JP2022006683A - 排気熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスが、熱交換により冷却された後に、排気ガス再循環装置に供給する排気熱回収装置を提案する。
【解決手段】内燃機関から排出された排気ガスが流通する主流路３と、主流路３と第１連通孔４と第２連通孔５で連通するとともに、排気ガス再循環装置と連通する副流路７を有し、第１連通孔４と第２連通孔５の間に回転軸８を有し、かつ、主流路３を開閉する弁体９を回動可能に設け、副流路７内に、排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換器１１を設け、熱交換器１１は、媒体が流通する媒体流路１１ａと、排気ガスが流通する流体流路１１ｂを有し、第１連通孔４と第２連通孔５を通じて、主流路３と流体流路７が連通し、流体流路１１ｂ内にはフィン１３が設けられ、フィン１３内を、排気ガスが２方向に流通できるようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、排気熱回収装置に関する。

自動車の内燃機関から排出された排気ガスが流通する排気管に、早期暖機等に用いられる排気熱回収装置や、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）へ還流させる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラが備えられている。

排気熱回収装置とＥＧＲクーラは、共に排気ガスと冷却媒体との間で熱交換を行うための装置である。また、夫々が使用される運転モードが異なるため、両者を共用することが可能である。

その一例として、排気ガスが流通する主流路を設け、主流路と第１連通孔と、第２連通孔とで連通する副流路を設け、副流路における第１連通孔と第２連通孔との間に熱交換器を設け、主流路における第１連通孔と第２連通孔との間に弁体を開閉可能に設け、弁体により主流路と第２連通孔の一方を閉塞するようにし、副流路における熱交換器の下流側部と排気ガス再循環装置を連通するようにした排気熱回収装置が知られている（特許文献１参照）。

この排気熱回収装置においては、弁体を閉じることにより、主流路が閉塞し、かつ、第２連通孔が開口して、副流路の熱交換器を通った排気ガスが、主流路に戻り熱交換器により早期暖機等を行うことができる。

また、弁体を開くことにより、主流路が開放され、かつ、第２連通孔が閉塞し、副流路の熱交換器を通った排気ガスは、冷却された後に、排気ガス再循環装置へ供給される。

特開２０１６－４４６６６号公報

しかし、上記排気熱回収装置においては、弁体により第２連通孔を閉塞した際に、第２連通孔を完全に閉塞できない場合には、排気ガスが第２連通孔を通じて副流路に流入し、熱交換により冷却がされることなく排気ガス再循環装置に流入する虞がある。

そこで、本発明は、排気ガスを、熱交換により確実に冷却した後に、排気ガス再循環装置に供給する排気熱回収装置を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、本発明は、内燃機関から排出された排気ガスが流通する主流路と、該主流路と第１連通孔と第２連通孔で連通するとともに、排気ガス再循環装置と連通する副流路を有し、
前記第１連通孔と前記第２連通孔の間に回転軸を有し、該回転軸の軸芯を回転中心とし、かつ、前記主流路を開閉する弁体を回動可能に設け、
前記副流路内に、排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換器を設け、該熱交換器は、媒体が流通する媒体流路と、排気ガスが流通する流体流路を有し、
前記第１連通孔と前記第２連通孔を通じて、前記主流路と前記流体流路が連通し、
前記流体流路内にはフィンが設けられ、該フィン内を、排気ガスが２方向に流通できるようにしたことを特徴とするものである。

前記媒体流路を複数設け、前記流体流路を複数設け、
この媒体流路と流体流路を、前記回転軸の軸方向に交互に配設し、
前記フィンを、板材を曲折して、隣接する一方の媒体流路側に向かって突出する第１突出部と、隣接する他方の媒体流路側に向かって突出する第２突出部が交互に、夫々複数形成され、
前記第１突出部と前記第２突出部が、交互に配設された所定方向と、前記回転軸の軸芯方向と直交する方向の２方向に、排気ガスが流通できるようにしてもよい。

前記排気ガス再循環装置と連通する取出口を、前記主流路内を流通する排気ガスの流通方向において、前記第１連通孔より上流側に位置させるようにしてもよい。

前記弁体により、前記主流路を閉じた際に、前記第１連通孔を開くとともに、前記主流路を開いた際に、前記第１連通孔を閉じるようにしてもよい。

本発明によれば、副流路内に、排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換器を設け、熱交換器は、媒体が流通する媒体流路と、排気ガスが流通する流体流路を有し、第１連通孔と第２連通孔を通じて、主流路と流体流路が連通するようにしたことにより、排気ガスは、流体流路内を通過して冷却された後に、排気ガス再循環装置に供給され、高温の排気ガスが再循環装置に供給されることを回避できる。

本発明の実施例１に係る排気熱回収装置の斜視図。 図１に係る排気熱回収装置の車両搭載状態における主通路を開放した状態で、かつ、主流路の軸を通過する鉛直面により切断した断面模式図。なお、熱交換器内のフィンは図示していない。 図２の状態から主流路を閉塞した状態の図２に相当する断面模式図。 図３のＡ－Ａ線切断部端面図。 本発明の実施例１に用いるフィンの斜視図。 図５の正面図。 図５の左側面図。 本発明の実施例２に用いる一例のフィンの斜視図。 本発明の実施例２に用いる他例のフィンの斜視図。 本発明の実施例２に用いる他例のフィンの斜視図。 本発明の実施例２に用いる他例のフィンの斜視図。 本発明の実施例３に係る排気熱回収装置において、主通路を開放した状態の部分断面模式図。 図１２の状態から主流路を閉塞した状態の部分断面模式図。

本発明の実施の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

［実施例１］
図１は、本発明における実施例１の排気熱回収装置１の斜視図を示す。

排気熱回収装置１は、自動車等の車両等における内燃機関から排出された排気ガスが流通する排気管に配設されて用いられる。以下において、排気熱回収装置１の車両等への搭載状態における鉛直方向をＸ－Ｘ方向（図２の上下方向）、後述する主流路３の軸方向をＹ－Ｙ方向（図２の左右方向）、Ｘ－Ｘ方向とＹ－Ｙ方向に直交するＺ－Ｚ方向（図２の紙面の表裏方向）として説明する。

排気熱回収装置１は、図１～図４に示すように、第１ケース２を有し、第１ケース２内には主流路３が形成され、上流側に設けた流入口３ａには図示しない上流側排気管が、下流側の排出口３ｂには図示しない下流側排気管がそれぞれ接続される。第１ケース２は、後述する熱交換器１１が収納された第２ケース５０が組付けられている。

主流路３には、第１連通孔４と、第１連通孔４の下流側に設けた第２連通孔５が形成され、第１連通孔４と第２連通孔５で、夫々、主流路３と連通する副流路７が形成されている。

第２ケース５０は、第１ハウジング５０ａと、第１ハウジング５０ａの主流路３側に配設した第２ハウジング５０ｂと、第２ハウジング５０ｂの主流路３側に配設した第３ハウジング５０ｃで構成されている。

第１ハウジング５０ａと第２ハウジング５０ｂとの間には、冷却水等の媒体が流通する空間５１が形成されている。

第２ハウジング５０ｂ内には、熱交換器１１が配設されている、熱交換器１１と主流路３は、第３ハウジング５０ｃで区画され、第３ハウジング５０ｃには第１連通孔４と第２連通孔５が形成されている。

第２ハウジング５０ｂと第３ハウジング５０ｃの内面により副流路７が形成されている。

主流路３における第１連通孔４と第２連通孔５の間には、主流路３内における排気ガスの流通方向に直交して回転軸８が配設され、この回転軸８を軸として弁体９が回動可能に設けられている。

図２に示すように弁体９を、回転軸８を中心として、図２の時計方向の上流側方向に回動させて、主流路３を開放するように開くと、第１連通孔４は閉塞され、図３に示すように、弁体９を、回転軸８を中心として、図３の反時計方向の下流側方向に回動させ、主流路３を閉塞するように閉じると、第１連通孔４は開放されるようになっている。

副流路７の一端部７ａには取出口１０が形成され、この取出口１０は図示しない配管を通じて排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）と連通している。副流路７の他端部７ｂは、第２連通孔５を通じて主流路３と連通している。

副流路７内における一端部７ａと他端部７ｂとの間には熱交換器１１が設けられている。

熱交換器１１は、図４に示すように、内燃機関などの冷却系における冷却水等の媒体が流通する複数の媒体流路１１ａと、排気ガスが流れる複数の流体流路１１ｂを有し、回転軸８の軸芯方向（Ｚ－Ｚ方向）に、媒体流路１１ａと流体流路１１ｂが、交互に複数配置されている。

媒体入口５２から供給された媒体は、空間５１を通じて媒体流路１１ａに供給されるようになっている。また、媒体流路１１ａ内を通った媒体は、空間５１を通ったのちに媒体出口５３から排出されるようになっている。

流体流路１１ｂ内には、フィン１３が配設されている。フィン１３は、金属製で長尺の平板からなる板材を曲折して形成される。

フィン１３は、図５～図７に示すように、隣接する一方の媒体流路１１ａとの仕切壁に当接する第１面１４と、隣接する他方の媒体流路１１ａとの仕切壁に当接する第２面１５が交互に配設されている。第２面１５の一方の端部には、一方の流体流路１１ｂ（第１面１４）側方向に突出する第１突出部１６の一端部が接続され、第１突出部１６の他端部は第１面１４の一端部に接続されている。また、第１面１４の他方の端部には、他方の流体流路１１ｂ（第２面１５）側方向に突出する第２突出部１７の一端部が接続され、第２突出部１７の他端部は第２面１５の一端部に接続されている。

第１面１４、第２面１５、第１突出部１６、第２突出部１７は、夫々複数形成されるとともに、全て一体に形成されている。第１突出部１６と第２突出部１７は、板材の曲折方向である所定方向（Ｂ－Ｂ方向）において、交互に配置されている。同様に、第１面１４、第２面１５も、所定方向（Ｂ－Ｂ方向）において、交互に配置されている。

板材の面上において、その所定方向（Ｂ－Ｂ方向）と直交する方向（Ｃ－Ｃ方向）には、夫々の第１突出部１６と第２突出部１７の一部を切り起こし、または、切り下げにより、連通孔２０が、所定方向（Ｂ－Ｂ方向）と直交する方向（Ｃ－Ｃ方向）に、離間して複数形成され、連通孔２０が図５～図７に示すように千鳥状に設けられている。

上記構成により、排気ガスが、フィン１３において、連通孔２０を通って板材の曲折方向（Ｂ－Ｂ方向）に流通できるとともに、第１面１４の第２面１５（第１突出部１６と第２突出部１７）の長手方向である壁面に沿った方向、所定方向（Ｂ－Ｂ方向）と直交する方向（Ｃ－Ｃ方向）に沿って流通できるようになっている。すなわち、排気ガスが、フィン１３内を２方向に流通できるようになっている。

副流路７内において、図２，図３に示すように、第２連通孔５と熱交換器１１との間に空間２１が形成され、また、取出口１０と熱交換器１１の間に空間２２が形成されている。

フィン１３は、流体流路１１ｂ内に、板材の曲折方向である所定方向（Ｂ－Ｂ方向）が、排気熱回収装置１の車両等への搭載状態における鉛直方向（Ｘ－Ｘ方向）に、所定方向と直交する方向（Ｃ－Ｃ方向）が、主流路３の軸方向（Ｙ－Ｙ方向）となるように配設されている。すなわち、所定方向と直交する方向（Ｃ－Ｃ方向）は、回転軸８の軸芯方向（Ｚ－Ｚ方向）と直交する方向となるようにフィン１３は配設されている。

上記構成により、熱交換器１１において、媒体と排気ガスとの間で熱交換できるようになっている。

図２に示すように、弁体９を、回転軸８を中心として上流側方向に回動させて、主流路３を開放し、第１連通孔４を閉塞し、かつ、排気ガス再循環装置内の図示しないバルブが開いた状態においては、排気ガスは、主流路３を流れるとともに、排気ガス再循環装置内の負圧により第２連通孔５より副流路７にも流れる。

第２連通孔５を通過した排気ガスは、熱交換器１１における流体流路１１ｂ内に入り、フィン１３における所定方向（Ｘ－Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ－Ｙ方向）で、かつ、主流路３の上流側方向に流通し、取出口１０を経て、排気ガス再循環装置に供給される。

また、図３に示すように、弁体９を、図２の状態から下流側方向に回転軸８を中心として回動させ、主流路３を閉塞させるとともに、第１連通孔４を解放し、かつ、排気ガス再循環装置内の図示しないバルブが閉じた状態においては、排気ガスは、主流路３より、第１連通孔４を通過する。第１連通孔４を通過した排気ガスは、媒体が流通する空間５１と媒体流路１１ａとは異なる、熱交換器１１の流体流路１１ｂ内のみに流入するようになっている。

第１連通孔４を通過した排気ガスは、熱交換器１１における流体流路１１ｂ内に入り、フィン１３における連通孔２０を通って所定方向（Ｘ－Ｘ方向）を移動した後に、所定方向（Ｘ－Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ－Ｙ方向）で、かつ、主流路３の下流側方向に流通し、第２連通孔５を経て主流路３に戻る。

また、弁体９により、主流路３を開放させるとともに、第１連通孔４を閉塞し、かつ、排気ガス再循環装置内の図示しないバルブを閉じた状態においては、排気ガスは、第１連通孔４より副流路７へは流入せず、主流路３のみを流れ熱交換器１１は使用されない。

上記のように、本発明の排気熱回収装置１においては、副流路７内に流入した排気ガスは、熱交換器１１を通過して冷却された後に、排気ガス再循環装置へ供給され、高温の排気ガスが再循環装置に供給されることを回避できる。

なお、フィン１３の形状は、第１突出部１６、第２突出部１７が、所定方向（Ｘ－Ｘ方向）に交互に設けられていれば任意に形成でき、例えば、第１面１４、第２面１５は設けなくてもよい。また、流体流路１１ｂと媒体流路１１ａとの仕切壁に対する第１突出部１６、第２突出部１７の角度は任意に設定できる。

上記実施例においては、フィン１３を、流体流路１１ｂ内に、所定方向（Ｂ－Ｂ方向）が、鉛直方向（Ｘ－Ｘ方向）に、所定方向と直交する方向（Ｃ－Ｃ方向）が、主流路３の軸方向（Ｙ－Ｙ方向）となるように配設したが、所定方向（Ｂ－Ｂ方向）が、主流路３の軸方向（Ｙ－Ｙ方向）、所定方向と直交する方向（Ｃ－Ｃ方向）が、鉛直方向（Ｘ－Ｘ方向）となるように、フィン１３を、流体流路１１ｂ内に配設してもよい。

［実施例２］
上記実施例１においては、第１突出部１６と第２突出部１７の夫々の一部が切り起こし、または、切り下げにより連通孔２０を形成して、排気ガスが、所定方向（Ｘ－Ｘ方向）に流通できるようにしたが、フィンにおいて、排気ガスが、所定方向（Ｘ－Ｘ方向）に流通できれば、その流通方法は任意に設定することができる。

例えば、図８、図９に示すように、第１突出部１６と第２突出部１７に、夫々の表裏を貫通する連通孔３０を、所定方向（Ｘ－Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ－Ｙ方向）に、離間して複数形成して、排気ガスが、所定方向（Ｘ－Ｘ方向）に流通できるようにしてもよい。

また、図１０、図１１に示すように。板材を曲折して、上記実施例１と同様の第１面１４、第１突出部１６、第２突出部１７を少なくとも有するとともに、連通孔２０、３０が形成されていない構成部材３１を２つ、その間に空間３２が形成されるように重ね合わせてフィン３３を構成し、排気ガスが、所定方向（Ｘ－Ｘ方向）に流通できるようにしてもよい。

それ以外の構造は、前記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。

本実施例２においても前記実施例１と同様の効果を奏する。

［実施例３］
上記実施例１、２においては、第１連通孔４を上流側に設け、第２連通孔５を下流側に設け、第１連通孔４を弁体９により開閉するようにしたが、図１２，図１３に示すように、第１連通孔４を下流側に設け、第２連通孔５を上流側に設け、第１連通孔４を弁体９により開閉するように排気熱回収装置４０を構成してもよい。

主流路３に対する熱交換器１１、及び、取出口１０の位置は任意に設定することができ、図１２，図１３に示すように、熱交換器１１を主流路３に対して離間した位置に設け、熱交換器１１の流体流路１１ｂ内と、第１連通孔４、第２連通孔５を、夫々、流路４１，４２で接続するようにしてもよい。

また、熱交換器１１の流体流路１１ｂ内を、排気ガスが２方向に流通するとともに、冷却された排気ガスが、排気ガス再循環装置に供給されるようにすれば、熱交換器１１における流体流路１１ｂ、媒体流路１１ａ、フィン１３，３３の大きさ、配置方向、配置状態、構造、各構成数等は任意に設定することができる。

それ以外の構造は、前記実施例１，２と同様であるのでその説明を省略する。

本実施例３においても前記実施例１，２と同様の効果を奏する。

１，４０ 排気熱回収装置
３ 主流路
４ 第１連通孔
５ 第２連通孔
７ 副流路
８ 回転軸
９ 弁体
１０ 取出口
１１ 熱交換器
１１ａ 媒体流路
１１ｂ 流体流路
１３，３３ フィン
１６ 第１突出部
１７ 第２突出部
２０，３０ 連通孔

Claims (4)

1. 内燃機関から排出された排気ガスが流通する主流路と、該主流路と第１連通孔と第２連通孔で連通するとともに、排気ガス再循環装置と連通する副流路を有し、
   前記第１連通孔と前記第２連通孔の間に回転軸を有し、該回転軸の軸芯を回転中心とし、かつ、前記主流路を開閉する弁体を回動可能に設け、
   前記副流路内に、排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換器を設け、該熱交換器は、媒体が流通する媒体流路と、排気ガスが流通する流体流路を有し、
   前記第１連通孔と前記第２連通孔を通じて、前記主流路と前記流体流路が連通し、
   前記流体流路内にはフィンが設けられ、該フィン内を、排気ガスが２方向に流通できるようにしたことを特徴とする排気熱回収装置。
2. 前記媒体流路を複数設け、前記流体流路を複数設け、
   この媒体流路と流体流路を、前記回転軸の軸方向に交互に配設し、
   前記フィンを、板材を曲折して、隣接する一方の媒体流路側に向かって突出する第１突出部と、隣接する他方の媒体流路側に向かって突出する第２突出部が交互に、夫々複数形成され、
   前記第１突出部と前記第２突出部が、交互に配設された所定方向と、前記回転軸の軸芯方向と直交する方向の２方向に、排気ガスが流通できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の排気熱回収装置。
3. 前記排気ガス再循環装置と連通する取出口を、前記主流路内を流通する排気ガスの流通方向において、前記第１連通孔より上流側に位置させることを特徴とする請求項１又は２記載の排気熱回収装置。
4. 前記弁体により、前記主流路を閉じた際に、前記第１連通孔を開くとともに、前記主流路を開いた際に、前記第１連通孔を閉じるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の排気熱回収装置。
   

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