(57)【要約】【課題】排気ガス浄化触媒を内蔵したエンジンの排気ガスと冷却水との間の触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器において、排気ガスの流入部での温度低下を防止できる構成を提供する。あわせて、排気ガスを触媒の径方向から流入させる場合において、触媒流入面での排気ガス偏流を防止できる構成を提供する。【解決手段】エンジンの排気ガスと冷却水との間の熱交換器３であって、排気ガス浄化触媒４を内蔵した触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器１において、前室２の隔壁の全てまたは一部を多層板で構成したものである。また、多層板を構成する管材２１と内筒管３１との間に空隙Ｓを設けたものである。前室２に整流部材２３を設け、排気ガス流入管３５との対面部を除いて周方向に複数の排気ガス流入口２３ａを設けたものである。上記触媒内蔵型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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ガスと冷却水との間の熱交換器であって、排気ガス浄化触媒を内蔵した触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器において、
触媒流入部の隔壁の全てまたは一部を多層板で構成したことを特徴とする触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器において、多層板の内板と外板の間を離隔したことを特徴とする触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器。
【請求項３】
エンジンの排気ガスと冷却水との間の熱交換器であって、内蔵された排気ガス浄化触媒の径方向から排気ガスを流入させる触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器において、
触媒流入側に触媒を担持する周壁を延長または、別途周壁を設け、排気ガス流入口との対面部を除いて周壁の周方向に複数の排気ガス流入口を設けたことを特徴とする触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器。
【請求項４】
エンジン駆動式ヒートポンプおよびコージ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ないし３の何れか一記載の触媒内蔵型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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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触媒内蔵型のエンジン排気ガス熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの排気ガスと冷却水との間の熱交換器内に、排気ガス浄化触媒を内蔵した触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器において、排気ガスを触媒に流入させる前の前室が、冷却水通路を構成する隔壁で囲繞された構成が開示されている（特許文献１の図３〜図５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３２４２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来のエンジン排気ガス熱交換器の場合、前室に流入した排気ガスは、冷却水通路を構成する隔壁によって囲繞されているため、触媒に流入する前に、この冷却水通路を通過する冷却水によって熱を吸収されてしまう。したがって、排気ガスは、触媒に流入する温度が低下し、触媒での反応が不活性になる場合があった。
【０００５】
また、排気ガスを触媒の径方向から流入させる場合において、排気ガスは、前室内で偏流し、流入口から遠い側の触媒の流入面から多く流入し、触媒の反応が不活性となる場合があった。
【０００６】
本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであって、排気ガス浄化触媒を内蔵したエンジンの排気ガスと冷却水との間の触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器において、排気ガスの流入部での温度低下を防止できる構成を提供する。あわせて、排気ガスを触媒の径方向から流入させる場合において、触媒流入面での排気ガス偏流を防止できる構成を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器は、エンジンの排気ガスと冷却水との間の熱交換器であって、排気ガス浄化触媒を内蔵した触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器において、触媒流入部の隔壁の全てまたは一部を多層板で構成したものである。また、上記触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器において、多層板の内板と外板の間を離隔したものである。さらに、エンジンの排気ガスと冷却水との間の熱交換器であって、内蔵された排気ガス浄化触媒の径方向から排気ガスを流入させる触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器において、触媒流入側に触媒を担持する周壁を延長または、別途周壁を設け、排気ガス流入口との対面部を除いて周壁の周方向に複数の排気ガス流入口を設けたものである。
【０００８】
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ジェネレーションなどのエネルギー供給装置において、上記触媒内蔵型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。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように、本発明によると、触媒に流入される前の排気ガスが冷却水に吸収される熱量を抑制できるので、排気ガスの温度の低下を防止して触媒での反応を活性化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は本発明に係る触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器の断面図、（ｂ）は同図（ａ）のI-I 線断面図である。
【図２】図１に示す触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器を設けたエンジンの冷却水回路図である。
【図３】（ａ）は図１（ａ）のII-II 線断面図、（ｂ）は前室の部分拡大断面図である。
【図４】（ａ）は本発明に係る触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器の前室の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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器１を示し、図２は同触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器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、図３は同触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器１の前室２の構成を示している。
【００１３】
すなわち、この触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器１は、熱交換器３内の排気ガスを排気ガス浄化触媒（以下、単に触媒という。）４に流入させる前の前室２が、熱交換器３の内筒管３１との間に空隙Ｓを設けて構成されている。
【００１４】
触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器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、エンジン排気ガス熱交換器１内で、前室２、触媒４および単位排気ガス通路５ａ，５ｂ，５ｃを通過するように設けられ、かつ、エンジン１１の冷却水が、触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器１の熱交換器３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。
【００１５】
熱交換器３は、内筒管３１と、外筒管３２と、その両端に設けられた内蓋３１ａ，３１ｂおよび外蓋３２ａ，３２ｂとからなり、その間隙は、冷却水が通過する冷却水通路３０となされている。
【００１６】
この熱交換器３は、他端部の外蓋３２ｂには、冷却水通路３０と連通する冷却水流入管３３が設けられており、一端部の外筒管３２には、冷却水通路３０と連通する冷却水流出管３４が設けられている。これにより、冷却水は、冷却水流入管３３から冷却水通路３０内へと導入され、熱交換器３の他端部側から一端部側へと流れた後、冷却水流出管３４から排水されるようになされている。
【００１７】
また、熱交換器３は、一端部の内筒管３１および外筒管３２を貫通して内筒管３１内に連通する排気ガス流入管３５が設けられており、他端部の内筒管３１および外筒管３２を貫通して内筒管３１内に連通する排気ガス流出管３６が設けられている。これにより、排気ガスは、排気ガス流入管３５から内筒管３１内へと導入され、この内筒管３１内に形成された前室２、触媒４および３段の単位排気ガス通路５ａ、５ｂ、５ｃを通過した後、排気ガス流出管３６から排気されるように構成されている。
【００１８】
前室２は、内筒管３１内に、この内筒管３１よりも若干小径の筒状で一端が曲面を形成しながら漸次的に縮径するように形成された管材２１を、内筒管３１との間に空隙Ｓを形成するように設けて構成されている。管材２１の縮径された側の一端は、熱交換器３の一端に設けられた内蓋３１ａに固定される。排気ガス流入管３５は、この管材２１内に連通するようになされている。この管材２１の他端は、触媒４および排気ガス噴出管５１を受挿接続するための筒状の接続部材２２が設けられている。この接続部材２２は、内筒管３１の内周面に接する筒状の本体２２ａ部分からさらに二段階に縮径して排気ガス噴出管接続部２２ｂ、触媒接続部２２ｃを形成するようになされている。最大径の本体２２ａの部分は、内筒管３１と管材２１との間に介在して、これら内筒管３１と管材２１との間に空隙Ｓを維持するように固定される。排気ガス噴出管接続部２２ｂは、その外側に排気ガス噴出管５１を受挿接続して内筒管３１と排気ガス噴出管５１との間に間隔ｄを形成するようになされている。触媒接続部２２ｃは、その内側に触媒４を受挿接続するようになされている。
【００１９】
単位排気ガス通路５ａは、上記接続部材２２の排気ガス噴出管接続部２２ｂに接続される排気ガス噴出管５１と、この排気ガス噴出管５１の下流側に設けられる接続部材５２とによって構成されている。
【００２０】
排気ガス噴出管５１は、内筒管３１との間に間隙ｄを形成することが可能で、かつ、触媒４を内装可能な直径および長さの円筒状に形成されている。この排気ガス噴出管５１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５０が設けられている。また、排気ガス噴出管５１は、下流側端部が蓋体５１ａによって閉塞されている。この排気ガス噴出管５１は、内筒管３１の内周面との間で噴孔５０を邪魔しない位置に適宜に設けたリブ片５１ｂによって、内筒管３１内に固定される。また、このリブ片５１ｂは、排気ガス噴出管５１の内周面にも設けられ、この排気ガス噴出管５１に内装される触媒４を保持することができるようになされている。この触媒４を保持した状態で、触媒４と蓋体５１ａとの間には、熱交換器３の外筒管３２および内筒管３１と、この排気ガス噴出管５１とを貫通して温度計６が設けられている。触媒４は、排気ガス温度により浄化作用が有効に機能しないことがあるため温度管理をすることが望ましいが、この触媒４を通過直後の位置で温度計６によって温度測定することで、触媒４の浄化状態をある程度把握できることとなる。
【００２１】
接続部材５２は、筒状の本体５２ａ部分からさらに縮径して排気ガス噴出管接続部５２ｂを形成するようになされている。最大径の本体５２ａの部分は、上記排気ガス噴出管５１に隣接する下流側で、内筒管３１の内周面に固定される。排気ガス噴出管接続部５２ｂは、その外側に、次段の単位排気ガス通路５ｂを構成する排気ガス噴出管５３を受挿接続して内筒管３１と排気ガス噴出管５３との間に間隔ｄを形成するようになされている。
【００２２】
これにより、単位排気ガス通路５ａは、触媒を通過した排気ガスが、蓋体５１ａによって行き止まり、噴孔５０から噴出するようになされた第一排気ガス通路Ａと、この噴孔５０から噴出後、排気ガス噴出管５１と内筒管３１との間隙ｄを通過し、接続部材５２の噴出管接続部５２ｂから次段の噴出管５３へと排気ガスを通過させる第二排気ガス通路Ｂとを形成することとなる。
【００２３】
単位排気ガス通路５ｂは、上記接続部材５２の排気ガス噴出管接続部５２ｂに接続される排気ガス噴出管５３と、この排気ガス噴出管５３の下流側に設けられる接続部材５４とによって構成されている。
【００２４】
排気ガス噴出管５３は、内筒管３１との間に間隙ｄを形成することが可能な円筒状に形成されている。この排気ガス噴出管５３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５０が設けられている。また、排気ガス噴出管５３は、下流側端部が蓋体５３ａによって閉塞されている。この排気ガス噴出管５３は、内筒管３１の内周面との間で噴孔５０を邪魔しない下流側端部外周面の位置に設けたリブ片５３ｂによって、内筒管３１内に固定される。
【００２５】
接続部材５４は、筒状の本体５４ａ部分からさらに縮径して排気ガス噴出管接続部５４ｂを形成するようになされている。最大径の本体５４ａの部分は、上記排気ガス噴出管５３に隣接する下流側で、内筒管３１の内周面に固定される。排気ガス噴出管接続部５４ｂは、その外側に、次段の単位排気ガス通路５ｃを構成する排気ガス噴出管５５を受挿接続して内筒管３１と排気ガス噴出管５５との間に間隔ｄを形成するようになされている。
【００２６】
これにより、単位排気ガス通路５ｂは、接続部材５２の噴出管接続部５２ｂを通過した排気ガスが蓋体５３ａによって行き止まり、噴孔５０から噴出するようになされた第一排気ガス通路Ａと、この噴孔５０から噴出後、排気ガス噴出管５３と内筒管３１との間隙ｄを通過し、接続部材５４の噴出管接続部５４ｂから次段の噴出管５５へと排気ガスを通過させる第二排気ガス通路Ｂとを形成することとなる。
【００２７】
単位排気ガス通路５ｃは、上記接続部材５４の排気ガス噴出管接続部５４ｂに接続される排気ガス噴出管５５と、排気ガス流出管３６とによって構成されている。
【００２８】
排気ガス噴出管５５は、内筒管３１との間に間隙ｄを形成することが可能な円筒状に形成されている。この排気ガス噴出管５５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５０が設けられている。また、排気ガス噴出管５５は、下流側端部が熱交換器３の他端側の内蓋３１ｂによって閉塞されるように、その長さが調整されている。この排気ガス噴出管５５の下流側端部は、熱交換器３の他端側の内蓋３１ｂに固定される。
【００２９】
これにより、単位排気ガス通路５ｃは、接続部材５４の噴出管接続部５４ｂを通過した排気ガスが内蓋３１ｂによって行き止まり、噴孔５０から噴出するようになされた第一排気ガス通路Ａと、この噴孔５０から噴出後、排気ガス噴出管５３と内筒管３１との間隙ｄを通過し、排気ガス流出管３６から排気される第二排気ガス通路Ｂとを形成することとなる。
【００３０】
このように構成されたエンジン排気ガス熱交換器１によると、エンジンからの排気ガスは、排気ガス流入管３５から前室２、触媒４、単位排気ガス通路５ａ，５ｂ，５ｃを経て、排気ガス流出管３６から排気されることとなる。
【００３１】
この際、排気ガスは、全ての噴孔５０から一挙に噴出させるのではなく、単位排気ガス通路５ａの噴孔５０から噴出させた後、回収され、次段の単位排気ガス通路５ｂの噴孔５０から噴出させた後、再度回収され、次段の単位排気ガス通路５ｃの噴孔５０から噴出させるといった構成としているため、噴孔５０から熱交換器３の内筒管３１に向けて噴出される排気ガスの噴射速度は、各単位排気ガス通路５ａ，５ｂ，５ｃで低下させることなく一定に保つことができる。したがって、噴孔５０当たりの流速の低下を防止して所定の平均熱通過率（Ｋ値）を維持することが可能となる。
【００３２】
また、前室２は、管材２１と内筒管３１との間に空隙Ｓを形成しているので、排気ガス流入管３５から流入した排気ガスが、内筒管３１を介して冷却水によって冷却されるのを防止することができる。したがって、触媒４に流入される前の排気ガスの温度低下を防止して触媒４での反応を活性化することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態の場合、管材２１と内筒管３１との間に空隙Ｓを形成しているが、排気ガス流入管３５から前室２に流入した排気ガスが衝突する位置、すなわち、排気ガス流入管３５からの延長線上の管材２１の位置に積極的に排気ガスが吹き付けられることとなるため、少なくともこの位置のみに上記したような空隙Ｓを形成するものであってもよい。
【００３４】
また、本実施の形態では、前室２を構成する管材２１と、内筒管３１との間に空隙Ｓを形成しているが、この空隙Ｓは、管材２１と内筒管３１との空隙Ｓを維持するように設けられた接続部材２２の本体２２ａの部分が、延設されて、この本体２２ａが実装された、すなわち、内筒管３１と本体２２ａと管材２１との３層構造となったものであってもよい。また、空隙Ｓに適宜な断熱材が設けられたものであってもよい。
【００３５】
なお、本実施の形態では、前室２を構成する管材２１と、内筒管３１との間に空隙Ｓを形成しているが、管材２１と内筒管３１との空隙Ｓを維持するように設けられた接続部材２２を間に挟まずに、管材２１と内筒管３１を直接密着させる形状の２層構造の多層板であってもよい。この場合空隙Ｓは存在しないが、管材２１と内筒管３１との間の接合部で接触熱抵抗が発生し冷却水によって冷却されるのを防止することができる。
【００３６】
さらに、本実施の形態の場合、上記したように排気ガス流入管３５からの排気ガスが、排気ガス流入管３５の延長線上の管材２１の位置に積極的に吹き付けられて前室２内で偏流することとなる。したがって、図４に示すように、前室２内に、触媒４に流入する排気ガスの偏流を防止する整流部材２３を設けてもよい。この整流部材２３は、熱交換器３の一端側の内蓋３１ａと触媒４との間を接続する円筒状に形成されており、外周全体に等間隔で、排気ガス流入口２３ａが複数箇所に設けられている。ただし、排気ガス流入口２３ａは、排気ガス流入管３５の延長線上に当たる整流部材２３の位置からは外れるように設けられる。この図４において、図１ないし図３と同部材には同符号を付して説明を省略する。
【００３７】
この整流部材２３を設けることにより、前室２に流入される排気ガスは、整流部材２３の周囲に回流させてから排気ガス流入口２３ａを介して触媒４に流入させることができるので、前室２内での偏流を防止することができる。なお、この整流部材２３は、接続部材２２の触媒接続部２２ｃが整流部材２３側に延設されて、接続部材２２と整流部材２３とが一体化するように構成されたものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
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交換器として利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  触媒内蔵型エンジン排気ガス熱交換器
１１  エンジン
２  前室（触媒流入部）
２１  管材（多層板）
２２ａ  本体（多層板）
２３  整流部材（周壁）
２３ａ  排気ガス流入口
３  熱交換器
３１  内筒管（多層板）
３５  ガス流入管
４  エンジン排気ガス浄化触媒
Ｓ  空隙
【図１】
2011190707.tif 000003
【図２】
2011190707.tif 000004
【図３】
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【図４】
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