JP5814801B2 - 熱交換ユニット - Google Patents

Description

本発明は熱交換ユニットに関するものである。

従来、アクチュエータによってバルブを移動させて、流体の流れ方向を熱交換器側、またはバイパス流路側に切り替えるものが開示されている。

特開２００９−２０９９１３号公報

しかし、上記の発明では、アクチュエータが故障すると、バルブを制御できなくなり、流体の流れ方向を制御できなくなるおそれがある。そのため、高温の流体が熱交換器に常に流れ、熱交換器を流れる冷媒が過熱される、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、アクチュエータが故障した場合に、熱交換ユニットに供給される流体によってバルブが熱交換器側の流路を閉塞し、冷媒が過熱されることを防止することを目的とする。

本発明のある態様に係る熱交換ユニットは、流体が流入した場合に、流体と冷媒との間で熱交換を行う熱交換部と、熱交換部と並列に配置され、熱交換部をバイパスして流体を流すことが可能なバイパス部と、アクチュエータの動作に応じて回動し、流体を熱交換部またはバイパス部に流入させるか切り換える切替部とを備える熱交換ユニットであって、アクチュエータによって切替部を回動させることができない場合に、流体によって切替部を回動させて、切替部によって熱交換部を閉塞する回動機構を備え、回動機構は、切替部が流体を熱交換部に流入させる位置にある場合に、流体の流れ方向上流側の切替部の先端部よりも流体の流れ方向下流側で切替部に当接する当接部と、当接部よりも流体の流れ方向上流側の切替部とによって形成される。

これら態様によると、アクチュエータが故障した場合に切替部によって熱交換部を閉塞することができ、熱交換部を流れる冷媒が過熱されることを防止することができる。

本実施形態の熱交換ユニットの斜視図である。 バルブ部の概略構成図である。 図２のIII−IIIにおける概略断面図である。 フラッパーの変形例を示す図である。 フラッパーの変形例を示す図である。

本発明の実施形態の熱交換ユニットについて図１を用いて説明する。図１は本実施形態の熱交換ユニット１の斜視図である。以下においては、エンジンから排出される排気ガスが流入する熱交換ユニット１について説明するが、これに限られることはない。

熱交換ユニット１は、熱交換部２と、バイパス部３と、バルブ部４と、ディフューザ部５とを備える。

熱交換部２は、流入した排気ガスと冷媒導入路２０から導入された冷媒との間で熱交換を行う。熱交換部２で冷媒と熱交換を行い、温度が低くなった排気ガスはディフューザ部５へ排出される。また、排気ガスと熱交換を行い、温度が高くなった冷媒は冷媒排出路２１から排出される。冷媒は、冷却水、フロン類などである。温度が高くなった冷媒は、エンジンの暖機などに使用される。

バイパス部３は、熱交換部２と並列に配置される。バイパス部３はバルブ部４から見た場合に略Ｄ字状となる１つの管状の部材で構成される。

バルブ部４は、バルブケース６と、フラッパー７とを備える。バルブ部４は、フランジ８を介してエンジン側の排気管に接続し、エンジン側の排気管から排気ガスが流入する。

バルブ部４についてさらに図２、図３を用いながら説明する。図２は、バルブ部４をフランジ８側から見た概略正面図である。図３は図２のIII−III概略断面図である。

バルブケース６は、排気ガスの流れ方向に垂直な断面が円筒状となり、フランジ８と連結する直管部９と、フラッパー７が取り付けられ、排気ガスの流れ方向において直管部９よりも下流側に位置する流入部１０と、直管部９の中心軸Ｏ側へ突出する第１突出部１１および第２突出部１２とを備える。

流入部１０は、フラッパー７の回動に応じて流れ方向が変更された排気ガスを熱交換部２またはバイパス部３に流入させる。以下において、熱交換部２に排気ガスを流入させる流入部１０を第１流入部１０ａとし、バイパス部３に排気ガスを流入させる流入部１０を第２流入部１０ｂとする。

第１突出部１１は、熱交換部２側のバルブケース６の一部を直管部９の中心軸Ｏに向けて突出させて形成される。第１突出部１１は、直管部９と流入部１０との境界に形成される。第１突出部１１は、フラッパー７がバイパス部３に排気ガスを流入させるために回動した場合にフラッパー７と面接触するように設けられる。第１突出部１１は、排気ガスをバイパス部３に流入させる場合に、フラッパー７が熱交換部２側へ回動することを規制するストッパーとして機能する。

第２突出部１２は、バイパス部３側のバルブケース６の一部を直管部９の中心軸Ｏに向けて突出させて形成される。第２突出部１２は、直管部９と流入部１０との境界に形成される。第２突出部１２は、当接部１２ａと、連通孔１２ｂとを備える。

当接部１２ａにはフラッパー７が熱交換部２に排気ガスを流入させるために回動した場合にフラッパー７が当接する。当接部１２ａは、排気ガスの流れ方向上流側のフラッパー７の先端部よりも下流側、つまりバイパス部３側でフラッパー７と当接する。これにより、フラッパー７が当接部１２ａに当接した場合に、当接箇所よりも排気ガスの流れ方向上流側において、第２突出部１２とフラッパー７とによって凹部１５が形成される。当接部１２ａは、排気ガスを熱交換部２に流入させる場合に、フラッパー７がバイパス部３側へ回動することを規制するストッパーとして機能する。

連通孔１２ｂは、フラッパー７が当接部１２ａに当接した場合に凹部１５と第２流入部１０ｂとを連通するように形成される。これにより、フラッパー７が当接部１２ａに当接した場合に、凹部１５に流入する排気ガスの一部が連通孔１２ｂを通ってバイパス部３に流入する。

フラッパー７は、バルブ軸１３に連結し、バルブ軸１３の軸芯を中心に回動する。例えばモータなどを用いたアクチェエータによってバルブ軸１３を回動させることで、フラッパー７はバルブ軸１３と共に回動する。フラッパー７は、排気ガスの流れ方向を切り替える切替部７ａと、切替部７ａに連結し、切替部７ａよりも排気ガスの流れ方向下流側に位置する受圧部７ｂとを備える。

切替部７ａは、第１突出部１１と第２突出部１２との間を回動する。切替部７ａが第１突出部１１に当接すると、フラッパー７は、熱交換部２を閉塞し、排気ガスが熱交換部２に流入しないようにし、第２流入部１０ｂを介してバイパス部３に排気ガスを流入させる。また、切替部７ａが第２突出部１２の当接部１２ａに当接すると、フラッパー７は、バイパス部３へ排気ガスをほとんど流入させずに、第１流入部１０ａを介して熱交換部２に排気ガスを流入させる。

切替部７ａは、切替部７ａが当接部１２ａに当接する場合に直管部９の中心軸Ｏと略平行となるように設けられる。

受圧部７ｂは、切替部７ａが当接部１２ａに当接する場合にバルブ軸１３から熱交換部２に向けて突出するように設けられる。

ディフューザ部５は、フランジ１９を介して外部側の排気管に接続し、熱交換部２またはバイパス部３から排出された排気ガスを外部側の排気管に排出する。

次に本実施形態の作用について説明する。

排気ガスの熱によって冷媒の温度を高くし、エンジンなどを暖機する場合には、アクチュエータによってフラッパー７の切替部７ａを当接部１２ａに当接させて、排気ガスを熱交換部２に流入させる。しかし、エンジンなどの暖機が終了した後に排気ガスを熱交換部２に流入させると、排気ガスによって冷媒が過熱され、温度の高い冷媒がエンジンなどに供給されるので、エンジンなどを冷却できなくなるおそれがある。そのため、エンジンなどの暖機が終了するとアクチュエータによってフラッパー７を回動させて、切替部７ａによって熱交換部２を閉塞し、排気ガスをバイパス部３に流入させて、排気ガスが熱交換部２へ流入することを防止している。

本実施形態を用いない場合にアクチュエータが故障すると、フラッパーをアクチュエータによっては回動させることができなくなる。そのため、本実施形態を用いない場合には、エンジンの暖機が終了しても、排気ガスが熱交換部に流入し続け、冷媒が過熱されるおそれがある。

本実施形態では、このような問題を解決し、アクチェエータが故障した場合には排気ガスによってフラッパー７を回動させ、切替部７ａによって熱交換部２を閉塞し、冷媒が過熱されることを防止する。

排気ガスを熱交換部２へ流入させている場合には、フラッパー７の切替部７ａが第２突出部１２の当接部１２ａに当接している。切替部７ａは、排気ガスの流れ方向上流側の切替部７ａの先端部よりも下流側で当接部１２ａに当接する。切替部７ａが当接部１２ａに当接すると、排気ガスの流れ方向上流側の切替部７ａと第２突出部１２とは凹部１５を形成する。この凹部１５に排気ガスが流入すると、排気ガスの流れ方向上流側の切替部７ａには図３の矢印で示すように排気ガスによって切替部７ａを熱交換部２側へ回動させる力が働く。

また、第２突出部１２には連通孔１２ｂが形成されており、切替部７ａが当接部１２ａと当接している場合でも排気ガスの一部は連通孔１２ｂを通ってバイパス部３に流入する。そのため、切替部７ａの表面（熱交換部２側の面）と切替部７ａの背面（バイパス部３側の面）との圧力差は減少し、排気ガスによって切替部７ａをバイパス部３側へ押しつける力は減少する。また、切替部７ａは直管部９の中心軸Ｏと略平行となっているので、排気ガスによって切替部７ａをバイパス部３側へ押しつける力は小さい。

さらに、切替部７ａが当接部１２ａに当接している場合に、排気ガスが受圧部７ｂに衝突すると、切替部７ａを熱交換部２側に回動させる力が働く。

排気ガスを熱交換部２に流入させている状態で、アクチェエータが故障した場合には、これらの回動機構によって切替部７ａは排気ガスの流れによって第１突出部１１側に回動する。つまり熱交換部２を閉塞するようにフラッパー７が回動し、排気ガスはバイパス部３に流入する。

本発明の実施形態の効果について説明する。

アクチェエータが故障し、アクチェエータによってフラッパー７を回動させることができない場合に、排気ガスの流れによってフラッパー７の切替部７ａが熱交換部２側へ回動し、熱交換部２を閉塞する。これにより、高温の排気ガスが熱交換部２に流入することを防止することができる。そのため、熱交換部２を流れる冷媒が過熱されることを防止し、エンジンなどの冷却不足を防止することができる。

切替部７ａが熱交換部２に排気ガスを流入させる位置にある場合に、排気ガスの流れ方向上流側の切替部７ａの先端部よりも下流側で切替部７ａと当接部１２ａとを当接させて、凹部１５を形成する。排気ガスの流れ方向上流側の切替部７ａは、凹部１５に流入する排気ガスによって熱交換部２側へ回動する力を受ける。これにより、アクチェエータによってフラッパー７を回動させることができない場合でも、排気ガスの流れによって切替部７ａを熱交換部２側へ回動させることができ、高温の排気ガスが熱交換部２に流入することを防止することができる。そのため、熱交換部２を流れる冷媒が過熱されることを防止し、エンジンなどの冷却不足を防止することができる。

当接部１２ａは排気ガスをバイパス部３に流入させる連通孔１２ｂを備える。これによって、切替部７ａが当接部１２ａに当接している場合に、切替部７ａの表面と切替部７ａの裏面との圧力差を小さくすることができる。そのため、アクチェエータによってフラッパー７を回動させることができない場合でも、排気ガスの流れによって切替部７ａを熱交換部２側へ容易に回動させることができる。

フラッパー７は切替部７ａが当接部１２ａに当接している場合に、切替部７ａから熱交換部２側に突出する受圧部７ｂを備える。これにより、切替部７ａが当接部１２ａに当接している場合に排気ガスの流れによって受圧部７ｂは切替部７ａを熱交換部２側へ回動させる力を受ける。そのため、アクチェエータによってフラッパー７を回動させることができない場合でも、排気ガスの流れによって切替部７ａを熱交換部２側へ回動させることができる。そのため、熱交換部２を流れる冷媒が過熱されることを防止し、エンジンなどの冷却不足を防止することができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

本実施形態では、アクチェエータが故障した場合に排気ガスによってフラッパー７が熱交換部２を閉塞するように回動する回動機構として、切替部７ａ、受圧部７ｂ、当接部１２ａ、および連通孔１２ｂを設けたが、これに限られることはなく、切替部７ａ、受圧部７ｂ、当接部１２ａ、および連通孔１２ｂのいずれか１つ、またはこれらの中の複数を用いて排気ガスによってフラッパー７を回動させてもよい。

また、切替部７ａと当接部１２ａとよって形成される凹部１５の形状、連通孔１２ｂの形状、位置、数、および受圧部７ｂの形状は上記実施形態に限られることはない。例えばフラッパー７は、図４、５に示すように受圧部７ｂに湾曲形状となる箇所、または波形形状となる箇所を設け排気ガスによる受圧面積を広くしてもよい。

さらに、切替部７ａが当接部１２ａに当接する場合に、切替部７ａが直管部９の中心軸Ｏと略平行とならず中心軸Ｏに対して傾斜するようにフラッパー７を設けてもよい。

１ 熱交換ユニット
２ 熱交換部
３ バイパス部
６ バルブケース（ケース）
７ａ 切替部（回動機構）
７ｂ 受圧部（回動機構）
１２ａ 当接部（回動機構）
１２ｂ 連通孔（回動機構）

Claims (3)

1. 流体が流入した場合に、前記流体と冷媒との間で熱交換を行う熱交換部と、
   前記熱交換部と並列に配置され、前記熱交換部をバイパスして前記流体を流すことが可能なバイパス部と、
   アクチュエータの動作に応じて回動し、前記流体を前記熱交換部または前記バイパス部に流入させるか切り換える切替部とを備える熱交換ユニットであって、
   前記アクチュエータによって前記切替部を回動させることができない場合に、前記流体によって前記切替部を回動させて、前記切替部によって前記熱交換部を閉塞する回動機構を備え、
   前記回動機構は、
   前記切替部が前記流体を前記熱交換部に流入させる位置にある場合に、前記流体の流れ方向上流側の前記切替部の先端部よりも前記流体の流れ方向下流側で前記切替部に当接する当接部と、
   前記当接部よりも前記流体の流れ方向上流側の前記切替部とによって形成されることを特徴とする熱交換ユニット。
2. 請求項１に記載の熱交換ユニットであって、
   前記当接部は、前記切替部が前記当接部に当接する場合に、前記流体の一部を前記バイパス部側に流入させる連通孔を備えることを特徴とする熱交換ユニット。
3. 請求項１または２に記載の熱交換ユニットであって、
   前記回動機構は、前記切替部とともに回動し、前記切替部が前記流体を前記熱交換部に流入させる位置にある場合に前記流体の流れ方向下流側の前記切替部から前記熱交換部側に向けて突出する受圧部を備えることを特徴とする熱交換ユニット。

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