(57)【要約】【課題】エネルギー消費を抑えることができる内燃機関の排気熱回収装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気熱回収装置１は、熱交換の冷却水を循環させるための循環通路４と、分岐通路１７に設けられ、排気と循環通路４を循環する冷却水との間で熱交換を行う排気熱回収器７と、分岐通路１７を通る排気によって駆動されるタービン１３と、循環通路４に設けられ、タービン１３と連結してタービン１３の回転により駆動され、循環通路４内の冷却水を循環させるインペラ１４と、を備えている。【選択図】図１
2010127133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換の媒体を循環させるための循環通路と、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気と前記循環通路を循環する前記媒体との間で熱交換を行う排気熱回収器と、
前記排気通路を通る排気によって駆動されるタービンと、
前記循環通路に設けられ、前記タービンと連結して前記タービンの回転により駆動され、前記循環通路内の前記媒体を循環させるインペラと、を備えることを特徴とする内燃機関の排気熱回収装置。
【請求項２】
前記排気熱回収器及び前記タービンは前記排気通路から分岐する分岐通路に設けられている請求項１に記載の排気熱回収装置。
【請求項３】
前記分岐通路には前記排気通路が閉鎖される一方で前記分岐通路が開通される分岐通路開通状態と前記排気通路が開通される一方で前記分岐通路が閉鎖される分岐通路閉鎖状態との間で動作して排気の流れる経路を切り替える切替手段が設けられている請求項２に記載の排気熱回収装置。
【請求項４】
前記タービンは前記排気熱回収器の下流に設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気と媒体との間で熱交換を行う内燃機関の排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過剰な熱回収を防止するために触媒部と排気熱回収部との間に排気の流路を切り換える切換バルブが設けられた触媒一体型の排気熱回収装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１５３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の排気熱回収装置では、媒体である冷却水を循環させるためのポンプが必要となる。このため、車両の走行用とは別にこのポンプを駆動させるための電力や燃料が必要となり、エネルギー消費量が多くなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、エネルギー消費を抑えることができる内燃機関の排気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】
本発明の内燃機関の排気熱回収装置は、熱交換の媒体を循環させるための循環通路と、内燃機関の排気通路に設けられ、排気と前記循環通路を循環する前記媒体との間で熱交換を行う排気熱回収器と、前記排気通路を通る排気によって駆動されるタービンと、前記循環通路に設けられ、前記タービンと連結して前記タービンの回転により駆動され、前記循環通路内の前記媒体を循環させるインペラと、を備えている（請求項１）。
【０００７】
この内燃機関の排気熱回収装置によれば、排気によって駆動されるタービンがインペラを駆動させ、インペラが循環通路内の媒体を循環させる。排気を利用して循環通路内の媒体を循環させることができるので、循環通路内の媒体を循環させるための動力源を設ける必要がない。循環通路内の媒体を循環させるための動力源を設ける必要がないので、このような動力源を設けた場合と比べてエネルギー消費を抑えることができる。
【０００８】
排気熱回収器及びタービンは排気通路のいずれに設けられていてもよい。例えば、前記排気熱回収器及び前記タービンは前記排気通路から分岐する分岐通路に設けられていてもよい（請求項２）。
【０００９】
この態様において、前記分岐通路には前記排気通路が閉鎖される一方で前記分岐通路が開通される分岐通路開通状態と前記排気通路が開通される一方で前記分岐通路が閉鎖される分岐通路閉鎖状態との間で動作して排気の流れる経路を切り替える切替手段が設けられていてもよい（請求項３）。この場合、分岐通路開通状態では排気は分岐通路を経由して排気通路を流れる一方、分岐通路閉鎖状態では排気は分岐通路を経由することなく排気通路を流れる。つまり、排気の流れる経路が分岐通路を通過する経路と分岐通路を通過しない経路との間で切り替えられる。これにより、必要な場合にのみ排気を分岐通路に導入して媒体を循環させることができる。このため、媒体を循環させる必要がない場合に媒体が循環することによって生じる媒体の放熱を防止することができる。
【００１０】
本発明の内燃機関の排気熱回収装置の一態様において、前記タービンは前記排気熱回収器の下流に設けられていてもよい（請求項４）。この場合、熱回収がされた後の排気によってタービンは駆動されるので、タービンの耐熱性や熱交換率の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、排気によって駆動されるタービンがインペラを駆動させ、インペラが循環通路内の媒体を循環させる。排気を利用して循環通路内の媒体を循環させることができるので、循環通路内の媒体を循環させるための動力源を設ける必要がない。このため、このような動力源を設けた場合と比べてエネルギー消費を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の一形態に係る排気熱回収装置１の要部を模式的に示した説明図である。排気熱回収装置１は内燃機関に搭載されており、その排気通路２を流れる排気の熱を回収する。詳細は図示を省略したが、この内燃機関には排気熱回収装置１とは別に電動ウォーターポンプを利用して冷却水を各部に循環させる冷却装置が設けられている。
【００１３】
排気熱回収装置１は、熱交換の媒体としての冷却水を循環させるための循環通路４と、循環通路４を循環する冷却水と排気との間で熱交換を行う排気熱回収器７と、循環通路４内の冷却水を循環させるための循環装置８と、を備えている。図１の太い矢印１１は排気の流れを、細い矢印１２は冷却水の流れを示している。循環装置８はタービン１３とインペラ１４とが同軸に連結された回転式の流体機械として構成されている。
【００１４】
循環通路４は冷却装置とは別に独立して設けられている。循環通路４は排気熱回収器７内を通過しており、排気熱回収器７内において排気熱回収器７への入口側で複数の流路１５に分岐し、これら複数の流路１５が出口側で合流するように構成されている。これら複数の流路１５の流路間にはスリット状の隙間１６が形成されている。循環通路４は、熱源を必要とする暖房用のヒーターコア（不図示）等の各部と排気熱回収器７とを結んでおり、排気熱回収器７が回収した熱は循環通路４を流れる冷却水を介して各部に供給される。循環通路４の排気熱回収器７より下流には循環装置８のインペラ１４が設けられている。
【００１５】
排気熱回収器７は排気通路２から分岐した分岐通路１７に設けられている。分岐通路１７に導入された排気は排気回収器７内の流路１５間の複数の隙間１６を通過する。これにより、排気回収器７内では排気と循環通路４との間の接触面が増える。このため、排気熱回収器７を通過する排気と循環通路４を循環する冷却水との間で効率よく熱交換が行われる。
【００１６】
分岐通路１７の上流側の入口には分岐通路１７が開通される一方で排気通路２が閉鎖される分岐通路開通状態と分岐通路１７が閉鎖される一方で排気通路２が開通される分岐通路閉鎖状態との間で動作する切替手段としての切り替えバルブ１８が設けられている。分岐通路開通状態では排気は分岐通路１７を経由して排気通路２に流れる。一方、分岐通路閉鎖状態では分岐通路１７への排気の流れが遮断され、排気は分岐通路１７に流れることなく排気通路２を流れる。つまり、切り替えバルブ１８は分岐通路開通状態と分岐通路閉鎖状態との間で動作することにより排気の流れる経路を分岐通路１７を通過する経路と分岐通路１７を通過する経路との間で切り替える。切り替えバルブ１８の開閉動作は内燃機関の運転状態を適正に制御するためのコンピュータとして構成された不図示のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）によって制御される。
【００１７】
また、分岐通路１７の排気熱回収器７よりも下流には循環装置８のタービン１３が設けられている。タービン１３は排気により駆動され、その流量に応じて回転する。タービン１３はインペラ１４に同軸に連結されているため、インペラ１４はタービン１３と一体的に回転する。タービン１３の回転により駆動されたインペラ１４は循環経路７内の冷却水を循環させる。
【００１８】
この形態によれば、タービン１３によって駆動されるインペラ１４が循環通路４内の冷却水を循環させる。タービン１３は排気によって駆動されるので、インペラ１４を駆動させる為のポンプ等の動力源を設ける必要がない。このため、インペラ１４を駆動させる為の動力源を設けた場合と比べてエネルギー消費を抑えることができる。
【００１９】
また、排気通路２を排気が流れていない場合にはインペラ１４も駆動されない。排気から熱を回収できる場合にだけ循環経路７内の冷却水を循環させることができるので、装置１を効率的に稼働させることができる。更に、分岐通路１７の上流側の入口には切り替えバルブ１８が設けられているので、分岐通路１７を排気が通過する状態と排気が通過しない状態との間で切り替えを行うことができる。これにより、必要な場合にのみ冷却水を循環させることができるので、不要な循環から生じる冷却水の放熱を防止することができる。また、タービン１３は分岐通路１７であって排気熱回収器７の下流に設けられている。熱回収がされた後の排気によってタービン１３は駆動されるので、タービン１３の耐熱性や熱交換率の低下を抑制することができる。
【００２０】
但し、本発明は上述の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上記形態では媒体として冷却水を使用しているが、これに限定されるものではない。例えば、媒体は空気であってもよい。また、切り替えバルブは分岐通路の入口側に設けられる構成に限定されるものではなく、例えば出口側に設けられていてもよい。また、排気熱回収器は排気通路に設けられていればよく、分岐通路に設けられている必要はない。このため、分岐通路、切替手段を省略してもよい。また、上記形態では循環通路と冷却装置とは独立して構成されているが、このような構成に限定されず、循環通路は冷却装置に接続されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一形態に係る排気熱回収装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した説明図。
【符号の説明】
【００２２】
１  内燃機関
２  排気通路
４  循環通路
７  排気熱回収器
１３  タービン
１４  インペラ
１７  分岐通路（排気通路）
【図１】
2010127133.tif 000003