CN108026818B - 排气热回收装置 - Google Patents

Abstract

一种排气热回收装置，其具备第一热交换部、第二热交换部、气体流路、液体流路、以及自力式压力调节阀。第一热交换部在排气与热介质之间进行热交换，从而使热介质汽化。第二热交换部以冷却水和油中的至少一者作为加热对象，并在加热对象与已于第一热交换部被汽化的热介质之间进行热交换，从而对加热对象进行加热，并使热介质液化。由第一热交换部、第二热交换部、气体流路、以及液体流路构成环路热管。

Description

排气热回收装置

技术领域

本公开涉及排气热回收装置。

背景技术

已知有从排气中回收热量，并将该热量用于发动机暖机的装置。(例如参照专利文献1。)。此外，在专利文献1中，作为从排气中回收热量的机构公开了一种使用环路热管的机构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开第2008-255944号公报

发明内容

发明要解决的问题

上述专利文献1记载的技术中，将环路热管的蒸发部组装到排气的流路内。因此，例如在发动机以高转速运转时等，在大量排出排气这样的情况下，会出现蒸发部成为妨碍排气排出的障碍物，从而对发动机的排气系统施加多余的负荷的问题。

此外，上述专利文献1记载的技术中，由于来自排气中的热量通常会向蒸发部传递，所以例如在大量排出排气这样的情况下，有可能导致蒸发部被过度加热。该情形下，会出现热介质的汽化量过大，从而使环路热管系统内的压力变得过大等对环路热管施加负荷的问题。此外，还会出现即使对环路热管施加如上所述的负荷，为了使环路热管不产生故障而需将环路热管各部分形成为耐压性充分高的结构等花费与上述对策相应的工时的问题。

而且，上述专利文献1记载的技术中，环路热管的冷凝部被组装到发动机缸体等中。因此，例如在发动机缸体等已达到充分高温这样的情形下，热量从热介质向发动机缸体等传递的效率会降低，这也成为导致环路热管系统内被过度加热的主要原因。

基于如上所述的情况，希望提供一种可通过环路热管从排气中回收热量，并且能够抑制环路热管系统内被过度加热的排气热回收装置。

解决问题的技术方案

以下所要说明的排气热回收装置具备第一热交换部、第二热交换部、气体流路、液体流路、以及自力式压力调节阀。第一热交换部是通过在从内燃机排出的排气与热介质之间进行热交换而使热介质汽化的部分。第二热交换部是以冷却水和油中的至少一者作为加热对象，通过在该加热对象与已于第一热交换部被汽化的热介质之间进行热交换，而对加热对象进行加热，并且使热介质液化的部分。气体流路是使已于第一热交换部被汽化的热介质向第二热交换部流动的流路。液体流路是使已于第二热交换部被液化的热介质向第一热交换部流动的流路。自力式压力调节阀是构成为能够开闭并构成为能够根据排气的压力而改变开度的阀。自力式压力调节阀根据开度来调节向第一热交换部流入的排气的流量。在上述这些构成中，由第一热交换部、第二热交换部、气体流路、以及液体流路构成环路热管。环路热管是利用毛细管作用使流体循环，并同时利用气相和液相的变化而进行热输送的装置。

根据如上构成的排气热回收装置，能够利用由第一热交换部、第二热交换部、气体流路、以及液体流路构成的环路热管，在排气与热介质之间进行热交换，并从排气中回收热量。此外，还能够在热介质与加热对象之间进行热交换，从而对加热对象进行加热。所以，不必使用泵或电力等，便可使热介质在第一热交换部与第二热交换部之间移动，因此，能够抑制能量消耗，进而有助于提高燃料效率。

此外，在上述排气热回收装置中，可根据自力式压力调节阀的开度来调节向第一热交换部流入的排气的流量。因此，例如在发动机以高转速运转时等，在大量排出排气这样的情况下，能够仅使一部分排气向第一热交换部流入，并使其余部分的排气不流入第一热交换部而向系统外排出。所以，与将所有的排气都作为与热介质进行热交换的对象而加以利用的技术不同，可使得相当于上述其余部分的排气的流动不受到第一热交换部的妨碍，由此，能够减轻对发动机的排气系统施加的负荷。

此外，在上述排气热回收装置中，由于根据自力式压力调节阀的开度来调节向第一热交换部流入的排气的流量，因此即使在大量排出排气这样的情况下，在第一热交换部中也只是从一部分排气中回收热量，而不从上述其余部分的排气中回收热量。因此，能够抑制热介质的汽化量变得过大，并能够抑制环路热管系统内的压力变得过大，从而能够不对环路热管施加过度的负荷。所以，可不必将环路热管各部分形成为耐压性过高的结构，从而能够节省用于形成上述耐压结构的工时。

此外，在上述排气热回收装置中，自力式压力调节阀根据排气的压力而改变开度。因此，与例如电动阀不同，不需要螺线管或电机等致动器，也不需要以上述致动器为控制对象的控制装置，更不需要由上述控制装置实施的控制。所以，与采用电动阀的情形相比，能够使结构和控制简约化。此外，不必使用电力等便可实施对阀的开闭，因此，就该点而言也能够抑制能量消耗，进而有助于提高燃料效率。

此外，在上述排气热回收装置中，在第二热交换器中，虽然在热介质与加热对象之间进行热交换，不过该加热对象被设定成是冷却水和油中的至少一者。因此，与以发动机缸体等作为加热对象的技术不同，如果加热对象是冷却水，则能够通过散热器实现散热。此外，如果加热对象是油，则能够通过油冷却器实现散热。因此，即使在以冷却水和油中的任一者作为加热对象的情形下，与以发动机缸体等作为加热对象的情形相比，也能够容易抑制环路热管系统内被过度加热的情况。即，在冷却水或油处于低温状态的情况下，能够利用环路热管对冷却水或油进行加热，当冷却水或油充分升温之后，通过利用散热器或油冷却器对冷却水或油进行冷却，而能够促进从环路热管系统内进行散热。

附图说明

图1是示出包括排气热回收装置在内的车载装置群组的概略结构的说明图。

图2A是示出构成第二热交换部的三流体热交换器的概略结构的立体图。图2B示出构成第二热交换部的三流体热交换器的概略结构的纵向剖视图。

附图标记说明

1…排气热回收装置；2…内燃机；3…变速器；5…进气歧管；

7…排气歧管；11…第一催化剂部；12…第二催化剂部；13…排气管；

15…散热器；17…水泵；19…冷却水用管道；21…第一热交换部；

22…第二热交换部；23…气体流路；25…液体流路；

27…自力式压力调节阀；31…油用板；33…热介质用板；

35…冷却水用板；37…外壳；41…油供给路径；43…油排出路径；

45…冷却水供给路径；47…冷却水排出路径；

49…蒸气散热止回装置

具体实施方式

接下来列举示例性实施方式对上述排气热回收装置进行说明。

[排气热回收装置的结构]

图1所示的排气热回收装置1是安装在具有内燃机2的移动体(例如乘用车等。)中的，用于从自内燃机2排出的排气中回收热量的装置。移动体中除内燃机2外还安装有变速器3等。此外，作为内燃机2的进气系统(即构成进气流路的装置以及部件等。)设置有进气歧管5等。作为内燃机2的排气系统(即构成排气的流路的装置以及部件等。)设置有排气歧管7、第一催化剂部11、第二催化剂部12、以及排气管13等。此外，作为内燃机2的冷却系统(即构成冷却水的流路的装置以及部件等。)设置有散热器15、水泵17、以及冷却水用管道19等。

排气热回收装置1具备第一热交换部21、第二热交换部22、气体流路23、液体流路25、以及自力式压力调节阀27等。上述这些构成中，由第一热交换部21、第二热交换部22、气体流路23、以及液体流路25构成了环路热管。更详细而言，第一热交换部21构成为作为环路热管中的蒸发器而发挥作用。第二热交换部22构成为作为环路热管中的冷凝器而发挥作用。经由气体流路23以及液体流路25而使上述第一热交换部21和第二热交换部22连通，由此，构成了从第一热交换部21经由气体流路23而至第二热交换部22，并从第二热交换部22经由液体流路25而返回第一热交换部21的闭环结构的循环流路。

第一热交换部21由载置毛细芯的蒸发器构成。载置毛细芯的蒸发器是在其内部配置有被称作毛细芯的多孔质体的蒸发器。自液体流路25侧供给的液态的热介质由于毛细管作用而被吸到毛细芯中。被吸到毛细芯中的热介质接受来自排气的热量而汽化，并且该已汽化的热介质向气体流路23流入。热介质只要是由来自排气的热量加热时会蒸发(即汽化。)的物质即可，可使用例如水、醇的水溶液、氨的水溶液等。气体流路23是使已于第一热交换部21中汽化的热介质向第二热交换部22流动的流路。

在本实施方式中，第二热交换部22以冷却水(本实施方式中为防冻液。)和油(本实施方式中为变速器油。)这两者作为加热对象，并在加热对象与在第一热交换部21已被汽化的热介质之间进行热交换。由此，第二热交换部22对加热对象进行加热并且使热介质液化。

如图2A以及图2B所示，第二热交换部22由三流体热交换器构成。更详细而言，第二热交换部22中，按照油用板31、热介质用板33、以及冷却水用板35的顺序进行层叠而构成单元结构，再通过层叠多组该单元结构而构成层叠体。该层叠体容纳在外壳37的内部，外壳37是第二热交换部22的外部装置。

多个油用板31彼此的内部经由油供给路径41以及油排出路径43而连通。经由油供给路径41向第二热交换部22供给的油经过多个油用板31的内部而到达油排出路径43，并经由油排出路径43从第二热交换部22排出。如图1所示，油供给路径41以及油排出路径43分别与变速器3连接。由此，构成了从变速器3经由油供给路径41而至第二热交换部22，再从第二热交换部22经由油排出路径43而返回变速器3的闭环结构的循环流路。

多个冷却水用板35彼此的内部经由冷却水供给路径45以及冷却水排出路径47而连通。经由冷却水供给路径45向第二热交换部22供给的冷却水经过多个冷却水用板35的内部而到达冷却水排出路径47，并经由冷却水排出路径47从第二热交换部22排出。如图1所示，冷却水供给路径45构成从散热器15经过水泵17以及内燃机2而至第二热交换部22的流路。此外，冷却水排出路径47构成从第二热交换部22经过内燃机2而返回散热器15的流路。由上述冷却水供给路径45以及冷却水排出路径47而构成了闭环结构的循环流路。

热介质用板33构成为使已汽化的热介质从热介质用板33的一端流入。若热介质流入热介质用板33，则通过来自热介质的热量对热介质用板33进行加热，并通过来自热介质用板33的热量对油用板31以及冷却水用板35进行加热。其结果为，流动于油用板31内部的油被加热，并且流动于冷却水用板35内部的冷却水被加热。另一方面，在热介质用板33的内部，由于从热介质中夺取了热量，因此，热介质会凝结液化。液化的热介质从热介质用板33的另一端流出并向液体流路25流入。

液体流路25是使在第二热交换部22被液化的热介质向第一热交换部21流动的流路。在液体流路25设置有蒸气散热止回装置49，从而抑制汽化的热介质从第一热交换部21向液体流路25倒流的情况。

自力式压力调节阀27构成为能够在排气管13的内部对流路进行开闭，且构成为能够根据排气的压力而改变开度。根据该自力式压力调节阀27的开度来调节向第一热交换部21流入的排气的流量。本实施方式中，在自力式压力调节阀27关闭的情形下，几乎所有的排气会向第一热交换部21流入，而在自力式压力调节阀27打开的情形下，其开度越大，不流入第一热交换部21的排气比例越高。

[效果]

根据如上构成的排气热回收装置1，能够利用由第一热交换部21、第二热交换部22、气体流路23、以及液体流路25构成的环路热管，在排气与热介质之间进行热交换，并从排气中回收热量。此外，还能够利用环路热管在热介质与加热对象(即，本实施方式中为冷却水以及油。)之间进行进行热交换，并对加热对象进行加热。因此，能够使冷却水升温，以实现对内燃机2的暖机，并且还能够在供暖用途等方面利用该热量。此外，通过使油升温，能够有助于减少变速器3的摩擦。而且，如果利用环路热管，则无需使用泵或电力等便能够使热介质在第一热交换部21与第二热交换部22之间进行移动，因此能够抑制能量消耗，进而有助于提高燃料效率。

此外，在上述排气热回收装置1中，可根据自力式压力调节阀27的开度来调节向第一热交换部21流入的排气的流量。因此，例如在发动机以高转速运转时等，在大量排出排气这样的情况下，能够仅使一部分排气向第一热交换部21流入，并使其余部分的排气不流入第一热交换部21而向系统外排出。因此，与将所有的排气都作为与热介质进行热交换的对象而加以利用的技术不同，可使得相当于上述其余部分的排气的流动不受到第一热交换部21的妨碍，由此，能够减轻对发动机的排气系统施加的负荷。

此外，在上述排气热回收装置1中，由于根据自力式压力调节阀27的开度调节向第一热交换部21流入的排气的流量，因此，即使在大量排出排气这样的情况下，在第一热交换部21中也只是从一部分排气中回收热量，而不从上述其余部分的排气中回收热量。因此，能够抑制热介质的汽化量变得过大，并能够抑制环路热管系统内的压力变得过大，从而能够不对环路热管施加过度的负荷。所以，可不必将环路热管的各部分形成为耐压性过高的结构，从而能够节省用于形成如上耐压结构的工时。

此外，在上述排气热回收装置1中，自力式压力调节阀27根据排气的压力而改变开度。因此，与例如电动阀不同，不需要螺线管或电机等致动器，也不需要以上述致动器为控制对象的控制装置，更不需要由上述控制装置实施的控制。所以，与采用电动阀的情形相比，能够使结构和控制简约化。此外，不必使用电力等便可实施对阀的开闭，因此，就该点而言也能够抑制能量消耗，进而有助于提高燃料效率。

并且，在上述排气热回收装置1中，在第二热交换器中在热介质与加热对象之间进行热交换，将该加热对象设定为冷却水以及油。因此，与以发动机缸体等为加热对象的技术不同，当为冷却水时能够通过散热器15实现散热。此外，当为油时能够通过油冷却器实现散热。所以，与以发动机缸体等为加热对象的情形相比，可容易抑制环路热管系统内被过度加热的情况。

[其他实施方式]

以上列举示例性实施方式对排气热回收装置进行了说明，不过，仅作为本公开的一个形态而例示了上述实施方式。即，本公开不限于上述示例性实施方式，在不脱离本公开的技术思想的范围内能够以各种方式加以实施。

例如，在上述实施方式中，例示了利用由排气热回收装置1从排气中回收的热量对变速器油进行加热，不过也可以对其他油进行加热。若列举具体例子，例如可将发动机油作为加热对象。

此外，在上述实施方式中，由三流体热交换器构成了第二热交换部22，不过是否使用三流体热交换器是任意的。例如，也可以由二流体热交换器构成第二热交换部22。该情形下，加热对象可以为冷却水和油中的任意一者。

此外，在上述实施方式中，例示了将油用板31、热介质用板33、以及冷却水用板35按照规定的顺序进行层叠，不过，可对上述层叠顺序或各板的数量、以及各板的数量比等进行任意变更。

此外，在上述实施方式中，对本公开的排气热回收装置所具备的构成元素示例性地示出了其材质、形状、结构等，不过前述这些材质、形状、结构等不限于上述实施方式。例如，也可以将上述实施方式中由一个构成元素实现的部位构成为通过多个构成元素来实现。或者也可以将上述实施方式中由多个构成元素实现的部位构成为通过一个构成元素来实现。此外，只要在完全无损于功能的范围内还可以省略上述实施方式中示例性构成的一部分。此外，也可以将某实施方式的构成的至少一部分添加到其他实施方式的构成中，或对某实施方式的构成的至少一部分和其他实施方式的构成进行置换。此外，也可以将上述实施方式的构成的至少一部分置换成具有相同功能的公知构成。

此外，除上述排气热回收装置1外，还可以通过以上述排气热回收装置1为构成元素的排气热回收系统、内燃机的暖机系统、变速器的暖机系统、油加热系统、利用上述排气热回收装置1的排气热回收方法、内燃机的暖机方法、变速器的暖机方法、油加热方法等各种方式实现本公开。

[补充]

此外，由以上说明的示例性实施方式可知，本公开的排气热回收装置还可以进一步具备以下构成。

首先，在本公开的排气热回收装置中，第二热交换部可以由构成为能够在热介质、冷却水、以及油这三者间进行热交换的三流体热交换器构成。

根据如上构成的排气热回收装置，能够对冷却水和油这两者进行加热。此外，可不必分别具备冷却水用的散热器和油用的油冷却器，只要仅具备其中任意一者便可实现从其他系统内进行散热。例如，如果具备冷却水用的散热器，则可以实现从冷却水进行散热，由此，能够促进热量从热介质以及油中向冷却水中移动，从而能够实现从热介质以及油进行散热。

此外，在本公开的排气热回收装置中，油也可以是变速器油。

根据如上构成的排气热回收装置，使变速器油升温而能够有助于减少变速器的摩擦。由此，例如，能够实现降低变速器中的变速冲击等，从而能够最优发挥变速器的性能。

[相关技术的公开]

在本公开的排气热回收装置中，为了使结构以及控制实现简约化而使用了自力式压力调节阀，不过，若仅关注于进行阀的开闭，则即使使用电动阀也能够构成在排气热回收功能方面具有等同性能的排气热回收装置。即，也可以使用“构成为可进行开闭且构成为可根据电力而改变开度并可根据该开度来调节向所述第一热交换部流入的排气的流量的电动阀”，以取代上述自力式压力调节阀。

当采用如上结构时，也能够从排气中回收热量，并能够对加热对象进行加热。此外，还能够根据电动阀的开度来调节向第一热交换部流入的排气的流量，因此，能够减轻对发动机的排气系统施加的负荷。此外，可抑制热介质的汽化量变得过大，并能够不对环路热管施加过度的负荷，从而不必将环路热管的各部分形成为耐压性过高的结构即可。此外，与以发动机缸体等为加热对象的技术不同，当加热对象为冷却水时，可通过散热器实现散热。并且，当加热对象为油时，可通过油冷却器实现散热。所以，与以发动机缸体等为加热对象的情形相比，能够容易抑制环路热管系统内被过度加热的情况。

此外，在取代上述自力式压力调节阀而使用电动阀的情形下，也优选由构成为能够在热介质、冷却水、以及油这三者间进行热交换的三流体热交换器构成第二热交换部。如果采用这样的构造，则能够对冷却水以及油这二者进行加热。此外，可不必分别具备冷却水用的散热器和油用的油冷却器，仅具备其中任意一者便可实现从他系统内的散热。例如，如果具有冷却水用的散热器，则可实现从冷却水中进行散热，由此，能够促进热量从热介质以及油中向冷却水中移动，从而能够实现从热介质以及油进行散热。

Claims (3)

1.一种排气热回收装置，其特征在于，具备：

第一热交换部，所述第一热交换部通过在从内燃机排出的排气与热介质之间进行热交换而使所述热介质汽化；

第二热交换部，所述第二热交换部通过在包含冷却水和油的加热对象与已于所述第一热交换部被汽化的所述热介质之间进行热交换，而对所述加热对象进行加热，并且使所述热介质液化；

气体流路，所述气体流路是使已于所述第一热交换部被汽化的所述热介质向所述第二热交换部流动的流路；

液体流路，所述液体流路是使已于所述第二热交换部被液化的所述热介质向所述第一热交换部流动的流路；以及

自力式压力调节阀，所述自力式压力调节阀构成为能够开闭并构成为能够根据排气的压力而改变开度，并且所述自力式压力调节阀根据该开度来调节向所述第一热交换部流入的排气的流量，并且

由所述第一热交换部、所述第二热交换部、所述气体流路、以及所述液体流路构成环路热管，

所述第一热交换部与排气管连接，所述排气管连接到所述内燃机的发动机缸体，

所述第二热交换部与从所述内燃机延伸出的冷却水流路连接，且与从变速器延伸出的油流路连接。

2.根据权利要求1所述的排气热回收装置，其特征在于，

所述第二热交换部由构成为可在所述热介质、所述冷却水、以及所述油这三者间进行热交换的三流体热交换器构成。

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，

所述油为变速器油。

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