JP2007032561A

JP2007032561A - 排気熱回収装置

Info

Publication number: JP2007032561A
Application number: JP2006171911A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Hase; 周一長谷
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】コンパクトであるとともに媒体の過熱を抑制可能な排気熱回収装置を提供する。
【解決手段】排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換経路１０と、熱交換経路１０を迂回するバイパス経路４とを隣接して配設するとともに、熱交換経路１０とバイパス経路４とを切替える切替手段５を設けた排気熱回収装置１において、熱交換経路１０とバイパス経路４との間に、断熱手段として遮熱部材７を設けて断熱層８を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関を搭載した車両などの排気系に設けられ、排気熱を回収し暖機などに利用するための排気熱回収装置に関する。

従来、この種の排気熱回収装置としては、車両の冷間時においては排気ガスを熱交換経路に導くことにより、回収した排気熱を内燃機関などの暖機に利用するとともに、暖機後は排気ガスをバイパス経路に導くことにより、冷却系への負荷を低減するようにしたものが知られている。さらに、例えば特許文献１に記載の排気熱回収装置は、熱交換経路とバイパス経路とを隣接した同心状に配設することにより、排気熱回収装置のコンパクト化を企図したものである。
実開昭６３−１１０６１５

しかし、上記特許文献１に記載された排気熱回収装置は、暖機後にバイパス経路側に排気ガスを導いた際にも、バイパス経路の壁面を通して熱交換経路側に排気熱が伝達し、媒体が過熱されることがあった。このため、冷却系への負荷が過大となることが懸念されていた。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換経路と、熱交換経路を迂回するバイパス経路とを隣接して配設するとともに、熱交換経路とバイパス経路とを切替える切替手段を設けた排気熱回収装置において、前記熱交換経路と前記バイパス経路との間に断熱手段を設けたことを特徴とする排気熱回収装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記熱交換経路の内側に前記バイパス経路を同軸状に配設したことを特徴とする排気熱回収装置である

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記熱交換経路と前記バイパス経路との間に遮熱部材を設けて断熱層を形成したことを特徴とする排気熱回収装置である。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、媒体が流通する媒体流路と前記遮熱部材とを離間するように設けたことを特徴とする排気熱回収装置である。

請求項５記載の発明は、請求項３または４記載の発明において、前記断熱層内に断熱材を配設したことを特徴とする排気熱回収装置である。

請求項６記載の発明は、請求項３乃至５記載の発明において、前記断熱層に連通可能な小孔を前記遮熱部材または前記バイパス経路の少なくとも一方に設けたことを特徴とする排気熱回収装置である。

本発明によれば、断熱手段を設けたことにより、バイパス経路の壁面を通して熱交換経路側に排気熱が伝達し、媒体が過熱されることを抑制できる。したがって、冷却系への過負荷を抑制することができる。

請求項４記載の発明によれば、さらに、排気ガスをバイパス経路に導いた際に、排気騒音を低減することができる。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図３に示す実施例に基づいて説明する。

図１は、実施例１の排気熱回収装置１を示す図であり、（ａ）は縦断面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。

排気熱回収装置１は車両などの排気系に配設され、図１に示すように上流側には上流側排気管Ｊが、下流側には下流側排気管Ｋがそれぞれ接続される。排気熱回収装置１のケーシングとして、両端に絞り加工された外筒２が設けられている。外筒２には、排気ガスとの間で熱交換が行なわれる媒体を排気熱回収装置に導入する導入ポート２ａと、導出する導出ポート２ｂとが形成されている。また、外筒２の内側には、螺旋状の溝３ａが複数条形成されたジャケット３が設けられ、媒体が外筒２とジャケット３との間に形成された媒体流路１１を流通可能になっている。

外筒２の中央部には、バイパス経路を形成するバイパスパイプ４が外筒２と同心状に設けられている。バイパスパイプ４の下流端には、切替手段である弁体５が弁軸６を中心に回動可能に設けられている。弁体５は、図示しない駆動手段および制御手段により、例えば排気温、内燃機関回転数、媒体温度などの条件に応じて、バイパスパイプ４の下流端を開放または閉塞する。

断熱手段として、バイパスパイプ４の外周に断熱層８を形成するとともに媒体流路１１と離間して遮熱部材７が設けられている。また、バイパスパイプ４の上流側には複数の連通孔９が設けられており、バイパスパイプ４が弁体５により閉塞された際に、排気ガスは連通孔９を通り、ジャケット３と遮熱部材７の間に形成された熱交換経路１０に導かれるようになっている。

実施例１の排気熱回収装置１の作用について説明する。例えば、未暖機状態などで媒体が所定の温度に達しておらず熱回収が必要な時には、弁体５はバイパスパイプ４の下流端を閉塞するように制御される。このため、上流側排気管Ｊから導かれた排気ガスは、バイパスパイプ４に設けられた連通孔９から熱交換経路１０を流通して、ジャケット３を介して媒体との間で熱交換が行なわれた後に、下流側排気管Ｋに導かれる。

その後、熱回収が不要になった時には、弁体５がバイパスパイプ４の下流端を開放するように制御され、排気ガスは抵抗の少ないバイパスパイプ４内を通って下流側排気管Ｋに導かれる。この時、断熱手段である遮熱部材７と断熱層８により、バイパスパイプ４内を通る排気ガスの排気熱が熱交換経路１０内に伝達することを抑制する。したがって、媒体が過熱されることを抑制することができる。

断熱層８内を脱気して真空断熱層とすることで、上述の効果を一層発揮することができる。また、アルミナやシリカなどを主成分としたガラスやセラミックにより形成された繊維状、スポンジ状、粒状などの断熱材を配設してもよい。また、遮熱部材７を設けることなく、断熱材を設けて断熱手段としてもよい。

また、上記実施例１においては、バイパスパイプ４の外側に遮熱部材７を設けたが、バイパスパイプ４の内側に遮熱部材７を設けて断熱層８を形成してもよい。

また、上記実施例１においては、外筒２の内側にジャケット３を設けて媒体と熱交換を行なうようにしたが、熱交換器として周知の多管式などの方式により熱交換を行なうようにしてもよい。

また、上記実施例１においては、バイパス経路が外筒２の中央側に位置するようにしたが、バイパス経路が熱交換経路の外側になるようにしてもよい。また、同心状に限らず熱交換経路とバイパス経路とは任意に隣接して配置することができる。

図２は、実施例２の排気熱回収装置２１を示す図であり、（ａ）は縦断面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。

実施例２は、図中にハッチングで示した断熱材であるグラスウール３２を断熱層８に略充満するように配設するとともに、バイパスパイプ４に断熱層８と連通可能な小孔３３を複数設けた点で実施例１と異なる。その他、実施例１と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。

実施例２も実施例１と同様の作用効果を発揮する。さらに、排気ガスがバイパスパイプ４を流通した際には、排気騒音が小孔３３を通ってグラスウール３２に到達する。このため、排気騒音を小孔による共鳴作用とグラスウールによる消音作用により低減することができる。

実施例２においても、実施例１で示したものと同様の設計変更を適宜適用することができる。また、グラスウール３２を断熱層８に配設せずに小孔３３のみとしても良い。さらに、小孔３３をルーバー孔などにすることにより、消音性能を向上させることができる。

図３は、実施例３の排気熱回収装置４１を示す縦断面図である。

実施例３の排気熱回収装置４１には、グラスウール３２に連通可能な小孔３４が遮熱部材３にも設けられている。また、小孔３４は上流側に、小孔３３は下流側にそれぞれ偏在するように設けられている。さらに、複数の小孔３６を備えたカバーパイプ３５が外筒２の内側に設けられ、カバーパイプ３５と外筒２の間に形成された間隙に、グラスウール３７（ハッチングで示す）が設けられている。その他、実施例２と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。

実施例３も実施例２と同様の作用効果を発揮する。さらに、排気ガスが熱交換経路１０を流通した際の排気騒音を低減することができる。

実施例３においても、実施例１で示したものと同様の設計変更を適宜適用することができる。

図４は、実施例４の排気熱回収装置５１を示す縦断面図である。

排気熱回収装置５１は、実施例２の排気熱回収装置２１の前部に保持マット５３を巻回した触媒担体５２を配設するとともに、コーン５４を配設してバイパスパイプ４に接続したものである。その他、実施例２と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。

実施例４も実施例２と同様の作用効果を発揮する。さらに、触媒作用により高温化した排気ガスの排気熱を速やかに回収することができ、排気熱回収効率を向上することができる。また、本実施例のように触媒担体やディーゼルパティキュレートフィルターなどと一体化することでコンパクト化でき、車両搭載性を向上することができる。

実施例４においても、実施例１および実施例２で示したものと同様の設計変更を適宜適用することができる。また、触媒担体５２はディーゼルパティキュレートフィルターなどと代替することができる。

図５は、実施例５の排気熱回収装置６１を示す図であり、（ａ）は縦断面図である。（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。

排気熱回収装置６１は、外筒２の内部に同軸状に内筒６２を配設することにより、外筒２と内筒６２の間にバイパス経路を形成したものである。また、内筒６２の外周には筒状の遮熱部材７を設け断熱層８を形成するとともに、断熱材であるグラスウール３２が断熱層８に略充満するように配設されている。

内筒６２の内部には両端にキャップ６４を備えた媒体パイプ６３を同軸状に配設するとともに、導入ポート６３ａと導出ポート６３ｂを設けることにより媒体流路１１が形成されている。媒体パイプ６３の外周には花弁状の伝熱フィン６５が設けられて、内筒６２と媒体パイプ６３との間に形成された熱交換経路１０を排気ガスが通る際の熱交換効率を向上させるようになている。また、外筒２の後端部には多数の連通孔６６ａを備えたセパレータ６６が設けられて、排気ガスがセパレータ６６を通過する際に排気騒音が低減されるようになっている。その他、実施例２と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。

実施例４も実施例２と同様の作用効果を発揮する。また、本実施例のように任意の消音構造一体化することでコンパクト化でき、車両搭載性を向上することができる。

実施例５においても、実施例１および実施例２で示したものと同様の設計変更を適宜適用することができる。

図６は、実施例６の排気熱回収装置７１を示す縦断面図である。

排気熱回収装置７１には、外筒２の内部を仕切板７４により２つの流路に区画するとともに、外筒２の両開口端に接続パイプ７２，７３が設けられている。区画された一方の流路内にはバイパス経路を形成するバイパスパイプ４が配設されている。バイパスパイプ４の外周の断熱層８内には実施例２と同様に断熱材であるグラスウール３２が断熱層８に略充満するように配設されている。他方の流路は熱交換経路１０であり、その内部には螺旋状に形成された媒体パイプ７５が設けられている。また、切替手段である弁体５が弁軸６を中心に回動可能に上流側の接続パイプ７２内部に設けられている。その他、実施例２と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する。

図７は、実施例７の排気熱回収装置８１を示す縦断面図である。

排気熱回収装置８１には、外筒２を貫通してバイパス経路であるバイパスパイプ４と内筒８２が設けられるとともに、バイパスパイプ４と内筒８２を接続する接続パイプ８４，８５が設けられている。外筒２内の断熱層８には実施例２と同様に断熱材であるグラスウール３２が略充満するように配設されている。内筒８２の内部にはジャケット３が設けられて、熱交換経路１０と媒体流路１１とが形成されている。また、切替手段である弁体５が弁軸６を中心に回動可能に上流側の接続パイプ８４内部に設けられている。その他、実施例２と同一の構成には同一の符号を付与しその説明を省略する

実施例６および実施例７においても実施例２と同様の作用効果を発揮する。また、実施例１および実施例２で示したものと同様の設計変更を適宜適用することができる。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に包含される。また、媒体への熱回収を主目的とする狭義の熱回収器（ヒートコレクタやオイルウォーマ等）に限らず、排気ガスの冷却を主目的とする熱交換器（排気クーラーやＥＧＲクーラー等）も熱回収装置として包含する。更に、適用対象は車両等の内燃機関用に限定するものではなく、汎用エンジンや据置式燃焼装置等、あらゆる排気ガス発生装置の排気系に適用可能である。

本発明の実施例１の排気熱回収装置を示すもので、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図。本発明の実施例２の排気熱回収装置を示すもので、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図。本発明の実施例３の排気熱回収装置を示す縦断面図。本発明の実施例４の排気熱回収装置を示す縦断面図。本発明の実施例５の排気熱回収装置を示すもので、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図。本発明の実施例６の排気熱回収装置を示す縦断面図。本発明の実施例７の排気熱回収装置を示す縦断面図。

符号の説明

１，２１，４１，５１，６１，７１，８１排気熱回収装置
２外筒
３ジャケット
４バイパスパイプ（バイパス経路）
５弁体（切替手段）
７遮熱部材（断熱手段）
８断熱層（断熱手段）
１０熱交換経路
１１媒体流路
３２グラスウール（断熱材）
３３，３４小孔

Claims

排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換経路と、熱交換経路を迂回するバイパス経路とを隣接して配設するとともに、熱交換経路とバイパス経路とを切替える切替手段を設けた排気熱回収装置において、前記熱交換経路と前記バイパス経路との間に断熱手段を設けたことを特徴とする排気熱回収装置。
前記熱交換経路の内側に前記バイパス経路を同軸状に配設したことを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
前記熱交換経路と前記バイパス経路との間に遮熱部材を設けて断熱層を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の排気熱回収装置。
媒体が流通する媒体流路と前記断熱層とを離間するように設けたことを特徴とする請求項３に記載の排気熱回収装置。
前記断熱層内に断熱材を配設したことを特徴とする請求項３または４に記載の排気熱回収装置。
前記断熱層に連通可能な小孔を前記遮熱部材または前記バイパス経路の少なくとも一方に設けたことを特徴とする請求項３乃至５に記載の排気熱回収装置。