(57)【要約】【課題】小型化できる排気熱回収装置を提供する。【解決手段】内燃機関などの排気系において、排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換器３と、排気ガスが通る第１流路４と、排気ガスが熱交換器３を迂回する第２流路５と、第１流路４と第２流路５が合流する合流部２１を有し、第２流路５と合流部２１を連通する第１連通部２４と、第１流路４と合流部２１とを連通する第２連通部２５と、第２連通部２５の上流側に設けた弁軸２７と、弁軸２７を中心として回動して第１連通部２４を開閉する第１弁体３０と、弁軸２７を中心として回動して第２連通部２５を開閉する第２弁体３１を設け、第１弁体３０を弁軸２７に取り付ける一対の腕部３０，３０を、第２連通部２５の両側部に設け、この一対の腕部３０，３０間に第２連通部２５が位置するようにした。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関などの排気系において、排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換器と、排気ガスが通る第１流路と、排気ガスが前記熱交換器を迂回する第２流路と、前記第１流路と第２流路が合流する合流部を有し、
前記第２流路と合流部を連通する第１連通部と、前記第１流路と合流部とを連通する第２連通部と、第２連通部の上流側に設けた弁軸と、該弁軸を中心として回動して第１連通部を開閉する第１弁体と、前記弁軸を中心として回動して第２連通部を開閉する第２弁体を設け、
前記第１弁体を前記弁軸に取り付ける一対の腕部を、前記第２連通部の両側部に設け、この一対の腕部間に前記第２連通部が位置するようにしたことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項２】
前記弁軸を、ケースを貫通するようにして設け、前記第１流路の一部を構成するハウジングをケース内に設け、前記弁軸を支持する軸受を前記ハウジング内に設け、弁軸が貫通するケース部分にシール部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の排気熱回収装置。
【請求項３】
前記第１弁体と前記第２弁体を一体に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気熱回収装置として、排気ガスが、排気系上の熱交換器を通る第１流路と、熱交換器を迂回する第２流路を設け、これらの流路を弁体の開閉で切替制御し、前記熱交換器を第１流路の上方に設け、第１流路と第２流路との合流部と第２流路とを連通する連通口の下流側に、第２流路を開閉する第１弁体の弁軸を設け、この弁軸に、前記第１弁体とは別体の第２弁体を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４６８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の排気熱回収装置では、前記連通口の下流側にその連通口を開閉する第２弁体の弁軸を設け、弁軸の下流側に第１弁体が位置し、第２弁体は弁軸の上流側に位置することとなることから、第１弁体の回動空間の他に、第２弁体の回動空間も確保する必要があるため、排気熱回収装置を小型化する上で障害となっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、前記従来の排気熱回収装置よりも小型化できる排気熱回収装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、内燃機関などの排気系において、排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換器と、排気ガスが通る第１流路と、排気ガスが前記熱交換器を迂回する第２流路と、前記第１流路と第２流路が合流する合流部を有し、
前記第２流路と合流部を連通する第１連通部と、前記第１流路と合流部とを連通する第２連通部と、第２連通部の上流側に設けた弁軸と、該弁軸を中心として回動して第１連通部を開閉する第１弁体と、前記弁軸を中心として回動して第２連通部を開閉する第２弁体を設け、
前記第１弁体を前記弁軸に取り付ける一対の腕部を、前記第２連通部の両側部に設け、この一対の腕部間に前記第２連通部が位置するようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記弁軸を、ケースを貫通するようにして設け、前記第１流路の一部を構成するハウジングをケース内に設け、前記弁軸を支持する軸受を前記ハウジング内に設け、弁軸が貫通するケース部分にシール部材を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記第１弁体と前記第２弁体を一体に形成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第２流路と連通する第１連通部と、第１流路と合流部とを連通する第２連通部と、第２連通部の上流側に設けた弁軸と、該弁軸を中心として回動して第１連通部を開閉する第１弁体と、前記弁軸を中心として回動して第２連通部を開閉する第２弁体を設け、第１弁体を前記弁軸に取り付ける１対の腕部を、前記第２連通部の両側部に設け、この一対の腕部間に前記第２連通部が位置するようにしたことにより、第１弁体の回動空間内に第２弁体を位置させることが出来、前記従来技術の排気熱回収装置よりも小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１の排気熱回収装置の正面図。
【図２】図１の上面図。
【図３】図１の左側面図。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図５】図４の状態から第１弁体を開動させた状態の断面図。
【図６】図４のＢ−Ｂ線断面図。
【図７】図２のＣ−Ｃ線断面図。
【図８】図４のＤ−Ｄ線断面図。
【図９】図１のＥ−Ｅ線断面図。
【図１０】図４のＦ−Ｆ線断面図。
【図１１】図２のＧ−Ｇ線断面図。
【図１２】本発明の実施例２の排気熱回収装置における図１のＥ−Ｅ線に相当する断面図。
【図１３】本発明の実施例３の排気熱回収装置における図２のＡ−Ａ線に相当する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態を図に示す実施例に基づいて説明する。
［実施例１］
図１乃至図１１は本発明の実施例１を示す。
【００１２】
本実施例１の排気熱回収装置１は、内燃機関を使用する車両などの排気系に配設され、上流側に設けた流入口１ａには図示しない上流側排気管が、下流側の排出口１ｂには図示しない下流側排気管がそれぞれ接続される。
【００１３】
排気熱回収装置１は、図４に示すように、ケース２を有し、ケース２内には熱交換器３と、この熱交換器３を通る第１流路４と、熱交換器３を迂回する第２流路５が設けられている。第２流路５は、上流側排気管と下流側排気管に連通している。
【００１４】
ケース２は、図１〜図３に示すように、円筒状の本体部２ａと、本体部２ａの下流側に設けた縮径部２ｂで構成されている。また、第２流路５は、図３〜図６に示すように、両端が開口する円筒管で形成され、図５に示すように、ケース２の本体部２ａの中心部に配設されている。
【００１５】
熱交換器３は、ケース２の本体部２ａと第２流路５との間で、第２流路５の軸芯の両側に位置するように２個設けられている。両熱交換器３，３は、図８に示すように、本体部２ａの軸芯を中心とする円弧状に形成されている。熱交換器３には、内燃機関などの冷却系の冷却水等の媒体が流通する媒体流路３ａと、排気ガスの流体が流れる流体流路３ｂを有している。媒体流路３ａは、図１〜図５に示すように、媒体入口１０ａと媒体出口１０ｂとを有し、この媒体入口１０ａと媒体出口１０ｂとは、内燃機関などの冷却系に接続されている。これにより、熱交換器３において、媒体と排気ガスとの間で熱交換できるようになっている。
【００１６】
排気熱回収装置１を車両等に設置した状態において、図１，図４に示すように、媒体入口１０ａは、第２流路５の下方に位置し、媒体出口１０ｂは、第２流路５の上方に位置するように設けられている。媒体は、媒体入口１０ａから流入して、分岐部１０ｃで左右の媒体流路３ａ，３ａに分岐され、各媒体流路３ａ，３ａ内を下方から上方へ上昇流通した後に、媒体合流部１０ｄで合流し、媒体出口１０ｂから排出されるようになっている。
【００１７】
流体流路３ｂにおけるケース２の本体部２ａの軸に直交する断面は、図８に示すように円弧状に形成されている。また、流体流路３ｂは、図４に示すように、上流側から下流側に向かって複数並行して設けられている。流体流路３ｂの数は任意であるが本実施例では、左右の熱交換器３，３に、夫々４つの流体流路３ｂを設けた。また、流体流路３ｂの形状は任意に形成するが、その内周面の外縁部３ｃを曲面形状に形成することが好ましく、このように内周面の外縁部３ｃを曲面形状に形成したことにより、流体流路３ｂ内を流体が流れる際に、常に、流体が内周面の外縁部３ｃに当たるため、流通する排気ガスの乱流が促進され、熱交換効率を向上させることが出来る。
【００１８】
ケース２の本体部２ａ内には、熱交換器３の下部に、流体流路３ｂ内で排気ガスが熱交換等した際に生じる凝縮水を回収する回収空間１３が設けられ、熱交換器３の上部に、左右の流体流路３ｂを流通した排気ガスが合流する空間１４が設けられ、流体流路３ｂは、回収空間１３と空間１４に連通し、流体流路３ｂと回収空間１３と空間１４等で、第１流路４が構成されている。このように、熱交換器３，３は、ケース２内の両側部に設けられ、ケース２の上部と下部には設けられていない。
【００１９】
第２流路５の下部には、図４，図６に示すように、連通穴１８が形成され、連通穴１８により、第２流路５は、回収空間１３と連通するとともに、熱交換器３の流体流路３ｂとも連通している。
【００２０】
連通穴１８より下流側には、第２流路５と第１流路４が合流する合流部２１が設けられている。第２流路５には、第２流路５と合流部２１を連通する第１連通部２４が形成されている。また、第１流路４には、第１流路４の空間１４と合流部２１とを連通する第２連通部２５が開口形成されている。第２連通部２５は、第１連通部２４より上部に位置するように形成されている。第２連通部２５は、空間１４の下流側に設けたハウジング２６に形成されている。ハウジング２６は、上流側と下流側の第２連通部２５のみが開口し、上流側の開口は空間１４と連通している。
【００２１】
第２連通部２５より上流側には、図９に示すように、ハウジング２６の左右の壁を貫通するように、弁軸２７が備えられている。ハウジング２６の下流端部は、図４，図５に示すように、弁軸２７を中心とする円弧状に形成され、この円弧部に第２連通部２５が形成されている。
【００２２】
弁軸２７は、ハウジング２６内の両側部に設けた軸受２９，２９により支持されている。軸受２９，２９の外周部には、第１流路４の左右方向全体に亘って軸受ケース３４が設けられている。ハウジング２６と軸受ケース３４により、第１流路４内の排気ガスが、弁軸２７と接触することを抑制するようになっている。
【００２３】
ハウジング２６から軸方向の左右に突出している弁軸２７には、スイングアーム型の第１弁体３０に形成した一対の腕部３０ａ，３０ａが固設され、弁軸２７の正逆回動により、第１弁体３０が正逆回動し、第２流路５を開閉することができるようになっている。一対の腕部３０ａ，３０ａは、図１０に示すように、弁軸２７の軸方向に第２連通部２５の左右方向の長さより長く離間して設けられている。第１弁体３０の第２流路５側面には、第１連通部２４に接離するシール材３０ｂが固設されている。
【００２４】
弁軸２７は、図９に示すように、ケース２を貫通するように設けられ、弁軸２７の外周で、かつ、ケース２を貫通するようにシール部材２８が設けられている。シール部材２８は、排気ガスがケース２の外部へと漏出することを防止するラビリンス構造を有している。
【００２５】
前記従来技術の排気熱回収装置では、軸受をケースを貫通するように設けているために、この軸受は、弁軸を支持することに加えて、排気ガスがケースの外部に漏出することを抑制する必要があるために、軸受が大きくなってしまう。それに対し、本実施例では、軸受２９とシール部材２８を別々の部材で構成し、軸受２９をケース２内に設けたことにより、シール部材２８は、軸受の機能は必要とせず、排気ガスがケース２外に漏出することを抑制できればよいため、シール部材２８の軸方向の長さも短くできる。また、軸受２９は、軸受としての耐久性のみを考慮すればよいため、軸受２９の径を、前記従来技術の排気熱回収装置の軸受の径よりも小さくすることができ、排気熱回収装置１を前記従来技術の排気熱回収装置よりも小型化することができる。
【００２６】
第１弁体３０には、その腕部３０ａ，３０ａ間に位置して、第２弁体３１が第１弁体３０と一体に形成されている。第２弁体３１は、弁軸２７を中心とする円弧状に形成され、弁軸２７を正逆回動することにより、第２弁体３１が、ハウジング２６の下流側部に形成された円弧部に沿って、上下方向に移動し、第２連通部２５を開閉できるようになっている。第２弁体３１の上流側面には、シール材を設けても設けなくてもよい、本実施例ではシール材を設けていない。
【００２７】
第１弁体３０と第２弁体３１とは、弁軸２７を中心として一体に回動し、図５に示すように、第１弁体３０が開動した際には、第２弁体３１は閉動して第２連通部２５を閉塞し、また、図４に示すように、第１弁体３０が閉動した際には、第２弁体３１は開動し、第２連通部２５を開放するようになっている。
【００２８】
合流部２１と回収空間１３は、これらの間に設けた仕切壁２３の下端部に形成した排出穴２３ａで連通しており、回収空間１３内に回収された凝縮水は、排出穴２３ａを通じて、合流部２１に排出された後に、排気ガスと共に外部へと排出されるようになっている。
【００２９】
熱交換器３の上部には、図１１に示すように、媒体流路３ａ内の媒体を、ケース２外に設けた温度作動アクチュエータであるサーモエレメント３６の受熱部へと導く媒体流路３２が設けられている。受熱部内には、ワックスが収納されている。なお、サーモエレメント３６の受熱部を、熱交換器３の媒体流路３ａ内に直接設けるようにしてもよい。
【００３０】
サーモエレメント３６の先端部には、付勢部材３７によりサーモエレメント３６側に付勢されたロッド３８が当接している。サーモエレメント３６内のワックスが、所定の温度以上になると熱膨張し、その先端部が伸張して、先端部によりロッド３８を押移動することにより弁軸２７が回動して、図５に示すように、第１弁体３０が開作動して第２流路５を開放するとともに、第２弁体３１を閉動して第１流路４を閉塞するようになっている。
【００３１】
また、サーモエレメント３６内のワックスが、所定の温度より低くなると収縮し、その先端部が収縮して、ロッド３８は付勢部材３７により付勢されて弁軸２７が回動して、図４に示すように、第１弁体３０が閉作動して第２流路５を閉塞するとともに、第２弁体３１を開動して第１流路４を開放するようになっている。
【００３２】
熱交換器３の媒体が所定の温度より低い場合には、図４に示すように、第２流路５を閉塞し、第１流路４が開放されていることから、排気ガスは、第２流路５から、連通穴１８を通った後、回収空間１３、熱交換器３の流体流路３ｂ、空間１４を通り、第２連通部２５から合流部２１へと流れるようになっている。
【００３３】
排気ガスが熱交換された際に生じる凝縮水は、その自重で流体流路３ｂ内を下方に移動し、回収空間１３へと回収された後に、排出穴２３ａ及び合流部２１を通じて、排気熱回収装置１の下流へと排出されるようになっている。また、媒体流路３ａを、上下方向に連通する円弧状に形成したことにより、媒体流路３ａ内の媒体が沸騰等して気泡が発生した際には、上方へと気泡が移動しやすく、媒体流路３ａ内からの気泡の抜けが良い。
【００３４】
一方、熱交換器３の媒体が所定の温度以上の場合には、図５に示すように、第２流路５が開放され、第１流路４が閉塞されていることから、排気ガスは、第２流路５を通り、合流部２１へと流れるようになっている。
【００３５】
温度作動アクチュエータであるサーモエレメント３６の受熱部は、熱交換器３の媒体流路３ａ内の媒体と接触するようになっているため、熱交換器３内の媒体の温度に即応してサーモエレメント３６が作動し、熱交換器３の媒体温度が高くなりすぎることを防止できる。
【００３６】
第２弁体３１を、第１弁体３０の一対の腕部３０ａ，３０ａ間に配設すると共に、第１弁体３０と第２弁体３１を一体に形成したことにより、第２弁体３１を、第１弁体３０の回動空間内に配置することが出来るため、前記従来技術の排気熱回収装置よりも小型化することが出来る。また、第１弁体３０を製造する材料における第１弁体３０の腕部３０ａ，３０ａ間の材料で第２弁体３１を同時に一連に製造することが出来るため、第１弁体３０の材料の歩留まりを上げ、コスト及び工数を削減することが出来る。
【００３７】
前記従来の排気熱回収装置では、弁軸を支持する軸受を、ケースの左右の内壁に設ける必要がある。しかし、本実施例では、ケース２内のハウジング２６に軸受２９，２９を設けて支持したことにより、ケース２の外周壁には、弁軸２７が貫通する部分にシール部材２８を設けるだけでよく、前記従来の排気熱回収装置と比較して、排気熱回収装置１の弁軸２７方向の長さを短くすることが出来、小型化を図ることが出来る。また、軸受２９，２９は、軸受としての耐久性を確保すればよいために、軸受２９の径を、前記従来の排気熱回収装置の軸受の径よりも小さくすることが出来、小型化を図ることが出来る。
【００３８】
なお、温度作動アクチュエータは、バイメタルや形状記憶合金を用い、これらの形状変化によって弁体の回動運動を行わせるようにしてもよい。
【００３９】
また、排気ガスの流量に応じて開閉動作するバルブシステムは、所謂可変バルブとして排気装置では周知であり、任意の機構を用いることが出来る。
【００４０】
［実施例２］
前記実施例１では、ハウジング２６内に２個の軸受２９，２９を設けたが、この軸受２９，２９を設けず、弁軸２７の両端部を、図１２に示すように、ケース２の左右内壁を貫通して設けた第１軸受４２と、他方の第２軸受４３により支持するようにしてもよい。第１軸受４２は、排気ガスがケース２の外部へと漏出することを防止するラビリンス構造を有している。
【００４１】
また、ハウジング２６内の弁軸２７には、軸方向全体に亘ってシール材４１を巻設して、排気ガスと弁軸２７とが接触することを抑制するとともに、ハウジング２６と弁軸２７との間から排気ガスがハウジング２６外へと漏れ出ることを抑制している。
【００４２】
その他の構造は、前記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
本実施例２においても、前記実施例１と同様の作用、効果を発揮する。
【００４３】
なお、本実施例２においては、ケース２の左右内壁に第１軸受４２と第２受軸４３を設けたるため、前記実施例１と比較して、排気熱回収装置１の第２流路５の軸と直交する方向の長さが大きくなる。
【００４４】
［実施例３］
前記実施例１，２においては、第１弁体３０と第２弁体３１を一体に形成したが、第１弁体３０と第２弁体３１を別体に形成しても良い。
【００４５】
例えば、図１３に示すように、第１弁体３０と腕部３０ａ，３０ａを一体に形成し、第２弁体３１をこれらとは別体に形成する。また、第２弁体３１を、腕部３０ａ，３０ａ間に配設し、第２弁体３１の下端部を第１弁体３０に対して固設する。
【００４６】
その他の構造は、前記実施例１，２と同様であるのでその説明を省略する。
本実施例３においても、前記実施例１と同様の作用、効果を発揮する。
【００４７】
［実施例４］
第１連通部２４の上部に第２連通部２５を設け、第２連通部２５の上流側には弁軸２７を設け、第２連通部２５の左右に位置する弁軸２７に第１弁体３０の腕部３０ａ，３０ａを固設し、一対の腕部３０ａ，３０ａ間に第２弁体３１が設けられていれば、第１流路４、第２流路５、熱交換器３の形状や配置は任意に設定することが出来る。例えば、前記特許文献１の排気熱回収装置のように、第１流路４と第２流路５を並列に設けるとともに、熱交換器３内を排気ガスが横方向に流れるようにしても良い。
【００４８】
その他の構造は、前記実施例１〜３と同様であるのでその説明を省略する。
本実施例４においても、前記実施例１と同様の作用、効果を発揮する。
【００４９】
［その他の実施例］
前記実施例では、温度作動アクチュエータを用いたが、アクチュエータであれば、温度作動アクチュエータに限定されることなく任意のものを用いることが出来る。例えば、負圧アクチュエータや、電動アクチュエータを用いることが出来る。
【００５０】
本発明は、媒体への熱回収を主目的とする狭義の熱回収器（ヒートコレクタやオイルウォーマ等）に限らず、排気ガスの冷却を主目的とする熱交換器（排気クーラーやＥＧＲクーラー等）も熱回収装置として包含する。更に、適用対象は車両等の内燃機関用に限定するものではなく、汎用エンジンや据置式燃焼装置等、あらゆる排気ガスが発生する装置の排気系に適用可能である。
【００５１】
以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に包含されるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１  排気熱回収装置。
３  熱交換器
４  第１流路
５  第２流路
２１  合流部
２４  第１連通部
２５  第２連通部
２６  ハウジング
２７  弁軸  
２８  シール部材
２９  軸受
３０  第１弁体
３０ａ  腕部
３１  第２弁体
【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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【図１０】
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【図１１】
2015148160.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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