CN102654073A - 排热回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种排热回收装置(40)，其由从废气回收热的热交换器(42)、在非回收热时供废气流过的第2流路(43)、封闭第2流路的出口的阀(44)以及收纳该阀的阀室(46)构成。分支部件是由通过使第2腔室半体(22)与第1腔室半体(21)合拢并接合而制成的一个腔室构成的，第2腔室半体(22)由坯料拉深成形而成并设有两个出口，第1腔室半体(21)由坯料拉深成形而成并设有一个入口。

Description

排热回收装置

发明领域

本发明涉及从废气回收热量的排热回收装置。

发明背景

内燃机是通过使燃料燃烧产生热能，再将该热能转换为动能，由此得到动力的机器。将热能全部转换成动能是不可能的。因为热能的一部分被以废气的形式排出到大气中。由废气造成的热能的损失导致内燃机的效率的降低。因此，已知下述技术：在排气管安装排热回收装置，通过该排热回收装置从废气回收热能的一部分。

例如，在日本特开2009-30569号公报中公开了排热回收装置。基于图13对该排热回收装置的结构进行说明。

如图13所示，排热回收装置100由下述部件构成：旁通流路101，其与从内燃机延伸出的排气管连接并供废气流动；分支路径103，其从所述旁通流路101的入口102附近以与旁通流路101的轴线呈直角的方式分支形成；阀105，其以能够开闭的方式封闭旁通流路101的出口104；阀轴106，其用于转动所述阀105；弯管107，其从阀105延伸出来；壳体108，其统一收纳旁通流路101、阀105和弯管107；排热回收流路111，其形成于所述壳体108并供由分支路径103供给的废气流动；以及热交换器112，其嵌入所述排热回收流路111。旁通流路101意味着绕过热交换器112的流路。

热交换器112中的高温侧介质为废气，低温侧介质为内燃机的冷却液。

通过扭簧对支承阀105的阀轴106向闭阀侧施力。当通过旁通流路101的废气的流量较大时，气体压力超过扭簧的作用力。结果达到开阀状态。当废气的流量较小时，通过扭簧的作用而达到闭阀状态。

此外，利用热致动器通过扭簧使阀轴106转动。冷却内燃机的冷却液通过热致动器。如果冷却液处于高温，则利用热致动器使阀轴106向开阀侧转动，如果冷却液处于低温，则使阀轴106向闭阀侧转动。

在内燃机启动时，冷却液处于低温。在怠速运转时，废气的流量较小。如果处于这些条件下的话，达到闭阀状态。废气不是流入旁通流路101，而是流入排热回收流路111。通过热交换器112进行热回收，将冷却液加热。

即使是内燃机启动时，如果废气的流量大，则也达到开阀状态，废气流入旁通流路101。由于旁通流路101的流路阻力小，因此能够流过大量的废气。

在运转了固定时间后，冷却液变为高温。通过热致动器的作用而形成开阀状态，废气流入旁通流路101。这是因为如果冷却液处于高温，则无需通过热交换器112加热冷却液。

壳体108是通过使按照图面表里分割的2个壳体半体合拢焊接而制成的。在焊接之前，将旁通流路101、阀105、阀轴106和热交换器112收纳于壳体半体。在分支路径103缠上第1密封材料113，在旁通流路101缠上第2密封材料114。然后，盖上剩下的壳体半体，并将壳体半体彼此焊接在一起。

通过第1密封材料113和第2密封材料114阻止废气泄漏并防止废气逆流。

在将两个壳体半体彼此焊接在一起之后，无法更换第1密封材料113和第2密封材料114。但是，第1密封材料113和第2密封材料114会随使用时间的增加而逐渐磨损。若第1密封材料113和第2密封材料114逐渐磨损的话，密封性能降低，从而引起废气的逆流。而且，由于是在进行了将旁通流路101和热交换器112等装入壳体半体中的作业后进行焊接作业的，因此组装繁琐。结果导致排热回收装置的价格高昂，难以实现排热回收装置的普及。

为了促进排热回收装置的普及，需要有一种组装容易的排热回收装置。

另外，如果在空间方面制约较多的车辆中装载排热回收装置100，则经常需要在旁通流路101的入口连接弯管115。使用弯管115的话，能够在有限的空间中得到配管长度。但是，如果使用弯管115，如图中箭头(1)所示，则废气的一部分与旁通流路101的内表面碰撞。该碰撞会扰乱气流。担心不能确保废气的流量。

因此，需要一种即使在入口连接了弯管，仍能维持废气的顺畅的流动的排热回收装置。

发明内容

本发明的课题在于提供一种组装容易的排热回收装置的结构。此外，本发明的课题在于提供一种即使在入口处连接了弯管，仍能维持废气的顺畅的流动的排热回收装置。

根据本发明的一个方面，提供一种排热回收装置，所述排热回收装置由下述部件构成：腔室状的分支部件，所述腔室状的分支部件具有一个用于导入废气的入口和两个用于排出上述废气的出口；第1流路，所述第1流路从上述两个出口中的一个出口延伸出来并供上述废气流过；热交换器，所述热交换器设于所述第1流路中并用于回收上述废气的潜热；第2流路，所述第2流路从上述两个出口中的另一个出口延伸出来并绕过上述热交换器，同时供上述废气流过；以及阀室，所述阀室收纳对上述第2流路的出口进行开闭的阀，其中，上述分支部件是由通过使第2腔室半体与第1腔室半体合拢并接合而制成的一个腔室构成的，所述第2腔室半体由坯料拉深成形而成并设有两个出口，所述第1腔室半体由坯料拉深成形而成并设有一个入口。

分支部件是通过使拉深成形而成的第2腔室半体与拉深成形而成的第1腔室半体合拢并焊接而得到的。由于拉深成形及焊接易于实现，因此能够抑制排热回收装置的制造费用。

并且，只需将第1流路和第2流路与分支部件连接，就能够进行组装。可以预先在第1流路设置热交换器。由此，提供了组装容易的排热回收装置。

优选的是，在所述第1流路的出口与所述阀室之间设有合流部件45，所述合流部件45供废气从所述第1流路到所述阀室，所述合流部件是由通过使第4腔室半体59与第3腔室半体58合拢并接合而制成的一个腔室构成的，所述第4腔室半体由坯料拉深成形而成并设有一个出口，所述第3腔室半体由坯料拉深成形而成并设有两个入口。

合流部件是通过使拉深成形而成的第3腔室半体与拉深成形而成的第4腔室半体合拢并焊接而得到的。由于拉深成形及焊接易于实现，因此能够抑制排热回收装置的制造费用。

优选的是，将上述热交换器的入口与上述分支部件直接连接，将上述热交换器的出口与上述合流部件直接连接。

通过将热交换器与分支部件和合流部件直接连接，既无需设在分支部件与热交换器之间的部件，也无需设在热交换器与合流部件之间的部件。

优选的是，上述合流部件的出口的直径大于上述第2流路的出口的外径，上述阀室的内径大于该合流部件的出口的直径，上述第2流路的末端通过上述合流部件的出口并进入上述阀室。

流经第2流路的废气被排出到阀室。阀室的内径大于合流部件的出口的直径。即，合流部件的出口的直径小于阀室的内径。与阀室相比，合流部件的出口缩小了。由于合流部件的出口缩小，因此阀室的废气不易向合流部件逆流。废气的流动变得顺畅。

优选的是，在上述分支部件中，以使该入口的中心轴线与上述另一个出口的中心轴线几乎重合的方式定位上述入口，在该入口设有用于导入废气的弯管，上述另一个出口被形成为内径沿废气的流向减小的渐缩部，该渐缩部的入口直径大于上述弯管的内径。

由于弯管的原因，废气的流向相对于分支部件的入口的中心轴线倾斜。在这种状态下，废气流入分支部件。由于渐缩部的入口直径较大，因此即使废气的流向倾斜也能够导入渐缩部。即，即使在入口连接了弯管，仍维持了废气的顺畅的流动。

优选的是，上述另一个出口的中心轴线相对于上述入口的中心轴线向上述热交换器侧偏置。

由于上述另一个出口向热交换器侧偏置，因此即使废气以朝向热交换器的方式斜向流入分支部件，废气仍顺畅地到达上述另一个出口。从而维持了废气的顺畅的流动。

优选的是，在上述渐缩部，对于该渐缩部的内表面相对于上述另一个出口的中心轴线的倾斜角而言，靠近上述热交换器的内表面的倾斜角大于远离上述热交换器的内表面的倾斜角。

在渐缩部的内表面中，靠近热交换器的内表面的倾斜角较大。即使废气以朝向热交换器的方式斜向流入分支部件，只要是倾斜角较大的内表面，就不必担心废气的流向被扰乱。因此，维持了废气的顺畅的流动。

附图说明

下面，参照附图对本发明的几个优选实施例进行详细说明，在附图中，

图1A至图1F是说明本发明的分支部件的制造过程的视图，

图2是本发明的排热回收装置的分解图，

图3是该排热回收装置的剖面图，

图4是该排热回收装置的立体图，

图5是图3的5部的放大图，

图6是沿图3中的6-6线的剖面图，

图7是说明第2流路的作用的图，

图8是说明第1流路的作用的图，

图9是说明热交换器的作用的图，

图10是图9中的10部的放大图，

图11是说明图3的排热回收装置的变形例的图，

图12是说明图11的排热回收装置的变形例的图，

图13是现有的排热回收装置的剖面图。

具体实施方式

如图1A所示，准备坯料11和坯料12。

接着，如图1B所示，通过拉深成形法，得到拉深成形品13和拉深成形品14。

接着，如图1C所示，通过沿切割线15、16、17、18切割，实施对拉深成形品13和拉深成形品14的修边。

通过上述步骤，得到图1D所示的第1腔室半体21和第2腔室半体22。第1腔室半体21由第1底部23和立于该第1底部23周围的第1壁24构成。在第1底部23设有入口25。第2腔室半体22由第2底部26和立于该第2底部26周围的第2壁27构成。在第2底部26设有一个出口28和另一个出口29。从一个出口28排出热回收用的废气。

如图1E所示，将第2腔室半体22嵌于第1腔室半体21。然后，通过焊枪32使合拢部31接合。

如图1F所示，得到腔室状的分支部件33。

下面，根据图2，对本发明涉及的排热回收装置40的构成要素进行说明。

如图2所示，排热回收装置40由下述部件构成：分支部件33；第1流路41，其与所述分支部件33的一个出口28连接；热交换器42，其设于所述第1流路41；第2流路43，其与分支部件33的另一个出口29连接；阀44，其封闭所述第2流路43的出口；合流部件45，其与第1流路41和第2流路43连接；以及阀室46，其与合流部件45连接并包围阀44。分支部件33的入口25与从内燃机延伸出的排气管的出口连接。另外，在本例中，形成为将入口25与导入部件47连接并将该导入部件47与排气管的出口连接。

热交换器42由下述部件构成：芯部壳体48；入口侧端板49，其封闭该芯部壳体48的入口；出口侧端板51，其封闭芯部壳体48的出口；多根导热管52，其内置于芯部壳体48并贯穿入口侧端板49和出口侧端板51；入口侧延伸部53，其从入口侧端板49向分支部件33侧延伸；以及出口侧延伸部54，其从出口侧端板51向合流部件45侧延伸。入口侧延伸部53和出口侧延伸部54兼作为第1流路41。使高温的废气在导热管52内流动。使低温的冷却液在导热管52的外部流过。废气的热量经由导热管52转移至冷却液。废气的温度下降，冷却液的温度上升。从而实施排热回收。

第2流路43为直的金属筒。通过在第2流路43的出口设置密封部件50，提高了阀44的封闭性。

合流部件45是通过与分支部件33相同的制造过程制造的。由于制造过程可参照图1A-图1F，因此省略了对制造过程的说明。

合流部件45为具备2个入口55、56和1个出口57的腔室。即，合流部件45由具备2个入口55、56的第3腔室半体58和具备1个出口57的第4腔室半体59构成。

阀室46为内径大于出口57的金属筒。

接着，说明组装方法。

将导入部件47插入分支部件33的入口25。

在分支部件33的一个出口28插入相当于第1流路41的入口的入口侧延伸部53。将相当于第1流路41的出口的出口侧延伸部54插入合流部件45的一个入口55。

第2流路43的安装需要技巧。即，贯通合流部件45的出口57和另一个入口56地将第2流路43插入合流部件45。然后，将第2流路43的入口插入分支部件33的另一个出口29。

使阀室46的入口与合流部件45的出口相抵(接触)。

如图3所示，通过第1焊道61，使导入部件47与分支部件33接合；通过第2焊道62，使入口侧延伸部53与分支部件33接合；通过第3焊道63，使出口侧延伸部54与合流部件45接合。通过第4焊道64，使第2流路43的入口与分支部件33接合；通过第5焊道65，使第2流路43的出口与合流部件45接合；通过第6焊道66，使阀室46与合流部件45接合。

通过采用腔室状的分支部件33和腔室状的合流部件45，并将第1流路41、第2流路43和阀室46插入或抵于腔室状的分支部件33和腔室状的合流部件45，从而完成焊接前的组装。由于在该组装之后只需通过第1焊道61～第6焊道66进行接合，因此焊接操作容易。所以，组装容易。

根据图4，说明排热回收装置40的整体状态。

如图4所示，将阀轴67架设在阀室46的上部。在该阀轴67的一端隔着扭簧(扭转弹簧)68安装有盘69。从盘69延伸出杆件71，在该杆件71连接有热致动器72的杆73。将热致动器72置于热交换器42。

从热致动器72的介质入口74导入冷却液。该冷却液在将内置于热致动器72中的热蜡加热或冷却之后，从介质出口75排出。如果冷却液处于高温，则热蜡膨胀，如箭头(2)所示，杆73前进。通过所述前进，杆件71如箭头(3)所示那样转动，通过扭簧68，使阀轴67也如箭头(3)所示那样转动。

根据图5～图7对图3的主要部分进行说明。

如图5所示，合流部件45的出口57的直径大于第2流路43的出口的外径。废气从合流部件45通过相当于直径的差的1/2的空隙t流至阀室46。阀室46的内径大于合流部件45的出口57的直径，第2流路43的末端通过合流部件45的出口57并进入阀室46。在非热回收时，废气从第2流路43流入阀室46。此时，废气从阀室46朝合流部件45逆流是不理想的。如图5所示，与阀室46相比，缩小了合流部件45的出口57。由于缩小了所述合流部件45的出口57，因此不必担心阀室46的废气向合流部件45逆流。进而，对第2流路43的端部76进行扩管处理，以使端部76的外径大于出口57的直径。由于端部76以接近阀室46的内表面的方式弯曲，因此进一步防止了废气的逆流。

如图6所示，阀轴67被阀室46支承成转动自如。通过密封圈77、77，不必担心废气向外泄漏。而且，阀44通过螺栓78、78固定于阀轴67。

出口57以包围第2流路43的1/2圈的方式设置。第2流路43的端部76被出口57覆盖。考虑到在第2流路43组装第4腔室半体59，如果出口57是1/2圈，则能确保组装的自由度。如果超过1/2圈，则使得第2流路43仅沿图面表背方向移动，从而自由度减小。如果不到1/2圈，则有可能排热回收装置40的排气向合流部件45逆流。

接着，描述由上述的结构构成的排热回收装置40的作用。

在加速或行驶中，当从内燃机排出的废气流量很大时，通过废气的压力，如图7所示，阀44达到打开状态。第2流路43的流路阻力很小。仅第2流路43就能够供大量的废气流过。由于通过废气的压力克服扭簧使阀轴67转动，因此与热致动器72的杆73的位置无关，阀44达到开阀状态。

而且，当冷却内燃机的冷却液的温度较高时，在图7中，杆73前进，通过扭簧使阀轴67转动，形成开阀状态。在开阀状态的时候，由于废气流入第2流路43，因此不进行热回收。因为热回收的目的之一是加热冷却液，因此既然冷却液已经是高温，故不必进行热回收。

当废气的流量小且冷却液的温度较低时，杆73后退，如图8所示，通过阀44将第2流路43关闭。

如图9所示，废气流过第1流路41。通过热交换器42进行热交换，将废气的热量转移到冷却液。

如图10所示，出口29是通过拉深加工而弯曲成形的。如果使第2流路43与平板抵接并进行角焊，那么焊道将形成于应力最大的部位。因此，担心由于温度的反复变化而在角焊处出现裂纹。

针对这一点，通过如图10所示那样弯曲成形，能够使第4焊道64的位置远离应力最大的部位。而且能够减小在第4焊道64处的应力。对于第1～第3焊道以及第5焊道也是一样的。

下面，根据图11对图3的变形例进行说明。在图11中，与图3共同的要素沿用图3的标号并省略说明。

如图11所示，在分支部件33，分支部件33的入口25的中心轴线25a与另一个出口29的中心轴线29a几乎重合。并且，使导入废气的弯管79与入口25连接。而且，另一个出口29形成为沿废气的流向内径变小的渐缩部80，该渐缩部80的入口直径大于弯管79的内径。

通过弯管79，废气沿倾斜的线81流动。该倾斜的线81相对于入口25的中心轴线25a倾斜。在这种状态下，废气流入分支部件33。由于渐缩部80的入口口直径较大，因此即使是倾斜的流向，废气也能导入渐缩部80。即，即使在入口25连接了弯管79，仍然维持了废气的顺畅的流动。

而且，渐缩部80的出口的直径小，在该出口连接有第2流路43。第2流路43的直径也小。相对于将渐缩部80的入口与阀室46相连的线82，第2流路43凹陷了δ。在该凹陷处可放置车载设备等。

而且，可在第1腔室半体21设置锥形形状部并使该锥形形状部向热交换器42侧弯曲α。由于设有锥形形状部，因此能够提高分支部件33的刚性，并且在热回收时能够使废气均匀、顺畅地流动。能够使热回收装置减小该α的量。

优选的是，另一个出口29的中心轴线29a相对于入口25的中心轴线25a向热交换器42侧偏置β。

由于另一个出口29向热交换器42侧偏置，因此即使废气沿倾斜的线81朝向热交换器42地流入，也不必担心废气偏离另一个出口29。

优选的是，在渐缩部80，在渐缩部的内表面相对于另一个出口29的中心轴线29a的倾斜角θ1，θ2中，靠近热交换器42的内表面的倾斜角θ2大于远离热交换器42的内表面的倾斜角θ1。

倾斜角θ2的内表面与倾斜的线81相交，相交角度接近90度。这样，沿倾斜的线81流动的废气与倾斜角θ2的内表面相碰。然后，通过该内表面将废气导引至第2流路43。即，即使废气朝向热交换器42地斜向流至分支部件33，只要是倾斜角大的内表面，就能够抑制废气向第1流路的流动，并且能够减少压力损失。因此，维持了废气的顺畅的流动。

下面，根据图12对图11的变形例进行说明。在图12中，与图11共同的要素沿用图11的标号并省略说明。

如图12所示，渐缩部80的内表面相对于另一个出口29的中心轴线29a的倾斜角为θ3、θ3。并且，弯管79的入口中心79a位于比分支部件33的入口25的中心轴线25a靠热交换器42侧。通过使倾斜角为θ3，能够使弯管79绕入口25的中心轴线25a转动。即，弯管79的方位是任意的。

另外，本发明的排热回收装置40除了设置在从内燃机延伸至消音器的排气管以外，也可以设置在使废气的一部分返回内燃机的EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)配管。排热回收装置40也可以用于其它用途。

Claims (7)

1.一种排热回收装置，所述排热回收装置由下述部件构成：腔室状的分支部件(33)，所述腔室状的分支部件(33)具有一个用于导入废气的入口(25)和两个用于排出所述废气的出口(28，29)；第1流路(41)，所述第1流路(41)从所述两个出口中的一个出口(28)延伸出来并供所述废气流过；热交换器(42)，所述热交换器(42)设于所述第1流路并用于回收所述废气的潜热；第2流路(43)，所述第2流路(43)从所述两个出口中的另一个出口(29)延伸并绕过所述热交换器使所述废气流过；以及阀室(46)，所述阀室(46)收纳对所述第2流路的出口进行开闭的阀(44)，

该排热回收装置的特征在于，

所述分支部件是由通过使第2腔室半体(22)与第1腔室半体(21)对准并接合而制成的一个腔室构成的，所述第2腔室半体(22)由坯料拉深成形而成并设有两个出口，所述第1腔室半体(21)由坯料拉深成形而成并设有一个入口。

2.根据权利要求1所述的排热回收装置，其中，

在所述第1流路的出口与所述阀室之间设有合流部件(45)，所述合流部件(45)供废气从所述第1流路流到所述阀室，

所述合流部件是由通过使第4腔室半体(59)与第3腔室半体(58)对准并接合而制成的一个腔室构成的，所述第4腔室半体(59)由坯料拉深成形而成并设有一个出口，所述第3腔室半体(58)由坯料拉深成形而成并设有两个入口。

3.根据权利要求1所述的排热回收装置，其中，

所述热交换器的入口与所述分支部件直接连接，所述热交换器的出口与所述合流部件直接连接。

4.根据权利要求1所述的排热回收装置，其中，

所述第2流路的出口的外径大于所述合流部件的出口的直径，所述阀室的内径大于该合流部件的出口的直径，所述第2流路的末端通过所述合流部件的出口并进入所述阀室。

5.根据权利要求1所述的排热回收装置，其中，

在所述分支部件中，所述入口被定位成使该入口的中心轴线(25a)与所述另一个出口的中心轴线(29a)几乎重合，

在该入口处设置有用于导入废气的弯管(79)，

所述另一个出口被形成为内径沿废气的流向减小的渐缩部(80)，该渐缩部的入口直径大于所述弯管的内径。

6.根据权利要求4所述的排热回收装置，其中，

所述一个出口的中心轴线相对于所述入口的中心轴线向所述热交换器侧偏置。

7.根据权利要求4所述的排热回收装置，其中，

在所述渐缩部，该渐缩部的内表面相对于所述另一个出口的中心轴线的倾斜角构成为，靠近所述热交换器一侧的内表面的倾斜角(θ2)大于远离所述热交换器一侧的内表面的倾斜角(θ1)。

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