CN108496033B - 废热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的废热回收系统的阀装置具备：具有流体流经的至少一个通路(11、12)及阀轴孔(13、14、15)的阀体(10)、转动自如地穿插到阀轴孔中的阀轴(20)、以及固定在阀轴上且开闭通路(11、12)的蝴蝶阀(30、40)，蝴蝶阀(30、40)配置成在流体的流动方向上，在较阀轴孔(13、14、15)更靠下游侧或上游侧关闭通路(11、12)。由此，能达成流体的防泄漏、及废热回收系统中的废热的有效利用。

Description

废热回收系统
技术领域
本发明涉及一种开闭流体通路的蝴蝶(butterfly)阀装置，特别涉及一种使发动机(engine)的废气流经热交换器而将冷却液加热的废热回收系统等中所应用的阀装置以及使用此阀装置的废热回收系统。
背景技术
作为现有的阀装置，具备以下部分等的阀装置已为人所知：阀体(body)，具有主通路及副通路以及与两通路正交的阀轴孔；阀轴，穿插到阀轴孔中；以及两个蝴蝶阀，分别配置在两通路中并且固定在阀轴上，当其中一者为开阀状态时另一者成为闭阀状态(例如参照专利文献1)。
此阀装置连接于汽车的排气系统，在其中一个蝴蝶阀关闭主通路的状态下，另一蝴蝶阀将副通路全开，将废气引导至催化式废气净化装置等。
然而，此阀装置中配置成蝴蝶阀的厚度方向的中心位于阀轴的中心线上。即，形成为在废气于通路中流动的方向上，利用蝴蝶阀来开闭与供阀轴穿插的阀轴孔重叠的区域。
因此，在上游侧的压力因催化式废气净化装置的阻力而变高的情况下，废气流经阀轴与阀轴孔的间隙而流入主通路侧，可能无法有效利用废气的热。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平7-4275号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于消除所述现有技术的问题点，提供一种阀装置及使用此阀装置的废热回收系统，所述阀装置能实现防止流体从阀轴孔泄漏及有效利用废气热等。
解决问题的技术手段
本发明的阀装置构成为具备：阀体，具有流体流经的至少一个通路及阀轴孔；阀轴，转动自如地穿插到阀轴孔中；以及至少一个蝴蝶阀，固定在阀轴上且开闭通路,且所述蝴蝶阀配置成在流体的流动方向上，在较阀轴孔更靠下游侧或上游侧关闭通路。
所述构成中也可采用以下构成：蝴蝶阀配置成在从阀轴孔的中心线以大于阀轴孔的半径尺寸的距离偏倚的下游侧或上游侧，关闭通路。
所述构成中也可采用以下构成：阀体具有流体流经的第一通路、流体流经的第二通路、及形成为将第一通路与第二通路连通的阀轴孔，在阀轴上固定有开闭第一通路的第一蝴蝶阀、及以与第一蝴蝶阀相反的相位开闭第二通路的第二蝴蝶阀，且第一蝴蝶阀配置成在较阀轴孔更靠下游侧关闭第一通路。
所述构成中也可采用以下构成：第一蝴蝶阀配置成在从阀轴孔的中心线以大于阀轴孔的半径尺寸的距离偏倚的下游侧，关闭第一通路。
所述构成中也可采用以下构成：第二蝴蝶阀配置成在从阀轴孔的中心线以大于阀轴孔的半径尺寸的距离偏倚的上游侧，关闭第二通路。
所述构成也可采用以下构成：阀轴在其两端部经安装在阀体上的轴承转动自如地支承。
所述构成也可采用以下构成：包含施力构件，此施力构件对阀轴向其轴线方向一侧施力。
本发明的废热回收系统构成为具备：发动机的废气流经的主排气管、从主排气管分支的旁通排气管、配置在主排气管及旁通排气管的中途的阀装置、及连结于旁通排气管的中途且较阀装置更靠下游侧的热交换器，且阀装置采用成为所述构成的任一阀装置。
发明的效果
根据成为所述构成的阀装置，能在达成构造的简化等并且不导致零件增加的情况下，防止废气等流体流经阀轴孔漏出到外部。另外，即便废气等流体从其中一个通路泄漏到另一通路中，也能使泄漏的流体再次回到其中一个通路。因此，能有效利用废气等流体的热。
附图说明
图1为表示应用本发明的阀装置的发动机的废热回收系统的示意图。
图2为表示本发明的阀装置的一实施方式的外观立体图。
图3为表示图2所示的阀装置所含的第一通路及第二通路以及阀轴孔等的截面图。
图4A为表示图2所示的阀装置所含的第一通路、阀轴孔、阀轴及第一蝴蝶阀的配置关系，且表示第一蝴蝶阀关闭第一通路的状态的截面图。
图4B为表示图2所示的阀装置所含的第一通路、阀轴孔、阀轴及第一蝴蝶阀的配置关系，且表示第一蝴蝶阀打开第一通路的状态的截面图。
图5A为表示图2所示的阀装置所含的第二通路、阀轴孔、阀轴及第二蝴蝶阀的配置关系，且表示第二蝴蝶阀打开第二通路的状态的截面图。
图5B为表示图2所示的阀装置所含的第二通路、阀轴孔、阀轴及第二蝴蝶阀的配置关系，且表示第二蝴蝶阀关闭第二通路的状态的截面图。
图6为表示将图2所示的阀装置应用于废热回收系统的情况下，进行通常的排气时的第一蝴蝶阀及第二蝴蝶阀的状态的截面图。
图7为表示将图2所示的阀装置应用于废热回收系统的情况下，将废气引导至热交换器时的第一蝴蝶阀及第二蝴蝶阀的状态的截面图。
符号的说明
1：发动机
2：催化单元
3：主排气管
4：旁通排气管
5：热交换器
6：配管
10：阀体
11：第一通路
11a、11b、12a、12b：密封部
12：第二通路
13、14、15：阀轴孔
16：嵌合孔
17：安装凹部
18：上游侧凸缘部
19a、19b：下游侧凸缘部
20：阀轴
21：第一端部
22：中间部
23：第二端部
24、25：缩径部
24a：端面
26：连结部
30：第一蝴蝶阀
31、41：固定部
32、33、42、43：面
40：第二蝴蝶阀
50：轴承
60：施力构件
61：圆筒支架
62：弹簧
63：球
C：中心线
D1、D2：距离
F：流动方向
L1、L2：轴线
M：阀装置
R：阀轴孔的半径尺寸
S：废热回收系统
LF：箭头
具体实施方式
以下，一方面参照附图的图1～图7一方面对本发明的实施方式进行说明。
本实施方式的阀装置M被应用于发动机1的废热回收系统S。
废热回收系统S具备：在发动机1的排气系统中连接于催化单元2的下游侧且废气流经的主排气管3、从主排气管3分支的旁通排气管4、阀装置M、热交换器5、及冷却液流经的配管6。
阀装置M配置在主排气管3及旁通排气管4的中途。
热交换器5连结于旁通排气管4的中途且较阀装置M更靠下游侧。
配管6被引导至热交换器5，且形成为将废气的热传递给发动机1的冷却液。
阀装置M具备阀体10、阀轴20、第一蝴蝶阀30、第二蝴蝶阀40、两个轴承50及施力构件60(圆筒支架61、弹簧62、球63)。
阀体10具备：作为流体的废气流经的第一通路11及第二通路12；供阀轴20穿插的阀轴孔13、阀轴孔14、阀轴孔15；供安装轴承50的两个嵌合孔16；供安装施力构件60的安装凹部17；用来连结主排气管3的上游侧凸缘部18；用来连结主排气管3的下游侧凸缘部19a；以及用来连结旁通排气管4的下游侧凸缘部19b。
第一通路11形成为以轴线L1为中心的圆筒状，且在废气的流动方向F上较阀轴孔13、阀轴孔14更靠下游侧的位置，具备第一蝴蝶阀30抵接的两个密封部11a、密封部11b。
即，密封部11a、密封部11b形成为使处于关闭第一通路11的闭阀状态的第一蝴蝶阀30的面32、面33抵接于以下位置，此位置从阀轴孔13、阀轴孔14的中心线C以略大于阀轴孔13、阀轴孔14的半径尺寸R的距离D1、距离D2(D1＞R、D2＞R、D1＞D2)向下游侧偏倚。
此处，密封部11a、密封部11b以第一蝴蝶阀30能进行开闭动作的方式，以除了阀轴孔13、阀轴孔14的附近区域以外向第一通路11内突出的圆弧状突出片的形式形成。
第二通路12形成为以与轴线L1平行的轴线L2为中心的圆筒状，且在废气的流动方向F上较阀轴孔14、阀轴孔15更靠上游侧的位置，具备第二蝴蝶阀40抵接的两个密封部12a、密封部12b。
即，密封部12a、密封部12b形成为使处于关闭第二通路12的闭阀状态的第二蝴蝶阀40的面42、面43抵接于以下位置，此位置从阀轴孔14、15的中心线C以略大于阀轴孔14、阀轴孔15的半径尺寸R的距离D1、距离D2(D1＞R、D2＞R、D1＞D2)向上游侧偏倚。
此处，密封部12a、密封部12b以第二蝴蝶阀40能进行开闭动作的方式，以除了阀轴孔14、阀轴孔15的附近以外向第二通路12内突出的圆弧状突出片的形式形成。
阀轴孔13、阀轴孔14、阀轴孔15形成为排列在与轴线L1、轴线L2垂直地伸长的中心线C上。
阀轴孔13在阀体10的其中一侧从外部连通至第一通路11，并且形成为圆筒状，此圆筒状具有将阀轴20的第一端部21转动自如地嵌入的内径尺寸(2R)。
阀轴孔14在阀体10的中间部将第一通路11与第二通路12连通，并且形成为圆筒状，此圆筒状具有将阀轴20的中间部22转动自如地嵌入的内径尺寸(2R)。
阀轴孔15在阀体10的另一侧从外部连通至第二通路12，并且形成为圆筒状，此圆筒状具有将阀轴20的第二端部23转动自如地嵌入的内径尺寸(2R)。
嵌合孔16形成为圆筒状，此圆筒状具有将轴承50无间隙地牢固嵌入的内径尺寸。
安装凹部17形成为将收容有球63及弹簧62的圆筒支架61牢固地嵌合的内径尺寸或螺合的内螺纹。
阀轴20形成为与阀轴孔13、阀轴孔14、阀轴孔15的中心线C在同轴上伸长的圆柱状。
而且，阀轴20具备：呈相同外径尺寸的第一端部21、中间部22、第二端部23；形成在第一端部21外侧的缩径部24；形成在第二端部23外侧的缩径部25；及形成在缩径部25顶端的连结部26。
第一端部21、中间部22、第二端部23形成为分别转动自如地嵌入到阀体10的阀轴孔13、阀轴孔14、阀轴孔15中的外径尺寸。
在阀轴20上，在第一端部21与中间部22之间固定有第一蝴蝶阀30，另外，在中间部22与第二端部23之间，以相对于第一蝴蝶阀30而使旋转相位错离90度的状态固定有第二蝴蝶阀40。
即，在阀轴20上固定有开闭第一通路11的第一蝴蝶阀30，并且固定有以与第一蝴蝶阀30相反的相位开闭第二通路12的第二蝴蝶阀40。
缩径部24、缩径部25由安装在阀体10的嵌合孔16中的轴承50转动自如地支承。
连结部26连结外部的驱动源(未图示)，形成为给予旋转驱动力。
第一蝴蝶阀30形成为圆板状，且具备固定在阀轴20上的固定部31、抵接于密封部11a的面32、及抵接于密封部11b的面33。
关于固定部31，在图中示为供阀轴20穿插的环状，但只要为使第一蝴蝶阀30与阀轴20一起转动的固定方法，则能应用各种固定方法。
例如可举出使用螺纹进行紧固的方法、点焊等焊接方法、熔接方法等。
而且，第一蝴蝶阀30配置成在固定于阀轴20上的状态下，在较阀轴孔13、阀轴孔14更靠下游侧关闭第一通路11。
即，第一蝴蝶阀30配置成在从阀轴孔13、阀轴孔14的中心线C以大于阀轴孔13、阀轴孔14的半径尺寸R的距离D1、距离D2偏倚的下游侧，关闭第一通路11。
由此，在较阀轴孔13、阀轴孔14更向下游侧偏倚而配置第一蝴蝶阀30时，通过将其偏倚量设为略大于阀轴孔13、阀轴孔14的半径尺寸R的量，能减小绕阀轴20的中心的惯性力矩。因此，能顺畅地进行第一蝴蝶阀30的开闭动作。
第二蝴蝶阀40形成为圆板状，且具备固定在阀轴20上的固定部41、抵接于密封部12a的面42、及抵接于密封部12b的面43。
关于固定部41，在图中示为供阀轴20穿插的环状，但只要为使第二蝴蝶阀40与阀轴20一起转动的固定方法，则能应用各种固定方法。
例如可举出使用螺纹进行紧固的方法、点焊等焊接方法、熔接方法等。
而且，第二蝴蝶阀40配置成在固定于阀轴20上的状态下，在较阀轴孔14、阀轴孔15更靠上游侧关闭第二通路12。
即，第二蝴蝶阀40配置成在从阀轴孔14、阀轴孔15的中心线C以大于阀轴孔14、阀轴孔15的半径尺寸R的距离D1、D2偏倚的上游侧，关闭第二通路12。
由此，在较阀轴孔14、阀轴孔15更向上游侧偏倚而配置第二蝴蝶阀40时，通过将其偏倚量设为略大于阀轴孔14、阀轴孔15的半径尺寸R的量，能减小绕阀轴20的中心的惯性力矩。因此，能顺畅地进行第二蝴蝶阀40的开闭动作。
两个轴承50为径向轴承，嵌入到阀体10的嵌合孔16中，且分别转动自如地支承阀轴20的缩径部24、缩径部25。
由此，阀轴20两侧的缩径部24、缩径部25经安装在阀体10上的轴承50转动自如地被支承，因此与仅穿插到阀轴孔13、阀轴孔15中进行支承的情况相比，能使阀轴20顺畅地转动。
另外，通过将轴承50嵌合到阀体10中，能使轴承50与阀体10之间及阀轴20与轴承50之间不产生间隙，因此能防止废气(流体)漏出到阀体10的外部。
另外，两个轴承50中，配置在阀轴20的连结部26侧(即，阀轴孔15的外侧)的轴承50作为所述径向轴承发挥功能，并且通过承接阀轴20的第二端部23与缩径部25的阶差面，也作为阀轴20的推力轴承发挥功能。因此，能进一步防止废气漏出到外部。
施力构件60具备有底的圆筒支架61、弹簧62及球63。
圆筒支架61形成为具有牢固地嵌合到阀体10的安装凹部17中的外径尺寸、或与阀体10的安装凹部17螺合的外螺纹。
弹簧62为线圈状的弹簧，且形成为以规定的压缩量嵌入到圆筒支架61内。
球63配置成承受经压缩的弹簧62的所施加的力，并且抵接于阀轴20的缩径部24的端面24a。
由此，利用施力构件60的所施加的力使阀轴20朝向一侧，由此能防止阀轴20的摇晃，从而能获得所需的开闭动作。
接下来，对废热回收系统S的动作进行说明，所述废热回收系统S应用成为所述构成的阀装置M。
首先，在图6所示的通常运转模式下，第一蝴蝶阀30如图4B所示那样处于打开第一通路11的开阀状态，第二蝴蝶阀40如图5B所示那样处于关闭第二通路12的闭阀状态。
此时，发动机1的废气从主排气管3经过阀装置M的第一通路11顺畅地排出到外部。
此处，第二蝴蝶阀40在较阀轴孔15更靠上游侧关闭第二通路12，因此能防止从主排气管3朝向第二通路12侧的废气流经阀轴孔15而漏出到外部。
另一方面，在图7所示的废热回收模式下，第一蝴蝶阀30如图4A所示那样处于关闭第一通路11的闭阀状态，第二蝴蝶阀40如图5A所示那样处于打开第二通路12的开阀状态。
此时，发动机1的废气从主排气管3流经旁通排气管4，经过热交换器5后，回到主排气管3并排出到外部。
此处，在第二通路12内流动的废气的压力因热交换器5内的流动阻力而变高，因此第二通路12内的废气有时如图7中的箭头LF所示那样，流经阀轴孔14与阀轴20的间隙而流入第一通路11内。
此情况下，第一通路11中较阀轴孔14更靠下游侧被第一蝴蝶阀30闭塞，因此流入的废气不会在主排气管3中向下游侧流动，而能如图7中的箭头LF所示那样再次回到旁通排气管4中。
因此，能有效地利用废气的废热。
如以上所述那样，根据成为所述构成的阀装置M，能在达成构造的简化等并且不会导致零件增加的情况下，防止废气等流体流经阀轴孔15漏出到外部。另外，即便废气等流体从其中一个通路(第二通路12)泄漏到另一通路(第一通路11)中，也能使泄漏的流体再次回到其中一个通路中。因此，能有效利用废气等流体的热。
所述实施方式中，示出了具备两个通路(第一通路11、第二通路12)及两个蝴蝶阀(第一蝴蝶阀30、第二蝴蝶阀40)的阀装置M，但不限定于此。
例如也能采用以下构成：在具备具有一个通路及阀轴的阀体、以及开闭通路的一个蝴蝶阀的阀装置中，将蝴蝶阀配置成在流体的流动方向上在较阀轴孔更靠下游侧或上游侧关闭通路。
根据此实施方式，在将蝴蝶阀配置成在较阀轴孔更靠下游侧关闭通路的情况下，在蝴蝶阀关闭的状态下，即便流体暂且从阀轴与阀轴孔的间隙流入通路内，也能防止此流入的流体流向通路的下游侧。
另一方面，在将蝴蝶阀配置成在较阀轴孔更靠上游侧关闭通路的情况下，在蝴蝶阀关闭的状态下，通路内的流体不会流至较蝴蝶阀更靠下游侧。因此，能防止通路内的流体流经位于较蝴蝶阀更靠下游侧的阀轴孔与阀轴的间隙而漏出到阀体的外部。
所述实施方式中，示出了将本发明的阀装置M应用于发动机1的废热回收系统S的情况，但不限定于此，在控制废气以外的其他流体的流动的系统中也有用。

Claims (4)

1.一种废热回收系统，具备发动机的废气流经的主排气管、从所述主排气管分支的旁通排气管、配置在所述主排气管及所述旁通排气管的中途的阀装置、及连结于所述旁通排气管的中途且较所述阀装置更靠下游侧的热交换器，且所述废热回收系统的特征在于，所述阀装置包括：
阀体，具有流体流经的至少一个通路及阀轴孔；以及
阀轴，转动自如地穿插到所述阀轴孔中；
所述阀体具有所述流体流经的第一通路、所述流体流经的第二通路、及形成为将所述第一通路与第二通路连通的所述阀轴孔，所述第一通路连结所述主排气管，所述第二通路连结所述旁通排气管，
在所述阀轴上，固定有开闭所述第一通路的第一蝴蝶阀、及以与所述第一蝴蝶阀相反的相位开闭所述第二通路的第二蝴蝶阀，
所述第一蝴蝶阀配置成在较所述阀轴孔更靠下游侧关闭所述第一通路，
所述第二蝴蝶阀配置成在较所述阀轴孔更靠上游侧关闭所述第二通路，且
所述第一通路在较所述阀轴孔更靠下游侧的位置具备所述第一蝴蝶阀抵接的两个密封部，所述第一通路的所述两个密封部与所述阀轴孔的中心线的距离不同，
所述第二通路在较所述阀轴孔更靠上游侧的位置具备所述第二蝴蝶阀抵接的两个密封部，所述第二通路的所述两个密封部的与所述阀轴孔的中心线的距离不同。
2.根据权利要求1所述的废热回收系统，其特征在于：所述第一蝴蝶阀配置成在从所述阀轴孔的中心线以大于所述阀轴孔的半径尺寸的距离偏倚的下游侧，关闭所述第一通路，且
所述第二蝴蝶阀配置成在从所述阀轴孔的中心线以大于所述阀轴孔的半径尺寸的距离偏倚的上游侧，关闭所述第二通路。
3.根据权利要求1所述的废热回收系统，其特征在于：所述阀轴在其两端部经安装在所述阀体上的轴承转动自如地被支承。
4.根据权利要求1所述的废热回收系统，其特征在于，包括施力构件，所述施力构件对所述阀轴向其轴线方向一侧施力。
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