排气热回收装置制造方法
【专利摘要】排气热回收装置包括：内筒部，冷却剂在所述内筒部中流动；中间筒部，其距离所述内筒部规定的间隔地布置在所述内筒部的外侧，在所述中间筒部和所述内筒部之间形成有热回收流路，以将导入的排气的热量通过所述内筒部的冷却剂回收；外筒部，其距离所述中间筒部规定的间隔地布置在所述中间筒部的外侧，在所述外筒部和所述中间筒部之间形成旁通流路，使得分流的排气在所述旁通流路中流动；以及排气阀，其布置在所述中间筒部中的排气的流动方向上的上游端，以在所述热回收流路和所述旁通流路之间切换排气的流动。
【专利说明】排气热回收装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种排气热回收装置，该排气热回收装置将发动机的排气热回收到诸如发动机的冷却水等冷却剂。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，已知诸如回收汽车的内燃机(例如汽车发动机，在下文中将称为发动机)的排气热的装置等排气热回收装置。这种排气热回收装置被布置于发动机排气管的中间部分，以在来自于发动机并且通过排气管的排气(排出的气体)和发动机的冷却水之间进行热交换。例如，为了迅速地对发动机进行预热操作的目的，经由发动机的冷却水回收的排气热被用于快速地提高发动机处于冷却状态时的冷却水的温度，经由发动机的冷却水回收的排气热还被用于对车室加热。
[0003]现在实际使用的排气热回收装置被粗略地分成如下两种类型:在专利文献I (日本特开2010-31671号公报)中公开的第一传统技术(诸如在图5中示出的)和在专利文献2(日本特开2001-30741号公报)中公开的第二传统技术(此处未不出)。关于这两种技术，考虑到成本等，第一类型的传统技术为主流。
[0004]第一传统技术的排气热回收单元100 (图5)包括:内筒部101，其形成用于通过排气的旁通流路(或流动路径)104 ;排气阀102，其在内筒部101的下游侧开闭旁通流路104 ；外筒部103，其间隔地设置在内筒部101的外周侧；以及热交换部(排气热回收流路或路径105和106、以及冷却水流路或流动路径107和108)，其设置在内筒部101和外筒部103之间。
[0005]为了回收排气热，闭合排气阀102，导入到内筒部101的排气通过形成在内筒部101的侧部的大量的小孔109顺序地流到设置于内筒部101的外周的第一排气热回收流路105和第二排气热回收流路106，使得在排气与流经内冷却水流路107和外冷却水流路108的冷却水之间进行热交换。
[0006]由于设置排气热回收单元100的主要目的如上所述是在发动机启动时预热发动机以及加热车室，因此从发动机启动起经过某一预定时间之后，当预热或加热的需求一旦降低，就排出(排除)排气。
[0007]在排除排气热时，打开阀102，导入到内筒部101的排气直接被排出到下游侧，使得排气不会流到第一热回收流路105和第二热回收流路106。结果，抑制了冷却水温度的不必要的上升，并且防止了排气的压力损失。
[0008]另一方面，在第二传统技术的排气热回收装置(车辆用热存储系统)中，发动机的冷却水装置包括热回收单元和蓄热器。热回收单元以使得能够在从发动机排出的排气和发动机的冷却水之间进行热交换的方式、沿着从发动机的排气系统分叉的两部分中的一部分布置。
[0009]然而，在传统的技术中，仍然存在使得排气热回收装置在排气热回收装置满足预热发动机和加热车室的目的之后、在发动机稳定操作和高负荷操作时持续地回收排气热以实现提高燃料效率的需求。例如，该需求适用于装载有兰金循环系统的车辆的情况，在兰金循环系统中，排气热被恒定地回收到冷却水，回收的热被用作兰金循环加热器的热源。
[0010]然而，在第一传统技术和第二传统技术中，如果试图在发动机稳定操作时持续地回收排气热，则出现以下问题。
[0011]第一，冷却水被行驶风冷却会降低热回收效率。
[0012]也就是，在发动机安装在前侧的车辆中，排气管从车辆前侧经过地板的下表面向后侧延伸，因此排气热回收单元100被布置在地板的下表面。然而，由于冷却水在排气热回收单元100的外筒部103的附近流动，所以在发动机稳定操作和高速操作时产生的强行驶风易于冷却已经回收了排气热的冷却水。结果，将引起导致排气热回收效率降低的热损失。第二类型的传统技术也将招致该不期望的问题，因而是不方便的。
[0013]第二，排气和冷却水的压力损失大。
[0014]也就是，在排气热回收单元100的排气侧，排气通过小孔109流动到第一排气热回收流路105，然后，排气流向上游侧折返并且流动到第二排气热回收流路106，这会导致压力损失大。结果，特别是在发动机高负荷操作时会引起输出和燃料效率的降低。此外，在冷却水侧，由于内冷却水流路107和外冷却水流路108的截面狭小，所以冷却水经受大压力损失和高水泵负荷，这还引起燃料效率降低的问题。第二传统技术也将招致这种降低，因而是不方便的。
[0015]此外，即使当排气热回收装置是在发动机稳定操作时持续地回收排气热的类型，仍然期望排气热回收装置能够响应于来自兰金循环系统等的要求容易地控制排气热的回收量。
【发明内容】
[0016]考虑到现有技术中遇到的上述情况作出本发明，本发明的目的在于提供如下排气热回收装置:其能够防止回收热的量由于行驶风的影响而减少、能够减少进行热交换的排气和冷却剂的压力损失，并且还能够简单地控制回收热的量。
[0017]根据本发明通过提供如下排气热回收装置能够实现上述和其他目的，该排气热回收装置包括:内筒部，冷却剂在所述内筒部中流动；中间筒部，其距离所述内筒部规定的间隔地布置在所述内筒部的外侧，在所述中间筒部和所述内筒部之间形成有热回收流路，以将导入的排气的热量通过所述内筒部的冷却剂回收；外筒部，其距离所述中间筒部规定的间隔地布置在所述中间筒部的外侧，在所述外筒部和所述中间筒部之间形成旁通流路，使得分流的排气在所述旁通流路中流动；以及排气阀，其布置在所述中间筒部中的排气的流动方向上的上游端，以在所述热回收流路和所述旁通流路之间切换排气的流动。
[0018]在上述方面中，所述排气热回收装置还可以包括静态搅拌器，所述静态搅拌器内置在所述内筒部中以搅拌所述冷却剂使其流动。
[0019]优选地，所述排气阀可以包括阀体和设置在所述阀体的大致中央位置处的阀体棒，所述阀体棒配置在所述中间筒部的宽度方向或直径方向上的大致中央位置。
[0020]优选地，所述排气阀可以包括双门结构形式的多个阀组件，各所述阀组件均包括阀体和设置在所述阀体的端部的阀体棒，各所述阀组件中的所述阀体棒均配置在所述中间筒部的宽度方向或直径方向上的端部，当所述排气阀完全闭合时，由所述阀组件的所述阀体阻塞所述中间筒部中的排气的流动方向上的上游端，另一方面，当所述排气阀完全打开时，所述阀组件中的所述阀体的顶端部被构造成接近所述外筒部，以大致阻塞所述旁通流路中的排气的流动方向上的上游端。
[0021]根据具有上述结构和特征的本发明，冷却剂流经的内筒部顺序地由热回收流路和旁通流路覆盖，其中，所述热回收流路由内筒部和和中间筒部形成，所述旁通流路由中间筒部和外筒部形成。这使得能够防止由冷却剂回收的回收热的量由于行驶风的影响而减少。此外，由于热回收流路形成为直线状，所以，排气流在热回收流路中顺畅地流动，并且在冷却剂流经的内筒部中还确保了流路的截面面积。这使得能够减少排气和冷却剂两者的压力损失。此外，通过调整排气阀的打开程度由此调整排气流动到热回收流路中的流量，能够简单地控制由冷却剂回收的热回收量。
[0022]本发明的实质、进一步的特征和有益效果从参照附图作出的以下说明中将更清
λ.Μ
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【专利附图】
【附图说明】
[0023]在附图中:
[0024]图1表示根据本发明的第一实施方式的、处于非热回收状态的排气热回收装置，其中，图1的(A)是排气热回收装置的纵向截面图，图1的(B)是沿着图1的(A)的线1-1截取的截面图；
[0025]图2表示根据本发明的第一实施方式的、处于热回收状态的排气热回收装置，其中，图2的(A)是排气热回收装置的纵向截面图，图2的(B)是沿着图2的(A)的线I1-1I截取的截面图；
[0026]图3表示根据本发明的第二实施方式的、处于非热回收状态的排气热回收装置，其中，图3的(A)是排气热回收装置的纵向截面图，图3的(B)是沿着图3的(A)的线II1-1II截取的截面图；
[0027]图4表示根据本发明的第二实施方式的、处于热回收状态的排气热回收装置，其中，图4的(A)是排气热回收装置的纵向截面图，图4的(B)是沿着图4的(A)的线V1-VI截取的截面图；以及
[0028]图5是示出第一类型传统技术的排气热回收单元的截面图。
【具体实施方式】
[0029]以下，将参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0030][第一实施方式(图1和图2)]
[0031]以下参照图1和图2说明本发明的第一实施方式。
[0032]参照图1和图2，本实施方式的排气热回收装置10大致包括内筒部11、中间筒部
12、外筒部13和排气阀14。具有以上结构的排气回收装置10用于在发动机启动以及发动机稳定操作和高负荷操作时持续地将自于未示出的发动机的排气(排放的气体)I的热回收到冷却剂(在本实施方式中是发动机的冷却水2)，回收的热被用于预热发动机和加热车室，以及用作兰金循环加热器的热源。
[0033]例如，内筒部11形成为圆筒状，冷却水2在内筒部11中流动并且内筒部11内置静态搅拌器15。静态搅拌器15通过接合多个向右扭转的右扭转叶片15A和向左扭转的左扭转叶片15B而构成，右扭转叶片和左扭转叶片在轴向上交替配置。邻接的右扭转叶片15A和左扭转叶片15B之间的夹角例如是90度。因此，在内筒部11中流动的冷却水2通过内置在内筒部11中的静态搅拌器15搅拌。
[0034]例如，中间筒部12也形成为圆筒状，中间筒部12距离内筒部11规定的间隔地配置于内筒部11的外周侧。热回收流路16形成在中间筒部12和内筒部11之间。热回收流路16被构造成使内筒部11中的冷却水2通过热交换操作(在下文中将仅称为热交换)回收导入的排气I的热。
[0035]例如，外筒部13也形成为圆筒状，外筒部13距离中间筒部12规定的间隔地配置于中间筒部12的外周侧。旁通流路17形成在外筒部13和中间筒部12之间，使得没有导入热回收流路16中而分流的排气I在旁通流路17中流动。
[0036]此外，排气阀14具有圆盘状的阀体18和设置在阀体18的近似中央位置(例如，直径位置)的阀体棒19。排气阀14布置在中间筒部12中的排气I的流动方向上的上游端。更具体地，排气阀14的阀体棒19在中间筒部12中的排气I的流动方向上的上游端能够转动地支撑在中间筒部12的直径方向或宽度方向(在本实施方式中为直径方向D)上的近似中央位置。
[0037]如图1的(A)和图1的(B)所示，中间筒部12具有上游侧开口端，排气阀14的阀体18与中间筒部12的轴心O垂直地布置在该上游侧开口端处，在本配置中，排气阀14的开口被设定为完全闭合状态。根据阀体18的这种配置，导入到外筒部13的排气I被排气阀14的阀体18阻塞，使得排气I不会流动到中间筒部12中的回收流路16，而是大致全部量的排气I如图1的(A)的箭头A所示流经外筒部13中的旁通流路17。因此，排气I的热几乎不被回收到内筒部11中的冷却水。
[0038]当排气阀14的阀体18处于与中间筒部12的轴心O平行的位置时，排气阀14的开口被设定为完全打开状态(图2)。在这种情况下，分别如图2的(A)的箭头B和箭头C所示，导入到外筒部13的排气I流经中间筒部12中的热回收流路16并且流经外筒部13中的旁通流路17，流经热回收流路16的排气I的热通过热交换操作被回收到在内筒部11内流动的冷却水2。
[0039]根据在从与中间筒部12的轴心O正交的状态到与轴心O平行的状态的范围内设定为规定位置的排气阀14的打开程度，外筒部13内的排气I流动到中间筒部12中的热回收流路16，并且排气I的热通过热交换操作被回收到在内筒部11中流动的冷却水2。
[0040]根据上述第一实施方式的结构，实现了以下有益效果(I)至(5)。
[0041](I)冷却水2所流经的内筒部11被由内筒部11和中间筒部12形成的热回收流路16覆盖，热回收流路16进一步被由中间筒部12和外筒部13形成的旁通流路17覆盖。因此，能够防止由冷却水2回收的回收热由于在外筒部13外侧流动的行驶风的影响而减少。结果，提高了排气热的回收效率。
[0042](2)由内筒部11和中间筒部12形成的热回收流路16形成为直线状，使得排气I在热回收流路16中平稳地流动，并且该流路具有足够大的截面面积以在冷却水2所流经的内筒部11中内置静态搅拌器15。因此，能够减少排气I和冷却水2两者的压力损失。结果，能够防止在发动机稳定操作和高负荷操作时降低输出和燃料效率。因此，提供了适合在发动机稳定操作和高负荷操作时进行持续的热回收的热回收装置10。
[0043](3)通过调整排气阀14的打开程度，能够调整流入热回收流路16中的排气I的流量，因此，能够容易地控制由在内筒部11内流动的冷却水2回收的热回收量。结果，当从排气回收的热被用作兰金循环加热器的热源时，能够控制兰金循环加热器所要求的热量。
[0044](4)内筒部11内置搅拌冷却水2并使得冷却水2流动的静态搅拌器15，因而提高了流经内筒部11外侧的热回收流路16的排气I与内筒部11中的冷却水2之间的热交换的效率。因此，能够增加通过冷却水2从排气I回收的热量。
[0045](5)排气阀14布置在中间筒部12中的排气I的流动方向上的上游端处，在这种状态下，设置在阀体18的近似中央位置处的阀体棒19处于中间筒部12的直径方向D的近似中央位置处。因此，当排气I流入中间筒部12内的热回收流路16时，排气I被阀体18和阀体棒19搅拌从而进入紊流状态。结果，能够增加在热回收通路16中进入紊流状态的排气I的热被回收到在内筒部11内流动的冷却水2的热回收量。
[0046][第二实施方式(图3和图4)]
[0047]以下参照图3和图4说明第二实施方式。更具体地，图3的(A)是示出根据本发明的第二实施方式的、处于非热回收状态的排气热回收装置的纵截面图，图3的(B)是沿着图3的(A)的线II1-1II的截面图。图4的(A)是示出处于热回收状态的、图3的(A)和图3的(B)的排气热回收装置的纵截面图，图4的(B)是沿着图4的(A)的线IV-1V的截面图。
[0048]在图3和图4示出的第二实施方式中，与第一实施方式中的组成构件或元件对应的组成构件或元件由相同的附图标记表示，以简化或省略对该组成构件或元件的说明。
[0049]第二实施方式的排气热回收装置20与第一实施方式的不同之处在于:中间筒部21和外筒部22形成为矩形筒状，并且排气阀23包括多个阀组件24。
[0050]在本实施方式中，各阀组件24均设置有方形板状的阀体25和设置在阀体25端部处的阀体棒26，本实施方式的阀组件24例如是以双门结构形式配置由此构成排气阀23的一对阀组件24。
[0051]在以上结构中，各阀体组件24的阀体棒26在中间筒部21中的排气I的流动方向上的上游端处配置在中间筒部21的宽度方向或直径方向(本实施方式中为宽度方向W)上的端部。
[0052]更具体地，一个阀组件24的阀体棒26和另一个阀组件24的阀体棒26分别配置于中间筒部21的宽度方向W上相反的端部，使得这些阀组件24形成双门结构。
[0053]此外，构成排气阀23的所有阀组件24的阀体25被设计成使得阀体25的面积和形状等于或大于中间筒部21中的排气I的流动方向上的上游端处的流路的截面。因此，当排气阀23完全闭合时(图3的(A)和图3的(B))，中间筒部21中的排气I的流动方向上的上游端处的流路的截面被所有阀组件24的阀体25阻塞。在这种配置中，如图3的(A)的箭头P所示，导入到外筒部22的排气I流经旁通流路17并且不会流动到热回收流路16。
[0054]如图4的(A)和图4的(B )所示，构成排气阀23的所有阀组件24的阀体25被构造成具有当排气阀23完全打开时接近外筒部22的顶端部25A，使得旁通流路17中的排气I的流动方向上的上游端几乎被完全阻塞。因此，当排气阀23完全打开时，尽管外筒部22中的排气I不会流动到旁通流路17中，但是如图4的(A)的箭头Q所示，排气I被阀组件24的阀体25引导，使得大致全部量的排气I流入热回收流路16。[0055]此外，在本实施方式中，热回收流路16也形成在内筒部11和中间筒部21之间，而旁通流路17形成在中间筒部21和外筒部22之间。
[0056]根据上述第二实施方式的结构和配置，除了与第一实施方式相同的有益效果(I)至(4)之外，还实现了以下有益效果(6)。
[0057](6)当排气阀23完全打开时，所有阀组件24中的阀体25的顶端部25A接近外筒部22，旁通流路17中的排气I的流动方向上的上游端大致被所有阀组件24的阀体25阻塞。因此，能够将从外筒部22的内侧流入旁通流路17的排气I的流量设定成大致为零，由此将外筒部22内的全部排气I引导至热回收流路16。结果，能够显著地增大由内筒部11中流动的冷却水2从排气I回收的热回收量。
[0058]还要注意，本发明不限于上述实施方式，在不偏离本发明的范围的情况下可以做出许多其他的改变或变型。
[0059]例如，在第一实施方式和第二实施方式中，可以在内筒部11的外表面上设置诸如翅片等凹凸以进一步增加来自排气I的热回收量。另外，内筒部11、中间筒部12和21以及外筒部13和22的截面形状可以是圆形和多边形中的任意一种。
【权利要求】
1.一种排气热回收装置，其包括: 内筒部，冷却剂在所述内筒部中流动； 中间筒部，其距离所述内筒部规定的间隔地布置在所述内筒部的外侧，在所述中间筒部和所述内筒部之间形成有热回收流路，以将导入的排气的热量通过所述内筒部的冷却剂回收； 外筒部，其距离所述中间筒部规定的间隔地布置在所述中间筒部的外侧，在所述外筒部和所述中间筒部之间形成旁通流路，使得分流的排气在所述旁通流路中流动；以及 排气阀，其布置在所述中间筒部中的排气的流动方向上的上游端，以在所述热回收流路和所述旁通流路之间切换排气的流动。
2.根据权利要求1所述的排气热回收装置，其特征在于，所述排气热回收装置还包括静态搅拌器，所述静态搅拌器内置在所述内筒部中以搅拌所述冷却剂使其流动。
3.根据权利要求1或2所述的排气热回收装置，其特征在于，所述排气阀包括阀体和设置在所述阀体的大致中央位置处的阀体棒，所述阀体棒配置在所述中间筒部的宽度方向或直径方向上的大致中央位置。
4.根据权利要求1或2所述的排气热回收装置，其特征在于，所述排气阀包括双门结构形式的多个阀组件，各所述阀组件均包括阀体和设置在所述阀体的端部的阀体棒，各所述阀组件中的所述阀体棒均配置在所述中间筒部的宽度方向或直径方向上的端部，当所述排气阀完全闭合时，由所述阀组件的所述阀体阻塞所述中间筒部中的排气的流动方向上的上游端，另一方面，当所述排气阀完全打开时，所述阀组件中的所述阀体的顶端部被构造成接近所述外筒部，以大致阻塞所述旁通流路中的排气的流动方向上的上游端。
【文档编号】F01N5/02GK103573355SQ201310332131
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2012年8月8日
【发明者】篠原竜太郎 申请人:铃木株式会社