排气热回收装置的制作方法

相关申请的交叉引用

本国际申请要求2014年12月3日在日本专利局提交的日本发明专利申请第2014-244981号的优先权，所述日本发明专利申请的全部内容通过引用而并入本文。

本公开涉及排气热回收装置。

背景技术：

已知有将来自内燃机的排气作为高温流体，并将内燃机的冷却水作为低温流体而进行热交换，从而回收排气热的排气热回收装置(参照专利文献1)。

这种排气热回收装置具备排气管、壳体部件、热交换部、排气流入部、阀、以及驱动部。排气管将来自内燃机的排气导向下游侧。壳体部件是筒形部件，且覆盖排气管的在径向上的外侧。热交换部将排气作为高温流体，将内燃机的冷却水作为低温流体而进行热交换。排气流入部具有从排气管到热交换部的排气流路。阀配置于在排气管的排气的流路中与流入部相比靠下游侧的位置。

驱动部产生驱动阀所需的驱动力。可以考虑使用通过内燃机的压力而产生驱动力的负压致动器作为该驱动部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开第2014-34963号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在负压致动器中存在如下问题，即，为了产生驱动阀所需的驱动力，需要增加该负压致动器的孔径(内径)，从而使致动器所占据的体积，进而使排气热回收装置所占据的体积变大。

为了解决该问题，作为排气热回收装置的驱动部，可以考虑使用基于水温而动作的热致动器。热致动器至少具备管道、热致动部、以及活塞，在该管道内流动有内燃机的冷却液，该热致动部设置在管道路径上，并且该热致动部具有随着冷却液的液体温度上升而膨胀的蜡，该活塞随着蜡的膨胀而延伸。

在这样的热致动器中，需要使内燃机的冷却液在该热致动器内部流动，从而存在该冷却液泄漏的可能性。

此外，由于活塞基于冷却液的液体温度而延伸，所以存在当冷却液的液体温度未达到使蜡开始膨胀的温度时，热致动器无法驱动阀的问题。即，当使用水温热致动器作为排气热回收装置的驱动部时，难以在规定的时刻驱动阀。

换言之，根据现有技术，有可能难以在能够抑制排气热回收装置所占据的体积变大，并且能够减少冷却液泄漏的同时，还能够在规定的时刻驱动阀。

本公开的一个方面在于提供一种能够在抑制排气热回收装置所占据的体积变大，并且减少冷却液泄漏的同时，还能够在规定的时刻驱动阀的技术。

解决问题的技术方案

本公开的一个方面涉及具备排气管、壳体部件、热交换部、流入部、阀、驱动部、以及传递部的排气热回收装置。

排气管形成为筒形，且将来自内燃机的排气导向下游侧。壳体部件覆盖排气管外侧。热交换部具有热交换器，该热交换器配置在排气管和壳体部件之间，并且在作为高温流体的排气和流动于该热交换器内部的低温流体之间进行热交换。

而且，流入部具有供排气从排气管流入热交换部的流入路径。阀配置于在排气管的排气流路中与流入部相比靠下游侧的位置，且对排气管进行开闭。驱动部产生驱动阀的驱动力。传递部将由驱动部产生的驱动力传递给阀。

本公开的一个方面的驱动部具备膨胀部和直线运动部。若输入来自外部的电信号，则膨胀部会膨胀。直线运动部随着膨胀部的膨胀而延伸。

本公开的一个方面的驱动部是所谓的电控式热致动器。一般的电控式热致动器所占据的体积小于负压致动器所占据的体积，而等同于水温热致动器所占据的体积。因此，根据将电控式热致动器用作阀的驱动源的排气热回收装置，则能够抑制该排气热回收装置所占据的体积变大。

此外，在电控式热致动器中，无需使内燃机的冷却液流动于该电控式热致动器的内部。因此，当使用电控式热致动器作为排气热回收装置的驱动部时，与使用水温型热致动器的情况不同，能够抑制内燃机的冷却液泄漏。

此外，在本公开的一个方面的驱动部中，能够在从外部输入了电信号的时刻实现直线运动部的延伸。其结果是，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，无论冷却水的液体温度如何，都能够在规定的时刻驱动阀。

由上可知，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，能够抑制排气热回收装置所占据的体积变大，并且能够减少冷却液泄漏，与此同时，能够在规定的时刻驱动阀。

此外，驱动部可具备驱动部壳体，并且驱动部可配置在壳体部件的外表面。驱动部壳体是覆盖膨胀部的至少一部分并且覆盖直线运动部的至少一部分的部件。在这种情况下，排气热回收装置可具备外壳部。外壳部是以至少覆盖传递部的方式固定于壳体部件的部件，并且外壳部是与所述驱动部壳体连接的部件

在本公开的一个方面的排气热回收装置中，通过外壳部辅助驱动部的固定。由此，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，能够提高配置在壳体部件外表面的驱动部的刚性。其结果是，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，能够减少因振动等外部干扰而使直线运动部与传递部成为非卡合的情况，从而能够抑制在开闭阀时发生故障。

此外，传递部可具备卡合部和弹簧。卡合部是固定于阀的轴上的部件，并且是与直线运动部卡合的部件。排气热回收装置所使用的弹簧一般构成为扭转弹簧，在本公开的一个方面中，扭转弹簧的至少一个端部可沿着该扭转弹簧的径向而朝向内侧。

根据如上所述的排气热回收装置，能够抑制扭转弹簧的从一个端部到另一个端部的尺寸变大，进而能够抑制扭转弹簧整体的直径变大。此外，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，能够抑制该排气热回收装置所占据的体积变大。

卡合部可具有形成为圆弧形的卡合部位。在这种情况下，直线运动部可具备活塞。而且，活塞中与卡合部的卡合部位卡合的座面的形状可以是圆弧形的凹部。

根据本公开的一个方面的排气热回收装置，由于活塞的座面与卡合部的卡合部位彼此抵接，所以通过卡合部能够更切实地将活塞的直进运动转换为旋转运动。此外，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，由于卡合部的卡合部位为圆弧形，并且活塞的座面是与卡合部位卡合的凹部，所以能够抑制开阀所需的活塞的可动范围变得极长。

其结果是，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，能够更切实地且顺利地驱动阀。

此外，卡合部可在与卡合部位相邻的位置具备不会与活塞前端接触的退避部。

在如上的排气热回收装置中，若活塞与卡合部相卡合并使卡合部旋转，则活塞的座面会与卡合部位相卡合，与此同时，活塞的前端部分中与座面不同的部位会呈与设置在卡合部的退避部不接触的状态。

其结果是，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，能够减少卡合部阻碍活塞伸缩的情况，从而能够使活塞顺利地进行伸缩，进而能够顺利地驱动阀。

另外，膨胀部可具备发热体、热膨胀性部件、以及绝热部，发热体基于来自外部的电信号而发热，热膨胀性部件的温度越高，热膨胀性部件越发膨胀，绝热部对热膨胀性部件的表面的至少一部分进行绝热。

根据如上所述的排气热回收装置，由于热膨胀性部件的表面的至少一部分被绝热，所以能够抑制热膨胀性部件因外部气温升高而膨胀。

附图说明

图1是示出实施方式中的排气热回收装置的外观的立体图。

图2是闭阀状态下的排气热回收装置的剖视图，且是图1中的ii-ii剖视图。

图3是示出驱动部的概略结构的剖视图。

图4是示出传递部以及阀的一部分结构的分解立体图。

图5是示出驱动部和传递部的卡合关系的说明图。

附图标记的说明

1…排气热回收装置；2…排气部；4…壳体部件；6…热交换部；

8…流入部；10…阀；12、14…排气管；16…上游端；

18…排气下游端；20…外壳部件；22…盖部件；24…保持部件；

26…凸缘；28…热交换室；30…热交换器；32…板部件；44…流入管；

46…流出管；50、52、54…间隙；56…导入部件；58…前端部位；

60…直管部位；62…阀芯；64…阀座；66…阀轴；67…端部；

68…网状部件；70…驱动部；72…膨胀部；74…发热体；

76…热膨胀性部件；78…直线运动部；80…活塞；81…活塞主体；

82…座面部；83…夹持部；84…平板部；85…凹部；86…弹簧；

88…驱动部壳体；90、92…第1、第2驱动部外壳；94…固定部位；

96…绝热部；100…传递部；102…卡合部；104…主体部位；

106…保持部位；108…卡合部位；110…卡止孔；112…切口；

114…间隙；126…扭转弹簧；128…第1端部；130…第2端部；

132…弹簧保持部；134…切口；136…插通孔；137…环状容纳部；

138…外壳部；140…内燃机

具体实施方式

下面，参照附图说明作为本公开中的一例的实施方式。

<排气热回收装置>

如图1所示，排气热回收装置1安装在具有内燃机140的移动体上。该排气热回收装置1将来自内燃机140的排气142作为高温流体，将内燃机140的冷却液144作为低温流体而进行热交换，由此从排气142中回收热。本实施方式中的冷却液144可以是冷却水，也可以是油液。

本实施方式的排气热回收装置1具备排气部2、壳体部件4、热交换部6(参照图2)、流入部8(参照图2)、阀10(参照图2)、驱动部70、以及传递部100(参照图4)。

排气部2形成将来自内燃机140的排气142导向下游侧的路径。壳体部件4是覆盖排气部2外侧的部件。热交换部6具有配置在排气部2和壳体部件4之间的热交换器30(参照图2)，并在作为高温流体的排气142和低温流体之间进行热交换。

流入部8是供排气142从排气部2流入热交换部6的部位。阀10是对排气142的流路进行开闭的阀，并且阀10配置于在排气部2的排气142的流路中与流入部8相比靠下游侧的位置。驱动部70产生驱动阀10的驱动力。传递部100将由驱动部70产生的驱动力传递给阀10。

<排气热回收装置的结构>

如图2所示，排气部2具备排气管12。排气管12形成为两端开口的圆筒状。排气管12与来自内燃机140的排气142所流入的排气管道或排气歧管等连接。

壳体部件4具备排气管14、外壳部件20、盖部件22、以及保持部件24。

排气管14形成为两端开口的圆筒状。

外壳部件20形成为两端开口的且内径大于排气管12的直径的圆筒状。外壳部件20的下游侧端部与排气管14的上游端16连接。另外，在外壳部件20的外表面形成有凸缘26(参照图1)。

盖部件22对外壳部件20的在排气管12的排气142的流路中的上游侧的开口进行封闭。

即，通过外壳部件20、盖部件22和排气管12形成由外壳部件20、盖部件22和排气管12所围成的、且为环形空间的热交换室28。

配置在该热交换室28中的热交换器30是具备多个板部件32的热交换器，即，所谓的板层叠型热交换器。各板部件32是供冷却液144流动于其内部的部件。本实施方式中的板部件32以使得在沿着排气管12的轴向彼此相邻的板部件32的外表面之间形成有间隙52的方式而层叠。

该热交换器30配置成，使得在各板部件32于径向的内侧的周缘和排气管12的外表面之间形成有间隙50，且使得在各板部件32于径向的外侧的周缘和外壳部件20的内表面之间形成有间隙54。

另外，来自热交换器30外部的冷却液144经由流入管44流入一个板部件32中。并且，流动于板部件32内部的冷却液144经由流出管46向热交换器30的外部流出。

在本实施方式中，将流动于间隙50、间隙52、以及间隙54的排气142作为高温流体，并将流动于各板部件32内的冷却液144作为低温流体，而进行热交换。即，配置有热交换器30的热交换室28作为热交换部6而发挥作用。

保持部件24对配置在热交换室28的热交换器30进行保持。

流入部8具备导入部件56。

导入部件56具有大于排气管12外径的内径，且是两端开口的圆筒状部件。该导入部件56具有前端部位58和直管部位60。

直管部位60具有大于排气管12外径的内径，且是两端开口的圆筒状的部位。该直管部位60位于在排气部2的排气142的流路中与排气下游端18相比靠下游侧的位置。这里所说的排气下游端18是指排气管12在排气142的流路中的下游侧的端部。

直管部位60中的上游侧的端部与保持部件24连接。另一方面，前端部位58与流入侧端部相连接，该流入侧端部为直管部位60中的下游侧的端部。该前端部位58是使其与流入侧端部相反一侧的端部被扩径的、形成为扩散器形状的部位。

由上可知，在排气管12的排气下游端18和导入部件56之间沿周向形成有开口。而且，排气管12的排气下游端18和导入部件56之间的开口作为排气142流入热交换部6的流入口而发挥作用。

阀10至少具有阀芯62、阀座64、以及阀轴66(参照图4)。

阀芯62是圆盘状部件，并且阀芯62的直径大于导入部件56的直管部位60的内径(并且大于排气管12的直径)。

阀轴66是与阀芯62相连接的轴，是驱动阀芯62的轴。

阀座64是通过与阀芯62接触而对排气部2(导入部件56)进行封闭的部件。本实施方式中的阀座64是导入部件56的前端部位58。在阀座64的内周面上安装有形成为网状的网状部件68。

<驱动部的结构>

如图3所示，驱动部70具备膨胀部72、直线运动部78、以及驱动部壳体88。

膨胀部72具备发热体74和热膨胀性部件76。通过对发热体74施加来自外部的电信号而使其发热。热膨胀性部件76的温度越高，热膨胀性部件76越膨胀。即，若从外部输入电信号，则膨胀部72会膨胀。其中，这里所说的外部包括，例如，安装在移动体上的电子控制单元(ecu(electroniccontrolunit))以及微计算机等。蜡是热膨胀性部件的一例。

直线运动部78具备活塞80以及弹簧86。

活塞80具备活塞主体81以及座面部82。活塞主体81是棒状或管状的部件。

座面部82是固定于活塞主体81前端的部件，且具备夹持部83以及平板部84。夹持部83夹持活塞主体81的前端。平板部84是直径大于活塞主体81直径的圆盘状的部位，并与夹持部83同心地固定在夹持部83的一端。此外，在平板部84中与连接夹持部83的面相反的一侧的面上形成有圆弧形的凹部85。

弹簧86是公知的螺旋弹簧。该弹簧86以对活塞80施加如下方向的作用力的方式而配置在驱动部壳体88内，即，使位于延伸位置的活塞80的前端趋向非延伸位置的方向。其中，这里所说的延伸位置是指，活塞在延伸时所在的位置。此外，这里所说的非延伸位置是指，活塞在收缩时所在的位置。

驱动部壳体88是将膨胀部72和直线运动部78容纳在内部的筒形部件。该驱动部壳体88具备第1驱动部外壳90和第2驱动部外壳92。在驱动部壳体88上形成有与壳体部件4的凸缘26相接合的固定部位94。

通过将该固定部位94固定到凸缘26上，而将驱动部70安装在壳体部件4的外表面上。固定部位94相对于凸缘26的固定既可以通过使用螺钉、螺栓、铆钉等紧固部件来实现，也可以通过焊接或钎焊等其他方法来实现。

另外，驱动部壳体88具备绝热部96，绝热部96对热膨胀性部件76的表面的至少一部分进行绝热。通过在热膨胀性部件76和驱动部壳体88之间填充空气来形成本实施方式中的绝热部96。即，本实施方式的绝热部96通过空气来提高绝热效果。

不过，绝热部96并不限于此，也可以通过使用例如纤维类绝热材料、发泡类绝热材料、真空绝热材料等来覆盖热膨胀性部件76的表面的至少一部分而实现。在使用这样的纤维类绝热材料，发泡类绝热材料，真空绝热材料时，也可以通过覆盖驱动部壳体88的外表面而实现绝热部96。

在驱动部70中，发热体74基于从外部输入的电信号而发热。热膨胀性部件76因该发热体74的发热而膨胀，从而使活塞80从非延伸位置向延伸位置进行直线运动。而且，若来自外部的电信号停止，则发热体74停止发热。若该发热体74停止发热而进行冷却，则热膨胀性部件76会收缩。在这种情况下，由弹簧86的作用力将活塞80推向非延伸位置而使其返回。

如上述说明，本实施方式中的驱动部70是所谓的电控式热致动器。

<传递部的结构>

传递部100是将驱动部70的直线运动转换为旋转运动的凸轮机构。如图4所示，该传递部100具备卡合部102、扭转弹簧126、弹簧保持部132、以及外壳部138。

扭转弹簧126是所谓的螺旋扭转弹簧。作为扭转弹簧126的一个端部的第1端部128沿着径向而朝向内侧。此外，作为与扭转弹簧126的第1端部128相反的一侧的端部的第2端部130沿着径向而朝向外侧。

在弹簧保持部132形成有供阀轴66插通的插通孔136，且以围绕插通孔136的方式形成有环状容纳部137。扭转弹簧126在轴向上的一端容纳在环状容纳部137中。在环状容纳部137形成有内壁部和外壁部，该内壁部从扭转弹簧126的内侧限制扭转弹簧126的移动，该外壁部从扭转弹簧126的外侧限制扭转弹簧126的移动。在该外壁部形成有用于保持扭转弹簧126中的第2端部130的切口134。

卡合部102是固定于阀轴66并且与直线运动部78的座面部82相卡合的杆部件。该卡合部102具备主体部位104、保持部位106、以及卡合部位108。

主体部位104是板状的部位，且穿设有供阀轴66的端部67卡止的卡止孔110。保持部位106是从主体部位104延伸出的l字形的板状的部位。在该保持部位106中与扭转弹簧126的第1端部128相卡合的位置处设置有切口112。

卡合部位108是从主体部位104延伸出的板状的部位。沿着该卡合部位108外周的部分，即，与在座面部82的平板部84所形成的凹部85相卡合的部分为圆弧形。该卡合部位108以使得在卡合部位108和主体部位104之间留有间隙114的方式与主体部位104连接。

接下来，对传递部100的配置进行说明。

如图5所示，卡合部102、扭转弹簧126、以及弹簧保持部132配置在壳体部件4的外侧。

其中，使扭转弹簧126在轴向上的一端容纳在弹簧保持部132的环状容纳部137中，并使第2端部130卡止于弹簧保持部132的切口134中。

而且，使扭转弹簧126的第1端部128卡止于卡合部102的保持部位106的切口112中。另外，在本实施方式中，扭转弹簧126被安装成向使阀芯62闭阀的方向施加作用力。

此外，卡合部102配置为使得阀轴66的端部67卡止于卡止孔110。

在本实施方式中，当活塞80延伸时，活塞80的座面部82会推压卡合部102的卡合部位108。受到该活塞80推压的卡合部102会进行旋转，从而使固定有该卡合部102的阀轴66也进行旋转。

而且，当成为开阀状态时，由于形成在卡合部位108和主体部位104之间的间隙114而使得卡合部102的主体部位104与座面部82的上端不会接触。即，间隙114作为专利权利要求书所记载的退避部的一例而发挥作用。

另外，当活塞80收缩时，则通过扭转弹簧126的作用力而闭阀。

此外，外壳部138是具有从壳体部件4的外侧覆盖卡合部102，进而覆盖传递部100的内部空间的l字形部件。该外壳部138以与壳体部件4以及驱动部壳体88相连接的方式而固定。外壳部138相对于壳体部件4以及驱动部壳体88的固定可通过焊接来实现，也可以通过钎焊来实现，还可以通过其他方法来实现。

<排气热回收装置的效果>

本实施方式的驱动部70是所谓的电控式热致动器。一般的电控式热致动器所占据的体积小于负压致动器所占据的体积，并等同于水温热致动器所占据的体积。因此，根据将电控式热致动器用作阀10的驱动源的排气热回收装置1，能够抑制该排气热回收装置1所占据的体积变大。

此外，在驱动部70中，无需使内燃机140的冷却液144流动于其内部。因此，与使用水温型热致动器的情况不同，根据排气热回收装置1，能够抑制内燃机140的冷却液144泄漏。

此外，在驱动部70中，能够在从外部输入了电信号的时刻实现活塞80的延伸。其结果是，根据排气热回收装置1，无论冷却液144的液体温度如何，都能够在规定的时刻驱动阀。

由上可知，根据排气热回收装置1，能够抑制排气热回收装置所占据的体积变大，并且能够减少冷却液144泄漏，与此同时，能够在规定的时刻驱动阀10。

特别是，在本实施方式中，卡合部102的卡合部位108的外周的一部分形成为圆弧形。此外，在与卡合部位108卡合的直线运动部78的座面部82形成有圆弧形的凹部85，以与卡合部位108相卡合。

即，根据排气热回收装置1，由于卡合部102的卡合部位108与座面部82彼此抵接，所以能够更切实地将活塞80的直进运动转换为卡合部102的旋转运动。此外，根据排气热回收装置1，由于卡合部位108的外周的一部分形成为圆弧形，所以能够抑制开阀所需的活塞80的可动范围变得极长。

其结果是，根据排气热回收装置1，能够更切实地且顺利地驱动阀10。

另外，在排气热回收装置1中，若直线运动部78与卡合部102相卡合并使卡合部102旋转，则座面部82与卡合部位108相卡合，与此同时，在座面部82的平板部84中与形成有凹部85的部位不同的上端部呈与设置在卡合部102的间隙114不接触的状态。

其结果是，根据排气热回收装置1，能够减少卡合部102阻碍活塞80的伸缩的情况，从而能够顺利地使活塞80进行伸缩，进而能够顺利地驱动阀10。

另外，在排气热回收装置1中，通过外壳部138辅助对驱动部70的固定。由此，根据排气热回收装置1，能够提高配置在壳体部件4外表面的驱动部70的刚性。其结果是，根据排气热回收装置1，能够减少因振动等外部干扰而使直线运动部78与传递部100成为非卡合的情况，从而能够抑制在开闭阀10时发生故障。

另外，在本实施方式中，扭转弹簧126的第1端部128沿着径向而朝向内侧。因此，能够抑制扭转弹簧126的从第1端部128到第2端部130的尺寸变大，进而能够抑制扭转弹簧126整体的直径变大。其结果是，能够抑制排气热回收装置1所占据的体积变大。

此外，根据排气热回收装置1，热膨胀性部件76的表面的至少一部分被绝热。因此，根据排气热回收装置1，能够抑制热膨胀性部件76因外部气温升高而膨胀，从而能够抑制不必要的开阀。

[其他实施方式]

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但是本公开不限于上述实施方式，在不脱离本公开的主旨的范围内，可以以各种方式进行实施。

例如，上述实施方式中的排气热回收装置1安装在具有内燃机140的移动体上，不过本公开中的排气热回收装置也可以不安装在移动体上。即，本公开中的排气热回收装置也可以在不安装在移动体上的情况下使用，即，只要其通过将来自内燃机140的排气142作为高温流体而进行热交换而从排气142中回收热即可。而且，排气热回收装置中的低温流体可以不是冷却液144，而可以是作为低温流体发挥作用的其他流体。

本公开中的热交换器可以是任何一种热交换器，只要其是在作为高温流体的排气142和流动于热交换器内部的低温流体之间进行热交换的热交换器即可。

此外，上述实施方式中的扭转弹簧126中仅第1端部128沿着径向而朝向内侧，不过在本公开的扭转弹簧126中，除了第1端部128之外，第2端部130也可以沿着径向而朝向内侧。

另外，省略了上述实施方式的一部分结构的形态也是本发明的实施方式。此外，将上述实施方式和变形例进行适当组合而构成的形态也是本发明的实施方式。并且，在不脱离由专利权利要求书中记载的语句所确定的发明本质的范围内各种可想到的形态亦皆是本发明的实施方式。