DE102007015533A1 - Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme - Google Patents
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Abstract
Ein Verdampfer (110) verfügt über Rohre (111) und verdampft durch die Wärme des Abgases ein darin befindliches Arbeitsfluid. Ein Kondensator (130) gibt Wärme des Arbeitsfluids an ein Kühlmittel ab, so dass das Arbeitsfluid kondensiert wird, und das kondensierte Arbeitsfluid zum Verdampfer (110) rückgeführt wird. Eine Rippe (112) zur Vergrößerung des Bereichs der Wärmeübertragung ist zwischen den Rohren (111) angeordnet und mit den Rohren (111) verbunden. Die Rippe (112) verfügt über einen die Betätigungskraft reduzierenden Teil (112a, 112b) zum Reduzieren einer Betätigungskraft, die auf die Rippe (112) entsprechend einer Wärmeexpansionsdifferenz zwischen den Rohren (111) ausgeübt wird. Der die Betätigungskraft reduzierende Teil (112a, 112b) ist in der Mitte der Rippe (112) zwischen den Rohren (111) angeordnet.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme. Beispielsweise wird die Rückgewinnungsvorrichtung typischerweise bei einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine verwendet und gewinnt die Abgaswärme aus dem Motor.
- Die JP-A-7-120178 offenbart eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme mit einem sogenannten Wärmesiphon (heat siphon), in welchem ein Verdampfer und ein Kondensator in einer Schleife verbunden sind. Der Verdampfer umfasst eine Vielzahl von Rohren und ist in einem Abgas- oder Auslassrohr eines Motors angeordnet. Der Kondensator ist kühlmittelseitig des Motors angeordnet und gewinnt Abwärme aus dem Motor im Kühlmittel.
- Um den Wärmeaustausch zwischen thermischem Medium und dem Abgas im Verdampfer zu begünstigen, ist eine Rippe gegen eine Außenfläche des Rohres gelötet bzw. verschweißt, um den Wärmeübergangsbereich zu vergrößern.
- Wenn jedoch eine Temperaturverteilung in einem Abgasstrom hoher Temperatur hervorgerufen ist, kann eine Temperaturdifferenz zwischen den Rohren entsprechend der Temperaturverteilung erzeugt werden. Damit kann eine Wärmeexpansionsdifferenz zwischen den Rohren hervorgerufen werden, eine Zugkraft kann auf die Rippe ausgeübt werden. So kann beispielsweise ein Bruch in der Kehlnaht zwischen Rohr und Rippe erzeugt werden.
- Im Hinblick auf das Vorstehende sowie weitere Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme zu schaffen.
- Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme einen Verdampfer und einen Kondensator. Der Verdampfer verfügt über eine Vielzahl von in einer Anordnungsrichtung vorgesehenen Rohren sowie eine Rippe zur Vergrößerung eines Bereiches der Wärmeübertra gung. Der Verdampfer verdampft Arbeitsfluid hierin durch Wärme des Abgases, das aus einer Brennkraftmaschine stammt. Der Kondensator gibt Wärme des aus dem Verdampfer gegen das Kühlmittel der Brennkraftmaschine strömenden Arbeitsfluids ab, so dass das Arbeitsfluid kondensiert und das kondensierte Arbeitsfluid zum Verdampfer rückgeführt wird. Die Rippe ist zwischen den Rohren in Anordnungsrichtung angeordnet und mit einer Fläche des Rohres verbunden. Die Rippe verfügt über einen Teil, der die Arbeitskraft oder Wirkkraft reduziert und damit die auf die Rippe ausgeübte Wirkkraft entsprechend der Wärmeexpansionsdifferenz zwischen den Rohren in einer Rohrlängsrichtung reduziert. Der die Wirk- oder Arbeitskraft reduzierende Teil ist in der Mitte der Rippe in Richtung der Anordnung angeordnet.
- Somit kann die Rippe daran gehindert werden, durch die Wärmeexpansionsdifferenz in den Rohren beschädigt zu werden.
- Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme einer ersten Ausführungsform der Erfindung, angeordnet auf einem Fahrzeug; -
2 einen schematischen Schnitt durch die Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme; -
3 einen vergrößerten Schnitt durch Lagen von Rohren und Rippen der Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme; -
4 einen Schnitt durch Lagen von Rohren und Rippen der Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme; -
5 einen vergrößerten Schnitt durch Rohre und eine Rippe einer Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
6 einen vergrößerten Schnitt durch Rohre und eine Rippe der Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme gemäß der zweiten Ausführungsform; und -
7 einen schematischen Schnitt, der eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme gemäß einer dritten Ausführungsform erkennen lässt. - (Erste Ausführungsform)
- Eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme
100 gemäß einer ersten Ausführungsform soll nun mit Bezug auf die1 bis3 beschrieben werden. Die Vorrichtung100 wird auf einem Fahrzeug mit einem Motor10 als Antriebsquelle verwendet und ist zwischen einem Abgasrohr11 und einem Kreis zur Rückgewinnung von Abgaswärme30 des Motors, wie in1 gezeigt, angeordnet. - Beim Motor
10 handelt es sich um eine wassergekühlte Brennkraftmaschine (das heißt eine solche mit innerer Verbrennung), die das Abgasrohr11 umfasst, durch welches durch einen Brennstoff im Motor10 erzeugtes Abgas strömt. Das Abgasrohr11 umfasst einen (Abgas)katalysator12 zum Reinigen von Abgas. Weiterhin umfasst der Motor10 einen Radiatorkreis20 , den Abgasrückgewinnungskreis30 und den Heizerkreis40 . Kühlmittel zum Kühlen des Motors10 zirkuliert sowohl im Radiatorkreis20 wie im Kreis30 zur Abgasrückgewinnung. Der Heizerkreis40 heizt Klimatisierungsluft unter Verwendung des Kühlmittels (Warmwasser). - Der Radiatorkreis
20 umfasst einen Radiator21 , eine Wasserpumpe22 , die die Zirkulation des Kühlmittels veranlasst, einen Durchlass23 zur Umgehung des Radiators21 , sowie einen Thermostaten24 . Der Radiator21 kühlt Kühlmittel, indem er Wärme mit der Außenluft austauscht. Der Thermostat24 regelt die Kühlmittelmenge, die durch den Radiator21 strömt sowie eine durch den Durchlass23 gehende Kühlmittelmenge. Insbesondere, wenn der Warmlauf des Motors10 stattfindet, wird die Menge an durch den Kanal23 gehenden Kühlmittels vergrößert, so dass das Warmlaufen des Motors10 begünstigt ist. Das heißt, eine Unterkühlung des Kühlmittels durch den Radiator21 kann reduziert werden. - Der Kreis zur Rückgewinnung der Abgaswärme
30 zweigt ab vom Radiatorkreis20 an einem Auslass des Motors10 und ist mit der Wasserpumpe22 verbunden. Aufgrund der Wasserpumpe22 kann das Kühlmittel zirkulieren. Ein Wassertank140 (Kondensator130 ) der Rückgewinnungsvorrichtung100 ist mit dem Rückgewinnungskreis30 verbunden. Der Wassertank140 (Kondensator130 ) wird nun unten beschrieben. - Kühlmittel (Warmwasser) wird in den Heizerkreis
40 aus dem Motor10 an einer Stelle abgegeben, die sich vom Auslass für den Radiatorkreis20 unterscheidet; der Hei zerkreis40 steht in Verbindung mit einer Abströmseite des Kreises zur Abgaswärmerückgewinnung. Ein Heizerkern41 ist im Heizerkreis40 angeordnet und dient als Wärmeaustauscher zur Erwärmung. Das Kühlmittel (Warmwasser) zirkuliert im Heizerkreis40 aufgrund der Wasserpumpe22 . Der Heizerkreis41 ist in einem Klimatisierungsgehäuse einer Klimatisierungseinheit (nicht dargestellt) angeordnet. Klimatisierungsluft wird durch ein nicht gezeigtes Gebläse geliefert, und der Heizerkern41 heizt die Klimatisierungsluft, indem Wärme mit dem Warmwasser ausgetauscht wird. - Wie
2 erkennen lässt, umfasst die Rückgewinnungsvorrichtung100 ein Wärmerohr101 vom geschleiften Typ (loop-type), in welchem ein Verdampfer110 und ein Kondensator130 miteinander über einen Verbindungskanal115 und einen Rückstromkanal135 verbunden sind. Der Verdampfer110 ist in einem Kanal120 angeordnet, der Kondensator130 ist im Wassertank140 vorgesehen. - Das Wärmerohr
101 hat einen nicht gezeigten Füllteil und wird durch den Füllteil entleert (druckentlastet). Dann wird das Arbeitsfluid (Wasser) in das Wärmerohr101 über den Füllteil eingeführt. Nachher wird der Füllteil des Wärmerohrs (heat pipe) 101 versiegelt. Wasser hat einen Siedepunkt von 100°C bei einer Atmosphäre. Wasser im Wärmerohr101 hat jedoch einen Siedepunkt von 5 bis 10°C, weil das Wärmerohr101 auf beispielsweise 0,01 Atmosphären im Druck erniedrigt wurde. Zusätzlich kann Alkohol, Fluorkarbon oder Chlorfluorkohlenwasserstoff als Arbeitsfluid anstatt des Wassers eingesetzt werden. - Teile (später zu beschreiben) der Rückgewinnungsvorrichtung
100 bestehen aus rostfreiem Material und haben eine hohe Korrosionsbeständigkeitsleistung. Die Teile sind integral unter Verwendung eines Lötmaterials an einer Verbindung oder einem Fittingteil, nachdem die Teile bezüglich einander montiert wurden, verlötet. - Der Verdampfer
110 umfasst Rohre111 , Rippen112 , einen Bodentank113 und einen Kopftank114 . Beim Rohr111 handelt es sich um ein langes und dünnes Rohr flacher Gestalt; die Längsrichtung des Rohres111 entspricht der Aufwärts- und Abwärtsrichtung der2 . Die Rohre111 sind in Richtung der Breite entsprechend einer Links-rechts-Richtung in2 angeordnet, und eine vorbestimmte Rohrteilung (Intervall) ist zwischen den Rohren111 vorgesehen. Weiterhin sind die Rohre111 in Richtung der Dicke senkrecht zur Rohrlängsrichtung und der Breitenrichtung angeordnet. - Die Rippe
112 kann aus einem dünnwandigen Material bestehen und ist zwischen den Rohren111 in Richtung der Breite angeordnet und mit jeder Außenwand (Fläche) der Rohre111 verbunden. Die Rippe112 wird weiter unten erläutert werden. - Beim Bodentank
113 handelt es sich um einen flachen Behälter, der an einem Bodenende des Rohres111 in Längsrichtung angeordnet ist. Beim Kopftank114 handelt es sich um einen flachen Behälter oder Container, der am Kopfende des Rohres111 in Längsrichtung angeordnet ist. Sowohl der Bodentank113 wie der Kopftank114 verfügen über ein Loch (nicht dargestellt); das Rohr111 ist in das Loch eingeführt, um mit dem Tank113 bzw.114 verbunden zu werden. So kann das Rohr111 die Verbindung mit den Tanks113 ,114 herstellen. - Der Verdampfer
110 ist im Kanal oder der Leitung120 angeordnet. Der Kanal120 ist ein Zylinder mit dem Querschnitt eines Rechtecks, und Abgas strömt innerhalb des Kanals120 , wie weiter unten erläutert werden wird. Der Verdampfer110 ist im Kanal120 derart angeordnet, dass die Dickenrichtung einer Strömungsrichtung des Abgases entspricht. - Der Kondensator
130 umfasst ein Rohr131 , eine Rippe132 und einen Bodentank133 sowie einen Kopftank134 . Eine Längsrichtung des Rohres131 entspricht der Aufwärts- und Abwärtsrichtung in2 . Die Rippe132 ist in der Gestalt einer Kurbel ausgebildet und zwischen den Rohren131 so angeordnet, dass sie sich mit den Rohren131 verbinden lässt. Das Rohr131 ist mit dem Tank133 ,134 verbunden, so dass die Verbindung mit dem Tank133 ,134 hergestellt ist. - Der Kondensator
130 ist im Wassertank140 angeordnet. Beim Wassertank140 handelt es sich um einen Behälter oder Container länglicher Gestalt, der der Längsrichtung der Rohres131 entspricht. Ein Einführungsrohr141 zum Einführen von Kühlmittel in den Wassertank140 ist an einem Ende des Wassertanks140 angeordnet, und ein Austragsrohr142 zum Austrag von Kühlmittel nach außen ist am anderen Ende des Wassertanks140 vorgesehen. - Der Kondensator
130 ist an einer Seite des Verdampfers110 angeordnet. Der Kopftank114 des Verdampfers110 und der Kopftank134 des Kondensators130 sind durch den Verbindungskanal115 verbunden, der durch den Kanal120 sowie den Wassertank140 geht. Weiterhin sind der Bodentank113 des Verdampfers110 und der Bodentank133 des Kondensators130 mit dem Rückströmkanal135 verbunden, der durch den Kanal120 und den Wassertank140 geht. Daher wird das Wärmerohr101 geformt, indem der Bodentank113 , das Rohr111 , der Kopftank114 , der Verbindungskanal115 , der Kopftank113 , das Rohr131 , der Bodentank133 und der Rückstromkanal135 in einer Schleife in dieser Reihenfolge verbunden sind. - Ein Spalt oder ein Freiraum ist zwischen dem Kanal
120 und dem Wassertank140 vorgesehen. Orte des Verbindungskanals115 und des Rückstromkanals135 entsprechen einer Position des Spaltes oder Freiraums, so dass die Kanäle115 ,135 als wärmeisolierender Teil121 zwischen dem Verdampfer110 und dem Kondensator130 arbeiten. - Einem dünnwandigen Bandblech (band plate) ist über einen Walzprozess eine Wellengestalt gegeben, so dass die Rippe
112 gewellt wird. Wie in3 dargestellt, wird die Rippe112 in eine Vielzahl von Rippenlagen in Richtung der Breite zwischen den Rohren111 unterteilt. Hier in der ersten Ausführungsform wird die Rippe112 in zwei Rippenlagen1121 ,1122 unterteilt. Jede der Rippenlagen1121 ,1122 ist mit einer Wandfläche) des Rohres111 durch Bildung einer Kehlnaht verbunden. - Weiterhin ist ein Trennblech
116 aus einem dünnwandigen Plattenmaterial zwischen den Rippenlagen1121 ,1122 vorgesehen. Das Blech116 ist mit einer der Rippenlagen und nicht mit der anderen Rippenlage verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist das Blech116 mit der Rippenlage1122 und nicht mit der Rippenlage1121 verbunden, so dass ein die Wirk- oder Arbeitskraft reduzierender Teil112a (Nicht-Verbindungsteil) gebildet wird, der relativ zum Blech116 und der Rippenlage1122 verschiebbar ist. Alternativ kann das Blech116 mit der Rippenlage1121 verbunden werden und ist nicht mit der Rippenlage1122 verbunden, so dass der Nicht-Verbindungsteil112a geformt wird. - Wie oben beschrieben, ist der Verdampfer
110 (Kanal120 ) der Rückgewinnungsvorrichtung100 im Abgasrohr11 an der Abströmseite des Katalysators12 angeordnet, und das Einführungsrohr141 und das Austragsrohr142 der Rückgewinnungsvorrichtung100 sind mit dem Abgaswärmerückgewinnungskreis30 verbunden. - Als Nächstes sollen Arbeitsweise und Vorteil der Rückgewinnungsvorrichtung
100 beschrieben werden. Wird der Motor10 betätigt, so wird auch die Wasserpumpe22 betätigt, so dass Kühlmittel im Radiatorkreis20 , dem Abgaswärmerückgewinnungskreis30 und dem Heizerkreis40 zirkuliert. Im Motor10 erzeugtes Abgas strömt in das Abgasrohr11 durch die Katalysatoranlage12 und wird außen über den Verdampfer110 der Rückgewinnungsvorrichtung100 ausgetragen. Weiterhin tritt im Abgaswärmerückgewinnungskreis30 zirkulierendes Kühlmittel durch den Wassertank140 (Kondensator130 ) der Rückgewinnungsvorrichtung100 . - Nachdem der Motor
10 betätigt wurde, nimmt das Wasser im Verdampfer110 des Wärmerohres101 Wärme aus dem im Kanal120 strömenden Abgas und wird verdampft. Der Dampf steigt über das Rohr111 auf und strömt in den Kondensator130 (den oberen Tank134 und das Rohr131 ) durch den Kopftank114 und den Verbindungskanal115 . Im Kondensator130 strömender Dampf wird gekühlt durch Kühlmittel, das aus dem Abgaswärmerückgewinnungskreis30 in den Wassertank140 strömt und zu Wasser kondensiert wird. Das kondensierte Wasser geht zurück zum Bodentank113 des Verdampfers110 über den Rückströmkanal135 . - Wärme wird vom Abgas auf Wasser übertragen, das heißt, die Wärme wird vom Verdampfer
110 zum Kondensator130 transportiert. Dann wird die übertragene Wärme als kondensierte latente Wärme abgegeben, wenn (Wasser)dampf im Kondensator130 kondensiert wird. Somit wird durch die Vorrichtung zur Abgaswärmerückgewinnung30 strömendes Kühlmittel zwangsweise erwärmt. Das heißt, der Motor10 kann wirksamer aufgewärmt werden. Daher wird der Reibungsverlust des Motors10 vermindert und Brennstoff zur Verbesserung der Kaltstartfähigkeit wird ebenfalls vermindert. Somit wird der Brennstoffverbrauch (Brennstoffwirkungsgrad) verbessert. Weiterhin kann die Aufwärmleistung des Heizerkreises40 (Heizerkern41 ), der Kühlmittel als Wärmequelle verwendet, verbessert werden. Zusätzlich wird ein Teil der Wärme des Abgases vom Verdampfer110 auf den Kondensator130 geleitet (übertragen), und zwar über die Außenwand des Wärmerohres101 . - Weiterhin lässt sich, da die Vielzahl von Rohren
111 und die Vielzahl von Rippen112 im Verdampfer110 vorgesehen sind, die Fläche zur Aufnahme von Wärme aus dem Abgas vergrößern. Daher kann die Verdampfung des Arbeitsfluids im Verdampfer110 beschleunigt werden und die Wärmetransportmenge vom Verdampfer110 zum Kondensator130 lässt sich steigern. - Da weiterhin der Wärmeisolierteil
121 zwischen dem Verdampfer110 und dem Kondensator130 vorgesehen ist, wird der Verdampfer daran gehindert, durch das Kühlmittel im Kondensator130 gekühlt zu werden. Somit kann die kondensierende Arbeit im Verdampfer110 reduziert werden. - Bei der ersten Ausführungsform ist die Rippe
112 des Verdampfers110 aufgeteilt in die Rippenlagen1121 ,1122 ; der Nicht-Verbindungsteil112a (der die Betätigungskraft reduzierende Teil) ist zwischen den Rippenlagen1121 ,1122 vorgesehen. Die Rippenlagen1121 ,1122 sind nicht miteinander aufgrund des Nicht-Verbindungsteils112a verbunden. Wenn beispielsweise ein Strom aus Abgas eine Temperaturverteilung im Kanal120 hat, so wird eine Temperaturdifferenz zwischen den Rohren111 generiert, so dass eine thermische Expansionsdifferenz zwischen den Rohren111 hervorgerufen wird. Bei dieser Ausführungsform jedoch kann aufgrund des Nicht-Verbindungsteils112a die Zugkraft (Betätigungskraft), die auf die Rippenlagen1121 ,1122 ausgeübt wird, reduziert werden. Das heißt, die Rippenlagen oder Rippenschichten1121 ,1122 sind zwischen den Rohren111 entsprechend der Wärmeexpansion der Rohre111 verschiebbar. Daher wird verhindert, dass die Rippenlagen1121 ,1122 beschädigt werden, da die auf die Rippenlagen1121 ,1122 ausgeübte Betätigungskraft reduziert werden kann. - Da weiterhin die Platte bzw. das Blech
116 zwischen den Rippenlagen1121 ,1122 angeordnet ist, überlappen sich ein Kamm (Tal) der Rippenlage1121 und ein Kamm (Tal) der Rippenlage1122 nicht (Kontakt) bezüglich einander, wenn die Rippenlagen1121 ,1122 zwischen den Rohren111 montiert sind. Somit lassen sich die Rippenlagen oder -schichten1121 ,1122 leicht montieren. - Die Rippe
112 ist unterteilt in zwei Rippenlagen1121 ,1122 . Jedoch kann die Rippe112 in drei Lagen1121 ,1122 ,1123 , wie in4 gezeigt, unterteilt werden. In diesem Fall sind Platte oder Blech116 zwischen sich gegenüberstehenden Rippenla gen1121 ,1122 (1122 ,1123 ) angeordnet. Weiterhin kann die Rippe112 in vier oder mehr Rippenlagen unterteilt sein, und die Platte116 kann zwischen sich gegenüberstehenden Rippenlagen angeordnet sein. - (Zweite Ausführungsform)
- Eine zweite Ausführungsform soll nun mit Bezug auf die
5 und6 erläutert werden. Nur eine Wellrippe112 ist zwischen den Rohren111 in Richtung der Breite der zweiten Ausführungsform angeordnet. Die Rippe112 hat einen Krümmungsteil112b (der die Betätigungskraft reduzierende Teil) in der Mitte der Rippe112 zwischen den Rohren111 . Die anderen Teile in der zweiten Ausführungsform sind ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ausgestaltet. - Wie in
5 gezeigt, ist der Krümmungsteil112b dadurch geformt, dass die Rippe112 in etwa in der Mitte zwischen den Rohren111 gebogen wird und verfügt über einen stumpfen Winkel. Der gebogene Teil112b kann aber auch einen spitzen Winkel haben. Alternativ ist, wie in6 gezeigt, der gebogene Teil112b geformt, indem die ganze Rippe112b zwischen den Rohren111 in Form des Buchstabens S gebogen wird. - Hierdurch wird, wenn die Wärmeexpansionsdifferenz zwischen den Rohren
111 in Rohrlängsrichtung erzeugt wird, die Betätigungskraft nicht direkt auf die Rippe112 ausgeübt, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der gebogene Teil112b lineare Gestalt annimmt. Somit wird die Rippe112 daran gehindert, beschädigt zu werden. - Der gebogene oder gekrümmte Teil
112b kann in andere Gestalten, beispielsweise eine Wellenform, außer denen in den5 und6 gezeigten Formen, geformt werden. Weiterhin kann es sich bei der Rippe112 um eine Plattenrippe und nicht um eine Wellrippe handeln. - (Dritte Ausführungsform)
- Eine dritte Ausführungsform soll nun mit Bezug auf
7 beschrieben werden. Der Rückstromkanal135 , welcher den Kondensator und den Verdampfer verbindet, umfasst nach der dritten Ausführungsform einen Ventilmechanismus150 . Die anderen Teile der dritten Ausführungsform können ähnlich denen der ersten und zweiten Ausführungsformen sein. - Der Ventilmechanismus
150 ist aus einer Membran gestaltet und öffnet und schließt den Rückstromkanal135 entsprechend einem Innendruck, beispielsweise des Wärmerohres101 . Der Innendruck des Wärmerohres101 entspricht dem Druck des Arbeitsfluids. Wenn der Innendruck des Wärmerohres101 größer als ein vorbestimmter Wert wird, schließt der Ventilmechanismus150 den Rückstromkanal135 . Wenn der Innendruck des Wärmerohres101 gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert wird, öffnet der Ventilmechanismus150 den Rückstromkanal135 . - Nach Betätigung des Motors
10 wird die Kühlmitteltemperatur erhöht, und der Innendruck des Wärmerohres101 nimmt allmählich zu. Zusätzlich wird der Innendruck des Wärmerohres101 entsprechend dem Arbeitszustand, das heißt Beschleunigung, Verzögerung oder Stoppen des Fahrzeugs, verändert, da eine Menge der Abgaswärme durch die Last des Motors10 verändert wird. - Wenn der Innendruck des Wärmerohres
101 gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert wird, öffnet der Ventilmechanismus150 den Rückstromkanal135 . Dann wird Wärme vom Abgas auf das Kühlmittel transportiert. Das heißt, eine Abgasrückgewinnung erfolgt. - Dann schließt, wenn die Kühlmitteltemperatur größer als ein vorbestimmter Wert (70°C) wird und der Innendruck des Wärmerohres
101 größer als der vorbestimmte Druck wird, der Ventilmechanismus150 den Rückstromkanal135 . Das heißt, der Rückstrom kondensierten Wassers im Wärmerohr101 wird unterbrochen. Dann wird Wasser im Verdampfer110 vollständig verdampft (der Verdampfer110 wird ausgetrocknet), und der Dampf strömt in den Kondensator130 . Weiterhin wird der Dampf zu Wasser kondensiert, und das kondensierte Wasser im Kondensator130 gespeichert. - Das heißt, der Wärmetransport (Abgaswärmerückgewinnung) aufgrund von Verdampfung und Kondensation wird unterbrochen. Das heißt, nur die Wärmeleitung (Transmission) durch die Außenwand des Wärmerohres
101 wird ausgeführt, so dass Wärme auf die Kühlmittelseite übertragen wird. Wird die Abgaswärmerückge winnung weitergeführt, während die Abgastemperatur aufgrund einer erhöhten Last des Motors10 vergrößert wird, kann die Kühlmitteltemperatur zu stark erhöht sein. In diesem Fall kann der Radiator21 überhitzt sein, da eine auf den Radiator21 ausgeübte Last seine Kapazität überschreitet. Bei dieser Ausführungsform jedoch kann der Radiator21 daran gehindert werden, überhitzt zu werden, da die Abgaswärmerückgewinnung unterbrochen werden kann. - Wenn der Innendruck des Wärmerohres
101 gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert wird, öffnet der Ventilmechanismus150 den Rückstromkanal135 wieder, und der Wärmetransport (Abgaswärmerückgewinnung) kann erneut gestartet werden. - Hier öffnet, wenn die Abgaswärmerückgewinnung erneut gestartet wird, der Ventilmechanismus
150 den Rückstromkanal135 , so dass das Arbeitsfluid in das Rohr111 des Verdampfers110 aus dem Kondensator130 rückgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Strömungsdurchsatz des Arbeitsfluids unterschiedlich unter den Rohren111 aufgrund der Differenz in einen Abstand zwischen Ventilmechanismus150 und jedem Rohr111 . Daher wird die Wärmeexpansionsdifferenz leicht durch die Differenz in der Strömungsgröße des Arbeitsfluids erzeugt, zusätzlich zur Temperaturverteilung in der Strömung des Abgases. Dann erzeugt die thermische Expansionsdifferenz eine Wirk- oder Betätigungskraft, und die Betätigungskraft kann die Rippe112 beschädigen. Bei dieser Ausführungsform jedoch kann aufgrund des die Betätigungskraft reduzierenden Teils (der Nicht-Verbindungsteil112a und der gebogene Teil112b ) der Rippe112 die Rippe112 daran gehindert werden, beschädigt zu werden. Wenn also die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung100 den Ventilmechanismus150 umfasst, kann der die Betätigungskraft reduzierende Teil112a ,112b wirksam werden. - Der Ventilmechanismus
150 ist eine Membran oder ein Diaphragma zum Öffnen und Schließen des Rückstromkanals135 entsprechend dem Druck des Arbeitsfluids. Jedoch kann es sich beim Ventilmechanismus150 um ein thermostatisches Ventil handeln, welches Wachs zum Öffnen und Schließen des Rückstromkanals135 entsprechend der Temperatur des Kühlmittels oder des Arbeitsfluids benutzt. - (Andere Ausführungsformen)
- Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen ist der Kondensator
130 an der Seite des Verdampfers110 angeordnet. Der Kondensator130 kann jedoch oberhalb des Verdampfers110 angeordnet sein. In diesem Fall ist das Rohr131 des Kondensators130 horizontal angeordnet. - Solche Änderungen und Modifikationen sind als im Schutzumfang der Erfindung liegend, definiert durch die beiliegenden Ansprüche, anzusehen.
Claims (10)
- Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (
100 ) umfassend: einen Verdampfer (110 ) mit einer Vielzahl von Rohren (111 ), die gemäß einer Anordnungsrichtung ausgerichtet sind, sowie eine Rippe (112 ) zur Erhöhung der Fläche für die Wärmeübertragung, wobei der Verdampfer (110 ) darin befindliches Arbeitsfluid durch die Wärme des aus einer Brennkraftmaschine (10 ) abgegebenen Abgases verdampft; und einen Kondensator (130 ) zur Abgabe von Wärme des Arbeitsfluids, das vom Verdampfer (110 ) gegen das Kühlmittel der Brennkraftmaschine (10 ) fließt, so dass das Arbeitsmedium kondensiert, und das kondensierte Arbeitsmedium bzw. -fluid zum Verdampfer (110 ) rückgeführt wird, wobei die Rippe (112 ) angeordnet ist zwischen den Rohren (111 ) in der Anordnungsrichtung und mit einer Fläche des Rohres (111 ) verbunden ist, die Rippe (112 ) einen die Betätigungskraft reduzierenden Teil (112a ,112b ) zur Reduzierung der auf die Rippe (112 ) entsprechend der Wärmeexpansionsdifferenz zwischen den Rohren (111 ) in Rohrlängsrichtung ausgeübten Betätigungskraft hat, und der die Betätigungskraft reduzierende Teil (112a ,112b ) in der Mitte der Rippe (112 ), in Anordnungsrichtung gesehen, angeordnet ist. - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (
100 ) nach Anspruch 1, wobei die Rippe (112 ) eine Wellrippe von wellenartiger Gestalt ist und in eine Vielzahl von Rippenlagen (1121 ,1122 ,1123 ) in Anordnungsrichtung unterteilt ist, und der die Betätigungskraft reduzierende Teil (112a ,112b ) ein Nicht-Verbindungsteil (112a ) derart ist, dass die sich gegenüberstehenden Rippenlagen (1121 ,1122 ,1123 ) nicht miteinander verbunden sind. - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (
100 ) nach Anspruch 2, weiterhin umfassend: eine Trennplatte oder ein Trennblech (116 ) zum Trennen sich gegenüberstehender Rippenlagen (1121 ,1122 ,1123 ), wobei die Trennplatte (116 ) nur mit einer der sich gegenüberstehenden Rippenlagen verbunden ist. - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (
100 ) nach Anspruch 1, wobei die Rippe (112 ) eine Wellrippe von wellenförmiger Gestalt ist und in eine Vielzahl von Rippenlagen oder Rippenschichten (1121 ,1122 ,1123 ) in Anordnungsrichtung unterteilt ist, und sich gegenüberstehende Rippenlagen (1121 ,1122 ,1123 ) verschiebbar zwischen den Rohren (111 ) sind, wenn wenigstens eine der sich gegenüberstehenden Rippenlagen (1121 ,1122 ,1123 ) den die Betätigungskraft reduzierenden Teil (112a ) hat. - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (
100 ) nach Anspruch 4, weiterhin umfassend: eine Trennplatte (116 ) zum Trennen der sich gegenüberstehenden Rippenlagen (1121 ,1122 ,1123 ), wobei die Trennplatte (116 ) mit nur einer der sich gegenüberstehenden Rippenlagen verbunden ist. - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (
100 ) nach Anspruch 1, wobei der die Betätigungskraft reduzierende Teil (112a ,112b ) ein gebogener Teil (112b ) ist, indem der mittlere Bereich oder der Mittelpunkt der Rippe (112 ) gebogen ist. - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (
100 ) nach Anspruch 6, wobei der gebogene Teil (112b ) in etwa in Mittelposition der Rippe (112 ) zwischen den Rohren (111 ), in Anordnungsrichtung gesehen, angeordnet ist, und der Krümmungsteil (112b ) über einen stumpfen Winkel verfügt. - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (
100 ) nach Anspruch 6, wobei der gebogene Teil (112b ) von S-Form ist. - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (
100 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Rippe (112 ) eine gewellte Rippe von Wellengestalt ist. - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (
100 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin umfassend: einen Ventilmechanismus (150 ) zum Öffnen und Schließen eines Kanals (135 ), durch welchen das Arbeitsfluid vom Kondensator (130 ) zum Verdampfer (110 ) entsprechend wenigstens einem aus der Gruppe Druck des Arbeitsfluids, Temperatur des Kühlmittels und Temperatur des Arbeitsfluids rückgeführt wird.
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