(57)【要約】【課題】簡易な構成の排気通路を有する熱交換システムを提供する。【解決手段】熱交換システム１は、エンジン１０の排気ガスが流れる第１通路２０と、長手方向一端が第１通路２０の接続部と接続され、排気ガスが大気開放される第１開放口２５ａが長手方向他端に設けられた第２通路２５と、長手方向一端が第１通路２０の接続部と接続され、排気ガスが大気開放される第２開放口２７ａが長手方向他端に設けられた第３通路２７と、第３通路２７に設けられ、排気ガスと冷却水とを熱交換する熱交換器３０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ガスが流れる第１通路と、
長手方向一端が前記第１通路の接続部と接続され、前記排気ガスが大気開放される第１開放口が長手方向他端に設けられた第２通路と、
長手方向一端が前記第１通路の前記接続部と接続され、前記排気ガスが大気開放される第２開放口が長手方向他端に設けられた第３通路と、
前記第３通路に設けられ、前記排気ガスと冷媒とを熱交換する熱交換器と、
を備える、熱交換システム。
【請求項２】
前記接続部に設けられ、前記第２通路を前記第１通路と連通又は遮断し、前記第３通路を前記第１通路と連通又は遮断する弁を更に備える、
請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記エンジンの暖機時に、前記第２通路を前記第１通路と遮断させ、かつ前記第３通路を前記第１通路と連通させるように前記弁を切替制御して、前記排気ガスを前記熱交換器を経由して前記第２開放口から大気開放させる制御部を更に備える、
請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項４】
前記エンジンの暖機終了後は、前記第２通路を前記第１通路と連通させ、かつ前記第３通路を前記第１通路と遮断させるように前記弁を切替制御して、前記排気ガスを前記第１開放口から大気開放させる制御部を更に備える、
請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項５】
前記第２通路の内径は、前記第１通路及び前記第３通路の内径よりも大きく、
前記エンジンの高負荷時に、前記第２通路及び前記第３通路を前記第１通路と連通させるように前記弁を切替制御して、前記熱交換器において前記第２開放口から前記第３通路へ流入した外気と前記冷媒とを熱交換させる制御部を更に備える、
請求項２に記載の熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両は、エンジンの排気通路に設けられ、エンジンの排気ガスと冷媒とを熱交換して排気熱を回収する回収器としての熱交換器を有する。例えば、熱交換器は、冷媒の一例であるエンジンの冷却水と、排気ガスとを熱交換して、冷却水を加熱する。加熱された冷却水は、例えばエンジンの暖機促進に利用される。なお、排気通路には、排気ガスが熱交換器を迂回するようにバイパス経路が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４７５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のバイパス経路は、熱交換器を迂回するように、排気通路から分岐・合流しているため、排気通路の構成が複雑になる恐れがある。例えば、バイパス経路を構成する管の形状が複雑になる恐れがある。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成の排気通路を有する熱交換システム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】
本発明の一の態様においては、エンジンの排気ガスが流れる第１通路と、長手方向一端が前記第１通路の接続部と接続され、前記排気ガスが大気開放される第１開放口が長手方向他端に設けられた第２通路と、長手方向一端が前記第１通路の前記接続部と接続され、前記排気ガスが大気開放される第２開放口が長手方向他端に設けられた第３通路と、前記第３通路に設けられ、前記排気ガスと冷媒とを熱交換する熱交換器とを備える熱交換システムを提供する。
かかる排気システムによれば、排気ガスは、第３通路の熱交換器を経由して第２開放口から大気開放されるか、熱交換器を経由せずに第２通路の第１開放口から大気開放される。このように、排気ガスは、２つの開放口から大気開放可能であるため、第２通路及び第３通路を接続させる必要がなくなり、排気通路の構成をシンプルにできる。また、例えば第１開放口を車両の後方側に設け、第２開放口を車両の前方側へ設けるような構成も可能となり、排気通路の配置の自由度がより高まる。
【０００７】
また、前記排気システムは、前記接続部に設けられ、前記第２通路を前記第１通路と連通又は遮断し、前記第３通路を前記第１通路と連通又は遮断する弁を更に備えることとしてもよい。
【０００８】
また、前記排気システムは、前記エンジンの暖機時に、前記第２通路を前記第１通路と遮断させ、かつ前記第３通路を前記第１通路と連通させるように前記弁を切替制御して、前記排気ガスを前記熱交換器を経由して前記第２開放口から大気開放させる制御部を更に備えることとしてもよい。
【０００９】
また、前記排気システムは、前記エンジンの暖機終了後は、前記第２通路を前記第１通路と連通させ、かつ前記第３通路を前記第１通路と遮断させるように前記弁を切替制御して、前記排気ガスを前記第１開放口から大気開放させる制御部を更に備えることとしてもよい。
【００１０】
また、前記第２通路の内径は、前記第１通路及び前記第３通路の内径よりも大きく、前記排気システムは、前記エンジンの高負荷時に、前記第２通路及び前記第３通路を前記第１通路と連通させるように前記弁を切替制御して、前記熱交換器において前記第２開放口から前記第３通路へ流入した外気と前記冷媒とを熱交換させる制御部を更に備えることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成の排気通路を有する熱交換システムを提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱交換システム１の構成の一例を示す模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る熱交換システム１の構成の一例を示す模式図である。
【図３】第１の実施形態に係る熱交換システム１の構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜熱交換システムの構成＞
図１〜図３を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る熱交換システム１の構成について説明する。
【００１４】
図１〜図３は、第１の実施形態に係る熱交換システム１の構成の一例を示す模式図である。なお、図１は、エンジン１０の暖機時の状態を示し、図２は、暖機終了後の状態を示し、図３は、エンジン１０の高負荷時の状態を示す。また、図１〜図３では、排気ガスの流れが実線の矢印で示され、外気の流れが破線の矢印で示されている。
【００１５】
熱交換システム１は、ここではトラック等の大型車両に搭載されている。熱交換システム１は、図１等に示すように、エンジン１０と、第１通路２０と、後処理装置２３と、第２通路２５と、第３通路２７と、熱交換器３０と、冷却水通路４０と、ラジエータ４５と、切替弁５０と、ＥＣＵ８０とを有する。熱交換システム１は、エンジン１０の排気ガス又は外気と、冷媒とを熱交換して、冷媒を加熱又は冷却するシステムである。
【００１６】
エンジン１０は、複数の気筒を含むエンジンであり、本実施形態ではディーゼルエンジンであるが、ガソリンエンジンにも適用可能である。エンジン１０は、気筒内で燃料と吸気（空気）の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる。吸気は、不図示の吸気通路によりエンジン１０の気筒に吸入されている。また、エンジン１０は、燃焼後の排気ガスを排出する。
【００１７】
第１通路２０は、エンジン１０から排出された排気ガスが流れる通路である。第１通路２０は、例えば管で構成されている。第１通路２０の長手方向の一端は、エンジン１０と接続されている。第１通路２０の長手方向の他端は、切替弁５０を介して、第２通路２５及び第３通路２７と接続されている接続部である。本実施形態では、第１通路２０、第２通路２５及び第３通路２７が、排気ガスの排気通路を構成している。
【００１８】
後処理装置２３は、第１通路２０に設けられており、排気ガスを浄化する装置である。後処理装置２３は、ここでは、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）とＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）を有する。ＤＰＦは、排気ガス中のＰＭを捕集する。ＳＣＲは、尿素水から加水分解されて生成されるアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化する。
【００１９】
第２通路２５は、大気開放される排気ガスが流れる通路である。第２通路２５の長手方向の一端は、切替弁５０を介して第１通路２０の長手方向の他端と接続されている。第２通路２５の長手方向の他端には、排気ガスが大気開放される第１開放口２５ａが設けられている。また、管形状の第２通路２５の内径は、第１通路２０及び第３通路２７の内径よりも大きい。切替弁５０は、内部で直径が変わっており、第２通路２５は、切替弁５０で直径が大きくなっている部分と接続されている。
【００２０】
第３通路２７は、大気開放される排気ガスが流れる通路である。第３通路２７の長手方向の一端は、切替弁５０を介して第１通路２０の長手方向の他端と接続されている。第３通路２７の長手方向の他端には、排気ガスが大気開放される第２開放口２７ａが設けられている。第３通路２７には、熱交換器３０が設けられている。
【００２１】
第１開放口２５ａ及び第２開放口２７ａが有する本実施形態では、切替弁５０を制御することで、第１通路２０を流れる排気ガスが、第１開放口２５ａと第２開放口２７ａのいずれか一方から大気開放される。例えば、エンジン１０の暖機時には、図１に示すように、排気ガスは、第３通路２７を流れて熱交換器３０でエンジン１０の冷却水と熱交換した後に、第２開放口２７ａから大気開放される。一方で、エンジン１０の暖機終了後には、図２に示すように、排気ガスは、第２通路２５を流れて第１開放口２５ａから大気開放される。なお、第１開放口２５ａは、車両の後方側に設けられ、第２開放口２７ａは、車両の前方側に設けられていてもよい。
【００２２】
また、本実施形態では、図３に示すように、排気ガスが第２通路２５へ流れる際に、第２開放口２７ａから流入した外気が、第３通路２７から切替弁５０を経由して第２通路２５へ流れ込む。これは、噴流が周囲の流体を巻き込む作用を利用した以下の現象が生じているためである。すなわち、第１通路２０の直径よりも切替弁５０の経路の直径が大きくなっていることで、経路の直径が断面変化する部分で第１通路２０から出た排気ガスが噴流となり、経路の直径が大きくなった部分に第３通路２７を接続することで、第３通路２７の外気を引き込んでいる。第２通路２５へ流れ込んだ外気は、排気ガスと混ざる。ここで、外気の温度は排気ガスの温度よりも低いので、外気が排気ガスと混ざることで、排気ガスの温度が低下する。
【００２３】
熱交換器３０は、第３通路２７に設けられており、排気ガスと冷媒とを熱交換する。冷媒は、ここでは冷却水通路４０を流れるエンジン１０の冷却水である。冷却水の温度は排気ガスの温度よりも低いので、冷却水は、排気ガスと熱交換することで加熱される。
【００２４】
また、熱交換器３０は、第２開放口２７ａから流入した外気が第３通路２７を流れる際に、当該外気と冷却水通路４０を流れる冷却水とを熱交換する。冷却水の温度は外気の温度よりも高いので、冷却水は、外気と熱交換することで冷却される。すなわち、熱交換器３０が、サブラジエータとして機能する。
【００２５】
冷却水通路４０は、エンジン１０の冷却水が流れる通路である。冷却水は、エンジン１０の内部を冷やす機能を有する。冷却水通路４０は、冷却水がエンジン１０と熱交換器３０との間で循環するように設けられている。エンジン１０の暖機時には、熱交換器３０において排気ガスと熱交換して温められた冷却水がエンジン１０に送られる。なお、冷却水通路４０には、冷却水の流れる方向を切り替える弁４２、４３が設けられている。
【００２６】
ラジエータ４５は、エンジン１０を通過する際に温められた冷却水を冷却する冷却装置である。例えば、ラジエータ４５は、冷却水と走行風とを熱交換することで冷却水を冷却する。
【００２７】
切替弁５０は、第１通路２０、第２通路２５及び第３通路２７の間に設けられた弁である。切替弁５０は、筐体５１と、回転体５２とを有する。
筐体５１は、長方体形状を成している。筐体５１の内部には、第１通路２０、第２通路２５及び第３通路２７に連通するように形成された貫通孔である連通孔５１ａが設けられている。
回転体５２は、連通孔５１ａの中央部に回転可能に設けられている。回転体５２の内部には、Ｔ字形状のＴ字孔５２ａが設けられている。Ｔ字孔５２ａは、連通孔５１ａに対応するように形成されている。回転体５２の回転は、例えばＥＣＵ８０により制御される。
切替弁５０は、回転体５２を回転させることでＴ字孔５２ａの連通孔５１ａに対する状態が変化して、第２通路２５を第１通路２０と連通又は遮断させ、第３通路２７を第１通路２０と連通又は遮断させる。例えば、エンジン１０の暖機時（図１）には、切替弁５０は、第３通路２７を第１通路２０と連通させる一方で、第２通路２５を第１通路２０と遮断する。
【００２８】
また、エンジン１０の暖機終了後（図２）には、切替弁５０は、第２通路２５を第１通路２０と連通させる一方で、第３通路２７を第１通路２０と遮断する。さらに、エンジン１０の高負荷時（図３）には、切替弁５０は、第２通路２５及び第３通路２７と第１通路２０とを連通させる。
【００２９】
ＥＣＵ８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置（Electric Control Unit）である。本実施形態において、ＥＣＵ８０は、切替弁５０の動作を制御する制御部として機能する。
【００３０】
例えば、ＥＣＵ８０は、エンジン１０の暖機時には、切替弁５０を切替制御して、第３通路２７を第１通路２０と連通させる一方で、第２通路２５を第１通路２０と遮断させる。かかる場合には、図１に示すように、エンジン１０からの排気ガスは、第１通路２０から第３通路２７へ流れ、熱交換器３０を経由して第２開放口２７ａから大気開放される。排気ガスは、第３通路２７を流れる際に、熱交換器３０で冷却水通路４０を流れる冷却水と熱交換する。これにより、冷却水は、加熱されてエンジン１０へ送られ、エンジン１０の暖機に供される。
【００３１】
ＥＣＵ８０は、エンジン１０の暖機終了後には、切替弁５０を切替制御して、第２通路２５を第１通路２０と連通させる一方で、第３通路２７を第１通路２０と遮断させる。かかる場合には、図２に示すように、エンジン１０からの排気ガスは、第１通路２０から第２通路２５へ流れて、第１開放口２５ａから大気開放される。
【００３２】
ＥＣＵ８０は、例えば車両が坂道を登るときのようなエンジン１０の高負荷時には、切替弁５０を切替制御して、第２通路２５及び第３通路２７を第１通路２０と連通させる。かかる場合には、図３に示すように、排気ガスが第２通路２５を流れて第１開放口２５ａから大気開放されると共に、第２開放口２７ａから流入した外気が第３通路２７を経由して第２通路２５へ流れ込む。特に、本実施形態のように、第２通路２５の内径が第１通路２０や第３通路２７の内径よりも大きいので、第１通路２０の排気ガスが第２通路２５を流れると共に、外気が第２通路２５へ流れ込みやすくなる。そして、第２通路２５へ流れ込んだ外気は、排気ガスと混ざることで、排気ガスの温度を低下させる。
【００３３】
なお、第３通路２７を流れる外気は、熱交換器３０を通過する際に、冷却水通路４０の冷却水と熱交換する。これにより、冷却水は、冷却されてエンジン１０へ送られ、エンジン１０の内部を冷却する。このため、熱交換器３０は、サブラジエータの機能を有することになる。エンジン１０の高負荷時には、ラジエータ４５だけでは冷却水を十分に冷却できない恐れがあるが、熱交換器３０がサブラジエータとして機能することで、冷却水を十分に冷却できる。
【００３４】
＜本実施形態における効果＞
第１の実施形態に係る熱交換システム１は、排気ガスを大気開放可能な第１開放口２５ａ及び第２開放口２７ａを有する。第１開放口２５ａは第２通路２５に設けられ、第２開放口２７ａは第３通路２７に設けられている。そして、第３通路２７には、排気ガスと冷媒とを熱交換させる熱交換器３０が設けられている。
かかる場合には、排気ガスは、第３通路２７の熱交換器３０を経由して第２開放口２７ａから大気開放されるか、熱交換器３０を経由せずに第２通路２５の第１開放口２５ａから大気開放される。このように、排気ガスは、２つの開放口から大気開放可能であるため、第２通路２５及び第３通路２７を合流、再接続させる必要がなくなり、排気通路（排気管）の構成をシンプルにできる。また、第１開放口２５ａを車両の後方側に設け、第２開放口２７ａを車両の前方側へ設けるような構成も可能となり、排気通路の配置の自由度がより高まる。
【００３５】
なお、上記では、エンジン１０の暖機時に、排気ガスは全て第３通路２７へ流れることとしたが、これに限定されない。例えば、切替弁５０の切替状態を調整して、排気ガスの一部が第２通路２５へ流れることとしてもよい。かかる場合には、熱交換器３０へ流れる排気ガスの流量を調整できるので、冷却水が過度に加熱されることを抑制できる。
【００３６】
また、上記では、第１通路２０、第２通路２５及び第３通路２７の間に切替弁５０を用いたが、これに限定されず、排気ガス又は外気の流れる向きを切り替えられれば、他の弁であってもよい。
【００３７】
また、上記では、熱交換器３０において排気ガスと熱交換する冷媒が、冷却水通路４０を流れる冷却水であるとしたが、これに限定されない。例えば、冷媒が、エンジンオイル等であってもよい。
【００３８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３９】
１    熱交換システム
１０    エンジン
２０    第１通路
２５    第２通路
２５ａ    第１開放口
２７    第３通路
２７ａ    第２開方口
３０    熱交換器
５０    切替弁
８０    ＥＣＵ
【図１】
2018025105.tif 000003
【図２】
2018025105.tif 000004
【図３】
2018025105.tif 000005