JPH0425430B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、エンジン等の燃焼装置の排熱回収に
用いら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 従来、省エネルギー動向を反映して、エンジン
等の熱源からの排熱をも回収し、総合エネルギー
効率を高めようとした第１図のようなシスムがあ
るが、このシステムは、エンジン１からの軸出力
を動力として取り出し、排熱を熱交換器２で回収
し、マフラ３を通して排出するものである。とこ
ろが、このようなシステムでは、エンジン１から
の排熱回収を行う熱交換器２とマフラ３は別々に
設けられており、システムとして複雑になるだけ
でなく、マフラ３からの透過音が大きく、減音効
果を高めようとすれば、マフラ３を、大きくしな
ければならない等の欠点があつた。

また、従来の排熱回収用の熱交換器としては、
第２図に示すようなフイン形式のものが多いが、
この形式では、エンジン１からの脈動流効果を、
積極的に生かしにくく、伝熱面近くでの境界層発
達が促進され、ガス側の熱伝達特性を向上できな
いため、熱交換器をも大きくする必要があつた。
さらに、排熱回収効率を上げようとすると、排ガ
スが凝縮し、フイン表面の腐蝕が進行され、急激
に熱交換性能が低下してしまうという問題があつ
た。

発明の目的 本発明は、従来の問題点に鑑み、マフラと熱交
換器を一体化することにより、システム構成の簡
潔化を図るとともに、低騒音、高効率の排ガス熱
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、排気口を有する水室の、液体部分に
マフラ、及び排ガスパイプを設け、水室内の気体
部分に、排ガスパイプの先端を位置させ、その先
端を排ガス衝突体で囲つたものであり、この排ガ
ス衝突体の下端は、水室内の液体部分に開口さ
せ、かつ、その上端に排ガスパイプを囲んだ空間
の圧力変動により、自動開閉するバルブを設けた
構成としたものである。

実施例の説明 以下、図面を用いて具体的説明を行なう。

第３図は、本発明の熱交換器の実施例を示すも
のであり、熱交換器は、排気口４を有する水室５
を外胴とし、水室５内の液体部分には、排気マフ
ラ６、排ガスパイプ７が設けられており、排ガス
パイプ７の先端は、水室５内の気体部分に位置し
ており、その先端を囲うようにして、排ガス衝突
体８が設けられている。そして、この排ガス衝突
体８の下端は、水室５内の液体部分に開口されて
おり、一方、排ガス衝突体８の上端は、水室５内
の気体部分に位置されており、かつ、上端には、
排ガスパイプ７と排ガス衝突体８で囲まれた気相
空間の圧力変動により、自動開閉する排圧バルブ
９が備えられている。また、水室５内は複数の穴
を有する仕切板Ａ１０、仕切板Ｂ１１、仕切板Ｃ
１２で仕切られており、仕切板Ａ１０、仕切板Ｂ
１１は液体部分に、仕切板Ｃ１２は気体部分にあ
り、仕切板Ｂ１１、仕切板Ｃ１２は、排ガス衝突
体８に接合されている。さらに、水室５には、排
気口４の他、排ガス導入口１３、水導入管１４、
水排出管１５が設けられており、水排出管１５の
後流には中和処理装置１６が備えられている。
尚、排ガス衝突体８の上端には、排圧バルブ９を
設けるための穴があけられており、排圧バルブ９
の上部にも、逆流を可能とする複数の穴が設けら
れ、排圧バルブ９は、軽量で耐熱、耐久性に優れ
た材質で作られている。

次に、その作動についての説明を行なう。まず
被加熱流体は、水導入管１４より水室５内に送り
込まれ、フイン付きの排気マフラ６、排ガスパイ
プ７、仕切板Ａ１０、仕切板Ｂ１１、及び排ガス
衝突体８等に接触し、熱を奪い、水排出管１５よ
り排出される。この際、酸性をおびていると、後
流に設けられた中和処理装置１６により、中和処
理が行なわれる。一方、加熱流体であるエンジン
等の熱源からの排ガスは、排ガス導入口１３より
水室５内に入り、水室５内の液体部分に設けられ
た排気マフラ６、及び排ガスパイプ７を通り、効
率良く被加熱流体と熱交換を行ない、排ガス衝突
体８で囲まれた空間に到達し、排ガス衝突体８上
端に設けられた排圧バルブ９を閉じる。そして、
この空間に急速に排ガスが送り込まれるため、空
間内の圧力が上昇し排ガス衝突体８と排ガスパイ
プ７の間に存在する液体が押し下げられる。その
後液体を押し下げてきた排ガスは気泡となり、一
部は、排ガス衝突体８の下端より、また一部は仕
切板Ａ１０に衝突、あるいは通過した後、水室５
と排ガス衝突体８の間に存在する液体部分を上昇
し、仕切板Ｂ１１を通過して水室５内の気体部分
に放出される。この際排ガスは被加熱流体と直接
に接触しながら、熱交換を行なうため、従来に比
して著しく優れた熱伝達特性を得ることができ
る。また、減音特性に関しても排ガスが液体中を
通過することにより、顕著な効果を期待できる。
水室５内の気体部分に放出された排ガスは、その
後、仕切板Ｃ１２を通過し、排気口４より外部に
排出されるが、仕切板Ｃ１２はマフラの減音効果
をも兼ねるものであり、ここでも減音性能が高め
られる。以上のように排ガスが排気口４より排出
されるとその慣性により、排ガス衝突体８で囲ま
れた空間の圧力が低下し、排圧バルブ９が開か
れ、排ガス衝突体８と排ガスパイプ７の間に存在
する液体が、再び押し上げられる。そして前述し
たサイクルをエンジンの脈動燃焼に従い、高速で
繰り返す。熱伝達特性については、排ガスと比加
熱流体の直接接触による効果だけでなく排ガス
が、排気マフラ６、排ガスパイプ７を高速で通過
することにより、境界層の発達が抑制されガス側
の熱伝達係数が高められる効果も期待できる。ま
た、エンジンの脈動を積極的に生かすような構成
をとつており、水室５内の液体を変動、かくはん
させることにより、水側の熱伝達係数をも上昇さ
せることができる。さらに、排気マフラ６のフイ
ン、仕切板Ｂ１１、仕切板Ｃ１２は比加熱流体が
効果的に熱を奪うためのものである。

また、減音特性についても、排ガスが液体中を
通過することによる効果、及び仕切板Ｂ１１、仕
切板Ｃ１２による多段膨張型のマフラ効果だけで
なく、排気マフラ６を液体で囲うことによる遮音
効果の向上も期待することができる。

さらに、従来、エンジンからの排熱回収効率を
高めようとすると凝縮水が発生し、熱交換器表面
を腐蝕させることがあつたが、本発明の熱交換器
においては、凝縮水が発生しても水排出管１５よ
り回収され、もしその液体が酸性をおびていれば
中和処理装置１６により、中和処理することがで
きる。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、マフラー
体型の排ガス熱交換器を得ることができ、システ
ム簡素化を実現できるものでさる。また、熱伝達
特性に関しても、排ガスと被加熱流体の直接接触
による効果、排ガスが排気マフラ、排ガスパイプ
を高速で通過することによるガス側熱伝達係数の
向上、水のかくはんによる水側の熱伝達係数の向
上により、著しく優れた熱伝達性能を期待でき
る。さらに、減音特性についても排ガスが液体中
を通過することによる効果、仕切板による多段膨
張型のマフラ効果、液体包囲による遮音性の向上
により顕著な減音効果を期待できるものである。
また、凝縮水の処理も本発明の熱交換器によれば
簡潔に行なうことが可能である。

【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図は従来のフインタイプ熱
交換器の構成図、第３図は本発明の熱交換器の構
成図である。 ５……水室、６……排気マフラ、７……排ガス
パイプ、８……排ガス衝突体、９……排圧バル
ブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排気口を有する水室の内部液体部分にマフ
   ラ、及び、排ガスパイプを設け、前記水室内の気
   体部分に前記排ガスパイプの先端を位置させ、さ
   らにその先端を排ガス衝突体で囲い、前記排ガス
   衝突体の下端を前記水室内の液体部分に開口さ
   せ、一方、前記排ガス衝突体の上端を前記水室内
   の気体部分に位置させ、かつ、その上端に前記排
   ガスパイプを囲んだ空間の圧力変動により自動開
   閉するバルブを設けた熱交換器。