特開 2024-165814 排気熱回収器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024165814

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】排気熱回収器

(51)【国際特許分類】

   F01N 5/02 20060101AFI20241121BHJP

   F01N 13/16 20100101ALI20241121BHJP

   F28D 7/10 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

F01N5/02 B

F01N13/16

F28D7/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023082327

(22)【出願日】2023-05-18

(71)【出願人】

【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】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 隆治

(72)【発明者】

【氏名】久永 徹

(72)【発明者】

【氏名】千葉 尚治

【テーマコード（参考）】

3G004

3L103

【Ｆターム（参考）】

3G004AA01

3G004DA14

3G004DA24

3G004EA01

3G004FA04

3G004GA06

3L103AA36

3L103AA37

3L103BB39

3L103CC02

3L103CC27

3L103DD10

3L103DD38

(57)【要約】

【課題】排気熱回収器における排ガスからの熱の回収性能を向上させる。
【解決手段】排気熱回収器１０は、第一排気管２２と、第一排気管２２の外周との間に環状通路４６を形成する第二排気管２４と、第二排気管２４を囲むように配置される第三排気管２６と、第二排気管２４と第三排気管２６との間に配置され、第三排気管２６の外周に設けられる媒体流路１３２との間で熱交換を行う熱回収材８０と、第二排気管２４を開閉するバルブ１６１と、第二排気管２４と第三排気管２６との間に設けられた軸受部材１６３と、を備え、排ガス２０は、バルブ１６１が閉じた状態では、環状通路４６を通過して熱回収材８０に導かれ、バルブ１６１が開いた状態では、熱回収材８０を迂回して第三排気管２６に導かれ、軸受部材１６３は、第二排気管２４と第三排気管２６とを接続固定すると共に、バルブ１６１のスピンドル１６２と第二排気管２４との間をシールする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気熱回収器であって、
第一排気管と、
前記第一排気管の下流側端部が挿入され、前記第一排気管の外周との間に排ガスが流通可能な間隙を形成する第二排気管と、
前記第一排気管の下流側端部及び前記第二排気管を囲むように配置される第三排気管と、
前記第二排気管と前記第三排気管との間に配置されて内部を前記排ガスが通過し、前記第三排気管の外周に設けられる媒体流路との間で熱交換を行う環状の熱回収材と、
前記第二排気管において前記第一排気管が挿入された部分よりも下流側で、前記第二排気管を開閉するバルブと、
前記第二排気管と前記第三排気管との間に設けられた前記バルブの軸受部材と、
を備え、
前記バルブが閉じた状態では、前記排ガスは、前記間隙を通過して前記熱回収材に導かれ、前記バルブが開いた状態では、前記排ガスは、前記熱回収材を迂回して前記第三排気管に導かれ、
前記軸受部材は、前記第二排気管と前記第三排気管とを接続固定すると共に、前記バルブの回転軸と前記第二排気管との間をシールする、
排気熱回収器。

【請求項2】

請求項１に記載の排気熱回収器であって、
前記第二排気管と前記熱回収材との間に設けられて両者を互いに径方向に押圧する押圧部材を更に備え、
前記押圧部材は、前記第二排気管の長手方向にて前記第二排気管と前記熱回収材との相対的な熱変形を許容する、
排気熱回収器。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の排気熱回収器であって、
前記軸受部材は、前記回転軸の外周面が摺動する摺動部を有する筒状であり、
前記軸受部材の端面と前記第二排気管とを溶接によって固定及びシールする第一溶接部と、
前記軸受部材の外周面と前記第三排気管とを溶接によって固定及びシールする第二溶接部と、
前記軸受部材内で前記回転軸と前記摺動部の端部とをシールするシール部材と、
を更に備える、
排気熱回収器。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の排気熱回収器であって、
前記第二排気管は、前記軸受部材と溶接された第一溶接部を更に備え、
前記第一溶接部は平坦に形成され、
前記バルブは、前記第二排気管の流路断面に対応する形状である、
排気熱回収器。

【請求項5】

請求項１に記載の排気熱回収器であって、
前記軸受部材は、ステンレス材である、
排気熱回収器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気熱回収器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、柱状ハニカム構造体の外周壁の表面に嵌合される第１外筒部材と、柱状ハニカム構造体の内周壁の表面に嵌合される内筒部材と、内筒部材の径方向内側に第１流体の流路を構成するように間隔をもって配置される部分を有する上流側筒状部材と、第１外筒部材の上流側端部と上流側筒状部材の上流側との間を接続する筒状接続部材と、内筒部材の径方向外側に第１流体の流路を構成するように間隔をもって配置される部分を有する下流側筒状部材と、内筒部材の下流側端部に配置される開閉弁を有するバルブ機構と、を備え、排ガスの排熱を回収する熱交換器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２１／１７１６７０号

【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に記載の熱交換器では、開閉弁のシャフトは、内筒部材を貫通して下流側筒状部材の外側で支持される。そのため、開閉弁のシャフトと内筒部材との間には、シャフトの回転を許容するためのクリアランスが必要である。その結果、開閉弁が閉じられた状態であっても、クリアランスから排ガスが流出し、流出した排ガスの熱を回収できないおそれがある。

【0005】

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、排気熱回収器における排ガスからの熱の回収性能を向上させることを目的とする。

【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、排気熱回収器は、第一排気管と、前記第一排気管の下流側端部が挿入され、前記第一排気管の外周との間に排ガスが流通可能な間隙を形成する第二排気管と、前記第一排気管の下流側端部及び前記第二排気管を囲むように配置される第三排気管と、前記第二排気管と前記第三排気管との間に配置されて内部を前記排ガスが通過し、前記第三排気管の外周に設けられる媒体流路との間で熱交換を行う環状の熱回収材と、前記第二排気管において前記第一排気管が挿入された部分よりも下流側で、前記第二排気管を開閉するバルブと、前記第二排気管と前記第三排気管との間に設けられた前記バルブの軸受部材と、を備え、前記バルブが閉じた状態では、前記排ガスは、前記間隙を通過して前記熱回収材に導かれ、前記バルブが開いた状態では、前記排ガスは、前記熱回収材を迂回して前記第三排気管に導かれ、前記軸受部材は、前記第二排気管と前記第三排気管とを接続固定すると共に、前記バルブの回転軸と前記第二排気管との間をシールする。

【発明の効果】

【0007】

上記態様では、第二排気管と第三排気管との間に設けられる軸受部材は、第二排気管と第三排気管とを接続固定すると共に、バルブの回転軸と第二排気管との間をシールする。そのため、バルブが閉じられた状態で、バルブの回転軸と第二排気管との間から排ガスが流出することを防止できる。したがって、排気熱回収器における排ガスからの熱の回収性能を向上させることができる。

【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器の斜視図である。

【図2】図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ断面図である。

【図3A】図３Ａは、図２におけるバルブ近傍の左側面図であり、バルブが開いた状態を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、図２におけるバルブ近傍の右側面図であり、バルブが開いた状態を示す図である。

【図4A】図４Ａは、図２におけるバルブ近傍の左側面図であり、バルブが閉じた状態を示す図である。

【図4B】図４Ｂは、図２におけるバルブ近傍の右側面図であり、バルブが閉じた状態を示す図である。

【図5】図５は、バルブが開状態である場合の排ガスの流れについて説明する排気熱回収器の断面図である。

【図6】図６は、バルブが閉状態である場合の排ガスの流れについて説明する排気熱回収器の断面図である。

【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器１０について説明する。

【0010】

まず、図１及び図２を参照して、排気熱回収器１０の全体構成について説明する。図１は、排気熱回収器１０の斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ断面図である。

【0011】

排気熱回収器１０は、例えば自動車（図示省略）におけるエンジン（図示省略）の排気経路に設けられ、エンジンから排出される排ガス２０の熱を回収する。排気熱回収器１０は、回収した熱を利用して、例えば暖機前のエンジンの冷却水を温める。

【0012】

図１に示すように、排気熱回収器１０は、ガス流通部１２と、熱回収部１４と、切替機構部１６と、を備える。

【0013】

図２に示すように、ガス流通部１２は、第一排気管２２と、第二排気管２４と、第三排気管２６と、を備える。ガス流通部１２には、排ガス２０が流通する。

【0014】

各排気管２２，２４，２６は、例えば、略円筒状に形成された金属製のパイプによって構成される。各排気管２２，２４，２６を構成する金属は、例えばステンレスが挙げられる。また、各排気管２２，２４，２６は、それぞれの中心軸２８が一致するように同軸に配置される。

【0015】

第一排気管２２は、排ガス２０が上流側から下流側へ流通するものである。第一排気管２２は、上端部が図示しない排気管に接続される。第一排気管２２には、エンジンからの排ガス２０が送られる。第一排気管２２は、上流の図示しない排気管に接続される第一大径部３０と、第一大径部３０から延出し、排ガス２０の流通方向の下流側へ向かうに従って縮径する第一テーパ部３２と、第一テーパ部３２から流通方向の下流側に延出する第一小径部３４と、を有する。

【0016】

第二排気管２４には、第一排気管２２を通過した排ガス２０が供給される。第二排気管２４は、第一排気管２２の下流側端部が挿入され、第一排気管２２の外周との間に排ガス２０が流通可能な間隙としての環状通路４６を形成する。第二排気管２４は、第一排気管２２の下流側端部である第一小径部３４を囲むように配置される上流側端部である第二大径部４０を有する。また、第二排気管２４は、第二大径部４０から延出し、流通方向の下流側へ向かうに従って縮径する第二テーパ部４２と、第二テーパ部４２から流通方向の下流側に延出する第二小径部４４と、を有する。

【0017】

第二排気管２４における第二大径部４０の内径寸法は、第一排気管２２における第一小径部３４の外形寸法よりも大きい。これにより、第一排気管２２における第一小径部３４の外周と第二排気管２４における第二大径部４０の内周との間には、円環状の環状通路４６が形成される。

【0018】

第二小径部４４の後述する軸受部材１６３と溶接される被溶接個所４４ａは、平坦に形成され、第二小径部４４の他の部分は円筒状に形成される。これにより、第二小径部４４の内周の流路断面は、平坦な被溶接個所４４ａと円筒状の他の部分とによって、略Ｄ字状に形成される。第二排気管２４の第二小径部４４内には、当該第二排気管２４を流れる排ガス２０の流通を切り替える後述するバルブ１６１が設けられる。

【0019】

第三排気管２６は、第一排気管２２の下流側端部及び第二排気管２４を囲むように配置される。具体的には、第三排気管２６は、第一排気管２２における第一大径部３０の下流側の一部から第一小径部３４までと第二排気管２４の全体との外周を囲む。第三排気管２６は、第二排気管２４の外周部に配置された第三大径部６０と、第三大径部６０から延出し、流通方向の下流側へ向かうに従って縮径する第三テーパ部６２と、第三テーパ部６２から流通方向の下流側に延出する第三小径部６４と、を有する。第三大径部６０の流通方向の上流側の部位は、別部材である円筒部材６６で構成される。

【0020】

第三排気管２６における第三大径部６０の内径寸法は、第二排気管２４における第二大径部４０の外形寸法より大きく、第二排気管２４における第二大径部４０と第三排気管２６における第三大径部６０との間には、円環状の間隙が形成される。これにより、第二排気管２４における第二大径部４０の外周部には、環状通路４６を通過した排ガス２０が流通する迂回流路６８が形成される。

【0021】

第三排気管２６は、第三排気管２６の第三大径部６０の外周から径方向外周に向かって突出するフランジ部６１を有する。フランジ部６１は、第三排気管２６の径方向に貫通して後述する軸受部材１６３が挿入される孔の外周に設けられる。フランジ部６１は、軸受部材１６３の外周面と当接する内周面を有する略円筒状に形成される。

【0022】

第三排気管２６における第三大径部６０の端部と第一排気管２２の第一大径部３０との間には、カラー７０が全周にわたって配置されている。

【0023】

カラー７０は、内周壁７２と外周壁７４とを有し、略Ｕ字状の断面形状に形成される。カラー７０は、内周壁７２が第一排気管２２の第一大径部３０に密着した状態で第一大径部３０に固定される。また、カラー７０は、外周壁７４が第三排気管２６の第三大径部６０に密着した状態で第三大径部６０に固定される。これにより、迂回流路６８の端部は、カラー７０によって閉鎖される。

【0024】

第二排気管２４における第二大径部４０と第三排気管２６の第三大径部６０との間には、内部を排ガス２０が通過し、第三排気管２６の外周に設けられる後述する媒体流路１３２を流通する媒体としての冷却水との間で熱交換を行う環状の熱回収材８０が配置される。熱回収材８０は、第二排気管２４を包囲する円環状に形成され、迂回流路６８を流通する排ガス２０から熱を回収する。

【0025】

熱回収材８０は、例えばセラミックスを主成分とした材料で形成される。セラミックスを主成分とする熱回収材８０の熱膨張率は、金属製の各排気管２２，２４，２６の熱膨張率と異なる。熱回収材８０は、ハニカム構造体で構成される。具体的に説明すると、熱回収材８０は、内周面を構成する円筒状の内筒部８４と、外周面を構成する円筒状の外筒部８８と、内筒部８４及び外筒部８８の間に配置されたハニカム部９０と、を備える。

【0026】

ハニカム部９０は、蜂の巣状の芯材で構成される。ハニカム部９０を構成する縦横の各壁は、迂回流路６８を流通する排ガス２０の流通方向に延在する。これにより、ハニカム部９０は、流通方向に貫通した複数の通路を有し、排ガス２０の流通を許容しつつ、各通路を通過する排ガス２０から熱を回収する。

【0027】

熱回収材８０と第二排気管２４の第二大径部４０との間には、押圧部材としてのガスケット１００が配置される。

【0028】

ガスケット１００は、円筒状に形成された板状の部材によって形成される。ガスケット１００を構成する板状の部材は、例えば金属板で構成される。ガスケット１００は、第二排気管２４の第二大径部４０に外嵌可能な大きさに形成される。

【0029】

ガスケット１００は、第二排気管２４と熱回収材８０との間に設けられ、両者を互いに径方向に押圧する。具体的には、ガスケット１００は、例えば、縮径された状態で熱回収材８０の内筒部８４の内周面に嵌められた後、第二排気管２４の第二大径部４０を拡径することによって固定される。これにより、ガスケット１００は、第二排気管２４の第二大径部４０と熱回収材８０との間に挿入された状態で配置される。

【0030】

ガスケット１００は、第二排気管２４の第二大径部４０と熱回収材８０との間に配置された取付状態において、径方向への弾性変形が可能である。ガスケット１００は、取付状態において、外筒部８８の外周面が第三排気管２６の内周面に密着するように熱回収材８０を押圧する。熱回収材８０が回収した熱は、第三排気管２６の第三大径部６０を構成する円筒部材６６に伝達される。

【0031】

ガスケット１００は、第二排気管２４の長手方向（中心軸２８に沿う方向）にて、第二排気管２４に対してスライド可能に設けられる。これにより、ガスケット１００は、第二排気管２４の長手方向にて、第二排気管２４と熱回収材８０との相対的な熱変形を許容する。具体的な作用については、作用及び効果の説明で詳述する。

【0032】

熱回収部１４は、排ガス２０の熱を利用して冷却水を加熱する。熱回収部１４は、筒状部材１３０と、供給配管１４０と、回収配管１４２と、を有する。

【0033】

筒状部材１３０は、第三排気管２６の第三大径部６０を構成する円筒部材６６の外周部に、円筒部材６６を全周にわたって囲むように設けられる。筒状部材１３０は、円筒部材６６との間に媒体流路１３２を形成する外側に突出する容器状の部材本体１３４と、部材本体１３４の縁部より延出する一対の固定フランジ１３６と、を備える。筒状部材１３０は、各固定フランジ１３６が円筒部材６６に密着した状態で固定される。部材本体１３４には、供給配管１４０と回収配管１４２（図１参照）とが接続される。

【0034】

供給配管１４０は、冷却水を媒体流路１３２に供給する。回収配管１４２は、媒体流路１３２内の冷却水を回収する。供給配管１４０と回収配管１４２とは、部材本体１３４の周方向に離間した箇所に各々配置される。

【0035】

熱回収材８０が回収した排ガス２０の熱は、第三排気管２６の円筒部材６６を介して、媒体流路１３２を流通する冷却水に伝達される。これにより、排ガス２０の熱を利用して冷却水を温める熱回収部１４が構成される。

【0036】

続いて、図３Ａから図４Ｂをあわせて参照して、切替機構部１６について説明する。図３Ａは、図２におけるバルブ１６１近傍の左側面図であり、バルブ１６１が開いた状態を示す図である。図３Ｂは、図２におけるバルブ１６１近傍の右側面図であり、バルブ１６１が開いた状態を示す図である。図４Ａは、図２におけるバルブ１６１近傍の左側面図であり、バルブ１６１が閉じた状態を示す図である。図４Ｂは、図２におけるバルブ１６１近傍の右側面図であり、バルブ１６１が閉じた状態を示す図である。なお、図３Ａから図４Ｂでは、バルブ１６１の状態を理解しやすいように、バルブ１６１にハッチングを付して示している。

【0037】

図２に示すように、切替機構部１６は、バルブ１６１と、回転軸としてのスピンドル１６２と、バルブ１６１の軸受部材１６３と、シール部材１６４と、アクチュエータ１６９と、固定部材１７０と、を有する。切替機構部１６は、ガス流通部１２内の排ガス２０の流れを切り替える。

【0038】

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、バルブ１６１は、前面１６１ａと後面１６１ｂとを有する平板状に形成される。バルブ１６１は、第二排気管２４における第二小径部４４の流路断面に対応する形状に形成される。即ち、バルブ１６１は、第二小径部４４の略Ｄ字状の流路断面に対応して、略Ｄ字状に形成される（図４Ａ及び図４Ｂ参照）。バルブ１６１は、スピンドル１６２によって回転可能に支持される。バルブ１６１は、第二排気管２４において第一排気管２２が挿入された部分よりも下流側で、第二排気管２４から環状通路４６を経由せずに第三排気管２６と連通する連通路４８を開閉する。

【0039】

バルブ１６１は、前面１６１ａ及び後面１６１ｂが流通方向に沿うように配置された開状態（図３Ａ及び図３Ｂに示す状態）では、第一排気管２２からの排ガス２０を第二排気管２４の下流側へ流す。バルブ１６１は、前面１６１ａが流通方向の上流側を向き、後面１６１ｂが流通方向の下流側を向くように配置された閉状態（図４Ａ及び図４Ｂに示す状態）では、第二排気管２４の下流側への排ガス２０の流れを抑制し、環状通路４６へ向けた排ガス２０の流通を促進する。

【0040】

即ち、バルブ１６１は、連通路４８を閉じた状態では、環状通路４６を通過して熱回収材８０に導かれるように排ガス２０を流通させ、連通路４８を開いた状態では、熱回収材８０を迂回するように排ガス２０を流通させる。なお、排ガス２０の流れの切り替えについては、作用及び効果の説明で詳述する。

【0041】

ここで、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第二排気管２４における第二小径部４４の内周には、円弧状のストッパ４５ａ，４５ｂが各々設けられる。ストッパ４５ａは、第二小径部４４の内周の略半周にわたって連通路４８に突出するように設けられる。ストッパ４５ｂは、第二小径部４４の内周のストッパ４５ａが設けられない残りの略半周にわたって連通路４８に突出するように設けられる。ストッパ４５ａとストッパ４５ｂとは、バルブ１６１を挟んで各々対向している。ストッパ４５ｂは、ストッパ４５ｂから排ガス２０の流通方向（中心軸２８に沿う方向）の下流側にバルブ１６１の厚さ分離間した位置に設けられる。

【0042】

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、バルブ１６１が開いた状態から閉じた状態に切り換えられると、バルブ１６１の前面１６１ａは、一方のストッパ４５ａにおける流通方向の下流側の面に当接し、バルブ１６１の後面１６１ｂは、他方のストッパ４５ｂにおける流通方向の上流側の面に当接する。これにより、バルブ１６１が閉じられたときの連通路４８からの排ガス２０の流出量を最小限に抑えることができる。

【0043】

図２に示すように、スピンドル１６２は、略円柱状に形成される。スピンドル１６２は、第三排気管２６の外部から第二排気管２４の内部まで貫通して設けられる。スピンドル１６２の一端には、バルブ１６１が設けられる。スピンドル１６２の他端は、アクチュエータ１６９に取り付けられる。スピンドル１６２は、アクチュエータ１６９によって回転制御される。スピンドル１６２は、一端から他端に向けて縮径するように形成されるテーパ部１６２ａを有する。スピンドル１６２の一端は、他端よりも大径に設けられる。

【0044】

軸受部材１６３は、筒状（ここでは略円筒状）に形成される。軸受部材１６３は、第二排気管２４と第三排気管２６との間に設けられ、第三排気管２６を貫通して外部まで延設される。軸受部材１６３は、第二排気管２４と第三排気管２６とを接続固定する。軸受部材１６３は、バルブ１６１のスピンドル１６２と第二排気管２４との間をシールするシール部材１６４を有する。

【0045】

軸受部材１６３は、凹部１６３ａと、第一溶接部１６３ｃと、第二溶接部１６３ｄと、摺動部１６３ｅと、を有する。軸受部材１６３は、第二排気管２４及び第三排気管２６と溶接可能な金属によって形成される。軸受部材１６３は、例えばステンレス材である。

【0046】

凹部１６３ａは、軸受部材１６３における第二排気管２４側の端部から中心軸方向に凹状に形成される。凹部１６３ａは、摺動部１６３ｅよりも大径に形成される。凹部１６３ａには、シール部材１６４が設けられる。

【0047】

第一溶接部１６３ｃは、軸受部材１６３の端面と第二排気管２４とを溶接によって固定及びシールする。具体的には、第一溶接部１６３ｃは、第二排気管２４の第二小径部４４にて平坦に形成される被溶接個所４４ａと軸受部材１６３の端面とが溶接されて形成される。

【0048】

このとき、被溶接個所４４ａは平坦に形成されるので、同じく平坦に形成される軸受部材１６３の円環状の端面と面接触する。よって、軸受部材１６３と第二排気管２４との溶接を容易に行うことができると共に、第一溶接部１６３ｃの品質を安定させることができる。

【0049】

第二溶接部１６３ｄは、軸受部材１６３の外周面と第三排気管２６とを溶接によって固定及びシールする。具体的には、第二溶接部１６３ｄは、第三排気管２６の第三大径部６０から外周に向けて突出するフランジ部６１の内周面と軸受部材１６３の外周面とが溶接されて形成される。

【0050】

このとき、第三排気管２６にはフランジ部６１が設けられるので、フランジ部６１と軸受部材１６３の外周面との接触面積（接触長さ）を大きくできる。よって、軸受部材１６３と第三排気管２６との溶接を容易に行うことができると共に、第二溶接部１６３ｄの品質を安定させることができる。

【0051】

摺動部１６３ｅは、スピンドル１６２の外周面が摺動する円形の穴である。摺動部１６３ｅは、軸受部材１６３の中心軸方向に沿って形成される。摺動部１６３ｅは、スピンドル１６２の外径と略同径に形成される。

【0052】

シール部材１６４は、軸受部材１６３の凹部１６３ａ内に設けられる。シール部材１６４は、凹部１６３ａの底面とスピンドル１６２のテーパ部１６２ａとの間で圧縮された状態で設けられる。シール部材１６４は、スピンドル１６２とスピンドル１６２の摺動部１６３ｅの端部とをシールする。

【0053】

アクチュエータ１６９は、電源装置（図示省略）から供給される電力によって駆動される。アクチュエータ１６９は、コントローラ（図示省略）からの電気信号によって制御される。アクチュエータ１６９は、スピンドル１６２を回転駆動する。

【0054】

固定部材１７０は、アクチュエータ１６９を支持するカップ状の金属部材である。固定部材１７０は、複数のブラケット１７１によって第三排気管２６及び筒状部材１３０の外面の複数個所に取り付けられる（図１参照）。

【0055】

続いて、図５及び図６を参照して、排気熱回収器１０の作用について説明する。図５は、バルブ１６１が開状態である場合の排ガス２０の流れについて説明する排気熱回収器１０の断面図である。図６は、バルブ１６１が閉状態である場合の排ガス２０の流れについて説明する排気熱回収器１０の断面図である。

【0056】

まず、図５を参照して、バルブ１６１が開状態であり、排ガス２０の熱が熱回収部１４を流通する冷却水に回収されない場合について説明する。

【0057】

図５に示すように、エンジンから排出された排ガス２０は、上流の図示しない排気管を介して第一排気管２２に流入する。第一排気管２２から排気熱回収器１０内に流入した排ガス２０は、そのまま直進して第二排気管２４内に導かれる。

【0058】

このとき、バルブ１６１は開状態であり連通路４８は開かれているので、第二排気管２４内に流入した排ガス２０は、連通路４８を通過して第三排気管２６内に導かれ、下流の図示しない排気管に流出する。即ち、排ガス２０は、熱回収材８０を迂回するように排気熱回収器１０内を流通する。

【0059】

よって、排ガス２０は熱回収材８０に導かれないので、排ガス２０の熱は熱回収部１４を流通する冷却水に回収されない。

【0060】

この状態から、アクチュエータ１６９がスピンドル１６２を回転駆動してバルブ１６１を閉じると、図６に示す状態になる。

【0061】

次に、図６を参照して、バルブ１６１が閉状態であり、排ガス２０の熱が熱回収部１４を流通する冷却水に回収される場合について説明する。

【0062】

図６に示すように、エンジンから排出された排ガス２０は、上流の図示しない排気管を介して第一排気管２２に流入する。第一排気管２２から排気熱回収器１０内に流入した排ガス２０は、そのまま直進して第二排気管２４内に導かれる。このとき、バルブ１６１が閉状態であり連通路４８が閉じられているので、第二排気管２４内に流入した排ガス２０は、環状通路４６を通過して迂回流路６８に導かれる。迂回流路６８に導かれた排ガス２０は、熱回収材８０を通過するので、熱回収部１４を流通する冷却水に熱が伝達される。その後、排ガス２０は、迂回流路６８から第三排気管２６内に導かれ、下流の図示しない排気管に流出する。

【0063】

よって、排ガス２０は熱回収材８０に導かれるので、排ガス２０の熱は熱回収部１４を流通する冷却水に回収される。

【0064】

このとき、第二排気管２４と第三排気管２６との間に設けられる軸受部材１６３は、第一溶接部１６３ｃによって第二排気管２４と固定及びシールされ、第二溶接部１６３ｄによって第三排気管２６と固定及びシールされている。即ち、軸受部材１６３は、第二排気管２４と第三排気管２６とを接続固定すると共に、バルブ１６１のスピンドル１６２と第二排気管２４との間をシールしている。そのため、バルブ１６１が閉じられた状態で、バルブ１６１のスピンドル１６２と第二排気管２４との間から排ガス２０が流出することを防止できる。

【0065】

また、軸受部材１６３には、凹部１６３ａ内でスピンドル１６２と摺動部１６３ｅの端部との間をシールするシール部材１６４が設けられている。そのため、スピンドル１６２の外周の隙間から流出する排ガス２０が迂回流路６８や第三排気管２６の外部に導かれることを防止できる。

【0066】

したがって、上流の図示しない排気管から流入する排ガス２０の略全部が熱回収材８０に導かれるので、排気熱回収器１０における排ガス２０からの熱の回収性能を向上させることができる。

【0067】

第二排気管２４と熱回収材８０との間には、両者を互いに径方向に押圧するガスケット１００が設けられる。ガスケット１００は、第二排気管２４の長手方向にて第二排気管２４と熱回収材８０との相対的な熱変形を許容するものである。

【0068】

ここで、軸受部材１６３は、第一溶接部１６３ｃと第二溶接部１６３ｄとによって第二排気管２４と第三排気管２６とに接続固定されている。即ち、第二排気管２４は、軸受部材１６３を介して第三排気管２６に支持され、その位置が拘束されている。一方、熱回収材８０は、第三排気管２６（円筒部材６６）に嵌め込まれており、その位置が拘束されている。そして、熱回収材８０は、セラミックスを主成分としており、金属製の各排気管２２，２４，２６とは熱膨張率が異なっているから、両者が熱を受けると熱膨張差が生じる。そうした構造において、第二排気管２４と熱回収材８０との間は、排ガス２０がバイパスしないように封止する必要があるが、封止構造によって両者を拘束してしまうと、熱膨張差によって応力が生じる。即ち、仮に、第二排気管２４が一端で軸受部材１６３に拘束され、他端で熱回収材８０に拘束されると、第二排気管２４に応力が発生してしまう。

【0069】

これに対して、排気熱回収器１０では、ガスケット１００は、第二排気管２４の長手方向（中心軸２８に沿う方向）にて第二排気管２４に対してスライド可能に設けられる。即ち、ガスケット１００が設けられることで、第二排気管２４の長手方向にて第二排気管２４と熱回収材８０との相対的な熱変形が許容される。よって、第二排気管２４が排ガス２０によって加熱されて、軸受部材１６３と溶接される位置を起点として第二排気管２４が熱変形したとしても、ガスケット１００が第二排気管２４に対してスライドするので、熱変形に起因する力は熱回収材８０には伝達されない。したがって、例えば熱回収材８０が第二排気管２４及び第三排気管２６にろう付け等によって固定される場合と比較して、熱疲労に対する耐久性を向上させることができる。

【0070】

また、排ガス２０の熱によって第二排気管２４の外形寸法が大きくなった場合には、ガスケット１００が弾性変形することで、第二排気管２４の熱膨張に起因した熱回収材８０の位置ずれを抑制することが可能である。特に、エンジン駆動とモータ駆動とが切り替えられて、排気熱回収器１０の温度変化が大きくなるハイブリッド車両に適用した場合にも、熱回収材８０の位置ずれを抑制することが可能である。

【0071】

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

【0072】

排気熱回収器１０は、第一排気管２２と、第一排気管２２の下流側端部が挿入され、第一排気管２２の外周との間に排ガス２０が流通可能な環状通路４６を形成する第二排気管２４と、第一排気管２２の下流側端部及び第二排気管２４を囲むように配置される第三排気管２６と、第二排気管２４と第三排気管２６との間に配置されて内部を排ガス２０が通過し、第三排気管２６の外周に設けられる媒体流路１３２との間で熱交換を行う環状の熱回収材８０と、第二排気管２４において第一排気管２２が挿入された部分よりも下流側で、第二排気管２４を開閉するバルブ１６１と、第二排気管２４と第三排気管２６との間に設けられたバルブ１６１の軸受部材１６３と、を備え、バルブ１６１が閉じた状態では、排ガス２０は、環状通路４６を通過して熱回収材８０に導かれ、バルブ１６１が開いた状態では、排ガス２０は、熱回収材８０を迂回して第三排気管２６に導かれ、軸受部材１６３は、第二排気管２４と第三排気管２６とを接続固定すると共に、バルブ１６１のスピンドル１６２と第二排気管２４との間をシールする。

【0073】

この構成では、第二排気管２４と第三排気管２６との間に設けられる軸受部材１６３は、第二排気管２４と第三排気管２６とを接続固定すると共に、バルブ１６１のスピンドル１６２と第二排気管２４との間をシールする。そのため、バルブ１６１が閉じられた状態で、バルブ１６１のスピンドル１６２と第二排気管２４との間から排ガス２０が流出することを防止できる。したがって、排気熱回収器１０における排ガス２０からの熱の回収性能を向上させることができる。

【0074】

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。

【0075】

例えば、上記実施形態に係る排気熱回収器１０は、回収した熱で冷却水を温める場合について説明したが、各実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、排気熱回収器１０は、回収した熱でギヤオイル等を温めてもよい。

【0076】

また、上記実施形態では、排気熱回収器１０を自動車に適用する場合について説明したが、上記実施形態は、これに限定されるものではなく、排気熱回収器１０を車両以外に適用してもよい。

【符号の説明】

【0077】

１０ 排気熱回収器
２０ 排ガス
２２ 第一排気管
２４ 第二排気管
２６ 第三排気管
４４ａ 被溶接個所
４６ 環状通路（間隙）
８０ 熱回収材
１００ ガスケット（押圧部材）
１６１ バルブ
１６２ スピンドル（回転軸）
１６３ 軸受部材
１６３ｃ 第一溶接部
１６３ｄ 第二溶接部
１６３ｅ 摺動部
１６４ シール部材

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】