CN103998737B - 排气热回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明的排气热回收装置是一种从来自内燃机的排气中回收热的装置。排气热回收装置具有将来自上游侧的排气导向下游侧的排气管(1)、覆盖在所述排气管的外侧的筒形壳体(2)、以及设置在所述排气管和所述筒形壳体之间、并在所述排气和热交换介质之间进行热交换的排气热回收部(4)。在所述排气热回收部内设置有将形成热交换介质流路的多个夹套部件(6、8)层叠而成的层叠体(10),在该层叠体中,所述多个夹套部件的各热交换介质流路(20)彼此串联连接。

Description

排气热回收装置

相关申请的交叉引用

本国际申请要求2011年12月22日在日本专利局提交的日本发明专利申请第2011-281468号的优先权,所述日本发明专利申请的全部内容通过引用而并入本文。

技术领域

本发明涉及一种安装在起始于内燃机的排气流路中的、通过在排气和热交换介质之间进行热交换来回收排气热的排气热回收装置。

背景技术

如专利文献1所记载的,已知安装在排气流路中,在来自内燃机的排气和内燃机的冷却水等的热交换介质之间进行热交换,从而回收排气热的装置。在该装置中,通过层叠圆形面包圈状的多个扁平管而形成管层叠体,将排气管插入管层叠体内,同时在管层叠体的外侧配置筒形壳体。此外,在该装置中,在排气管中设置切断从排气管的排气的流出的切断阀,在内燃机暖机时使切断阀闭阀。通过该构成,在暖机时使排气通过筒形壳体和管层叠体之间,接下来,使排气通过各扁平管之间后将排气送至相反侧的筒形壳体和管层叠体之间。之后,使排气从该相反侧的筒形壳体和管层叠体之间向下游侧排出。而且,并联连接各扁平管内的流路,使热交换介质在该流路中流动,以在排气和热交换介质之间进行热交换。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开第2009-114995号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是,在如上的以往的装置中,由于各扁平管内的流路并联连接,所以每个流路的阻力不同。因此,热交换介质可能会偏向流路中的任意一个而流动。例如,当热交换介质的大部分流向一部分并联的短的流路中时,则不能进行充分的热交换。此外,排气先通过筒形壳体和管层叠体之间,之后,流向各扁平管之间。因此,热经由筒形壳体从高温的排气向大气中放出,在与热交换介质的热交换前排气的温度降低。因此,产生了热量回收损失。

本发明的一个方面在于提供一种实现了提高排气热的回收效率的排气热回收装置。

解决问题的技术方案

本发明的排气热回收装置为一种从来自内燃机的排气中回收热的排气热回收装置。该排气热回收装置具有排气管、筒形壳体以及排气热回收部,所述排气管将来自上游侧的排气导向下游侧，所述筒形壳体覆盖所述排气管的外侧，所述排气热回收部设置在所述排气管和所述筒形壳体之间,并在所述排气和热交换介质之间进行热交换。

所述排气热回收部内设置有将形成热交换介质流路的多个夹套部件层叠而成的层叠体,在该层叠体中,所述多个夹套部件的各热交换介质流路彼此串联连接。此外,在所述排气管外周和所述层叠体之间形成有通过了所述排气管的所述排气将通过的第1间隙,在构成所述层叠体的多个所述夹套部件彼此之间形成有通过了所述第1间隙的所述排气将通过的第2间隙,而且,在所述筒形壳体内周和所述层叠体之间形成有通过了所述第2间隙的所述排气将通过的第3间隙。

在本发明的排气热回收装置中,所述夹套部件可以是扁平的,并且,也可具有圆弧状的形状。

此外,上述构成的排气热回收装置还具有形成环形热交换介质流路的端部件,所述夹套部件具有大致半圆弧状的形状,同时作为夹套部件组装体也可具有两个将多个所述夹套部件层叠而成的所述层叠体。在如上构成的排气热回收装置中，可构成为,在所述端部件上,两个所述夹套部件组装体彼此相对配置,两个所述夹套部件组装体的所述热交换介质流路分别经由所述端部件的所述热交换介质流路串联连接。

此外,在本发明的排气热回收装置中,所述夹套部件具有两个半体,并通过使该两个半体彼此对接而在内部形成所述热交换介质流路,可在两个半体中的一方所述半体的端部侧形成流入口,同时在另一方所述半体上,在与设置有所述流入口的所述端部相反的端部侧形成流出口。

并且,本发明的排气热回收装置还具有,在所述内燃机暖机时,将所述排气导向所述排气热回收部的切换阀,所述切换阀可构成为具有圆顶状的阀体,并通过使从所述排气管流出的所述排气撞击所述阀体而将所述排气导向所述排气管外周和所述层叠体之间的所述第1间隙。

发明的效果

在本发明的排气热回收装置中,由于多个夹套部件的热交换介质流路串联连接,所以热交换介质流动于热交换介质流路长的整个流路。因此,每当热交换介质通过各夹套部件的热交换介质流路时,都会在热交换介质和排气之间进行热交换。由此,能够进行充分的排气热的回收,热交换介质的温度在短时间内升高,从而取得了提高排气热的回收效率的效果。

此外,来自排气管的高温的排气流入排气管的外周与层叠体之间的间隙(第1间隙)。因此,能够抑制排气热向大气中散热,并能够减少所回收的排气热的热量回收损失。就这一点而言也取得了提高排气热的回收效率的效果。

此外,由于层叠体是将扁平的形状的多个夹套部件层叠而成的,所以即使形成长的热交换介质流路,也可以使装置小型化。而且,通过在形成热交换介质流路的端部件上层叠2组夹套部件组装体,即使形成更长的热交换介质流路,也可以使装置小型化。

附图说明

图1是作为本发明的一个实施方式的排气热回收装置的立体图。

图2是本实施方式的排气热回收装置的放大剖面图。

图3是本实施方式的层叠体的放大立体图。

图4是本实施方式的层叠体的放大侧视图。

图5是本实施方式的层叠体的分解立体图。

图6是沿着本实施方式的层叠体的热交换介质流路的放大剖面图。

附图标记的说明

1…排气管；2…筒形壳体；

4…排气热回收部；6、8…夹套部件；

10…层叠体；20…热交换介质流路；

22、32、46…流入口；24、34、48…流出口；

36、38…夹套部件组装体；

37…间隙(第2间隙)；58…间隙(第1间隙)；

60…间隙(第3间隙)；40…端部件；

54…流入管；56…流出管；

62…盖部件；64…切换阀；

66…支架；6、8…阀体；

100…排气热回收装置

具体实施方式

下面,参照附图详细说明本具体实施方式。

如图1、图2所示,排气热回收装置100,作为主要的构成部件具有排气管1、筒形壳体2、以及排气热回收部4。排气管1的上游侧连接起始于内燃机的排气流路,排气管1构造成将来自内燃机的排气A从上游侧导向下游侧。在排气管1的外侧设置有覆盖排气管1的筒形壳体2。以与排气管1隔开间隔的方式将排气管1配置在筒形壳体2的内部,在排气管1的外周与筒形壳体2的内周之间形成有空间。在本实施方式中,排气管1和筒形壳体2同轴设置。

在排气管1和筒形壳体2之间,设置有在排气A和热交换介质B之间进行热交换的排气热回收部4。如图3、图4所示,在排气热回收部4中设置有多个第1、第2夹套部件6、8层叠而成的层叠体10。如图6所示,各第1夹套部件6通过将1组半体12以及14对接而形成。同样地,如图6所示,各第2夹套部件8通过将1组半体16以及18对接而形成。

如图5所示,第1夹套部件6的1组半体12以及14分别具有圆弧状的形状,在本实施方式中为大致半圆弧状的形状。此外,在半体12以及14中,在一方半体12的整周上将半体12的边缘向另一方半体14侧折弯,在另一方半体14的整周上将半体14的边缘向一方半体12侧折弯。由此,半体12、14分别形成为截面形状为U字形的、具有凹部的形状。

另一方半体14形成为外形稍小于一方半体12。在1组半体12以及14中,在使凹侧彼此相对的状态下将另一方半体14插入一方半体12中,来对接1组半体12、14。由此,形成扁平的第1夹套部件6,并在第1夹套部件6的内部形成密封的热交换介质流路20。

在一方半体12的大致圆弧状端通过翻边加工等形成流入口22,流入口22与热交换介质流路20相连通。此外,在另一方半体14的大致圆弧状端部,即,与一方半体12的流入口22相反侧的端部,通过翻边加工等形成流出口24。流出口24与热交换介质流路20相连通。在1组半体12、14上分别形成有向外侧突出的多个突部26、28。

此外,第2夹套部件8的1组半体16、18形成为除下述点不同外,其他的形状相同:在第1夹套部件6的1组半体12、14上所形成的流入口22以及流出口24分别被设置在大致圆弧状端的相反侧。在一方半体16上形成有流入口32,在另一方半体18上形成有流出口34,流入口32以及流出口34与在内部形成的热交换介质流路20相连通。

通过将第2夹套部件8的流入口32重合于第1夹套部件6的流出口24,而层叠第1、第2夹套部件6、8。由此,串联连接第1、第2夹套部件6、8的各热交换介质流路20。如上所述,通过层叠多个夹套部件6、8,而将热交换介质流路20构造成串联连接。

在本实施方式中,通过进一步将其他的第1夹套部件6的流入口22重合于第2夹套部件8的流出口34,而层叠其他的第1夹套部件6。并进一步将其他的第2夹套部件8层叠于该其他的第1夹套部件6。由此,由将第1、第2夹套部件6、8层叠而成的层叠体10构成夹套部件组装体36。

夹套部件组装体36只要至少具有一个第1夹套部件6以及一个第2夹套部件8即可,也可以由两个第1夹套部件6以及一个第2夹套部件8构成。或者,也可以由两个第1夹套部件6以及两个第2夹套部件8构成,也可以由两个以上的第1夹套部件6以及两个以上的第2夹套部件8构成。

当层叠第1、第2夹套部件6、8时,例如,如图4所示,邻接的第1夹套部件6的突部26和第2夹套部件8的突部28相接触,由此在第1夹套部件6和第2夹套部件8之间形成排气A流通的间隙37(第2间隙)。

在本实施方式中,还具有另外的1组夹套部件组装体38。该另外的夹套部件组装体38具有第1、第2夹套部件6、8。夹套部件组装体38和上述夹套部件组装体36的构成相同。夹套部件组装体38配置为在使夹套部件组装体36旋转180度的位置上与夹套部件组装体36相对。但是,在另外的1组夹套部件组装体38中,流入口22和流出口24为与一方夹套部件组装体36相反的关系。即,在另外的夹套部件组装体38中,在构成第1夹套部件6的半体14侧设置热交换介质的流入口22,在构成第1夹套部件6的另一个半体12侧设置热交换介质的流出口24。

层叠体10具有环形的端部件40,环形的端部件40的大小与使两个第1夹套部件6相对配置的形状大致相同。端部件40通过对接1组半体42、44而形成。在半体42、44中,在一方半体42的整周上半体42的边缘向另一方半体44侧折弯,在另一方半体44的整周上半体44的边缘向一方半体42侧折弯。由此,各半体42、44形成为,在整周上截面形状为U字形的、具有凹部的形状。

另一方半体44形成为外形稍小于一方半体42。在1组半体44以及42中,在使凹侧彼此相对的状态下将另一方半体44插入一方半体42中,来对接1组半体42、44。由此,形成扁平的端部件40,在端部件40的内部形成密封的热交换介质流路20。

在一方半体42上,通过翻边加工等形成流入口46和流出口48,流入口46和流出口48与热交换介质流路20相连通。流入口46和流出口48彼此形成在180度相反侧。此外,在半体42、44上分别形成有向外侧突出的多个突部50、52。

一方夹套部件组装体36的流出口34重合于端部件40的流入口46,在端部件40的单侧一半上层叠一方夹套部件组装体36。另一方夹套部件组装体38的流入口32重合于端部件40的流出口48,在端部件40的剩余的单侧一半上层叠另一方夹套部件组装体38。此时,通过使各突部28、50相接触而在端部件40与夹套部件组装体36、38之间形成间隙37。

由此,2组夹套部件组装体36、38在端部件40上相对层叠,如图3所示,形成环形的层叠体10。通过在端部件40上层叠2组夹套部件组装体36、38,一方夹套部件组装体36的热交换介质流路20和另一方夹套部件组装体38的热交换介质流路20经由端部件40的热交换介质流路20串联连接。

流入管54插在一方夹套部件组装体36的流入口22,同时流出管56插在另一方夹套部件组装体38的流出口24。夹套部件6、8的各半体12、14、16、18、端部件40的各半体42、44、流入管54以及流出管56等通过钎焊、焊接等固定为一体。

如图2所示,排气管1插入层叠体10内,同时筒形壳体2插在层叠体10的外侧。此时,在排气管1的外周和层叠体10的内周之间形成间隙58(第1间隙)。此外,在层叠体10的外周与筒形壳体2的内周之间也形成间隙60(第3间隙)。

盖部件62插在筒形壳体2的上游侧端部,同时排气管1设置为贯通盖部件62,筒形壳体2的上游侧被盖部件62堵塞。在排气管1的下游侧设置有切换阀64,切换阀64安装在支架66上，支架66安装在端部件40的端面上。支架66具有与排气管1同轴设置的筒部66a,在筒部66a的前端安装有切换阀64。此外,排气管1内和排气管1的外周的间隙58经由筒部66a而连通。

切换阀64具有被支撑为可摆动的阀体68。切换阀64构造成,当闭阀时,即,阀体68落座在阀座70上时,来自排气管1的排气A流向间隙58,当开阀时,即,阀体68从阀座70离开时,使来自排气管1的排气通过切换阀64并将其导向下游侧的排气流路。而且,阀体68的摆动可通过致动器来进行,或者,可构成为通过作用于阀体68的排气压力来开阀。

阀体68形成为向下游侧突出的圆顶状,闭阀时,从排气管1流出的排气A撞击在阀体68上,阀体68使排气A的流动方向反转从而将排气A导向间隙58(第1间隙)。流入的间隙58排气A绕开切换阀64通过间隙37(第2间隙),从间隙60(第3间隙)流出至下游侧的排气流路。

接下来,说明本实施方式的排气热回收装置的动作。

在内燃机暖机时,阀体68落座在阀座70上从而切换阀64闭阀。此外,内燃机的冷却水等的热交换介质B被供给流入管54,热交换介质B流入一方夹套部件组装体36的热交换介质流路20中。热交换介质流路20通过串联连接多个夹套部件6、8的各热交换介质流路20而形成。通过该构成,热交换介质B依次流向层叠的各夹套部件6、8的热交换介质流路20,并流入端部件40的热交换介质流路20。

热交换介质B从端部件40的热交换介质流路20流入另一方夹套部件组装体38的热交换介质流路20。热交换介质流路20通过串联连接多个夹套部件6、8的各热交换介质流路20而形成。通过该构成,热交换介质B依次流向层叠的各夹套部件6、8的热交换介质流路20,并从流出管56流出到外部。

在闭阀状态下,当来自内燃机的排气A流入排气管1中时,排气A撞击在阀体68上而反转,从而流入排气管1的外周和层叠体10内周之间的间隙58中。排气A从间隙58通过各夹套部件6、8之间的间隙37,流向径向外侧,并流入层叠体10的外周与筒形壳体2的内周之间的间隙60。而且,从间隙60沿着筒形壳体2的内周流出到下游侧的排气流路。

当排气A通过各夹套部件6、8之间的间隙37时,在流动于各夹套部件6、8内的热交换介质流路20的热交换介质B与排气A之间进行热交换。通过该热交换,热交换介质B的温度上升,排气A的温度降低。

在本实施方式的排气热回收装置100中,由于多个夹套部件6、8的热交换介质流路20串联连接,所以热交换介质B流动于一条长的热交换介质流路20的整个流路中。因此,每当热交换介质B通过各夹套部件6、8的热交换介质流路20时,都会在热交换介质B和排气A之间进行热交换。因此,在排气热回收装置100中,能够进行充分的排气热的回收,热交换介质B的温度在短时间内上升。因此,内燃机的暖机在更短的时间内结束。

此外,在排气热回收装置100中,具有多个夹套部件6、8层叠而成的层叠体10的结构,因此,即使形成长的热交换介质流路20,也可使装置小型化。

而且,在排气热回收装置100中,来自排气管1的高温的排气A首先流入排气管1的外周和层叠体10的内周之间的间隙58中。因此,能够抑制排气热散热到大气中,从而能够减少回收的排气热的热量回收损失。

当切换阀64开阀时,排气A从排气管1通过切换阀64排出到下游侧的排气流路中。此时,由于在排气管1的外周和层叠体10的内周之间形成有间隙58,所以能够抑制排气热传导至热交换介质流路20的热交换介质B,从而能够抑制开阀时热交换介质B的过度的温度上升。

以上,说明了本发明的实施方式的一例,但是,本发明并不限于上述实施方式,在不脱离本发明主旨的范围内可以以各种形式实施。

Claims (6)

1.一种从来自内燃机的排气中回收热的排气热回收装置，其特征在于，具有，

排气管，所述排气管将来自上游侧的排气导向下游侧；

筒形壳体，所述筒形壳体覆盖所述排气管的外侧；以及

排气热回收部，所述排气热回收部设置在所述排气管和所述筒形壳体之间，并在所述排气和热交换介质之间进行热交换，

所述排气热回收部内设置有将形成热交换介质流路的多个夹套部件层叠而成的层叠体，在该层叠体中，多个所述夹套部件的各热交换介质流路彼此串联连接，

在所述排气管的外周和所述层叠体之间形成有通过了所述排气管的所述排气将通过的第1间隙，

在构成所述层叠体的多个所述夹套部件彼此之间形成有通过了所述第1间隙的所述排气将通过的第2间隙，

而且，在所述筒形壳体的内周和所述层叠体之间形成有通过了所述第2间隙的所述排气将通过的第3间隙。

2.根据权利要求1所述的排气热回收装置，其特征在于，

所述夹套部件扁平，并且，具有圆弧状的形状。

3.根据权利要求2所述的排气热回收装置，其特征在于，还具有，

形成环形热交换介质流路的端部件，

所述夹套部件具有大致半圆弧状的形状，同时作为夹套部件组装体具有两个将多个所述夹套部件层叠而成的所述层叠体，

在所述端部件上，两个所述夹套部件组装体彼此相对配置，

两个所述夹套部件组装体的所述热交换介质流路分别经由所述端部件的所述热交换介质流路串联连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的排气热回收装置，其特征在于，

所述夹套部件具有两个半体，通过使该两个半体彼此对接而在内部形成所述热交换介质流路，

在两个半体中的一方所述半体的端部侧形成流入口，同时在另一方所述半体上，在与设置有所述流入口的所述端部相反的端部侧形成流出口。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的排气热回收装置，其特征在于，还具有，

在所述内燃机暖机时，将所述排气导向所述排气热回收部的切换阀，

所述切换阀具有圆顶状的阀体，通过使从所述排气管流出的所述排气撞击所述阀体而将所述排气导向所述第1间隙。

6.根据权利要求4所述的排气热回收装置，其特征在于，还具有，

在所述内燃机暖机时，将所述排气导向所述排气热回收部的切换阀，

所述切换阀具有圆顶状的阀体，通过使从所述排气管流出的所述排气撞击所述阀体而将所述排气导向所述第1间隙。