(57)【要約】【課題】コンパクトでありながら、冷却水を温めることができると共に、発電可能である排熱回収装置を提供すること。【解決手段】排熱回収装置（２０）は、排気ガス導入口（３１ａ）から導入された排気ガスを２つの流路に分岐させる分岐部（３０）と、分岐部（３０）に接続され上流側の端部が排気ガス導入口（３１ａ）に臨む第１流路（２２）と、第１流路（２２）に沿って設けられ上流側の端部が前記分岐部に接続された第２流路（２４）と、第２流路（２４）に設けられ排気ガスの熱によって内部に流れる水を温める熱交換器（６０）と、を有している。第１流路（２２）は、排気ガスの熱と内部に流される媒体の熱との温度差に基づいて発電を行う熱電発電装置（４０）を有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにおいて発生した排気ガスが導入される排気ガス導入口と、この排気ガス導入口から導入された排気ガスを２つの流路に分岐させる分岐部と、この分岐部に接続され上流側の端部が前記排気ガス導入口に臨む第１流路と、この第１流路に沿って設けられ上流側の端部が前記分岐部に接続された第２流路と、この第２流路に設けられ前記排気ガスの熱によって内部に流れる水を温める熱交換器と、この熱交換器に接続され前記水の温度によって作動するサーモアクチュエータと、このサーモアクチュエータによって作動され前記第１流路を開閉可能なバルブ装置と、を有する排熱回収装置において、
前記第１流路は、前記排気ガスの熱と内部に流される媒体の熱との温度差に基づいて発電を行う熱電発電装置を有していることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記第１流路は、前記排気ガスが上下方向に流れるよう上下方向に向けて、且つ、前記エンジンに沿って配置されていることを特徴とする請求項１記載の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良された排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において発生した排気ガスの熱を利用して、熱交換器内の媒体を温める排熱回収装置が知られている。このような排熱回収装置に関する従来技術として特許文献１に開示される技術がある。
【０００３】
図６（ａ）を参照する。図６（ａ）は、特許文献１の図５を再掲した図である。符号は、適宜振り直している。特許文献１に示されるような、排熱回収装置１００は、排気ガスが流れる第１流路１０１と、この第１流路１０１に沿って設けられた第２流路１０２と、この第２流路１０２に設けられ排気ガスの熱によって内部に流れる冷却水を温める熱交換器１０３と、第１流路１０１を開閉可能に設けられ排気ガスの流れる流路を制御するバルブ装置１０４と、を備えている。
【０００４】
ところで、このような排気ガスの熱を利用する装置として、熱電発電装置が知られている。特許文献１には、排熱回収装置の他に、熱電発電装置が開示されている。
【０００５】
図６（ｂ）を参照する。図６（ｂ）は、特許文献１の図１１を再掲した図である。符号は、適宜振り直している。特許文献１に示されるような、熱電発電装置２００は、排気ガスが通過する排気ガス路２０１と、この排気ガス路２０１に沿って隙間を介して設けられ媒体が通過する媒体路２０２と、これらの排気ガス路２０１及び媒体路２０２の間の隙間に配置され排気ガスの熱と媒体の熱との温度差に基づいて発電を行う熱電素子２０３と、を有する。
【０００６】
図６（ａ）を併せて参照する。排気ガスによって、冷却水を温めると共に、発電を行うことができれば、エネルギを効率よく利用することができ、望ましい。
【０００７】
一方、限られた配置スペースに、排熱回収装置１００及び熱電発電装置２００の両方を配置するには、効率よくスペースを利用する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−９５３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、コンパクトでありながら、冷却水を温めることができると共に、発電可能である排熱回収装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１による発明によれば、エンジンにおいて発生した排気ガスが導入される排気ガス導入口と、この排気ガス導入口から導入された排気ガスを２つの流路に分岐させる分岐部と、この分岐部に接続され上流側の端部が前記排気ガス導入口に臨む第１流路と、この第１流路に沿って設けられ上流側の端部が前記分岐部に接続された第２流路と、この第２流路に設けられ前記排気ガスの熱によって内部に流れる水を温める熱交換器と、この熱交換器に接続され前記水の温度によって作動するサーモアクチュエータと、このサーモアクチュエータによって作動され前記第１流路を開閉可能なバルブ装置と、を有する排熱回収装置において、
前記第１流路は、前記排気ガスの熱と内部に流される媒体の熱との温度差に基づいて発電を行う熱電発電装置を有していることを特徴とする排熱回収装置が提供される。
【００１１】
請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記第１流路は、前記排気ガスが上下方向に流れるよう上下方向に向けて、且つ、前記エンジンに沿って配置されている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明では、熱電発電装置は、排気ガス導入口の下流に配置される第１流路に設けられ、熱交換器は、第１流路から分岐した第２流路に設けられている。エンジンが作動した直後においては、水の温度は低い。このとき、バルブは、第１流路を閉じる。これにより、排気ガスは、第２流路に流れ熱交換器内を流れる水を温める。これにより、急速に温める。水の温度が所定の温度に達すると、サーモアクチュエータが作動して、第１流路を開放する。排気ガス導入口の下流に配置される第１流路が開放されると、排気ガスは、直線的に第１流路を流れる。第１流路には、熱電発電装置が配置されており、排気ガスの熱と内部に流される媒体の熱との温度差に基づいて発電を行う。冷却水を温めることができると共に、発電可能である排熱回収装置は、熱交換器と熱電発電装置とが並列に配置されているため、コンパクトである。即ち、コンパクトでありながら、冷却水を温めることができると共に、発電可能である排熱回収装置を提供することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明では、第１流路は、排気ガスが上下方向に流れるよう上下方向に向けて、且つ、エンジンに沿って配置されている。エンジンに近接して配置することにより、高温の排気ガスを導入することができる。これにより、熱交換、及び、発電を効率的に行うことができる。また、上下方向に向けて配置することにより、エンジンの周縁に排熱回収装置をコンパクトに配置することができる。即ち、コンパクトに配置することのできる排熱回収装置でありながら、熱交換、及び、発電を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例による排熱回収装置の正面図である。
【図２】図１に示された排熱回収装置の斜視図である。
【図３】図１に示された排熱回収装置の断面図である。
【図４】図３の４部拡大図である。
【図５】図３に示された排熱回収装置の作用を説明する図である。
【図６】従来の技術の基本構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
＜実施例＞
【００１６】
図１を参照する。排熱回収装置２０は、エンジンＥｎの後面に沿って縦向きに配置されている。エンジンＥｎには、内部で発生した排気ガスをエンジンＥｎの外部へ排出するための排出口を有し、この排出口に接続管１１の一端が接続されている。接続管１１は、エンジンＥｎの排出口から、排熱回収装置２０まで延びている。即ち、排熱回収装置２０は、接続管１１を介してエンジンＥｎに接続されている。
【００１７】
図２、及び、図３を参照する。排熱回収装置２０は、導入された排気ガスを２つの流路に分岐させる分岐部３０と、この分岐部３０に接続された第１流路２２と、この第１流路２２に設けられ排気ガスの熱と内部に流される媒体の熱との温度差に基づいて発電を行う熱電発電装置４０と、第１流路２２に沿って設けられ上流側の端部が分岐部３０に接続された第２流路２４と、この第２流路２４に設けられ排気ガスの熱によって内部に流れる水を温める熱交換器６０と、この熱交換器６０に接続され前記水の温度によって作動するサーモアクチュエータ２６と、このサーモアクチュエータ２６によって作動され第１流路２２を開閉可能なバルブ装置２７と、このバルブ装置２７を収納し第１流路２２及び第２流路２４が合流する合流部７０と、を有する。
【００１８】
分岐部３０は、断面略Ｕ字状の２枚の部材を互いに向かい合わせに設けることにより箱状に形成されている。分岐部３０は、上流側に配置された上流側分岐部材３１と、この上流側分岐部材３１に接続された下流側分岐部材３２と、からなる。ここで、上流側とは、排気ガスの流れを基準として上流側をいう。下流側とは、排気ガスの流れを基準として下流側をいう。以下についても同様である。
【００１９】
上流側分岐部材３１は、接続管１１（図１参照）が接続され、排気ガスが導入される排気ガス導入口３１ａを含む。
【００２０】
下流側分岐部材３２は、第１流路２２の上流側の端部が差し込まれた第１流路上流側差込孔３２ａと、第２流路２４の上流側の端部が差し込まれた第２流路上流側差込孔３２ｂと、を有している。
【００２１】
第１流路２２は、上流側の端部を構成する熱電発電装置４０と、この熱電発電装置４０の下流側の端部から合流部７０の近傍まで延びる第１流路本体部２２ａと、この第１流路本体部２２ａの下流側の端部から合流部７０の内部まで延びる第１流路延出部２２ｂと、を有する。第１流路本体部２２ａは、下流に向かって流路が細くなっている。
【００２２】
図３に示される状態において、第１流路延出部２２ｂの下流側の端部は、バルブ装置２７によって閉じられている。即ち、第１流路延出部２２ｂの下流側の端部は、バルブ装置２７の座とされている。
【００２３】
熱電発電装置４０は、ケース４１と、このケース４１の両端をそれぞれ閉じる一対のエンドプレート４２，４３と、これらのエンドプレート４２，４３によって両端が支持され内部に排気ガスが通過する排気ガス路４４と、この排気ガス路４４に沿って隙間を介してケース４１の内部に設けられ媒体が通過する媒体路４５と、この媒体路４５に設けられた媒体用フィン４６と、これらの排気ガス路４４及び媒体路４５の間の隙間に配置され排気ガスの熱と媒体の熱との温度差に基づいて発電を行う熱電素子４７（ペルチェ素子）と、を有する。
【００２４】
ケース４１は、断面略Ｕ字状の２枚の部材を互いに向かい合わせに設けることにより形成されている。ケース４１は、第１流路上流側差込孔３２ａに差し込まれた上流側ケース半体４１ａと、この上流側ケース半体４１ａに重ねられた下流側ケース半体４１ｂと、からなる。上流側ケース半体４１ａ、及び、下流側ケース半体４１ｂは、共に、金属の板材を深絞り加工してなる。
【００２５】
上流側のエンドプレート４２は、上流側ケース半体４１ａの上流側の端部に一体的に形成されている。即ち、深絞り加工した板材の底部が上流側のエンドプレート４２とされている。
【００２６】
下流側のエンドプレート４３は、排気ガス流路４４の下流側の端部、及び、下流側ケース半体４１ｂを接続している。
【００２７】
排気ガス路４４は、扁平チューブ状に形成されたチューブ４４ａと、このチューブ４４ａの内部に配置された板状のセパレータ４４ｂと、このセパレータ４４ｂの両面にそれぞれ配置された排気ガス用フィン４４ｃ，４４ｃと、からなる。
【００２８】
排気ガス路４４に沿ってケース４８が配置されている。これらの排気ガス路４４とケース４８とによって隙間が形成されている。排気ガス路４４の上流側の端部は、ケース４８に接続されている。一方、排気ガス路４４の下流側の端部は、ケース４８に接続されずに、下流側のエンドプレート４３に接続されている。
【００２９】
ケース４８の外周には低温の媒体が流れる。ケース４８の内側に設けられた排気ガス路４４の内周には、高温の排気ガスが流れる。排気ガス路４４は、温度差により熱伸びする量が異なる。下流側のエンドプレート４３は、熱伸びを吸収可能な構成とされ、熱伸びを吸収することにより、ケース４１等に加わり得る負荷を軽減している。
【００３０】
第２流路２４は、第２流路上流側差込孔３２ｂに差し込まれ熱交換器６０まで延びる上流側第２流路２４ａと、熱交換器６０と、この熱交換器６０から合流部７０まで延びる下流側第２流路２４ｂと、からなる。
【００３１】
熱交換器６０は、コアケース６１の内部に複数の熱交換チューブ６２が積層され、熱交換チューブ６２の内部に排気ガスを流すと共に、熱交換チューブ６２の外部に冷却水を流す、周知の装置である。熱交換チューブ６２を介して、排気ガスの熱が冷却水に伝わる。
【００３２】
図２を参照する。冷却水は、ケース４１に接続された冷却水導入管６３によって熱電発電装置４０の内部に導かれる。ケース４１の内部を通過した冷却水は、連結管６６を通り、熱交換器６０の内部に導かれる。コアケース６１の内部において温められた冷却水は、コアケース６１に接続された第１の冷却水排出管６４からサーモアクチュエータ２６に導かれる。サーモアクチュエータ２６に流れた冷却水は、サーモアクチュエータ２６に接続された第２の冷却水排出管６５から排出される。
【００３３】
サーモアクチュエータ２６は、冷却水の温度によってロッド２６ａが進退する。ロッド２６ａの先端は、リンク機構２９に接続されている。
【００３４】
図３を併せて参照する。バルブ装置２７は、リンク機構２９を介してサーモアクチュエータ２６に接続された軸部材２７ａと、この軸部材２７ａに固定された第１弁体２７ｂ、及び、第２弁体２７ｃと、からなる。
【００３５】
軸部材２７ａは、両端部が回転可能に合流部７０に固定されている。軸部材２７ａは、サーモアクチュエータ２６のロッド２６ａが進退すると、リンク機構２９を介して回転する。軸部材２７ａは、軸線に対して垂直に交わる断面を基準として、略Ｄ字状を呈する。
【００３６】
第１弁体２７ｂは、軸部材２７ａと共に回転可能であり、第１流路２２の下流側の端部を開閉可能な弁体である。第２弁体２７ｃは、軸部材２７ａと共に回転可能であり、第２流路２４の下流側の端部を開閉可能な弁体である。第１弁体２７ｂ、及び、第２弁体２７ｃは、第１弁体２７ｂが第１流路２２を閉じている場合に第２弁体２７ｃが第２流路２４を開放し、第１弁体２７ｂが第１流路２２を開放している場合に第２弁体２７ｃが第２流路２４を閉じるよう、軸部材２７ａに取り付けられている。
【００３７】
第１弁体２７ｂ、及び、第２弁体２７ｃは、共に、軸部材２７ａの平坦な面に共締めされて固定されている。組み立て作業を容易にすると共に、第１弁体２７ｂ及び第２弁体２７ｃの互いの位置決めを容易に行うためである。一方、第１弁体２７ｂ及び第２弁体２７ｃがそれぞれ別体で製造されることにより、それぞれの形状に関して設計の自由度を高めることができる。即ち、それぞれの弁体２７ｂ，２７ｃの高い設計の自由度を確保しつつ、それぞれの弁体２７ｂ，２７ｃを正確な位置に取り付けることができる。
【００３８】
合流部７０は、断面略Ｕ字状の２枚の部材を互いに向かい合わせに設けることにより箱状に形成されている。合流部７０は、第１流路２２及び第２流路２４が接続された上流側合流部材７１と、この上流側合流部材７１に接続された下流側合流部材７２と、を有する。
【００３９】
上流側合流部材７１は、第１流路延出部２２ｂを差し込むために空けられた第１流路下流側差込孔７１ａと、下流側第２流路２４ｂに連通するよう空けられた第２流路下流側孔７１ｂと、を有する。
【００４０】
下流側合流部材７２は、外部に排気ガスを排出するために空けられた排気ガス排出口７２ａを有している。
【００４１】
以上の構成による排熱回収装置２０の作用を、以下に説明する。
【００４２】
図３を参照する。エンジンＥｎ（図１参照）の始動直後においては、冷却水の温度が低い。このため、排気ガスを熱交換器６０に流し、排気ガスの熱により冷却水を温める。このため、バルブ装置２７は、第１流路２２の下流側の端部を閉じている。
【００４３】
排気ガス導入口３１ａから導入された排気ガスは、第２流路２４を流れる。熱交換器６０は、第２流路２４の一部を構成している。このため、導入された排気ガスは、熱交換器６０を通過する。
【００４４】
熱交換器６０に導入された排気ガスは、熱交換チューブ６２の内部を通過する。排気ガスが通過することにより、熱交換チューブ６２は、温められる。一方、熱交換チューブ６２の外周には、冷却水が流されている。温められた熱交換チューブ６２の熱は、冷却水へと伝えられる。これにより冷却水が温められる。
【００４５】
図１を参照する。所定の温度まで冷却水が温められることにより、サーモアクチュエータ２６の内部に充填されたワックスの体積が膨張する。これにより、ロッド２６ａは、ワックスに押し出されるようにして前進する。ロッド２６ａが前進することにより、リンク機構２９が軸部材２７ａを回転させる。
【００４６】
図５を参照する。軸部材２７ａが回転することにより、第２弁体２７ｃは、第２流路２４を閉鎖し、第１弁体２７ｂは、第１流路２２を開放する。これにより、排気ガスは、第１流路２２を流れる。
【００４７】
第１流路２２の上流側の端部は、熱電発電装置４０によって構成されている。このため、排気ガスは、熱電発電装置４０に導入される。導入された排気ガスは、排気ガス路４４を通過する。排気ガス路４４は、排気ガスの熱により温められ、高温になる。一方、媒体路４５には、排気ガスよりも低温の媒体が流れている。ケース４８は、低温の媒体によって冷却されている。
【００４８】
熱電素子４７は、一端が排気ガス路４４の外周に接し、他端が媒体路４５の外周に接している。そして、排気ガス路４４は、高温であり、媒体路４５は、排気ガス路４４よりも低温である。熱電素子４７は、これらの温度差に基づいて発電を行う。
【００４９】
以上に説明した本発明によれば、以下の効果を奏する。
【００５０】
冷却水を温めることができると共に、発電可能である排熱回収装置２０は、熱交換器６０と熱電発電装置４０とが並列に配置されているため、コンパクトである。即ち、コンパクトでありながら、冷却水を温めることができると共に、発電可能である排熱回収装置２０を提供することができる。
【００５１】
図１を参照する。第１流路２２は、排気ガスが上下方向に流れるよう上下方向に向けて、且つ、エンジンＥｎに沿って配置されている。エンジンＥｎに近接して配置することにより、高温の排気ガスを導入することができる。これにより、熱交換、及び、発電を効率的に行うことができる。また、上下方向に向けて配置することにより、エンジンＥｎの周縁に排熱回収装置２０をコンパクトに配置することができる。即ち、コンパクトに配置することのできる排熱回収装置２０でありながら、熱交換、及び、発電を効率的に行うことができる。
【００５２】
熱電発電装置４０及び熱交換器６０は、内部に水が流れる連結管６６によって連結されている。それぞれの装置に個別に水（媒体）の導入部及び排出部を形成する場合に比べて、部品点数を削減することができると共に、システムも簡略化でき、省スペース化にも資する。なお、この場合には、熱交換器６０内を流れる媒体は、熱電発電装置４０の内部を流れる水である。
【００５３】
加えて、熱電発電装置４０、連結管６６、熱交換器６０の順に水を流す。熱交換器６０によって温められる前の水を熱電発電装置４０に流す。これにより、水と排気ガスの温度差をより大きくすることができる。温度差によって発電する熱電発電装置４０をより効率的に作動させることができる。一方、熱電発電装置４０を通過して僅かに温まった水を熱交換器６０に導入することにより、より迅速に水を温めることができる。
【００５４】
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、さらに車両以外の乗り物、さらに乗り物以外の用途にも適用可能である。
【００５５】
また、本発明の排熱回収装置は、車体の下のスペースなどエンジン（パワーユニット）近傍以外のスペースに配置しても良い。
【００５６】
即ち、本発明は、作用及び効果を奏する限りにおいて、実施例に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の排熱回収装置は、四輪車に好適である。
【符号の説明】
【００５８】
２０…排熱回収装置
２２…第１流路
２４…第２流路
２６…サーモアクチュエータ
２７…バルブ装置
３０…分岐部
３１ａ…排気ガス導入口
４０…熱電発電装置
６０…熱交換器
Ｅｎ…エンジン
【図１】
2018109384.tif 000003
【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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