-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung unter Verwendung einer Wärmerohrleitung und insbesondere eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die für die Verwendung in einem Fahrzeug geeignet ist, das mit einem Verbrennungsmotor versehen ist.
-
Hintergrundtechnik
-
Eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung vom Wärmesiphontyp ist, wie zum Beispiel in
JP7-120178 A offenbart, bekannt. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist aus einem Wärmesiphon mit einem Verdampfer und einem Kondensator aufgebaut, die in einer runden Form verbunden sind. Der Verdampfer ist in einer Abgasrohrleitung eines Motors angeordnet, während der Kondensator in einer Motorkühlrohrleitung angeordnet ist, um die Wärme des Abgases des Motors in das Motorkühlmittel wiederzugewinnen.
-
Im Allgemeinen ist ein Katalysator (katalytischer Wandler) zum Reinigen des Abgases an einem Punkt auf mittlerem Weg in der Abgasrohrleitung bereitgestellt.
JP7-120178 A gelingt es jedoch nicht, eine wirksame Anordnung für den Verdampfer oder eine passende Form oder ähnliches für die Abgasrohrleitung unter Berücksichtigung des derartigen Katalysators bereitzustellen.
-
Zum Beispiel funktioniert der Katalysator nur, wenn die Temperatur des Abgases gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist. Wenn der Verdampfer auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms von dem Katalysator ist, wird das Abgas von dem Verdampfer gekühlt, und folglich kann der Katalysator seine Funktion nicht hinreichend ausführen.
-
Da der Verdampfer in dem Abgasrohr angeordnet ist, hat das Abgasrohr an einem Einlass eine vergrößerte Größe und ist an einem Auslass in Bezug auf den Verdampfer geschrumpft, wobei durch Zirkulation ein Druckabfall in dem Abgas verursacht wird. Ferner ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung erwünscht, die den Katalysator und den Verdampfer wirksam in das Fahrzeug oder ähnliches montieren kann.
-
Ein Wärmetauscher vom Schleifenrohrleitungstyp wird als ein Wärmetauscher vorgeschlagen, der das Prinzip der Wärmerohrleitung, wie zum Beispiel in
JP4-45393 A offenbart, verwendet. Der Wärmetauscher umfasst einen versiegelten Zirkulationsweg zum Ausbilden einer geschlossenen Schleife und ein Wärmeüberträgerfluid, das in dem Zirkulationsweg eingeschlossen ist und fähig ist, verdampft und kondensiert zu werden. Der Wärmetauscher umfasst auch einen in dem Zirkulationsweg angeordneten Verdampfer zum Verdampfen eines Arbeitsfluids unter Verwendung von Wärme, die von außen in ihn aufgenommen wird, und einen Kondensator, der in einer höheren Position als der des Verdampfers in dem Zirkulationsweg angeordnet ist, um Wärme zwischen dem Wärmeüberträgerfluid, das von dem Verdampfer verdampft wird, und einem Fluid zum Aufnehmen der von Außen übertragenen Wärme auszutauschen.
-
Um eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung mit einer einfachen und kompakten Struktur bereitzustellen, die den Vorteil der Montageeigenschaft in dem Fahrzeug hat, ist es wünschenswert, dass der Verdampfer und der Kondensator integral aufgebaut sind. Ein Beispiel, wie in 8 gezeigt, nehmend, sind ein Verdampfer J1 und ein Kondensator J2 in der Horizontalrichtung benachbart zueinander angeordnet, und Sammelrohre (Verbindungsabschnitte) J5 sind bereitgestellt, um zwischen beiden jeweiligen Enden des Verdampfers J1 und des Kondensators J2 in der vertikalen Richtung der Wärmerohrleitungen J3 zu verbinden.
-
In der vorstehend beschriebenen Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung strömt ein von dem Verdampfer J1 verdampftes Arbeitsfluid durch das Sammelrohr J5 auf der Oberseite in den Kondensator J2. Das Arbeitsfluid wird an dem Kondensator J2 kondensiert, um eine Flüssigkeit zu werden, die durch das Sammelrohr J5 auf der Unterseite in den Verdampfer J1 strömt. Eine Differenz in der Wasserhöhe (eine Höhendifferenz einer Wasserdruckhöhe h) des Arbeitsfluids (Flüssigkeit) wird zwischen dem Verdampfer J1 und dem Kondensator J2 durch ein Gleichgewicht zwischen der Verdampfung des Arbeitsfluids an dem vorstehenden Verdampfer J1 und der Kondensation des Arbeitsfluids an dem Kondensator J2 bewirkt. Diese Differenz in der Wasserdruckhöhe „h” bewirkt, dass das Arbeitsfluid von dem Kondensator J2 zu dem Verdampfer J1 zurück gebracht wird, um die Zirkulation des Arbeitsfluids zu ermöglichen. Um folglich eine ausreichende Menge an Arbeitsfluid von dem Kondensator J2 zu dem Verdampfer J1 zurück zu bringen, ist es notwendig, die Differenz in der Wasserdruckhöhe „h” sicherzustellen.
-
Die vorstehend beschriebene Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung tauscht Wärme zwischen dem von dem Verdampfer J1 verdampften Arbeitsfluid und dem Motorkühlmittel auf der stromabwärtigen Seite in dem Kondensator J2 aus. Um folglich eine Wärmeaustauscheigenschaft des Kondensators J2 sicherzustellen, muss eine Wärmestrahlungseigenschaft des oberen Teils der Wärmerohrleitung J3, die an dem Kondensator J2 (das heißt, auf einer Seite, in die das von dem Verdampfer J1 verdampfte Arbeitsfluid strömt) angeordnet ist, gewährleistet werden.
-
JP 2003-148 882A zeigt eine Vorrichtung, bei welcher ein Flüssigkeitsdurchtritt lediglich eine Verbindungsleitung ist, durch welche in dem Kondensationsabschnitt kondensierte Flüssigkeit zu dem Verdampfungsabschnitt strömt. Dabei wird Gas in dem Kondensationsabschnitt durch den Kühler gekühlt und wird somit flüssig. Diese Flüssigkeit strömt in den Verdampfungsabschnitt über den Flüssigkeitsdurchtritt, um in dem Verdampfungsabschnitt verdampft zu werden.
-
US 3 196 976 A beschreibt einen Abgas-Schalldämpfer mit einer Rinne, in welcher sich Flüssigkeit sammeln kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung wurde angesichts der vorangehenden Probleme zustande gebracht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Reinigungsfunktion von Abgas und eine Rückgewinnungsfunktion von Abgaswärme aus dem Abgas effektiv erfüllt, während sie eine gute Montageeigenschaft hat.
-
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Differenz in der Wasserdruckhöhe zwischen einem Verdampfer und einem Kondensator bei der Zirkulation von Arbeitsfluid sicherstellen kann, während eine Wärmestrahlungseigenschaft eines oberen Teils einer in dem Kondensator angeordneten Wärmerohrleitung sichergestellt wird.
-
Diese Aufgabe wird durch den Abgaswärmetauscher mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
-
Gemäß einem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung: einen aufnehmenden Abschnitt, der ohne Schrumpfung eines Schnitts eines Zwischenteils davon kontinuierlich ausgebildet ist und geeignet ist, in einen mittleren Abschnitt einer Abgasrohrleitung eines Verbrennungsmotors eingesetzt zu werden, um zuzulassen, dass Abgas des Verbrennungsmotors hindurchgeht; einen Katalysator, der in dem aufnehmenden Abschnitt angeordnet ist, zum Reinigen des Abgases; einen Verdampfer, der benachbart zu dem Katalysator auf einer stromabwärtigen Seite eines Abgasstroms in dem aufnehmenden Abschnitt angeordnet ist, zum Verdampfen eines Arbeitsmediums darin unter Verwendung von Wärme des Abgases; und einen Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmediums durch Abstrahlen von Wärme des Arbeitsmediums, das von dem Verdampfer in ihn strömt, in Richtung einer Kühlmittelseite des Verbrennungsmotors, um Wärme auf der Kühlmittelseite zurück zu gewinnen und um das kondensierte Arbeitsmedium an den Verdampfer zurück zu führen.
-
Folglich ist es möglich, eine kompakte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung bereitzustellen, die sowohl den Katalysator als auch den Verdampfer in dem aufnehmenden Abschnitt umfasst, wodurch die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung insgesamt wirksam montiert werden kann.
-
Der Katalysator ist in Bezug auf den Verdampfer auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms angeordnet und kann folglich eine ausreichende Reinigungsfunktion des Abgases vorweisen, ohne durch das Kühlen des Abgases an dem Verdampfer beeinflusst zu sein. Der Verdampfer tauscht Wärme mit dem Abgas aus, das von dem Katalysator gereinigt wurde und eine erhöhte Temperatur hat, wodurch die effektive Rückgewinnung der Abgaswärme ermöglicht wird.
-
Der aufnehmende Abschnitt zum Aufnehmen des Katalysators und des Verdampfers kann kontinuierlich ausgebildet sein, ohne dass die Größe des Schnitts verkleinert ist. Folglich kann die Anzahl vergrößerter Rohrleitungsabschnitte oder verkleinerter Rohleitungsabschnitte, die in der Abgasrohrleitung ausgebildet sind, verringert werden, wodurch ein Druckabfall des Abgases durch die Zirkulation verringert werden kann.
-
Zum Beispiel kann eine Rille, die sich in Richtung einer hinteren Endseite der Abgasrohrleitung erstreckt, auf einer unteren Oberfläche des aufnehmenden Abschnitts ausgebildet sein. Wenn folglich die Temperatur des Abgases in dem Verdampfer verringert wird und die Feuchtigkeit in dem Abgas kondensiertes Wasser wird, wird das kondensierte Wasser in der Rille gesammelt und kann ferner zusammen mit dem Abgasstrom in Richtung der hinteren Endseite der Abgasrohrleitung strömen. Dies kann die Einflüsse des Befeuchtens auf den Katalysator und den Verdampfer verringern. Außerdem kann eine Vielzahl derartiger Rillen bereitgestellt werden. In diesem Fall kann das kondensierte Wasser wirksamer gesammelt werden, um in Richtung der hinteren Endseite zu strömen.
-
Alternativ kann die Rille in Richtung der hinteren Endseite der Abgasrohrleitung geneigt sein. Alternativ kann die untere Oberfläche des aufnehmenden Abschnitts in Richtung der Rille in ihrer Breitenrichtung nach unten geneigt sein.
-
Alternativ kann die untere Oberfläche des aufnehmenden Abschnitts derart bereitgestellt werden, dass die stromaufwärtige Seite des Abgasstroms von dem Verdampfer sich auf einer höheren Position als die stromabwärtige Seite des Abgasstroms einschließlich des Verdampfers befindet. Selbst wenn die Temperatur des Abgases in dem Verdampfer verringert wird und die Feuchtigkeit in dem Abgas kondensiertes Wasser wird, kann in diesem Fall vermieden werden, dass das kondensierte Wasser in Richtung des Katalysators strömt, und es kann auch zusammen mit dem Abgasstrom in Richtung der hinteren Endseite der Abgasrohrleitung strömen. Dies kann die Einflüsse der Befeuchtung auf den Katalysator und den Verdampfer weiter verringern.
-
Alternativ kann ein Edelmetallkatalysator zu einem Wärmeaustauschelement hinzugefügt werden, das in einem Wärmeaustauschabschnitt des Verdampfers enthalten ist. Auf diese Weise kann der Wärmeaustauschabschnitt des Verdampfers die Reinigungsfunktion des Abgases haben. Dies kann den inhärenten Katalysatorwandler kompakt machen.
-
Gemäß einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die in ein Fahrzeug montiert werden soll, das einen Verbrennungsmotor als eine Antriebsquelle für das Laufen des Fahrzeugs verwendet: einen Verdampfer, der in einem Abgasweg angeordnet ist, durch den von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenes Abgas zirkuliert wird, wobei der Verdampfer geeignet ist, Wärme zwischen dem Abgas und einem in ihn gefüllten Arbeitsfluid, das fähig ist, verdampft und kondensiert zu werden, auszutauschen, wodurch das Arbeitsfluid verdampft wird; und einen in einem Kühlmittelweg angeordneten Kondensator, durch den ein Kühlmittel des Verbrennungsmotors zirkuliert wird, wobei der Kondensator geeignet ist, Wärme zwischen dem Kühlmittel und dem von dem Verdampfer verdampften Arbeitsfluid auszutauschen, wodurch das Arbeitsfluid kondensiert wird. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung sind der Verdampfer und der Kondensator in einem Strömungsweg mit geschlossener Schleife angeordnet, durch den das Arbeitsfluid zirkuliert wird, der Verdampfer und der Kondensator sind benachbart zueinander in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung angeordnet, der Kondensator hat eine Vielzahl von Wärmerohrleitungen auf einer Kondensationsseite, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Wärmerohrleitung auf der Kondensationsseite einen Abschnitt mit kleiner Schnittfläche hat, der eine kleinere Schnittfläche hat als die eines oberen Endabschnitts von ihr, und der Abschnitt mit kleiner Schnittfläche ist unterhalb einer oberen Oberfläche des Arbeitsfluids in der Wärmerohrleitung auf der Kondensationsseite angeordnet, wenn der Verdampfer geheizt wird.
-
Wenn die Zirkulation des Arbeitsfluids durch Heizen des Verdampfers von einem Zustand, in dem die Zirkulation des Arbeitsfluid gestoppt ist (in dem der Verdampfer nicht geheizt wird) begonnen wird, wird die obere Oberflächenposition (Wasseroberflächenposition) des Arbeitsfluids auf der Kondensationsseite erhöht. Zu dieser Zeit ist der Abschnitt mit der kleinen Schnittfläche auf der Kondensationsseite, der die kleinere Schnittfläche hat (die eine Schnittfläche senkrecht zu der Längsrichtung der Wärmerohrleitung bei der Kondensation ist) als die des oberen Endabschnitts, unter der oberen Oberfläche (Wasseroberfläche) des Arbeitsfluids positioniert, wenn der Verdampfer geheizt wird. Dies kann die obere Oberflächenposition (Wasseroberflächenposition) des Arbeitsfluids auf der Kondensationsseite in der Zirkulation des Arbeitsfluids weiter erhöhen, wodurch eine Differenz in der Wasserdruckhöhe zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator vergrößert wird.
-
In der Wärmerohrleitung auf der Kondensationsseite ist der Abschnitt mit der kleinen Schnittfläche unterhalb der oberen Oberfläche (Wasseroberfläche) des Arbeitsfluids angeordnet, wenn der Verdampfer geheizt wird. Folglich braucht die Schnittfläche eines Teils der kondensationsseitigen Wärmerohrleitung, die sich oberhalb der oberen Oberfläche (Wasseroberfläche) des Arbeitsfluids befindet, wenn der Verdampfer geheizt wird, nicht verkleinert werden. Folglich ist es möglich, die Fläche der Außenoberfläche des oberen Teils der Wärmerohrleitung auf der Kondensationsseite zu vergrößern, wodurch die Wärmestrahlungseigenschaft verbessert wird.
-
Folglich ist es möglich, die Differenz der Wasserdruckhöhe zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator in der Zirkulation des Arbeitsfluids sicherzustellen, während die Wärmestrahlungseigenschaft des oberen Teils der Wärmerohrleitung auf der Kondensationsseite sichergestellt wird.
-
Ein Ventilmechanismus kann auf einer stromabwärtigen Seite in dem Kondensator bereitgestellt werden, um den Strömungsweg, durch den das kondensierte Arbeitsfluid in den Verdampfer strömt, zu öffnen und zu schließen. Wenn der Ventilmechanismus in diesem Fall geschlossen wird und die Rückkehr des Arbeitsfluids gestoppt wird, wird das Arbeitsfluid in dem Kondensator gelagert. Daher wird eine Kapazität zum Lagern des kondensierten Arbeitsfluids in dem Kondensator auf der stromaufwärtigen Seite des Ventilmechanismus benötigt. Folglich kann in der Wärmerohrleitung auf der Kondensationsseite die Positionierung des Abschnitts mit der kleinen Schnittfläche unterhalb der oberen Oberfläche (Wasseroberfläche) des Arbeitsfluids, wenn der Verdampfer geheizt wird, die Schnittfläche des Strömungswegs eines Teils der kondensationsseitigen Wärmerohrleitung oberhalb der oberen Oberfläche (Wasseroberfläche) des Arbeitsfluids vergrößern, wenn der Verdampfer geheizt wird. Daher ist es möglich, die Kapazität zum Lagern des kondensierten Arbeitsfluids auf der oberen Seite der Wärmerohrleitung auf der Kondensationsseite sicherzustellen.
-
Der Abschnitt mit kleiner Schnittfläche kann zumindest unterhalb der oberen Oberfläche des Arbeitsfluids in der Wärmerohrleitung auf der Kondensationsseite angeordnet werden, wenn der Verdampfer nicht geheizt wird.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen montierten Zustand einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in einem Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
-
2 ist eine entlang der Linie A-A von 1 genommene schematische Schnittansicht der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung;
-
3 ist eine Seitenansicht, die eine Form eines Kanals gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
-
4 ist eine Schnittansicht einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
-
5 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen Teil einer Wärmerohrleitung auf einer Kondensationsseite gemäß der vierten Ausführungsform zeigt;
-
6(a) und 6(b) sind vergrößerte perspektivische Ansichten, die einen Teil einer Wärmerohrleitung auf der Kondensationsseite zeigen, wobei 6(a) ihre Struktur gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt, und 6(b) eine Struktur eines Vergleichsbeispiels zeigt;
-
7 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen Teil einer Wärmerohrleitung auf einer Kondensationsseite gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt; und
-
8 ist eine Schnittansicht, die eine herkömmliche Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung zeigt.
-
Bevorzugte Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung
-
(Erste Ausführungsform)
-
Eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird auf ein Fahrzeug angewendet, das einen Motor 10 als Antriebsquelle für das Laufen eines Fahrzeugs verwendet. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 ist in einer Abgasrohrleitung 11 und einem Abgaswärmerückgewinnungskreislauf 30 des Motors 10 angeordnet. Die spezifische Struktur wird nachstehend unter Bezug auf 1 und 2 beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, das einen montierten Zustand der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 in dem Fahrzeug zeigt, und 2 ist eine entlang der Linie A-A von 1 (Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100) genommene Schnittansicht.
-
Wie in 1 gezeigt, ist der Motor 10 ein wassergekühlter Verbrennungsmotor und hat die Abgasrohrleitung 11, von der Abgas, das nach der Verbrennung von Kraftstoff erzeugt wird, abgeleitet wird. Der Motor 10 umfasst eine Strahlerschaltung 20, durch die Motorkühlmittel (auf das hier nachstehend als ein Kühlmittel Bezug genommen wird) zum Kühlen des Motors 10 zirkuliert wird, wobei der Abgaswärmerückgewinnungskreislauf 30 als ein Strömungsweg neben dem Strahlerkreislauf 20 dient, durch den das Kühlmittel zirkuliert wird, und einen Heizungskreislauf 40, durch den das Kühlmittel (warmes Wasser) in einem Heizungskern 41 zum Heizen von Luft, die klimatisiert werden soll, zirkuliert wird.
-
Der Strahlerkreislauf 20 ist mit einem Strahler 21 versehen, der Wärme zwischen dem von einer Wasserpumpe 22 zirkulierten Kühlmittel und der Außenluft austauscht, um dadurch das Kühlmittel zu kühlen. Ein Umleitungsströmungsweg 23, durch den das Kühlmittel zirkuliert, während es den Strahler 21 umgeht, ist in der Strahlerschaltung 20 bereitgestellt. Ein Thermostat 24 ist geeignet, eine Kältemittelmenge, die durch den Strahler 21 strömt, und eine Kältemittelmenge, die durch den Umleitungsströmungsweg 23 strömt, einzustellen. Insbesondere zur Zeit des Aufwärmens des Motors wird die Menge des Kühlmittels auf der Seite des Umleitungsströmungswegs 23 erhöht, um die Motorerwärmung zu fördern. Das heißt, es wird verhindert, dass das Kühlmittel von dem Strahler 21 unterkühlt wird.
-
Der Abgaswärmerückgewinnungskreislauf 30 ist ein Strömungsweg, der sich von einem Motorauslass des Strahlerkreislaufs 20 verzweigt, um mit der Wasserpumpe 22 verbunden zu werden, und durch den das Kältemittel von der Wasserpumpe 22 zirkuliert wird. Ein Wasserbehälter 140 (Kondensator 130) der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100, die später beschrieben werden soll, ist mit einem Punkt auf mittlerer Strecke des Abgaswärmerrückgewinnungskreislaufs 30 verbunden.
-
Der Heizungskreislauf 40 ist ein Kreislauf, in dem das Kühlmittel (Warmwasser) von einer anderen Position als dem Motorauslass des Strahlers 20 strömt und der die stromabwärtige Seite des Abgasrückgewinnungskreislaufs 30 zusammenführt. Der Heizungskreislauf 40 ist mit einem Heizungskern 41 versehen, der als ein Wärmetauscher zum Heizen dient. Das Kühlmittel (warme Wasser) wird durch die vorstehend beschriebene Wasserpumpe 22 durch den Heizungskreislauf 40 zirkuliert. Der Heizungskern 41 ist in einem Klimaanlagengehäuse einer (nicht gezeigten) Klimatisierungseinheit angeordnet, um die Luft, die klimatisiert werden soll, die von einem Gebläse geblasen wird, durch den Wärmeaustausch mit dem warmen Wasser zu heizen.
-
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 einen Katalysator 12, einen Verdampfer 110, einen Kanal 120, einen Kondensator 130, den Wasserbehälter 140 und ähnliches. Der Katalysator 12 und der Verdampfer 110 sind in dem Kanal 120 aufgenommen, und der Verdampfer 110 und der Kondensator 130 sind miteinander verbunden. Diese Elemente bilden eine Wärmerohrleitung 101 vom Schleifentyp.
-
Der Katalysator 12 dient zum Reinigen des Abgases. Der Katalysator 12 ist aus einem Element (Monolith) mit einer rechteckigen Säulenform gebildet und zum Beispiel einem keramischen Material mit einem ihm zugefügten Katalysatormaterial gefertigt.
-
Die Wärmerohrleitung 101 ist mit einem nicht gezeigten Dichtungsabschnitt versehen. Die Wärmerohrleitung 101 wird durch den Dichtungsabschnitt auf Vakuum evakuiert (dekomprimiert), und wird mit dem Arbeitsmedium verkapselt, um den Dichtungsabschnitt abzudichten. Als das Arbeitsmedium wird Wasser verwendet. Wenngleich der Siedepunkt von Wasser bei einem Druck von 1 Atmosphäre 100 Grad ist, wird die Luft innerhalb der Wärmepumpe 101 dekomprimiert (zum Beispiel auf einen Druck von 0,01 Atmosphäre), so dass der Siedepunkt 5 bis 10°C wird. Es wird bemerkt, dass das zu verwendende Arbeitsmedium neben dem Wasser zum Beispiel Alkohol, Phloro-Kohlenstoff, Freon und ähnliche umfasst.
-
Jedes der Elemente (die später beschrieben werden sollen), die in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 enthalten sind, außer dem vorstehend beschriebenen Katalysator 12, ist aus einem rostfreien Stahlelement mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit gefertigt. Nach der vorübergehenden Montage dieser Elemente werden die jeweiligen Elemente unter Verwendung eines Hartlötmaterials, das sich auf einem Widerlagerelement und einem Eingreifabschnitt befindet, integral aneinander hartgelötet.
-
Der Verdampfer 110 umfasst Rohre 111, Lamellen 112, einen unteren Behälterabschnitt 113 und einen oberen Behälterabschnitt 114. Das Rohr 111 hat ein längliches Rohrleitungselement mit einer flachen Schnittform. Diese Rohre 111 sind in einer Linie mit einem vorbestimmten Rohrabstand angeordnet, mit dem sie in der in 2 gezeigten Links-Rechts-Richtung (worauf hier nachstehend als eine Anordnungsrichtung Bezug genommen wird) voneinander beabstandet sind, so dass die Längsrichtung der Rohre 111 vertikal ausgerichtet ist. Außerdem sind die Rohre 111 auch in mehreren Linien in der Richtung senkrecht zu der in 2 gezeigten Papieroberfläche angeordnet (worauf hier nachstehend als Leitungsrichtung Bezug genommen wird).
-
Die Lamelle 112, die als ein Wärmeaustauschelement dient, geht zwischen die Rohre 111, die in der Anordnungsrichtung angeordnet sind, und ist mit der äußeren Wandfläche (Oberfläche) des Rohrs 111 verbunden. Die Lamelle 112 dient zum Vergrößern der Fläche des Wärmeaustauschs mit dem Abgas und ist eine gewellte Lamelle, die durch einen Walzvorgang aus einem dünnen Streifen in einer Wellenform gebildet wird. Die Rohre 111 und die Lamellen 112 bilden den Wärmeaustauschabschnitt des Verdampfers 110.
-
Der untere Behälterabschnitt 113 und der obere Behälterabschnitt 114 sind jeweils in einer flachen Kastenform ausgebildet. Der untere Behälterabschnitt 113 und der obere Behälterabschnitt 114 sind auf zwei Enden der Rohre 111 in der Längsrichtung angeordnet. Rohrlöcher (nicht gezeigt) sind an Positionen der Behälterabschnitte 113 und 114 ausgebildet, die den Rohren 111 entsprechen. Jedes der Rohre 111 hat zwei Enden in der Längsrichtung, die in die Rohrlöcher der jeweiligen Behälterabschnitte 113 und 114 angeschlossen sind. Die Rohre 111 sind in Verbindung mit den Behälterabschnitten 113 und 114 angeschlossen.
-
Der Kanal 120 entspricht einem aufnehmenden Abschnitt in der Erfindung und lässt, wie später beschrieben, zu, dass Abgas durch ihn hindurchgeht. Der Kanal 120 ist ein zylindrisches Element mit einer ungefähr rechteckigen Schnittform und ist kontinuierlich mit der konstanten Schnittfläche ohne Schrumpfung der Schnittfläche eines Zwischenteils zwischen einem Ende und dem anderen Ende des Kanals 120 in der Axialrichtung ausgebildet. Eine Rille 122 ist in der unteren Oberfläche 121 des Kanals 120 ausgebildet, so dass sie sich in Richtung der hinteren Endseite der Abgasrohrleitung 11 erstreckt, wenn der Kanal auf dem Weg zu der Abgasrohrleitung 11 dazwischen kommt. Der Schnitt der Rille 122 kann ungefähr eine halbkreisförmige Form, wie in 2 gezeigt, oder jede andere geeignete Form, wie etwa eine viereckige Form oder eine V-ähnliche Form haben.
-
Der Katalysator 12 und der Verdampfer 110 sind in dem Kanal 120 aufgenommen. Der Verdampfer 110 ist in Bezug auf den Katalysator 12 auf der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms und benachbart zu dem Katalysator 12 in dem Kanal 120 angeordnet. Der Verdampfer 110 ist in dem Kanal 120 aufgenommen, so dass die Leitungsrichtung der Rohre 111 (die Richtung senkrecht zu der Papieroberfläche von 2) identisch zu der Strömungsrichtung des Abgases (der Richtung senkrecht zu der Papieroberfläche von 2) ist.
-
Der Kondensator 130 hat eine Vielzahl von Rohren 131, die derart angeordnet sind, dass sie, wie der vorstehend beschriebene Verdampfer 110, eine vertikal ausgerichtete Längsrichtung haben. Beide Enden der Rohre 131 in der Längsrichtung sind derart ausgebildet, dass sie mit einem oberen Behälterabschnitt 132 und einem unteren Behälterabschnitt 133 verbunden werden sollen. Die Rohre 131 sind in Verbindung mit dem Inneren der Behälterabschnitte 132 und 133 angeordnet.
-
Der vorstehend beschriebene Kondensator 130 ist in dem Wasserbehälter 140 untergebracht. Der Wasserbehälter 140 ist ein länglicher Kasten, der derart ausgebildet ist, dass er sich entlang der Längsrichtung der Rohre 131 erstreckt. Der Wasserbehälter 140 hat auf einer Endseite eine Kühlmitteleinführungsrohrleitung 141 zum Einführen des Kühlmittels in ihn und auf der anderen Endseite eine Kühlmittelableitungsrohrleitung 142 zum Ableiten des Kühlmittels nach außen.
-
Ein Ventilmechanismus 150 ist in dem unteren Behälterabschnitt 133 des Kondensators 130 angeordnet. Das Innere des Ventilmechanismus 150 wird von einer Membran 151 in einen Raum 152 auf der Atmosphärenseite in Verbindung mit der Atmosphäre und einen Verbindungsströmungsweg 153 zum Verbinden des unteren Behälterabschnitts 133 mit dem unteren Behälterabschnitt 113 verzweigt. Der Verbindungsströmungsweg 153 ist mit einem Ventilkörper 154 versehen, der mit der Membran 151 verbunden ist und geeignet ist, den Verbindungsströmungsweg 153 zu öffnen und zu schließen.
-
Die Membran 151 wird durch ein Gleichgewicht zwischen dem von der Außenluft angelegten Atmosphärendruck und dem Innendruck des Kondensators 130 (Wärmerohrleitung 101) in der in 2 gezeigten Links-Rechts-Richtung verschoben. Die Verschiebung der Membran 151 verschiebt den Ventilkörper 154, um den Verbindungsströmungsweg 153 zu öffnen und zu schließen. Auf diese Weise dient der Ventilmechanismus 150 als ein Ventil zum Öffnen und Schließen des Verbindungsströmungswegs 153 entsprechend dem Druck des Arbeitsmediums. Insbesondere wenn der Innendruck des Kondensators 130 (Wärmerohrleitung 101) über einen vorbestimmten Innendruck (Ventilschließdruck) zunimmt, um den Atmosphärendruck zu überwinden, gleitet der Ventilkörper 154 in der in 2 gezeigten Rechtsrichtung, um den Verbindungsströmungsweg 153 zu schließen. Wenn der Innendruck des Kondensators 130 (der Wärmerohrleitung 101) umgekehrt unterhalb den vorbestimmten Druck (Ventilschließdruck) abnimmt, wird der Ventilkörper 154 geöffnet.
-
Der Kondensator 130 ist außerhalb des Kanals 120 und auf der Seite des Verdampfers 110 angeordnet und ist mit dem Verdampfer 110 verbunden, um den oberen Behälterabschnitt 114 mit dem oberen Behälterabschnitt 132 zu verbinden. Auch ist der Kondensator 130 derart verbunden, um den Verbindungsströmungsweg 153 des Ventilmechanismus 150 mit dem unteren Behälterabschnitt 113 zu verbinden. Der untere Behälterabschnitt 113, das Rohr 111, der obere Behälterabschnitt 114, der obere Behälterabschnitt 132, das Rohr 131, der untere Behälterabschnitt 133, der Ventilmechanismus 150 (der Kommunikationsströmungsweg 153) und der untere Behälterabschnitt 113 sind in einer ringförmigen Form vereinigt, um die Wärmerohrleitung 101 zu bilden.
-
Wie vorstehend erwähnt, wird die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 ausgebildet. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 ist in einem vertieften Abschnitt angeordnet, der derart ausgebildet ist, dass er von der Erde unter einem Boden des Fahrzeugs aus gesehen in Richtung des Inneren des Fahrgastraums vertieft ist. Der Kanal 120 (der Katalysator 12 und der Verdampfer 110) kommen in der Abgasrohrleitung 11 dazwischen, und beide Rohrleitungen 141 und 142 des Wasserbehälters 140 sind mit dem Abgaswärmerückgewinnungskreislauf 30 verbunden (siehe 1).
-
Nun werden nachstehend der Betrieb, die Wirkung und der Vorteil der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 mit der vorstehend beschriebenen Anordnung beschrieben.
-
Wenn der Motor 10 betätigt wird, wird die Wasserpumpe 22 betrieben, was dem Kühlmittel erlaubt, durch den Strahlerkreislauf 20, den Abgaswärmerückgewinnungskreislauf 30 und den Heizungskreislauf 40 zu zirkulieren. Das Abgas des von dem Motor 10 verbrannten Kraftstoffs strömt durch die Abgasrohrleitung 11 und wird dann von dem Katalysator 12 der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 gereinigt. Zu dieser Zeit wird die Temperatur des Abgases durch die Reinigungswirkung durch den Katalysator 12 erhöht. Das Abgas, das den Katalysator 12 durchlaufen hat, strömt in den Verdampfer 110 auf der stromabwärtigen Seite, ohne so sehr durch die Strömung in dem Kanal 120 beeinflusst zu werden und wird dann in die Atmosphäre abgeleitet. Das durch den Abgaswärmerückgewinnungskreislauf 30 zirkulierende Kühlmittel durchläuft das Innere des Wasserbehälters 140 (Kondensator 130) der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100.
-
Nachdem der Motor 10 betätigt wird, wird der Innendruck der Wärmerohrleitung 101 mit zunehmender Temperatur des Kühlmittels allmählich erhöht. Da die Menge des Abgases sich entsprechend eines Lastzustands des Motors 10 ändert, wird der Innendruck des Fahrzeugs mit dem normalen Motor entsprechend den verschiednen Betriebszuständen des Fahrzeugs, einschließlich Beschleunigung, Verlangsamung und Anhalten, geändert.
-
Während der Innendruck der Wärmerohrleitung 101 weiterhin auf einen Zustand unterhalb des Ventilschließdrucks erhöht wird, ist der Ventilmechanismus 150 in einem geöffneten Ventilzustand. Wasser (Arbeitsmedium) in der Wärmerohrleitung 101 nimmt an dem Verdampfer 110 Wärme aus dem durch den Kanal 120 strömenden Abgas auf, so dass es beginnt, gesiedet und verdampft zu werden, um Wasserdampf zu erzeugen. Der Wasserdampf steigt in den Rohren 111 auf, um über den oberen Behälterabschnitt 114 in den Kondensator 130 (den oberen Behälterabschnitt 132 und die Rohre 131) zu strömen. Der in den Kondensator 130 strömende Wasserdampf wird von dem Kühlmittel, das von dem Abgaswärmerückgewinnungskreislauf 30 in den Wasserbehälter 140 strömt, gekühlt, um kondensiertes Wasser zu werden, und das kondensierte Wasser durchläuft den unteren Behälterabschnitt 133 und den Verbindungsdurchgang 153 des Ventilmechanismus 150, um zurückzulaufen und zu dem unteren Behälterabschnitt 113 des Verdampfers 110 rückgeführt zu werden.
-
Auf diese Weise wird die Wärme des Abgases an das Wasser übertragen und dann von dem Verdampfer 110 zu dem Kondensator 130 transportiert. Wenn der Wasserdampf von dem Kondensator 130 kondensiert wird, wird Wärme als die latente Kondenswärme abgeleitet und das durch den Abgaswärmerückgewinnungskreislauf 30 strömende Kühlmittel wird bestimmt erwärmt. Daher wird die Erwärmung des Motors 10 gefördert, um die Verringerung von Reibungsverlusten des Motors 10 und eine Zunahme der Kraftstoffmenge zur Verbesserung der Niedertemperaturanlaufcharakteristik zu erreichen, wodurch der Kraftstoffwirkungsgrad verbessert wird. Auf diese Weise ist es auch möglich, die Heizeigenschaft des Heizungskerns 41 unter Verwendung des Kühlmittels als einer Heizquelle zu verbessern. Ein Teil der Wärme des Abgases wird von dem Verdampfer 110 über die äußere Wandoberfläche der Heizungsrohrleitung an den Kondensator 130 übertragen.
-
Die Bereitstellung der Rohre 111 und der Lamellen 112 in dem Verdampfer 110 vergrößert die Fläche zum Aufnehmen der Wärme von dem Abgas. Daher kann sie die Verdampfung des Arbeitsmediums an dem Verdampfer 110 fördern und kann folglich die Menge des Wärmetransports in den Kondensator 130 erhöhen.
-
Dann, nachdem die Kühlmitteltemperatur eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel 70°C) übersteigt, um zu bewirken, dass der Innendruck den Ventilschließdruck übersteigt, wird der Ventilmechanismus 150 in einen geschlossenen Ventilzustand gebracht, wodurch der Rückfluss des kondensierten Wassers in der Wärmerohrleitung 101 verhindert wird. In dem Verdampfer 110 wird das Wasser darin vollständig verdampft (ausgetrocknet) und strömt in den Kondensator 130. In dem Kondensator 130 wird das kondensierte Wasser gelagert.
-
Dann wird der Wärmetransport durch die Verdampfung und Kondensation von Wasser sicher gestoppt (die Rückgewinnung von Abgaswärme wird gestoppt), so dass die Menge an Wärme, die auf die Kühlmittelseite übertragen wird, nur durch die Wärmeübertragung über die Wärmerohrleitung 101 bewirkt wird. Wenn folglich die Abgaswärmerückgewinnung fortgesetzt wird, während die Abgastemperatur mit zunehmender Last des Motors 10 erhöht wird, wird die Kühlmitteltemperatur übermäßig erhöht, so dass sie die Wärmestrahlungskapazität des Strahlers 21 überschreitet, was zu Überhitzung führt. Das Umschalten auf Stoppen der Abgaswärmerückgewinnung kann dieses Problem jedoch verhindern.
-
In dieser Ausführungsform sind der Katalysator 12 und der Verdampfer 110 gemeinsam in dem Kanal 120 angeordnet, wodurch die kompakte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 bereitgestellt wird. Folglich können der Katalysator 12 und der Verdampfer 110 im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall, in dem die Montagepositionen für den Katalysator 12 und den Verdampfer 110 jeweils bestimmt und gehandhabt werden, effektiv gemeinsam unter dem Boden des Fahrzeugs (auf der anderen Seite) montiert werden.
-
Der Katalysator 12 ist in Bezug auf den Verdampfer 110 auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms angeordnet und kann folglich eine ausreichende Reinigungsfunktion des Abgases vorweisen, ohne durch das an dem Verdampfer 110 gekühlte Abgas beeinflusst zu werden.
-
Der Verdampfer 110 tauscht Wärme mit dem Abgas aus, das von dem Katalysator gereinigt wird und dessen Temperatur erhöht wird, wodurch die effektive Rückgewinnung der Abgaswärme ermöglicht wird.
-
Der Kanal 120 zum Aufnehmen des Katalysators 12 und des Verdampfers 110 ist kontinuierlich ausgebildet, ohne die Schnittfläche des Kanals 120 zu verringern. Dies kann die Anzahl vergrößerter Rohrabschnitte und verkleinerter Rohrabschnitte, die in der Abgasrohrleitung 11 ausgebildet sind, verringern, wodurch ein Druckabfall des Abgases durch die Zirkulation verringert wird.
-
Der Transport der Wärme des Abgases durch die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100, wie vorstehend erwähnt, in Richtung der Kühlmittelseite führt zu der Tatsache, dass das Abgas gekühlt wird, und in dem Abgas enthaltene Feuchtigkeit als das kondensierte Wasser auf der unteren Oberfläche 121 des Kanals 120 gelagert wird. Normalerweise kann das gelagerte kondensierte Wasser durch den turbulenten Strom des Abgases, der durch einen Druckabfall an dem Verdampfer 110 erzeugt wird, aus dem Katalysator 12 und dem Verdampfer 110 ausfliegen.
-
In dieser Ausführungsform ist jedoch die Rille 122 auf der unteren Oberfläche 121 des Kanals 120 bereitgestellt, um den Verdampfer 110 darin aufzunehmen, so dass das auf der unteren Oberfläche 121 gelagerte kondensierte Wasser in der Rille 122 gesammelt wird. Das gesammelte kondensierte Wasser kann zusammen mit der Strömung des Abgases zu der Rückseite der Abgasrohrleitung 11 strömen, wodurch Einflüsse der Befeuchtung auf den Katalysator 12 und den Verdampfer 110 verringert werden. Der Einfluss auf den Katalysator 12 aufgrund der Befeuchtung umfasst das Auftreten eines Bruchs in dem Katalysator 12, der aus einem normalen keramischen Material gefertigt ist, durch einen Abschreckeffekt. Der Einfluss auf den Verdampfer 110 umfasst das Auftreten von Korrosion aufgrund der Befeuchtung.
-
Eine Vielzahl von Rillen 122 kann in der unteren Oberfläche 121 bereitgestellt werden. Diese kann das kondensierte Wasser wirksamer sammeln, um ihm zu ermöglichen, zu der hinteren Endseite zu strömen.
-
Die Rille 122 kann in Richtung der hinteren Endseite der Abgasrohrleitung 11 geneigt sein. In diesem Fall kann das kondensierte Wasser wirksamer zu der hinteren Endseite strömen.
-
Die untere Oberfläche 121 kann bevorzugt in der Breitenrichtung (in der in 2 gezeigten Links-Rechts-Richtung) der Rille 122 auf der unteren Oberfläche 121 auf die Rille 122 zu nach unten geneigt sein. In diesem Fall kann das kondensierte Wasser wirksamer in der Rille 122 gesammelt werden.
-
In einem Fall, in dem ferner der Geräuschpegel, der erzeugt wird, wenn ein Teil des Abgases nach außen abgeleitet wird, ohne einen Auspufftopf auf der hinteren Endseite der Abgasrohrleitung 11 zu durchlaufen, nicht problematisch ist, kann in der Rille 122 ein Ableitungsloch bereitgestellt sein, so dass es nach unten in Richtung der Außenseite geöffnet ist, wodurch zugelassen wird, dass das in der Rille 122 gelagerte kondensierte Wasser aus dem Ableitungsloch in die Richtung nach außen abgeleitet wird.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
3 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Form der unteren Oberfläche 121 des Kanals 120.
-
Die untere Oberfläche 121 des Kanals 120 ist derart ausgebildet, dass eine Fläche der unteren Oberfläche 121 mit dem Katalysator 12 auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms von dem Verdampfer 110 an einer höheren Position in der Vertikalrichtung angeordnet ist als eine Fläche der unteren Oberfläche 121 mit dem Verdampfer 110.
-
Das heißt, die untere Oberfläche 121 des Kanals 120 ist ein Teil, der sich von der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms über den Katalysator 12 erstreckt, um sich in Richtung der unteren Seite mit einem gestuften Abschnitt aufzuweiten und sich weiter in Richtung der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms mit der gleichen Ebenenhöhe auf der unteren Oberfläche 121 zu erstrecken.
-
Selbst wenn die Temperatur des Abgases folglich von dem Verdampfer 110 verringert wird und die in dem Abgas enthaltene Feuchtigkeit kondensiertes Wasser wird, kann verhindert werden, dass das kondensierte Wasser in Richtung des Katalysators 12 strömt, und es kann zusammen mit der Strömung des Abgases in Richtung der hinteren Endseite der Abgasrohrleitung 11 strömen. Folglich kann es, wie die erste Ausführungsform, die Einflüsse auf den Katalysator 12 und den Verdampfer 110 aufgrund der Befeuchtung verringern.
-
(Dritte Ausführungsform)
-
Eine dritte Ausführungsform hat eine Grundform ähnlich der der ersten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform im Material der Lamelle 112, die in dem Wärmeaustauschabschnitt des Verdampfers 110 enthalten ist. Die Lamelle 112 dieser Ausführungsform ist aus Material gefertigt, dem ein Edelmetallkatalysator, wie etwa Platin (Pt) zugesetzt ist.
-
Der Wärmeaustauschabschnitt des Verdampfers 110 selbst hat die Reinigungsfunktion des Abgases. Das heißt, bei hoher Leistung oder ähnlichem des Motors übersteigt der Innendruck der Wärmerohrleitung 101 den Ventilschließdruck, so dass der Verbindungsströmungsweg 153 von dem Ventilmechanismus 150 geschlossen wird, um den Wärmetransport durch die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 zu stoppen. In diesem Fall bewirkt die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 die Kühlwirkung des Abgases nicht, während die Lamellen 112 die Reinigungswirkung wirksam zeigen, um den inhärenten Katalysatorwandler 12 kompakt zu machen. Wenn die Reinigungskapazität des Katalysatorwandlers 12 alternativ aufrechterhalten wird, kann die Reinigungsleistung 112 der Lamellen verbessert werden. Die Lamellen 112 werden im Grunde verwendet, um die Flächen für den Wärmeaustausch zu vergrößern. Wenn die Oberfläche der Lamelle 112 größer wird, kann die Reinigungswirkung des Abgases verbessert werden. Folglich ist die Lamelle 112 für die Verwendung als ein Element von Interesse zum Aufweisen der Reinigungsfunktion geeignet.
-
Es wird bemerkt, dass das Element, dem der Edelmetallkatalysator zugesetzt ist, das Rohr 111 sein kann, das in dem Wärmeaustauschabschnitt des Verdampfers 110 enthalten ist. Außerdem können sowohl die Rohre 111 als auch die Lamellen 112 als das Element dienen, dem der Edelmetallkatalysator zugesetzt ist.
-
(Vierte Ausführungsform)
-
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend basierend auf 4 und 5 beschrieben. Eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung der vierten Ausführungsform kann Abgaswärme des Abgases aus einem Abgassystem des Motors (Verbrennungsmotors) des Fahrzeugs zurückgewinnen und kann die Abgaswärme zum Beispiel zur Förderung der Motorwärmung oder ähnlichem verwenden.
-
4 ist eine Schnittansicht, die eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. Wie in 4 gezeigt, umfasst die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung der vierten Ausführungsform den Verdampfer 110 und den Kondensator 130. Der Verdampfer 110 und der Kondensator 130 sind in der horizontalen Richtung benachbart zueinander angeordnet.
-
Der Verdampfer 110 ist in einem ersten Gehäuse 120a (aufnehmenden Abschnitt) angeordnet, der in einem (nicht gezeigten) Auspuffzylinder des Motors angeordnet ist. Der Verdampfer 110 tauscht Wärme zwischen dem Abgas und dem Arbeitsfluid aus, das später beschrieben werden soll, was dem Arbeitsfluid erlaubt, zu verdampfen.
-
Der Kondensator 130 ist außerhalb des Auspuffzylinders bereitgestellt und ist in einem zweiten Gehäuse 120b (aufnehmenden Abschnitt) angeordnet, der in einem (nicht gezeigten) Kühlmittelweg des Motors angeordnet ist. Der Kondensator 130 tauscht Wärme zwischen dem von dem Verdampfer 110 verdampften Arbeitsfluid und dem Motorkühlmittel aus, um zuzulassen, dass das Arbeitsfluid darin kondensiert wird. Das zweite Gehäuse 120b ist mit einem Kühlmitteleinlass 201, der mit einer Auslassseite für das Kühlmittel des Motors verbunden ist, und einem Kühlmittelauslass 202, der mit einer Einlassseite für das Kühlmittel des Motors verbunden ist, versehen.
-
Nun wird die Struktur des Verdampfers 110 nachstehend beschrieben.
-
Der Verdampfer 110 hat eine Vielzahl von Wärmerohrleitungen 3a auf der Verdampfungsseite und gewellte Lamellen 4a, die mit den äußeren Oberflächen der Wärmerohrleitungen 3a auf der Verdampfungsseite verbunden sind. Die Wärmerohrleitungen 3a auf der Verdampfungsseite sind in flachen Formen ausgebildet, so dass die Zirkulationsrichtung (Richtung senkrecht zu der Papieroberfläche) des Abgases zu der Hauptdurchmesserrichtung identisch ist. Die Wärmerohrleitungen 3a auf der Verdampfungsseite sind derart parallel angeordnet, dass die Längsrichtung der Wärmerohrleitung 3a identisch zu der Vertikalrichtung ist.
-
Sammelrohre 5a auf der Verdampfungsseite sind jeweils auf beiden Seitenenden der Wärmerohrleitungen 3a in dem Verdampfer 110 in der Längsrichtung der Wärmerohrleitungen 3a auf der Verdampfungsseite bereitgestellt, um sich in der Schichtungsrichtung der Wärmerohrleitungen 3a auf der Verdampfungsseite in Verbindung mit all den Wärmerohrleitungen 3a auf der Verdampfungsseite zu erstrecken. Auf das verdampfungsseitige Sammelrohr 5a, das sich auf der oberen Endseite der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung befindet, unter den Sammelrohren 5a wird als ein erstes Sammelrohr 51a auf der Verdampfungsseite Bezug genommen. Auf das verdampfungsseitige Sammelrohr 5a, das sich auf der unteren Endseite der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung befindet, wird als ein zweites Sammelrohr 52a auf der Verdampfungsseite Bezug genommen.
-
Nun wird die Struktur des Kondensators 130 nachstehend beschrieben.
-
Der Kondensator 130 hat eine Vielzahl von Wärmerohrleitungen 3b auf der Kondensationsseite und gerade Lamellen 4b, die mit den äußeren Oberflächen der Wärmerohrleitungen 3b auf der Kondensationsseite verbunden sind. Die Wärmerohrleitungen 3b auf der Kondensationsseite sind in flachen Formen ausgebildet, so dass die Zirkulationsrichtung (Richtung senkrecht zu der Papieroberfläche) des Abgases identisch zu der Hauptdurchmesserrichtung ist. Die Wärmerohrleitungen 3b sind parallel angeordnet, so dass die Längsrichtung der Wärmerohrleitung 3b identisch zu der Vertikalrichtung ist.
-
Sammelrohre 5b auf der Kondensationsseite sind jeweils in dem Kondensator 130 auf beiden Enden in der Längsrichtung der Wärmerohrleitungen 3b auf der Kondensationsseite bereitgestellt, um sich in die Richtung der Schichtung der kondensationsseitigen Wärmerohrleitungen 3b in Verbindung mit allen Wärmerohrleitungen 3b auf der Kondensationsseite zu erstrecken. Auf das kondensationsseitige Sammelrohr 5b, das sich auf der oberen Endseite in der Vertikalrichtung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung befindet, aus den Sammelrohren 5b wird als ein erstes Sammelrohr 51b auf der Kondensationsseite Bezug genommen. Auf das kondensationsseitige Sammelrohr 5b, das sich auf der unteren Endseite in der Vertikalrichtung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung befindet, wird als ein zweites Sammelrohr 52b auf der Kondensationsseite Bezug genommen.
-
Das Sammelrohr 5a auf der Verdampfungsseite und das Sammelrohr 5b auf der Kondensationsseite sind miteinander verbunden, um miteinander in Verbindung zu stehen. Die Wärmerohrleitungen 3a und 3b auf den Verdampfungs- und Kondensationsseiten und die Sammelrohre 5a und 5b auf den Verdampfungs- und Kondensationsseiten bilden eine geschlossene Schleife, in die Arbeitsfluid, das fähig ist, verdampft und kondensiert zu werden, wie etwa Wasser oder Alkohol, gefüllt ist.
-
Ein Ventilmechanismus 150 ist in dem zweiten Sammelrohr 52b auf der Kondensationsseite angeordnet. Der Ventilmechanismus 150 dient als Öffnungs- und Schließeinrichtung vom Membrantyp zum Ausbilden eines Strömungswegs, der die Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite mit dem zweiten Sammelrohr 52a auf der Verdampfungsseite verbindet, und zum Öffnen und Schließen des Strömungswegs entsprechend dem Innendruck der Wärmerohrleitung 3a auf der Verdampfungsseite (d. h. dem Druck des Arbeitsfluids). Insbesondere wird der Ventilmechanismus 150 von einem normalen Ventilöffnungszustand geschlossen, wenn der Innendruck bei einer vorbestimmten Temperatur des Kühlmittels erhöht wird, so dass er einen ersten vorbestimmten Druck übersteigt. Umgekehrt wird der Ventilmechanismus 150 auch wieder geöffnet, wenn der Innendruck verringert wird, so dass er unterhalb eines zweiten vorbestimmten Drucks ist, der niedriger als der erste vorbestimmte Druck ist. Dies kann die Rückgewinnung der Abgaswärme stoppen, um das Überhitzen zur Hochlastzeit des Motors, wie etwa im Sommer, zu vermeiden.
-
Die detaillierte Struktur der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite gemäß der vierten Ausführungsform wird nachstehend beschrieben. In dieser Ausführungsform haben die Wärmerohrleitungen 3b auf der Kondensationsseite die gleiche Struktur.
-
5 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. Wie in 5 gezeigt, umfasst die Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite der vierten Ausführungsform einen oberen Abschnitt 31, der auf der Oberseite (auf der Seite des ersten kondensationsseitigen Sammelrohrs 51b) angeordnet ist, einen unteren Abschnitt 32, der auf der Unterseite (auf der Seite des zweiten kondensationsseitigen Sammelrohrs 52b) angeordnet ist, und einen Zwischenabschnitt 33, der zwischen dem oberen Abschnitt 31 und dem unteren Abschnitt 32 angeordnet ist.
-
Die Schnittfläche des unteren Abschnitts 32 in der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite (die Schnittfläche senkrecht zu der Längsrichtung der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite) ist kleiner als die des oberen Abschnitts 31. Der Zwischenabschnitt 33 ist mit dem oberen Abschnitt 31 und dem unteren Abschnitt 32 verbunden, so dass seine Schnittfläche allmählich von dem unteren Ende des oberen Abschnitts 31 zu dem oberen Ende des unteren Abschnitts 32 verringert wird. Folglich hat der Zwischenabschnitt 33 über den gesamten Bereich die kleine Schnittfläche im Vergleich zu der des oberen Abschnitts 31. In dieser Ausführungsform bilden der untere Abschnitt 32 und der Zwischenabschnitt 33 einen Abschnitt 300 mit kleiner Querschnittfläche. Nur die Länge in der Breitenrichtung der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite wird geändert, um deren Schnittfläche zu ändern.
-
Wenn der Verdampfer 110 geheizt wird, das heißt, wenn das Arbeitsfluid durch ihn zirkuliert, ist der Abschnitt 300 mit kleiner Schnittfläche unterhalb der oberen Oberfläche des Arbeitsfluids in der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite (worauf hier als eine Wasseroberfläche in der Zirkulation Bezug genommen wird, siehe gestrichelte Linie A in 5) positioniert. Die Wasseroberflächenposition in der Zirkulation ist abhängig von der Größe oder dem Betriebszustand der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung verschieden. Wenn zum Beispiel der Verdampfer 110 geheizt wird, kann die Wasseroberflächenposition auf jede Position festgelegt werden, in der die obere Oberfläche des Arbeitsfluids in der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite positioniert werden kann.
-
In dieser Ausführungsform ist der untere Abschnitt 32, dessen Schnittfläche kleiner als die des Zwischenabschnitts 33 ist, unterhalb der oberen Oberfläche des Arbeitsfluids (worauf hier nachstehend als eine Wasseroberfläche beim Stoppen Bezug genommen wird, siehe die gestrichelte Linie B in 5) in den Wärmerohrleitungen 3b auf der Kondensationsseite positioniert, wenn der Verdampfer 110 nicht geheizt wird, das heißt, wenn die Zirkulation des Arbeitsfluids gestoppt ist. Die Position der Wasseroberfläche beim Stoppen wird durch die Menge des Arbeitsfluids bestimmt, die eingefüllt ist, wenn die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung hergestellt wird.
-
Wenn die Zirkulation des Arbeitsfluids begonnen wird, indem der Verdampfer 110 von einem Zustand, in dem die Zirkulation des Arbeitsfluids gestoppt ist (in der der Verdampfer 110 nicht geheizt wird) geheizt wird, wird die Position der oberen Oberfläche (Wasseroberfläche) des Arbeitsfluids in der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite erhöht. Zu dieser Zeit ist in dieser Ausführungsform der Abschnitt 300 mit der kleinen Schnittfläche, der die kleinere Schnittfläche hat als die des oberen Abschnitts 31, unterhalb der Wasseroberfläche bei der Zirkulation in der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite positioniert. Dies kann die Position der oberen Oberfläche (Wasseroberfläche) des Arbeitsfluids in der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite bei der Zirkulation des Arbeitsfluids weiter erhöhen, was eine vergrößerte Differenz der Wasserdruckhöhe zwischen dem Verdampfer 110 und dem Kondensator 130 ergibt.
-
In der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite ist der Abschnitt 300 mit kleiner Schnittfläche unterhalb der Wasseroberfläche bei der Zirkulation angeordnet, und folglich braucht die Schnittfläche eines oberhalb der Wasseroberfläche bei der Zirkulation angeordneten Teils nicht verkleinert sein. Dies kann die Fläche der äußeren Oberfläche des oberen Teils der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite vergrößern, wodurch die Wärmestrahlungseigenschaft verbessert wird.
-
Folglich ist es möglich, die Differenz in der Wasserdruckhöhe zwischen dem Verdampfer 110 und dem Kondensator 130 bei der Zirkulation des Arbeitsfluids sicherzustellen, während die Wärmestrahlungseigenschaft des oberen Teils der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite sichergestellt wird.
-
In der vierten Ausführungsform ist ein Ventilmechanismus 150 in dem zweiten Sammelrohr 52b auf der Kondensationsseite bereitgestellt, um den Arbeitsfluidstrom von dem Kondensator 130 zu dem Verdampfer 110 zu steuern. Wenn der Ventilmechanismus 150 in diesem Fall geschlossen wird, um den Rücklauf des Arbeitsfluids zu stoppen, wird das Arbeitsfluid in dem Kondensator 130 gelagert. Auf diese Weise wird die Kapazität zum Lagern des kondensierten Arbeitsfluids auf der stromaufwärtigen Seite des Ventilmechanismus 150 in dem Kondensator 130 benötigt. Wie vorstehend erwähnt, kann die Positionierung des Abschnitts 300 mit der kleinen Schnittfläche unterhalb der Wasseroberfläche bei der Zirkulation in der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite die Strömungswegschnittfläche des oberen Teils der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite über der Wasseroberfläche bei der Zirkulation vergrößern. Dies kann die Kapazität zum Lagern des kondensierten Arbeitsfluids in dem oberen Abschnitt 31 der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite sicherstellen.
-
(Fünfte Ausführungsform)
-
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend basierend auf 6 beschrieben. Die gleichen Elemente wie die in der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet, und folglich wird ihre Beschreibung nachstehend weggelassen.
-
6(a) und 6(b) sind vergrößerte perspektivische Ansichten, welche die Hauptteile der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite zeigen, wobei 6(a) eine Struktur der fünften Ausführungsform zeigt, und 6(b) eine Struktur eines Vergleichsbeispiels zeigt.
-
Wie in 6(a) gezeigt, ist der Kondensator 130 dieser Ausführungsform vom so genannten Napftyp. Der Kondensator 130 wird durch Ausrichten der Mittel der zwei Rohrplatten, durch Schichten dieser Rohrplatten und durch Hartlöten dieser Rohrplatten aneinander gefertigt, um die geschichteten flachen Wärmerohrleitungen 3b auf der Kondensationsseite und die kondensationsseitigen Sammelrohre 5b auf beiden Enden in der Längsrichtung der Wärmerohrleitungen 5b auf der Kondensationsseite zu bilden. In dieser Ausführungsform entspricht der untere Abschnitt 32 der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite dem zweiten Sammelrohr 52b auf der Kondensationsseite. Ein Ventilmechanismus 150 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form ist in dem zweiten Sammelrohr 52b auf der Kondensationsseite bereitgestellt, um den Arbeitsfluidstrom von dem Kondensator 180 zu dem Verdampfer 110 zu steuern.
-
Herkömmlicherweise ist ein Teil, das sich, wie in 6(b) gezeigt, unterhalb eines Ventilmechanismus J6 in einem zweiten Sammelrohr J52b auf der Kondensationsseite (siehe einen Teil X, der durch die Diagonallinie in 6(b) angezeigt ist) befindet, ein Totraum, der niemals zum Sicherstellen der Differenz der Wasserdruckhöhe zwischen dem Verdampfer 110 und dem Kondensator 130 beiträgt.
-
Im Gegensatz dazu ist der untere Abschnitt 32 in der fünften Ausführungsform in der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite ausgebildet, das heißt, die Schnittfläche des zweiten Sammelrohrs 52b auf der Kondensationsseite ist kleiner gemacht als die des oberen Abschnitts 31. Folglich ist es möglich, die Kapazität des Totraums (siehe einen Teil Y, der durch die Diagonallinie in 6(a) angezeigt ist) zu verringern. Dies kann die Differenz der Wasserdruckhöhe zwischen dem Verdampfer 110 und dem Kondensator 130 vergrößern, wodurch der Durchsatz des Arbeitsfluids, das von dem Kondensator 130 in den Verdampfer 110 eintritt, erhöht wird. Folglich kann die Menge des zwischen dem Verdampfer 110 und dem Kondensator 130 zirkulierenden Arbeitsfluids erhöht werden, wodurch die Wärmerückgewinnungseigenschaft verbessert wird.
-
(Sechste Ausführungsform)
-
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend basierend auf 7 beschrieben. Die gleichen Elemente wie die in der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet, und folglich wird ihre Beschreibung nachstehend weggelassen.
-
7 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen Hauptabschnitt der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt. Wie in 7 gezeigt, hat ein Abschnitt 300 mit kleiner Schnittfläche dieser Ausführungsform einen Arbeitsfluidströmungsweg, der allmählich von der Oberseite zu der Unterseite abnimmt und danach allmählich zunimmt. Dies kann die gleichen Wirkungen erzielen wie die der vierten Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben.
-
(Andere Ausführungsformen)
-
Wenngleich in den vorstehend beschriebenen vierten bis sechsten Ausführungsformen nur die Länge in der Breitenrichtung der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite geändert wird, um ihre Schnittfläche zu ändern, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann durch Ändern der Länge in der Dickenrichtung der Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite die Schnittfläche der Wärmerohrleitung 3b geändert werden.
-
Obwohl in den vorstehend beschriebenen vierten bis sechsten Ausführungsformen alle Wärmerohrleitungen 3b auf der Kondensationsseite mit den kleinen Schnittflächen 300 bereitgestellt sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Zumindest eine Wärmerohrleitung 3b auf der Kondensationsseite kann mit der kleinen Schnittfläche 300 bereitgestellt sein. Obwohl in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Ventilmechanismus 150 in dem zweiten Sammelrohr 52b auf der Kondensationsseite bereitgestellt ist, kann der Ventilmechanismus 150 nicht bereitgestellt werden.
-
Obwohl in den vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen der Kanal 120 ein Rohr mit einem rechteckigen Schnitt ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Wenn der Katalysator 12 in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, kann der Schnitt einer Fläche des Kanals 120, der dem Katalysator 12 entspricht, in einer derartigen kreisförmigen Form ausgebildet werden, um den Katalysator 12 innen in einer rechteckigen Weise zu berühren und nahtlos mit einem Abschnitt des Kanals 120 mit rechteckigem Schnitt, der dem Verdampfer 110 entspricht, verbunden werden.
-
Wenngleich die Grundstruktur der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 in den vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen den Kondensator 130 umfasst, der auf einem Seitenende des Verdampfers 110 angeordnet ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Kondensator 130 kann oberhalb des Verdampfers 110 angeordnet sein. In diesem Fall können die Rohre 131 des Kondensators 130 horizontal angeordnet sein.
-
Der Ventilmechanismus 150 ist daran angepasst, entsprechend dem Innendruck der Wärmerohrleitung 101, das heißt, dem Druck des Arbeitsmediums geöffnet und geschlossen zu werden. Anstatt dessen kann der Ventilmechanismus 150 ein Ventil sein, das entsprechend der Temperatur des Kühlmittels oder des Arbeitsmediums geöffnet und geschlossen wird.
-
Wenn der Strahler 21 einen ausreichenden Spielraum bei der Wärmeabstrahlungskapazität hat, kann der Ventilmechanismus 150 weggenommen werden, und folglich können der untere Behälterabschnitt 133 und der untere Behälterabschnitt 113 direkt miteinander verbunden werden.
