(57)【要約】      （修正有）【課題】  内燃機関から排出される高温の排気ガスを、管断面にわたって満遍なく少ない水量で効率よく冷却することができる排気ガス冷却装置を提供する。【解決手段】  導入端３から導入された排気ガスを、放出端５まで流動させる内管１と、内管を内に含み、内管との間に間隙を有し、その断面頂部に冷却水導入口２２を有する外管２１とを備え、外管は下流側に延びる排出部２５を有し、内管の外周において、その内管断面の頂部に放出端５に向かって溝が設けられ、その溝はその放出端に向かって幅を広げ、かつその溝底が内管の端に向かうにつれて内管の中心から遠ざかるような勾配を有する。【選択図】図1
0003100611.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
高温の排気ガスを冷却水で冷却して排気する排気ガス冷却装置であって、
前記高温の排気ガスを導入する導入端から導入された排気ガスを、前記冷却水に向けて放出する放出端まで流動させる内管と、
前記内管を内に含み、前記導入端よりも下流側において内管との間に間隙を有し、その断面頂部に冷却水が導入される冷却水導入口を有する外管とを備え、
前記外管は、下流側に延び、前記冷却水導入端から導入された冷却水が前記内管との間隙を通り、前記内管の放出端の外側から流出して前記排気ガスと接してできる混合状態の流体を排出する排出部を有し、
前記内管は、その外周に、その内管断面の頂部に前記放出端に向かって溝が設けられ、その溝はその放出端に向かって幅を広げ、かつ内管の端において溝底が放出端に向かうにつれて前記内管の中心から遠ざかるような勾配を有する、排気ガス冷却装置。
【請求項２】
前記内管は、その放出端側の断面が、前記導入端側の断面よりも小さくなるように、変形されている、請求項１に記載の排気ガス冷却装置。
【請求項３】
前記内管は、前記放出端側に前記溝の底がその外周面に連続するようにその断面を小さくした環状端部を有し、前記溝の底に連続する部分の外周面が前記放出端に向かうにつれて前記内管の内から外に向かって遠ざかるような勾配を有する、請求項１または２に記載の排気ガス冷却装置。
【請求項４】
前記導入端側の内管の内側底部に液体を堰き止める堰き止めリブが設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の排気ガス冷却装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は排気ガス冷却装置に関し、とくに船舶の内燃機関からの高温排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶は、図１３に示すように、ディーゼルエンジンなどの内燃機関１１３によって生じた駆動力を用いてプロペラシャフト１１４を回転させ、そのプロペラの回転により推進力を得る。内燃機関からは高温の排気ガスが排出されるが、対策をとらずに排出すると、アイドリングの際に内燃機関の回転と連動して運転される冷却水ポンプの回転が下がるため、とくに多量の高温ガスが排気され排気経路が高温にされる。このため、排気経路に接触する部分において火災の発生や、その接触部の変質、排気経路自体の材料の損傷などの短寿命化などを誘起する。
【０００３】
このため、内燃機関１１３からの排気ガス経路には、冷却水を導入して排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置１５０が設けられる。この排気ガス冷却装置は、高温の排気ガスと、冷却水導入管１３１から導入される冷却水とを混合して排気ガスを冷却する装置である。この排気ガス冷却装置は、排気ガスが排気される管路に接続される継手として形成され、継手の外周側から冷却水を導入し、継手の内側に排気ガスを通し、冷却水と排気ガスとを継手の後部で混合して混合状態のものを下流に排出する方式が知られている（たとえば特許文献１参照）。この方式によれば、十分な性能の内燃機関を用いて、アイドリングと高速運転とを問わずいかなる運転態様においても、排気ガスを冷却することができる。
【特許文献１】実開平２−７４５１７号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の排気ガス冷却装置では、排気ガスが流通する管路の全周に冷却水が行き渡らない場合を生じる。このため、局所的に高温になる部位を生じる。管路の全周に抜けなく冷却水を供給するためには冷却水の流量を増やし、管断面を満たすようにすればよいと考えられる。しかし、管路を塞ぐほど冷却水の流量を増やすと排気ガスの排出抵抗が増大し、内燃機関の運転に支障をきたすことになる。したがって、冷却水の供給量は、局所的に高温になる部位を発生させずにできるだけ少なくすることが望ましい。
【０００５】
排気ガス抵抗が大きくならないように冷却水の水量をできるだけ絞って冷却する場合、冷却水がとくに供給されにくい部位が生じやすい。この部位が高温となり、その高温になる部分が管断面の上部（１２時相当部）である場合、冷却水の供給量は、上記のように管を満たすほどでないため、下流の管路にわたって上記管断面の上部が連続して高温になり、上記した不都合を生じる。このため、船舶利用者から、内燃機関からの排気ガスを管路全周にわたって偏りなく、かつ少ない水量で効率よく冷却する装置の開発が望まれてきた。
【０００６】
本考案は、たとえば内燃機関から排出される高温の排気ガスを、管全周にわたって満遍なく少ない水量で効率よく冷却することができる排気ガス冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本考案の排気ガス冷却装置は、高温の排気ガスを冷却水で冷却して排気する装置である。この排気ガス冷却装置は、高温の排気ガスを導入する導入端から導入された排気ガスを、冷却水に向けて放出する放出端まで流動させる内管と、内管を内に含み、導入端よりも下流側において内管との間に間隙を有し、その断面頂部に冷却水が導入される冷却水導入口を有する外管とを備える。上記の外管は、下流側に延び、冷却水導入端から導入された冷却水が内管との間隙を通り、内管の放出端の外側から流出して排気ガスと接してできる混合状態の流体を排出する排出部を有する。そして、上記の内管は、その外周に、その内管断面の頂部に放出端に向かって溝が設けられ、その溝はその放出端に向かって幅を広げ、かつ内管の端において溝底が放出端に向かうにつれて内管の中心から遠ざかるような勾配（登り勾配）を有する。
【０００８】
上記の構成において、冷却水は内管の外周を回りながら放出端の外縁にいたり、内管を通ってきた排気ガスと接触して排気ガスを冷却する。このとき、内管の頂部に、放出端に向かって幅が広がり、上記のような放出端に向かって登り勾配の溝があると、溝端の広い幅の分の冷却水が内管の外側に向かって跳ね上げられる。このため、冷却水は、重量句の影響を打ち消され、内管の放出端の外側へと頂部の領域も含めて均一に供給され、内管を通ってきた排気ガスを外管の内壁から内側へと包み込むように流れる。このため、この排気ガス冷却装置の下流の外管排出部において、たとえば頂部など、冷却されずにいる高温の排気ガスが局所的に接触して高温になる部分をなくすことができる。この結果、内燃機関からの高温の排気ガスを十分冷却した上で、排気経路を経由して排出することができる。
【０００９】
上記の溝は、その側部がその溝内に向かって凸の曲線に沿うように、幅を広げ、上に向かって凹の曲面に沿うように上に反っていてもよい。このような滑らかな形状の溝を設けることにより、冷却水を内管の放出端の回りにその量の分布を均等にして供給することができる。しかし、必ずしも上記の極性の曲率の曲線に沿う必要はない。
【００１０】
上記の内管は、その放出端側の断面が、導入端側の断面よりも小さくなるように、変形されていてもよい。
【００１１】
この構成により、高温の排気ガスの断面を縮小させながら放出端から下流側に流すことができる。このため、冷却水は、内管の放出端の外縁から、上記の排気ガスを外側に漏らさず、排気ガスをすべて包み込むように下流側に流し、排気ガスに接触させることができる。
【００１２】
上記の内管は、放出端側に溝の底がその外周面に連続するようにその断面を小さくした環状端部を有し、溝の底に連続する部分の外周面が放出端に向かうにつれて内管の内から外に向かって遠ざかるような勾配を有する構成としてもよい。
【００１３】
この構成により、径の大きい内管の場合、冷却水は環状端部の外周を伝って内管の放出端に均等に行き渡ることができる。また、環状端部の頂部の外周面は、溝底部に連続し、かつ放出端に向かって登り勾配なので、外管の内面頂部に向かって冷却水を放射することができる。このため、重力の影響による頂部での冷却水不足を解消することができる。上記の環状端部は、径の大きい内管に形成された溝から見て、溝の幅に関して、その幅を拡大した極限とみることができる。径の大きい内管に形成された溝の延長部分に相当する環状端部の外周面には登り勾配が付けられ、この登り勾配が、重力に抗して冷却水を外管排出部の頂部に向かうようにする。
【００１４】
上記の導入端側の内管の内側底部に液体を堰き止める堰き止めリブが設けられていてもよい。
【００１５】
上記の構成により、内燃機関の停止時に内管に溜まっている冷却水が内燃機関に逆流することを防ぐことができる。この結果、内燃機関に故障を生じる原因をつくらず、高温の排気ガスを冷却して不都合を生じずに排出することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に図面を用いて本考案の実施の形態について説明する。図１は、本考案の実施の形態における排気ガス冷却装置５０を示す図である。図１において、排気ガス冷却装置５０は、排気ガス導入端３、および冷却水にむけて排気ガスを放出する放出端５と有する内管１と、その内管を内に含むように配置され、冷却水導入口２２を有する外管２１と、を備える。外管２１は内管１の導入端側の外周に接続され閉じられている。内管１と、外管２１との間には間隙が設けられる。この間隙は、頂部側では、内管の放出端側に近づくほど小さくなるようにされるのが普通である。外管２１の下流側は、内管の放出端を越えて、排出部２５に連続する。
【００１７】
外管の排出部２５には、冷却水と排気ガスとが混合したものが流れる。排出部２５はゴムホースなどフレキシブルチューブに連結され、その下流側に船尾の排出口までの経路が形成される。外管２１の冷却水導入口２２には、冷却水導入管３１が連結され、冷却水がポンプなどにより駆動されて送り込まれる。また、内管１の導入端３には、通常、フランジ２３が設けられ、内燃機関の排出口に連結された排気管と、この排気管の端に設けられたフランジと突き合わされ、ボルトナット等を用いて接続される。
【００１８】
また、内管１の内側底部には堰き止めリブ７が設けられる。
【００１９】
次に、上記の排気ガス冷却ガスの冷却機構について説明する。内燃機関から排出された排気ガスは、排気管を経て導入端３から内管１に導入され、放出端５まで流動される。一方、冷却水は冷却水導入管３１を経て冷却水導入口２２から、外管の内側に導入される。導入された位置は、また内管１の外側でもある。冷却水は、内管１と外管２１との間の間隙を通り、内管の放出端の回りの内管と外管との間の間隙から下流に向かって放流する。このとき、内管の外周頂部には溝が設けられている。しかも、この溝は、放出端に向かって幅広になり、登り勾配をつけられている。このため、冷却水は、外管の内面頂部付近には多少の変動があっても、付近全体に安定して十分な量、供給される。放出端のまわりの他の位置も、重力の影響で頂部に向かう冷却水から少しずつ分れた冷却水が自ずと供給され、同様に、内管との間隙から下流に放流される。
【００２０】
このため、冷却水は放出端の回りに抜けなく均等に供給され、局所的に冷却されない部分を生じる事態を防止することができる。従来は、とくに外管排出部の頂部に冷却されない部分を生じ、不都合な事態を発生させる場合があったが、上記の溝形状とすることにより、排出部の頂部に高温部を生じることを防止できるようになった。
【００２１】
堰き止めリブ７は、内管の底部に配置されている。上記のように排気ガスを冷却水により冷却した後、冷却水が内管底部に溜まることは普通に生じる。このような場合、堰き止めリブ７がないと、内燃機関を停止したとき瞬間的に内燃機関側に生じる負圧により、冷却水が内燃機関側に吸い込まれるおそれがある。堰き止めリブ７により、内燃機関への冷却水の流入を避けることができる。
【実施例１】
【００２２】
図２は、本考案の実施例１における排気ガス冷却装置の内管外面の頂部に設けられた溝を示す平面図である。図２において、内管１は、導入端からの大部分が太径の管１１で形成されているが、その放出端側に小径の環状端部９が形成されている。溝２において、溝壁２ａは、太径の管１１に形成されており、溝底２ｂは太径の管１１から環状端部９までの放出端５まで連続している。溝壁２ａは太径の管の端部２ｃの範囲で溝幅を広げており、また環状端部の外周面に形成された溝底部２ｂは、放出端に近づくにつれ範囲２ｄで登り勾配が付けられている。
【００２３】
図３は、本考案の実施例１における排気ガス冷却装置の内管を示す図である。内管１では、上述のように、太径の管１１の端に小径の環状端部９が設けられている。放出端側の断面を、導入端側の断面より小さくすることにより、排気ガスをより小さい断面にする勾配をつけながら、すなわち下流側にその断面が収束する排気ガス流を放出することができる。
【００２４】
太径の管１１に設けられた溝の底２ｂは、環状端部９の外周面へと連続している。このような環状端部を設けることにより、内燃機関の容量が大きく径が大きい内管を設ける場合、放出端の回りで頂部以外のほかの部分への冷却水の供給を均等にすることができる。上述のように、環状端部９は、太径の内管１１に形成された溝から見て、溝の幅に関して、その幅を拡大した極限とみることができる。太径の内管１１に形成された溝の延長部分に相当する環状端部の外周面には登り勾配が付けられ、この登り勾配が、重力に抗して冷却水を外管排出部の頂部に向かうようにする。太径の内管１１に設けられた溝に登り勾配は付けられてもよいし、付けられなくてもよい。
【００２５】
図４は、図３に示す内管の放出端側の斜視図である。図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である図５、およびＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である図６に示すように、太径の管１１に設けた溝の底部２ｂは、環状端部９の外周面に連続している。そして、図５に示すように、環状端部における溝底部２ｂは放出端に向かうにつれ登り勾配を付けられている。
【００２６】
上記の溝構造および環状端部を形成した内管を用いることにより、排出管内面の頂部付近を高温にすることなく、かつその他の部分も高温になる事態を防ぐことができる。また堰き止めリブにより内燃機関への冷却水の流入を防ぐことができる。
【実施例２】
【００２７】
図７は、本考案の実施例２における排気ガス冷却装置の内管外面の頂部に設けられた溝を示す平面図である。図７において、溝２は、斜めの溝壁２ａと、溝の底２ｂとによって形成されている。図８に示すように、本実施例における内管は、比較的容量の小さい内燃機関の排気ガスの冷却に用いられるものであり、実施例１のような環状端部は設けていない。導入端３の側の断面に比べて、放出端５の側の断面は縮小されている。
【００２８】
図９は、図８に示す内管の放出端側の斜視図である。内径の断面が縮小された部分の頂部に溝２が放出端５に向かって形成されている。放出端５の溝の部分は、上方に反るような形状を有する。
【００２９】
図１０は、図９におけるＡ部拡大図である。底部に斜めに向かう溝壁２ａは、放出端５の側に向かうにつれ外側に湾曲し、範囲２ｃで溝幅を拡大させている。また、放出端に近い部分２ｄでは放出端に近づくにつれ登り勾配となっている。
【００３０】
本実施例の内管は、簡単な構造を有し、比較的小型の内燃機関に用いられ、従来問題を生じることのあった外管の排気部の頂部を含め、他の部分を高温の排気ガスに接触させることがない。また、堰き止めリブ７により、上述の作用を得ることができる。
【実施例３】
【００３１】
実施例１および２の排気ガス冷却装置も含めて、各種サイズの排気ガス冷却装置における水流の態様を観察した。上述のように、排気ガスはアイドリング時に最も高温になるので、走行時のエンジン回転の１／４の回転により運転した。また、冷却水を送り込むポンプの吐出量は、排気ガス冷却装置のサイズに合わせて変化させた。試験は、図１における排出管２５からゴムホースを取外した装置に冷却水を送り込み、
排出管２５から排出される冷却水の態様を観察することにより行なった。冷却水の排出される態様は、すなわち排気部の中で排気ガスとどのような接触をするかを表す。とくに排出管の頂部付近における冷却水の態様が重要である。
【００３２】
図１１に示す冷却水の放出態様は、排出部２５の頂部に接触しており、好ましい放出態様である。このような放出態様を○とした。一方、図１２に示す冷却水の放出態様は、冷却水のトップが排出部２５の頂部から隙間Ｇをあけて放出されており、排出部２５の頂部が高温になる可能性がある。このような放出態様を×とした。
【００３３】
内管の導入端に接続される排気管の径と排出管（排出部）２５の径との組み合わせを表わすミキシング型式により分類し、４種類の組み合わせについて、本考案例と従来の比較例との試験を行なった。試験条件および試験結果を表１に示す。表１の中で、エンジン回転の（１／４）時の回転は、アイドリング時の回転を表わし、この状態の冷却水ポンプの回転において排出管の全周を漏れなく冷却することができるかどうかが問題となる。
【００３４】
【表１】
0003100611.tif 000003
【００３５】
実施例２に示した環状端部を有する比較的大型の排気ガス冷却装置（ミキシング型式６−８の本考案例）および実施例１に示した小型用の装置（ミキシング形式２−２．５の本考案例）はいずれも、排出部２５の頂部に十分な水量が接触した状態で放出される態様を示した。また、ミキシング形式４−４および４−５の本考案例（実施例２と同じ形式の装置）も同じ冷却水放出の態様を示した。
【００３６】
一方、従来の構造の比較例では、どのサイズもその水流のトップが、排出部２５の頂部から隙間Ｇをあけて放出された。このような冷却水の放出態様は、排出管の頂部が高温になることを防止できない。
【００３７】
上記の試験により、本考案における装置の構造、とくに内管の溝の構造が有効に作用し、高温に加熱される部分を生じることなく、安全に排気ガスを排出することができる。とくに排出部頂部を、多少の変動にも変わることなく安定して高温にすることなく排気ガスを排出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本考案の排気ガス冷却装置は、従来の装置に改良を加えることにより、排気ガスを安定して安全に排出することが可能とするので、従来から上述の内燃機関の排気方式が用いられてきた小型船舶などを中心に広範に利用されることが期待される。
【００３９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本考案の範囲は上記した説明ではなくて実用新案登録請求の範囲によって示され、実用新案登録請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本考案の実施の形態における排気ガス冷却装置を示す図である。
【図２】本考案の実施例１における排気ガス冷却装置の内管に設けた溝を示す平面図である。
【図３】本考案の実施例１における排気ガス冷却装置を示す図である。
【図４】図３の排気ガス冷却装置の放出端側の斜視図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図４におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】本考案の実施例２における排気ガス冷却装置の内管に設けた溝を示す平面図である。
【図８】本考案の実施例２における排気ガス冷却装置を示す図である。
【図９】図８の排気ガス冷却装置の放出端側の斜視図である。
【図１０】図９のＡ部拡大図である。
【図１１】実施例３の試験において冷却水の良好な放出態様を示す図である。
【図１２】実施例３の試験において冷却水の不良な放出態様を示す図である。
【図１３】船舶における一般的な排気ガス冷却装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  内管、２  溝、２ａ  溝壁、２ｂ  溝底、２ｃ  溝幅拡大部、２ｄ  溝底登り坂部、３  導入端、５  放出端、７  堰き止めリブ、９  環状端部、１１  太径の管、２１  外管、２２  冷却水導入口、２３  フランジ、２５  排出部、３１  冷却水導入管、５０  排気ガス冷却装置。
【図１】
0003100611.tif 000004
【図２】
0003100611.tif 000005
【図３】
0003100611.tif 000006
【図４】
0003100611.tif 000007
【図５】
0003100611.tif 000008
【図６】
0003100611.tif 000009
【図７】
0003100611.tif 000010
【図８】
0003100611.tif 000011
【図９】
0003100611.tif 000012
【図１０】
0003100611.tif 000013
【図１１】
0003100611.tif 000014
【図１２】
0003100611.tif 000015
【図１３】
0003100611.tif 000016