JPS6057199A - 排気熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジンの排気ガスを利用した排気熱交換器に
関する。

従来から多数の熱交換パイプの周囲に排気ガスを流し、
熱交換パイプ内の水等を排気ガスにより加熱するように
した排気熱交換器は開発されている。ところが従来の熱
交換器では排気中のカーボンが熱交換パイプに付着し、
熱交換率が低いという不具合がある。

本発明は水等の流体中に設けられる排気熱交換器におい
て、排気ガスにより飛散させられる粒子により上記不具
合を解決し、その上、燃焼ガスとパイプとの境界層を薄
くして熱伝達率を上げ、熱交換効率を上げようとするも
ので、次のように構成されている。

すなわち本発明による排気熱交換器は、熱媒用の流体中
に設けられるケースと、ケース内部において出口がケー
ス底壁に向かって開口する排気導入管と、ケースの上端
部に接続する排気排出管と、ケース内を延びて両端が流
体中に開口する複数の熱交換パイプと、排気導入管から
の排気ガスにより飛散して熱交換パイプに衝突し、かつ
自重により落下する多数の衝突粒子と、ケース上部にお
いて排気排出管への粒子の侵入を防止する粒子排出防止
機構とを備えたことを特徴としている。

次に実施例を図面により説明する。一部切欠き正面略図
である第１図において、水１又はその他の熱媒用の液を
溜めた液槽２内にエンジン８が設けである。エンジン８
はクランク軸５を垂直にして設置されており、クランク
ケース６に対してシリンダブロック７とシリンダヘッド
８は水平に並んでいる。シリンダヘッド８の下方には排
気熱交換器１０が設けてあり、シリンダヘッド８の下面
ら下方へ延びる排気管１１が熱交換器１０に接続してい
る。クランクケース６の下方には排気サイレンサ１２が
設けてあり、熱交換器１０と排気サイレンサ１２は連絡
管１８を介して接続している。

クランクケース６の下側にはギヤケース１５が設けられ
、熱交換器１０はブラケット１６を介してギヤケース１
５に固定されている。ギヤケース１５の下側にはオイル
タンク１７が設けてあり、タンク１７に固定したオイル
タンクステー１８に排気サイレンサ１２が取り付けであ
る。排気サイレンサ１２の底部忙は排出バイブ２０が接
続している。

排出バイブ２０け液槽２の外部まで延びており、サイレ
ンサ１２内の凝縮水を排出するようになっている。

クランク軸５はクランクケース６から上方へ突出してお
り、その突出端部にフライホイール２１が固定しである
。フライホイール２１は水１の水面１ａよりも下方に位
置している。フライホイール２１の設置空間２２に水が
侵入することを防市するために、フライホイール２１ケ
下方及び周囲から囲むフライホイールハウジング２８が
クランクケース６の上側に設けである。フライホイール
ハウジング２８及びクランクケース６はクランク軸５を
囲むボス２５，２６を備えており、ボス２５．２６が水
密状態でボルト２７により固定されている。

ボス２５の上面には発電コイル２８がボルト２７により
固定されており、フライホイー／１−２１の下面には発
電コイル２８を囲むフライホイールマグネット２９が取
り付けである。このマグネット２９やコイル２８からな
る発電装置は例えばスタータ用バッテリを充電するため
のものである。

フライホイール２１の上面には継手８ｏが取り付けてあ
り、継手８０には作業機３１の垂直な入力軸８２の下端
が連結している。作業機３１は具体的には冷暖房機のコ
ンプレッサ又は発電機、温水循環用のポンプ等である。

なお作業機８１が冷暖房機のコンプレッサである場合、
冷暖房機の凝縮器又は蒸発益金液槽２内に設置すること
ができる。

フライホイールハウジング２８の上端には環状板からな
るマウンティングフランジ８Ｂの外周部下面が取り付け
である。前記作業機８１は下端外周部８１ａにおいてフ
ランジ８８の内周に上方からいんろう型式に嵌合してボ
ルト止めされている。

フランジ８８の上面にはエアクリーナ３５、オイルとし
器８６、ステップモータ８７等が設けである。エアクリ
ーナ３５はフライホイールハウジング２８の筒状壁２４
よりも概ね半径方向外側に位置し、図示されていないが
マウンティングフランジ８８の外周部にはエアクリーナ
８５の吸気出口を形成する吸気通路孔が設けである。エ
アクリ−す３５の下方において筒状壁２４の上端部外周
面には継手８９が一体に設けてあり、フランジ８８の上
記吸気通路孔は継手８９を介して吸気管４０に接続Ｉ〜
ている。吸気管４０け概ね上下に延びており、上端がゴ
ムシール４１を介して継手８９に固定され、下端がシリ
ンダヘッド８の上端に固定されている。又吸気管４０は
途中部分が曲っており、上部が下部よりも筒状壁２４側
へ偏倚している。

オイルとし器８６の下側において筒状壁２４の上端部に
は半径方向外方へ張り出したボス４２が設けてあり、ボ
ス４２の内部にオイルとし器８６に連通ずる油孔４８が
設けである。油孔４３の下端には水ｌ内に設置したオイ
ルバイブ４４の上端が接続している。バイブ４４はクラ
ンクケース６の近傍を上下に延びており、下端がギヤケ
ース１５に接続している。ギヤケース１５内ＰＣは図示
されて込ないギヤポンプが設けてあり、オイルはオイル
タンク１７からオイルこし器（図示せず）を通してギヤ
ポンプに吸引され、オイルこし器８６にバイブ４４全通
して送られ、その後、パイプ４４と平行に設置された戻
りパイプ（図示せず）を経てギヤケース１５に戻り、連
結口（図示せず）からクランク軸５、主軸受、その低摺
動部品に送られてそれらを潤滑し、その後にオイルタン
ク１７へ戻るようになっている。

ステップモータ８７は外部からのパルス信号を受けてカ
パナーレバー軸の角度位置を制御するための本ので、図
示されていないが、ステップモータ３７の垂直な出力軸
はフランジ８３の孔を通って下方へ延びており、ガバナ
ーレバー軸のクランマウンティングフランジ３８の外周
部上面には環状のエンジンマウント４５の内周部が環状
ゴムシール４５ａを介してボルト４６により固定されて
いる。マウント４５は例えば内部に発泡スチ四−ル等の
消音材４７を充填した合成樹脂の中空体で構成されてお
り、外周部の下面が環状のゴムシール４９を介して液槽
２に支持されている。液槽２はシール４９を下方から支
持する外向きフランジ２ａを上縁部に備え、又フランジ
２ａの外周縁からは筒状部２ｂが上方へ突出している。

マウント４５の内周寄りの部分の上面にはタンクカバー
５０の外周部がボルト５１に、より固定されている。カ
バー５０は浅い椀状の例えば合成樹脂成形品で、内面全
体に吸音材５２又は割振材あるいはその両方を兼ねる部
材が貼り付けてあり、例えば中央部に小径の外気連絡通
路５８が設けである。

水１の水面１ａけ液槽２の上端近傍と同じ高さにある。

エンジン８はフライホイールハウジング２８の上端近傍
まで水１に浸けてあり、クランクケース６、シリンダブ
ロック７、シリンダヘッド８からなるエンジンボディ５
５は液槽２内の比較的深い位置にあり、排気熱交換器１
ｏや排気ザイレンサ１２は液槽２の底に近い位置にある
。このように発熱量の多いエンジンボディ５５や排気熱
交換器１０、排気サイレンサ１２を深い位置に設置する
ことによシ、対流現象を利用して液槽２内の水１全体を
効率良く加熱し、液槽２の上半部に常に高温の水１ｂを
溜めることができる。

そして上記温水１ｂｆｒ熱源として利用するために、液
槽２の上半部内には熱交換パイプ５６が設ケチする。パ
イプ５６は液槽２の内周面２ｃの近傍を螺旋状に延びて
おり、パイプ５６の内部に給湯器や暖房器用の水等を流
して温水１ｂで加熱するようになっている。又パイプ５
６を全長にわたって効率良く加熱するために、クランク
軸５が液槽２の中心Ｏ−Ｏに対して偏芯しており、シリ
ンダブロック７やシリンダヘッド８は液槽中心Ｏ−０に
比較的近い位置にある。このようにエンジン８を偏芯さ
せることにより、シリンダヘッド８とクランクケース６
の両方が液槽内周面２ｃに対して充分に離れ、エンジン
８の周囲全体に充分な広さの隙間５７が形成される。従
って隙間５７の一部分に水１が滞留することはなく、隙
間５７全体に温水１ｂが流入し、熱交換パイプ５６が効
率良く加熱される。

第１図の一部切欠き夏−■矢視図である第２＠の如く、
マウンテインクフランジ８Ｂの外周部にはキャップ５８
ａによシ閉鎖される補油口５８が設けである。補油口５
８は検油棒取付孔及びドレン孔を兼ねており、明確には
図示されていないが、第１図のオイルタンク１７１Ｃ達
通している。第１図の如くフライホイール２１の上端部
外周にはリングギヤ５９ａが設けてあり、ギヤ５９ａ　
を駆動するスタータ５９が第２図の如くフライホイール
ハウジング２８内に設けである。

第２図のＡ−ＡＶｉシリンダ中心線で、前記排気サイレ
ンサ１２はシリンダ中心線Ａ−Ａに対して概ね直角に長
く延びており、第２図の如く上方から見て、サイレンサ
１２の入口側端部１２ａと出口側端部１２ｂはフランジ
８３の半径方向外方へ張り出している。なお６０は出口
排気管で、一端がザイレンサ１２の出口側端部１２ｂに
接続し、他端が液槽２外まで延びている。又第１図の如
くサイレンサ１２は出口側端部１２ｂが入口側端部１２
ａよりも下方に位置するように傾斜しており、前記凝縮
水排出パイプ２０け出口側端部１２ｂの底に接続してい
る。

次に各部の構造を更に詳細に説明する。

第１図の拡大部分図である第８図の如く、クランクケー
ス６のボス２６とフライホイールハウジング２３のボス
２５は環状端面において互に水密状態に接合されている
。又ボス２５の内周部には筒状部２５ａが形成され、筒
状部２５ａが防水シール２５ｂを介してボス２６の内周
にいんろう型式に嵌合している。ボス２５の上部内周と
クランク軸５の間にはオイルシール５ａが設けである。

ボス２６の下手部内周とクランク軸５の間には軸受５ｂ
が設けである。

第４図の如く吸気管４０用の継手８９には吸気管４０の
周囲を上方へ延びる筒状部８９ａが一体に設けである。

前記ゴムシール４１は筒状部８９ａの外周に嵌合固定さ
れる筒状部分４１ａと、吸気管４０の上端部外周に嵌合
固定される筒状部分４１ｂと、両部会４１ａ、４１ｂの
上端全一体に連続させる環状部分４１０とを備えている
。部分４１Ｃは薄肉で断面が湾曲しており、高い柔軟性
を備えている。

第１図の如くシリンダブロック７の外周面には多数の放
熱フィン７ａが設けである。フィン７ａは互に間隔を隔
てて上下に延びており、フィン７ａＫより水１を効率良
く加熱し、かつエンジン８ｆ。

効率良く冷却できるようになっている。

垂直断面部分略図である第５図の如く、シリンダヘッド
８の内部には水路８ａが設けである。水路Ｓａ＃′ｉ通
常の水冷エンジンの冷却水ジャケットに相当する位置て
設けてあり、弁腕室８ｂの底壁と燃焼室７ｂの天井の間
に形成されており、上端と下端が開口している１、従っ
て液槽２内の水１け水路８ａｋ上下に通過することがで
き、この構造によっても水１は効率良く加熱され、シリ
ンダヘッド８は効率良く冷却される。

断面拡大部分図である第６図の如く、排気熱交換器１０
は上下に長い筒状のケース６１を備え、前記排気管１１
（排気導入管）はケース６１の天壁６２の中心部を貫通
してケース底壁６３の近傍まで上下に延び、下端に下向
きに開口する排気出口６４を備えている。、ケース天壁
６２の外周部には連絡管１３（排気排出管）の入口端部
が取り付けてあり、連絡管１３の入口６５は天井６２の
近傍においてケース６１内の空間に連通している。

ケース６１の上端部には水平な多孔版６６又は網等から
なる粒子排出防止機構が設けである。多孔板６６の外周
と内周はそれぞれケース６１と排気管１１に嵌合１〜て
おり、次に説明する衝突粒子６７が連絡管１３へ侵入す
ることを防止している。粒子６７は例えばシリカやアル
ミナで作られており、ケース内に多数収容されている。

第６図のエンジ／停止状態では、粒子６７１′ｉ自重に
より底壁６Ｂ上に集積している。底壁６Ｂけテーパ状で
、中心部が最も下方に位置しており、粒子６７は底壁６
８の中心部すなわち排気管出口６４の近傍に最も多く集
積１−ている。

第７図は第６図の一部切欠き■−■矢祈図で、ｆｉ７図
及び第６図の如く、ケース６１内には多数の熱交換バイ
ブロ９が互に平行かつ間隔を隔てて排気管１１と直角知
延びている。各バイブロ９の両端はケース６１外へ突出
しており、液槽２内の水ｌがバイブロ９内を流れるよう
になっている。

バイブロ９よりも下側において、排気管１１には屋根状
の邪魔板７０が取り付けである。邪魔板７０は第６図の
如くバイブロ９と平行に延びており、第７図の如くその
幅は排気管１１の直径よりも多少大きい、上記説明から
明らかなように、邪魔板７０はバイブロ９の非設置空間
（第７図で幅ｌの空間）を下方から覆っている。換言す
れば、ケース中心部を幅ＩＫわたつバイブロ９と平行に
延びる空間には、排気管１１が設けである関係上、ツク
イブ６９を設置することができないが、そのノ（イブ非
設置空間（１）の下方に邪魔板７０が設けである。

上記排気熱交換器１０によると、エンジン運転時には排
気ガスが出口６４から下向きに噴出し、ケース６１内を
上昇して連絡管１８へ流入し、その間にバイブロ９内の
水を加熱する。一方、粒子６７は上記排気ガス圧より上
方へ飛散させられてバイブロ９に衝突し、この衝突によ
りバイブロ９人の境界層が破壊されると共に、バイブロ
９に付着した排気ガス中のカーボンがバイブロ９から脱
落浮遊し、排気排出管１８より排出される。又邪魔板７
０は粒子６７がパイプ非設置空間へ無駄に飛散すること
を防止する。

以上説明したように本発明によると、衝突粒子６７によ
りバイブロ９外周と排気ガスとの境界層や外周のカーボ
ン層を破壊できるので、排気ガスによりバイブロ９内の
水を高い効率で加熱でき、水中等に浸けるのに適した排
気熱交換器１０を得ることができる。

又図示の実施例の如くパイプ非設置空間（ｌりがケース
６１内に形成される場合でも、邪魔板７゜により粒子６
７が無駄に飛散することを防止し、粒子６７を効率良く
バイブロ９に衝突させることができる。

次に別の実施例を説明する。なお第８図〜第１１図にお
いて、第６図、第７図の各部と対応する部分には同一符
号が付しである。

第８図及び第９図（第８図のｆｆ−ｆｆ矢視図）の実施
例では、ケース６１は円筒状の周壁７１とその両端開口
を塞ぐ円形の垂直端壁７２とで構成されており、熱交換
バイブロ９の両端は端壁７２の孔に嵌合している。連絡
管１８は周壁７１の上端部を水平に貫通している。なお
＃ｇ８図、第９図には衝突粒子は図示されてｂない。

第１０図の実施例では、第６図の実施例と同様のケース
６１の周囲に筒状のカバー７８が設けて　゛ある。カバ
ー７８はケース６１の上端部と下端部に全周にわたって
固定されており、カバー７８とケース６１の間に液室７
５が形成されている。熱交換バイブロ９の両端はケース
６１外へ突出して液室７６に連通している。カバー７８
の上部には液室７５へ水等を供給する供給パイプ７６が
接続し、カバー７８の下部には液室７５から水等を排出
する排出パイプ７７が接続している。パイプ７６．７７
の近傍において、液室７５は隔壁７８により上下に区画
されている。

この実施例では、パイプ７６により液室７５へ供給され
た水が熱交換バイブロ９を流れる間に加熱され、加熱後
の水が液室７５からパイプ７７を経て排出される。なお
第１０図の実施例では液槽６ ２（第１図）内の水１′ｆｒ、パイプ−へ強制的に供給
することもでき、液槽２外の水又はその他の液６ 体ヲハイブＭへ強制的に供給することもできる。

又液槽２の外に熱交換器１０′ｆｒ：設けることもでき
る。

第１１図の実施例では排気管１１がケース６１の外側を
上下に延びており、排気管１１の下端部が湾曲してケー
ス６１の下部を水平に貫通している。この排気管水平部
７９はケー７６１の中心部まで延びており、先端が閉鎖
していると共に、先端近傍の部分の下面に底壁６８の中
心部に向かって開口する排気出口６４を備えている。熱
交換バイブロ９は排気管水平部７９と多孔版６６の間に
おいてケース６１内全体に分散して設置されている。又
バイブロ９は排気管１１の垂直部及び水平部７９に対し
て直角忙延びている。この構造によると排気管１１に邪
魔されることなく、熱交換バイブロ９をケース６１内全
体に設置でき、ケース６１内圧パイプ非設置空間が形成
されないので、邪魔板は設けられていない。

なお本発明による排気熱交換器１０け図示のエンジン８
以外のエンジンとも組み合わせることができ、例えばク
ランク軸が水平なエンジンや液槽外に設置されたエンジ
ンと組み合わせることができる。又熱交換バイブロ９内
にけ水又はそれ以外の液体の他に気体を流すようにする
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を使用した熱交換装置の一部切欠き正面
略図、第２図は第１図の一部切欠き■−■矢視部分図、
第８図、第４図はそれぞれ第１図の拡大部分図、第５図
はシリンダヘッドのｆｆｊＪ［？面略図、第６図は排気
熱交換器の甑１ｕ断面図、第７図は第６図の一部切欠き
■−■矢視図、８ｒ！８図、第１０図、第１１図はそれ
ぞれ別の実施例の排気熱交換器の垂直断面図、第９図は
第８図の■−ＩＩ矢視図である。■・・・水（流体）、
１０・・・排気熱交換器、１１・・・排気管（排気導入
管）、’ｉａ・・・連絡管（排気排出管）、６１・・・
ケース、６８・・・ケース底壁、６６・・・多孔板（粒
子ｖ１・出防１１−機構）、６７・・・衝突粒子、６９
・・・熱交換バイブ特許出願人　ヤンマーディーゼル株
式会社特開昭ＧＯ−５７１９９（８） 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱媒用の流体中に設けられるケースと、ケース下部にお
   いて出口がケース底壁に向かって開口する排気導入管と
   、ケースの上端部に接続する排気排出管と、ケース内を
   延びて両端が流体中に開口する複数の熱交換パイプと、
   排気導入管からの排気ガスにより飛散して熱交換パイプ
   に衝突し、かつ自重により落下する多数の衝突粒子と、
   ケース上部において排気排出管への粒子の侵入を防止す
   る粒子排出防止機構とを備えたことを特徴とする排気熱
   交換器。