JP5577281B2 - Waste heat recovery device - Google Patents
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Description
本発明は、排熱回収装置の改良技術に関する。 The present invention relates to an improved technique for an exhaust heat recovery apparatus.
車両の内燃機関で生じた排気ガスを熱交換器に送り、排気ガスの熱で熱交換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1参照。)。 2. Description of the Related Art There is known an exhaust heat recovery device that sends exhaust gas generated in an internal combustion engine of a vehicle to a heat exchanger and warms a medium in the heat exchanger with the heat of the exhaust gas (see, for example, FIG. 1 of Patent Document 1).
特許文献1を次図に基づいて説明する。
図12に示すように、排熱回収装置100は、排気ガスが導入される排ガス導入部101と、この排ガス導入部101に接続される第1通路102と、この第1通路102に接続される熱交換器103と、この熱交換器103の内周に設けられ第1通路102を迂回する第2通路104と、この第2通路104の下流端部で排気ガスの流れに直交する方向に向かって設けられる回転軸105と、この回転軸105に取付けられ回転軸105と共に回転することで第2通路104を開閉するバルブ106と、このバルブ106が収納され第2通路104の下流に設けられるバルブ室107とからなる。
As shown in FIG. 12, the exhaust
媒体の温度が低い場合は、バルブ106は第2通路104の下流端部を閉じている。第2通路104を閉じることで排気ガスは第1通路102及び熱交換器103を通過する。熱交換器103を通過することで、排気ガスと媒体との間で熱交換が行われる。即ち、排気ガスの熱によって媒体が温められ、排気ガスは冷やされる。
When the temperature of the medium is low, the
媒体が温められることで、回転軸105が回転しバルブ106を開く。想像線で示すように、バルブ106aは徐々に回動する。バルブ106bは、媒体が所定の温度に達し開ききった状態を示す。
When the medium is warmed, the
ところで、排熱回収装置100によれば、バルブ106が閉じている状態から開ききるまでの間、即ち、バルブ106aの状態にあるときに問題が生じることが分かった。次図で詳細を説明する。
By the way, according to the exhaust
図13に示すように、バルブ106が開ききる前に排気ガスが第2通路104を通過することがある。第2通路104を通過した排気ガスは、バルブ106に接触し、バルブ106の側方へ流れる。バルブ106の側方は狭い。即ち、流路が狭まることで、排気ガスの円滑な流れが妨げられる。
As shown in FIG. 13, the exhaust gas may pass through the
バルブ開度が小さい場合であっても、円滑に排気ガスを排出することのできる、排熱回収装置の提供が望まれる。 Even when the valve opening is small, it is desired to provide an exhaust heat recovery device that can exhaust exhaust gas smoothly.
本発明は、バルブ開度が小さい場合であっても、円滑に排気ガスを排出することのできる、排熱回収装置の提供を課題とする。 An object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery apparatus that can exhaust exhaust gas smoothly even when the valve opening is small.
請求項1に係る発明は、排気ガスが導入され導入された排気ガスを分岐する分岐部と、この分岐部に接続され排気ガスの熱を媒体に伝える熱交換器と、この熱交換器を迂回して設けられ分岐部に接続される迂回路と、排気ガスの流れ方向を基準として、迂回路の下流端部に取付けられ回転することで迂回路を開閉するバルブと、このバルブが収納され迂回路の下流に設けられるバルブ室とからなる排熱回収装置において、
バルブ室の側方、且つバルブ室の側方から見てバルブが開閉することで描く軌跡に重なる部位に、排気ガスを外部に向かって排出する排出口が設けられ、
前記バルブ室の下流端部は、平面視において半円形状を呈することを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a branch portion for branching the introduced exhaust gas by introducing the exhaust gas, a heat exchanger connected to the branch portion for transferring the heat of the exhaust gas to the medium, and bypassing the heat exchanger And a bypass route connected to the branch, a valve attached to the downstream end of the bypass to rotate with respect to the flow direction of the exhaust gas, and opening and closing the bypass by rotating. In the exhaust heat recovery device consisting of a valve chamber provided downstream of the path,
Side of the valve chamber, and when viewed from the side of the valve chamber to the heavy Naru site locus drawn by the valve is opened and closed, the outlet is provided for discharging toward the exhaust gas to the outside,
The downstream end of the valve chamber has a semicircular shape in plan view .
請求項2に係る発明は、排出口に、バルブ室内から外部へ向かって排気ガスを流す排出管が繋がれ、
排出管が第2通路の軸線に対して傾けられる角度は、60°を上限とすることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is connected to the discharge port, a discharge pipe for flowing exhaust gas from the valve chamber toward the outside,
The angle at which the discharge pipe is tilted with respect to the axis of the second passage has an upper limit of 60 °.
請求項3に係る発明は、排出口に、バルブ室内の排気ガスが排出される部屋部が接続され、この部屋部には外部に向かって排気ガスを流す管部材が接続されることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is characterized in that a chamber part to which exhaust gas in the valve chamber is exhausted is connected to the exhaust port, and a pipe member for flowing exhaust gas to the outside is connected to the chamber part. To do.
請求項1に係る発明では、バルブ室の側方、且つバルブの軌跡と重なる部位に排出口が設けられている。即ち、排出口は、バルブ室の側方且つバルブの近傍に設けられる。バルブが開ききる前の状態では、バルブに接触した排気ガスは、バルブ室の側方に向かって流れる。バルブに接触した排気ガスが流れる方向に排出口を設けることで、排気ガスを円滑に流すことができる。
加えて、バルブ室の下流端部へ向かって流れるわずかな量の排気ガスは、半円形状の下流端部に沿って排出口へ導かれる。半円形状にすることで、バルブ室の下流端部に達した排気ガスを円滑に排出管に向かって流すことができる。バルブよりも下流側へ流れた排気ガスについても効率よく外部へ排出することができる。
In the invention which concerns on
In addition, a small amount of exhaust gas flowing toward the downstream end of the valve chamber is guided to the discharge port along the semicircular downstream end. The semicircular shape allows the exhaust gas reaching the downstream end of the valve chamber to flow smoothly toward the discharge pipe. The exhaust gas flowing downstream from the valve can also be efficiently discharged to the outside.
請求項2に係る発明では、排出管が第2通路の軸線に対して傾けられる角度は、60°以下である。60°以下とすることで、圧力損失による流量減少をすることなく排気ガスを円滑に後方に向かって流すことができる。 In the invention which concerns on Claim 2, the angle by which a discharge pipe is inclined with respect to the axis line of a 2nd channel | path is 60 degrees or less. By setting it to 60 ° or less, the exhaust gas can flow smoothly backward without reducing the flow rate due to pressure loss.
請求項3に係る発明では、排出口に部屋部が接続され、この部屋部に管部材が接続される。バルブに接触した排気ガスは部屋部に流され、部屋部から管部材で排出される。管部材は、部屋部から任意の方向に延ばすことができる。即ち、部屋部に円滑に排気ガスを流しつつ、部屋部から任意の方向に延ばされた管部材で排気ガスを排出する。排気ガスを円滑に流しつつも、設計の自由度が高い排熱回収装置ということができる。 In the invention which concerns on Claim 3, a room part is connected to a discharge port, and a pipe member is connected to this room part. The exhaust gas that has come into contact with the valve flows into the room and is discharged from the room by a pipe member. The tube member can extend in any direction from the room. That is, the exhaust gas is discharged through the pipe member extending in an arbitrary direction from the room portion while flowing the exhaust gas smoothly into the room portion. It can be said that the exhaust heat recovery device has a high degree of design freedom while allowing the exhaust gas to flow smoothly.
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、排気ガスが導入されると共に導入された排気ガスを2つの流路に分岐する分岐部11と、この分岐部11の下流に接続され内部に媒体が流される熱交換器12と、この熱交換器12に繋がれ熱交換器12内の媒体の温度で作動するサーモアクチュエータ13と、このサーモアクチュエータ13が接続された熱交換器12を迂回する迂回路14と、この迂回路14が通されると共に熱交換器12の下流に接続される合流部15と、この合流部15の下流に接続されるバルブ室16と、このバルブ室16の側方から熱交換器12の後方に向かって延ばされ排気ガスを排出する排出管17とからなる。
First,
As shown in FIG. 1, the exhaust
サーモアクチュエータ13を介して、熱交換器12に、媒体を導入する媒体導入管22が接続される。
熱交換器12に、媒体を排出するための媒体排出管21が接続される。
媒体導入管22から導入された媒体は、サーモアクチュエータ13、熱交換器12の順に通過し、媒体排出管21から排出される。
A
A
The medium introduced from the
バルブ室16は、基体としての室部23と、この室部23から上方に向かって延ばされた延長部24とからなる。この延長部24に、サーモアクチュエータ13に回転される回転軸26が貫通支持される。
回転軸26の詳細について次図で説明する。
The
Details of the
図2に示すように、回転軸26にボルト27,27を介してバルブ28が取付けられる。バルブ28は、迂回路14の下流端部14bを閉じている。
回転軸26の端部に、バルブ28を閉じ方向に付勢するばね31が取付けられると共にこのばね31の抜けを防止する抜止め板32が取付けられる。抜止め板32に、バルブ28を開くためのレバー部材33が取付けられる。レバー部材33にサーモアクチュエータ13のロッド34が接触する。
As shown in FIG. 2, a
A
ロッド34が前進すると、レバー部材33は回転する。レバー部材33が回転することで、回転軸26が回転する。回転軸26が回転することで、バルブ28が回転する。即ち、レバー部材33、回転軸26及びバルブ28は一体的に回転する。
次図で排熱回収装置10について詳細を説明する。
When the
The exhaust
図3に示すように、分岐部11は、下流側に熱交換器12及び迂回路14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。
As shown in FIG. 3, the
第1の基体35に、熱交換器12が接続される接続口35aと、迂回路14が接続される接続口35bとが設けられる。
第1の蓋体36には、排気ガスが導入される排ガス導入部36aが設けられると共に、第1の蓋体36の剛性を高め、また各層の伝熱チューブ43に排気ガスが均一に流れるよう、排気ガスの流れを導くための凹凸形状部36c、36dが形成される。
The
The
分岐部11の接続口35aに熱交換器12の上流端部12aを溶接し、接続口35bに迂回路14の上流端部14aを溶接する。
仮に、迂回路に熱交換器を直接接続する場合は、熱交換器に管を接続し、管を迂回路に向かって曲げる等の加工を行う必要がある。加工を行うことで、形状が複雑になる。迂回路に熱交換器を直接接続する場合に比べ、溶接作業を容易に行うことができる。
The
If the heat exchanger is directly connected to the detour, it is necessary to connect the pipe to the heat exchanger and perform processing such as bending the pipe toward the detour. By processing, the shape becomes complicated. Compared with the case where the heat exchanger is directly connected to the detour, the welding operation can be easily performed.
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11は断面視略矩形の閉断面を形成する。閉断面を略矩形とした場合は、分岐部11の組み立てを容易に行うことができる上に、熱交換器12、迂回路14の溶接作業も容易に行うことができ、特に有益である。
In addition, by covering the
排ガス導入部36a側を第1の基体にし、熱交換器12、迂回路14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11を形成することで、熱交換器12、迂回路14の溶接作業を容易に行うことができる。
The exhaust
That is, by forming the
熱交換器12は、上流側及び下流側エンドプレート41,42と、これらのエンドプレート41,42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43と、これらの伝熱チューブ43を囲い内部に媒体が流されるコアケース44とからなる。
The
伝熱チューブ43の内部を排気ガスが流れ、伝熱チューブ43の外周部を媒体が流れる。伝熱チューブ43を介して、排気ガスと媒体との間で熱交換が行われる。
The exhaust gas flows inside the
迂回路14は、筒状の本体部46と、本体部46の下流から拡径される拡径部47とからなる。拡径部47の内周にバルブ28が着座する着座部材48が固定されている。
迂回路14の下流端部14bは、バルブ室16に収納されていると共に、バルブ28で閉じられる。
The
The
バルブ室16の側方に排気ガスを外部に向かって排出する排出口51が設けられる。バルブ室16の下流端部16bは、断面視で半円形状を呈する。
バルブ室16の排出口51から、排気ガスを排出する排出管17が延ばされる。迂回路14の軸52に対して、排出管17の軸53は60°の角度で交わっている。
A
A
迂回路14の軸52に対して、排出管17の軸53が交わる角度αは、60°以下であることが望ましい。60°以下とすることで、圧力損失による流量減少をすることなく後方に向かって排気ガスを円滑に流すことができる。
The angle α at which the
合流部15は、熱交換器12及び迂回路14が連結される第2の基体55と、この第2の基体55に重ね合わせることで第2の基体55と共に閉断面を形成する第2の蓋体56とからなる。第2の基体55に第2の蓋体56を重ね合わせた上で溶接することで、合流部15は形成される。
The
第2の基体55に、熱交換器12の下流端部12bが接続される接続口55aと、迂回路14の被接続部14cが接続される接続口55bとが設けられる。
第2の蓋体56に、第2の蓋体56の剛性を高めるための凹凸形状部56cが形成される。
The
The
合流部15の接続口55aに熱交換器12を溶接し、接続口55bに迂回路14を溶接する。迂回路に熱交換器を直接接続する場合に比べ、溶接作業を容易に行うことができる。
The
加えて、第2の蓋体56を第2の基体55に被せることで、合流部15は断面視略矩形の閉断面を形成する。閉断面を略矩形とした場合は、合流部15の組み立てを容易に行うことができる上に、熱交換器12及び迂回路14の溶接作業も容易に行うことができ、特に有益である。
In addition, by covering the
なお、バルブ室16に接続される部材を第2の基体にし、熱交換器12及び迂回路14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15を形成することで、熱交換器12及び迂回路14の溶接作業を容易に行うことができる。
In addition, the member connected to the
That is, by forming the
迂回路14の下流端部14bが閉じられている場合は、分岐部11から導入された排気ガスは、熱交換器12に向かって流れる。熱交換器12を通過することで媒体との間で熱交換を行う。熱交換を行い冷やされた排気ガスは、合流部15を通過する。排気ガスは、合流部15から迂回路14の外周を通ってバルブ室16を流れる。バルブ室16から排出管17を介して外部へ排出される。
第2の蓋体56の先端56aは、迂回路14の外周に沿って配置される。
詳細は次図で説明する。
When the
The
Details will be described in the next figure.
図4に示すように、第2の蓋体56の先端56aは、迂回路14の下流端部14bに重なる位置まで延ばされている(想像線57参照)と共に、迂回路14に対して所定の間隔tを保ちながら、迂回路14の外周の一部を囲っている。
As shown in FIG. 4, the
第2の蓋体56の先端56aと迂回路14との間を小さくすることで、迂回路14を通過した排気ガスが合流部15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。
By reducing the space between the
Details are described in the following figure.
図5に示すように、迂回路14を下流側から見た場合に、第2の蓋体56の先端56aは、迂回路14の下流端部14bに重なっている。
迂回路14は、熱交換器側(図面右側)の半分が第2の蓋体56の先端56aで囲われている。
As shown in FIG. 5, when the
The
半分より広い範囲を囲うとすると、迂回路14に対して、蓋体49をセットするのが困難になる。
一方、半分より狭い範囲であると、迂回路14を通過した排気ガスが合流部15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56の先端56aで囲う。逆流を有効に防ぎつつ、合流部15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。
If a range wider than half is enclosed, it is difficult to set the lid 49 on the
On the other hand, if the range is narrower than half, the exhaust gas that has passed through the
A half on the first passage side where backflow is likely to occur is surrounded by the
59,59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。
熱交換器(図1、符号12)内の媒体の温度が上がることで、迂回路14が開放される。詳細を次図で説明する。
59 and 59 are seals for preventing leakage of exhaust gas from the
The
図6に示すように、熱交換器12内の媒体の温度が高くなることで、サーモアクチュエータ13のロッド34は、矢印(1)で示すように前進する。前進することで、レバー部材33を回転させる。レバー部材33が回転することで、回転軸26が一体的に回転する。回転軸26が回転することで、バルブ28も回転する。バルブ28が回転することで、迂回路14の下流端部14bを開く。
バルブ28が開いた場合の排気ガスの流れについて詳細を次図で説明する。
As shown in FIG. 6, the temperature of the medium in the
Details of the flow of exhaust gas when the
図7に示すように、バルブ28が開いている場合は、分岐部11に導入された排気ガスは、迂回路14を流れる。排気ガスは、迂回路14からバルブ室16へ流れ、バルブ室16内でバルブ28に接触する。バルブ28に接触した排気ガスは、バルブ室16側方の排出口51に向かって流れる。排出口51から排出管17に流れ、外部へ排出される。
排出口51の設けられる位置について詳細を次図で説明する。
As shown in FIG. 7, when the
The position where the
図8に示すように、排出口51は、バルブが開閉することで描く扇形の軌跡(想像線61参照)に重なる部位に設けられる。
As shown in FIG. 8, the
また、バルブ(図2、符号28)の最大開度βは、60°未満であることが望ましい。
60°未満とすることで、バルブ室16の排気ガスの流れ方向の長さlを短くすることができる。短くすることで、排熱回収装置10のコンパクト化を図ることができる。
排熱回収装置10の作用について詳細を次図で説明する。
Further, it is desirable that the maximum opening degree β of the valve (FIG. 2, reference numeral 28) is less than 60 °.
By making the angle less than 60 °, the length l of the
Details of the operation of the exhaust
図9(a)に示すように、比較例に係る排熱回収装置110では、排気ガスの流れ方向を基準として、バルブ室111の下流側に排出口112を設けた。迂回路を通過した排気ガスは、バルブ113に接触する。バルブ113に接触した後は、バルブ113の側方を通過して排出口112へ向かう。バルブ113の側方の流路が狭いため、排気ガスの円滑な流れを妨げる。
As shown in FIG. 9A, in the exhaust
一方、(b)に示すように、実施例に係る排熱回収装置10では、バルブ室16の側方に排出口51を設けた。バルブ28に接触した排気ガスは、バルブ室16の側方に向かって流れる。バルブ28に接触した排気ガスが流れる方向に排出口51を設けることで、排気ガスを円滑に流すことができる。
On the other hand, as shown in (b), in the exhaust
特に、本発明に係る排熱回収装置10では、バルブ28が開閉することで描く軌跡に対して少なくとも一部が重なる部位に排出口51が設けられている(図8参照)。高さ方向でも排出口51をバルブ28の近傍に設けることができ、さらに排気ガスを円滑に流すことができる。
In particular, in the exhaust
加えて、バルブ室16の下流端部16bへ向かって流れるわずかな量の排気ガスは、半円形状の下流端部16bに沿って排出口51へ導かれる。断面視半円形状にすることで、バルブ室16の下流端部16bに達した排気ガスを円滑に排出管17に向かって流すことができる。バルブ28よりも下流側へ流れた排気ガスについても効率よく外部へ排出することができる。
排熱回収装置10の別実施例について次図以降で説明する。
In addition, a slight amount of exhaust gas flowing toward the
Another embodiment of the exhaust
次に、本発明の実施例2を図面に基づいて説明する。
図10に示されるように、排熱回収装置70は、排出口71がバルブ室72の側面のうち、熱交換器12が配置されるのとは逆の側面に設けられる。この排出口71から排出管73が後方に向かって延ばされる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 10, in the exhaust
このように排出口71及び排出管73を設けた場合も本発明の効果を得ることができる。
次図で更なる別実施例について説明する。
Thus, also when the
A further alternative embodiment will be described with reference to the following figure.
図11に示すように、排熱回収装置80は、排出口81にバルブ室82内の排気ガスが排出される部屋部83が接続され、この部屋部83から外部に向かって排気ガスを流す管部材84が接続される。
As shown in FIG. 11, the exhaust
バルブ28に接触した排気ガスは部屋部83に流され、部屋部83から管部材84で排出される。管部材84は、部屋部83から任意の方向に延ばすことができる。即ち、部屋部83に円滑に排気ガスを流しつつ、部屋部83から任意の方向に延ばされた管部材84で排気ガスを排出する。排気ガスを円滑に流しつつも、設計の自由度が高い排熱回収装置80ということができる。
The exhaust gas that has come into contact with the
加えて、部屋部83は、熱交換器12の下流側に設けられる。熱交換器12の下流側のデッドスペースを有効に活用することができる。スペースを有効に活用することで排熱回収装置80の小型化を図ることができる。
In addition, the
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。 The exhaust heat recovery apparatus according to the present invention can also be applied to an EGR (Exhaust Gas Recirculation) cooler, and the application is not limited to these.
本発明の排熱回収装置は、車両に好適である。 The exhaust heat recovery apparatus of the present invention is suitable for a vehicle.
10,70,80…排熱回収装置、11…分岐部、12…熱交換器、14…迂回路、16,72,82…バルブ室、16b…下流端部、17,73…排出管、28…バルブ、51,71,81…排出口、83…部屋部、84…管部材。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記バルブ室の側方、且つ前記バルブ室の側方から見て前記バルブが開閉することで描く軌跡に重なる部位に、前記排気ガスを外部に向かって排出する排出口が設けられ、
前記バルブ室の下流端部は、平面視において半円形状を呈することを特徴とする排熱回収装置。 A branch part for branching the introduced exhaust gas by introducing the exhaust gas, a heat exchanger connected to the branch part for transferring the heat of the exhaust gas to the medium, and bypassing the heat exchanger, provided in the branch part A bypass route to be connected, a valve attached to the downstream end of the bypass route to open and close the bypass route based on the flow direction of the exhaust gas, and a valve that houses the valve and is downstream of the bypass route In the exhaust heat recovery device consisting of a valve chamber provided in
The side of the valve chamber, and a heavy Naru site locus drawn by the valve is opened and closed as viewed from the side of the valve chamber, the outlet is provided for discharging toward the exhaust gas to the outside,
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the downstream end of the valve chamber has a semicircular shape in plan view .
前記排出管が前記迂回路の軸線に対して傾けられる角度は、60°を上限とすることを特徴とする請求項1記載の排熱回収装置。 A discharge pipe for flowing exhaust gas from the valve chamber toward the outside is connected to the discharge port,
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein an upper limit of an angle at which the exhaust pipe is inclined with respect to the axis of the detour is 60 °.
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