JP6001423B2 - サーモアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、車両等に設けられ、冷却水の温度に応じて変位する熱膨張体を有するサーモアクチュエータに関する。

従来、排気ガスの流路を切換える開閉バルブをサーモアクチュエータによって駆動する排熱回収装置が知られている。この排熱回収装置のサーモアクチュエータは、内部に冷却水通路を形成する本体ケースに収容され、熱膨張体を有するサーモエレメントと、カバーケースに収容され、熱膨張体の変位に応じてサーモエレメントの中心軸に沿って移動するロッド部材およびロッド部材の周囲に設けられてロッド部材をサーモエレメント側に付勢する付勢部材とを備えている。

また、サーモアクチュエータは、本体ケースとサーモエレメントとの間に介装され、サーモエレメントの外周部をシールするＯリングと、サーモエレメントを本体ケースの合わせ面およびカバーケースの合わせ面に挟持して本体ケースおよびカバーケースに支持する円板状の支持部材とを含んで構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２３１７１４号公報

しかしながら、このような従来のサーモアクチュエータにあっては、サーモエレメントが円板状の支持部材によって本体ケースおよびカバーケースに支持されているため、支持部材の剛性が小さいものとなる。

このため、サーモエレメントによってロッド部材を付勢部材の付勢力に抗して移動させるときに、付勢部材からロッド部材を介して支持部材に加えられる反力によって支持部材が撓んでしまうおそれがある。したがって、サーモエレメントがロッド部材と反対側に後退してしまい、サーモエレメントからロッド部材への伝達力が低下してしまうおそれがある。

これに加えて、円板状の支持部材によってサーモエレメントの支持力を高くするためには、サーモエレメントの端部よりも中心軸方向内方でと支持部材によってサーモエレメントを支持する必要があるため、サーモエレメントとロッド部材の接触面である着力点が本体ケースとカバーケースの合わせ面に対して離れてしまう。このため、サーモエレメントとロッド部材との同軸性を確保し難く、サーモエレメントによりロッド部材が曲がって押し出されてしまい、サーモエレメントからロッド部材への伝達力が低下してしまうおそれがある。

さらに、サーモエレメントがＯリングによって本体ケースに支持されているため、冷却水に接触するサーモエレメントの部位がＯリングによって制限されてしまい、サーモエレメントと冷却水との接触面積が小さくなってしまう。このため、サーモエレメントの応答性が低下してしまうおそれがある。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、サーモエレメントからロッド部材への伝達力を向上させることができるとともに、サーモエレメントの応答性を向上させることができるサーモアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明に係る排熱回収装置は、上記目的を達成するため、（１）冷却水の温度に応じて膨張および収縮する熱膨張体を有するサーモエレメントと、前記サーモエレメントに対向して前記サーモエレメントの中心軸上に設けられ、前記熱膨張体の膨張および収縮に応じて前記中心軸に沿って移動するロッド部材と、前記ロッド部材を前記サーモエレメント側に付勢する付勢部材と、前記サーモエレメントを収容するとともに、内部に前記冷却水が流通する冷却水通路が形成される第１のケースと、前記第１のケースと前記サーモエレメントとの間に介装され、前記サーモエレメントの外周部をシールするシール部材を保持する保持部材と、前記第１のケースの第１の合わせ面に対向する第２の合わせ面を有し、前記ロッド部材および前記付勢部材を収容する第２のケースと、前記第１の合わせ面および前記第２の合わせ面に挟持されて前記第１のケースおよび前記第２のケースによって支持される第１の支持部および前記サーモエレメントを支持する第２の支持部を有する支持部材とを備え、前記支持部材の前記第２の支持部は、前記第１の支持部から前記サーモエレメントに向かって突出するように段差部を介して前記第１の支持部に連接されるものから構成されている。

このサーモアクチュエータは、支持部材の第２の支持部が、第１のケースの第１の合わせ面および第２のケースの第２の合わせ面に挟持される第１の支持部からサーモエレメントに向かって突出するように段差部を介して第１の支持部に連接されるので、段差部によって支持部材の剛性を高くすることができる。

このため、サーモエレメントによってロッド部材を移動させるときに、ロッド部材からサーモエレメントに加えられる反力によって支持部材が撓んでしまうのを防止することができる。したがって、サーモエレメントがロッド部材と反対方向に後退するのを防止することができ、サーモエレメントからロッド部材への伝達力を向上させることができる。

また、第２の支持部が第１の支持部からサーモエレメントに向かって突出しているため、サーモエレメントの端部よりも中心軸方向の内方においてサーモエレメントを第２の支持部によって支持することができる。このため、サーモエレメントの支持力を向上させつつ、第１の支持部からサーモエレメントおよびロッド部材の接触面（すなわち、着力点）までの距離を短くすることができる。

したがって、サーモエレメントとロッド部材とを第１のケースおよび第２のケースにそれぞれ組み付けたときにサーモエレメントとロッド部材との同軸性を容易に確保することができる。この結果、サーモエレメントによりロッド部材が曲がって押し出されてしまうことがなく、サーモエレメントからロッド部材への伝達力を向上させることができる。

また、第２の支持部を段差部によって第１の支持部よりもサーモエレメント側に位置させることができるため、保持部材からのサーモエレメントの突出量を冷却水側に多くすることができる。このため、サーモエレメントと冷却水との接触面積を増大させることができ、サーモエレメントの応答性を向上させることができる。

上記（１）に記載のサーモアクチュエータにおいて、（２）前記サーモエレメントは、前記熱膨張体を収容するハウジングと、前記ロッド部材に当接するように前記ハウジングに設けられ、前記熱膨張体の変位に応じて前記ハウジングからの突出量が可変されるプランジャとを有するものから構成されている。

このサーモアクチュエータは、第１の支持部からプランジャおよびロッド部材の着力点までの距離を、従来の平板状の支持部材を用いた場合よりも短くすることができる。このため、サーモエレメントとロッド部材とを第１のケースおよび第２のケースにそれぞれ組み付けたときに、プランジャとロッド部材との同軸性を容易に確保することができる。

上記（１）または（２）に記載のサーモアクチュエータにおいて、（３）前記サーモアクチュエータが、排熱回収装置に搭載され、前記排熱回収装置は、排気ガスが流通する排気通路部および分岐位置で前記排気通路部から分岐され、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う受熱通路部と、前記分岐位置の下流に位置するように前記排気通路部に設けられ、排気ガスの流路を前記排気通路部および前記受熱通路部のいずれか一方に切換える開閉バルブとを含んで構成され、前記アクチュエータが、前記開閉バルブを駆動するものから構成されている。

このサーモアクチュエータは、排熱回収装置に搭載されて開閉バルブを駆動するように構成されている。そして、サーモアクチュエータは、サーモエレメントの応答性を向上させることができるため、熱膨張体を膨張および収縮させるための冷却水の設定温度に応じて熱膨張体の膨張および収縮の応答性を向上させることができる。

このため、サーモアクチュエータによって開閉バルブを冷却水温に応じた最適なタイミングで開閉することができ、例えば、冷却水温が低温である場合には、サーモアクチュエータによって受熱通路部に排気ガスを流通させる位置に開閉バルブを切換えることにより、受熱通路部を流れる排気ガスと冷却水との間で熱交換を行うことができる。このため、冷却水を排気ガスの熱によって昇温させることができる。

また、例えば、冷却水温が高温である場合には、サーモアクチュエータによって排気通路部に排気ガスを流通させる位置に開閉バルブを切換えることにより、排気ガスを排気通路部に流すことができ、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行わないようにすることができる。このため、冷却水が排気ガスの熱によって過度に昇温されるのを防止することができる。

上記（３）に記載のサーモアクチュエータにおいて、（４）前記受熱通路部は、排気ガスが流通する流通管と、冷却水が流通する冷却水管と、前記流通管に高温部が対向するとともに、前記冷却水管に低温部が対向し、前記高温部と前記低温部との温度差に応じて発電を行う熱電変換モジュールとを備えたものから構成されている。

このサーモアクチュエータは、熱電変換モジュールを有する排熱回収装置に搭載されて開閉バルブを駆動するように構成されている。そして、サーモアクチュエータは、サーモエレメントの応答性を向上させることができるため、熱膨張体を膨張および収縮させるための冷却水の設定温度に応じて熱膨張体の膨張および収縮の応答性を向上させることができる。

このため、サーモアクチュエータによって開閉バルブを冷却水温に応じた最適なタイミングで開閉することができ、例えば、冷却水温が低温である場合には、サーモアクチュエータによって受熱通路部に排気ガスを流通させる位置に開閉バルブを切換えることにより、流通管を流れる排気ガスと冷却水管を流通する冷却水との温度差に応じて発電を行うことができる。

本発明によれば、サーモエレメントからロッド部材への伝達力を向上させることができるとともに、サーモエレメントの応答性を向上させることができるサーモアクチュエータを提供することができる。

本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図であり、排熱回収装置を備える車両の概略構成図である。 本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図であり、排熱回収装置の上面図である。 本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図であり、排熱回収装置の正面図である。 本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図であり、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一実施の形態を示す図であり、図２のＡ−Ａ方向矢視断面図である。 本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図であり、図２のＢ−Ｂ方向矢視断面図である。 本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図であり、熱電変換モジュールの外観図である。 本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図であり、図３のＣ−Ｃ方向矢視断面図である。 本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図であり、図３のＤ−Ｄ方向矢視断面図である。 本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図であり、カムが変位したときのカムとロッド部材との位置関係を示す図である。 本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図であり、比較のために用いた平板状の支持部材を備えたアクチュエータの断面図である。

以下、本発明に係る排熱回収装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、排熱回収装置を、自動車等の車両に搭載される水冷式の多気筒の内燃機関、例えば４サイクルガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）に適用した場合について説明している。また、エンジンは、ガソリンエンジンに限定されるものではない。

図１〜図１１は、本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図である。
まず、構成を説明する。
図１に示すように、自動車等の車両に搭載される内燃機関としてのエンジン１は、吸気系から供給される空気と燃料供給系から供給される燃料とを適宜の空燃比で混合して成る混合気を燃焼室に供給して燃焼させた後、この燃焼に伴って発生する排気ガスを排気系から大気に放出するようになっている。

排気系は、エンジン１に取付けられたエキゾーストマニホールド２と、このエキゾーストマニホールド２に球面継手３を介して連結された排気管４とを含んで構成されており、エキゾーストマニホールド２と排気管４とによって排気通路が形成されている。

球面継手３は、エキゾーストマニホールド２と排気管４との適度な揺動を許容するとともに、エンジン１の振動や動きを排気管４に伝達させないか、または、減衰して伝達するように機能する。
排気管４上には、２つの触媒５、６が直列に設置されており、この触媒５、６により排気ガスが浄化されるようになっている。

この触媒５、６のうち、排気管４において排気ガスの排気方向の上流側に設置される触媒５は、所謂、スタートキャタリスタ（Ｓ／Ｃ）と呼ばれるものであり、排気管４において排気ガスの排気方向の下流側に設置される触媒６は、所謂、メインキャタリスタ（Ｍ／Ｃ）またはアンダーフロアキャタリスタ（Ｕ／Ｆ）と呼ばれるものである。

これらの触媒５、６は、例えば三元触媒により構成されている。この三元触媒は、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を一括して化学反応により無害な成分に変化させるといった浄化作用を発揮する。

エンジン１の内部には、ウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットにはロングライフクーラント（ＬＬＣ）と呼ばれる冷却液（以下、単に冷却水と言う）が充填されている。

この冷却水は、エンジン１に取付けられた導出管８から導出された後、ラジエータ７に供給され、このラジエータ７から冷却水の還流管９を経てエンジン１に戻されるようになっている。
ラジエータ７は、ウォータポンプ１０によって循環される冷却水を外気との熱交換により冷却するものである。

また、還流管９にはバイパス管１２が連結されており、このバイパス管１２と還流管９との間にはサーモスタット１１が介装され、このサーモスタット１１によって、ラジエータ７を流通する冷却水量とバイパス管１２を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。
例えば、エンジン１の暖機運転時においてはバイパス管１２側の冷却水量が増加されて暖機が促進されるようになっている。

バイパス管１２にはヒータ配管１３が連結されており、このヒータ配管１３の途中には、ヒータコア１４が設けられている。このヒータコア１４は、冷却水の熱を利用して車室内の暖房を行うための熱源である。

このヒータコア１４によって暖められた空気は、ブロアファン１５によって車室内に導入されるようになっている。なお、ヒータコア１４とブロアファン１５とによりヒータユニット１６が構成されている。

また、ヒータ配管１３には後述する排熱回収装置１７に冷却水を供給する上流側配管１８Ａが設けられており、排熱回収装置１７と還流管９との間には排熱回収装置１７から還流管９に冷却水を排出する下流側配管１８Ｂが設けられている。

このため、排熱回収装置１７において排熱回収動作（この排熱回収動作の詳細については後述する）が行われている場合には、下流側配管１８Ｂを流れる冷却水は、上流側配管１８Ａを流れる冷却水の温度よりも高くなる。

一方、エンジン１の排気系には、排熱回収装置１７が設けられており、この排熱回収装置１７は、エンジン１から排出される排気ガスの熱を回収して冷却水と熱交換を行うことにより、冷却水を加熱するようになっている。

図１〜図４に示すように、排熱回収装置１７は、排気通路部を構成する排気管部１９、受熱通路部を構成する排熱回収器２０、サーモアクチュエータ２１、上流側配管１８Ａおよび下流側配管１８Ｂを含んで構成されている。

図１、図５に示すように、排気管部１９の上流端は、排気管４に接続されており、排気管部１９の内部には排気管４から排気ガスが導入される排気通路２２が形成されている。また、排気管部１９の下流端は、テールパイプ２３に接続されており、排気通路２２に導入される排気ガスは、テールパイプ２３に排出されるようになっている。

このため、エンジン１から排気管４を通して排気通路２２に排出された排気ガスは、排気通路２２を通してテールパイプ２３に排出された後、テールパイプ２３から外気に排出される。

また、排熱回収器２０は、排熱回収管２４を備えており、この排熱回収管２４は、排気管部１９の上方に設置されており、排熱回収管２４の内部には受熱通路２５が形成されている。

排気管部１９の上流側には連通孔２６が形成されており、排気通路２２の上流側と受熱通路２５の上流側とは連通孔２６を介して連通している。すなわち、連通孔２６は、排気管部１９と排熱回収器２０の分岐位置に形成されている。排気管部１９の下流側に連通孔２７が形成されており、排気通路２２の下流側と受熱通路２５の下流側とは連通孔２７を介して連通している。

図５、図６に示すように、排熱回収管２４には複数の流通管２８、２９が設けられている。この流通管２８、２９の内部は、受熱通路２５の上流側および下流側に連通しており、流通管２８、２９には排気ガスが導入されるようになっている。

また、流通管２８、２９の上流側および下流側は、それぞれプレート３０、３１に取付けられており、流通管２８、２９は、このプレート３０、３１によって上下方向に離隔して支持されている。

また、このプレート３０、３１、排熱回収管２４の上部２４ａおよび下部２４ｂによって冷却水管３６が構成されており、プレート３０、３１、排熱回収管２４の上部２４ａおよび下部２４ｂによって囲まれる空間は、冷却水管３６の冷却水通路３７を構成している。

また、流通管２８、２９の内部には櫛歯形状の伝熱部材３８が設けられている。この伝熱部材３８は、流通管２８、２９の幅方向（図６の左右方向）に沿って折り曲げられているとともに流通管２８、２９の長手方向（図５の左右方向）に延在しており、上端と下端の折り曲げ部位が流通管２８、２９の内周上面および内周下面に接触している。
このため、流通管２８、２９の内部を流れる排気ガスの熱は、伝熱部材３８を伝わって流通管２８、２９に効率よく伝達される。

また、排熱回収管２４の側面には上流側配管１８Ａおよび下流側配管１８Ｂが接続されており、冷却水管３６の冷却水通路３７には上流側配管１８Ａから冷却水が導入されるようになっている。そして、冷却水通路３７内に導入された冷却水は、冷却水通路３７を流通して下流側配管１８Ｂから排出されるようになっている。

流通管２８、２９の外方には外管３２、３３が設けられており、流通管２８、２９と外管３２、３３の間の空間には熱電変換モジュール４１が収容される密閉空間からなるモジュール室３４、３５が画成されている。

図７に示すように、熱電変換モジュール４１は、高温部を構成する絶縁セラミックス製の受熱基板４２と、低温部を構成する絶縁セラミックス製の放熱基板４３との間に、ゼーベック効果により温度差に応じた起電力を発生するＮ型熱電変換素子４４およびＰ型熱電変換素子４５が複数個設置されており、Ｎ型熱電変換素子４４およびＰ型熱電変換素子４５が電極４６ａ、４６ｂを介して交互に直列に接続されている。また、隣接する熱電変換モジュール４１は、配線４７を介して電気的に連結されている。

この熱電変換モジュール４１は、受熱基板４２が流通管２８、２９に対向して流通管２８、２９に接触するとともに、放熱基板４３が外管３２、３３に対向して外管３２、３３に接触しており、排気ガスの排気方向に並列に設置されている。なお、図５、図６では、図７に示す熱電変換モジュール４１を簡略化している。

そして、熱電変換モジュール４１は、受熱基板４２と放熱基板４３との温度差に応じて発電を行うことにより、ケーブル４８を介して補機バッテリに発電電力を供給（充電）するようになっている。

図５に示すように、排気管部１９には開閉バルブ４９が設けられており、この開閉バルブ４９は、排気管部１９の内部に設けられた円筒状の絞り部１９ａを開閉することにより、受熱通路２５に導入される排気ガスの流路を受熱通路２５と排熱回収器２０の排気通路２２とのいずれか一方に切換えるようになっている。

この開閉バルブ４９は、排気管部１９に支持された軸部材５０に一体的に設けられており、開閉バルブ４９は、軸部材５０が排気管部１９に対して回転することにより、絞り部１９ａを開閉する。

図８に示すように、軸部材５０の一端部は、排気管部１９から横方向に突出して排気管部１９の外方に設けられている。軸部材５０の一端部にはカム保持部材５１が接続されており、このカム保持部材５１は、図１０に示すカム５２を有し、このカム５２は、サーモアクチュエータ２１によって回転駆動される。

また、軸部材５０の一端部の外周部にはコイルスプリング５３が設けられており、このコイルスプリング５３の一端部は、排気管部１９に固定されたスプリング収容ケース５４に固定されているとともに、コイルスプリング５３の他端部はカム保持部材５１に固定されている。

コイルスプリング５３は、開閉バルブ４９が絞り部１９ａを閉塞する閉塞位置に位置するように開閉バルブ４９を付勢するようになっており、開閉バルブ４９の初期位置は、絞り部１９ａを閉塞する位置に設定されている。
サーモアクチュエータ２１は、上流側配管１８Ａの途中に設けられており、サーモアクチュエータ２１は、図１〜図４に示すように、排気管部１９の横側に設置されている。

図８、図９において、サーモアクチュエータ２１は、上流側配管１８Ａの途中に設けられて上流側配管１８Ａの一部を構成する第１のケースとしての筒状のケース５５を備えている。このケース５５の内部には冷却水通路５６が形成されており、冷却水通路５６には上流側配管１８Ａを通して冷却水が流通するようになっている。

ケース５５の内部にはサーモエレメント５７が収容されており、サーモエレメント５７は、冷却水の温度に応じて膨張および収縮するサーモワックス等の熱膨張体を内蔵するハウジング５８を備えている。

ハウジング５８は、ハウジング５８の外周部をシールするＯリング５９を保持するガイド部材６０を介してケース５５に液密的に取付けられている。すなわち、ケース５５とハウジング５８との間にはガイド部材６０が介装されている。本実施の形態では、Ｏリング５９がシール部材を構成し、ガイド部材６０が保持部材を構成している。

また、サーモエレメント５７に対向してサーモエレメント５７の中心軸Ｏ上、すなわち、ハウジング５８の中心軸Ｏ上にはロッド部材６１が設けられており、このロッド部材６１は、第２のケースとしての筒状のケース６２に収容されている。

また、ハウジング５８にはプランジャ６３が設けられており、このプランジャ６３の先端は、ロッド部材６１に当接している。プランジャ６３は、ハウジング５８内の熱膨張体の変位に応じてハウジング５８からの突出量が可変されるようになっている。

ケース６２内にはロッド部材６１を取り囲むようにして付勢部材としてのコイルスプリング６４が収容されている。コイルスプリング６４の一端部は、ロッド部材６１の一端部に形成されたフランジ６１ａに当接するとともに、コイルスプリング６４の他端部は、スプリングシート６５を介してケース６２の端部に当接しており、ロッド部材６１をサーモエレメント５７側に付勢している。
また、ロッド部材６１の他端部は、ケース６２から外方に突出しており、ロッド部材６１の他端部には押圧部６１ｂが設けられている。

本実施の形態のサーモアクチュエータ２１は、上流側配管１８Ａを通して冷却水通路５６を流れる冷却水の温度が所定温度未満であると、サーモエレメント５７の熱膨張体が収縮し、ロッド部材６１がコイルスプリング６４に付勢されて、中心軸Ｏに沿って図８中、左方に移動する。ロッド部材６１が図８中、左方に移動すると、コイルスプリング５３の付勢力によって軸部材５０が時計回転方向に回転して開閉バルブ４９を閉塞位置に移動させる。

また、上流側配管１８Ａを通して冷却水通路５６を流れる冷却水の温度が所定温度以上になると、サーモエレメント５７の熱膨張体が膨張してハウジング５８に対するプランジャ６３の突出量が増大してプランジャ６３がロッド部材６１を押圧する。ロッド部材６１は、プランジャ６３によって押圧されると、中心軸Ｏに沿って図８中、右方に移動する。

ロッド部材６１が図８中、右方に移動すると、ロッド部材６１の先端に取付けられた押圧部６１ｂがカム５２を押圧する。押圧部６１ｂがカム５２を押圧すると、コイルスプリング５３の付勢力に抗して軸部材５０が反時計回転方向に回転することにより、開閉バルブ４９が閉塞位置から開放位置に移動して絞り部１９ａを開放する。

一方、ケース５５のフランジ５５Ａおよびケース６２のフランジ６２Ａは、排気管部１９に形成されたブラケット１９ｂにボルト６６ａ、６６ｂによって締結されており（図３、図４参照）、ケース５５、６２は、ブラケット２４ｃを介して排気管部１９に取付けられている。

また、ケース５５のフランジ５５Ａおよびケース６２のフランジ６２Ａの一部分は、ボルト６６ｃによって直接締結されている。また、サーモエレメント５７は、支持部材６７によってケース５５、６２に取付けられている。

フランジ５５Ａは、第１の合わせ面としての合わせ面５５ａを備えているとともに、フランジ５５Ａに対向するフランジ６２Ａの対向面は、第２の合わせ面としての合わせ面６２ａを備えている。また、支持部材６７は、合わせ面５５ａ、６２ａに挟持されるようにしてフランジ５５Ａ、６２Ａにボルト６６ａ、６６ｂに締結される第１の支持部としての環状の支持部６７Ａを備えている。

また、支持部材６７は、サーモエレメント５７のハウジング５８を支持する第２の支持部としての環状の支持部６７Ｂを備えており、この支持部６７Ｂは、支持部６７Ａに対してサーモエレメント５７に向かって突出するように段差部６７Ｃを介して支持部６７Ａに連接されている。

段差部６７Ｃは、断面Ｌ字形状に折り曲げられて形成されており、ハウジング５８の中心軸Ｏと同方向に延在する環状部６７ａとハウジング５８の中心軸Ｏと垂直方向に延在する円板部６７ｂとを備えている。このため、支持部６７Ａと円板部６７ｂとは環状部６７ａを挟んで段差が形成されることになる。

また、支持部６７Ｂは、円板部６７ｂからハウジング５８の中心軸Ｏに沿って延在している。

次に、作用を説明する。
エンジン１の冷間始動時には、触媒５、６、エンジン１の冷却水の全てが低温（外気温程度）になっている。

この状態からエンジン１が始動されると、エンジン１の始動に伴いエンジン１からエキゾーストマニホールド２を経て排気管４に、排気ガスが排出されることになり、２つの触媒５、６が排気ガスにより昇温されることになる。
また、冷却水がラジエータ７を通らずにバイパス管１２を経てエンジン１に戻されることによって暖機運転が行われることになる。

エンジン１の冷間始動時には、例えば、冷却水の温度が低いため、開閉バルブ４９が閉じた状態となる。このため、排気管４から排気管部１９の排気通路２２に導入された排気ガスが連通孔２６を介して排熱回収管２４の受熱通路２５に導入される。

上流側配管１８Ａを流れる冷却水は、サーモアクチュエータ２１のケース５５の冷却水通路５６を通して冷却水管３６に導入される。このため、流通管２８、２９を流れる排気ガスによって冷却水管３６を流通する冷却水が昇温され、エンジン１の暖機が促される。
また、流通管２８、２９に導入された排気ガスは、連通孔２７を通して排気管部１９の排気通路２２に導入され、テールパイプ２３を介して外気に排出される。

流通管２８を流れる高温の排気ガスが熱電変換モジュール４１の受熱基板４２に作用し、冷却水管３６を流れる低温の冷却水が放熱基板４３に作用するため、受熱基板４２と放熱基板４３との温度差によって熱電変換モジュール４１が発電を行う。

また、エンジン１の暖機終了後には、エンジン１から導出管８に導入された冷却水の温度が高くなるため、サーモスタット１１が作動することでバイパス管１２と還流管９との連通が遮断されるので、エンジン１から導出管８を介して導出された冷却水がラジエータ７を介して還流管９に導出される。このため、エンジン１に低温の冷却水が供給され、エンジン１の冷却性能を高めることができる。

また、導出管８から上流側配管１８Ａに導入された冷却水の温度が所定温度に達すると、サーモエレメント５７の熱膨張体が膨張してロッド部材６１を図８中、右方に押圧し、押圧部６１ｂがカム５２を押圧する。

このとき、コイルスプリング５３の付勢力に抗して軸部材５０が反時計回転方向に回転することにより、開閉バルブ４９が閉塞位置から開放位置に移動して絞り部１９ａを開放する。このため、排気管４から排気管部１９に導入された排気ガスが排気通路２２を通してテールパイプ２３に排出され、テールパイプ２３を通して外気に排出される。ここで、所定温度は、暖機温度、または、暖気温度以上の温度でもよく、特に限定されるものではない。

また、本実施の形態のサーモアクチュエータ２１は、支持部材６７の支持部６７Ｂが、ケース５５の合わせ面５５ａおよびケース６２の合わせ面６２ａに挟持される支持部６７Ａに対してサーモエレメント５７に向かって突出するように段差部６７Ｃを介して支持部６７Ａに連接されている。このため、段差部６７Ｃによって支持部材６７の剛性を高くすることができる。

具体的には、図１１に示すように、支持部材７１が円板状に形成される場合には、支持部材７１の剛性が低下してしまう。この円板状の支持部材７１を有するサーモエレメントを用いた場合には、所定温度以上の冷却水によって熱膨張体が膨張し、プランジャ６３によってロッド部材６１が図８中、左方に移動されると、ロッド部材６１からサーモエレメント５７に加えられる反力によって支持部材７１が撓んでしまう。

これに対して、本実施の形態のサーモアクチュエータ２１は、段差部６７Ｃによって支持部材６７の剛性を高くすることができるため、コイルスプリング６４からロッド部材６１を介して支持部材６７に加えられる反力によって支持部材６７が撓んでしまうのを防止することができる。
したがって、サーモエレメント５７がロッド部材６１と反対方向に後退するのを防止することができ、サーモエレメント５７からロッド部材６１への伝達力を向上させることができる。

また、本実施の形態のサーモアクチュエータ２１は、支持部６７Ｂが支持部６７Ａに対してサーモエレメント５７に向かって突出しているため、図９に示すように、ケース５５、６２の合わせ面５５ａ、６２ａからサーモエレメント５７およびロッド部材６１の接触面、すなわち、プランジャ６３とロッド部材６１の接触面である着力点までの距離Ｌ２を短くすることができる。

具体的には、図１１に示すように、円板状の支持部材７１を用いた場合には、サーモエレメント５７の支持力を高くするために、支持部材７１によってハウジング５８の端部よりもハウジング５８の中心軸Ｏ方向内方を支持する必要がある。

このようにすると、ハウジング５８がガイド部材６０に対してロッド部材６１側に突出してしまい、ケース５５、６２の合わせ面５５ａ、６２ａからプランジャ６３とロッド部材６１の着力点までの距離Ｌ１が長くなる。

この結果、プランジャ６３とロッド部材６１との同軸性を確保し難く、プランジャ６３によりロッド部材６１が曲がって押し出されてしまい、サーモエレメント５７からロッド部材６１への伝達力が低下してしまう。

これに対して、本実施の形態のサーモエレメント５７は、支持部６７Ｂが支持部６７Ａに対してサーモエレメント５７に向かって突出しているため、ハウジング５８の端部よりも中心軸Ｏ方向の内方においてハウジング５８を支持部６７Ｂによって支持してサーモエレメントの支持力を向上させつつ、ケース５５、６２の合わせ面５５ａ、６２ａからプランジャ６３およびロッド部材６１の着力点までの距離Ｌ２を短くすることができる。

このため、サーモエレメント５７とロッド部材６１とをケース５５、６２にそれぞれ組み付けたときにサーモエレメント５７とロッド部材６１との同軸性を容易に確保することができる。したがって、プランジャ６３によりロッド部材６１が曲がって押し出されてしまうのを防止することができ、サーモエレメント５７からロッド部材６１への伝達力を向上させることができる。

また、図１１に示すように、平板状の支持部材７１によってサーモエレメント５７を保持した場合には、ガイド部材６０からのハウジング５８の突出量Ｌ３を多くすることができず、ハウジング５８と冷却水との接触面積が小さくなる。
これに対して、本実施の形態のサーモアクチュエータ２１は、支持部６７Ｂを段差部６７Ｃによって支持部６７Ａよりもサーモエレメント５７側に位置させることができるため、ガイド部材６０からのハウジング５８の突出量Ｌ４を冷却水側に多くすることができる。

このため、ハウジング５８と冷却水との接触面積を増大させることができ、サーモエレメント５７の熱膨張体の応答性を向上させることができる。すなわち、熱膨張体を膨張および収縮させるための冷却水の設定温度に応じて熱膨張体の膨張および収縮の応答性を向上させることができる。

したがって、サーモアクチュエータ２１によって開閉バルブ４９を冷却水温に応じた最適なタイミングで開閉することができ、冷却水温が低温である場合には、サーモアクチュエータ２１によって受熱通路２５に排気ガスを流通させる位置に開閉バルブ４９を切換えることができる。この結果、冷却水を排気ガスの熱によって昇温させることができるとともに、熱電変換モジュール４１によって発電を行うことができる。

また、冷却水温が高温である場合には、サーモアクチュエータ２１によって排気通路２２に排気ガスを流通させる位置に開閉バルブ４９を切換えることにより、排気ガスを排気通路２２に流すことができ、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行わないようにすることができる。この結果、冷却水が排気ガスの熱によって過度に昇温されるのを防止することができ、エンジン１の冷却性能が悪化してエンジン１がオーバーヒートすること等を防止することができる。

以上のように、本発明に係る排熱回収装置は、サーモエレメントからロッド部材への伝達力を向上させることができるとともに、サーモエレメントの応答性を向上させることができるという効果を有し、車両等に設けられ、冷却水の温度に応じて変位する熱膨張体を有するサーモアクチュエータ等として有用である。

１７…排熱回収装置、１９…排気管部（排気通路部）、２０…排熱回収器（受熱通路部）、２１…サーモアクチュエータ、３６…冷却水管、４１…熱電変換モジュール、４２…受熱基板（高温部）、４３…放熱基板（低温部）、４９…開閉バルブ、５５…ケース（第１のケース）、５５ａ…合わせ面（第１の合わせ面）、５７…サーモエレメント、５８…ハウジング、５９…Ｏリング（シール部材）、６０…ガイド部材（保持部材）、６１…ロッド部材、６２…ケース（第２のケース）、６２ａ…合わせ面（第２の合わせ面）、６３…プランジャ、６４…コイルスプリング（付勢部材）、６７…支持部材、６７Ａ…支持部（第１の支持部）、６７Ｂ…支持部（第２の支持部）、６７Ｃ…段差部

Claims (4)

1. 冷却水の温度に応じて膨張および収縮する熱膨張体を有するサーモエレメントと、
   前記サーモエレメントに対向して前記サーモエレメントの中心軸上に設けられ、前記熱膨張体の膨張および収縮に応じて前記中心軸に沿って移動するロッド部材と、
   前記ロッド部材を前記サーモエレメント側に付勢する付勢部材と、
   前記サーモエレメントを収容するとともに、内部に前記冷却水が流通する冷却水通路が形成される第１のケースと、
   前記第１のケースと前記サーモエレメントとの間に介装され、前記サーモエレメントの外周部をシールするシール部材を保持する保持部材と、
   前記第１のケースの第１の合わせ面に対向する第２の合わせ面を有し、前記ロッド部材および前記付勢部材を収容する第２のケースと、
   前記第１の合わせ面および前記第２の合わせ面に挟持されて前記第１のケースおよび前記第２のケースによって支持される第１の支持部および前記サーモエレメントを支持する第２の支持部を有する支持部材とを備え、
   前記支持部材の前記第２の支持部は、前記第１の支持部から前記サーモエレメントに向かって突出するように段差部を介して前記第１の支持部に連接されることを特徴とするサーモアクチュエータ。
2. 前記サーモエレメントは、前記熱膨張体を収容するハウジングと、前記ロッド部材に当接するように前記ハウジングに設けられ、前記熱膨張体の変位に応じて前記ハウジングからの突出量が可変されるプランジャとを有することを特徴とする請求項１に記載のサーモアクチュエータ。
3. 前記サーモアクチュエータが、排熱回収装置に搭載され、
   前記排熱回収装置は、排気ガスが流通する排気通路部および分岐位置で前記排気通路部から分岐され、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う受熱通路部と、前記分岐位置の下流に位置するように前記排気通路部に設けられ、排気ガスの流路を前記排気通路部および前記受熱通路部のいずれか一方に切換える開閉バルブとを含んで構成され、
   前記アクチュエータが、前記開閉バルブを駆動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーモアクチュエータ。
4. 前記受熱通路部は、排気ガスが流通する流通管と、冷却水が流通する冷却水管と、前記流通管に高温部が対向するとともに、前記冷却水管に低温部が対向し、前記高温部と前記低温部との温度差に応じて発電を行う熱電変換モジュールとを備えたことを特徴とする請求項３に記載の排熱回収装置。

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