JPH0545806Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、エンジンの燃焼室からの排気ガスと
冷却水との間における熱交換を行つて、排気熱を
回収するようにされたエンジンの排気熱回収装置
に関する。

（従来の技術） ガソリンエンジン、デイーゼルエンジン等の内
燃式のエンジンでは、燃焼室から排気ポートを経
て排気マニホールドに排出された排気ガスの温度
は、通常、550℃〜600℃を越えるものとなるが、
その熱をそのまま大気に放散させることなく有効
に利用すべく、種々の排気熱回収装置が提案され
ている。斯かる排気熱回収装置の一つとして、例
えば、特開昭58−135313号公報には、複数の排気
マニホールドとそれらが集合する集合通路部とが
密封容器で覆われ、それら排気マニホールド及び
集合通路部と密封容器との間に上流側冷却水通路
が形成されるとともに、集合通路部に連なる多数
の偏平管状要素の集合体から形成される多段式コ
ア部が外周ケースで覆われ、それら多段式コア部
と外周ケースとの間に上流側冷却水通路に通じる
下流側冷却水通路が形成され、上流側冷却水通路
を形成する排気マニホールド、集合通路部及び密
封容器と下流側冷却水通路を形成する多段式コア
部及び外周ケースとが接続フランジ部により連結
されて、排気マニホールド、集合通路部及び密封
容器により形成される熱交換部と多段式コア部及
び外周ケースにより形成される熱交換部とが一体
化されたものが記載されている。

このような排気熱回収装置が装備されたエンジ
ンにおいては、例えば、排気熱回収装置における
熱交換部で排気ガスの熱によつて昇温された冷却
水の一部が、エンジン内に配設されたウオータポ
ンプを介してウオータジヤケツトに導かれるとと
もに、その残部が、ウオータポンプ及びウオータ
ジヤケツトを側路するバイパス通路に導かれ、ウ
オータジヤケツト及びバイパス通路を通過した冷
却水は、エンジンの外部に設けられたヒートポン
プ装置あるいは給湯装置等に導かれる。

そして、ヒートポンプ装置等において熱交換が
行われることにより、回収された排気熱がヒート
ポンプ装置等において利用される。斯かる熱交換
により降温された冷却水は、循環用ポンプにより
排気熱回収装置における熱交換部に戻される。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の如くの構成を有する排気
熱回収装置が用いられて排気熱の有効利用が図ら
れるようになされた場合には、エンジンの外部に
設けられたヒートポンプ装置等における熱交換に
供された後、排気熱回収装置における熱交換部に
戻された冷却水が、特に、寒冷時にあつては極め
て低温、例えば、20℃〜25℃程度とされ、そのた
め、その排気熱回収装置における熱交換部を通過
しても要求温度に達しないことがある。

このように排気熱回収装置における熱交換部に
戻された冷却水が低温である場合には、排気ガス
が過冷却され、それにより、排気ガス中の水分が
凝縮して発生する凝縮水が、排気マニホールドあ
るいは集合通路部の内壁面に付着する事態が生じ
る。斯かる排気マニホールドあるいは集合通路部
の内壁面に付着する凝縮水は、PHの値が２〜４と
なる極めて強い酸性を有するものとされるので、
その凝縮水により排気マニホールドや集合通路部
が腐蝕される事態、さらに、凝縮水がコア部に流
れ込み、コア部が腐蝕される事態等が発生する虞
がある。

このため、例えば、排気マニホールド及び集合
通路部には冷却水通路を設けないでそれらを外気
に晒し、排気マニホールド及び集合通路部の内壁
面を比較的高温に保つことにより、凝縮水が発生
することを抑制するとともに、発生した凝縮水の
早期蒸発を図るようになすことが考えられるが、
このようにされる場合には、集合通路部と冷却水
通路が設けられる集合通路部より下流側の熱交換
部との間に大なる熱勾配が生じるので、それらを
連結する接続フランジ部のシール性が低下する、
あるいは、接続フランジ部に配されるガスケツト
の耐久性が低下する虞が生じる。

斯かる点に鑑み本考案は、エンジンの燃焼室か
ら複数の排気マニホールド及びそれらが集合する
集合通路部を介して排出される排気ガスと冷却水
との間において熱交換を行つて排気熱を回収する
熱交換部を有するものとされ、しかも、排気ガス
中の水分が凝縮することを極力抑制して、排気マ
ニホールド、集合通路部及びコア部等が凝縮水に
よつて腐蝕される事態を回避でき、かつ、集合通
路部とそれより下流側に設けられる熱交換部とを
連結する接続フランジ部のシール性や、そこに配
設されるガスケツトの耐久性等を向上させ得るよ
うにされた、エンジンの排気熱回収装置を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成すべく、本考案に係るエンジ
ンの排気熱回収装置は、エンジンの燃焼室に接続
された複数の排気マニホールドが集合する集合通
路部に連なる複数の管要素により形成されたコア
部、及び、このコア部の外周側に設けられてコア
部との間に主冷却水通路を形成する外周ケースか
ら成る主熱交換部に加えて、集合通路部における
排気ガス流についての下流側となる端部、及び、
この端部の外周側に設けられてそれとの間に副冷
却水通路を形成する外周壁から成るから成る副熱
交換部を有するものとされ、上記主熱交換部と上
記副熱交換部とを連結する接続フランジ部が備え
られて構成される。

（作用） 上述の如くの構成とされる本考案に係るエンジ
ンの排気熱回収装置においては、主熱交換部にお
ける主冷却水通路が集合通路部に連なるコア部の
外周側に設けられるとともに、副熱交換部におけ
る副冷却水通路が集合通路部における排気ガス流
についての下流側となる端部に設けられて、排気
マニホールド及び集合通路部の大半は冷却水が接
触しないようにされるので、排気マニホールド及
び集合通路部を流れる排気ガスが過度に冷却され
ることがない。そのため、排気ガス中の水分が凝
縮することが抑制され、排気マニホールドや集合
通路部及び主熱交換部におけるコア部が、凝縮水
により腐蝕される事態が効果的に回避される。

また、主熱交換部と副熱交換部とを連結する接
続フランジ部を挟むように主冷却水通路と副冷却
水通路とが夫々設けられるので、コア部及びその
回収ケースから成る主熱交換部と集合通路部及び
外周壁から成る副熱交換部との熱勾配が小とさ
れ、その結果、接続フランジ部のシール性やそこ
に配設されるガスケツトの耐久性等が向上するも
のとなる。

（実施例） 以下本考案の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は、本考案に係るエンジンの排気熱回収
装置の一例を、それが適用された直列４気筒エン
ジンの主要部とともに示す。

第１図において、シリンダヘツド１１とシリン
ダブロツク１２とから成るエンジン本体１０に
は、その前部にクランクシヤフト１４により駆動
されるウオータポンプ１５が設けられるととも
に、このウオータポンプ１５から吐出される冷却
水をエンジン本体１０内で循環させるべく、４つ
の燃焼室２０（図には、１つのみ表されている）
廻りの過熱し易い部分を包囲するようにウオータ
ジヤケツト１７が形成されている。

ウオータポンプ１５から吐出された冷却水は、
第１図において白抜矢印で示される如くにウオー
タジヤケツト１７に導かれる。ウオータジヤケツ
ト１７を通過した冷却水は、その温度が所定の値
より高いときには、サーモスタツト１８のバルブ
が開状態とされるので、サーモスタツト１８が配
された通路部１３から外部に導かれ、また、その
温度が所定の値より低いときには、サーモスタツ
ト１８のバルブが閉状態とされるので、バイパス
通路１９を通じてウオータポンプ１５に戻され
る。そして、これらウオータジヤケツト１７、サ
ーモスタツト１８、通路部１３、バイパス通路１
９及びウオータポンプ１５等を含んで冷却水循環
通路５０が形成されている。

エンジン本体１０の一方の側部には、燃焼室２
０から排気ポートを介して排気ガスが排出される
４つの排気マニホールド２２が取り付けられてお
り、排気マニホールド２２の夫々は、エンジン本
体１０の前部から後部に伸びる、第２図に詳細に
示される如くの集合通路部２５に、エンジン本体
１０の前後方向に沿つて順次接続されている。集
合通路部２５における排気ガス流についての下流
側となる端部２５ａの外周側には、そこを覆うよ
うに外周壁２６が設けられており、外周壁２６及
び集合通路部２５における排気ガス流についての
下流側となる端面部には、フランジ２９がそれら
と一体に設けられている。そして、集合通路部２
５における端部２５ａと外周壁２６との間に副冷
却水通路２８が形成され、集合通路部２５におけ
る端部２５ａ及び外周壁２６により副熱交換部３
０が構成されている。

副熱交換部３０における外周壁２６の下部に
は、副冷却水通路２８とウオータポンプ１５とを
連結する冷却水循環通路５０の一部を形成する導
管が接続されており、外周壁２６の上部には、ウ
オータジヤケツト１７等を側路して副冷却水通路
２８と冷却水循環通路５０とを連結するバイパス
通路３８が接続されている。

エンジン本体１０の後部における、副熱交換部
３０より低い部位には、主熱交換部４０が取り付
けられている。主熱交換部４０は、第３図に詳細
に示される如く、排気マニホールド２２側から吸
気マニホールド２３側に向けて若干下方に傾斜せ
しめられた外周ケース４２と、この外周ケース４
２の内側に配設され、放熱フイン４４が内蔵され
た多数の偏平管状要素４３及びそれら多数の偏平
管状要素４３が上下方向に沿つて並列に等間隔を
もつて連結された排気導入通路部５１から成る多
段式コア部４５と、この多段式コア部４５におけ
る排気導入通路部５１の上部に形成された排気導
入口５１ａにその下流側端部が接続された連結通
路部４７とにより構成されている。外周ケース４
２及び連結通路部４７における上流側端面部に
は、それらと一体にフランジ３２が設けられてい
る。そして、外周ケース４２と多段式コア部４５
及び連結通路部４７との間には、主冷却水通路４
８が形成されている。

主熱交換部４０と副熱交換部３０とは、フラン
ジ２９、フランジ３２及びそれらの間に配設され
たガスケツト３１から成る接続フランジ部３５に
おいて、ボルト３６により連結されている。接続
フランジ部３５には、集合通路部２５と連結通路
部４７とを連通させる開口部３５ａが設けられる
とともに、副冷却水通路２８と主冷却水通路４８
とを連通させる開口部３５ｂが設けられている。
また、主熱交換部４０における外周ケース４２の
排気マニホールド２２側の下部には、冷却水を主
冷却水通路４８に導入する冷却水循環通路５０の
一部を形成する導管が接続され、外周ケース４２
の吸気マニホールド２３側の上部には、多段式コ
ア部４５に通じる、排気ガスを外部に排出するた
めの排気管３９が接続され、また、排気管３９の
下方側に位置する外周ケース４２の下部には、多
段式コア部４５に通じる凝縮水排出管４６が接続
されている。

斯かる構成を有する排気熱回収装置において
は、エンジン作動時に排気ガスが、排気マニホー
ルド２２、集合通路部２５及び連結通路部４７を
通じて多段式コア部４５内に導かれた後、排気管
３９を通じて外部に排出されるとともに、冷却水
が、第４図において白抜矢印で示される如く、冷
却水循環通路５０に配設された循環用ポンプ６５
により、主熱交換部４０における主冷却水通路４
８に導かれ、多段式コア部４５を通過する排気ガ
スにより昇温された後、接続フランジ部３５を介
して副熱交換部３０における副冷却水通路２８に
導入され、集合通路部２５における端部２５ａに
おいても排気ガスにより昇温される。このような
冷却水と排気ガスとの間で行われる熱交換によつ
て、外周ケース４２と連結通路部４７と多段式コ
ア部４５、接続フランジ部３５、外周壁２６と集
合通路部２５における端部２５ａは、冷却水によ
り降温された状態とされる。

そして、副冷却水通路２８に導入された冷却水
の一部が、ウオータポンプ１５を経てウオータジ
ヤケツト１７に導かれ、その後サーモスタツト１
８が開状態であれば、ウオータジヤケツト１７か
らサーモスタツト１８を介してエンジン本体１０
外に導かれ、また、サーモスタツト１８が閉状態
であれば、バイパス通路１９及びウオータポンプ
１５を通じてウオータジヤケツト１７内に戻され
て循環するようにされる。一方、副冷却水通路２
８に導入された冷却水の残部は、バイパス通路３
８を通じてエンジン本体１０外に導かれ、冷却水
循環通路５０において、サーモスタツト１８を介
して導出された冷却水と合流するものとされる。

このようにして、主熱交換部４０及び副熱交換
部３０を通過する冷却水により回収された排気熱
は、例えば、第４図において一点鎖線で囲まれて
示される如くの、エンジン本体１０の外部に設け
られたヒートポンプ装置１００において利用され
る。

ヒートポンプ装置１００は、エンジンのクラン
クシヤフト１４により駆動される冷媒圧縮用のコ
ンプレツサ５２と、四方切換弁５４と、一対の室
外側熱交換器５６と、膨張弁５７と、室内側熱交
換器５８と、それらを接続する冷媒循環通路６０
とを有するものとされ、ヒートポンプ装置１００
が冷房運転されるときには、四方切換弁５４が、
第４図において実線で示される如くの接続状態を
とり、室外側熱交換器５６が凝縮器として作用す
るとともに、室内側熱交換器５８が蒸発器として
作用し、また、それが暖房運転されるときには、
四方切換弁５４が、第４図において破線で示され
る如くの接続状態をとり、室内側熱交換器５８が
凝縮器として作用するとともに、室外側熱交換器
５６が蒸発器として作用するものとされる。

従つて、ヒートポンプ装置１００が冷房運転さ
れるときには、コンプレツサ５２により圧縮され
て吐出された冷媒が、四方切換弁５４から室外側
熱交換器５６に導かれ、室外側熱交換器５６にお
いて凝縮された後、膨張弁５７において減圧され
て室内側熱交換器５８に導かれ、室内側熱交換器
５８において外部の熱を奪つて蒸発し、その後、
四方切換弁５４を通じてコンプレツサ５２に戻さ
れ、また、ヒートポンプ装置１００が暖房運転さ
れるときには、コンプレツサ５２により圧縮され
て吐出された冷媒が、四方切換弁５４から室内側
熱交換器５８に導かれ、室内側熱交換器５８にお
いて外部に放熱して凝縮し、膨張弁５７を介して
室外側熱交換器５６に導かれ、室外側熱交換器５
６において外部の熱を奪つて蒸発した後、四方切
換弁５４を介してコンプレツサ５２に戻される。

このような冷暖房運転が行われるヒートポンプ
装置１００においては、特に、寒冷時等において
暖房運転されるとき、室外側熱交換器５６が蒸発
器として作用することにより、室外側熱交換器５
６の外表面等に発生する霜によつて機能が損なわ
れる虞がある。そこで、上述の如くの構成を有す
る排気熱回収装置により回収された熱を、それを
利用して室外側熱交換器５６の外表面等に発生し
た霜を取り除くべく、排気熱回収装置を含んで形
成されるエンジン冷却系においては、冷却水を、
冷却水循環通路５０を通じてヒートポンプ装置１
００における室外側熱交換器５６近傍に導いて、
循環させるようにされている。

冷却水循環通路５０には、室外側熱交換器５６
に関連して設けられた熱交換部６１において室外
側熱交換器５６に発生した霜を取り除くべく、冷
却水に放熱作用を行わせる一対の外部熱交換器６
２と、冷却水をエンジン本体１０と外部熱交換器
６２との間で循環させる循環用ポンプ６５とが配
設されている。なお、熱交換部６１の近傍には、
放熱作用を促進させるためのフアン５９が設けら
れている。

そして、上述の如くに、排気熱により昇温され
てエンジン本体１０外に導かれた冷却水は、冷却
水循環通路５０を通じて熱交換部６１における外
部熱交換部６２に導かれ、ヒートポンプ装置１０
０の暖房運転時には、外部熱交換器６２において
放熱作用を行つて、室外側熱交換器５６に発生し
た霜を取り除く役目を果たし、その後、循環用ポ
ンプ６５を介して主熱交換部４０に戻されるよう
にされる。

上述の如くにして、回収した排気熱の有効利用
が図られるようにされた本例の排気熱回収装置に
おいては、副熱交換部３０における副冷却水通路
２８が、集合通路部２５における端部２５ａのみ
に設けられるので、排気マニホールド２２及び集
合通路部２５の大部分が外気に晒されることにな
り、排気マニホールド２２及び集合通路部２５を
流れる排気ガスが過度に冷却されることがない。
そのため、排気ガス中の水分が凝縮することが抑
制され、排気マニホールド２２、集合通路部２５
及び主熱交換器４０におけるコア部４５等が凝縮
水により腐蝕される事態が効果的に回避される。

また、接続フランジ部３５におけるフランジ２
９側に副冷却水通路２８が設けられ、フランジ３
２側に主冷却水通路４８が設けられて、それらが
接続フランジ部３５を介して通じるようにされる
ので、フランジ２９とフランジ３２とにおける熱
勾配が小とされ、その結果、接続フランジ部３５
におけるシール性やガスケツト３１の耐久性等が
低下することも防止されることになる。

（考案の効果） 以上の説明から明らかな如く、本考案に係るエ
ンジンの排気熱回収装置によれば、排気マニホー
ルド及び集合通路部の大部分が外気に晒され、そ
こを流れる排気ガスが過度に冷却されることがな
いので、排気ガス中の水分が凝縮することを抑制
することができ、そのため、排気マニホールド、
集合通路部及びコア部等が凝縮水に腐蝕される事
態を効果的に回避することができる。

また、接続フランジ部を挟むように主冷却水通
路及び副冷却水通路が設けられるので、接続フラ
ンジ部の両側部分における熱勾配を小とすること
ができ、そのため、接続フランジ部におけるシー
ル性や、そこに配設されるガスケツトの耐久性等
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るエンジンの排気熱回収装
置の一例をそれが適用されたエンジンとともに示
す概略側面図、第２図及び第３図はそれぞれ第１
図に示される例の主要部を示す部分断面図、第４
図は第１図に示されるエンジンの冷却系をヒート
ポンプ装置とともに示す配管系統図である。 図中、２５は集合通路部、２６は外周壁、２８
は副冷却水通路、３０は副熱交換部、３５は接続
フランジ部、４０は主熱交換部、４２は外周ケー
ス、４５は多段式コア部、４８は主冷却通路、５
０は冷却水循環通路、６２は外部熱交換器、６５
は循環用ポンプ、１００はヒートポンプ装置であ
る。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 エンジンの燃焼室に接続された複数の排気マニ
   ホールドが集合する集合通路部に連なる複数の管
   要素により形成されたコア部、及び、該コア部の
   外周側に設けられて上記コア部との間に主冷却水
   通路を形成する外周ケースから成る主熱交換部
   と、 上記集合通路部における排気ガス流についての
   下流側となる端部、及び、該端部の外周側に設け
   られて上記端部との間に上記主冷却水通路に通じ
   る副冷却水通路を形成する外周壁から成る副熱交
   換部と、 上記主熱交換部と上記副熱交換部とを連結する
   接続フランジ部と、 を具備して構成されるエンジンの排気熱回収装
   置。