(57)【要約】【課題】過大な負荷による劣化を抑制し、小型化したサーモアクチュエータを提供する。【解決手段】熱膨張体７８が封止されるケース７０と、ケース７０に挿入され、熱膨張体７８の膨張収縮によって進退する押し出し部材７１と、熱膨張体７８の膨張収縮によって押し出し部材７１とともに進退し、また押し出し部材７１が相対的に進退可能に形成された第１ロッド７２と、押し出し部材７１と第１ロッド７２との間に設けられた第１バネ７３と、第１ロッド７２とともに進退する第２ロッド７４と、第２ロッド７４をケース７０側へ付勢する第２バネ７５と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱膨張体が膨張収縮することでロッドを進退させるサーモアクチュエータであって、
前記熱膨張体が封止されるケースと、
前記ケースに挿入され、前記熱膨張体の膨張収縮によって進退する押し出し部材と、
前記熱膨張体の膨張収縮によって前記押し出し部材とともに進退し、また前記押し出し部材が相対的に進退可能に形成された第１ロッドと、
前記押し出し部材と前記第１ロッドとの間に設けられた第１バネと、
前記第１ロッドとともに進退する第２ロッドと、
前記第２ロッドを前記ケース側へ付勢する第２バネと、
を備えることを特徴とするサーモアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載のサーモアクチュエータであって、
前記第１ロッドは、
前記押し出し部材に一部が挿入される軸部と、
前記挿入部よりも幅が大きい係止部と、
を備え、
前記第１バネは、前記係止部と前記押し出し部材との間に設けられ、内側に前記軸部が挿入される、
ことを特徴とするサーモアクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載のサーモアクチュエータであって、
前記係止部は、前記第１バネが当接する面と反対側の面で前記第２バネと当接する、
ことを特徴とするサーモアクチュエータ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のサーモアクチュエータであって、
前記第２バネは、前記押し出し部材、または前記係止部から延設される中空部に収容される、
ことを特徴とするサーモアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載のサーモアクチュエータであって、
前記第１バネのバネ定数は、前記第２バネのバネ定数よりも大きい、
ことを特徴とするサーモアクチュエータ。
【請求項６】
請求項５に記載のサーモアクチュエータであって、
前記第１バネは、前記第２ロッドの前進が制限された場合に圧縮する、
ことを特徴とするサーモアクチュエータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のサーモアクチュエータと、
前記サーモアクチュエータによって回動するバルブと、
を備えることを特徴とする排熱回収器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサーモアクチュエータ、及び排熱回収器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、排熱回収器において、バルブをサーモアクチュエータによって回動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３１６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
サーモアクチュエータは、熱膨張体の温度に応じてロッドが進退する。例えば上記技術のように排熱回収器にサーモアクチュエータを用いた場合、排熱非回収時には、高温の排気ガスが排熱回収側に流入しないようにバルブによって排熱回収側の流路を閉塞することが望ましく、ロッドが前進した場合にバルブがストッパーに当接するように設計されている。また、バルブがストッパーに当接した後に、さらにバルブを回動させる力が作用し、サーモアクチュエータに過大な負荷がかかると、サーモアクチュエータが劣化するので、ロッドのストローク量が最大となった場合にバルブがストッパーに当接するように設計されている。しかし、使用環境や経時劣化などによるロッドのストロークのバラツキによって、バルブがストッパーに当接した後もロッドが伸びる場合があり、サーモアクチュエータが劣化するおそれがある。
【０００５】
このような劣化を抑制するために、熱膨張体が封止されたサーモエレメントをロッドの軸方向に移動可能とし、バルブがストッパーに当接した後などロッドの前進が制限された後はサーモエレメントを後退させることで、ロッドの前進が制限された後にロッドに伸び方向に力が働いた場合でも、サーモアクチュエータが劣化することを抑制することができる。
【０００６】
このような場合には、ロッドの前進が制限される前にサーモエレメントが移動しないように、サーモエレメントをバネなどによってロッド側に付勢しなければならない。しかし、サーモエレメントの周囲を流れる流体がバネなどに当たるため、流体によってバネなどが劣化するおそれがある。
【０００７】
また、バネなどをサーモエレメントの周囲に設けるためサーモアクチュエータが大型となり、流体の流通抵抗が大きくなるおそれがある。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、小型のサーモアクチュエータを用いて、サーモアクチュエータが劣化することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様に係る熱膨張体が膨張収縮することでロッドを進退させるサーモアクチュエータであって、熱膨張体が封止される第１ケースと、第１ケースに挿入され、熱膨張体の膨張収縮によって進退する押し出し部材と、熱膨張体の膨張収縮によって押し出し部材とともに進退し、また押し出し部材が相対的に進退可能に形成された第１ロッドと、押し出し部材と第１ロッドとの間に設けられた第１バネと、第１ロッドとともに進退する第２ロッドと、第２ロッドを第１ケース側へ付勢する第２バネと、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
この態様によると、熱膨張体が封止される第１ケースに挿入される押し出し部材と、押し出し部材が相対的に進退可能となるように形成された第１ロッドとの間に第１バネを設けることで、第２ロッドの前進が制限された場合に、第１バネが収縮することで、サーモアクチュエータの劣化を抑制することができる。また、例えば第１バネがサーモアクチュエータの外部を流れる流体に晒されることがなく、流体によって劣化することを防止することができる。さらに、サーモアクチュエータが大型となることを抑制し、流体の流通抵抗が大きくなることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の排熱回収器の斜視図である。
【図２Ａ】熱交換部に排気ガスを導入する場合のバルブの状態を示す図である。
【図２Ｂ】バイパス部に排気ガスを導入する場合のバルブの状態を示す図である。
【図３】第１実施形態のサーモアクチュエータの断面を示す概略図である。
【図４Ａ】ピストンが初期位置となっている状態を示す図である。
【図４Ｂ】ピストンが前進した状態を示す図である。
【図４Ｃ】第２ロッドのストローク量が最大となった後に、さらにワックスが膨張した状態を示す図である。
【図５】第２実施形態のサーモアクチュエータの断面を示す概略図である。
【図６】ピストンが前進した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、第１実施形態の排熱回収器１の斜視図である。排熱回収器１は、熱交換部２と、バイパス部３と、ガス導入部４と、ガス排出部５と、サーモアクチュエータ７と、リンク機構８とを備える。
【００１４】
熱交換部２は、流入した排気ガスと冷媒導入部９を介して導入された冷媒との間で熱交換を行う。熱交換部２で冷媒と熱交換を行い、温度が低くなった排気ガスはガス排出部５へ排出される。また、排気ガスと熱交換を行い、温度が高くなった冷媒は熱交換部２の上方に設けた冷媒排出部１０を介して排出される。冷媒は、エンジン冷却水やエンジン冷却水とは独立したサイクルの冷却水、フロン類などである。温度が高くなった冷媒は、エンジンの暖機などに使用される。
【００１５】
バイパス部３は、熱交換部２と並列に配置され、熱交換部２をバイパスして排気ガスをガス排出部５へ流すことができる。
【００１６】
ガス導入部４には、図２Ａ、図２Ｂに示すようにバルブ１１が配置され、バルブ１１はサーモアクチュエータ７の動作に応じて回動し、エンジンから排出された排気ガスを熱交換部２、またはバイパス部３に流入させる。ガス導入部４には、バルブ１１の回動を規制するストッパー４０、４１が形成されている。図２Ａに示すように排気ガスを熱交換部２に流入させる場合には、バルブ１１はストッパー４０に当接し、図２Ｂに示すように排気ガスをバイパス部３に流入させる場合には、バルブ１１はストッパー４１に当接する。
【００１７】
ガス排出部５は、熱交換部２、またはバイパス部３を流れた排気ガスを排熱回収器１から排出する。
【００１８】
サーモアクチュエータ７について図３を用いて説明する。図３は、冷媒排出部１０、サーモアクチュエータ７の断面を示す概略図である。
【００１９】
サーモアクチュエータ７は、エレメント７０と、ピストン７１と、第１ロッド７２と、第１バネ７３と、第２ロッド７４と、第２バネ７５と、外部ケース７６とを備える。
【００２０】
エレメント７０は、冷媒排出部１０に設けた孔１０ａに、後端側が冷媒排出路１２内に位置するように挿入され、冷媒排出部１０に支持される。エレメント７０には熱膨張体としてワックス７８が封止されている。また、エレメント７０にはピストン７１が進退可能となるように挿入されている。
【００２１】
ピストン７１は、ワックス７８の膨張、収縮に応じて前進、後退する。ピストン７１には軸方向に沿って凹部７１ａが形成され、凹部７１ａに第１ロッド７２の一部が挿入されている。
【００２２】
第１ロッド７２は、係止部７２ａと、軸部７２ｂとによって構成され、軸部７２ｂの一部がピストン７１の凹部７１ａに挿入されている。係止部７２ａは、軸部７２ｂの第２ロッド７４側の端部に形成され、台座７７に当接する。係止部７２ａの幅（径）は、軸部７２ｂの幅（径）よりも大きい。
【００２３】
第１バネ７３は、一方の端部がピストン７１の端面７１ｂに、もう一方の端部が係止部７２ａに当接するように、ピストン７１と係止部７２ａとの間に設けられた圧縮コイルバネであり、ピストン７１及び係止部７２ａをそれぞれ逆方向に付勢する。第１バネ７３の内周側には軸部７２ｂが挿入されている。
【００２４】
第１ロッド７２とピストン７１とは、ピストン７１が第１ロッド７２に対して相対的に進退可能となるように構成されている。
【００２５】
外部ケース７６には、エレメント７０側に開口部７６ａが形成され、外部ケース７６はフランジを介して冷媒排出部１０に取り付けられる。外部ケース７６には、第２ロッド７４の一部、及び第２バネ７５が収容される。外部ケース７６には開口部７６ａとは反対側の側壁７６ｃに孔７６ｄが形成され、第２ロッド７４が進退可能となるように、孔７６ｄに第２ロッド７４の一部が挿入されている。
【００２６】
第２ロッド７４は、エレメント７０側の一方の端部が台座７７に連結し、孔７６ｄを通って外部ケース７６の外側に位置するもう一方の端部がリンク機構８のブロック部８１に連結する。
【００２７】
第２バネ７５は、一方の端部が台座７７に、もう一方の端部が外部ケース７６の側壁７６ｃに当接するように、台座７７と側面７４ｃとの間に設けられた圧縮コイルバネであり、第２ロッド７４をエレメント７０側（ワックス７８側）に向けて付勢する。第２バネ７５のバネ定数は、第１バネ７３のバネ定数よりも小さく、ワックス７８が融解して膨張し、ピストン７１が前進した場合に、まず第２バネ７５が収縮し、その後第１バネ７３が収縮する。
【００２８】
リンク機構８は、ロッド７２の直線運動を、バルブ１１の回動運動に変換する機構である。リンク機構８は、クランク部８０と、ブロック部８１とを備える。
【００２９】
クランク部８０の一部は、ガス導入部４に挿入され、ガス導入部４内でバルブ１１と連結しており、クランク部８０はガス導入部４によって軸支されている。また、クランク部８０は、ブロック部８１に係合しており、ブロック部８１を介して第２ロッド７４の直線運動が作用すると、バルブ１１と共に回動する。
【００３０】
ブロック部８１は、第２ロッド７４に連結しており、第２ロッド７４と一体となって前進、または後退し、クランク部８０、及びバルブ１１を回動させる。
【００３１】
本実施形態のサーモアクチュエータ７の動作について図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。
【００３２】
サーモアクチュエータ７は、エレメント７０内のワックス７８の温度が低く、固体の場合には、ピストン７１が後退した位置である初期位置となるように構成されている（図４Ａ）。
【００３３】
エレメント７０の周囲の温度が高くなり、ワックス７８の温度が高くなり、融解し、膨張すると、ワックス７８によってピストン７１が押し出されて前進する。ピストン７１の前進により、第１ロッド７２、及び第２ロッド７４が第２バネ７５の反力（付勢力）に抗して前進する。第２ロッド７４は、第２バネ７５を圧縮させながら前進する。第２バネ７５のバネ定数は第１バネ７３の定数よりも小さく、まず第２バネ７５が圧縮され、第１バネ７３は圧縮されない。そして、第２ロッド７４のストローク量が最大となり、第２バネ７５の圧縮量が最大となる（図４Ｂ）。
【００３４】
第２ロッド７４のストローク量が最大となった後に、さらにワックス７８が膨張すると、第１バネ７３が圧縮され、第１ロッド７２、及び第２ロッド７４に対してピストン７１のみが前進する（図４Ｃ）。つまり、第２ロッド７４のストローク量が最大となり、第２ロッド７４の前進が制限された後のピストン７１の前進は第１バネ７３によって吸収される。
【００３５】
エレメント７０の周囲の温度が低くなり、ワックス７８の温度が低くなり、凝固し、収縮すると、第１バネ７３、及び第２バネ７５の反力によって第２ロッド７４、第１ロッド７２、及びピストン７１が後退し、初期位置に戻る。
【００３６】
このように、サーモアクチュエータ７は、エレメント７０の雰囲気温度に応じて第２ロッド７４を進退させ、第２ロッド７４のストローク量が最大となった後は、第１バネ７３によってピストン７１の前進を吸収する。
【００３７】
本実施形態の排熱回収器１の動作について説明する。
【００３８】
例えばエンジンが暖気されておらず、排気ガスの温度が低く、冷媒排出路１２の冷媒の温度が低い場合には、エレメント７０内のワックス７８は固体となっており、ピストン７１は初期位置に保持されている。バルブ１１は、図２Ａに示すようにストッパー４０に当接し、バイパス部３を閉塞し、排気ガスを熱交換部２に流入させている。
【００３９】
排気ガスの温度が高くなり、冷媒排出路１２の冷媒の温度が高くなると、エレメント７０内のワックス７８が融解して膨張し、第２バネ７５の反力に抗してピストン７１、第１ロッド７２、第２ロッド７４、及びブロック部８１が前進し、クランク部８０、及びバルブ１１は、図２Ｂに示すようにバルブ１１がストッパー４１に当接する位置まで回動する。サーモアクチュエータ７は、バルブ１１がストッパー４１に当接した場合に、第２ロッド７４のストローク量が最大となるように設定されている。
【００４０】
サーモアクチュエータ７は、ワックス７８の膨張量が使用環境や経時劣化などによってバラツキが生じた場合であっても、バルブ１１がストッパー４１に当接するように設定されている。そのため、バルブ１１がストッパー４１に当接した後にワックス７８がさらに膨張することがあり、膨張によってピストン７１を押し出す力がさらに発生することがある。この力が発生しても、バルブ１１はストッパー４１に当接しており、回動することができないので、バルブ１１、リンク機構８、サーモアクチュエータ７にかかる負荷が大きくなり、これらを劣化させるおそれがある。
【００４１】
また、バルブ１１の先端側部とストッパー４１とが当接している場合において、ストッパー４１の流路内方の凸部が微小であると、ワックス７８の膨張によってピストン７１を押し出す力が勝り、バルブ１１の先端が凸部を乗り越えてしまう可能性がある。
【００４２】
これに対して、本実施形態では、バルブ１１がストッパー４１に当接した後は、第１バネ７３によって、ピストン７１の前進が吸収されるので、ワックス７８のさらなる膨張によってピストン７１を押し出す力が発生しても、その力が第２ロッド７４まで伝達されることを抑制することができる。また、バルブ１１はストッパー４１に常時当接した状態で保持することが可能となり、熱交換部２を閉塞し、排気ガスはバイパス部３に流入しない。
【００４３】
例えば、バルブ１１がストッパー４１に常時当接し、排気ガスがバイパス部３に流入することで、熱交換部２で冷媒が加熱されなくなり、冷媒の温度が低くなり、ワックス７８が凝固し、収縮すると、第１バネ７３、及び第２バネ７５の反力によって第２ロッド７４、第１ロッド７２、ピストン７１、及びブロック部８１が後退し、ピストン７１が初期位置まで戻る。これに伴い、クランク部８０、及びバルブ１１が回動し、バルブ１１はストッパー４０に当接し、バイパス部３を閉塞し、排気ガスを熱交換部２に流入させる。
【００４４】
本発明の第１実施形態の効果について説明する。
【００４５】
サーモエレメント７０内のワックス７８の膨張収縮によって進退するピストン７１と、ピストン７１が相対的に進退可能に形成される第１ロッド７２と、ピストン７１と第１ロッド７２との間に設けた第１バネ７３とを備える。また、第２ロッド７４を第１ロッド７２に当接させ、第２ロッド７４をサーモエレメント７０側に付勢する第２バネ７５を設ける。これにより、第２ロッド７４のストローク量が最大となり、第２ロッド７４の前進が制限された後に、ピストン７１が前進した場合には、第１バネ７３が圧縮され、ピストン７１の前進を第１バネ７３によって吸収することで、第２ロッド７４に掛かる負荷を小さくすることができ、ワックス７８の膨張によるサーモアクチュエータ７の劣化を抑制することができる。
【００４６】
また、第１バネ７３をサーモエレメント７０内に設けることで、第１バネ７３がサーモエレメント７０の周囲を流れる流体に晒されることを防止し、流体によって第１バネ７３が劣化することを防止することができる。また、第２ロッド７４のストローク量が最大となった後のピストン７１の前進を吸収する第１バネ７３を第１ロッド７２とピストン７１との間に設けることで、サーモエレメント７０の幅が大きくなることを抑制することができ、サーモアクチュエータ７が大型となることを抑制することができる。これにより、サーモエレメント７０が挿入される冷媒排出路１０の流通面積を大きくすることができ、流通抵抗が大きくなることを抑制することができる。
【００４７】
第１ロッド７２の軸部７２ｂの一部をピストン７１の凹部７１ａに挿入し、第１ロッド７２の係止部７２ａとピストン７１との間に第１バネ７３を設け、第１バネ７３の内周側に軸部７２ｂを挿入することで、第１バネ７３が圧縮される場合に、第１バネ７３が倒れることを防止することができる。
【００４８】
第２バネ７５のバネ定数を第１バネ７３のバネ定数よりも小さくすることで、ピストン７１が前進した場合に、まず第２バネ７５が圧縮され、第２ロッド７４が前進する。これにより、第２ロッド７４が連結するブロック部８１を移動させ、バルブ１１を素早く回動させて、熱交換部２を素早く閉塞することができる。このように、冷媒の温度が高くなった場合に、熱交換部２への排気ガスの流入を素早く中止するとともに、バルブ１１がストッパー４１に当接し、第２ロッド７４の前進が制限された場合に、第１バネ７３によってピストン７１のさらなる前進を吸収することができ、サーモアクチュエータ７などに過大な負荷がかかることを抑制し、サーモアクチュエータ７などの劣化することを抑制することができる。
【００４９】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
【００５０】
本実施形態では、サーモアクチュエータ７が第１実施形態と異なっている。サーモアクチュエータ７について図５を用いて説明する。
【００５１】
ピストン７１は、係止部７２ａに向けて延設される円筒状のバネケース７１ｃを備える。バネケース７１ｃには、第１バネ７３が収容される。これにより、第１バネ７３は、バネケース７１ｃに保持されながら圧縮、伸長する。
【００５２】
係止部７２ａには、第２ロッド７４のストローク量が最大となり、第１バネ７３が圧縮され、ピストン７１が第１ロッド７２に対して前進する場合に、図６に示すようにバネケース７１ｃの一部が挿入可能な凹部７２ｃが形成されている。また、係止部７２ａは、第２バネ７５が当接する台座としての機能を有している。つまり、係止部７２ａは台座と一体となって構成され、第２ロッド７４、及び第２バネ７５が係止部７２ａに当接する。
【００５３】
第２実施形態の効果について説明する。
【００５４】
係止部７２ａと台座とを一体にすることで、部品点数を少なくすることができる。
【００５５】
第１バネ７３を収容するバネケース７１ｃを設けることで、第１バネ７３を収縮させる場合に、第１バネ７３が倒れることを防止することができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００５７】
第２実施形態では、ピストン７１にバネケース７１ｃを設けたが、係止部７２ａにバネケースを設けてもよい。また、第１実施形態と、第２実施形態の一部とを組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１      排熱回収器
７      サーモアクチュエータ
１１    バルブ
７０    エレメント（ケース）
７１    ピストン（押し出し部材）
７１ｃ  バネケース（中空部）
７２    第１ロッド
７２ａ  係止部
７２ｂ  軸部
７３    第１バネ
７４    第２ロッド
７５    第２バネ
７８    ワックス（熱膨張体）
【図１】
2015155662.tif 000003
【図２Ａ】
2015155662.tif 000004
【図２Ｂ】
2015155662.tif 000005
【図３】
2015155662.tif 000006
【図４Ａ】
2015155662.tif 000007
【図４Ｂ】
2015155662.tif 000008
【図４Ｃ】
2015155662.tif 000009
【図５】
2015155662.tif 000010
【図６】
2015155662.tif 000011