DE102007015533A1

DE102007015533A1 - Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme

Info

Publication number: DE102007015533A1
Application number: DE102007015533A
Authority: DE
Inventors: Masashi Kariya Miyagawa; Fumiaki Kariya Nakamura; Yukinori Kariya Hatano
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2007-10-11
Also published as: JP2007278623A; FR2899960A1; CN100567712C; US20070235164A1; CN101050719A

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 die 1 bis 3 beschrieben werden. Die Vorrichtung 100 wird auf einem Fahrzeug mit einem Motor 10 als Antriebsquelle verwendet und ist zwischen einem Abgasrohr 11 und einem Kreis zur Rückgewinnung von Abgaswärme 30 des Motors, wie in 1 gezeigt, angeordnet.
Beim Motor 10 handelt es sich um eine wassergekühlte Brennkraftmaschine (das heißt eine solche mit innerer Verbrennung), die das Abgasrohr 11 umfasst, durch welches durch einen Brennstoff im Motor 10 erzeugtes Abgas strömt. Das Abgasrohr 11 umfasst einen (Abgas)katalysator 12 zum Reinigen von Abgas. Weiterhin umfasst der Motor 10 einen Radiatorkreis 20, den Abgasrückgewinnungskreis 30 und den Heizerkreis 40. Kühlmittel zum Kühlen des Motors 10 zirkuliert sowohl im Radiatorkreis 20 wie im Kreis 30 zur Abgasrückgewinnung. Der Heizerkreis 40 heizt Klimatisierungsluft unter Verwendung des Kühlmittels (Warmwasser).
Der Radiatorkreis 20 umfasst einen Radiator 21, eine Wasserpumpe 22, die die Zirkulation des Kühlmittels veranlasst, einen Durchlass 23 zur Umgehung des Radiators 21, sowie einen Thermostaten 24. Der Radiator 21 kühlt Kühlmittel, indem er Wärme mit der Außenluft austauscht. Der Thermostat 24 regelt die Kühlmittelmenge, die durch den Radiator 21 strömt sowie eine durch den Durchlass 23 gehende Kühlmittelmenge. Insbesondere, wenn der Warmlauf des Motors 10 stattfindet, wird die Menge an durch den Kanal 23 gehenden Kühlmittels vergrößert, so dass das Warmlaufen des Motors 10 begünstigt ist. Das heißt, eine Unterkühlung des Kühlmittels durch den Radiator 21 kann reduziert werden.
Der Kreis zur Rückgewinnung der Abgaswärme 30 zweigt ab vom Radiatorkreis 20 an einem Auslass des Motors 10 und ist mit der Wasserpumpe 22 verbunden. Aufgrund der Wasserpumpe 22 kann das Kühlmittel zirkulieren. Ein Wassertank 140 (Kondensator 130) der Rückgewinnungsvorrichtung 100 ist mit dem Rückgewinnungskreis 30 verbunden. Der Wassertank 140 (Kondensator 130) wird nun unten beschrieben.
Kühlmittel (Warmwasser) wird in den Heizerkreis 40 aus dem Motor 10 an einer Stelle abgegeben, die sich vom Auslass für den Radiatorkreis 20 unterscheidet; der Hei zerkreis 40 steht in Verbindung mit einer Abströmseite des Kreises zur Abgaswärmerückgewinnung. Ein Heizerkern 41 ist im Heizerkreis 40 angeordnet und dient als Wärmeaustauscher zur Erwärmung. Das Kühlmittel (Warmwasser) zirkuliert im Heizerkreis 40 aufgrund der Wasserpumpe 22. Der Heizerkreis 41 ist in einem Klimatisierungsgehäuse einer Klimatisierungseinheit (nicht dargestellt) angeordnet. Klimatisierungsluft wird durch ein nicht gezeigtes Gebläse geliefert, und der Heizerkern 41 heizt die Klimatisierungsluft, indem Wärme mit dem Warmwasser ausgetauscht wird.
Wie 2 erkennen lässt, umfasst die Rückgewinnungsvorrichtung 100 ein Wärmerohr 101 vom geschleiften Typ (loop-type), in welchem ein Verdampfer 110 und ein Kondensator 130 miteinander über einen Verbindungskanal 115 und einen Rückstromkanal 135 verbunden sind. Der Verdampfer 110 ist in einem Kanal 120 angeordnet, der Kondensator 130 ist im Wassertank 140 vorgesehen.
Das Wärmerohr 101 hat einen nicht gezeigten Füllteil und wird durch den Füllteil entleert (druckentlastet). Dann wird das Arbeitsfluid (Wasser) in das Wärmerohr 101 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 Wärmerohr 101 hat jedoch einen Siedepunkt von 5 bis 10°C, weil das Wärmerohr 101 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 Rohre 111, Rippen 112, einen Bodentank 113 und einen Kopftank 114. Beim Rohr 111 handelt es sich um ein langes und dünnes Rohr flacher Gestalt; die Längsrichtung des Rohres 111 entspricht der Aufwärts- und Abwärtsrichtung der 2. Die Rohre 111 sind in Richtung der Breite entsprechend einer Links-rechts-Richtung in 2 angeordnet, und eine vorbestimmte Rohrteilung (Intervall) ist zwischen den Rohren 111 vorgesehen. Weiterhin sind die Rohre 111 in Richtung der Dicke senkrecht zur Rohrlängsrichtung und der Breitenrichtung angeordnet.
Die Rippe 112 kann aus einem dünnwandigen Material bestehen und ist zwischen den Rohren 111 in Richtung der Breite angeordnet und mit jeder Außenwand (Fläche) der Rohre 111 verbunden. Die Rippe 112 wird weiter unten erläutert werden.
Beim Bodentank 113 handelt es sich um einen flachen Behälter, der an einem Bodenende des Rohres 111 in Längsrichtung angeordnet ist. Beim Kopftank 114 handelt es sich um einen flachen Behälter oder Container, der am Kopfende des Rohres 111 in Längsrichtung angeordnet ist. Sowohl der Bodentank 113 wie der Kopftank 114 verfügen über ein Loch (nicht dargestellt); das Rohr 111 ist in das Loch eingeführt, um mit dem Tank 113 bzw. 114 verbunden zu werden. So kann das Rohr 111 die Verbindung mit den Tanks 113, 114 herstellen.
Der Verdampfer 110 ist im Kanal oder der Leitung 120 angeordnet. Der Kanal 120 ist ein Zylinder mit dem Querschnitt eines Rechtecks, und Abgas strömt innerhalb des Kanals 120, wie weiter unten erläutert werden wird. Der Verdampfer 110 ist im Kanal 120 derart angeordnet, dass die Dickenrichtung einer Strömungsrichtung des Abgases entspricht.
Der Kondensator 130 umfasst ein Rohr 131, eine Rippe 132 und einen Bodentank 133 sowie einen Kopftank 134. Eine Längsrichtung des Rohres 131 entspricht der Aufwärts- und Abwärtsrichtung in 2. Die Rippe 132 ist in der Gestalt einer Kurbel ausgebildet und zwischen den Rohren 131 so angeordnet, dass sie sich mit den Rohren 131 verbinden lässt. Das Rohr 131 ist mit dem Tank 133, 134 verbunden, so dass die Verbindung mit dem Tank 133, 134 hergestellt ist.
Der Kondensator 130 ist im Wassertank 140 angeordnet. Beim Wassertank 140 handelt es sich um einen Behälter oder Container länglicher Gestalt, der der Längsrichtung der Rohres 131 entspricht. Ein Einführungsrohr 141 zum Einführen von Kühlmittel in den Wassertank 140 ist an einem Ende des Wassertanks 140 angeordnet, und ein Austragsrohr 142 zum Austrag von Kühlmittel nach außen ist am anderen Ende des Wassertanks 140 vorgesehen.
Der Kondensator 130 ist an einer Seite des Verdampfers 110 angeordnet. Der Kopftank 114 des Verdampfers 110 und der Kopftank 134 des Kondensators 130 sind durch den Verbindungskanal 115 verbunden, der durch den Kanal 120 sowie den Wassertank 140 geht. Weiterhin sind der Bodentank 113 des Verdampfers 110 und der Bodentank 133 des Kondensators 130 mit dem Rückströmkanal 135 verbunden, der durch den Kanal 120 und den Wassertank 140 geht. Daher wird das Wärmerohr 101 geformt, indem der Bodentank 113, das Rohr 111, der Kopftank 114, der Verbindungskanal 115, der Kopftank 113, das Rohr 131, der Bodentank 133 und der Rückstromkanal 135 in einer Schleife in dieser Reihenfolge verbunden sind.
Ein Spalt oder ein Freiraum ist zwischen dem Kanal 120 und dem Wassertank 140 vorgesehen. Orte des Verbindungskanals 115 und des Rückstromkanals 135 entsprechen einer Position des Spaltes oder Freiraums, so dass die Kanäle 115, 135 als wärmeisolierender Teil 121 zwischen dem Verdampfer 110 und dem Kondensator 130 arbeiten.
Einem dünnwandigen Bandblech (band plate) ist über einen Walzprozess eine Wellengestalt gegeben, so dass die Rippe 112 gewellt wird. Wie in 3 dargestellt, wird die Rippe 112 in eine Vielzahl von Rippenlagen in Richtung der Breite zwischen den Rohren 111 unterteilt. Hier in der ersten Ausführungsform wird die Rippe 112 in zwei Rippenlagen 1121, 1122 unterteilt. Jede der Rippenlagen 1121, 1122 ist mit einer Wandfläche) des Rohres 111 durch Bildung einer Kehlnaht verbunden.
Weiterhin ist ein Trennblech 116 aus einem dünnwandigen Plattenmaterial zwischen den Rippenlagen 1121, 1122 vorgesehen. Das Blech 116 ist mit einer der Rippenlagen und nicht mit der anderen Rippenlage verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist das Blech 116 mit der Rippenlage 1122 und nicht mit der Rippenlage 1121 verbunden, so dass ein die Wirk- oder Arbeitskraft reduzierender Teil 112a (Nicht-Verbindungsteil) gebildet wird, der relativ zum Blech 116 und der Rippenlage 1122 verschiebbar ist. Alternativ kann das Blech 116 mit der Rippenlage 1121 verbunden werden und ist nicht mit der Rippenlage 1122 verbunden, so dass der Nicht-Verbindungsteil 112a geformt wird.
Wie oben beschrieben, ist der Verdampfer 110 (Kanal 120) der Rückgewinnungsvorrichtung 100 im Abgasrohr 11 an der Abströmseite des Katalysators 12 angeordnet, und das Einführungsrohr 141 und das Austragsrohr 142 der Rückgewinnungsvorrichtung 100 sind mit dem Abgaswärmerückgewinnungskreis 30 verbunden.
Als Nächstes sollen Arbeitsweise und Vorteil der Rückgewinnungsvorrichtung 100 beschrieben werden. Wird der Motor 10 betätigt, so wird auch die Wasserpumpe 22 betätigt, so dass Kühlmittel im Radiatorkreis 20, dem Abgaswärmerückgewinnungskreis 30 und dem Heizerkreis 40 zirkuliert. Im Motor 10 erzeugtes Abgas strömt in das Abgasrohr 11 durch die Katalysatoranlage 12 und wird außen über den Verdampfer 110 der Rückgewinnungsvorrichtung 100 ausgetragen. Weiterhin tritt im Abgaswärmerückgewinnungskreis 30 zirkulierendes Kühlmittel durch den Wassertank 140 (Kondensator 130) der Rückgewinnungsvorrichtung 100.
Nachdem der Motor 10 betätigt wurde, nimmt das Wasser im Verdampfer 110 des Wärmerohres 101 Wärme aus dem im Kanal 120 strömenden Abgas und wird verdampft. Der Dampf steigt über das Rohr 111 auf und strömt in den Kondensator 130 (den oberen Tank 134 und das Rohr 131) durch den Kopftank 114 und den Verbindungskanal 115. Im Kondensator 130 strömender Dampf wird gekühlt durch Kühlmittel, das aus dem Abgaswärmerückgewinnungskreis 30 in den Wassertank 140 strömt und zu Wasser kondensiert wird. Das kondensierte Wasser geht zurück zum Bodentank 113 des Verdampfers 110 über den Rückströmkanal 135.
Wärme wird vom Abgas auf Wasser übertragen, das heißt, die Wärme wird vom Verdampfer 110 zum Kondensator 130 transportiert. Dann wird die übertragene Wärme als kondensierte latente Wärme abgegeben, wenn (Wasser)dampf im Kondensator 130 kondensiert wird. Somit wird durch die Vorrichtung zur Abgaswärmerückgewinnung 30 strömendes Kühlmittel zwangsweise erwärmt. Das heißt, der Motor 10 kann wirksamer aufgewärmt werden. Daher wird der Reibungsverlust des Motors 10 vermindert und Brennstoff zur Verbesserung der Kaltstartfähigkeit wird ebenfalls vermindert. Somit wird der Brennstoffverbrauch (Brennstoffwirkungsgrad) verbessert. Weiterhin kann die Aufwärmleistung des Heizerkreises 40 (Heizerkern 41), der Kühlmittel als Wärmequelle verwendet, verbessert werden. Zusätzlich wird ein Teil der Wärme des Abgases vom Verdampfer 110 auf den Kondensator 130 geleitet (übertragen), und zwar über die Außenwand des Wärmerohres 101.
Weiterhin lässt sich, da die Vielzahl von Rohren 111 und die Vielzahl von Rippen 112 im Verdampfer 110 vorgesehen sind, die Fläche zur Aufnahme von Wärme aus dem Abgas vergrößern. Daher kann die Verdampfung des Arbeitsfluids im Verdampfer 110 beschleunigt werden und die Wärmetransportmenge vom Verdampfer 110 zum Kondensator 130 lässt sich steigern.
Da weiterhin der Wärmeisolierteil 121 zwischen dem Verdampfer 110 und dem Kondensator 130 vorgesehen ist, wird der Verdampfer daran gehindert, durch das Kühlmittel im Kondensator 130 gekühlt zu werden. Somit kann die kondensierende Arbeit im Verdampfer 110 reduziert werden.
Bei der ersten Ausführungsform ist die Rippe 112 des Verdampfers 110 aufgeteilt in die Rippenlagen 1121, 1122; der Nicht-Verbindungsteil 112a (der die Betätigungskraft reduzierende Teil) ist zwischen den Rippenlagen 1121, 1122 vorgesehen. Die Rippenlagen 1121, 1122 sind nicht miteinander aufgrund des Nicht-Verbindungsteils 112a verbunden. Wenn beispielsweise ein Strom aus Abgas eine Temperaturverteilung im Kanal 120 hat, so wird eine Temperaturdifferenz zwischen den Rohren 111 generiert, so dass eine thermische Expansionsdifferenz zwischen den Rohren 111 hervorgerufen wird. Bei dieser Ausführungsform jedoch kann aufgrund des Nicht-Verbindungsteils 112a die Zugkraft (Betätigungskraft), die auf die Rippenlagen 1121, 1122 ausgeübt wird, reduziert werden. Das heißt, die Rippenlagen oder Rippenschichten 1121, 1122 sind zwischen den Rohren 111 entsprechend der Wärmeexpansion der Rohre 111 verschiebbar. Daher wird verhindert, dass die Rippenlagen 1121, 1122 beschädigt werden, da die auf die Rippenlagen 1121, 1122 ausgeübte Betätigungskraft reduziert werden kann.
Da weiterhin die Platte bzw. das Blech 116 zwischen den Rippenlagen 1121, 1122 angeordnet ist, überlappen sich ein Kamm (Tal) der Rippenlage 1121 und ein Kamm (Tal) der Rippenlage 1122 nicht (Kontakt) bezüglich einander, wenn die Rippenlagen 1121, 1122 zwischen den Rohren 111 montiert sind. Somit lassen sich die Rippenlagen oder -schichten 1121, 1122 leicht montieren.
Die Rippe 112 ist unterteilt in zwei Rippenlagen 1121, 1122. Jedoch kann die Rippe 112 in drei Lagen 1121, 1122, 1123, wie in 4 gezeigt, unterteilt werden. In diesem Fall sind Platte oder Blech 116 zwischen sich gegenüberstehenden Rippenla gen 1121, 1122 (1122, 1123) angeordnet. Weiterhin kann die Rippe 112 in vier oder mehr Rippenlagen unterteilt sein, und die Platte 116 kann zwischen sich gegenüberstehenden Rippenlagen angeordnet sein.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform soll nun mit Bezug auf die 5 und 6 erläutert werden. Nur eine Wellrippe 112 ist zwischen den Rohren 111 in Richtung der Breite der zweiten Ausführungsform angeordnet. Die Rippe 112 hat einen Krümmungsteil 112b (der die Betätigungskraft reduzierende Teil) in der Mitte der Rippe 112 zwischen den Rohren 111. Die anderen Teile in der zweiten Ausführungsform sind ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ausgestaltet.
Wie in 5 gezeigt, ist der Krümmungsteil 112b dadurch geformt, dass die Rippe 112 in etwa in der Mitte zwischen den Rohren 111 gebogen wird und verfügt über einen stumpfen Winkel. Der gebogene Teil 112b kann aber auch einen spitzen Winkel haben. Alternativ ist, wie in 6 gezeigt, der gebogene Teil 112b geformt, indem die ganze Rippe 112b zwischen den Rohren 111 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 Rippe 112 ausgeübt, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der gebogene Teil 112b lineare Gestalt annimmt. Somit wird die Rippe 112 daran gehindert, beschädigt zu werden.
Der gebogene oder gekrümmte Teil 112b kann in andere Gestalten, beispielsweise eine Wellenform, außer denen in den 5 und 6 gezeigten Formen, geformt werden. Weiterhin kann es sich bei der Rippe 112 um eine Plattenrippe und nicht um eine Wellrippe handeln.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform soll nun mit Bezug auf 7 beschrieben werden. Der Rückstromkanal 135, welcher den Kondensator und den Verdampfer verbindet, umfasst nach der dritten Ausführungsform einen Ventilmechanismus 150. 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 Rückstromkanal 135 entsprechend einem Innendruck, beispielsweise des Wärmerohres 101. Der Innendruck des Wärmerohres 101 entspricht dem Druck des Arbeitsfluids. Wenn der Innendruck des Wärmerohres 101 größer als ein vorbestimmter Wert wird, schließt der Ventilmechanismus 150 den Rückstromkanal 135. Wenn der Innendruck des Wärmerohres 101 gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert wird, öffnet der Ventilmechanismus 150 den Rückstromkanal 135.
Nach Betätigung des Motors 10 wird die Kühlmitteltemperatur erhöht, und der Innendruck des Wärmerohres 101 nimmt allmählich zu. Zusätzlich wird der Innendruck des Wärmerohres 101 entsprechend dem Arbeitszustand, das heißt Beschleunigung, Verzögerung oder Stoppen des Fahrzeugs, verändert, da eine Menge der Abgaswärme durch die Last des Motors 10 verändert wird.
Wenn der Innendruck des Wärmerohres 101 gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert wird, öffnet der Ventilmechanismus 150 den Rückstromkanal 135. 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 Ventilmechanismus 150 den Rückstromkanal 135. Das heißt, der Rückstrom kondensierten Wassers im Wärmerohr 101 wird unterbrochen. Dann wird Wasser im Verdampfer 110 vollständig verdampft (der Verdampfer 110 wird ausgetrocknet), und der Dampf strömt in den Kondensator 130. Weiterhin wird der Dampf zu Wasser kondensiert, und das kondensierte Wasser im Kondensator 130 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 Motors 10 vergrößert wird, kann die Kühlmitteltemperatur zu stark erhöht sein. In diesem Fall kann der Radiator 21 überhitzt sein, da eine auf den Radiator 21 ausgeübte Last seine Kapazität überschreitet. Bei dieser Ausführungsform jedoch kann der Radiator 21 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 Ventilmechanismus 150 den Rückstromkanal 135 wieder, und der Wärmetransport (Abgaswärmerückgewinnung) kann erneut gestartet werden.
Hier öffnet, wenn die Abgaswärmerückgewinnung erneut gestartet wird, der Ventilmechanismus 150 den Rückstromkanal 135, so dass das Arbeitsfluid in das Rohr 111 des Verdampfers 110 aus dem Kondensator 130 rückgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Strömungsdurchsatz des Arbeitsfluids unterschiedlich unter den Rohren 111 aufgrund der Differenz in einen Abstand zwischen Ventilmechanismus 150 und jedem Rohr 111. 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 Rippe 112 beschädigen. Bei dieser Ausführungsform jedoch kann aufgrund des die Betätigungskraft reduzierenden Teils (der Nicht-Verbindungsteil 112a und der gebogene Teil 112b) der Rippe 112 die Rippe 112 daran gehindert werden, beschädigt zu werden. Wenn also die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 den Ventilmechanismus 150 umfasst, kann der die Betätigungskraft reduzierende Teil 112a, 112b wirksam werden.
Der Ventilmechanismus 150 ist eine Membran oder ein Diaphragma zum Öffnen und Schließen des Rückstromkanals 135 entsprechend dem Druck des Arbeitsfluids. Jedoch kann es sich beim Ventilmechanismus 150 um ein thermostatisches Ventil handeln, welches Wachs zum Öffnen und Schließen des Rückstromkanals 135 entsprechend der Temperatur des Kühlmittels oder des Arbeitsfluids benutzt.
(Andere Ausführungsformen)
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen ist der Kondensator 130 an der Seite des Verdampfers 110 angeordnet. Der Kondensator 130 kann jedoch oberhalb des Verdampfers 110 angeordnet sein. In diesem Fall ist das Rohr 131 des Kondensators 130 horizontal angeordnet.
Solche Änderungen und Modifikationen sind als im Schutzumfang der Erfindung liegend, definiert durch die beiliegenden Ansprüche, anzusehen.

Claims

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.