(57)【要約】【課題】熱交換器の排気管への組付性を向上することができる排気熱回収装置を提供する。【解決手段】排気熱回収装置１０として、内部を循環する熱媒体を流入させるための流入口１４と、熱媒体を外部へ流出させるための流出口１６と、を含んで構成され、外部から流入した排気と内部を循環する熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器１２と、熱交換器１２を長手方向に沿って圧入可能に形成され、圧入された熱交換器１２の流入口１４及び流出口１６と対向する部分に開口部２２が形成された排気管２０と、排気管２０の外側から流入口１４に接続された流入側配管５４と、排気管２０の外側から流出口１６に接続された流出側配管５６と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を循環する熱媒体を流入させるための流入口と、前記熱媒体を外部へ流出させるための流出口と、を含んで構成され、外部から流入した排気と内部を循環する前記熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器を長手方向に沿って圧入可能に形成され、圧入された前記熱交換器の前記流入口及び前記流出口と対向する部分に開口部が形成された排気管と、
前記排気管の外側から前記流入口に接続された流入側配管と、
前記排気管の外側から前記流出口に接続された流出側配管と、
を備えた排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、外部から流入した排気と内部を循環する熱媒体の間で熱交換を行う熱交換器を備えた排気熱回収装置が開示されている。熱交換器は、熱交換器内部を循環する熱媒体を流入させる入口流路と、熱交換器外部に熱媒体を流出させる出口流路と、を含んで構成された熱媒体流路を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０１４３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
管構造を備えた排気熱回収装置は、熱交換器が排気管の内側に組付けられることにより構成される。このため、特許文献１に記載された排気熱回収装置のように入口流路と出口流路が熱交換器の外側に形成されている場合、入口流路と出口流路は、排気管を貫通させて排気管の外側へ露出させる必要がある。これにより、例えば、排気管を上下に分割し、熱交換器に組付けた上で分割した部分を接合する等の作業が必要となるため、熱交換器の排気管への組付性が低下する。以上のことから、排気熱回収装置の熱交換器の排気管への組付性の観点で改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮し、熱交換器の排気管への組付性を向上することができる排気熱回収装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の排気熱回収装置は、内部を循環する熱媒体を流入させるための流入口と、前記熱媒体を外部へ流出させるための流出口と、を含んで構成され、外部から流入した排気と内部を循環する前記熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器を長手方向に沿って圧入可能に形成され、圧入された前記熱交換器の前記流入口及び前記流出口と対向する部分に開口部が形成された排気管と、前記排気管の外側から前記流入口に接続された流入側配管と、前記排気管の外側から前記流出口に接続された流出側配管と、を備える。
【０００７】
請求項１に記載の排気熱回収装置によれば、排気管は、長手方向に沿って熱交換器を圧入可能に形成されている。また、排気管には、圧入された熱交換器の流入口及び流出口と対向する部分に開口部が形成されている。このため、排気管を分割することなく、熱交換器を排気管の内側に圧入することができる。さらに、流入側配管及び流出側配管を熱交換器に開口部を介して容易に組み付けることができる。これにより、熱交換器の排気管への組付性を向上することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明に係る排気熱回収装置は、熱交換器の排気管への組付性を向上することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る排気熱回収装置の斜視図である。
【図２】本実施形態に係る熱交換器の斜視図である。
【図３】図１に示される３−３線に沿って切断された排気熱回収装置の縦断面図である。
【図４】第１対比例に係る熱交換器の斜視図である。
【図５】第１対比例に係る排気熱回収装置に排気管を取り付けた状態を示す縦断面図である。
【図６】第２対比例に係る排気熱回収装置に熱媒体を流通するためのパイプを別体で取り付けた状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１〜図３を用いて、本発明に係る排気熱回収装置１０の実施形態の一例について説明する。なお、以下の図において、矢印ＦＲは装置前方側を示し、矢印ＵＰは装置上方側を示し、矢印Ｗは装置幅方向を示している。
【００１１】
図１に示されるように、排気熱回収装置１０は、例えば、車両のエンジン（図示省略）から排出された排気としての排気ガスを車両外側（大気側）へ排出するための管構造を有している。具体的には、外部から流入した排気と内部を循環する熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器１２と、熱交換器１２を長手方向に沿って圧入可能に形成された排気管２０と、を含んで構成されている。ここで、「圧入可能」とは、熱交換器１２単体又は外周部に保持材６０（図３参照）等が配置された熱交換器１２を排気管２０に圧力を加えて押し込むことが可能な状態を意味する。
【００１２】
排気管２０は、略筒状の管で形成されており、排気ガスは、排気管２０の内部を一方向へ流通する。排気ガスが流通するガス流通方向は、矢印Ｆ方向で示されている。排気管２０の外形は、角部分がＲ形状を有する矩形状に形成されている。
【００１３】
排気管２０の上方側には、排気管２０の内側へ圧入された熱交換器１２に形成された後述する流入口１４及び流出口１６と対向する部分に開口部２２が形成されている。これにより、流入口１４及び流出口１６は、排気管２０の外側へ向けて開放されている。
【００１４】
熱交換器１２は、排気管２０を流通する排気ガスと熱媒体との間で熱交換することで排気ガスの熱を回収し、排気ガスの熱を再利用する機能を有している。熱媒体としては、例えば、エンジンを冷却するための冷却水（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ：ＬＬＣ）が用いられる。このため、熱媒体は、排気ガスの温度より低い温度を有する物が用いられている。
【００１５】
外部から流入した排気と内部を循環する熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器１２は、図２及び図３に示されるように、熱交換器本体部３０と、流入口１４と、流出口１６と、を含んで構成されている。
【００１６】
図３に示されるように、熱交換器１２は、排気管２０の内側に設けられている。熱交換器１２の装置下方側を構成する熱交換器本体部３０は、排気管２０の外部から流入した排気ガスと内部を循環する熱媒体との間で熱交換を行う。このため、熱交換器本体部３０の内部には、熱媒体が循環する熱媒体流路３８と、排気ガスが流通する排気流路４０と、が形成されている。
【００１７】
熱交換器本体部３０の排気ガスが流入する側の側面には、外側が網目状に形成された（図２参照）流入側縦壁部４２が形成されている。流入側縦壁部４２の装置後方側には、熱交換器本体部３０の両側部間を熱交換器本体部３０の底部から上端部に亘って装置上下方向に延在された流入側仕切壁５０が形成されている。熱交換器本体部３０の排気ガスが流出する側の側面には、外側が網目状に形成された流出側縦壁部４４が形成されている。流出側縦壁部４４の装置前方側には、熱交換器本体部３０の両側部間を熱交換器本体部３０の底部から上端部に亘って装置上下方向に延在された流出側仕切壁５２が形成されている。また、熱交換器本体部３０には、流入側仕切壁５０と流出側仕切壁５２とを貫通し、排気管２０の長手方向に沿って延在された排気流路４０が、熱交換器本体部３０の装置上下方向に沿って複数形成されている。
【００１８】
排気流路４０は、上側壁部４０Ａと下側壁部４０Ｂを含んで構成された略筒形状の管の内側に形成されている。これにより、流入側仕切壁５０を装置水平方向に貫通する排気流路４０の排気導入部４６に流入された排気ガスは、熱交換器本体部３０内部を流通すると共に熱媒体流路３８を循環する熱媒体と熱交換を行い、流出側仕切壁５２を装置水平方向に貫通する排気流路４０の排気排出部４８から排出される。
【００１９】
熱交換器１２の上端には、装置上下方向を長手方向とする略円筒状の導入部１８が形成されている。導入部１８は、流入側導入部１８Ａと流出側導入部１８Ｂとが形成されており、流入側導入部１８Ａ及び流出側導入部１８Ｂの上端は、熱交換器１２の上面に配置された後述する保持材６０の上端よりも低い位置となるように形成されている。流入側導入部１８Ａの内側には、熱媒体を熱交換器１２の外部から流入させるための流入口１４が形成されている。また、流出側導入部１８Ｂの内側には、熱媒体を熱交換器１２の外部へ流出させるための流出口１６が形成されている。流入口１４及び流出口１６は、内周部が平面視で略円形状に形成されている。
【００２０】
熱交換器本体部３０の内部には、熱交換器１２の外部から流入した熱媒体を流入口１４から流出口１６へ向けて循環させるための熱媒体流路３８が形成されている。熱交換器本体部３０の内部の排気流路４０と熱媒体流路３８との境目において、流入口１４から流入され、熱媒体流路３８を循環する熱媒体と排気管２０の外部から排気流路４０へ流入された排気ガスとの熱交換が行なわれる。熱媒体流路３８を循環した熱媒体は、流出口１６から熱交換器１２の外部へ流出される。
【００２１】
また、熱交換器１２を構成する熱交換器本体部３０並びに流入側導入部１８Ａ及び流出側導入部１８Ｂは、例えば、炭化珪素を原料とする多孔体セラミックにより構成されている。炭化珪素は、高硬度であり、耐熱性及び耐摩耗性を有している。
【００２２】
なお、ここでは、熱交換器１２は、炭化珪素を原料とする多孔体セラミックにより構成されているとして説明したが、これに限らず、炭化珪素以外を原料とするセラミックが用いられてもよい。
【００２３】
流入口１４には、装置上下方向を長手方向とし、円筒状に形成された金属製の流入側配管５４が接続されている。流入側配管５４の下端部は、流入口１４に装置上方側から挿入されている。熱媒体は、流入側配管５４を介して排気管２０の外部から熱交換器１２の内部へ流入されている。
【００２４】
流入口１４の内周面には、弾性を有する樹脂製の流入側Ｏリング３４が配置されている。流入側Ｏリング３４は、流入口１４に挿入された流入側配管５４の下端部と流入口１４の内周面との間をシールしている。
【００２５】
流出口１６には、装置上下方向を長手方向とし、円筒状に形成された金属製の流出側配管５６が接続されている。流出側配管５６の下端部は、流出口１６に装置上方側から挿入されている。熱媒体は、流出側配管５６を介して熱交換器１２の内部から排気管２０の外部へ流出されている。
【００２６】
流出口１６の内周面には、弾性を有する樹脂製の流出側Ｏリング３６が配置されている。流出側Ｏリング３６は、流出口１６に挿入された流出側配管５６の下端部と流出口１６の内周面との間をシールしている。
【００２７】
図１に示されるように流入側縦壁部４２と流出側縦壁部４４の外周には、排気管２０の内周に沿って保持材６０が配置されている。このため、保持材６０は、角部分がＲ状を有する略枠状に形成されている。保持材６０は、例えば、セラミックシート又は膨張黒鉛シートにより形成され、弾性を有している。
【００２８】
図３に示されるように熱交換器１２の上面、下面及び側面には、排気管２０の内周部に沿って保持材６０が配置されている。熱交換器１２は、予め保持材６０が熱交換器１２の上面、下面及び側面に配置された状態で排気管２０に圧入されている。これにより、熱交換器１２は、排気管２０の内周部と直接接触することなく保持材６０に保持されている。
【００２９】
また、保持材６０が排気管２０と熱交換器１２との間に挟まれることにより、排気管２０と熱交換器１２との間がシールされる。このため、保持材６０は、排気管２０と熱交換器１２との間への排気ガスの進入を抑制するガスシールとしての機能を有する。
【００３０】
さらに、保持材６０は、弾性を有しており、排気管２０から熱交換器１２への衝撃荷重や振動を緩和することができる。このため、保持材６０は、排気管２０と熱交換器１２との間で衝撃荷重や振動を緩和する緩衝材としての機能を有する。
【００３１】
なお、ここでは、熱交換器１２は、予め保持材６０が熱交換器１２の上面、下面及び側面に配置された状態で排気管２０に圧入されているとして説明したが、これに限らず、熱交換器は、予め保持材が排気管の内周面に配置された状態で排気管に圧入されてもよい。
【００３２】
（作用並びに効果）
次に、対比例との比較を通じて本実施形態の作用並びに効果について説明する。なお、前述した本実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００３３】
図４には、第１対比例に係る排気熱回収装置１１０の装置上方側から見た斜視図が示されている。対比例に係る排気熱回収装置１１０によれば、熱交換器１１２の上面には、装置上方側へ向けて延出された熱媒体流入部１１４と熱媒体流出部１１６が、熱交換器１１２と一体で形成されている。熱媒体流入部１１４と熱媒体流出部１１６は、装置上下方向を長手方向とする略円筒状に形成されている。
【００３４】
図５に示されるように、装置上方側へ向けて延出された熱媒体流入部１１４と熱媒体流出部１１６が一体で設けられた熱交換器１１２を排気管１２０に圧入することは困難である。そこで、熱交換器１１２を排気管１２０の内側に組付けるためには、例えば、排気管１２０を上下に分割した上で表面に保持材１６０が配置された熱交換器１１２へ組み付ける事が考えられる。この場合、分割した排気管１２０の上方側１２０Ａを装置上方側から熱交換器１１２へ組付け、装置下方側から熱交換器１１２へ組付けた排気管１２０の下方側１２０Ｂと組付けた排気管１２０の上方側１２０Ａとを溶接又はボルト締結する必要が生じる。このため、熱交換器１１２の排気管１２０への組付性が低下する。
【００３５】
また、図５に示されるように、排気管１２０の装置上方側には、熱交換器１１２の内部へ熱媒体を流入させるための流入側配管１５４と熱交換器１１２の内部から熱媒体を流出させるための流出側配管１５６が、排気管１２０と一体で形成されている。流入側配管１５４と流出側配管１５６は、熱媒体流入部１１４と熱媒体流出部１１６の外径よりも大きな内径を有する略円筒状に形成され、排気管１２０の装置上方側において装置上方側へ向けて延出されている。流入側配管１５４と流出側配管１５６が装置上方側に一体で形成されている排気管１２０は、流入側配管１５４と流出側配管１５６の２箇所において熱交換器１１２との位置合わせが必要となる。このため、熱交換器１１２の排気管１２０への組付性が低下する。
【００３６】
第１対比例に係る排気熱回収装置１１０によれば、熱媒体流入部１１４の外周部には、Ｏリング１３０が取り付けられ、熱媒体流入部１１４と流入側配管１５４との間がシールされている。また、熱媒体流出部１１６の外周部には、Ｏリング１３０が取り付けられ、熱媒体流出部１１６と流出側配管１５６との間がシールされている。
【００３７】
排気管１２０に衝撃荷重や振動が発生した場合、衝撃荷重や振動は、流入側配管１５４と流出側配管１５６に当接するＯリング１３０を介して熱媒体流入部１１４と熱媒体流出部１１６へ直接伝達される。このため、衝撃荷重や振動が直接伝達されない場合と比べてＯリング１３０の劣化を早める可能性がある。
【００３８】
図６に示されるように、第２対比例に係る排気熱回収装置２１０によれば、流入側配管２５４と流出側配管２５６は、排気管２２０への衝撃荷重や振動によるＯリング１３０の劣化を抑制するために、排気管２２０とは別体で設けられている。熱媒体流入部２１４は、装置上方側が縮径され、流入側配管２５４に挿入されている。また、熱媒体流出部２１６に流出側配管２５６が挿入されている。
【００３９】
熱媒体流入部２１４が挿入された流入側配管２５４に曲げモーメントが作用した場合、熱媒体流入部２１４にはＯリング１３０を介して曲げモーメントが作用する。このため、熱媒体流入部２１４が十分に曲げ強度を備えていない場合は、熱媒体流入部２１４が折損する可能性がある。同様に、熱媒体流出部２１６に挿入された流出側配管２５６に曲げモーメントが作用した場合、熱媒体流出部２１６にはＯリング１３０を介して曲げモーメントが作用する。このため、熱媒体流出部２１６が十分に曲げ強度を備えていない場合は、熱媒体流出部２１６が折損する可能性がある。そこで、熱媒体流入部２１４と熱媒体流出部２１６の曲げ強度を確保するために、熱媒体流入部２１４と熱媒体流出部２１６の肉厚を増加した場合は、熱媒体流入部２１４と熱媒体流出部２１６の重量増加による熱交換器２１２の重量増加を招く。
【００４０】
これに対して、本実施形態に係る排気熱回収装置１０によれば、排気管２０は、長手方向に沿って熱交換器１２を圧入可能に形成されている。また、排気管２０には、圧入された熱交換器１２の流入口１４及び流出口１６と対向する部分に開口部２２が形成されている。このため、排気管２０を分割することなく、熱交換器１２を排気管２０の内側に圧入することができる。さらに、流入側配管５４及び流出側配管５６を熱交換器１２に開口部２２を介して容易に組み付けることができる。これにより、熱交換器１２と流入側配管５４及び流出側配管５６の排気管２０への組付性を向上することができる。
【００４１】
また、本実施形態に係る排気熱回収装置１０によれば、分割した排気管２０を溶接により接合する又はボルト締結する必要がない。このため、熱交換器１２を排気管２０へ組付ける際の作業工数の増加及び部品点数の増加を抑制することができる。これにより、作業工数の増加及び部品点数の増加を抑制した上で、熱交換器１２と流入側配管５４及び流出側配管５６の排気管２０への組付性を向上することができる。また、部品点数の増加を抑制することにより、排気熱回収装置１０の重量増加を抑制することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に係る排気熱回収装置１０は、熱交換器１２の排気管２０への組付性を向上することができる。
【００４３】
さらに、本実施形態に係る排気熱回収装置１０によれば、流入側配管５４は、流入側Ｏリング３４が内周面に配置された流入口１４に挿入するだけで組付けることができる。また、流出側配管５６は、流出側Ｏリング３６が内周面に配置された流出口１６に挿入するだけで組付けることができる。このため、流入側配管５４の外径と流入口１４の内径との寸法調整や流出側配管５６の外径と流出口１６の内径との寸法調整を厳密にする必要がない。これにより、流入側配管５４と流出側配管５６を簡易に熱交換器１２に組付けることができる。
【００４４】
また、本実施形態に係る排気熱回収装置１０によれば、流入側導入部１８Ａ及び流出側導入部１８Ｂの上端は、熱交換器１２の上面に配置された保持材６０の上端よりも低い位置となるように形成されている。このため、流入口１４に挿入された流入側配管５４に外部から曲げモーメントが作用しても、長手方向の長さの短い流入側導入部１８Ａに発生する曲げモーメントを抑制することができる。また、流出口１６に挿入された流出側配管５６に外部から曲げモーメントが作用しても、長手方向の長さの短い流入側導入部１８Ａに発生する曲げモーメントを抑制することができる。これにより、熱交換器１２の流入口１４及び流出口１６の強度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０   排気熱回収装置
１２   熱交換器
１４   流入口
１６   流出口
２０   排気管
２２   開口部
５４   流入側配管
５６   流出側配管
【図１】
2020045846.tif 000003
【図２】
2020045846.tif 000004
【図３】
2020045846.tif 000005
【図４】
2020045846.tif 000006
【図５】
2020045846.tif 000007
【図６】
2020045846.tif 000008