に搭載され、自動車の内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行うものであって、上流側から流れ込む排気ガスを受け入れる受入口ＨＥａと、その受け入れた排気ガスを下流側に送り出す主送出口ＨＥｂとが設けられている。
　排気熱回収装置ＨＥは、上流側排気管１０と、内筒１１と、外筒２０と、媒体入口部２１と、媒体出口部２２と、上流側エンドプレート２４と、切替バルブ３０（切替器）とを備えている。上流側排気管１０と内筒１１とは繋がれており、排気ガスが流れる主流路を構成している。従って、内筒１１は、受入口ＨＥａと主送出口ＨＥｂとを繋ぐ主流路の一部を形成している。
　外筒２０は、内筒１１を同軸上において囲むように配置され、内筒１１との間に熱交換流路を形成するものである。媒体入口部２１は、熱交換流路内の熱交換器（図１には明示しない）に熱交換媒体を供給する入口となる部分である。媒体出口部２２は、媒体入口部２１から供給され、排気ガスとの間で熱交換を行った熱交換媒体を排出する出口となる部分である。熱交換媒体としては、内燃機関の冷却に用いる液体が用いられる。
　切替バルブ３０は、内筒１１の下流側である主送出口ＨＥｂに設けられており、主流路末端の流路開閉を行うバルブである。
　続いて、図２を参照しながら、排気熱回収装置ＨＥについて説明を続ける。図２は、排気熱回収装置ＨＥの部分的な概略断面図である。既に説明したように、上流側排気管１０と内筒１１とは連接され、上流側主流路ＺＡを形成している。外筒２０は内筒１１と中心軸を共有するように配置され、外筒２０の内径は内筒１１の外径よりも大きくなるように構成されている。従って、内筒１１と外筒２０との間には空間が形成され、熱交換流路ＺＢを形成している。
　内筒１１と外筒２０とを繋ぐように、上流側エンドプレート２４が配置されている。上流側エンドプレート２４は、外筒２０の上流端近傍と内筒１１の外周とを繋ぐように固定されて成る環状のプレートである。上流側エンドプレート２４は、熱交換流路ＺＢの上流端を閉塞するように配置されている。
　このように、内筒１１と外筒２０との間に熱交換流路ＺＢの上流端を閉塞する上流側エンドプレート２４を配置することで、上流側から熱交換流路ＺＢに排気ガスが入り込むことを確実に防止し、側部流出口１１２から熱交換流路ＺＢに排気ガスが流れ込む第１モードの排気ガス流れを確保することができる。
　熱交換流路ＺＢには、熱交換器４０が配置されている。熱交換器４０は、熱交換流路ＺＢにおいて内筒１１を囲むように配置され、外形が円筒形状をなすものであって、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行うものである。熱交換器４０は、内筒１１から所定の距離をおいて離隔するように配置されていると共に、外筒２０からも所定の距離をおいて離隔するように配置されている。このように熱交換器４０を配置することで、熱交換器４０と内筒１１との間には第１熱交換流路ＺＢ１が形成されると共に、熱交換器４０と外筒２０との間には第２熱交換流路ＺＢ２が形成される。
　内筒１１の下流端には、上流側主流路ＺＡから第１熱交換流路ＺＢ１に排気ガスを流出させるための側部流出口１１２（熱交流出口）が形成されている。側部流出口１１２は、受入口ＨＥａよりも主送出口ＨＥｂ側に形成されている。より具体的には、側部流出口１１２は、熱交換流路ＺＢの下流端近傍において、内筒１１の側面が開口するように形成されている。
　内筒１１と外筒２０との間には、側部流出口１１２から流れ出す排気ガスを第１熱交換流路ＺＢ１に導くように、第１熱交換流路ＺＢ１の下流端を閉塞する下流側エンドプレート２５が配置されている。下流側エンドプレート２５は、側部流出口１１２よりも下流側の内筒１１若しくは切替バルブ３０と、熱交換器４０の下流側端部とを繋ぐように配置されている。一方で、下流側エンドプレート２５は、外筒２０には繋がれておらず、外筒２０との間に副送出口２０１が形成されている。
　このように、内筒１１と外筒２０との間に第１熱交換流路ＺＢ１の下流端を閉塞する下流側エンドプレート２５を配置することで、側部流出口１１２から流れ出す排気ガスを確実に第１熱交換流路ＺＢ１に導入することができる。従って、側部流出口１１２から流れ出た排気ガスが最初に第１熱交換流路ＺＢ１に入り、熱交換器４０を径方向に横切りながら熱交換を行い第２熱交換流路ＺＢ２に流れ出す第２モードの排気ガス流れを確保することができる。第２熱交換流路ＺＢ２に流れ込んだ排気ガスは、副送出口２０１から下流側主流路ＺＣに流れる。
　内筒１１の下流端及び上流側主流路ＺＡと下流側主流路ＺＣとの境界位置に、切替バルブ３０が配置されている。切替バルブ３０を覆い、下流側主流路ＺＣを形成するように、下流側排気管１２が設けられている。下流側排気管１２は、外筒２０の下流側に繋がれた管路である。
　上述した構成によって、切替器である切替バルブ３０の開閉により、上流側主流路ＺＡに受け入れた排気ガスを上流側主流路ＺＡに通過させて主送出口ＨＥｂに流す第１モードと、上流側主流路ＺＡに受け入れた排気ガスを上流側主流路ＺＡから熱交換流路ＺＢを経由して副送出口２０１に流す第２モードとが選択的に可能となる。
　排気熱回収装置ＨＥにおいては、上述したように、熱交換器４０と内筒１１との間に第１熱交換流路ＺＢ１が形成され、熱交換器４０と外筒２０との間に第２熱交換流路ＺＢ２が形成され、上流側主流路ＺＡから第１熱交換流路ＺＢ１に排気ガスが流れ出す側部流出口１１２が上流側、第１熱交換流路ＺＢ１の主送出口ＨＥｂが下流側に形成されている。更に、排気熱回収装置ＨＥにおいては、第２モードにおいて排気ガスは側部流出口１１２から熱交換流路ＺＢに流れ出し、熱交換流路ＺＢに流れ出した排気ガスが、第１熱交換流路ＺＢ１から熱交換器４０の内側から外側に向かう径方向に流れて第２熱交換流路ＺＢ２に至るものであって、その流れる間に熱交換器４０において熱交換を行う。
　本実施形態によれば、上流側主流路ＺＡから第１熱交換流路ＺＢ１に排気ガスが流れ出す側部流出口１１２が、第１熱交換流路ＺＢ１の主送出口ＨＥｂ側端部に形成されているので、切替バルブ３０の近傍に側部流出口１１２を形成することができる。このように側部流出口１１２の配置を工夫することで、切替バルブ３０を操作して第１モードの排気ガス流れを形成した場合に、側部流出口１１２から熱交換流路ＺＢを経由して副送出口２０１に至る経路と、上流側主流路ＺＡから下流側主流路ＺＣに至る主流路との間の圧力差を小さくすることができる。従って、第１モードの際に排気ガスを熱交換流路ＺＢ側に入り込ませず、そのまま主流路を経由して主送出口ＨＥｂから下流側主流路ＺＣに向けて流すことができる。
　更に、第２モードにおいて切替バルブを操作し、主流路の途中である上流側主流路ＺＡの下流端を閉塞すると、排気ガスは側部流出口１１２から熱交換流路ＺＢに流れ出る。本実施形態では、熱交換流路ＺＢに流れ出した排気ガスが、第１熱交換流路ＺＢ１から熱交換器４０の内側から外側に向かう径方向に流れて第２熱交換流路ＺＢ２に至るように構成されているので、熱交換器４０全体にくまなく、ほぼ均一に排気ガスを行き渡らせて熱交換媒体との間で熱交換を行うことができる。従って、第２モードの際に熱交換器４０全体に排気ガスを行き渡らせることができ、熱交換効率を高めることができる。
　このように排気ガスを、熱交換器４０の径方向に横切らせるように流す工夫について、詳細に説明する。熱交換器４０は、内筒１１及び外筒２０に沿った形状を成すと共に互いに所定の間隔をおいて積層配置可能なように形成された複数の熱交換器単体部品２３Ａを有する。
　複数の熱交換器単体部品２３Ａは、互いに離隔して積層配置されることで、内部熱交換流路４０１を形成している。熱交換器単体部品２３Ａは、中央部に穴が形成された環形状の円盤部材である。熱交換器単体部品２３Ａは、熱交換媒体が流通する内部空間２３２を形成するように、環状側部２３１ａと、内側円環側部２３１ｂと、環状側部２３１ｃと、外側円環側部２３１ｄとが繋がれて構成されている。
　環状側部２３１ａと環状側部２３１ｃとは、対向配置され互いに同形状を成す側面である。環状側部２３１ａ及び環状側部２３１ｃは、中央部に穴が形成された環形状の円盤部材である。
　内側円環側部２３１ｂは、環状側部２３１ａの内側円部分と環状側部２３１ｃの内側円部分とを繋ぐ円環状の部材である。外側円環側部２３１ｄは、環状側部２３１ａの外側円部分と環状側部２３１ｃの外側円部分とを繋ぐ円環状の部材である。環状側部２３１ａと、内側円環側部２３１ｂと、環状側部２３１ｃと、外側円環側部２３１ｄとが繋がれることで、内部空間２３２が形成される。尚、環状側部２３１ａと、内側円環側部２３１ｂと、環状側部２３１ｃと、外側円環側部２３１ｄとを、それぞれどのような態様で繋ぎ合わせるかは、製造容易性等を考慮して任意に選択されるものである。
　このように構成された熱交換器単体部品２３Ａの内部空間２３２それぞれには、媒体入口部２１から流入した熱交換媒体が流れ込み、流れ込んだ熱交換媒体は排気ガスと熱交換を行った後に流出し、媒体出口部２２から外部に流れ出る。このように、熱交換器４０は、熱交換器単体部品２３Ａの内部に熱交換媒体が流れる一方で、複数の熱交換器単体部品２３Ａの間の内部熱交換流路４０１に排気ガスが流れることで熱交換を行うものである。
　また、複数の熱交換器単体部品２３Ａの間に流れ込む排気ガスを、複数の熱交換器単体部品２３Ａの間の空間である内部熱交換流路４０１に拡散させる拡散手段を設けることが好ましいものである。
　本実施形態では、熱交換器４０を、複数の熱交換器単体部品２３Ａを互いの間に排気ガスが通過する空間を確保しながら配置することで構成しているので、第１熱交換流路ＺＢ１から第２熱交換流路ＺＢ２に向かう排気ガスを、複数の熱交換器単体部品２３Ａそれぞれの間の空間である内部熱交換流路４０１を通しながら流すことができる。更に、第１熱交換流路ＺＢ１に流れ込む排気ガスが偏っていたとしても、熱交換器単体部品２３Ａ間に流れ込む排気ガスをその空間に拡散させる拡散手段を設けることで、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。従って、熱交換器４０全体に排気ガスを行き渡らせることができ、熱交換媒体との間の熱交換をより効率的に行うことができる。
　拡散手段の具体的な一例について、図３を参照しながら説明する。図３は、図２のＩ?Ｉ断面を示す概略断面図である。図３に示すように、熱交換器単体部品２３Ａの環状側部２３１ａには、４つの第２凸部４０５が配置されている。管路２１１は媒体入口部２１に繋がる管路であり、管路２２１は媒体出口部２２に繋がる管路である。
　熱交換器単体部品２３Ａと内筒１１との間には、８つの拡散板５０２（第１板部、拡散手段）が互いに離隔するように配置されている。隣接する拡散板５０２の間には、スリット５０３が形成されている。拡散板５０２は、内側拡散筒５０として形成されているので、その形態について図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、排気熱回収装置ＨＥに用いられる内側拡散筒５０を示す斜視図である。図５は、図４に示す内側拡散筒５０の側面図である。
　図４及び図５に示すように、内側拡散筒５０は、端部リング５０１から同じ方向に８本の拡散板５０２（第１板部）が延びている。拡散板５０２それぞれの間には、スリット５０３が設けられている。従って、内側拡散筒５０は、金属円筒の長手方向に沿ったスリットを形成したものである。
　図３に示すように、内側拡散筒５０は、熱交換器単体部品２３Ａと内筒１１との間に配置される。内側拡散筒５０の拡散板５０２は、拡散手段として設けられるものである。このように、内側拡散筒５０の拡散板５０２は、第１熱交換流路ＺＢ１から複数の熱交換器単体部品２３Ａの間への排気ガスの流入を部分的に規制するように設けられている。拡散板５０２が熱交換器単体部品２３Ａ間の空間への排気ガスの流入を部分的に規制しているので、熱交換器単体部品２３Ａ間の一部領域に多くの排気ガスが偏って流れ込もうとしても拡散板５０２に規制され、適量の排気ガスを流入させることができる。拡散板５０２によって流入を阻止された余剰の排気ガスは、熱交換器単体部品２３Ａ間の他の領域に回りこんで流入する。結果として、熱交換器単体部品２３Ａの内側の第１熱交換流路ＺＢ１に拡散板５０２を設けるという簡単な手法で、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。
　内側に拡散板５０２を用いたのと同様に、第２凸部４０５の代わりに拡散板を有する外側拡散筒を用いることも好ましい態様である。図６は、内側拡散筒５０と共に外側拡散筒６０を用いた場合の概略断面図である。
　外側拡散筒６０は、端部リング（図に明示せず）から同じ方向に４本の拡散板６０２（第２板部）が延びているものである。拡散板６０２それぞれの間には、スリット６０３が設けられている。
　図８に示すように、外側拡散筒６０は、熱交換器単体部品２３Ｂと外筒２０との間に配置される。外側拡散筒６０の拡散板６０２は、第２凸部４０５の代わりに拡散手段として設けられるものである。従って、熱交換器単体部品２３Ｂは、熱交換器単体部品２３Ａから更に第２凸部４０５を取り除いたものとなっている。
　このように、外側拡散筒５０の拡散板６０２は、複数の熱交換器単体部品２３Ｂの間から第２熱交換流路ＺＢ２への排気ガスの流出を部分的に規制するように設けられている。拡散板６０２が熱交換器単体部品２３Ｂ間から第２熱交換流路ＺＢ２への排気ガスの流出を部分的に規制しているので、熱交換器単体部品２３Ｂ間に流入した排気ガスの進行方向を変化させ、排気ガスが熱交換器単体部品２３Ｂに接触している時間をより長いものとすることができる。結果として、熱交換器単体部品２３Ｂの外側の第２熱交換流路ＺＢ２に拡散板６０２を設けるという簡単な手法で、排気ガスと熱交換器単体部品２３Ｂとの接触時間を長く確保することができ、熱交換効率を上昇させることができる。
　尚、上述した内側拡散筒５０や外側拡散筒６０では、スリット５０３及びスリット６０３を長手方向に同じ幅のスリットとして形成したけれども、排気ガスをどのように熱交換器単体部品間に流したいかによって、スリットの幅は様々な態様を取りうるものである。
　これは、熱交換器４０に対してどのように排気ガスを導入するかにもよるものである。本実施形態のように、熱交換器４０の下流側から排気ガスを導入し、熱交換器４０の下流側から上流側に向けて排気ガスを流して、熱交換器単体部品２３Ａ間に徐々に排気ガスを導入する場合に適切な拡散板の形態と、熱交換器４０の上流側から排気ガスを導入して熱交換器単体部品２３Ａ間に排気ガスを導入する場合に適切な拡散板の形態とは異なってくる。本実施形態のように内側拡散筒５０や外側拡散筒６０を採用して排気ガスの導入をコントロールする技術は、このような様々な排気ガスの導入態様に対応することができる点で顕著な効果を有している。
　図７は、図４及び図５に示す内側拡散筒５０の第１変形例である、内側拡散筒５１を示す側面図である。内側拡散筒５１は、端部リング５１１から同じ方向に８本の拡散板５１２（第１板部）が延びている。拡散板５１２それぞれの間には、スリット５１３が設けられている。拡散板５１２は、端部リング５１１側の幅が広く、端部リング５１１から離れるに従ってその幅が狭くなるように構成されている。従って、スリット５１３は、端部リング５１１側の幅が狭く、端部リング５１１から離れるに従ってその幅が広くなるように構成されている。排気ガスは、端部リング５１１側から入り込むので、排気ガス流にとっての上流側においては熱交換器単体部部品２３Ａ，２３Ｂ間への流入を規制し、排気ガス流にとっての下流側においては流入を促進することで、熱交換器単体部部品２３Ａ，２３Ｂ間への排気ガスの導入をむら無く行うことができる。
　図８は、図４及び図５に示す内側拡散筒５０の第２変形例である、内側拡散筒６１を示す側面図である。内側拡散筒６１は、端部リング６１１から同じ方向に８本の拡散板６１２（第１板部）が延びている。拡散板６１２それぞれの間には、スリット６１３が設けられている。拡散板６１２は、端部リング６１１側の幅が狭く、端部リング６１１から離れるに従ってその幅が広くなり、中央付近から再び幅が狭くなるように構成されている。従って、スリット６１３は、端部リング５１１側の幅が広く、端部リング５１１から離れるに従ってその幅が狭くなり、中央付近から再び幅が広くなるように構成されている。このように構成することで、排気ガスを中央付近から導入することができ、排気ガス流にとっての上流側である中央近傍においては熱交換器単体部部品２３Ａ，２３Ｂ間への流入を規制し、排気ガス流にとっての下流側である両端部近傍においては流入を促進することで、熱交換器単体部部品２３Ａ，２３Ｂ間への排気ガスの導入をむら無く行うことができる。
　図９は、図４及び図５に示す内側拡散筒５０の第３変形例である、内側拡散筒７１を示す側面図である。内側拡散筒７１は、端部リング７１１から同じ方向に８本の拡散板７１２（第１板部）が延びている。拡散板７１２それぞれの間には、スリット７１３が設けられている。拡散板７１２は、端部リング７１１側の幅が広く、端部リング７１１から離れるに従ってその幅が狭くなり、中央付近から再び幅が狭くなるように構成されている。従って、スリット７１３は、端部リング７１１側の幅が狭く、端部リング７１１から離れるに従ってその幅が広くなり、中央付近から再び幅が狭くなるように構成されている。また、内側拡散筒７１では、拡散板７１２は端部リング７１１とは反対側の端においても端部リング７１４と繋がれている。このように構成することで、排気ガスを上流端及び下流端の双方から導入することができ、排気ガス流にとっての上流側である端部リング７１１及び端部リング７１４側においては熱交換器単体部部品２３Ａ，２３Ｂ間への流入を規制し、排気ガス流にとっての下流側である中央近傍においては流入を促進することで、熱交換器単体部部品２３Ａ，２３Ｂ間への排気ガスの導入をむら無く行うことができる。
　図９は、図４及び図５に示す内側拡散筒５０の第４変形例である、内側拡散筒８１を示す側面図である。内側拡散筒８１は、端部リング８１１から同じ方向に円筒状の拡散板８１３（第１板部）が延びている。拡散板８１３には、円孔８１２が設けられている。円孔８１２は、排気ガスをより導入しやすくしたい場所に設けられている。このように構成することで、排気ガスを上流から下流にかけての任意の場所に導入することができ、排気ガス流にとっての上流側においては熱交換器単体部部品２３Ａ，２３Ｂ間への流入を規制し、排気ガス流にとっての下流側においては流入を促進することで、熱交換器単体部部品２３Ａ，２３Ｂ間への排気ガスの導入をむら無く行うことができる。
　上記実施形態は、一例に過ぎず、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
ＨＥ：排気熱回収装置
１０：上流側排気管
１１：内筒
１２：下流側排気管
２０：外筒
２１：媒体入口部
２２：媒体出口部
２３Ａ：熱交換器単体部品
２４：上流側エンドプレート
２５：下流側エンドプレート
３０：切替バルブ
ＺＡ：上流側主流路
ＺＢ：熱交換流路
ＺＢ１：内側流路
ＺＢ２：外側流路
ＺＣ：下流側主流路
１１２：側部流出口
１１３：主流出口
２０１：副流出口
２１１：管路
２２１：管路
２３１ａ：環状側部
２３１ｂ：内側円環側部
２３１ｃ：環状側部
２３１ｄ：外側円環側部
２３２：内部空間
４０１：内部熱交換流路

Claims (5)

  1. 　内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置であって、
    　上流側から流れ込む排気ガスを受け入れる受入口と、その受け入れた排気ガスを下流側に送り出す主送出口と、を繋ぐ主流路の少なくとも一部を形成する内側部材と、
    　前記内側部材を囲むように配置され、前記内側部材との間で熱交換流路を形成する外側部材と、
    　前記熱交換流路において前記内側部材を囲むように配置され、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
    　前記主流路に受け入れた排気ガスを前記主流路に通過させて前記主送出口に流す第１モードと、前記主流路に受け入れた排気ガスを前記熱交換流路に経由させて前記主送出口とは異なる副送出口に流す第２モードと、を切り替える切替器と、を備え、
    　前記熱交換器は、前記内側部材及び前記外側部材それぞれに沿った形状を成すと共に、互いに所定の間隔をおいて積層配置された複数の熱交換器単体部品を有し、
    　前記熱交換器単体部品の内部に熱交換媒体が流れる一方で、複数の前記熱交換器単体部品の間における熱交換領域に排気ガスが流れることで熱交換を行うものであって、
    　前記熱交換領域に流れ込む排気ガスを、前記熱交換領域の周方向に拡散させる拡散手段が配置されてなることを特徴とする排気熱回収装置。
  2. 　前記拡散手段は、前記熱交換領域に入り込む排気ガスの流れを部分的に規制するものであることを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
  3. 　前記拡散手段は、前記熱交換器の内側側面又は外側側面に沿って配置され、前記熱交換領域への排気ガスの流入を規制する第１板部を有することを特徴とする請求項２に記載の排気熱回収装置。
  4. 　前記拡散手段は、前記熱交換領域から流れ出る排気ガスの流れを部分的に規制するものであることを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
  5. 　前記拡散手段は、前記熱交換器の内側側面又は外側側面に沿って配置され、前記熱交換領域からの排気ガスの流出を規制する第２板部を有することを特徴とする請求項４に記載の排気熱回収装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62112473U (ja) * 1985-12-27 1987-07-17
JPH0629444Y2 (ja) * 1988-02-10 1994-08-10 東洋ラジエーター株式会社 オイルクーラ
JP2009114995A (ja) * 2007-11-07 2009-05-28 Univ Of Tokyo 熱回収装置
JP2009144606A (ja) * 2007-12-14 2009-07-02 Futaba Industrial Co Ltd 排気熱回収装置
JP2012122471A (ja) * 2010-12-09 2012-06-28 Hyundai Motor Co Ltd 車両の排気熱回収装置
WO2012095947A1 (ja) * 2011-01-11 2012-07-19 国立大学法人東京大学 熱機関用熱交換装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62112473U (ja) * 1985-12-27 1987-07-17
JPH0629444Y2 (ja) * 1988-02-10 1994-08-10 東洋ラジエーター株式会社 オイルクーラ
JP2009114995A (ja) * 2007-11-07 2009-05-28 Univ Of Tokyo 熱回収装置
JP2009144606A (ja) * 2007-12-14 2009-07-02 Futaba Industrial Co Ltd 排気熱回収装置
JP2012122471A (ja) * 2010-12-09 2012-06-28 Hyundai Motor Co Ltd 車両の排気熱回収装置
WO2012095947A1 (ja) * 2011-01-11 2012-07-19 国立大学法人東京大学 熱機関用熱交換装置

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