(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流通する排気流路と、
熱交換媒体と排気ガス又は排気ガス以外の外気との間で熱交換をする１または複数の熱交換器と、
前記熱交換器が配置され、前記排気流路の少なくとも一部を迂回する熱交換流路と、
前記熱交換器よりも排気ガスの流れ方向の上流側において、前記熱交換流路を、排気ガス以外の外気と連通する外気連通状態、および前記排気流路と連通する排気連通状態、の間で切り替える上流側切替部と、
前記熱交換器よりも排気ガスの流れ方向の下流側において、前記熱交換流路を、前記外気と連通する外気連通状態、および前記排気流路と連通する排気連通状態、の間で切り替える下流側切替部と、
を備えた排気熱回収装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気熱回収装置であって、
外部環境の変化に応じて前記上流側切替部および前記下流側切替部の少なくとも一方を、前記外気連通状態および前記排気連通状態の何れかとなるよう駆動させる駆動部、
をさらに備えた排気熱回収装置。
【請求項３】
請求項２に記載の排気熱回収装置であって、
前記駆動部は、
外部環境の変化に応じて前記上流側切替部および前記下流側切替部のうちの一方を表す第１切替部を駆動させる第１駆動部と、
前記第１切替部が前記外気連通状態および前記排気連通状態の何れかであるかを検知する検知部と、
前記上流側切替部および前記下流側切替部のうちの他方を表す第２切替部が前記外気連通状態および前記排気連通状態のうちの前記第１切替部と同じ状態となるように、前記第２切替部を駆動させる第２駆動部と、
を備えた排気熱回収装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の排気熱回収装置であって、
前記排気流路において前記熱交換流路への分岐部と前記熱交換流路からの合流部との間に配置され、前記排気流路を開放する開放状態および前記排気流路を閉塞する閉塞状態の間で切り替える排気切替部、
をさらに備えた排気熱回収装置。
【請求項５】
請求項４に記載の排気熱回収装置であって、
前記排気切替部は、前記上流側切替部および前記下流側切替部が前記排気連通状態であるときに前記排気流路を前記閉塞状態とし、前記上流側切替部および前記下流側切替部が前記外気連通状態であるときに前記排気流路を前記開放状態とする
排気熱回収装置。
【請求項６】
請求項５に記載の排気熱回収装置であって、
前記排気切替部は、前記上流側切替部および前記下流側切替部の少なくとも何れか一方に設けられている
排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気ガスから熱を回収する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
引用文献１には、排気ガスから熱を回収する排気熱回収装置において、熱交換器を通過する２つの流路を備え、一方の流路に外気が流通し、他方の流路に排気ガスが流通するよう構成されたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７７２６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の排気熱回収装置では、熱交換器に外気の熱交換を行う領域と排気ガスの熱交換を行う領域とが必要となり、熱交換器の小型化が難しい。
本開示の一局面は、排気ガスから熱を回収する排気熱回収装置において、熱交換器を小型化できるようにすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一側面の排気熱回収装置においては、上流側切替部と、下流側切替部と、を備える。
上流側切替部は、熱交換媒体とガスとの間で熱交換をする１または複数の熱交換器よりも排気ガスの流れ方向の上流側において、排気ガスが流通する熱交換流路の少なくとも一部を迂回する熱交換流路を、排気ガス以外の外気と連通する外気連通状態、および排気流路と連通する排気連通状態、の間で切り替える。また、下流側切替部は、熱交換器よりも排気ガスの流れ方向の下流側において、熱交換流路を、外気と連通する外気連通状態、および排気流路と連通する排気連通状態、の間で切り替える。
【０００６】
このような排気熱回収装置によれば、熱交換器を外気による熱交換媒体の冷却と熱交換媒体への排気熱の回収との両方に利用できる。この際、熱交換器が配置された熱交換流路を、排気ガスの流路と外気の流路とに共用することができるので、この熱交換器を小型化することができる。
【０００７】
また、本開示の一側面の排気熱回収装置においては、駆動部を備えてもよい。駆動部は、外部環境の変化に応じて上流側切替部および下流側切替部の少なくとも一方を、外気連通状態および排気連通状態の何れかとなるよう駆動させる。
【０００８】
このような排気熱回収装置によれば、熱交換流路に外気を流通させるか排気ガスを流通させるかを駆動部によって切り替えることができる。
また、本開示の一側面の排気熱回収装置において駆動部は、第１駆動部と、検知部と、第２駆動部と、を備えてもよい。
【０００９】
第１駆動部は、外部環境の変化に応じて上流側切替部および下流側切替部のうちの一方を表す第１切替部を駆動させ、検知部は、第１切替部が外気連通状態および排気連通状態の何れかであるかを検知する。第２駆動部は、上流側切替部および下流側切替部のうちの他方を表す第２切替部が外気連通状態および排気連通状態のうちの第１切替部と同じ状態となるように、第２切替部を駆動させる。
【００１０】
このような排気熱回収装置によれば、第１駆動部による第１切替部の状態に追従するよう第２切替部の状態を切り替えることができる。
また、本開示の一側面の排気熱回収装置においては、排気流路において熱交換流路への分岐部と熱交換流路からの合流部との間に配置され、排気流路を開放する開放状態および排気流路を閉塞する閉塞状態の間で切り替える排気切替部を備えてもよい。
【００１１】
このような排気熱回収装置によれば、排気流路を開放状態および閉塞状態の間で切り替えることができる。
また、本開示の一側面の排気熱回収装置において排気切替部は、上流側切替部および下流側切替部が排気連通状態であるときに排気流路を閉塞状態とし、上流側切替部および下流側切替部が外気連通状態であるときに排気流路を開放状態としてもよい。
【００１２】
このような排気熱回収装置によれば、熱交換流路が排気流路と連通したときに、排気切替部が排気流路を閉塞状態とするので、熱交換器に排気ガスを効率的に流すことができる。
【００１３】
また、本開示の一側面の排気熱回収装置において排気切替部は、上流側切替部および下流側切替部の少なくとも何れか一方に設けられてもよい。
このような排気熱回収装置によれば、排気切替部の作動を上流側切替部および下流側切替部の少なくとも何れかと連動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】排気連通状態における排気熱回収装置の断面図である。
【図２】外気連通状態における排気熱回収装置の断面図である。
【図３】実施形態において排気熱回収装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】その他の実施形態において排気熱回収装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．熱交換のための構成］
図１に示す排気熱回収装置１は、例えば乗用車等の内燃機関を有する移動体に搭載される。この排気熱回収装置１は、高温流体である内燃機関からの排気ガス等の排気１４２が有する熱を、排気１４２よりも低温の低温流体である内燃機関の熱交換媒体に伝達させることにより、排気１４２から熱を回収する。
【００１６】
また、本実施形態における排気熱回収装置１は、熱交換媒体が高温になった際に、より低温の外気１４０を導入し、熱交換媒体を冷却する機能も有する。なお、熱交換媒体とは、熱交換器に流れ、熱交換器に流入する排気ガスや外気と熱交換される気体や液体等の媒体を示す。詳細には、熱交換媒体は、冷却水であってもよいし、油液であってもよいし、ガスであってもよい。
【００１７】
図１に示す排気熱回収装置１は、排気壁部１２と、中央壁部１４と、外気壁部１６と、第１フラップ１０と、第２フラップ２０と、熱交換器３０と、を備える。
排気壁部１２および中央壁部１４は、排気流路６を形成する。排気流路６は、両端が開口した筒状に形成され、内燃機関からの排気１４２が流入するエキゾーストパイプやエキゾーストマニホールドなどに接続される。
【００１８】
中央壁部１４および外気壁部１６は、熱交換流路７を形成する。熱交換流路７は、両端が開口した筒状に形成され、内部に熱交換器３０が配置される。なお、熱交換器３０は１つでも複数でもよい。
【００１９】
熱交換器３０は、内部に熱交換媒体が流通する周知の熱交換器として構成される。この熱交換器３０には、任意の熱交換器を採用できる。
中央壁部１４には、分岐部１４Ａおよび合流部１４Ｂが形成されている。分岐部１４Ａおよび合流部１４Ｂは、排気流路６と熱交換流路７とを連通するための中央壁部１４の切り欠き部位である。
【００２０】
この切り欠き部位における排気１４２の流れ方向の長さ、つまり、排気流路６の長手方向の長さは、中央壁部１４から外気壁部１６までの長さと概ね一致するよう設定される。なお、連通とは、複数の空間が連なった状態であることを示す。ここでは、排気流路６と熱交換流路７とを繋げた状態を示す。
【００２１】
分岐部１４Ａは、排気流路６を流れる排気１４２が熱交換流路７へ分岐するための部位であり、熱交換流路７における熱交換器３０よりも排気１４２の流れ方向上流側に位置する。また、合流部１４Ｂは、熱交換流路７を流れた排気１４２を排気流路６に戻すための部位であり、熱交換流路７における熱交換器３０よりも排気の流れ方向下流側に位置する。
【００２２】
第１フラップ１０は、回転軸１０Ａと、外気閉塞部１０Ｂと、排気通過部１０Ｃと、排気閉塞部１０Ｅと、を備える。回転軸１０Ａは、中央壁部１４が位置する平面上であり、かつ排気１４２の流れ方向に直交する方向に設定された軸である。第１フラップ１０が有する各構成は、この回転軸１０Ａを中心軸として回転する。
【００２３】
外気閉塞部１０Ｂは、回転軸１０Ａから外気壁部１６の方向に突出する壁部として構成される。この突出量は、中央壁部１４から外気壁部１６までの長さ以下であり、この長さと概ね一致するよう設定される。
【００２４】
排気通過部１０Ｃは、回転軸１０Ａから外気閉塞部１０Ｂが突出する方向に対して約９０度の角度を成して突出する壁部として構成される。この突出量は、外気閉塞部１０Ｂにおける突出量と概ね等しく設定される。なお、排気通過部１０Ｃにおいては、排気１４２を通過させるための孔である通過孔１０Ｄを有する。通過孔１０Ｄは、排気１４２を良好に通過させるために十分な大きさが確保される。
【００２５】
排気閉塞部１０Ｅは、排気通過部１０Ｃの先端部において、回転軸１０Ａから外気閉塞部１０Ｂが突出する方向とは反対側に突出する壁部として構成される。この突出量は、中央壁部１４から排気壁部１２までの長さ以下であり、この長さと概ね一致するよう設定される。なお、排気壁部１２には、排気閉塞部１０Ｅが回転軸１０Ａにて回転したときに排気壁部１２と衝突しないように、窪み部１２Ａが形成されている。窪み部１２Ａは、回転軸１０Ａから距離が、回転軸１０Ａから排気閉塞部１０Ｅの先端までの距離以上であり、この距離と概ね一致するよう設定される。
【００２６】
第２フラップ２０は、回転軸２０Ａと、外気閉塞部２０Ｂと、を備える。回転軸２０Ａは、回転軸１０Ａと同様に、中央壁部１４が位置する平面上であり、かつ排気１４２の流れ方向に直交する方向に設定された軸である。
【００２７】
外気閉塞部２０Ｂは、この回転軸２０Ａを中心軸として回転し、回転軸２０Ａから外気壁部１６の方向に突出する壁部として構成される。この突出量は、中央壁部１４から外気壁部１６までの長さ以下であり、この長さと概ね一致するよう設定される。
【００２８】
ここで、図１においては、排気連通状態を示している。排気連通状態とは、熱交換流路７と排気流路６とが連通する状態を示す。
排気連通状態では、第１フラップ１０において、外気閉塞部１０Ｂが外気１４０の流路を閉塞することによって、熱交換流路７に外気１４０が流入することを抑制する。この際、第１フラップ１０の排気通過部１０Ｃは分岐部１４Ａに位置し、また、排気閉塞部１０Ｅは排気流路６を閉塞する閉塞状態とすることによって、熱交換流路７に排気１４２が導入されやすくする。
【００２９】
なお、閉塞または閉塞状態とは、少なくとも流路の一部が閉塞されていることを示し、開放または開放状態よりも流路が狭く構成されていればよい。また、開放または開放状態とは、少なくとも流路の一部が開かれていることを示し、閉塞または閉塞状態よりも流路が広く開かれて構成されていればよい。
【００３０】
また、第２フラップ２０においては、外気閉塞部２０Ｂが熱交換流路７と外気１４０との間を閉塞することによって、熱交換流路７を流れる排気１４２が外気１４０と混ざることを抑制する。
【００３１】
また、図２においては、外気連通状態を示している。外気連通状態とは、外気１４０と熱交換流路７とが連通する状態を示す。外気連通状態では、図１に示す状態と比較して、第１フラップ１０が時計回りに９０度回転し、第２フラップ２０が反時計回りに９０度回転している。
【００３２】
外気連通状態では、第１フラップ１０において、外気閉塞部１０Ｂが分岐部１４Ａを閉塞することによって、熱交換流路７に外気１４０が導入されるようにし、熱交換流路７に排気１４２が流入することを抑制する。この際、排気通過部１０Ｃおよび排気閉塞部１０Ｅは、排気１４２の流れを妨げることなく開放する開放状態とする。
【００３３】
また、第２フラップ２０においては、外気閉塞部２０Ｂが合流部１４Ｂを閉塞する。この状態においては、外気１４０が熱交換器３０を通過し、排気１４２と混ざることなく排気熱回収装置１の外部に放出されることになる。
【００３４】
［１−２．作動のための構成］
上記の排気熱回収装置１においては、第１フラップ１０および第２フラップ２０は、例えば図３に示すような構成にて作動される。すなわち、排気熱回収装置１は、第１フラップ１０および第２フラップ２０を駆動する構成として、サーモアクチュエータ４０と、位置センサ４５と、モータ駆動部５０と、モータ５５と、を備える。
【００３５】
サーモアクチュエータ４０は、例えば、周知のサーモアクチュエータとして構成されており、外部環境の変化に応じて、第１フラップ１０を外気連通状態および排気連通状態の何れかとなるよう駆動する。外部環境の変化とは、サーモアクチュエータ等の駆動部が作動するきっかけとなる周囲の状態の変化をいう。この変化には、例えば、熱交換媒体の温度や排気温度等の変化が挙げられる。サーモアクチュエータ４０は外部環境の変化によって自然に作動する構成であり、次に述べるモータ駆動部５０は、外部環境の変化を検知することで作動する構成である。
【００３６】
位置センサ４５は、第１フラップ１０の位置を監視し、この監視結果をモータ駆動部５０に送る。具体的には、位置センサ４５は、第１フラップ１０が外気連通状態および排気連通状態の何れの状態であるかを検知する。
【００３７】
モータ駆動部５０は、位置センサ４５からの検知結果に応じてモータ５５を作動させる制御装置を備える。制御装置は、プログラムに従って作動するマイコンとして構成されていてもよいし、制御回路等のハードウェアによって構成されてもよい。
【００３８】
モータ駆動部５０は、位置センサ４５によって検知された状態、すなわち外気連通状態または排気連通状態が他の状態に変化したことを認識し、状態が変化した場合に、第２フラップ２０を第１フラップ１０と同じ状態にするようモータ５５を駆動する。なお、モータ５５の駆動により第２フラップ２０が回転する。
【００３９】
［１−３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）上記の排気熱回収装置１においては、第１フラップ１０と、第２フラップ２０と、を備える。第１フラップ１０は、熱交換媒体とガスとの間で熱交換をする１または複数の熱交換器３０よりも排気１４２の流れ方向の上流側において、排気１４２が流通する熱交換流路７の少なくとも一部を迂回する熱交換流路７を、排気１４２以外の外気１４０と連通する外気連通状態、および排気流路６と連通する排気連通状態、の間で切り替える。また、第２フラップ２０は、熱交換器３０よりも排気１４２の流れ方向の下流側において、熱交換流路７を、外気１４０と連通する外気連通状態、および排気流路６と連通する排気連通状態、の間で切り替える。
【００４０】
このような排気熱回収装置１によれば、熱交換器３０を外気１４０による熱交換媒体の冷却と熱交換媒体への排気熱の回収との両方に利用できる。この際、熱交換器３０が配置された熱交換流路７を、排気１４２の流路と外気１４０の流路とに共用することができるので、この熱交換器３０を小型化することができる。
【００４１】
（１ｂ）上記の排気熱回収装置１においては、サーモアクチュエータ４０、モータ駆動部５０を備えている。サーモアクチュエータ４０、モータ駆動部５０は、外部環境の変化に応じて第１フラップ１０および第２フラップ２０を、外気連通状態および排気連通状態の何れかとなるよう駆動させる。
【００４２】
このような排気熱回収装置１によれば、熱交換流路７に外気１４０を流通させるか排気１４２を流通させるかをサーモアクチュエータ４０、モータ駆動部５０によって切り替えることができる。
【００４３】
（１ｃ）上記の排気熱回収装置１においては、位置センサ４５を備える。サーモアクチュエータ４０は、外部環境の変化に応じて第１フラップ１０を駆動させ、位置センサ４５は、第１フラップ１０が外気連通状態および排気連通状態の何れかであるかを検知する。モータ駆動部５０は、第２フラップ２０が外気連通状態および排気連通状態のうちの第１フラップ１０と同じ状態となるように、第２フラップ２０を駆動させる。
【００４４】
このような排気熱回収装置１によれば、サーモアクチュエータ４０による第１フラップ１０の状態に追従するよう第２フラップ２０の状態を切り替えることができる。
（１ｄ）上記の排気熱回収装置１においては、排気流路６において熱交換流路７への分岐部１４Ａと熱交換流路７からの合流部１４Ｂとの間に配置され、排気流路６を開放する開放状態および排気流路６を閉塞する閉塞状態の間で切り替える排気閉塞部１０Ｅを備えている。
【００４５】
このような排気熱回収装置１によれば、排気流路６を開放状態および閉塞状態の間で切り替えることができる。
（１ｅ）上記の排気熱回収装置１において排気閉塞部１０Ｅは、第１フラップ１０および第２フラップ２０が排気連通状態であるときに排気流路６を閉塞状態とし、第１フラップ１０および第２フラップ２０が外気連通状態であるときに排気流路６を開放状態とする。
【００４６】
このような排気熱回収装置１によれば、熱交換流路７が排気流路６と連通したときに、排気閉塞部１０Ｅが排気流路６を閉塞状態とするので、熱交換器３０に排気１４２を効率的に流すことができる。
【００４７】
（１ｆ）上記の排気熱回収装置１において排気閉塞部１０Ｅは、第１フラップ１０および第２フラップ２０の少なくとも何れか一方に設けられている。
このような排気熱回収装置１によれば、排気閉塞部１０Ｅの作動を第１フラップ１０および第２フラップ２０の少なくとも何れかと連動させることができる。
【００４８】
［２．他の実施形態］
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００４９】
（２ａ）上記実施形態では、位置センサ４５によって第１フラップ１０の状態を検知したが、これに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、温度センサ６０を備える構成としてもよい。
【００５０】
このようにする場合、温度センサ６０は、サーモアクチュエータ４０の作動根拠となる外部環境の変化を検知する。例えば、サーモアクチュエータ４０が熱交換媒体の温度変化によって作動する場合には、熱交換媒体の温度を検知する。
【００５１】
モータ駆動部５０は、予めサーモアクチュエータ４０の作動温度を記憶しており、温度センサ６０による温度の検知結果に応じて、外気連通状態または排気連通状態が変化したことを認識し、状態が変化した場合に、第２フラップ２０を第１フラップ１０と同じ状態にするようモータ５５を駆動する。
【００５２】
（２ｂ）上記実施形態においては、第１フラップ１０および第２フラップ２０の作動をサーモアクチュエータ４０による機械制御およびモータ駆動部５０による電子制御を併用したが、機械制御だけでも、電子制御だけでも、或いは、手動操作であってもよい。
【００５３】
（２ｃ）上記実施形態においては、第１フラップ１０の状態を検知して第２フラップ２０を駆動させたが、第２フラップ２０の状態を検知して第１フラップ１０を駆動させてもよい。
【００５４】
（２ｄ）上記実施形態においては、排気閉塞部１０Ｅを第１フラップ１０に設けたが、第２フラップ２０に設けられていてもよい。また、第１フラップ１０および第２フラップ２０の両方に排気閉塞部１０Ｅを設けてもよい。
【００５５】
（２ｅ）上記実施形態においては、第１フラップ１０および第２フラップ２０が同期するよう作動させたが、完全に同期させる必要はなく、排気１４２が漏れない程度に作動タイミングがずれていてもよい。
【００５６】
上記（２ａ）〜（２ｅ）としても、上記（１ａ）と同様の効果が得られる。
（２ｆ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００５７】
（２ｇ）上述した排気熱回収装置の他、当該排気熱回収装置を構成要素とするシステム、排気熱回収方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
［３．実施形態の構成と本開示の構成との関係］
上記実施形態において第１フラップ１０は本開示でいう上流側切替部に相当し、上記実施形態において第２フラップ２０は本開示でいう下流側切替部に相当する。また、上記実施形態においてサーモアクチュエータ４０は本開示でいう駆動部および第１駆動部に相当し、上記実施形態において位置センサ４５、温度センサ６０は本開示でいう検知部に相当する。
【００５８】
また、上記実施形態においてモータ駆動部５０は本開示でいう駆動部および第２駆動部の一例に相当し、上記実施形態において排気閉塞部１０Ｅは本開示でいう排気切替部の一例に相当する。
【符号の説明】
【００５９】
１…排気熱回収装置、６…排気流路、７…熱交換流路、１０…第１フラップ、１０Ｅ…排気閉塞部、１２…排気壁部、１４…中央壁部、１４Ａ…分岐部、１４Ｂ…合流部、１６…外気壁部、２０…第２フラップ、３０…熱交換器、４０…サーモアクチュエータ、４５…位置センサ、５０…モータ駆動部、５５…モータ、６０…温度センサ、１４０…外気、１４２…排気。
【図１】
0006629618.tif 000002
【図２】
0006629618.tif 000003
【図３】
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【図４】
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