JP6661569B2 - 排熱回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガスの熱により熱交換を行う排熱回収装置に関する。

車両の走行中にエンジンで発生する排気ガスの熱により冷却水を温める、排熱回収装置が知られている。排熱回収装置として、例えば、特許文献１に開示される技術がある。

図６（ａ）〜（ｃ）を参照する。図６（ａ）〜（ｃ）は、特許文献１の図３（ａ），図８，図３(ｂ)，を再掲して符号を振り直したものである。

図６（ａ）を参照する。排熱回収装置１００は、エンジンから排出された排気ガスが導入される導入部１０１と、この導入部１０１に接続され排気ガス及び冷却水の熱交換を行う熱交換器１０２が設けられた熱交換路１０３と、導入部１０１に接続され熱交換路１０３を迂回して排気ガスを流すことのできるバイパス路１０４と、このバイパス路１０４の下流側の端部である第１の端部１０４ａを収容しているバルブ室１０５と、このバルブ室１０５内に設けられバイパス路１０４を開閉可能な第１のバルブ１０６と、熱交換路１０３又はバイパス路１０４を通過した排気ガスが排出される排出部１０７と、を有する。

熱交換路１０３は、熱交換器１０２の下流側の端部に取付けられる延出部１０３ａと、この延出部１０３ａを通過した排気ガスを上流側に誘導する誘導部１０３ｂと、を有する。誘導部１０３ｂは、バルブ室１０５の内部に設けられており（図６（ｃ）参照）、下流側の端部には丸穴１０３ｃ（第２の端部１０３ｃ）が空けられている。

排熱回収装置１００の動作について説明する。第１のバルブ１０６が閉じた状態において、導入部１０１から導入された排気ガスは、熱交換路１０３に流れ込み、熱交換器１０２及び延出部１０３ａを通過する。延出部１０３ａを通過した排気ガスは、誘導部１０３ｂに誘導され上流側に流れ、丸穴１０３ｃを通過してバルブ室１０５に流れ込む。バルブ室１０５に流れ込んだ排気ガスは、再び下流側に流れ、排出部１０７から排出される。

図６（ｂ）を参照する。冷却水が所定の温度に達すると、第１のバルブ１０６は、上方に向かってスイングし（矢印（１）参照）、第１の端部１０４ａは開放される。丸穴１０３ｃは、第１のバルブ１０６の下流側の面に取付けられた第２のバルブ１０８によって塞がれる。熱交換路１０３の出口となる丸穴１０３ｃが塞がれるため、排気ガスは、バイパス路１０４を流れて、排出部１０７から排出される（矢印（２）参照）。

特開２０１１−２３１７１４号公報

ところで、上記の通り、排気ガスがバイパス路１０４を流れるときには、排気ガスが熱交換路１０３を流れないようにするために、丸穴１０３ｃが第２のバルブ１０８で塞がれる。

図６（ａ）を参照する。第２のバルブ１０８は、第１のバルブ１０６に取付けられている。そのため、第２のバルブ１０８に塞がれる丸穴１０３ｃは、第１のバルブ１０６近傍に位置しなければならない。結果、丸穴１０３ｃが空けられる誘導部１０３ｂは、延出部１０３ａから第１のバルブ１０６近傍に亘って設ける必要があり、誘導部１０３ｂはバルブ室内で所定の領域を占める。

丸穴１０３ｃ（熱交換路１０３の下流側の端部）を塞がずとも、不要時には熱交換を抑制できる排熱回収装置の構成があれば望ましい。

本発明は、排気ガスがバイパス路を流れる時に、熱交換路の下流側の端部を塞がずに熱交換を抑制できる排熱回収装置の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、排気ガス及び冷却水の熱交換を行う熱交換器が設けられた熱交換路と、この熱交換路を迂回して前記排気ガスを流すことのできるバイパス路と、このバイパス路の下流側の端部である第１の端部を収容していると共に前記熱交換路の下流側の端部である第２の端部から排出された排気ガスが流されるバルブ室と、このバルブ室内に設けられ前記バイパス路を開閉可能なバルブと、を有する排熱回収装置において、
前記第２の端部は、前記バイパス路を流れる前記排気ガスの流れ方向を基準として、前記バルブ室の前記第１の端部よりも上流側に位置し、前記バルブ室は、平面状を呈する壁面部を有し、前記バイパス路は、前記壁面部のみに取付けられて前記排気ガスを前記第１の端部よりも上流側まで誘導する誘導部を備えることを特徴とする排熱回収装置が提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記誘導部は、前記壁面部の室内側の面に取付けられる。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記誘導部は、前記壁面部の室外側の面に取付けられる。

請求項１に係る発明では、バルブ室は、バイパス路の下流側の端部である第１の端部を収容している。加えて、熱交換路の下流側の端部である第２の端部は、バイパス路を流れる排気ガスの流れ方向を基準として、バルブ室の第１の端部よりも上流側に位置する。

仮に、第２の端部が、第１の端部よりも下流側に位置する場合、第２の端部は、第１の端部から排出された排気ガスの流れに面する。そのため、第２の端部近傍のガスは、第１の端部から排出された排気ガスに引き込まれやすくなる。即ち、排気ガスがバイパス路を流れる時に、排気ガスは熱交換路も流れ、熱交換が行われてしまう。

一方、第２の端部が第１の端部よりも上流側に位置すれば、第２の端部は、排気ガスの流れに面せず、引き込まれにくくなる。即ち、熱交換路の下流側の端部である第２の端部を塞ぐことなく、排気ガスが熱交換路を流れることを抑制できる。

加えて、バルブ室は、平面状を呈する壁面部を有し、バイパス路は、壁面部のみに取付けられて排気ガスを第１の端部よりも上流側まで誘導する誘導部を備える。複数の壁面部に対して誘導部が取り付けられる場合と比較すると、誘導部の形成、及び、その取付けは、容易となる。簡素な構成で、排気ガスを第１の端部よりも上流側まで誘導できる。

請求項２に係る発明では、誘導部は、壁面部の室内側の面に取付けられる。そのため、バルブ室が大型化することなく、誘導部を取り付けることができる。

請求項３に係る発明では、誘導部は、壁面部の室外側の面に取付けられる。そのため、室内側の面に取り付ける場合と比較すると、誘導部の取付作業が容易となる。

本発明の実施例１による排熱回収装置の斜視図である。 図１の２−２線断面図である。 図１に示された排熱回収装置の誘導部の斜視図である。 図１に示された排熱回収装置の作用図である。 本発明の実施例２による排熱回収装置を説明する図である。 従来技術による排熱回収装置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、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｌは左、Ｒは右、Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。

図１を参照する。図１には、例えば、４輪車に搭載される排熱回収装置１０が示されている。この排熱回収装置１０は、エンジンで発生する排気ガスの熱により冷却水を温める。

排熱回収装置１０は、エンジンから排出された排気ガスが導入される導入部１１と、この導入部１１から導入された排気ガス及び冷却水の熱交換を行う熱交換器２０が設けられた熱交換路１２と、熱交換器２０に冷却水を導入する第１の配管１３と、熱交換器２０から冷却水を排出する第２の配管１４と、この第２の配管１４に接続され冷却水の温度に応じて作動するサーモアクチュエータ１５と、第２の配管１４から冷却水を排出する第３の配管１６と、熱交換路１２を迂回して排気ガスを流すことのできるバイパス管１７（バイパス路１７）と、このバイパス管１７及び熱交換路１２が接続するバルブ室３０と、このバルブ室３０に接続され、バイパス管１７又は熱交換路１２を通過した排気ガスが排出される排出部１８と、からなる。

図２を参照する。導入部１１は、熱交換器２０及びバイパス管１７が接続する本体部２８と、この本体部２８に被せられる蓋部２９と、からなる。蓋部２９には、排気ガスが導入される導入口２９ａが形成されている。本体部２８には、熱交換路１２に接続する第１の出口２８ａと、バイパス路１７に接続する第２の出口２８ｂと、が形成されている。

熱交換路１２は、熱交換器２０と、この熱交換器２０の後端に接続される接続部２１と、この接続部２１とバルブ室３０を繋ぐ接続管２２と、この接続管２２を通過した排気ガスをバルブ室３０の内部で誘導する誘導部４０と、からなる。誘導部４０の詳細については後述する。

熱交換器２０は、内部にフィンを備えた５つのフィンケース２４〜２４と、これらのフィンケース２４〜２４を収容する筒部２５と、この筒部２５の前端に差し込まれると共にフィンケース２４〜２４の前端を支持する前支持部２６と、この筒部２５の後端に差し込まれると共にフィンケース２４の後端を支持する後支持部２７と、からなる。

図１，図２を参照する。バルブ室３０は、底部３１と、この底部３１の左端（熱交換路１２側）から上方に延びる左壁部３２と、この底部３１の右端から上方に延びる右壁部３３と、左壁部３２部及び右壁部３３の上端を繋ぐ上壁部３４と、底部３１の前端から上方に延びる前壁部３５と、からなる。前壁部３５は、バイパス管１７が差し込まれる差込穴３６が空けられている。バルブ室３０の後部は、開口している。

バルブ室３０内には、バイパス路１７を開閉可能なバルブ３７が設けられている。さらに、バルブ室３０は、バイパス路１７の下流側の端部である拡径部１７ａ(第１の端部１７ａ）を収容している。

次に、誘導部４０について説明する。

図２，図３を参照する。バルブ室３０の左壁部３２には、接続管２２を通過した排気ガスをバルブ室３０内に導入する入口穴５１が空けられている。この入口穴５１は、上下に延びてトラック形状を呈する。左壁部３２の室内側の面となる室内面部５２には、入口穴５１を介してバルブ室３０内に導入された排気ガスを誘導する誘導部４０が取付けられている。

誘導部４０は、室内面部５２に沿って前後方向に延びる平面部４１と、この平面部４１の下端から室内面部５２に向かって延びる下面部４２と、平面部４１の上端から室内面部５２に向かって延びる上面部４３と、平面部４１の後端から室内面部５２に向かって延びる後面部４４と、からなる。

誘導部４０の前端部４５は、熱交換路１２の下流側の端部（第２の端部４５）となる。前端部４５は、バイパス路１７を流れる排気ガスの流れ方向を基準として、拡径部１７ａ（第１の端部１７ａ）よりも上流側に位置する。前端部４５は、バイパス路１７を流れる排気ガスの流れ方向を基準として、上流側に向かって開口している。

なお、バルブ室３０の左壁部３２と、この左側壁部３２に取付けられる誘導部４０の構成は、本実施例に限られない。例えば、左壁部３２の一部を室外側に凹ませ、この凹ませた部位を塞ぐように平板を取付けても良い。凹ませた部位には、接続管２２と接続する穴を空ける。平板には、排気ガスをバルブ室３０内に導入するための穴を空ける。この穴は、バイパス路１７を流れる排気ガスの流れ方向を基準として、拡径部１７ａ（第１の端部１７ａ）よりも上流側に位置する。穴の形状は、本実施例に限らず、適宜変更することができる。さらに、穴の個数も適宜変更することができる。

次に、排熱回収装置１０の動作について説明する。

冷却水が所定の温度未満の場合、拡径部１７ａはバルブ３７により塞がれている。そのため、導入部１１に導入された排気ガスは、第１の出口２８ａを通過して熱交換器２０に流れ込む。熱交換器２０を通過した排気ガスは、接続管２２、誘導部４０を通過してバルブ室３０内に排出される。

熱交換器２０の内部には、冷却水が第１の配管１３を通過して流れ込む。熱交換器２０に流れ込んだ排気ガスの熱は、フィンケース２４を介して冷却水に伝わり、冷却水は温められる。温められた冷却水は第２の配管１４を通過して、サーモアクチュエータ１５を温め、第３の配管１６から排出される。

冷却水が所定の温度に達すると、サーモアクチュエータ１５に充填されているワックスが膨張し、ロッド１９を後方へ進出させる。進出したロッド１９は、クランク機構２３を介して、バルブ３７を回転させる。バルブ３７が開くと、バイパス管１７は開放され、排気ガスは、バイパス管１７を通過する。

その後、再び冷却水が所定の温度を下回ると、サーモアクチュエータ１５のワックスが収縮する。サーモアクチュエータ１５に収納されている戻しばねの付勢力により、ロッド１９は前方に移動する。ロッド１９はバルブ３７を逆回転させ、拡径部１７ａは塞がれる。排気ガスは、再び、熱交換器２０の内部を流れるようになり、排気ガスから冷却水への熱の移動が再開される。

次に、本発明の効果について説明する。

図４（ａ）を参照する。比較例では、誘導部４０は取付けられておらず、熱交換路１２の下流側の端部は、接続管２２の端部２２ａとなる。端部２２ａは、拡径部１７ａよりも下流側に位置し、拡径部１７ａから排出された排気ガスの流れに面する。そのため、端部２２ａ近傍のガスは、拡径部１７ａから排出された排気ガスに引き込まれやすくなる。即ち、排気ガスがバイパス路１７を流れる時に、排気ガスは熱交換路１２（図２参照）も流れ、熱交換が行われてしまう。

図４（ｂ）を参照する。実施例では、バルブ室３０は、バイパス路１７の下流側の端部である拡径部１７ａ（第１の端部１７ａ）を収容している。加えて、誘導部４０の前端部４５（第２の端部４５）は、バイパス路１７を流れる排気ガスの流れ方向を基準として、バルブ室３０の拡径部１７ａよりも上流側に位置する。そのため、前端部４５は排気ガスの流れに面せず、排気ガスは引き込まれにくくなる。即ち、熱交換路１２の下流側の端部である前端部４５を塞ぐことなく、排気ガスが熱交換路１２を流れることを抑制できる。

加えて、誘導部４０は、平面状を呈する左壁部３２のみに取付けられている。例えば、左壁部３２及び上壁部３４（図１参照）の２つの面に対して誘導部４０が取り付けられる場合と比較すると、誘導部４０の形成、及び、その取付けは、容易となる。簡素な構成で、排気ガスを拡径部１７ａよりも上流側まで誘導できる。

加えて、誘導部４０は、左壁部３２の室内面部５２に取付けられる。そのため、バルブ室３０が大型化することなく、誘導部４０を取り付けることができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２による排熱回収装置１０Ａでは、バルブ室３０Ａ、誘導部６０が異なる。その他の構成については、実施例１の排熱回収装置１０と同様であり、符号を流用すると共に説明を省略する。

バルブ室３０Ａの左壁部３２Ａには、入口穴５１Ａが空けられている。入口穴５１Ａは、バイパス路１７を流れる排気ガスの流れ方向を基準として、拡径部１７ａよりも上流側に位置する。誘導部６０は、左壁部３２Ａの室外側の面となる室外面部５３に取付けられている。

誘導部６０は、室外面部５３に沿って前後方向に延びる平面部６１と、この平面部６１の下端から室外面部５３に向かって延びる下面部６２と、平面部６１の上端から室外面部５３に向かって延びる上面部６３と、平面部６１の後端から室外面部５３に向かって延びる後面部６４と、平面部６１の前端から室外面部５３に向かって延びる前面部６５と、からなる。平面部６１には、接続管２２の端部２２ａが接続する接続穴６６が空けられている。実施例２では、入口穴５１Ａが熱交換路１２Ａの下流側の端部といえる。

なお、バルブ室３０Ａの左壁部３２Ａと、この左壁部３２Ａに取付けられる誘導部６０の構成は、本実施例に限られない。例えば、左壁部３２Ａの一部を室内側に凹ませ、この凹ませた部位を塞ぐように平板を取付けても良い。平板には、接続管２２と接続する穴を空ける。凹ませた部位には、排気ガスをバルブ室３０内に導入するための穴を空ける。この穴は、バイパス路１７を流れる排気ガスの流れ方向を基準として、拡径部１７ａ（第１の端部１７ａ）よりも上流側に位置する。穴の形状は、本実施例に限らず、接続管２２の端部２２ａに合わせるように、適宜変更することができる。さらに、穴の個数も適宜変更することができる。

排熱回収装置１０Ａにおいても、本発明所定の効果を得ることができる。さらに、排熱回収装置１０Ａによれば、上記の構成により、以下の特有の効果を得ることができる。

誘導部６０は、左壁部３２の室外面部５３に取付けられる。そのため、室内面部５２に誘導部４０を取り付ける場合（実施例１）と比較すると、誘導部６０の取付作業が容易となる。

尚、本発明の排熱回収装置は、実施の形態では四輪車に適用したが、車両全般に適用可能であり、さらに車両以外の用途に用いることも差し支えない。即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明の排熱回収装置は、四輪車に好適である。

１０‥排熱回収装置
１２‥熱交換路
１７‥バイパス管（バイパス路）
１７ａ‥拡径部(第１の端部）
２０‥熱交換器
３０‥バルブ室
３２‥左壁部
４０‥誘導部
４１‥平面部
４２‥下面部
４３‥上面部
４４‥後面部
４５‥前端部（第２の端部）
５１‥入口穴
５２‥室内面部
５３‥室外面部
６０‥誘導部
６１‥平面部
６２‥下面部
６３‥上面部
６４‥後面部
６５‥前面部
６６…接続穴

Claims (3)

1. 排気ガス及び冷却水の熱交換を行う熱交換器が設けられた熱交換路と、この熱交換路を迂回して前記排気ガスを流すことのできるバイパス路と、このバイパス路の下流側の端部である第１の端部を収容していると共に前記熱交換路の下流側の端部である第２の端部から排出された排気ガスが流されるバルブ室と、このバルブ室内に設けられ前記バイパス路を開閉可能なバルブと、を有する排熱回収装置において、
   前記第２の端部は、前記バイパス路を流れる前記排気ガスの流れ方向を基準として、前記バルブ室の前記第１の端部よりも上流側に位置し、
   前記バルブ室は、平面状を呈する壁面部を有し、
   前記バイパス路は、前記壁面部のみに取付けられて前記排気ガスを前記第１の端部よりも上流側まで誘導する誘導部を備えることを特徴とする排熱回収装置。
2. 前記誘導部は、前記壁面部の室内側の面に取付けられることを特徴とする請求項１記載の排熱回収装置。
3. 前記誘導部は、前記壁面部の室外側の面に取付けられ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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