JPH074857U - 内燃機関の廃熱回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関に負担を与えずにかつ効率的に廃熱
を回収する。 【構成】 内壁面が滑らかに連続する曲面を形成する内
管２の外周側に、空間Ｓを有して内管２覆う外管３を設
けるとともに、その空間Ｓ部分を、前記各管２，３の端
部に設けた端板４によって気密状態に密閉し、一端が閉
じられた金属製パイプからなる放熱管５を、前記外管３
の外側から貫通させて前記空間Ｓ部分に連通させ、さら
にその空間Ｓ部分を、真空脱気した状態で作動流体を封
入してヒートパイプ化し、その二重管ヒートパイプ１０
の前記内管２の一端と内燃機関の排気管１の一端とを同
軸上に連結して内管２内に排気ガス６を流通させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、有効利用を目的として内燃機関の排気ガスからヒートパイプを介 して廃熱を回収する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

内燃機関から吐き出される排気ガス６は、最高で６００℃程度の温度であって 、かなりの熱量を保有しているが、通常は、このまま排気管内を流通して大気中 に放出される。その廃熱の有効利用を図るために、従来は図３に示すような単管 ヒートパイプ７の一端にリング状の吸熱フィン８を取り付けた装置を、排気ガス ６の流線に直交するように排気管１に挿着していた。この装置では、熱源である 排気ガス６がヒートパイプ７に接触することによって、ヒートパイプ７内に封入 されている作動流体が、蒸発・凝縮のサイクルを繰り返して熱を排気管１の外部 へ輸送する。そして、排気管１の外部に突出している端部から熱の回収を行って いた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記のように構成された従来の装置では、排気管の内径を局部 的に狭めるので排気ガスの流動抵抗が高くなり、内燃機関に対して負担を与える 問題があった。また、排気ガス中の燃焼残留物いわゆるススがヒートパイプ７に 付着しやすく、ヒートパイプ７の熱抵抗が高くなって熱輸送が阻害されるので、 熱の回収能力が劣る問題があった。

【０００４】 この考案は、上記の事情に鑑みてなされたもので、熱の回収能力に優れかつ内 燃機関の出力低下を招来するおそれのない内燃機関の廃熱回収装置を提供するこ とを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】 上記の課題を達成するための手段としてこの考案は、排気ガスから熱回収する 内燃機関の廃熱回収装置において、内壁面が滑らかに連続する曲面を形成する内 管の外周側に、空間を有して内管を覆う外管を設けるとともに、その空間部分を 、前記各管の端部に設けた端板によって気密状態に密閉し、一端が閉じられた金 属製パイプからなる放熱管を、前記外管の外側から貫通させて前記空間部分に連 通させ、さらにその空間部分を、真空脱気した状態で作動流体を封入してヒート パイプ化し、その二重管ヒートパイプの前記内管の一端と内燃機関の排気管の一 端とを同軸上に連結して内管内に排気ガスを流通させる構造にしたことを特徴と するものである。

【０００６】

【作用】

この考案では、排気ガスは、排気管内からこれに接続してあるヒートパイプの 内管の内部を通過て大気中へ放出される。そのヒートパイプの内管は、排気管と 同軸上に連結され、排気管の一部分を形成しているので、排気ガスの流動抵抗が 特に高くなることはない。また、内管の内壁面が連続する滑らかな曲面を形成し ているので排気ガスは強制的に乱流状態に変えられる。そのため、排気ガスが内 管の内壁面に効率よく接触する。その際、内管が放熱管の温度に対して高くなる ので、内管が蒸発部になり放熱管が凝縮部になってヒートパイプは作動し始める 。すなわち、ヒートパイプ内に封入された作動流体は、排気ガスの持つ熱によっ て内管と外管との空間内部で蒸発する。その蒸気は放熱管の先端部に流れて放熱 し、かつ凝縮する。このように、排気ガスの熱は作動流体に運ばれて放熱管の先 端部に集められる。したがって、この放熱管から効率よく熱を回収することがで きる。なお、凝縮した作動流体はウィックや重力によって内管と外管との空間の 底部に向けて還流し、内管に接触して再び蒸発する。

【０００７】

【実施例】

つぎに、この考案の実施例を図面に基づいて説明する。図１および図２は、地 表面と水平状態に延びているオートバイの排気管１に取り付けられているこの考 案の廃熱回収装置を示す概略図である。内管２は、円形断面の銅パイプからなっ ていてスパイラル状に形成されている。その内径は、排気管１の内径とほぼ同じ 寸法に設定されている。その内管２の外周には、空間Ｓを有して外管３が覆って いる。この外管３は、内管２の２倍程度の内径をもつ円筒パイプからなり、その 全長は内管２と同一に揃えられている。内管２と外管３の両端は、リング状の端 板４によって気密状態に密閉されている。

【０００８】 その空間Ｓ内には空気等の非凝縮性ガスを脱気した状態で、目的温度範囲で蒸 発・凝縮する流体を作動流体（図示せず）として、少なくとも内管２の外壁面に 接触する量が封入されている。すなわち、ここに円筒型の二重管ヒートパイプ１ ０が形成されている。その二重管ヒートパイプ１０の外管３の外側には、円形断 面の銅パイプの一端を閉じた放熱管５が１本連通されている。したがってこの放 熱管５は、ヒートパイプ構造体になっている。その放熱管５の全長は外管３の内 径の大きさとほぼ等しく形成されている。なお、この放熱管５は、ヒートパイプ の機能の点では凝縮部に相当する。したがって、蒸気の上方に流れやすい性質を 考慮して鉛直上方位置に設けられることが好ましい。上記のように構成された二 重管ヒートパイプ１０の内管２の両端部は、排気管１と同軸上に連結され、溶接 等の手段で固定されている。

【０００９】 つぎに上記のように構成した装置の作用を説明する。排気管１内をほぼ整流状 態で流通してきた排気ガス６は、同軸上に連結しかつスパイラル状を形成してい る内管２の内部を通過して大気中へ排出される。すなわち内管２は、二重管ヒー トパイプ１０の一部分を形成するとともに排気管１としての機能も持っている。 この内管２の内部には、排気ガス６の流動を妨げる突出部分がないので、排気ガ ス６に対する流動抵抗は低減される。また、排気ガス６は、強制的に乱流状態に 変えられるので、蒸発部にあたる内管２の内壁面に効率よく接触する。このよう に、熱源と蒸発部とが効率よく接触するので、排気ガス６からヒートパイプに対 する熱伝達が活発に行われる。内管２と外管３との空間Ｓ内部に封入された作動 流体は、排気ガス６の持つ熱によって蒸発する。その蒸気は放熱管５の先端部に 流れて放熱し、かつ凝縮する。このように、排気ガス６の熱は作動流体に運ばれ て放熱管５の先端部に集められる。そして、この放熱管５は鉛直上方に設けられ ているので、液相になった作動流体は重力によってすみやかに内管２と外管３の 空間Ｓ底部に向けて還流し、内管２と接触して再び加熱される。

【００１０】 なお、上記の実施例においてはオートバイの排気管１に装着したが、この考案 は上記の実施例に限定されるものではなく、自動車や発電機等の内燃機関にも利 用でき、同様に優れた効果を発揮する。

【００１１】

【考案の効果】

以上説明したようにこの考案は、二重管ヒートパイプ内管の内壁面を、滑らか に連続する曲面に形成しかつ排気管と同軸上に連結して、その内部に排気ガスを 流通させる構造としたので、熱回収能力に優れるとともに内燃機関への負担を大 幅に軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の実施例を示す概略図である。

【図２】図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】従来の装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１…排気管、 ２…内管、 ３…外管、 ４…端板、
５…放熱管、 ６…排気ガス、 １０…二重管ヒートパ
イプ、 Ｓ…空間。

フロントページの続き (72)考案者 石井 慎二 北海道千歳市泉沢1007番地151 株式会社 北海道フジクラ内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガスから熱回収する内燃機関の廃熱
   回収装置において、 内壁面が滑らかに連続する曲面を形成する内管の外周側
   に、空間を有して内管を覆う外管を設けるとともに、そ
   の空間部分を、前記各管の端部に設けた端板によって気
   密状態に密閉し、一端が閉じられた金属製パイプからな
   る放熱管を、前記外管の外側から貫通させて前記空間部
   分に連通させ、さらにその空間部分を、真空脱気した状
   態で作動流体を封入してヒートパイプ化し、その二重管
   ヒートパイプの前記内管の一端と内燃機関の排気管の一
   端とを同軸上に連結して内管内に排気ガスを流通させる
   構造にしたことを特徴とする内燃機関の廃熱回収装置。