JP2012184679A - 排熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ開度が小さい場合であっても、円滑に排気ガスを排出することのできる、排熱回収装置の提供を課題とする。
【解決手段】バルブ室１６の側方、且つバルブ２８が開閉することで描く軌跡に対して少なくとも一部が重なる部位に、排気ガスを外部に向かって排出する排出口５１が設けられている。
【効果】排出口５１は、バルブ室１６の側方且つバルブ２８の近傍に設けられる。バルブ２８が開ききる前の状態では、バルブ２８に接触した排気ガスは、バルブ室１６の側方に向かって流れる。バルブ２８に接触した排気ガス が流れる方向に排出口５１を設けることで、排気ガスを円滑に流すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排熱回収装置の改良技術に関する。

車両の内燃機関で生じた排気ガスを熱交換器に送り、排気ガスの熱で熱交換器内の媒体を温める排熱回収装置が知られている（例えば、特許文献１図１参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１２に示すように、排熱回収装置１００は、排気ガスが導入される排ガス導入部１０１と、この排ガス導入部１０１に接続される第１通路１０２と、この第１通路１０２に接続される熱交換器１０３と、この熱交換器１０３の内周に設けられ第１通路１０２を迂回する第２通路１０４と、この第２通路１０４の下流端部で排気ガスの流れに直交する方向に向かって設けられる回転軸１０５と、この回転軸１０５に取付けられ回転軸１０５と共に回転することで第２通路１０４を開閉するバルブ１０６と、このバルブ１０６が収納され第２通路１０４の下流に設けられるバルブ室１０７とからなる。

媒体の温度が低い場合は、バルブ１０６は第２通路１０４の下流端部を閉じている。第２通路１０４を閉じることで排気ガスは第１通路１０２及び熱交換器１０３を通過する。熱交換器１０３を通過することで、排気ガスと媒体との間で熱交換が行われる。即ち、排気ガスの熱によって媒体が温められ、排気ガスは冷やされる。

媒体が温められることで、回転軸１０５が回転しバルブ１０６を開く。想像線で示すように、バルブ１０６ａは徐々に回動する。バルブ１０６ｂは、媒体が所定の温度に達し開ききった状態を示す。

ところで、排熱回収装置１００によれば、バルブ１０６が閉じている状態から開ききるまでの間、即ち、バルブ１０６ａの状態にあるときに問題が生じることが分かった。次図で詳細を説明する。

図１３に示すように、バルブ１０６が開ききる前に排気ガスが第２通路１０４を通過することがある。第２通路１０４を通過した排気ガスは、バルブ１０６に接触し、バルブ１０６の側方へ流れる。バルブ１０６の側方は狭い。即ち、流路が狭まることで、排気ガスの円滑な流れが妨げられる。

バルブ開度が小さい場合であっても、円滑に排気ガスを排出することのできる、排熱回収装置の提供が望まれる。

国際公開０６／０９０７２５号パンフレット

本発明は、バルブ開度が小さい場合であっても、円滑に排気ガスを排出することのできる、排熱回収装置の提供を課題とする。

請求項１に係る発明は、排気ガスが導入され導入された排気ガスを分岐する分岐部と、この分岐部に接続され排気ガスの熱を媒体に伝える熱交換器と、この熱交換器を迂回して設けられ分岐部に接続される迂回路と、排気ガスの流れ方向を基準として、迂回路の下流端部に取付けられ回転することで迂回路を開閉するバルブと、このバルブが収納され迂回路の下流に設けられるバルブ室とからなる排熱回収装置において、
バルブ室の側方、且つバルブ室の側方から見てバルブが開閉することで描く軌跡に対して少なくとも一部が重なる部位に、排気ガスを外部に向かって排出する排出口が設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、排出口に、バルブ室内から外部へ向かって排気ガスを流す排出管が繋がれ、
排出管が第２通路の軸線に対して傾けられる角度は、６０°を上限とすることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、排出口に、バルブ室内の排気ガスが排出される部屋部が接続され、この部屋部には外部に向かって排気ガスを流す管部材が接続されることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、バルブ室の側方、且つバルブの軌跡と重なる部位に排出口が設けられている。即ち、排出口は、バルブ室の側方且つバルブの近傍に設けられる。バルブが開ききる前の状態では、バルブに接触した排気ガスは、バルブ室の側方に向かって流れる。バルブに接触した排気ガスが流れる方向に排出口を設けることで、排気ガスを円滑に流すことができる。

請求項２に係る発明では、排出管が第２通路の軸線に対して傾けられる角度は、６０°以下である。６０°以下とすることで、圧力損失による流量減少をすることなく排気ガスを円滑に後方に向かって流すことができる。

請求項３に係る発明では、排出口に部屋部が接続され、この部屋部に管部材が接続される。バルブに接触した排気ガスは部屋部に流され、部屋部から管部材で排出される。管部材は、部屋部から任意の方向に延ばすことができる。即ち、部屋部に円滑に排気ガスを流しつつ、部屋部から任意の方向に延ばされた管部材で排気ガスを排出する。排気ガスを円滑に流しつつも、設計の自由度が高い排熱回収装置ということができる。

本発明に係る排熱回収装置の斜視図である。 本発明に係る排熱回収装置の要部透視図である。 本発明に係る排熱回収装置の断面図である。 図３の４部拡大図である。 図３の５−５線断面図である。 図２のバルブが開いた状態を説明する図である。 図３のバルブが開いた状態を説明する図である。 図７の８矢視図である。 本発明に係る排熱回収装置の作用説明図である。 図７の変更例を説明する図である。 図７の更なる変更例を説明する図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。 図１２の１３−１３線断面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

先ず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、排熱回収装置１０は、排気ガスが導入されると共に導入された排気ガスを２つの流路に分岐する分岐部１１と、この分岐部１１の下流に接続され内部に媒体が流される熱交換器１２と、この熱交換器１２に繋がれ熱交換器１２内の媒体の温度で作動するサーモアクチュエータ１３と、このサーモアクチュエータ１３が接続された熱交換器１２を迂回する迂回路１４と、この迂回路１４が通されると共に熱交換器１２の下流に接続される合流部１５と、この合流部１５の下流に接続されるバルブ室１６と、このバルブ室１６の側方から熱交換器１２の後方に向かって延ばされ排気ガスを排出する排出管１７とからなる。

サーモアクチュエータ１３を介して、熱交換器１２に、媒体を導入する媒体導入管２２が接続される。
熱交換器１２に、媒体を排出するための媒体排出管２１が接続される。
媒体導入管２２から導入された媒体は、サーモアクチュエータ１３、熱交換器１２の順に通過し、媒体排出管２１から排出される。

バルブ室１６は、基体としての室部２３と、この室部２３から上方に向かって延ばされた延長部２４とからなる。この延長部２４に、サーモアクチュエータ１３に回転される回転軸２６が貫通支持される。
回転軸２６の詳細について次図で説明する。

図２に示すように、回転軸２６にボルト２７，２７を介してバルブ２８が取付けられる。バルブ２８は、迂回路１４の下流端部１４ｂを閉じている。
回転軸２６の端部に、バルブ２８を閉じ方向に付勢するばね３１が取付けられると共にこのばね３１の抜けを防止する抜止め板３２が取付けられる。抜止め板３２に、バルブ２８を開くためのレバー部材３３が取付けられる。レバー部材３３にサーモアクチュエータ１３のロッド３４が接触する。

ロッド３４が前進すると、レバー部材３３は回転する。レバー部材３３が回転することで、回転軸２６が回転する。回転軸２６が回転することで、バルブ２８が回転する。即ち、レバー部材３３、回転軸２６及びバルブ２８は一体的に回転する。
次図で排熱回収装置１０について詳細を説明する。

図３に示すように、分岐部１１は、下流側に熱交換器１２及び迂回路１４が接続される第１の基体３５と、この第１の基体３５に重ね合わされ第１の基体３５と共に閉断面を形成する第１の蓋体３６とからなる。

第１の基体３５に、熱交換器１２が接続される接続口３５ａと、迂回路１４が接続される接続口３５ｂとが設けられる。
第１の蓋体３６には、排気ガスが導入される排ガス導入部３６ａが設けられると共に、第１の蓋体３６の剛性を高め、また各層の伝熱チューブ４３に排気ガスが均一に流れるよう、排気ガスの流れを導くための凹凸形状部３６ｃ、３６ｄが形成される。

分岐部１１の接続口３５ａに熱交換器１２の上流端部１２ａを溶接し、接続口３５ｂに迂回路１４の上流端部１４ａを溶接する。
仮に、迂回路に熱交換器を直接接続する場合は、熱交換器に管を接続し、管を迂回路に向かって曲げる等の加工を行う必要がある。加工を行うことで、形状が複雑になる。迂回路に熱交換器を直接接続する場合に比べ、溶接作業を容易に行うことができる。

加えて、第１の蓋体３６を第１の基体３５に被せることで、分岐部１１は断面視略矩形の閉断面を形成する。閉断面を略矩形とした場合は、分岐部１１の組み立てを容易に行うことができる上に、熱交換器１２、迂回路１４の溶接作業も容易に行うことができ、特に有益である。

排ガス導入部３６ａ側を第１の基体にし、熱交換器１２、迂回路１４が接続される部材を第１の蓋体とすることもできる。
即ち、閉断面状の分岐部１１を形成することで、熱交換器１２、迂回路１４の溶接作業を容易に行うことができる。

熱交換器１２は、上流側及び下流側エンドプレート４１，４２と、これらのエンドプレート４１，４２に両端が支持され内部に排気ガスが流される複数の伝熱チューブ４３と、これらの伝熱チューブ４３を囲い内部に媒体が流されるコアケース４４とからなる。

伝熱チューブ４３の内部を排気ガスが流れ、伝熱チューブ４３の外周部を媒体が流れる。伝熱チューブ４３を介して、排気ガスと媒体との間で熱交換が行われる。

迂回路１４は、筒状の本体部４６と、本体部４６の下流から拡径される拡径部４７とからなる。拡径部４７の内周にバルブ２８が着座する着座部材４８が固定されている。
迂回路１４の下流端部１４ｂは、バルブ室１６に収納されていると共に、バルブ２８で閉じられる。

バルブ室１６の側方に排気ガスを外部に向かって排出する排出口５１が設けられる。バルブ室１６の下流端部１６ｂは、断面視で半円形状を呈する。
バルブ室１６の排出口５１から、排気ガスを排出する排出管１７が延ばされる。迂回路１４の軸５２に対して、排出管１７の軸５３は６０°の角度で交わっている。

迂回路１４の軸５２に対して、排出管１７の軸５３が交わる角度αは、６０°以下であることが望ましい。６０°以下とすることで、圧力損失による流量減少をすることなく後方に向かって排気ガスを円滑に流すことができる。

合流部１５は、熱交換器１２及び迂回路１４が連結される第２の基体５５と、この第２の基体５５に重ね合わせることで第２の基体５５と共に閉断面を形成する第２の蓋体５６とからなる。第２の基体５５に第２の蓋体５６を重ね合わせた上で溶接することで、合流部１５は形成される。

第２の基体５５に、熱交換器１２の下流端部１２ｂが接続される接続口５５ａと、迂回路１４の被接続部１４ｃが接続される接続口５５ｂとが設けられる。
第２の蓋体５６に、第２の蓋体５６の剛性を高めるための凹凸形状部５６ｃが形成される。

合流部１５の接続口５５ａに熱交換器１２を溶接し、接続口５５ｂに迂回路１４を溶接する。迂回路に熱交換器を直接接続する場合に比べ、溶接作業を容易に行うことができる。

加えて、第２の蓋体５６を第２の基体５５に被せることで、合流部１５は断面視略矩形の閉断面を形成する。閉断面を略矩形とした場合は、合流部１５の組み立てを容易に行うことができる上に、熱交換器１２及び迂回路１４の溶接作業も容易に行うことができ、特に有益である。

なお、バルブ室１６に接続される部材を第２の基体にし、熱交換器１２及び迂回路１４が接続される部材を第２の蓋体とすることもできる。
即ち、閉断面状の合流部１５を形成することで、熱交換器１２及び迂回路１４の溶接作業を容易に行うことができる。

迂回路１４の下流端部１４ｂが閉じられている場合は、分岐部１１から導入された排気ガスは、熱交換器１２に向かって流れる。熱交換器１２を通過することで媒体との間で熱交換を行う。熱交換を行い冷やされた排気ガスは、合流部１５を通過する。排気ガスは、合流部１５から迂回路１４の外周を通ってバルブ室１６を流れる。バルブ室１６から排出管１７を介して外部へ排出される。
第２の蓋体５６の先端５６ａは、迂回路１４の外周に沿って配置される。
詳細は次図で説明する。

図４に示すように、第２の蓋体５６の先端５６ａは、迂回路１４の下流端部１４ｂに重なる位置まで延ばされている（想像線５７参照）と共に、迂回路１４に対して所定の間隔ｔを保ちながら、迂回路１４の外周の一部を囲っている。

第２の蓋体５６の先端５６ａと迂回路１４との間を小さくすることで、迂回路１４を通過した排気ガスが合流部１５側へ逆流することを防ぎやすくなる。
詳細を次図で説明する。

図５に示すように、迂回路１４を下流側から見た場合に、第２の蓋体５６の先端５６ａは、迂回路１４の下流端部１４ｂに重なっている。
迂回路１４は、熱交換器側（図面右側）の半分が第２の蓋体５６の先端５６ａで囲われている。

半分より広い範囲を囲うとすると、迂回路１４に対して、蓋体４９をセットするのが困難になる。
一方、半分より狭い範囲であると、迂回路１４を通過した排気ガスが合流部１５に向かって逆流しやすくなる。
逆流の生じやすい第１通路側の半分を第２の蓋体５６の先端５６ａで囲う。逆流を有効に防ぎつつ、合流部１５を通過した排気ガスをバルブ室１６内へ円滑に流すことができる。

５９，５９は、バルブ室１６からの排気ガスの漏れを防止するシールである。
熱交換器（図１、符号１２）内の媒体の温度が上がることで、迂回路１４が開放される。詳細を次図で説明する。

図６に示すように、熱交換器１２内の媒体の温度が高くなることで、サーモアクチュエータ１３のロッド３４は、矢印（１）で示すように前進する。前進することで、レバー部材３３を回転させる。レバー部材３３が回転することで、回転軸２６が一体的に回転する。回転軸２６が回転することで、バルブ２８も回転する。バルブ２８が回転することで、迂回路１４の下流端部１４ｂを開く。
バルブ２８が開いた場合の排気ガスの流れについて詳細を次図で説明する。

図７に示すように、バルブ２８が開いている場合は、分岐部１１に導入された排気ガスは、迂回路１４を流れる。排気ガスは、迂回路１４からバルブ室１６へ流れ、バルブ室１６内でバルブ２８に接触する。バルブ２８に接触した排気ガスは、バルブ室１６側方の排出口５１に向かって流れる。排出口５１から排出管１７に流れ、外部へ排出される。
排出口５１の設けられる位置について詳細を次図で説明する。

図８に示すように、排出口５１は、バルブが開閉することで描く扇形の軌跡（想像線６１参照）に重なる部位に設けられる。

また、バルブ（図２、符号２８）の最大開度βは、６０°未満であることが望ましい。
６０°未満とすることで、バルブ室１６の排気ガスの流れ方向の長さｌを短くすることができる。短くすることで、排熱回収装置１０のコンパクト化を図ることができる。
排熱回収装置１０の作用について詳細を次図で説明する。

図９（ａ）に示すように、比較例に係る排熱回収装置１１０では、排気ガスの流れ方向を基準として、バルブ室１１１の下流側に排出口１１２を設けた。迂回路を通過した排気ガスは、バルブ１１３に接触する。バルブ１１３に接触した後は、バルブ１１３の側方を通過して排出口１１２へ向かう。バルブ１１３の側方の流路が狭いため、排気ガスの円滑な流れを妨げる。

一方、（ｂ）に示すように、実施例に係る排熱回収装置１０では、バルブ室１６の側方に排出口５１を設けた。バルブ２８に接触した排気ガスは、バルブ室１６の側方に向かって流れる。バルブ２８に接触した排気ガスが流れる方向に排出口５１を設けることで、排気ガスを円滑に流すことができる。

特に、本発明に係る排熱回収装置１０では、バルブ２８が開閉することで描く軌跡に対して少なくとも一部が重なる部位に排出口５１が設けられている（図８参照）。高さ方向でも排出口５１をバルブ２８の近傍に設けることができ、さらに排気ガスを円滑に流すことができる。

加えて、バルブ室１６の下流端部１６ｂへ向かって流れるわずかな量の排気ガスは、半円形状の下流端部１６ｂに沿って排出口５１へ導かれる。断面視半円形状にすることで、バルブ室１６の下流端部１６ｂに達した排気ガスを円滑に排出管１７に向かって流すことができる。バルブ２８よりも下流側へ流れた排気ガスについても効率よく外部へ排出することができる。
排熱回収装置１０の別実施例について次図以降で説明する。

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図１０に示されるように、排熱回収装置７０は、排出口７１がバルブ室７２の側面のうち、熱交換器１２が配置されるのとは逆の側面に設けられる。この排出口７１から排出管７３が後方に向かって延ばされる。

このように排出口７１及び排出管７３を設けた場合も本発明の効果を得ることができる。
次図で更なる別実施例について説明する。

図１１に示すように、排熱回収装置８０は、排出口８１にバルブ室８２内の排気ガスが排出される部屋部８３が接続され、この部屋部８３から外部に向かって排気ガスを流す管部材８４が接続される。

バルブ２８に接触した排気ガスは部屋部８３に流され、部屋部８３から管部材８４で排出される。管部材８４は、部屋部８３から任意の方向に延ばすことができる。即ち、部屋部８３に円滑に排気ガスを流しつつ、部屋部８３から任意の方向に延ばされた管部材８４で排気ガスを排出する。排気ガスを円滑に流しつつも、設計の自由度が高い排熱回収装置８０ということができる。

加えて、部屋部８３は、熱交換器１２の下流側に設けられる。熱交換器１２の下流側のデッドスペースを有効に活用することができる。スペースを有効に活用することで排熱回収装置８０の小型化を図ることができる。

尚、本発明に係る排熱回収装置は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラにも適用することができ、これらのものに用途は限定されない。

本発明の排熱回収装置は、車両に好適である。

１０，７０，８０…排熱回収装置、１１…分岐部、１２…熱交換器、１４…迂回路、１６，７２，８２…バルブ室、１７，７３…排出管、２８…バルブ、５１，７１，８１…排出口、８３…部屋部、８４…管部材。

Claims (3)

1. 排気ガスが導入され導入された排気ガスを分岐する分岐部と、この分岐部に接続され排気ガスの熱を媒体に伝える熱交換器と、この熱交換器を迂回して設けられ前記分岐部に接続される迂回路と、前記排気ガスの流れ方向を基準として、前記迂回路の下流端部に取付けられ回転することで前記迂回路を開閉するバルブと、このバルブが収納され前記迂回路の下流に設けられるバルブ室とからなる排熱回収装置において、
   前記バルブ室の側方、且つ前記バルブ室の側方から見て前記バルブが開閉することで描く軌跡に対して少なくとも一部が重なる部位に、前記排気ガスを外部に向かって排出する排出口が設けられていることを特徴とする排熱回収装置。
2. 前記排出口に、バルブ室内から外部へ向かって排気ガスを流す排出管が繋がれ、
   前記排出管が前記第２通路の軸線に対して傾けられる角度は、６０°を上限とすることを特徴とする請求項１記載の排熱回収装置。
3. 前記排出口に、バルブ室内の排気ガスが排出される部屋部が接続され、この部屋部には外部に向かって排気ガスを流す管部材が接続されることを特徴とする請求項１記載の排熱回収装置。

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