(57)【要約】【課題】排熱回収装置に用いられるサーモアクチュエータの小型化【解決手段】冷却水の温度が第１設定温度よりも高い第２設定温度を超えることで、サーモアクチュエータ２５が所定の範囲を超えて作動するオーバーリフト時に、オーバーリフトを吸収するためにバルブ２９の先端の軌跡に沿った形状に規定の隙間を維持して形成されたポケット部３３が、第１通路４５に設けられている。【効果】ポケット部３３はバルブ２９の先端の軌跡に沿った形状をしているため、バルブ２９が第１通路４５を閉じた状態からさらに、バルブ２９を作動させることができる。サーモアクチュエータ２５が所定の範囲を超えて作動した場合であっても、この超えた分をポケット部３３で吸収することができる。ポケット部３３で吸収するため、吸収ばねをサーモアクチュエータ２５内に配置する必要がない。吸収ばねを配置しない分、サーモアクチュエータ２５を小型化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流されこの排気ガスの熱を冷却水に伝える熱交換器が設けられている第１通路と、この第１通路を迂回して設けられる第２通路と、これらの第１及び第２の通路の上流に設けられた回転軸と、この回転軸に繋がれ前記冷却水の温度が第１設定温度を超えることで作動するサーモアクチュエータと、この第１設定温度を超えた場合に前記第１通路を閉じる方向に作動されるよう前記回転軸に取付けられているバルブとからなる排熱回収装置において、
前記冷却水の温度が前記第１設定温度よりも高い第２設定温度を超えることで、前記サーモアクチュエータが所定の範囲を超えて作動するオーバーリフト時に、前記オーバーリフトを吸収するために前記バルブの先端の軌跡に沿った形状に規定の隙間を維持して形成されたポケット部が、前記第１通路に設けられていることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記ポケット部は、側面視で、前記排気ガスが導入される導入口よりも下流側に設けら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、排気ガスの熱を冷却水に伝えることで排熱を回収する、排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンを作動させることで、高温の排気ガスが生じる。この高温の排気ガスが有する熱で、冷却水を温める排熱回収装置が知られている（例えば、非特許文献１（図１、図４）参照。）。
【０００３】
非特許文献１を次図に基づいて説明する。
図６に示すように、排熱回収装置１００は、排気ガスが導入される導入部材１０１と、この導入部材１０１に繋がれる筒状の本体１０２と、この本体１０２に接続され排気ガスを外部へ排出する排出部材１０３と、本体１０２を上下に区画する仕切り壁１０４と、仕切り壁１０４の上部に配置される熱交換器１０５を含み排気ガスの熱で冷却水を温める第１通路１０７と、この第１通路１０７に対して仕切り壁１０４を挟んで下側に配置され第１通路１０７を迂回する第２通路１０８と、仕切り壁１０４の上流側に設けられる回転軸１０９と、この回転軸１０９に支持され第１通路１０７又は第２通路１０８のどちらかを閉じることで排気ガスの流路が定められるバルブ１１１とからなる。
【０００４】
バルブ１１１が第２通路１０８を閉じることで、排気ガスは第１通路１０７を通過する。第１通路１０７を通過する排気ガスの熱は、熱交換器１０５で冷却水に伝えられ、冷却水の温度が上昇する。冷却水の温度が所定の温度まで上昇した後は、バルブ１１１で第１通路１０７を閉じ、排気ガスを第２通路１０８へ通す。排気ガスを第２通路１０８へ通すことで、熱交換は終了される。冷却水の温度が所定の温度よりも低下した場合は、再度バルブ１１１で第２通路１０８を閉じ、排気ガスを第１通路１０７へ通す。
【０００５】
回転軸１０９は、冷却水の温度で作動するサーモアクチュエータ（図７、符号１１３）に接続されている。このようなサーモアクチュエータについて次図で説明する。
【０００６】
図７に示すように、サーモアクチュエータ１１３は、冷却水導入部１１４及び冷却水排出部１１５が設けられ内部にワックスが収納されるケース１１６と、このケース１１６内に収納されワックスによって作動されるピストン１１７と、このピストン１１７の先端に吸収ばね１１８を介して配置されるロッド１２１と、このロッド１２１の一部を収納しケース１１６に接続される蓋体１２２と、この蓋体１２２に収納されワックスの収縮時にロッド１２１を戻すための戻しばね１２３とからなる。
【０００７】
このようなサーモアクチュエータ１１３のロッド１２１の先端に、ピン１２４を介してレバー１２５の一端が接続され、このレバー１２５の他端に回転軸１０９が接続される。
【０００８】
熱交換が行われることで、冷却水導入部１１４から送られる冷却水の温度が上昇する。温度が上昇すると、ケース１１６に収納されるワックスが溶融し始める。ワックスが溶融することでワックスの体積が膨張し、ピストン１１７が戻しばね１２３の力に抗して図面左側に向かって伸張する。これによってロッド１２１が左方向に移動される。レバー１２５及びバルブ１１１が回転軸１０９を中心に時計回り方向に回動されることで、第１通路（図６、符号１０７）は閉じられる（想像線参照）。
【０００９】
バルブ１１１は、先端が導入部材（図６、符号１０１）に接触することで、第１通路１０７を閉じる。このため、ピストンロッド１２１は想像線で示す位置よりも左側に進出することができない。仮に、バルブ１１１が第１通路を閉じた状態（想像線で示す状態）で、さらにワックスが膨張した場合は、ピストン１１７の左側への移動を吸収ばね１１８吸収する。吸収ばね１１８がピストン１１７の移動分を吸収することで、ロッド１２１の左側への移動を防止する。
【００１０】
なお、このように第１通路１０７を閉じた状態で、さらにピストン１１７が移動することをオーバーリフトという。即ち、吸収ばね１１８は、オーバーリフトを吸収する。
【００１１】
一方、想像線で示される状態から冷却水の温度が低下すると、ケース１１６内のワックスが固化し、ワックスの体積が縮小する。これにより、戻しばね１２３が図面右側に向かって伸張する。これによってロッド１２１が右方向に移動され、レバー１２５及びバルブ１１１が反時計回り方向に回動される。回動されることで、第２通路（図６、符号１０８）は閉じられる。
【００１２】
ところで、このようなサーモアクチュエータ１１３によれば、吸収ばね１１８を搭載するためのスペースが必要であり、サーモアクチュエータ１１３が大型化する。サーモアクチュエータ１１３が大きいと、サーモアクチュエータ１１３の配置の自由度が低下する。
【００１３】
排熱回収装置に用いられるサーモアクチュエータの小型化が望まれる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】特願２００９−０７６５８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、排熱回収装置に用いられるサーモアクチュエータの小型化を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に係る発明は、排気ガスが流されこの排気ガスの熱を冷却水に伝える熱交換器が設けられている第１通路と、この第１通路を迂回して設けられる第２通路と、これらの第１及び第２の通路の上流に設けられた回転軸と、この回転軸に繋がれ前記冷却水の温度が第１設定温度を超えることで作動するサーモアクチュエータと、この第１設定温度を超えた場合に前記第１通路を閉じる方向に作動されるよう前記回転軸に取付けられているバルブとからなる排熱回収装置において、
前記冷却水の温度が前記第１設定温度よりも高い第２設定温度を超えることで、前記サーモアクチュエータが所定の範囲を超えて作動するオーバーリフト時に、前記オーバーリフトを吸収するために前記バルブの先端の軌跡に沿った形状に規定の隙間を維持して形成されたポケット部が、前記第１通路に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、ポケット部は、側面視で、排気ガスが導入される導入口よりも下流側に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明では、バルブの先端の軌跡に沿った形状に規定の隙間を維持して形成されたポケット部が、第１通路に設けられている。ポケット部はバルブの先端の軌跡に沿った形状をしているため、バルブが第１通路を閉じた状態からさらに、バルブを作動させることができる。サーモアクチュエータが所定の範囲を超えて作動した場合であっても、この超えた分をポケット部で吸収することができる。ポケット部で吸収するため、吸収ばねをサーモアクチュエータ内に配置する必要がない。吸収ばねを配置しない分、サーモアクチュエータを小型化することができる。
【００１９】
請求項２に係る発明では、ポケット部は、側面視で、排気ガスが導入される導入口よりも下流側に設けられている。即ち、導入口周りを大型化することなく、サーモアクチュエータのみを小型化する。サーモアクチュエータのみを小型化することで、排熱回収装置全体としても小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る排熱回収装置の斜視図である。
【図２】本発明に係る排熱回収装置の断面図である。
【図３】排熱回収装置に用いられるサーモアクチュエータの断面図である。
【図４】冷却水の温度とバルブの位置の関係を説明する図である。
【図５】従来のサーモアクチュエータと実施例に係るサーモアクチュエータとを比較する図である。
【図６】従来の排熱回収装置を説明する図である。
【図７】従来のサーモアクチュエータを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例】
【００２２】
先ず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、排熱回収装置１０は、円筒形状の導入口１１から排気ガスが導入される導入部材１２と、この導入部材１２の迂回口１３に繋がれる迂回路１４と、導入部材１２の熱回収口１６に繋がれるガス流入部材１７と、このガス流入部材１７に一体的に成形された矩形の熱交換器支持部１７ａに支持され排気ガスの熱を冷却水に与える熱交換器１８と、この熱交換器１８を支持する熱交換器支持部２１ａが一体的に設けられ熱交換を終えた排気ガスが排出されるガス流出部材２１と、熱交換器１８の側面に繋がれ熱交換器１８に冷却水を導入する冷却水導入管２２と、この冷却水導入管２２から熱交換器１８に導入された冷却水が排出され支持部材２３で支持される冷却水排出管２４と、この冷却水排出管２４と共に支持部材２３に支持され冷却水の温度で作動されるサーモアクチュエータ２５と、このサーモアクチュエータ２５の先端に接触され図面時計回り方向に付勢する付勢手段２６とからなる。
【００２３】
排気ガスを流すガス流入部材１７と、熱交換器１８を支持する端部１７ａとを一体的に形成した。これらを一体的に形成することで部品点数の削減を図ることができる。ガス流出部材２１とガス流出部材の端部２１ａも同様である。割りラインの形状にすることにより、部品点数の削減を図ることができる。
このような排熱回収装置１０の排気ガスの流路について、詳細を次図で説明する。
【００２４】
図２に示すように、導入部材１２の軸線方向に垂直に回転軸２７が設けられ、この回転軸２７にボルト２８を介してＶ字バルブ２９が取付けられる。
【００２５】
導入部材１２は、排気ガスが導入される導入口１１と、この導入口１１の上方でＶ字バルブ２９の先端３２の軌跡に沿って膨出させたポケット部３３と、このポケット部３３からガス流入部材１７に繋げられる熱回収口１６と、この熱回収口１６とポケット部３３の境界であってＶ字バルブ２９が回転することで熱回収口１６が閉じられる境界部３４と、導入口１１の端部から下方に向かって曲げられＶ字バルブ２９の他端３５が着座する着座部３６と、この着座部３６の下流側で迂回路１４に繋がれる迂回口１３と、迂回口１３の上方に膨出される膨出部３７とからなる。ポケット部３３は、側面視で、導入口１１よりも下流側に設けられている。
【００２６】
熱交換器１８は、一端がガス流入部材１７に繋がれ他端がガス流出部材２１に繋がれるコアケース４１と、このコアケース４１内に複数個（この例では４個）が積層状態で収納され排気ガスが内部に流される伝熱部材４２と、これらの伝熱部材４２の両端を支持しているエンドプレート４３、４３とからなる。
【００２７】
回転軸２７は、付勢手段（図１、符号２６）で時計回り方向に付勢されている。時計回り方向に付勢する力で、Ｖ字バルブ２９の他端３５は、着座部３６に着座される。
【００２８】
Ｖ字バルブ２９が迂回口１３を閉じることで、内燃機関で発生した排気ガスは、導入口１１から第１通路４５に向かって流される。即ち、第１通路４５は、ポケット部３３と、熱回収口１６と、ガス流入部材１７と、熱交換器１８と、ガス流出部材２１とからなる。
【００２９】
伝熱部材４２内に排気ガスを通し、伝熱部材４２の外に冷却水を通す。排気ガスの熱が伝熱部材４２を介して、冷却水に伝わり冷却水が温められる。即ち、排気ガスと冷却水との間で熱を交換させる。
【００３０】
一方、Ｖ字バルブ２９の先端３２が、回転軸２７と共に境界部３４又はポケット部３３まで、反時計回りに回転されることで、熱回収口１６は閉じられる。熱回収口１６が閉じられることで、導入口１１から導入された排気ガスは、第２通路４６に向かって流される。即ち、第２通路４６は、着座部３６と、迂回口１３と、迂回路１４とからなる。
【００３１】
Ｖ字バルブ２９は、排気ガスの流量又は冷却水の温度によって回転される。
即ち、排気ガスの流量が多い場合は、付勢手段（図１、符号２６）の力に抗して、排気ガスがＶ字バルブ２９を直接的に反時計方向に回転させる。
【００３２】
一方、冷却水の温度が所定の第１設定温度を超えると、サーモアクチュエータ（図１、符号２５）が作動する。サーモアクチュエータが作動することで、付勢手段の力に抗して、回転軸２７が回転される。回転軸２７と共にＶ字バルブ２９が回転される。サーモアクチュエータについて詳細を次図で説明する。
【００３３】
図３に示すように、サーモアクチュエータ２５は、ワックス収納部４７と、このワックス収納部４７を囲うように設けられ冷却水導入部４８及び冷却水排出部４９を有するケース５１と、このケース５１内のワックス収納部４７に収納されワックスによって作動されるピストン５２と、このピストン５２から延ばされるロッド支持部５３と、このロッド支持部５３の一部を収納しケース５１に接続される蓋体５４と、この蓋体５４から先端が外部に臨むロッド５５と、このロッド５５の基部５５ａを囲うように配置されワックスの収縮時にロッド５５を戻すための戻しばね５６と、この戻しばね５６の抜けを防止するためにロッド５５の一端に一体的に設けられる抜け止め５７からなる。この抜け止め５７がロッド支持部材５３に押される。
【００３４】
ケース５１とこのケース５１に着脱可能な蓋体５４との内部に、ワックス等を収納する。蓋体５４を着脱可能とすることで、サーモアクチュエータ２５のメンテナンスが容易になる。
【００３５】
また、サーモアクチュエータ２５は、吸収ばね（図７、符号１１８）の分、従来のサーモアクチュエータに比べ、部品点数が削減される。部品点数が削減されることで、サーモアクチュエータ２５のメンテナンスが、さらに容易になる。
【００３６】
熱交換が行われると、冷却水導入部４８から送られる冷却水の温度が上昇する。温度が上昇し冷却水の温度が第１設定温度に達すると、ワックスが溶融し始める。ワックスが溶融することでワックスの体積が膨張し、ピストン５２が戻しばね５６の力に抗して図面左側に向かって前進する。これによってロッド５５が左方向に移動される。
【００３７】
ロッド５５の先端には、付勢手段（図１、符号２６）が繋がれ、付勢手段は回転軸（図２、符号２７）を介してＶ字バルブ（図２、符号２９）を付勢する。ワックスが膨張することで、ロッド５５は付勢手段の力に抗して前進し、Ｖ字バルブを回転させる。
【００３８】
一方、ワックスが膨張した状態から、冷却水の温度が低下すると、ワックスが固化する。固化することで、ワックスの体積が縮小する。縮小することで、戻しばね５６が図面右側に向かって伸張する。ロッド５５が右方向に移動される。
【００３９】
ロッド５５が後退することで、付勢手段（図１、符号２６）が回転軸（図２、符号２７）及びＶ字バルブ（図２、符号２９）を回転させる。
ロッド５５の進退でどのようにＶ字バルブが作動されるかについて詳細を次図で説明する。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、冷却水の温度が上昇しロッド（図３、符号５５）が前進することで、Ｖ字バルブ２９は反時計回り方向に回転される。Ｖ字バルブ２９の先端３２が境界部３４まで回転することで、熱回収口１６は閉じられる。
【００４１】
図２で説明したように、冷却水の温度が第１設定温度以下であると、Ｖ字バルブ２９は第２通路４６を閉じた状態にある。冷却水の温度が第１設定温度から第２設定温度に徐々に上昇するにつれ、熱回収口１６は徐々に閉じられ、迂回口１３は徐々に開放される。即ち、図４（ａ）に示す状態となる。
【００４２】
冷却水が第２設定温度に達することで、熱回収口１６は閉じられる。熱回収口１６（第１通路４５）が閉じられることで、排気ガスは迂回口１３（第２通路４６）に向かって流される。熱回収口１６が閉じられるときの温度が第２設定温度である。排熱回収装置１０は、冷却水が第２設定温度に達することで、熱交換を終える。
【００４３】
図１に戻り、サーモアクチュエータ２５は、支持部材２３に繋がれている。熱交換器１８内の冷却水が第２設定温度に達してから、第２設定温度の冷却水がサーモアクチュエータ２５に達するまで、多少の時間のずれが生ずる。
【００４４】
サーモアクチュエータ２５に第２設定温度の冷却水が到達する頃には、熱交換器１８内の冷却水が第２設定温度よりも高くなることがある。
この第２設定温度よりも高い温度の冷却水が、サーモアクチュエータ２５に到達すると、ワックスがさらに膨張する。ワックスが膨張することで、ロッド５５が所定の範囲を超えて前進する。いわゆる、オーバーリフトが生じる。
【００４５】
図４（ｂ）に示すように、オーバーリフトが生じた場合、Ｖ字バルブ２９の先端３２は、ポケット部３３まで移動する。ポケット部３３の形状は、Ｖ字バルブ２９の先端３２の軌跡に沿った形状とされる。このため、第１通路４５を閉じた状態を保ちつつ、サーモアクチュエータのオーバーリフトを吸収する。
【００４６】
図５（ａ）に示すように、比較例に係るサーモアクチュエータ１１３は、オーバーリフトを吸収するための吸収ばね１１８が設けられる。
【００４７】
一方、（ｂ）に示す、実施例に係るサーモアクチュエータ２５は、オーバーリフトを第１通路（図４、符号４５）に設けられた、ポケット部（図４、符号３３）で吸収する。このため、サーモアクチュエータ２５に、吸収ばねを用いる必要がない。吸収ばねを配置しない分、サーモアクチュエータ２５をαだけ小型化することができる。
【００４８】
さらに、以下のこともいえる。
図２に戻り、ポケット部３３は、側面視で、排気ガスが導入される導入口１１よりも下流側に設けられている。即ち、導入口１１周りを大型化することなく、サーモアクチュエータのみを小型化する。サーモアクチュエータのみを小型化することで、排熱回収装置１０全体としても小型化することができる。
【００４９】
尚、本発明にかかる排熱回収装置は、実施の形態ではＶ字形のバルブを用いたが、直線型等その他の形状であっても差し支えない。
ただし、Ｖ字型とした場合は、バルブをコンパクトに配置することができ、排熱回収装置の更なる小型化に寄与する。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の排熱回収装置は、車両の排気系に好適である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…排熱回収装置、１１…導入口、１８…熱交換器、２５…サーモアクチュエータ、２７…回転軸、２９…Ｖ字バルブ（バルブ）、３２…先端、３３…ポケット部、４５…第１通路、４６…第２通路。
【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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