CN101050719A - 废热回收设备 - Google Patents

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Abstract

蒸发器(110)具有管(111)，并由废气的热蒸发工作流体。冷凝器(130)朝向冷却剂散发工作流体的热，从而冷凝工作流体，且将冷凝的工作流体返回到蒸发器(110)。用于增加传热面积的散热片(112)设置在管(111)之间，且连接到管(111)上。所述散热片(112)具有操作力减小部分(112a、112b)，所述操作力减小部分(112a、112b)根据在管纵向方向上在管(111)之间的热膨胀差，减小施加到散热片(112)上的操作力。所述操作力减小部分(112a、112b)设置在管(111)之间的散热片(112)的中点。

Description

废热回收设备
技术领域
本发明涉及一种废热回收设备。例如，所述回收设备典型地用于具有内燃机的车辆内，并回收来自内燃机的废热。
背景技术
JP-A-120178披露了包括热虹吸管的废热回收设备，其中蒸发器和冷凝器连接在回路中。蒸发器包括多个管，并设置在内燃机的排气管道中。冷凝器设置在内燃机的冷却剂侧处，并将来自内燃机的废热回收到冷却剂内。
为了提高蒸发器内热介质与废气之间的热交换，散热片被硬焊到管的外表面，以便增加热传递面积。
然而，当在高温废气流中产生温度分布时，根据温度分布在管之间可以产生温度差。因此，在管之间可以产生热膨胀差，且拉伸载荷可以被施加到散热片上。例如，在管与散热片之间的圆角(或称之为焊脚凸缘)内会产生破裂。
发明内容
考虑到上面和其它问题，本发明的目的是提供一种废热回收设备。
根据本发明的示例，一种废热回收设备，包括蒸发器和冷凝器。所述蒸发器具有多个管，所述多个管在布置方向上布置，所述蒸发器还具有散热片，所述散热片用于增加传热面积。所述蒸发器通过从内燃机排放的废气的热蒸发在其内的工作流体。所述冷凝器用于朝向内燃机的冷却剂散发从蒸发器流出的工作流体的热，从而冷凝工作流体，且将冷凝的工作流体返回到蒸发器。所述散热片在布置方向上布置在管之间，且连接到管的面上。所述散热片具有操作力减小部分，所述操作力减小部分根据在管纵向方向上在管之间的热膨胀差，减小施加到散热片上的操作力(operationforce)。所述操作力减小部分在布置方向上布置在散热片的中点。
因此，可以限制散热片由于管之间的热膨胀差而受到损害。
附图说明
通过下面参照附图做出的详细描述，本发明的上面和其它目的、特征和优点变得更加明显。图中：
图1是显示根据本发明第一实施例的废热回收设备的示意图，所述废热回收设备安装在车辆内；
图2是显示废热回收设备的示意性横剖面视图；
图3是废热回收设备的管和散热片层的放大的横剖面视图；
图4是废热回收设备的管和散热片层的放大的横剖面视图；
图5是根据第二实施例的废热回收设备的管和散热片层的放大的横剖面视图；
图6是根据第二实施例的废热回收设备的管和散热片层的放大的横剖面视图；和
图7是根据第三实施例的废热回收设备的示意性横剖面视图。
具体实施方式
第一实施例
下面将参照图1-3描述第一实施例中的废热回收设备100。所述设备100用于将内燃机10作为驱动源的车辆内，且如图1中所示，设备100设置在内燃机10的排气管道11与废热回收回路30之间。
内燃机10为水冷式内燃机，且包括排气管道11，由内燃机10内的燃料燃烧产生的废气流过所述排气管道11。排气管道11包括清洁废气用的催化变换器12。此外，内燃机10包括散热器回路20、废气回收回路30和加热器回路40。冷却内燃机10用的冷却剂在散热器回路20和废气回收回路30中的每一个内循环。加热器回路40通过使用冷却剂(温水)加热进行温度调节的空气。
散热器回路20包括散热器21；水泵22，所述水泵22用于使冷却剂循环；通道23，所述通道23用于旁路散热器21；和自动调温器24。散热器21通过与外部空气交换热量冷却冷却剂。自动调温器24控制流过散热器21的冷却剂量和流过通道23的冷却剂量。特别地，当执行内燃机10的预热时，流过通道23的冷却剂的量增加，从而促进内燃机10的预热。即，可以减小由散热器21引起的冷却剂的过冷。
废热回收回路30在内燃机10的出口与散热器回路20分支，并连接到水泵22。由于水泵22，冷却剂可以循环。回收设备100的水箱140(冷凝器130)连接到回收回路30。下面将描述水箱140(冷凝器130)。
冷却剂(温水)在与散热器回路20不同的位置从内燃机10排放到加热器回路40，且加热器回路40结合到废热回收回路30的下游侧。加热器芯部(core)41布置在空调单元的空调壳体(没有示出)内。进行温度调节的空气由风扇(没有示出)送出，且加热器芯部41通过与温水交换热量加热进行温度调节的空气。
如图2中所示，回收设备100包括回路类型的加热管道101，在加热管道101中蒸发器110和冷凝器130由连接通道115和回流通道135彼此连接。蒸发器110设置在导管(duct)120内，且冷凝器130设置在水箱140内。
加热管道101具有填充部分(没有示出)，且通过填充部分被抽空(降压)。然后，工作流体(水)通过填充部分填充到加热管道101内。此后，加热管道101的填充部分被密封。在一个大气压下水具有100℃的沸点。然而，加热管道101内的水具有5至10℃的沸点，这是因为加热管道101被降压到例如0.01个大气压。此外，除了水之外，酒精、碳氟化合物或含氯氟烃可以用作工作流体。
回收设备100的部分(后面将要描述)由具有耐腐蚀的高性能的不锈钢材料制成。在所述部分被组装之后，所述部分使用硬焊材料被一体地焊接在接头或配合部分。
蒸发器110包括管111、散热片112、底箱113和顶箱114。管111为扁平形状的长的薄管道，且管111的纵向方向对应于图2中的上下方向。管111布置在对应于图2中的左右方向的宽度方向上，且在管111之间设置预定的管心距(间隔)。此外，管111布置在垂直于管道的纵向方向和宽度方向的厚度方向上。
由薄壁材料制成的散热片112在宽度方向上设置在管111之间，且连接到管111的每一个外壁(面)。下面将描述散热片112。
底箱113为扁平的容器，且在纵向方向上设置在管111的底端。顶箱114为扁平的容器，且在纵向方向上设置在管111的顶端。底箱113和顶箱114中的每一个具有孔(没有示出)，且管111插入到孔内，以便连接到箱113、114。由此，管111可以与箱113、114连通。
蒸发器110设置在导管120内。导管120为矩形横截面的柱体，且废气如下面所述地流入导管120的内部。在导管120内蒸发器110设置成厚度方向对应于废气的流动方向。
冷凝器130包括管131、散热片132、底箱133和顶箱134。管131的纵向方向对应于图2中的上下方向。散热片132形成为曲柄形状，且在管131之间设置成连接到管131上。管131连接到箱133、134从而与箱133、134连通。
冷凝器130设置在水箱140内。水箱140是被延伸以对应于管131的纵向方向的容器。用于将冷却剂引入水箱140内的引入管道141设置在水箱140的一端，且用于向外排放冷却剂的排放管道142设置在水箱140的另一端。
冷凝器130设置在蒸发器110的侧面。蒸发器110的顶箱114和冷凝器130的顶箱134由连接通道115连接，所述连接通道115通过导管120和水箱140。此外，蒸发器110的顶箱113和冷凝器130的底箱133由回流通道135连接，所述回流通道135通过导管120和水箱140。因此，通过以此顺序连接回路中的连接底箱113、管111、顶箱114、连接通道115、顶箱14、管131、底箱133和回流通道135，加热管道101得以形成。
导管120与水箱140之间设置间隙。连接通道115和回流通道135的位置对应于间隙的位置，从而通道115、135操作为蒸发器110与冷凝器130之间的热绝缘部分121。
薄壁带板通过滚筒加工形成为波形，从而使得散热片112成为波纹状。如图3中所示，散热片112在管111之间在宽度方向上分成多个散热片层。在此，在第一实施例中，散热片112通过形成铜焊圆角连接到管111的壁(面)。
此外，由薄壁板材料制成的隔离板116设置在散热片层1121、1122之间。板116连接到散热片层中的一个上，且没有连接到另一散热片层。在此实施例中，板116连接到散热片层1122，且没有连接到散热片层1121，从而形成操作力减小部分112a(非连接部分)，所述操作力减小部分112a相对于板116和散热片层1122可移位。可选地，板116可以连接到散热片层1221，且没有连接到散热片层1122从而形成非连接部分112a。
如上所述，回收设备100的蒸发器110(导管120)设置在催化变换器12下游侧的排气管道11内，且回收设备100的引入管道141和排放管道142连接到废热回收回路30。
接下来将描述回收设备100的操作和优点。当内燃机10启动时，水泵22也启动，从而冷却剂在散热器回路20、废热回收回路30和加热器回路40内循环。内燃机10内产生的废气在排气管道11内流动并通过催化变换器12，然后通过回收设备100的蒸发器110排放到外面。此外，在废热回收回路30内循环的冷却剂通过回收设备100的水箱140(冷凝器130)。
内燃机10启动后，加热管道101的蒸发器110内的水从流入导管120的废气吸收热量，以便被蒸发。蒸汽上升通过管111，并通过顶箱114和连接通道115流入冷凝器130(顶箱134和管131)内。流入冷凝器130内的蒸汽由冷却剂冷却，所述冷却剂从废热回收回路30流入水箱140，并冷凝成冷凝水。冷凝水通过回流通道135返回到蒸发器110的底箱113。
热从废气传递到水，即热从蒸发器110输送到冷凝器130。然后，当蒸汽在冷凝器130内冷凝时，传递的热散发为冷凝的潜热。由此，流过废热回收回路30的冷却剂以积极的方式被加热。即，内燃机10可以被更加有效地预热。因此，可以降低内燃机的摩擦损失，且可以降低用于提高冷启动的燃料。由此，可以改进里程油耗(燃料效率)。此外，可以提高将冷却剂使用为热源的加热器回路40(加热器芯部41)的加温性能。此外，废气的一部分热量通过加热管道101的外壁从蒸发器110引导(传递)到冷凝器130。
此外，因为多个管111和多个散热片112设置在蒸发器110内，所以用于从废气接收热量的面积可以得到增加。因此，工作流体的蒸发可以在蒸发器110内加速，且可以增加从蒸发器110到冷凝器130的传热量。
此外，因为绝热部分121设置在蒸发器110与冷凝器130之间，所以可以防止蒸发器110被冷凝器130内的冷却剂冷却。由此，可以减小蒸发器110内的冷凝操作。
在第一实施例中，蒸发器110的散热片112分成散热片层1121、1122，且非连接部分112a(操作力减小部分)设置在散热片层1121、1122之间。由于非连接部分112a，散热片层1121、1122彼此没有连接。例如，如果废气流在导管120内具有温度分布，那么在管111之间就会产生温度差，从而在管111之间产生热膨胀差。然而，在此实施例中，由于非连接部分112a，可以减小施加到散热片层1121、1122上的张力(操作力)。即，散热片层1121、1122根据管111的热膨胀在管111之间可移位。因为可以减小施加到散热片层1121、1122上的操作力，所以可以防止散热片层1121、1122受到损坏。
此外，因为板116布置在散热片层1121、1122之间，所以当散热片层1121、1122组装在管111之间时，散热片层1121的波峰(波谷)和散热片层1122的波谷(波峰)没有彼此重叠(接触)。由此，散热片层1121、1122可以被容易地组装。
散热片112分成两个散热片层1121、1122。然而，如图4中所示，散热片112可以分成三层1121、1122、1123。在此情况下，板116布置在相对的散热片层1121、1122(1122、1123)之间。此外，散热片112可以分成四个或更多的层，且板116可以布置在相对的散热片层之间。
(第二实施例)
下面将参照图5和6描述第二实施例。在第二实施例中，只有一个波纹状散热片112在宽度方向上设置在管111之间。散热片112在管111之间的散热片112的中点处具有弯曲部分112b(操作力减小部分)。第二实施例中的其它部分与第一实施例相似。
如图5中所示，弯曲部分120b通过在管111之间的大致中心位置弯曲散热片112而形成，并具有钝角。然而，弯曲部分112b可以具有锐角。可选地，如图6中所示，弯曲部分120b通过将在管111之间的整个散热片112弯曲成字母S的形状而形成。
从而，当在管纵向方向上在管111之间产生热膨胀差时，操作力没有直接施加到散热片112上直到当弯曲部分112b变成线性形状时。由此，可以防止散热片112受到损坏。
除了图5和6中示出的形状，弯曲部分120b可以形成为其它形状，例如波形。此外，散热片112可以是除了波纹状散热片之外的板散热片。
(第三实施例)
下面参照图7描述第三实施例。在第三实施例中，连接冷凝器130和蒸发器110的回流通道135包括阀机构150。第三实施例中的其它部分与第一和第二实施例相似。
阀机构150由隔膜制成，并根据例如加热管道101的内部压力打开和关闭回流通道135。加热管道101的内部压力对应于工作流体的压力。当加热管道101的内部压力大于预定值时，阀机构150关闭回流通道135。当加热管道101的内部压力等于和小于预定值时，阀机构150打开回流通道135。
在内燃机10启动后，冷却剂温度增加，且加热管道101的内部压力逐渐增加。另外，加热管道101的内部压力根据操作状态例如车辆的加速、减速、或停止而变化，因为废热量根据内燃机10的载荷而变化。
当加热管道101的内部压力等于或小于预定值时，阀机构150打开回流通道135。然后，热从废气输送到冷却剂。即，执行废气回收。
此后，当冷却剂温度变得大于预定温度值(70℃)时、且当加热管道101的内部压力大于预定值时，阀机构150关闭回流通道135。由此，停止加热管道101内冷凝的水的回流。然后，蒸发器110内的水被完全蒸发(蒸发器110干透)，且蒸汽流入冷凝器130内。此外，蒸汽冷凝为水，且冷凝的水存储在冷凝器130内。
即，由于汽化和冷凝所导致的热传递(废热回收)停止。由此，只执行通过加热管道101的外壁的热传导(传递)，以便将热传递到冷却剂侧。如果继续废热回收，同时废气温度由于内燃机10载荷的增加而增加，冷却剂温度可能增加太多。在此情况下，因为施加到散热器21上的载荷超出了它的能力，散热器21可能过热。然而，在此实施例中，因为可以停止废热回收，所以散热器21可以防止过热。
如果加热管道101的内部压力变得等于或小于预定值，阀机构150就再次打开回流通道135，且可以重新启动热传输(废热回收)。
在此，当重新启动废热回收时，阀机构150打开回流通道135，从而工作流体从冷凝器130返回到蒸发器110的管111。此时，因为阀机构150与每一个管111之间的距离的不同，工作流体的流量在管111中变得不同。因此，除了废气流中的温度分布之外，工作流体的流量上的不同容易产生热膨胀差。然后，热膨胀差产生操作力，且操作力可以损坏散热片112。然而，在此实施例中，由于散热片112的操作力减小部分(非连接部分112a和弯曲部分112b)，可以防止散热片112受到损坏。由此，当回收设备100包括阀机构150时，操作力减小部分112a、112b可以是有效的。
阀机构150是根据工作流体的压力打开和关闭回流通道135的隔膜。然而，阀机构150可以是使用蜡的温度调节阀，所述温度调节阀根据冷却剂和工作流体的温度打开和关闭回流通道135。
(其它实施例)
在上面的实施例中，冷凝器130布置在蒸发器110的侧面。然而，冷凝器130可以布置在蒸发器110上面。在此情况下，冷凝器130的管131水平布置。
这些改变和修改被理解为在本发明的保护范围内，且本发明的保护范围由权利要求限定。

Claims (10)

1、一种废热回收设备(100)，包括：
蒸发器(110)，所述蒸发器(110)具有多个管(111)，所述多个管(111)在布置方向上布置；和散热片(112)，所述散热片(112)用于增加传热面积，所述蒸发器(110)通过从内燃机(10)排放的废气的热蒸发在其内的工作流体；和
冷凝器(130)，所述冷凝器(130)用于朝向内燃机(10)的冷却剂散发从蒸发器(110)流出的工作流体的热，从而冷凝工作流体，且将冷凝的工作流体返回到蒸发器(110)，其中
所述散热片(112)在布置方向上设置在管(111)之间，且连接到管(111)的面上，
所述散热片(112)具有操作力减小部分(112a、112b)，所述操作力减小部分(112a、112b)根据在管纵向方向上在管(111)之间的热膨胀差，减小施加到散热片(112)上的操作力，且
所述操作力减小部分(112a、112b)在布置方向上设置在散热片(112)的中点。
2、根据权利要求1所述的废热回收设备(100)，其中
所述散热片(112)为具有波形的波纹状散热片，且在布置方向上分成多个散热片层(1121、1122、1123)，且
所述操作力减小部分(112a、112b)是非连接部分(112a)，从而相对的散热片层(1121、1122、1123)没有彼此连接。
3、根据权利要求2所述的废热回收设备(100)，进一步包括
隔板(116)，所述隔板(116)用于分开相对的散热片层(1121、1122、1123)，其中
所述隔板(116)只连接到相对的散热片层中的一层上。
4、根据权利要求1所述的废热回收设备(100)，其中
所述散热片(112)为具有波形的波纹状散热片，且在布置方向上分成多个散热片层(1121、1122、1123)，且
当相对的散热片层(1121、1122、1123)中的至少一层具有操作力减小部分(112a)时，相对的散热片层(1121、1122、1123)在管(111)之间可移位。
5、根据权利要求4所述的废热回收设备(100)，进一步包括
隔板(116)，所述隔板(116)用于分开相对的散热片层(1121、1122、1123)，其中
所述隔板(116)只连接到相对的散热片层中的一层上。
6、根据权利要求1所述的废热回收设备(100)，其中
所述操作力减小部分(112a、112b)为弯曲部分(112b)，在所述弯曲部分(112b)处散热片(112)的中点弯曲。
7、根据权利要求6所述的废热回收设备(100)，其中
所述弯曲部分(112b)在布置方向上设置在管(111)之间的散热片(112)的大致中心位置，且
所述弯曲部分(112b)具有钝角。
8、根据权利要求6所述的废热回收设备(100)，其中
所述弯曲部分(112b)具有字母S的形状。
9、根据权利要求7或8所述的废热回收设备(100)，其中
所述散热片(112)为具有波形的波纹状散热片。
10、根据权利要求1所述的废热回收设备(100)，进一步包括
阀机构(150)，所述阀机构(150)根据工作流体的压力、冷却剂的温度和工作流体的温度中的至少一个打开和关闭通道(135)，且工作流体能够通过所述通道(135)从冷凝器(130)返回到蒸发器(110)。
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