JP2011190708A - Engine exhaust gas heat exchanger and energy supply device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン駆動式空気調和機やコージェネレーションシステムなどで使用される触媒内蔵型のエンジン排気ガス熱交換器に関するものである。 The present invention relates to an engine exhaust gas heat exchanger with a built-in catalyst used in an engine driven air conditioner, a cogeneration system, and the like.
従来より、エンジンの排気ガスと冷却水との間の熱交換器において、排気ガス通路の周方向および排気ガス流れ方向に冷却水通路と対向した噴孔を複数設けて排気ガス全量を冷却水通路に衝突させるようにした構成が公知である(特許文献1,2参照)。
Conventionally, in a heat exchanger between exhaust gas and cooling water of an engine, a plurality of nozzle holes facing the cooling water passage are provided in the circumferential direction of the exhaust gas passage and in the exhaust gas flow direction so that the entire amount of the exhaust gas is supplied to the cooling water passage. The structure which made it collide with is known (refer
しかし、上記従来のエンジン排気ガス熱交換器の場合、噴孔は、単に円筒状に開口されているだけで、その具体的形状が開示されていない。 However, in the case of the conventional engine exhaust gas heat exchanger, the injection hole is merely opened in a cylindrical shape, and its specific shape is not disclosed.
本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであって、排気ガスを噴孔から冷却水通路に衝突させるエンジン排気ガス熱交換器において、熱交換効率の向上を図ることができる噴孔を有するエンジン排気ガス熱交換器を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and has an injection hole capable of improving heat exchange efficiency in an engine exhaust gas heat exchanger that causes exhaust gas to collide with a cooling water passage from the injection hole. The object is to provide an engine exhaust gas heat exchanger.
上記課題を解決するための本発明のエンジン排気ガス熱交換器は、エンジンの排気ガスと冷却水との間の熱交換器であって、排気ガス通路の周方向および排気ガス流れ方向に冷却水通路と対向した噴孔を設けて排気ガス全量を冷却水通路に衝突させるエンジン排気ガス熱交換器において、各噴孔を入口から出口にかけて排気ガスの通過面積が漸減する形状としたものである。また、上記エンジン排気ガス熱交換器において、各噴孔の途中部から排気ガスの通過面積を出口面積と等しくしたものである。さらに、上記エンジン排気ガス熱交換器において、冷却水通路の排気ガス衝突面に溝加工を行ったものである。 An engine exhaust gas heat exchanger according to the present invention for solving the above-mentioned problems is a heat exchanger between the exhaust gas and cooling water of an engine, and the cooling water is disposed in the circumferential direction of the exhaust gas passage and in the exhaust gas flow direction. In an engine exhaust gas heat exchanger in which an injection hole facing the passage is provided so that the entire exhaust gas collides with the cooling water passage, the passage area of the exhaust gas gradually decreases from the inlet to the outlet. In the engine exhaust gas heat exchanger, the exhaust gas passage area from the middle of each nozzle hole is made equal to the outlet area. Furthermore, in the engine exhaust gas heat exchanger, the exhaust gas collision surface of the cooling water passage is grooved.
また、上記課題を解決するための本発明のエネルギー供給装置は、エンジン駆動式ヒートポンプおよびコージェネレーションなどのエネルギー供給装置において、上記エンジン排気ガス熱交換器をエンジンの排気ガス経路に使用したものである。 In addition, an energy supply device of the present invention for solving the above-described problems is the use of the engine exhaust gas heat exchanger in an engine exhaust gas path in an energy supply device such as an engine-driven heat pump and cogeneration. .
以上述べたように、本発明によると、同一噴孔通過流速において、排気ガスの圧力損失を低減できるので、熱交換器の設計許容圧力損失値に対する噴孔通過流速をあげることができ、平均熱通過率を上昇し熱交換量を増加できる。 As described above, according to the present invention, the pressure loss of the exhaust gas can be reduced at the same injection hole passage flow velocity, so that the injection hole passage flow velocity with respect to the design allowable pressure loss value of the heat exchanger can be increased, and the average heat The passage rate can be increased and the amount of heat exchange can be increased.
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明に係るエンジン排気ガス熱交換器1の噴孔30の構成を示し、図2は同噴孔30を設けた本発明に係るエンジン排気ガス熱交換器1を示し、図3は同エンジン排気ガス熱交換器1を設けたガスエンジン11の冷却水回路図の一例を示している。
FIG. 1 shows the configuration of the
すなわち、このエンジン排気ガス熱交換器1は、熱交換器2の冷却水通路20と対向した噴孔30を排気ガス噴出管31に設けて、排気ガス全量を噴孔30から冷却水通路20に衝突させるように構成されており、噴孔30を入口から出口にかけて排気ガスの通過面積が漸減する形状としている。
That is, the engine exhaust
噴孔30の形状としては、図1(a)に示すように、排気ガス噴出管31の厚み方向全体にわたって漸減する円錐台形状に穿孔されたものであってもよいし、図1(b)に示すように、排気ガス噴出管31の厚み方向の途中までは入口側から漸減する円錐台形状に穿孔され、この途中から出口側と同じ直径の円柱状に穿孔されものであってもよい。
As the shape of the
このように漸減する形状とした噴孔30にしたエンジン排気ガス熱交換器1の場合、同一噴孔通過流速において、排気ガスの圧力損失を低減できるので、熱交換器2の設計許容圧力損失値に対する噴孔通過流速をあげることができ、平均熱通過率を上昇し熱交換量を増加できる。
In the case of the engine exhaust
次に、このような噴孔30を有する排気ガス噴出管31を設けたエンジン排気ガス熱交換器1について説明する。
Next, the engine exhaust
エンジン排気ガス熱交換器1は、図2および図3に示すように、エンジン11からサイレンサ12へと向かう排気が、エンジン排気ガス熱交換器1内で、前室5、排気ガス浄化触媒(以下、単に触媒という。)4および単位排気ガス通路3a,3b,3cを通過するように設けられ、かつ、エンジン11の冷却水が、エンジン排気ガス熱交換器1の熱交換器2を通過してからエンジン11に導入するように設けられている。エンジン11を通過した後の冷却水は、ポンプ13によって循環するように構成されている。また、冷却水は、サーモスタット14によって温度管理することができるようになされており、三方弁15によって、ラジエータ16または熱交換器17へと流れを切り替えることができるようになされている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the engine exhaust
熱交換器2は、内筒管21と、外筒管22と、その両端に設けられた内蓋21a,21bおよび外蓋22a,22bとからなり、その間隙は、冷却水が通過する冷却水通路20となされている。
The
この熱交換器2は、他端部の外蓋22bには、冷却水通路20と連通する冷却水流入管23が設けられており、一端部の外筒管22には、冷却水通路20と連通する冷却水流出管24が設けられている。これにより、冷却水は、冷却水流入管23から冷却水通路20内へと導入され、熱交換器2の他端部側から一端部側へと流れた後、冷却水流出管24から排水されるようになされている。
In the
また、熱交換器2は、一端部の内筒管21および外筒管22を貫通して内筒管21内に連通する排気ガス流入管25が設けられており、他端部の内筒管21および外筒管22を貫通して内筒管21内に連通する排気ガス流出管26が設けられている。これにより、排気ガスは、排気ガス流入管25から内筒管21内へと導入され、この内筒管21内に形成された前室5、触媒4および3段の単位排気ガス通路3a、3b、3cを通過した後、排気ガス流出管26から排気されるように構成されている。
In addition, the
前室5は、内筒管21内に、この内筒管21よりも若干小径の筒状で一端が曲面を形成しながら漸次的に縮径するように形成された管材51を、内筒管21との間に空隙Sを形成するように設けて構成されている。管材51の縮径された側の一端は、熱交換器2の一端に設けられた内蓋21aに固定される。排気ガス流入管25は、この管材51内に連通するようになされている。この管材51の他端は、触媒4および排気ガス噴出管31を受挿接続するための筒状の接続部材52が設けられている。この接続部材52は、内筒管21の内周面に接する筒状の本体52a部分からさらに二段階に縮径して排気ガス噴出管接続部52b、触媒接続部52cを形成するようになされている。最大径の本体52aの部分は、内筒管21と管材51との間に介在して、これら内筒管21と管材51との間に空隙Sを維持するように固定される。排気ガス噴出管接続部52bは、その外側に排気ガス噴出管31を受挿接続して内筒管21と排気ガス噴出管31との間に間隔dを形成するようになされている。触媒接続部52cは、その内側に触媒4を受挿接続するようになされている。
The front chamber 5 includes a
単位排気ガス通路3aは、上記接続部材52の排気ガス噴出管接続部52bに接続される排気ガス噴出管31と、この排気ガス噴出管31の下流側に設けられる接続部材32とによって構成されている。
The unit
排気ガス噴出管31は、内筒管21との間に間隙dを形成することが可能で、かつ、触媒4を内装可能な直径および長さの円筒状に形成されている。この排気ガス噴出管31の周壁には、長手方向および周方向に沿って等間隔で複数の噴孔30が設けられている。この噴孔30は、上記したように、周壁の内側から外側に向かって漸減する円錐台形状に形成されている、または、排気ガス噴出管31の厚み方向の途中までは入口側から漸減する円錐台形状に形成され、この途中から出口側と同じ直径の円筒状に形成されている。
また、排気ガス噴出管31は、下流側端部が蓋体31aによって閉塞されている。この排気ガス噴出管31は、内筒管21の内周面との間で噴孔30を邪魔しない位置に適宜に設けたリブ片31bによって、内筒管21内に固定される。また、このリブ片31bは、排気ガス噴出管31の内周面にも設けられ、この排気ガス噴出管31に内装される触媒4を保持することができるようになされている。この触媒4を保持した状態で、触媒4と蓋体31aとの間には、熱交換器2の外筒管22および内筒管21と、この排気ガス噴出管31とを貫通して温度計6が設けられている。触媒4は、排気ガス温度により浄化作用が有効に機能しないことがあるため温度管理をすることが望ましいが、この触媒4を通過直後の位置で温度計6によって温度測定することで、触媒4の浄化状態をある程度把握できることとなる。
The exhaust
Further, the exhaust
接続部材32は、筒状の本体32a部分からさらに縮径して排気ガス噴出管接続部32bを形成するようになされている。最大径の本体32aの部分は、上記排気ガス噴出管31に隣接する下流側で、内筒管21の内周面に固定される。排気ガス噴出管接続部32bは、その外側に、次段の単位排気ガス通路3bを構成する排気ガス噴出管33を受挿接続して内筒管21と排気ガス噴出管33との間に間隔dを形成するようになされている。
The connecting
これにより、単位排気ガス通路3aは、触媒を通過した排気ガスが、蓋体31aによって行き止まり、噴孔30から噴出するようになされた第一排気ガス通路Aと、この噴孔30から噴出後、排気ガス噴出管31と内筒管21との間隙dを通過し、接続部材32の噴出管接続部32bから次段の噴出管33へと排気ガスを通過させる第二排気ガス通路Bとを形成することとなる。
As a result, the
単位排気ガス通路3bは、上記接続部材32の排気ガス噴出管接続部32bに接続される排気ガス噴出管33と、この排気ガス噴出管33の下流側に設けられる接続部材34とによって構成されている。
The unit
排気ガス噴出管33は、内筒管21との間に間隙dを形成することが可能な円筒状に形成されている。この排気ガス噴出管33の周壁には、長手方向および周方向に沿って等間隔で複数の噴孔30が設けられている。この噴孔30は、上記単位排気ガス通路3aに設けられる排気ガス噴出管31と同様に、周壁の内側から外側に向かって漸減する円錐台形状に形成されている、または、排気ガス噴出管33の厚み方向の途中までは入口側から漸減する円錐台形状に形成され、この途中から出口側と同じ直径の円筒状に形成されている。また、排気ガス噴出管33は、下流側端部が蓋体33aによって閉塞されている。この排気ガス噴出管33は、内筒管21の内周面との間で噴孔30を邪魔しない位置に適宜に設けたリブ片33bによって、内筒管21内に固定される。
The exhaust
接続部材34は、筒状の本体34a部分からさらに縮径して排気ガス噴出管接続部34bを形成するようになされている。最大径の本体34aの部分は、上記排気ガス噴出管33に隣接する下流側で、内筒管21の内周面に固定される。排気ガス噴出管接続部34bは、その外側に、次段の単位排気ガス通路3cを構成する排気ガス噴出管35を受挿接続して内筒管21と排気ガス噴出管35との間に間隔dを形成するようになされている。
The connecting
これにより、単位排気ガス通路3bは、接続部材34の噴出管接続部34bを通過した排気ガスが蓋体33aによって行き止まり、噴孔30から噴出するようになされた第一排気ガス通路Aと、この噴孔30から噴出後、排気ガス噴出管33と内筒管21との間隙dを通過し、接続部材34の噴出管接続部34bから次段の噴出管35へと排気ガスを通過させる第二排気ガス通路Bとを形成することとなる。
Thereby, the unit
単位排気ガス通路3cは、上記接続部材34の排気ガス噴出管接続部34bに接続される排気ガス噴出管35と、排気ガス流出管26とによって構成されている。
The unit
排気ガス噴出管35は、内筒管21との間に間隙dを形成することが可能な円筒状に形成されている。この排気ガス噴出管35の周壁には、長手方向および周方向に沿って等間隔で複数の噴孔30が設けられている。この噴孔30は、上記単位排気ガス通路3aに設けられる排気ガス噴出管31と同様に、周壁の内側から外側に向かって漸減する円錐台形状に形成されている、または、排気ガス噴出管33の厚み方向の途中までは入口側から漸減する円錐台形状に形成され、この途中から出口側と同じ直径の円筒状に形成されている。また、排気ガス噴出管35は、下流側端部が熱交換器2の他端側の内蓋21bによって閉塞されるように、その長さが調整されている。この排気ガス噴出管35の下流側端部は、熱交換器2の他端側の内蓋21bに固定される。
The exhaust
これにより、単位排気ガス通路3cは、接続部材34の噴出管接続部34bを通過した排気ガスが内蓋21bによって行き止まり、噴孔30から噴出するようになされた第一排気ガス通路Aと、この噴孔30から噴出後、排気ガス噴出管35と内筒管21との間隙dを通過し、排気ガス流出管26から排気される第二排気ガス通路Bとを形成することとなる。
As a result, the unit
このように構成されたエンジン排気ガス熱交換器1によると、エンジンからの排気ガスは、排気ガス流入管25から前室5、触媒4、単位排気ガス通路3a,3b,3cを経て、排気ガス流出管26から排気されることとなる。
According to the engine exhaust
この際、排気ガスは、全ての噴孔30から一挙に噴出させるのではなく、単位排気ガス通路3aの噴孔30から噴出させた後、回収され、次段の単位排気ガス通路3bの噴孔30から噴出させた後、再度回収され、次段の単位排気ガス通路3cの噴孔30から噴出させるといった構成としているため、噴孔30から熱交換器2の内筒管21に向けて噴出される排気ガスの噴射速度は、各単位排気ガス通路3a,3b,3cで低下させることなく一定に保つことができる。したがって、噴孔30当たりの流速の低下を防止して所定の平均熱通過率(K値)を維持することが可能となる。
At this time, the exhaust gas is not ejected from all the nozzle holes 30 at once, but is ejected from the nozzle holes 30 of the unit
また、前室5は、管材51と内筒管21との間に空隙Sを形成しているので、排気ガス流入管25から流入した排気ガスが、内筒管21を介して冷却水によって冷却されるのを防止することができる。したがって、触媒4に流入される前の排気ガスの温度低下を防止して触媒4での反応を活性化することができる。
Further, since the front chamber 5 forms a gap S between the
さらに、排気ガス噴出管31,33,35に設けた各噴孔30は、排気ガスの入口から出口にかけて通過面積が漸減する形状としているので、同一噴孔通過流速において、排気ガスの圧力損失を低減できる。したがって、熱交換器2の設計許容圧力損失値に対する噴孔通過流速をあげることができ、平均熱通過率を上昇し熱交換量を増加できる。特に、上記構成のエンジン排気ガス熱交換器1の場合、排気ガスの噴射速度は、各単位排気ガス通路3a,3b,3cで低下させることなく一定に保つことができるので、このような噴孔30の構成は有効に作用することとなる。
Furthermore, each
なお、本実施の形態では、噴孔30の形状を周壁の内側から外側に向かって漸減する形状となされているが、この噴孔30の構成と併せて、噴孔30から噴出されたガスが当たる内筒管21の内周面に、溝加工を施してもよい。この場合、内筒管21の内周面で、この内周面に噴きつけられた排気ガスの乱れを誘起できるので、熱交換量を増加できることとなる。溝加工の形状としては、内筒管21の長さ方向に沿って形成されたものであってもよいし、周方向に沿って形成されたものであってもよいし、排気ガスの流れ方向に沿って渦流となるように、周方向に対して斜めになった螺旋状に形成されたものであってもよい。また、この溝加工は内筒管21の内周面側に凸、外周面側に凸のいずれでもよい。さらに、この溝加工と同様の効果を得る為に、噴孔30から噴出されたガスが当たる内筒管21の内周面にディンプル加工を施してもよい。ディンプルの形状としては、ゴルフボールに設けられているような円形状の凹部が挙げられる。このディンプル加工は内筒管21の内周面側に凸、外周面側に凸のいずれでもよい。
In the present embodiment, the shape of the
本発明は、空調装置やコージェネレーションシステムで使用される各種エンジンの排気ガス熱交換器として利用できる。 The present invention can be used as an exhaust gas heat exchanger for various engines used in air conditioners and cogeneration systems.
1 エンジン排気ガス熱交換器
11 エンジン
2 熱交換器
20 冷却水通路
21 内筒管(排気ガス衝突面)
31 排気ガス噴出管
30 噴孔
DESCRIPTION OF
31 Exhaust
Claims (4)
各噴孔を入口から出口にかけて排気ガスの通過面積が漸減する形状としたことを特徴とするエンジン排気ガス熱交換器。 This is a heat exchanger between the exhaust gas and cooling water of the engine, and an exhaust hole facing the cooling water passage is provided in the circumferential direction of the exhaust gas passage and in the exhaust gas flow direction so that the entire exhaust gas collides with the cooling water passage. In the engine exhaust gas heat exchanger
An engine exhaust gas heat exchanger characterized in that each nozzle hole has a shape in which an exhaust gas passage area gradually decreases from an inlet to an outlet.
Priority Applications (6)
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