JP5256239B2 - 排熱回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガスの熱を冷却水に伝えることで排熱を回収する、排熱回収装置に関する。

車両のエンジンを作動させることで、高温の排気ガスが生じる。この高温の排気ガスが有する熱で、冷却水を温めることが知られている（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１１（ａ）に示すように、排熱回収装置１００は、上流側に突起部１０１、１０２を有する本体１０３と、この本体１０３内に配置される隔壁１０４と、この隔壁１０４の上流側に設けられる回転軸１０５と、この回転軸１０５に支持されるＶ字形のＶ字バルブ１０６と、隔壁１０４によって隔てられる迂回路１０７及び熱回収路１０８と、この熱回収路１０８内に設けられ内部に冷却水が流される冷却水管１０９とからなる。

所定の条件で回転軸１０５が回転され、この回転軸１０５に支持されるＶ字バルブ１０６が、迂回路１０７又は熱回収路１０８のどちらかを閉じる。Ｖ字バルブ１０６が熱回収路１０８を閉じた場合は、Ｖ字バルブ１０６の先端が突起部１０２に接触する。Ｖ字バルブ１０６の先端が、突起部１０２に接触することで、熱回収路１０８への排気ガスの漏れを防ぐことができる。迂回路１０７を閉じた場合も同様である。

ところで、熱回収路１０８が閉じられている場合に、（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）に示すように、排気ガスは迂回路１０７に向かって流れる。迂回路１０７に向かって流れる排気ガスの一部は、突起部１０１に接触する。即ち、突起部１０１が設けられていることで、排気ガスの円滑な流れが阻害される。

また、この排熱回収装置１００は、排気ガスから受ける熱エネルギが外部へ逃げやすく、効率の点から改善の余地が認められる。
以上から、排気ガスを円滑に流すことができ、放熱を防ぐことができる排熱回収装置の提供が望まれる。

特開２００８−１０１４９６公報

本発明は、排気ガスを円滑に流すことができ、放熱を防ぐことが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、内部に排気ガスが流される筒体と、この筒体の下流側に繋げられ排気ガスの熱を冷却水に伝える熱交換器が備えられた熱回収路と、この熱回収路と同じく前記筒体の下流側に繋げられ前記熱回収路を迂回する迂回路と、これらの熱回収路及び迂回路の上流側で前記筒体の軸線方向に垂直に設けられる回転軸と、この回転軸に支持され前記回転軸を回転させることで前記熱回収路又は前記迂回路への前記排気ガスの流入を防ぐＶ字型のＶ字バルブとからなる排熱回収装置において、
前記筒体は、本体である外筒と、この外筒の内部に設けられ一端が前記外筒の入口内周面に接触する内筒とからなり、
前記Ｖ字バルブは、前記内筒の他端の一部を塞ぐことで、前記熱回収路又は前記迂回路への前記排気ガスの流入を防ぐことを特徴とする。

請求項２に係る発明では、Ｖ字バルブの先端は、内筒の他端の一部を塞ぐ際に、外筒と内筒との間に設けられたメッシュに着座することを特徴とする。

請求項３に係る発明では、熱交換器は、外周面が熱交換器カバーで覆われていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、筒体は、本体である外筒と、この外筒の内部に設けられ一端が外筒の入口内周面に接触する内筒とからなる。内筒の他端をＶ字バルブが閉じることで、排気ガスの漏れを防ぐ。排気ガスの漏れを防ぐのに、流路上に突起を設ける必要がない。排気ガスの流路上に突起がないことで、排気ガスを円滑に流すことができる。

加えて、外筒の内周側に内筒を設け、内筒の内周面に排気ガスを通す。二重構造とすることで、外筒への排気ガスの伝熱量を削減することができる。外筒への伝熱量を削減することで、外筒から外部への放熱が減る。放熱量が減ることで、より高い温度の排気ガスを熱交換器に送ることができ、伝熱効率が高まる。
さらに、外筒への伝熱を抑えられることにより、非回収時に外筒を通して熱交換器に伝熱するのを抑えられ、非回収時の非回収性能にも優れる。

請求項２に係る発明では、外筒と内筒との間にメッシュが設けられ、このメッシュにＶ字バルブの先端が着座する。外筒と内筒との間にメッシュを設けることで、内筒の振動を抑制することができる。また、Ｖ字バルブがメッシュに接触することで、接触音を抑制することができる。

請求項３に係る発明では、熱交換器は、外周面が熱交換器カバーで覆われている。熱交換器を熱交換器カバーで覆うことで、排気ガス及び冷却水が保持する熱の放熱を防ぐことができる。また、外部から受ける冷風などによる熱交換器の冷却を防ぐ。即ち、エネルギ損失量を減らすことで、伝熱効率が高まる。

本発明に係る排熱回収装置の断面図である。 図１の２部拡大図である。 本発明に係る排熱回収装置の要部の分解斜視図である。 図１の４−４線断面図である。 図１の５矢視図である。 実施例１に係る排熱回収装置の作用を説明する図である。 図６の７矢視図である。 実施例２を説明する図である。 実施例３を説明する図である。 実施例４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。

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、外筒１１と、この外筒１１の内側に配置され内燃機関で発生した排気ガスが導入される内筒１２と、この内筒１２の下流に設けられ回転軸１３に支持されるＶ字バルブ１５と、回転軸１３の下流に設けられているセパレータ１６と、このセパレータ１６によって２分された一方の通路であって排気ガスの熱を冷却水へ伝える熱回収路１７と、この熱回収路１７の下方であってセパレータ１６を隔てて設けられる迂回路１８と、この迂回路１８に繋がれ排気ガスを外部へ排出する排出部材１９とからなる。

熱回収路１７は、外筒１１に繋げられている通路２２と、この通路２２の下流に設けられ一端がガス流入部材２３に支持されている熱交換器２４と、この熱交換器２４の他端を支持し迂回路１８に向かって延ばされるガス流出部材２５と、熱交換器２４を覆う熱交換器カバー２６とからなる。

熱交換器２４は、一端がガス流入部材２３に繋がれ他端がガス流出部材２５に繋がれるコアケース２８と、このコアケース２８内に複数個（この例では４個）が積層状態で収納され排気ガスが内部に流される伝熱部材２９と、これらの伝熱部材２９の両端を支持しているエンドプレート３１、３１とからなる。
また、筒体３２は、外筒１１と内筒１２とからなる。

このような排熱回収装置１０は、筒状の伝熱部材２９内に排気ガスを通し、伝熱部材２９の外に冷却水を通す。排気ガスの熱が伝熱部材２９を介して、冷却水に伝わり冷却水が温められる。即ち、排気ガスと冷却水との間で熱を交換させる。

熱交換器２４は、外周面が熱交換器カバー２６で覆われている。熱交換器２４を熱交換器カバー２６で覆うことで、排気ガス及び冷却水が保持する熱を外部に放出することを防ぐことができる。また、外部からの冷風などによる熱交換器２４の冷却を防ぐ。即ち、エネルギ損失量を減らすことで、伝熱効率が高まる。

なお、伝熱部材２９には、ヒートプレートを用いることができるほか、フィンケースにフィンを収納したものを用いてもよい。
Ｖ字バルブ１５がどのようにして内筒１２を覆うかについて、詳細を次図で説明する。

図２に示すように、Ｖ字バルブ１５の先端には、プレス成形されることで平坦にされた平坦部１５ａが形成される。この平坦部１５ａが内筒１２の他端下部（図１、符号１２ａ）を塞ぐ。Ｖ字バルブ１５の先端をプレスし、平坦にすることで、確実にＶ字バルブ１５の先端で内筒１２を覆うことができる。即ち、寸法精度が高まる。内筒１２の他端上部（図１、符号１２ｂ）も同様に、平坦部（図１、符号１５ｂ）で覆われる。
筒体３２の詳細を次図で説明する。

図３に示すように、外筒１１の口部３４に内筒１２の口部３５を嵌めることで、内筒１２は一端が外筒１１に支持される。外筒１１の側面には、回転軸１３を通すための穴３６が設けられており、回転軸１３は、外筒１１の軸線方向に対して垂直に設けられる。この回転軸１３に、Ｖ字バルブ１５は支持される。

Ｖ字バルブ１５が内筒１２の他端下部１２ａを塞ぐよう、回転軸１３は付勢手段（図４、符号４７）によって付勢される。このような付勢手段について詳細を次図で説明する。

図４に示すように、回転軸１３は、外筒１１の側面で支持された回転軸支持部材３８、３９に、軸受４１、４２を介して回転可能に支持されている。
外筒１１の側面から軸受４２に向かって、複数のスペーサ４３、カラー４４が配置され、回転軸支持部材３９を囲うようにして付勢手段としてのばね４７が設けられている。ばね４７は、周縁がカバー部材４９によって覆われている。

さらに、このような付勢手段と共に、冷却水の温度によってＶ字バルブを作動させるアクチュエータにより、回転軸を回転させることもできる。アクチュエータが作動することで、回転軸１３が回転され、回転軸１３と共にＶ字バルブも回転される。

アクチュエータを設けることで、Ｖ字バルブは、排気ガスの流量が所定の量を超えた場合、又は冷却水の温度が所定の温度を超えた場合に作動される。

図５に示すように、排気ガスの流量が一定の量に達するか、冷却水が所定の温度に達するまで、Ｖ字バルブ１５は、内筒１２の他端下部１２ａを覆う。Ｖ字バルブ１５は、外筒１１内部を回転することができるよう、外筒１１との間に所定の間隔の隙間５２を有する。即ち、Ｖ字バルブ１５は、内筒１２より大きく、外筒１１よりも小さい。

外筒１１の内周側に内筒１２を設け、内筒１２の内周面に排気ガスを通す。二重構造とし隙間５２を有することで、外筒１１への排気ガスの伝熱量を削減することができる。外筒１１への伝熱量を削減することで、外筒１１から外部への放熱が減る。放熱量が減ることで、より高い温度の排気ガスを熱交換器（図１、符号２４）に送ることができ、伝熱効率が高まる。
排気ガスの流量が多い場合の排熱回収装置の作用を次図で説明する。

図６に示すように、排気ガスの流量が所定の量を超えるか、冷却水の温度が所定の温度を超えると、ばね（図４、符号４７）の力に抗して、Ｖ字バルブ１５及び回転軸１３が回転される。回転することで、Ｖ字バルブ１５は熱回収路１７を閉じ、迂回路１８を開く。

迂回路１８の流路面積は、熱回収路１７の流路面積に比べて広い。このため、排気ガスの流量が多い場合は、迂回路１８を開放することで、円滑に排気ガスを流すことができる。

図７に示すように、排気ガスの流量が所定の量を超えるか、冷却水の温度が所定の温度を超えることで、Ｖ字バルブ１５は、内筒１２の他端上部１２ｂを塞ぐ。

内筒１２の他端上部１２ｂが覆われることで、熱回収路（図１、符号１７）が閉じられる。内筒１２をＶ字バルブ１５で覆うことで、排気ガスの漏れを防止することができる。排気ガスが熱交換器（図１、符号２４）に送られることを防止でき、特に冷却水の温度が所定の温度を超えている場合に望ましい。

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図８（ａ）に示すように、筒体５４は、内筒５５と、外筒１１とからなる。
内筒５５は、一端に口部３５を備え、他端に曲げ部５６、５７を有する。
（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）に示すように、曲げ部５６は、Ｖ字バルブ１５の先端に沿った形状に曲げられている。曲げ部５７も同じである。

曲げ部５６、５７にＶ字バルブ１５を着座させることで、Ｖ字バルブ１５と内筒５５との接触面積が大きくなる。接触面積が大きいことで、排気ガスの漏れをより確実に防止することができる。

次に、本発明の実施例３を図面に基づいて説明する。
図９（ａ）に示すように、筒体６１は、内筒６２と、外筒１１とからなる。
内筒６２は、曲げ部５６の先端から外筒１１に向かって延ばされ、外筒１１に当接する当接部６３を有する。

（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）に示すように、当接部６３は、外筒１１に当接する。外筒１１に当接することで、内筒１２に生ずる振動を抑えることができる。Ｖ字バルブ１５が内筒６２に接触することで生ずる接触音を、部品点数を増加させずに抑制することができる。

次に、本発明の実施例４を図面に基づいて説明する。
図１０に示すように、内筒１２の他端の外周と外筒１１の内周との間に、メッシュ６５、６６が設けられている。内筒１２の他端下部１２ａを塞ぐ際に、Ｖ字バルブ１５の先端は、外筒１１と内筒１２との間に設けられたメッシュ６５に着座する

外筒１１と内筒１２との間にメッシュ６５を設けることで、内筒１２の振動を抑制することができる。Ｖ字バルブ１５が内筒１２に接触することで生ずる接触音を抑制することができる。メッシュ６６も同様である。

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、車両の排気系に好適である。

１０…排熱回収装置、１１…外筒、１２、５５、６２…内筒、１３…回転軸、１５…Ｖ字バルブ、１７…熱回収路、１８…迂回路、２４…熱交換器、２６…熱交換器カバー、３２、５４、６１…筒体、６５、６６…メッシュ。

Claims (3)

1. 内部に排気ガスが流される筒体と、この筒体の下流側に繋げられ排気ガスの熱を冷却水に伝える熱交換器が備えられた熱回収路と、この熱回収路と同じく前記筒体の下流側に繋げられ前記熱回収路を迂回する迂回路と、これらの熱回収路及び迂回路の上流側で前記筒体の軸線方向に垂直に設けられる回転軸と、この回転軸に支持され前記回転軸を回転させることで前記熱回収路又は前記迂回路への前記排気ガスの流入を防ぐＶ字型のＶ字バルブとからなる排熱回収装置において、
   前記筒体は、本体である外筒と、この外筒の内部に設けられ一端が前記外筒の入口内周面に接触する内筒とからなり、
   前記Ｖ字バルブは、前記内筒の他端の一部を塞ぐことで、前記熱回収路又は前記迂回路への前記排気ガスの流入を防ぐことを特徴とする排熱回収装置。
2. 前記Ｖ字バルブの先端は、前記内筒の他端の一部を塞ぐ際に、前記外筒と前記内筒との間に設けられたメッシュに着座することを特徴とする請求項１記載の排熱回収装置。
3. 前記熱交換器は、外周面が熱交換器カバーで覆われていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の排熱回収装置。

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