(57)【要約】【課題】熱交換器に凝縮水が滞留することを防止することができる排気熱回収装置を得る。【解決手段】排気熱回収システム１０は、排気ガスと冷却媒体との熱交換を行うための排気ガス流路が上側熱交換部３０Ａと下側熱交換部３０Ｂとに分割されている排気熱回収用熱交換器１８と、排気熱回収用熱交換器１８の上側熱交換部３０Ａ及び下側熱交換部３０Ｂに導入する排気ガスの流量の割合を調整し得る流路切替バルブ２４とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスと冷却媒体との熱交換を行うための排気ガス流路が第１流路と第２流路とに分割されている熱交換器と、
前記熱交換器の第１流路及び第２流路に導入する排気ガスの流量の割合を調整し得る流量調整手段と、
を備えた排気熱回収装置。
【請求項２】
前記流量調整手段は、前記第１流路及び第２流路を排気ガスの各排気ガス入口を同等の開度で開放する第１状態と、前記第２流路及び第２流路の何れか一方の排気ガス入口の開度を前記他方の排気ガス入口の開度よりも大とする第２状態とを取り得る調整弁装置である請求項１記載の排気熱回収装置。
【請求項３】
前記第１流路及び第２流路の各排気ガス入口の開口部分に開口する排気ガス入口を有し、前記熱交換器をバイパスするバイパス流路をさらに備え、
前記調整弁装置は、前記バイパス流路の排気ガス入口部に設けられ、該バイパス流路を開閉可能とされると共に、該バイパス流路を閉止しつつ前記第１状態と第２状態とを取り得る単一の弁体を有する請求項２記載の排気熱回収装置。
【請求項４】
前記熱交換器は、水平方向に沿った軸心部に配設された前記バイパス流路を外周側から覆う筒状を成し、前記第１流路の排気ガス入口と前記第２流路の排気ガス入口とが前記バイパス流路の排気ガス入口の上流側で重力方向に対向するように配置されており、
前記調整弁装置の弁体は、前記バイパス流路の軸線方向及び重力方向の双方に対し直角を成すと共に該バイパス流路の軸心を通る軸線廻りに回動することで、該軸線廻りに回動によって、前記バイパス流路を開放する姿勢と、前記バイパス流路を閉止しつつ前記第１流路及び第２流路を排気ガスの各排気ガス入口を同等の開度で開放する姿勢と、前記バイパス流路及び前記第１流路を閉止しつつ前記第２回路を開放する姿勢とを切り替えるようになっている請求項３記載の排気熱回収装置。
【請求項５】
水平方向に沿って配置され内部の一部が前記バイパス流路とされた内管と該内管を覆う外管との間に、隔壁の重力方向上側に位置する前記第１流路と前記隔壁の重力方向下側に位置する第２流路とを有する前記熱交換器が構成されており、
前記内管には、前記第１流路の下流側における重力方向の下部と前記内管の内部とを連通する連通口が設けられている請求項３又は請求項４記載の排気熱回収装置。
【請求項６】
前記隔壁は、前記熱交換器の軸線よりも下側に配置されている請求項５記載の排気熱回収装置。
【請求項７】
前記連通口は、前記内管に設けられた前記第２流路の排気ガス出口よりも排気ガス流れ方向の下流側に配置されている請求項５又は請求項６記載の排気熱回収装置。
【請求項８】
水平方向に沿って配置され内部の一部が前記バイパス流路とされた内管と該内管を覆う外管との間に、隔壁の重力方向上側に位置する前記第１流路と前記隔壁の重力方向下側に位置する第２流路とが上下対称に形成された前記熱交換器が構成されており、
前記隔壁には、前記第１流路の下流側と前記第２流路とを連通する連通口が設けられている請求項３又は請求項４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、例えば自動車等の排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行って排気熱を回収するための排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上流側内部に排気制御弁が配設された内管と外管とで二重管構造を成し、内管と外管との間に冷却水と排気との熱交換を行う排気クーラを介装したエンジンの排気冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。排気ガスは、排気クーラにおける複数の小排気管を通過しつつ熱交換を行い、各小排気管の下流端が開口する外管の下流端で合流して排気されるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−２９３３９５号公報
【特許文献２】特開平５−７９７９１号公報
【特許文献３】特開２００５−１６４７７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、エンジンが停止した場合には、排気ガスが排気クーラでエンジン冷却水との熱交換によって冷却されると、凝縮水が生成され、この凝縮水が外管における小排気管の下流端が開口する部分に滞留することが懸念される。このように滞留した凝縮水は、例えば排気ガス流れの偏りすなわち伝熱面積の減少を生じさせるので、熱交換性能低下の原因となる。
【０００４】
本発明は、上記事実を考慮して、熱交換器に凝縮水が滞留することを防止することができる排気熱回収装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る排気熱回収装置は、排気ガスと冷却媒体との熱交換を行うための排気ガス流路が第１流路と第２流路とに分割されている熱交換器と、前記熱交換器の第１流路及び第２流路に導入する排気ガスの流量の割合を調整し得る流量調整手段と、を備えている。
【０００６】
請求項１記載の排気熱回収装置では、排気ガスが熱交換器の第１流路又は第２流路を流通しつつ冷却媒体との熱交換を行うと、排気ガスの熱が冷却媒体に回収される。この熱交換に伴って冷却された排気ガスからは、水分が凝縮されて凝縮水が生成される場合がある。ここで、第１流路及び第２流路への排気ガスの流量比を調整し得る流量調整手段を設けたため、凝縮水の対流を防止することができる。例えば、冷却媒体温度が低い等の凝縮水が生成され易い場合に、第１および第２流路のうち配置や形状等によって凝縮水が滞留し易い方の流路への排気ガス導入量を減らし、凝縮水の滞留し易い側での凝縮水の生成量を抑えることで、凝縮水の滞留を防止することが可能である。また例えば、第１流路及び第２流路の何れか一方に排気ガスを集中的に導入して一時的に滞留した凝縮水を強制的に排出させることが可能になる。
【０００７】
このように、請求項１記載の排気熱回収装置では、熱交換器に凝縮水が滞留することを防止することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項１記載の排気熱回収装置において、前記流量調整手段は、前記第１流路及び第２流路を排気ガスの各排気ガス入口を同等の開度で開放する第１状態と、前記第２流路及び第２流路の何れか一方の排気ガス入口の開度を前記他方の排気ガス入口の開度よりも大とする第２状態とを取り得る調整弁装置である。
【０００９】
請求項２記載の排気熱回収装置では、調整弁装置が第１状態を選択している場合、排気ガスは第１流路及び第２流路に略均等に分配され、排気ガスの熱を冷却媒体に効果的に回収することができる。一方、第２状態では、第１及び第２流路の何れか一方に集中的に排気ガスが流れ、滞留してた凝縮水を排出することができる。このため、第２流路に凝縮水が滞留し又は滞留する可能性が高いことに対応する条件が成立した場合等に、調整弁装置が第２状態に切り替えれば、滞留している凝縮水を下流側に強制的に排出することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項２記載の排気熱回収装置において、前記第１流路及び第２流路の各排気ガス入口の開口部分に開口する排気ガス入口を有し、前記熱交換器をバイパスするバイパス流路をさらに備え、前記調整弁装置は、前記バイパス流路の排気ガス入口部に設けられ、該バイパス流路を開閉可能とされると共に、該バイパス流路を閉止しつつ前記第１状態と第２状態とを取り得る単一の弁体を有する。
【００１１】
請求項３記載の排気熱回収装置では、調整弁装置の弁体がバイパス流路を開放している状態（以下、第３状態という）では、排気ガスは主にバイパス流路を流れる。また、調整弁装置の弁体は、バイパス流路を閉じたまま、第１状態と第２状態とを切り替える。したがって、第１状態では排気ガスはバイパス流路に逃げることなく第１及び第２流路に導入され効果的に排気熱が回収される。一方、第２状態では、排気ガスはバイパス流路に逃げることなく第１又は第２流路を集中的に流れる。ここで、調整弁装置の弁体は、バイパス流路を開閉可能とされると共に、該バイパス流路を閉止しつつ前記第１状態と第２状態とを取り得るため、単一の弁体によって第１状態と第２状態と第３状態とを選択的に切り替えることができる。これにより、熱交換器のバイパス流路を備えた構成において、簡単な構造で凝縮水の滞留を防止することができる。
【００１２】
請求項４記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項３記載の排気熱回収装置において、前記熱交換器は、水平方向に沿った軸心部に配設された前記バイパス流路を外周側から覆う筒状を成し、前記第１流路の排気ガス入口と前記第２流路の排気ガス入口とが前記バイパス流路の排気ガス入口の上流側で重力方向に対向するように配置されており、前記調整弁装置の弁体は、前記バイパス流路の軸線方向及び重力方向の双方に対し直角を成すと共に該バイパス流路の軸心を通る軸線廻りに回動することで、該軸線廻りに回動によって、前記バイパス流路を開放する姿勢と、前記バイパス流路を閉止しつつ前記第１流路及び第２流路を排気ガスの各排気ガス入口を同等の開度で開放する姿勢と、前記バイパス流路及び前記第１流路を閉止しつつ前記第２回路を開放する姿勢とを切り替えるようになっている。
【００１３】
請求項４記載の排気熱回収装置では、弁体は、バイパス流路の軸心を通る軸線廻りに回動することで姿勢を変化させ、水平方向に沿う姿勢でバイパス流路を開放し（第３状態を選択し）、重力方向に沿って略直立する姿勢でバイパス流路を閉止すると共に第１流路及び第２流路の各排気ガス入口を開放し（第１状態を選択し）、例えば上部をバイパス流路から排気ガス流れ方向の上流側に突出させる傾斜姿勢でバイパス流路をほぼ閉止しつつ突出した上部で第１又は第２流路の排気ガス入口をほぼ閉止する（第２状態を選択する）ようになっている。これにより、単一の弁体で第１乃至第３状態を選択的に切り替える機能を簡単な構造で実現することができる。
【００１４】
請求項５記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項３又は請求項４記載の排気熱回収装置において、水平方向に沿って配置され内部の一部が前記バイパス流路とされた内管と該内管を覆う外管との間に、隔壁の重力方向上側に位置する前記第１流路と前記隔壁の重力方向下側に位置する第２流路とを有する前記熱交換器が構成されており、前記内管には、前記第１流路の下流側における重力方向の下部と前記内管の内部とを連通する連通口が設けられている。
【００１５】
請求項５記載の排気熱回収装置では、上側に位置する第１流路で生成された凝縮水は、連通口から内管すなわちバイパス流路又は該バイパス流路よりも下流の排気ガス排出経路に排出され、内管の排気ガス流によって外部に排出される。内管よりも重力方向の下側に位置して凝縮水が滞留し易い部分を有する第２流路では、該第２流路で生成された凝縮水が一時的に滞留する場合があるが、調整弁装置を第２状態として第２流路の排気ガスを集中的に導入することで、一時的に滞留した凝縮水を排出することができる。
【００１６】
ここで、上記の通り第１流路で生成された凝縮水は連通口から内管の内部に排出されるため、第２流路の一時的に滞留する凝縮水量が少なくなり、調整弁装置を第２状態に切り替えて凝縮水の排出時間を短縮することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項５記載の排気熱回収装置において、前記隔壁は、前記熱交換器の軸線よりも下側に配置されている。
【００１８】
請求項６記載の排気熱回収装置では、隔壁を熱交換器（内管、外管）の軸線に対し下側のオフセットすることで、第１流路を大きく、第２流路を小さくしたので、第２流路で生成され一時的に滞留する凝縮水を一層少なくすることができる。また、第２状態において、第２流路を通過する排気ガスの流速が増すので、一時的に滞留した凝縮水が効果的に排出される。
【００１９】
請求項７記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項５又は請求項６記載の排気熱回収装置において、前記連通口は、前記内管に設けられた前記第２流路の排気ガス出口よりも排気ガス流れ方向の下流側に配置されている。
【００２０】
請求項７記載の排気熱回収装置では、内管における第２流路の排気ガス出口が開口した部分は、該第２流路とバイパス流路との合流部とされており、この排気ガス出口から第２流路の凝縮水が排出される。連通口は、この第２流路の排気ガス出口（すなわちバイパス流路）よりも下流に配置されているため、連通口から内管に排出された凝縮水が第２流路に侵入することが防止される。
【００２１】
請求項８記載の発明に係る排気熱回収装置は、請求項３又は請求項４記載の排気熱回収装置において、水平方向に沿って配置され内部の一部が前記バイパス流路とされた内管と該内管を覆う外管との間に、隔壁の重力方向上側に位置する前記第１流路と前記隔壁の重力方向下側に位置する第２流路とが上下対称に形成された前記熱交換器が構成されており、前記仕切り部材には、前記第１流路の下流側と前記第２流路とを連通する連通口が設けられている。
【００２２】
請求項８記載の排気熱回収装置では、上側に位置する第１流路で生成された凝縮水は連通口を通じて第２流路に導入される。内管よりも重力方向の下側に位置して凝縮水が滞留し易い部分を有する第２流路では、該第２流路で生成された凝縮水が第１流路からの凝縮水と共に一時的に滞留する場合があるが、調整弁装置を第２状態として第２流路の排気ガスを集中的に導入することで、一時的に滞留した凝縮水を排出することができる。
【００２３】
ここで、本排気熱回収装置の熱交換器は、第１流路と第２流路とが隔壁を挟んで上下対称に形成されているので、排気ガスの流れを上下の流路で対称にして排気熱回収量を均一にすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明に係る排気熱回収装置は、熱交換器に凝縮水が滞留することを防止することができ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】
【００２５】
本発明の第１の実施形態に係る排気熱回収装置としての排気熱回収システム１０について、図１乃至図４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。また、各図に示す矢印ＵＰ、矢印ＬＯは、重力方向（車体上下方向）の上側、下側をそれぞれ示すものとする。
【００２６】
図４には、排気熱回収システム１０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１０は、自動車の内燃機関エンジン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。
【００２７】
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、排気熱回収用熱交換器１８、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。
【００２８】
熱交換器としての排気熱回収用熱交換器１８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、この排気熱回収用熱交換器１８内には、排気ガスのバイパス流路２２、該バイパス流路２２を開閉するための流路切替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、排気ガスがバイパス流路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。
【００２９】
図１には排気熱回収用熱交換器１８が側断面図にて示されている。また、図２（Ａ）には図１の２Ａ−２Ａ線に沿った軸直角断面図が示されており、図２（Ｂ）には図１の２Ｂ−２Ｂ線に沿った軸直角断面図が示されている。排気熱回収用熱交換器１８は、それぞれ円筒状に形成されると共に同心円状に配置された内管としての内筒２６と外管としての外筒２８とを有して構成されており、内筒２６と外筒２８との間に排気ガスとエンジン冷却水とが熱交換を行うための熱交換部３０が構成されている。
【００３０】
内筒２６は、軸線方向が水平方向（例えば、車体前後方向）と一致するように配置され、外筒２８の軸心部を貫通しており、軸線方向の両端部が排気管１４に接続されて連続しいる。この内筒２６は、排気管１４の一部として構成されても良い。また、排気熱回収用熱交換器１８は、上流端が内筒２６の外周に気密状態で固定されると共に下流端が外筒２８の上流端２８Ａに接続されたコニカル胴３２と、下流端が内筒２６の外周に気密状態で固定されると共に上流端が外筒２８の下流端２８Ｂに接続されたコニカル胴３４とを備えている。
【００３１】
この排気熱回収用熱交換器１８における熱交換部３０には、内筒２６とコニカル胴３２との間の空間である排気ガス入口ヘッダ３６と、内筒２６と外筒２８との間に形成された円筒状空間である排気ガス熱交換路３８と、内筒２６とコニカル胴３４との間の空間である排気ガス出口ヘッダ４０とが形成されている。一方、内筒２６の内部には、上記バイパス流路２２と、排気管１４（コニカル胴３２よりも上流部分）とバイパス流路２２との間の空間である排気ガス分岐部４２と、排気管１４（コニカル胴３４よりも下流部分）とバイパス流路２２との間の空間である排気ガス合流部４４とが形成されている。
【００３２】
図１及び図２（Ａ）に示される如く、熱交換部３０における排気ガス熱交換路３８内には、冷却水管４６が配設されており、排気熱回収用熱交換器１８におけるエンジン冷却水の流通路である冷却水熱交換路４８を構成している。この実施形態では、冷却水管４６は、二重円筒の内側に円筒形状の冷却水熱交換路４８が形成された例を示している。図４に示される如く、冷却水管４６は、冷却水流れ方向の上流側部分が外筒２８を貫通して設けられた入口ポート４６Ａに接続されると共に、冷却水流れ方向の下流側部分が外筒２８を貫通して設けられた出口ポート４６Ｂに接続されている。この実施形態では、入口ポート４６Ａは、出口ポート４６Ｂよりも熱交換部３０における下流側に配設されており、排気熱回収用熱交換器１８は向流型熱交換器とされている。
【００３３】
さらに、排気熱回収用熱交換器１８には、熱交換部３０の排気ガス流路を上下に分割（区画）する隔壁としての仕切り板５０が配設されている。仕切り板５０は、水平面に沿った平板状に形成されており、排気ガス入口ヘッダ３６、排気ガス熱交換路３８、排気ガス出口ヘッダ４０をそれぞれ上下対称に２分割している。
【００３４】
以下、熱交換部３０における仕切り板５０に対する上側部分と下側部分とを区別するときは、第１流路としての上側の熱交換部３０を上側熱交換部３０Ａといい、第２流路としての下側の熱交換部３０を下側熱交換部３０Ｂということとする。また、排気ガス入口ヘッダ３６、排気ガス熱交換路３８、排気ガス出口ヘッダ４０については、上側熱交換部３０Ａを構成する部分を排気ガス入口ヘッダ３６Ａ、排気ガス熱交換路３８Ａ、排気ガス出口ヘッダ４０Ａといい、下側熱交換部３０Ｂを構成する部分を排気ガス入口ヘッダ３６Ｂ、排気ガス熱交換路３８Ｂ、排気ガス出口ヘッダ４０Ｂということとする。なお、排気ガス分岐部４２は仕切り板５０を貫通しており、仕切り板５０によって分割されることなく単一の冷却水熱交換路４８を構成している。
【００３５】
そして、内筒２６における排気ガス分岐部４２を構成する部分には、該排気ガス分岐部４２と上側の排気ガス入口ヘッダ３６Ａとを連通する上側熱交換部排気ガス入口孔５２と、該排気ガス分岐部４２と下側の排気ガス入口ヘッダ３６Ｂとを連通する下側熱交換部排気ガス入口孔５４とが形成されている。上側熱交換部排気ガス入口孔５２は、内筒２６の最上部に上向きに開口して設けられており、下側熱交換部排気ガス入口孔５４は、内筒２６の最下部に下向きに開口して設けられている。
【００３６】
また、内筒２６における排気ガス合流部４４を構成する部分には、該排気ガス合流部４４と上側の排気ガス出口ヘッダ４０Ａとを連通する上側熱交換部排気ガス出口孔５６と、該排気ガス合流部４４と下側の排気ガス出口ヘッダ４０Ｂとを連通する下側熱交換部排気ガス出口孔５８とが形成されている。上側熱交換部排気ガス出口孔５６は、内筒２６の最上部に上向きに開口して設けられており、下側熱交換部排気ガス出口孔５８は、内筒２６の最下部に下向きに開口して設けられている。
【００３７】
さらに、図１及び図２（Ｂ）に示される如く、内筒２６における排気ガス合流部４４を構成する部分には、該排気ガス合流部４４と上側の排気ガス出口ヘッダ４０Ａとを連通する連通口としての凝縮水排出孔６０が形成されている。凝縮水排出孔６０は、排気ガス出口ヘッダ４０Ａの最低所に開口するように、その下縁が仕切り板５０の上面と略一致している。図２（Ｂ）に示される如く、凝縮水排出孔６０は、正面視で排気ガス合流部４４の左右両側にそれぞれ設けられている。
【００３８】
以上説明した排気熱回収用熱交換器１８すなわち排気熱回収システム１０では、上記した通り、流路切替バルブ２４によって、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、排気ガスがバイパス流路２２を通過するノーマルモードとを切り替えられるようになっている。流路切替バルブ２４は、バイパス流路２２の上流端に配設されており、内筒２６（バイパス流路２２）の軸線方向及び上下方向の双方に対し略直角を成す方向に延在する支軸６２と、支軸６２を介して内筒２６に対し該支軸６２廻りに回動可能に支持された円板状の弁体としてのバルブ６４とを有する。
【００３９】
この流路切替バルブ２４は、図３（Ａ）に示される如く、上記の通りバルブ６４が鉛直面に沿って略直立する姿勢でバイパス流路２２を閉止することで、上下の熱交換部３０Ａ、３０Ｂに排気ガスが略均等に分配される第１状態としての排気熱回収モードを取る構成とされている。また、流路切替バルブ２４は、図３（Ｃ）に示される如く、バルブ６４が水平面に略沿う姿勢でバイパス流路２２を開放することで、排気ガスが主にバイパス流路２２を流通するノーマルモードを取る構成とされている。なお、冷却水管４６が配設された排気ガス熱交換路３８の流動抵抗（圧力損失）は、開放されているバイパス流路２２の流動抵抗に対し大きく、流路切替バルブ２４が内筒２６を開放しているノーマルモードでは、排気ガス熱交換路３８には殆ど排気ガスが流れない構成とされている。
【００４０】
そして、流路切替バルブ２４は、図３（Ｂ）に示される如く、バルブ６４が上部をバイパス流路２２の上流側に突出するように傾斜した姿勢で、バイパス流路２２をほぼ閉止した状態を維持しつつ上側熱交換部排気ガス入口孔５２をほぼ閉止する第２状態としての凝縮水排出モードを取る構成とされている。この凝縮水排出モードでの傾斜姿勢のバルブ６４の周縁部と内筒２６の内周面との隙間を閉止（減少）するために、該内筒２６の内周面からは、上側堰６６、下側堰６８が立設されている。これらの上側堰６６、下側堰６８は、それぞれ軸方向視で最上部又は最下部の突出高が最も高くなる略三日月状に形成されている（図示省略）。なお、上側堰６６、下側堰６８は、バルブ６４が最小回動角で凝縮水排出モードとノーマルモードとを切り替え得るように、バルブ６４の支軸６２廻りの回動軌跡には干渉しないように形成されている。
【００４１】
また、流路切替バルブ２４は、バルブ６４を支軸６２廻りに回転駆動するアクチュエータ７０を備えている。アクチュエータ７０は、制御装置としてのＥＣＵ７２からの指令に基づいてアクチュエータ７０すなわち流路切替バルブ２４を制御し、ノーマルモード、排気熱回収モード、凝縮水排出モードを切り替えるようになっている。ＥＣＵ７２は、入力される車両情報に基づいて例えばエンジン１２の暖機促進や急速暖房が要求されていると判断した場合等に、排気熱回収モードを選択するようになっている。
【００４２】
さらに、ＥＣＵ７２は、下側熱交換部３０Ｂからの凝縮水の排出が要求されていると判断した場合に、凝縮水排出モードを選択するようになっている。ＥＣＵ７２は、例えば、エンジンの始動又は前回の凝縮水排出モードの終了から所定時間が経過した場合、下側熱交換部３０Ｂでの圧力損失（と上側熱交換部３０Ａの圧力損失の差）が所定値を超えた場合、エンジン１２の回転数と経過時間から（排気熱回収モードで）排出した排気ガス量が所定量を超えたと判断した場合等に、凝縮水排出モードを選択するようになっている。そして、ＥＣＵ７２は、排気熱回収モードの選択条件、凝縮水排出モードの選択条件が共に整わない場合に、ノーマルモードを選択するようになっている。
【００４３】
以上に排気ガスの流れを説明した排気熱回収システム１０のエンジン冷却水の流れを簡単に説明する。排気熱回収システム１０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７４、リヤヒータコア７６、及びエンジン冷却水をフロントヒータコア７４、リヤヒータコア７６に循環させるヒータ温水路７８を備えている。フロントヒータコア７４とリヤヒータコア７６とは、並列に配置されている。そして、ヒータ温水路７８におけるリヤヒータコア７６の下流側に排気熱回収用熱交換器１８が配置されている。すなわち、ヒータ温水路７８におけるリヤヒータコア７６側に入口ポート４６Ａが配置されると共に、ヒータ温水路７８におけるエンジン１２の上流側に出口ポート４６Ｂが配置されている。この実施形態では、排気熱回収用熱交換器１８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７４に対し並列でかつリヤヒータコア７６に対し直列に配置されている。
【００４４】
したがって、排気熱回収システム１０では、図４のヒータ温水路７８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７４及びリヤヒータコア７６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７６にて降温されたエンジン冷却水が排気熱回収用熱交換器１８に導入されて上記排気ガスと熱交換する構成である。排気熱回収用熱交換器１８を通過したエンジン冷却水は、フロントヒータコア７４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。排気熱回収用熱交換器１８は、エンジン暖機の観点からは、エンジン１２に導入される前のエンジン冷却水を加熱する加熱器として機能する構成である。
【００４５】
次に、本第１の実施形態の作用を説明する。
【００４６】
上記構成の排気熱回収システム１０では、例えばエンジン１２の始動直後のように冷却水温が低く暖機促進要求があった場合、ＥＣＵ７２は流路切替バルブ２４を閉駆動してバイパス流路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、エンジン１２の排気ガスはバイパス流路２２を流れず、上側熱交換部排気ガス入口孔５２、下側熱交換部排気ガス入口孔５４から上側熱交換部３０Ａ、下側熱交換部３０Ｂに略均等に分配される。
【００４７】
上側熱交換部３０Ａの排気ガス熱交換路３８Ａ、下側熱交換部３０Ｂの排気ガス熱交換路３８Ｂでは、それぞれ導入された排気ガスがエンジン冷却水との間で熱交換を行いエンジン冷却水を加熱させる。一方、排気ガスはエンジン冷却水との熱交換によって冷却されるので、排気ガス熱交換路３８Ａ、排気ガス熱交換路３８Ｂでは排気ガス中の水分が凝縮して液化する。すなわち、凝縮水が生じる。
【００４８】
排気ガス熱交換路３８Ａで生成された凝縮水は、排気ガス出口ヘッダ４０Ａに移動しながら重力方向の低所である仕切り板５０上に移動し、凝縮水排出孔６０を経由して排気ガス合流部４４に排出される。排気ガス合流部４４に排出された凝縮水は、排気ガスの流れによって下流に排出され、メインマフラ２０を経由して外部に排出される。
【００４９】
一方、排気ガス熱交換路３８Ｂで生成された凝縮水は、一部が排気ガスの流れによって下側熱交換部排気ガス出口孔５８を経由して排気ガス合流部４４に排出されるが、残余の一部は、排気ガス熱交換路３８Ｂ又は排気ガス出口ヘッダ４０Ｂの最低所に一時的に滞留する。そして、ＥＣＵ７２は、経過時間や下側熱交換部３０Ｂの圧力損失等の情報に基づいて凝縮水が滞留していると判断した場合、流路切替バルブ２４のアクチュエータ７０を作動させ、バルブ６４を図３（Ｂ）に示される傾斜姿勢にさせる。すなわち、凝縮水排出モードに切り替える。
【００５０】
これにより、上側熱交換部排気ガス入口孔５２すなわち上側熱交換部３０Ａがほぼ閉止されるので、排気ガスの流れは下側熱交換部３０Ｂに集中する。すると、排気ガス熱交換路３８Ｂ又は排気ガス出口ヘッダ４０Ｂの最低所に一時的に滞留していた凝縮水は、下側熱交換部３０Ｂに生じる排気ガスの強い流れによって、下側熱交換部排気ガス出口孔５８を経由して排気ガス合流部４４に強制的に排出される。
【００５１】
ＥＣＵ７２は、例えば、凝縮水を排出するのに必要な時間の経過後、凝縮水排出モードでの下側熱交換部３０Ｂの圧力損失の低下検知後に、車両情報に応じて流路切替バルブ２４を作動してノーマルモード又は排気熱回収モードに切り替える。ノーマルモードに切り替えられた場合には、排気ガスはエンジン冷却水にて冷却されないので凝縮水の生成量が少なく、また生成された凝縮水は内筒２６（排気管１４）を通過して外部に排出される。
【００５２】
以上説明したように、第１の実施形態に係る排気熱回収システム１０では、熱交換部３０を仕切り板５０によって分割された上側熱交換部３０Ａと下側熱交換部３０Ｂとを有するため、下側熱交換部３０Ｂに滞留した凝縮水を凝縮水排出モードによって効果的に排出することができる。また、バイパス流路２２を構成する内筒２６を排気ガス熱交換路３８の軸心部に配設した構造において、凝縮水排出孔６０を設けたため、重力方向の上側に位置する上側熱交換部３０Ａで生成された凝縮水を、排気ガスの流れに加えて重力を利用して内筒２６に排出することができる。すなわち、流路切替バルブ２４のバルブ６４の姿勢を変化させて上側熱交換部３０Ａの凝縮水を排出するモードを設定することなく、該上側熱交換部３０Ａで生成された凝縮水を排気熱回収モードの選択状態で排出することができる。また、上側熱交換部３０Ａで生成された凝縮水が下側熱交換部３０Ｂに導入されないので、下側熱交換部３０Ｂの凝縮水を排出する時間又は頻度を少なくすることができる。
【００５３】
また、排気熱回収システム１０では、バイパス流路２２の上流端と、上側熱交換部排気ガス入口孔５２と、下側熱交換部排気ガス入口孔５４とが共に内筒２６で構成されて排気ガス分岐部４２に臨むように配置されているため、流路切替バルブ２４を構成する単一のバルブ６４によって、ノーマルモード、排気熱回収モード、凝縮水排出モードを切り替えることができる。特に、バイパス流路２２が排気熱回収用熱交換器１８の軸心部に配置されているので、支軸６２廻りに回動するバルブ６４すなわちバタフライ弁を用いた簡単な構造で、上記３つのモードを選択的に切り替える構成が実現された。
【００５４】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第１の実施形態又は前出の構成と基本的に同じ部品、部分については、上記第１の実施形態又は前出の構成と同一の符号を用いて説明を省略する。また、図示を省略する場合がある。
【００５５】
（第２の実施形態）  図５には、本発明の第２の実施形態に係る排気熱回収システム８０の要部が側断面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８０は、上側熱交換部３０Ａと下側熱交換部３０Ｂとを上下対称に分割する仕切り板５０に代えて、熱交換部３０の上下方向中央部から下側にオフセットして配置された隔壁としての仕切り板８２を備える点で、第１の実施形態に係る排気熱回収システム１０とは異なる。
【００５６】
図６にも示される如く、仕切り板８２は、略水平面に沿って配設され、内筒２６の下端近傍で該内筒２６と外筒２８との間の空間である熱交換部３０を上下に仕切っている。この実施形態では、仕切り板８２は、熱交換部３０を第１流路としての上側熱交換部３０Ｃと、第２流路としての下側熱交換部３０Ｄとに分割している。また、上側熱交換部３０Ｃは、排気ガス入口ヘッダ３６Ｃ、排気ガス熱交換路３８Ｃ、排気ガス出口ヘッダ４０Ｃで構成され、下側熱交換部３０Ｄは、排気ガス入口ヘッダ３６Ｄ、排気ガス熱交換路３８Ｄ、排気ガス出口ヘッダ４０Ｄで構成されている。なお、図示は省略するが、排気ガス分岐部４２は仕切り板８２を貫通しており、仕切り板８２によって分割されることなく単一の冷却水熱交換路４８を構成している。
【００５７】
さらに、図５及び図６に示される如く、内筒２６における排気ガス合流部４４を構成する部分には、該排気ガス合流部４４と上側の排気ガス出口ヘッダ４０Ｃとを連通する連通口としての凝縮水排出孔８４が形成されている。凝縮水排出孔８４は、排気ガス出口ヘッダ４０Ｃの最低所に開口するように、その下縁が仕切り板８２の上面と略一致している。図６に示される如く、凝縮水排出孔８４は、正面視で左右（水平方向）両側にそれぞれ設けられている。
【００５８】
排気熱回収システム８０の他の構成は、図示しない部分を含め排気熱回収システム１０の対応する構成と同じである。
【００５９】
したがって、第２の実施形態に係る排気熱回収システム８０によっても、第１の実施形態に係る排気熱回収システム１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、排気熱回収システム８０では、仕切り板８２が下側にオフセットして配置されているため、換言すれば、下側熱交換部３０Ｄの容積が小さいため、下側熱交換部３０Ｄで生成される凝縮水量が少ない。したがって、下側熱交換部３０Ｄの排気ガス熱交換路３８Ｄ、排気ガス出口ヘッダ４０Ｄに一時的に滞留する凝縮水量が少なくなり、短時間の凝縮水排出モードで凝縮水を下側熱交換部３０Ｄから排出することができる。しかも、下側熱交換部３０Ｄの流路断面積が小さいため、凝縮水排出モードにおいて下側熱交換部３０Ｄを通過する排気ガスの流速が増し、下側熱交換部３０Ｄに一時的に滞留した凝縮水を一層短時間で排出することができる。
【００６０】
一方、容量が大きい上側熱交換部３０Ｃでは、比較的多量の凝縮水が生成されるが、この凝縮水は、第１の実施形態と同様に、排気熱回収モードを維持しつつ、排気ガスの流れに加えて重力を利用して凝縮水排出孔８４から内筒２６に排出することができる。このため、上側熱交換部３０Ｃの排気ガス熱交換路３８Ｃ、排気ガス出口ヘッダ４０Ｃに凝縮水が滞留してしまうことはない。
【００６１】
（第３の実施形態）  図７には、本発明の第３の実施形態に係る排気熱回収システム９０の要部が側断面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９０は、凝縮水排出孔８４に代えて、下側熱交換部排気ガス出口孔５８に対し下流側にオフセットして配置された位置で排気ガス出口ヘッダ４０Ｃと排気ガス合流部４４とを連通する凝縮水排出孔９２を備える点で、第２の実施形態に係る排気熱回収システム８０とは異なる。
【００６２】
凝縮水排出孔９２は、その上流端９２Ａが下側熱交換部排気ガス出口孔５８の下流端５８Ａよりも下流に位置しており、排気ガス流れ方向において下側熱交換部排気ガス出口孔５８とオーバラップする部分を有しない構成とされている。したがって、図７の８Ａ−８Ａ断面である図８（Ａ）に示される如く、下側熱交換部排気ガス出口孔５８の開口領域では凝縮水排出孔９２は形成されず、図７の８Ｂ−８Ｂ断面である図８（Ｂ）に示される如く、凝縮水排出孔９２の開口領域では下側熱交換部排気ガス出口孔５８は形成されていない。
【００６３】
排気熱回収システム９０の他の構成は、図示しない部分を含め排気熱回収システム８０の対応する構成と同じである。
【００６４】
したがって、第３の実施形態に係る排気熱回収システム９０によっても、第１及び第２の実施形態に係る排気熱回収システム１０、８０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、排気熱回収システム９０では、凝縮水排出孔９２が下側熱交換部排気ガス出口孔５８の下流側にオフセットして配置されているため、上側熱交換部３０Ｃで生成され凝縮水排出孔９２を経由して排気ガス合流部４４に排出された凝縮水は、その一部が下側熱交換部排気ガス出口孔５８を経由して下側熱交換部３０Ｄに侵入することなく、下流側（排気管１４、メインマフラ２０、大気）に排出される。
【００６５】
すなわち、排気熱回収システム９０では、上側熱交換部３０Ｃで生成された凝縮水の一部が下側熱交換部３０Ｄで滞留してしまうことが確実に防止される。これにより、凝縮水排出モードでは、下側熱交換部３０Ｄで生成された凝縮水のみを排出すれば足り、この下側熱交換部３０Ｄに一次的に排出された凝縮水を短時間の凝縮水排出モードで排出することができる。
【００６６】
なお、第１の実施形態の如く熱交換部３０を上下対象に分割する仕切り板５０を備えた構成において、凝縮水排出孔６０を下側熱交換部排気ガス出口孔５８に対し下流側にオフセットして設けても良い。
【００６７】
（第４の実施形態）  図９には、本発明の第４の実施形態に係る排気熱回収システム１００の要部が側断面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１００は、凝縮水排出孔６０に代えて、上下の排気ガス出口ヘッダ４０Ａ、４０Ｂを連通するように仕切り板５０に設けられた連通口１０２を備える点で、第１の実施形態に係る排気熱回収システム１０とは異なる。
【００６８】
図１０に示される如く、連通口１０２は、仕切り板５０を貫通する透孔（窓、切抜き部）とされており、正面視で内筒２６の左右（水平方向）両側にそれぞれ設けられている。なお、連通口１０２は切欠部として構成されても良く、仕切り板５０の不設置部（分割された仕切り板間の隙間等）として構成されても良い。
【００６９】
排気熱回収システム１００の他の構成は、図示しない部分を含めて排気熱回収システム１０の対応する構成と同じである。以下、排気熱回収システム１００の作用について、排気熱回収システム１０の作用とは異なる部分を主に説明する。
【００７０】
上記構成の排気熱回収システム１００では、排気熱回収モードにおいて排気ガスの熱をエンジン冷却水に回収すると、上側熱交換部３０Ａ、下側熱交換部３０Ｂの双方で排気ガスが冷却されて凝縮水が生じる。下側熱交換部３０Ｂで生成された凝縮水は、排気熱回収システム１０の場合と同様に、下側熱交換部３０Ｂの排気ガス熱交換路３８Ｂ、排気ガス出口ヘッダ４０Ｂの低所に一時的に滞留する。また、上側熱交換部３０Ａで生成された凝縮水は、連通口１０２を経由して排気ガス出口ヘッダ４０Ｂに導入され、下側熱交換部３０Ｂで生成された凝縮水と共に下側熱交換部３０Ｂの排気ガス熱交換路３８Ｂ、排気ガス出口ヘッダ４０Ｂの低所に一時的に滞留する。
【００７１】
そして、ＥＣＵ７２は、経過時間や下側熱交換部３０Ｂの圧力損失等の情報に基づいて凝縮水が滞留していると判断した場合、流路切替バルブ２４のアクチュエータ７０を作動させ、凝縮水排出モードに切り替える。これにより、排気ガスの流れは下側熱交換部３０Ｂに集中する。すると、排気ガス熱交換路３８Ｂ又は排気ガス出口ヘッダ４０Ｂの最低所に一時的に滞留していた凝縮水は、下側熱交換部３０Ｂに生じる排気ガスの強い流れによって、下側熱交換部排気ガス出口孔５８を経由して排気ガス合流部４４に強制的に排出される。
【００７２】
以上説明したように、第４の実施形態に係る排気熱回収システム１００では、熱交換部３０を仕切り板５０によって分割された上側熱交換部３０Ａと下側熱交換部３０Ｂとを有するため、下側熱交換部３０Ｂに滞留させた凝縮水を凝縮水排出モードによって効果的に排出することができる。また、排気熱回収システム１００では、凝縮水排出孔６０を有しないため、上側熱交換部３０Ａの排気ガス流れ経路と下側熱交換部３０Ｂの流れ経路とが上下対称に形成されている。これにより、排気熱回収モードにおいて、排気ガス分岐部４２が対称に位置する上側熱交換部３０Ａと下側熱交換部３０Ｂとに、一層均等に排気ガスが分配され、熱交換性能が向上する。さらに、排気熱回収システム１００では、単一のバルブ６４によってノーマルモード、排気熱回収モード、凝縮水排出モードを切り替えることについては、排気熱回収システム１０について説明した通りである。
【００７３】
なお、上記各実施形態では、バイパス流路２２が排気熱回収用熱交換器１８の軸心部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、排気熱回収用熱交換器１８の側方外側に並列に配置されたバイパス流路２２を有する構成としても良く、バイパス流路２２を有しない構成としても良い。
【００７４】
また、上記各実施形態では、排気熱回収用熱交換器１８の排気ガス流路の断面が円形状や円環状に形成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、排気熱回収用熱交換器１８の排気ガス流路の断面形状を矩形状や矩形環状、又は楕円形状や楕円環状等に形成しても良い。
【００７５】
さらに、上記各実施形態では、排気ガス出口ヘッダ４０Ａ、４０Ｃと排気ガス合流部４４とを連通する上側熱交換部排気ガス出口孔５６を内筒２６の最上部に設けた例を示したが、本発明はこれに限定されず、上側熱交換部排気ガス出口孔５６は内筒２６の周方向のどの位置に配置しても良い。したがって、例えば、上側熱交換部排気ガス出口孔５６を廃止して凝縮水排出孔６０、８４が上側熱交換部排気ガス出口孔を兼ねるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気熱回収システムの要部を示す側断面図である。
【図２】（Ａ）は図１の２Ａ−２Ａ線に沿った断面図、（Ｂ）は図１の２Ｂ−２Ｂ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る排気熱回収システムのモード切替状態を示す図であって、（Ａ）は排気熱回収モードの側断面図、（Ｂ）は凝縮水排出モードの側断面図、（Ｃ）はノーマルモードの側断面図である。
【図４】本発明の第１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示すシステムフロー図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る排気熱回収システムの要部を示す側断面図である。
【図６】図５の６−６線に沿った断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る排気熱回収システムの要部を示す側断面図である。
【図８】（Ａ）は図７の８Ａ−８Ａ線に沿った断面図、（Ｂ）は図７の８Ｂ−８Ｂ線に沿った断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る排気熱回収システムの要部を示す側断面図である。
【図１０】図９の１０−１０線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０    排気熱回収システム（排気熱回収装置）
１８    排気熱回収用熱交換器（熱交換器）
２２    バイパス流路
２４    流路切替バルブ（流路切替装置、調整弁装置）
２６    内筒（内管）
２８    外筒（外管）
３０Ａ、３０Ｃ      上側熱交換部（第１流路）
３０Ｂ、３０Ｄ      下側熱交換部（第２流路）
５０    仕切り板（隔壁）
５２    上側熱交換部排気ガス入口孔（第１流路の排気ガス入口）
５４    下側熱交換部排気ガス入口孔（第２流路の排気ガス入口）
５８    下側熱交換部排気ガス出口孔（第２流路の排気ガス出口）
６０    凝縮水排出孔（連通口）
６４    バルブ（弁体）
８０・９０・１００  排気熱回収システム（排気熱回収装置）
８２    仕切り板（隔壁）
８４・９２    凝縮水排出孔（連通口）
１０２  連通口
【図１】
2007247555.tif 000003
【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】
2007247555.tif 000009
【図８】
2007247555.tif 000010
【図９】
2007247555.tif 000011
【図１０】
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