(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置であって、
上流側から流れ込む排気ガスを受け入れる受入口と、その受け入れた排気ガスを下流側に送り出す主送出口と、を繋ぐ主流路の少なくとも一部を形成する内側部材と、
前記内側部材を囲むように配置され、前記内側部材との間で熱交換流路を形成する外側部材と、
前記熱交換流路において前記内側部材を囲むように配置され、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記主流路に受け入れた排気ガスを通過させて前記主送出口に流す非回収モードと、前記主流路に受け入れた排気ガスを前記熱交換流路を経由させて前記主送出口とは異なる副送出口に流す熱回収モードと、を切り替える切替器と、を備え、
前記熱交換流路と前記副送出口との間にバッファ室が設けられ、前記バッファ室は前記非回収モードにおいて前記主流路を流れる排気ガスが前記副送出口から流れ込むように形成されており、
前記熱交換流路と前記バッファ室とを仕切る仕切部材に、前記熱交換流路と前記バッファ室とを繋ぐ連通口が設けられており、
前記仕切部材には、前記非回収モードにおいて前記副送出口から前記バッファ室に流れ込んで前記仕切部材に当接した排気ガスの少なくとも一部を、前記連通口よりも前記バッファ室側に前記連通口から所定距離をおいて流れるように方向付ける方向付け部が形成されていることを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項２】
前記方向付け部は、前記仕切部材に当接した後に前記仕切部材に沿って流れる排気ガスの流れ方向を前記連通口から前記バッファ室側に離れる方向に方向付ける第１壁部を有することを特徴とする請求項１に記載の排気熱回収装置。
【請求項３】
前記方向付け部は、前記仕切部材において排気ガスが当接する部分に形成され、前記仕切部材に当接する排気ガスの流れ方向を前記第１壁部に向かって湾曲流を形成するように方向付ける第２壁部を有することを特徴とする請求項２に記載の排気熱回収装置。
【請求項４】
前記第１壁部は、前記第２壁部を挟むように一対設けられており、
前記第２壁部は、前記仕切部材に向かって流れる排気ガスを一対の前記第１壁部に振り分けるように形成されていることを特徴とする請求項３に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、内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気ガスと冷却水等の熱交換媒体との間で熱交換を行い、排気熱を回収する排気熱回収装置が知られている。この排気熱回収装置は、排気管の出口に開閉可能な切替弁を備えている。また、この排気熱回収装置は、排気管の内部に設けられた分岐口から熱交換部を経て、排気管の外部に設けられた排出口に至る熱交換経路を備えている。
【０００３】
このような排気熱回収装置において、排気管の切替弁を閉としたとき、排気ガスは主として熱交換経路を通り熱交換が行われる。一方、熱交換の必要がない場合は、排気管の切替弁を開とする。このとき、排気ガスは主として上記の熱交換経路よりも抵抗が低い排気管を流れるため、熱交換経路を流れる排気の量が減少し熱交換を抑制することができる。
【０００４】
しかしながら、このような排気熱回収装置では、排気管の切替弁を開としたときでも、一部の排気ガスは熱交換経路に流れ熱交換を行ってしまう。これは、排気管を流れる排気ガスによりベンチュリー効果が生じ、排出口から排気が引き出され、その結果、熱交換経路における排気の流れが生じるためである。このことにより、不必要な場合にまで熱交換を行ってしまうおそれがあった。
【０００５】
そこで下記特許文献１に記載の排気熱回収装置では、開閉弁が開かれている場合に、一部の排気ガスを還流させ、熱交換部からの排気ガス出口である排出口近傍で渦流を生じさせている。この渦流の効果によって、排気管における排気ガスの流れによって排出口から排気ガスが引き出されてしまう減少を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−３４９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のような構成を採用した場合であっても、排出口から排気ガスが引き出されてしまう現象を完全には防ぐことができず、より一層効果的な排気ガス引き出し抑制手段が求められている。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、切替器を開いて熱交換流路に排気ガスを流さないように意図した場合に、熱交換流路末端の連通口を経由した排気ガス引き出しをより確実に抑制することができる排気熱回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る排気熱回収装置は、内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収装置であって、上流側から流れ込む排気ガスを受け入れる受入口と、その受け入れた排気ガスを下流側に送り出す主送出口と、を繋ぐ主流路の少なくとも一部を形成する内側部材と、内側部材を囲むように配置され、内側部材との間で熱交換流路を形成する外側部材と、熱交換流路において内側部材を囲むように配置され、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、主流路に受け入れた排気ガスを通過させて主送出口に流す非回収モードと、主流路に受け入れた排気ガスを熱交換流路を経由させて主送出口とは異なる副送出口に流す熱回収モードと、を切り替える切替器と、を備える。熱交換流路と副送出口との間にバッファ室が設けられ、バッファ室は非回収モードにおいて主流路を流れる排気ガスが副送出口から流れ込むように形成されている。熱交換流路とバッファ室とを仕切る仕切部材に、熱交換流路とバッファ室とを繋ぐ連通口が設けられており、仕切部材には、非回収モードにおいて副送出口からバッファ室に流れ込んで仕切部材に当接した排気ガスの少なくとも一部を、連通口よりもバッファ室側に連通口から所定距離をおいて流れるように方向付ける方向付け部が形成されている。
【００１０】
本発明によれば、仕切部材に、非回収モードにおいて副送出口からバッファ室に流れ込んで仕切部材に当接した排気ガスの少なくとも一部が、連通口とは所定距離をおいて流れるように方向付ける方向付け部を形成しているので、熱交換流路側から排気ガスがバッファ室に流れこむことを抑制することができる。特に本発明の場合は、副送出口からバッファ室に流れ込んだ排気ガスが連通口と所定距離をおいて流れるので、連通口がどのような形を採用したとしても下流側から排気ガスによって実質的な蓋をすることができる。従って、切替器を開いて熱交換流路に排気ガスを流さないように意図した場合に、熱交換流路末端の連通口を経由した排気ガス引き出しをより確実に抑制することができる。
【００１１】
また本発明に係る廃熱回収装置では、方向付け部は、仕切部材に当接した後に仕切部材に沿って流れる排気ガスの流れ方向を連通口からバッファ室側に離れる方向に方向付ける第１壁部を有することも好ましい。
【００１２】
この好ましい態様では、仕切部材に当接した排気ガスを連通口から下流側方向に引き離すように形成された第１壁部を有するので、仕切部材に当接した排気ガスを確実に方向付けて連通口から引き離し、連通口の全域に渡って排気ガスによる蓋をすることができる。
【００１３】
また本発明に係る排気熱回収装置では、方向付け部は、仕切部材において排気ガスが当接する部分に形成され、仕切部材に当接する排気ガスの流れ方向を第１壁部に向かって湾曲流を形成するように方向付ける第２壁部を有することも好ましい。
【００１４】
この好ましい態様では、第２壁部によって、仕切部材に向かって流れる排気ガスが仕切部材に沿って滑らかに方向転換するような湾曲流を形成するので、第１壁部においても排気ガス流の方向を上述した所望の方向に滑らかに転換することができる。
【００１５】
また本発明に係る排気熱回収装置では、第１壁部は、第２壁部を挟むように一対設けられており、第２壁部は、仕切部材に向かって流れる排気ガスを一対の第１壁部に振り分けるように形成されていることも好ましい。
【００１６】
この好ましい態様では、第２壁部によって排気ガスを振り分けるので、第１壁部を一対設けた場合であっても確実に排気ガスによる壁を形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、切替器を開いて熱交換流路に排気ガスを流さないように意図した場合に、熱交換流路末端の連通口を経由した排気ガス引き出しをより確実に抑制することができる排気熱回収装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態である排気熱回収装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す排気熱回収装置の中心軸付近における断面を示す断面図である。
【図３】図２のIII−III断面を示す断面図である。
【図４】図３に示す方向付け部を説明するための部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１及び図２を参照しながら、本発明の実施形態である排気熱回収装置について説明する。図１は、本発明の実施形態である排気熱回収装置ＨＥの概略構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す排気熱回収装置の中心軸付近における断面を示す断面図である。
【００２１】
排気熱回収装置ＨＥは、例えば自動車に搭載され、自動車の内燃機関から排出される排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行うものである。排気熱回収装置ＨＥには、上流側から流れ込む排気ガスを受け入れる受入口ＨＥａと、その受け入れた排気ガスを下流側に送り出す送出口ＨＥｂとが設けられている。
【００２２】
排気熱回収装置ＨＥは、内筒１０（内側部材）と、外筒２０（外側部材）と、媒体入口部２１と、媒体出口部２２と、切替バルブユニット３０（切替器）と、シェル４０と、を備えている。内筒１０は、受入口ＨＥａと送出口ＨＥｂとを繋ぐ主流路ＺＡの一部を形成している。
【００２３】
外筒２０は、内筒１０を同軸上において囲むように配置され、内筒１０との間に熱交換流路を形成するものである。媒体入口部２１は、熱交換流路内の熱交換器５０に熱交換媒体を供給する入口となる部分である。媒体出口部２２は、媒体入口部２１から供給され、排気ガスとの間で熱交換を行った熱交換媒体を排出する出口となる部分である。熱交換媒体としては、内燃機関の冷却に用いる液体が用いられる。
【００２４】
切替バルブユニット３０は、内筒１０の下流側に設けられている。切替バルブユニット３０の下流端は、主送出口３０ａを形成している。切替バルブユニット３０は、筒状部３０ｂと、回転弁体３０ｃとを有している。回転弁体３０ｃが回転することで、主送出口３０ａを閉塞したり、開放したりすることができる。
【００２５】
外筒２０は内筒１０と中心軸を共有するように配置され、外筒２０の内径は内筒１０の外径よりも大きくなるように構成されている。従って、内筒１０と外筒２０との間には空間が形成され、熱交換流路ＺＢを形成している。
【００２６】
内筒１０と外筒２０とを繋ぐように、外筒２０の上流端は絞られて内筒１０と接合されている。従って、外筒２０の上流端は、熱交換流路ＺＢの上流端側を閉塞している。尚、本実施形態では、外筒２０の上流端を絞って内筒１０と接合したが、外筒２０と内筒１０との接合態様はこれに限られるものではなく、例えば別部品を介在させて接合してもよい。
【００２７】
熱交換流路ＺＢには、熱交換器５０が配置されている。熱交換器５０は、熱交換流路ＺＢにおいて内筒１０を囲むように配置され、外形が円筒形状をなすものであって、排気ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行うものである。
【００２８】
熱交換器５０は、内筒１０から所定の距離をおいて離隔するように配置されていると共に、外筒２０からも所定の距離をおいて離隔するように配置されている。このように熱交換器５０を配置することで、熱交換器５０と内筒１０との間には第１熱交換流路ＺＢ１が形成されると共に、熱交換器５０と外筒２０との間には第２熱交換流路ＺＢ２が形成される。
【００２９】
内筒１０の下流端には、主流路ＺＡから第１熱交換流路ＺＢ１に排気ガスを流出させるための側部流出口１０１が形成されている。側部流出口１０１は、熱交換流路ＺＢの下流端近傍において、内筒１０の側面が開口するように形成されている。尚、側部流出口１０１の形成態様としては、必ずしも内筒１０の側面が開口している態様に限られるものではなく、主流路ＺＡから第１熱交換流路ＺＢ１に排気ガスを流出させることが可能であれば様々な態様のものとすることができる。
【００３０】
内筒１０と外筒２０との間には、側部流出口１０１から流れ出す排気ガスを第１熱交換流路ＺＢ１に導くように、第１熱交換流路ＺＢ１の下流端を閉塞する下流側エンドプレート２５（仕切部材）が配置されている。下流側エンドプレート２５は、側部流出口１０１よりも下流側の内筒１０と外筒２０とを繋ぐように配置されている。
【００３１】
外筒２０の下流端はシェル４０によって覆われている。切替バルブユニット３０の下流端とシェル４０との間には隙間が設けられており、この隙間が副送出口４０１として機能している。
【００３２】
シェル４０と、内筒１０及び切替バルブユニット３０との間の空間は、バッファ室ＺＣとして構成されている。下流側エンドプレート２５には、熱交換流路ＺＢからバッファ室ＺＣに排気ガスが流れるように、連通口２５１が設けられている。
【００３３】
上述した構成によって、切替バルブユニット３０の開閉により、主流路ＺＡに受け入れた排気ガスを通過させて主送出口３０ａから送出口ＨＥｂに流す非回収モードと、主流路ＺＡに受け入れた排気ガスを熱交換流路ＺＢを経由して副送出口４０１に流す熱回収モードとが選択的に可能となる。
【００３４】
排気熱回収装置ＨＥにおいては、上述したように、熱交換器５０と内筒１０との間に第１熱交換流路ＺＢ１が形成され、熱交換器５０と外筒２０との間に第２熱交換流路ＺＢ２が形成されている。排気熱回収装置ＨＥにおいては、主流路ＺＡから第１熱交換流路ＺＢ１に排気ガスが流れ出す側部流出口１０１が上流側、第１熱交換流路ＺＢ１の主送出口３０ａが下流側に形成されている。
【００３５】
排気熱回収装置ＨＥにおいては、熱回収モードにおいて排気ガスは側部流出口１０１から熱交換流路ＺＢに流れ出す。その熱交換流路ＺＢに流れ出した排気ガスが、第１熱交換流路ＺＢ１から熱交換器５０の内側から外側に向かう径方向に流れて第２熱交換流路ＺＢ２に至り、その流れる間に熱交換器５０において熱交換を行う。
【００３６】
本実施形態では、主流路ＺＡから第１熱交換流路ＺＢ１に排気ガスが流れ出す側部流出口１０１が、第１熱交換流路ＺＢ１の主送出口３０ａ側端部に形成されているので、切替バルブユニット３０の近傍に側部流出口１０１を形成することができる。このように側部流出口１０１の配置を工夫することで、切替バルブユニット３０を操作して非回収モードの排気ガス流れを形成した場合に、側部流出口１０１から熱交換流路ＺＢを経由して副送出口４０１に至る経路と、主流路ＺＡとの間の圧力差を小さくすることができる。従って、非回収モードの際に排気ガスを熱交換流路ＺＢ側に入り込ませず、そのまま主流路ＺＡを経由して主送出口３０ａから送出口ＨＥｂに向けて流すことができる。
【００３７】
本実施形態では、非回収モードの際に排気ガスを熱交換流路ＺＢ側に入り込ませない工夫をしている。上述したように、熱交換流路ＺＢとバッファ室ＺＣとを仕切る下流側エンドプレート２５に、熱交換流路ＺＢとバッファ室ＺＣとを繋ぐ連通口２５１が設けられている。
【００３８】
非回収モードにおいて副送出口４０１からバッファ室ＺＣに流れ込んだ排気ガスは、下流側エンドプレート２５に当接する。下流側エンドプレート２５に当接した排気ガスの少なくとも一部は、連通口２５１と所定距離をおいて流れるように構成されている。
【００３９】
この構成について、図３を参照しながら説明する。図３に示されるように、下流側エンドプレート２５の排気ガスが当接する部分に、方向付け部２５２が設けられている。方向付け部２５２は、非回収モードにおいて副送出口４０１からバッファ室ＺＣに流れ込んで下流側エンドプレート２５に当接した排気ガスが、連通口２５１とは所定距離をおいて流れ続けることが可能なように方向付ける部分である。
【００４０】
方向付け部２５２について、図４を参照しながら更に説明する。図４に示されるように、方向付け部２５２は、第１壁部２５２ａ及び第２壁部２５２ｂを有している。
【００４１】
第１壁部２５２ａは、一対の連通口２５１の近傍にそれぞれ設けられている。第１壁部２５２ａは、下流側エンドプレート２５に当接した排気ガスを連通口２５１から下流側方向（図４の上方向）に引き離すように形成された湾曲壁である。
【００４２】
第２壁部２５２ｂは、一対の連通口２５１の間の略中央部分に形成されている。第２壁部２５２ｂは、下流側エンドプレート２５に向かって流れる排気ガスが湾曲流を形成して第１壁部２５２ａ方向に向かうように形成されている。
【００４３】
熱回収モードにおいて切替バルブユニット３０を操作し、主流路ＺＡの下流端を閉塞すると、排気ガスは側部流出口１０１から熱交換流路ＺＢに流れ出る。本実施形態では、熱交換流路ＺＢに流れ出した排気ガスが、第１熱交換流路ＺＢ１から熱交換器５０の内側から外側に向かう径方向に流れて第２熱交換流路ＺＢ２に至るように構成されているので、熱交換器５０全体にくまなく、ほぼ均一に排気ガスを行き渡らせて熱交換媒体との間で熱交換を行うことができる。従って、熱回収モードの際に熱交換器５０全体に排気ガスを行き渡らせることができ、熱交換効率を高めることができる。
【００４４】
上記実施形態は、一例に過ぎず、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０：内筒
２０：外筒
２１：媒体入口部
２２：媒体出口部
２５：下流側エンドプレート
３０：切替バルブユニット
３０ａ：主送出口
３０ｂ：筒状部
３０ｃ：回転弁体
４０：シェル
５０：熱交換器
１０１：側部流出口
２５１：連通口
２５２：方向付け部
２５２ａ：第１壁部
２５２ｂ：第２壁部
４０１：副送出口
ＨＥ：排気熱回収装置
ＨＥａ：受入口
ＨＥｂ：送出口
ＺＡ：主流路
ＺＢ：熱交換流路
ＺＢ１：第１熱交換流路
ＺＢ２：第２熱交換流路
ＺＣ：バッファ室
【図１】
0006425478.tif 000002
【図２】
0006425478.tif 000003
【図３】
0006425478.tif 000004
【図４】
0006425478.tif 000005