具有改进的轻质流动联接腔室和可插入阀的热回收装置的制造方法
【专利说明】具有改进的轻质流动联接腔室和可插入阀的热回收装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2013年3月I日提交的美国临时专利申请61/771，608的优先权和权益，该美国临时专利申请的内容以引用的方式并入到本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及用于从气流中去除热的装置，诸如用于从机动车辆进气和排气系统中去除热的热回收装置。
【背景技术】
[0004]在许多应用中存在从气流移除热的需要。在机动车辆中，例如，需要从进气流和/或排气流移除热。例如，在某些应用中，例如，在涡轮增压或增压发动机中，进气(或“增压空气”)需要冷却。在包含排气再循环(EGR)或排气热回收(EGHR)系统的车辆中，从排气流移除热。从进气或排气流移除的热通常转移到热交换器中的液体冷却剂。
[0005]在EGHR系统中，例如，来自车辆排气的热经由液体冷却剂或油转移到其它车辆部件，以便在车辆启动时提供空气和车辆流体的更快加热，从而减少了燃料消耗。从排气提取并且用于加热车辆流体、诸如发动机油和变速器流体的热使得它们粘性更低并且在启动期间改进了燃料经济性。而且，从排气提取的热可以用于快速加热乘客舱并且用于窗除霜，减少了在寒冷天气较长空转时段的需要。在初始启动时段之后，不再需要从排气回收热。因此，一旦车辆到达正常操作温度，EGHR系统通常包括旁路来最小化从排气到液体冷却剂的传热。这帮助最小化冷却系统上的负荷并且最小化液体冷却剂沸腾或热降解风险。
[0006]因此，EGHR系统包含气体对液体热交换器，以从车辆排气提取热并且将热转移到液体冷却剂，通常水/乙二醇发动机冷却剂，但向油直接传热也是可能的。EGHR系统还包括转向阀以在车辆启动期间引导排气流的至少一部分通过热交换器，并且一旦不再需要来自排气的热，绕过热交换器。热交换器和阀需要连接到排气系统管路。还提供致动器以便控制阀的操作。可以利用电子控制的螺线管、蜡马达、发动机真空或双金属或形状记忆合金(SMA)致动器来操作阀。
[0007]为了节省空间并且降低成本并减轻车辆重量，阀和热交换器可以整合到单个单元内，在本文中被称作EGHR装置。然而，在许多整合的EGHR装置中，由排气对热交换器进行加热，无论装置处于热交换模式还是旁通模式。这可能是由于经过阀和/或热传导的排气泄漏。这增加了到冷却剂的传热量，增加了在冷却系统上的负荷，并且冒着冷却剂累积热降解或者诱导热应力的风险，这可能会造成热交换器损坏。
[0008]仍然需要用于机动车辆进气和排气系统的简单和有效热回收装置，其最小化部件的空间使用、重量和数量，这些部件更易于整合到现有排气系统管路内，并且也在旁通模式最小化热应力和到冷却剂的不希望的传热。
【发明内容】
[0009]根据一实施例，提供一种热回收装置，包括气体转向阀、气体/液体热交换器和流动管。气体转向阀包括在旁通位置与热交换位置之间可动的阀构件。气体/液体热交换器包括多个气体流动通路、与气体流动通路成流动连通的气体入口歧管和气体出口歧管。流动管包括:(a)顶部密封表面，其适于密封气体流动管道的密封表面，顶部密封表面围绕流动管中的顶部开口 ；以及(b)在热交换器与顶部密封表面之间延伸并且封闭流动管内部的管壁，其中流动管的内部与热交换器的气体流动通路成流动连通。
[0010]根据一实施例，提供一种热回收装置和气体流动管道的组合。热回收装置包括气体转向阀、气体/液体热交换器和流动管。气体转向阀包括在旁通位置与热交换位置之间可动的阀构件。气体/液体热交换器包括多个气体流动通路、与气体流动通路成流动连通的气体入口歧管和气体出口歧管。流动管包括:(a)顶部密封表面，其密封到气体流动管道的密封表面上，顶部密封表面围绕流动管中的顶部开口 ；(b)在热交换器与顶部密封表面之间延伸并且封闭流动管内部的管壁，其中流动管的内部与热交换器的气体流动通路成流动连通。
[0011]根据一实施例，提供一种热回收装置，包括:(a)气体/液体热交换器，包括多个气体流动通路、与所述气体流动通路成流动连通的气体出口歧管以及气体入口歧管；(b)气体流动管，其包括:(i)中空内部腔室；(ii)第一开口端部和第二开口端部，其沿着旁通气体流动方向彼此间隔开，其中旁通气体流动通路沿着所述旁通气体流动方向、通过第一端与第二端之间的中空内部腔室限定；以及(iii)至少一个开口，通过至少一个开口，在内部腔室与热交换器的气体入口歧管和气体出口歧管之间提供流动连通，其中所述至少一个开口位于气体流动管的第一端与第二端之间；(C)气体转向阀，其包括第一阀构件和第二阀构件，第一阀构件和第二阀构件均位于气体流动管的中空内部腔室内，其中第一阀构件和第二阀构件中的每一个可以绕枢转轴线在闭合位置与打开位置之间枢转，在闭合位置，基本上由阀构件来防止在中空内部腔室与热交换器的歧管之一之间的流动连通，在打开位置，允许在中空内部腔室与热交换器的歧管之一之间的流动连通。当两个阀构件处于闭合位置时，阀构件基本上阻挡所述至少一个开口，以便基本上防止在中空内部腔室与热交换器的气体入口和出口歧管之间的流动连通。
【附图说明】
[0012]现将参考附图仅以举例说明的方式描述发明，在附图中:
[0013]图1是连结到废气管道上的根据本发明的第一实施例的热回收装置的立体图；
[0014]图2是处于旁通模式的、沿着图1的线2-2’的纵向截面图；
[0015]图3是示出图1的热回收装置的一部分的透视截面图；
[0016]图4是根据本发明的第二实施例的热回收装置的纵截面图；
[0017]图5是根据本发明的再一实施例的热回收装置的截面立体图，其中气体流动管单独地示出；
[0018]图6A和图6B是不出了图5的气体流动管的一部分的放大图；
[0019]图7至图9是根据本发明的各种实施例的用于安装热回收装置的阀的替代器件的放大视图；
[0020]图10是根据本发明的再一实施例的热回收装置的纵截面图；
[0021]图1lA是根据本发明的另一实施例的热回收装置的纵截面图；
[0022]图1lB是与图1lA中示出的热回收装置类似的热回收装置的一部分的放大特写图；
[0023]图12A是根据本发明的再一实施例的热回收装置的纵截面图；
[0024]图12B是沿着图12A的线12B-12B’的截面平面图；
[0025]图13是根据本发明的另一实施例的热回收装置的纵截面图；
[0026]图14A是根据本发明的另一实施例的热回收装置的纵截面图；
[0027]图14B是剖过图14A的热回收装置所安装到的气体管的截面平面图；
[0028]图15是根据本发明的另一实施例的热回收装置的纵截面图；
[0029]图16是根据本发明的再一实施例的热回收装置的纵截面图；
[0030]图17是根据本发明的另一实施例的热回收装置的纵截面图，其中阀闭合；
[0031]图18示出了图17的热回收装置，其中阀打开；
[0032]图19是根据本发明的另一实施例的热回收装置的气体流动管的局部剖视、底部立体图；
[0033]图20是图19的气体流动管的局部剖视侧视图；
[0034]图21是根据本发明的另一实施例的热回收装置的气体流动管的局部剖视、底部立体图；
[0035]图22是图21的气体流动管的局部剖视侧视图；
【具体实施方式】
[0036]现将参考图1至图3来描述根据本发明的第一实施例的热回收装置10。热回收装置10可以用作机动车辆排气系统中的EGHR装置，并且因此有时在本文中被称作EGHR装置10。
[0037]装置10包括气体转向阀12、气体/液体热交换器14和排气入口 /出口联接件或流动管16。热回收装置10在图1和图2中被示出为附连到热气体管道20上，例如，位于排气歧管下游和尾管上游的机动车辆的排气管路的部段。
[0038]热交换器14可以与2012年8月30日提交的、名称为“Exhaust Gas Heat RecoveryDevice (废气热回收装置)”的共同转让的美国专利申请13/599，399的热交换器相似或相同。
[0039]热交换器14包括热交换器芯22，热交换器芯22包括芯板堆叠24，芯板堆叠24限定以交替次序排列的多个气体流动通路26和多个液体流动通路28。气体流动通路26和液体流动通路28可以平行于通过气体管道20的气体流动。通常，通过气体流动通路26流动的气体是热的车辆废气，并且通过液体流动通路28流动的液体是液体冷却剂，诸如水/乙二醇发动机冷却剂，液体冷却剂也可以循环通过车辆冷却系统的其它部件。通常，构成热交换器14的芯板24将包括不锈钢或其它耐热材料，并且通常通过钎焊与合适填充金属连结。
[0040]多个歧管延伸穿过芯22，并且可以基本上垂直于通过管道20的气体流动方向。热交换器14包括四个这样的歧管，即，与气体流动通路26成流动连通的气体入口歧管30和气体出口歧管32 ;以及与液体流动通路28成流动连通的液体入口歧管34和液体出口歧管36。液体歧管34、36与一对液体配件6、8成流动连通。
[0041]热交换器芯22具有底板38，底板38设有气体入口歧管开口 40和气体出口歧管开P 42 ο
[0042]在图1-3所示的实施例中，安装板44设置于底板38与流动管16之间。安装板44可以通过任何方便手段、诸如通过焊接、钎焊或者通过机械紧固件而固定到底板38上。在第一实施例中，安装板44钎焊到热交换器14的底板38，并且利用机械紧固件、诸如螺栓而固定到流动管16，为此目的，安装板44的周界边缘可以设有螺栓孔(未图示)。这种布置可以是有利的，例如在流动管16和热交换器14由难以钎焊或焊接在一起的不同金属制成的情况下。
[0043]安装板44还设有气体入口歧管开口 48和气体出口歧管开口 50，开口 48、50沿通过气体管道20流动的方向彼此间隔开。开口 48、50与芯22的相应气体入口歧管30和气体出口歧管32对准，以便在流动管16的内部与热交换器14的气体入口歧管30与出口歧管32之间提供连通。
[0044]在安装板44与流动管16之间可以设置有隔热材料层，以便减小从流动管16到热交换器14的热传导。这种隔热层可以呈现垫片52的形式，垫片设置于安装板44与流动管16之间。
[0045]流动管16可以由金属板制成，金属板可以具有与构成热交换器14的金属相同或不同的组成。将管材料选择为薄规格将在处于热交换器旁通模式时最小化从热排气到热交换器14的传导性传热，便于管制造并且最小化重量。流动管16具有顶部54和底部56，顶部54和底部56都设有密封表面。首先，管16的顶部54设有管道密封表面58，管16沿着管道密封表面58固定到气体管道20。管道密封表面58包围管16中的顶部开口 60，通过在管16中的顶部开口 60，在管16的内部与气体管道20的内部之间提供流动连通。在图示实施例中，管道密封表面58是平面的并且包括在顶部开口 60周围的凸缘62。
[0046]气体管道20设有与管16的顶部开口 60相似形状和大小的开口 92。在图2所示的实施例中，气体管道20的开口 92略长于开口 60。管道20的开口 92由密封表面94包围，管道20沿着密封表面94