(57)【要約】【課題】排気ガスと媒体（冷却水）との熱交換を行なう熱交換経路と、熱交換経路を迂回するバイパス経路と、回転軸を中心に回動可能に設けられバイパス経路を開閉する第１弁部材とを備えた排気熱回収装置において、媒体の過熱を抑制し冷却系への負荷を抑制した排気熱回収装置を提供する。【解決手段】バイパス経路を閉塞する方向に第１弁部材を付勢する付勢体を設けるとともに、第１弁部材がバイパス経路を開放するのに伴い熱交換経路を閉塞するように第１弁部材と一体的に回動する第２弁部材を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換経路と、熱交換経路を迂回するバイパス経路と、回転軸を中心に回動可能に設けられバイパス経路を開閉する第１弁部材とを備えた排気熱回収装置において、前記第１弁部材をバイパス経路を閉塞する方向に付勢する付勢体を設けるとともに、前記第１弁部材が前記バイパス経路を開放するのに伴い前記熱交換経路を閉塞するように前記第１弁部材と一体的に回動する第２弁部材を設けたことを特徴とする排気熱回収装置。
【請求項２】
前記第１弁部材の受圧面積が前記第２弁部材の受圧面積より大きいことを特徴とする請求項１記載の排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は内燃機関を搭載した車両などの排気系に設けられ、排気熱を回収し暖房や暖機などに利用するための排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、この種の排気熱回収装置としては、内燃機関の運転状態と媒体（冷却水）の温度状態に応じて弁体を制御することで、排気ガスを熱交換器とそれを迂回するバイパス経路とに切替制御できるものが知られている。このようにすることで、例えば特許文献１に記載の排気熱回収装置は、暖房や暖機時間の短縮を図るとともに、車両の運動性能の不具合や、媒体が過熱しラジエータなどの冷却系への負荷が過大となることを解消することを企図したものである。【０００３】  また、例えば特許文献２に記載のように、弁体をスプリングなどの付勢体で閉塞方向に付勢することで、内燃機関の回転数に応じて増大する排気ガスの圧力（流量）により開動作するようにしたバルブシステムが知られている。このようなバルブシステムは所謂動圧式バルブと呼ばれるもので、弁体を駆動するための駆動手段やそれを制御するための制御手段などを必要としないため、コスト面で有利な方法として例えば排気系の消音器などで利用されることがあった。
【特許文献１】実開昭６３−１１５５２０号
【特許文献２】特開平０９−３０３１４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  上記特許文献１に記載された排気熱回収装置に上記特許文献２に記載されたバルブシステムを適用し、排気ガスの圧力に応じて排気ガスが熱交換器を迂回するようにすることで、暖房や暖機時間の短縮と車両の運動性能とを両立させるとともに低コストな排気熱回収装置を企図することが考えられる。しかしながら、内燃機関が高回転になって排気ガスの圧力が増大することによりバイパス経路が開放され、排気ガスが熱交換器を迂回してバイパス経路を流通するようになるが、弁体の流通抵抗があるために排気ガスの一部はバイパス経路を流通せず熱交換経路を流通する。このため、媒体が過熱しラジエータなどの冷却系への負荷が増大する恐れがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、排気ガスと媒体との熱交換を行う熱交換経路と、熱交換経路を迂回するバイパス経路と、回転軸を中心に回動可能に設けられバイパス経路を開閉する第１弁部材とを備えた排気熱回収装置において、前記第１弁部材をバイパス経路を閉塞する方向に付勢する付勢体を設けるとともに、前記第１弁部材が前記バイパス経路を開放するのに伴い前記熱交換経路を閉塞するように前記第１弁部材と一体的に回動する第２弁部材を設けたことを特徴とする排気熱回収装置である。【０００６】  請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１弁部材の受圧面積が前記第２弁部材の受圧面積より大きいことを特徴とする排気熱回収装置である。
【発明の効果】
【０００７】  本発明によれば、排気熱を回収し暖房や暖機時間の短縮を図ることができる。さらに、内燃機関が高回転になって排気ガスの圧力が増大することにより第１弁部材がバイパス経路を開放し始めると同時に、第２弁部材が第１弁部材と一体的に回動して熱交換経路を閉塞し始め熱交換経路の排気抵抗が増加する。このため、熱交換経路を流通する排気ガスが減少し、バイパス経路を流れる排気ガスが増加する。したがって、排気熱を回収して暖房や暖気時間の短縮を図るとともに、媒体の過熱を抑制しラジエータなどの冷却系への負荷を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図３に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】  図１は実施例１の排気熱回収装置１を示す縦断面である。図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。【００１０】  排気熱回収装置１は車両などの排気系に配設され、図１に示すように上流側（図左側）には上流側排気管Ｊが、下流側（図右側）には下流側排気管Ｋがそれぞれ接続される。管壁に４条の螺旋状の溝が形成された熱交換パイプ３が外筒２と略同心状に設けられて、媒体流通部４が形成されている。車両などの冷却系に接続される媒体入口５と媒体出口６が外筒２に設けられて、媒体流通部４に媒体（冷却水）が流通可能になっている。【００１１】  バイパス経路７を形成するバイパスパイプ８ａおよび８ｂが摺動部材１１を介して接続されるとともに、熱交換パイプ３と略同心状に設けられている。熱交換パイプ３の下流端には接続パイプ１２が接合されるとともに、接続パイプ１２の下流端は縮径されてバイパスパイプ８ｂの下流端に接合されて、バイパスパイプ８ａ，８ｂと熱交換パイプ３および接続パイプ１２との間に熱交換経路９が形成されている。バイパスパイプ８ａの上流端部には複数の連通孔１０が設けられて、熱交換経路９に排気ガスが連通可能になっている。【００１２】  接続パイプ１２の下流端にはバルブケース１３が設けられ、バルブケース１３に回動可能に設けられた回転軸１４にバイパス経路７を開閉可能なバタフライ型の第１弁部材１５が設けられている。第１弁部材１５は図示しない付勢体により、バイパス経路７を閉塞する方向に付勢されている。回転軸１４には、第１弁部材１５と一体的に回動するとともに接続パイプ１２に設けられた貫通孔１６を閉塞可能な第２弁部材１７が設けられている。なお、第１弁部材１５の受圧面積は第２弁部材１７の受圧面積より大きく設定されている。【００１３】  第１弁部材１５および第２弁部材１７を収容するようにしてハウジング１８が設けられ、ハウジング１８には下流側排気管Ｋが接続される。また、第１弁部材１５および第２弁部材１７が当接する箇所には、打音を抑制するための緩衝材１９，２０が設けられている。【００１４】  実施例１の排気熱回収装置１の作用について説明する。内燃機関が低回転で排気ガス流量の少ない時にはバイパス経路７内の圧力も小さいために、第１弁部材１５は付勢体の付勢力に従いバイパス経路７を閉塞している。このため、上流側排気管Ｊから導かれた排気ガスは、連通孔１０から熱交換経路９を流通した後、貫通孔１６を通り下流側排気管Ｋに導かれる。熱交換経路９を排気ガスが流通する際に、媒体流通部４を流通する媒体との間で熱交換が行なわれ排気熱が回収される。【００１５】  内燃機関が高回転になり排気ガス流量が増加した時には、バイパス経路７内の圧力も増大するために、第１弁部材１５は付勢体の付勢力に抗してバイパス経路７を開放する。これにより、上流側排気管Ｊから導かれた排気ガスの大部分はバイパス経路７を流通した後、下流側排気管Ｋに導かれる。また、第１弁部材１５と一体的に回動する第２弁部材１７が貫通孔１６を閉塞する方向に回動するため、熱交換経路９を流通する際の排気抵抗が増大する。したがって、熱交換経路９を流通する排気ガスを低減することができ、冷却系の負荷を低減することができる。
【実施例２】
【００１６】  図３は実施例２の排気熱回収装置３１を示す模式図である。【００１７】  熱回収装置３１は車両などの排気系に配設され、上流側（図左側）には上流側排気管（図示せず）が、下流側（図右側）には下流側排気管（図示せず）がそれぞれ接続される。熱交換経路３９には、図示しない車両などの冷却系に接続される排気ガスとの間で熱交換を行なう熱交換器３２が配設されている。バイパス経路３７は熱交換器３２を迂回して排気ガスを下流側排気管に導くように設けられている。熱交換経路３９の途中には、熱交換経路３９とバイパス経路３７との熱膨張差を吸収するためにベローズ管３３が設けられている。【００１８】  図示しない付勢体によりバイパス流路３７を閉塞する方向に付勢されたバタフライ型の第１弁部材４５が、弁軸４４を中心に回動可能に設けられている。これにより、排気ガスの流量が所定以上になった場合には、第１弁部材４５が回動してバイパス経路３７を開放するようになっている。回転軸４４には、第１弁部材４５と一体的に回動するとともに熱交換経路３９を閉塞可能な第２弁部材４７が設けられている。なお、第１弁部材４５の受圧面積は第２弁部材４７の受圧面積より大きく設定されている。【００１９】  実施例２も実施例１と同様の作用効果を発揮する。【００２０】  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。例えば、熱交換器、弁部材、付勢体などは従来周知の構造のものを任意に採用することができる。また、媒体は水に限らず、最適な液体や気体を適宜用いればよい。そして、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オーマなど）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クーラーなど）も熱回収装置として包含する。更に、適用対象は車両など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などあらゆる排気ガス発生装置の排気系に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１の排気熱回収装置を示す縦断面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明の実施例２の排気熱回収装置を示す模式図。
【符号の説明】
【００２２】１，３１  排気熱回収装置
７，３７  バイパス経路
９，３９  熱交換経路
１４，４４  回転軸
１５，４５  第１弁部材
１７，４７  第２弁部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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