(57)【要約】【課題】熱交換効率を格段に高められると共に、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出でき、車両内での設置場所の自由度を高められる。【解決手段】第１流体が流通する基体２と、第１流体の流れ方向に対して角度を付けて延設され且つ扁平面が前記第１流体の流れ方向に沿うように設けられ、第１流体と熱交換する第２流体が流通する扁平流通管５ｍ、５ｎを備え、第１流体の流れ方向の上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群が、それぞれ扁平流通管５ｍ、５ｎを第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて複数並置され、下流側の扁平流通管５ｎにおける第１流体の流れ方向の上流側の端部５１ｎが、上流側の扁平流通管５ｍと流れ方向に重ならないように設けられると共に、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群との間をＵターンするようにして第２流体が流通する流路が構成される自動車用排熱回収装置１。【選択図】図６
2020023881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が流通する基体と、
前記第１流体の流れ方向に対して角度を付けて延設され且つ扁平面が前記第１流体の流れ方向に沿うように設けられ、前記第１流体と熱交換する第２流体が流通する扁平流通管を備え、
前記第１流体の流れ方向の上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群が、それぞれ前記扁平流通管を前記第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて複数並置して構成され、
前記下流側の扁平流通管群の前記扁平流通管における前記第１流体の流れ方向の上流側の端部が、前記上流側の扁平流通管群の前記扁平流通管と前記第１流体の流れ方向に対して重ならないように設けられると共に、
前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群との間をＵターンするようにして前記第２流体が流通する流路が構成されていることを特徴とする自動車用排熱回収装置。
【請求項２】
前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が同一の伝熱フィンに一括して挿通されると共に、
前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が延びる管路方向に間隔を開けて複数の伝熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項１記載の自動車用排熱回収装置。
【請求項３】
前記上流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の一端開口が開放される第１区画部と、
前記下流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の一端開口が開放され、前記第１区画部と区画される第２区画部を備え、
前記第１区画部と前記第２区画部のいずれか一方に前記第２流体が外部から導入され、他方から前記第２流体が外部に導出されると共に、
前記上流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の他端開口と前記下流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の他端開口が開放されるＵターン区画部が設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の自動車用排熱回収装置。
【請求項４】
前記基体が一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成され、
一方の前記半体の貫通穴と他方の前記半体の貫通穴に、各々の前記扁平流通管の両端部がそれぞれ嵌合されて溶接されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の自動車用排熱回収装置。
【請求項５】
前記基体が一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成され、
一方の前記半体の合わせ部分に設けられている嵌合部が、他方の前記半体の合わせ部分に設けられている被嵌合部に嵌合されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の自動車用排熱回収装置。
【請求項６】
流体導入部、流体導出部、前記流体導入部と前記流体導出部との間の膨出部を有し、一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成されている前記基体と、
前記基体を流通する前記第１流体の流れ方向に延設され、前記膨出部の内部を熱交換路と迂回路に略区分するセパレータと、
前記基体を流通する前記第１流体の流れを前記熱交換路と前記迂回路のいずれかに規制するように切替可能な傾動バルブを備え、
前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が、前記熱交換路を流通する前記第１流体が周囲を流れるように設けられることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の自動車用排熱回収装置。
【請求項７】
前記セパレータと前記傾動バルブと前記扁平流通管が、前記半体の相互間に架設されていることを特徴とする請求項６記載の自動車用排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の内燃機関の排気等の排熱を回収して利用する排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の内燃機関で発生した排気の排熱で冷却水を加温し、排熱を回収する装置が知られている。例えば特許文献１には、内燃機関で発生した排気が導入される排ガス導入部と、排ガス導入部の下流側上部に接続される熱回収路と、熱回収路の下方に設けられ排ガス導入部の下流側下部に接続される迂回路と、迂回路の上面に載置され熱回収路から送られる排気で冷却水を温める熱回収器と、迂回路及び熱回収路の上流又は下流に回動可能に設けられて迂回路又は熱回収路のどちらかを閉じて排気の流れを規制するバルブを備える自動車用排熱回収装置が開示されている。この排熱回収装置の熱回収器には、コアケース内に排気ガスが通される扁平管状のヒートプレートが複数設けられ、ヒートプレートに流れる排気ガスの熱でコアケース内を流れる冷却水を温めるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−３１７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、自動車用排熱回収装置には、熱交換効率をより高めることができる要望に加え、車両内での設置場所の状態に応じて、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出できる構造も求められている。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、熱交換効率を格段に高めることができると共に、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出することができ、車両内での設置場所の自由度を高めることができる自動車用排熱回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の自動車用排熱回収装置は、第１流体が流通する基体と、前記第１流体の流れ方向に対して角度を付けて延設され且つ扁平面が前記第１流体の流れ方向に沿うように設けられ、前記第１流体と熱交換する第２流体が流通する扁平流通管を備え、前記第１流体の流れ方向の上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群が、それぞれ前記扁平流通管を前記第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて複数並置して構成され、前記下流側の扁平流通管群の前記扁平流通管における前記第１流体の流れ方向の上流側の端部が、前記上流側の扁平流通管群の前記扁平流通管と前記第１流体の流れ方向に対して重ならないように設けられると共に、前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群との間をＵターンするようにして前記第２流体が流通する流路が構成されていることを特徴とする。
これによれば、扁平流通管の扁平面を第１流体の流れ方向に沿わせ、複数の扁平流通管を間隔を開けて並置することにより、熱交換面積を増加させることができる。更に、下流側の扁平流通管における第１流体の流れ方向の上流側の端部を上流側の扁平流通管と重ならないようすることで、下流側の扁平流通管に第２流体と温度差の大きい第１流体を当てて、熱交換性能を高めることができる。従って、熱交換効率を格段に高めることができる。また、第２流体が上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群との間をＵターンして流通する構造により、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出することができ、自動車用排熱回収装置の車両内での設置場所の自由度を高めることができる。また、この扁平流通管の扁平形状、配置により、基体を流通する第１流体の圧力損失を低減し、スムーズな第１流体の流れを確保することができ、特に第１流体を自動車の内燃機関の排気とする場合には、圧力損失の低減によって内燃機関の背圧を低減し、内燃機関の排気効率、吸気効率、燃焼効率を高めることもできる。
【０００７】
本発明の自動車用排熱回収装置は、前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が同一の伝熱フィンに一括して挿通されると共に、前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が延びる管路方向に間隔を開けて複数の伝熱フィンが設けられていることを特徴とする。
これによれば、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群が延びる管路方向に間隔を開けて複数の伝熱フィンを設けることにより、熱交換効率をより一層高めることができる。また、同一の伝熱フィンに上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群を挿通することで、伝熱フィンの取付により、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群を容易に一体化して組み立てることができる。
【０００８】
本発明の自動車用排熱回収装置は、前記上流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の一端開口が開放される第１区画部と、前記下流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の一端開口が開放され、前記第１区画部と区画される第２区画部を備え、前記第１区画部と前記第２区画部のいずれか一方に前記第２流体が外部から導入され、他方から前記第２流体が外部に導出されると共に、前記上流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の他端開口と前記下流側の扁平流通管群の各々の前記扁平流通管の他端開口が開放されるＵターン区画部が設けられることを特徴とする。
これによれば、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群への第２流体の導入、導出を簡単に行うことができる。また、Ｕターン区画部により、上流側の個々の扁平流通管を扁平流通管の積層方向への位置をずらして下流側の扁平流通管に接続する等の複雑な構造が不要となり、第２流体のＵターンさせる構造を簡易化し、低コストにすることができる。また、Ｕターン区画部の内部で上流側或いは下流側の扁平流通管群の個々の扁平流通管から導出された第２流体が混合されるので、乱流化、攪拌を促進して温度ムラを抑制し、熱交換効率をより一層高めることができる。
【０００９】
本発明の自動車用排熱回収装置は、前記基体が一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成され、一方の前記半体の貫通穴と他方の前記半体の貫通穴に、各々の前記扁平流通管の両端部がそれぞれ嵌合されて溶接されていることを特徴とする。
これによれば、扁平流通管の管路方向で合わせるように接合される一対の半体、基体に対して扁平流通管を容易且つ確実に位置決めして、扁平流通管を架設された状態で固定することができる。
【００１０】
本発明の自動車用排熱回収装置は、前記基体が一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成され、一方の前記半体の合わせ部分に設けられている嵌合部が、他方の前記半体の合わせ部分に設けられている被嵌合部に嵌合されていることを特徴とする。
これによれば、扁平流通管の管路方向で合わせるように接合される一方の半体と他方の半体を正確な位置に位置決めして合わせることができ、製造作業の容易化、歩留まりの向上を図ることができる。
【００１１】
本発明の自動車用排熱回収装置は、流体導入部、流体導出部、前記流体導入部と前記流体導出部との間の膨出部を有し、一対の半体を前記扁平流通管の管路方向で合わせるように接合して形成されている前記基体と、前記基体を流通する前記第１流体の流れ方向に延設され、前記膨出部の内部を熱交換路と迂回路に略区分するセパレータと、前記基体を流通する前記第１流体の流れを前記熱交換路と前記迂回路のいずれかに規制するように切替可能な傾動バルブを備え、前記上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が、前記熱交換路を流通する前記第１流体が周囲を流れるように設けられることを特徴とする。
これによれば、一対の半体を接合して形成される基体と、基体の膨出部の内部を略区分するセパレータによって熱交換路と迂回路を構成することができるので、切り替え可能な熱交換路と迂回路を有する自動車用排熱回収装置を少ない部品点数で形成することができる。従って、部品の接合箇所が少なくなり、製造効率を向上することができると共に、部品のコストや接合作業のコストを減らして製造コストを低減することができる。また、部品点数が少ないことから、自動車用排熱回収装置を軽量化することができ、軽量化によって自動車の燃費を改善することができる。
【００１２】
本発明の自動車用排熱回収装置は、前記セパレータと前記傾動バルブと前記扁平流通管が、前記半体の相互間に架設されていることを特徴とする。
これによれば、一対の半体を扁平流通管の管路方向で互いに合わせる作業と連係させて、セパレータ、傾動バルブ、扁平流通管を基体に容易に設置することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の自動車用排熱回収装置によれば、熱交換効率を格段に高めることができると共に、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出することができ、車両内での設置場所の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による実施形態の自動車用排熱回収装置の斜視図。
【図２】実施形態の自動車用排熱回収装置の分解斜視図。
【図３】実施形態の自動車用排熱回収装置における一方の半体に扁平流通管、セパレータ、傾動バルブが配置された状態の斜視図。
【図４】実施形態の自動車用排熱回収装置における他方の半体、区画ユニットを内側から視た正面図。
【図５】図４の状態から他方の半体を取り除いた状態の正面図。
【図６】（ａ）は実施形態の自動車用排熱回収装置における扁平流通管、伝熱フィン、区画ユニット、Ｕターン区画部の部分の横断面図、（ｂ）は実施形態の自動車用排熱回収装置における扁平流通管と伝熱フィンの組立体の正面図。
【図７】実施形態の自動車用排熱回収装置の熱交換動作を説明する一部縦断説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔実施形態の自動車用排熱回収装置〕
本発明による実施形態の自動車用排熱回収装置１は、図１〜図７に示すように、略筒形の流体導入部２１と、略筒形の流体導出部２２と、流体導入部２１と流体導出部２２との間に設けられる膨出部２３を有し、第１流体が流通する基体２を備える。膨出部２３は内部に広い空間が形成されるように外側に膨出し、基体２は全体として中間部に膨らみを有する略管状に形成されている。図示例の基体２は、略筒形の流体導入部２１の軸線と、略筒形の流体導出部２２の軸線が略一致するように形成され、膨出部２３は、流体導入部２１と流体導出部２２から一方向の側方に突出して形成されている。
【００１６】
基体２は、一対の半体２４ａ、２４ｂを接合して形成されている。半体２４ａ、２４ｂは、流体導入部２１と流体導出部２２の軸線方向且つ膨出部２３の突出方向に基体２を２分割した形状をなしており、半体２４ａと半体２４ｂは略同一形状で略同一の大きさになっている。本実施形態の一対の半体２４ａ、２４ｂは後述する扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向で合わせるようにして接合されている。
【００１７】
半体２４ａと半体２４ｂの合わせ部分は、流体導入部２１の上流側の端部と流体導出部２２の下流側の端部では端面が互いに当接されていると共に、その中間部分には嵌合部２４１ａと被嵌合部２４１ｂが高さ違いで外側に膨らむように形成され、嵌合部２４１ａが被嵌合部２４１ｂの内部に嵌合されている。そして、この当接した端面と、嵌合部２４１ａと被嵌合部２４１ｂの重なり面若しくは被嵌合部２４１ｂの端部とがレーザー溶接等で溶接されて半体２４ａと半体２４ｂが接合され、基体２として一体化されている。
【００１８】
基体２の膨出部２３に対応する壁部２５には、内側に凹ますようにして所定位置に載置部２５１が形成されており、載置部２５１には後述するセパレータ３が位置決めして載置される。載置部２５１は、半体２４ａと半体２４ｂのそれぞれに形成され、基体２の両側に設けられている。また、基体２の膨出部２３に対応する両側の壁部２５・２５、換言すれば一方の半体２４ａの壁部２５と他方の半体２４ｂの壁部２５には、後述する傾動バルブ４の軸部４２が架設されるようにして傾動可能に支持されている。
【００１９】
また、基体２の膨出部２３に対応する両側の壁部２５・２５、換言すれば一方の半体２４ａの壁部２５と他方の半体２４ｂの壁部２５には、それぞれ第１流体の流れ方向の上流側の貫通穴２６ｍ・２６ｍと、下流側の貫通穴２６ｎ、２６ｎが設けられている。貫通穴２６ｍ、２６ｎは、略管状の基体２の管路方向に延びる細長穴になっており、膨出部２３の突出方向に寄った位置に形成されている。
【００２０】
一方の半体２４ａの上流側の貫通穴２６ｍと他方の半体２４ｂの上流側の貫通穴２６ｍは、それぞれ第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて、換言すれば膨出部２３の膨出する方向に間隔を開けて複数並べて設けられ、壁部２５・２５の対応する位置に複数対の貫通穴２６ｍ・２６ｍが設けられている。一方の半体２４ａの下流側の貫通穴２６ｎと他方の半体２４ｂの下流側の貫通穴２６ｎも、それぞれ第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて、換言すれば膨出部２３の膨出する方向に間隔を開けて複数並べて設けられ、壁部２５・２５の対応する位置に複数対の貫通穴２６ｎ・２６ｎが設けられている。
【００２１】
更に、下流側の貫通穴２６ｎにおける第１流体の流れ方向の上流側の端部２６１ｎは、上流側の貫通穴２６ｍと第１流体の流れ方向に対して重ならないように配置して設けられている。上流側の貫通穴２６ｍ・２６ｍと下流側の貫通穴２６ｎ、２６ｎには、後述する扁平流通管５ｍ、５ｎが架橋されるように挿入されて設けられ、扁平流通管５ｍ、５ｎの両端部がそれぞれ嵌合されて貫通穴２６ｍ、２６ｎの周縁に溶接されている。
【００２２】
膨出部２３の内部には、膨出部２３の内部を熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲに略区分するセパレータ３が、基体２を流通する第１流体の流れ方向に延設されている。図示例のセパレータ３は、略矩形のトレー形状になっており、トレーの凹み側が流体導入部２１、流体導出部２２側になるように配置され、その両側の側壁３１・３１の凹部３１１・３１１が載置部２５１・２５１に係合されるように載置されて位置決めされている。位置決めされたセパレータ３は、流体導入部２１、流体導出部２２の管路よりも膨出部２３の突出側に寄った位置に設けられる。
【００２３】
セパレータ３は、その側壁３１・３１が基体２の壁部２５・２５にレーザー溶接等で接合して基体２に固定され、半体２４ａ、２４ｂの相互間に架設されるようにセパレータ３が設けられる。尚、半体２４ａ・２４ｂの壁部２５・２５に所要のスリットを形成し、そこにセパレータ３の側壁３１・３１を押し当ててプラグ溶接或いは隅肉溶接で固定する構成等としてもよい。
【００２４】
セパレータ３の第１流体の流れ方向の上流側には、基体２を流通する第１流体の流れを熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲのいずれかに規制するように切替可能な傾動バルブ４が設けられている。傾動バルブ４は、略舌片状のバルブ板４１と、バルブ板４１の根元に固定されている軸部４２とから構成されており、半体２４ａ、２４ｂの相互間に架設されて傾動可能に支持されている。他方の半体２４ｂから外側に突出する傾動バルブ４の軸部４２の部分には、駆動板４３と、駆動板４３から外側に突出する突起４３１に係合して取り付けられているサーモアクチュエータ４４の駆動レバー４４１が設けられており、傾動バルブ４は駆動レバー４４１の往復動作で駆動板４３を介して傾動されて開閉するようになっている。図示例のサーモアクチュエータ４４は、第２流体に相当する被加熱流体が熱交換した後に後述する配管７４から導出される構成に対応し、扁平流通管５ｎから流出される被加熱流体の温度を検知可能に配管７４に隣接して配置されている。尚、傾動バルブ４は、セパレータ３の下流側に設ける構成とすることも可能である。
【００２５】
セパレータ３よりも膨出部２３の突出方向に寄った位置には、第１流体と熱交換する第２流体が流通する、扁平管の形状を有する上流側の扁平流通管５ｍと下流側の扁平流通管５ｎが、半体２４ａ、２４ｂの相互間に架設されている。扁平流通管５ｍ、５ｎは、略管状の基体２の管路方向である第１流体の流れ方向に対して角度を付けて延設され、本実施形態では第１流体の流れ方向に対して略直角に延びるように設けられている。また、扁平流通管５ｍ、５ｍの扁平面は、それぞれ第１流体の流れ方向に沿うように設けられている。
【００２６】
第１流体の流れ方向の上流側の扁平流通管５ｍは、第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて複数並置、換言すれば膨出部２３の膨出する方向に間隔を開けて複数並置され、複数並置された扁平流通管５ｍで上流側の扁平流通管群が構成されている。第１流体の流れ方向の下流側の扁平流通管５ｎも、第１流体の流れ方向に対して略垂直方向に間隔を開けて複数並置、換言すれば膨出部２３の膨出する方向に間隔を開けて複数並置され、複数並置された扁平流通管５ｎで下流側の扁平流通管群が構成されている。
【００２７】
更に、下流側の扁平流通管群の扁平流通管５ｎにおける第１流体の流れ方向の上流側の端部５１ｎは、上流側の扁平流通管群の扁平流通管５ｍと第１流体の流れ方向に対して重ならないように配置して設けられている。そして、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群、或いは上流側の扁平流通管群のそれぞれの扁平流通管５ｍと下流側の扁平流通管群のそれぞれの扁平流通管５ｎが、熱交換路ＥＲを流通する第１流体が周囲を流れるように設けられる。
【００２８】
尚、図示例の扁平流通管５ｍ、５ｎは、それぞれ断面視略コ字形の一方のプレート５２と他方のプレート５３を厚み方向に間隔を開けて対向配置して形成すると共に、扁平流路管５ｍ、５ｎの厚さを支持する支持部５４を管路方向に沿う凸状形状で内方に突出し且つ扁平流通管５ｍ、５ｎの幅方向に相互に間隔を開けて複数設ける構成とし、扁平流通管５ｍ、５ｎの内側を流れる第２流体の流れの乱流化、熱交換効率を促進し、扁平流通管５ｍ、５ｎと後述すると伝熱フィン６との固定強度を高め、耐衝撃性、耐久性を向上することができる効果が得られるものとしたが、本発明における上流側の扁平流通管と下流側の扁平流通管の構成はこれ以外にも本発明の趣旨の範囲内で適宜である。
【００２９】
扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向には所定間隔を開けて複数の伝熱フィン６が外挿して設けられ、伝熱フィン６によって熱交換の伝熱面積を増加させている。伝熱フィン６の各々の挿通穴６１にはテーパ縁６２が形成されており、扁平流路管５ｍ、５ｎは、それぞれ伝熱フィン６の挿通穴６１に挿入されて、伝熱フィン６のテーパ縁６２で圧入保持される。換言すれば、テーパ縁６２の圧入保持により、上流側の扁平流通管５ｍと下流側の扁平流通管５ｎにそれぞれの伝熱フィン６が固定されている。また、扁平流通管５ｍで構成される上流側の扁平流通管群と、扁平流通管５ｎで構成される下流側の扁平流通管群は、同一の伝熱フィン６に一括して挿通されると共に、上流側の扁平流通管群と前記下流側の扁平流通管群が延びる管路方向に間隔を開けて複数の伝熱フィン６が間隔を開けて並設される構成とされる。
【００３０】
他方の半体２４ｂにおける上流側の貫通穴２６ｍと下流側の貫通穴２６ｎの外側には、扁平流通管５ｍ、５ｎに流通させる第２流体を導入し、導出するための略トレー状の区画ユニット７が設けられる。区画ユニット７は、上流側の扁平流通管群の各々の扁平流通管５ｍの一端開口が開放される第１区画部７１と、下流側の扁平流通管群の各々の扁平流通管５ｎの一端開口が開放され、第１区画部７１と区画される第２区画部７２を備え、第１区画部７１のスペースと第２区画部７２のスペースにそれぞれ扁平流通管５ｍ、５ｎが連通して設けられている。
【００３１】
第１区画部７１の接続穴７１１には配管７３が接続され、第２区画部７２の接続穴７２１には配管７４が接続される。配管７３と配管７４のいずれか一方は熱交換する第２流体を外部から導入する導入管、他方は熱交換が完了した第２流体を外部に導出する導出管であり、第１区画部７１と第２区画部７２のいずれか一方に第２流体が外部から導入され、他方から第２流体が外部に導出されるようになっている。区画ユニット７は、基体２の他方の半体２４ｂに沿うように配置されて基体２或いは他方の半体２４ｂに溶接等で固定される。
【００３２】
一方の半体２４ａにおける上流側の貫通穴２６ｍと下流側の貫通穴２６ｎの外側には、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群との間をＵターンするようにして第２流体が流通する流路を構成する略トレー状のＵターン区画部８が設けられている。Ｕターン区画部８には、上流側の扁平流通管群の各々の扁平流通管５ｍの他端開口が開放されると共に、下流側の扁平流通管群の各々の扁平流通管５ｎの他端開口が開放され、Ｕターン区画部８のスペースにそれぞれ扁平流通管５ｍ、５ｎが連通して設けられている。Ｕターン区画部８は、基体２の一方の半体２４ａに沿うように配置されて基体２或いは一方の半体２４ａに溶接等で固定される。
【００３３】
本実施形態の自動車用排熱回収装置１では、例えば自動車の内燃機関の排気管路に基体２を接続して基体２に第１流体として加熱流体である排気を流通させる。また、扁平流通管５ｍ、５ｎには、例えば第２流体として冷却水、オイル、空気等の被加熱流体を流通させる。そして、傾動バルブ４が開状態の時には、図７の二点鎖線矢印のように、基体２の迂回路ＤＲを排気が流通する。尚、図中の２７は基体２内に設けられる開状態の傾動バルブ４のバルブ板４１を受ける受け部である。
【００３４】
また、第２流体の被加熱流体の温度が所定温度以下に低下する等でサーモアクチュエータ４４が傾動バルブ４を閉状態にした時には、図７の太線矢印のように、セパレータ３の扁平流通管５ｍ、５ｎの配置側と逆側に排気が流れることが規制され、基体２の熱交換路ＥＲを排気が流通し、セパレータ３の扁平流通管５ｍ、５ｎ及び伝熱フィン６の配置側に排気が導かれ、扁平流通管５ｍ、５ｎをＵターンして流れる冷却水等の被加熱流体が加熱されて熱交換が行なわれる。
【００３５】
この際、下流側の扁平流通管群の扁平流通管５ｎにおける排気の流れ方向の上流側の端部５１ｎは、上流側の扁平流通管群の扁平流通管５ｍと排気の流れ方向に対して重ならないように配置されていることから、上流側の扁平流通管５ｍ、下流側の扁平流通管５ｎのいずれでも高効率の熱交換が行なわれる。その後、加熱されて導出された被加熱流体の温度が所定温度以上になったことをサーモアクチュエータ４４が検知すると、サーモアクチュエータ４４が傾動バルブ４を開状態にして排気を迂回路ＤＲに流通させ、被加熱流体との熱交換を停止する。
【００３６】
本実施形態の自動車用排熱回収装置１によれば、扁平流通管５ｍ、５ｎの扁平面を第１流体の流れ方向に沿わせ、複数の扁平流通管５ｍ、５ｎを間隔を開けて並置することにより、熱交換面積を増加させることができる。更に、下流側の扁平流通管５ｎにおける第１流体の流れ方向の上流側の端部５１ｎを上流側の扁平流通管５ｍと重ならないようすることで、下流側の扁平流通管５ｎに第２流体と温度差の大きい第１流体を当てて、熱交換性能を高めることができる。従って、熱交換効率を格段に高めることができる。また、第２流体が上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群との間をＵターンして流通する構造により、冷却水等の熱交換を行う流体を導入側と同じ側に導出することができ、自動車用排熱回収装置１の車両内での設置場所の自由度を高めることができる。また、この扁平流通管５ｍ、５ｎの扁平形状、配置により、基体２を流通する第１流体の圧力損失を低減し、スムーズな第１流体の流れを確保することができ、特に第１流体を自動車の内燃機関の排気とする場合には、圧力損失の低減によって内燃機関の背圧を低減し、内燃機関の排気効率、吸気効率、燃焼効率を高めることもできる。
【００３７】
また、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群が延びる管路方向に間隔を開けて複数の伝熱フィン６を設けることにより、熱交換効率をより一層高めることができる。また、同一の伝熱フィン６に上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群を挿通することで、伝熱フィン６の取付により、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群を容易に一体化して組み立てることができる。
【００３８】
また、第１区画部７１と第２区画部７２により、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群への第２流体の導入、導出を簡単に行うことができる。また、Ｕターン区画部８により、上流側の個々の扁平流通管５ｍを扁平流通管５ｍの積層方向への位置をずらして下流側の扁平流通管５ｎに接続する等の複雑な構造が不要となり、第２流体のＵターンさせる構造を簡易化し、低コストにすることができる。また、Ｕターン区画部８の内部で上流側或いは下流側の扁平流通管群の個々の扁平流通管５ｍ又は扁平流通管５ｎから導出された第２流体が混合されるので、乱流化、攪拌を促進して温度ムラを抑制し、熱交換効率をより一層高めることができる。
【００３９】
また、一対の半体２４ａ、２４ｂを扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向で合わせるように接合して基体２を形成し、一方の半体２４ａの貫通穴２６ｍ、２６ｎと他方の半体２４ｂの貫通穴２６ｍ、２６ｎに、各々の扁平流通管５ｍ、５ｎの両端部をそれぞれ嵌合して溶接することにより、一対の半体２４ａ、２４ｂ、基体２に対して扁平流通管５ｍ、５ｎを容易且つ確実に位置決めして、扁平流通管５ｍ、５ｎを架設された状態で固定することができる。
【００４０】
また、一対の半体２４ａ、２４ｂを扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向で合わせるように接合して基体２を形成する構造で、一方の半体２４ａの合わせ部分に設けられている嵌合部２４１ａを、他方の半体２４ｂの合わせ部分に設けられている被嵌合部２４１ｂに嵌合することにより、一方の半体２４ａと他方の半体２４ｂを正確な位置に位置決めして合わせることができ、製造作業の容易化、歩留まりの向上を図ることができる。
【００４１】
また、基体２に膨出部２３とセパレータ３を設けて熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲを区分して形成し、傾動バルブ４の切り替えで第１流体の流れを熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲとの間で切り替えられるようにすることで、切り替え可能な熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲを有する自動車用排熱回収装置１を少ない部品点数で形成することができる。従って、部品の接合箇所が少なくなり、製造効率を向上することができると共に、部品のコストや接合作業のコストを減らして製造コストを低減することができる。また、部品点数が少ないことから、自動車用排熱回収装置１を軽量化することができ、軽量化によって自動車の燃費を改善することができる。
【００４２】
また、セパレータ３と傾動バルブ４と扁平流通管５ｍ、５ｎを一対の半体２４ａ、２４ｂの相互間に架設する構造により、一対の半体２４ａ、２４ｂを扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向で互いに合わせる作業と連係させて、セパレータ３、傾動バルブ４、扁平流通管５ｍ、５ｎを基体２に容易に設置することができる。
【００４３】
〔本明細書開示発明の包含範囲〕
本明細書開示の発明は、発明として列記した各発明、実施形態の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な内容を本明細書開示の他の内容に変更して特定したもの、或いはこれらの内容に本明細書開示の他の内容を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な内容を部分的な作用効果が得られる限度で削除して上位概念化して特定したものを包含する。そして、本明細書開示の発明には下記変形例や追記した内容も含まれる。
【００４４】
例えば本発明の自動車用排熱回収装置における基体は、上記実施形態における一対の半体２４ａ、２４ｂを扁平流通管５ｍ、５ｎの管路方向で合わせるように接合されるものに限定されず適宜であり、又、熱交換路ＥＲと迂回路ＤＲに切り替え可能な構造ではなく、熱交換路だけを備える基体を有するものも、本発明の自動車用排熱回収装置に含まれる。
【００４５】
また、上記実施形態の自動車用排熱回収装置１では、第２流体のＵターンさせる構造を簡易化できるＵターン区画部８を設ける構成としたが、上流側の扁平流通管群と下流側の扁平流通管群との間をＵターンするようにして第２流体が流通する流路を構成できる適宜の構造が本発明の自動車用排熱回収装置に含まれる。また、本発明の自動車用排熱回収装置には、下流側の扁平流通管群の扁平流通管における第１流体の流れ方向の上流側の端部が、上流側の扁平流通管群の扁平流通管と第１流体の流れ方向に対して重ならないように設けられるものであれば適宜の構成が含まれ、例えば上流側の扁平流通管の相互間の間隔よりも下流側の扁平流通管の厚さが大きい構成、又は上流側の扁平流通管の相互間の間隔よりも下流側の扁平流通管の厚さが小さい構成等が包含される。
【００４６】
また、本発明の自動車用排熱回収装置において、第２流体をＵターンさせて第２流体を導入側と同じ側に導出する構成は、１回のＵターンで第２流体を導出させる構造とすると、自動車用排熱回収装置の構造を簡易化し、より省スペースで設置できるものにすることができて好適であるが、３回、５回等の複数の奇数回のＵターンをさせ、第２流体を導入側と同じ側に導出する構成とすることも可能である。
【００４７】
また、本発明の自動車用排熱回収装置における第１流体、第２流体は、いずれか一方を加熱流体、他方を被加熱流体とするものであれば本発明に含まれる。更に、その加熱流体、被加熱流体の種類は適宜であり、例えば加熱流体は、排気以外の液体、蒸気等とすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、例えば自動車の内燃機関の排気から排熱を回収する場合等に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…自動車用排熱回収装置  ２…基体  ２１…流体導入部  ２２…流体導出部  ２３…膨出部  ２４ａ、２４ｂ…半体  ２４１ａ…嵌合部  ２４１ｂ…被嵌合部  ２５…壁部  ２５１…載置部  ２６ｍ、２６ｎ…貫通穴  ２６１ｎ…上流側の端部  ２７…受け部  ３…セパレータ  ３１…側壁  ３１１…凹部  ４…傾動バルブ  ４１…バルブ板  ４２…軸部  ４３…駆動板  ４３１…突起  ４４…サーモアクチュエータ  ４４１…駆動レバー  ５ｍ、５ｎ…扁平流通管  ５１ｎ…上流側の端部  ５２、５３…プレート  ５４…支持部
６…伝熱フィン  ６１…挿通穴  ６２…テーパ縁  ７…区画ユニット  ７１…第１区画部  ７１１…接続穴  ７２…第２区画部  ７２１…接続穴  ７３、７４…配管  ８…Ｕターン区画部  ＥＲ…熱交換路  ＤＲ…迂回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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