CN102797543B - 废热回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种废热回收装置。汇合部(21)包括连通口(55)，所述连通口(55)形成于阀杆(23)的附近，用于将来自第2流路(14)的废气引导至腔室部(22)。阀(50)由第1阀芯(52)和第2阀芯(53)构成，第1阀芯(52)被阀杆(23)支承，用于关闭第1流路(13)的下游端部(13b)，第2阀芯(53)从该第1阀芯(52)延伸，用于关闭连通口(55)。所述第1阀芯(52)和第2阀芯(53)以夹持阀杆(23)的方式沿阀杆(23)周向配置。第2阀芯(53)形成为以阀杆(23)为中心的圆弧形状。

Description

废热回收装置

技术领域

本发明涉及利用废气的热量来加热介质的废热回收装置。

背景技术

已知例如日本特开2009－30569公报所公开的那样，公知有利用内燃机中产生的废气的热量来加热热量回收器内的介质的废热回收装置。图8示出了日本特开2009－30569公报所公开的废热回收装置。

如图8所示,废热回收装置100由下述部分构成：导入口101，其用于将废气导入；第1流路102，其从该导入口101延伸；第2流路103，其在该第1流路102的上方以绕过第1流路102的方式延伸；热交换器104，其设置于该第2流路103的一部分上，在废气和介质之间进行热交换；阀杆105，其设置于第1流路102的下游端部102a附近；以及阀106，其被该阀杆105支承。

阀106由第1阀芯107和第2阀芯108构成，所述第1阀芯107被阀杆105支承，所述第2阀芯108从该第1阀芯107的背面朝向第2流路103的下游端部103a延伸。

在热交换器104内流动的介质的温度较低的情况下，利用第1阀芯107关闭第1流路102的下游端部102a。通过关闭第1流路102，如假想线所示那样，使废气向第2流路103流动。在废气和热交换器104内的介质之间进行热交换。通过进行热交换来加热介质。介质被充分加热后，旋转阀杆105，利用第2阀芯108关闭第2流路103的下游端部103a，结束热交换。

根据这样的废热回收装置100的阀106，为了能够利用第2阀芯108准确地关闭第2流路103，需要从第2阀芯108的末端朝向第2流路103的下游端部103a设置引导部109。可是，如果设置引导部109，则会导致阀106大型化。

发明内容

本发明的课题在于提供一种具备较小的阀的紧凑的废热回收装置。

根据本发明的一个方面，提供一种废热回收装置，所述废热回收装置具备：导入口，其用于导入废气；分支部，其与所述导入口的下游连接，并将所导入的废气分支到下游侧的两个流路；第1流路，其一端连接于所述分支部，所述第1流路朝向所述导入口的下游延伸；第2流路，其从所述分支部以绕过所述第1流路的方式朝向下游延伸；热交换器，其设置于所述第2流路，利用废气的热量和收纳于其内部的介质进行热交换；汇合部，其从所述第2流路的下游端部朝向所述第1流路延伸，腔室部，其将所述汇合部和所述第1流路的下游端部连接起来；阀杆，其由所述腔室部支承；以及阀，其支承于所述阀杆，并且通过转动来在所述两个流路之间进行切换，所述汇合部包括连通口，所述连通口形成在所述阀杆的附近，所述连通口将来自所述第2流路的废气引导至所述腔室部，所述阀由第1阀芯和第2阀芯构成，所述第1阀芯支承于所述阀杆，用于关闭所述第1流路的下游端部，所述第2阀芯从所述第1阀芯延伸，用于关闭所述连通口，这些第1阀芯和所述第2阀芯以夹持所述阀杆的方式沿着所述阀杆的周向配置，所述第2阀芯形成为以所述阀杆为中心的圆弧形状。

这样，在本发明中，用于将来自第2流路的废气引导至腔室部的连通口形成在阀杆的附近，并且，利用从第1阀芯延伸的第2阀芯关闭连通口。即，将第2阀芯安装在被阀杆支承的第1阀芯上，并且使连通口形成在阀杆的附近。通过使连通口形成在阀杆的附近，能够使从第1阀芯延伸的第2阀芯小型化。通过使第2阀芯小型化，能够使阀小型化。

另外，第2阀芯形成为以阀杆为中心的圆弧形状。通过形成为圆弧形状，能够缩小将连通口从打开状态切换至关闭状态所需要的转动范围。通过缩小转动范围，能够缩小收纳阀的腔室部的大小，从而能够实现废热回收装置的小型化。

优选的是，在所述汇合部形成有朝向从所述腔室部离开的方向鼓出的鼓出部。这样，通过形成鼓出部，能够扩大在热量回收时流过废气的流路面积，而不会导致热交换器大型化。通过扩大流路面积，能够使废气顺畅地流动，从而能够提高热交换器中的热量的回收效率。

优选的是，所述第2阀芯设置成在关闭状态下相对于所述连通口离开预定的距离。即，在第2阀芯和连通口之间留出微小的间隙。通过留出间隙来防止第2阀芯与汇合部接触。从而能够防止第2阀芯和汇合部接触时产生噪音。无需为了防止产生噪音而使用其他部件，从而能够削减零件数量。而且，通过设置间隙，即使汇合部或第2阀芯由于废气的热量而膨胀，也能够使阀顺畅地转动。

附图说明

图1是本发明的实施例的废热回收装置的立体图。

图2是图1所示的废热回收装置的剖视图。

图3是沿图2的3－3线的剖视图。

图4是图3的区域4的放大图。

图5A～图5C是图1所示的汇合部的立体图。

图6是沿图4的6-6线的剖视图。

图7A和图7B是示出图3所示的阀的作用的图。

图8是示出现有的废热回收装置的剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的优选实施例详细地进行说明。

参照图1和图2，本实施例的废热回收装置10由下述部分构成：导入口11，其用于导入废气；分支部12，该导入口11一体形成于所述分支部12，所述分支部12将所导入的废气分支到下游侧的两条流路；第1流路13，其与该分支部12连接，并朝向导入口11的下游延伸；第2流路14，其以绕过该第1流路13的方式从分支部12朝向下游延伸；热交换器15，其设置于该第2流路14，并且利用废气的热量和收纳于内部的冷却水(介质)进行热交换；介质导入部件16，其朝向该热交换器15的上表面安装，用于将介质(冷却水)导入于热交换器15；热致动器17，其被该介质导入部件16支承，借助于介质的温度来工作；介质排出管18，其配置于该热致动器17的侧方，用于排出热交换器15内的介质；汇合部21，其从第2流路14的下游端部朝向第1流路13延伸；腔室部22，其将该汇合部21和第1流路13的下游端部连接起来；阀杆(バルブ軸)23，其被该腔室部22的一对侧壁22a、22a支承；以及施力部件24，其与该阀杆23连接，并且，配置于腔室部22的侧方并对阀杆23施力。

介质导入部件16由安装于热交换器15的支承部27、和介质导入管28构成，所述介质导入管28被该支承部27支承，供导入的介质流动。支承部27支承介质导入管28，并且支承热致动器17。热致动器17借助于通过支承部27的介质的温度工作。

如箭头(1)所示，与热致动器17的末端部17a接触的施力部件24朝向顺时针方向对阀杆23施力。

如图2所示,分支部12由分支侧第1部件31(第1部件)和分支侧第2部件32(第2部件)构成，在所述分支侧第1部件31的底部31a形成有导入口11，所述分支侧第2部件32与该分支侧第1部件31叠合地焊接。

在分支侧第1部件31的底部31a形成有锥形状部31b，所述锥形状部31b倾斜成朝向分支侧第2部件32侧变窄距离α。通过形成锥形状部31b，能够提高分支部12的刚性，并且，能够使废气顺畅地流动。而且，通过朝向分支侧第2部件32形成锥形状部31b，能够使分支部12紧凑。

在分支侧第2部件32形成有分支侧第1连接部34和分支侧第2连接部35，所述分支侧第1连接部34形成在与导入口11的下游对应的部位，并与第1流路13的上游端部13a连接，所述分支侧第2连接部35与该分支侧第1连接部34都形成于底部32a，并且与第2流路14连接。

分支侧第1连接部34形成为从分支侧第2部件32的底部32a逐渐缩径。与分支侧第1连接部34连接的第1流路13由圆筒状的基部37以及在该基部37的下游侧扩径的扩径部38一体地形成。

第2流路14由热交换器15形成。热交换器15与分支侧第2连接部35连接。热交换器15由下述部分构成：作为主体的中部(core)壳体41；传热管42，其收纳于该中部壳体41，供废气在内部流通；上游侧端板43，其支承该传热管42的上游侧端部，并且与分支侧第2连接部35连接；下游侧端板44，其支承传热管42的下游侧端部，并且与汇合部21连接；以及散热片45，其设置于传热管42内，用于增加废气的接触面积。

朝向图面的表面方向和背面方向设置有多根传热管42。在设置的多根传热管42中分别设置有散热片45。通过使废气在传热管42内流动，在传热管42的外周流动的介质(冷却水46)被加热。即，在废气和介质之间进行热交换。

汇合部21由与第1流路13的扩径部38连接的合流侧第1部件47、以及与该合流侧第1部件47叠合着焊接在一起的合流侧第2部件48构成。在合流侧第1部件47的底部47a，开设有供第1流路13的扩径部38嵌入的开口部47b，并且，形成有向离开热交换器15的方向突出的凸形状部47c。通过形成凸形状部47c，能够提高汇合部21的刚性，并且能够使废气顺畅地流动。

在合流侧第2部件48的底部48a形成有与热交换器15的下游侧端板44连接的合流侧连接部48b、和向离开腔室部22的方向鼓出的鼓出部48c。通过形成鼓出部48c，不使热交换器大型化就能够增大废气在热量回收时流过的流路面积。通过增大流路面积，能够使废气顺畅地流动，并且能够提高热交换器15中的热量的回收效率。

鼓出部48c的末端部48d被焊接于第1流路13的外周面。通过将鼓出部48c的末端部48d焊接于第1流路13的外周面，能够牢固地支承第1流路13。

在腔室部22中收纳有第1流路13的下游端部13b和阀(バルブ)50。图2所示的阀50关闭着第1流路13的下游端部13b。

如图3所示，阀50由第1阀芯(弁体)52和第2阀芯53构成，所述第1阀芯52经由螺栓51安装于阀杆23，用于关闭第1流路13的下游端部13b，所述第2阀芯53从该第1阀芯52的上部朝向合流侧第1部件47的方向延伸。第1阀芯52和第2阀芯53配置成沿着该阀杆23的周向夹持阀杆23。

汇合部21具有连通口55，所述连通口55形成于阀杆23的附近，并且形成为将来自第2流路14(图2)的废气引导至腔室部22。详细情况在后面叙述，第2阀芯53通过转动来关闭连通口55。

第1阀芯52由下述部分构成：固定部56，其固定于阀杆23；伸出部57，其从该固定部56朝向第1流路13的下游端部13b伸出；和阀芯58，其设置在伸出部57的末端，用于关闭第1流路13的下游端部13b。

在伸出部57的一部分上开设有排气口59，所述排气口59用于供从连通口55排出的废气的一部分流过。通过开设排气口59，能够使从连通口55排出的废气顺畅地流动。

阀芯58与在第1流路13的扩径部38的内周所安装的落座部61接触。第1流路13以落座部61的厚度的量扩径。通过使第1流路13以落座部61的厚度的量扩径，即使安装落座部61，也能够确保与基部37相等的流路面积。

如图4所示，第2阀芯53由下述部分构成：基部62，其固定于第1阀芯52的固定部56；立起部63，其从该基部62立起；以及阀芯64，其从该立起部63的末端延伸，用于关闭连通口55。

阀芯64的外周面以阀杆23的中心轴线66为中心形成为半径r1的圆弧形状。形成有连通口55的部位的靠腔室部22侧的表面以阀杆23的中心轴线66为中心形成为半径r2的圆弧形状。

在此，r1＜r2。通过使r1＜r2，使得第2阀芯53不与汇合部21接触。即，即使在使第2阀芯53绕逆时针方向旋转而关闭了连通口55的情况下，在第2阀芯53的外周面与连通口55之间也保持有预定的间隙。详细情况在后面叙述。

在被阀杆23支承的第1阀芯52上安装着第2阀芯53，并且，连通口55形成在阀杆23的附近。通过使连通口55形成在阀杆23的附近，能够使从第1阀芯52延伸的第2阀芯53小型化。通过使第2阀芯53小型化，能够使阀50小型化。

第2阀芯53形成为以阀杆23为中心的圆弧形状。通过形成为圆弧形状，能够缩小为了将连通口55从敞开状态切换至关闭状态所需要的转动范围。通过缩小转动范围，能够缩小收纳阀50的腔室部22的大小，从而能够使废热回收装置10小型化。

如假想线67所示，连通口55的一部分与第1流路13的下游端部13b重叠。将连通口55设置在与第1流路13的下游端部13b重叠的位置、即第1流路13的下游端部13b的附近。通过在接近第1流路13的下游端部13b附近的位置设置连通口55，能够实现阀50的小型化。

而且，第2阀芯53的末端部69与线71重叠，所述线71从阀杆23的中心轴线66连结至连通口55的端部。由此，能够在较小的转动范围内关闭连通口55。由于能够在较小的转动范围内关闭连通口55，因此能够实现阀50的小型化。

利用立起部63的长度能够调整阀芯64的外周面的半径r1。能够通过容易的方法来实现尺寸的调整。而且，通过形成立起部63，能够提高第2阀芯53的刚性。通过提高刚性，能够一下子保持调整后的尺寸。通过保持调整后的尺寸，能够可靠地防止阀芯64的外周面与汇合部21接触。

接下来，基于图5A～图5C和图6，对与腔室部22连接的汇合部21进行说明。

如图5A所示，汇合部21由大致L字形状的合流侧第1部件47(第1部件)和大致L字形状的合流侧第2部件48(第2部件)构成。在合流侧第1部件47所开设的连通口55呈大致矩形，并且，开口部47b的内径与第1流路的扩径部38(图5C)的外径相等。合流侧第2部件48的末端部48d的内径与第1流路的基部37(图5C)的外径相等。

在组装汇合部21时，首先，使合流侧第1部件47与合流侧第2部件48叠合。如图5B所示，在将两者叠合后，焊接叠合部72。通过进行焊接来组装汇合部21。

如图5C所示，在组装好后，连接第1流路13和第2流路14(热交换器15)。

参照图2，当第1阀芯52关闭第1流路13的下游端部13b时，如果从导入口11导入废气，则废气如箭头(2)所示那样在分支部12内朝向热交换器15流动。

如图5C所示，在热交换器15内流动的废气如箭头(3)所示那样向汇合部21流动。如箭头(4)所示，废气在汇合部21内沿着第1流路13的外周流动，并从连通口55排出至外部。

如图6所示，从连通口55排出的废气，如箭头(5)所示那样从第2阀芯53的侧方通过，或者如箭头(6)所示那样从第2阀芯53的上方通过。当从连通口55排出废气时，在热交换器15(图2)中进行了热交换。热交换器15内的介质被充分加热时，结束热交换。

如图1所示，通过在热交换器15内进行热交换，使得介质的温度上升。由于使介质循环，因此，通过使介质的温度上升，使得导入至介质导入部件16的介质的温度也上升。由于介质的温度上升，被介质导入部件16支承的热致动器17工作。当介质的温度上升时，热致动器17的末端部17a克服施力部件24施加的力而前进。通过使热致动器17的末端部17a前进，使得阀杆23绕逆时针旋转。

如图7A所示，当介质的温度上升时，阀杆23绕逆时针旋转。通过使阀杆23旋转，第1阀芯52成为敞开状态，同时，第2阀芯53成为关闭状态。由于第1阀芯52敞开，废气在第1流路13内流动。

即使在介质的温度较低的情况下，通过使废气的流量超过预定的量，也能够利用废气的力打开第1阀芯52。在废气的流量较多的情况下，通过使废气在第1流路13内流动，从而调节成使适量的废气在热交换器15(图1)内流动。

第2阀芯53设置成在关闭状态下相对于连通口55离开预定的距离。通过空出间隙，来防止第2阀芯53和汇合部21接触。从而能够防止第2阀芯53和汇合部21接触时产生噪音。无需使用用于防止产生噪音的其他部件，就能够削减零件数量。

而且，通过设置间隙，即使汇合部21或第2阀芯53由于废气的热量而膨胀，也能够使阀50顺畅地转动。

参照图1，有时因热交换器15内的气压的变化等而使得热交换器15内的介质的温度上升为超过预定的温度。由于温度升高为超过预定的温度，所以热致动器17内的石蜡会膨胀至超过预定的体积。由于热致动器17内的石蜡膨胀为超过预定的体积，因此热致动器17的末端部17a将会前进为超过预定的量。将热致动器17的末端部17a前进为超过预定的量称作过量突出(overlift)(过移动)。

为了防止过量突出，通常，在热致动器17内设置用于吸收过量突出部分的过量突出吸收构件。过量突出吸收构件例如使用螺旋弹簧。

可是，由于安装过量突出吸收构件，会导致热致动器大型化。如果热致动器大型化，则废热回收装置也会大型化。因此，在本发明中利用图7B所说明的结构来吸收过量突出。

如图7B所示，将位于连通口55的下方且在第1流路13的下游端部13b的上方的空间作为过量突出吸收部74。即，过量突出吸收部74形成在连通口55和第1流路13的下游端部13b之间。存在阀杆23从图7A所示的状态旋转为超过预定量的情况。如图7B所示，在旋转为超过预定量的情况下，利用过量突出吸收部74来吸收过量突出的部分。

由于利用腔室部22内的闲置空间(deadspace)来吸收过量突出，因此，不使腔室部22大型化就能够吸收过量突出。另一方面，由于利用过量突出吸收部74来吸收过量突出，因此，无需在热致动器17(图1)中设置过量突出吸收构件。由于不使用过量突出吸收构件，因此能够使热致动器小型化。由于能够防止腔室部22的大型化，同时能够使热致动器小型化，因此能够使废热回收装置10小型化。

本发明的废热回收装置示出了应用于实施例所示的车辆中的例子，但是也能够应用于船舶等，其用途并不限定于此。

Claims (3)

1.一种废热回收装置，其特征在于，

所述废热回收装置具备：

导入口(11)，其用于导入废气；

分支部(12)，其与所述导入口(11)的废气流动方向的下游连接，并将所导入的废气分支到下游侧的两个流路；

第1流路(13)，其一端连接于所述分支部(12)，所述第1流路(13)朝向废气流动方向的下游延伸；

第2流路(14)，其以绕过所述第1流路(13)的方式从所述分支部(12)朝向所述废气流动方向的下游延伸；

热交换器(15)，其设置于所述第2流路(14)，并且利用废气的热量和收纳于所述热交换器(15)的内部的介质进行热交换；

汇合部(21)，其从所述第2流路(14)的下游端部朝向所述第1流路(13)延伸；

腔室部(22)，其将所述汇合部(21)和所述第1流路(13)的下游端部连接起来；

阀杆(23)，其被所述腔室部(22)支承；以及

阀(50)，其支承于所述阀杆(23)，所述阀(50)通过转动而在所述两个流路(13、14)之间进行切换，

所述汇合部(21)包括连通口(55)，所述连通口(55)形成在所述阀杆(23)的附近，所述连通口(55)将来自所述第2流路(14)的废气引导至所述腔室部(22)，

所述阀(50)由第1阀芯(52)和第2阀芯(53)构成，所述第1阀芯(52)支承于所述阀杆(23)并用于关闭所述第1流路(13)的下游端部(13b)，所述第2阀芯(53)从所述第1阀芯(52)延伸并用于关闭所述连通口(55)，

所述第1阀芯(52)和所述第2阀芯(53)以夹持所述阀杆(23)的方式沿着所述阀杆(23)的周向配置，

所述第2阀芯(53)形成为以所述阀杆(23)为中心的圆弧形状。

2.根据权利要求1所述的废热回收装置，其中，

所述汇合部(21)形成有朝向从所述腔室部(22)离开的方向鼓出的鼓出部(48c)。

3.根据权利要求1或2所述的废热回收装置，其中，

所述第2阀芯(53)设置成在关闭状态下相对于所述连通口(55)离开预定的距离。