DE102007032790A1 - Abwärmerückgewinnungsvorrichtung - Google Patents

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Yasutoshi Kariya Yamanaka
Seiji Kariya Inoue
Kimio Kariya Kohara
Kenshirou Kariya Muramatsu
Takahiro Kariya Maeda
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Abstract

Abwärmerückgewinnungsvorrichtung, die eine Wärmetauschleistung selbst im geneigten Zustand sichern kann, versehen mit einem Verdampferapparat, der Wärme zwischen einem Abgas und einem darin eingeschlossenen verdampfbaren und kondensierbaren Arbeitsfluid austauscht und dadurch das Arbeitsfluid verdampft, und einem Kondensator, der Wärme zwischen dem durch den Verdampferapparat verdampften Arbeitsfluid und dem Kühlwasser austauscht und dadurch das Arbeitsfluid kondensiert, wobei der Verdampfapparat und der Kondensator in einem geschlossenen Kreiskanal angeordnet sind, durch den das Arbeitsfluid zirkuliert, der Verdampfapparat und der Kondensator in der im Wesentlichen horizontalen Richtung nebeneinander angeordnet sind, der Verdampferapparat mit mehreren parallel angeordneten verdampfungsseitigen Wärmerohren versehen ist und mit einem ersten verdampfungsseitigen Verteiler, der mit den einen Enden der mehreren verdampferseitigen Wärmerohre in Verbindung steht, und einem zweiten verdampfungsseitigen Verteiler, der mit den anderen Enden in Verbindung steht, versehen ist, und, wenn die Vorrichtung in einem Fahrzeug in einem horizontalen Zustand montiert ist, der unten angeordnete zweite verdampfungsseitige Verteiler von den zwei verdampfungsseitigen Verteilern mit der Seite entfernt vom Kondensator niedriger als die Seite nahe zu ihm positioniert ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung, die für ein Kraftfahrzeug oder ein anderes Fahrzeug verwendbar ist.
  • 2. Technischer Hintergrund
  • In den letzten Jahren ist die Technik bekannt gewesen, das Prinzip eines Wärmerohres zu benutzen, um die Abwärme des Abgases aus dem Abgassystem eines Motors eines Fahrzeugs rückzugewinnen und diese Abwärme zum Unterstützen eines Aufwärmvorgangs und dergleichen zu nutzen.
  • Diese Abwärmerückgewinnungsvorrichtung enthält einen Verdampfapparat des Wärmerohrs in einem Abgasrohr des Motors und einen Kondensator des Wärmerohrs im Kühlwasserkanal des Motors und verwendet die Abwärme des Abgases, um das Kühlwasser zu heizen (siehe zum Beispiel die japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 62-268722) .
  • Weiter wurde als Wärmetauscher, der das Prinzip eines Wärmerohrs nutzt, ein schleifenartiger Wärmerohr-Wärmetauscher vorgeschlagen (siehe zum Beispiel die japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 4-45393 ). Dieser hat einen geschlossenen Umlaufkanal, der eine geschlossene Schleife bildet, ein verdampf bares und kondensierbares Wärmeübertragungsfluid, das im Umlaufkanal eingeschlossen ist, einen im Umlaufkanal angeordneten Verdampfapparat zum Verdampfen des Arbeitsfluids durch von außen eingegebener Wärme und einen an einer Position höher als der Verdampfapparat des Umlaufkanals angeordneten Kondensator zum Wärmeaustausch zwischen dem durch den Verdampfapparat verdampften Wärmeübertragungsfluid und dem Fluid, auf das Wärme von außen übertragen wurde.
  • Die durch die Erfindung zu lösenden Probleme zusammenfassend ist es beim Vorsehen einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung einer einfachen, kompakten Konstruktion, die zur Montage in einem Fahrzeug vorteilhaft ist, bevorzugt, den Verdampfapparat und den Kondensator zu kombinieren. Als ein Beispiel kann man sich eine Konfiguration vorstellen, wie sie beispielsweise in 7 dargestellt ist, bei welcher der Verdampfapparat J1 und der Kondensator J2 nebeneinander in der horizontalen Richtung angeordnet sind und die zwei Enden in den vertikalen Richtungen der Wärmerohre J3 des Verdampfapparats J1 und des Kondensators J2 durch Verteiler (Verbindungsteile) J5 in Verbindung stehen.
  • Bei der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung strömt das am Verdampfapparat J1 verdampfte Arbeitsfluid durch den oberen Verteiler J5 in den Kondensator J2. Der Kondensator J2 kondensiert das Arbeitsfluid, das zu einer Flüssigkeit wird, die dann durch den unteren Verteiler J5 in den Verdampfapparat J1 strömt. Aufgrund des Gleichgewichts zwischen der Verdampfung des Arbeitsfluids in einem solchen Verdampfapparat J1 und der Kondensation des Arbeitsfluids im Kondensator J2 entsteht ein Unterschied im Niveau des Arbeitsfluids (Flüssigkeit) (Wassersäulendifferenz h1) zwischen dem Verdampfapparat J1 und dem Kondensator J2. Durch diese Wassersäulendifferenz h1 wird das Arbeitsfluid vom Kondensator J2 zum Verdampfapparat J1 zurückgedrückt. Hierdurch wird das Arbeitsfluid zirkuliert.
  • Wenn sich das Fahrzeug neigt und, wie in 8 dargestellt, die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung in der horizontalen Richtung geneigt wird, sodass der Verdampfapparat J1 in der vertikalen Richtung höher als der Kondensator J2 wird, wird die Wassersäulendifferenz h2 zwischen dem Verdampfapparat J1 und dem Kondensator J2 kleiner. Aus diesem Grund gibt es das Problem, dass eine ausreichende Menge des Arbeitsfluids nicht länger vom Kondensator J2 zum Verdampfapparat J1 zurückgedrückt werden kann und die Wärmetauschleistung deutlich sinkt.
  • Eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung kann jedoch den Kraftstoffverbrauch und die Wärmetauschleistung verbessern, da es möglich ist, zur Zeit des Startens im Winter die Temperatur des Kühlwassers durch Rückgewinnung der Abwärme früh zu erhöhen. Um andererseits ein Überhitzen zur Zeit einer hohen Motorlast im Sommer zu vermeiden, ist es möglich, die Rückgewinnung der Abwärme zu stoppen. Aus diesem Grund ist, wie in 9 dargestellt, die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung vorzugsweise mit einem Ventilmechanismus J6 zum Stoppen der Zirkulation des Arbeitsfluids versehen. Man beachte, dass 9 einen Zustand zeigt, in dem die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung bezüglich der Horizontalen geneigt ist, sodass der Verdampfapparat J1 höher als der Kondensator J2 liegt.
  • Die in 9 dargestellte Abwärmerückgewinnungsvorrichtung ist mit einem verdampfungsseitigen Verbindungsteil J71, das das durch den Verdampfapparat J1 verdampfte Arbeitsfluid zum Kondensator J2 leitet, und einem kondensationsseitigen Verbindungsteil J72, das das am Kondensator J2 kondensierte Arbeitsfluid zum Verdampfapparat J1 leitet, versehen. Ferner ist das Ende des kondensationsseitigen Verbindungsteils J72 auf der Seite des Verdampfapparats J1 mit dem Wärmerohr J2 verbunden, das auf der Seite des Verdampfapparats J1 am nächsten zum Kondensator J2 angeordnet ist.
  • In einer mit einem solchen Ventilmechanismus J6 versehenen Abwärmerückgewinnungsvorrichtung tritt im Ventilmechanismus J6 ein Druckverlust auf, sodass es, wenn die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung so geneigt wird, dass der Verdampfapparat J1 höher als der Kondensator J2 liegt, für das Arbeitsfluid schwierig wird, vom Kondensator 2 zum Verdampfapparat 1 zurückgedrückt werden, und das Arbeitsfluid bleibt schließlich im kondensationsseitigen Verbindungsteil J72. Falls in diesem Zustand eine Umgebung niedriger Temperatur vorliegt, existiert das Problem, dass das im kondensationsseitigen Verbindungsteil J72 verbleibende Arbeitsfluid gefriert und das kondensationsseitige Verbindungsteil J72 schließlich blockiert wird. Weiter existiert zusammen mit dem Gefrieren des im kondensationsseitigen Verbindungsteil J72 verbleibenden Arbeitsfluids das Problem, dass der durch die Volumenexpansion auftretende Innendruck schließlich die Druckfestigkeit des kondensationsseitigen Verbindungsteils J72 übersteigt und es bricht.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung vorzusehen, die eine Wärmetauschleistung sichern kann, selbst wenn sie geneigt ist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe, eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung vorzusehen, die eine Blockade oder ein Brechen eines kondensationsseitigen Verbindungsteils verhindern kann, wenn sie geneigt ist.
  • Um die obigen Aufgaben zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung vor, die in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsquelle für den Betrieb angeordnet ist und versehen ist mit einem Verdampfapparat (1), der in einem Abgaskanal angeordnet ist, durch den vom Verbrennungsmotor abgegebenes Abgas strömt, der Wärme zwischen dem Abgas und einem darin eingeschlossenen, verdampfbaren und kondensierbaren Arbeitsfluid austauscht und der dadurch das Arbeitsfluid verdampft, und einem Kondensator (2), der in dem Kühlwasserkanal angeordnet ist, durch den ein Kühlwasser des Verbrennungsmotors strömt, der Wärme zwischen dem durch den Verdampfapparat (1) verdampften Arbeitsfluid und dem Kühlwasser austauscht und der dadurch das Arbeitsfluid kondensiert, wobei der Verdampfapparat (1) und der Kondensator (2) in einem geschlossenen Kreiskanal angeordnet sind, durch den das Arbeitsfluid zirkuliert, der Verdampfapparat (1) und der Kondensator (2) in der im Wesentlichen horizontalen Richtung nebeneinander angeordnet sind, der Verdampfapparat (1) mehrere verdampfungsseitige Wärmerohre (3a) aufweist, die parallel angeordnet sind, und mit einem ersten Verbindungsteil (51a), das mit ersten Enden der mehreren verdampfungsseitigen Wärmerohre (3a) in Verbindung steht, und einem zweiten Verbindungsteil (52a), das mit den anderen Enden in Verbindung steht, versehen ist, und das von den zwei Verbindungsteilen (51a, 52a) unten angeordnete zweite Verbindungsteil (52a), wenn die Vorrichtung in einem Fahrzeug im horizontalen Zustand montiert ist, mit der vom Kondensator (2) entfernten Seite niedriger als die zu ihm nahe Seite positioniert ist.
  • Auf diese Weise kann durch Positionieren des von den zwei Verbindungsteilen (51a, 52a) unten angeordneten zweiten Verbindungsteils (52a) im Voraus mit der vom Kondensator (2) entfernten Seite niedriger als die nahe Seite, wenn die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung insgesamt so geneigt wird, dass der Verdampfapparat (1) höher als der Kondensator (2) liegt, die Wassersäulendifferenz zwischen dem Verdampfapparat (1) und dem Kondensator (2) davon abgehalten werden, klein zu werden. Hierdurch kann selbst im geneigten Zustand eine ausreichende Menge des Arbeitsfluids vom Kondensator (2) zum Verdampfapparat (1) zurückgedrückt werden, sodass die Wärmetauschleistung gewährleistet werden kann.
  • Weiter ist in der vorliegenden Erfindung eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung vorgesehen, die in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsquelle zum Betrieb angeordnet ist und versehen ist mit einem Verdampfapparat (1), der in einem Abgaskanal angeordnet ist, durch den ein vom Verbrennungsmotor ausgegebenes Abgas strömt, der Wärme zwischen dem Abgas und einem darin eingeschlossenen, verdampfbaren und kondensierbaren Arbeitsfluid austauscht und der dadurch das Arbeitsfluid verdampft, einem Kondensator (2), der im Kühlwasserkanal angeordnet ist, durch den ein Kühlwasser des Verbrennungsmotors strömt, der Wärme zwischen dem durch den Verdampfapparat (1) verdampften Arbeitsfluid und dem Kühlwasser austauscht und der dadurch das Arbeitsfluid kondensiert, einem verdampfungsseitigen Verbindungsteil (71) zum Leiten des am Verdampfapparat (1) verdampften Arbeitsfluids zum Kondensator (2) und einem kondensationsseitigen Verbindungsteil (72) zum Leiten des am Kondensator (2) kondensierten Arbeitsfluids zum Verdampfapparat (1), wobei, wenn die Vorrichtung in einem Fahrzeug im horizontalen Zustand montiert ist, das kondensationsseitige Verbindungsteil (72) mit der Seite entfernt vom Kondensator (2) niedriger als die Seite nahe zum Kondensator (2) positioniert ist.
  • Demgemäß kann, wenn die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung insgesamt geneigt wird, sodass der Verdampfapparat (1) höher als der Kondensator (2) liegt, die Wassersäulendifferenz des Verdampfapparats (1) und des Kondensators (2) davon abgehalten werden, klein zu werden. Hierdurch kann selbst im geneigten Zustand eine ausreichende Menge des Arbeitsfluids vom Kondensator (2) zum Verdampfapparat (1) zurückgedrückt werden, sodass die Wärmetauschleistung gewährleistet werden kann.
  • Ferner ist es möglich, wenn die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung insgesamt geneigt ist, sodass der Verdampfapparat (1) höher als der Kondensator (2) liegt, zu verhindern, dass das Arbeitsfluid schließlich im kondensationsseitigen Verbindungsteil (72) bleibt. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Blockade oder einen Bruch des kondensationsseitigen Verbindungsteils (72) bei einer Umgebung niedriger Temperatur zu verhindern.
  • Ferner können bei den obigen Abwärmerückgewinnungsvorrichtungen die unteren Enden der verdampfungsseitigen Wärmerohre (3a) auf der Seite entfernt vom Kondensator (2) von den mehreren verdampfungsseitigen Wärmerohren (3a) niedriger als die unteren Enden der verdampfungsseitigen Wärmerohre (3a) auf der nahen Seite positioniert werden.
  • Ferner können die obigen Abwärmerückgewinnungsvorrichtungen weiter mit einem Ventilmechanismus (6) versehen sein, der an einer stromabwärtigen Seite im Kondensator (2) vorgesehen ist und den Kanal, durch den das kondensierte Arbeitsfluid in den Verdampfapparat (1) strömt, schaltet.
  • In diesem Fall tritt ein Druckverlust im Ventilmechanismus (6) auf, sodass, wenn die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung geneigt wird, sodass der Verdampfapparat (1) höher als der Kondensator (2) liegt, es für das Arbeitsfluid schwierig wird, vom Kondensator (2) zum Verdampfapparat (1) zurückzulaufen. Deshalb können durch Vorsehen des Ventilmechanismus (6) die Merkmale effektiver gemacht werden.
  • Man beachte, dass die Bezugsziffern in Klammern nach den obigen Einrichtungen die Entsprechung zu speziellen Einrichtungen zeigen, die in den später erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben sind.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen klarer. Darin zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 eine Querschnittsansicht einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 3 eine Querschnittsansicht einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
  • 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils A von 3;
  • 5 eine Querschnittsansicht einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
  • 6 eine Querschnittsansicht einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
  • 7 eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Abwärmerückgewinnungsvorrichtung;
  • 8 eine Querschnittsansicht des Zustandes einer bezüglich der Horizontalen geneigten herkömmlichen Abwärmerückgewinnungsvorrichtung; und
  • 9 eine Querschnittsansicht des Zustandes einer bezüglich der Horizontalen geneigten Abwärmerückgewinnungsvorrichtung mit einem herkömmlichen Ventilmechanismus J6.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • Es wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung basierend auf 1 erläutert. Die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels gewinnt die Abwärme des Abgases aus dem Abgassystem des Motors eines Fahrzeugs (Verbrennungsmotor) zurück und nutzt diese Abwärme zum Unterstützen, eines Aufwärmvorgangs.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in 1 dargestellt, ist die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit einem Verdampfapparat 1 und einem Kondensator 2 versehen.
  • Der Verdampfapparat 1 ist innerhalb eines ersten Gehäuses 100 vorgesehen, das in einem Abgasrohr eines nicht dargestellten Motors angeordnet ist. Ferner führt der Verdampfapparat 1 einen Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und dem später erläuterten Arbeitsfluid durch und verdampft das Arbeitsfluid.
  • Der Kondensator 2 ist außerhalb des Abgasrohrs vorgesehen und ist innerhalb eines zweiten Gehäuses 200 vorgesehen, das im Kühlwasserkanal eines nicht dargestellten Motors angeordnet ist. Weiter tauscht der Kondensator 2 Wärme zwischen dem durch den Verdampfapparat 1 verdampften Arbeitsfluid und dem Motorkühlwasser aus, um das Arbeitsfluid zu kondensieren. Das zweite Gehäuse 200 ist mit einem Kühlwassereinströmanschluss 201, der mit der Kühlwasserauslassseite des Motors verbunden ist, und einem Kühlwasserausströmanschluss 202, der mit der Kühlwassereinlassseite des Motors verbunden ist, versehen.
  • Der Verdampfapparat 1 und der Kondensator 2 sind in der horizontalen Richtung nebeneinander angeordnet. Normalerweise ist ein Abgasrohr (nicht dargestellt) über die Vorne/Hinten-Richtung des Fahrzeugs vorgesehen, sodass die Anordnungsrichtungen des Verdampfapparats 1 und des Kondensators 2 in der Fahrzeugbreitenrichtung liegen.
  • Als nächstes wird der Aufbau des Verdampfapparats 1 erläutert.
  • Der Verdampfapparat 1 weist mehrere verdampfungsseitige Wärmerohre 3a und mit den Außenseiten der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a verbundene Weltrippen 4a auf. Die verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a sind abgeflacht ausgebildet, sodass die Zirkulationsrichtung des Abgases (Richtung senkrecht zur Zeichenebene) zur langen Durchmesserrichtung passt, und sie sind parallel angeordnet, sodass ihre Längsrichtungen zur vertikalen Richtung passen.
  • Im Verdampfapparat 1 sind an den zwei Enden der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a in der Längsrichtung verdampfungsseitige Verteiler 5a, die sich in der Stapelrichtung der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a erstrecken und mit allen verdampfungsseitigen Wärmerohren 3a in Verbindung stehen, vorgesehen. Der am oberen Ende der Abgasrückgewinnungsvorrichtung angeordnete verdampfungsseitige Verteiler 5a von den verdampfungsseitigen Verteilern 5a wird als der „erste verdampfungsseitige Verteiler 51a" bezeichnet, während der unten angeordnete verdampfungsseitige Verteiler 5a als der „zweite verdampfungsseitige Verteiler 52a" bezeichnet wird. Man beachte, dass der erste verdampfungsseitige Verteiler 51a dem ersten Verbindungsteil der vorliegenden Erfindung entspricht, während der zweite verdampfungsseitige Verteiler 52a dem zweiten Verbindungsteil entspricht.
  • Als nächstes wird der Aufbau des Kondensators 2 erläutert.
  • Der Kondensator 2 weist mehrere kondensationsseitige Wärmerohre 3b auf. Die kondensationsseitigen Wärmerohre 3b sind abgeflacht ausgebildet, sodass die Zirkulationsrichtung des Motorkühlwassers (Richtung senkrecht zur Zeichenebene) zur langen Durchmesserrichtung passt, und sie sind parallel angeordnet, sodass ihre Längsrichtungen zur vertikalen Richtung passen.
  • Im Kondensator 2 sind an den zwei Enden der kondensationsseitigen Wärmerohre 3b in der Längsrichtung kondensationsseitige Verteiler 5b vorgesehen, die sich in der Stapelrichtung der kondensationsseitigen Wärmerohre 3b erstrecken und die mit allen kondensationsseitigen Wärmerohren 3b in Verbindung stehen. Von den kondensationsseitigen Verteilern 5b wird der in der vertikalen Richtung am oberen Ende der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung angeordnete kondensationsseitige Verteiler 5b der „erste kondensationsseitige Verteiler 51b" genannt, während der in der vertikalen Richtung unten angeordnete kondensationsseitige Verteiler 5b als der „zweite kondensationsseitige Verteiler 52b" bezeichnet wird.
  • Die verdampfungsseitigen Verteiler 5a und die kondensationsseitigen Verteiler 5b sind in einem Zustand verbunden, in dem sie in Verbindung stehen können. Weiter bilden die verdampfungsseitigen und die kondensationsseitigen Wärmerohre 3a, 3b und die verdampfungsseitigen und die kondensationsseitigen Verteiler 5a, 5b einen geschlossenen Kreis. Wasser, Alkohol oder ein anderes verdampf bares und kondensierbares Arbeitsfluid ist in diesen eingeschlossen.
  • Ferner besitzt der zweite kondensationsseitige Verteile 52b einen darin vorgesehenen Ventilmechanismus 6. Der Ventilmechanismus 6 bildet einen Schaltmechanismus der Federplattenart zum Bilden eines die kondensationsseitigen Wärmerohre 3b und den zweiten verdampfungsseitigen Verteiler 52a verbindenden und die Kanäle entsprechend dem Innendruck der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a (Druck des ARbeitsfluids) schaltenden Kanals. Insbesondere ist der Ventilmechanismus 6 so ausgebildet, dass er ausgehend vom üblicherweise offenen Zustand schließt, wenn der Innendruck steigt und einen ersten vorbestimmten Druck bei einer vorbestimmten Kühlwassertemperatur. überschreitet, und dagegen wieder zu öffnen, wenn der Innendruck fällt und geringer als ein zweiter vorbestimmter Druck niedriger als der erste vorbestimmte Druck wird.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zweite verdampfungsseitige Verteiler 52a bezüglich der Horizontalen so geneigt angeordnet, dass ein Abschnitt auf einer Seite entfernt vom Kondensator 2 niedriger als der Abschnitt auf der Seite nahe zum Kondensator 2 wird, wenn das Fahrzeug, in dem die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung angeordnet ist, auf einer horizontalen Straßenfläche positioniert ist. Die unteren Enden der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a auf der Seite entfernt vom Kondensator 2 sind niedriger als die unteren Enden der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a auf der Seite nahe zum Kondensator 2 positioniert. In der vorliegenden Erfindung liegt der Neigungswinkel θ des zweiten verdampfungsseitigen Verteilers 52a bezüglich der Horizontalen in einem Bereich von 3° bis 20°. Weiter ist der erste verdampfungsseitige Verteiler 51a so angeordnet, dass er nicht geneigt ist, d.h. in einer Längsrichtung (Stapelrichtung der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a) in Übereinstimmung zur Horizontalen.
  • Wie oben erläutert, ist es durch Anordnen des im Voraus so geneigten zweiten verdampfungsseitigen Verteilers 52a, dass der Abschnitt auf der Seite entfernt vom Kondensator 2 niedriger als der Abschnitt auf der Seite nahe zum Kondensator 2 wird, möglich, die Reduzierung der Wassersäulendifferenz zwischen dem Verdampfapparat 1 und dem Kondensator 2 zu unterdrücken, wenn der Verdampfapparat 1 geneigt wird, um höher als der Kondensator 2 zu liegen. Hierdurch kann selbst im geneigten Zustand eine ausreichende Menge des Arbeitsfluids vom Kondensator 2 zum Verdampfapparat 1 zurücklaufen, sodass die Wärmetauschleistung gewährleistet werden kann.
  • Ferner ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der zweite kondensationsseitige Verteiler 52b darin mit einem Ventilmechanismus 6 zum Steuern des Stroms des Arbeitsfluids vom Kondensator 2 zum Verdampfapparat 1 versehen. in diesem Fall tritt ein Druckverlust im Ventilmechanismus 6 auf, sodass, wenn die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung geneigt wird, sodass der Verdampfapparat 1 höher als der Kondensator 2 liegt, es für das Arbeitsfluid schwierig wird, gut vom Kondensator 2 zum Verdampfapparat 1 zurückzulaufen. Deshalb kann beim Vorsehen des Ventilmechanismus 6 eine solche Konstruktion (der zweite verdampfungsseitige Verteiler 52a ist so geneigt angeordnet, dass der Teil auf der Seite entfernt vom Kondensator 2 niedriger als der Teil auf der Seite nahe zum Kondensator 2 wird) als effektiver bezeichnet werden.
  • Man beachte, dass der üblicherweise erwartete Neigungswinkel einer Straßenfläche in der Fahrzeugbreitenrichtung nicht größer als 20° ist. Aus diesem Grund ist es durch Einstellen des Neigungswinkels θ des zweiten verdampfungsseitigen Verteilers 52a relativ zur Horizontalen in einem Bereich von 3° bis 20° möglich, mit dem üblicherweise erwarteten Neigungsbereich einer Straßenfläche fertig zu werden.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung basierend auf 2 erläutert. Teile ähnlich jenen im ersten Ausführungsbeispiel sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und auf ihre Erläuterungen wird verzichtet.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Wie in 2 dargestellt, sind die verdampfungsseitigen Verteiler 5a und die kondensationsseitigen Verteiler 5b in einem verbindbaren Zustand durch rohrförmige Verbindungsteile 7 verbunden. Weiter bilden die verdampfungsseitigen und die kondensationsseitigen Wärmerohre 3a, 3b, die verdampfungsseitigen und die kondensationsseitigen Verteiler 5a, 5b und die Verbindungsteile 7 einen geschlossenen Kreis. Wasser, Alkohol oder ein anderes verdampf bares und kondensierbares Arbeitsfluid ist in diesen Komponenten eingeschlossen.
  • Ferner ist der Verdampfapparat 1 bezüglich der Horizontalen so geneigt angeordnet, dass der Teil auf der Seite entfernt vom Kondensator 2 niedriger als der Teil auf der Seite nahe zum Kondensator 2 wird, wenn die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung in einem Fahrzeug im horizontalen Zustand angeordnet ist. Zu diesem Zeitpunkt werden in den verdampfungsseitigen Verteilern 5a die Enden auf der Seite entfernt vom Kondensator 2 niedriger als die Enden auf der Seite nahe zum Kondensator 2. D.h. die unteren Enden der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a auf der Seite entfernt vom Kondensator 2 sind niedriger als die unteren Enden der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a auf der Seite nahe zum Kondensator 2 positioniert. Man beachte, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel das erste Gehäuse 100 um einen Neigungswinkel θ ähnlich dem Verdampfapparat 1 geneigt angeordnet ist.
  • Das Ende der Unterseite 110 des ersten Gehäuses 100 auf der Seite entfernt vom Kondensator 2 ist mit einem Kondenswasserauffang 111 ausgebildet, der das abgegebene Kondenswasser speichern kann. Man beachte, dass das „abgegebene Kondenswasser" das durch die Kondensation der im Abgas enthaltenen Feuchtigkeit aufgrund des im Verdampfapparat 1 schnell abgekühlten Abgases unmittelbar nach Start des Motors, wenn die Temperatur des Verdampfapparats 1 niedrig ist, bedeutet. Das erste Gehäuse 100 ist bezüglich der Horizontalen so geneigt, dass die Seite entfernt vom Kondensator 2 niedriger wird, sodass das abgegebene Kondenswasser zum Kondenswasserauffang 111 strömt. Hierdurch kann das abgegebene Kondenswasser an einer Stelle gespeichert werden, sodass die Ausgabe des abgegebenen Kondenswassers einfach wird.
  • Wie oben erläutert, kann beim Anordnen des im Voraus so geneigten zweiten verdampfungsseitigen Verteilers 42a, dass der Abschnitt der Seite entfernt vom Kondensator 2 niedriger als der Abschnitt auf der Seite nahe dem Kondensator 2 liegt, um dadurch den Verdampfapparat 1 höher als den Kondensator 2 liegen zu lassen, die Wassersäulendifferenz zwischen dem Verdampfapparat 1 und dem Kondensator 2 davon abgehalten werden, kleiner zu werden. Hierdurch können Wirkungen ähnlich jenen des ersten Ausführungsbeispiels erzielt werden.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel)
  • Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung basierend auf 3 und 4 erläutert. Teilen ähnlichen jenen im ersten Ausführungsbeispiel sind die gleichen Bezugsziffern zugewiesen und ihre Erläuterungen sind weggelassen.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung. gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, während 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils A von 3 ist. Wie in 3 und 4 dargestellt, sind die verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a dieses Ausführungsbeispiels durch Paare von geformten Platten 31, 32 gebildet, die im Querschnitt entlang der Längsrichtung zusammenpassen. Die Paare geformter Platten 31, 32 sind in Tischformen (U-förmige Querschnitte) geformt.
  • Die zwei Stirnseiten der Paare geformter Platten 31, 32 in der Längsrichtung sind mit Paaren rohrförmiger Flanschteile 33 ausgebildet, die in entgegengesetzten Richtungen aus den verdampfungsseitigen Wärmerohren 3a herausstehen. Ein Flanschteil 33 jedes Paares von Flanschteilen 33 hat eine größere offene Größe als das andere Flanschteil 33. Aus diesem Grund passt das Ende eines Flanschteils 33 zum Eingriff in das Ende eines weiteren Flanschteils 33.
  • Die verdampfungsseitigen Verteiler 5a sind durch Stapeln der Flanschteile 33 der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a und der Längsrichtungsenden der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a gebildet und stehen miteinander durch den Eingriff der Enden der aneinander angrenzenden Flanschteile 33 in Verbindung.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind die aneinander angrenzenden verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a zueinander in der vertikalen Richtung versetzt angeordnet. Insbesondere wird beim Verbinden der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a das verdampfungsseitige Wärmerohr 3a auf der Seite entfernt vom Kondensator 2 niedriger als das verdampfungsseitige Wärmerohr 3a auf der Seite nahe zum Kondensator 2 positioniert.
  • Hierbei werden die Kanäle, die durch Verbinden von Paaren von Flanschteilen 33 in den verdampfungsseitigen Verteilern 5a gebildet werden (nachfolgend als die „Verteilerkomponentenelemente 34" bezeichnet) in Stufen angeordnet. Insbesondere wird beim Verbinden der Verteilerkomponentenelemente 34 das Verteilerkomponentenelement 34 auf der Seite entfernt vom Kondensator 2 so angeordnet, dass es tiefer als das Verteilerkomponentenelement 34 auf der Seite nahe zum Kondensator 2 liegt. Deshalb sind die verdampfungsseitigen Verteiler 5a so angeordnet, dass das Ende in der Fahrzeugbreitenrichtung auf der Seite entfernt vom Kondensator 2 niedriger als das Ende der Seite nahe zum Kondensator 2 liegt.
  • Hierdurch können Effekte ähnlich jenen des ersten Ausführungsbeispiels erzielt werden.
  • (Viertes Ausführungsbeispiel)
  • Als nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung basierend auf 5 erläutert. Teile ähnlich jenen im dritten Ausführungsbeispiel sind mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf ihre Erläuterungen wird verzichtet.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Wie in 5 dargestellt, sind die ersten verdampfungsseitigen Verteiler 51a dieses Ausführungsbeispiels in der horizontalen Richtung parallel angeordnet. Insbesondere sind die ersten verdampfungsseitigen Verteiler 51a so angeordnet, dass ihre Längsrichtungen (Stapelrichtungen der verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a) in der horizontalen Richtung liegen. Hierbei ist in den mehreren verdampfungsseitigen Wärmerohren 3a die Länge in der Längsrichtung umso länger, je näher sie zum Kondensator 2 liegen.
  • Hierdurch können Wirkungen ähnlich jenen des dritten Ausführungsbeispiels erzielt werden.
  • (Fünftes Ausführungsbeispiel)
  • Als nächstes wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung basierend auf 6 erläutert. Teilen ähnlich jenen im ersten Ausführungsbeispiel sind die gleichen Bezugsziffern zugewiesen und ihre Erläuterungen sind weggelassen.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. Wie in 6 dargestellt, sind in diesem Ausführungsbeispiel die zweiten verdampfungsseitigen Verteiler 51a, 52a in der horizontalen Richtung parallel angeordnet. Ferner sind Wellrippen 4b mit den Außenseiten der kondensationsseitigen Wärmerohre 3b verbunden.
  • Weiter sind die verdampfungsseitigen Verteiler 5a und die kondensationsseitigen Verteiler 5b in einem Verbindungszustand durch rohrförmige Verbindungsteile 7 verbunden. Ferner bilden die verdampfungsseitigen und die kondensationsseitigen Wärmerohre 3a, 3b, die verdampfungsseitigen und die kondensationsseitigen Verteiler 5a, 5b und die Verbindungsteile 7 einen geschlossenen Kreislauf. Wasser, Alkohol oder ein anderes verdampfbares und kondensierbares Arbeitsfluid ist in diesen Elementen eingeschlossen. Hierdurch zirkuliert das Arbeitsfluid durch den Verdampfapparat 1 und den Kondensator 2.
  • Hierbei wird von den zwei Verbindungsteilen 7 das oben angeordnete, das den ersten verdampfungsseitigen Verteiler 51a und den ersten kondensationsseitigen Verteiler 51b verbindet und das am Verdampfapparat 1 verdampfte Arbeitsfluid zum Kondensator 2 leitet, als das „verdampfungsseitige Verbindungsteil 71" bezeichnet. Weiter wird von den zwei Verbindungsteilen 7 das unten angeordnete, das den zweiten verdampfungsseitigen Verteiler 52a und den zweiten kondensationsseitigen Verteiler 52b verbindet und das am Kondensator 2 kondensierte Arbeitsfluid zum Verdampfapparat 1 leitet, als das „kondensationsseitige Verbindungsteil 72" bezeichnet.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite kondensationsseitige Verteiler 52 so angeordnet, dass er höher als der zweite verdampfungsseitige Verteiler 52a liegt, wenn die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung in einem Fahrzeug im horizontalen Zustand montiert ist. Weiter ist am kondensationsseitigen Verbindungsteil 72 das Ende auf der Seite des Kondensators 2 mit dem zweiten kondensationsseitigen Verteiler 52b verbunden, während das Ende auf der Seite des Verdampfapparats 1 von den mehreren verdampfungsseitigen Wärmerohren 3a mit dem Wärmerohr 30a auf der Seite am nächsten zum Kondensator 2 verbunden ist.
  • Ferner ist das kondensationsseitige Verbindungsteil 72 bezüglich der Horizontalen so geneigt angeordnet, dass der Abschnitt der Seite entfernt vom Kondensator 2 niedriger als der Abschnitt der Seite nahe zum Kondensator 2 ist, wenn die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung in einem Fahrzeug im horizontalen Zustand montiert ist. D.h. das kondensationsseitige Verbindungsteil 72 ist bezüglich der Horizontalen so geneigt, dass es von der Seite des Kondensators 2 aus zur Seite des Verdampfapparats 1 hin niedriger wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der Neigungswinkel θ des kondensationsseitigen Verbindungsteils 72 zur Horizontalen im Bereich von 3° bis 20°.
  • Wie oben erläutert, kann durch Neigen des kondensationsseitigen Verbindungsteils 72 im Voraus so, dass der Abschnitt auf der Seite entfernt vom Kondensator 2 niedriger als der Abschnitt auf der Seite des Kondensators 2 ist, wenn die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung insgesamt so geneigt wird, dass der Verdampfapparat 1 höher als der Kondensator 2 liegt, die Wassersäulendifferenz zwischen dem Verdampfapparat 1 und dem Kondensator 2 daran gehindert werden, kleiner zu werden. Hierdurch kann selbst im geneigten Zustand eine ausreichende Menge Arbeitsfluid vom Kondensator 2 zum Verdampfapparat 1 zurücklaufen, sodass die Wärmetauschleistung gewährleistet werden kann. Weiter ist es möglich, wenn die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung insgesamt so geneigt wird, dass der Verdampfapparat 1 höher als der Kondensator 2 liegt, zu verhindern, dass das Arbeitsfluid letztlich im kondensationsseitigen Verbindungsteil 72 bleibt. Aus diesem Grund können eine Blockade oder ein Bruch des kondensationsseitigen Verbindungsteils 72 in einer Umgebung niedriger Temperatur verhindert werden.
  • Der üblicherweise erwartete Neigungswinkel in der Fahrzeugbreitenrichtung einer Straßenfläche ist jedoch nichtgrößer als 20°. Aus diesem Grund ist es möglich, indem der Neigungswinkel θ des kondensationsseitigen Verbindungsteils 72 relativ zur Horizontalen im Bereich von 3° bis 20° liegt, mit dem üblicherweise erwarteten Bereich der Neigung einer Straßenfläche fertig zu werden.
  • (Weitere Ausführungsbeispiele)
  • Man beachte, dass in den obigen Ausführungsbeispielen der Kondensator 2 mit mehreren kondensationsseitigen Wärmerohren 3b konstruiert ist, die parallel so angeordnet sind, dass ihre Längsrichtungen in der vertikalen Richtung liegen, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Der Kondensator 2 kann in beliebiger Weise konstruiert werden.
  • Weiter war im zweiten Ausführungsbeispiel des erste Gehäuse 100 mit einem Kondenswasserauffang 111 versehen, aber dieser muss nicht vorgesehen sein.
  • Ferner waren in den dritten und vierten Ausführungsbeispielen die verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a aus Paaren geformter Platten 31, 32, die entlang der Längsrichtung im Querschnitt zusammenpassen, ausgebildet, aber die verdampfungsseitigen Wärmerohre 3a müssen nicht geteilt sein.
  • Während die Erfindung unter Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele zu Veranschaulichungszwecken beschrieben worden ist, sollte es für den Fachmann offensichtlich sein, dass zahlreiche Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den anhängenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (5)

  1. Abwärmerückgewinnungsvorrichtung, die in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsquelle zum Betrieb angeordnet ist und die versehen ist mit: einem Verdampfapparat, der in einem Abgaskanal angeordnet ist, durch den ein vom Verbrennungsmotor ausgegebenes Abgas strömt, der Wärme zwischen dem Abgas und einem darin eingeschlossenen verdampfbaren und kondensierbaren Arbeitsfluid austauscht und der dadurch das Arbeitsfluid verdampft, und einem Kondensator, der im Kühlwasserkanal angeordnet ist, durch den ein Kühlwasser des Verbrennungsmotors strömt, der Wärme zwischen dem durch den Verdampfapparat verdampften Arbeitsfluid und dem Kühlwasser austauscht und der dadurch das Arbeitsfluid kondensiert, wobei der Verdampfapparat und der Kondensator in einem geschlossenen Kreiskanal angeordnet sind, durch den das Arbeitsfluid zirkuliert, der Verdampfapparat und der Kondensator in der im Wesentlichen horizontalen Richtung nebeneinander angeordnet sind, der Verdampfapparat mehrere verdampfungsseitige Wärmerohre, die parallel angeordnet sind, aufweist und mit einem ersten Verbindungsteil, das mit ersten Enden der mehreren verdampfungsseitigen Wärmerohre in Verbindung steht, und einem zweiten Verbindungsteil, das mit den anderen Enden in Verbindung steht, versehen ist, und wenn die Vorrichtung in einem Fahrzeug im horizontalen Zustand montiert ist, das von den zwei Verbindungsteilen unten angeordnete zweite Verbindungsteil mit der Seite entfernt vom Kondensator niedriger als die Seite nahe zu ihm positioniert ist.
  2. Abwärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem verdampfungsseitigen Verbindungsteil, das das durch den Verdampfapparat verdampfte Arbeitsfluid zum Kondensator leitet, und einem kondensationsseitigen Verbindungsteil, das das am Kondensator kondensierte Arbeitsfluid zum Verdampfapparat leitet, wobei, wenn die Vorrichtung in einem Fahrzeug im horizontalen Zustand montiert ist, das kondensationsseitige Verbindungsteil mit der Seite entfernt vom Kondensator niedriger als die Seite nahe zum Kondensator positioniert ist.
  3. Abwärmerückgewinnungsvorrichtung, die in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsquelle zum Antrieb angeordnet ist und die versehen ist mit: einem Verdampfapparat, der in einem Abgaskanal angeordnet ist, durch den ein vom Verbrennungsmotor ausgegebenes Abgas strömt, der Wärme zwischen dem Abgas und einem darin eingeschlossenen verdampfbaren und kondensierbaren Arbeitsfluid austauscht und der dadurch das Arbeitsfluid verdampft, einem Kondensator, der im Kühlwasserkanal angeordnet ist, durch den ein Kühlwasser des Verbrennungsmotors strömt, der Wärme zwischen dem durch den Verdampfapparat verdampften Arbeitsfluid und dem Kühlwasser austauscht und der dadurch das Arbeitsfluid kondensiert, einem verdampfungsseitigen Verbindungsteil, das das am Verdampfapparat verdampfte Arbeitsfluid zum Kondensator leitet, und einem kondensationsseitigen Verbindungsteil, das das am Kondensator kondensierte Arbeitsfluid zum Verdampfapparat leitet, wobei, wenn die Vorrichtung in einem Fahrzeug im horizontalen Zustand montiert ist, das kondensationsseitige Verbindungsteil mit der Seite entfernt vom Kondensator niedriger als die Seite nahe zum Kondensator positioniert ist.
  4. Abwärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher, wenn die Vorrichtung in einem Fahrzeug im horizontalen Zustand montiert ist, die unteren Enden der verdampfungsseitigen Wärmerohre auf der Seite entfernt vom Kondensator von den mehreren verdampfungsseitigen Wärmerohren niedriger als die unteren Enden der verdampfungsseitigen Wärmerohre auf der nahen Seite positioniert sind.
  5. Abwärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einem Ventilmechanismus, der an einer stromabwärtigen Seite im Kondensator vorgesehen ist und den Kanal schaltet, durch den das kondensierte Arbeitsfluid in den Verdampfapparat strömt.
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