DE102014116132B4 - Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp - Google Patents

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Abstract

Eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom drehbaren Typ, aufweisend:eine Abgasleitung (10), dieeinen Bypass-Weg (12), in welchen ein Hochtemperatur-Abgas eingeleitet wird, undeinen Erweiterungsteil (14) aufweist, der sich von einer Seite des Bypass-Weges in einer halbkreisförmigen Form erstreckt, um zu ermöglichen, dass das Abgas passiert, undeinen halbkreisförmigen Wärmetauscher (20), der drehbar innerhalb der Abgasleitung aufgenommen ist und ermöglicht, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem von dem Bypass-Weg zugeführten Hochtemperatur-Abgas und einem durch einen Kühlmitteleinlass (31) eingeleiteten Niedrigtemperatur-Kühlmittel durchgeführt wird,wobei eine seitliche Fläche des Wärmetauschers eine Durchmesser-Fläche (21), die als eine ebene Fläche ausgebildet ist, und eine Bogen-Fläche (22) aufweist, die als eine gebogene Fläche ausgebildet ist, undwobei die Durchmesser-Fläche des Wärmetauschers bezogen auf eine Drehachse (23) des Wärmetauschers eine Fläche, die geschlossen ist, und eine andere Fläche hat, die mit Abgaseinlässen (41) ausgestattet ist, durch welche das Abgas eingeleitet wird, um durch Abgaswege (40) zu strömen.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung, die eine Abgaswärme zurückgewinnt, welche nach einer motorischen Verbrennung eines Fahrzeugs (z.B. eines Kraftfahrzeugs) abgelassen wurde, und die die gesammelte Abgaswärme verwendet, und insbesondere eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp, die imstande ist, gleichzeitig als ein Bypass-Ventil und ein Wärmetauscher zu dienen, indem ein halbzylindrischer Wärmetauscher vorgesehen wird, bei dem bezogen auf seine Drehachse eine Fläche (z.B. Seite) geschlossen ist und die andere Fläche (z.B. Seite) offen ist innerhalb einer Abgasleitung.
  • Beschreibung der bezogenen Technik
  • Im Allgemeinen führt ein Fahrzeug in Abhängigkeit von einem Fahrzustand des Fahrzeugs in einer frühen Startphase (z.B. einer Kaltstartphase) einen Aufwärmschritt und einen Heizschritt, beim Fahren des Fahrzeugs einen Thermoelektrizität-Erzeugungsschritt (z.B. zum Bestromen eines Heizwiderstandes) und beim Fahren des Fahrzeugs auf einer geneigten (z.B. ansteigenden) Straße oder beim Fahren des Fahrzeugs mit einer hohen Geschwindigkeit (z.B. bei Volllast) einen Bypass-Schritt durch.
  • Eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung des Fahrzeugs ist eine Vorrichtung, die Abgaswärme zurückgewinnt, welche nach einer motorischen Verbrennung (z.B. Motor-Verbrennung) abgelassen wurde, um die zurückgewonnene Abgaswärme für ein Aufwärmen des Verbrennungsmotors und ein Aufwärmen eines Getriebes zu verwenden, oder die zurückgewonnene Wärmeenergie zu einer Klimaanlagenvorrichtung überträgt, um die übertragene Wärmeenergie zum Beheizen des Innenraumes des Fahrzeugs zu verwenden.
  • Wenn die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung des Fahrzeugs verwendet wird, kann ein Kühlmittel mittels eines Hochtemperatur-Abgases in einer frühen Startphase erwärmt werden. Somit wird eine Vorheizzeit des Verbrennungsmotors verringert, sodass es möglich ist, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und Abgase zu verringern.
  • Die größte Menge an Schadstoffen wird zum Zeitpunkt des Leerlaufs aus dem Fahrzeug ausgelassen, bevor der Verbrennungsmotor aufgewärmt ist, und es ist möglich, die aus dem Fahrzeug ausgelassenen Schadstoffe zu verringern, indem die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung verwendet wird, um die Aufwärmzeit zu verringern.
  • Es ist auch möglich, die Reibung innerhalb des Verbrennungsmotors und die Reibung innerhalb des Getriebes zu verringern, indem die Temperaturen eines Motor-Kühlmittels und eines Getriebeöls durch Verwendung des durch die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung erwärmten Kühlmittels schnell erhöht werden. Außerdem ist es möglich, den Innenraum des Fahrzeugs in der Winterzeit schnell zu erwärmen.
  • Wie in 1A und 1B veranschaulicht, hat eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung eines Fahrzeugs gemäß der bezogenen Technik eine Struktur, bei der ein Bypass-Ventil 5, das mittels eine Ventilaktuators 6 gedreht werden kann, an einem Bypass-Weg 4 vorgesehen ist und ein Wärmetauscher 3, der einen Kühlmittelweg 1 und einen Abgasweg 2 aufweist, an einer Seite des Bypass-Weges 4 angebracht (z.B. befestigt) ist.
  • Wenn - wie in 1 B veranschaulicht - der Bypass-Weg 4 durch das Bypass-Ventil 5 geschlossen ist, wird ein Abgas zum Wärmetauscher 3 hin geführt, und eine Temperatur eines Betriebsfluids wird aufgrund des Wärmeaustausches zwischen einem in dem Abgasweg 2 strömenden Hochtemperatur-Abgas und einem in dem Kühlmittelweg 1 strömenden Niedrigtemperatur-Abgas erhöht, sodass ein Verbrennungsmotor und ein Getriebe aufgewärmt werden.
  • Da allerdings in der Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung gemäß der bezogenen Technik die Anzahl der Komponenten, wie z.B. der Wärmetauscher, der Bypass-Weg, das Bypass-Ventil und der Ventilaktuator, übermäßig groß ist, kann eine Struktur davon kompliziert sein, und die Herstellungskosten und ein Gewicht davon können übermäßig erhöht werden.
  • Wenn in der Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung gemäß der bezogenen Technik der Bypass-Weg geöffnet wird, d.h. der Bypass (z.B. die Umleitung oder Umführung) durchgeführt wird, kann die wärmeisolierende Eigenschaft (z.B. die Kühlleistung) des Kühlmittels verschlechtert werden, da es schwierig ist, zu verhindern, dass das Abgas in den Wärmetauscher eingeleitet wird. Wenn außerdem eine separate Ventilbetätigungs-Verbindungsstruktur hinzugefügt wird, um zu verhindern, dass beim Bypass des Abgases (anders ausgedrückt: beim Leiten des Abgases durch den Bypass-Weg 4) das Abgas in den Wärmetauscher eingeleitet wird, kann ein Montageprozess kompliziert sein und Herstellungskosten können erhöht werden.
  • Die Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören.
  • Die US 2013 / 0 213 606 A1 beschreibt eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung, aufweisend eine Abgasleitung, die einen Bypass-Weg, in welchen ein Hochtemperatur-Abgas eingeleitet wird, und einen Erweiterungsteil aufweist, der sich von einer Seite des Bypass-Weges in einer halbkreisförmigen Form erstreckt, um zu ermöglichen, dass das Abgas passiert, und einen halbkreisförmigen Wärmetauscher, der innerhalb der Abgasleitung aufgenommen ist und ermöglicht, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem von dem Bypass-Weg zugeführten Hochtemperatur-Abgas und einem durch einen Kühlmitteleinlass eingeleiteten Niedrigtemperatur-Kühlmittel durchgeführt wird, wobei eine seitliche Fläche des Wärmetauschers eine Durchmesser-Fläche, die als eine ebene Fläche ausgebildet ist, und eine Bogen-Fläche aufweist, die als eine gebogene Fläche ausgebildet ist, und wobei die Durchmesser-Fläche des Wärmetauschers eine Fläche hat, die mit Abgaseinlässen ausgestattet ist, durch welche das Abgas eingeleitet wird, um durch Abgaswege zu strömen.
  • Eine weitere Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung ist aus der GB 1 444 203 A bekannt.
  • Erläuterung der Erfindung
  • Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp bereitzustellen, die imstande ist, Herstellungskosten und ein Gewicht zu verringern und einen Herstellungsprozess zu vereinfachen, indem ein Bypass-Ventil weggelassen wird und der Wärmetauscher mit einer Wärmeaustauschfunktion und einer Bypass-Weg-Öffnen/Schließ-Funktion ausgestattet wird, und die imstande ist, die wärmeisolierende Eigenschaft (z.B. Kühlleistung) eines Kühlmittels zu verbessern, indem ohne Bereitstellen einer zusätzlichen Komponente verhindert wird, dass ein Abgas in einen Wärmetauscher eingeleitet wird, wenn ein Bypass des Abgases durchgeführt wird.
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp auf: eine Abgasleitung, die einen Bypass-Weg, in welchen ein Hochtemperatur-Abgas eingeleitet wird, und einen Erweiterungsteil aufweist, der sich von einer Seite des Bypass-Weges in einer halbkreisförmigen Form erstreckt, um zu ermöglichen, dass das Abgas passiert, sowie einen halbkreisförmigen Wärmetauscher, der drehbar innerhalb der Abgasleitung aufgenommen ist und ermöglicht, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem von dem Bypass-Weg zugeführten Hochtemperatur-Abgas und einem durch einen Kühlmitteleinlass eingeleiteten Niedrigtemperatur-Kühlmittel durchgeführt wird, wobei eine seitliche Fläche des Wärmetauschers eine Durchmesser-Fläche, die als eine ebene Fläche ausgebildet ist, und eine Bogen-Fläche aufweist, die als eine gebogene Fläche ausgebildet ist, und wobei die Durchmesser-Fläche des Wärmetauschers bezogen auf eine Drehachse des Wärmetauschers eine Fläche, die geschlossen ist, und eine andere Fläche hat, die mit Abgaseinlässen ausgestattet ist, durch welche das Abgas eingeleitet wird, um durch Abgaswege zu strömen.
  • Der Kühlmitteleinlass kann mit einem oberen Ende des Wärmetauschers verbunden sein, um das Kühlmittel in innerhalb des Wärmetauschers ausgebildete Kühlmittelwege einzuleiten, wobei ein Kühlmittelablassanschluss, durch den das in den Kühlmittelwegen strömende Kühlmittel abgelassen wird, mit einem unteren Ende des Wärmetauschers verbunden ist, und wobei der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelablassanschluss koaxial zur Drehachse des Wärmetauschers angeordnet sind.
  • Schläuche, die aus einem flexiblen Material hergestellt sind, um Bewegungen des Kühlmitteleinlasses und des Kühlmittelablassanschlusses zusammen mit einer Drehung des Wärmetauschers aufzunehmen, können mit einem Ende des Kühlmitteleinlasses und einem Ende des Kühlmittelablassanschlusses verbunden sein.
  • Abgasauslässe, durch die das durch die Abgaswege strömende Abgas ausgelassen wird, können auf einer Seite der Bogen-Fläche des Wärmetauschers ausgebildet sein, wobei, wenn der Wärmetauscher so gedreht wird, dass er im Erweiterungsteil aufgenommen ist, die Bogen-Fläche des Wärmetauschers und eine innere Fläche des Erweiterungsteils vollständig miteinander in Kontakt kommen, um die Abgasauslässe mittels der inneren Fläche des Erweiterungsteils zu verschließen.
  • Der Wärmetauscher kann mit einer Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Kühlmittelwegen, durch die das durch den Kühlmitteleinlass eingeleitete Kühlmittel strömt, und einer Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Abgaswegen eingerichtet sein, durch die das Abgas strömt, welche abwechselnd geschichtet sind, um parallel (z.B. nebeneinander) einander angrenzend zu sein. Die Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Kühlmittelwegen kann miteinander fluidverbunden sein.
  • Der Wärmetauscher kann mit einer Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Kühlmittelwegen, die parallel zueinander im Abstand sind und ermöglichen, dass das durch den Kühlmitteleinlass eingeleitete Kühlmittel strömt, und einer Mehrzahl von rohrförmigen Abgaswegen eingerichtet sein, durch die das Abgas strömt und die zwischen den Kühlmittelwegen angeordnet sind, welche zueinander im Abstand sind. Die Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Kühlmittelwegen kann miteinander fluidverbunden sein.
  • Da der halbzylinderförmige Wärmetauscher, der die Durchmesser-Fläche und die Bogen-Fläche aufweist, drehbar innerhalb der Abgasleitung vorgesehen ist und die Durchmesser-Fläche bezogen auf die Drehachse des Wärmetauschers eine Fläche, die geschlossen ist, und eine andere Fläche hat, die (z.B. von Abgaseinlässen) durchdringt wird, um zu ermöglichen, dass das Abgas strömt, kann gemäß zahlreicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Wärmetauscher eine Wärmeaustauschfunktion haben, wenn der Wärmetauscher quer zur Abgasleitung angeordnet wird/ist, und der Wärmetauscher kann durch Öffnen eines Bypass-Weges eine Bypass-Funktion haben, wenn der Wärmetauscher im Erweiterungsteil der Abgasleitung aufgenommen wird/ist.
  • Das heißt, eine Struktur der Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung kann vereinfacht werden, indem eine Bypass-Ventilfunktion und eine Wärmeaustauschfunktion am Wärmetauscher vorgesehen werden, sodass es einfach ist, die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung herzustellen, und ein Gewicht davon verringert werden kann.
  • Es ist ebenso möglich, einen Bereich zu minimieren, der durch Drehung des Wärmetauschers verändert wird, indem der mit dem oberen Ende des Wärmetauschers verbundene Kühlmitteleinlass und der mit dem unteren Ende des Wärmetauschers verbundene Kühlmittelablassanschluss auf der gleichen Linie wie die (anders ausgedrückt: koaxial zur) Drehachse des Wärmetauschers angeordnet werden.
  • Da die Bogen-Fläche und die innere Fläche des Erweiterungsteils vollständig miteinander in Kontakt kommen, um die Abgasauslässe komplett zu verschließen, wenn der Wärmetauscher so gedreht wird, dass er aufgenommen (z.B. untergebracht) ist, ist es ohne Bereitstellen einer separaten Komponente oder einer separaten Verbindungsstruktur möglich, zu verhindern, dass das Abgas in den Wärmetauscher eingeleitet wird, wenn das Abgas umgeleitet (z.B. im Bypass-Weg geleitet) wird. Als Folge ist es möglich, die wärmeisolierende Eigenschaft (z.B. die Kühlleistung) des Kühlmittels zu verbessern.
  • Die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, ersichtlich sind oder darin ausführlicher dargelegt werden.
  • Erläuterung der Zeichnungen
    • 1A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung gemäß der bezogenen Technik veranschaulicht.
    • 1B ist eine Querschnittsansicht in Draufsicht, die die in 1A dargestellte Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung bei Ansicht von oben veranschaulicht.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht (z.B. Projektionsansicht), die einen Wärmeaustauschzustand in einer beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht (z.B. Projektionsansicht), die einen Bypass-Zustand in der beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Wärmetauscher, einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelablassanschluss in der beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 5A ist eine beispielhafte Querschnittsansicht, die eine Strömung eines Abgases veranschaulicht, wenn die Abgasauslässe in der beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp gemäß der vorliegenden Erfindung geöffnet sind.
    • 5B ist eine beispielhafte Querschnittsansicht, die eine Strömung eines Abgases veranschaulicht, wenn die Abgasauslässe in der beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp gemäß der vorliegenden Erfindung geschlossen sind.
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Wärmetauscher in einer beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 7 ist eine perspektivische Ansicht, die den Wärmetauscher in einer beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Zeichnungen nicht zwangsläufig im Maßstab sind und eine einigermaßen vereinfachte Darstellung von verschiedenen Merkmalen präsentieren, welche veranschaulichend für die Grundprinzipien der Erfindung sind. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich, zum Beispiel, spezifischer Dimensionen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die besondere beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt werden.
  • In den Figuren beziehen sich in den verschiedenen Figuren der Zeichnung hindurch die Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en), von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und unten beschrieben sind. Während die Erfindung(en) im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben wird/werden, versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung(en) auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist beabsichtigt, dass die Erfindung(en) nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen deckt/decken, die in den Sinn und Schutzbereich der Erfindung(en) fallen, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert.
  • Eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp gemäß zahlreicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Abgasleitung (z.B. ein Abgasrohr) 10, die einen Bypass-Weg 12, in welchen ein Hochtemperatur-Abgas umgeleitet wird, und einen Erweiterungsteil 14 aufweist, welcher sich von einer Seite des Bypass-Weges 12 in einer halbzylinderförmigen Form erstreckt, um zu ermöglichen, dass ein Abgas (hindurch) passiert, und einen halbzylinderförmigen Wärmetauscher 20, der drehbar innerhalb der Abgasleitung 10 aufgenommen ist und ermöglicht, dass ein Wärmeaustausch zwischen einem von dem Bypass-Weg 12 zugeführten Hochtemperatur-Abgas und einem durch einen Kühlmitteleinlass 31 eingeleiteten Niedrigtemperatur-Kühlmittel durchgeführt wird. Eine seitliche Fläche (z.B. Mantel- oder Zylinderfläche) des Wärmetauschers 20 weist eine Durchmesser-Fläche 21, die als eine ebene (z.B. flache) Fläche ausgebildet ist, und eine Bogen-Fläche 22 auf, die als eine gebogene Fläche ausgebildet ist, wobei bezogen auf eine Drehachse 23 des Wärmetauschers eine Fläche (z.B. Seite) der Durchmesser-Fläche 21 des Wärmetauschers 20 geschlossen ist und die andere Fläche (z.B. Seite) mit Abgaseinlässen 41 ausgestattet ist, in die das Abgas eingeleitet wird, um durch Abgaswege 40 (hindurch) zu strömen.
  • Wie in 2 veranschaulicht, weist der Bypass-Weg 12 einen Bypass-Einlass 11, in den das Abgas eingeleitet wird, und einen Bypass-Auslass 13 auf, aus dem das Abgas ausgelassen wird, und hat eine rohrförmige Form, in die das Hochtemperatur-Abgas läuft.
  • Obwohl der Bypass-Weg 12 in den veranschaulichten zahlreichen Ausführungsformen die zylinderförmige Form hat, kann der Bypass-Weg verschiedene Formen wie z.B. eine sechseckige Zylinderform und eine elliptische Zylinderform unter Berücksichtigung einer Fahrzeugart, der Menge des abgelassenen Abgases und der gesamten äußeren Erscheinung einer Fahrzeugkarosserie haben.
  • Wenn - wie in 3 veranschaulicht - das in den Bypass-Einlass 11 eingeleitete Abgas zum Bypass-Auslass 13 ausgelassen wird, ohne - wie unten zu erläutern - durch den Wärmetauscher (hindurch) zu passieren, d.h. wenn das Abgas umgeleitet (anders ausgedrückt: durch den Bypass-Weg 12 geleitet) wird, ist der sich in einer halbzylinderförmigen Form erstreckende Erweiterungsteil 14 an der Seite des Bypass-Weges 12 angebracht, um den Wärmetauscher 20 aufzunehmen (z.B. ist der Wärmetauscher 20 im Erweiterungsteil 14 aufgenommen, der sich in einer halbzylinderförmigen Form erstreckt und an der Seite des Bypass-Weges 12 angebracht ist).
  • Wie in 2 veranschaulicht, ist der halbzylinderförmige Wärmetauscher 20 drehbar aufgenommen, um zu ermöglichen, dass ein Wärmeaustausch (bzw. Wärmeübertragung) zwischen dem Hochtemperatur-Abgas und dem Niedrigtemperatur-Kühlmittel innerhalb der Abgasleitung 10, die den Bypass-Weg 12 und den Erweiterungsteil 14 aufweist, durchgeführt wird.
  • Wie in 2 veranschaulicht, ist die seitliche Fläche des Wärmetauschers 20 in die Durchmesser-Fläche 21, die als ebene Fläche ausgebildet ist und einen Durchmesserabschnitt eines Halbkreises aufweist, und die Bogen-Fläche 22 eingeteilt, die als gebogene Fläche ausgebildet ist und einen Bogenabschnitt des Halbkreises aufweist.
  • Wie in 2 veranschaulicht, ist bezogen auf die Drehachse 23 des Wärmetauschers 23 eine Fläche (z.B. Seite) der Durchmesser-Fläche 21 des Wärmetauschers 20 (bezogen auf die Drehachse 23 eine linke Fläche (z.B. Seite) in den veranschaulichten Ausführungsformen) blockiert (z.B. verschlossen) und die andere Fläche (bezogen auf die Drehachse eine rechte Fläche (z.B. Seite) in den zahlreichen Ausführungsformen) ist mit Abgas-Einlässen 41 ausgestattet, durch die das Abgas passiert.
  • Wie in 2 und 4 veranschaulicht, ist bezogen auf die Drehachse 23 des Wärmetauschers 20 eine Fläche (z.B. Seite) der Bogen-Fläche 22 (eine Fläche die der geschlossenen Fläche der Durchmesser-Fläche 21 (z.B. am Wärmetauscher 20) gegenüberliegt) mit Abgasauslässen 42 ausgestattet, durch welche das Abgas ausgelassen wird, und die andere Fläche (z.B. Seite) (eine Fläche die der Fläche der Durchmesser-Fläche 21 gegenüberliegt, in welcher die Abgaseinlässe 41 ausgebildet sind) ist geschlossen.
  • Das heißt, das Abgas wird - wie in 2 veranschaulicht - in die Abgaseinlässe 41 eingeleitet, strömt durch die Abgaswege 40 innerhalb des Wärmetauscher 20 (hindurch) im gesamten Wärmetauscher 20 und wird dann durch die in einer Diagonalrichtung zu den Abgaseinlässen 41 angeordneten (anders ausgedrückt: bezogen auf die Drehachse 23 des Wärmetauschers diagonal zu den Abgaseinlässen 41 angeordneten) Abgasauslässe 42 ausgelassen.
  • Wenn - wie in 2 veranschaulicht - der Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und dem Kühlmittel durchgeführt wird, wird die Durchmesser-Fläche 21 des Wärmetauschers 20 quer zur Abgasleitung 10 angeordnet, wobei sie einer Richtung zugewandt ist, in der das Abgas in den Bypass-Wegeinlass 11 eingeleitet wird, und das Abgas passiert durch die in der Durchmesser-Fläche 21 ausgebildeten Abgaseinlässe 41 (hindurch), passiert durch die Abgas-Wege 40 und wird dann aus den Abgasauslässen 42 ausgelassen, um einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel durchzuführen.
  • Wenn - wie in 3 veranschaulicht - das Abgas umgeleitet (anders ausgedrückt: durch den Bypass-Weg 12 geleitet) wird, wird der Wärmetauscher 20 so gedreht, dass er im Erweiterungsteil 14 aufgenommen wird, um den Bypass-Weg 12 zu öffnen, und das Abgas wird in den Bypass-Einlass 11 eingeleitet und wird dann zum Bypass-Auslass 13 ausgelassen.
  • Beispiele von Vorrichtungen zum Drehen des Wärmetauschers 20 können einen mechanischen Aktuator, bei dem eine geradlinige Bewegung eines Dehnstoff-Thermostaten (z.B. eines Wachs-Thermostaten), welcher mittels Expansion oder Kontraktion eines darin abgedichteten Dehnstoffes (z.B. Wachs) nach oben und nach unten bewegt wird, durch eine Nocken- oder Verbindungsstruktur in eine Drehbewegung umgewandelt wird, um den Wärmetauscher zu drehen, und einen elektronischen Aktuator aufweisen, bei dem eine Temperatur des Kühlmittels durch einen Sensor gemessen wird und ein Motor mittels einer Steuervorrichtung gedreht wird, um den Wärmetauscher zu drehen.
  • Wie in 2 veranschaulicht, kann der Kühlmitteleinlass 31 zum Einleiten des Kühlmittels in die innerhalb des Wärmetauschers 20 ausgebildeten Kühlmittelwege 30 mit einem oberen Ende des Wärmetauschers 20 verbunden sein, und ein Kühlmittelablassanschluss 32 zum Ablassen des durch die Kühlmittelwege 30 strömenden Kühlmittels kann mit einem unteren Ende des Wärmetauschers 20 verbunden sein.
  • Der Kühlmitteleinlass 31 und der Kühlmittelablassanschluss 32 können in Abhängigkeit von einer Struktur der Abgas-Rückgewinnungsvorrichtung natürlich derart angeordnet sein, dass der Kühlmitteleinlass 31 mit dem unteren Ende des Wärmetauschers 20 verbunden sein kann und der Kühlmittelablassanschluss 32 mit dem oberen Ende des Wärmetauschers 20 verbunden sein kann. Alternativ kann der Kühlmitteleinlass 31 mit dem oberen Ende des Wärmetauschers 20 verbunden sein und der Kühlmittelablassanschluss 32 kann mit dem unteren Ende des Wärmetauschers 20 verbunden sein.
  • Da - wie in 2 und 3 veranschaulicht - der Kühlmitteleinlass 31 und der Kühlmittelablassanschluss 32 auf der gleichen Linie wie die (anders ausgedrückt: koaxial zur) Drehachse 23 des Wärmetauschers 20 angeordnet sind, sind der Kühlmitteleinlass 31 und der Kühlmittelablassanschluss 32 so ausgebildet, dass sie kaum bewegt werden, obgleich der Wärmetauscher 20 gedreht wird.
  • Das heißt, der Kühlmitteleinlass 31 und der Kühlmittelablassanschluss 32 können jeweils an dem oberen Ende bzw. dem unteren Ende des Wärmetauschers 20 angeordnet sein, um bezogen auf die Drehachse 23 des Wärmetauschers 20 einander gegenüberzuliegen.
  • Außerdem können - wie in 2 und 3 veranschaulicht -Schläuche 33, die aus einem flexiblen Material hergestellt sind, um Bewegungen des Kühlmitteleinlasses 31 und des Kühlmittelablassanschlusses 32 zusammen mit einer Drehung des Wärmetauschers 20 aufzunehmen, mit einem Ende des Kühlmitteleinlasses 31 und einem Ende des Kühlmittelablassanschlusses 32 verbunden sein.
  • Die Schläuche 33 sind als ein Rohr ausgebildet, das aus einem flexiblen Material wie z.B. Gummi, Vinyl oder Gewebe (z.B. Stoff) hergestellt ist und leicht gebogen werden kann, und ermöglichen, dass das Kühlmittel den Kühlmittelwegen 30, ungeachtet der Bewegungen des Kühlmitteleinlasses 31 und des Kühlmittelablassanschlusses 32, zugeführt wird.
  • Wenn - wie in 3 veranschaulicht - der Wärmetauscher 20 so gedreht ist, dass er innerhalb des Erweiterungsteils 14 aufgenommen ist, können die Bogen-Fläche 22 und eine innere Fläche (z.B. Innenseite) des Erweiterungsteils 14 vollständig miteinander in Kontakt kommen, um die Abgasauslässe 42, die auf einer Seite der Bogen-Fläche 22 ausgebildet sind, mittels der inneren Fläche des Erweiterungsteils 14 zu verschließen.
  • Das heißt, obwohl der Einfachheit in der Beschreibung halber in den gezeigten Ausführungsformen veranschaulicht ist, dass es einen geringfügigen Spalt zwischen dem Erweiterungsteil 14 und der Bogen-Fläche 22 des Wärmetauschers 20 gibt, können die Bogen-Fläche 22 des Wärmetauschers 20 und die innere Fläche des Erweiterungsteils 14 nahezu den gleichen Radius, den gleichen Bogen und die gleiche Höhe haben.
  • 5A und 5B sind beispielhafte Diagramme, die schematisch den Wärmetauscher 20 und den Bypass-Weg 12 veranschaulichen, um die Menge des in den Wärmetauscher 20 eingeleiteten Abgases von dem umgeleiteten (z.B. im Bypass-Weg 12 geleiteten) Abgas zu prüfen, wenn die Abgasauslässe 42 offen sind (z.B. 5A) bzw. wenn die Abgasauslässe 42 verschlossen sind (z.B. 5B).
  • Wenn - wie in 5A veranschaulicht - die Abgasauslässe 42 offen sind, wird die wärmeisolierende Eigenschaft (z.B. Kühlleistung) des Kühlmittels vermindert, auch wenn das Abgas umgeleitet (z.B. im Bypass-Weg 12 geleitet) wird, weil das Abgas in den Wärmetauscher 20 eingeleitet wird. Wenn indes - wie in 5B veranschaulicht - die Abgasauslässe 42 verschlossen sind, wird das Abgas kaum in den Wärmetauscher 20 eingeleitet (z.B. mit einer Menge so gering wie etwa 5 % seiner Durchflussrate), auch wenn das Abgas umgeleitet (z.B. im Bypass-Weg 12 geleitet) wird.
  • Wenn entsprechend - wie in zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung - die Bogen-Fläche 22 und die innere Fläche des Erweiterungsteils 14 vollständig miteinander in Kontakt kommen, um die Abgasauslässe 42 zu verschließen, ist es möglich, die wärmeisolierende Eigenschaft (z.B. Kühlleistung) des Kühlmittels zu verbessern, wenn das Abgas umgeleitet (z.B. im Bypass-Weg 12 geleitet) wird.
  • Wie in 6 veranschaulicht, kann der Wärmetauscher 20 ein geschichteter (laminated) Wärmetauscher (z.B. ein Plattenwärmetauscher) sein, bei dem eine Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Kühlwegen 30, durch die das durch den Kühlmitteleinlass 31 eingeleitete Kühlmittel strömt, und eine Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Abgaswegen 40, durch die das Abgas strömt, abwechselnd geschichtet sind, um parallel (z.B. nebeneinander) einander angrenzend zu sein.
  • Da - wie oben erläutert - die Kühlmittelwege 30 und die Abgaswege 40 abwechselnd angeordnet sind, um einander angrenzend zu sein, ist es möglich, die Wärmeaustauschleistung (z.B. Wärmeübertragungsleistung) durch den Wärmetauscher 20 zu maximieren.
  • Wie in 7 veranschaulicht, kann der Wärmetauscher 20 ein Kapillar(z.B. Kapillarhohlraum)-Wärmetauscher sein, bei dem eine Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Kühlwegen 30, durch die das durch den Kühlmitteleinlass 31 eingeleitete Kühlmittel strömt, im Abstand zueinander parallel angeordnet ist, und eine Mehrzahl von rohrförmigen Abgaswegen 40, durch die das Abgas strömt, zwischen den Kühlmittelwegen 30 angeordnet ist, um voneinander im Abstand zu sein.
  • Da die halbrunden plattenförmigen Kühlmittelwege 30 - wie in dem in 6 gezeigten, geschichteten Wärmetauscher - voneinander im Abstand angeordnet sind, und die Mehrzahl von kleinen rohrförmigen Abgaswegen 40 - wie in 7 gezeigt - zwischen den Kühlmittelwegen 30 angeordnet ist, ist es möglich, die Wärmeaustauschleistung zu maximieren.
  • Ein Betriebsprozess der Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom Drehtyp gemäß zahlreicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist wie folgt.
  • Wie in 2 veranschaulicht, wird das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor in einer frühen Startphase des Fahrzeugs ausgelassen wird, durch den Bypass-Einlass 11 (hindurch) in die Abgasleitung 10 eingeleitet, und das Kühlmittel wird durch den mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Kühlmitteleinlass 31 (hindurch) in die Kühlmittelwege 30 eingeleitet.
  • Zu diesem Zeitpunkt ist die Durchmesser-Fläche 21 des Wärmetauschers 20 quer zur Abgasleitung 10 angeordnet in einer Richtung, die der Einlassrichtung des Abgases zugewandt ist. Das Abgas strömt durch die Abgaseinlässe 41 des Wärmetauschers 20 in den Wärmetauscher 20 und wird dann durch die Abgasauslässe 42 ausgelassen.
  • Entsprechend wird der Wärmeaustausch zwischen dem Hochtemperatur-Abgas und dem Niedrigtemperatur-Kühlmittel innerhalb des Wärmetauschers 20 durchgeführt, und das erwärmte Kühlmittel dient dazu, um den Verbrennungsmotor und das Getriebe aufzuwärmen.
  • Nachdem das Fahrzeug aufgewärmt ist, wird - wie in 3 veranschaulicht - der Wärmetauscher 20 gedreht, um im Erweiterungsteil 14 der Abgasleitung 10 aufgenommen zu werden und den Bypass-Weg 12 zu öffnen, indem der Wärmetauscher 20 aus dem Bypass-Weg 12 entfernt wird.
  • Entsprechend wird das durch den Bypass-Einlass 11 in den Bypass-Weg 12 eingeleitete Hochtemperatur-Abgas größtenteils durch den Bypass-Auslass 13 ausgelassen, ohne durch den Wärmetauscher 20 zu passieren, sodass es möglich ist, eine übermäßige thermische Belastung des Verbrennungsmotors zu verhindern.
  • Zur Einfachheit in der Beschreibung und genauen Definition in den angehängten Ansprüchen werden die Begriffe „oberer“, „unterer“, „innerer“ und „äußerer“ verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Positionen solcher Merkmale, wie sie in den Figuren gezeigt sind, zu beschreiben.
  • Die vorhergehenden Beschreibungen der spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sollen nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form einschränkend verstanden werden, und es sind offensichtlich viele Modifikationen und Variationen möglich angesichts der obigen Lehre. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern und dadurch dem Fachmann die Herstellung und den Gebrauch der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie von deren zahlreichen Alternativen und Modifikationen zu ermöglichen. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die angeführten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.

Claims (8)

  1. Eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vom drehbaren Typ, aufweisend: eine Abgasleitung (10), die einen Bypass-Weg (12), in welchen ein Hochtemperatur-Abgas eingeleitet wird, und einen Erweiterungsteil (14) aufweist, der sich von einer Seite des Bypass-Weges in einer halbkreisförmigen Form erstreckt, um zu ermöglichen, dass das Abgas passiert, und einen halbkreisförmigen Wärmetauscher (20), der drehbar innerhalb der Abgasleitung aufgenommen ist und ermöglicht, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem von dem Bypass-Weg zugeführten Hochtemperatur-Abgas und einem durch einen Kühlmitteleinlass (31) eingeleiteten Niedrigtemperatur-Kühlmittel durchgeführt wird, wobei eine seitliche Fläche des Wärmetauschers eine Durchmesser-Fläche (21), die als eine ebene Fläche ausgebildet ist, und eine Bogen-Fläche (22) aufweist, die als eine gebogene Fläche ausgebildet ist, und wobei die Durchmesser-Fläche des Wärmetauschers bezogen auf eine Drehachse (23) des Wärmetauschers eine Fläche, die geschlossen ist, und eine andere Fläche hat, die mit Abgaseinlässen (41) ausgestattet ist, durch welche das Abgas eingeleitet wird, um durch Abgaswege (40) zu strömen.
  2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlmitteleinlass (31) mit einem oberen Ende des Wärmetauschers (20) verbunden ist, um das Kühlmittel in innerhalb des Wärmetauschers ausgebildete Kühlmittelwege (30) einzuleiten, wobei ein Kühlmittelablassanschluss (32), durch den das in den Kühlmittelwegen (30) strömende Kühlmittel abgelassen wird, mit einem unteren Ende des Wärmetauschers verbunden ist, und wobei der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelablassanschluss koaxial zur Drehachse (23) des Wärmetauschers angeordnet sind.
  3. Die Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei Schläuche (33), die aus einem flexiblen Material hergestellt sind, um Bewegungen des Kühlmitteleinlasses (31) und des Kühlmittelablassanschlusses (32) zusammen mit einer Drehung des Wärmetauschers (20) aufzunehmen, mit einem Ende des Kühlmitteleinlasses und einem Ende des Kühlmittelablassanschlusses verbunden sind.
  4. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Abgasauslässe (42), durch die das durch die Abgaswege (40) strömende Abgas ausgelassen wird, auf einer Seite der Bogen-Fläche (22) des Wärmetauschers (20) ausgebildet sind, und wobei, wenn der Wärmetauscher so gedreht wird, dass er im Erweiterungsteil (14) aufgenommen ist, die Bogen-Fläche des Wärmetauschers und eine innere Fläche des Erweiterungsteils vollständig miteinander in Kontakt kommen, um die Abgasauslässe mittels der inneren Fläche des Erweiterungsteils zu verschließen.
  5. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wärmetauscher (20) mit einer Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Kühlmittelwegen (30), durch die das durch den Kühlmitteleinlass (31) eingeleitete Kühlmittel strömt, und einer Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Abgaswegen (40) eingerichtet ist, durch die das Abgas strömt, welche abwechselnd geschichtet sind, um parallel einander angrenzend zu sein.
  6. Die Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Kühlmittelwegen (30) miteinander fluidverbunden ist.
  7. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Wärmetauscher (20) mit einer Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Kühlmittelwegen (30), die parallel zueinander im Abstand sind und ermöglichen, dass das durch den Kühlmitteleinlass (31) eingeleitete Kühlmittel strömt, und einer Mehrzahl von rohrförmigen Abgaswegen (40) eingerichtet ist, durch die das Abgas strömt und die zwischen den Kühlmittelwegen angeordnet sind, welche zueinander im Abstand sind.
  8. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Mehrzahl von halbrunden plattenförmigen Kühlmittelwegen (30) miteinander fluidverbunden ist.
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