(57)【要約】【課題】サーモアクチュエータなどの劣化を抑制する排熱回収器を提供する。【解決手段】熱膨張体７５が膨張収縮することでロッド７２を進退させるサーモアクチュエータ７と、サーモアクチュエータ７によって回動するバルブ１１とを備えた排熱回収器１であって、サーモアクチュエータ７は、ロッド７２を熱膨張体７５側へ付勢する非線形バネ７３を備える。【選択図】図４
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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た排熱回収器であって、
前記サーモアクチュエータは、前記ロッドを前記熱膨張体側へ付勢する非線形バネを備えることを特徴とする排熱回収器。
【請求項２】
請求項１に記載の排熱回収器であって、
前記非線形バネは、前記バルブがストッパーに当接すると、当接前よりもバネ定数が大きいバネが圧縮されることを特徴とする排熱回収器。
【請求項３】
請求項２に記載の排熱回収器であって、
前記ロッドは、前記熱膨張体側に前記非線形バネの一方の端部が当接する鍔部を備え、
前記非線形バネは、前記鍔部側のバネ定数が、もう一方の端部側のバネ定数よりも小さい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】
本発明は排熱回収器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バルブをサーモアクチュエータによって回動させる排熱回収器が特許文献１に開示されている。
【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。排熱回収器では、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、ロッドが伸長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、バルブやサーモアクチュエータに過大な負荷がかかると、バルブや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、バルブやサーモアクチュエータなどが劣化するおそれがある。
【０００５】
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、ロッドのストロークにバラツキがある場合でも、バルブやサーモアクチュエータなど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】
【０００６】
本発明のある態様に係る排熱回収器は、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と、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た排熱回収器であって、サーモアクチュエータは、ロッドを熱膨張体側へ付勢する非線形バネを備える。
【発明の効果】
【０００７】
この態様によると、非線形バネによってバルブを回動させる力を抑制することができ、バルブやサーモアクチュエータに過大な負荷がかかることを抑制し、これらが劣化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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】冷媒排出部、サーモアクチュエータの断面を示す概略図である。
【図４】非線形バネを説明する概略図である。
【図５】非線形バネの特性を示すマップである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１は、本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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、ロッド７２と、非線形バネ７３と、ケース７４とを備える。
【００１７】
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７５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。
【００１８】
ケース７４には、エレメント７０側に開口部７４ａが形成され、ケース７４はフランジ７６を介して冷媒排出部１０に取り付けられる。ケース７４には、ロッド７２の一部、及び非線形バネ７３が収容される。ケース７４には開口部７４ａとは反対側の側面７４ｂに孔７４ｃが形成され、ロッド７２が進退可能となるように、孔７４ｃにロッド７２の一部が挿入されている。
【００１９】
ロッド７２は、エレメント７０側の端部に鍔部７２ａを備え、鍔部７２ａは、ケース７４内で、ピストン７１の先端部に当接している。孔７４ｃを通ってケース７４の外側に位置するロッド７２の端部は、リンク機構８のブロック部８１に連結する。
【００２０】
非線形バネ７３は、一方の端部が鍔部７２ａに、もう一方の端部が、孔７４ｃが形成されたケース７４の側面７４ｂに当接するように、鍔部７２ａと側面７４ｂとの間に設けられ、ロッド７２をエレメント７０側（ワックス７５側）に向けて付勢する。非線形バネ７３は、図４に示すようにピッチが「ｐ１」であるバネが側面７４ｂ側、ピッチが「ｐ１」よりも長い「ｐ２」であるバネがエレメント７０側となるように構成され、エレメント７０側のバネ定数は、側面７４ｂ側のバネ定数よりも小さい。ロッド７２のストローク量と非線形バネ７３による反力との関係を図５に示す。ストローク量は、ワックス７５が固体の状態であり、ピストン７１が最も後退している位置である初期位置からの移動量（前進量）である。ロッド７２が初期位置から前進し、ストローク量が大きくなると、まずエレメント７０側のバネが圧縮される。そして、ストローク量が所定量となると側面７４ｂ側のバネが圧縮され、ストローク量に対する非線形バネ７３の反力の増加量が大きくなる。所定量は、サーモアクチュエータ７におけるロッド７２の最大ストローク量であり、本実施形態では、ストローク量が所定量となると、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。
【００２１】
冷媒排出路１２内を流れる冷媒の温度が高くなり、エレメント７０内のワックス７５の温度が高くなり、ワックス７５が融解して膨張すると、ピストン７１の一部がエレメント７０から押し出されて前進し、この動きに応じてロッド７２が非線形バネ７３を圧縮しながら前進する。一方、冷媒排出路１２内を流れる冷媒の温度が低くなり、ワックス７５が凝固して収縮すると、非線形バネ７３の反力によってロッド７２、及びピストン７１が後退する。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、ロッド７２を進退させる。
【００２２】
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。
【００２３】
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を介してロッド７２の直線運動が作用すると、バルブ１１と共に回動する。
【００２４】
ブロック部８１は、ロッド７２に連結しており、ロッド７２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。
【００２５】
本実施形態の排熱回収器１の動作について詳しく説明する。
【００２６】
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７５は固体となっており、ピストン７１は非線形バネ７３によって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に流入させる。
【００２７】
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７５が融解して膨張し、非線形バネ７３の反力に抗してピストン７１、ロッド７２、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。この時、非線形バネ７３は、エレメント７０側のバネ定数が小さいバネが圧縮される。
【００２８】
サーモアクチュエータ７、リンク機構８は、ワックス７５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、ワックス７５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。
【００２９】
または、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７５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。
【００３０】
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、バネ定数が大きい側面７４ｂ側のバネによって、ロッド７２の前進が抑制されるので、ワックス７５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、その力がバルブ１１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。
【００３１】
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７５が凝固し、収縮すると、非線形バネ７３の反力によってピストン７１、ロッド７２、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。
【００３２】
本発明の実施形態の効果について説明する。
【００３３】
非線形バネ７３によってロッド７２が前進することを抑制することで、バルブ１１、サーモアクチュエータ７に過大な負荷がかかることを抑制し、これらが劣化することを抑制することができる。
【００３４】
バルブ１１がストッパー４１に当接すると、非線形バネ７３においてバネ定数が大きいバネが圧縮されるので、バルブ１１がストッパー４１に当接した後に、ロッド７２を前進させる力が発生しても、その力がバルブ１１まで伝達されることを抑制することできる。これにより、バルブ１１がストッパー４１に当接した後に、バルブ１１、サーモアクチュエータ７に過大な負荷がかかることを抑制し、これらが劣化することを抑制することができる。
【００３５】
バネ定数が小さいバネの端部が側面７４ｄに当接し、バネ定数が大きいバネが鍔部７２ａに当接するように非線形バネ７３を配置すると、ロッド７２が前進する場合に、バネ定数が小さいバネが、バネ定数が大きいバネを介してロッド７２に押されることになり、バネ定数が小さいバネにロッド７２の軸方向への力が均一に伝達されずにケース７４内で屈曲するおそれがあり、それにより、ロッド７２が傾くおそれがある。
【００３６】
本実施形態では、バネ定数が小さいバネの端部を鍔部７２ａに当接することで、バネ定数が小さいバネは鍔部７２ａを介してロッド７２によって直接押される。そのため、バネ定数が小さいバネがケース７４内で屈曲することを抑制することができ、ロッド７２の傾きを抑制することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
上記実施形態では、ピッチの異なるバネによって非線形バネ７３を構成したが、例えば、線径の異なるバネで構成してもよく、皿バネと圧縮コイルバネとを組み合わせなど種類の異なるバネで構成してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１      排熱回収器
７      サーモアクチュエータ
１１    バルブ
４１    ストッパー
７２    ロッド
７２ａ  鍔部
７３    非線形バネ
７５    ワックス（熱膨張体）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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