JP2007211715A - Valve mechanism and heat exchange system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主流路を通流する流体の温度に応じて膨張及び収縮する感温部と、当該感温部と直接又は間接的に連結され、前記感温部の膨張及び収縮と連動して前記主流路を遮断可能な弁部とを備える弁機構及びそれを用いた熱交換システムに関する。 The present invention is a temperature sensing part that expands and contracts according to the temperature of the fluid flowing through the main flow path, and is directly or indirectly connected to the temperature sensing part, in conjunction with the expansion and contraction of the temperature sensing part. The present invention relates to a valve mechanism including a valve portion capable of blocking the main flow path and a heat exchange system using the valve mechanism.
車両に搭載された内燃機関などの熱源からの排熱と熱交換する熱交換システムにおいて、排熱を回収した流体としてのエンジン冷却水との間で熱交換を行う熱交換器としては、空調用の暖房手段、ATF(変速機潤滑油)ウォーマ、スロットルバルブ用のバルブ加熱手段、オイルクーラ、EGRクーラなどがある。これらのうちのバルブ加熱手段は、例えば、スロットルバルブ及びその周囲のバルブボディが冷えている場合や、流れ込む空気の温度が低い場合、スロットルバルブに付着している水分(又は流れ込む空気中の水分)などが凍結してスロットルバルブが固着することを防止するために、スロットルバルブ及びその周囲を暖めるものである。 In a heat exchange system for exchanging heat with exhaust heat from a heat source such as an internal combustion engine mounted on a vehicle, a heat exchanger for exchanging heat with engine coolant as a fluid from which exhaust heat has been recovered is used for air conditioning. Heating means, ATF (transmission lubricant) warmer, valve heating means for a throttle valve, oil cooler, EGR cooler, and the like. Among these, the valve heating means is, for example, when the throttle valve and the surrounding valve body are cold or when the temperature of the flowing air is low, the moisture adhering to the throttle valve (or the moisture in the flowing air). In order to prevent the throttle valve from freezing and sticking, the throttle valve and its surroundings are warmed.
各熱交換器へのエンジン冷却水の供給量の調節は、エンジン冷却水の循環系統の流路途中に設けられた弁機構が行っている。例えば、特許文献1に記載の弁機構は、流路を通流するエンジン冷却水の温度に応じて膨張及び収縮する感温部としてのサーモワックスと、サーモワックスと直接又は間接的に連結され、サーモワックスの膨張及び収縮と連動して変位することで流路を遮断可能に構成される。しかし、一旦流路を遮断してしまうと、感温部の周囲に存在しているエンジン冷却水は滞留するため、実際に通流しているエンジン冷却水は感温部の周囲に流入しなくなる。そのため、特許文献1に記載の弁機構は、実際に通流しているエンジン冷却水の温度に応じた流量の調節を行えなくなる。或いは、特許文献1に記載の弁機構を用いて実際に通流しているエンジン冷却水の温度に応じた流量の調節を行いたいならば、流路が完全に閉じられない構成にして、エンジン冷却水の温度に拘わらず、常時、一定量の流体が流路を通流するように構成する必要がある。但し、上述した熱交換システムに設けられた熱交換器の種類によっては、流体の温度が設定温度以上又は設定温度以下になると、流路を完全に遮断して、熱交換器への流体の供給を停止することが要求されることもある。
Adjustment of the supply amount of engine cooling water to each heat exchanger is performed by a valve mechanism provided in the middle of the flow path of the engine cooling water circulation system. For example, the valve mechanism described in
例えば、上述したバルブ加熱手段には、エンジンが始動して間もないとき、エンジンの排熱を回収した流体としてのエンジン冷却水の熱量は小さいので、比較的多くの流量のエンジン冷却水を通流させる必要がある。他方で、エンジンが始動してから時間が経過して、エンジン冷却水の温度が上昇したとき、スロットルバルブ等が加熱されすぎると、通流する空気の密度が減少し、空気の充填効率が低下してしまうため、バルブ加熱手段にはエンジン冷却水が供給されないようにすることが好ましい。しかし、上述した構成の弁機構を用いると、常時、一定量のエンジン冷却水がバルブ加熱手段に供給され、スロットルバルブが加熱され続ける。そのため、空気の密度が減少し、エンジンの高出力要求時の充填効率が低下してしまう。
以上のように、流体の温度が設定温度以上又は設定温度以下になると、流路を完全に遮断して流体の供給を停止するべき熱交換器に対して用いることが出来る弁機構が要求されている。
For example, when the engine has just started, the valve heating means described above has a small amount of engine cooling water as a fluid that has recovered the exhaust heat of the engine. It is necessary to make it flow. On the other hand, when the engine cooling water temperature rises after a lapse of time since the engine started, if the throttle valve or the like is heated too much, the density of the flowing air decreases and the air charging efficiency decreases. For this reason, it is preferable that engine cooling water is not supplied to the valve heating means. However, when the valve mechanism configured as described above is used, a constant amount of engine cooling water is always supplied to the valve heating means, and the throttle valve continues to be heated. For this reason, the density of air is reduced, and the charging efficiency when the engine requires high output is reduced.
As described above, there is a demand for a valve mechanism that can be used for a heat exchanger that completely shuts off the flow path and stops the supply of fluid when the temperature of the fluid becomes equal to or higher than the set temperature. Yes.
特許文献2には、熱交換システムにおける主流路と副流路との分岐個所に上記感温部及び上記弁部を備える弁機構が設けられた構成が記載されている。この熱交換システムでは、主流路に熱交換器が設けられ、副流路には熱交換器は設けられていない。そして、主流路には流体が常時通流しており、その流体の温度が高くなると副流路を閉弁作動している。つまり、熱交換器へ供給される流体の温度に応じて、その熱交換器へ供給される流体の流量を調節及び遮断することは行われていない。但し、熱交換器を副流路に移設すれば、流体の温度が設定温度以上又は設定温度以下になると、副流路を完全に遮断して熱交換器への流体の供給を停止でき、且つ、その間も主流路には流体は通流しているので、熱交換器へ供給されるであろう流体の温度も継続して監視できる。
車両に搭載されたエンジンなどの熱源からの排熱と熱交換する熱交換システムでは、空調用の暖房手段、ATF(変速機潤滑油)ウォーマ、スロットルバルブ用のバルブ加熱手段、オイルクーラ、EGRクーラなどの複数の熱交換器が、複数の流路において並列に設けられることがある。そして、各熱交換器への流体の流量は、流体の温度に応じて適宜調節する必要がある。
特許文献2に記載の熱交換システムでは、副流路に熱交換器が設けられた場合には、主流路を通流する流体の温度に応じて、その熱交換器への流体の供給量を調節できる。しかし、主流路及び副流路の両方に熱交換器を設け、主流路を通流する流体の温度に応じて、それら両方の熱交換器への流体の供給量を調節することはできない。
In a heat exchange system for exchanging heat with exhaust heat from a heat source such as an engine mounted on a vehicle, a heating means for air conditioning, an ATF (transmission lubricant) warmer, a valve heating means for a throttle valve, an oil cooler, an EGR cooler A plurality of heat exchangers such as may be provided in parallel in a plurality of flow paths. And it is necessary to adjust suitably the flow volume of the fluid to each heat exchanger according to the temperature of fluid.
In the heat exchange system described in
また、上述したサーモワックスの特性を利用した感温部を用いず、電磁バルブ等の電動式の弁機構を用いることで、エンジン冷却水の温度に応じて流量を調節することも可能である。しかし、装置構成が複雑且つ大型になり、更に電力まで必要になる点で問題がある。特に、エンジンルーム内は狭いため、上記電動式の弁機構の設置場所に制約が発生し、エンジン冷却水用の配管の取り回しまで変更しなければならなくなる。 In addition, the flow rate can be adjusted according to the temperature of the engine cooling water by using an electric valve mechanism such as an electromagnetic valve without using the temperature sensing part utilizing the above-described characteristics of the thermo wax. However, there is a problem in that the device configuration is complicated and large, and further power is required. In particular, since the engine room is small, the installation location of the electric valve mechanism is limited, and the engine cooling water piping must be changed.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記感温部を用いた簡単な装置構成で流体の温度に応じて主流路及び副流路の両方の流量を調節しながら、主流路の遮断も可能に構成した弁機構及びそれを用いた熱交換システムを提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to adjust the flow rates of both the main flow path and the sub flow path in accordance with the temperature of the fluid with a simple device configuration using the temperature sensing section. However, the present invention is to provide a valve mechanism configured to be able to block the main flow path and a heat exchange system using the valve mechanism.
上記目的を達成するための本発明に係る弁機構の特徴構成は、主流路を通流する流体の温度に応じて膨張及び収縮する感温部と、当該感温部と直接又は間接的に連結され、前記感温部の膨張及び収縮と連動して変位することで前記主流路を遮断可能な弁部とを備え、
前記主流路に、前記弁部の閉弁作動によって遮断される前記主流路の遮断流路部分を迂回している副流路を設け、当該副流路と前記主流路との分岐箇所又は合流箇所に、前記弁部が閉弁作動されたとき前記感温部を経由して通流する状態で流体が前記副流路を通流するように前記感温部及び前記弁部が配設される弁機構であって、
前記弁部は、前記主流路を遮断可能な第1弁部と、前記主流路及び前記副流路のうちの少なくとも前記副流路に流体を通流させながら、前記感温部の膨張及び収縮と連動して変位することで前記副流路における流量を調節可能な第2弁部とを備える点にある。
In order to achieve the above object, the valve mechanism according to the present invention is characterized by a temperature sensing part that expands and contracts according to the temperature of the fluid flowing through the main flow path, and a direct or indirect connection with the temperature sensing part. A valve part capable of shutting off the main flow path by displacing in conjunction with expansion and contraction of the temperature sensing part,
The main flow path is provided with a sub flow path that bypasses the shut-off flow path portion of the main flow path that is blocked by the valve closing operation of the valve portion, and a branch point or a merge point between the sub flow path and the main flow path In addition, the temperature sensing portion and the valve portion are arranged so that fluid flows through the sub-flow path in a state where the valve portion is closed via the temperature sensing portion. A valve mechanism,
The valve section is configured to expand and contract the temperature sensing section while allowing fluid to flow through at least the sub-flow path of the first flow path section and the main flow path and the sub-flow path. And a second valve portion capable of adjusting the flow rate in the sub-flow path by being displaced in conjunction with the second flow path.
上記特徴構成によれば、弁部が備える第1弁部は、感温部の膨張及び収縮と連動して変位することで流量を調節可能且つ主流路を遮断可能であり、弁部が備える第2弁部は、主流路及び副流路のうちの少なくとも副流路に流体を通流させながら、感温部の膨張及び収縮と連動して変位することで副流路における流量を調節可能である。つまり、弁部が主流路を遮断したことで主流路内の流体が滞留したとしても、主流路を通流したであろう流体が、感温部を経由して通流する状態で少なくとも副流路には通流する。よって、弁機構は、主流路が遮断されていても、主流路を通流したであろう流体の温度に応じて主流路における流量を調節でき、更に、主流路及び副流路の両方の流量を並行して調節できる。
従って、感温部を用いた簡単な装置構成で流体の温度に応じて主流路及び副流路の両方の流量を調節しながら、主流路の遮断も可能に構成した弁機構を提供できる。
According to the above characteristic configuration, the first valve portion included in the valve portion can be adjusted in flow rate by being displaced in conjunction with the expansion and contraction of the temperature sensing portion, and can shut off the main flow path. The two-valve part is capable of adjusting the flow rate in the sub-flow path by being displaced in conjunction with the expansion and contraction of the temperature sensing part while allowing fluid to flow through at least the sub-flow path of the main flow path and the sub-flow path. is there. In other words, even if the fluid in the main flow path is retained due to the valve section blocking the main flow path, the fluid that would have flowed through the main flow path is at least a secondary flow in the state of flowing through the temperature sensing section. It flows in the road. Therefore, the valve mechanism can adjust the flow rate in the main flow path according to the temperature of the fluid that would have flown through the main flow path even when the main flow path is blocked, and further, the flow rate in both the main flow path and the sub flow path Can be adjusted in parallel.
Therefore, it is possible to provide a valve mechanism configured to be capable of blocking the main flow path while adjusting the flow rates of both the main flow path and the sub flow path according to the temperature of the fluid with a simple device configuration using the temperature sensing unit.
本発明に係る熱交換システムの特徴構成は、上記弁機構と、前記主流路及び前記副流路を有し、熱源からの排熱を回収する流体が通流する循環流路と、前記主流路を通流する流体と熱交換する第1熱交換器と、前記副流路を通流する流体と熱交換する第2熱交換器と、を備える点にある。 A characteristic configuration of the heat exchange system according to the present invention includes the valve mechanism, the main flow path, and the sub flow path, a circulation flow path through which a fluid for recovering waste heat from a heat source flows, and the main flow path It is in the point provided with the 1st heat exchanger which exchanges heat with the fluid which flows through, and the 2nd heat exchanger which exchanges heat with the fluid which flows through the subchannel.
上記特徴構成によれば、弁機構を通流する流体の温度に応じて、第1熱交換器に供給される流体の流量と第2熱交換器に供給される流体の流量とが調節される。よって、上記弁機構を用いることで、通流する流体の温度に応じて、第1熱交換器が受け取る熱量と、第2熱交換器が受け取る熱量とを調節できる。 According to the above characteristic configuration, the flow rate of the fluid supplied to the first heat exchanger and the flow rate of the fluid supplied to the second heat exchanger are adjusted according to the temperature of the fluid flowing through the valve mechanism. . Therefore, by using the valve mechanism, the amount of heat received by the first heat exchanger and the amount of heat received by the second heat exchanger can be adjusted according to the temperature of the flowing fluid.
本発明に係る熱交換システムの特徴構成は、前記第1弁部は、前記副流路を通流する流体の温度が高くなると前記主流路を遮断するように構成され、前記第2弁部は、前記副流路を通流する流体の温度が高くなると前記副流路の流量を減少又は増加させるように構成され、或いは、
前記第1弁部は、前記副流路を通流する流体の温度が低くなると前記主流路を遮断するように構成され、前記第2弁部は、前記副流路を通流する流体の温度が低くなると前記副流路の流量を減少又は増加させるように構成されている点にある。
A characteristic configuration of the heat exchange system according to the present invention is that the first valve unit is configured to block the main channel when the temperature of the fluid flowing through the sub-channel increases, and the second valve unit includes Configured to decrease or increase the flow rate of the sub-flow path when the temperature of the fluid flowing through the sub-flow path increases, or
The first valve portion is configured to block the main flow path when the temperature of the fluid flowing through the sub-flow path becomes low, and the second valve section is configured to block the temperature of the fluid flowing through the sub-flow path. If the flow rate is lowered, the flow rate of the sub-flow path is reduced or increased.
上記特徴構成によれば、第1弁部は、副流路を通流する流体の温度が高くなると主流路を遮断するように構成され、第2弁部は、副流路を通流する流体の温度が高くなると副流路の流量を減少又は増加させるように構成され、或いは、第1弁部は、副流路を通流する流体の温度が低くなると主流路を遮断するように構成され、第2弁部は、副流路を通流する流体の温度が低くなると副流路の流量を減少又は増加させるように構成されることで、主流路及び副流路には様々な種類の熱交換器を設けることができる。 According to the above characteristic configuration, the first valve unit is configured to block the main channel when the temperature of the fluid flowing through the sub-channel increases, and the second valve unit is a fluid that flows through the sub-channel. The first valve unit is configured to block the main flow path when the temperature of the fluid flowing through the sub flow path decreases. The second valve portion is configured to reduce or increase the flow rate of the sub-flow path when the temperature of the fluid flowing through the sub-flow path becomes low, so that various types of main flow path and sub-flow path are provided. A heat exchanger can be provided.
<第1実施形態>
以下に図面を参照して第1実施形態に係る弁機構及びそれを用いた熱交換システムについて説明する。
図1は、本発明の弁機構11を用いた熱交換システムの機能ブロック図である。図1に例示する熱交換システムにおいて、内燃機関としてのエンジン1が熱源として利用される。エンジン1は、自動車などの車両に搭載されたものを利用可能である。エンジン1からの排熱は、エンジン1の内部などを通流する流体としてのエンジン冷却水によって回収される。そして、回収された排熱は、様々な排熱利用装置によって使用される。第1実施形態の熱交換システムでは、エンジン1の排熱を利用する排熱利用装置として、エンジン1のスロットルバルブを加熱するバルブ加熱手段9と、空気を暖める暖房手段10を備えている。
<First Embodiment>
A valve mechanism according to a first embodiment and a heat exchange system using the same will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a functional block diagram of a heat exchange system using the
バルブ加熱手段9は、エンジン1のスロットルバルブ及びその周囲のスロットルボディを加熱するためのものである。具体的には、エンジン1のシリンダ内に空気を導入するとき、外気温が低い場合には(特に空気中の水分が多い場合には)スロットルバルブにおいて水分(導入する空気中に含まれる水分)が付着・凍結し、スロットルバルブとスロットルボディとが固着する可能性がある。その場合、スロットルバルブの制御が行えなくなるため、スロットルバルブとスロットルボディとが固着しないような対策を講じておく必要がある。そのため、第1実施形態の熱交換システムでは、スロットルバルブ及びその周囲のバルブボディを加熱するためのバルブ加熱手段9を設けてある。また、暖房手段10は、車両の室内を暖房するためのものである。
The valve heating means 9 is for heating the throttle valve of the
エンジン1の排熱を回収したエンジン冷却水は、流出路2、6からエンジン1の外部に流出し、第4流路7からエンジン1の内部に流入する。図1に示すように、エンジン冷却水が循環する循環流路Cは、流出路2、6、第1流路3、第2流路4、第3流路5及び第4流路7である。或いは、後述するように、循環流路Cとしての第5流路8をエンジン冷却水が通流することもある。
The engine coolant recovered from the exhaust heat of the
流出路2は、第1流路3と第2流路4とに分岐し、その後、再び合流する。第1流路3と第2流路4との合流箇所には弁機構11が設けられている。第1流路3と第2流路4とが合流した第3流路5は第4流路7に接続される。流出路6から分岐した第5流路8は、第4流路7に接続される。また、第3流路5、流出路6及び第5流路8の合流箇所には、サーモスタット12とポンプ13とが設けられている。サーモスタット12は、エンジン冷却水が設定温度未満のときには、エンジン冷却水が第5流路8を通流しないようにし、エンジン冷却水が設定温度以上のときには、エンジン冷却水が第5流路8を流れるように流路の切換を行う。
ここで、上記第1流路3は本発明の「主流路」に相当し、上記第2流路4は本発明の「副流路」に相当する。
The
Here, the
第1流路3には、通流するエンジン冷却水と熱交換する第1熱交換器としてのバルブ加熱手段9が設けられている。このバルブ加熱手段9は、エンジン冷却水が有する熱量を利用して、スロットルバルブ及びその周囲のバルブボディの加熱を行う排熱利用装置である。また、第2流路4には、通流するエンジン冷却水と熱交換する第2熱交換器としての暖房手段10が設けられている。この暖房手段10は、エンジン冷却水が有する熱量を利用して空気を暖める排熱利用装置である。以上のように、本実施形態の熱交換システムは、弁機構11と、第1流路3及び第2流路4を有し、エンジン1からの排熱を回収するエンジン冷却水が通流する循環流路Cと、第1流路3を通流するエンジン冷却水と熱交換するバルブ加熱手段9と、第2流路4を通流するエンジン冷却水と熱交換する暖房手段10とを備えている。
The
第1流路3と第2流路4との合流箇所に設けられた弁機構11は、感温部24と弁部25とを備えて構成される。図2は、弁機構11の断面図である。図2に示すように、弁機構11を構成する筐体20は、第1流路3に接続され、第1流路3を通流したエンジン冷却水が流入する第1流入口21と、第2流路4に接続され、第2流路4を通流したエンジン冷却水が流入する第2流入口22と、第3流路5に接続され、弁機構11からエンジン冷却水が流出する流出口23とを備える。第1流入口21、第2流入口22及び流出口23は円筒形状であり、弁機構11の内部のその他の部位も円筒形状である。また、弁機構11の筐体20は複数の部材を組み合わせて構成される。そして、弁機構11の筐体20の内部には、少なくとも一部分が温度に応じて膨張及び収縮する感温部24と、感温部24と直接又は間接的に連結され、感温部24の膨張及び収縮と連動して変位する弁部25とが設けられている。つまり、第1流路3には、弁部25の閉弁作動によって遮断される第1流路3の遮断流路部分を迂回している第2流路4を設け、その第2流路4と第1流路3との合流箇所に、弁部25が閉弁作動されたとき感温部24を経由して通流する状態で流体が第2流路4を通流するように感温部24及び弁部25が配設されている。
The
第1実施形態では、感温部24は、温度に応じて膨張及び収縮するサーモワックス27を熱伝導性のワックス収容部26に収容して構成される。そして、サーモワックス27は、連結部材28を用いて軸部材31と連結される。軸部材31には、第1流路3を遮断可能な第1弁部32と、第1流路3及び第2流路4のうちの少なくとも第2流路4に一定量以上のエンジン冷却水を通流させながら、感温部24の膨張及び収縮と連動して変位することで第2流路4における流量を調節可能に設けられる第2弁部33とが装着されている。また、円錐状又は円柱状の第1弁部32は軸部材31の先端部に装着され、略円盤状の第2弁部33は軸部材31の中間部分又は根元部分に装着される。
In the first embodiment, the
本実施形態において、ワックス収容部26と弁機構11の筐体20の内壁との間には第2挟持部35が部分的に設けられ、ワックス収容部26は第2挟持部35の挟持力によって弁機構11の筐体20の内部で移動できないように固定されている。そして、ワックス収容部26と弁機構11の筐体20の内壁との間に第2挟持部35が設けられていない部分は隙間が形成されており、エンジン冷却水が通流可能となっている。
また、第2弁部33と弁機構11の筐体20の内壁との間には第1挟持部34が部分的に設けられているが、第1挟持部34の挟持力は比較的小さいため、第2弁部33は弁機構11の筐体20の内部でD方向に沿って移動可能(第1挟持部34に対してD方向に沿って摺動可能)である。そして、第2弁部33と弁機構11の筐体20の内壁との間に第1挟持部34が設けられていない部分には隙間が形成されており、エンジン冷却水が通流可能となっている。
In the present embodiment, a
Moreover, although the
サーモワックス27の温度はワックス収容部26に接するエンジン冷却水の温度に比例するため、通流するエンジン冷却水の温度が上昇するとサーモワックス27の温度も上昇し、通流するエンジン冷却水の温度が下降するとサーモワックス27の温度も下降する。よって、エンジン冷却水の温度が上昇するとサーモワックス27が膨張して(つまり、感温部24が膨張して)、軸部材31はD方向に変位する。また、エンジン冷却水の温度が下降するとサーモワックス27が収縮して(つまり、感温部24が収縮して)、軸部材31はD方向とは逆方向に変位する。但し、略円盤状の第2弁部33と第1弁部32が当接する部位の近傍の筐体20の内壁との間にはスプリング30aが設けられており、弁部25(第1弁部32、第2弁部33及び軸部材31)をD方向とは逆方向に付勢している。尚、第2弁部33がD方向とは逆方向へ変位し過ぎることを規制するストッパ29がワックス収容部26には設けられている。また、第2弁部33と第1弁部32との間にもスプリング30bが設けられている。
Since the temperature of the
第1弁部32は、筐体20の内壁に設けられた弁座としての第1近接部36との間でエンジン冷却水にとっての第1流路断面積を形成し、第2弁部33は、筐体20の内壁に設けられた第2近接部37との間でエンジン冷却水にとっての第2流路断面積を形成する。第2弁部33は第2近接部37よりもD方向とは逆方向側に配置されている。軸部材31がD方向に沿って変位したとき、略円錐形状又は略円柱形状に形成された第1弁部32の平坦面側は第1近接部36と面接触によって当接可能であるが、第2弁部33は第2近接部37に当接不可能である。そして、軸部材31がD方向に変位すると、第1流路3から第3流路5へとエンジン冷却水が通流する際の弁機構11内の第1流路断面積が狭まり、第2流路4から第3流路5へとエンジン冷却水が通流する際の弁機構11内の第2流路断面積が狭まる。特に、第1弁部32が弁座としての第1近接部36に当接した状態では第1流路断面積は遮断されるが、第2流路4から第3流路5に至るまでの弁機構11内の第2流路断面積は遮断されない。以上のように、弁部25は、第1流路3と第2流路4との合流箇所の第1流路3側において第1流路3を遮断可能に設けられている。
The
図3(a)は、エンジン冷却水の温度の変化に応じた第1流入口21におけるエンジン冷却水の流量の変化を示すグラフであり、図3(b)は、エンジン冷却水の温度の変化に応じた第2流入口22におけるエンジン冷却水の流量の変化を示すグラフである。つまり、図3(a)は、エンジン冷却水の温度の変化に応じた第1弁部32の作動状態を示すグラフであり、図3(b)は、エンジン冷却水の温度の変化に応じた第2弁部33の作動状態を示すグラフである。
図2及び図3から分かるように、エンジン冷却水の温度が上昇して設定温度A以上になると、第1流路断面積及び第2流路断面積の減少に伴って、第1流路3から第3流路5に至るエンジン冷却水の流量が徐々に減少し始め、且つ、第2流路4から第3流路5に至るエンジン冷却水の流量が徐々に減少し始める。そして、エンジン冷却水の温度が設定温度B以上になると第1弁部32は第1近接部36に当接し、第1流路断面積が零になることで第1流路3にはエンジン冷却水は通流しなくなる。また、エンジン冷却水の温度が設定温度B以上になると第2弁部33は第2近接部37に対して最も近接し、第2流路断面積が最小になることで第2流路4を通流するエンジン冷却水の流量は最小となる。
FIG. 3A is a graph showing a change in the flow rate of the engine coolant at the
As can be seen from FIGS. 2 and 3, when the temperature of the engine cooling water rises and becomes equal to or higher than the set temperature A, the
このように、エンジン1の始動直後のように、エンジン冷却水がエンジン1の排熱を回収しながらも、その温度が比較的低い状態(エンジン冷却水の温度が設定温度A未満の状態)では、弁機構11において第1流路断面積及び第2流路断面積の大幅な制限は行われず、第1流路3及び第2流路4には比較的大きな流量のエンジン冷却水が通流することになる。そして、第1流路3及び第2流路4を通流したエンジン冷却水は第3流路5に流れ込み、ポンプ13によって付勢されてエンジン1に再び流入する。その結果、第1流路3に設けられたバルブ加熱手段9及び第2流路4に設けられた暖房手段10は、供給されるエンジン冷却水の温度は低いもののその流量が大きいことにより、比較的大きな熱量を受け取ることができる。そして、スロットルバルブの加熱及び暖房が実施される。
また、エンジン冷却水の温度が比較的低い状態であるので、サーモスタット12は、第5流路8にエンジン冷却水が通流せず、流出路6から直接ポンプ13にエンジン冷却水が流入するように流路を制御している。
As described above, when the engine cooling water recovers the exhaust heat of the
Further, since the temperature of the engine cooling water is relatively low, the
エンジン1の始動から時間が経過してエンジン冷却水の温度が上昇した状態(エンジン冷却水の温度が設定温度A以上であり設定温度B未満の状態)では、弁機構11において第1流路断面積及び第2流路断面積が減少し、第1流路3及び第2流路4を通流するエンジン冷却水の流量が減少する。その結果、第1流路3に設けられたバルブ加熱手段9に流入するエンジン冷却水は減少するので、バルブ加熱手段9からスロットルバルブに与えられる熱量は減少し、加熱が抑制されることになる。そして、スロットルバルブが必要以上に加熱されないので、スロットルバルブの近傍の空気の密度は大きいまま確保され、充填効率が悪化することもない。また、第2流路4に設けられた暖房手段10に流入するエンジン冷却水は減少するものの、その温度は上昇しているので、暖房手段10はエンジン冷却水から十分な熱量を受け取って暖房に利用することができる。
In a state where the temperature of the engine cooling water has risen over time since the start of the engine 1 (the temperature of the engine cooling water is equal to or higher than the set temperature A and lower than the set temperature B), the
また、第1流路3及び第2流路4を通流するエンジン冷却水の流量の減少、つまり、流出路2を通流するエンジン冷却水の流量の減少に伴って、エンジン1から流出路6に流出するエンジン冷却水の流量が相対的に増加する。但し、エンジン冷却水の温度は高い状態であるので、エンジン冷却水からの放熱を行う必要がある。本実施形態のサーモスタット12は、エンジン冷却水の温度の上昇に伴って第5流路8を通流するエンジン冷却水の流量を増加させるように流路を切り換える構成となっている。その結果、エンジン1から流出路6に流出したエンジン冷却水は、第5流路8に設けられたラジエータ14によって放熱した上で、サーモスタット12及びポンプ13を経由してエンジン1に帰還するようになる。
Further, as the flow rate of the engine cooling water flowing through the
エンジン1の始動から更に時間が経過してエンジン冷却水の温度が更に上昇した状態(エンジン冷却水の温度が設定温度B以上)では、弁機構11において第1弁部32と第1当接部とが当接して第1流路断面積が零になり、第2流路断面積も最小になることで、第1流路3を通流するエンジン冷却水の流量は零になり、第2流路4を通流するエンジン冷却水の流量は最小になる。その結果、第1流路3に設けられたバルブ加熱手段9に流入するエンジン冷却水は零となり、バルブ加熱手段9からスロットルバルブに与えられる熱量は零となる。つまり、スロットルバルブが加熱されないので、スロットルバルブの近傍の空気の密度は大きいまま確保され、充填効率が悪化することもない。また、第2流路4に設けられた暖房手段10に流入するエンジン冷却水は最小になるものの、その温度は高い状態であるので、暖房手段10はエンジン冷却水から十分な熱量を受け取って暖房に利用することができる。
In a state where the temperature of the engine cooling water further increases after the
以上のように、スロットルバルブを加熱するバルブ加熱手段9に対して、熱媒として第1流路3を通流するエンジン冷却水が供給されることを考慮すると、バルブ加熱手段9によるスロットルバルブの加熱状態を調節するためには、第1流路3を通流するエンジン冷却水の温度に基づいて第1流路3へのエンジン冷却水の流量を調節する必要がある。そして、第1流路3におけるエンジン冷却水の通流を第1弁部32によって遮断可能に構成しておく必要がある。但し、第1流路3におけるエンジン冷却水の通流が第1弁部32によって遮断可能に構成すると、第1流路3におけるエンジン冷却水の流量が零になったときには、第1流路3を通流するエンジン冷却水の温度を測定できない。しかし、第1実施形態の弁機構11を用いた熱交換システムでは、第1流路3から分岐した後、再び第1流路3に合流する第2流路4を通流するエンジン冷却水、つまり、第1流路3を通流したであろうエンジン冷却水が常に感温部24に供給されている。その結果、第1流路3をエンジン冷却水が通流していても又は通流していなくても、第1流路断面積の大きさが適切に調節されて、バルブ加熱手段9に供給されるエンジン冷却水の流量が調節されることになる。
As described above, considering that the engine cooling water flowing through the
<第2実施形態>
第2実施形態の熱交換システムは、弁機構が第1流路と第2流路との分岐箇所に設けられる点で、弁機構がそれらの合流箇所に設けられていた第1実施形態と異なっている。つまり、本実施形態の弁機構が備える弁部は、第1流路と第2流路との分岐箇所の第1流路側において第1流路を遮断可能に設けられている。以下に、図4及び図5を参照して第2実施形態の弁機構及び熱交換システムについて説明するが、第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
Second Embodiment
The heat exchanging system of the second embodiment is different from the first embodiment in which the valve mechanism is provided at the junction of the first flow path and the second flow path, in that the valve mechanism is provided at the junction of the first flow path and the second flow path. ing. That is, the valve part with which the valve mechanism of this embodiment is provided is provided so that the 1st channel can be intercepted in the 1st channel side of the branching point of the 1st channel and the 2nd channel. Hereinafter, the valve mechanism and the heat exchange system of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5, but the description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
図4は、第2実施形態の熱交換システムの機能ブロック図であり、図5は、弁機構40の断面図である。図5に示すように、弁機構40を構成する筐体20は、流出路2に接続され、流出路2を通流したエンジン冷却水が流入する流入口41と、第1流路3に接続され、弁機構40からエンジン冷却水が流出する第1流出口42と、第2流路4に接続され、弁機構40からエンジン冷却水が流出する第2流出口43とを備える。弁機構40の内部の感温部24及び弁部25(第1弁部32及び第2弁部33)などの構成は図2に示したものと同様である。流入口41から弁機構40の内部に流入したエンジン冷却水は、サーモワックス27を収容したワックス収容部26に接し、サーモワックス27の膨張及び収縮、つまり、感温部24の膨張及び収縮を引き起こす。サーモワックス27に接した後のエンジン冷却水は、第1流路3及び第2流路4に分岐されるが、第1弁部32は、分岐箇所の第1流路3側において第1流路3を遮断可能である。つまり、本実施形態の熱交換システムでは、エンジン冷却水は、第1流路3及び第2流路4のうちの少なくとも第2流路4を通流するように構成されている。そして、第1弁部32は、感温部24の膨張及び収縮と連動して変位することで第1流路3を遮断可能であり、第2弁部33は、少なくとも第2流路4に一定量以上のエンジン冷却水を通流させながら、感温部24の膨張及び収縮と連動して変位することで第2流路4における流量を調節可能である。
FIG. 4 is a functional block diagram of the heat exchange system of the second embodiment, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the
<別実施形態>
<1>
上記実施形態では、第1弁部32は、第2流路4を通流するエンジン冷却水の温度が高くなると第1流路3を遮断するように構成され、第2弁部33は、第2流路4を通流するエンジン冷却水の温度が高くなると第2流路4の流量を減少させるように構成される場合について説明したが、エンジン冷却水の温度と第1流路3及び第2流路4を通流するエンジン冷却水の流量との関係は改変可能である。
<Another embodiment>
<1>
In the said embodiment, the
例えば、第1弁部を、第2流路4を通流する流体の温度が高くなると第1流路3を遮断するように構成し、第2弁部を、第2流路4を通流する流体の温度が高くなると第2流路4の流量を増加させるように構成してもよい。図6は、図2に示した第1実施形態の弁機構の改変例である。図6に示した弁機構50において、軸部材31に連結された第2弁部53は第2挟持部54によって挟持されており、筐体58の内部に形成された第2近接部57よりもD方向側に配置されている。また、上記実施形態と同様に、軸部材31は、弁機構50の内部のエンジン冷却水の温度が上昇するとD方向に沿って変位する。その結果、エンジン冷却水の温度が上昇すると、第2弁部53と第2近接部57との間隔は広がり、エンジン冷却水が通流可能な第2流路断面積も大きくなる。
For example, the first valve portion is configured to block the
以上のように、図6に例示した弁機構50では、第1弁部32を、第2流路4を通流する流体の温度が高くなると第1流路3の流量を減少させ、最終的には第1流路3を遮断するように構成し、第2弁部53を、第2流路4を通流する流体の温度が高くなると第2流路4の流量を増加させるように構成してある。このとき、第1流路3に設けられる第1熱交換器9は、上記実施形態と同様にバルブ加熱手段であればよい。第2流路4に設けられる第2熱交換器10は、エンジン冷却水の温度が高くなると第2流路4の流量を増加させることが好ましい装置、例えば、オイルクーラやEGRクーラなどであればよい。つまり、エンジン冷却水の温度が上昇する状況ではエンジンオイルや排ガスの温度も上昇しており、エンジンオイルや排ガスを冷却するのに要するエンジン冷却水の流量は増大する。そこで、第2熱交換器10としてオイルクーラやEGRクーラを設け、エンジン冷却水の温度が高くなるとエンジンオイルや排ガスの冷却性能を増強するように構成すればよい。
As described above, in the
或いは、第1弁部を、第2流路4を通流する流体の温度が低くなると第1流路3を遮断するように構成してもよい。このとき、第2弁部は、図2に例示したように、第2流路4を通流する流体の温度が高くなると第2流路4の流量を減少させるように構成するか、或いは、図6に例示したように、第2流路4を通流する流体の温度が高くなると第2流路4の流量を増加させるように構成すればよい。図7は、図6に示した別実施形態の弁機構60の改変例である。
図7に示す弁機構60において、軸部材31に連結された第1弁部62は、筐体68の内側に形成された第1近接部66よりもD方向側に配置されている。また、軸部材31は、弁機構60の内部のエンジン冷却水の温度が上昇するとD方向に沿って変位する。その結果、エンジン冷却水の温度が上昇すると、第1弁部62と第1近接部66との間隔は広がり、エンジン冷却水が通流可能な第1流路断面積も大きくなる。逆に、エンジン冷却水の温度が下降すると、第1弁部62と第1近接部66との間隔は狭まり、エンジン冷却水が通流可能な第1流路断面積も小さくなる。更に、エンジン冷却水の温度が設定温度未満になると、第1弁部62と第1近接部66とが当接して第1流路断面積は零になる(つまり、第1流路3は遮断される)。
このとき、第1流路3に設けられる第1熱交換器9は、エンジン冷却水の温度が高くなると第1流路3の流量を増加させることが好ましい装置、例えば、EGRクーラ(或いはオイルクーラなど)であればよい。また、第2流路4に設けられる第2熱交換器10は、エンジン冷却水の温度が高くなると第2流路4の流量を増加させることが好ましい装置、例えば、オイルクーラ(或いはEGRクーラなど)であればよい。
Alternatively, the first valve portion may be configured to block the
In the
At this time, the first heat exchanger 9 provided in the
また、図示しないが、第1弁部を、第2流路4を通流する流体の温度が低くなると第1流路3を遮断するように構成し、第2弁部を、第2流路4を通流する流体の温度が高くなると第2流路4の流量を減少させるように構成してもよい。このとき、第1流路3に設けられる第1熱交換器9は、エンジン冷却水の温度が高くなると第1流路3の流量を増加させることが好ましい装置、例えば、EGRクーラ(或いはオイルクーラなど)であればよい。第2流路4に設けられる第2熱交換器10は、エンジン冷却水の温度が高くなると第2流路4の流量を減少させることが好ましい装置、例えば、上述した暖房手段やATFウォーマなどであればよい。
Although not shown, the first valve portion is configured to block the
<2>
上記実施形態では、熱源がエンジンであり、流体がエンジン冷却水である場合について説明したが、本発明の弁機構及び熱交換システムはその構成に限定されず、他の改変が可能である。
<2>
In the above embodiment, the case where the heat source is the engine and the fluid is the engine coolant has been described. However, the valve mechanism and the heat exchange system of the present invention are not limited to the configuration, and other modifications are possible.
1 エンジン(内燃機関、熱源)
3 第1流路(主流路)
4 第2流路(副流路)
9 バルブ加熱手段(第1熱交換器)
10 暖房手段(第2熱交換器)
11 弁機構
24 感温部
25 弁部
32 第1弁部
33 第2弁部
C 循環流路
1 Engine (internal combustion engine, heat source)
3 First channel (main channel)
4 Second channel (sub-channel)
9 Valve heating means (first heat exchanger)
10 Heating means (second heat exchanger)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記主流路に、前記弁部の閉弁作動によって遮断される前記主流路の遮断流路部分を迂回している副流路を設け、当該副流路と前記主流路との分岐箇所又は合流箇所に、前記弁部が閉弁作動されたとき前記感温部を経由して通流する状態で流体が前記副流路を通流するように前記感温部及び前記弁部が配設される弁機構であって、
前記弁部は、前記主流路を遮断可能な第1弁部と、前記主流路及び前記副流路のうちの少なくとも前記副流路に流体を通流させながら、前記感温部の膨張及び収縮と連動して変位することで前記副流路における流量を調節可能な第2弁部とを備える弁機構。 A temperature sensing part that expands and contracts according to the temperature of the fluid flowing through the main flow path, and is directly or indirectly connected to the temperature sensing part, and is displaced in conjunction with the expansion and contraction of the temperature sensing part. A valve portion capable of blocking the main flow path,
The main flow path is provided with a sub flow path that bypasses the shut-off flow path portion of the main flow path that is blocked by the valve closing operation of the valve portion, and a branch point or a merge point between the sub flow path and the main flow path In addition, the temperature sensing portion and the valve portion are arranged so that fluid flows through the sub-flow path in a state where the valve portion is closed via the temperature sensing portion. A valve mechanism,
The valve section is configured to expand and contract the temperature sensing section while allowing fluid to flow through at least the sub-flow path of the first flow path section and the main flow path and the sub-flow path. A second valve portion that can adjust the flow rate in the sub-flow path by being displaced in conjunction with the valve mechanism.
前記主流路及び前記副流路を有し、熱源からの排熱を回収する流体が通流する循環流路と、
前記主流路を通流する流体と熱交換する第1熱交換器と、
前記副流路を通流する流体と熱交換する第2熱交換器と、を備える熱交換システム。 A valve mechanism according to claim 1;
A circulation channel having the main channel and the sub channel, and through which a fluid for recovering exhaust heat from a heat source flows;
A first heat exchanger for exchanging heat with the fluid flowing through the main flow path;
A heat exchange system comprising: a second heat exchanger that exchanges heat with the fluid flowing through the sub-flow path.
前記第1弁部は、前記副流路を通流する流体の温度が低くなると前記主流路を遮断するように構成され、前記第2弁部は、前記副流路を通流する流体の温度が低くなると前記副流路の流量を減少又は増加させるように構成されている請求項2記載の熱交換システム。 The first valve unit is configured to block the main channel when the temperature of the fluid flowing through the sub-channel increases, and the second valve unit is configured to block the temperature of the fluid flowing through the sub-channel. Configured to decrease or increase the flow rate of the sub-flow path when the
The first valve portion is configured to block the main flow path when the temperature of the fluid flowing through the sub-flow path becomes low, and the second valve section is configured to block the temperature of the fluid flowing through the sub-flow path. The heat exchange system according to claim 2, wherein the heat exchange system is configured to decrease or increase the flow rate of the sub-flow path when the value becomes low.
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Cited By (3)
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US8342418B2 (en) | 2009-05-29 | 2013-01-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Thermo-valve |
FR2986849A1 (en) * | 2012-02-09 | 2013-08-16 | Snecma | Device for limiting flow of fluid circulating between high temperature and low-temperature zones of pneumatic circuit in engine of aircraft, has thermosensitive device whose deformation limits flow of fluid according to fluid temperature |
JP2014513763A (en) * | 2011-04-29 | 2014-06-05 | スカニア シーブイ アクチボラグ | Cooling system for cooling a combustion engine |
-
2006
- 2006-02-10 JP JP2006033913A patent/JP2007211715A/en active Pending
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