(57)【要約】【課題】バルブの開弁性能を向上させて熱回収性能を高めることのできる排熱回収装置を提供する。【解決手段】排熱回収装置１は、内燃機関から排ガスＧ１が導かれる主排気流路２０Ａを有したバイパス部２０と、バイパス部に隣接して配置され、排ガスと熱媒体Ｗとの間で熱交換を行う熱交換器を有した熱交換部１０と、バイパス部から熱交換部に排ガスが流入する排ガスの上流側に配置されるガス流入口１１と、ガス流出口より排ガスの下流側に配置され、バイパス部を開閉する弁体１３５を有するバルブ３０とを備え、排ガスが主排気流路からガス流入口を通って分岐され、排ガスがガス流出口を通過して主排気流路に戻る熱交換流路１０Ａを有し、弁体の閉位置Ｐ１は、主排気流路の軸方向の直交方向に対して斜めに設定されている。【選択図】図１
2019203425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排ガスが導かれる主排気流路を有したバイパス部と、
前記バイパス部に隣接して配置され、前記排ガスと熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器を有した熱交換部と、
前記バイパス部から前記熱交換部に前記排ガスが流入する前記排ガスの上流側に配置されるガス流入口と、
前記ガス流出口より前記排ガスの下流側に配置され、前記バイパス部を開閉する弁体を有するバルブと
を備え、
前記排ガスが前記主排気流路からガス流入口を通って分岐され、該排ガスがガス流出口を通過して前記主排気流路に戻る熱交換流路を有し、
前記弁体の閉位置は、前記主排気流路の軸方向の直交方向に対して斜めに設定されていることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記主排気流路には、前記弁体が当接する着座部を有する弁用筒部が設けられ、該弁用筒部の内周側を前記弁体が開閉し、該弁用筒部の外周側が前記弁体で閉塞されない補助流路として形成され、
前記ガス流出口から前記主排気流路に戻る前記排ガスは、前記補助流路を通って前記バルブの上流側から前記バルブの周囲を抜けて前記主排気流路に戻るように構成され、
前記弁用筒部の前記ガス流出口側が長く形成されることによって、前記着座部が傾斜して配置されることを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項３】
前記弁体の下流側の先端部は、前記ガス流出口より下流側に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排熱回収装置。
【請求項４】
前記バルブは、回動自在な回動軸と、該回動軸に一端部が固定された前記弁体と、前記回動軸を回動するアクチュエータと、を備え、
前記弁体の前記一端部と反対側に位置する他端部は、前記回動軸よりも上流側に位置することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の排熱回収装置。
【請求項５】
前記弁体は、前記アクチュエータの駆動による回動軸の回動に伴って、前記着座部に当接した閉位置と、前記着座部から離間した下流側の開位置との間を揺動可能に構成されていることを特徴とする請求項４に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、排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の排熱回収装置に関する技術は種々提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示されたものは、内燃機関の排ガスを導入する主排気流路と、主排気流路から分岐し当該主排気流路に合流する迂回流路と、迂回流路に介装され、この迂回流路内の排ガスを導入し内燃機関の冷却媒体と熱交換を行う熱交換器と、熱交換器の下流側で主排気流路及び迂回流路を開閉する弁装置（バルブ）を備え、弁装置と熱交換器との間の迂回流路を、再循環流路を介して排ガス再循環装置に連通接続するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−４４６６６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の排熱回収装置では、弁装置の経年劣化等により、バルブ開度にバラツキなどを生じる虞がある。このようなバルブの開弁性能の低下は、排ガスの流れに影響を与え、熱非回収モード時における熱交換器による熱回収を増加させてしまうという不都合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述の課題を解決すべくなされたものであり、バルブの開弁性能を向上させて熱非回収モード時における熱交換器による熱回収を抑制させることのできる排熱回収装置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】
【０００７】
本発明に係る排熱回収装置は、内燃機関から排ガスが導かれる主排気流路を有したバイパス部と、前記バイパス部に隣接して配置され、前記排ガスと熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器を有した熱交換部と、前記バイパス部から前記熱交換部に前記排ガスが流入する前記排ガスの上流側に配置されるガス流入口と、前記ガス流出口より前記排ガスの下流側に配置され、前記バイパス部を開閉する弁体を有するバルブとを備え、前記排ガスが前記主排気流路からガス流入口を通って分岐され、該排ガスがガス流出口を通過して前記主排気流路に戻る熱交換流路を有し、前記弁体の閉位置は、前記主排気流路の軸方向の直交方向に対して斜めに設定されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バルブの開弁性能を向上させて熱非回収モード時における熱交換器による熱回収を抑制させることのできる排熱回収装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る排熱回収装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る排熱回収装置の外観を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る排熱回収装置１を示す断面図、図２は、排熱回収装置１の外観を示す斜視図である。
【００１２】
（排熱回収装置の全体構成）
本発明の実施形態に係る排熱回収装置１は、内燃機関の排気管の途中に配設されて、内燃機関から排出される排ガスの熱を回収するための装置であり、排ガスの熱回収を行う熱回収モードと、熱回収を行わない熱非回収モードとを有する。
【００１３】
なお、説明の便宜上、図１上において、排熱回収装置１の上側を上部、下側を下部と定義する。
【００１４】
図１に示すように、実施形態に係る排熱回収装置１は、図示しない内燃機関から排ガスＧ１が導かれるバイパス部２０（なお、排ガスＧ１が熱交換器１１１をバイパス（迂回）するという意味で「バイパス部」と称する）から成る主排気流路２０Ａと、排ガスＧ１が主排気流路２０Ａからガス流入口１１を通って分岐され、排ガスＧ１がガス流出口１２を通過して主排気流路２０Ａに戻る熱交換部１０で構成される熱交換流路１０Ａと、熱交換流路１０Ａ内に配置され、排ガスＧ１と冷却水等から成る熱媒体Ｗとの間で熱交換を行う熱交換器１１１と、ガス流入口１１より下流位置の主排気流路２０Ａに配置され、この主排気流路２０Ａを開閉する弁体１３５を有するバルブ３０（所謂フラップ型のバルブ）とから構成されている。
【００１５】
また、弁体１３５の閉位置Ｐ１は、主排気流路２０Ａの軸方向の直交方向に対して斜めに設定されている。
【００１６】
このように、傾斜部を設けることによりバルブ３０が開いた際の開口面積を広くとることができ、ガス抵抗を下げることができる。したがって、熱回収モードから熱非回収モードへの切り換えを迅速に行うことができる。
【００１７】
また、主排気流路２０Ａには、弁体１３５が当接する着座部３１を有する弁用筒部３５が設けられ、弁用筒部３５の内周側を弁体１３５が開閉し、弁用筒部３５の外周側が弁体１３５で閉塞されない補助流路１５５として形成されている。
【００１８】
そして、ガス流出口１２から主排気流路２０Ａに戻る排ガスＧ１ｅは、補助流路１５５を通ってバルブ３０の上流側からバルブ３０の周囲を抜けて主排気流路２０Ａに戻るように構成されている。
【００１９】
そして、弁用筒部３５のガス流出口１２側が長く形成されることによって、着座部３１が傾斜して配置されている。
【００２０】
これにより、バルブ３０の弁体１３５が開かれた熱非回収モードでは、補助流路１５５への排ガスＧ１ｄの流入も止まり、補助流路１５５が断熱空気層として機能するので、バイパス部２０側からの熱の伝達を抑制することができる。これにより、熱非回収モードにおける熱交換器１１１による熱回収をより確実に抑制することができる。
【００２１】
（バイパス部の構成）
図１および図２に示すように、主排気流路２０Ａを構成するバイパス部２０は、例えば金属材により中空の筒状（例えば、角筒状や円筒状など）に成形され、車両の前後方向に延設されるバイパス部本体１２０を備える。
【００２２】
このバイパス部本体１２０は、排ガスＧ１の取り入れ側に設けられる筒状のガス導入口１２１と、排ガスＧ２の排出側に設けられる筒状のガス排出口１２２とを備える。
【００２３】
バイパス部本体１２０の略中央には、バルブ３０の一部を構成する弁用筒部３５が配置されている。
【００２４】
弁用筒部３５の排ガスＧ１の下流側の端部には、下方側に行くに従って排ガス下流側に突出する傾斜部が形成されている。この傾斜部が、バルブ３０の弁体１３５が当接する着座部３１を構成している。
【００２５】
なお、着座部３１を構成する傾斜部の傾きは、特には限定されないが、例えば１０〜６０度程度とすることができる。
【００２６】
（バルブの構成）
バルブ３０は、回動自在な回動軸１４０と、この回動軸１４０に一端部が固定された弁体１３５と、回動軸１４０を回動するアクチュエータ２００（図２参照）とを備える。
【００２７】
弁体１３５の先端部１３５ａは、熱交換部１０の排ガスＧ１（Ｇ１ｃ）の出口１２より下流側に形成されている。
【００２８】
また、弁体１３５の他端部１３５ｂは、回動軸１４０よりも排ガスＧ１の上流側に位置するようにできる。
【００２９】
弁体１３５は、アクチュエータ２００の駆動による回動軸１４０の回動に伴って、着座部３１に当接した閉位置Ｐ１と、着座部３１から離間した開位置Ｐ２との間をＤ１０方向に揺動するように構成されている。
【００３０】
ここで、上述のように、弁体１３５が当接する着座部３１は傾斜部を有している。そのため、着座部が排ガスＧ１の直進成分Ｇ１ｅに対して垂直な端面で構成される場合に比して、排ガスの直進成分Ｇ１ｆの弁体１３５に対する受圧面積を広くすることができる。
【００３１】
これにより、弁体１３５を閉位置Ｐ１から開位置Ｐ２へ回動させる際のアクチュエータ２００の負荷を小さくすることができ、バルブ３０の開弁性能を向上させることができる。
【００３２】
したがって、熱回収モードから熱非回収モードへの切り換えを迅速に行うことが可能となる。
【００３３】
なお、弁体１３５は、バネ等の弾性体により着座部３１側に付勢されている。これにより、熱回収モード時に、弁体１３５をより確実に閉位置Ｐ１に保持することができる。
【００３４】
また、弁体１３５の排ガス下流側の表面には、ウェイト１３６が設けられているので、ウェイト１３６の質量により排気脈動に起因する共振を抑えることができる。
【００３５】
（熱交換部の構成）
図１に例示するように、熱交換器１１１を備える熱交換流路１０Ａを構成する熱交換部１０は、バイパス部本体１２０の下部に一体的に取り付けられる金属製の筐体１０ａを備える。
【００３６】
筐体１０ａ内には、複数層に亘って配置されて排ガスＧ１ｃが流通するガス通路部から成る排気通路１００と、熱媒体（例えば、冷却水）Ｗが循環する複数の熱媒体流路１０１から成る熱媒体流路部１１０とから構成される熱交換器１１１が設けられている。
【００３７】
図１上、筐体１０ａの排ガス上流側の上部には、バイパス部本体１２０と連通して排ガスＧ１（Ｇ１ａ）を筐体１０ａ内に導入するガス流入口１１が形成されている。
【００３８】
また、筐体１０ａの略中央の上部には、筐体１０ａ内に導入されて排気通路１００を通り抜けた排ガスＧ１ｄを再びバイパス部本体１２０内に戻すガス流出口１２が形成されている。
【００３９】
熱交換部１０の排ガスＧ１ａのガス流入口１１および排ガスＧ１ｅのガス流出口１２は、バルブ３０の上流側に配置されている。
【００４０】
ガス流入口１１の近傍には、熱交換部１０に流入した排ガスＧ１ａを各排気通路１００に排ガスＧ１ｃとして分岐させるガス分岐部１５としての空間が形成されている。
【００４１】
また、排気通路１００の下流側の端部付近には、各排気通路１００を流通した排ガスＧ１ｃを排ガスＧ１ｄとして合流させるガス合流部１６としての空間が形成されている。
【００４２】
さらに、図上、最上部の排気通路１００と、バイパス部本体１２０の底面との間には、ガス流出口１２とガス合流部１６とに連通するリターン流路１７が形成されている。
【００４３】
バルブ３０の弁体１３５が開かれた熱非回収モードでは、リターン流路１７に排ガスＧ１ｄが流れないため、リターン流路１７が熱交換器１１１と主排気流路２０Ａとの間に介在する断熱空気層として機能し、バイパス部２０と熱交換部１０との間の断熱効果を向上させることができ、熱非回収モード時における熱交換器１１１による熱回収を抑制させることができる。
【００４４】
また、ガス合流部１６で合流された排ガスＧ１ｄは、リターン流路１７により各排気通路１００を流通する排ガスＧ１ｃとは逆方向のＢ１方向に導かれ、ガス流出口１２からバイパス部本体１２０内のＢ２方向に補助流路１５５を介して排ガスＧ１ｅとして排出される。
【００４５】
排ガスＧ１ｃは、リターン流路１７を介して、Ｂ１方向（図１上、右側から左方向）へと、Ｕターンするように導かれる。
このように、排ガスＧ１ｃをＢ１方向にＵターンさせることにより、排気通路１７を流れる排ガスＧ１ｄの残熱を排気通路１００の端面１００Ａを介して回収することができ、熱回収効率を向上させることができる。
【００４６】
また、排ガスＧ１ｃをリターン流路１７を介してＵターンさせる構成により、排熱回収装置１の長手方向（排ガスの流路方向）の寸法を小さくすることができ、排熱回収装置１全体の小型化を図ることができる。
【００４７】
また、図２に示すように、熱交換部１０の筐体１０ａの外側には、熱媒体流路１０１に熱媒体（例えば、冷却水）Ｗを導入する導入管２２０が設けられている。
【００４８】
この導入管２２０は、筐体１０ａに開口された熱媒体入口２２１に溶接等により固定されている。
【００４９】
さらに、熱交換部１０の筐体１０ａの外壁側には、アクチュエータ（例えば、サーモアクチュエータ等のセルフ開閉式のアクチュエータ）２００が設けられている。
【００５０】
（アクチュエータについて）
アクチュエータの一種としてのサーモアクチュエータ２００は、ロッド収容部２０３に収容される熱膨張体としてのワックス（図示せず）と、そのワックスの膨張、収縮に応じて前進、後退するピストン状のロッド（図示せず）等を収容するロッド収容部２０３と、ロッドの先端に有って、回動軸１４０側の突起状の作動子１４５と係合して回動軸１４０を回動させる係合部２０４とを備える。
【００５１】
シリンダ部２００ａの下端部は、熱交換部１０の筐体１０ａに開口された熱媒体出口２２２に溶接等により固定されている。また、シリンダ部２００ａの中間位置には、熱媒体出口２２２から供給されてシリンダ部２００ａ内を流通した熱媒体Ｗを排出する排出管２０２が一体的に設けられている。
【００５２】
また、サーモアクチュエータ２００のシリンダ部２００ａは、金属製のブラケット部材２０１により熱交換部１０の筐体１０ａに保持、固定されている。
【００５３】
サーモアクチュエータ２００のシリンダ部２００ａとロッド収容部２０３とは、フランジ部２０５ａ、２０５ｂをボルト２０６とナット２０７で螺合して接合されている。
【００５４】
（排熱回収装置の動作）
以上のような構成を備える排熱回収装置１は、弁体１３５が付勢力により着座部３１に当接した閉位置Ｐ１に保持された熱回収モードでは、排ガスＧ１（Ｇ１ｅ）は、バイパス部本体１２０（主排気流路２０Ａ）内への流通が弁体１３５によって阻止される。そして、排ガスＧ１（Ｇ１ａ）は、熱交換部１０のガス流入口１１から熱交換部１０内に流入して、排気通路１００を排ガスＧ１ｃとして流通する。
【００５５】
これによって、熱媒体流路１０１を流通する熱媒体Ｗと、排気通路１００を流通する排ガスＧ１ｃとの間で熱交換が行われ、排ガスＧ１の熱が回収される。
【００５６】
一方、アクチュエータ２００の作動により、弁体１３５が回動されて着座部３１から離間した開位置Ｐ２（なお、閉位置Ｐ１から開位置Ｐ２までの中間位置も含む）に変位された熱非回収モードでは、排ガスＧ１（Ｇ１ｆ、Ｇ１ｇ）は、バイパス部本体１２０（主排気流路２０Ａ）内を流通して、ガス排出口１２２から排ガスＧ２として排出される。
【００５７】
ここで、ガス流入口１１とガス流出口１２とは共にバルブ３０の上流側にあるため、バルブ３０の開度がばらついてもガス流入口１１とガス流出口１２間は同じ差圧になる。このように、バルブ開度差により熱交換器流路１０Ａの差圧が変動しないため熱非回収モードにおける熱交換器１１１による熱回収を確実に防止することができる。
【００５８】
また、着座部３１は、下方側に行く程、排ガス下流側に突出する傾斜部で構成されているので、弁体１３５を閉位置Ｐ１から開位置Ｐ２に回動する際の変位角度（回動する角度）を比較的小さくすることができ、バルブ３０の開弁性能を向上させて、熱非回収モード時における熱交換器による熱回収を抑制させることができる。
【００５９】
また、排ガスＧ１の直進成分Ｇ１ｅの弁体１３５に対する受圧面積を広くすることができるので、弁体１３５を閉位置Ｐ１から開位置Ｐ２へ回動させる際のアクチュエータ２００の負荷を小さくすることができ、アクチュエータ２００を小型化できると共に、バルブ３０の開弁性能を向上させることができる。
【００６０】
さらに、傾斜部を設けることによりバルブ３０が開いた際の開口面積を広くとることができ、ガス抵抗を下げることができる。
以上述べたように、本実施の形態に係る排熱回収装置１、１Ａによれば、バルブ３０の開弁性能および断熱性を向上させて熱非回収モード時における熱交換器による熱回収を抑制させることができる。
【００６１】
なお、上述のように説明の便宜上、図１上において、排熱回収装置１の上側を上部、下側を下部と定義したが、排熱回収装置１を車両等に取り付ける際などには、上下の方向等は代わり得るので、この方向の定義には拘束されない。
【００６２】
また、熱交換器１１１とバイパス部２０等の位置関係も上下方向に限定されない。
【符号の説明】
【００６３】
１…排熱回収装置
１０…熱交換部
１０Ａ…熱交換流路
１１…ガス流入口
１２…ガス流出口
１７…リターン流路
２０…バイパス部
２０Ａ…主排気流路
３０…バルブ
３１…着座部
３５…弁用筒部
１００…排気通路
１０１…熱媒体流路
１１０…熱媒体流路部
１１１…熱交換器
１２１…排ガス取入部
１２２…排ガス排出部
１３５…弁体
１５５…補助流路
１２５…断熱空気層
２００…サーモアクチュエータ（アクチュエータ）
Ｇ１（Ｇ１ａ〜Ｇ１ｇ）、Ｇ２…排ガス
Ｗ…熱媒体
【図１】
2019203425.tif 000003
【図２】
2019203425.tif 000004