CN108223085B - 具有改进的密封性的排气热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种热回收装置(10)，其在用于排气的入口(16)与出口(18)之间延伸，并且该热回收装置(10)包括：阀(12)，阀(12)限定处于入口(16)与出口(18)之间的气体直通通道(19)，并且包括容纳可在关闭位置与打开位置之间移动的活板门(26)的阀体(20)；以及热交换器(14)，热交换器(14)具有在活板门(26)上游的交换器入口(36)以及活板门(26)下游的交换器出口(38)。阀(12)包括导管(22)，导管(22)在阀体(20)内部部分地延伸直到在远端处的嘴部边缘(24)，所述嘴部边缘(24)在平面中延伸。活板门(26)具有平面接触表面(30)，用于在活板门(26)处于关闭位置时与嘴部边缘(24)直接接触。

Description

具有改进的密封性的排气热回收装置
技术领域
本发明涉及一种特别是用于机动车辆的排气热回收装置。
背景技术
排气中包含的热能占燃料中所含能量的约30％。热回收装置旨在将该能量传递至另一流体，例如发动机冷却剂或油。
在现有技术中已知的，特别是根据FR 3,031,140已知的是用于在排气入口与出口之间延伸的用于排气管线的热回收装置，并且该热回收装置包括：
-阀，该阀限定朝向排气出口的气体通道，该阀容纳围绕枢转连杆在通道的关闭位置和自由位置之间可移动的门，以及
-热交换器，该热交换器包括与处于门上游的阀相连通的交换器入口以及与处于门下游的阀相连通的交换器出口。
热交换器旨在允许穿过该热交换器的排气与特别是冷却剂的传热流体之间的热交换。
当门处于关闭位置时，排气的循环被迫从入口通过热交换器流向气体出口。当门处于自由位置时，排气循环通过由阀限定的通道，然后停用交换器。
在这种装置中，门抵靠由设置在阀中的平坦壳体形成的座部。
这种壳体被焊接在阀中，使得存在这种壳体在由焊接发出的热的作用下变形的风险。在这种情况下，有时不能准确地提供壳体与处于关闭位置的阀之间的密封性。
在现有技术中，特别是根据JP 2016 044 666A，已知一种热回收装置，其中，用于门的座部由圆锥形壳体支撑，门随之具有互补的圆锥形形状。圆锥形壳体也焊接在阀中。
在该装置中也难以提供密封性，因为圆锥形壳体在其被焊接在阀中时也存在变形的风险，并且难以获得门的形状，该形状还可能在门的设计期间经受变形。另外，壳体或门的任何变形会改变壳体与门的相对位置，从而导致泄漏。
发明内容
本发明特别旨在通过提出一种具有改进的密封性的热回收装置来解决这些缺点。
为此，本发明特别涉及一种用于回收排气热的装置，该装置在排气入口与排气出口之间延伸，并且包括：
-阀，该阀限定排气入口与排气出口之间的直通气体通道，阀包括阀体，阀体包括所述气体出口并且容纳可围绕枢转连杆在通道的关闭位置与自由位置之间移动的门，以及
-热交换器，该热交换器包括与门上游的阀相连通的交换器入口和与门下游的阀相连通的交换器出口，
其特征在于，
-阀包括导管，导管包括排气入口，导管部分地在阀体内部延伸直至远端嘴部边缘，所述嘴部边缘在平面中延伸，以及
-门具有平面接触表面，用于在门处于关闭位置时与导管的所述嘴部边缘直接接触。
根据本发明，导管的嘴部边缘是平面的，并且门是平面的，以便获得容易控制密封性的平面/平面接触。
嘴部边缘通常通过切割、特别是激光切割导管而获得。当该导管组装在阀中时，该导管的任何可能的变形都不会改变嘴部边缘的平坦度。
因此，安装回收装置所需的多次焊接操作的效果仅有限地影响密封性。
此外，平面门易于设计，从而使门在其设计期间的变形风险非常有限。
根据本发明的热回收装置还可以包括单独考虑的或以任何技术上可能的组合考虑的以下特征中的一个或更多个特征。
-回收装置包括在导管与热交换器之间延伸的中间管道。
-回收装置包括在中间管道的入口处的能够将来自气体入口的气体朝向通道引导的上游偏转器。
-上游偏转器由中间管道的一部分形成，在导管中延伸。
-回收装置包括下游偏转器，该下游偏转器在中间管道的入口下游布置在导管中，下游偏转器例如由中间管道的一部分形成。
-回收装置包括下游偏转器，该下游偏转器在中间管道的入口下游布置在导管中，并且其中，上游偏转器在导管中的行进高度大于下游偏转器在导管中的行进高度。
-导管沿着纵向轴线延伸，嘴部边缘在相对于纵向轴线形成60°与90°之间的角度——例如等于60°或等于90°的角度——的平面中延伸。
-导管具有椭圆形横截面。
-支承门的枢转连杆由布置在导管的两侧上的两个对准的半接合部形成，枢转连杆具有穿过导管的轴线。
-门包括金属肋，用于与导管的嘴部边缘相接触。
-门包括立管。
-立管构造成当门处于释放位置时阻塞交换器出口，交换器出口优选地设置有调节环，当门处于释放位置时，调节环减小了在交换器出口处气体可充斥的空间。
-立管具有弯曲形状，被构造成当门处于关闭位置与释放位置之间的预定义中间位置时阻塞交换器出口。
本发明还涉及一种用于制造如前文限定的回收装置的方法，其特征在于，该方法包括：
-提供导管，
-在导管上安装门支撑件，
-将门组装在门支撑件上，枢转连杆以具有游隙的方式安装，
-将门定位在与嘴部边缘直接接触的关闭位置，以及
-根据处于关闭位置的门定位，设定枢转连杆相对于门支撑件的位置。
附图说明
通过阅读以下仅作为示例提供的并且参照附图进行的描述，将更好地理解本发明，在附图中：
-图1和图2是根据本发明的一个示例性实施方式的热回收装置的纵向截面图，该热回收装置包括分别处于关闭位置和释放位置的门；
-图3是图1的回收装置在包括支撑门的枢转连杆的平面中的横截面图；
-图4是根据一个替代性实施方式的图1和图2的回收装置的中间管道的在图1和图2的相同剖切面中的视图。
具体实施方式
图1和图2示出了旨在插入到车辆——通常为机动车辆，例如汽车或卡车——的排气管线中的热回收装置10。
回收装置10旨在从排气中回收部分热能，以将其传递至传热流体，例如发动机冷却剂，或传递至乘客舱的加热回路。
回收装置10包括阀12和平行布置的热交换器14。
阀12具有排气入口16和排气出口18。阀12在内部限定从入口16到出口18的用于排气的直通通道19。
阀12包括阀体20和导管22，阀体20包括出口18，导管22部分地在阀体20中延伸并且包括入口16。
阀体20例如由两个元件组成，这两个元件是下半壳体20A和上半壳体20B(具体在图3中示出)。下半壳体20A和上半壳体20B各自包括平直轮廓，这些半壳体20A、20B通过叠置这些平直轮廓而组装至彼此。“平面对平面(flat on flat)”的焊接能够使下半壳体20A和上半壳体20B按传统方式组装在一起。
在所描述的示例中，导管22具有圆形横截面。然而，替代性地，导管22具有椭圆形横截面。椭圆形导管使得可以减小装置10的高度。这种椭圆形导管可以通过组装沿纵向切割的两个半管来获得或者使用液压成形方法从具有圆形截面的导管获得。
导管22包括布置在阀体20中的远端嘴部边缘24。该嘴部边缘24位于导管22的在阀体20中延伸的部分的端部处。
嘴部边缘24完全在平面中延伸。例如，该平面相对于导管22延伸的纵向方向X倾斜了有利地包括在60°与90°之间的角度。
阀12还包括可围绕枢转连杆28在通道19的关闭位置(如图1所示)与释放位置(如图2所示)之间移动的门26。枢转连杆28由附接的支撑元件支撑。
如图3所示，枢转连杆28例如由布置在导管22的两侧上的两个对准的半接合部28A、28B形成，枢转连杆28具有穿过导管22的轴线R。枢转连杆28的这种布置使得能够减小阀体20的高度。
半接合部28A、28B各自由阀体20支撑，更具体地由下半壳体20A支撑。
有利地，枢转连杆28相对于端部边缘24稍微向入口16偏移，从而使门26相对于轴线R偏移。
因此，对于相同的打开角度，枢转连杆28偏移时在门26与嘴部边缘24之间的开口比在枢转连杆布置在嘴部边缘24的平面中的情况下更大。此外，与枢转连杆布置在嘴部边缘24的平面中的门相比，支承这种偏移枢转连杆28的门26对排气的脉动较不敏感。
门26具有平面接触表面30，用于当门26处于关闭位置时与导管22的嘴部边缘24直接接触。“直接接触”意味着在该嘴部边缘24不带有附加的中间元件的情况下，门直接搁置在嘴部边缘24上。
门26传统上使用固定至该门26的操作杆致动，该操作杆通过常规的致动器件——例如蜡(wax)致动器件或电致动器件——移动。
应当注意，当装置包括蜡致动器件时，嘴部边缘24的平面和纵向方向X之间的角度优选地基本等于60°，并且当装置包括电致动器件时，嘴部边缘24的平面和纵向方向X之间的角度优选地基本等于90°。
90°的角度也是有利的，因为在装置10的组装期间不需要特别注意导管22的角位置。
门26允许在导管22的周缘上在由嘴部边缘24形成的整个表面上方的表面支承，这使得能够确保支承表面的几何形状。事实上，支承表面的几何形状对通过焊接组装期间引起的变形仅仅有非常轻微的敏感度或完全不敏感。有利地，导管22具有基本等于2mm的厚度，以便具有大的支承表面。
门26包括由枢转连杆28支撑的平面结构元件31。如前所述，枢转连杆28相对于该平面结构元件31偏移。换句话说，轴线R不穿过该平面结构元件31。
有利地，门26包括冲击吸收元件32，例如金属肋32，用于与导管22的嘴部边缘24相接触。因此，在这种情况下，冲击吸收元件32支承平面接触表面30。这种金属肋32通过点焊组装到结构元件31。
冲击吸收元件32旨在限制当门26到达关闭位置时由于门26与嘴部边缘24之间的撞击产生的噪声。冲击吸收元件32——特别是当该冲击吸收元件32由金属肋构成时——可以是导管22与阀体20之间的轻微泄漏源，但是这种泄漏非常有限并且可忽略不计。这种泄漏特别地比在现有技术的装置中观察到的泄漏小得多。
有利地，门26还包括立管34，该立管34由结构元件31支撑，与接触表面30相反。该立管34使得能够增加门26的质量，并且因此降低门26的特定频率，然后降低门26对排气脉动的敏感度，并且因此减小门26的振动。
热交换器14包括处于门26上游的与阀12相连通的交换器入口36和处于门26的下游的与阀12相连通的交换器出口38。因此，交换器入口36与导管22相连通，并且交换器出口38与阀体20相连通。
有利地，门26的立管34构造成当门26处于释放位置时关闭交换器出口38。
例如，立管34具有从结构元件31突出的总体弯曲的形状。因此，当达到门26的在关闭位置与释放位置之间的中间位置时，立管34关闭交换器出口38。因此，在这种情况下，即使当门26的行程未完成时，例如当装置包括蜡致动器件时，交换器出口38也被关闭。
立管34例如构造成一旦达到28°的门的打开角度就开始关闭交换器出口38。实际上，蜡致动器件的老化取决于致动的次数，使得虽然当蜡致动器件是新的时，打开角度为38°，但是该打开角度在蜡致动器件的寿命结束时仅为28°。
因此，当在冷却剂回路中达到转变温度时，门26的弓形立管34插入到交换器出口开口38中。有利地，该交换器出口38设置有调节环，当门26打开时，该调节环减少在交换器出口38处可用于气体的空间。因此，交换器出口38几乎完全关闭，气体必然通过导管22和阀体20同时避开交换器14。
在所述示例中，回收装置10包括在导管22与交换器入口36之间延伸的中间管道40。该中间管道40相对于纵向方向X横向延伸。
有利地，回收装置10包括在中间管道40的入口处的能够将来自气体入口16的气体朝向通道19引导的上游偏转器42。该上游偏转器42使得能够确保在门26处于释放位置时，来自气体入口16的气体通过通道19。
例如，上游偏转器42由中间管道40的在导管22中延伸的部分通过该中间管道40的多余长度的变形形成。
有利地，上游偏转器42在导管22中延伸至2mm至10mm范围内的高度。
根据图4所示的替代方案，回收装置10包括下游偏转器44，该下游偏转器44在中间管道40的入口下游布置在导管22中，因此布置在上游偏转器42的下游。该下游偏转器44进一步减小在门26处于释放位置时流动通过交换器14的气体流，从而限制朝向中间管道40的开口的截面。该下游偏转器44还限制处于上游偏转器42的下游的涡流形成，因此降低气体朝向交换器14的流速。
有利地，上游偏转器42在导管22中在比下游偏转器44的高度更大的高度上前进。换句话说，上游偏转器42比下游偏转器44更靠近导管22的中心。因此，被上游偏转器42偏转的气体不被下游偏转器44朝向中间管道40偏转。
例如，下游偏转器44在导管22中延伸至2mm至5mm范围内的高度。
根据一个替代方案，上游偏转器42和/或下游偏转器44与导管22成一体，并且通过该导管22的变形获得。
根据另一替代方案，上游偏转器42和/或下游偏转器44由附接在导管22与中间管道40之间的部分形成。
现在将对根据本发明的热回收装置10的操作进行描述。
回收装置10使用两种操作模式工作，即，能量回收模式和短路模式。
当冷却剂的温度低于致动器件的激活阈值时，回收装置10处于能量回收模式。门26随之处于关闭位置，支承在导管22的嘴部边缘24上。门26因此关闭在导管22的端部处的排气的通道。来自气体入口16的排气然后首先穿过中间管道40定向，然后进入交换器14的气体入口36中。排气穿过交换器14，然后穿过阀体20，流向气体出口18。
当冷却剂达到致动器件的转变温度时，回收装置10处于短路模式。致动器件随之使枢转连杆28旋转，并因此使门26旋转。到达气体入口16的排气穿过直通通道19流向阀体20，并通过门26与边缘24之间的释放开口。
然后，门26的立管34关闭交换器出口38。
如前所述，上游偏转器42能够通过使气流朝向导管22的下部偏转来限制交换器14中的一部分气体的通过。因此，气体自然地倾向于沿循导管22。此外，交换器出口38基本被关闭，通过交换器14的气体通道实际上被阻塞。
更具体地，当交换器出口38基本关闭时，通过交换器的气体流速小于通过导管22的气体流速的1％。
例如，排气的通道截面为60mm2，与通过导管22的流速416kg/h相比，通过交换器的流速在800℃下仅为2.4kg/h。应当注意，在偏转器42和44没有调节环的情况下，该流速将是9.7kg/h。
现在将对用于制造回收装置10的方法进行描述。
该方法必须确保门26在处于关闭位置时与嘴部边缘24的平面/平面接触。
因此，该方法包括用于提供导管22的步骤，该导管22的嘴部边缘24已经例如通过切割、特别是激光切割导管22而预先形成。因此，嘴部边缘24限定在与纵向方向X形成预定角度——例如60°或90°——的平面中。
该方法接下来包括在管22上安装门支撑件的步骤。在所述示例中，门支撑件通过附接及焊接在阀体20上的支承件形成。
该方法接下来包括将门26组装在阀支撑件(阀体20)上，以具有游隙的方式安装枢转连杆28。这种游隙允许门26的定位的灵活性，以便最佳地定位该门26。
该方法接下来包括将门26定位在与嘴部边缘24直接接触的关闭位置中。由此定位的门26使得能够确定枢转连杆28的最终位置。
该方法最后包括根据在关闭位置中的门26的定位来设定枢转连杆28相对于门支撑件(阀体20)的位置。这样设定的枢转连杆28的位置使得能够确保处于关闭位置的门26将与嘴部边缘24处于平面/平面接触。
接下来，装置10的其余部分围绕导管22和阀体20组装。
应当注意，由于阀体20和中间管道40安装在导管22上，因此导管22在装置10中具有结构支撑功能。
应当注意，本发明不限于先前描述的实施方式，并且可以采取各种其他的替换方案。
特别地，装置10的总体形状可以不同于图中示出的形状。

Claims (9)

1.一种用于回收排气热的回收装置(10)，所述回收装置(10)在排气入口(16)与气体出口(18)之间延伸，并且包括：
-阀(12)，所述阀(12)限定所述排气入口(16)与所述气体出口(18)之间的直通气体通道(19)，所述阀(12)包括阀体(20)，所述阀体(20)包括所述气体出口(18)并且容纳门(26)，所述门(26)能够围绕枢转连杆(28)在所述直通气体通道(19)的关闭位置与释放位置之间移动，以及
-热交换器(14)，所述热交换器(14)包括在所述门(26)上游与所述阀(12)相连通的交换器入口(36)和在所述门(26)下游与所述阀(12)相连通的交换器出口(38)，
其中，
-所述阀(12)包括导管(22)，所述导管(22)包括所述排气入口(16)，所述导管(22)部分地在所述阀体(20)内部延伸直至远端嘴部边缘(24)，所述远端嘴部边缘(24)在平面中延伸，
其特征在于，
-所述门(26)具有平面接触表面(30)，用于在所述门(26)处于所述关闭位置时与所述导管(22)的所述远端嘴部边缘(24)直接接触，
-回收装置包括在所述导管(22)与所述热交换器(14)之间延伸的中间管道(40)，
-所述中间管道(40)具有入口，所述回收装置包括位于所述中间管道(40)的所述入口处的上游偏转器(42)，所述上游偏转器(42)能够将来自所述排气入口(16)的气体朝向所述直通气体通道(19)引导，
-所述上游偏转器(42)由所述中间管道(40)的一部分形成，在所述导管(22)中延伸，
-回收装置包括下游偏转器(44)，所述下游偏转器(44)在所述中间管道(40)的所述入口下游布置在所述导管(22)中，并且其中，所述上游偏转器(42)在所述导管(22)中的行进高度大于所述下游偏转器(44)在所述导管(22)中的行进高度。
2.根据权利要求1所述的回收装置(10)，其中，所述导管(22)沿着纵向轴线(X)延伸，所述远端嘴部边缘(24)在相对于所述纵向轴线(X)形成60°至90°范围的角度的平面中延伸。
3.根据权利要求1所述的回收装置(10)，其中，所述导管(22)具有椭圆形横截面。
4.根据权利要求1所述的回收装置(10)，其中，支承所述门(26)的所述枢转连杆(28)由布置在所述导管(22)的两侧上的对准的两个半接合部(28A、28B)形成，所述枢转连杆(28)具有穿过所述导管(22)的轴线(R)。
5.根据权利要求1所述的回收装置(10)，其中，所述门(26)包括用于与所述导管(22)的所述远端嘴部边缘(24)相接触的金属肋(32)。
6.根据权利要求1所述的回收装置(10)，其中，所述门(26)包括立管(34)。
7.根据权利要求6所述的回收装置(10)，其中，所述立管(34)构造成当所述门(26)处于所述释放位置时阻塞所述交换器出口(38)，所述交换器出口(38)设置有调节环，当所述门(26)处于所述释放位置时，所述调节环减小在所述交换器出口(38)处气体可充斥的空间。
8.根据权利要求7所述的回收装置(10)，其中，所述立管(34)具有弯曲形状，所述立管(34)构造成当所述门(26)处于所述关闭位置与所述释放位置之间的预定义中间位置时阻塞所述交换器出口(38)。
9.一种用于制造根据权利要求1所述的回收装置(10)的方法，所述方法包括：
-提供所述导管(22)，
-在所述导管(22)上安装门支撑件，
-将所述门(26)组装在所述门支撑件上，以具有游隙的方式安装所述枢转连杆(28)，
-将所述门(26)定位在与所述远端嘴部边缘(24)直接接触的所述关闭位置中，以及
-根据处于所述关闭位置的所述门(26)的定位，设定所述枢转连杆(28)相对于所述门支撑件的位置，
其特征在于,所述方法还包括:
-布置在所述导管(22)与所述热交换器(14)之间延伸的中间管道(40)，
-在所述中间管道(40)中布置入口，在所述中间管道(40)的所述入口处布置上游偏转器(42)，所述上游偏转器(42)能够将来自所述排气入口(16)的气体朝向所述直通气体通道(19)引导，所述上游偏转器(42)由所述中间管道(40)的一部分形成，在所述导管(22)中延伸，并且
-将下游偏转器(44)在所述中间管道(40)的所述入口下游布置在所述导管(22)中，所述上游偏转器(42)在所述导管(22)中的行进高度大于所述下游偏转器(44)在所述导管(22)中的行进高度。
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