特許 6752389 排気熱回収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6752389

(24)【登録日】2020年8月20日

(45)【発行日】2020年9月9日

(54)【発明の名称】排気熱回収装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 5/02 20060101AFI20200831BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20200831BHJP

   F02M 26/26 20160101ALI20200831BHJP

   F02M 26/28 20160101ALI20200831BHJP

   F02M 26/30 20160101ALI20200831BHJP

【ＦＩ】

   F01N5/02 B

   F01N13/08 B

   F02M26/26

   F02M26/28

   F02M26/30

【請求項の数】12

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2020-94806(P2020-94806)

(22)【出願日】2020年5月29日

【審査請求日】2020年6月8日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】マレリ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】久永 徹

(72)【発明者】

【氏名】千葉 尚治

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 史朗

【審査官】 小笠原 恵理

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１４−５３０９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０１７１９４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１８−７１４１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ １／００− １／２４

Ｆ０１Ｎ ５／００− ５／０４

Ｆ０１Ｎ １３／００−９９／００

Ｆ０２Ｍ ２６／２６

Ｆ０２Ｍ ２６／２８

Ｆ０２Ｍ ２６／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンから排出された排気ガスの熱を冷媒との熱交換によって回収する排気熱回収装置であって、
排気ガスが流れる第１流路が内部に形成される第１流路部材と、
前記第１流路部材に隣接して設けられ、前記第１流路の一部を迂回する第２流路が内部に形成され、前記第２流路内を流れる排気ガスと冷媒との間で熱交換を行う熱交換部を有する第２流路部材と、
前記第１流路部材内に配置される回転軸部の回転により前記第１流路と前記第２流路との開閉を切り換えるバルブ機構と、
前記回転軸部を回転させる駆動軸を有する駆動部と、
を備え、
前記第２流路部材は、前記第１流路内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置され、
前記第２流路部材が前記第１流路部材に対して傾斜して配置されることで前記駆動部の前記駆動軸の軸方向視において前記第２流路部材の側方に形成される領域にて、前記駆動軸が前記第１流路部材に向けて延設されて前記回転軸部に接続される、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【請求項2】

請求項１に記載の排気熱回収装置であって、
前記駆動部は、前記第１流路部材との間に前記第２流路部材を挟んで配置される、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の排気熱回収装置であって、
前記駆動軸は、前記領域において、前記第１流路部材の外側に突出した前記回転軸部の一端に接続される、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一つに記載の排気熱回収装置であって、
前記第２流路部材は、前記第１流路内の排気ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かって前記第１流路から離れるように傾斜して配置される、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか一つに記載の排気熱回収装置であって、
前記第２流路部材は、前記第１流路内の排気ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かって、前記第１流路から上方向に離れるように傾斜して配置され、
前記駆動軸は、前記駆動部の前記駆動軸の軸方向視において、前記第２流路部材の下側縁部と、前記第１流路部材の下側縁部と、前記第１流路部材内の排気ガスの流れ方向の下流側端部と、で囲まれる領域に配置される、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一つに記載の排気熱回収装置であって、
前記回転軸部は、一端のみが支持される片持ち構造である、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一つに記載の排気熱回収装置であって、
前記駆動部は、前記第１流路部材に沿って、前記第１流路内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置される、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一つに記載の排気熱回収装置であって、
前記駆動軸の外側を包囲するブラケットをさらに備える、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一つに記載の排気熱回収装置であって、
前記第１流路部材は、排気ガスが流入する第１流入口と、前記第１流入口から流入した排気ガスが流出する第１流出口と、を有し、
前記第２流路部材は、前記第１流路部材と前記第１流入口側で接続される第２流入口と、前記第１流路部材と前記第１流出口側で接続される第２流出口と、を有し、
前記バルブ機構は、
前記第１流路を開閉するバタフライバルブと、
前記バタフライバルブが前記第１流路を開放すると前記第２流出口を閉塞し、前記バタフライバルブが前記第１流路を閉塞すると前記第２流出口を開放するシャッタ部と、をさらに有する、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【請求項10】

請求項１から８のいずれか一つに記載の排気熱回収装置であって、
前記第１流路部材は、排気ガスが流入する第１流入口と、前記第１流入口から流入した排気ガスが流出する第１流出口と、を有し、
前記第２流路部材は、前記第１流路部材と前記第１流入口側で接続される第２流入口と、前記第１流路部材と前記第１流出口側で接続される第２流出口と、を有し、
前記熱交換部は、前記第１流入口及び前記第１流出口の下端の浸水ラインよりも高い位置に設けられる、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の排気熱回収装置であって、
前記第２流入口及び前記第２流出口は、前記浸水ラインよりも高い位置に設けられる、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか一つに記載の排気熱回収装置であって、
前記駆動部の本体部は、前記熱交換部における熱交換器本体部に固定される、
ことを特徴とする排気熱回収装置。

【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するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、排気ガスが熱交換器を通過する第１流路と、排気ガスが熱交換器を迂回する第２流路と、を有し、排気ガスと媒体との熱交換によって排気ガスの熱を回収する排気熱回収装置が開示されている。この排気熱回収装置では、弁軸が回動することで第１弁体が第２流路を閉塞する。この状態で排気熱回収装置に排気ガスが導入されると、排気ガスは、第１流路に向かって流れ、熱交換器内を流れる媒体を加熱する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６１７０８４２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、特許文献１の排気熱回収装置では、熱交換器が弁軸の前方の位置にて第２流路と平行に配置される。そのため、排気熱回収装置を長手方向（排気ガスの流れ方向）にコンパクトな形状とすることは困難であった。

【0005】

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、コンパクトな排気熱回収装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様によれば、エンジンから排出された排気ガスの熱を冷媒との熱交換によって回収する排気熱回収装置は、排気ガスが流れる第１流路が内部に形成される第１流路部材と、前記第１流路部材に隣接して設けられ、前記第１流路の一部を迂回する第２流路が内部に形成され、前記第２流路内を流れる排気ガスと冷媒との間で熱交換を行う熱交換部を有する第２流路部材と、前記第１流路部材内に配置される回転軸部の回転により前記第１流路と前記第２流路との開閉を切り換えるバルブ機構と、前記回転軸部を回転させる駆動軸を有する駆動部と、を備え、前記第２流路部材は、前記第１流路内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置され、前記第２流路部材が前記第１流路部材に対して傾斜して配置されることで前記駆動部の前記駆動軸の軸方向視において前記第２流路部材の側方に形成される領域にて、前記駆動軸が前記第１流路部材に向けて延設されて前記回転軸部に接続される、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

この態様では、第２流路部材を、第１流路内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置する。また、第２流路部材が第１流路部材に対して傾斜して配置されることで駆動部の駆動軸の軸方向視において第２流路部材の側方に形成される領域にて、駆動軸が第１流路部材に向けて延設され回転軸部に接続される。これにより、回転軸部及び駆動軸を、第１流路内の排気ガスの流れ方向上流側に配置することができる。したがって、排気熱回収装置全体を、第１流路内の排気ガスの流れ方向においてコンパクトにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る排気熱回収装置の正面側の斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す排気熱回収装置の上面図である。

【図3】図３は、図１に示す排気熱回収放置の背面側の斜視図である。

【図4】図４は、図１に示す排気熱回収装置の底面側の斜視図である。

【図5】図５は、図４において、第１流路部材に設けられる軸部について説明するための図である。

【図6】図６は、図１に示す排気熱回収装置の分解斜視図である。

【図7】図７は、図２のＶＩＩ−ＶＩＩ断面の概要図である。

【図8】図８は、図１に示す排気熱回収装置を底面側から見た図であって、バルブ機構及び駆動部を説明するための図である。

【図9】図９は、図７において、排気ガスが第１流路を流れる場合の概要図である。

【図10】図１０は、図７において、排気ガスが第２流路を流れる場合の概要図である。

【図11】図１１は、図２のＸＩ−ＸＩ断面の概要図であって、排気ガスが第１流路を流れる場合の概要図である。

【図12】図１２は、図１１において、排気ガスが第２流路を流れる場合の概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る排気熱回収装置１００について説明する。

【0010】

まず、図１から図４を参照して、排気熱回収装置１００の全体構成について説明する。

【0011】

図１は、排気熱回収装置１００の正面側の斜視図である。図２は、図１に示す排気熱回収装置１００の上面図である。図３は、図１に示す排気熱回収装置１００の背面側の斜視図である。図４は、図１に示す排気熱回収装置１００の底面側の斜視図である。図１から図４では、第１流路部材１内の排気ガスの流れを矢印Ａで示す。

【0012】

図１から図４に示すように、排気熱回収装置１００は、第１流路部材１と、第２流路部材２と、熱交換部３と、駆動部としてのアクチュエータ５と、ブラケット６と、を備える。なお、詳細は後述するが、排気熱回収装置１００は、バルブ機構４も備える。

【0013】

図１から図４に示すように、第１流路部材１は、本体部１１と、第１流入口１２と、第１流出口１３と、を有する。

【0014】

図１に示すように、本体部１１は、略直方体に形成される。本体部１１は、一端に第１流入口１２が開口し、他端に第１流出口１３が開口する。

【0015】

第１流入口１２は、エンジンの排気流路の上流側と接続される（図示省略）。また、第１流出口１３は、エンジンの排気流路の下流側と接続される（図示省略）。また、詳細は後述するが、本体部１１は、内部を排気ガスが通過可能な中空構造となっている。これらによって、図１から図４に矢印Ａで示すように、エンジンの排気流路から流れる排気ガスは、第１流入口１２から本体部１１内へ流入し、第１流出口１３から排気流路の下流側（本体部１１の外部）へ流出することが可能となる。

【0016】

図１から図４に示すように、第２流路部材２は、第１流路部材１と接続される構造に形成される。第２流路部材２は、第１流路部材１に隣接して設けられる。第２流路部材２は、熱交換部３を有する。詳細は後述するが、第２流路部材２は、内部を排気ガスが通過可能な中空構造となっている。また、第２流路部材２の中空構造は、第１流路部材１の中空構造と連結されており、第１流路部材１内に流入した排気ガスが第２流路部材２内に流入可能となっている。

【0017】

図１及び図３に示すように、熱交換部３は、本体部２１の外周の一部を構成する。熱交換部３は、内部に冷媒としての冷却水が流通するが、冷媒としては冷却水以外の熱交換に適した液体または気体等の媒体でもよい。熱交換部３は、第２流路部材２内を排気ガスが通過する場合には、当該排気ガスと熱交換部３内の冷却水との間で熱交換を行う。熱交換部３の構成の詳細は、後述する。

【0018】

図３に示すように、アクチュエータ５は、本体部５２が傾斜して第２流路部材２及び熱交換部３の外周側の一部と重なる位置に設けられる。また、アクチュエータ５は、第１流路部材１にむけて延設される駆動軸５１を有する（図８参照）。

【0019】

図４に示すように、ブラケット６は、第２流路部材２及び熱交換部３の底面側の位置に設けられる。

【0020】

次に、図１から図４と併せて図５から図８を参照して、上記で説明した排気熱回収装置１００の構成の詳細と、排気熱回収装置１００が備えるバルブ機構４について説明する。

【0021】

図５は、図４において、第１流路部材１に設けられる軸受１５について説明するための図である。図５では、第１流路部材１内の排気ガスの流れを矢印Ａで示す。図６は、図１に示す排気熱回収装置１００の分解斜視図である。図７は、図２のＶＩＩ−ＶＩＩ断面の概要図である。図８は、図１に示す排気熱回収装置１００を底面側から見た図であって、バルブ機構４及びアクチュエータ５を説明するための図である。図８では、第１流路部材１内の排気ガスの流れを矢印Ａで示す。

【0022】

まず、第１流路部材１及び第２流路部材２の構成の詳細について説明する。

【0023】

図７に示すように、第１流路部材１は、中空構造であり、内部に第１流路１４が形成される。

【0024】

図７に示すように、第２流路部材２は、本体部２１と、第２流入口２２と、第２流出口２３と、を有する。本体部２１は、中空構造であり、内部に第２流路２４が形成される。
本体部２１は、一端側に第２流入口２２が開口し、他端側に第２流出口２３が開口する。なお、第２流入口２２及び第２流出口２３の開口位置は、排気熱回収装置１００の設計に応じて適宜変更されるものであり、図７に示す位置に限定されるものではない。

【0025】

図７に示すように、第２流入口２２は、第１流路部材１と第１流入口１２側で接続される。第２流出口２３は、第１流路部材１と第１流出口１３側で接続される。これにより、第１流路１４と第２流路２４とが連通する。すなわち、第１流入口１２から本体部１１の内部へ流入した排気ガスは、第２流入口２２から本体部２１内へ流入可能となる。また、第２流入口２２から本体部２１内に流入した排気ガスは、第２流出口２３から本体部１１へ流出可能となる。

【0026】

上記構成を言い換えれば、第２流路２４は、第１流路１４の一部（第２流入口２２及び第２流出口２３の区間）を迂回する構成とも言える。

【0027】

図７に示すように、第２流入口２２及び第２流出口２３は、浸水ラインＷよりも高い位置で、第１流路部材１と接続される。ここで、浸水ラインＷとは、排気熱回収装置１００が水に浸かった場合に、排気熱回収装置１００内部（第１流路１４内）に水が流入しない水面の高さの上限を示すラインである。ここでは、第１流入口１２及び第１流出口１３の高さは同じであるため、浸水ラインＷは、第１流入口１２及び第１流出口１３の下端に位置する。水面の高さが第１流入口１２及び第１流出口１３の下端を超えれば、水は第１流入口１２及び第１流出口１３から排気熱回収装置１００内部の第１流路１４へ流入するためである。

【0028】

第２流入口２２及び第２流出口２３を浸水ラインＷよりも高い位置にすることで、仮に第１流路部材１の内部（第１流路１４内）が浸水した場合であっても、第２流路２４への水の侵入を防ぐことができる。すなわち、第２流路２４内に水が侵入することによる第２流路２４内の排気ガス―熱交換部３内の冷却水間の熱回収効率の低下を防ぐことができる。

【0029】

図７に示すように、第２流路部材２は、第１流路部材１に対して傾斜して配置される。詳細には、第２流路部材２は、第１流入口１２から第１流出口１３に向かって流れる第１流路１４内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置される。さらに詳細には、第２流路部材２は、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向の上流側（第１流入口１２側）から下流側（第１流出口１３側）に向かって第１流路１４から上方向に離れるように傾斜して配置される。

【0030】

図５に示すように、第２流路部材２が第１流路部材１に沿って第１流路部材１と隙間なく一体に接合され、かつ、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置されることで、アクチュエータ５の駆動軸５１方向から見て（アクチュエータ５の駆動軸５１の軸方向視にて）第２流路部材２の側方にあたる領域に領域Ｓ（図５では、２点鎖線で示される領域）が形成される。当該領域Ｓには、後述するバルブ機構４の回転軸部４３を支持するための軸受１５が設けられる。

【0031】

上記の領域Ｓは、排気熱回収装置１００をアクチュエータ５の駆動軸５１の延伸方向から見た場合に、第２流路部材２の下側縁部２ａと、第１流路部材１の下側縁部１ａと、第１流路部材１内の排気ガスの流れ方向の下流側端部１ｂと、で囲まれる領域であるとも言える(図５参照)。

【0032】

下側縁部２ａは、第２流路部材２の底面２ｂの縁を含む部分である。すなわち、下側縁２ａ部は、第２流路部材２の底面２ｂであるとも言える（図５参照）。

【0033】

下側縁部１ａは、第１流路部材１の底面１ｃの縁を含む部分である。すなわち、下側縁部１ａは、第１流路部材１の底面１ｃであるとも言える（図５参照）。

【0034】

また、下流側端部１ｂは、第１流路部材１の排気ガス流れ方向の下流側の側面１ｄの縁を含む部分である。すなわち、下流側端部１ｂは、第１流路部材１の排気ガス流れ方向の下流側の側面１ｄであるとも言える（図５参照）。

【0035】

すなわち、各々の面を含む３つの平面（第２流路部材２の底面２ｂ、第１流路部材１の底面１ｃ、第１流路部材１の排気ガス流れ方向の下流側の側面１ｄ）で囲まれた領域が、領域Ｓとなる。また、領域Ｓは、第２流路部材２の底面２ｂと第１流路部材１の側面１ｅとに囲まれた領域とも言える（図５参照）。

【0036】

また、上記の領域Ｓは、言い換えれば、第１流路部材１の外周の第２流路部材２側のうち第２流路部材２と隣接しない領域であるとも言える。また、図５の方向から見ると、領域Ｓに配置される軸受１５は、紙面上下方向において第２流路部材２と並んで配置されているとも言える（図５参照）。なお、軸受１５の位置は、排気熱回収装置１００の大きさに応じて、領域Ｓ内で適宜変更可能である。

【0037】

続いて、第２流路部材２に組み込まれた熱交換部３の構成の詳細について説明する。

【0038】

図１から図３、図５、及び図７に示すように、熱交換部３は、冷媒流入部３１と、熱交換器本体部３２と、冷媒流出部３３と、を有する。図７に示すように、熱交換部３は、浸水ラインＷよりも高い位置に設けられている。

【0039】

すなわち、熱交換部３は、排気熱回収装置１００が浸水して第１流路１４内に水が浸入した場合であっても、水面が到達しない位置に設けられる。これにより、熱交換部３が浸水することを防ぐことができる。したがって、熱交換部３の浸水による第２流路２４内の排気ガス―熱交換部３内の冷却水間の熱回収効率の低下を防ぐことができる。

【0040】

冷媒流入部３１は、エンジンを冷却する前の冷却水が流れる流路（図示省略）と熱交換器本体部３２の内部とを繋ぐ中空管形状の部位である。冷媒流入部３１は、上記流路から供給される冷媒としての冷却水を熱交換器本体部３２の内部へ流入させる。

【0041】

図３に示すように、熱交換器本体部３２は、本体部２１の外周の一部を構成する。熱交換器本体部３２の内部には、冷媒流入部３１から流入した冷却水が流通している。

【0042】

冷媒流出部３３は、熱交換器本体部３２の内部とエンジンへ冷却水を供給する流路（図示省略）とを繋ぐ中空菅形状の部位である。冷媒流入部３１は、熱交換器本体部３２の内部を流れた冷却水を、上記流路へ流出させる。

【0043】

上記の構成の熱交換部３は、第２流路部材２の本体部２１のうち熱交換器本体部３２に取り囲まれた部位内（第２流路２４のうち熱交換器本体部３２に取り囲まれた部位）を排気ガスが流れる際には、当該排気ガスと熱交換器本体部３２の内部を流れる冷却水との間で熱交換を行い、排気ガスの熱を冷却水へ移動させて回収する。

【0044】

ここで、第２流路２４へ排気ガスを流入させる第２流入口２２、及び第２流路２４から排気ガスを流出させる第２流出口２３は、浸水ラインＷよりも高い位置に設けられる（図７参照）。これによれば、熱交換部３が浸水することを防ぐことができる。したがって、熱交換部３が浸水することによって第２流路２４内の排気ガスの流れが邪魔されることが防げる。これにより、排気ガスと熱交換部３内の冷却水との間の熱回収効率の低下を防ぐことができる。

【0045】

続いて、バルブ機構４について説明する。

【0046】

図６から図８に示すように、排気熱回収装置１００は、バルブ機構４を備える。バルブ機構４は、バタフライバルブ４１と、シャッタ部４２と、を有する。バタフライバルブ４１は、回転軸部４３と、弁体４４と、を有する。図６に示すように、バルブ機構４は、分割された第１流路部材構成部品１Ａ，１Ｂを組み合わせる際に、第１流路部材１内に組み込まれる。

【0047】

図８に示すように、バルブ機構４は、回転軸部４３の一端（先端部）４３ａが軸受１５によって支持される。これにより、バルブ機構４は、第１流路１４内で回転可能に支持される。

【0048】

図８に示すように、回転軸部４３の一端４３ａ側は、第１流路部材１の外側（図５の領域Ｓにあたる）に突出している。回転軸部４３の一端４３ａは、カップリング５０を介して、後述するアクチュエータ５の駆動軸５１と連結される。具体的には、回転軸部４３は軸受１５に挿入され、当該回転軸部４３の一端４３ａが軸受１５の先端から突出する。軸受１５とカップリング５０との間に回転軸４３の一端４３ａを取り囲むようにバネが組み込まれ、当該バネの弾性力を使ってカップリング５０を押し上げるようになっている。これにより、カップリング５０が有する挿入孔に駆動軸５１の先端部にある爪が挿入され、カップリング５０はバネの反発力を受けた状態で、駆動軸５１と連結される。すなわち、カップリング５０の機構を通じて回転軸部４３は、駆動軸５１と回転可能に連結される。また、回転軸部４３の一端４３ａと駆動軸５１とがカップリング５０を介して連結する位置は、例えば本実施形態では、領域Ｓ内である（図５参照）。また、回転軸４３の根元部に軸受１５との間の全周には、ガス等の漏れを防止するためのシール部材が設けられている。

【0049】

これによれば、回転軸部４３全体が第１流路部材１内に配置される場合と比べて、本実施形態の回転軸部４３では、領域Ｓにおいて駆動軸５１との接続が行われる構造のため、第１流路１４内を流れる排気ガスの熱の影響を受ける範囲が小さくなる。これにより、排気ガスの熱による回転軸部４３（または駆動軸５１）への影響を低減させることができる。したがって、排気熱回収装置１００の耐久性を向上させることができる。

【0050】

図６及び図８に示すように、回転軸部４３の他端４３ｂ側には、バタフライバルブ４１の弁体４４が設けられる。バタフライバルブ４１の弁体４４は、第１流路１４を閉塞可能な長さ及び幅に形成される板状の部位である。弁体４４は、回転軸部４３とともに回転移動し、移動位置に応じて第１流路１４を開閉させる。

【0051】

図６及び図７に示すように、弁体４４の一端４４ａ側には、シャッタ部４２が設けられる。

【0052】

シャッタ部４２は、第２流出口２３を閉塞可能な形状に形成される部位である。本実施形態では、シャッタ部４２は、第２流出口２３を閉塞可能な長さ及び幅に形成されるシャッタ本体部４２ａと、シャッタ本体部４２ａと弁体４４の一端４４ａ側とを連結してシャッタ本体部４２ａを支持する連結部４２ｂと、を有する。図６に示すように、本実施形態では、シャッタ本体部４２ａは、２個の連結部４２ｂにより支持される。なお、連結部４２ｂの数は、シャッタ本体部４２ａを支持可能であれば、図６に示す数に限られない。例えば、連結部４２ｂは、１個でもよく、３個以上であってもよい。

【0053】

シャッタ部４２は、弁体４４の回転とともに回転移動し、移動位置に応じて第２流出口２３を開閉させる。すなわち、バルブ機構４は、回転軸部４３のみを回転させることで、バタフライバルブ４１の弁体４４及びシャッタ部４２を同時に移動させ、第１流路１４及び第２流出口２３を開閉することができる。これによれば、バタフライバルブ４１（弁体４４）とシャッタ部４２とをそれぞれ別の機構で回転移動させる場合よりも、部品点数を少なくすることができる。また、非熱回収時（バルブ機構４が図９に示す位置の状態を指す。詳細については後述する。）に第２流路２４を開くことがなく第２流路２４への排気ガスの流入を防ぐことができるため、排気熱回収装置１００の非熱回収時の性能を向上させることができる。

【0054】

ところで、バルブ機構４の回転軸部４３を支持する軸受１５は、第１流路部材１に隣接して設けられ、かつ、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置されることで、アクチュエータ５の駆動軸５１方向から見て第２流路部材２の側方に形成される領域Ｓに設けられる（図５参照）。すなわち、回転軸部４３も、当該領域Ｓ内の位置に配置されることになる。当該領域Ｓは、第２流路部材２を第１流路１４内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置することで形成される。すなわち、当該領域Ｓに回転軸部４３を配置することで、第２流路部材２が傾斜して配置されない場合と比べて、回転軸部４３（バルブ機構４）を第１流路１４内の排気ガスの流れ方向の上流側に配置することができる。これにより、排気熱回収装置１００全体を、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向においてコンパクトにすることができる。

【0055】

また、図８に示すように、回転軸部４３は、一端４３ａ側のみが軸受１５に支持される。すなわち、回転軸部４３は片持ち構造である。ここで、軸受１５に支持される回転軸部４３の一端４３ａ側は、片持ち構造により支持されるように長めに設けられる（図６参照）。

【0056】

これによれば、回転軸部４３を一端４３ａ側で支持するとともに他端４３ｂ側にも軸受構造を設けて支持する場合（すなわち、片持ち構造ではなく、回転軸部４３を２点で支持する場合）と比べて、本実施形態の回転軸部４３では第１流路１４内を流れる排気ガスの熱の影響を受ける範囲が小さくなる。これにより、排気ガスの熱によるバルブ機構４（回転軸部４３）や軸受１５への影響を低減させることができる。したがって、排気熱回収装置１００の耐久性を向上させることができる。

【0057】

続いてアクチュエータ５の構成の詳細を説明する。図２から図４、図６、及び図８に示すように、アクチュエータ５は、駆動軸５１と、本体部５２と、コネクタ５３と、を有する。

【0058】

図８に示すように、駆動軸５１は、第１流路部材１の側面１ｅに向けて延設される。駆動軸５１は、カップリング５０を介して、回転軸部４３の一端４３ａと領域Ｓで連結（接続）される（図５及び図８参照）。詳細には、駆動軸５１は、領域Ｓにおいて、第１流路部材１の外側に突出した回転軸部４３の一端４３ａに接続される。

【0059】

本体部５２は、駆動軸５１を回転駆動する機構を有する。コネクタ５３は、電力供給部（図示省略）と電線によって連結される。本体部５２は、コネクタ５３を介して電力供給部から供給される電力と制御部（図示省略）の制御とに応じて駆動軸５１を回転駆動する。

【0060】

駆動軸５１が回転すると、駆動軸５１と連結する回転軸部４３が回転する。回転軸部４３の回転に応じて、バルブ機構４のバタフライバルブ４１及びシャッタ部４２は回転移動される。

【0061】

図３に示すように、本体部５２は、第１流路部材１との間に第２流路部材２を挟んで配置される。また、本体部５２は、第２流路部材２に組み込まれた熱交換器本体部３２の外装（ハウジング）にその一部が固定され、そのほかの固定はブラケット６に対して行われる。すなわち、本体部５２は、少なくとも第１流路１４から離れた位置に配置される。そのため、本体部５２は、上記位置に設けられることで、第１流路１４内を流れる排気ガスの熱の影響を受けづらくなる。これにより、アクチュエータ５の耐久性を向上させることができる。また、本実施形態では、アクチュエータ５を熱交換器本体部３２に対応する位置に設けることで、第２流路部材２を流れる排気ガスの熱の影響も防ぐことができる。なお、熱交換器本体部３２だけにアクチュエータ５を固定するようにしてもよい。

【0062】

なお、本体部５２を領域Ｓ内に収まる大きさとする場合には、本体部５２を領域Ｓ内に配置してもよい。この場合には、排気熱回収装置１００を、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向（長手方向）と直交する方向（短手方向）にコンパクトにすることができる。ここで、領域Ｓ内に本体部５２を配置する場合には、少なくとも第１流路部材１と本体部５２との間に断熱材または空間を設けることが望ましい。また、この場合でも、本体部５２は、第２流路部材２における熱交換部３に対応する位置に固定されることが望ましい。本体部５２が、第１流路部材１内及び第２流路部材２内を流れる排気ガスの熱の影響を受けないようにするためである。

【0063】

また、アクチュエータ５（本体部５２）は、傾斜して配置される（図３及び図４参照）。詳細には、アクチュエータ５（本体部５２）は、第１流路部材１に沿って、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向（図３及び図４の矢印Ａ）に対して傾斜して配置される。

【0064】

上記配置によって、本体部５２の一部は、第２流路部材２の第２流出口２３側及び熱交換部３の外周面と隣接する（図３及び図４参照）。

【0065】

ここで、第２流路部材２の第２流出口２３側部分内を流れる排気ガスは、既に熱交換部３によって熱回収がされた後であるため温度が低い。そのため、第２流路部材２の第２流出口２３側部分の外周面の温度も低くなる。また、熱交換部３の外周面の温度も、熱回収によって低くなる。

【0066】

そのため、本体部５２は、上記位置に設けられることで、第２流路２４内を流れる排気ガスの熱による影響が抑えられる。これにより、アクチュエータ５の耐久性を向上させることができる。したがって、排気熱回収装置１００の耐久性を向上させることができる。

【0067】

また、図３及び図４に示すように、コネクタ５３も傾斜して設けられる。これにより、コネクタ５３は、内部に水が入ってきたとしても、当該水を外部へ排出することができる。すなわち、コネクタ５３に水が溜まらないようにできる。

【0068】

ところで、バルブ機構４の回転軸部４３を支持する軸受１５は、第１流路部材１に隣接して設けられ、かつ、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置されることで、アクチュエータ５の駆動軸５１方向から見て第２流路部材２の側方に形成される領域Ｓに設けられる（図５参照）。すなわち、回転軸部４３に接続される駆動軸５１も当該領域Ｓに配置される（図５及び図８参照）。当該領域Ｓは、第２流路部材２を第１流路１４内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置することで生ずるものである。すなわち、当該領域Ｓに駆動軸５１を配置する（領域Ｓにおいて駆動軸５１が回転軸部４３に接続される）ことで、第２流路部材２が傾斜して配置されない場合と比べて、駆動軸５１及びアクチュエータ５全体を第１流路１４内の排気ガスの流れ方向の上流側に配置することができる。これにより、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向（長手方向）においてコンパクトにすることができる。

【0069】

これまで述べたように、排気熱回収装置１００は、第２流路部材２が第１流路部材１に対して傾斜して配置されることで形成される領域Ｓにて駆動軸５１が第１流路部材１に向けて延設されて回転軸部４３に接続される構成であるとともに、アクチュエータ５が第１流路部材１との間に第２流路部材２を挟んで配置される構成をとる。上記２つの構成をとることで、排気熱回収装置１００は、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向（長手方向）においてコンパクトになるとともに、排気ガスの熱によるアクチュエータ５への影響を抑制してアクチュエータ５の耐久性（ひいては排気熱回収装置１００の耐久性）を向上させることができる。

【0070】

続いて、ブラケット６について説明する。

【0071】

図４及び図６に示すように、排気熱回収装置１００は、駆動軸５１，軸受１５，及び回転軸部４３の外側を包囲するブラケット６をさらに備える。ブラケット６を備えることで、駆動軸５１，軸受１５，及び回転軸部４３を、飛び石などといった飛散してくる物体から保護することができる。本実施形態では、ブラケット６は、第１流路部材１に設けられる（図４及び図６参照）。ブラケット６は、第２流路部材２に設けてもよい。

【0072】

次に、図９から図１２を参照して、上記構成の排気熱回収装置１００による熱回収について、説明する。

【0073】

図９は、図７において、排気ガスが第１流路１４を流れる場合の概要図である。図１０は、図７において、排気ガスが第２流路２４を流れる場合の概要図である。図１１は、図２のＸＩ−ＸＩ断面の概要図であって、排気ガスが第１流路１４を流れる場合の概要図である。図１２は、図１１において、排気ガスが第２流路２４を流れる場合の概要図である。

【0074】

まず、図９及び図１１を参照して、排気ガスからの熱回収が不要である場合としての非熱回収時（例えば、エンジンの暖機が不要である場合）について説明する。当該場合には、制御部は、駆動軸５１を回転駆動して回転軸部４３を回転させることで、バルブ機構４の弁体４４及びシャッタ部４２を図９に示す位置に切り換える。よって、バルブ機構４は、バタフライバルブ４１の弁体４４が第１流路１４を開放し、シャッタ部４２が第２流出口２３を閉塞するように切り換わる。

【0075】

図９に示すように、第１流路１４が開放されるとともに第２流出口２３が閉塞されることで、排気流路から流れる排気ガスは、矢印Ａで示すように第１流入口１２から本体部１１の内部を通過して第１流出口１３から排気流路の下流側（本体部１１の外部）へ流出する。また、第２流出口２３が閉塞されることで、図１１に示すように排気ガスは本体部２１内（第２流路２４内）を流れない。そのため、排気ガスと熱交換部３を流通する冷却水との間での熱交換は行われない。すなわち、排気ガスは、熱回収されることなく外部へと排出される。

【0076】

次に、図１０及び図１２を参照して、排気ガスからの熱回収が必要である場合（例えば、エンジンを暖機する必要がある場合）について説明する。当該場合には、制御部は、駆動軸５１を回転駆動して回転軸部４３を回転させることで、バルブ機構４の弁体４４及びシャッタ部４２を図１０に示す位置に切り換える。よって、バルブ機構４は、バタフライバルブ４１の弁体４４が第１流路１４を閉塞し、シャッタ部４２が第２流出口２３を開放するように切り換わる。

【0077】

図１０に示すように、第１流路１４が閉塞されるとともに第２流出口２３が開放されることで、排気流路から流れる排気ガスは、矢印Ｂで示すように第１流入口１２から第２流入口２２を通過して、第２流路部材２の本体部２１内（第２流路２４）に流入する。図１２に示すように、第２流入口２２から本体部２１内に流入した排気ガスは、矢印Ｃの方向に流れる。ここで、排気ガスが本体部２１のうち熱交換器本体部３２内を流れるときに、当該排気ガスと熱交換部３を流通する冷却水（図１２の破線矢印Ｘの方向に流れる冷却水）との間で熱交換が行われる。すなわち、冷却水が暖められる。暖められた冷却水は、冷媒流出部３３から流出してエンジンへ供給され、エンジンを暖機することができる。

【0078】

熱回収後の排気ガスは、図１０及び図１２に矢印Ｃ及び矢印Ｄで示すように、第２流出口２３を通過して第１流出口１３から排気流路の下流側（本体部１１の外部）へ流出する。

【0079】

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

【0080】

エンジンから排出された排気ガスの熱を冷媒との熱交換によって回収する排気熱回収装置１００は、排気ガスが流れる第１流路１４が内部に形成される第１流路部材１と、第１流路部材１に隣接して設けられ、第１流路１４の一部を迂回する第２流路２４が内部に形成され、第２流路２４内を流れる排気ガスと冷媒との間で熱交換を行う熱交換部３を有する第２流路部材２と、第１流路部材１内に配置される回転軸部４３の回転により第１流路１４と前記第２流路２４との開閉を切り換えるバルブ機構４と、回転軸部４３を回転させる駆動軸５１を有するアクチュエータ５と、を備え、第２流路部材２は、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置され、第２流路部材２が第１流路部材１に対して傾斜して配置されることでアクチュエータ５の駆動軸５１の軸方向視において第２流路部材２の側方に形成される領域Ｓにて、駆動軸５１が第１流路部材１に向けて延設されて回転軸部４３に接続される。

【0081】

また、第２流路部材２は、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かって第１流路１４から離れるように傾斜して配置される。

【0082】

また、駆動軸５１は、アクチュエータ５の駆動軸５１の軸方向視において、第２流路部材２の下側縁部２ａと、第１流路部材１の下側縁部１ａと、第１流路部材１内の排気ガスの流れ方向の下流側端部１ｂと、で囲まれる領域に配置される。

【0083】

これらの構成によれば、回転軸部４３（バルブ機構４）及び駆動軸５１（アクチュエータ５）を第１流路１４内の排気ガスの流れ方向の上流側に配置することができる。これにより、排気熱回収装置１００全体を、第１流路１４内の排気ガスの流れ方向（長手方向）においてコンパクトにすることができる。

【0084】

また、駆動軸５１は、領域Ｓにおいて、第１流路部材１の外側に突出した回転軸部４３の一端４３ａに接続される。

【0085】

また、回転軸部４３は一端４３ａのみが支持される片持ち構造である。

【0086】

これらの構成によれば、排気ガスの熱によるバルブ機構４（回転軸部４３）への影響を低減させることができる。したがって、排気熱回収装置１００の耐久性を向上させることができる。

【0087】

また、アクチュエータ５は、第１流路部材１との間に第２流路部材２を挟んで配置される。

【0088】

また、アクチュエータ５は、第１流路１４に沿って、前記第１流路１４内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置される。

【0089】

これらの構成によれば、排気ガスの熱によるアクチュエータ５への影響を抑制することができる。すなわち、アクチュエータ５の耐久性を向上させることができる。したがって、排気熱回収装置１００の耐久性を向上させることができる。

【0090】

また、排気熱回収装置１００は、駆動軸５１の外側を包囲するブラケット６をさらに備える。

【0091】

この構成によれば、駆動軸５１を、飛び石などといった飛散してくる物体から保護することができる。

【0092】

また、第１流路部材１は、排気ガスが流入する第１流入口１２と、第１流入口１２から流入した排気ガスが流出する第１流出口１３と、を有し、第２流路部材２は、第１流路部材１と第１流入口１２側で接続される第２流入口２２と、第１流路部材１と第１流出口１３側で接続される第２流出口２３と、を有する。また、バルブ機構４は、第１流路１４を開閉するバタフライバルブ４１と、バタフライバルブ４１が第１流路１４を開放すると第２流出口２３を閉塞し、バタフライバルブ４１が第１流路１４を閉塞すると第２流出口２３を開放するシャッタ部４２と、をさらに有する。

【0093】

この構成によれば、バタフライバルブ４１とシャッタ部４２とが一体に移動することで、第１流路１４及び第２流出口２３を開閉することができる。すなわち、バタフライバルブ４１（弁体４４）とシャッタ部４２とをそれぞれ別の機構で回転移動させる場合よりも、部品点数を少なくすることができる。また、非熱回収時に第２流路２４を開くことがなく第２流路２４への排気ガスの流入を防ぐことができるため、排気熱回収装置１００の非熱回収時の性能を向上させることができる。

【0094】

また、熱交換部３は、第１流入口１２及び第１流出口１３の下端に位置する浸水ラインＷよりも高い位置に設けられる。

【0095】

また、第２流入口２２及び第２流出口２３は、浸水ラインＷよりも高い位置に設けられる。

【0096】

これらの構成によれば、熱交換部３が浸水することを防ぐことができる。したがって、熱交換部３が浸水することによって第２流路２４内の排気ガスの流れが邪魔されることが防げる。これにより、排気ガスと熱交換部３内の冷却水との間の熱回収効率の低下を防ぐことができる。

【0097】

また、アクチュエータ（駆動部）５の本体部５２は、熱交換部３における熱交換器本体部３２の外装部（ハウジング）に固定される。

【0098】

この構成によれば、第１流路部材１を流れる排気ガスの熱や、第２流路部材２を流れる排気ガスの熱の影響を、アクチュエータ５の本体部５２が受けにくい構成となるため、アクチュエータ５の耐久性を確保することができる他、アクチュエータ５における特別な熱対策が不要となりコストを下げることができる。

【0099】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0100】

１００ 排気熱回収装置
１ 第１流路部材
１ａ 下側縁部
１ｂ 下流側端部
２ 第２流路部材
２ａ 下側縁部
３ 熱交換部
４ バルブ機構
５ アクチュエータ（駆動部）
６ ブラケット
１２ 第１流入口
１３ 第１流出口
１４ 第１流路
２２ 第２流入口
２３ 第２流出口
２４ 第２流路
４１ バタフライバルブ
４２ シャッタ部
４３ 回転軸部
５１ 駆動軸
Ａ 第１流路１内の排気ガスの流れ方向
Ｓ 領域
Ｗ 浸水ライン

【要約】

【課題】コンパクトな排気熱回収装置を提供する。
【解決手段】第２流路部材２が第１流路１４内の排気ガスの流れ方向に対して傾斜して配置され、第２流路部材２が第１流路部材１に対して傾斜して配置されることでアクチュエータ５の駆動軸５１の軸方向視において第２流路部材２の側方に形成される領域Ｓにて、駆動軸５１が第１流路部材１に向けて延設されて回転軸部４３に接続される排気熱回収装置１００が提供される。
【選択図】図７

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】