(57)【要約】【課題】内筒部と外筒部との間に排気ガス流路が２重に設けられた排気熱回収器において、内筒部内で発生する凝縮水をバルブの開閉状態にかかわらず内筒部内から器外へ排出することを可能とする。また、内側の排気ガス流路に発生した凝縮水を器外へ排出することを可能とする。【解決手段】内筒部１０と、内筒部１０の連通路１２ａより排気系下流側に設けられたバルブ２０と、内筒部１０の外周側に間隔をおいて設けられた外筒部４０と、内筒部１０と外筒部４０との間に設けられた熱交換部３０と、を備える。熱交換部３０は、第１排気ガス流路３２ａと、第２排気ガス流路３２ｂと、冷却水流路３１ａ，３１ｂと、を備える。そして、第１排気ガス流路３２ａと、内筒部および熱交換部の排気ガス排出口１２，Ｅより排出される排気ガスの排出エリアＺとを連通する第１凝縮水排出路３３が設けられている。【選択図】図４
2010031671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側部に連通路を有する内筒部と、
前記連通路より排気系下流側で前記内筒部内の排気ガス流路を開閉するバルブと、
前記内筒部の外周側に間隔をおいて設けられた外筒部と、
前記内筒部と前記外筒部との間に設けられた熱交換部と、
を備え、
前記熱交換部は、前記内筒部の連通路より流出する排気ガスを排気系上流側へ誘導する第１排気ガス流路と、
前記第１排気ガス流路の排気系上流側端部に連通され、前記第１排気ガス流路から導入される排気ガスを前記第１排気ガス流路の外周側で排気系下流側へ誘導する第２排気ガス流路と、
前記第１排気ガス流路および前記第２排気ガス流路を通過する排気ガスと熱交換可能に冷媒を循環させる冷媒流路と、
を備える排気熱回収器であって、
前記第１排気ガス流路と、前記内筒部および前記熱交換部の排気ガス排出口より排出される排気ガスの排出エリアとを連通する第１凝縮水排出路が設けられた、
ことを特徴とする排気熱回収器。
【請求項２】
請求項１に記載の排気熱回収器において、
前記第１排気ガス流路の外側壁面の下部に前記第１凝縮水排出路の入口に向かって下降傾斜した傾斜部が形成されていることを特徴とする排気熱回収器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の排気熱回収器において、
前記内筒部の排気系下流側端部の下部に、前記排気ガスの排出エリアへ連通する第２凝縮水排出路が設けられたことを特徴とする排気熱回収器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスの熱を回収するための排気熱回収器に関する。特に、排気熱回収器の内部に発生する凝縮水を排出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車用エンジンの排気ガスの熱を回収する機器として、排気熱回収器が知られている。このような排気熱回収器は、内燃機関の排気管の途中に設置され、排気管を通過するエンジンの排気ガスとエンジンの冷却水との間で熱交換を行う。エンジンの冷却水を介して回収された排気熱は、例えば、車室内の暖房に利用される。また、エンジンの暖機運転を早期に完了させるために、エンジンの冷間時（例えばエンジンの始動初期時）に冷却水温度を急速に上昇させることにも利用される。
【０００３】
このような排気熱回収器には、内部の排気ガスの流路が切替可能となったものが多い。特許文献１に開示されている排気熱回収器は、熱交換部を避けて排気ガスを通過させるバイパス流路を形成する内筒部と、この内筒部の下流側でパイパス流路開閉するバルブと、内筒部の外周側に間隔をおいて設けられた外筒部と、内筒部と外筒部の間に設けられた熱交換部（排気熱回収流路および冷却水流路）とを備えている。排気熱回収を行う場合には、バルブを閉鎖し、内筒部内に導入された排気ガスを、内筒部の側部に設けられた多数の小孔より、内筒部の外周に設けられた排気熱回収流路に導入し、冷却水流路を流れる冷却水との間で熱交換を行わせる。
【０００４】
一方、排気熱回収を行わない場合には、バルブを開放して内筒部内に導入された排気ガスをストレートに下流側に排出して、排気ガスを熱交換部に導入しないようにし、必要以上の冷却水の温度上昇を抑制するとともに、排気ガスの圧損を抑制する。
【０００５】
ところで、排気ガスの主成分には、窒素、二酸化炭素および水が多量に含まれており、排気熱回収器においては、排気ガスが熱交換で温度降下するのに伴い多くの凝縮水が発生する。この凝縮水は、アイドリング時など排気ガス流速が小さい状況が続くと排出されずに器内に滞留し易くなる。凝縮水は、液体のまま器外下流側へ排出されれば問題ないが、排気熱回収器内で蒸発すると、その際に周囲の熱を奪うため、熱回収効率が低下するという問題が生じる。また、滞留凝縮水が腐食性であったり、寒冷時に凍結すると、排気熱回収器各部に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００６】
特許文献１に開示されている排気熱回収器は、凝縮水を器外へ排出し易くするために、外筒部の下流側にテーパ部を設け、テーパ部の大径端の最下部を同テーパ部の小径端の最下部より高位置とし、さらに外筒部を下流側へ傾斜させている。これにより、排気熱回収器の外筒部内に発生した凝縮水を排気ガス流によって器外へ排出し易くし、排気熱回収器内での凝縮水の滞留を防止している。
【０００７】
ところで、本件出願人は、本件発明に係る排気熱回収器を完成する以前に、図９に示すような、排気熱回収器１００を開発している。この排気熱回収器１００は、内筒部１１０と外筒部１２０との間に熱回収用の排気ガス流路１３１，１３２が同心状に二重に設けられている。この排気熱回収器１００では、バルブ１４０が閉鎖されると、内筒部１１０内に導入される排気ガスは、内筒部１１０の下流側開口部１１０ａに近い部分に形成された連通孔１１１から内側の排気ガス流路１３１に導入され、排気系上流側（図中左側）へ誘導される。このとき、排気ガス流路１３１を流れる排気ガスと内側の冷却水流路１３３を流れる冷却水との間で熱交換が行われる。内側の排気ガス流路１３１と外側の排気ガス流路１３２とは排気系上流側で連通しており、内側の排気ガス流路１３１内を排気系上流側に向かって流れる排気ガスはこの連通部で反転して外側の排気ガス流路１３２内を排気系下流側に向かって流れる。このとき、外側の排気ガス流路１３２内を流れる排気ガスと内側および外側の冷却水流路１３３，１３４を流れる冷却水との間で熱交換が行われる。
【特許文献１】特開２００６−５５８０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に開示されている排気熱回収器のように、内筒部と外筒部との間に熱交換部が設けられ、内筒部内の排気ガス流路をバルブにて開閉することにより、内筒部内を流れる排気ガスを熱交換部に切替可能に導入する排気熱回収器では、エンジン始動直後に、低温の内筒部内で凝縮水が発生することがある。エンジン始動直後は、暖機運転が完了していないため、バルブが閉鎖していることが多く、内筒部内に発生した凝縮水を器外へ排出することができなかった。このため、バルブが開放するまでの間に内筒部内に発生した凝縮水が蒸発し熱回収効率が低下するおそれがあった。
【０００９】
また、内筒部と外筒部との間に排気ガス流路が同心状に二重に設けられた排気熱回収器では、熱回収効率が向上する反面、内側の排気ガス流路に発生した凝縮水を器外へ排出しにくいという問題があった。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みて創案されたものであり、内筒部と外筒部との間に排気ガス流路が同心状に多重に設けられた排気熱回収器において、内筒部内で発生する凝縮水をバルブの開閉状態にかかわらず内筒部内から器外へ排出することを可能とした排気熱回収器を提供することを目的とする。また、内側の排気ガス流路に発生した凝縮水を器外へ排出することを可能とした排気熱回収器を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題を解決するための手段として、本発明の排気熱回収器は、以下のように構成されている。すなわち、本発明の排気熱回収器は、側部に連通路を有する内筒部と、前記連通路より排気系下流側で前記内筒部内の排気ガス流路を開閉するバルブと、前記内筒部の外周側に間隔をおいて設けられた外筒部と、前記内筒部と前記外筒部との間に設けられた熱交換部と、を備えることを前提とするものであって、前記熱交換部は、前記内筒部の連通路より流出する排気ガスを排気系上流側へ誘導する第１排気ガス流路と、前記第１排気ガス流路の排気系上流側端部に連通され、前記第１排気ガス流路から導入される排気ガスを前記第１排気ガス流路の外周側で排気系下流側へ誘導する第２排気ガス流路と、前記第１排気ガス流路および前記第２排気ガス流路を通過する排気ガスと熱交換可能に冷媒を循環させる冷媒流路と、を備える。そして、前記第１排気ガス流路と、前記内筒部および前記熱交換部の排気ガス排出口より排出される排気ガスの排出エリアとを連通する第１凝縮水排出路が設けられたことを特徴としている。
【００１２】
かかる構成を備える排気熱回収器によれば、第１排気ガス流路と、排気ガスの排出エリアとを連通する第１凝縮水排出路が設けられていることから、第１排気ガス流路に発生した凝縮水を器外へ容易に排出することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の排気熱回収器は、以下のように構成されていてもよい。すなわち、本発明の排気熱回収器は、上記構成を備える排気熱回収器において、前記第１排気ガス流路の外側壁面の下部に前記第１凝縮水排出路の入口に向かって下降傾斜した傾斜部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
かかる構成を備える排気熱回収器によれば、上記傾斜部が設けられていることから第１排気ガス流路内に発生した凝縮水は傾斜部によって第１凝縮水排出路の入口へ向かって流れ易くなる。その結果、より効率的に第１排気ガス流路内に発生した凝縮水を排気ガスの排出エリアを通じて器外へ排出することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の排気熱回収器は、以下のように構成されていてもよい。すなわち、本発明の排気熱回収器は、上記何れかの構成を備える排気熱回収器において、前記内筒部の排気系下流側端部の下部に、前記排気ガスの排出エリアへ連通する第２凝縮水排出路が設けられたことを特徴とするものである。
【００１６】
かかる構成を備える排気熱回収器によれば、上記第２凝縮水排出路が設けられていることから、内筒部内で発生する凝縮水をバルブの開閉状態にかかわらず内筒部内から排気ガスの排出エリアを通じて器外へ容易に排出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る排気熱回収器によれば、内側の排気ガス流路（第１排気ガス流路）に発生した凝縮水を器外へ容易に排出することが可能となる。また、内筒部内で発生する凝縮水をバルブの開閉状態にかかわらず内筒部内から器外へ容易に排出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１〜図５は本発明の実施の形態における、排気熱回収器１を示している。この排気熱回収器１は、例えば自動車のエンジンなどの排気系の一部を構成するものとして設置される。図１は排気熱回収器１の側面図、図２は排気熱回収器１の平面図、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４は排気熱回収器１の縦断面図、図５は図４のＢ矢視図である。
【００１９】
排気熱回収器１は、内筒部１０、バルブ２０、熱交換部３０、外筒部４０などで主に構成されている。
【００２０】
内筒部１０は、内側に配置された第１内筒部１１と、この第１内筒部１１の外側に断熱材１３および所定の隙間を介して同心配置された第２内筒部１２とからなる２重管構造となっている。第１内筒部１１の上流側端部（図４中左側端部）は、第２内筒部１２の上流側端部より更に上流側に位置し、第２内筒部１２の下流側端部（図４中右側端部）は、第１内筒部１１の下流側端部より更に下流側に位置している。
【００２１】
第１内筒部１１の上流側端部には、排気系上流側の構成部材に接続され、同構成部材より排気ガスが導入される排気ガス導入口１１ａが形成されている。第２内筒部１２の側部には、第２内筒部１２の内外空間を連通する連通孔１２ａが形成されている。この連通孔１２ａは、第２内筒部１２内の排気ガスを後述する熱回収排気ガス流路３２ａへ導入するための連通路として機能する。また、第２内筒部１２の下流側端部の開口部（排気ガス排出口）１２ｂには、バルブ受座１２ｃが形成されている。図５に示すように、このバルブ受座１２ｃの下部（周方向最低位置）に内筒部１０の長手方向に沿った切欠が設けられており、この切欠によって内筒部１０内と排気ガス排出エリアＺとを連通する凝縮水排出路１４（第２凝縮水排出路）が形成されている。なお、上記排気ガス排出エリアＺは、内筒部１０や熱交換部３０の排気ガス排出口Ｅより排気ガスが排出されるエリアである。また、凝縮水排出路１４の形状は、内筒部１０内と排気ガス排出エリアＺとを連通するものであればよい。したがって、例えば、内筒部１０の長手方向に対して傾斜したものや、屈曲、湾曲したもの等であってもよい。
【００２２】
バルブ２０は、上記バルブ受座１２ｃに嵌脱自在に嵌まり込むように設けられており、内筒部１０の下流側端部の開口部１２ｂを開閉することによって、内筒部１０内の排気ガス流路を開閉する。なお、内筒部１０内の排気ガス流路を開閉するバルブは上記に限定されず種々のバルブを用いることができる。また、バルブ２０又は種々のバルブによって排気ガス流路を開閉する内筒部１０内の位置は、上記連通孔１２ａより下流側であればよい。
【００２３】
図３に示すように、バルブ２０の一側部は、バルブシャフト５１にビスなどの固定具５２にて固定されており、バルブシャフト５１が正逆方向へ回転されることにより、バルブ２０は外筒部４０内で開閉動作を行うようになっている。
【００２４】
バルブシャフト５１は、その一端側が斜め下方に向かって外筒部４０を内側から外側に向かって貫通している。外筒部４０には、その内方に向かってくびれたくびれ部４０Ａが形成されており、バルブシャフト５１は、そのくびれ部４０Ａ，４０Ａの間に架設されたシャフトケース５３内に収容されている。バルブシャフト５１はシャフトケース５３内の両端付近に固定された軸受５４，５４，５５に回転自在に支持されている。なお、シャフトケース５３も外筒部４０を貫通している。このシャフトケース５３の中間部には、バルブ２０の可動領域を確保するための窓部５３ａが形成されている。
【００２５】
軸受５４，５４の間には、排気ガスの漏出を抑えるラビリンス５６が嵌め込み装着されている。一方、シャフトケース５３の斜め上方の開口は、密閉キャップ５８により密閉され、排気ガスが外筒部４０から上記開口を通じて外へ漏出しないようになっている。
【００２６】
シャフトケース５３およびバルブシャフト５１の斜め下端側の周囲には、バルブシャフト５１を、バルブ２０が閉塞する方向へ回転付勢するねじりコイルスプリング５７（以下単に「コイルスプリング５７」という。）が配設されている。このコイルスプリング５７の一端はシールド６０に係合され、他端はバルブシャフト５１の露出部５１ａの先端に固設されたシャフトレバー５９に係合されている。なお、上記シールド６０は、コイルスプリング５７およびシャフトレバー５９を覆ってこれらを撥ね泥、撥ね水などから保護するものである。
【００２７】
上記シャフトレバー５９としては、カム状のものが使用されている。シャフトレバー５９は、アクチュエータ７０の伸縮するロッド７１の先端部によって押圧可能な位置に配設されており、上記ロッド７１の押圧力を受けると、そのロッド７１の移動量に応じてバルブシャフト５１およびバルブ２０を開側へ回転するようになっている。一方、アクチュエータ７０のロッド７１が収縮すると、コイルスプリング５７の回転付勢力によって、バルブシャフト５１およびバルブ２０は閉側へ回転するようになっている。なお、本実施形態では、アクチュエータ７０として、排気熱回収器１を循環する冷却水温度に応じてロッド７１を伸縮作動するサーモ式アクチュエータが採用されている。
【００２８】
次に、熱交換部３０について説明する。説明の便宜のため、以下では、熱交換部３０内の排気ガスの流れ方向にかかわらず、排気熱回収器１が設置される排気系の上流側（図４中左側）を排気系上流側といい、排気熱回収器１が設置される排気系の下流側（図４中右側）を排気系下流側という。
【００２９】
熱交換部３０は、内筒部１０と外筒部４０との間に設けられており、冷却水流路３１ａ、３１ｂ、熱回収排気ガス流路３２ａ、３２ｂ等で構成されている。これらは、内筒部１０より外側に向かって、内側熱回収排気ガス流路（第１排気ガス流路）３２ａ、内側冷却水流路３１ａ、外側熱回収排気ガス流路（第２排気ガス流路）３２ｂ、外側冷却水流路３１ｂの順に配設されている。
【００３０】
内側熱回収排気ガス流路３２ａは、内筒部１０の連通孔１２ａより流出する排気ガスを排気系上流側へ誘導するように形成されている。この内側熱回収排気ガス流路３２ａの内側壁面３２ａａは第２内筒部１２の外周面で構成され、内側熱回収排気ガス流路３２ａの外側壁面３２ａｂは内側冷却水流路３１ａとの間の隔壁で構成されている。上記外側壁面３２ａｂは、排気系下流側端部から排気系上流側に向かって（バルブ２０閉鎖時の排気ガスの流れ方向に向かって）縮径した縮径部Ｘを有している。したがって、この縮径部Ｘの下部（周方向最低部）は、後述する凝縮水排出路３３の入口に向かって下降傾斜した傾斜部Ｘａとなっている。また、内側熱回収排気ガス流路３２ａの排気系下流側端部３２ａｃの下部（周方向最低部）には、内側熱回収排気ガス流路３２ａと排気ガス排出エリアＺとを連通する凝縮水排出路（第１凝縮水排出路）３３が設けられている。
【００３１】
外側熱回収排気ガス流路３２ｂは、内側熱回収排気ガス流路３２ａの排気系上流側端部に連通しており、内側熱回収排気ガス流路３２ａから導入される排気ガスを内側熱回収排気ガス流路３２ａの外周側で排気系下流側へ誘導するように形成されている。
【００３２】
内側冷却水流路３１ａと外側冷却水流路３１ｂとは複数箇所において連通部Ｈにより冷却水（冷媒）が流通可能なように連通されている。
【００３３】
つぎに、外筒部４０その他の構成について説明する。外筒部４０は、外側冷却水流路３１ｂの外周壁を構成するとともに、バルブ２０の配置箇所より更に下流側へ延出している。外筒部４０の排気系下流側端部には、この排気熱回収器１の下流側の排気系構成部材と接続され、外筒部４０内を通過した排気ガスを排出する排出口４０ａが形成されている。なお、外筒部４０の上流側端部と第１内筒部１１の外周面との間は閉塞部材４１によって、第２内筒部１２の外周面と内側冷却水流路形成部材３５の下流側端部との間は閉塞部材３６によってそれぞれ閉塞されている。
【００３４】
図１および図２に示すように、外筒部４０の側底部には、内側冷却水流路３１ａおよび外側冷却水流路３１ｂに連通し、これら冷却水流路３１ａ，３１ｂに冷却水を導入する冷却水導入用配管８０が接続されている。また、外筒部４０の上部には、外側冷却水流路３１ｂに連通し、加熱された冷却水を排出するための冷却水排出用配管８１が接続されている。
【００３５】
つぎに、排気熱回収器１による排気ガスの熱回収について説明する。
【００３６】
エンジン（内燃機関）から排出された排気ガスが内筒部１０内を流れる際に、バルブ２０が閉じられていると、内筒部１０内に流れ込んだ排気ガスは、図４の矢印に示すように、連通孔１２ａを通過して、内側熱回収排気ガス流路３２ａへ導入され排気系上流側（図４中左側）へ向かって流れる。そして、その排気ガスは、内側冷却水流路３１ａ内の冷却水との間で熱交換を行った後、閉塞部材４１内で反転して外側熱回収排気ガス流路３２ｂへ導入される。外側熱回収排気ガス流路３２ｂ内を流れる排気ガスは、内側冷却水流路３１ａおよび外側冷却水流路３１ｂ内の冷却水との間で熱交換を行いつつ、外側熱回収排気ガス流路３２ｂを通り抜け、熱交換部３０の排気ガス排出口Ｅより排気ガス排出エリアＺを経て、外筒部４０の排出口４０ａに接続された下流側の排気系構成部材へと排出される。
【００３７】
このとき、冷却水導入用配管８０から冷却水流路３１ａ、３１ｂ内に導入された冷却水は、熱回収排気ガス流路３２ａ、３２ｂを流れる排気ガスとの熱交換によって加熱され、冷却水排出用配管８１から排気熱回収器１の外へ導出される。
【００３８】
一方、排気熱回収器１で排気ガスの熱を回収しない場合や排気熱回収器１で回収する熱量を抑える場合はバルブ２０が開放される。バルブ２０が開放されると、内筒部１０の連通孔１２ａを通じて、内側熱回収排気ガス流路３２ａへ導入されていた排気ガスの大部分が、内筒部１０の下流側の開口部１２ｂを通過し、排気ガス排出エリアＺを経て、外筒部４０の排出口４０ａから下流側の排気系構成要素へ排出される。その結果、熱回収排気ガス流路３２ａ、３２ｂに導入される排気ガスは、大幅に減少し、回収される排気ガスの熱量が低減される。
【００３９】
つぎに、排気熱回収器１に発生する凝縮水の排水について説明する。
【００４０】
図６に示すように、バルブ２０を閉鎖した状態（排気熱回収状態）で、内筒部１０内に上流側から排気ガスが流れ込むと、エンジンの運転開始初期時など内筒部１０の温度が昇温する前において、内筒部１０の内周面に凝縮水が発生する場合がある。この場合、内筒部１０の内周面に発生した凝縮水は、内筒部１０の内周面に沿って、周方向低位置側へ流下しつつ、排気ガスによって下流側に流される。その結果、内筒部１０の内周面に発生した凝縮水は、内筒部１０の下流側端部の最下部に集まり、集まった凝縮水Ｗ１は、凝縮水排出路１４から排気ガス排出エリアＺへと排出される。
【００４１】
また、内側熱回収排気ガス流路３２ａの外側壁面３２ａｂにも凝縮水が発生し易い。ここに凝縮水が発生すると、その凝縮水は、外側壁面３２ａｂに沿って、周方向低位置側へ流下し、外側壁面３２ａｂの傾斜部Ｘａでは、より低位置側となる排気系下流側（図６中右側）にある凝縮水排出路３３の入口に向かって流れる。そして、凝縮水排出路３３の入口に集まった凝縮水Ｗ３は、凝縮水排出路３３から排気ガス排出エリアＺへ排出される。
【００４２】
一方、外側壁面３２ａｂの傾斜部Ｘａ以外の場所に流下した凝縮水Ｗ４は、内側熱回収排気ガス流路３２ａ内を流れる排気ガスによって、外側熱回収排気ガス流路３２ｂ側へ送出され、外側熱回収排気ガス流路３２ｂ内で発生する凝縮水とともに、熱交換部３０の排気ガス排出口Ｅからら排気ガス排出エリアＺへと排出される。
【００４３】
なお、排気ガス排出エリアＺへ排出された凝縮水は、熱交換部３０を通り抜けた排気ガス流によって器外下流側（外筒部４０の排出口４０ａに接続された下流側の排気系構成部材）へ排出される。また、バルブ２０が開放されると、排気ガス排出エリアＺへ排出された凝縮水は、内筒部１０の開口部１２ｂから噴出する高速の排気ガスによっても器外下流側へ排出される。
【００４４】
以下、上記排気熱回収器１によるその他の作用効果について説明する。
【００４５】
排気熱回収器１の内側熱回収排気ガス流路３２ａでは、外側壁面３２ａｂの縮径部Ｘにおいて、流れ方向に向かって排気ガスの通過断面積が漸次減少するため、排気ガスの流速が増加する。排気ガスの流速が増加すると、外側壁面３２ａｂに対する伝熱量が増加するので、内側冷却水流路３１ａを流れる冷却水との熱交換量も増加し、熱回収効率が高くなる。
【００４６】
ここで、上記伝熱量の増加理由を説明する。ニュートンの冷却法則によれば、内側熱回収排気ガス流路３２ａの外側壁面３２ａｂの微小面積ｄＳ［ｍ2］を通して、ｄτ［ｓ］の間に内側熱回収排気ガス流路３２ａを流れる排気ガスから外側壁面３２ａｂに伝わる伝熱量ｄＱは、
ｄＱ  ＝  ｈ（Ｔ0−Ｔw）ｄＳ・ｄτ  ［Ｊ（ジュール）］・・・・・・（式１）
で表すことができる。ここで、ｈは熱伝達率［Ｗ／（ｍ2・Ｋ）］であり、
ｈ  ＝  Ｎｕ×（熱伝導率）／（管径）・・・・・・・・・・・・・・・（式２）
で表すことができる。ここで、熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］は、外側壁面３２ａｂの熱伝導率であり、管径［ｍ］は、内側熱回収排気ガス流路３２ａの外径である。また、Ｔw、Ｔ0［Ｋ］は、それぞれ、外側壁面３２ａｂの表面温度および排気ガスの代表温度である。
【００４７】
また、マックアダムスの法則によれば、ヌセルト数Ｎｕは、
Ｎｕ  ＝  ０．０５３×Ｒｅ0.8Ｐｒ0.4・・・・・・・・・・・・・・・（式３）
で表すことができる。ここで、Ｒｅはレイノルズ数、Ｐｒはプラントル数である。
【００４８】
また、レイノルズ数Ｒｅは、
Ｒｅ＝ｕ×Ｄ／ν・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式４）
で表すことができる。ここで、ｕは、排気ガスの流速［ｍ／ｓ］、Ｄは、管径（内側熱回収排気ガス流路３２ａの外径）［ｍ］、νは排気ガスの動粘度［ｍ2／ｓ］である。
【００４９】
式４より、レイノルズ数Ｒｅは、排気ガスの流速ｕに比例するといえる。また、プラントル数Ｐｒはほぼ一定であるとみなすことができるので、式３のヌセルト数Ｎｕは、レイノルズ数Ｒｅの増加に伴って増加する。また、式３を式２に代入すると、熱伝達率ｈは、ヌセルト数Ｎｕに比例することがわかる。さらに、式２を式１に代入すると、伝熱量ｄＱは、伝熱率ｈとともに増減することがわかる。このことは、伝熱量ｄＱが、排気ガスの流速ｕの増加に伴って増加することを示している。したがって、内側熱回収排気ガス流路３２ａを流れる排気ガスの流速が増加すると、排気ガスの内側冷却水流路３１ａを流れる冷却水に対する伝熱量が増加し、熱回収効率が高くなるといえる。
【００５０】
以下、上記排気熱回収器１による更にその他の作用効果について説明する。
【００５１】
従来より、排気熱回収器では、暖機運転の完了後、バルブを開放することで排気熱の回収を抑制するようにしているが、バルブ開放状態においても熱交換部を少量の排気ガスが通過してしまうことにより、冷却水の温度を上昇させてしまうことがあった。
【００５２】
例えば、排気熱回収器１において、凝縮水排出路３３が設けられていなければ、エンジンの負荷が高いとき（排気系を流れる排気ガスの量が多いとき）に、バルブ３０を開放すると、図７の矢印Ｐに示すように、内筒部１０内を比較的高速度で流れる排気ガスによって、内側熱回収排気ガス流路３２ａ内の排気ガスが、連通孔１２ａを通じて内筒部１０内に吸込まれる。この動きに連動して、排気ガス排出エリアＺにある排気ガスが熱交換部３０の排気ガス排出口Ｅから吸込まれ、熱回収排気ガス流路３２ａ、３２ｂ内を排気ガスが逆流するようになる。その結果、逆流する排気ガスと冷却水との間で熱交換が行われ、冷却水の温度を必要もなく上昇させてしまう。
【００５３】
しかし、本発明の実施の形態に係る排気熱回収器１によれば、内側熱回収排気ガス流路３２ａと排気ガス排出エリアＺとを直接的に連通する連通路となる凝縮水排出路３３が設けられていることから、上記熱回収排気ガス流路３２ａ、３２ｂ内での排気ガスの逆流が抑制される。
【００５４】
すなわち、図８の矢印Ｑ１に示すように、内側熱回収排気ガス流路３２ａ内の排気ガスは、連通孔１２ａを通じて内筒部１０内に吸込まれるものの、排気ガス排出エリアＺにある排気ガスは、矢印Ｑ２に示すように、熱交換部の排気ガス排出口Ｅよりも吸入抵抗の小さい凝縮水排出路３３から吸入され易くなる。この結果、熱回収排気ガス流路３２ａ、３２ｂ内を逆流する排気ガスの流量が大幅に低減され、冷却水の不必要な温度上昇を抑えることができる。
【００５５】
＜他の実施形態＞
既述した実施形態では、図３および図４に示したように、凝縮水排出路３３は、内側熱回収排気ガス流路３２ａの排気系下流側端部３２ａｃの下部（周方向最下位置）において周方向小範囲にて形成されているが、熱回収排気ガス流路３２ａ、３２ｂ内での上記排気ガスの逆流をより積極的に抑制する場合は、凝縮水排出路３３を更に周方向に拡張したものとしたり、内側熱回収排気ガス流路３２ａの排気系下流側端部３２ａｃの下部以外の場所、例えば内側熱回収排気ガス流路３２ａの排気系下流側端部３２ａｃの上部などに、内側熱回収排気ガス流路３２ａと排気ガス排出エリアＺとを直接的に連通する連通路を形成してもよい。
【００５６】
本実施形態では、縮径部Ｘは周方向全体に亘って形成されているが、内側熱回収排気ガス流路３２ａ内に発生した凝縮水の排水のみを目的とする場合は、縮径部Ｘは、必ずしも周方向全体に亘って形成されている必要はない。例えば、周方向最低位置近傍のみに縮径部Ｘが設けられていてもよい。
【００５７】
また、本実施形態では、縮径部Ｘは内側熱回収排気ガス流路３２ａの途中から排気系下流側端部に亘って設けられているが、内側熱回収排気ガス流路３２ａの排気系上流側端部から排気系下流側端部に亘って設けられていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、エンジンの排気ガスの熱を回収するための排気熱回収器に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気熱回収器の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る排気熱回収器の平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る排気熱回収器の縦断面図である。
【図５】図４のＢ矢視図であって、一部を省略して表した図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る排気熱回収器の縦断面図であって、凝縮水の排水作用を説明する説明図である。
【図７】第１凝縮水排出路が設けられていない排気熱回収器において、バルブ開放時に器内を流れる排気ガスの流れを示した図である。
【図８】第１凝縮水排出路が設けられた本発明の実施の形態に係る排気熱回収器において、バルブ開放時に器内を流れる排気ガスの流れを示した図である。
【図９】第１および第２凝縮水排出路が設けられていない排気熱回収器の縦断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
Ｅ  熱交換部の排気ガス排出口
Ｈ  連通路
Ｘａ  傾斜部
Ｚ  排気ガス排出エリア
１０  内筒部
１２ｂ  開口部（排気ガス排出口）
１４  凝縮水排出路（第２凝縮水排出路）
２０  バルブ
３０  熱交換部
３１ａ  内側冷却水流路（冷媒流路）
３１ｂ  外側冷却水流路（冷媒流路）
３２ａ  内側熱回収排気ガス流路（第１排気ガス流路）
３２ｂ  外側熱回収排気ガス流路（第２排気ガス流路）
３３  凝縮水排出路（第１凝縮水排出路）
４０  外筒部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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