JP5291656B2 - Waste heat recovery device - Google Patents
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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。 The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus that recovers exhaust heat by transmitting heat of exhaust gas to cooling water.
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、冷却水を温める排熱回収装置が知られている(例えば、非特許文献1(図1、図4)参照。)。 By operating the vehicle engine, hot exhaust gas is generated. There is known an exhaust heat recovery device that warms cooling water with the heat of this high-temperature exhaust gas (see, for example, Non-Patent Document 1 (FIGS. 1 and 4)).
非特許文献1を次図に基づいて説明する。
図6に示すように、排熱回収装置100は、排気ガスが導入される導入部材101と、この導入部材101に繋がれる筒状の本体102と、この本体102に接続され排気ガスを外部へ排出する排出部材103と、本体102を上下に区画する仕切り壁104と、仕切り壁104の上部に配置される熱交換器105を含み排気ガスの熱で冷却水を温める第1通路107と、この第1通路107に対して仕切り壁104を挟んで下側に配置され第1通路107を迂回する第2通路108と、仕切り壁104の上流側に設けられる回転軸109と、この回転軸109に支持され第1通路107又は第2通路108のどちらかを閉じることで排気ガスの流路が定められるバルブ111とからなる。
Non-Patent Document 1 will be described with reference to the following figure.
As shown in FIG. 6, the exhaust
バルブ111が第2通路108を閉じることで、排気ガスは第1通路107を通過する。第1通路107を通過する排気ガスの熱は、熱交換器105で冷却水に伝えられ、冷却水の温度が上昇する。冷却水の温度が所定の温度まで上昇した後は、バルブ111で第1通路107を閉じ、排気ガスを第2通路108へ通す。排気ガスを第2通路108へ通すことで、熱交換は終了される。冷却水の温度が所定の温度よりも低下した場合は、再度バルブ111で第2通路108を閉じ、排気ガスを第1通路107へ通す。
When the
回転軸109は、冷却水の温度で作動するサーモアクチュエータ(図7、符号113)に接続されている。このようなサーモアクチュエータについて次図で説明する。
The rotating
図7に示すように、サーモアクチュエータ113は、冷却水導入部114及び冷却水排出部115が設けられ内部にワックスが収納されるケース116と、このケース116内に収納されワックスによって作動されるピストン117と、このピストン117の先端に吸収ばね118を介して配置されるロッド121と、このロッド121の一部を収納しケース116に接続される蓋体122と、この蓋体122に収納されワックスの収縮時にロッド121を戻すための戻しばね123とからなる。
As shown in FIG. 7, the
このようなサーモアクチュエータ113のロッド121の先端に、ピン124を介してレバー125の一端が接続され、このレバー125の他端に回転軸109が接続される。
One end of a
熱交換が行われることで、冷却水導入部114から送られる冷却水の温度が上昇する。温度が上昇すると、ケース116に収納されるワックスが溶融し始める。ワックスが溶融することでワックスの体積が膨張し、ピストン117が戻しばね123の力に抗して図面左側に向かって伸張する。これによってロッド121が左方向に移動される。レバー125及びバルブ111が回転軸109を中心に時計回り方向に回動されることで、第1通路(図6、符号107)は閉じられる(想像線参照)。
By performing heat exchange, the temperature of the cooling water sent from the cooling
バルブ111は、先端が導入部材(図6、符号101)に接触することで、第1通路107を閉じる。このため、ピストンロッド121は想像線で示す位置よりも左側に進出することができない。仮に、バルブ111が第1通路を閉じた状態(想像線で示す状態)で、さらにワックスが膨張した場合は、ピストン117の左側への移動を吸収ばね118吸収する。吸収ばね118がピストン117の移動分を吸収することで、ロッド121の左側への移動を防止する。
The valve |
なお、このように第1通路107を閉じた状態で、さらにピストン117が移動することをオーバーリフトという。即ち、吸収ばね118は、オーバーリフトを吸収する。
The movement of the
一方、想像線で示される状態から冷却水の温度が低下すると、ケース116内のワックスが固化し、ワックスの体積が縮小する。これにより、戻しばね123が図面右側に向かって伸張する。これによってロッド121が右方向に移動され、レバー125及びバルブ111が反時計回り方向に回動される。回動されることで、第2通路(図6、符号108)は閉じられる。
On the other hand, when the temperature of the cooling water is lowered from the state indicated by the imaginary line, the wax in the
ところで、このようなサーモアクチュエータ113によれば、吸収ばね118を搭載するためのスペースが必要であり、サーモアクチュエータ113が大型化する。サーモアクチュエータ113が大きいと、サーモアクチュエータ113の配置の自由度が低下する。
By the way, according to such a
排熱回収装置に用いられるサーモアクチュエータの小型化が望まれる。 Miniaturization of the thermoactuator used in the exhaust heat recovery device is desired.
本発明は、排熱回収装置に用いられるサーモアクチュエータの小型化を課題とする。 An object of the present invention is to reduce the size of a thermoactuator used in an exhaust heat recovery apparatus.
請求項1に係る発明は、排気ガスが流されこの排気ガスの熱を冷却水に伝える熱交換器が設けられている第1通路と、この第1通路を迂回して設けられる第2通路と、これらの第1及び第2の通路の上流に設けられた回転軸と、この回転軸に繋がれ前記冷却水の温度が第1設定温度を超えることで作動するサーモアクチュエータと、この第1設定温度を超えた場合に前記第1通路を閉じる方向に作動されるよう前記回転軸に取付けられているバルブとからなる排熱回収装置において、
前記冷却水の温度が前記第1設定温度よりも高い第2設定温度を超えることで、前記サーモアクチュエータが所定の範囲を超えて作動するオーバーリフト時に、前記オーバーリフトを吸収するために前記バルブの先端の軌跡に沿った形状に規定の隙間を維持して形成されたポケット部が、前記第1通路に設けられていることを特徴とする。
The invention according to claim 1 includes a first passage provided with a heat exchanger through which exhaust gas flows and transmits heat of the exhaust gas to cooling water, and a second passage provided around the first passage. A rotating shaft provided upstream of the first and second passages, a thermoactuator connected to the rotating shaft and operating when the temperature of the cooling water exceeds the first set temperature, and the first setting In the exhaust heat recovery apparatus comprising a valve attached to the rotary shaft so as to be operated in a direction to close the first passage when the temperature is exceeded,
When the temperature of the cooling water exceeds a second preset temperature higher than the first preset temperature, the valve of the valve is used to absorb the overlift when the thermoactuator operates over a predetermined range. A pocket portion formed in a shape along the locus of the tip while maintaining a predetermined gap is provided in the first passage.
請求項2に係る発明は、ポケット部は、側面視で、排気ガスが導入される導入口よりも下流側に設けられていることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that the pocket portion is provided on the downstream side of the introduction port into which the exhaust gas is introduced in a side view.
請求項1に係る発明では、バルブの先端の軌跡に沿った形状に規定の隙間を維持して形成されたポケット部が、第1通路に設けられている。ポケット部はバルブの先端の軌跡に沿った形状をしているため、バルブが第1通路を閉じた状態からさらに、バルブを作動させることができる。サーモアクチュエータが所定の範囲を超えて作動した場合であっても、この超えた分をポケット部で吸収することができる。ポケット部で吸収するため、吸収ばねをサーモアクチュエータ内に配置する必要がない。吸収ばねを配置しない分、サーモアクチュエータを小型化することができる。 In the invention according to claim 1, the first passage is provided with a pocket portion formed in a shape along the locus of the tip of the valve while maintaining a predetermined gap. Since the pocket portion has a shape along the locus of the tip of the valve, the valve can be further operated from the state where the valve closes the first passage. Even when the thermoactuator is operated beyond the predetermined range, the excess can be absorbed by the pocket portion. Since it absorbs in a pocket part, it is not necessary to arrange | position an absorption spring in a thermo actuator. The thermoactuator can be miniaturized by the amount that the absorbing spring is not disposed.
請求項2に係る発明では、ポケット部は、側面視で、排気ガスが導入される導入口よりも下流側に設けられている。即ち、導入口周りを大型化することなく、サーモアクチュエータのみを小型化する。サーモアクチュエータのみを小型化することで、排熱回収装置全体としても小型化することができる。 In the invention according to claim 2, the pocket portion is provided on the downstream side of the introduction port into which the exhaust gas is introduced in a side view. That is, only the thermoactuator is reduced in size without increasing the size around the inlet. By reducing the size of only the thermoactuator, the exhaust heat recovery device as a whole can be reduced in size.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
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、円筒形状の導入口11から排気ガスが導入される導入部材12と、この導入部材12の迂回口13に繋がれる迂回路14と、導入部材12の熱回収口16に繋がれるガス流入部材17と、このガス流入部材17に一体的に成形された矩形の熱交換器支持部17aに支持され排気ガスの熱を冷却水に与える熱交換器18と、この熱交換器18を支持する熱交換器支持部21aが一体的に設けられ熱交換を終えた排気ガスが排出されるガス流出部材21と、熱交換器18の側面に繋がれ熱交換器18に冷却水を導入する冷却水導入管22と、この冷却水導入管22から熱交換器18に導入された冷却水が排出され支持部材23で支持される冷却水排出管24と、この冷却水排出管24と共に支持部材23に支持され冷却水の温度で作動されるサーモアクチュエータ25と、このサーモアクチュエータ25の先端に接触され図面時計回り方向に付勢する付勢手段26とからなる。
First, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the exhaust
排気ガスを流すガス流入部材17と、熱交換器18を支持する端部17aとを一体的に形成した。これらを一体的に形成することで部品点数の削減を図ることができる。ガス流出部材21とガス流出部材の端部21aも同様である。割りラインの形状にすることにより、部品点数の削減を図ることができる。
このような排熱回収装置10の排気ガスの流路について、詳細を次図で説明する。
The
Details of the exhaust gas flow path of the exhaust
図2に示すように、導入部材12の軸線方向に垂直に回転軸27が設けられ、この回転軸27にボルト28を介してV字バルブ29が取付けられる。
As shown in FIG. 2, a
導入部材12は、排気ガスが導入される導入口11と、この導入口11の上方でV字バルブ29の先端32の軌跡に沿って膨出させたポケット部33と、このポケット部33からガス流入部材17に繋げられる熱回収口16と、この熱回収口16とポケット部33の境界であってV字バルブ29が回転することで熱回収口16が閉じられる境界部34と、導入口11の端部から下方に向かって曲げられV字バルブ29の他端35が着座する着座部36と、この着座部36の下流側で迂回路14に繋がれる迂回口13と、迂回口13の上方に膨出される膨出部37とからなる。ポケット部33は、側面視で、導入口11よりも下流側に設けられている。
The
熱交換器18は、一端がガス流入部材17に繋がれ他端がガス流出部材21に繋がれるコアケース41と、このコアケース41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42と、これらの伝熱部材42の両端を支持しているエンドプレート43、43とからなる。
The
回転軸27は、付勢手段(図1、符号26)で時計回り方向に付勢されている。時計回り方向に付勢する力で、V字バルブ29の他端35は、着座部36に着座される。
The rotating
V字バルブ29が迂回口13を閉じることで、内燃機関で発生した排気ガスは、導入口11から第1通路45に向かって流される。即ち、第1通路45は、ポケット部33と、熱回収口16と、ガス流入部材17と、熱交換器18と、ガス流出部材21とからなる。
When the V-shaped
伝熱部材42内に排気ガスを通し、伝熱部材42の外に冷却水を通す。排気ガスの熱が伝熱部材42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。
Exhaust gas is passed through the
一方、V字バルブ29の先端32が、回転軸27と共に境界部34又はポケット部33まで、反時計回りに回転されることで、熱回収口16は閉じられる。熱回収口16が閉じられることで、導入口11から導入された排気ガスは、第2通路46に向かって流される。即ち、第2通路46は、着座部36と、迂回口13と、迂回路14とからなる。
On the other hand, the
V字バルブ29は、排気ガスの流量又は冷却水の温度によって回転される。
即ち、排気ガスの流量が多い場合は、付勢手段(図1、符号26)の力に抗して、排気ガスがV字バルブ29を直接的に反時計方向に回転させる。
The V-shaped
That is, when the flow rate of the exhaust gas is large, the exhaust gas directly rotates the V-shaped
一方、冷却水の温度が所定の第1設定温度を超えると、サーモアクチュエータ(図1、符号25)が作動する。サーモアクチュエータが作動することで、付勢手段の力に抗して、回転軸27が回転される。回転軸27と共にV字バルブ29が回転される。サーモアクチュエータについて詳細を次図で説明する。
On the other hand, when the temperature of the cooling water exceeds a predetermined first set temperature, the thermoactuator (FIG. 1, reference numeral 25) operates. By operating the thermoactuator, the rotating
図3に示すように、サーモアクチュエータ25は、ワックス収納部47と、このワックス収納部47を囲うように設けられ冷却水導入部48及び冷却水排出部49を有するケース51と、このケース51内のワックス収納部47に収納されワックスによって作動されるピストン52と、このピストン52から延ばされるロッド支持部53と、このロッド支持部53の一部を収納しケース51に接続される蓋体54と、この蓋体54から先端が外部に臨むロッド55と、このロッド55の基部55aを囲うように配置されワックスの収縮時にロッド55を戻すための戻しばね56と、この戻しばね56の抜けを防止するためにロッド55の一端に一体的に設けられる抜け止め57からなる。この抜け止め57がロッド支持部材53に押される。
As shown in FIG. 3, the
ケース51とこのケース51に着脱可能な蓋体54との内部に、ワックス等を収納する。蓋体54を着脱可能とすることで、サーモアクチュエータ25のメンテナンスが容易になる。
Wax or the like is housed inside the
また、サーモアクチュエータ25は、吸収ばね(図7、符号118)の分、従来のサーモアクチュエータに比べ、部品点数が削減される。部品点数が削減されることで、サーモアクチュエータ25のメンテナンスが、さらに容易になる。
In addition, the number of parts of the
熱交換が行われると、冷却水導入部48から送られる冷却水の温度が上昇する。温度が上昇し冷却水の温度が第1設定温度に達すると、ワックスが溶融し始める。ワックスが溶融することでワックスの体積が膨張し、ピストン52が戻しばね56の力に抗して図面左側に向かって前進する。これによってロッド55が左方向に移動される。
If heat exchange is performed, the temperature of the cooling water sent from the cooling
ロッド55の先端には、付勢手段(図1、符号26)が繋がれ、付勢手段は回転軸(図2、符号27)を介してV字バルブ(図2、符号29)を付勢する。ワックスが膨張することで、ロッド55は付勢手段の力に抗して前進し、V字バルブを回転させる。
An urging means (FIG. 1, reference numeral 26) is connected to the tip of the
一方、ワックスが膨張した状態から、冷却水の温度が低下すると、ワックスが固化する。固化することで、ワックスの体積が縮小する。縮小することで、戻しばね56が図面右側に向かって伸張する。ロッド55が右方向に移動される。
On the other hand, when the temperature of the cooling water is lowered from the state where the wax is expanded, the wax is solidified. By solidifying, the volume of the wax is reduced. By contracting, the
ロッド55が後退することで、付勢手段(図1、符号26)が回転軸(図2、符号27)及びV字バルブ(図2、符号29)を回転させる。
ロッド55の進退でどのようにV字バルブが作動されるかについて詳細を次図で説明する。
As the
The details of how the V-shaped valve is actuated by the advancement and retraction of the
図4(a)に示すように、冷却水の温度が上昇しロッド(図3、符号55)が前進することで、V字バルブ29は反時計回り方向に回転される。V字バルブ29の先端32が境界部34まで回転することで、熱回収口16は閉じられる。
As shown in FIG. 4A, when the temperature of the cooling water rises and the rod (FIG. 3, reference numeral 55) moves forward, the V-shaped
図2で説明したように、冷却水の温度が第1設定温度以下であると、V字バルブ29は第2通路46を閉じた状態にある。冷却水の温度が第1設定温度から第2設定温度に徐々に上昇するにつれ、熱回収口16は徐々に閉じられ、迂回口13は徐々に開放される。即ち、図4(a)に示す状態となる。
As described with reference to FIG. 2, when the temperature of the cooling water is equal to or lower than the first set temperature, the V-shaped
冷却水が第2設定温度に達することで、熱回収口16は閉じられる。熱回収口16(第1通路45)が閉じられることで、排気ガスは迂回口13(第2通路46)に向かって流される。熱回収口16が閉じられるときの温度が第2設定温度である。排熱回収装置10は、冷却水が第2設定温度に達することで、熱交換を終える。
When the cooling water reaches the second set temperature, the
図1に戻り、サーモアクチュエータ25は、支持部材23に繋がれている。熱交換器18内の冷却水が第2設定温度に達してから、第2設定温度の冷却水がサーモアクチュエータ25に達するまで、多少の時間のずれが生ずる。
Returning to FIG. 1, the
サーモアクチュエータ25に第2設定温度の冷却水が到達する頃には、熱交換器18内の冷却水が第2設定温度よりも高くなることがある。
この第2設定温度よりも高い温度の冷却水が、サーモアクチュエータ25に到達すると、ワックスがさらに膨張する。ワックスが膨張することで、ロッド55が所定の範囲を超えて前進する。いわゆる、オーバーリフトが生じる。
When the coolant at the second set temperature reaches the
When the cooling water having a temperature higher than the second set temperature reaches the
図4(b)に示すように、オーバーリフトが生じた場合、V字バルブ29の先端32は、ポケット部33まで移動する。ポケット部33の形状は、V字バルブ29の先端32の軌跡に沿った形状とされる。このため、第1通路45を閉じた状態を保ちつつ、サーモアクチュエータのオーバーリフトを吸収する。
As shown in FIG. 4B, when an overlift occurs, the
図5(a)に示すように、比較例に係るサーモアクチュエータ113は、オーバーリフトを吸収するための吸収ばね118が設けられる。
As shown in FIG. 5A, the
一方、(b)に示す、実施例に係るサーモアクチュエータ25は、オーバーリフトを第1通路(図4、符号45)に設けられた、ポケット部(図4、符号33)で吸収する。このため、サーモアクチュエータ25に、吸収ばねを用いる必要がない。吸収ばねを配置しない分、サーモアクチュエータ25をαだけ小型化することができる。
On the other hand, the
さらに、以下のこともいえる。
図2に戻り、ポケット部33は、側面視で、排気ガスが導入される導入口11よりも下流側に設けられている。即ち、導入口11周りを大型化することなく、サーモアクチュエータのみを小型化する。サーモアクチュエータのみを小型化することで、排熱回収装置10全体としても小型化することができる。
In addition, the following can be said.
Returning to FIG. 2, the
尚、本発明にかかる排熱回収装置は、実施の形態ではV字形のバルブを用いたが、直線型等その他の形状であっても差し支えない。
ただし、V字型とした場合は、バルブをコンパクトに配置することができ、排熱回収装置の更なる小型化に寄与する。
The exhaust heat recovery apparatus according to the present invention uses a V-shaped valve in the embodiment, but may have other shapes such as a linear type.
However, when it is V-shaped, the valve can be arranged in a compact manner, contributing to further downsizing of the exhaust heat recovery device.
本発明の排熱回収装置は、車両の排気系に好適である。 The exhaust heat recovery device of the present invention is suitable for an exhaust system of a vehicle.
10…排熱回収装置、11…導入口、18…熱交換器、25…サーモアクチュエータ、27…回転軸、29…V字バルブ(バルブ)、32…先端、33…ポケット部、45…第1通路、46…第2通路。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記冷却水の温度が前記第1設定温度よりも高い第2設定温度を超えることで、前記サーモアクチュエータが所定の範囲を超えて作動するオーバーリフト時に、前記オーバーリフトを吸収するために前記バルブの先端の軌跡に沿った形状に規定の隙間を維持して形成されたポケット部が、前記第1通路に設けられていることを特徴とする排熱回収装置。 A first passage provided with a heat exchanger for flowing the exhaust gas and transferring the heat of the exhaust gas to the cooling water, a second passage provided around the first passage, and the first and second A rotating shaft provided upstream of the passage, a thermoactuator connected to the rotating shaft and operating when the temperature of the cooling water exceeds the first preset temperature, and the first actuator when the first preset temperature is exceeded. In an exhaust heat recovery apparatus comprising a valve attached to the rotary shaft so as to be operated in a direction to close one passage,
When the temperature of the cooling water exceeds a second preset temperature higher than the first preset temperature, the valve of the valve is used to absorb the overlift when the thermoactuator operates over a predetermined range. A waste heat recovery apparatus, wherein a pocket portion formed in a shape along a locus of a tip while maintaining a predetermined gap is provided in the first passage.
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