JP5498980B2 - 排熱回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガスの熱で媒体を温める排熱回収装置に関する。

内燃機関で発生した排気ガスの熱で、熱回収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３）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１４（ａ）に示すように、排熱回収装置１００は、排気ガスを導入する導入口１０１と、この導入口１０１から上方に向かって延ばされる第１通路１０２と、この第１通路１０２の一部に設けられ排気ガスと媒体とで熱交換を行う熱交換器１０３と、第１通路１０２を迂回するように設けられる第２通路１０４と、この第２通路１０４の下流に設けられ第１通路１０２及び第２通路１０４を開閉するバルブ１０５とからなる。

熱交換器１０３内を流れる媒体の温度が低い場合は、第２通路１０４の出口１０４ａをバルブ１０５で閉じる。第２通路１０４を閉じることで、想像線で示すように、第１通路１０２へ排気ガスを流す。排気ガスと熱交換器１０３内の媒体とで熱交換を行う。熱交換を行うことで、媒体が温められる。

熱交換器１０３内の媒体の温度が所定の温度を超えると、排気ガスと媒体との熱交換を終える。（ｂ）に示すように、熱交換を行わない場合は、バルブ１０５で第１通路１０２の出口１０２ａを閉じる。第１通路１０２を閉じることで、想像線で示すように、第２通路１０４へ排気ガスを流す。

媒体を温める必要のない場合に、第２通路１０４に排気ガスを流す。第１通路１０２と第２通路１０４とが離して設けられることで、排気ガスの熱が第１通路１０２に向かって伝わることを防止できる。

すなわち、排熱回収装置１００によれば、バルブ１０５を回動させることで、排気ガスの流路を切替える。そのためには、バルブ１０５に、第２通路１０４の出口１０４ａを開閉する第１弁部と、第１通路の出口１０２ａを開閉する第２弁部を設ける必要がある。

第２弁部は第１弁部より一体で形成され、バルブ１０５の軌道に合わせた円弧形状とされており、離して設けられた第1通路と第２通路の両方を開閉するために複雑な構造となってしまい、重量の増加にもつながる。

排熱回収装置１００の組み立てや機能を考えると、排熱回収装置１００がシンプルであれば、組み立て安さの向上や軽量化をすることができる。
従って、排熱回収装置の一層のシンプル化が望まれる。

排熱回収装置のシンプル化が望まれる。

特開２００９−３０５６９公報

本発明は、排熱回収装置の構造のシンプル化を課題とする。

請求項１に係る発明は、排気ガスが導入される排ガス導入部と、この排ガス導入部に接続され導入された排気ガスを２つの通路のうち任意の通路に向かって流す分岐部と、この分岐部に繋がれる通路のうち一方の通路である第１通路と、この第１通路内に設けられ排気ガスの熱で媒体を温める熱交換器と、この熱交換器を迂回するように設けられ通路のうち他方の通路である第２通路と、この第２通路の下流であって排気ガスの流れ方向に垂直に設けられた回転軸と、この回転軸に取付けられ第２通路を閉じる方向に付勢されるバルブと、このバルブが収納され第１通路の下流端部が接続されるバルブ室と、媒体の温度によって作動し回転軸を回転させるアクチュエータとを備えている排熱回収装置において、
第２通路の下流端部は、第１通路の下流端部がバルブ室に接続される部位よりも下流側まで延ばされ、
第２通路の断面積をＳ１、第２通路内を流れる排気ガスの流速をＶ１、第２通路の上流端部での排気ガスの圧力をＰ０とし、
バルブ室のうち第２通路の下流端部が位置する部位の断面積をＳ２、第２通路の下流端部から排出された排気ガスの流速をＶ２、第２通路の下流での排気ガスの圧力をＰ２とし、
第２通路の上流端部から下流端部までの距離をＬとした場合に、
Ｖ１及びＶ２の値を調整して、Ｐ０＝Ｐ２となるよう、Ｓ１、Ｓ２及びＬが設定されることで、バルブが開放している場合に、排気ガスが第２通路にのみ流され、
前記バルブ室の上流端部から前記第１通路の下流端部に向かって基体が延ばされ、
前記基体に重ね合わせられることで、前記基体と共に閉断面を形成する蓋体が、前記第２通路に向かって延ばされ、
前記基体及び蓋体を介して前記第１通路が前記バルブ室に連結され、
前記蓋体の先端は、前記第２通路の外周面に対して所定の間隔を保ちながら設けられると共に、前記第２通路を下流側から見た場合に、前記第２通路の下流端部に重なっていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、排ガス導入部は、上流側の入口部と、この入口部からテーパ状に設けられ拡径するテーパ部と、このテーパ部の下流端部から延ばされ分岐部に接続される分岐部側接続部とからなることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、Ｖ_１及びＶ_２の値を調整して、Ｐ_０＝Ｐ_２となるよう、Ｓ_１、Ｓ_２及びＬが設定されることで、バルブが開放している場合に、排気ガスが第２通路にのみ流される。第１通路の入口側の排気ガスの圧力Ｐ_０と、出口側の排気ガスの圧力Ｐ_２を同じにすることで、排気ガスは第２通路にのみ流される。即ち、第１通路を閉じることなく、排気ガスを第２通路にのみ流すことができる。第１通路を閉じるバルブが不要になるため、排熱回収装置をシンプルにすることができる。

加えて、請求項１に係る発明では、蓋体の先端は、第２通路に対して所定の間隔を保ちながら設けられると共に、第２通路を下流側から見た場合に、第２通路の下流端部に重なっている。即ち、蓋体の先端は、第２通路に近付けて設けられる。蓋体の先端と第２通路との間を小さくすることで、第２通路を通過した排気ガスが渦流により乱れた場合であっても合流部側への逆流を防ぎやすくなる。

請求項２に係る発明では、排ガス導入部は、入口部からテーパ状に設けられ拡径するテーパ部を備える。拡径することで、排ガス導入部に導入された排気ガスの速度（流速）を調整することができる。

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分解断面図である。 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。 媒体の温度が低く且つ排気ガスの流量が少ない場合のバルブを説明する図である。 排気ガスの流量が多い場合のバルブを説明する図である。 媒体の温度が高い場合のバルブを説明する図である。 排気ガスの流路を説明する図である。 本発明に係る排熱回収装置の作用説明図である。 サーモアクチュエータの変更例を説明する図である。 図１１の１２−１２線断面図である。 連結部材の変更例を説明する図である。 従来の技術の基本原理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。

本発明の実施例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排ガス導入部１１と、この排ガス導入部１１に接続される分岐部１２と、この分岐部１２に繋がれる第１通路１３と、この第１通路１３内に設けられ排気ガスの熱で媒体を温める熱交換器１４と、この熱交換器１４を迂回するように設けられ第１通路１３と共に分岐部１２に接続される第２通路１５と、この第２通路１５の下流に設けられるバルブ室１６と、このバルブ室１６の上流端部１６ａから第１通路１３の下流端部に向かって延ばされ第１通路１３を通過した排気ガスをバルブ室１６に導く合流部１７と、バルブ室１６に支持され排気ガスの流れ方向に垂直に設けられた回転軸１８と、この回転軸１８に向かって先端が臨むよう設けられ媒体の温度によって作動することで回転軸１８を回転させるサーモアクチュエータ１９とを備える。

熱交換器１４にサーモアクチュエータ１９が接続され、このサーモアクチュエータ１９に媒体を導入する媒体導入管２３が接続される。媒体は、サーモアクチュエータ１９を介して熱交換器１４に導入される。
熱交換器１４には、媒体を排出するための媒体排出管２２が接続される。

サーモアクチュエータ１９内には、温度によって膨張又は収縮するワックスが収納される。ワックスが膨張することでサーモアクチュエータ１９のロッド２４が進出する（矢印（１）参照）。ワックスが収縮した場合は、サーモアクチュエータ１９内に収納された戻しばねの力でロッド２４が後退する。

熱交換器１４にサーモアクチュエータ１９を接続することで、熱交換器１４に導入される媒体はサーモアクチュエータ１９を通過する。通過する媒体の温度でサーモアクチュエータ１９内のワックスが膨張又は収縮し、ロッド２４が前進又は後退する。
なお、サーモアクチュエータ以外にも、任意のアクチュエータを用いることができる。また、アクチュエータの取付位置は排熱回収装置本体（熱交換器１４に直接繋がれる場合）に限られない。

回転軸１８の一端は、バルブ室１６の外壁に取付けられた蓋２５で覆われる。
回転軸１８の他端には、矢印（２）で示すように回転軸１８を付勢するばね２６と、このばね２６が抜けることを防止する抜止め板２７とが取付けられる。
抜止め板２７にはレバー部材２８が固定され、このレバー部材２８にサーモアクチュエータ１９のロッド２４が接触する。

矢印（１）で示す、ロッド２４が前進する方向とは逆の方向に向かって、ばね２６は回転軸１８を付勢する。即ち、ロッド２４が前進する場合は、ばね２６の力に抗してレバー部材２８を押す。
このような排熱回収装置１０について次図以降で詳細を説明する。

図２に示すように、排ガス導入部１１は、排気ガスの流れ方向を基準として上流側の端部に位置する入口部３１と、この入口部３１からテーパ状に延ばされ下流に向かって拡径するテーパ部３２と、このテーパ部３２の下流端部から延ばされ分岐部１２に接続される分岐部側接続部３３とからなる。
テーパ部３２で拡径することで、排ガス導入部１１に導入された排気ガスの速度（流速）を調整することができる。

排ガス導入部１１が接続される分岐部１２は、下流側に第１通路１３（熱交換器１４）及び第２通路１５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には、第１通路１３に接続される接続口３５ａと、第２通路１５に接続される接続口３５ｂとが設けられる。
第１の蓋体３６には、排ガス導入部１１を接続するための接続口３６ａが設けられると共に、第１の蓋体３６の剛性を高めるための凹凸形状部３６ｃ、３６ｄが形成される。凹凸形状部３６ｃ、３６ｄは、排気ガスの流れをガイドするための部位でもある。即ち、凹凸形状部３６ｃ、３６ｄで排気ガスの流れをガイドし、各層の伝熱チューブ４１に均一に排気ガスを送ることができる。

分岐部１２のそれぞれの接続口３５ａ，３５ｂ，３６ａに第１、第２通路１３，１５及び排ガス導入部１１を溶接する。
仮に、排ガス導入部に第１、第２通路を直接接続する場合は、排ガス導入部、第１、第２通路をそれぞれ接続することができるような形状とする必要があり、部品形状が複雑化する。
排ガス導入部１１に第１、第２通路１３，１５を直接接続する場合に比べ、排ガス導入部１１、第１、第２通路１３，１５の形状を単純にすることができ、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１２は断面視略矩形の閉断面を形成する。第１の蓋体３６を第１の基体３５に被せる形状にしたことで、分岐部１２の組み立てを容易に行うことができる上に、排ガス導入部１１、第１、第２通路１３，１５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、排ガス導入部１１が接続される部材を第１の基体にし、第１、第２通路１３，１５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１２を形成することで、排ガス導入部１１、第１、第２通路１３，１５の溶接作業を容易に行うことができる。

第１通路１３は、熱交換器１４に対して一体的に形成される。即ち、熱交換器１４の上流側エンドプレート３８を分岐部１２に向かって延ばし、下流側エンドプレート３９を合流部１７に向かって延ばすことで第１通路１３は形成される。
エンドプレート３８、３９を延ばして第１通路１３とするため、部品点数を削減することができ望ましい。

熱交換器１４は、上流側及び下流側エンドプレート３８，３９と、これらのエンドプレート３８，３９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４１と、これらの伝熱チューブ４１を囲い内部に媒体が流されるコアケース４２とからなる。
伝熱チューブ４１の内部を排気ガスが流れ、伝熱チューブ４１の外周部を媒体が流れる。伝熱チューブ４１を介して、排気ガスと媒体との間で熱交換が行われる。

第２通路１５は、円筒形状を呈し、下流端部１５ｂが僅かに拡径される。第２通路１５の長さはＬであり、下流端部１５ｂ以外の主要部の断面積がＳ_１とされる。拡径された下流端部１５ｂの内周面に沿ってシール部材４４が配置される。シール部材４４に接触するようバルブ４５が設けられる。
バルブ４５は、回転軸（図１、符号１８）に固定され、回転軸と共に回転する部材である。

合流部１７は、第１、第２通路１３，１５に連結される第２の基体４８と、この第２の基体４８に重ね合わせることで第２の基体４８と共に閉断面を形成する第２の蓋体４９とからなる。

第２の基体４８に、第１通路１３の下流端部１３ｂが接続される接続口４８ａと、第２通路１５の被接続部１５ｃが接続される接続口４８ｂとが設けられる。
第２の蓋体４９に、第２の蓋体４９の剛性を高めるための凹凸形状部４９ｃが形成される。

合流部１７のそれぞれの接続口４８ａ，４８ｂに第１、第２通路１３，１５を溶接する。第２通路に第１通路を直接接続すると、第１通路を曲げる等の加工を行う必要があり、形状が複雑になる。第２通路に第１通路を直接接続する場合に比べ、第１通路１３の形状を単純にすることができ、溶接作業を容易に行うことができる。

加えて、第２の蓋体４９を第２の基体４８に被せることで、合流部１７は断面視略矩形の閉断面を形成する。第２の蓋体４９を第２の基体４８に被せる形状にしたことで、合流部１７の組み立てを容易に行うことができる上に、第１、第２通路１３，１５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、第１、第２通路１３，１５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１７を形成することで、第１、第２通路１３，１５の溶接作業を容易に行うことができる。
排ガス導入部１１、第１通路１３、熱交換器１４、第２通路１５、バルブ室１６が組み立てられた状態の排熱回収装置１０について次図で説明する。

図３に示すように、第１の蓋体３６の接続口３６ａに排ガス導入部１１の分岐部側接続部３３が接続される。第１の基体３５の接続口３５ａに、第１通路１３の上流端部１３ａが接続され、接続口３５ｂに第２通路１５の上流端部１５ａが接続される。

第２の基体４８の接続口４８ａに第１通路１３の下流端部１３ｂが接続され、接続口４８ｂに第２通路１５の被接続部１５ｃが接続される。
バルブ室１６の上流端部１６ａは、合流部１７に繋がれ、第２通路１５の下流端部１５ｂは、バルブ室１６内に収納される。
第２通路１５の下流端部１５ｂは、第１通路１３の下流端部１３ｂがバルブ室１６に接続される部位（合流部１７）よりも下流側に位置する。

排ガス導入部１１、第２通路１５、バルブ室１６は、同軸上に配置されている。
第２の蓋体４９の先端４９ａは、第２通路１５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４９の先端４９ａは、第２通路１５の下流端部１５ｂに重なる位置まで延ばされている（想像線５１参照）と共に、第２通路１５に対して所定の間隔ｔを保ちながら、第２通路１５の外周の一部を囲っている。

第２の蓋体４９の先端４９ａと第２通路１５との間を小さくすることで、第２通路１５を通過した排気ガスが渦流により乱れても合流部１７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、第２通路１５を下流側から見た場合に、第２の蓋体４９の先端４９ａは、第２通路１５の下流端部１５ｂに重なっている。
第２通路１５は、第１通路側（図面右側）の半分が第２の蓋体４９の先端４９ａで囲われている。

半分より広い範囲を囲もうとすると、第２通路１５に対して蓋体４９をセットすることが困難になる。
一方、半分より狭い範囲であると、第２通路１５を通過した排気ガスが合流部１７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４９の先端４９ａで囲う。逆流を有効に防ぎつつ、合流部１７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。

図５に示すように、５２，５２は、バルブ４５を固定するためのボルトであり、５３，５３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。
第２通路１５の下流端部１５ｂを閉じるバルブ４５について詳細を次図以降で説明する。

図６（ａ）に示すように、排気ガスの流量が少なく且つ熱交換器（図１、符号１４）内の媒体の温度が低い場合は、バルブ４５が第２通路１５の下流端部１５ｂを閉じている。

さらに詳しく言うと、（ｂ）に示すように、ばね２６の力でバルブ４５は閉じている。また、媒体の温度が低いため、サーモアクチュエータ１９のロッド２４は、後退位置にある。
第２通路内に流れる排気ガスの流量が多くなった場合について次図で説明する。

図７（ａ）に示すように、排気ガスの流量が多い場合は、第２通路１５の下流端部１５ｂを閉じていたバルブ４５が開く。

さらに詳しく言うと、（ｂ）に示すように、排気ガスは、ばね２６が時計回り方向に付勢する力に抗してバルブ４５を開く。熱交換器を流れる媒体の温度に拘わらず、バルブ４５が開く。
熱交換器を流れる媒体の温度が高い場合のバルブの作用について次図で説明する。

図８（ａ）に示すように、熱交換器（図１、符号１４）を流れる媒体の温度が高い場合は、第２通路１５の下流端部１５ｂを閉じていたバルブ４５が開く。

さらに詳しく言うと、（ｂ）に示すように、媒体の温度が高いことで、サーモアクチュエータ１９のロッド２４が前進する。ロッド２４は、ばね２６の時計回り方向に付勢する力に抗して前進し、バルブ４５を開く。第２通路１５を流れる排気ガスの流量に拘わらず、バルブ４５が開く。

ここで（ａ）に戻り、第２通路１５の下流端部１５ｂ近傍の断面積をＳ_２とする。
例えば、断面積Ｓ_２は、想像線５５の位置におけるバルブ室１６の断面積から、回転軸１８、バルブ４５の面積を引いた面積である。

図６〜図８をまとめると以下のようにいうことができる。
第２通路１５を流れる排気ガスの流量が所定の量以下であり、且つ熱交換器を流れる媒体の温度が所定の温度以下の場合は、バルブ４５は閉じている。
第２通路１５を流れる排気ガスの流量が所定の量を超える、又は熱交換器を流れる媒体の温度が所定の温度を超えた場合は、バルブ４５が開いている。
バルブ４５の開閉による排気ガスの流路について、次図で詳細を説明する。

図９（ａ）に示すように、第２通路１５の下流端部１５ｂをバルブ４５が閉じている。バルブ４５が閉じていることで、排気ガスは第１通路１３及び熱交換器１４を流れる。熱交換器１４を通過することで、媒体を温める。媒体を温め温度の下がった排気ガスは、合流部１７を通過し、バルブ室１６から外部へ排出される。

媒体の温度が所定の温度を超えるまで、熱交換を行う。
前述したとおり、媒体の温度が所定の温度を超える前であっても、排気ガスの流量が所定の量を超えた場合はバルブ４５が開く。バルブ４５が開くことで、排気ガスを第２通路１５へ逃がす。排気ガスを第２通路１５へ逃がすことで高負荷時の出力低下を抑制する。

一方、バルブ４５が開いている場合は、（ｂ）に示すように、排気ガスは第２通路１５を通過する。このとき、排気ガスは第２通路１５のみを通過する。即ち、第１通路１３側へは流れない。理由を次図で説明する。

図１０に示すように、第２通路１５の上流端部１５ａに対応する点をＸとし、第２通路１５の下流端部１５ｂに対応する点であって、僅かに上流側の点をＹ、第２通路１５の下流端部１５ｂに対応する点であって、僅かに下流側の点をＺとする。

Ｙは下流端部１５ｂよりも僅かに上流側の点であるため、ＸからＹまでの長さ＝第２通路１５の長さＬとする。また、第２通路１５の断面積も前述したとおり、Ｓ_１である。
点Ｚでの断面積は、前述の通りＳ_２である。

排気ガスを第２通路１５に流した場合において、点Ｘを通過する排気ガスの流速をＶ_１とする。このとき、第２通路１５内の点Ｙでも、排気ガスの流速はＶ_１である。
一方、第２通路１５の外である点Ｚでは、断面積がＳ_２と広くなる。断面積が広がることで排気ガスの流速はＶ_１よりも遅いＶ_２となる。即ち、点Ｚでの流速はＶ_２であり、Ｖ_１＞Ｖ_２である。

点Ｘでの排気ガスの圧力をＰ_０とする。点Ｙでは、圧力損失により排気ガスの圧力はＰ_１に減少する。即ち、Ｐ_０＞Ｐ_１。
点Ｚでは、断面積がＳ_２に増大するため、排気ガスの圧力もＰ_２に増加する。即ちＰ_１＜Ｐ_２。

第１通路１３の下流端部１３ｂは、バルブ室１６に繋がれている。点Ｚでの排気ガスの圧力Ｐ_２が、上流端部１３ａ近傍での排気ガスの圧力Ｐ_０と同じであれば、第１通路１３の両端部で圧力の差がないため、第１通路１３内へ排気ガスが流れない。
排気ガスの流速Ｖ_１及びＶ_２の値に拘わらず、Ｐ_０＝Ｐ_２とすることができれば、第１通路１３を閉じずに第２通路１５にのみ排気ガスを流すことができる。

本発明に係る排熱回収装置１０は、Ｖ_１及びＶ_２の値を調整して、Ｐ_０＝Ｐ_２となるよう、Ｓ_１、Ｓ_２及びＬを設定した。以下、詳細を述べる。

まず、点Ｘから点Ｙの間での圧力損失は、排気ガスのガス密度をγ、第２通路１５の単位長さ当たりの摩擦係数をζ、重力加速度をｇとして、以下の式で表される。

第２通路１５の下流端部１５ｂ近傍での連続の式は、第２通路１５の下流端部１５ｂ近傍での渦流損失係数をψとして、以下の式で表される。

単位時間当たりの排気ガスの流量をＱとして、流速は以下の式で表される。

（９）式から、ζ・Ｌ＋（Ｓ_１／Ｓ_２）^２＋ψ−１＝０であれば、Ｐ_０＝Ｐ_２となる。また、ζ・Ｌ＋（Ｓ_１／Ｓ_２）^２＋ψ−１＝０であれば、Ｖ_１及びＶ_２の変化の影響を受けない。このとき、Ｖ_１及びＶ_２の値に拘わらずＰ_０＝Ｐ_２となる。

従って、ζ・Ｌ＋（Ｓ_１／Ｓ_２）^２＋ψ＝１となる、Ｌ，Ｓ_１，Ｓ_２を選択することで、Ｖ_１及びＶ_２の値を調整してＰ_０＝Ｐ_２となる。Ｐ_０＝Ｐ_２となることで、第１通路１３に排気ガスが流れない。

本発明に係る排熱回収装置１０は、このような知見に基づいて、Ｖ_１及びＶ_２の値を調整して、Ｐ_０＝Ｐ_２となるよう、Ｓ_１、Ｓ_２及びＬが設定される。
第１通路１３の入口側の排気ガスの圧力Ｐ_０と、出口側の排気ガスの圧力Ｐ_２を同じにすることで、排気ガスは第２通路１５にのみ流される。即ち、第１通路１３を閉じることなく、排気ガスを第２通路１５にのみ流すことができる。第１通路１３や第２通路１５の形状をバルブの軌道に合わせる必要がなく、排熱回収装置１０を小型化することができる。

以下に、Ｌ，Ｓ_１，Ｓ_２の具体的な設定方法について、排熱回収装置１０を車両に用いる場合を例に説明する。なお、設定方法は以下の方法に限られるものではない。

まず、第２通路１５に用いる素材を決める。素材を決めることで、単位長さ当たりの摩擦係数ζが決まる。
次に、車両の内燃機関の排気量や車体の大きさに合わせて、第２通路１５の長さＬ及び断面積Ｓ_１を決定する。

ζ、Ｌ、Ｓ_１が決まったら、ζ・Ｌ＋（Ｓ_１／Ｓ_０）^２＝１となるＳ_０を求める。
ここでＳ_０は、仮のＳ_２であり、第２通路の下流端部での渦流損失を考慮しない値である。

このようにして決められたζ、Ｌ、Ｓ_１、Ｓ_０を基に解析モデルを作成し流体解析を行う。解析モデルを使い、バルブを開いた状態で第２通路に排気ガスを流す。排気ガスが第２通路にのみ流れているかを確認する。第１通路にも排気ガスが流れた場合は、Ｓ_０≠Ｓ_２であるので、調整を行う。

調整は、排ガス導入部の形状を変形させたり、第２通路の下流端部の形状を変形させたり、バルブ室の形状を変形させること等で行う。調整を行うことで、仮の渦流損失係数ψ_０はψ_０１に変更され、下流端部の断面積Ｓ_０はＳ_０１に変更される。

調整後に再度、排気ガスが第１通路を流れるかを確認する。第１通路に排気ガスが流れない場合、ζ・Ｌ＋（Ｓ_１／Ｓ_０１）^２＋ψ_０１＝１ということができる。即ち、このときのＳ_０１がＳ_２であり、ψ_０１がψである。
第１通路に排気ガスが流れる場合は、再度調整を行い、第１通路に排気ガスが流れなくなるまで、この作業を繰り返す。

この設定方法をまとめると、まず、ζ、Ｌ、Ｓ_１を決定する。ζ、Ｌ、Ｓ_１を決定することで、仮のＳ_２即ち、Ｓ_０を導く。Ｓ_０を基に、調整を行うことで、Ｓ_２、ψが決定される。

即ち、本発明にかかる排熱回収装置１０は、Ｖ_１及びＶ_２の値を調整して、Ｐ_０＝Ｐ_２となるよう、Ｓ_１、Ｓ_２及びＬが設定されるということができる。
また、ζ・Ｌ＋（Ｓ_１／Ｓ_２）^２＋ψ＝１となるよう、Ｓ_１、Ｓ_２及びＬが設定されるということもできる。

第１通路１３を閉じることなく、排気ガスを第２通路１５にのみ流すことができる。第１通路１３や第２通路１５の形状をバルブの軌道に合わせる必要がなく、排熱回収装置１０を小型化することができる。
サーモアクチュエータ（図１、符号１９）の変形例について次図で詳細を説明する。

図１１（ａ）に示すように、サーモアクチュエータ６１は、温度によって膨張・収縮するワックスが収納されるワックス収納部６２と、このワックス収納部６２の先端に取付けられるケース６３と、このケース６３に収納されワックスによって作動されるピストン６４と、このピストン６４から延ばされるロッド６５と、このロッド６５の基部６５ａを囲うように配置されワックスの収縮時にロッド６５を後退させる（矢印（３）参照）戻しばね６６とからなる。

サーモアクチュエータ６１のロッド６５は、先端部６５ｂが雄ねじ状に形成されている。ロッド６５は、ケース６３内に収納された戻しばね６６が付勢する力で、後退する方向に付勢される。

また、サーモアクチュエータ６１を側方から見た場合に、抜止め板２７のうち回転軸１８から外れた部位に、ピン７１が取付けられている。ピン７１は回転軸１８に平行に（図面表裏方向に）延びている。

ロッド６５の先端部６５ｂに取付けられた連結部材７２を介して、サーモアクチュエータ６１が抜止め板２７に連結される。抜止め板２７は、回転軸１８と共に回転する部材である。即ち、ロッド６５は、連結部材７２及び抜止め板２７を介して回転軸１８に連結される。
矢印（３）に示す戻しばね６６が付勢する力は、ロッド６５、抜止め板２７、回転軸１８を介して、バルブ４５を閉じる方向（矢印（４）参照）に作用する。

ばね２６がバルブ４５を閉じる力に、戻しばね６６の力が加わる。戻しばね６６は、バルブ４５を閉じる方向に付勢する。戻しばね６６の力を加えるため、付勢力の小さいばね２６であっても十分にバルブ４５を閉じることができる。付勢力の小さなばね２６を用いることで、ばね２６を小型化することができる。

加えて、ばね２６を小型化し付勢力を弱めるため、より出力の小さなサーモアクチュエータ６１で、バルブ４５を回転させることができる。より出力の小さなサーモアクチュエータ６１を用いることで、サーモアクチュエータ６１の小型化を図ることができる。

（ｂ）に示すように、戻しばね６６の自由高さはｈである。自由高さｈの戻しばね６６をαだけ圧縮させた状態でケース（（ａ）、符号ケース６３）に収納している。圧縮させた状態でケースに収納している理由は、（ａ）に戻って説明する。

圧縮した状態で収納することで、ロッド６５が後端位置にあっても、ロッド６５は、戻しばね６６に付勢される。即ち、ロッド６５が後退限にある場合（図面に示す場合）も、戻しばね６６によりバルブ４５は閉じ方向に付勢される。バルブ４５が閉じている場合に、さらに閉じ方向にバルブ４５を付勢することで、排気ガスの力によるバルブ４５のばたつきを抑えることができる。
抜止め板２７とピン７１の詳細について次図で詳細に説明する。

図１２に示すように、抜止め板２７からピン支持板７４が延ばされている。ピン支持板７４は、連結部材７２を迂回するようにしてピン７１に平行に延ばされる水平板７５と、水平板７５から立ち上げられピン７１の一端７１ａが差し込まれる鉛直板７６とからなる。

ピン７１の他端７１ｂは、抜止め板２７で支持されている。即ち、ピン７１は、両端固定梁構造で支持される。両端が固定されるため、ピン７１に撓みが生じにくくなる。撓みにくくすることで、サーモアクチュエータの力を効率よくバルブに伝えることができる。
連結部材７２の変更例について詳細を次図で説明する。

図１３に示すように、連結部材８１は、ロッド６５の先端部６５ｂに取付けられる本体部８２と、この本体部８２に嵌め込まれる嵌込み部８３とからなる。
本体部８２に嵌込み部８３を嵌込む構成とすることで、連結部材８１の取付作業を容易に行うことができる。

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…排熱回収装置、１１…排ガス導入部、１２…分岐部、１３…第１通路、１４…熱交換器、１５…第２通路、１６…バルブ室、１８…回転軸、１９…サーモアクチュエータ、３１…入口部、３２…テーパ部、３３…分岐部側接続部、４５…バルブ、４８…第２の基体（基体）、４９…第２の蓋体（蓋体）。

Claims (2)

1. 排気ガスが導入される排ガス導入部と、この排ガス導入部に接続され導入された前記排気ガスを２つの通路のうち任意の通路に向かって流す分岐部と、この分岐部に繋がれる前記通路のうち一方の通路である第１通路と、この第１通路内に設けられ前記排気ガスの熱で媒体を温める熱交換器と、この熱交換器を迂回するように設けられ前記通路のうち他方の通路である第２通路と、この第２通路の下流であって前記排気ガスの流れ方向に垂直に設けられた回転軸と、この回転軸に取付けられ前記第２通路を閉じる方向に付勢されるバルブと、このバルブが収納され前記第１通路の下流端部が接続されるバルブ室と、前記媒体の温度によって作動し前記回転軸を回転させるアクチュエータとを備えている排熱回収装置において、
   前記第２通路の下流端部は、前記第１通路の下流端部が前記バルブ室に接続される部位よりも下流側まで延ばされ、
   前記第２通路の断面積をＳ１、前記第２通路内を流れる排気ガスの流速をＶ１、前記第２通路の上流端部での排気ガスの圧力をＰ０とし、
   前記バルブ室のうち前記第２通路の下流端部が位置する部位の断面積をＳ２、前記第２通路の下流端部から排出された排気ガスの流速をＶ２、前記第２通路の下流での排気ガスの圧力をＰ２とし、
   前記第２通路の上流端部から下流端部までの距離をＬとし、
   前記Ｖ１及びＶ２の値を調整して、Ｐ０＝Ｐ２となるよう、前記Ｓ１、Ｓ２及びＬが設定されることで、前記バルブが開放している場合に、前記排気ガスが前記第２通路にのみ流され、
   前記バルブ室の上流端部から前記第１通路の下流端部に向かって基体が延ばされ、
   前記基体に重ね合わせられることで、前記基体と共に閉断面を形成する蓋体が、前記第２通路に向かって延ばされ、
   前記基体及び蓋体を介して前記第１通路が前記バルブ室に連結され、
   前記蓋体の先端は、前記第２通路の外周面に対して所定の間隔を保ちながら設けられると共に、前記第２通路を下流側から見た場合に、前記第２通路の下流端部に重なっていることを特徴とする排熱回収装置。
2. 前記排ガス導入部は、上流側の入口部と、この入口部からテーパ状に設けられ拡径するテーパ部と、このテーパ部の下流端部から延ばされ前記分岐部に接続される分岐部側接続部とからな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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