CN107002542B - 排气热回收装置 - Google Patents

Abstract

一种排气热回收装置，具备：排气管、壳体部件、热交换部、导入部、以及阀。排气下游端位于在排气管的排气流路中与热交换器的下游侧端部相比靠下游侧的位置，该排气下游端是排气管在排气流路中的下游侧的端部。导入部具备隔壁部和导入部件，隔壁部是排气管中从排气下游端直至热交换器的下游侧端部为止的部位，导入部件配置成，以使其和隔壁部之间留有间隙的方式，使导入部件覆盖隔壁部的径向外侧的至少一部分。

Description

排气热回收装置

相关申请的交叉引用

本国际申请要求2014年12月3日在日本专利局提交的日本发明专利申请第2014-244980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

本公开涉及排气热回收装置。

背景技术

已知有通过将来自内燃机的排气作为高温流体，并将内燃机的冷却水作为低温流体而进行热交换，从而回收排气热的排气热回收装置(参照专利文献1)。

该专利文献1所记载的排气热回收装置具备排气管、壳体部件、热交换部、排气流入部、以及阀。排气管是形成为筒形的部件，并将来自内燃机的排气导向下游侧。壳体部件是覆盖排气管外侧的筒形部件。热交换部具有配置在排气管和壳体部件之间的热交换器。热交换器在作为高温流体的排气和流动于其内部的低温流体之间进行热交换。

专利文献1中的排气流入部是从排气管流出的排气流入热交换部的部位。专利文献1中的排气流入部为形成于与排气管的排气流路中的热交换器的下游侧端部相比靠上游侧处的开口，且为形成于排气管整周上的开口。

阀配置于在排气管的排气流路中与排气流入部相比靠下游侧的位置。

具体地，在排气热回收装置中，当内燃机的冷却水的水温低时，通过关闭阀而封闭排气管。由此，来自内燃机的排气从排气流入部流入热交换部，从而于热交换部在来自内燃机的排气和冷却水之间进行热交换。

另一方面，在排气热回收装置中，当内燃机的冷却水的水温高时，通过打开阀而开放排气管。由此，在排气热回收装置中，使得从排气流入部流入热交换部的排气的流量减少，从而使得从排气热向冷却水的传递的热传递量减少。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开第2014-34963号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1所记载的排气热回收装置中，形成排气流入部的排气管的开口，形成于在排气管的排气流路中与热交换器的下游侧端部相比靠上游侧的位置。

因此，在专利文献1所记载的排气热回收装置中，即使当阀打开时，排气也有可能从排气管经由排气流入部而流入热交换部。由此，专利文献1所记载的排气热回收装置在打开阀时可能会产生从排气到冷却水的不必要的热传递。

在排气热回收装置中，需要进一步减少当阀打开时从排气管流入热交换部的排气的流量。

在本公开的一个方面，期望进一步减少排气热回收装置中在阀打开时流入热交换部的排气的流量。

解决问题的技术方案

本公开的一个方面涉及具备排气管、壳体部件、热交换部、导入部、以及阀的排气热回收装置。

排气管是形成为筒形的部件，并将来自内燃机的排气导向下游侧。壳体部件是覆盖排气管径向外侧的筒形部件。热交换部具有配置在排气管和壳体部件之间的热交换器。热交换器在作为高温流体的排气和流动于热交换器内部的低温流体之间进行热交换。

导入部形成将来自排气管的排气导入热交换部的导入路径。阀配置于在排气管的排气流路中与导入部相比靠下游侧的位置，且对排气管进行开闭。

在本公开的一个方面中，排气下游端位于在排气管的排气流路中与热交换器的下游侧端部相比靠下游侧的位置。这里所说的排气下游端是指排气管在排气管的排气流路中的下游侧的端部。

而且，本公开的一个方面的排气热回收装置的导入部具备隔壁部以及导入部件。隔壁部是排气管中从排气下游端直至热交换器的下游侧端部为止的部位。导入部件配置成，以使其和排气管中的隔壁部之间留有间隙的方式，使导入部件覆盖隔壁部的径向外侧的至少一部分。

即，在本公开的一个方面的排气热回收装置的导入部中，形成在导入部件和隔壁部之间的间隙作为导入路径而发挥作用。该导入路径是排气趋向与排气管中的排气流路相反一侧的方向的流路。因此，如果不将流动于导入部的排气的流动方向改变为与排气管中的排气的流动方向相反的方向，则流动于导入部的排气不会到达热交换部。

因此，根据本公开的一个方面，当阀打开而开放排气管，从而排气向排气管的下游流动时，能够减少流动于导入部的排气，进而能够减少流入热交换部的排气的流量。其结果是，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，当阀打开时能够减少向低温流体进行传热的热传递量。

此外，本公开的一个方面的排气热回收装置的导入部件的导入下游端也可以配置为位于与排气下游端处的排气管的内表面相比在径向上靠外侧的位置。这里所说的导入下游端是指，导入部件在排气管的排气流路中的下游侧的端部。

在如上的排气热回收装置中，通过设置导入部能够抑制排气管变窄。

其结果是，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，能够抑制排气管中的导入部周边部分的压力损失，当阀打开时，排气管中的排气能够顺畅地流动。因此，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，当阀打开时，能够更切实地减少流动于导入部的排气，进而，能够更切实地减少流入热交换部的排气的流量。

此外，在本公开的一个方面的热交换器中的至少一个板部件也可以配置为沿着排气管的周向而延伸，其中，低温流体在所述至少一个板部件的内部空间流动。而且，本公开的一个方面中的导入部可以是以隔壁部为内管，且以导入部件为外管的双重管。

在如上的排气热回收装置中，通过沿着排气管周向延伸而配置的板部件，能够实现排气与低温流体之间的热交换。

由于该板部件配置为沿着排气管周向而延伸，因此，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，在板部件中，能够扩大从导入部流入到热交换部的高温的排气所直接接触的面积。由此，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，能够有效地实现从排气回收热。

另外，本公开的一个方面中的导入部件可以是构成阀的阀座。

根据如上的排气热回收装置，可以将阀座用作导入部件，从而无需设置专用部件作为阀座。即，根据本公开的一个方面的排气热回收装置，能够抑制部件数量增加。

附图说明

图1是示出实施方式中的排气热回收装置的概略外观的立体图。

图2是闭阀状态下的排气热回收装置的剖视图，且是图1中的II-II剖视图。

图3是开阀状态下的排气热回收装置的剖视图，且是图1中的III-III剖视图。

附图标记的说明

1…排气热回收装置；2…排气部；4…壳体部件；6…热交换部；

8…导入部；10…阀；12、14…排气管；16…上游端；

18…排气下游端；20…外壳部件；22…盖部件；24…保持部件；

30…热交换室；40…热交换器；42…去路热交换部；

44…归路热交换部；46…板部件；48…第1部件；50…第2部件；

70…隔壁部；74…下游侧端部；80…导入部件；82…导入部位；

84…覆盖部位；90…端部；92…导入下游端；102…阀芯；104…阀座；

106…阀轴；108…网状部件；110…内燃机；114…冷却液(低温流体)；

112…排气(高温流体)

具体实施方式

下面参照附图说明作为本公开的一例的实施方式。

<排气热回收装置>

如图1所示，排气热回收装置1安装在具有内燃机110的移动体上。该排气热回收装置1将来自内燃机110的排气112作为高温流体，将内燃机110的冷却液114作为低温流体而进行热交换，由此从排气中回收热。本实施方式中的冷却液114可以是冷却水，也可以是油液。

本实施方式的排气热回收装置1具备排气部2、壳体部件4、热交换部6(参照图2、图3)、导入部8(参照图2、图3)、以及阀10。

排气部2形成将来自内燃机110的排气112导向下游侧的路径。壳体部件4是覆盖排气部2外侧的部件。

热交换部6具有配置在排气部2和壳体部件4之间的热交换器40(参照图2、图3)，并在作为高温流体的排气112和流动于热交换器40中板部件46内部的低温流体之间进行热交换。

导入部8是将来自排气部2的排气导入热交换部6的部位。阀10是对路径进行开闭的公知的阀，阀10配置于在排气部2的排气112的流路中与导入部8相比靠下游侧的位置。

<排气热回收装置的结构>

接下来对排气热回收装置1的结构进行详细说明。

如图2、图3所示，排气部2具备排气管12、14。

排气管12形成为两端开口的圆筒状。作为排气管12一端的上游侧端与来自内燃机110的排气112所流入的部件连接。来自内燃机110的排气112所流入的部件是例如排气管道或排气歧管等。

排气管14形成为两端开口的圆筒状。作为排气管14的一个端部的上游端16具有内径大于排气管12外径的开口。

在该排气管14的上游端16的内部空间中，排气下游端18以与排气管14不接触的状态而配置，排气下游端18是与排气管12的上游端相反的一侧的端部。

排气管14中作为上游端16的相反侧端部的下游端具有直径小于上游端16外径的开口。

壳体部件4具备外壳部件20、盖部件22、以及保持部件24。

外壳部件20形成为两端开口，且内径大于排气管12外径的圆筒状。该外壳部件20的外径等于排气管14中的上游端16的内径。

该外壳部件20与排气管12同心地(同轴地)配置。此外，外壳部件20的下游侧的端部与排气管14的上游端16连接。

盖部件22是形成为环状的部件。

该盖部件22以封闭外壳部件20的在排气管12的排气112的流路中的上游侧开口的方式，与外壳部件20的上游侧开口部分的周缘相连接。

即，通过外壳部件20、盖部件22和排气管12形成由外壳部件20、盖部件22和排气管12围成的环形空间。以下，将由外壳部件20、盖部件22和排气管12围成的环形空间称为热交换室30。

配置在该热交换室30中的热交换器40是供冷却液114流动于其内部的热交换器，并配置为覆盖排气管12的外周。

在本实施方式中，热交换器40具备去路热交换部42和归路热交换部44。在去路热交换部42中，冷却液114沿着排气管12的排气流路从上游向下游流动。在去路热交换部42中，沿着排气管12的排气流路已到达下游的冷却液114在归路热交换部44中沿着排气管12的排气流路从下游向上游流动。

去路热交换部42以及归路热交换部44是具有多个板部件46的热交换器，板部件46具有供低温流体流动的流动空间。

构成去路热交换部42和归路热交换部44的各板部件46具备第1部件48和第2部件50。

在第1部件48的周缘形成有向相同方向突出的壁部。在第2部件50的周缘形成有向相同方向突出的壁部。

而且，板部件46通过分别使第2部件50的壁部的外表面与第1部件48的壁部的内表面相接合而形成。在各板部件46中，在第1部件48的内表面和第2部件50的内表面之间形成有间隙。该间隙作为供低温流体流动的流动空间，即，作为冷却液114的流路而发挥作用。

此外，供冷却液114流入去路热交换部42的流入管54连接在构成去路热交换部42的板部件46中的、配置在冷却液114流路中的上游侧的端部的板部件46上。此外，供冷却液114流入归路热交换部44的管58连接在构成去路热交换部42的板部件46中的、配置在冷却液114流路中的下游侧的端部的板部件46上。

此外，供冷却液114从归路热交换部44流出的流出管56连接在构成归路热交换部44的板部件46中的、配置在冷却液114流路中的下游侧的端部的板部件46上。

在本实施方式中，各板部件46以覆盖排气管12外表面的方式沿着排气管12的轴向而配置。沿着该排气管12的轴向而配置的各板部件46以使得在沿着排气管12的轴向彼此相邻的板部件46的外表面之间形成有间隙62的方式而层叠。另外，沿着排气管12的轴向相邻的两个板部件46通过形成为管状的连通部件52而连接，从而使得冷却液114流动于相邻的板部件46之间。

而且，将构成热交换器40的各板部件46配置成，使得在各板部件46的于排气管12径向内侧的周缘与排气管12的外表面之间形成间隙60。并且将构成热交换器40的各板部件46配置成，使得在各板部件46于排气管12径向外侧的周缘与外壳部件20的内表面之间形成间隙64。

在本实施方式中，间隙60、间隙62、以及间隙64作为排气112的流路而发挥作用。而且，以流动于间隙60、间隙62、以及间隙64的排气112作为高温流体，并以流动于各板部件46内的冷却液114作为低温流体而进行热交换。即，在本实施方式中，配置有热交换器40的热交换室30作为热交换部6而发挥作用。

如上所述，由构成去路热交换部42的板部件46和构成归路热交换部44的板部件46覆盖排气管12的整个圆周。

另外，保持部件24是用于保持配置在热交换室30的热交换器40的部件。

<导入部的结构>

导入部8由隔壁部70和导入部件80构成。

隔壁部70是排气管12的一部分。隔壁部70是排气管12中的从排气下游端18到下游侧端部74的部位。

这里所说的排气下游端18是排气管12在排气112的流路中的下游侧的端部。该排气下游端18位于在排气部2的排气112的流路中与下游侧端部74相比靠下游侧的位置。此外，这里所说的下游侧端部74是排气管12中与构成热交换器40的板部件46中最末尾的板部件46相对的部位，该最末尾的板部件46配置于在排气管12的排气112的流路中的下游侧的端部。

导入部件80的内径大于排气管12中的隔壁部70的外径，并且导入部件80是两端开口的圆筒状部件。该导入部件80具有导入部位82和覆盖部位84。

覆盖部位84是两端开口的直线形圆筒状的部位。该覆盖部位84的内径大于排气管12外径。

覆盖部位84以使其与隔壁部70之间留有间隙地覆盖隔壁部70的外侧的方式，与隔壁部70同心地配置。

此外，导入部位82与覆盖部位84的在排气管12的排气的流路中的下游侧的端部相连接。该导入部位82是与覆盖部位84的下游侧的端部相反的一侧的端部被扩径的、形成为扩散器形状的部位。在下文中，将导入部位82中被扩径的前端称为导入下游端92。

另外，导入下游端92配置在与排气管12中隔壁部70于排气下游端18的的内表面相比更靠径向外侧的位置。

由上可知，导入部8形成为以隔壁部70为内管，且以导入部件80为外管的双重管。而且，排气管12的排气下游端18与导入部件80的导入下游端92之间的开口形成在排气管12的整周上。该开口作为排气112向导入部8流入的导入口而发挥作用。

<阀的结构>

阀10是对排气部2进行开闭的公知的阀，阀10配置于在排气管12的流路中与导入部8的开口相比靠下游侧的位置。

阀10至少具有阀芯102、阀座104、以及阀轴106。

阀芯102是直径大于排气管12的直径的圆盘状部件。

阀轴106是在开放排气部2的开放位置和封闭排气部2的封闭位置之间对阀芯102进行驱动的轴。

阀座104是通过与阀芯102接触来封闭排气管12的部件。在本实施方式中，导入部件80的导入部位82作为阀座104而发挥作用。在阀座104安装有形成为网状的网状部件108。

另外，本实施方式中的阀10在内燃机110的冷却液114的液体温度高于预先规定的规定温度时使阀芯102转移到开放位置。由此，在排气热回收装置1中，阀10打开从而开放排气管12。另一方面，阀10在内燃机110的冷却液114的液体温度低于规定温度时，使阀芯102转移到封闭位置。由此，在排气热回收装置1中，阀10关闭从而封闭排气管12。

<排气热回收装置的作用及效果>

在排气热回收装置1中，若阀10关闭从而封闭排气管12，则来自内燃机110的排气112从导入部8导入热交换部6，并于热交换部6在排气112和冷却液114之间进行热交换。

另一方面，在排气热回收装置1中，若阀10打开从而开放排气管12，则来自内燃机110的排气112向排气管14流动。这样在阀10打开的情形下，排气112形成从排气管12直接流入排气管14的流动。

此外，排气热回收装置1的导入部8中在导入部件80和隔壁部70之间形成的间隙作为导入路径而发挥作用。由该导入部8形成的导入路径是排气112趋向与排气管12中的排气112的流路相反一侧的方向的流路。因此，如果不将流动于导入部8的排气112的流动方向改变为与排气管12中的排气的流动方向相反的方向，则流动于导入部8的排气112不会到达热交换器40。

即，在排气热回收装置1中，若排气112形成从排气管12直接流入排气管14的流动，则排气112难以逆流。

因此，根据排气热回收装置1，当阀10打开从而开放排气管12时，能够减少流动于导入部8的排气112，进而能够减少流入热交换器40的排气112的流量。其结果是，根据排气热回收装置1，当阀10打开时能够减少向低温流体进行传热的热传递量。

此外，在排气热回收装置1中，导入部件80的导入下游端92配置在与隔壁部70于排气下游端18处的内表面相比更靠外侧的位置。

因此，在排气热回收装置1中，通过设置导入部8而能够抑制排气部2变窄。因此，根据排气热回收装置1，能够抑制排气部2中导入部8的周边部分的压力损失，从而当阀10打开时，能够使排气部2中的排气112顺畅地流动。因此，根据排气热回收装置1，当阀10打开时，能够更切实地减少流动于导入部8的排气112，进而能够更切实地减少流入热交换器40的排气112的流量。

此外，在排气热回收装置1中，通过配置在排气管12整周上的板部件46来实现排气112和冷却液114之间的热交换。

由于该板部件46配置在排气管的整周上，所以根据排气热回收装置1，能够扩大从导入部8流入到热交换部6的高温的排气112所直接接触的板部件46的面积。由此，根据排气热回收装置1，当阀10关闭时，能够高效实现从排气112的热回收。

另外，本实施方式中的导入部件80兼用作构成阀10的阀座104。

因此，在排气热回收装置1中，无需设置专用部件作为阀座104。即，根据排气热回收装置1，能够抑制部件数量增加。

[其他实施方式]

以上说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内，可以以各种方式进行实施。

例如，在上述实施方式的导入部件80中，导入下游端92配置在与排气管12中隔壁部70于排气下游端18处的内表面相比更靠径向外侧的位置，不过本公开中的导入部件80的导入下游端92的配置位置不限于此。即，在本公开中，导入部件80的导入下游端92也可以配置成与排气管12中隔壁部70于排气下游端18处的内表面相一致。

此外，上述实施方式的导入部件80具有导入部位82和覆盖部位84，不过本公开的导入部件也可以只具备覆盖部位84，而省略导入部位82。在这种情况下，可以将覆盖部位84在排气管12的排气112的流路中的下游侧的端部作为导入部件80的导入下游端92。此外，在本公开中，也可以省略网状部件108。

此外，上述实施方式中的排气热回收装置1安装在具有内燃机110的移动体上，不过本公开中的排气热回收装置也可以不安装在移动体上。即，本公开中的排气热回收装置也可以在不安装在移动体上的情况下使用，只要其通过将来自内燃机110的排气112作为高温流体而进行热交换而从排气112回收热即可。而且，本公开中的排气热回收装置中的低温流体可以不是冷却液114，而可以是作为低温流体发挥作用的其他流体。

此外，本公开中的热交换器不限于上述实施方式中所记载的热交换器40，也可以仅具备去路热交换部42和归路热交换部44中的任一者。进一步讲，本公开中的热交换器可以是任何一种热交换器，只要是在作为高温流体的排气112和流动于热交换器内部的低温流体之间进行热交换的热交换器即可。

另外，省略了上述实施方式的一部分结构的形态也是本发明的实施方式。此外，将上述实施方式和变形例进行适当组合而构成的形态也是本发明的实施方式。并且，在不脱离由专利权利要求书中记载的语句确定的发明本质的范围内各种可想到的形态亦皆是本发明的实施方式。

Claims (4)

1.一种排气热回收装置，其特征在于，具备：

排气管，所述排气管形成为筒形，且将来自内燃机的排气导向下游侧；

壳体部件，所述壳体部件为筒形，且覆盖所述排气管的径向外侧；

热交换部，所述热交换部具有热交换器，所述热交换器配置在所述排气管和所述壳体部件之间，并且所述热交换器在作为高温流体的所述排气和流动于所述热交换器内部的低温流体之间进行热交换；

导入部，所述导入部具有将来自所述排气管的排气导入所述热交换部的导入路径，以及

阀，所述阀配置于在所述排气管的排气流路中与所述导入部相比靠下游侧的位置，且对所述排气管进行开闭，

排气下游端位于在所述排气管的排气流路中与所述热交换器的下游侧端部相比靠下游侧的位置，所述排气下游端为所述排气管在排气流路中的下游侧的端部，

所述导入部具备隔壁部和导入部件，

所述隔壁部是所述排气管中的从所述排气下游端直至所述热交换器的下游侧端部为止的部位，

所述导入部件配置成，以使其和所述隔壁部之间留有间隙的方式，使所述导入部件覆盖所述隔壁部的径向外侧的至少一部分，并且

所述导入部是以所述隔壁部为内管，并以所述导入部件为外管的双重管，

所述导入部件的下游侧端部被扩径。

2.根据权利要求1所述的排气热回收装置，其特征在于，

所述导入部件的导入下游端配置为位于与所述排气下游端处的所述排气管的内表面相比在径向上靠外侧的位置，所述导入下游端为该导入部件在所述排气管的排气流路中的下游侧的端部。

3.根据权利要求1或2所述的排气热回收装置，其特征在于，

所述热交换器的至少一个板部件配置为沿着所述排气管的周向而延伸，其中，所述低温流体在所述板部件的内部空间流动。

4.根据权利要求1或2所述的排气热回收装置，其特征在于，

所述导入部件的下游侧端部中的被扩径的部分是构成所述阀的阀座。