(57)【要約】  排気熱回収装置は、排気ガスは熱交流出口から熱交換流路に流れ出し、熱交換流路に流れ出した排気ガスが、熱交換器の内側から外側に向かう径方向に流れて第１熱交換流路から第２熱交換流路に至るものであって、その流れる間に熱交換器において熱交換を行う。
2014014080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置であって、
上流側から流れ込む排気ガスを受け入れる受入口と、その受け入れた排気ガスを下流側に送り出す主送出口と、を繋ぐ主流路の一部を形成するものであって、前記主流路の前記受入口側部分である上流側主流路を形成する内側部材と、
前記内側部材を囲むように配置され、前記内側部材との間で熱交換流路を形成する外側部材と、
前記熱交換流路において前記内側部材を囲むように配置され、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記主流路に受け入れた排気ガスを前記主流路のみに通過させて前記主送出口に流す第１モードと、前記主流路に受け入れた排気ガスを前記上流側主流路から前記熱交換流路を経由させて前記主送出口とは異なる副送出口に流す第２モードと、を切り替える切替器と、を備え、
前記熱交換流路は、前記熱交換器と前記内側部材との間に形成される第１熱交換流路と、前記熱交換器と前記外側部材との間に形成される第２熱交換流路と、を有し、
前記上流側主流路から前記第１熱交換流路に排気ガスが流れ出す熱交流出口が、前記第１熱交換流路の前記主送出口側端部に形成されるように、前記内側部材と前記熱交換器とが配置され、
前記第２モードにおいて、排気ガスは前記熱交流出口から前記熱交換流路に流れ出し、前記熱交換流路に流れ出した排気ガスが、前記熱交換器の内側から外側に向かう径方向に流れて前記第１熱交換流路から前記第２熱交換流路に至るものであって、その流れる間に前記熱交換器において熱交換を行うことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項２】
前記内側部材と前記外側部材との間に、前記熱交換流路に上流側から排気ガスが流入しないように前記熱交換流路の上流端を閉塞する上流側エンドプレートが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
【請求項３】
前記内側部材と前記外側部材との間に、前記熱交流出口から流れ出す排気ガスを前記第１熱交換流路に導くように前記第１熱交換流路の下流端を閉塞する下流側エンドプレートが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気熱回収装置。
【請求項４】
前記熱交換器は、前記内側部材及び前記外側部材それぞれに沿った形状を成すと共に、互いに所定の間隔をおいて積層配置された複数の熱交換器単体部品を有し、
前記熱交換器単体部品の内部に熱交換媒体が流れる一方で、複数の前記熱交換器単体部品の間における熱交換領域に排気ガスが流れることで熱交換を行うものであって、
前記熱交換領域に流れ込む排気ガスを、前記熱交換領域の周方向に拡散させる拡散手段が配置されてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の排気熱回収装置。
【請求項５】
前記拡散手段は、前記第１熱交換流路から前記熱交換領域に至る排気ガスの流れを部分的に規制するものであることを特徴とする請求項４に記載の排気熱回収装置。
【請求項６】
前記拡散手段は、前記熱交換器単体部品の前記第１熱交換流路側に形成された第１凸部を有することを特徴とする請求項５に記載の排気熱回収装置。
【請求項７】
前記拡散手段は、前記熱交換器の内側側面に沿って、前記第１熱交換流路との間に配置される第１板部を有することを特徴とする請求項５に記載の排気熱回収装置。
【請求項８】
前記拡散手段は、前記熱交換領域から前記第２熱交換流路に至る排気ガスの流れを部分的に規制するものであることを特徴とする請求項４に記載の排気熱回収装置。
【請求項９】
前記拡散手段は、前記熱交換器単体部品の前記第２熱交換流路側に形成された第２凸部を有することを特徴とする請求項８に記載の排気熱回収装置。
【請求項１０】
前記拡散手段は、前記熱交換器の外側側面に沿って、前記第２熱交換流路との間に配置される第２板部を有することを特徴とする請求項８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、内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置として、様々な態様のものが提案されている。下記特許文献１に開示された排気熱回収装置は、消音機構が形成された内側空間と、熱交換器が配置された外側空間とを形成するように、複数の筒状部材を配置した構成を採用している。この排気熱回収装置は、内側空間の下流側に配置した開閉弁を閉じると排気ガスが外側空間に流れ込み、熱交換器において熱交換媒体との間で熱交換を行なって下流側に流れ出るように構成されている。一方、開閉弁を開くと排気ガスが内側空間に流れ込み、熱交換を行わないで下流側に流れ出るように構成されている。【０００３】
下記特許文献２に開示された排気熱回収装置は、内側空間と、熱交換器が配置された外側空間とを形成するように、複数の筒状部材を配置した構成を採用している。この排気熱回収装置は、内側空間の下流側に配置した遮断弁を閉じると排気ガスが外側空間に流れ込み、熱交換器において熱交換媒体との間で熱交換を行なって下流側に流れ出るように構成されている。一方、遮断弁を開くと排気ガスが内側空間に流れ込み、熱交換を行わないで下流側に流れ出るように構成されている。【０００４】
更に、下記特許文献２に開示された熱交換器は、中空で偏平で円形のドーナツ形状から上下を直線的に切り取った一対の切欠部を有するチューブとして形成された複数の偏平チューブを、互いに重なり合うように積層してチューブ積層体を構成することで形成されている。このチューブ積層体は、排気流入側エンドプレートと、排気流出側エンドプレートとによってケースに取り付けられている。排気流入側エンドプレートに設けられた一つの切欠部は、チューブ積層体の一方の切欠部に対応するように配置されている。また、排気流出側エンドプレートに設けられた一つの切欠部は、チューブ積層体の他方の切欠部に対応するように配置されている。【０００５】
下記特許文献２に開示された排気熱回収装置は、内燃機関の暖機時には遮断弁を閉じ、排気ガスをチューブ積層体側に一方の切欠部から流出させ、各偏平チューブの隙間を全体として上方から下方に流す。その排ガス流入と共に、熱交換媒体を各偏平チューブ内に全体として下方から上方に流して排気ガスと熱交換媒体との熱交換を行ない、排気の熱を回収する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７-２７０７０２号公報
【特許文献２】特開２００９-１１４９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
排気熱回収装置は、熱回収を行わない場合は、内側空間のみに確実に排気ガスを流れさせ、外側空間には排気ガスを極力流さないようにすることが本来好ましいものである。しかしながら、上記特許文献１に記載の排気熱回収装置も、上記特許文献２に記載の排気熱回収装置も、内側空間と外側空間とが上流側で分岐しているにも関わらず、下流側に切替弁として機能する開閉弁や遮断弁を配置しているので、それら切替弁を開いたとしても外側空間への排気ガスの流出が避けられない構造である。【０００８】
排気熱回収装置では、熱回収を行う場合は、熱交換器全体に排気ガスを接触させることが熱交換効率を上げるために必要である。上記特許文献１に記載の排気熱回収装置では、単純に上流側から排気ガスを導入するので、熱交換器の外周部分の表面近くしか排気ガスが接触せず、熱交換器の内側には排気ガスが行き届きにくい。また、上記特許文献２に記載の排気熱回収装置では、排気ガスを上下一方（例えば上方）の切欠部から導入し、上下他方（例えば下方）の切欠部から排出する。しかしながら、これも熱交換器の外周部分の表面近くしか排気ガスが接触しないことに変わりはないことに加え、斜めに排気ガスが流れるため、切欠部が形成されていない側の偏平チューブには排気ガスが接触し難く、排気ガスが行き届かない部分がかえって多くなる。より具体的には、排気ガスを入口側上方の切欠部から導入すると、排気ガス流の主たる部分は出口側下方の切欠部に向かう。従って、入口側上方の領域や出口側下方の領域には排気ガスが行き渡るものの、入口側下方の領域や出口側上方の領域は気体の流れが淀んでしまうため、排気ガスが行き渡りにくくなる。また、特許文献２の排気熱回収装置では、外側の筒部分に先に排気ガスが当たってしまい、外側の筒部分で熱がある程度奪われてから熱交換器で熱交換を行うため、熱交換効率が悪くなるという課題もある。【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱回収を行わない場合には熱交換器がある空間側には極力排出ガスを流し込まず、熱回収を行う場合には熱交換器全体に排気ガスを行き渡らせることが可能であり、熱交換効率を向上することが可能な排気熱回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明に係る排気熱回収装置は、内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置であって、（１）上流側から流れ込む排気ガスを受け入れる受入口と、その受け入れた排気ガスを下流側に送り出す主送出口と、を繋ぐ主流路の一部を形成するものであって、主流路の前記受入口側部分である上流側主流路を形成する内側部材と、（２）内側部材を囲むように配置され、内側部材との間で熱交換流路を形成する外側部材と、（３）熱交換流路において内側部材を囲むように配置され、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、（４）主流路に受け入れた排気ガスを主流路のみに通過させて主送出口に流す第１モードと、主流路に受け入れた排気ガスを上流側主流路から熱交換流路を経由させて主送出口とは異なる副送出口に流す第２モードと、を切り替える切替器と、を備える。本発明に係る排気熱回収装置においては、熱交換流路は、熱交換器と内側部材との間に形成される第１熱交換流路と、熱交換器と外側部材との間に形成される第２熱交換流路と、を有する。本発明に係る排気熱回収装置においては、上流側主流路から第１熱交換流路に排気ガスが流れ出す熱交流出口が、第１熱交換流路の主送出口側端部に形成されるように、内側部材と熱交換器とが配置される。本発明に係る排気熱回収装置においては、第２モードにおいて、排気ガスは熱交流出口から熱交換流路に流れ出し、熱交換流路に流れ出した排気ガスが、熱交換器の内側から外側に向かう径方向に流れて第１熱交換流路から第２熱交換流路に至るものであって、その流れる間に熱交換器において熱交換を行う。【００１１】
本発明によれば、主流路から第１熱交換流路に排気ガスが流れ出す熱交流出口が、第１熱交換流路の主送出口側の端部に形成されているので、切替器の近傍に熱交流出口を形成することができる。このように熱交流出口の配置を工夫することで、切替器を操作して第１モードの排気ガス流れを形成した場合に、熱交流出口から熱交換流路を経由して副送出口に至る経路と、主流路との間の圧力差を小さくすることができる。従って、第１モードの際に排気ガスを熱交換流路側に入り込ませず、そのまま主流路を経由して主送出口に向けて流すことができる。【００１２】
更に本発明によれば、第２モードにおいて切替器を操作し、主流路の末端を閉塞すると、排気ガスは熱交流出口から熱交換流路に流れ出る。本発明では、熱交換流路に流れ出した排気ガスが、第１熱交換流路から熱交換器の内側から外側に向かう径方向に流れて第２熱交換流路に至るように構成されているので、熱交換器全体にくまなく排気ガスを行き渡らせて熱交換媒体との間で熱交換を行うことができる。従って、第２モードの際に熱交換器全体に排気ガスを行き渡らせることができ、熱交換効率を高めることができる。【００１３】
また本発明に係る排気熱回収装置では、内側部材と外側部材との間に、熱交換流路に上流側から排気ガスが流入しないように熱交換流路の上流端を閉塞する上流側エンドプレートが配置されていることも好ましい。【００１４】
この好ましい態様では、内側部材と外側部材との間に熱交換流路の上流端を閉塞する上流側エンドプレートを配置することで、上流側から熱交換流路に排気ガスが入り込むことを確実に防止し、熱交流出口から熱交換流路に排気ガスが流れ込む第１モードの排気ガス流れを確保することができる。【００１５】
また本発明に係る排気熱回収装置では、内側部材と外側部材との間に、熱交流出口から流れ出す排気ガスを第１熱交換流路に導くように第１熱交換流路の下流端を閉塞する下流側エンドプレートが配置されていることも好ましい。【００１６】
この好ましい態様では、内側部材と外側部材との間に第１熱交換流路の下流端を閉塞する下流側エンドプレートを配置することで、熱交流出口から流れ出す排気ガスを確実に第１熱交換流路に導入することができる。従って、熱交流出口から流れ出た排気ガスが最初に第１熱交換流路に入り、熱交換器を径方向に横切りながら熱交換を行い第２熱交換流路に流れ出す第２モードの排気ガス流れを確保することができる。【００１７】
また本発明に係る排気熱回収装置では、熱交換器は、内側部材及び外側部材に沿った形状を成すと共に互いに所定の間隔をおいて積層配置された複数の熱交換器単体部品を有し、熱交換器単体部品の内部に熱交換媒体が流れる一方で、複数の熱交換器単体部品の間における熱交換領域に排気ガスが流れることで熱交換を行うものであって、熱交換領域に流れ込む排気ガスを、熱交換領域の周方向に拡散させる拡散手段が配置されてなることも好ましい。【００１８】
この好ましい態様では、熱交換器を、複数の熱交換器単体部品を互いの間に排気ガスが通過する熱交換領域を確保しながら配置することで構成しているので、第１熱交換流路から第２熱交換流路に向かう排気ガスを、熱交換領域を通しながら流すことができる。更に、第１熱交換流路に流れ込む排気ガスが周方向において偏っていたとしても、熱交換領域に流れ込む排気ガスをその空間に拡散させる拡散手段を設けているので、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。従って、熱交換器全体に排気ガスを行き渡らせることができ、熱交換媒体との間の熱交換をより効率的に行うことができる。【００１９】
また本発明に係る排気熱回収装置では、拡散手段は、第１熱交換流路から熱交換領域に至る排気ガスの流れを部分的に規制するものであることも好ましい。【００２０】
この好ましい態様では、熱交換領域への排気ガスの流入を部分的に規制しているので、熱交換領域の一部に多くの排気ガスが偏って流れ込もうとしても規制され、適量の排気ガスを流入させることができる。流入を阻止された余剰の排気ガスは、熱交換領域の他の領域に回りこんで流入する。結果として、熱交換領域への排気ガスの流れを部分的に規制するという簡単な手法で、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。【００２１】
また本発明に係る排気熱回収装置では、拡散手段は、熱交換器単体部品の第１熱交換流路側に形成された第１凸部を有することも好ましい。【００２２】
この好ましい態様では、第１凸部が熱交換領域への排気ガスの流入を部分的に規制しているので、熱交換領域の一部に多くの排気ガスが偏って流れ込もうとしても第１凸部に規制され、適量の排気ガスを流入させることができる。第１凸部によって流入を阻止された余剰の排気ガスは、熱交換領域の他の領域に回りこんで流入する。結果として、熱交換領域領域に突出する第１凸部を設けるという簡単な手法で、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。【００２３】
また本発明に係る排気熱回収装置では、拡散手段は、熱交換器の内側側面に沿って、第１熱交換流路との間に配置される第１板部を有することも好ましい。【００２４】
この好ましい態様では、第１板部が熱交換領域への排気ガスの流入を部分的に規制しているので、熱交換領域の一部に多くの排気ガスが偏って流れ込もうとしても第１板部に規制され、適量の排気ガスを流入させることができる。第１板部によって流入を阻止された余剰の排気ガスは、熱交換領域の他の領域に回りこんで流入する。結果として、熱交換器の内側側面に沿って第１板部を設けるという簡単な手法で、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。【００２５】
また本発明に係る排気熱回収装置では、拡散手段は、熱交換領域から第２熱交換流路に至る排気ガスの流れを部分的に規制するものであることも好ましい。【００２６】
この好ましい態様では、熱交換領域から第２熱交換流路への排気ガスの流出を部分的に規制しているので、熱交換領域に流入した排気ガスの進行方向を変化させ、排気ガスが熱交換器単体部品に接触している時間をより長いものとすることができる。結果として、熱交換領域から第２熱交換流路に至る排気ガスの流れを部分的に規制するという簡単な手法で、排気ガスと熱交換器単体部品との接触時間を長く確保することができ、熱交換効率を上昇させることができる。【００２７】
また本発明に係る排気熱回収装置では、拡散手段は、熱交換器単体部品の第２熱交換流路側に形成された第２凸部を有することも好ましい。【００２８】
この好ましい態様では、第２凸部が熱交換領域から第２熱交換流路への排気ガスの流出を部分的に規制しているので、熱交換領域に流入した排気ガスの進行方向を変化させ、排気ガスが熱交換器単体部品に接触している時間をより長いものとすることができる。結果として、熱交換領域に第２凸部を設けるという簡単な手法で、排気ガスと熱交換器単体部品との接触時間を長く確保することができ、熱交換効率を上昇させることができる。【００２９】
また本発明に係る排気熱回収装置では、拡散手段は、熱交換器の外側側面に沿って、第２熱交換流路との間に配置される第２板部を有することも好ましい。【００３０】
この好ましい態様では、第２凸部が熱交換領域から第２熱交換流路への排気ガスの流出を部分的に規制しているので、熱交換領域に流入した排気ガスの進行方向を変化させ、排気ガスが熱交換器単体部品に接触している時間をより長いものとすることができる。結果として、熱交換領域に第２凸部を設けるという簡単な手法で、排気ガスと熱交換器単体部品との接触時間を長く確保することができ、熱交換効率を上昇させることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、熱回収を行わない場合には熱交換器がある空間側には極力排出ガスを流し込まず、熱回収を行う場合には熱交換器全体に排気ガスを行き渡らせることが可能であり、熱交換効率を向上することが可能な排気熱回収装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態である排気熱回収装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態である排気熱回収装置の部分的な概略断面図である。
【図３】図２に示す熱交換器単体部品のＩ-Ｉ断面を示す概略断面図である。
【図４】図２に示す熱交換器単体部品の変形例を示す部分的な概略断面図である。
【図５】図１から図３に示す排気熱回収装置に用いられる内側拡散筒を示す斜視図である。
【図６】図５に示す内側拡散筒の側面図である。
【図７】図５及び図６に示す内側拡散筒と、その内側拡散筒に組み合わされる熱交換器単体部品の変形例と、を示す概略断面図である。
【図８】内側拡散筒と共に外側拡散筒を用いた場合の概略断面図である。
【図９】図５及び図６に示す内側拡散筒の変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００３４】
図１を参照しながら、本発明の実施形態である排気熱回収装置について説明する。図１は、本発明の実施形態である排気熱回収装置ＨＥの概略構成を示す斜視図である。排気熱回収装置ＨＥは、例えば自動車に搭載され、自動車の内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行うものであって、上流側から流れ込む排気ガスを受け入れる受入口ＨＥａと、その受け入れた排気ガスを下流側に送り出す主送出口ＨＥｂとが設けられている。
【００３５】
排気熱回収装置ＨＥは、上流側排気管１０と、内筒１１と、外筒２０と、媒体入口部２１と、媒体出口部２２と、上流側エンドプレート２４と、切替バルブ３０（切替器）とを備えている。上流側排気管１０と内筒１１とは繋がれており、排気ガスが流れる主流路を構成している。従って、内筒１１は、受入口ＨＥａと主送出口ＨＥｂとを繋ぐ主流路の一部を形成している。
【００３６】
外筒２０は、内筒１１を同軸上において囲むように配置され、内筒１１との間に熱交換流路を形成するものである。媒体入口部２１は、熱交換流路内の熱交換器（図１には明示しない）に熱交換媒体を供給する入口となる部分である。媒体出口部２２は、媒体入口部２１から供給され、排気ガスとの間で熱交換を行った熱交換媒体を排出する出口となる部分である。熱交換媒体としては、内燃機関の冷却に用いる液体が用いられる。
【００３７】
切替バルブ３０は、内筒１１の下流側である主送出口ＨＥｂに設けられており、主流路末端の流路開閉を行うバルブである。
【００３８】
続いて、図２を参照しながら、排気熱回収装置ＨＥについて説明を続ける。図２は、排気熱回収装置ＨＥの部分的な概略断面図である。既に説明したように、上流側排気管１０と内筒１１とは連接され、上流側主流路ＺＡを形成している。外筒２０は内筒１１と中心軸を共有するように配置され、外筒２０の内径は内筒１１の外径よりも大きくなるように構成されている。従って、内筒１１と外筒２０との間には空間が形成され、熱交換流路ＺＢを形成している。
【００３９】
内筒１１と外筒２０とを繋ぐように、上流側エンドプレート２４が配置されている。上流側エンドプレート２４は、外筒２０の上流端近傍と内筒１１の外周とを繋ぐように固定されて成る環状のプレートである。上流側エンドプレート２４は、熱交換流路ＺＢの上流端を閉塞するように配置されている。
【００４０】
このように、内筒１１と外筒２０との間に熱交換流路ＺＢの上流端を閉塞する上流側エンドプレート２４を配置することで、上流側から熱交換流路ＺＢに排気ガスが入り込むことを確実に防止し、側部流出口１１２から熱交換流路ＺＢに排気ガスが流れ込む第１モードの排気ガス流れを確保することができる。
【００４１】
熱交換流路ＺＢには、熱交換器４０が配置されている。熱交換器４０は、熱交換流路ＺＢにおいて内筒１１を囲むように配置され、外形が円筒形状をなすものであって、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行うものである。熱交換器４０は、内筒１１から所定の距離をおいて離隔するように配置されていると共に、外筒２０からも所定の距離をおいて離隔するように配置されている。このように熱交換器４０を配置することで、熱交換器４０と内筒１１との間には第１熱交換流路ＺＢ１が形成されると共に、熱交換器４０と外筒２０との間には第２熱交換流路ＺＢ２が形成される。
【００４２】
内筒１１の下流端には、上流側主流路ＺＡから第１熱交換流路ＺＢ１に排気ガスを流出させるための側部流出口１１２（熱交流出口）が形成されている。側部流出口１１２は、受入口ＨＥａよりも主送出口ＨＥｂ側に形成されている。より具体的には、側部流出口１１２は、熱交換流路ＺＢの下流端近傍において、内筒１１の側面が開口するように形成されている。
【００４３】
内筒１１と外筒２０との間には、側部流出口１１２から流れ出す排気ガスを第１熱交換流路ＺＢ１に導くように、第１熱交換流路ＺＢ１の下流端を閉塞する下流側エンドプレート２５が配置されている。下流側エンドプレート２５は、側部流出口１１２よりも下流側の内筒１１若しくは切替バルブ３０と、熱交換器４０の下流側端部とを繋ぐように配置されている。一方で、下流側エンドプレート２５は、外筒２０には繋がれておらず、外筒２０との間に副送出口２０１が形成されている。
【００４４】
このように、内筒１１と外筒２０との間に第１熱交換流路ＺＢ１の下流端を閉塞する下流側エンドプレート２５を配置することで、側部流出口１１２から流れ出す排気ガスを確実に第１熱交換流路ＺＢ１に導入することができる。従って、側部流出口１１２から流れ出た排気ガスが最初に第１熱交換流路ＺＢ１に入り、熱交換器４０を径方向に横切りながら熱交換を行い第２熱交換流路ＺＢ２に流れ出す第２モードの排気ガス流れを確保することができる。第２熱交換流路ＺＢ２に流れ込んだ排気ガスは、副送出口２０１から下流側主流路ＺＣに流れる。
【００４５】
内筒１１の下流端及び上流側主流路ＺＡと下流側主流路ＺＣとの境界位置に、切替バルブ３０が配置されている。切替バルブ３０を覆い、下流側主流路ＺＣを形成するように、下流側排気管１２が設けられている。下流側排気管１２は、外筒２０の下流側に繋がれた管路である。
【００４６】
上述した構成によって、切替器である切替バルブ３０の開閉により、上流側主流路ＺＡに受け入れた排気ガスを上流側主流路ＺＡに通過させて主送出口ＨＥｂに流す第１モードと、上流側主流路ＺＡに受け入れた排気ガスを上流側主流路ＺＡから熱交換流路ＺＢを経由して副送出口２０１に流す第２モードとが選択的に可能となる。
【００４７】
排気熱回収装置ＨＥにおいては、上述したように、熱交換器４０と内筒１１との間に第１熱交換流路ＺＢ１が形成され、熱交換器４０と外筒２０との間に第２熱交換流路ＺＢ２が形成され、上流側主流路ＺＡから第１熱交換流路ＺＢ１に排気ガスが流れ出す側部流出口１１２が上流側、第１熱交換流路ＺＢ１の主送出口ＨＥｂが下流側に形成されている。更に、排気熱回収装置ＨＥにおいては、第２モードにおいて排気ガスは側部流出口１１２から熱交換流路ＺＢに流れ出し、熱交換流路ＺＢに流れ出した排気ガスが、第１熱交換流路ＺＢ１から熱交換器４０の内側から外側に向かう径方向に流れて第２熱交換流路ＺＢ２に至るものであって、その流れる間に熱交換器４０において熱交換を行う。
【００４８】
本実施形態によれば、上流側主流路ＺＡから第１熱交換流路ＺＢ１に排気ガスが流れ出す側部流出口１１２が、第１熱交換流路ＺＢ１の主送出口ＨＥｂ側端部に形成されているので、切替バルブ３０の近傍に側部流出口１１２を形成することができる。このように側部流出口１１２の配置を工夫することで、切替バルブ３０を操作して第１モードの排気ガス流れを形成した場合に、側部流出口１１２から熱交換流路ＺＢを経由して副送出口２０１に至る経路と、上流側主流路ＺＡから下流側主流路ＺＣに至る主流路との間の圧力差を小さくすることができる。従って、第１モードの際に排気ガスを熱交換流路ＺＢ側に入り込ませず、そのまま主流路を経由して主送出口ＨＥｂから下流側主流路ＺＣに向けて流すことができる。
【００４９】
更に、第２モードにおいて切替バルブを操作し、主流路の途中である上流側主流路ＺＡの下流端を閉塞すると、排気ガスは側部流出口１１２から熱交換流路ＺＢに流れ出る。本実施形態では、熱交換流路ＺＢに流れ出した排気ガスが、第１熱交換流路ＺＢ１から熱交換器４０の内側から外側に向かう径方向に流れて第２熱交換流路ＺＢ２に至るように構成されているので、熱交換器４０全体にくまなく、ほぼ均一に排気ガスを行き渡らせて熱交換媒体との間で熱交換を行うことができる。従って、第２モードの際に熱交換器４０全体に排気ガスを行き渡らせることができ、熱交換効率を高めることができる。
【００５０】
このように排気ガスを、熱交換器４０の径方向に横切らせるように流す工夫について、詳細に説明する。熱交換器４０は、内筒１１及び外筒２０に沿った形状を成すと共に互いに所定の間隔をおいて積層配置可能なように形成された複数の熱交換器単体部品２３を有する。
【００５１】
複数の熱交換器単体部品２３は、互いに離隔して積層配置されることで、内部熱交換流路４０１を形成している。熱交換器単体部品２３は、中央部に穴が形成された環形状の円盤部材である。熱交換器単体部品２３は、熱交換媒体が流通する内部空間２３２を形成するように、環状側部２３１ａと、内側円環側部２３１ｂと、環状側部２３１ｃと、外側円環側部２３１ｄとが繋がれて構成されている。
【００５２】
環状側部２３１ａと環状側部２３１ｃとは、対向配置され互いに同形状を成す側面である。環状側部２３１ａ及び環状側部２３１ｃは、中央部に穴が形成された環形状の円盤部材である。
【００５３】
内側円環側部２３１ｂは、環状側部２３１ａの内側円部分と環状側部２３１ｃの内側円部分とを繋ぐ円環状の部材である。外側円環側部２３１ｄは、環状側部２３１ａの外側円部分と環状側部２３１ｃの外側円部分とを繋ぐ円環状の部材である。環状側部２３１ａと、内側円環側部２３１ｂと、環状側部２３１ｃと、外側円環側部２３１ｄとが繋がれることで、内部空間２３２が形成される。尚、環状側部２３１ａと、内側円環側部２３１ｂと、環状側部２３１ｃと、外側円環側部２３１ｄとを、それぞれどのような態様で繋ぎ合わせるかは、製造容易性等を考慮して任意に選択されるものである。
【００５４】
このように構成された熱交換器単体部品２３の内部空間２３２それぞれには、媒体入口部２１から流入した熱交換媒体が流れ込み、流れ込んだ熱交換媒体は排気ガスと熱交換を行った後に流出し、媒体出口部２２から外部に流れ出る。このように、熱交換器４０は、熱交換器単体部品２３の内部に熱交換媒体が流れる一方で、複数の熱交換器単体部品２３の間の内部熱交換流路４０１に排気ガスが流れることで熱交換を行うものである。
【００５５】
また、複数の熱交換器単体部品２３の間に流れ込む排気ガスを、複数の熱交換器単体部品２３の間の空間である内部熱交換流路４０１に拡散させる拡散手段を設けることが好ましいものである。
【００５６】
本実施形態では、熱交換器４０を、複数の熱交換器単体部品２３を互いの間に排気ガスが通過する空間を確保しながら配置することで構成しているので、第１熱交換流路ＺＢ１から第２熱交換流路ＺＢ２に向かう排気ガスを、複数の熱交換器単体部品２３それぞれの間の空間である内部熱交換流路４０１を通しながら流すことができる。更に、第１熱交換流路ＺＢ１に流れ込む排気ガスが偏っていたとしても、熱交換器単体部品２３間に流れ込む排気ガスをその空間に拡散させる拡散手段を設けることで、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。従って、熱交換器４０全体に排気ガスを行き渡らせることができ、熱交換媒体との間の熱交換をより効率的に行うことができる。
【００５７】
拡散手段の具体的な一例について、図３を参照しながら説明する。図３は、図２のＩ-Ｉ断面を示す概略断面図である。図３に示すように、熱交換器単体部品２３の環状側部２３１ａには、８つの第１凸部４０４と、４つの第２凸部４０５とが配置されている。管路２１１は媒体入口部２１に繋がる管路であり、管路２２１は媒体出口部２２に繋がる管路である。
【００５８】
第１凸部４０４は、環状側部２３１ａの内側円環側部２３１ｂ側の縁に沿って、所定距離立ち上がる壁面を有する凸部として形成されている。隣接する第１凸部４０４の間には隙間が空いている。熱交換器単体部品２３を連接すると、第１凸部４０４は、隣の熱交換器単体部品２３の環状側部２３１ｃの第１凸部４０４に当接するか若しくは排気ガスの流通を部分的に遮る程度に近接するように配置される。従って、第１凸部４０４は、第１熱交換流路ＺＢ１から複数の熱交換器単体部品２３の間への排気ガスの流入を部分的に規制するように設けられている。
【００５９】
このように、第１凸部４０４が熱交換器単体部品２３間の空間への排気ガスの流入を部分的に規制しているので、熱交換器単体部品２３間の一部領域に多くの排気ガスが偏って流れ込もうとしても第１凸部４０４に規制され、適量の排気ガスを流入させることができる。第１凸部４０４によって流入を阻止された余剰の排気ガスは、熱交換器単体部品２３間の他の領域に回りこんで流入する。結果として、熱交換器単体部品２３間の空間に突出する第１凸部４０４を設けるという簡単な手法で、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。
【００６０】
第２凸部４０５は、環状側部２３１ａの外側円環側部２３１ｄ側の縁に沿って、所定距離立ち上がる壁面を有する凸部として形成されている。第２凸部４０５は、平面視略三角形をなしており、底辺に相当する部分が外側円環側部２３１ｄの縁に沿い、頂角に相当する部分が内側円環側部２３１ｂに向かうように配置されている。従って、第２凸部４０５は、複数の熱交換器単体部品２３の間から第２熱交換流路ＺＢ２への排気ガスの流出を部分的に規制するように設けられている。
【００６１】
このように、第２凸部４０５が熱交換器単体部品２３間から第２熱交換流路ＺＢ２への排気ガスの流出を部分的に規制しているので、熱交換器単体部品２３間に流入した排気ガスの進行方向を変化させ、排気ガスが熱交換器単体部品２３に接触している時間をより長いものとすることができる。結果として、熱交換器単体部品２３間の空間に第１凸部４０４とは異なる第２凸部４０５を設けるという簡単な手法で、排気ガスと熱交換器単体部品２３との接触時間を長く確保することができ、熱交換効率を上昇させることができる。
【００６２】
尚、上述の説明では、熱交換器単体部品２３を平板的なものとして構成したが、椀状に変形させることも好ましい態様である。その変形例を図４に示す。図４に示すように、変形例としての熱交換器単体部品２３ａは、内側円環側部２３１ｂが上流側に後退し、外側円環側部２３１ｄが下流側に前進するように湾曲している。
【００６３】
上述した実施形態では、拡散手段として、熱交換器単体部品２３に設けられた第１凸部４０４や第２凸部４０５を一例に説明した。拡散手段としてはこれに限られるものではなく、例えば、熱交換器単体部部品２３の内側や外側にスリットを形成した筒状の部品を配置することでも実現することができる。
【００６４】
この変形例について、図５から図７を参照しながら説明する。図５は、排気熱回収装置ＨＥに用いられる内側拡散筒５０を示す斜視図である。図６は、図５に示す内側拡散筒５０の側面図である。図７は、図５及び図６に示す内側拡散筒５０と、その内側拡散筒５０に組み合わされる熱交換器単体部品２３の変形例である熱交換器単体部品２３Ａと、を示す概略断面図である。
【００６５】
図５及び図６に示すように、内側拡散筒５０は、端部リング５０１から同じ方向に８本の拡散板５０２（第１板部）が延びている。拡散板５０２それぞれの間には、スリット５０３が設けられている。従って、内側拡散筒５０は、金属円筒の長手方向に沿ったスリットを形成したものである。
【００６６】
図７に示すように、内側拡散筒５０は、熱交換器単体部品２３Ａと内筒１１との間に配置される。内側拡散筒５０の拡散板５０２は、第１凸部４０４の代わりに拡散手段として設けられるものである。従って、熱交換器単体部品２３Ａは、熱交換器単体部品２３から第１凸部４０４を取り除いたものとなっている。
【００６７】
このように、内側拡散筒５０の拡散板５０２は、第１熱交換流路ＺＢ１から複数の熱交換器単体部品２３Ａの間への排気ガスの流入を部分的に規制するように設けられている。拡散板５０２が熱交換器単体部品２３Ａ間の空間への排気ガスの流入を部分的に規制しているので、熱交換器単体部品２３Ａ間の一部領域に多くの排気ガスが偏って流れ込もうとしても拡散板５０２に規制され、適量の排気ガスを流入させることができる。拡散板５０２によって流入を阻止された余剰の排気ガスは、熱交換器単体部品２３Ａ間の他の領域に回りこんで流入する。結果として、熱交換器単体部品２３Ａの内側の第１熱交換流路ＺＢ１に拡散板５０２を設けるという簡単な手法で、多くの排気ガスが流入した領域から少なく排気ガスが流入した領域へと排気ガスを行き渡らせることができる。
【００６８】
第１凸部４０４の代わりに拡散板５０２を用いたのと同様に、第２凸部４０５の代わりに拡散板を有する外側拡散筒を用いることも好ましい態様である。図８は、内側拡散筒５０と共に外側拡散筒６０を用いた場合の概略断面図である。
【００６９】
外側拡散筒６０は、端部リング（図に明示せず）から同じ方向に４本の拡散板６０２（第２板部）が延びているものである。拡散板６０２それぞれの間には、スリット６０３が設けられている。
【００７０】
図８に示すように、外側拡散筒６０は、熱交換器単体部品２３Ｂと外筒２０との間に配置される。外側拡散筒６０の拡散板６０２は、第２凸部４０５の代わりに拡散手段として設けられるものである。従って、熱交換器単体部品２３Ｂは、熱交換器単体部品２３Ａから更に第２凸部４０５を取り除いたものとなっている。
【００７１】
このように、外側拡散筒５０の拡散板６０２は、複数の熱交換器単体部品２３Ｂの間から第２熱交換流路ＺＢ２への排気ガスの流出を部分的に規制するように設けられている。拡散板６０２が熱交換器単体部品２３Ｂ間から第２熱交換流路ＺＢ２への排気ガスの流出を部分的に規制しているので、熱交換器単体部品２３Ｂ間に流入した排気ガスの進行方向を変化させ、排気ガスが熱交換器単体部品２３Ｂに接触している時間をより長いものとすることができる。結果として、熱交換器単体部品２３Ｂの外側の第２熱交換流路ＺＢ２に拡散板６０２を設けるという簡単な手法で、排気ガスと熱交換器単体部品２３Ｂとの接触時間を長く確保することができ、熱交換効率を上昇させることができる。
【００７２】
尚、上述した内側拡散筒５０や外側拡散筒６０では、スリット５０３及びスリット６０３を長手方向に同じ幅のスリットとして形成したけれども、排気ガスをどのように熱交換器単体部品間に流したいかによって、スリットの幅は様々な態様を取りうるものである。図９は、図５及び図６に示す内側拡散筒５０の変形例である、内側拡散筒５１を示す側面図である。内側拡散筒５１は、端部リング５１１から同じ方向に８本の拡散板５１２（第１板部）が延びている。拡散板５１２それぞれの間には、スリット５１３が設けられている。拡散板５１２は、端部リング５１１側の幅が広く、端部リング５１１から離れるに従ってその幅が狭くなるように構成されている。従って、スリット５１３は、端部リング５１１側の幅が狭く、端部リング５１１から離れるに従ってその幅が広くなるように構成されている。排気ガスは、端部リング５１１側から入り込むので、排気ガス流にとっての上流側においては熱交換器単体部部品２３Ａ，２３Ｂ間への流入を規制し、排気ガス流にとっての下流側においては流入を促進することで、熱交換器単体部部品２３Ａ，２３Ｂ間への排気ガスの導入をむら無く行うことができる。
【００７３】
上記実施形態は、一例に過ぎず、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００７４】
ＨＥ：排気熱回収装置
１０：上流側排気管
１１：内筒
１２：下流側排気管
２０：外筒
２１：媒体入口部
２２：媒体出口部
２３：熱交換器単体部品
２４：上流側エンドプレート
２５：下流側エンドプレート
３０：切替バルブ
ＺＡ：上流側主流路
ＺＢ：熱交換流路
ＺＢ１：内側流路
ＺＢ２：外側流路
ＺＣ：下流側主流路
１１２：側部流出口
１１３：主流出口
２０１：副流出口
２１１：管路
２２１：管路
２３１ａ：環状側部
２３１ｂ：内側円環側部
２３１ｃ：環状側部
２３１ｄ：外側円環側部
２３２：内部空間
４０１：内部熱交換流路
４０４：第１凸部
４０５：第２凸部
【図１】
2014014080.tif 000003
【図２】
2014014080.tif 000004
【図３】
2014014080.tif 000005
【図４】
2014014080.tif 000006
【図５】
2014014080.tif 000007
【図６】
2014014080.tif 000008
【図７】
2014014080.tif 000009
【図８】
2014014080.tif 000010
【図９】
2014014080.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月19日(2014.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置であって、
上流側から流れ込む排気ガスを受け入れる受入口と、その受け入れた排気ガスを下流側に送り出す主送出口と、を繋ぐ主流路の一部を形成するものであって、前記主流路の前記受入口側部分である上流側主流路を形成する内側部材と、
前記内側部材を囲むように配置され、前記内側部材との間で熱交換流路を形成する外側部材と、
前記熱交換流路において前記内側部材を囲むように配置され、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記主流路に受け入れた排気ガスを前記主流路のみに通過させて前記主送出口に流す第１モードと、前記主流路に受け入れた排気ガスを前記上流側主流路から前記熱交換流路を経由させて前記主送出口とは異なる副送出口に流す第２モードと、を切り替える切替器と、を備え、
前記熱交換流路は、前記熱交換器と前記内側部材との間に形成される第１熱交換流路と、前記熱交換器と前記外側部材との間に形成される第２熱交換流路と、を有し、
前記上流側主流路から前記第１熱交換流路に排気ガスが流れ出す熱交流出口が、前記第１熱交換流路の前記主送出口側端部に形成され、前記副送出口が、前記第２熱交換流路の前記主送出口側端部に形成されるように、前記内側部材と前記熱交換器とが配置され、
前記第２モードにおいて、排気ガスは前記熱交流出口から前記熱交換流路に流れ出し、前記熱交換流路に流れ出した排気ガスは、前記第１熱交換流路を前記上流側に向かいながら前記熱交換器の内側から外側に向かう径方向に流れて前記第１熱交換流路から前記第２熱交換流路に至り、前記第２熱交換流路を前記下流側に向かって流れるものであって、その流れる間に前記熱交換器において熱交換を行うことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項２】
前記内側部材と前記外側部材との間に、前記熱交換流路に上流側から排気ガスが流入しないように前記熱交換流路の上流端を閉塞する上流側エンドプレートが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
【請求項３】
前記内側部材と前記外側部材との間に、前記熱交流出口から流れ出す排気ガスを前記第１熱交換流路に導くように前記第１熱交換流路の下流端を閉塞する下流側エンドプレートが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気熱回収装置。
【請求項４】
前記熱交換器は、前記内側部材及び前記外側部材それぞれに沿った形状を成すと共に、互いに所定の間隔をおいて積層配置された複数の熱交換器単体部品を有し、
前記熱交換器単体部品の内部に熱交換媒体が流れる一方で、複数の前記熱交換器単体部品の間における熱交換領域に排気ガスが流れることで熱交換を行うものであって、
前記熱交換領域に流れ込む排気ガスを、前記熱交換領域の周方向に拡散させる拡散手段が配置されてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の排気熱回収装置。
【請求項５】
前記拡散手段は、前記第１熱交換流路から前記熱交換領域に至る排気ガスの流れを部分的に規制するものであることを特徴とする請求項４に記載の排気熱回収装置。
【請求項６】
前記拡散手段は、前記熱交換器単体部品の前記第１熱交換流路側に形成された第１凸部を有することを特徴とする請求項５に記載の排気熱回収装置。
【請求項７】
前記拡散手段は、前記熱交換器の内側側面に沿って、前記第１熱交換流路との間に配置される第１板部を有することを特徴とする請求項５に記載の排気熱回収装置。
【請求項８】
前記拡散手段は、前記熱交換領域から前記第２熱交換流路に至る排気ガスの流れを部分的に規制するものであることを特徴とする請求項４に記載の排気熱回収装置。
【請求項９】
前記拡散手段は、前記熱交換器単体部品の前記第２熱交換流路側に形成された第２凸部を有することを特徴とする請求項８に記載の排気熱回収装置。
【請求項１０】
前記拡散手段は、前記熱交換器の外側側面に沿って、前記第２熱交換流路との間に配置される第２板部を有することを特徴とする請求項８に記載の排気熱回収装置。
【国際調査報告】
2014014080.tif 000012
2014014080.tif 000013
2014014080.tif 000014
2014014080.tif 000015