CN108026820B - 排气热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的一个方面的排气热回收装置具有热交换器、供给流路、以及排出流路。热交换器具有多条热交换流路，多条热交换流路构成为在排气气体与热交换介质之间进行热交换。供给流路构成为供排气气体流动，并且构成为在使流动的排气气体向多条热交换流路分流的同时向多条热交换流路供给该流动的排气气体。排出流路构成为使通过了多条热交换流路的已完成热交换的排气气体汇合并将其排出。供给流路以及排出流路中的至少一方的流路构成为随着趋向排气气体的流动方向的下游侧而变窄。

Description

排气热回收装置
技术领域
本公开涉及使用热交换器从排气气体回收热量的技术。
背景技术
在下述专利文献1中，公开了通过在热交换器的入口配置具有尺寸不同的孔的部件而对向热交换器内的多条热交换流路流入的排气气体的流量进行调整的排气热回收装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平第2015-021432号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述排气热回收装置中，因为在多条热交换流路的跟前配置用于调整排气气体的流量的新部件，所以存在结构变得复杂，且成本增加的问题。
本公开的一个方面期望能够以简单的结构使向热交换器的单元流入的排气气体的量最优化。
解决问题的技术方案
本公开的一个方面的排气热回收装置具有热交换器、供给流路、以及排出流路。热交换器具有多条热交换流路，多条热交换流路构成为在排气气体与热交换介质之间进行热交换。供给流路构成为供排气气体流动，并且构成为在使流动的排气气体向多条热交换流路分流的同时向多条热交换流路供给该流动的排气气体。
排出流路构成为使通过了多条热交换流路的已完成热交换的排气气体汇合并将其排出。并且，供给流路以及排出流路中的至少一方的流路构成为随着趋向排气气体的流动方向的下游侧而变窄。
根据如上所述的排气热回收装置，因为供给流路以及排出流路中的至少一者的流路截面面积被设定成随着趋向排气气体的流动方向的下游侧而变小，所以与例如将流路的截面面积设定为均等的情况相比，能够减少流动于多条热交换流路中的排气气体的流量差。由此，能够以简单的结构使向热交换器的单元流入的排气气体的量最优化。
另外，在本公开的一个方面的排气热回收装置中，供给流路的截面面积构成为随着趋向排气气体的流动方向的下游侧而变窄。
根据如上所述的排气热回收装置，能够以简单的结构切实地使向热交换器的单元流入的排气气体的量最优化。
另外，在本公开的一个方面的排气热回收装置中，排气气体在供给流路中的流动方向可以被设定成是与排气气体在排出流路中的流动方向相同的方向。
根据如上所述的排气热回收装置，能够使在改变排气气体流动方向时相应产生的流动的阻力最小化。
另外，在本公开的一个方面的排气热回收装置中，还可以具有壁部，壁部构成为隔着供给流路以及排出流路中的至少一方的流路而与多条热交换流路对置，当以包含至少一方的流路以及多条热交换流路的假想平面切断该壁部时，该壁部的截面可以具有构成为呈直线状延设的直线部。
根据如上所述的排气热回收装置，能够容易实施直线部的设计和加工。
另外，在本公开的一个方面的排气热回收装置中，还可以具有壁部，壁部构成为隔着供给流路以及排出流路中的至少一方的流路而与多条热交换流路对置，当以包含至少一方的流路以及多条热交换流路的假想平面切断该壁部时，该壁部的截面可以具有构成为呈曲线状延设的曲线部。
根据如上所述的排气热回收装置，通过按照排气气体的流动特性设定曲线部，而能够进一步使流动于多条热交换流路中的排气气体的流量接近均匀。
另外，在本公开的一个方面的排气热回收装置中，还可以具有供排气气体流动的主流路，供给流路以及热交换器可以以围绕主流路的周围的方式而配置，并且供给流路以及热交换器可以构成为使流动于主流路的排气气体的至少一部分被导入其中。
根据如上所述的排气热回收装置，能够使流动于主流路的排气气体的至少一部分流动于热交换器。
附图说明
图1是示出实施方式中的排气热回收装置的外观的立体图。
图2是在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是其他实施方式(之1)的热交换器周边的剖视图。
图4是其他实施方式(之2)的热交换器周边的剖视图。
图5是其他实施方式(之3)的热交换器周边的剖视图。
图6是其他实施方式(之4)的热交换器周边的剖视图。
附图标记说明
1…排气热回收装置；2…排气部；4…壳体部件；8…流入部；10…阀；12…排气管；14…排气管；16…上游端；20…外壳部件；20A、24A…直线部；22…盖部件；24…保持部件；24B、24C…曲线部；28…热交换室；30…热交换器；32…热交换流路；34…热交换单元；38…供给流路；40…排出流路；44…流入管；46…流出管；56…阀座支撑部件；58…前端部位；62…阀芯；64…阀座；66…阀轴；68…网状部件；70…主流路；71…副流路；142…排气；144…热交换介质；241…直线部；242…曲线部。
具体实施方式
以下，以下参照附图对本公开的示例性实施方式进行说明。
[1-1.排气热回收装置的概要]
如图1以及图2所示的排气热回收装置1安装在例如汽车等具有内燃机的移动体上。该排气热回收装置1通过将作为高温流体的来自内燃机的排气气体等排气142所具有的热量传递给热交换介质144而从排气142中回收热量。另外，热交换介质是指用于使排气142冷却的流体，并且表示温度低于排气142的流体。本实施方式中的热交换介质144既可以是内燃机中的冷却水、也可以是油液、或者还可以是气体。
本实施方式的排气热回收装置1具有排气部2、壳体部件4、热交换器30、以及阀10。
排气部2形成用于将来自内燃机的排气142导向下游侧的流路。另外，在以下的说明中，将排气142的主要的流动方向上的下游侧简记为“下游侧”，并将排气142的主要的流动方向上的上游侧简记为“上游侧”。另外，排气142的主要的流动方向或排气气体的流动方向是指作为排气142整体的流动方向，而不是排气142的微观流动方向。
壳体部件4是覆盖排气部2外侧的部件。热交换器30配置在排气部2与壳体部件4之间，并在排气142与热交换介质144之间进行热交换。阀10是用于开放或封闭排气142的流路的阀，并且配置在沿着排气部2中的排气142的流路的与后述的流入部8相比而更靠近下游侧的位置。
当阀10打开时，排气142的大部分将经过主流路70向阀10的下游流动而不会经由热交换器30。当阀10关闭时，排气142的大部分将通过经由热交换器30的副流路71而向阀10的下游流动。即，阀10基于开闭来切换排气142的流路。
另外，阀10通过排气142的压力、公知的电动机或热致动器等致动器而进行开闭。另外，主流路70是指主要由排气管12、14，保持部件24(特别是后述的直线部24A)以及阀座支撑部件56构成的呈筒形的排气142的流路。
另外，副流路71是指主要由外壳部件20、盖部件22、保持部件24包围而构成的呈筒形的流路。副流路71是从主流路70分支出的流路，并形成在主流路70的周围，特别是在本实施方式中，副流路71以围绕主流路70的方式而形成。
另外，“围绕”包括至少覆盖一部分的情形。即，副流路71无需配置在主流路70的整个圆周上，只要以覆盖主流路70的至少一部分的方式配置即可。
换言之，排气热回收装置1具有同轴结构。同轴结构是指主流路70的中心轴与副流路71和热交换器30等在主流路70的周围形成为环形的部件的中心轴相一致的结构。
[1-2.排气热回收装置的结构]
如图2所示，排气部2具有排气管12。排气管12形成为两端开口的圆筒形。排气管12与供来自内燃机的排气142流入的排气管或排气歧管等相连。
壳体部件4具有排气管14、外壳部件20、盖部件22、以及保持部件24。排气管14形成为两端开口的圆筒形。
外壳部件20形成为两端开口的筒形，其至少一部分形成为内径大于排气管12的直径的圆筒形。外壳部件20的下游侧的端部与排气管14的上游端16相连。
盖部件22封闭排气管12中的下游侧与外壳部件20的上游侧之间的开口。盖部件22由外侧部22A、中间部22B、以及内侧部22C连续地连接在一起而一体形成。
外侧部22A是具有构成为与排气142的流动方向正交的呈环形的面的部位，并且外侧部22A的外周部分与外壳部件20接合。内侧部22C位于与外侧部22A相比更靠近上游侧处，并且是具有构成为与排气142的流动方向正交的呈环形的面的部位，内侧部22C的内周部分与排气管12接合。
中间部22A具有沿着排气142的流动方向的曲面并构成为圆筒形。中间部22A中的上游侧与内侧部22C相连，并且中间部22A中的下游侧与外侧部22A相连。保持部件24对配置在热交换室28内的热交换器30进行保持。
并且，由外壳部件20、盖部件22、以及保持部件24形成热交换室28，热交换室28是由外壳部件20、盖部件22、以及保持部件24所包围而成的环形的空间。另外，在排气管12中的下游侧的端部与保持部件24中的上游侧的端部之间形成有环形的间隙，该间隙构成流入部8。如图2所示，流入部8是排气142从排气部2向热交换器30流入的部位。
如图2所示，配置在热交换室28中的热交换器30具有例如多个热交换单元34。多个热交换单元34分别在其内部具有供热交换介质144流动的液体流路，在多个热交换单元34的周围具有多条热交换流路32。在热交换器30中，于热交换流路32与热交换单元34相接触的接触部位处，在流动于热交换流路32的排气142与流动于热交换单元34的热交换介质144之间进行热交换。
另外，在热交换室28中具有供给流路38以及排出流路40。供给流路38作为由保持部件24和热交换器30所包围的环形的空间而形成，供给流路38是用于在使流动的排气142向多条热交换流路32分流的同时向多条热交换流路32供给该流动的排气142的流路。
保持部件24具有侧面部240以及直线部24A。侧面部240位于热交换器30的侧面处，并且是具有构成为与排气142的流动方向正交的呈环形的面的部位。在侧面部240的外周部分与外壳部件20之间形成有间隙，该间隙成为排气142的流路。
直线部24A与侧面部240的内周侧相连接，并且构成为筒形。直线部24A是隔着供给流路38而与多条热交换流路32对置的壁部，并且作为将主流路70与副流路71隔开的分隔壁而发挥作用。如图2所示，直线部24A构成为在以例如包含供给流路38以及多条热交换流路32的假想平面将排气热回收装置1切断的截面中呈直线状地延伸。
另外，直线部24A中的上游侧的端部位于与盖部件22中的外侧部22A相比而更靠近上游侧处。通过如上所述的保持部件24以及盖部件22的结构，由内侧部22C以及中间部22B规定了从流入部8向热交换室28侧流入的排气142的行进方向。其结果为，在排气142到达供给流路38中的与多条热交换流路32分流的分流部分之前，排气142的流动方向基本平行于直线部24A。
另外，直线部24A在剖视图中呈直线状，不过，由于直线部24A自身为筒形，所以实际上为曲面。
此外，供给流路38被设定成流路的截面面积随着趋向排气142的流动方向的下游侧而变小。即，形成为流路随着远离流入部8而变窄的锥形形状。另外，流路的截面面积是指，在与流路中的流动方向正交的平面处将流路切断时的流路的面积。
在此，在连续地供给排气142的情况下，当排气142到达侧面部240时，侧面部240的周边的压力升高。于是，压力分布成为在供给流路38的上游侧处压力相对较低而在下游侧处压力相对较高的情况。在供给流路38的截面面积设定成在排气142的流动方向上的任意位置处均相等的情况下，由于上述压力分布而存在如下倾向，即，在多条热交换流路32中，于供给流路38的越下游侧处分流的热交换流路32内将流动有越多的排气142。
不过，如本实施方式所示，如果将供给流路38设定成流路的截面面积随着趋向排气142的流动方向的下游侧而变小，则随着截面面积变小而使得排气142的通气阻力随着趋向下游侧而增加，因此，能够促进排气142在上游侧处朝向多条热交换流路32的分流。由此，能够限制排气142向多条热交换流路32中的于供给流路38的下游侧处分流的热交换流路32流入，从而能够使在多条热交换流路32中流动的排气142的流量接近均匀。
另外，排出流路40作为由外壳部件20和热交换器30所包围的空间而形成，并且是用于使通过了多条热交换流路32的已完成热交换的排气142汇合并将其排出的流路。在本实施方式中，排出流路40的截面面积被设定成在排气142的流动方向上的任意位置处均相等。另外，在供给流路38以及排出流路40中，排气142的流动方向被设定成相同的方向。即，在图2中纸面上的右方向被设定为排气142在供给流路38以及排出流路40中的流动方向，该方向与排气142在主流路70中的流动方向一致。
热交换介质144从贯穿盖部件22的流入管44向热交换器30的内部流入，并在热交换器30的内部进行了热交换后经由贯穿盖部件22的流出管46向热交换器30的外部流出。另外，流入管44和流出管46不限于贯穿盖部件22，也可以构成为贯穿外壳部件20。
阀10至少具有阀座支撑部件56、阀芯62、阀座64、以及阀轴66。阀座支撑部件56中的下游侧与保持部件24相连接，在阀座支撑部件56中的上游侧设有阀座64。
阀芯62是圆板状的部件，阀芯62的直径大于阀座支撑部件56的直径以及排气管12的直径。阀轴66是与阀芯62相连接的轴，且是用于驱动阀芯62的轴。
阀座64是通过与阀芯62相接触而使阀座支撑部件56封闭的部件。本实施方式中的阀座64是阀座支撑部件56中的前端部位58。在阀座64的内周面上安装有形成为网状的网状部件68。
[1-3.效果]
以上，根据如图1和图2中所详述的第1实施方式，可以获得以下效果。
(1a)上述排气热回收装置1具有热交换器30、供给流路38、以及排出流路40。热交换器30具有构成为在排气142与热交换介质之间的进行热交换的多条热交换流路32。供给流路38构成为供排气142流动，并且在使流动的排气142向多条热交换流路32分流的同时向多条热交换流路32供给该流动的排气142。
排出流路40构成为使通过了多条热交换流路32的已完成热交换的排气142汇合并将其排出。并且，供给流路38以及排出流路40中的至少一方的流路构成为随着趋向排气142的流动方向的下游侧而变窄。
根据如上所述的排气热回收装置1，因为供给流路38以及排出流路40中的至少一方的流路的截面面积被设定成随着趋向排气142的流动方向的下游侧而变小，所以与例如将流路的截面面积设定为均等的情况相比，能够减少流动于多条热交换流路32中的排气142的流量差。由此，能够以简单的结构使向热交换器30的单元流入的排气142的量最优化。
(1b)另外，在上述排气热回收装置1中，供给流路38的截面面积被设定成随着趋向排气142的流动方向的下游侧而变小。
根据如上所述的排气热回收装置1，能够以简单的结构切实地使向热交换器30的单元流入的排气142的量最优化。
(1c)另外，在上述排气热回收装置1中，排气142在供给流路38中的流动方向以及排气142在排出流路40中的流动方向被设定为相同的方向。
根据如上所述的排气热回收装置1，能够使在改变排气142流动方向时相应产生的流动的阻力最小化。
(1d)另外，在上述排气热回收装置1中，供给流路38以及排出流路40中的至少一方的流路具有与多条热交换流路32对置的壁部，当以包含至少一方的流路以及多条热交换流路32的假想平面切断该壁部时，该壁部的截面具有构成为呈直线状延设的直线部24A。另外，“延设”是指“延伸设置”。
根据如上所述的排气热回收装置1，与具有复杂的曲面的结构相比，能够容易实施直线部24A的设计和加工。
(1e)另外，在上述排气热回收装置1中，还具有供排气142流动的主流路70，供给流路38以及热交换器30以围绕主流路70的周围的方式而配置，并且构成为使流动于主流路70的排气142的至少一部分被导入其中。
根据如上所述的排气热回收装置1，构成为流动于主流路70的排气142的至少一部分能够流动于热交换器30中。
[2.其他实施方式]
以上，对用于实施本公开的方式进行了说明，不过，本公开的实施的方式不限于上述实施方式，可以采取各种形式而予以实施。
(2a)在上述实施方式中，排出流路40的截面面积设定成在排气142的流动方向上的任意位置处均相等，不过，排出流路40的截面面积不限于为均等的结构。例如，如图3所示，排出流路40的截面面积可以设定成随着趋向排气142的流动方向的下游侧而变小。
即，在如图3所示的外壳部件20中，也可以构成为外壳部件20与热交换器30之间的间隙随着趋向排气142的下游侧而变窄。具体地，外壳部件20具有直线部20A，直线部20A是隔着排出流路40而与多条热交换流路32对置的壁部。当以包含至少一方的流路以及多条热交换流路32的假想平面切断该壁部时，直线部20A的截面构成为呈直线状。由于在这种情况下也使得流路随着趋向排出流路40的下游侧而变窄从而使得排气142的通气阻力随之增加，所以也能够促进排气142在上游侧处向多条热交换流路32的分流。
因此，能够限制排气142向多个热交换流路32中的于供给流路38的下游侧处分流的流路的流入，并且能够使流动于多个热交换流路32中的排气142的流量接近均匀。另外，在如上构成的情况下，也可以将供给流路38截面面积设定成在排气142的流动方向上的任意位置处均相等。
(2b)在上述实施方式中，当以包含供给流路38以及多条热交换流路32的假想平面切断排气热回收装置1时，构成供给流路38的保持部件24具有构成为呈直线状的直线部24A，不过，也可以如图4所示，使与多条热交换流路32对置的壁部具有呈曲线状延设的曲线部24B。
根据如上所述的排气热回收装置，通过按照排气142的流动特性设定曲线部24B，而能够进一步使流动于多条热交换流路32中的排气142的流量接近均匀。
如图4所示，如上所述的曲线部24B可以按照指数函数来设定该曲线部24B的曲率等弯曲程度。另外，如图5所示，保持部件24也可以按照对数函数来设定曲线部24C的弯曲程度。
另外，如图6所示，保持部件24也可以具有直线部241和曲线部242的组合。其中，直线部241与上述直线部24A相同，曲线部242与上述曲线部24B、24C相同。
如上所述的情况也可以获得与上述(1a)相同的效果。
(2c)上述实施方式中的一个构成元素所具有的多个功能可以分散于多个构成元素中，也可以将多个构成元素所具有的功能统合于一个构成元素。此外，可以省略上述实施方式的构成的一部分。此外，一上述实施方式的构成的至少一部分可以添加到其他上述实施方式的构成中，此外，一上述实施方式的构成的至少一部分可以与其他上述实施方式的构成进行置换。此外，由记载在专利权利要求中的语句所确定的技术思想所包含的所有方式均为本公开的实施方式。
(2d)除了上述排气热回收装置1之外，本公开还可以以例如将该排气热回收装置1作为构成元素的系统、排气热回收方法等各种方式来实现。

Claims (4)

1.一种排气热回收装置，其特征在于，具有：
主流路，所述主流路构成为供排气气体流动，
热交换器，所述热交换器以围绕所述主流路的周围的方式而配置，且构成为使流动于所述主流路的排气气体的至少一部分被导入到所述热交换器中，并且，所述热交换器具有多条热交换流路，所述多条热交换流路构成为在被导入的排气气体与热交换介质之间进行热交换；
供给流路，所述供给流路以围绕所述主流路的周围的方式而配置，且构成为使流动于所述主流路的排气气体的至少一部分被导入到所述供给流路中，并且所述供给流路还构成为，供被导入的排气气体流动，并在使流动的排气气体向所述多条热交换流路分流的同时向所述多条热交换流路供给该流动的排气气体；
排出流路，所述排出流路构成为使通过了所述多条热交换流路的已完成热交换的排气气体汇合并将其排出；
壁部，所述壁部以围绕所述主流路的周围的方式而配置，并构成为隔着所述供给流路而与所述多条热交换流路对置；以及
阀，所述阀构成为对所述主流路进行开闭，并且
所述供给流路构成为随着趋向排气气体的流动方向的下游侧而变窄，
所述壁部形成为使所述主流路随着趋向所述下游侧而扩宽的筒形。
2.根据权利要求1所述的排气热回收装置，其特征在于，
排气气体在所述供给流路中的流动方向被设定成是与排气气体在所述排出流路中的流动方向相同的方向。
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，
当以包含所述供给流路以及所述排出流路中的至少一方的流路以及所述多条热交换流路的假想平面切断该壁部时，所述壁部的截面具有构成为呈直线状延设的直线部。
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，
当以包含所述供给流路以及所述排出流路中的至少一方的流路以及所述多条热交换流路的假想平面切断该壁部时，所述壁部的截面具有构成为呈曲线状延设的曲线部。
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