JP2015090105A - 排熱回収器 - Google Patents

Abstract

【課題】サーモアクチュエータなどの劣化を抑制する排熱回収器を提供する。【解決手段】サーモアクチュエータ７によってバルブ１１を動作させる排熱回収器１であって、ロッド７２の直線運動をバルブ１１の回動運動に変換するリンク機構８に、ロッド７２の直線運動が作用する作用部８３を有するクランク部８０と、ロッド７２の移動量に対するロッド７２の軸方向へ作用部８３の移動量を抑制する抑制部８６、９１とを備える。【選択図】図４Ａ

Description

本発明は排熱回収器に関するものである。

バルブをサーモアクチュエータによって回動させる排熱回収器が特許文献１に開示されている。

特開２０１０−３１６６９号公報

サーモアクチュエータは、熱膨張体の温度に応じてロッドが進退する。排熱回収器では、排熱非回収時には、高温の排気ガスが排熱回収側に流入しないようにバルブによって排熱回収側の流路を閉塞することが望ましく、ロッドが伸長した場合にバルブがストッパーに当接するように設計されている。また、バルブがストッパーに当接した後に、さらにバルブを回動させる力が作用し、バルブやサーモアクチュエータに過大な負荷がかかると、バルブやサーモアクチュエータが劣化するので、ロッドのストローク量が最大となった場合にバルブがストッパーに当接するように設計されている。しかし、使用環境や経時劣化などによるロッドのストロークのバラツキによって、バルブがストッパーに当接した後もロッドが伸びる場合があり、バルブやサーモアクチュエータなどが劣化するおそれがある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、ロッドのストロークにバラツキがある場合でも、バルブやサーモアクチュエータなどが劣化することを抑制することを目的とする。

本発明のある態様に係る排熱回収器は、流体の流れ方向を切り替えるバルブと、熱膨張体が膨張収縮することでロッドを進退させるサーモアクチュエータと、ロッドの直線運動をバルブの回動運動に変換するリンク機構とを備え、リンク機構は、バルブに連結する軸部と、ロッドの直線運動が作用する作用部とを有し、軸部を中心に回動するクランク部と、ロッドと共に進退し、ロッドの移動量に対するロッドの軸方向への作用部の移動量を抑制する抑制部とを備える。

この態様によると、ロッドの移動量に対するロッドの軸方向への作用部の移動量を抑制することで、ロッドのストロークにバラツキがある場合でも、バルブ、サーモアクチュエータ、リンク機構に大きな負荷がかかることを抑制し、これらが劣化することを抑制することができる。

本実施形態の排熱回収器の斜視図である。 熱交換部に排気ガスを導入する場合のバルブの状態を示す図である。 バイパス部に排気ガスを導入する場合のバルブの状態を示す図である。 冷媒排出部、サーモアクチュエータの断面を示す概略図である。 図３のIV−IV断面におけるサーモアクチュエータ、及びリンク機構の概略図である。 リンク機構の直線部が嵌合部から外れた状態を示す図である。 第２実施形態のリンク機構を説明する断面図である。 第２実施形態のリンク機構を説明する断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の排熱回収器１の斜視図である。排熱回収器１は、熱交換部２と、バイパス部３と、ガス導入部４と、ガス排出部５と、サーモアクチュエータ７と、リンク機構８とを備える。

熱交換部２は、流入した排気ガスと冷媒導入部９を介して導入された冷媒との間で熱交換を行う。熱交換部２で冷媒と熱交換を行い、温度が低くなった排気ガスはガス排出部５へ排出される。また、排気ガスと熱交換を行い、温度が高くなった冷媒は熱交換部２の上方に設けた冷媒排出部１０を介して排出される。冷媒は、エンジン冷却水やエンジン冷却水とは独立したサイクルの冷却水、フロン類などである。温度が高くなった冷媒は、エンジンの暖機などに使用される。

バイパス部３は、熱交換部２と並列に配置され、熱交換部２をバイパスして排気ガスをガス排出部５へ流すことができる。

ガス導入部４には、図２Ａ、図２Ｂに示すようにバルブ１１が配置され、バルブ１１はサーモアクチュエータ７の動作に応じて回動し、エンジンから排出された排気ガスを熱交換部２、またはバイパス部３に流入させる。ガス導入部４には、バルブ１１の回動を規制するストッパー４０、４１が形成されている。図２Ａに示すように排気ガスを熱交換部２に流入させる場合には、バルブ１１はストッパー４０に当接し、図２Ｂに示すように排気ガスをバイパス部３に流入させる場合には、バルブ１１はストッパー４１に当接する。

ガス排出部５は、熱交換部２、またはバイパス部３を流れた排気ガスを排熱回収器１から排出する。

サーモアクチュエータ７について図３を用いて説明する。図３は、冷媒排出部１０、サーモアクチュエータ７の断面を示す概略図である。

サーモアクチュエータ７は、エレメント７０と、ピストン７１と、ロッド７２と、バネ７３と、ケース７４とを備える。

エレメント７０は、冷媒排出部１０に設けた孔１０ａに、後端側が冷媒排出路１２内に位置するように挿入され、冷媒排出部１０に支持される。エレメント７０には熱膨張体としてワックス７５が封止されている。また、エレメント７０にはピストン７１が進退可能となるように挿入されている。

ケース７４には、エレメント７０側に開口部７４ａが形成され、ケース７４はフランジ７６を介して冷媒排出部１０に取り付けられる。ケース７４には、ロッド７２の一部、及びバネ７３が収容される。ケース７４には開口部７４ａとは反対側の側面７４ｂに孔７４ｃが形成され、ロッド７２が進退可能となるように、孔７４ｃにロッド７２の一部が挿入されている。

ロッド７２は、エレメント７０側の端部に鍔部７２ａを備え、鍔部７２ａは、ケース７４内で、ピストン７１の先端部に当接している。孔７４ｃを通ってケース７４の外側に位置するロッド７２の端部は、リンク機構８のブロック部８１に連結する。

バネ７３は、一方の端部が鍔部７２ａに、もう一方の端部がケース７４の側面７４ｂに当接するように、鍔部７２ａと側面７４ｂとの間に設けられ、ロッド７２をエレメント７０側に向けて付勢する。

冷媒排出路１２内を流れる冷媒の温度が高くなり、エレメント７０内のワックス７５の温度が高くなり、ワックス７５が融解して膨張すると、ピストン７１の一部がエレメント７０から押し出されて前進し、この動きに応じてロッド７２がバネ７３を圧縮しながら前進する。一方、冷媒排出路１２内を流れる冷媒の温度が低くなり、ワックス７５が凝固して収縮すると、バネ７３の反力によってロッド７２、及びピストン７１が後退する。このように、サーモアクチュエータ７は、エレメント７０の雰囲気温度に応じて、ロッド７２を進退させる。なお、以下において、ワックス７５が固体の状態であり、ピストン７１が最も後退している位置を初期位置と言う。

リンク機構８について図４Ａを用いて説明する。図４Ａは図３のIV−IV断面におけるサーモアクチュエータ７、及びリンク機構８の概略図である。リンク機構８は、ロッド７２の直線運動を、バルブ１１の回動運動に変換する機構である。リンク機構８は、クランク部８０と、ブロック部８１とを備える。

クランク部８０は、バルブ１１に連結する軸部８２と、軸部８２に平行な作用部８３と、軸部８２と作用部８３とを連結する連結部８４とを備える。軸部８２の一部はガス導入部４に挿入され、ガス導入部４内でバルブ１１と連結しており、軸部８２はガス導入部４によって軸支されている。つまり、軸部８２は、バルブ１１と一体となって回転し、バルブ１１、及びクランク部８０の回動軸となる。作用部８３は、ブロック部８１に係合しており、ブロック部８１を介してロッド７２の直線運動が作用し、クランク部８０は、ブロック部８１の動きに応じて軸部８２を中心に回動する。

ブロック部８１は、ロッド７２に連結しており、ロッド７２と一体となって前進、または後退する。ブロック部８１は、クランク部８０の作用部８３が嵌合可能な嵌合部８５と、嵌合部８５から外れた作用部８３が摺動する摺動部８６とを備える。嵌合部８５は、ブロック部８１の移動と共に作用部８３を移動させ、クランク部８０を軸部８２を中心に回動させる。摺動部８６は、ロッド７２の軸方向に平行な平面であり、作用部８３が摺動部８６に接している場合には、ブロック部８１の移動に対して作用部８３が摺動し、作用部８３は移動せず、クランク部８０は回動しない。

本実施形態の排熱回収器１の動作について詳しく説明する。

例えばエンジンが暖気されておらず、排気ガスの温度が低く、冷媒排出路１２の冷媒の温度が低い場合には、エレメント７０内のワックス７５は固体となっており、ピストン７１はバネ７３によって初期位置に保持されている。図４Ａに示すように、ピストン７１が初期位置の場合には、ブロック部８１の嵌合部８５にクランク部８０の作用部８３が嵌合している。また、バルブ１１は、図２Ａに示すようにストッパー４０に当接し、バイパス部３を閉塞し、排気ガスを熱交換部２に流入させる。

排気ガスの温度が高くなり、冷媒排出路１２の冷媒の温度が高くなると、エレメント７０内のワックス７５が融解して膨張し、バネ７３の反力に抗してピストン７１、ロッド７２、及びブロック部８１が前進する。リンク機構８の作用部８３は、ブロック部８１の嵌合部８５に嵌合しており、作用部８３がブロック部８１の移動と共に移動することで、クランク部８０は、軸部８２を中心に回動し、バルブ１１が回動する。

ピストン７１、ロッド７２、及びブロック部８１が前進し、図２Ｂに示すようにバルブ１１がストッパー４１に当接する位置まで回動すると、作用部８３が嵌合部８５から外れて、図４Ｂに示すように摺動部８６と当接する。

サーモアクチュエータ７、リンク機構８は、ワックス７５の膨張量が使用環境や経時劣化などによってバラツキが生じた場合であっても、バルブ１１がストッパー４１に当接するように設定されている。そのため、ワックス７５がさらに膨張することがあり、膨張によってピストン７１を押し出す力がさらに発生することがある。この力が発生しても、バルブ１１はストッパー４１に当接しており、回動することができないので、バルブ１１、リンク機構８、サーモアクチュエータ７にかかる負荷が大きくなり、これらを劣化させるおそれがある。

または、バルブ１１の先端側部とストッパー４１とが当接している場合において、ストッパー４１の流路内方の凸部が微小であると、ワックス７５の膨張によってピストン７１を押し出す力が勝り、バルブ１１の先端が凸部を乗り越えてしまう可能性がある。

これに対して、本実施形態では、バルブ１１がストッパー４１に当接した状態からさらにピストン７１、ロッド７２、及びブロック部８１が前進しても、ロッド７２などの移動量に対して、ロッド７２の軸方向への作用部８３の移動量が小さくなり、作用部８３は摺動部８６に対して摺動し、摺動部８６に対する相対的な位置が変わるだけであり、クランク部８０は回動しない。つまり、バルブ１１がストッパー４１に当接した後に、ピストン７１、ロッド７２、及びブロック部８１が前進しても、クランク部８０には、クランク部８０を回動させる力が作用せず、バルブ１１を回動させる力も作用しない。また、バルブ１１はストッパー４１に常時当接した状態で保持されるので、熱交換部２を閉塞し、排気ガスはバイパス部３に流入しない。

例えば、バルブ１１がストッパー４１に常時当接し、排気ガスがバイパス部３に流入することで、熱交換部２で冷媒が加熱されなくなり、冷媒の温度が低くなり、ワックス７５が凝固し、収縮すると、バネ７３の反力によってピストン７１、ロッド７２、及びブロック部８１が後退し、ピストン７１が初期位置まで戻る。これに伴い、作用部８３が嵌合部８５に嵌合してクランク部８０、及びバルブ１１が回動し、バルブ１１はストッパー４０に当接し、バイパス部３を閉塞し、排気ガスを熱交換部２に流入させる。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

ロッド７２の直進運動をバルブ１１の回動運動に変換するリンク機構８において、ロッド７２の移動量に対するロッド７２の軸方向への作用部８３の移動量を抑制する摺動部８６をブロック部８１に備える。これにより、バルブ１１がストッパー４１に当接した後に、部品のバラツキにより、ピストン７１、ロッド７２、ブロック部８１を前進させる力が発生しても、バルブ１１にそのような力が伝達されることが抑制されるので、バルブ１１、リンク機構８、サーモアクチュエータ７にかかる負荷が大きくなることを抑制し、これらが劣化することを抑制することができる。

摺動部８６をロッド７２の軸方向に延設することで、バルブ１１がストッパー４１に当接した後に、ピストン７１、ロッド７２、ブロック部８１を前進させる力が発生しても、バルブ１１にそのような力が伝達されることがなく、バルブ１１、リンク機構８、サーモアクチュエータ７が劣化することを防ぐことができる。

バルブ１１がストッパー４１に当接すると、クランク部８０の作用部８３が嵌合部８５から外れて、摺動部８６に当接するので、バルブ１１、リンク機構８、サーモアクチュエータ７にかかる負荷が大きくなることを防ぐことができ、バルブ１１、リンク機構８、サーモアクチュエータ７が劣化することを防ぐことができる。

次に本発明の第２実施形態について説明する。

リンク機構８のブロック部９０が第１実施形態と異なっている。図５Ａ、Ｂは、本実施形態のリンク機構８を説明する断面図である。

ブロック部９０は、ロッド７２の軸方向に対して傾斜する方向に延設された摺動部９１を備える。摺動部９１は、図５Ａに示すようにロッド７２が初期位置から前進する場合に、バルブ１１がストッパー４１に当接する図５Ｂの位置までクランク部８０を回動可能となるように形成される。つまり、摺動部９１は、サーモアクチュエータ７側が迫り上がるように形成されている。

本発明の第２実施形態の効果について説明する。

本実施形態の構成においても、ロッド７２の移動量に対するロッド７２の軸方向への作用部８３の移動量を抑制することができ、バルブ１１、リンク機構８、サーモアクチュエータ７が劣化することを防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

なお、第１実施形態の摺動部８６に、第２実施形態の摺動部９１を適用してもよい。

また、上記実施形態では、ロッド７２が前進する場合に、作用部８３が摺動部８６、９１に摺動するようにブロック部８１、９０を設けたが、ロッド７２が後退する場合に、作用部８３が摺動するように摺動部を逆側に設けてもよい。

１ 排熱回収器
７ サーモアクチュエータ
８ リンク機構
１１ バルブ
４１ ストッパー
７２ ロッド
７５ ワックス（熱膨張体）
８０ クランク部
８２ 軸部
８３ 作用部
８５ 嵌合部
８６ 摺動部（抑制部）
９１ 摺動部（抑制部）

Claims (4)

1. 流体の流れ方向を切り替えるバルブと、
   熱膨張体が膨張収縮することでロッドを進退させるサーモアクチュエータと、
   前記ロッドの直線運動を前記バルブの回動運動に変換するリンク機構とを備え、
   前記リンク機構は、
   前記バルブに連結する軸部と、前記ロッドの直線運動が作用する作用部とを有し、前記軸部を中心に回動するクランク部と、
   前記ロッドと共に進退し、前記ロッドの移動量に対する前記ロッドの軸方向への前記作用部の移動量を抑制する抑制部とを備えることを特徴とする排熱回収器。
2. 請求項１に記載の排熱回収器であって、
   前記リンク機構は、前記作用部が嵌合する嵌合部を備え、
   前記抑制部は、前記ロッドの軸方向に延設され、前記クランク部の回動によって前記嵌合部から外れた前記作用部が摺動することを特徴とする排熱回収器。
3. 請求項２に記載の排熱回収器であって、
   前記バルブがストッパーに当接すると、前記作用部は前記嵌合部から外れることを特徴とする排熱回収器。
4. 請求項１に記載の排熱回収器であって、
   前記抑制部は、前記ロッドの軸方向に対して傾斜する方向に延設され、前記作用部が摺動することを特徴とする排熱回収器。

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