(57)【要約】【課題】効率よく短時間で組み立てることができる排熱回収装置の提供することを課題とする。【解決手段】第１出口１８とガス流入部材２３とは共に切替えバルブ３２のバルブ軸６７に沿った長さがバルブ軸６７直角方向の長さより長い横長矩形断面とされ、第１出口１８とガス流入部材２３とを繋ぐ溶接部４２が、熱回収器２５の長手軸４４上に設けられ、ガス流入部材２３の最小半径面４５は、熱回収器２５の長手軸４４近傍に至るように湾曲形成されている。【効果】熱回収器２５の長手軸４４近傍に向かって湾曲させるため、溶接部４２が迂回路１６に対して斜めに設けられる。溶接部４２が斜めにされるため、溶接トーチ６５が溶接部４２に臨みやすくなる。溶接トーチ６５が溶接部４２に臨みやすいことで、溶接作業が容易にでき、排熱回収装置１０の作業時間を短縮することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入口から排気ガスが流される導入部材の下流に第２出口が設けられ、この第２出口に迂回路を接続し、前記導入口の軸線にほぼ直交するように前記導入部材から第１出口を形成し、前記迂回路の軸線にほぼ直交するように前記迂回路から合流部を分岐し、前記第１出口にガス流入部材を接続し、このガス流入部材に前記排気ガスの保有熱を回収する熱回収器を接続し、この熱回収器にガス流出部材を接続し、このガス流出部材を前記合流部に接続し、前記排ガスの流れを切替えバルブで前記第２出口へ又は前記第１出口へ切り替えるようにした排熱回収装置において、
前記第１出口と前記ガス流入部材とは共に前記切替えバルブのバルブ軸に沿った長さがバルブ軸直角方向の長さより長い横長矩形断面とされ、前記第１出口と前記ガス流入部材とを繋ぐ溶接部が、前記熱回収器の長手軸上に設けられ、前記ガス流入部材の最小半径面は、前記熱回収器の長手軸近傍に至るように湾曲形成されていることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記第２出口は、断面視で前記第１出口に接続部を介して直線的に繋がれ、この接続部と前記第２出口とのなす角が鈍角であることを特徴とする請求項１記載の排熱回収装置。
【請求項３】
前記接続部と前記第１出口とのなす角が鈍角であることを特徴とする請求項２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、排気ガスの熱を回収する、排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関で発生する排気ガスを熱回収器に送り、この熱回収器内に流される冷却水を、排気ガスの熱で温めることが知られている（例えば、特許文献１（図１、図２）参照。）。
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図９（ａ）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口１０１と、この導入口１０１から直線的に延ばされる迂回路１０２と、この迂回路１０２とは別に導入口１０１近傍から延ばされ曲げられる第１曲管部１０３と、この第１曲管部１０３に繋げられ排気ガスの熱を回収する熱回収器１０４と、この熱回収器１０４から迂回路１０２に向かって延ばされる第２曲管部１０５と、この第２曲管部１０５近傍に設けられ排気ガスの流路を切り替えるために回転軸１０６で回転可能に支持されるバルブ１０７と、このバルブ１０７に回転軸１０６を介して繋げられ熱回収器１０４内の冷却水の温度で作動されるサーモアクチュエータ１０８とからなる。
【０００４】
バルブ１０７が迂回路１０２の下流端部１０９を閉じることで、排気ガスは熱回収器１０４に流され、熱回収器１０４内の冷却水との間で熱交換を行う。バルブ１０７が迂回路１０２の下流端部１０９を開放することで、大部分の排気ガスが迂回路１０２を流れる。
【０００５】
（ｂ）に示すように、排熱回収装置１００は、複数のパーツを溶接することで組み立てられる。このような溶接は一般的に、溶接トーチ１１１が用いられる。
ところで、排熱回収装置１００は、熱回収器１０４と迂回路１０２との間が狭い。狭いことで、第１曲管部１０３近傍で、溶接トーチ１１１の入りにくい箇所が生ずる。溶接トーチ１１１が入りにくいことで、溶接作業に多大な時間がかかり、排熱回収装置１００全体の組立時間が長大化する。
【０００６】
一方、熱回収器１０４と迂回路１０２との間のスペースを単純に広くすることは、排熱回収装置１００の大型化を招き、好ましくない。
【０００７】
効率よく短時間で組み立てることができる排熱回収装置の提供が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２０９９１３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、効率よく短時間で組み立てることができ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に係る発明は、導入口から排気ガスが流される導入部材の下流に第２出口が設けられ、この第２出口に迂回路を接続し、前記導入口の軸線にほぼ直交するように前記導入部材から第１出口を形成し、前記迂回路の軸線にほぼ直交するように前記迂回路から合流部を分岐し、前記第１出口にガス流入部材を接続し、このガス流入部材に前記排気ガスの保有熱を回収する熱回収器を接続し、この熱回収器にガス流出部材を接続し、このガス流出部材を前記合流部に接続し、前記排ガスの流れを切替えバルブで前記第２出口へ又は前記第１出口へ切り替えるようにした排熱回収装置において、
前記第１出口と前記ガス流入部材とは共に前記切替えバルブのバルブ軸に沿った長さがバルブ軸直角方向の長さより長い横長矩形断面とされ、前記第１出口と前記ガス流入部材とを繋ぐ溶接部が、前記熱回収器の長手軸上に設けられ、前記ガス流入部材の最小半径面は、前記熱回収器の長手軸近傍に至るように湾曲形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、第２出口は、断面視で第１出口に接続部を介して直線的に繋がれ、この接続部と第２出口とのなす角が鈍角であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明は、接続部と第１出口とのなす角が鈍角であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明は、ガス流入部材の最小半径面が、熱回収器の長手軸近傍に至るように湾曲形成されている。熱回収器の長手軸近傍に向かって湾曲させるため、溶接部が迂回路に対して斜めに設けられる。溶接部が斜めにされるため、溶接トーチが溶接部に臨みやすくなる。溶接トーチが溶接部に臨みやすいことで、溶接作業が容易にでき、排熱回収装置の作業時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明では、接続部と第２出口とのなす角が鈍角である。第２出口に繋がれる迂回路が、熱により膨張することがある。この膨張する力は、第２出口を伝って接続部へ達し、接続部を変形させるものと考えられる。接続部の変形量は、接続部と第２出口とのなす角が鋭角である場合に比べ、鈍角である場合の方が少ないものと考えられる。変形量が少なければ、接続部にかかる負荷も少なくなる。負荷を軽減することで、排熱回収装置の耐久性を高めることができる。
【００１５】
請求項３に係る発明では、接続部と第１出口とのなす角が鈍角である。迂回路の熱が接続部に伝わり、接続部が熱により膨張することがある。この膨張する力は、第１出口を伝ってガス流入部材へ達し、ガス流入部材を変形させるものと考えられる。ガス流入部材の変形量は、接続部と第１出口とのなす角が鋭角である場合に比べ、鈍角である場合の方が少ないものと考えられる。変形量が少なければ、第１出口にかかる負荷も少なくなる。負荷を軽減することで、排熱回収装置の耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る排熱回収装置の断面図である。
【図２】図１の２部拡大図である。
【図３】図１の３部拡大図である。
【図４】実施例１に係る排熱回収装置の斜視図である。
【図５】本発明に係る排熱回収装置と従来の排熱回収装置とを比較する図である。
【図６】図５の６−６線断面図である。
【図７】冷却水の温度が上昇した場合の排熱回収装置を説明する図である。
【図８】耐久性が高まった理由について説明する模式図である。
【図９】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】
【００１７】
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】
【００１８】
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、排気ガスが導入される導入口１１の外周にフランジ１２が取り付けられる導入部材１３と、この導入部材１３の第２出口１４に繋がれ下流端部にフランジ１５が取付けられる迂回路１６と、導入口１１の軸線１７にほぼ直交するように設けられる第１出口１８にガス流入口２２が繋げられるガス流入部材２３と、このガス流入部材２３の下流端部に一体的に設けられたガス流出口２４で支持される熱回収器２５と、この熱回収器２５の下流側を一体的に設けられたガス流入口２６で支持し迂回路１６に設けられた合流部２７に繋がれるガス流出部材２９と、導入部材１３の幅方向（図面表裏方向）に延ばされ回転可能に支持される回転軸３１と、この回転軸３１に支持され第１出口１８又は第２出口１４を閉じることで排気ガスの流路を切替える切替えバルブ３２と、この切替えバルブ３２が着座するメッシュ性の着座部３３とからなる。
【００１９】
切替えバルブ３２は、第１出口１８を閉じる熱回収路開閉部３５と、第２出口１４を閉じる迂回路開閉部３６とがＶ字形を呈する、Ｖ字バルブである。Ｖ字バルブは、直線的なバルブに比べ狭い場所であっても設けることができ、有益である。
【００２０】
着座した際の、迂回路開閉部３６に沿うように、導入部材１３を曲げた曲げ部３７が設けられる。迂回路開閉部３６に沿う形状とすることで、第２出口１４を閉じた場合の密閉性が増す。
【００２１】
迂回路１６には、合流部２７が設けられている。この合流部２７は、迂回路１６の軸線４１にほぼ直交するように設けられる。
【００２２】
切替えバルブ３２の熱回収路開閉部３５によって閉じられる第１出口１８は、ガス流入部材２３に溶接されることで接続される。第１出口１８とガス流入部材２３とを繋ぐ溶接部４２は、熱回収器２５の長手軸４４上に設けられる。
【００２３】
ガス流入部材２３の最小半径面４５が、長手軸４４近傍に至るよう、ガス流入部材２３を湾曲させる。湾曲させたガス流入部材２３に向かって第１出口１８を設けることで、溶接部４２は長手軸４４上に設けられる。
【００２４】
ガス流入部材２３に上流側が支持される熱回収器２５は、コアケース４７内に複数個（この例では２個）の伝熱部材４８を収納してなる。
排気ガスを伝熱部材４８に通すことで、伝熱部材４８の外周を通る冷却水に、排気ガスの熱を与える。排気ガスの熱で、冷却水が温められる。
【００２５】
ガス流入部材２３に、熱回収器２５を支持するガス流出口２４が一体的に設けられる。一体的に設けることで部品点数が削減される。ガス流出部材２９のガス流入口２６も、ガス流出部材２９に一体的に設けることで、さらに部品点数が削減される。
また、ラインの割り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。
【００２６】
なお、熱回収器２５の長手軸４４は、長手方向の軸の意である。長手軸４４が水平方向に平行である場合、ガス流入部材２３の溶接部４２は、コアケース４７の下面５１から上面５２までの間の高さに設ければよい。即ち、長手軸４４は熱回収器２５の略中央を通る長手軸４４に限られない。
【００２７】
第２出口１４から第１出口１８までは、接続部５３で接続される。このような第２出口１４と接続部５３との関係、及び接続部５３と第１出口１８との関係について、次図以降で詳細に説明する。
【００２８】
図２に示すように、接続部５３は、第２出口１４に対して所定の角度θ１で接続される。この所定の角度θ１は鈍角である。即ち、接続部５３と第２出口１４とのなす角が鈍角である。所定の角度θ１が鈍角であることにより、排熱回収装置１０の耐久性を高めることができる。理由は後述する。
【００２９】
図３に示すように、接続部５３は、第１出口１８に対して所定の角度θ２で接続される。この所定の角度θ２は鈍角である。即ち、接続部５３と第１出口１８とのなす角が鈍角である。所定の角度θ２が鈍角であることにより、排熱回収装置１０の耐久性を高めることができる。理由は後述する。
【００３０】
図４に示すように、熱回収器２５のコアケース４７の側面にコアケース４７内に冷却水を導くための冷却水導入管５６が繋げられる。同様にコアケース４７の側面に、コアケース４７で温められた冷却水を排出するための排出支持部材５７が設けられ、この排出支持部材５７から冷却水排出管５８が延ばされる。
【００３１】
さらに、排出支持部材５７は、冷却水の温度で作動するサーモアクチュエータ６１が繋げられる。サーモアクチュエータ６１のロッド６２の先端は、付勢手段６３に接続される。付勢手段６３は、回転軸（図１、符号３１）に繋げられ、回転軸を付勢する。
【００３２】
排熱回収装置１０内に排気ガスが送られることで、熱回収器２５内の冷却水の温度が上昇する。温度が上昇した冷却水の一部は、排出支持部材５７からサーモアクチュエータ６１に向かって流れる。サーモアクチュエータ６１内には、ワックスが収納されており、冷却水の温度が所定の温度を超えることで、ワックスが溶融し、ワックスの体積が膨張する。膨張することで、ロッド６２は付勢手段６３の力に抗して前進する。
【００３３】
一方、ロッド６２が前進している状態で、冷却水の温度が所定の温度よりも低くなることがある。冷却水の温度が低くなることで、ワックスが固化し、収縮する。収縮すると、サーモアクチュエータ６１内に設けられロッド６２を後退させる方向に付勢する戻しばね及び付勢手段６３の力により、ロッド６２は後退させられる。
【００３４】
ロッド６２が前進又は後退することで、ロッド６２の先端に接続される付勢手段６３は、回転させられる。付勢手段６３が回転させられることで、付勢手段６３に繋がれる回転軸（図１、符号３１）及び回転軸に支持される切替えバルブ（図１、符号３２）がともに回転させられる。切替えバルブが回転することで、排気ガスの流路が切り替えられる。
このような排熱回収装置１０の組立について次図で説明する。
【００３５】
図５（ａ）に示すように、第１出口１２１をガス流入部材１２２に溶接することで、導入部材１２３がガス流入部材１２２に接続される。この溶接に、溶接トーチ１２４が用いられることがある。
【００３６】
排熱回収装置１２０は、迂回路１２５とガス流入部材１２２との間のスペースが狭いため、特に幅方向（図面表裏方向）の溶接が困難である。溶接が困難であることで、排熱回収装置１２０の製造に多大な時間を要する。
【００３７】
一方、（ｂ）に示すように、実施例に係る排熱回収装置１０は、ガス流入部材２３の最小半径面４５が、熱回収器２５の長手軸４４近傍に至るように湾曲形成される。熱回収器２５の長手軸４４近傍に向かって湾曲させるため、溶接部４２が迂回路１６に対して斜めに設けられる。溶接部４２が斜めにされるため、溶接トーチ６５が溶接部４２に臨みやすくなる。溶接トーチ６５が溶接部４２に臨みやすいことで、溶接作業が容易にでき、排熱回収装置１０の作業時間を短縮することができる。
【００３８】
加えて、ガス流入部材２３を湾曲形成することで、ガス流入部材２３の長手方向の長さがαだけ短くなり、排熱回収装置１０の小型化を図ることができる。
【００３９】
さらに、ガス流入部材２３の頂部６６は、熱回収器２５を支持するガス流出口２４とほぼ同じ高さとされる。ガス流出口２４とほぼ同じ高さ又はこれよりも低くすることで、従来と同じスペースで排熱回収装置１０を搭載することができる。即ち、搭載される位置の自由度を確保しつつ、組立作業の容易な排熱回収装置１０を提供することができる。
溶接の容易性について、次図でさらに詳細に説明する。
【００４０】
図６に示すように、第１出口１８は、切替えバルブ（図１、符号３２）のバルブ軸６７に沿った長さ（図面左右方向）が、バルブ軸６７直角方向（図面上下方向）の長さより長い横長矩形断面とされる。この第１出口１８に被せられ溶接される、ガス流入部材（図１、符号２３）のガス流入口（図１、符号２２）も、同様に横長矩形断面とされる。
【００４１】
溶接部４２を、１辺ごとに溶接部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄとした場合に、迂回路（図１、１６）側から溶接トーチ６５を入れなければならない溶接部４２ｃの溶接が特に困難であった。
【００４２】
横長矩形断面の溶接部４２ｃの中央部６８近傍は、特に溶接トーチ６５が届きにくい。このような横長矩形断面を有する第１出口１８に対して、図５で説明したように、溶接トーチ６５を臨みやすくした。
このようにして製造される排熱回収装置１０の耐久性について次図で説明する。
【００４３】
図７に示すように、冷却水が所定の温度まで高まると、サーモアクチュエータ（図４、符号６１）が作動し、回転軸３１及び切替えバルブ３２を回転させる。切替えバルブ３２が回転されることで、切替えバルブ３２は第１出口１８を閉じ、第２出口１４を開放する。
【００４４】
第２出口１４を開放することで排気ガスは、第２出口１４から迂回路１６へ流される。排気ガスは非常に高温（例えば７００℃）であるため、熱により迂回路１６が膨張する。特に、迂回路１６は長さが長いため、他の部品に比べ大きく膨張する。
一方、第２出口１４が閉じられ、排気ガスが流れなくなることで、迂回路１６は元の長さに収縮する。
【００４５】
排熱回収装置１０を繰り返し使用することで、迂回路１６は伸縮を繰り返す。伸縮を繰り返すことで、導入部材１３との溶接部６９は、特に伸縮の影響を受ける。
このような伸縮の影響に対して、第２出口１４と接続部５３とのなす角θ１を鈍角とすると、この角度を鋭角にした場合に比べ高い耐久性を得ることができることが分かった。
高い耐久性を得ることができた理由について、次図で説明する。
【００４６】
図８（ａ）に示すように、第１の管７１と第２の管７２を鋭角（９０°より小さい角）である角度θ３で接続する。排気ガスが流される前の第２の管７２の断面は円形である。このような状態で第１の管７１に排気ガスを流す。排気ガスの熱で第１の管７１が膨張する。
【００４７】
（ｂ）に示すように、第１の管７１が膨張する力で、第２の管７２は傾けられ、第１の管７１と第２の管７２とのなす角度θ４は、（ａ）の角度θ３よりも鋭い角度とされるものと考えられる。このとき、第２の管７２は変形され、断面が楕円形とされる。
【００４８】
同様に、（ｃ）に示すように、第１の管７３と第２の管７４を鈍角（９０°よりも大きく１８０°より小さい角）である角度θ５で接続する。排気ガスが流される前の第２の管７４の断面は円形である。このような状態で第１の管７３に排気ガスを流す。排気ガスの熱で第１の管７３が膨張する。
【００４９】
（ｄ）に示すように、第１の管７３が膨張する力で、第２の管７４は立てられ、第１の管７１と第２の管７２とのなす角度θ６は、（ｃ）の角度θ５よりも鋭い角度とされるものと考えられる。このとき、第２の管７４は変形され、断面が楕円形とされる。
【００５０】
（ｂ）と（ｄ）の断面を比べると、第１の管７３と第２の管７４とを鈍角で繋いだ（ｄ）の方が、第１の管７１と第２の管７２とを鋭角で繋いだ（ｂ）よりも、変形量が少ないものと考えられ、第２の管７４にかかる負荷も小さいと考えられる。第２の管７４にかかる負荷が小さいことで、耐久性が高まったものと考えられる。
【００５１】
このことを、図７に戻り本発明に係る排熱回収装置１０に当てはめると、以下のようにいうことができるものと考えられる。
接続部５３と第２出口１４とのなす角θ１が鈍角である。第２出口１４に繋がれる迂回路１６が、熱により膨張することがある。この膨張する力は、第２出口１４を伝って接続部５３へ達し、接続部５３を変形させるものと考えられる。接続部５３の変形量は、接続部５３と第２出口１４とのなす角が鋭角である場合に比べ、鈍角である場合の方が少ないものと考えられる。変形量が少なければ、接続部５３にかかる負荷も少なくなる。負荷を軽減することで、排熱回収装置１０の耐久性を高めることができる。
【００５２】
また、以下のこともいえる。
接続部５３と第１出口１８とのなす角θ２が鈍角である。迂回路１６の熱が接続部５３に伝わり、接続部５３が熱により膨張することがある。この膨張する力は、第１出口１８を伝ってガス流入部材２３へ達し、ガス流入部材２３を変形させるものと考えられる。ガス流入部材２３の変形量は、接続部５３と第１出口１８とのなす角が鋭角である場合に比べ、鈍角である場合の方が少ないものと考えられる。変形量が少なければ、第１出口１８にかかる負荷も少なくなる。負荷を軽減することで、排熱回収装置１０の耐久性を高めることができる。
【００５３】
また、以下のこともいえる。
熱回収器２５を通過し低温にされた排気ガス（例えば９０℃）が流れるガス流出部材２９に比べて、高温の排気ガスが流れる迂回路１６は、熱による伸びが大きい。即ち、部位ごとに流れる排気ガスの温度が異なり、熱伸びする量も異なる。熱伸びする量が異なることで、応力が生じる。この応力は、接続部５３付近に特に大きくかかる。
【００５４】
接続部５３と第２出口１４とのなす角θ１が鈍角であり、接続部５３と第１出口１８とのなす角θ２も鈍角である。鈍角とすることで応力が分散しやすくなるものと考えられる。応力が分散しやすくなったことで、排熱回収器１０の耐久性を高めることができる。
【００５５】
尚、本発明は、実施の形態では排熱回収装置に適用したが、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラにも適用可能であり、これらのものに用途は限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
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】
【００５７】
１０…排熱回収装置、１１…導入口、１４…第２出口、１６…迂回路、１７…（導入口の）軸線、１８…第１出口、２３…ガス流入部材、２５…熱回収器、２７…合流部、２９…ガス流出部材、３２…切替えバルブ、４１…（迂回路の）軸線、４２…溶接部、４４…長手軸、４５…最小半径面、５３…接続部。
【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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【図８】
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【図９】
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