CN104541045B - 废热回收装置 - Google Patents

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Abstract

废热回收装置具备：加热部(1)，其在封入于内部的能够蒸发及冷凝的工作流体与加热流体之间进行热交换，使所述工作流体蒸发；冷凝部(2)，其在通过所述加热部(1)蒸发了的所述工作流体与被加热流体之间进行热交换，使所述工作流体冷凝。所述加热部(1)具有导管(10)，该导管(10)供所述工作流体流通，并且铅垂方向上方侧端部开口，铅垂方向下方侧端部闭口，在所述加热部(1)的铅垂方向上方侧设置有积存部(3)，该积存部(3)具有导管接合部(41)，在该导管接合部(41)接合所述导管(10)的所述上方侧，并且积存通过所述冷凝部(2)冷凝了的所述工作流体，所述积存部(3)具有保持通过所述冷凝部(2)冷凝了的所述工作流体的冷凝液保持部(31)。

Description

废热回收装置
本发明基于2012年8月7日申请的日本申请号2012-175156号以及2013年3月28日申请的日本申请号2013-68046号，在此援引其记载内容。
技术领域
本发明涉及一种在机动车等的车辆中使用的废热回收装置。
背景技术
以往，提出有如下的废热回收装置，其回收机动车的排气所具有的热量，并用于发动机的暖机促进等(例如，参照专利文献1)。这样的废热回收装置具备在排气与封入到装置内部的工作流体之间进行热交换的加热部和在工作流体与发动机的冷却水之间进行热交换的冷凝部。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-332857号公报
发明内容
但是，在上述专利文献1所记载的废热回收装置中，作为加热部采用供工作流体流通的导管在其上下端部与集管连结的构造，因此可能由于排气的急剧的温度变化(100～900℃)导致的线膨胀差而产生热变形，导致导管与集管的根部造成破损。
本发明是鉴于上述问题点做成的，其目的在于提供一种能够抑制热变形所导致的破损的废热回收装置。
为了实现上述目的，在本发明的一方案中，废热回收装置具备：加热部，其在封入于内部的能够蒸发及冷凝的工作流体与加热流体之间进行热交换，使工作流体蒸发；冷凝部，其在通过加热部蒸发了的工作流体与被加热流体之间进行热交换，使工作流体冷凝，在废热回收装置中，加热部具有导管，该导管供工作流体流通，并且铅垂方向上方侧开口，铅垂方向下方侧端部闭口，在加热部的铅垂方向上方侧设置有积存部，该积存部具有导管接合部，在该导管接合部接合导管的上方侧端部，并且积存通过冷凝部冷凝了的工作流体，积存部具有保持通过冷凝部冷凝了的工作流体的冷凝液保持部。
由此，通过在导管接合部仅接合导管的上方侧端部，使导管在其上方侧端部以外的部位不受限制，从而能够抑制由于因加热流体的急剧的温度变化所产生的线膨张差而发生热变形，导致导管与导管接合部的根部破损。
此外，通过设置积存通过冷凝部冷凝了的工作流体的积存部，能够使冷凝了的工作流体与导管接合部接触，从而抑制导管接合部的温度上升。此外，通过在积存部配置保持由冷凝部冷凝了的工作流体的冷凝液保持部，由此能够使冷凝了的工作流体在积存部整体、即导管接合部的整面上润湿扩展。因此，即使在加热流体的温度急剧上升了的情况下，也能够抑制导管接合部的温度上升，抑制热变形的发生，从而可靠地抑制导管与导管接合部的根部破损。
在本发明的另一方案中，可以从上述一方案的废热回收装置中去掉冷凝液保持部。
附图说明
关于本发明的上述目的及其他目的、特征及优点，可参照附图及下述的详细记述而更加明确。该附图如下：
图1是表示第1实施方式所涉及的废热回收装置的剖面结构的简要剖视图。
图2是表示第1实施方式所涉及的废热回收装置的分解立体图。
图3是表示第1实施方式的阀5的闭阀状态的剖视图。
图4是表示第1实施方式的阀5的开阀状态的剖视图。
图5是图3的V-V剖视图。
图6是表示第2实施方式的导管10的根部附近的剖视图。
图7是表示第3实施方式的导管10的根部附近的剖视图。
图8是表示第4实施方式所涉及的废热回收装置的剖面结构的简要剖视图。
图9是表示第5实施方式的导管10的侧视图。
图10是表示第6实施方式的导管10的侧视图。
图11是表示第7实施方式的导管10的剖视图。
图12是表示第8实施方式的工作流体的封入量与废热回收性能的关系的特性图。
图13是表示第8实施方式的工作流体的封入量与内压的最大值的关系的特性图。
图14是表示第8实施方式的加热部的沸腾性能与工作流体的封入量的上限值的关系的特性图。
图15是表示第9实施方式的冷却水管的立体图。
图16是表示第9实施方式的槽部的间距与热传递率的关系的特性图。
图17是表示第9实施方式的槽部的间距与通水阻力的关系的特性图。
图18是表示第9实施方式的槽部的深度与热传递率的关系的特性图。
图19是表示第9实施方式的槽部的深度与通水阻力的关系的特性图。
具体实施方式
以下，基于附图说明实施方式。需要说明的是，以下的各实施方式彼此之中，对彼此相同或等同的部分在图中标注同一符号。
(第1实施方式)
基于图1～图5说明第1实施方式。本实施方式的废热回收装置从车辆的发动机(内燃机)的排气系统回收排气的排气热，并将该排气热用于暖机促进等。需要说明的是，图1的上下的箭头的方向表示废热回收装置搭载于车辆上的状态下的方向。此外，在图2中，为了使图示明了，省略后述的除氢装置的一部分的图示。
如图1所示，本实施方式的废热回收装置具备加热部1、冷凝部2和积存部3。加热部1设置在供发动机的排气流通的排气通路100内。并且，加热部1在封入到内部的工作流体与排气之间进行热交换，使工作流体蒸发。需要说明的是，排气相当于本发明的加热流体。
冷凝部2设置在排气通路100的外部。冷凝部2在经由加热部1蒸发了的工作流体与发动机的冷却水之间进行热交换，使工作流体冷凝。需要说明的是，冷却水相当于本发明的被加热流体。
积存部3设置在加热部1的铅垂方向上方侧且排气通路100的外侧。积存部3积存经由冷凝部2冷凝了的工作流体，经由冷凝部2冷凝了的工作流体经由积存部3向加热部1流入。在本实施方式中，加热部1、积存部3及冷凝部2朝向铅垂方向上方侧依次配置。
加热部1具有多个供工作流体流通且铅垂方向上方侧端部开口、铅垂方向下方侧端部闭口的导管10。导管10中的下方侧的大部分(本例中为自下方侧端部起约8成比例的部分)配置在排气通路100的内部，上方侧的其他部分(本例中为自上方侧端部起约2成比例的部分)配置在排气通路100之外。
具体而言，在形成排气通路100的排气通道105的上表面形成有贯通孔106，通过从该贯通孔106的上方侧插入导管10，从而将导管10配置在排气通路100内部。
多个导管10的上方侧端部各自与后述的积存部3的芯板41接合。多个导管10彼此在与芯板41接合的接合部以外的部位不相互连接。
在本实施方式中，导管10形成为有底的中空圆筒状，底部101配置在下方侧。此外，导管10的底部101与侧面部102所成的角部形成为朝向导管10的外侧突出的圆弧状。也就是说，导管10的底部101与侧面部102所成的角部被倒角为圆弧状。此外，在导管10的内表面设置有金属网制的吸液芯(wick)103。吸液芯103形成为网状，遍及导管10的内表面的整周配置。
在导管10的配置在排气通路100内部的部分的侧面部102接合有多个促进排气与工作流体之间的热传导的翅片11。设置在多个导管10上的翅片11彼此不相互连接。
在本实施方式中，翅片11形成为伞状。即，翅片11具有越靠下方侧距导管10的距离越长且朝向下方侧突出的圆弧状的曲面110。翅片11在从导管10的长度方向(铅垂方向)观察时形成为圆环状。
在加热部1的上方侧设置有供工作流体流通的箱部4。箱部4具有：接合导管10的上方侧端部的作为导管接合部的芯板41、与芯板41一同构成箱内空间的箱主体部42、设置在芯板41与箱主体部42之间且将箱内空间沿铅垂方向分割成两部分的分隔板43。
箱部4的箱内空间中的由芯板41和分隔板43形成的空间构成积存部3，由箱主体部42和分隔板43形成的空间构成冷凝部2。
芯板41具有形成为平面状的导管接合面410。在导管接合面410形成有供导管10插入的连通孔411。在芯板41的连通孔411的开口缘部形成有从导管接合面410朝向上方侧突出的肋412。肋412在利用翻边加工在芯板41上成形连通孔411时形成。
导管10的上端部配置在比芯板41的导管接合面410、即铅垂方向下端面靠上方侧的位置。因此，能够积存在芯板41的导管接合面410上冷凝了的工作流体。
在积存部3上设有通过毛细管力保持冷凝了的工作流体的作为冷凝液保持部的吸液芯31。吸液芯31为金属网制，在其空隙中临时保持冷凝了的工作流体。
在冷凝部2的内部配置有供发动机的冷却水流通的冷却水管21。冷凝部2构成为在流通于冷却水管21内部的冷却水与流通于冷却水管21外部的工作流体之间进行热交换。并且，在冷却水管21的表面被冷却而冷凝了的工作流体向冷凝部2的下方侧滴下。在本实施方式中，作为冷却水管21采用通路剖面形成为圆形状的不锈钢制的U字管。
在箱部4的分隔板43上分别形成有圆形状的第1贯通孔431及第2贯通孔432。积存部3与冷凝部2经由两个贯通孔431、432连通。在第1贯通孔431的外周缘部设有朝向铅垂方向上方侧延伸的壁部433。通过该壁部433，能够使从积存部3流出的气体状的工作流体(水蒸气)从冷凝部2的铅垂方向上方侧向冷凝部2内流入。在第2贯通孔432上设有对从冷凝部2向积存部3流入的工作流体流路进行开闭的阀5。
如图3～图5所示，阀5具备嵌合于第2贯通孔432的圆筒状的台座部51。在台座部51的铅垂方向下方侧端部及上方侧端部分别设有凸缘511、512。
台座部51的下端部侧的凸缘511的上方侧的面与分隔板43的下方侧的面接合。在台座部51的上端部侧的凸缘512与分隔板43之间设有间隙，凸缘512与分隔板43不接触。
在台座部51形成有使冷凝部2与积存部3连通的工作流体通路513。工作流体通路513在台座部51的侧面的凸缘512与分隔板43之间的部位、以及台座部51的下方侧的面这两方开口。
在台座部51形成有供沿铅垂方向延伸的棒状构件52贯通的贯通孔514。在棒状构件52的下端侧连接有对工作流体通路513进行开闭的阀芯53。阀芯53配置成能够与台座部51的下端面接触。棒状构件52的上端侧与薄膜状的隔膜54抵接。利用该隔膜54，阀芯53被向闭阀方向(图1的上方)施力。
隔膜54配置在台座部51的上侧。隔膜54形成为圆板状。隔膜54配置在隔膜壳体55内，将隔膜壳体55内的空间分隔成上侧的第1压力室551和下侧的第2压力室552。
隔膜壳体55包括将较薄壁的金属板冲压成形为规定形状的第1、第2隔膜壳体55a、55b，第1、第2隔膜壳体55a、55b在夹着隔膜55的外周面的状态下通过铆接而一体化。此外，通过将第2隔膜壳体55b与台座部51的上端接合，由此将隔膜壳体55整体与台座部51组装成一体。
由隔膜54和第1隔膜壳体55a形成的第1压力室551通过未图示的贯通孔与大气始终连通，或者通过真空密封始终保持恒定的压力，该第1压力室551内成为与大气压相同的压力。另一方面，由隔膜54和第2隔膜壳体55b形成的第2压力室552通过未图示的贯通孔与冷凝部2始终连通，该第2压力室552内成为与冷凝部2相同的压力。
通过这样的结构，由于第1、第2压力室551、552的压力差所引起的隔膜54的位移而阀芯53被驱动，从而工作流体通路513的开口面积发生变化，即工作流体通路513开闭。具体而言，如图3所示，在第2压力室552内的压力为第1压力室551内的压力以上的情况下，阀芯53被朝向台座部51的下端面施力，成为工作流体通路513闭塞了的状态，即阀5成为闭阀状态。
另一方面，如图4所示，在第1压力室551内的压力大于第2压力室552内的压力的情况下，阀芯53向远离台座部51的下端面的方向移动，成为工作流体通路513开放的状态，即阀5成为开阀状态。在阀5开阀时，如图4的粗实线箭头所示，冷凝了的工作流体从台座部51的侧面通过513而从台座部51的下表面向积存部3流出。
在台座部51形成有使台座部51的上端侧与下端侧连通的旁通孔(旁通通路)56。由此，虽然在阀5闭阀时冷凝了的工作流体滞留在冷凝部2内，但在其水位超过凸缘512的上表面(参照图3的虚线部)时，如图3的粗虚线箭头所示，能够使工作流体通过旁通孔56向积存部3流入。
此时，通过在台座部51的上端部设置凸缘512，从而在冷凝了的工作流体的水位未超过凸缘512的上表面时，能够抑制因振动使得工作流体流入旁通孔56的情况。
在本实施方式中，在旁通孔56的内部插入有棒状的筛网57。由此，能够使在旁通孔56中流通的工作流体的流量稳定化。而且，通过调整该筛网57的规格，能够获得期望的工作流体流量。
另外，在本实施方式中，采用水作为工作流体，废热回收装置由铬系不锈钢构成。因此，当废热回收装置成为超过约600℃的高温时，发生下述的化学反应1，产生氢气。
(化1)
2Fe+2Cr+3H2O→Fe2O3+Cr2O3+3H2
因此，废热回收装置具备除去在高温时产生的氢气的除氢装置6。在本实施方式中，如图1所示，除氢装置6与箱部4的上端部连接，构成为使氢气从冷凝部2的上端部流入。
具体而言，在冷凝部2的内部设有从分隔板43的上表面朝向上方侧延伸的分隔壁部61。在分隔壁部61的上端部与箱主体部42之间形成有间隙。在本实施方式中，阀5、第1贯通孔431和分隔壁部61依次配置。
在冷凝部2内部的分隔壁部61的与第1贯通孔431相反的一侧，形成有供在高温时产生的氢气流通的氢气导入通路62。在芯板41的与氢气导入通路62对应的部位形成有贯通孔413。在该贯通孔413接合有仅上端开口的筒状的氧化铜收容部63的上端部。在氧化铜收容部63的内部收容有粒状的氧化铜(II)。金属氧化物收容部63经由氢气导入通路62与冷凝部2连通。
通过这样的结构，如图1的虚线箭头所示，从冷凝部2的上端部流出的氢气在氢气导入通路62中流动，并流入氧化铜收容部63。然后，在氧化铜收容部63中发生下述的化学反应2。
(化2)
3CuO+3H2→3Cu+3H2O
如此，在氧化铜收容部63中，氢与氧化铜(II)反应而生成铜和水，因此能够除去氢。
另外，废热回收装置具备抑制从在加热部1的排气通路100中流动的排气向积存于积存部3中的工作流体的传热的作为传热抑制构件的热防护件7。热防护件7配置在加热部1与积存部3之间。
更详细而言，热防护件7的从与铅垂方向正交的方向观察到的剖面形成为上方侧开口的大致字状。即，热防护件7包括形成为与铅垂方向垂直的平面状的底部71、从底部71的外周部大致垂直地折弯而向上方侧延伸的壁部72、从壁部72大致垂直地折弯而向与铅垂方向垂直的方向延伸的凸缘部73。
热防护件7的凸缘部73与芯板41的外周缘部接合。热防护件7仅凸缘部73与芯板41接触，在底部71及壁部72与芯板41之间形成有空间(以下，也称为热防护件空间74)。
在热防护件7的底部71形成有供导管10插入的导管用贯通孔711。导管用贯通孔711的内径形成为比导管10的外径稍大。因此，在将导管10插入导管用贯通孔711内的状态下，导管10与导管用贯通孔711不接触。
此外，热防护件7的底部71形成为与排气通道105的贯通孔106对应的形状、即能够闭塞贯通孔106的形状。热防护件7在底部71闭塞排气通道105的贯通孔106的状态下与排气通道105接合。因此，可以说通过排气通道105和热防护件7的底部71形成排气通路100。
此外，在热防护件7的底部71的与氧化铜收容部63对置的部位形成有加热用贯通孔712。由此，在排气通路100中流通的排气经由加热用贯通孔712流入热防护件空间74。此时，能够利用排气所具有的热量对氧化铜收容部63进行加热。需要说明的是，在排气通路100中流通的排气也从导管用贯通孔711流入热防护件空间74。
通过在热防护件7上设置加热用贯通孔712及导管用贯通孔711，从而排气不仅在排气通路100中流通，还在热防护件空间74中流通。因此，排气通路100及热防护件74相当于本发明的加热流体通路。
接着，说明本实施方式的废热回收装置的动作。在回收排气的热量的热回收时，阀5开阀。此时，在加热部1的导管10中，工作流体被排气加热而蒸发，并从导管10的上端部向积存部3流出。从导管10的上端部流出的工作流体的蒸气经由积存部3及分隔板43的第1贯通孔431向冷凝部2流入。流入到冷凝部2内的工作流体的蒸气在与流动于冷却水管21内的冷却水之间进行热交换，在冷却水管21的表面冷凝，成为液体而向分隔板43上滴下。
滴下到分隔板43上的液体状的工作流体在阀5内的工作流体通路513中流通，并向积存部3的芯板41上回流。流入到积存部3内的液体状的工作流体积存于芯板41上。然后，当该工作流体的水位超过肋412的上端部时，从导管10的上端部再次流入导管10内。
另一方面，在不回收排气的热量的热隔断时，阀5闭阀。此时，在冷却水管21的表面冷凝了的工作流体滞留在分隔板43上。然后，当滞留在分隔板43上的工作流体的水位超过凸缘512的上表面时，工作流体通过旁通孔56向积存部3流入。
在本实施方式的废热回收装置中，通过仅将导管10的上方侧端部接合在芯板41上，并使导管10在其上方侧端部以外的部位不受限制，由此能够抑制由于因排气的急剧的温度变化所产生的线膨张差而发生热变形，导致导管10与芯板41的根部破损。
此外，通过将导管10的上端部配置在比芯板41的导管接合面410靠上方侧的位置，并设置用于积存在冷凝部2冷凝了的工作流体的积存部3，从而能够使规定量的液体状的工作流体存在于芯板41的导管接合面410上。由此，能够使冷凝了的工作流体与芯板41接触，从而抑制芯板41的温度上升。此外，通过设置积存部3，在通常的废热回收时，无论阀5的设置位置如何，都能够均等地将工作流体分配给各导管10。
进而，通过在积存部3配置利用毛细管力来保持在冷凝部2冷凝了的工作流体的吸液芯31，从而能够使液体状的工作流体在芯板41的整面上润湿扩展。因此，即使在排气的温度急剧上升了的情况下，也能够抑制芯板41的温度上升，因此能够抑制热变形的发生，从而可靠地抑制导管10与芯板41的根部破损。
此外，通过在积存部3配置吸液芯31，能够抑制在因振动、废热回收装置的倾斜而使存在于芯板41上的液体状的工作流体偏斜或飞溅而导致在芯板41上不存在规定量的工作流体的状态下，工作流体流入导管10的情况。
另外，在如本实施方式这样具有阀5的废热回收装置中，在高负载时，在高冷却水温时，需要缩小阀5的开度，使在废热回收装置内循环的工作流体的流量减少，抑制回收热量。然而，在冷却水温度升高时，存在由阀5过度减少工作流体的循环量，使芯板41的一部分不存在工作流体(干涸)的可能。这种情况下，在芯板41上形成局部的温度分布，并且由于干涸时与工作流体的水位高时的温度差引起变形振幅，从而导致废热回收装置的寿命明显降低。
相对于此，在本实施方式中，设有使在冷凝部2冷凝了的工作流体绕过阀5而导向积存部3的旁通孔56。由此，即使在阀5闭阀时，分隔板43上的工作流体的水位达到一定以上的情况下，也能够使工作流体经由旁通孔56向积存部3回流。因此，能够使芯板41上始终存在液体状的工作流体，因此能够抑制在芯板41上形成局部的温度分布。
此外，在本实施方式中，在加热部1与积存部3之间设置有抑制从加热部1的排气向积存部3的工作流体的传热的热防护件7。由此，能够抑制芯板41被排气所具有的热量加热而使芯板41的温度上升。
此外，在本实施方式中，设置于多个导管10的翅片11构成为彼此不相互连接。由此，能够使导管10在其上方侧端部以外的部位不受限制，因此能够抑制因排气的急剧的温度变化所产生的线膨张差而发生热变形。
另外，当导管10的温度降低时，与导管10接合的翅片11被向内侧(导管10侧)牵引，翅片11发生变形。而且，一旦变形了的翅片11即使在导管10的温度成为高温的情况下也不会回到原来的形状。
相对于此，在本实施方式中，在翅片11上设有朝向下方侧突出的圆弧状的曲面110。由此，即便导管10的温度降低而对翅片11施加了朝向内侧牵引的力，也能通过圆弧状的曲面110吸收变形，因此能够抑制翅片11发生变形。
此外，在本实施方式中，导管10形成为有底的中空圆筒状，并且侧面部102与底部101所成的角部为圆弧状。由此，能够确保导管10的耐压性且抑制在导管10上发生热变形。
另外，在如本实施方式这样具备除去在高温时产生的氢气的除氢装置6的废热回收装置中，具有封入用于除去氢的氧化铜(II)的氧化铜收容部63。基于氧化铜(II)的除氢反应(参照上述化学式2)如果不是300℃以上的高温则不会发生，因此，氧化铜收容部63通常配置于排气所流通的加热部1。然而，在600℃以上的高温环境下，氧化铜(II)成为介质，促进不锈钢的氧化现象，因此存在加热部1的导管10被氧化腐蚀的问题。
相对于此，在本实施方式中，将氧化铜收容部63的上端部与芯板41连接，并且将氧化铜收容部63配置在排气所流通的热防护件空间74内。由此，通过将氧化铜收容部63配置在排气所流通的部位，从而能够利用排气所具有的热量加热氧化铜收容部63，因此能够可靠地发生基于氧化铜(II)的除氢反应。另一方面，通过将氧化铜收容部63的上端部与在上表面积存有液体状的工作流体而成为较低温的芯板41连接，从而能够抑制氧化铜收容部63成为异常的高温。因此，能够同时实现氢气的除去和不锈钢的异常氧化现象抑制。
尤其是，通过将氧化铜收容部63配置在热防护件空间74内，并且在热防护件7上形成加热用贯通孔712而将排气导入热防护件空间74内，从而能够使高温的排气的主流不直接接触氧化铜收容部63。由此，能够抑制因排气流量使得氧化铜收容部63的温度变化，因此，即使在将废热回收装置搭载于高排气量的车辆时，也能够同时实现氢气的除去和不锈钢的异常氧化现象抑制。
此外，在本实施方式中，构成为将氢气导入通路62与冷凝部2的上方侧连接，使氢气从冷凝部2的上端部向除氢装置6内流入。由此，能使比工作流体轻的氢气经由氢气导入通路62向氧化铜收容部63流入，抑制工作流体向氧化铜收容部63流入。
(第2实施方式)
接着，基于图6说明第2实施方式。如图6所示，在本实施方式的废热回收装置中，导管10的上端部配置在比芯板41靠上方侧的位置。
在芯板41的连通孔411的开口缘部形成有朝向铅垂方向下方侧突出的肋414。肋414在利用翻边加工在芯板41上成形连通孔411时形成。在导管10的上端面，以将配置于导管10内表面的吸液芯103与配置于芯板41的吸液芯31连接的方式设置有金属网制的吸液芯104。
根据本实施方式，通过在导管10的上端面设置吸液芯104，从而在通常的废热回收时，能够利用吸液芯104仅将从吸液芯31溢出的工作流体吸入导管10内。因此，能够抑制必要以上地使工作流体流入导管10内而导致芯板41上不存在工作流体(干涸)。
(第3实施方式)
接着，基于图7说明第3实施方式。本第3实施方式与上述第2实施方式相比，导管10的上端部的形状不同。
如图7所示，导管10的上端部成为以朝向导管10的内侧鼓出的方式弯曲成圆弧状的逆流抑制部107。通过设置该逆流抑制部107，在不进行废热回收的情况下，能够抑制积存于积存部3中的冷凝了的工作流体因来自车辆的加速度等而流入导管10内。
(第4实施方式)
接着，基于图8说明本实施方式的第4实施方式。本第4实施方式与上述第1实施方式相比，将除氢装置6构成为与箱部4独立的个体这一点不同。需要说明的是，在图8中，省略翅片11的图示。
如图8所示，除氢装置6的氧化铜收容部63配置在排气通道105的外侧(外部气体侧)。此外，氧化铜收容部63的一面与排气通道105的外表面接合。由此，氧化铜收容部63的一部分经由排气通道105与排气通路100接触。此外，氧化铜收容部63中的未与排气通道105的外表面接触的部位与外部气体接触。
在氧化铜收容部63连接有形成氢气导入通路62的氢气导入管64的一端部。氢气导入管64的另一端部与箱部4的冷凝部2连接。也就是说，氧化铜收容部63与冷凝部2经由氢气导入管64相连接。由此，从冷凝部2流出的氢气在氢气导入管64内流动，并流入氧化铜收容部63。
根据本实施方式，通过将氧化铜收容部63配置在与排气所流通的排气通路100接触的部位，从而能够利用排气所具有的热量加热氧化铜收容部63，因此能够可靠地发生基于氧化铜(II)的除氢反应。另一方面，通过使氧化铜收容部63中的未与排气通路100接触的部位与外部气体接触，从而能够抑制氧化铜收容部63成为异常的高温。因此，能够同时实现氢气的除去和不锈钢的异常氧化现象抑制。
(第5实施方式)
接着，基于图9说明本实施方式的第5实施方式。本第5实施方式与上述第1实施方式相比，翅片11的结构不同。
如图9所示，本实施方式的翅片11通过将导管10的外侧表面塑性加工成螺旋状而形成。由此，无需设置作为翅片的另外的构件，因此能够减少部件个数且在导管10的外侧表面设置翅片11。进而，通过将翅片11形成为螺旋状，能够提高热传递率。
(第6实施方式)
接着，基于图10说明本实施方式的第6实施方式。本第6实施方式与上述第1实施方式相比，翅片11的结构不同。
如图10所示，本实施方式的翅片11通过在导管10的外侧表面实施滚花加工而形成。由此，无需设置作为翅片的另外的构件，因此能够减少部件个数且在导管10的外侧表面设置翅片11。进而，通过利用滚花加工形成翅片11，能够提高热传递率。
(第7实施方式)
接着，基于图11说明本实施方式的第7实施方式。本第7实施方式与上述第1实施方式相比，导管10及翅片11的结构不同。
如图11所示，在本实施方式的导管10的内侧表面形成有螺旋状的槽部108。该槽部108发挥作为利用毛细管力吸引积存在积存部3中的液体状的工作流体并向导管10供给的吸液芯的功能。
根据本实施方式，无需设置作为与导管10独立的构件的吸液芯，能够利用毛细管力吸引在积存部3中的液体状的工作流体并向导管10供给。因此，能够减少部件个数且可靠地从积存部3向导管10供给工作流体。
(第8实施方式)
接着，基于图12～图14说明本实施方式的第8实施方式。本第8实施方式在上述第1实施方式的基础上规定了封入废热回收装置内的工作流体量(工作流体的体积)这一点不同。
本实施方式的阀5构成为：在使冷凝部2与积存部3连通的工作流体通路513中流通的工作流体的温度达到预先确定的基准温度以上时闭塞冷凝工作流体通路513。
具体而言，与第1实施方式同样地，作为阀5，可以采用通过感知内部的工作流体的压力从而隔膜54进行动作的机械式动作阀。工作流体的温度与压力始终为1对1的关系，通过感知压力能够间接地感知温度。需要说明的是，作为阀5，也可以采用由通过体积根据温度发生变化的热蜡(感温构件)使阀芯53变位而对工作流体通路513进行开闭的机械式机构构成的工作流体温度随动阀。
在此，将加热部1中的排气与工作流体的传热面积的总计即加热部传热面积设为Fg，将加热部1中的供工作流体流通的部分的容积(多个导管10的容积的总计)即加热部容积设为Vg，将排气的热传递率设为αg，将冷凝部2中的冷却水与工作流体的传热面积的总计即冷凝部传热面积设为Fw，将冷凝部2中的供工作流体流通的部分的容积即冷凝部容积设为Vw，将冷却水的热传递率设为αw，将积存部3的容积设为Vc。
如图12所示，当工作流体的封入量低于Vw+0.4Vg、即低于冷凝部容积Vw与加热部容积Vg的40％的合计体积时，废热回收性能Qw降低。因此，在本实施方式中，将工作流体的封入量的下限值M1设定为满足由下述算式1所示的关系。
(算式1)
M1＝Vw+0.4Vg
另外，在加热部1的沸腾性能(αgFg)与冷凝部2的冷凝性能(αwFw)之比不同的各种规格的废热回收装置中，通过实验算出车辆搭载时的排气热回收装置的内压的最大值Pr_max与工作流体的封入量M的关系。该结果在图13中示出。
在此，本实施方式的废热回收装置由不锈钢构成。不锈钢的耐压强度为约500kPa，因此根据图13求出在各废热回收装置中内压的最大值Pr_max为500kPa的工作流体量M2。若封入到各废热回收装置中的工作流体量为M2以下，则废热回收装置的内压不会超过500kPa。
此外，加热部1的沸腾性能(αgFg)与根据图13求出的工作流体量M2的关系在图14中示出。图14中的通过曲线(plot)的近似式由M2＝Vw/2+Vc+150exp(-11×αgFg/αwFw)示出。因此，在本实施方式中，将工作流体的封入量的上限值M2设定为满足由下述的算式2所示的关系。
(算式2)
M2＝Vw/2+Vc+150exp(-11×αgFg/αwFw)
如以上说明那样，通过将封入到废热回收装置中的工作流体的体积的下限值M1设定为满足由上述的算式1所示的关系，从而能够确保废热回收性能Qw。
此外，通过将封入到废热回收装置中的工作流体的体积的上限值M2设定为满足由上述的算式2所示的关系，从而在车辆的任何状态下(加速·变动时)，都能够控制成内压的变动最大值为500kPa以下。因此，能够确保废热回收装置的耐压性。
如上所述，本实施方式中规定的工作流体的封入量以抑制内压的异常上升为目的。因此，作为本实施方式的阀5，从响应性方面考虑，也可以采用感知内部的工作流体的压力从而隔膜54进行动作的机械式动作阀。
(第9实施方式)
接着，基于图15～图19说明本实施方式的第9实施方式。本第9实施方式与上述第1实施方式相比，冷却水管21的形状不同。
如图15所示，在本实施方式的冷却水管21的表面形成有螺旋状的槽部21a。在本实施方式中，槽部21a形成在冷却水管21中的冷却水通路弯曲的弯曲部21b以外的部位。在本实施方式中，作为冷却水管21，可以使用管外径为10mm以上且30mm以下的管。
如此，通过在冷却水管21的表面形成螺旋状的槽部21a，从而无需增大冷却水管21的搭载空间，而能够提高冷凝性能。
另外，如图16所示，在将槽部21a的螺旋的间距设定为2mm以上且18mm以下时，能够使冷却水管21中的热传递率α大于200W/m2K，能够提高热传递率α。此时，如图17所示，在将槽部21a的螺旋的间距设定为2mm以上且18mm以下的情况下，能够使冷却水管21的通水阻力为300以下，能够减小冷却水管21的通水阻力。
因此，通过将槽部21a的螺旋的间距设定为2mm以上且18mm以下，能够提高冷却水管21中的热传递率α且减小冷却水管21的通水阻力。由此，能够可靠地提高冷凝部2的性能。
此外，如图18所示，在将槽部21a的深度设定为2.0mm以上时，能够使冷却水管21中的热传递率α大于200W/m2K，能够提高热传递率α。
另一方面，如图19所示，槽部21a的深度越大，冷却水管21的通水阻力越大。在此，通过将槽部21a的深度设定为2.9mm以下，由此能够使冷却水管21的通水阻力为300以下，能够减小冷却水管21的通水阻力。
因此，通过将槽部21a的深度设定为2.0mm以上且2.9mm以下，从而能够提高冷却水管21中的热传递率α且减小冷却水管21的通水阻力。由此，能够可靠地提高冷凝部2的性能。
本发明不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够如以下那样进行各种变形。
(1)在上述实施方式中，对采用吸液芯31作为冷凝液保持部的例子进行了说明，但不局限于此，例如，通过在芯板41的导管接合面410上形成槽部，也能够发挥作为冷凝液保持部的功能。
(2)在上述实施方式中，对由铬系不锈钢构成废热回收装置的例子进行了说明，但构成废热回收装置的材料不局限于此。例如，只要是通过被加热而与作为工作流体的水发生反应从而产生氢气的材料，也可以由其他的材料构成废热回收装置。
(3)在上述实施方式中，对在阀5的旁通孔56的内部配置有筛网57的示例进行了说明，但不局限于此，也可以不设置筛网57。
(4)在上述实施方式(第4实施方式除外)中，对将除氢装置6与箱部4形成为一体、即通过在箱部4内设置分隔壁部61而形成氢气导入通路62的例子进行了说明，但不限于此，也可以将除氢装置6与箱部4构成为分别独立的个体，从箱部4的冷凝部2的上端部导入氢气。
(5)在上述实施方式中，对采用氧化铜(II)作为配置在除氢装置6内的金属氧化物的例子进行了说明，但不局限于此，也可以采用其他的金属氧化物。
(6)在上述实施方式(第5实施方式及第6实施方式除外)中，对将导管10形成为有底的中空圆筒状并使导管10的底部101与侧面部102所成的角部为朝向导管10的外侧突出的圆弧状的例子进行了说明，但导管10的形状不限于此。例如，也可以使导管10的底部101与侧面部102所成的角部为直角，也可以将导管10形成为有底的中空椭圆筒状等其他形状。
(7)在上述实施方式中，对将翅片11形成为伞状的例子进行了说明，但不限于此，例如，也可以将翅片11形成为平板状。
(8)在上述实施方式(第7实施方式除外)中，对在导管10的内部配置有吸液芯103的例子进行了说明，但不局限于此，也可以不在导管10的内部设置吸液芯103。此外，也可以在导管10的上端部以将导管10内的吸液芯103与芯板41上的吸液芯31连接的方式配置金属网制的吸液芯。
(9)在上述实施方式中，对在加热部1与积存部3之间设有热防护件7的例子进行了说明，但不限于此，也可以不设置热防护件7。
(10)在上述实施方式中，对构成为在热防护件7上设置加热用贯通孔712及导管用贯通孔711而排气流入热防护件空间74内的例子进行了说明，但不局限于此，也可以构成为排气不流入热防护件空间74。
(11)在上述实施方式中，对在阀5的台座部51的上端部设有凸缘512的例子进行了说明，但不局限于此，也可以不设置凸缘512。
(12)在上述第8实施方式中，对采用机械式的工作流体温度随动阀作为阀5的例子进行了说明，但阀5不局限于此。例如，作为阀5，也可以采用基于从控制装置输出的控制电压来控制其动作的电磁阀。这种情况下，在排气热回收装置上设有检测工作流体的温度的温度传感器。并且，控制装置基于由该温度传感器检测到的工作流体的温度来控制电磁阀的动作。
(13)在上述实施方式中，对使用形成为网状的金属网制的吸液芯作为吸液芯103的例子进行了说明，但不局限于此，也可以使用形成为线圈状(螺旋状)的线圈吸液芯。
基于实施例对本发明进行了说明，但应理解为本发明不局限于所述实施例和构造。本发明还包含各种变形例和等同范围内的变形。此外，各种组合、方式以及在它们的基础上多加一个要素或减少一个要素的其他组合或方式也包含在本发明的范畴及思想范围内。

Claims (16)

1.一种废热回收装置，其具有：
加热部(1)，其在封入于内部的能够蒸发及冷凝的工作流体与加热流体之间进行热交换，使所述工作流体蒸发；
冷凝部(2)，其在通过所述加热部(1)蒸发了的所述工作流体与被加热流体之间进行热交换，使所述工作流体冷凝，
所述废热回收装置的特征在于，
所述加热部(1)具有导管(10)，该导管(10)供所述工作流体流通，并且铅垂方向上方侧端部开口，铅垂方向下方侧端部闭口，
在所述加热部(1)的铅垂方向上方侧设置有积存部(3)，该积存部(3)具有导管接合部(41)，在该导管接合部(41)接合所述导管(10)的所述上方侧，并且积存通过所述冷凝部(2)冷凝了的所述工作流体，
所述废热回收装置还具备：
冷凝工作流体通路(513)，其将通过所述冷凝部(2)冷凝了的所述工作流体导向所述积存部(3)；
阀(5)，其对所述冷凝工作流体通路(513)进行开闭，
所述阀(5)构成为：当在所述冷凝工作流体通路(513)中流通的所述工作流体的温度达到预先确定的基准温度以上时，所述阀(5)闭塞所述冷凝工作流体通路(513)。
2.根据权利要求1所述的废热回收装置，其特征在于，
所述积存部(3)具有保持通过所述冷凝部(2)冷凝了的所述工作流体的冷凝液保持部(31)。
3.根据权利要求1或2所述的废热回收装置，其特征在于，
所述导管(10)的所述铅垂方向上方侧端部配置在比所述导管接合部(41)的铅垂方向下端面靠铅垂方向上方侧的位置。
4.根据权利要求1或2所述的废热回收装置，其特征在于，
所述废热回收装置还具备：
旁通通路(56)，其使通过所述冷凝部(2)冷凝了的所述工作流体绕过所述阀(5)而导向所述积存部(3)。
5.根据权利要求1或2所述的废热回收装置，其特征在于，
在所述导管(10)上设有促进所述加热流体与所述工作流体之间的热传递的翅片(11)，
所述翅片(11)通过将所述导管(10)的外侧表面塑性加工成螺旋状而形成。
6.根据权利要求1或2所述的废热回收装置，其特征在于，
在所述导管(10)上设有促进所述加热流体与所述工作流体之间的热传递的翅片(11)，
所述翅片(11)通过对所述导管(10)的外侧表面实施滚花加工而形成。
7.根据权利要求1或2所述的废热回收装置，其特征在于，
在所述导管(10)的内侧表面形成有槽部(108)，该槽部(108)用于利用毛细管力吸引积存于所述积存部(3)中的所述工作流体并向所述导管(10)供给。
8.根据权利要求1或2所述的废热回收装置，其特征在于，
在所述加热部(1)与所述积存部(3)之间设置有抑制从所述加热部(1)的所述加热流体向所述积存部(3)的所述工作流体的传热的传热抑制构件(7)。
9.根据权利要求1或2所述的废热回收装置，其特征在于，
所述导管(10)设有多个，
在多个所述导管(10)上分别设有促进所述加热流体与所述工作流体之间的热传递的翅片(11)，
设于多个所述导管(10)的所述翅片(11)彼此非相互连接。
10.根据权利要求9所述的废热回收装置，其特征在于，
所述翅片(11)具有朝向铅垂方向下方侧突出的圆弧状的曲面(110)。
11.根据权利要求1或2所述的废热回收装置，其特征在于，
所述导管(10)形成为有底的中空圆筒状，并且侧面部(102)与底部(101)所成的角部为圆弧状。
12.根据权利要求1或2所述的废热回收装置，其特征在于，
所述工作流体为水，
所述加热部(1)、所述冷凝部(2)及所述积存部(3)由通过被加热而与所述工作流体发生反应从而产生氢气的材料构成，
所述废热回收装置还具备：
加热流体通路(74、100)，其供所述加热流体流通；
金属氧化物收容部(63)，其被封入有金属氧化物，并且供所述氢气流入，
所述金属氧化物收容部(63)与所述冷凝部(2)连通，
所述金属氧化物收容部(63)的至少一部分配置在所述加热流体通路(74、100)内。
13.根据权利要求12所述的废热回收装置，其特征在于，
在所述加热部(1)与所述积存部(3)之间设有抑制从所述加热部(1)的所述加热流体向所述积存部(3)的所述工作流体的传热的传热抑制构件(7)，
所述金属氧化物收容部(63)与所述导管接合部(41)连接，并且配置在所述导管接合部(41)与所述传热抑制构件(7)之间。
14.根据权利要求12所述的废热回收装置，其特征在于，
所述金属氧化物收容部(63)的一部分与所述加热流体通路(74、100)接触，另一部分与外部气体接触。
15.根据权利要求12所述的废热回收装置，其特征在于，
在所述冷凝部(2)的铅垂方向上方侧连接有将所述氢气导向所述金属氧化物收容部(63)的氢气导入通路(62)。
16.根据权利要求1或2所述的废热回收装置，其特征在于，
在将所述加热部(1)中的所述加热流体与所述工作流体的传热面积的总计设为Fg、所述加热部(1)中的供所述工作流体流通的部分的容积设为Vg、所述加热流体的热传递率设为αg、所述冷凝部(2)中的所述被加热流体与所述工作流体的传热面积的总计设为Fw、所述冷凝部(2)中的供所述工作流体流通的部分的容积设为Vw、所述被加热流体的热传递率设为αw、所述积存部(3)的容积设为Vc时，封入的所述工作流体的体积的下限值M1及上限值M2被设定为满足以下的算式1及算式2：
(算式1)
M1＝Vw+0.4Vg
(算式2)
M2＝Vw/2+Vc+150exp(-11×αgFg/αwFw)。
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