CN104541031B - 排气热回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个方面的排气热回收装置具备：排气管、分支口、热交换部、排出口、开闭装置、以及壳部件。设想一条射线，所述射线以所述排气管出口中的、所述排出口侧的端部为起点，相对于所述排气管的轴向以7°的角度向外侧倾斜，此时，所述壳部件具有相交于所述射线的相交面，所述相交面相对于所述射线成90～97°的角度。所述排出口在所述轴向上的位置为所述出口与所述相交面之间。
Description
相关申请的交叉引用
本国际申请要求2012年8月10日在日本专利局提交的日本发明专利申请第2012-178422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
本发明涉及一种例如适用于内燃机的排气系统等的排气热回收装置。
背景技术
以往，已知有在内燃机的排气与冷却水等热交换介质之间进行热交换、并对排气热进行回收的排气热回收装置。该排气热回收装置在排气管的出口具备能够开闭的切换阀。并且，该排气热回收装置具备热交换路径，该热交换路径从设置于排气管内部的分支口经由热交换部而至设置于排气管外部的排出口(参照下述专利文献1)。
在该排气热回收装置中，将排气管的切换阀关闭时，排气主要通过上述热交换路径而进行热交换。另一方面，在没有必要热交换的情况下，排气管的切换阀会打开。此时，排气主要会流动于阻力低于上述热交换路径的排气管，流动于热交换路径的排气的量会减少，因此能够抑制热交换。
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,在以往的排气热回收装置中，即使在将排气管的切换阀打开的时候，一部分的排气也会流向热交换路径，并进行热交换。这是因为通过流动于排气管的排气会产生文丘里效应，从而会将排气从排出口吸出，其结果为，会产生热交换路径中的排气的流动。由此以致在不必要的情况下发生热交换，有可能给车辆的冷却性能带来坏的影响。本发明的一个方面在于希望提供一种排气热回收装置，其能够降低不必要的热交换。
解决问题的技术方案
本发明的第一方面的排气热回收装置具备：排气管，所述排气管将排气自上游侧导向下游侧；分支口，所述分支口为所述排气的分支口，设置于所述排气管的内部；热交换部，所述热交换部在从所述分支口分支的所述排气与热交换介质之间进行热交换；排出口，所述排出口使通过所述热交换部的所述排气排出到所述排气管的外部；开闭装置，所述开闭装置对所述排气管的出口进行开闭，以及壳部件，所述壳部件将从所述出口和所述排出口排出的所述排气导向下游侧，并且设想一条射线，所述射线以所述出口中的所述排出口侧的端部为起点，相对于所述排气管的轴向以7°的角度向外侧倾斜，此时，所述壳部件具有相交于所述射线的相交面，所述相交面相对于所述射线成90～97°的角度，而且所述排出口在所述轴向上的位置为所述出口与所述相交面之间。
当通过开闭装置(例如切换阀)将排气管的出口打开时，如上构成的排气热回收装置能够进一步降低流动于热交换部的排气的量。其理由可推测如下。
从排气管的出口排出的排气会相对于排气管的轴向成7°的角度而向外侧扩散。在上述排气热回收装置中，设想一条射线，该射线以所述出口中的所述排出口侧的端部为起点，相对于所述排气管的轴向以7°的角度向外侧倾斜，此时，壳部件具有相交于所述射线的相交面，所述相交面相对于所述射线成90～97°的角度，因此从排气管的出口排出的排气的至少一部分会碰撞该相交面，并生成排气的漩涡。
并且，排出口在排气管轴向上的位置为出口与相交面之间，因此排出口会被上述漩涡覆盖。所以难以产生通过排气管中的排气的流动而将排气从排出口吸出的现象，结果为，使通过自分支口经由热交换部而至排出口的路径的排气的量进一步减少，由此能够进一步抑制不必要的热交换。
上述排气热回收装置例如也可以具备隔板，所述隔板设置于排出口，并形成将排气导向下游侧的通道。此时，通过隔板而形成的通道的出口会离上述排气的漩涡更近，因此会更容易被排气的漩涡覆盖。其结果为，能够进一步抑制不必要的热交换。
附图说明
图1是表示第1实施方式的排气热回收装置的构成的立体图。
图2是表示图1中II-II剖面的剖面图。
图3是表示在将外壳取下的状态下的第1实施方式的排气热回收装置的构成的立体图。
图4是表示在将外壳取下的状态下的第2实施方式的排气热回收装置的构成的立体图。
图5是表示第2实施方式的排气热回收装置的剖面的剖面图。
图6是表示参考例的排气热回收装置的构成的立体图。
图7是表示图6中VII-VII剖面的剖面图。
图8是表示在将外壳取下的状态下的参考例的排气热回收装置的构成的立体图。
附图标记的说明
1…排气热回收装置；3…内管；5…热交换部；
7…出口部件；7b…端部；7c…出口；9…切换阀；17、19、20…间隙；
12…隔板；13…箱体；13a…外周板；13b…上游侧盖体；
13c…下游侧盖体；15…冷却水管道；21…转动轴；22、29a…排出口；
23…阀主体；25…大径部；25a…壁；27、29…通道；
101…排气热回收装置；B…轴向；C…射线
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。
<第1实施方式>
1.排气热回收装置1的构成
参照图1～图3对第1实施方式的排气热回收装置的构成进行说明。排气热回收装置1具备内管3、热交换部5、出口部件7、切换阀9、以及外壳11。
内管3为中空的圆筒状部件，其上游侧(图2中的左侧)和下游侧(图2中的右侧)分别开口。内管3使从未图示的内燃机排出的排气通过其内部，由此将排气从上游侧导向下游侧。在内管3中与热交换部5相对的部分上，设置有分支口20。流动于内管3内的排气能够从分支口20流入热交换部5的内周侧。
热交换部5为环状的部件，外插于内管3。热交换部5具有中空的箱体13和冷却水管道15，该冷却水管道15卷成螺旋状而收容于箱体13的内部。箱体13具有外周板13a、上游侧盖体13b、以及下游侧盖体13c。外周板13a为绕内管3外侧一周的板状部件。此外，上游侧盖体13b和下游侧盖体13c为将外周板13a与内管3之间封闭的部件。
在下游侧盖体13c的图2中的上侧部分和下侧部分上各截取一部分，而分别设置间隙17、19。因此箱体13的内外通过该间隙17、19而连通。冷却水管道15为一根连续的管道，其两端被导引到箱体13的外部并与未图示的冷却水循环系统连接。因此，从冷却水循环系统流入冷却水管道15的冷却水会流动于箱体13内的冷却水管道15，然后再返回到冷却水循环系统。流入冷却水管道15的冷却水，将如后所述地通过被导入箱体13内的高温的排气而被升温(即进行热交换)。
出口部件7为在上游侧和在下游侧开口的环状部件，位于内管3与热交换部5的下游侧。出口部件7基本上将内管3与外周板13a之间封闭，但是，在图2的下方侧，出口部件7的一部分被截取而设置有排出口22，因此形成有通道27，该通道27自间隙19通过排出口22而到达外壳11内部。排出口22在轴向B(内管3的轴向)上的位置与出口部件7的下游侧的端部7b相同。此外，排出口22位于出口部件7的外部，更详细地，位于出口7c的中心的正下方。
当使切换阀9为后述的“封闭状态”时，出口部件7的下游侧的端部7b与阀主体23接触，从而将出口部件7的下游侧的开口部(以下称为出口7c)封闭。
切换阀9设置在出口部件7的下游侧的端部7b。切换阀9具有转动轴21和阀主体23，该转动轴21设置在图2中的上方，该阀主体23以该转动轴21为转动中心而可转动。切换阀9能够对下述两个状态进行切换，即，以图2的实线所表示的、将出口7c开放的状态和以图2的虚线所表示的、将出口7c封闭的状态。
外壳11为上游侧和下游侧开口的中空的薄壁部件。外壳11的上游侧外接于出口部件7，下游侧连接于未图示的排气路径。外壳11将出口部件7包含于其内部，从而外壳11的内径大于出口部件7的出口7c的外径。因此，通过出口7c的排气在外壳11的内部向外周方向扩散。在外壳11中的图2的下侧，设置有大径部25，该大径部25的直径大于外壳11的下游侧。该大径部25在其下游侧具有壁25a，该壁25a在与内管3的轴向B相交的方向上延伸。
出口7c和排出口22存在于外壳11的内部。因此，从出口7c和排出口22排出的排气通过外壳11而被导向下游侧。
设想一条射线C，该射线C以出口部件7的下游侧的端部7b中的、在图2下侧(排出口22侧)的部分A为起点，相对于内管3的轴向B以7°的角度向外侧倾斜，此时，壁25a会相交于射线C。并且射线C与壁25a所成的角度θ为90～97°。在此角度θ为图2中射线C下侧的角度。
根据上述构成，将形成自内管3的内部依次经由分支口20、箱体13的内部、间隙19、通道27、以及排出口22的排气的路径。
此外，内管3和出口部件7为本发明的排气管的一例。冷却水为本发明的热交换介质的一例。切换阀9为本发明的开闭装置的一例。外壳11为本发明的壳部件的一例。壁25a为本发明的相交面的一例。
2.排气热回收装置1的作用效果
(1)通过切换阀9将出口7c封闭的状态
被导入内管3的排气依次经由分支口20、箱体13的内部、间隙19、通道27、以及排出口22而被送至外壳11内。当排气通过箱体13的内部时，在流动于冷却水管道15的水与高温的排气之间进行热交换。
(2)通过切换阀9将出口7c开放的状态
被导入内管3的排气依次通过内管3以及出口部件7而被送至外壳11。如上所述，由于外壳11的内径大于出口部件7的出口7c的外径，因此通过出口7c的排气会向外周方向扩散。该扩散的角度(相对于轴向B的角度)基于流体力学已知为7°。
由于外壳11具有与上述射线C以90～97°的角度θ相交的壁25a，因此通过出口部件7的排气的至少一部分会碰撞壁25a，并在壁25a的前方，在大径部25的空间内生成以图2中箭头记号D所表示的排气的漩涡。该排气的漩涡的一部分会在自大径部25的壁25a向下表面的壁的方向上流动。
并且，排出口22在轴向B上的位置与出口7c相同，所以排出口22会容易被上述漩涡覆盖。因此，难以产生以下现象，即，通过在内管3以及出口部件7中的排气的流动而将排气从出口22吸出的现象。结果为，使从依次经由分支口20、箱体13的内部、间隙19、通道27、以及排出口22的路径通过的排气的量进一步减少。由此进一步抑制不必要的热交换。
<第2实施方式>
参照图4和图5对第2实施方式的排气热回收装置的构成进行说明。本实施方式的排气热回收装置1基本上具备与上述第1实施方式相同的构成，并且具备隔板12。
隔板12为平板状的部件，立设于下游侧盖体13c中的间隙19侧的端部。隔板12的面相对于内管3的轴向B大致平行，并在轴向B上及至排出口22的更下游侧。隔板12在宽度方向上(与图5的纸面垂直的方向)的两侧及至外壳11。因此形成有自间隙19通过隔板12与外壳11之间并到达外壳11内部的通道29。通道29的下游侧的排出口(以下称为排出口29a)在轴向B上的位置比出口部件7的下游侧的端部7b更靠近下游侧。并且排出口29a位于出口部件7的外部，更详细地，位于出口7c的中心的正下方。
2.排气热回收装置1的作用效果
(1)通过切换阀9将出口7c封闭的状态
被导入内管3的排气依次经由分支口20、箱体13的内部、间隙19、通道29、以及排出口29a而被送至外壳11内。当排气通过箱体13的内部时，在流动于冷却水管道15的冷却水与高温的排气之间进行热交换。
(2)通过切换阀9将出口7c开放的状态
与上述第1实施方式的情况相同，通过出口部件7的排气的至少一部分会碰撞壁25a，并在壁25a的前方，在大径部25的空间内生成以图5中箭头记号D所表示的排气的漩涡。该排气的漩涡的一部分会在自大径部25的壁25a向下表面的壁的方向上流动。
并且，排出口29a在轴向B上的位置比出口7c更靠近下游侧，所以排出口29a会容易被上述漩涡覆盖。因此难以产生以下现象，即，通过在内管3以及出口部件7中的排气的流动而将排气从出口29a吸出的现象。结果为，使从依次经由分支口20、箱体13的内部、间隙19、通道29、以及排出口29a的路径通过的排气的量进一步减少。由此进一步抑制不必要的热交换。
此外，通过对隔板12的长度(轴向B上的长度)进行调整，能够在从出口7c的位置到壁25a的位置的范围内，对排出口29a在轴向B上的位置进行适当地设定。
<其他实施方式>
在上述第1实施方式中，能够在从出口7c的位置到壁25a的位置的范围内，对排出口22在轴向B上的位置进行适当地设定。
在上述各实施方式中，内管3和出口部件7可以是一体的部件。箱体13和出口部件7可以分别是一体的部件，也可以分别是将多个部件组合而成的部件。也可以取代冷却水而使用其他的热交换介质。热交换部5也可以不外插于内管3而是与内管3并行设置。也可以取代切换阀9而使用其他的开闭装置。作为其他的开闭装置，例如可以列举具备滑动式阀的开闭装置等。壁25a的形状可以是平面也可以是曲面。
在上述各实施方式中，将形成相交面的壁25a作为壳部件11的壁25a而进行了说明，但是也可以是如下构成：将相对于射线C成90～97°的角度θ的壁作为另外的部件设置在壳部件11的内周面,以产生相交面的功能。该壁也能够获得与上述各实施方式的壁25a相同的作用效果。
上述各实施方式不过是其中一例，在不脱离发明主旨的范围内可以进行各种省略、置换和变更。
<参考例>
1.排气热回收装置101的构成
参照图6～图8对排气热回收装置101的构成进行说明。排气热回收装置101的构成基本上与上述第1实施方式相同。不过，在本参考例中，外壳11的形状与上述第1实施方式不同，并且出口部件7对内管3与外周板13a之间不进行封闭。
在本参考例中，由于外壳11的直径自上游侧向下游侧平缓地变化，所以在设想上述射线C时，射线C与外壳11的内表面所成的角度θ会变成小于90°的角度。因此，通过出口部件7的排气即使碰撞外壳11的内表面也难以生成如上述各实施方式的排气的漩涡。
此外，出口部件7的形态为上述形态，因此使箱体13内的排气向外壳11内排放的排气口会变为间隙19。该间隙19在轴向B上的位置变为比出口7c更靠近上游侧，因此，假设即使像上述各实施方式那样生成排气的漩涡，也无法通过该漩涡充分覆盖间隙19。
Claims (2)
1.一种排气热回收装置,其具备：
排气管,所述排气管将排气自上游侧导向下游侧；
分支口,所述分支口为所述排气的分支口，设置于所述排气管的内部；
热交换部,所述热交换部在从所述分支口分支的所述排气与热交换介质之间进行热交换；
排出口，所述排出口使通过所述热交换部的所述排气排出到所述排气管的外部；
开闭装置，所述开闭装置对所述排气管的出口进行开闭；以及，
壳部件，所述壳部件将从所述出口和所述排出口排出的所述排气导向下游侧，
设想一条射线，所述射线以所述出口中的所述排出口侧的端部为起点，相对于所述排气管的轴向以7°的角度向外侧倾斜，此时，所述壳部件具有相交于所述射线的相交面，所述相交面相对于所述射线成90～97°的角度，
所述排出口在所述轴向上的位置为所述出口与所述相交面之间,并且
其中所述排出口位于所述出口的中心的正下方。
2.根据权利要求1所述的排气热回收装置,其中,
具备隔板，所述隔板设置于所述排出口，并形成将所述排气导向下游侧的通道。
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