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JP2009156162A - エンジン排気ガス熱回収器ならびにこれを使用したエネルギー供給装置 - Google Patents

エンジン排気ガス熱回収器ならびにこれを使用したエネルギー供給装置 Download PDF

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Abstract

【課題】排気ガス経路を複雑化させることなく触媒を内蔵して排気圧損および製造コストの低下を可能とする構成を提供する。
【解決手段】エンジン排気ガス浄化用触媒２を内蔵し、エンジン排気ガスとエンジン冷却水間で熱回収を行うエンジン排気ガス熱回収器１において、エンジン排気ガス浄化用触媒２を排気ガス流入部の排気ガス流れ経路上に配置し、前記触媒２の一部または全部を、周壁に熱交換器４の内壁４１と対向した複数の噴孔３０を設けた収納部材３に収め、熱回収器４の内壁４１と熱回収器４の外壁４２との間をエンジン冷却水通路としたものである。触媒２外周に接合される触媒支持具２１の一箇所または複数箇所に、ガスの流通を可能とした切欠部２１ｂを設けるようにした上記エンジン排気ガス回収器１である。上記エンジン排気ガス熱交換器１をエンジンの排気ガス経路に使用したエネルギー供給装置。
【選択図】 図１

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エンジンの排気ガス熱回収器に関するものである。
従来より、エンジンの排気ガス熱回収器に触媒を内蔵する構成が公知である。
特開平１０−２９９４６４号公報
しかし、上記従来のエンジン排気ガス熱回収器は、単に排気ガス通路を冷却水ジャケットで覆うようにして熱回収するだけなので、排気ガスと冷却水との熱交換を効率良く行うために排気ガス経路を複雑に屈曲させなければならない。
したがって、排気圧損が大きくなり、製造コストも高くなってしまう。また、このような屈曲部の途中に触媒を内蔵するため、構造が複雑化してしまうといった不都合を生じることとなる。
本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであって、排気ガス経路を複雑化させることなく触媒を内蔵して排気圧損および製造コストの低下を可能とする構成を提供することを目的としている。
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回収器は、エンジン排気ガス浄化用触媒を内蔵し、エンジン排気ガスとエンジン冷却水間で熱回収を行うエンジン排気ガス熱回収器において、エンジン排気ガス浄化用触媒を排気ガス流入部の排気ガス流れ経路上に配置し、前記触媒の一部または全部を、周壁に熱交換器の内壁と対向した複数の噴孔を設けた収納部材に収め、熱回収器の内壁と熱回収器の外壁との間をエンジン冷却水通路としたものである。また、このエンジン排気ガス熱回収器において、触媒外周に接合される触媒支持具の一箇所または複数箇所に、ガスの流通を可能とした切欠部を設けるようにしたものである。
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シ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。
以上述べたように、本発明によると、エンジン排気ガス浄化用触媒を、周壁に熱交換器の内壁と対向した複数の噴孔を設けた収納部材に収め、熱回収器の内壁と熱回収器の外壁との間をエンジン冷却水通路としているので、排気ガス経路から屈曲部を無くすことが可能となり、排気圧損を低下できるとともに、製造コストの低減を図ることができる。
また、エンジン排気ガス浄化用触媒を収納部材に収めているので、排気ガス経路全体をコンパクト化でき、触媒収納用部材を別途、設ける構成と比較して排気ガス経路全体のコストを低減できる。
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明に係るエンジン排気ガス熱回収器１を示し、図２は同エンジン排気ガス回収器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。
すなわち、このエンジン排気ガス熱回収器１は、エンジン排気ガス浄化用触媒（以下、単に触媒という。）２を収納部材３に収め、この収納部材３に設けた複数の噴孔３０を、熱交換器４の内筒管４１と対向させて構成している。
エンジン排気ガス熱回収器１は、図１および図２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、触媒２および収納部材３を通過するように設けられ、かつ、エンジン１１の冷却水が、熱交換器４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。
触媒２は、三元触媒、酸化触媒あるいは還元触媒のうち少なくとも一つ、あるいは複数の触媒を混合あるいは直列配置したものであってもよい。この触媒２の形状としては、一端から他端へと通気可能な筒状に形成されたものを用いることができる。内部は、通気可能なハニカム構造であってもよいし、ペレット状に加工した触媒を筒状内部に通気可能に設けて構成したものであってもよい。
収納部材３は、上記した触媒２を内装可能な直径の円筒状に形成され、その周壁には、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。
この収納部材３内の一端部には、ガス流入管３１からこの収納部材３内に排気ガスを導いて排気ガス経路となる触媒接続管３２が設けられており、この収納部材３内の中央部には、周方向の４箇所に分散してガス放出孔３３ａが開口されたガス放出管３３が設けられている。
前記した触媒２は、この収納部材３の触媒接続管３２とガス放出管３３との間に設けられる。すなわち、触媒２の両端部には、拡径部２１ａを有する支持部材２１が設けられており、この支持部材２１の拡径部２１ａの内側に、それぞれ触媒接続管３２とガス放出管３３とが受け挿し接続するようにして触媒２が設けられる。
熱交換器４は、上記収納部材３との間に空間Ｓを存して、この収納部材３全体を被覆するように構成されている。
この熱交換器４は、内筒管４１と外筒管４２とからなり、その間隙は、冷却水が通過する冷却水通路４０となされている。また、この熱交換器４は、上記した収納部材３の内側からガス放出管３３の位置まで入り込むように他端部側からコア管４３が設けられている。さらに、この熱交換器４の他端部には、冷却水流入管４４が延設されており、この冷却水流入管４４は、熱交換器４の他端部側からガス放出管３３の方向へと流入し、その流入下流側で、冷却水流入管４４に開口された開口部４４ａからコア管４３へと流れ、コア管４３に流入した冷却水は、再度、熱交換器４の他端部側へと流れてその後、熱交換器４の冷却水通路４０へと流入するように構成されている。
上記収納部材３のガス流入管３１と対向する外筒管４２の他端側の端面に冷却水流入管４４が接続されている。また、外筒管４２の一端部には、ガス流入管３１に隣接して排水管４５が接続されており、冷却水流入管４４から流入してコア管４３および冷却水通路４０を通過した冷却水がこの排水管４５から排水できるようになされている。さらに、冷却水通路４０の他端側の外周面には、内筒管４１および外筒管４２を貫通する排気管４６が接続されており、収納部材３の噴孔３０から空間Ｓに噴出された排気ガスをこの排気管４６から排気することができるようになされている。
このように構成されたエンジン排気ガス熱回収器１によると、エンジンからの排気ガスは、ガス流入管３１から触媒接続管３２、触媒２、ガス放出管３３を経て、このガス放出管３３のガス放出孔３３ａから収納部材３に放出され、この収納部材３の噴孔３０から熱交換器４内に噴射されることとなるが、この噴孔２０から噴射された排気ガスは、冷却水通路４０までの間に他の部材が邪魔になってガス流量の運動エネルギが損なわれるといったことも無く、冷却水との間で唯一隔壁となる内筒管４１に高速の噴出速度で直接噴射することができる。したがって、冷却水通路４０を通過する冷却水は、従来のように無駄に屈曲部を形成することなく、熱効率良く排気ガスからの排熱回収を行うことができる。
そして、触媒２は、収納部材３内に設けているので、無駄なスペースを取ることなく排気経路をコンパクト化でき、別途に触媒２を設ける場合と比べてもコンパクト化を図るとともに、構造の簡略化によるコストの低減、排気ガスの滞留や圧力損失の増大などを防止することができる。
また、触媒２は、収納部材３内に設けることによって触媒の周囲に高温ガスが流れることとなり、冷却水によって直接冷却されることは無いので、触媒２の温度低下を防止して、浄化率の向上、触媒２の小型化が可能となる。
なお、本実施の形態において、エンジン排気ガス熱回収器１の触媒２は、触媒接続管３２とガス放出管３３との間に設けるようになされているが、図３に示すように、収納部材３内の一端部に設けられた触媒接続管３２を、この一端部から収納部材３の内外に延設し、ガス放出管３３を無くし、収納部材３内に延設された触媒接続管３２内に、触媒２を設けるようにしてもよい。
図３において、図１と同部材には同符号を付して説明を省略する。
この構造の場合、エンジン排気ガス熱回収器１は、ガス放出管３３をさらに省略した構成にして構造の簡略化を図ることができる。
また、本実施の形態では、触媒２の両端部に支持部材２１を設けて触媒２を取り付けるようになされているが、図４に示すように、収納部材３の一端部から収納部材３の外側のみに触媒接続管３２を延設し、この一端部付近に設けた一つの支持部材２１によって触媒２の中央部のみを触媒接続管３２に取り付けるようにしたものであってもよい。
図４において、図１と部材には同符号を付して説明を省略する。
この構造の場合、エンジン排気ガス熱回収器１は、収納部材３内に延設される触媒接続管３２を無くし、さらに構造の簡略化を図ることができる。
さらに、本実施の形態では、触媒接続管３２を用いて触媒２を収納部材３内に取り付けているが、図５に示すように、収納部材３の一端部から収納部材３と同径の触媒接続管３２を外側に延設し、収納部材３内に支持部材２１を設けて触媒２を直接取り付けるようにしたものであってもよい。
ただし、この場合、支持部材２１によって排気ガスの流れが妨げられることとなるので、支持部材２１の拡径部２１ａに切欠部２１ｂを設けて排気ガスの経路を確保しておかなければならない。また、切欠部２１ｂの断面積の合計面積は、支持部材２１間に設けられた収納部材３の噴孔３０の合計面積の２倍以上にしておくことが好ましい。
図５において、図１と同部材には同符号を付して説明を省略する。
この構造によると、エンジン排気ガス熱回収器１は、収納部材３内の構造をさらに簡略化できるとともに、収納部材３内の空間を有効利用することができ、大口径の触媒２を使用したりすることが可能となる。
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回収器として利用できる。
（ａ）は本発明に係るエンジン排気ガス熱回収器の断面図、（ｂ）は同図（ａ）のI-I 線断面図である。 図１に示すエンジン排気ガス熱回収器を設けたエンジンの冷却水回路図である。 （ａ）は本発明に係るエンジン排気ガス熱回収器の他の実施の形態を示す断面図、（ｂ）は同図（ａ）のII-II 線断面図である。 （ａ）は本発明に係るエンジン排気ガス熱回収器のさらに他の実施の形態を示す断面図、（ｂ）は同図（ａ）のIII-III 線断面図である。 （ａ）は本発明に係るエンジン排気ガス熱回収器のさらに他の実施の形態を示す断面図、（ｂ）は同図（ａ）のIV-IV 線断面図である。
符号の説明
１ エンジン排気ガス熱回収器
１１ エンジン
２ エンジン排気ガス浄化用触媒
２１ 支持部材（支持具）
２１ｂ 切欠部
３ 収納部材
３０ 噴孔
４ 熱回収器
４０ 冷却水通路
４１ 内筒管
４２ 外筒管
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回収器は、エンジン排気ガス浄化用触媒を内蔵し、エンジン排気ガスとエンジン冷却水間で熱回収を行うエンジン排気ガス熱回収器において、エンジン排気ガス浄化用触媒を排気ガス流入部の排気ガス流れ経路上に配置し、前記触媒の一部または全部を、周壁に熱交換器の内壁と対向した複数の噴孔を設けた収納部材に収め、前記触媒出口端下流側で排気ガス流入方向端を閉塞して径方向に排気ガス全量を導く構成とし、熱回収器の内壁と熱回収器の外壁との間をエンジン冷却水通路として排気ガス全量を前記冷却水通路の隔壁に衝突させるものである。また、このエンジン排気ガス熱回収器において、触媒外周に接合される触媒支持具の一箇所または複数箇所に、ガスの流通を可能とした切欠部を設けるようにしたものである。
以上述べたように、本発明によると、エンジン排気ガス浄化用触媒を、周壁に熱交換器の内壁と対向した複数の噴孔を設けた収納部材に収め、前記触媒出口端下流側で排気ガス流入方向端を閉塞して径方向に排気ガス全量を導く構成とし、熱回収器の内壁と熱回収器の外壁との間をエンジン冷却水通路として排気ガス全量を前記冷却水通路の隔壁に衝突させるようにしているので、排気ガス経路から屈曲部を無くすことが可能となり、排気圧損を低下できるとともに、製造コストの低減を図ることができる。
このように構成されたエンジン排気ガス熱回収器１によると、エンジンからの排気ガスは、ガス流入管３１から触媒接続管３２、触媒２、ガス放出管３３を経て、このガス放出管３３のガス放出孔３３ａから収納部材３に放出され、この収納部材３の噴孔３０から熱交換器４内に噴射されることとなるが、この噴孔３０から噴射された排気ガスは、冷却水通路４０までの間に他の部材が邪魔になってガス流量の運動エネルギが損なわれるといったことも無く、冷却水との間で唯一隔壁となる内筒管４１に高速の噴出速度で直接噴射することができる。したがって、冷却水通路４０を通過する冷却水は、従来のように無駄に屈曲部を形成することなく、熱効率良く排気ガスからの排熱回収を行うことができる。
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回収器は、エンジン排気ガス浄化用触媒を内蔵し、エンジン排気ガスとエンジン冷却水間で熱回収を行うエンジン排気ガス熱回収器において、エンジン排気ガス浄化用触媒を排気ガス流入部の排気ガス流れ経路上に配置し、前記触媒の一部または全部を、周壁に熱交換器の内壁と対向した複数の噴孔を設けた収納部材に収め、前記触媒出口端下流側で排気ガス流入方向端に閉塞部を設け径方向に排気ガス全量を導く構成とし、前記触媒の排気ガス流入方向において排気ガス流入口の対面に冷却水の流入口を設け、前記冷却水通路を前記触媒の排気ガス流入口側まで設け、前記噴孔を前記触媒の排気ガス流入方向において排気ガス流入口側から冷却水の流入口側まで設け、熱交換器の内壁と熱交換器の外壁との間をエンジン冷却水通路として排気ガス全量を前記触媒の排気ガス流入方向の全域において前記冷却水通路の隔壁に衝突させるものである。また、このエンジン排気ガス熱回収器において、触媒外周に接合される触媒支持具の一箇所または複数箇所に、ガスの流通を可能とした切欠部を設けるようにしたものである。
以上述べたように、本発明によると、エンジン排気ガス浄化用触媒を、周壁に熱交換器の内壁と対向した複数の噴孔を設けた収納部材に収め、前記触媒出口端下流側で排気ガス流入方向端を閉塞して径方向に排気ガス全量を導く構成とし、熱回収器の内壁と熱回収器の外壁との間をエンジン冷却水通路として排気ガス全量を前記冷却水通路の隔壁に衝突させるようにしているので、排気ガス経路から屈曲部を無くすことが可能となり、排気圧損を低下できるとともに、製造コストの低減を図ることができる。また、熱効率良く排気ガスからの排熱回収を行うことができる。
１ エンジン排気ガス熱回収器
１１ エンジン
２ エンジン排気ガス浄化用触媒
２１ 支持部材（支持具）
２１ｂ 切欠部
３ 収納部材
３０ 噴孔
４ 熱交換器
４０ 冷却水通路
４１ 内筒管
４２ 外筒管

Claims (3)

  1. エンジン排気ガス浄化用触媒を内蔵し、エンジン排気ガスとエンジン冷却水間で熱回収を行うエンジン排気ガス熱回収器において、
    エンジン排気ガス浄化用触媒を排気ガス流入部の排気ガス流れ経路上に配置し、前記触媒の一部または全部を、周壁に熱交換器の内壁と対向した複数の噴孔を設けた収納部材に収め、熱回収器の内壁と熱回収器の外壁との間をエンジン冷却水通路としたことを特徴とするエンジン排気ガス熱回収器。
  2. 触媒外周に接合される触媒支持具の一箇所または複数箇所に、ガスの流通を可能とした切欠部を設けるようにした請求項１記載のエンジン排気ガス熱回収器。
  3. エンジン駆動式ヒートポンプおよびコーシェネレーションなどのエネルギー供給装置において、請求項１または２記載の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ことを特徴とするエネルギー供給装置。
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