(57)【要約】【課題】シェルの構造に対する制約が少なくなる排気系熱交換器を得る。【解決手段】排気系熱交換器１０は、樹脂又はゴム材より成るシェル３４と、上流端が排気管１４に連通されると共にシェル３４内に設けられた中間パイプ２６と、中間パイプ２６の内側に設けられると共に上流端及び下流端のそれぞれがシェル３４の外側に配置されたインターロック管３８と、インターロック管３８を開閉可能な流路切替バルブ２４とを備える。中間パイプ２６は、シェル３４との間に冷媒流路３６を形成すると共に、インターロック管３８との間に排気ガスの流通可能な熱媒流路４２を形成している。【選択図】図１
2008101480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が樹脂又はゴム材より成るシェルと、
上流端が排気管に連通されると共に前記シェル内に設けられ、該シェルとの間に冷媒流路を形成する中間筒部材と、
前記中間筒部材の内側に設けられると共に上流端及び下流端のそれぞれが前記シェルの外側に配置され、前記中間筒部材との間に排気ガスの流通可能な熱媒流路を形成するインターロック管と、
前記インターロック管を開閉可能な弁装置と、
を備えた排気系熱交換器。
【請求項２】
前記中間筒部材は、少なくとも軸線方向の一部が可撓性を有するフレキシブル部とされている請求項１記載の排気系熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車等の排気ガスと冷媒との熱交換を行うための排気系熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン駆動式空気調和装置の排気管をフレキシブル管とすると共に該フレキシブル管をゴムホースにて覆い、これらフレキシブル管とゴムホースとの間に冷却液を流通させて、排気による高温部を外部に露出させないようにする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１１３７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の如き従来の技術では、フレキシブル管の表面は高温になるので、ゴムホースは上下流一対の蓋を介してフレキシブル管に接続されており、フレキシブル管との間に冷却液を流通させる流路を形成するための構造に制約があった。
【０００４】
本発明は、上記事実を考慮して、シェルの構造に対する制約が少なくなる排気系熱交換器を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明に係る排気系熱交換器は、樹脂又はゴム材より成るシェルと、上流端が排気管に連通されると共に前記シェル内に設けられ、該シェルとの間に冷媒流路を形成する中間筒部材と、前記中間筒部材の内側に設けられると共に上流端及び下流端のそれぞれが前記シェルの外側に配置され、前記中間筒部材との間に排気ガスの流通可能な熱媒流路を形成するインターロック管と、前記インターロック管を開閉可能な弁装置と、を備えている。
【０００６】
請求項１記載の排気系熱交換器では、弁装置がインターロック管を閉止している場合には、排気ガスは、該インターロック管と中間筒部材との間に形成された熱媒流路を流れ、中間筒部材とシェルとの間に形成された冷媒流路を流れる冷媒とで熱交換が行われる。これにより、例えば低温の冷媒に排気熱を回収することができる。一方、弁装置がインターロック管を開放している場合には、排気ガスの主流は、インターロック管内を流れ、熱媒流路をバイパスして本排気系熱交換器から排出される。
【０００７】
ここで、本排気系熱交換器では、インターロック管の上下流端がシェルの外側に位置しているため、換言すれば、排気ガスが熱媒流路をバイパスする場合に排気ガスが殆ど流れない熱媒流路の設置範囲内にシェルが配設されているため、中間筒部材におけるシェルとの接続（シール）部分が高温になりにくい。このため、中間筒部材に接属されるシェルの材料等に対する制約が少なくなり、該シェルの少なくとも一部をゴム材製又は樹脂製とする構成が実現される。
【０００８】
このように、請求項１記載の排気系熱交換器では、シェルの構造に対する制約が少なくなる。なお、インターロック管の上下流端の一方又は双方は、例えば中間筒部材の開口端から突出して排気管内に位置しても良い。
【０００９】
請求項２記載の発明に係る排気系熱交換器は、請求項１記載の排気系熱交換器において、前記中間筒部材は、少なくとも軸線方向の一部が可撓性を有するフレキシブル部とされている。
【００１０】
請求項２記載の排気系熱交換器では、中間筒部材の少なくとも一部が可撓性を有する（曲げ変形可能な）フレキシブル部であるため、換言すれば、ゴム材製又は樹脂製のシェル、インターロック管、及び中間筒部材がそれぞれフレキシブルに構成されているため、例えば車体との間で振動遮断効果が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明に係る排気系熱交換器は、シェルの構造に対する制約が少なくなるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第１の実施形態に係る排気系熱交換器が適用された排気熱回収システム１８について、図１乃至図３に基づいて説明する。なお、以下の説明で、単に上流・下流の語を用いるときは、排気ガスの流れ方向の上流・下流を示すものとする。
【００１３】
図３には、排気熱回収システム１８の概略全体構成が模式的なフロー図にて示されている。この図に示される如く、排気熱回収システム１８は、自動車のエンジン（内燃機関）１２の排気ガスが有する熱をエンジン冷却水との熱交換によって回収し、暖房やエンジン１２の暖機促進等に利用する装置である。
【００１４】
エンジン１２には、排気ガスを導出する排気経路を構成する排気管１４が接続されている。排気管１４による排気ガスの排出経路上には、上流側から順に触媒コンバータ１６、排気系熱交換器１０、メインマフラ２０が配設されている。触媒コンバータ１６は、内蔵した触媒１６Ａによって通過する排気ガスを浄化するように構成されている。消音器としてのメインマフラ２０は、排気ガスを大気中に排出するのに伴って生じる排気音を低減するように構成されている。
【００１５】
排気系熱交換器１０は、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換によって排気ガスの熱をエンジン冷却水に回収させる構成とされている。また、この排気系熱交換器１０内には、排気ガスのガス流路２２、該ガス流路２２を開閉するための弁装置としての流路切替バルブ２４が配設されており、排気ガスがエンジン冷却水との熱交換を行う排気熱回収モードと、排気ガスがガス流路２２を通過するノーマルモードとを切り替え得る構成とされている。以下、具体的に説明する。
【００１６】
図１に示される如く、排気系熱交換器１０は、上下流端がそれぞれ排気管１４に接続された中間筒部材としての中間パイプ２６を備えている。この実施形態では、中間パイプ２６は、その排気ガス流れ方向中間部を構成するフレキシブル部としてのベローズ部２６Ａと、ベローズ部２６Ａに対する上下流部分を構成するストレート部２６Ｂ、２６Ｃとを主要部として構成されている。中間パイプ２６は、ベローズ部２６Ａ、ストレート部２６Ｂ、２６Ｃを含む全体が例えばステンレス鋼等の耐熱性の良好な鋼材にて構成されている。
【００１７】
また、排気系熱交換器１０は、中間パイプ２６を外側から略同軸的に覆うシェル３４を備えている。シェル３４は、略円筒状に形成された円筒部３４Ａと、円筒部３４Ａの上下流端がそれぞれ絞られたテーパ（コニカル）状の絞り部３４Ｂ、３４Ｃと、絞り部３４Ｂから短円筒状に延設された上流側接合部３４Ｄと、絞り部３４Ｃから短円筒状に延設された下流側接合部３４Ｅとを主要部として構成されている。この実施形態では、シェル３４は、円筒部３４Ａ、絞り部３４Ｂ、３４Ｃ、接合部３４Ｄ、３４Ｅを含む全体が、例えばＥＰＤＭゴム（エチレンプロピレンゴム）等の所要の耐熱性を有する合成ゴムにて構成されている。
【００１８】
このシェル３４は、上流側接合部３４Ｄが中間パイプ２６のストレート部２６Ｂの外周部に液密状態で接続（接触）されると共に、下流側接合部３４Ｅが中間パイプ２６のストレート部２６Ｃの外周部に液密状態で接続されることで、中間パイプ２６との間に冷媒流路３６を形成している。また、シェル３４には、冷媒流路３６にエンジン冷却水を導入するための入口ノズル３４Ｆ、冷媒流路３６からエンジン冷却水を導出するための出口ノズル３４Ｇが形成されている。
【００１９】
シェル３４は、合成ゴム製であるため、該シェル３４を適宜変形して中間パイプ２６のベローズ部２６Ａを内蔵することができる。なお、シェル３４を分割構造としても良い。また、中間パイプ２６における上流側接合部３４Ｄ、下流側接合部３４Ｅの接続部位には、図示しない環状のシール突起を設けることができる。シール突起は、例えば、断面楔状の環状突起を軸線方向に複数並列して設ける形状（所謂タケノコ形状）とすることができる。なお、上流側接合部３４Ｄ、下流側接合部３４Ｅの外側からバンドで締め付ける構造とすることも可能である。
【００２０】
一方、中間パイプ２６内には、インターロック管３８が図示しない支持部材を介して同軸的に配設されている。インターロック管３８は、図２に示される如く、略Ｓ字状断面を有する多数のリング４０を、インターロック管３８の長手（軸線）方向に隣り合うリング４０同士で互いに引掛けて（係合させて）連結することで構成されており、この構成によって曲げ変形が許容される（可撓性を有する）構成とされている。各リング４０は、例えばステンレス鋼等の耐熱性の良好な金属材にて構成されている。なお、図１及び図２では、リング４０における隣接するリング４０との引掛け部位の長さがリング長さの略半分である例を示しているが、引掛け部位をリング４０の軸線方向の端部にのみ設けた構成としても良い。
【００２１】
このインターロック管３８と中間パイプ２６との間には、排気ガスが流通して冷媒流路３６を流れるエンジン冷却水との熱交換を行う熱媒流路４２が形成されている。したがって、排気系熱交換器１０においては、主に冷媒流路３６（シェル３４）と熱媒流路４２（中間パイプ２６）とで熱交換部４４を構成している。一方、インターロック管３８の内部は、上記した流路切替バルブ２４にて開閉されるガス流路２２とされている。そして、熱媒流路４２は、ガス流路２２と比較して排気ガスの流動抵抗（圧力損失）が十分に大きくな設定とされている。
【００２２】
したがって、流路切替バルブ２４がガス流路２２を閉止する排気熱回収モードでは、排気ガスは熱媒流路４２を流れてエンジン冷却水と熱交換され、流路切替バルブ２４がガス流路２２を開放するノーマルモードでは、排気ガスは、上記した流動抵抗の差によって主に（殆どが）ガス流路２２を流通する構成とされている。
【００２３】
以上説明したインターロック管３８は、その上流端３８Ａがシェル３４の上流側接合部３４Ｄよりも上流側に位置し、その下流端３８Ｂがシェル３４の下流側接合部３４Ｅよりも下流側に位置している。これにより排気系熱交換器１０では、中間パイプ２６における熱媒流路４２を形成する範囲（図１に示す領域Ａ）に、シェル３４の上流側接合部３４Ｄ、下流側接合部３４Ｅが接合されている。
【００２４】
また、排気系熱交換器１０を備える排気熱回収システム１８では、流路切替バルブ２４は、図示しない制御装置としてのＥＣＵによって制御され、例えば、エンジン１２の暖機促進要求がされた場合、エンジン冷却水温が低いときに暖房要求がされた場合（何れの場合もエンジン冷却水温が低い）等にガス流路２２を閉止するようになっている。
【００２５】
一方、図３に示される如く、排気熱回収システム１８は、エンジン冷却水の熱を暖房用に回収するフロントヒータコア４６、リヤヒータコア４８、及びエンジン冷却水をフロントヒータコア４６、リヤヒータコア４８に循環させるヒータ温水路５０を備えている。フロントヒータコア４６とリヤヒータコア４８とは、並列に配置されている。そして、ヒータ温水路５０におけるリヤヒータコア４８の下流側に排気系熱交換器１０が配置されている。すなわち、ヒータ温水路５０におけるリヤヒータコア４８側に入口ノズル３４Ｆが配置されると共に、ヒータ温水路５０におけるエンジン１２の上流側に出口ノズル３４Ｇが配置されている。この実施形態では、排気系熱交換器１０は、エンジン冷却水の系統においては、フロントヒータコア４６に対し並列でかつリヤヒータコア４８に対し直列に配置されている。
【００２６】
したがって、排気熱回収システム１８では、図３のヒータ温水路５０上に示す矢印の通りエンジン冷却水が流れるようになっている。これにより、エンジン１２を通った高温の温水がフロントヒータコア４６及びリヤヒータコア４８を通る際に熱交換されて暖房に利用され、リヤヒータコア４８にて降温されたエンジン冷却水が排気系熱交換器１０に導入されて上記排気ガスと熱交換する構成である。排気系熱交換器１０を通過したエンジン冷却水は、フロントヒータコア４６を通過したエンジン冷却水と共にエンジン１２に戻されるようになっている。このように、排気系熱交換器１０は、例えば暖房機能の観点からは、エンジン１２によって加熱される前のエンジン冷却水を予熱する予熱器として機能する構成である。
【００２７】
なお、図３に示される構成に代えて、例えば、フロントヒータコア４６及びリヤヒータコア４８をエンジン１２の下流で分岐すると共に排気系熱交換器１０（入口ノズル３４Ｆ）の上流で合流する並列配置としても良く、図３の構成に対しフロントヒータコア４６とリヤヒータコア４８との配置を入れ替えた構成としても良く、フロントヒータコア４６及びリヤヒータコア４８をエンジン１２の下流で分岐すると共に排気系熱交換器１０（出口ノズル３４Ｇ）の下流で合流する並列配置としても良く、フロントヒータコア４６及びリヤヒータコア４８をエンジン１２と排気系熱交換器１０（入口ノズル３４Ｆ）との間に直列に配置しても良い。
【００２８】
次に、本第１の実施形態の作用を説明する。
【００２９】
上記構成の排気熱回収システム１８では、エンジン１２の始動直後のように冷却水温が低いときに暖房要求又はエンジン１２の暖機促進要求があった場合、ＥＣＵは流路切替バルブ２４を閉駆動してガス流路２２を閉止させる。すなわち、排気熱回収モードを選択する。すると、排気管１４から排気系熱交換器１０（中間パイプ２６）に流入したエンジン１２の排気ガスは、ガス流路２２を流れず、熱媒流路４２に導入される。
【００３０】
熱媒流路４２に導入された排気ガスは、冷媒流路３６を流れるエンジン冷却水との間で熱交換を行い、エンジン冷却水に排気熱を回収させる。このエンジン冷却水がエンジン１２やフロントヒータコア４６、リヤヒータコア４８を循環することで、排気熱が暖機や暖房に利用される。熱媒流路４２にてエンジン冷却水との熱交換を行った排気ガスは、熱媒流路４２の下流端（ストレート部２６Ｃ）から排気系熱交換器１０外に流出し、排気管１４、メインマフラ２０を経由して系外に排出される。
【００３１】
一方、例えばエンジン冷却水温が所定温度以上の温度になった場合等には、ＥＣＵは流路切替バルブ２４を開駆動してガス流路２２を開放させる。すなわち、ノーマルモードに切り替える。すると、エンジン１２の排気ガスは、主にガス流路２２を流れて排気系熱交換器１０外に流出し、排気管１４、メインマフラ２０を経由して系外に排出される。
【００３２】
このように、排気系熱交換器１０では、流路切替バルブ２４によるガス流路２２の開閉状態の切り替えによって、排気熱のエンジン冷却水への回収の有無（熱回収量）の切り替えを行うことができる。
【００３３】
ここで、排気系熱交換器１０では、インターロック管３８すなわち熱媒流路４２の上下流端が、シェル３４の外側に位置するため、流路切替バルブ２４がガス流路２２を開放するノーマルモードにおいて、中間パイプ２６におけるシェル３４の接合部分が高温になることが防止される。すなわち、ノーマルモードでは、熱媒流路４２に殆どガスが流れないため、該熱媒流路４２の形成範囲に含まるシェル３４の接合部分が高温になることが防止される。一方、排気熱回収モードでは、熱媒流路４２に排気ガスが流れるが、エンジン冷却水温が低いためにシェル３４の接合部分が高温になることが防止される。
【００３４】
これらにより、排気系熱交換器１０では、シェル３４に対する耐熱性の要求レベルが低くなり（制約が少なくなり）、該シェル３４を全体としてゴム材にて構成する構成が実現された。このゴム材より成るシェル３４は、金属材を用いる場合と比較して軽量に構成することができるので、排気系熱交換器１０を全体として軽量に構成することができる。また、ゴム材より成るシェル３４は、金属材にて構成したシェルのように例えば外気中の塩等による腐食の恐れがないので、腐食対策を不要にすることができる。
【００３５】
さらに、排気系熱交換器１０は、シェル３４がゴム材にて構成され、中間パイプ２６がストレート部２６Ｂを有し、インターロック管３８が可撓性を有するため、全体として可撓性を有し、例えばエンジン１２の振動や車両走行に伴う振動等を吸収することができる。また、排気系熱交換器１０は、直接的又は排気管１４を介して車体に支持されるが、全体的に可撓性を有するため、エンジン１２から車体への振動伝達を遮断する効果を得ることができる。これらにより、排気系熱交換器１０（排気熱回収システム１８）が適用された車両のＮＶ（振動騒音）性能が向上し、また上記構成の排気熱回収システム１８を含む排気系の耐久性を向上することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、シェル３４が合成ゴム製である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、シェル３４の全体を樹脂にて構成しても良く、シェル３４の一部を合成ゴムで構成すると共に他の一部を樹脂や金属にて構成しても良く、シェル３４の一部を樹脂で構成すると共に他の一部を金属にて構成しても良い。
【００３７】
また、上記実施形態では、ガス流路２２を開閉するための流路切替バルブ２４がインターロック管３８の上流端３８Ａ側に配設された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、流路切替バルブ２４を下流端３８Ｂ側に配設しても良い。
【００３８】
さらに、上記実施形態では、ガス流路２２を開閉する流路切替バルブ２４を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、熱媒流路４２を開閉する弁装置を流路切替バルブ２４と共に設けた構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る排気熱回収システムを構成する排気系熱交換器の概略全体構成を示す側断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る排気熱回収システムを構成するインターロック管を拡大して示す側断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る排気熱回収システムの概略全体構成を例示するシステムフロー図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    排気系熱交換器
１４    排気管
２４    流路切替バルブ（弁装置）
２６    中間パイプ（中間筒部材）
２６Ａ  ベローズ部（フレキシブル部）
３４    シェル
３６    冷媒流路
３８    インターロック管
４２    熱媒流路
【図１】
2008101480.tif 000003
【図２】
2008101480.tif 000004
【図３】
2008101480.tif 000005