(57)【要約】【課題】簡単な流路構成及び単一の弁部材によって、同一筐体内に三つの流路を形成すると共に確実に各流路を選択可能とし、効率的な排気熱回収及び熱電発電を実現する。【解決手段】排気管１を囲繞するように配置される筐体２と、その排気ガス導入口側に配置され、導入排気ガスと熱交換して排気熱を回収する熱回収器３と、これに隣接し排気ガス排出口側に配置され、導入排気ガスと熱交換して発電する熱電発電装置４と、排気管の排気ガス導入口側に配置され、少なくとも排気管と筐体の排気ガス導入口との連通を切り換える弁部材５とを備える。導入排気ガスが熱回収器にて熱交換されて熱電発電装置に導入される第１の流路、及び熱回収器にて熱交換されない状態で熱電発電装置に導入される第２の流路が形成され、弁部材によって、第１の流路、第２の流路及び排気管内の第３の流路のうちの何れか一つの流路に切り換える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを導入し排出する排気管と、該排気管を囲繞するように配置され、当該排気管に対する排気ガス導入口及び排気ガス排出口を有する筐体と、該筐体内の前記排気ガス導入口側に配置され、導入排気ガスと熱交換して排気熱を回収する熱回収器と、該熱回収器に隣接し前記筐体内の前記排気ガス排出口側に配置され、導入排気ガスと熱交換して発電する熱電発電装置と、前記排気管の排気ガス導入口側に配置され、少なくとも前記排気管と前記筐体の前記排気ガス導入口との連通を切り換える弁部材とを備え、前記筐体内に、前記導入排気ガスが前記熱回収器で熱交換されて前記熱電発電装置に導入される第１の流路、及び前記導入排気ガスが前記熱回収器にて熱交換されない状態で前記熱電発電装置に導入される第２の流路が形成され、前記弁部材によって、前記第１の流路、前記第２の流路及び前記排気管内の第３の流路のうちの何れか一つの流路に切り換えるように構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】
前記熱回収器は、前記排気管を囲繞するように配置され、前記内燃機関の冷却媒体が循環する冷却媒体流路と、該冷却媒体流路に隣接して前記導入排気ガスを導入する排気ガス流路とを備え、該排気ガス流路の排出側が前記熱電発電装置の排気ガス導入側に連通接続され、前記第１の流路を構成することを特徴とする請求項１記載の排気熱回収装置。
【請求項３】
前記熱電発電装置は、前記排気管を囲繞するように配置され、前記内燃機関の冷却媒体が循環する冷却媒体流路と、該冷却媒体流路を囲繞するように配置された複数の熱電素子と、該複数の熱電素子を囲繞するように配置された熱交換部材とを備え、該熱交換部材に前記第１の流路及び前記第２の流路を構成する排気ガス流路が形成されていることを特徴とする請求項２記載の排気熱回収装置。
【請求項４】
前記熱電発電装置は、前記排気管を囲繞するように並設され、前記内燃機関の冷却媒体が循環する複数の冷却媒体パイプと、該複数の冷却媒体パイプの各々を囲繞するように配置された複数の熱電素子と、該複数の熱電素子の各々を囲繞するように配置された複数の熱交換部材とを備え、該複数の熱交換部材相互の間隙によって、前記第１の流路及び前記第２の流路を構成する排気ガス流路が形成されていることを特徴とする請求項２記載の排気熱回収装置。
【請求項５】
前記熱電発電装置の前記熱交換部材に供給される前記導入排気ガスの導入流路面積が、前記導入排気ガスの導入側から排出側に向かって漸増するように設定されていることを特徴とする請求項３又は４記載の排気熱回収装置。
【請求項６】
前記冷却媒体流路内の冷却媒体が、前記筐体の前記排気ガス排出口側から導入され、前記排気ガス導入口側から排出されるように循環することを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の排気熱回収装置。
【請求項７】
前記弁部材は、前記第３の流路を開閉する板状のメインフラップと、該メインフラップに接合され前記第１の流路を開閉する板状の第１のサブフラップと、前記メインフラップに接合され前記第２の流路を開閉する板状の第２のサブフラップを具備し、前記第１乃至第３の流路の何れか一つの流路が開放されるときには他の二つの流路は閉成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項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、排気熱回収装置に関し、特に、自動車の内燃機関に好適な排気熱回収装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関によって駆動される自動車の総合的な熱効率の向上のために、内燃機関の排気熱を熱回収器で回収し冷却媒体を加熱して暖機促進や暖房性能向上に供する排気熱回収装置が、排気管に介装されている。また、排気熱を直接電気エネルギーに変換し、補機駆動やバッテリー充電に供する熱電発電装置を排気管に介装することも提案されている。そこで、排気熱の更なる有効活用の観点から、熱回収器と熱電発電装置を両方とも排気管に介装する統合型の排気熱回収装置も考え得るが、互いに必要とされる運転領域が異なること、あるいは、両方とも必要としない運転領域（バイパス域）も存在することから、各装置への排気ガスおよび冷却媒体の供給を適切に制御する必要があり、その実現は困難となっている。
【０００３】
理想的には、（α）熱電発電装置を介装する流路、（β）熱回収器を介装する流路、（γ）（α）及び（β）の両者を迂回するバイパス流路、の三流路を独立して備え、三流路の何れか一つに切り換え得るような排気熱回収装置があれば好適であるが、そのような複数の独立流路及び切換弁を具備する大型システムは制御が困難となる上に、重量やスペースにおいて車両搭載上も著しく制限を受けるため、実現性が乏しい。
【０００４】
そのような問題の一解決策として、単一の筐体内に熱回収器と熱電発電装置（熱電素子）と板状弁部材（開閉弁）とを備え、板状弁部材によって筐体内の排気ガスの流れを変えることで、熱回収器と熱電発電装置に対する排気ガス流の方向を変えて、疑似的に上記（α）、（β）及び（γ）のような各流路を現出させる排気熱回収装置が知られている。例えば、下記の特許文献１には、「エンジン排ガスと熱交換して該排ガスの廃熱を利用可能な熱回収器と、熱電効果を利用して前記エンジン排ガスのエネルギを再利用する熱電素子とを具備するエンジン排ガス再利用装置において、このエンジン排ガス再利用装置が、エンジン排ガス管路に設置されており、該エンジン排ガス管路が、前記熱回収器を備える熱回収器通路と、前記熱電素子を備える熱電素子通路とを具備しており、前記エンジン排ガス再利用装置が、前記熱回収器通路と前記熱電素子通路を流れる排ガスの流れを調整制御するように、前記排ガス管路内に設けられる開閉弁と、該開閉弁を制御する制御装置と、を更に具備しており、前記開閉弁は、エンジン回転数又は出力が低い場合には前記熱回収器通路を開けて前記熱電素子通路を閉じて、前記熱回収器に排ガスの少なくとも多くの部分を導入し、エンジン回転数又は出力が高い場合には前記熱回収器通路を閉じて前記熱電素子通路を開けて、前記熱電素子に排ガスの少なくとも多くの部分を導入するように制御される」エンジン排ガス再利用装置が提案されている（特許文献１の段落〔０００８〕に記載）。
【０００５】
また、下記の特許文献２には、「熱電式発電機用の熱交換器を有する装置」が開示され、「軸方向に沿って第１端部側に配置される流体のための入口を有し、かつ第２（反対の）端部側に出口を有する少なくとも１つのハウジングを有する。さらに、熱交換器は、少なくとも１つの外部シェルチューブおよび、それに関して同心的に配置される内部シェルチューブを有し、そして、入口に（直接）隣接する環状の第１のダクトおよび出口の（直接）上流に配置される環状の第２のダクトを有する。第１のダクトおよび第２のダクトは、内部シェルチューブと外部シェルチューブとの間の（環状の）中間空間において軸方向に延びる流体のための多数の流路によって接続される。いずれの場合も、多数の流路内には、少なくとも１つの熱交換チューブが配置される」旨説明されている（特許文献２の段落〔０００８〕に記載）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７６７５０９号公報
【特許文献２】特表２０１４−５１７８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、特許文献１に開示された装置においては、上記の（α）、（β）及び（γ）のような独立した流路を確保することはできない。実際の車両運転状態においては、内燃機関の高負荷運転時には、内燃機関の出力性能を確保すると共に過剰な排気熱回収及び熱電発電を回避するため、排気ガスを熱交換器及び熱電素子に接触させることなくバイパス流路を介して排出することが望ましい。然し乍ら、特許文献１に開示された装置によっては、内燃機関の高負荷時においても高温大流量の排気ガスが熱回収器及び熱電素子に接触することになるため、熱回収器における冷却水の沸騰と熱電素子への熱害が懸念される。また、内燃機関の暖機後の低負荷乃至中負荷運転領域において、無用の排気熱回収を行うことなく熱電発電のみを行う場合に、熱回収器を迂回して熱電素子のみに排気ガスを供給することはできない。更に、特許文献２には熱電式発電機用の熱交換器が開示されているが、これと共に、特許文献１に記載の熱回収器を具備した流路の開示も示唆もなく、上述の問題の解決には至らない。
【０００８】
そこで、本発明は、簡単な流路構成及び単一の弁部材によって、同一筐体内に三つの流路を形成すると共に確実に各流路を選択可能とし、効率的な排気熱回収及び熱電発電を実現し得る排気熱回収装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を達成するため、本発明は、内燃機関の排気ガスを導入し排出する排気管と、該排気管を囲繞するように配置され、当該排気管に対する排気ガス導入口及び排気ガス排出口を有する筐体と、該筐体内の前記排気ガス導入口側に配置され、導入排気ガスと熱交換して排気熱を回収する熱回収器と、該熱回収器に隣接し前記筐体内の前記排気ガス排出口側に配置され、導入排気ガスと熱交換して発電する熱電発電装置と、前記排気管の排気ガス導入口側に配置され、少なくとも前記排気管と前記筐体の前記排気ガス導入口との連通を切り換える弁部材とを備え、前記筐体内に、前記導入排気ガスが前記熱回収器で熱交換されて前記熱電発電装置に導入される第１の流路、及び前記導入排気ガスが前記熱回収器にて熱交換されない状態で前記熱電発電装置に導入される第２の流路が形成され、前記弁部材によって、前記第１の流路、前記第２の流路及び前記排気管内の第３の流路のうちの何れか一つの流路に切り換えるように構成したものである。
【００１０】
上記の排気熱回収装置において、前記熱回収器は、前記排気管を囲繞するように配置され、前記内燃機関の冷却媒体が循環する冷却媒体流路と、該冷却媒体流路に隣接して前記導入排気ガスを導入する排気ガス流路とを備え、該排気ガス流路の排出側が前記熱電発電装置の排気ガス導入側に連通接続され、前記第１の流路を構成するものとするとよい。
【００１１】
また、上記の排気熱回収装置において、前記熱電発電装置は、前記排気管を囲繞するように配置され、前記内燃機関の冷却媒体が循環する冷却媒体流路と、該冷却媒体流路を囲繞するように配置された複数の熱電素子と、該複数の熱電素子を囲繞するように配置された熱交換部材とを備え、該熱交換部材に前記第１の流路及び前記第２の流路を構成する排気ガス流路が形成されているものとするとよい。あるいは、前記熱電発電装置は、前記排気管を囲繞するように並設され、前記内燃機関の冷却媒体が循環する複数の冷却媒体パイプと、該複数の冷却媒体パイプの各々を囲繞するように配置された複数の熱電素子と、該複数の熱電素子の各々を囲繞するように配置された複数の熱交換部材とを備え、該複数の熱交換部材相互の間隙によって、前記第１の流路及び前記第２の流路を構成する排気ガス流路が形成されているものとしてもよい。
【００１２】
更に、上記の排気熱回収装置において、前記熱電発電装置の前記熱交換部材に供給される前記導入排気ガスの導入流路面積が、前記導入排気ガスの導入側から排出側に向かって漸増するように設定されている構成とするとよい。また、前記冷却媒体流路内の冷却媒体が、前記筐体の前記排気ガス排出口側から導入され、前記排気ガス導入口側から排出されるように循環するように構成するとよい。
【００１３】
そして、上記の排気熱回収装置において、前記弁部材は、前記第３の流路を開閉する板状のメインフラップと、該メインフラップに接合され前記第１の流路を開閉する板状の第１のサブフラップと、前記メインフラップに接合され前記第２の流路を開閉する板状の第２のサブフラップを具備し、前記第１乃至第３の流路の何れか一つの流路が開放されるときには他の二つの流路は閉成されている構成とするとよい。尚、メインフラップ並びに第１及び第２のサブフラップは一体的に形成することとしてもよい。また、第１及び第２のサブフラップを夫々、断面円弧状の流路閉塞部を有するものとすれば、上記流路の開放及び閉成機能に加え、メインフラップ、第１及び第２のサブフラップの何れか一つが開位置とされるときには他の二つは閉位置とされる機能を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明の排気熱回収装置においては、内燃機関の排気ガスを導入し排出する排気管と、この排気管を囲繞するように配置され、その排気管に対する排気ガス導入口及び排気ガス排出口を有する筐体と、この筐体内の排気ガス導入口側に配置され、導入排気ガスと熱交換して排気熱を回収する熱回収器と、この熱回収器に隣接し筐体内の排気ガス排出口側に配置され、導入排気ガスと熱交換して発電する熱電発電装置と、排気管の排気ガス導入口側に配置され、少なくとも排気管と筐体の排気ガス導入口との連通を切り換える弁部材とを備え、上記の筐体内に、導入排気ガスが熱回収器で熱交換されて熱電発電装置に導入される第１の流路、及び導入排気ガスが熱回収器にて熱交換されない状態で熱電発電装置に導入される第２の流路が形成され、弁部材によって、第１の流路、第２の流路及び排気管内の第３の流路のうちの何れか一つの流路に切り換えるように構成されているので、簡単な流路構成及び単一の弁部材によって、同一筐体内に三つの流路を形成すると共に確実に各流路を選択可能とし、効率的な排気熱回収及び熱電発電を行うことができる。即ち、弁部材による上記の三つの流路の切り換えに応じて、発電のみを行う態様、排気熱回収と同時に発電を行う態様、及び、何れも行わずバイパスする態様を適宜選択することができる。
【００１５】
上記の排気熱回収装置において、熱回収器は、排気管を囲繞するように配置され、内燃機関の冷却媒体が循環する冷却媒体流路と、冷却媒体流路に隣接して導入排気ガスを導入する排気ガス流路とを備えたものとし、排気ガス流路の排出側が熱電発電装置の排気ガス導入側に連通接続され、第１の流路を構成することとすれば、弁部材による上記の三つの流路の切り換えに応じて、発電のみを行う態様、排気熱回収及び発電を行う態様、これらをバイパスする態様を選択することができる。例えば、暖機後の低負荷乃至中負荷運転領域において、無用の排気熱回収を行うことなく熱電発電装置による発電のみを行うことができ、効率的な発電を行うことができる。また、冬期の暖房時には排気熱回収と同時に発電を行うことができる。そして、内燃機関の高負荷時には、過剰な排気熱回収及び発電を回避し所定の出力性能を維持することができる。
【００１６】
また、上記の排気熱回収装置において、熱電発電装置は、排気管を囲繞するように配置され、内燃機関の冷却媒体が循環する冷却媒体流路と、冷却媒体流路を囲繞するように配置された複数の熱電素子と、複数の熱電素子を囲繞するように配置された熱交換部材とを備えたものとし、熱交換部材に第１の流路及び第２の流路を構成する排気ガス流路が形成されるように構成すれば、上記の三つの流路を容易に構成することができる。あるいは、熱電発電装置は、排気管を囲繞するように並設され、内燃機関の冷却媒体が循環する複数の冷却媒体パイプと、複数の冷却媒体パイプの各々を囲繞するように配置された複数の熱電素子と、複数の熱電素子の各々を囲繞するように配置された複数の熱交換部材とを備えたものとし、複数の熱交換部材相互の間隙によって、第１の流路及び第２の流路を構成する排気ガス流路が形成されるように構成すれば、上記の三つの流路を容易に構成することができると共に、熱電素子を所謂カートリッジ型とすることができるので、熱電素子を冷却媒体パイプに強固に圧着させて良好な熱伝達を確保することができる。
【００１７】
更に、上記の排気熱回収装置において、熱電発電装置の熱交換部材に供給される導入排気ガスの導入流路面積が、導入排気ガスの導入側から排出側に向かって漸増するように設定すれば、排気管の軸方向に沿って温度が低下する導入排気ガスの温度分布に拘らず、各熱電素子に供給される排気ガスの温度を均一とすることができる。また、冷却媒体流路内の冷却媒体が、筐体の排気ガス排出口側から導入され、排気ガス導入口側から排出されるように循環する構成とすれば、先ず、導入排気ガスと熱交換される前の冷却媒体が熱電発電装置に供給され、これを通過して熱交換によって加熱された冷却媒体が熱回収器に供給され、ここで導入排気ガスと熱交換されて更に加熱された冷却媒体が内燃機関に還流されるので、冷却媒体との熱交換を円滑且つ適切に行うことができる。
【００１８】
そして、上記の排気熱回収装置において、弁部材は、第３の流路を開閉する板状のメインフラップと、メインフラップに接合され第１の流路を開閉する板状の第１のサブフラップと、メインフラップに接合され第２の流路を開閉する板状のサブフラップを具備したものとし、第１乃至第３の流路の何れか一つの流路が開放されるときには他の二つの流路は閉成されているように構成すれば、上記の三つの流路の切り換えを容易且つ確実に行うことができ、各流路を適切に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気熱回収装置における発電モード時の状態を示す横断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排気熱回収装置における発電モード時の熱回収器及び熱電発電装置の状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る排気熱回収装置における排気熱回収モード時の状態を示す横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る排気熱回収装置における排気熱回収モード時の熱回収器及び熱電発電装置の状態を示す縦断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る排気熱回収装置におけるバイパスモード時の状態を示す横断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る排気熱回収装置におけるバイパスモード時の熱回収器及び熱電発電装置の状態を示す縦断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に供される弁部材の斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に供される弁部材の発電モード時の状態を示す側面図である。
【図９】本発明の一実施形態に供される弁部材の排気熱回収モード時の状態を示す側面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に供される弁部材のバイパスモード時の状態を示す側面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置を示す斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置の部分断面を示す斜視図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置における冷却媒体の経路を示す横断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置における冷却媒体の出口側を示す側面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置における冷却媒体の入口側を示す側面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置における発電モード時の状態を示す部分横断面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置における発電モード時の熱回収器及び熱電発電装置の状態を示す部分縦断面図である。
【図１８】本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置における排気熱回収モード時の状態を示す部分横断面図である。
【図１９】本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置における排気熱回収モード時の熱回収器及び熱電発電装置の状態を示す部分縦断面図である。
【図２０】本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置におけるバイパスモード時の状態を示す部分横断面図である。
【図２１】本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置におけるバイパスモード時の熱回収器及び熱電発電装置の状態を示す部分縦断面図である。
【図２２】本発明の更に他の実施形態に供される弁部材の斜視図である。
【図２３】本発明の更に他の実施形態に供される弁部材の発電モード時の状態を示す側面図である。
【図２４】本発明の更に他の実施形態に供される弁部材の排気熱回収モード時の状態を示す側面図である。
【図２５】本発明の更に他の実施形態に供される弁部材のバイパスモード時の状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１乃至図６は本発明の一実施形態に係る排気熱回収装置を示すもので、内燃機関（図示せず）の排気ガスを導入し排出する排気管１に対し、これを囲繞するように筐体２が配置されている。筐体２には、排気管１に対する排気ガス導入口２ａ及び排気ガス排出口２ｂが形成されている。この筐体２内の排気ガス導入口２ａ側に熱回収器３が配置され、これに隣接し筐体２内の排気ガス排出口２ｂ側に熱電発電装置４が配置されている。更に、排気管１の排気ガス導入口１ａ側に弁部材５が配置され、この弁部材５によって少なくとも排気管１と筐体２の排気ガス導入口２ａとの連通を切り換えるように構成されている。
【００２１】
図１及び図２の（Ａ）に示す熱回収器３は、導入排気ガスと熱交換して排気熱を回収するように構成され、図１及び図２の（Ｂ）に示す熱電発電装置４は、導入排気ガスと熱交換して発電するように構成されている。そして、筐体２内には、導入排気ガスが熱回収器３にて熱交換されて熱電発電装置４に導入される第１の流路Ｐ１、及び導入排気ガスが熱回収器３にて熱交換されない状態で熱電発電装置４に導入される第２の流路Ｐ２が形成されており、弁部材５によって、第１の流路Ｐ１、第２の流路Ｐ２及び排気管１内の第３の流路Ｐ３のうちの何れか一つの流路に切り換えるように構成されている。
【００２２】
本実施形態の熱回収器３には、排気管１を囲繞するように配置され、内燃機関の冷却媒体（図１に点描で示す）が循環する冷却媒体流路３ｃと、この冷却媒体流路３ｃに隣接して排気ガスを導入する排気ガス流路３ｇが形成されており、排気ガス流路３ｇの排出側３ｇｂが熱電発電装置４の排気ガス導入側（後述する排気ガス流路４ｇの導入側４ｇａ）に連通接続され、上記の第１の流路Ｐ１が構成されている。即ち、熱回収器３の出口経路（排気ガス流路３ｇ）と熱電発電装置４の入口経路（排気ガス流路４ｇ）が共通化されている。
【００２３】
本実施形態の熱電発電装置４は、排気管１を囲繞するように配置され、内燃機関の冷却媒体が循環する冷却媒体流路４ｃと、この冷却媒体流路４ｃを囲繞するように配置された複数の熱電素子（代表して４ｅで表す）と、これらの熱電素子４ｅを囲繞するように配置され、熱交換部材として機能する複数の熱交換フィン（代表して４ｆで表す）が形成されており、これらの熱交換フィン４ｆ相互の間隙に排気ガス流路４ｇが形成され、上記の第１の流路Ｐ１及び第２の流路Ｐ２が構成されている。
【００２４】
また、熱電発電装置４には、図１に示すように、排気ガスを導入するため、排気管１の軸方向に複数の連通孔４ｈが並設されている。これらの連通孔４ｈは、導入排気ガスの上流側である排気ガス流路４ｇの導入側４ｇａから、下流側である排気ガス流路４ｇの排出側４ｇｂに向かって開口径が漸増するように設定されている。即ち、排気管１の軸方向に沿って温度が低下する導入排気ガスの温度分布に拘らず、各熱電素子４ｅに供給される排気ガスの温度が均一となるように、熱交換フィン４ｆに供給される排気ガスの導入流路面積が、排気ガス流路４ｇの導入側（上流側）から排出側（下流側）に向かって漸増するように設定されている。
【００２５】
一般的な熱電素子としては、ゼーベック効果を利用した素子が知られているが、上記の熱電素子４ｅは、それに限らず温度によって発電する素子であればどのような素子でもよい。また、排気ガスは熱交換フィン４ｆ内を通過するに従って温度が低下するので、導入排気ガスの導入側（上流側）から排出側（下流側）に向かって、温度変化に対する発電温度が異なる熱電素子を配置すれば、更に効率的な発電が可能となる。
【００２６】
一方、内燃機関の冷却媒体は、冷却媒体流路４ｃの導入口４ｃｉから導入され、熱電発電装置４及び熱回収器３内を循環し、冷却媒体流路３ｃの排出口３ｃｏから内燃機関（図示せず）に還流され、これらと熱交換を行いながら、排気ガス流路３ｇ及び４ｇ内を排気ガスが通過し、冷却媒体は加熱されて内燃機関に還流されるように構成されている。即ち、導入排気ガスの排出側（下流側）から導入側（上流側）に向かって冷却媒体が循環するように配管されている。特に、熱電発電装置４では温度差が大きいほど発電効果が大となるので、先ず、導入排気ガスと熱交換される前の冷却媒体が、図１の右下に白抜矢印で示すように熱電発電装置４に供給され、これを通過して熱交換によって加熱された冷却媒体が熱回収器３に供給され、ここで導入排気ガスと熱交換されて更に加熱された冷却媒体が、図１の左上に白抜矢印で示すように内燃機関に還流される。
【００２７】
図１に示すように、第１の流路Ｐ１及び第２の流路Ｐ２は夫々、第３の流路Ｐ３を構成する排気管１の中心軸に直交する中心軸を有し、排気管１の内径より小の内径を有し排気管１に開口する開口部が相互に対向するように配置されている。そして、弁部材５は、排気管１に軸５ｄを中心に揺動可能に軸支され、第３の流路Ｐ３を開閉する板状のメインフラップ５ａと、メインフラップ５ａを介して両側で、メインフラップ５ａに平行に、且つメインフラップ５ａと一体的に揺動するように配設され、第１の流路Ｐ１を開閉する板状の第１のサブフラップ５ｂ、及び第２の流路Ｐ２を開閉する板状の第２のサブフラップ５ｃを備えている。従って、第１及び第２のサブフラップ５ｂ及び５ｃの板面の面積（即ち、夫々第１及び第２の流路Ｐ１及びＰ２の開口を閉塞し得る面積）は、何れもメインフラップ５ａの板面の面積（即ち、第３の流路Ｐ３の開口を閉塞し得る面積）に対して相対的に小さい面積に形成されている。
【００２８】
図７に具体的な構造を示すように、弁部材５は所謂バタフライバルブで構成されており、メインフラップ５ａに対し、第１及び第２のサブフラップ５ｂ及び５ｃが所定距離隔てて平行に夫々支持部材５ｅを介して接合されているが、これらを一体的に形成することとしてもよい。而して、図８乃至図１０に示すように、弁部材５によって第１乃至第３の流路Ｐ１乃至Ｐ３の何れか一つの流路が開放されるときには他の二つの流路は閉成される。更に、図１に示す態様においては、第１及び第２の流路Ｐ１及びＰ２に、夫々の開口面積を調整するための遮蔽部材２ｄ及び２ｃが設けられているので、上記流路の開放及び閉成機能に加え、メインフラップ５ａ、第１のサブフラップ５ｂ及び第２のサブフラップ５ｃの何れか一つが開位置とされるときには他の二つは閉位置とされる機能を有する。尚、弁部材５を駆動するアクチュエータ（図示せず）は、例えばステップモータ（図示せず）を有し、これが電子制御ユニット（図示せず）によって回転駆動あるいは保持固定される。
【００２９】
上記のように構成された排気熱回収装置において、図１及び図２（並びに図８）は発電モードの状態を示し、メインフラップ５ａ及び第１のサブフラップ５ｂが閉位置とされると共に、第２のサブフラップ５ｃが開位置とされている。これにより、第１の流路Ｐ１及び第３の流路Ｐ３が閉状態とされ、第２の流路Ｐ２のみが開状態とされている。従って、熱電発電装置４では、図１及び図２の（Ｂ）に矢印で示すように、排気ガスは導入側４ｇａから導入され、第２の流路Ｐ２（及び熱交換フィン４ｆ）を介して排出側４ｇｂ（図１）から排出され、この間の第２の流路Ｐ２内の高温の導入排気ガスと冷却媒体流路４ｃ内の低温の冷却媒体との温度差に応じて、熱電素子４ｅにて発電が行われる。これに対し、熱回収器３では、図１及び図２の（Ａ）に示すように、第１の流路Ｐ１には排気ガスが導入されないので、排気ガスとの積極的な熱交換は行われない。而して、例えば暖機後の低負荷乃至中負荷運転領域においては、熱回収器３による無用の排気熱回収を行うことなく、熱電発電装置４による発電のみを行うことができるので、効率的な発電を行うことができる。
【００３０】
一方、図３及び図４（並びに図９）は排気熱回収モードの状態を示し、メインフラップ５ａ及び第２のサブフラップ５ｃが閉位置とされると共に、第１のサブフラップ５ｂが開位置とされている。これにより、第２の流路Ｐ２及び第３の流路Ｐ３が閉状態とされ、第１の流路Ｐ１のみが開状態とされている。従って、図３及び図４の（Ａ）に矢印で示すように、排気ガスは導入側３ｇａから導入され、第１の流路Ｐ１を介して排出側３ｇｂから排出され、熱回収器３にて排気ガスとの熱交換が行われ、更に、熱交換後の排気ガスが導入側４ｇａから熱電発電装置４に供給され、第２の流路Ｐ２を介して排出側４ｇｂから排出され、この間に熱電素子４ｅによる発電が行われる。而して、冬期の暖房時には、熱回収器３による排気熱回収と同時に、熱電発電装置４による発電も行うことができる。
【００３１】
そして、図５及び図６（並びに図１０）はバイパスモードの状態を示し、第１のサブフラップ５ｂ及び第２のサブフラップ５ｃが閉位置とされると共に、メインフラップ５ａが開位置とされている。これにより、第１の流路Ｐ１及び第２の流路Ｐ２が閉状態とされ、第３の流路Ｐ３のみが開状態とされている。従って、図５に矢印で示すように、排気ガスは第３の流路Ｐ３内をそのまま通過し、図６に示すように、熱回収器３及び熱電発電装置４には排気ガスが供給されず、排気熱回収及び発電の何れも行われないので、背圧増加を惹起することなく排気ガスを円滑に排出することができる。而して、例えば高負荷時に、内燃機関の出力低下を惹起することなく適切な作動を確保することができる。
【００３２】
次に、図１１乃至図２１は、本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置を示すもので、図１１及び図１２に全体構成の外観及び部分断面を示し、図１３乃至図１５に冷却媒体経路を示し、図１６乃至図２１に排気ガス経路を示している。本実施形態の排気熱回収装置は、図１１及び図１２に示すように構成されており、熱電発電装置４ｘの構成が前述の実施形態とは異なる。而して、図１乃至図６に示す排気熱回収装置に比し装置全体を小型に形成することができるが、基本的には、本実施形態も前述の実施形態と同様に構成されている。即ち、図１６に示すように、内燃機関（図示せず）の排気ガスを導入し排出する排気管１ｘに対し、これを囲繞するように筐体２ｘが配置されている。筐体２ｘには、排気管１ｘに対する排気ガス導入口２ｘａと排気ガス排出口２ｘｂが形成されている。そして、筐体２ｘ内の排気ガス導入口２ｘａ側に熱回収器３ｘが配置され、これに隣接し排気ガス排出口２ｘｂ側に熱電発電装置４ｘが配置されている。更に、排気管１ｘの排気ガス導入口１ｘａ側に弁部材５が配置され、この弁部材５によって少なくとも排気管１ｘと筐体２ｘの排気ガス導入口２ｘａとの連通を切り換えるように構成されている。
【００３３】
尚、上記の弁部材５は図７乃至図１０に記載のものと実質的に同一であるので同じ符合を付しており、図１乃至図６に記載の弁部材５は図７乃至図１０に記載のものを模式的に表したものであるので同じ符合を付している。また、第１乃至第３の流路Ｐ１乃至Ｐ３も図１乃至図６に記載のものと実質的に同一であるので図１乃至図６と同じ符合を付している。その他の構成について、図１乃至図６に記載の構成部材に対応する部材の符合にはｘを付加しているが、図１１及び図１３に示す集合室３ｘｄ及び分配室４ｘｄは本実施形態特有の構成であり、これらについては後述する。更に、図１１及び図１２では、熱回収器３ｘと熱電発電装置４ｘとの間で筐体２ｘが分割されているような印象を与えるが、敢えて分割する必要はなく、図１１乃至図２１に示す実施形態においても夫々一つの筐体２ｘで表している。
【００３４】
本実施形態においても、前述の実施形態と同様、内燃機関の冷却媒体は、図１３乃至図１５に示すように、冷却媒体が加熱されて内燃機関（図示せず）に還流されるように構成されている。即ち、図１３及び図１５に二点鎖線で示すように、冷却媒体が導入排気ガスの排出側（下流側）から導入側（上流側）に向かって循環するように配管されている。特に、熱電発電装置４ｘでは温度差が大きいほど発電効果が大となるので、先ず、導入排気ガスと熱交換される前の冷却媒体が、図１１乃至図１５の上方に示す導入口４ｘｃｉから熱電発電装置４ｘに供給され、これを通過して熱交換によって加熱された冷却媒体が熱回収器３ｘに供給され、ここで導入排気ガスと熱交換されて更に加熱された冷却媒体が、図１１及び図１４の下方に示す排出口３ｘｃｏから排出されて内燃機関に還流される。但し、本実施形態においては、導入口４ｘｃｉから導入した冷却媒体を複数の冷却媒体パイプ（後述する４ｘｃ）に分配する分配室４ｘｄと、冷却媒体を集めて一対の排出口３ｘｃｏから排出する集合室３ｘｄが設けられている。
【００３５】
本実施形態の熱回収器３ｘには、図１６及び図１７の（Ａ）に示すように、排気管１ｘを囲繞するように配置され、集合室３ｘｄの排出口３ｘｃｏから内燃機関（図示せず）に還流される冷却媒体が循環する冷却媒体流路３ｘｃと、この冷却媒体流路３ｘｃに隣接して排気ガスを導入する排気ガス流路３ｘｇが形成されており、排気ガス流路３ｘｇの排出側３ｘｇｂが熱電発電装置４ｘの排気ガス導入側（後述する排気ガス流路４ｘｇの導入側４ｘｇａ）に連通接続され、上記の第１の流路Ｐ１が構成されている。即ち、熱回収器３ｘの出口経路（排気ガス流路３ｘｇ）と熱電発電装置４ｘの入口経路（排気ガス流路４ｘｇ）が共通化されている。
【００３６】
一方、本実施形態の熱電発電装置４ｘにおいては、図１６及び図１７の（Ｂ）に示すように、複数の冷却媒体パイプ（代表して４ｘｃで表す）が排気管１を囲繞するように並設され、これらが分配室４ｘｄに連通接続されており、内燃機関から導入口４ｘｃｉを介して分配室４ｘｄ内に導入された冷却媒体が、各冷却媒体パイプ４ｘｃに分配されるように構成されている。これらの冷却媒体パイプ４ｘｃの各々を囲繞するように複数の熱電素子（代表して４ｘｅで表す）が配置され、更に、これらの熱電素子４ｘｅの各々を囲繞するように熱交換部材として機能する複数の熱交換フィン（代表して４ｘｆで表す）が配置されている。そして、複数の熱交換フィン４ｘｆ相互の間隙によって、前述と同様の第１の流路Ｐ１及び第２の流路Ｐ２を構成する排気ガス流路が形成されている。
【００３７】
前述の実施形態においては平板状の熱電素子４ｅが冷却媒体流路４ｃと熱交換フィン４ｆの間に介装されているのに対し、本実施形態では、図１７の（Ｂ）に示すように環状断面の熱電素子４ｘｅに冷却媒体パイプ４ｘｃが貫挿され、更に、複数の熱交換フィン４ｘｆが熱電素子４ｘｅの回りに装着されて所謂カートリッジ型とされているので、熱電素子４ｘｅは冷却媒体パイプ４ｘｃに強固に圧着され、良好な熱伝達が行われる。更に、前述の実施形態と同様、排気ガス流路４ｘｇの導入側４ｘｇａから排出側４ｘｇｂに向かって開口径が漸増するように、複数の連通孔４ｘｈが並設されている。
【００３８】
図１６及び図１７は発電モードの状態を示し、弁部材５により、第１の流路Ｐ１及び第３の流路Ｐ３が閉状態とされ、第２の流路Ｐ２のみが開状態とされている。従って、熱電発電装置４ｘでは、図１６及び図１７の（Ｂ）に矢印で示すように、排気ガスは導入側４ｘｇａから導入され、第２の流路Ｐ２を介して排出側４ｘｇｂから排出され、この間の第２の流路Ｐ２内の高温の導入排気ガスと冷却媒体流路４ｘｃ内の低温の冷却媒体との温度差に応じて、熱電素子４ｘｅにて発電が行われる。これに対し、熱回収器３ｘでは、図１７の（Ａ）に示すように、第１の流路Ｐ１には排気ガスが導入されないので、排気ガスとの積極的な熱交換は行われない。而して、例えば暖機後の低負荷乃至中負荷運転領域においては、熱回収器３ｘによる無用の排気熱回収を行うことなく、熱電発電装置４ｘによる効率的な発電を行うことができる。
【００３９】
一方、図１８及び図１９は排気熱回収モードの状態を示し、弁部材５により、第２の流路Ｐ２及び第３の流路Ｐ３が閉状態とされ、第１の流路Ｐ１のみが開状態とされている。従って、図１８及び図１９の（Ａ）に矢印で示すように、排気ガスは導入側３ｘｇａから導入され、第１の流路Ｐ１を介して排出側３ｘｇｂから排出され、熱回収器３ｘにて排気ガスとの熱交換が行われ、更に、熱交換後の排気ガスが導入側４ｘｇａから熱電発電装置４ｘに供給され、第２の流路Ｐ２を介して排出側４ｘｇｂから排出され、この間に熱電素子４ｘｅによる発電が行われる。而して、冬期の暖房時には、熱回収器３ｘによる排気熱回収と同時に、熱電発電装置４ｘによる発電も行うことができる。
【００４０】
そして、図２０及び図２１はバイパスモードの状態を示し、弁部材５により、第１の流路Ｐ１及び第２の流路Ｐ２が閉状態とされ、第３の流路Ｐ３のみが開状態とされている。従って、図２０に矢印で示すように、排気ガスは第３の流路Ｐ３内をそのまま通過し、図２１に示すように、熱回収器３ｘ及び熱電発電装置４ｘには排気ガスが供給されず、排気熱回収及び発電の何れも行われないので、背圧増加を惹起することなく排気ガスを円滑に排出することができる。而して、例えば高負荷時に、内燃機関の出力低下を惹起することなく適切な作動を確保することができる。
【００４１】
図２２乃至図２５は、更に他の実施形態に供される弁部材５ｘを示すもので、メインフラップ５ｘａに対し、第１及び第２のサブフラップ５ｘｂ及び５ｘｃが所定距離隔てて平行に夫々支持部材５ｘｅを介して接合されている。第１及び第２のサブフラップ５ｘｂ及び５ｘｃは、夫々の流路閉塞部が断面円弧状に形成されており、個々に閉位置を取り得るように構成されている。而して、図２３乃至図２５に示すように、弁部材５ｘによって第１乃至第３の流路Ｐ１乃至Ｐ３の何れか一つの流路が開放されるときには他の二つの流路は閉成される。更に、第１及び第２のサブフラップ５ｘｂ及び５ｘｃには断面円弧状の流路閉塞部が形成されているので、上記流路の開放及び閉成機能に加え、メインフラップ５ｘａ、第１のサブフラップ５ｘｂ及び第２のサブフラップ５ｘｃの何れか一つが開位置とされるときには他の二つは閉位置とされる機能を有する。
【００４２】
尚、第１及び第２の流路Ｐ１及びＰ２の開口部には、第１及び第２のサブフラップ５ｘｂ及び５ｘｃの断面円弧状の流路閉塞部に対応する曲面部分が形成されており、これらを摺動し得るように構成されているが、上記の弁部材５ｘによれば、前述の図７に記載の第１乃至第３の流路Ｐ１乃至Ｐ３の開口部に対しても、メインフラップ５ｘａ、第１のサブフラップ５ｘｂ及び第２のサブフラップ５ｘｃが個々に閉位置をとるように構成することができる。
【００４３】
以上のように、何れの実施形態においても、簡単な流路構成及び単一の弁部材５によって、同一の筐体（２、２ｘ）内に三つの流路（第１乃至第３の流路Ｐ１乃至Ｐ３）を形成すると共に確実に各流路を選択可能とし、効率的な排気熱回収及び熱電発電を行うことができる。また、何れの実施形態においても、車両への搭載状態、及び他機能装置との組み合わせ共に任意である。即ち、車両への搭載状態に関しては、一般的な床下搭載はもとより、エンジンコンパートメント内で熱機関近傍に搭載してもよいし、それ以外のスペースへの搭載を適宜設定してもよい。また、蓄熱機能装置や排気ガス浄化機能装置等の関連する装置と一体的に組み合わせ、あるいは本実施形態内に組み込むこととしてもよい。更には、所望の熱回収量及び熱発電量を確保すべく、冷却媒体の流量を適宜制御することとしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１、１ｘ  排気管
２、２ｘ  筐体
３、３ｘ  熱回収器
４，４ｘ  熱電発電装置
５，５ｘ  弁部材
Ｐ１  第１の流路
Ｐ２  第２の流路
Ｐ３  第３の流路
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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