DE112016004829T5

DE112016004829T5 - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112016004829T5
Application number: DE112016004829.7T
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Kawaguchi; Takeshi Sakuma; Makoto Yoshihara; Hiroshi Mizuno; Daisuke Kimura
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2036-10-22
Also published as: JPWO2017069265A1; DE112016004829B4; JP6761424B2; WO2017069265A1; CN108138636A; US10494974B2; CN108138636B; US20180230884A1

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die die Miniaturisierung der Vorrichtung verwirklichen kann, einen geringen Druckverlust hat und eine hervorragende Rückgewinnungseffizienz der Abgaswärme aufweist. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 enthält einen Wärmetauscherteil 10 mit einem Wabenkörper 11 und einem Gehäuse 21, einen Abgasverzweigungsteil 30 und einen Abgasverteilungsteil 40. Der Wabenkörper 11 wird durch Definieren und Formen einer Vielzahl von Waben durch aus Keramik als Hauptbestandteil hergestellte Trennwände gebildet. Der Abgasverzweigungsteil 30 hat einen Verzweigungsweg 31, der einen Weg des in den Wabenkörper 11 fließenden Abgases 50 in einem zu einer Axialrichtung des Wabenkörpers 11 senkrechten Querschnitt in einen mittleren Teil 14 und einen äußeren Umfangsteil 15 verzweigt. Der Abgasverteilungsteil 40 hat einen Abgasverteilungsmechanismus 41, der ein Wärmerückgewinnungsausmaß einstellt, indem er einen Durchflusswiderstand in dem mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 verändert und eine durch den äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 fließende Abgasmenge variiert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung. Genauer ausgedrückt betrifft die vorliegende Erfindung eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die kompakt ausgeführt werden kann, einen geringen Druckverlust hat und einen hervorragenden Wirkungsgrad bei der Rückgewinnung von Abgaswärme hat.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise wurden verschiedene in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen mit einem Verbrennungsmotor vorgesehene Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen, die Abgaswärme rückgewinnen, vorgeschlagen (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 bis 6). Als eine derartige Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist beispielsweise ein Durchflussweg des Abgases so konfiguriert, dass zwischen einem Wärmetauscher in einem Abgassystem und einem Umgehungsweg, der den Wärmetauscher umgeht, durch Öffnen und Schließen eines Ventilkörpers des Abgassystems gemäß einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors und einer Temperatur eines Mediums (Kühlwasser) umgeschaltet wird.
Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass eine temperaturbetätigte Betätigungseinrichtung zum Öffnen eines Ventilkörpers, wenn eine Temperatur eines Mediums einen vorbestimmten Wert oder mehr erreicht, vorgesehen ist, wobei der Ventilkörper so konfiguriert ist, dass er geöffnet wird, wenn mindestens entweder die Durchflussmenge von Abgas oder die Temperatur des Mediums gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ist. Bei der wie vorstehend beschrieben konfigurierten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung wird dann, wenn die Durchflussmenge des Abgases zunimmt und einen vorbestimmten Wert erreicht, der Ventilkörper geöffnet und wird der Umgehungsweg geöffnet, und das Abgas fließt durch den Umgehungsweg, wobei es den Wärmetauscher in dem Abgassystem umgeht. Daher wird in der in Patentliteratur 1 offenbarten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung angegeben, dass ein Durchflusswiderstand des Abgases in dem Abgassystem reduziert werden kann.
Darüber hinaus offenbart Patentdokument 2 eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass durch ein Auspuffrohr tretendes Abgas durch einen Spalt zwischen einem äußeren Umfang des Auspuffohrs und einem Schichtkörper tritt und anschließend durch einen Spalt zwischen Mantelelementen zu einer stromabwärts liegenden Seite aus einem Spalt zwischen einem innerem Umfang einer zylindrischen Schale und dem Schichtkörper ausströmt. Patentdokument 3 offenbart eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die ein Auspuffrohr, einen Wärmetauscher, einen Abgasanschluss, eine Öffnungs- und Verschlusseinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Auslasses des Auspuffrohrs und ein Schalenelement zum Führen des von dem Auslass und der Austrittsöffnung abgegebenen Abgases zu einer stromabwärts liegenden Seite aufweist. Patentdokument 4 offenbart eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors oder dergleichen einen Wärmetauscher enthält, der den Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und einem Medium durchführt, und einen Umgehungsweg, durch welchen Abgas den Wärmetauscher umgeht. Patentdokument 5 offenbart eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die einen Abgaswärmerückgewinnungskörper, einen Thermoaktuator und ein Rückgewinnungseffizienz-Umschaltventil enthält, das in Verbindung mit einer Betätigung einer Ausgabeeinheit des Thermoaktuators auf eine Rückgewinnungsseite oder eine Nicht-Rückgewinnungsseite geöffnet und geschlossen wird.
Patentdokument 6 offenbart einen Wärmetauscher, der eine Wabenstruktur als einen ersten Fluidzirkulationsabschnitt nutzt, durch welchen ein Heizmedium tritt. Die Wabenstruktur hat eine Vielzahl von Waben, die durch keramische Trennwände definiert und gebildet sind und in einer Axialrichtung von einer Stirnseite zu der anderen Stirnseite durchdringen, durch welche ein Heizmedium, bei dem es sich um ein erstes Fluid handelt, tritt.
Des Weiteren wurde herkömmlicherweise als eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung zur Rückgewinnung von Abgaswärme wie vorstehend beschrieben auch eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung vorgeschlagen, die einen Abgasrückführungskühler (EGR) aufweist (auf siehe beispielsweise Patentdokumente 7 und 8).
Liste der Druckschriften
Patentdokumente

Patentdokument 1: WO 2006/-090725
Patentdokument 2: JP-A-2013-130159
Patentdokument 3: WO 2014/-025036
Patentdokument 4: JP-A-2015-031250
Patentdokument 5: JP-A-2010-019216
Patentdokument 6: WO 2011/-071161
Patentdokument 7: JP-A-2008-163773
Patentdokument 8: JP-A-2008-232031

Kurzbeschreibung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Da in der in Patentdokument 1 offenbarten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung die Wärmerückgewinnung jedoch durch ein Wärmeaustauschrohr oder dergleichen ausgeführt wird, das eine darin gebildete schraubenförmige Nut hat, ist es erforderlich, die Länge der Vorrichtung in Richtung des Durchflussweges zu verlängern, um so eine ausreichende Wärmerückgewinnungseffizienz zu erzielen. Daher hat die in Patentdokument 1 offenbarte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung das Problem, dass die Größe der Vorrichtung erweitert ist. Die in Patentdokument 4 offenbarte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung hat ebenso wie die in Patentdokument 1 offenbarte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung auch das Problem, dass die Größe der Vorrichtung erweitert ist. Bei den Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen mit der in den Patentdokumenten 1 und 4 offenbarten Konfiguration wird dann, wenn die Länge der Vorrichtung in Richtung des Durchflussweges verkürzt wird, die Wärmerückgewinnungseffizienz gesenkt.
Obgleich andererseits die in Patentdokument 2 offenbarte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung oder die in Patentdokument 5 offenbarte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung die Miniaturisierung der Vorrichtung verwirklichen können, besteht das Problem, dass der Druckverlust des Abgassystems groß ist.
Wie vorstehend beschrieben wurden bisher keine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen vorgeschlagen sind, die in der Lage sind, die verschiedenen Probleme zu beseitigen, wie etwa die Miniaturisierung der Vorrichtung, das Unterdrücken der Zunahme des Druckverlusts und die Verbesserung der Rückgewinnungseffizienz der Abgaswärme. Daher besteht Bedarf für die Entwicklung einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, bei der die Miniaturisierung der Vorrichtung verwirklicht werden kann, die einen geringen Druckverlust aufweist und die eine hervorragende Effizienz bei der Rückgewinnung der Abgaswärme zeigt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Probleme vollzogen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung geschaffen, mit der die Miniaturisierung der Vorrichtung verwirklicht werden kann, die einen geringen Druckverlust hat und einen hervorragenden Wirkungsgrad bei der Rückgewinnung von Abgaswärme aufweist.
Mittel zum Lösen des Problems
Um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die folgende Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung vorgesehen.

[1] Eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, enthaltend einen Wärmetauscherteil, einen Abgasverzweigungsteil und einen Abgasverteilungsteil, wobei der Wärmetauscherteil einen säulenförmigen Wabenkörper enthält, der eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite hat, sowie ein Gehäuse, das den Wabenkörper aufnimmt, welcher Wabenkörper aus Keramik als Hauptbestandteil hergestellte Trennwände und eine Vielzahl von Waben aufweist, die von der ersten Stirnseite zu der zweiten Stirnseite verlaufen und als Durchflussweg für das Abgas dienen und durch die Trennwände definiert und gebildet sind, welches Gehäuse ein zylindrisches Element aufweist, das so angeordnet ist, dass es an eine äußere Umfangsfläche des Wabenkörpers angepasst ist, sowie einen Gehäusekörper, der außerhalb des zylindrischen Elements angeordnet ist und einen Weg für ein Wärmeaustauschmedium zur Rückgewinnung von Abgaswärme durch Wärmeaustausch mit dem Abgas bildet, und eine Wärmeaustauschmedium-Einführöffnung aufweist, in welche das Wärmeaustauschmedium eingeführt wird, und eine Wärmeaustauschmedium-Austrittsöffnung, aus welcher das Wärmeaustauschmedium austritt, welcher Abgasverzweigungsteil einen Verzweigungsweg hat, der den Weg des in den Wabenkörper fließenden Abgases in einem zu einer Axialrichtung des Wabenkörpers senkrechten Querschnitt in einen mittleren Teil und einen äußeren Umfangsteil verzweigt, und welcher Abgasverteilungsteil einen Abgasverteilungsmechanismus hat, der ein Wärmerückgewinnungsausmaß einstellt, indem er einen Durchflusswiderstand des Abgasweges in dem mittleren Teil des Wabenkörpers verändert und die durch den Abgasweg im äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers tretende Abgasmenge variiert.
[2] Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Punkt [1], wobei der Wabenkörper eine Ringform hat, bei welcher der mittlere Teil hohl ist.
[3] Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Punkt [2], wobei der ringförmige Wabenkörper einen Innenwandaufbau hat, der innerhalb des Hohlraums in einer zylindrischen Form durchgehend ist.
[4] Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [3], wobei der Abgasverzweigungsteil und/oder der Abgasverteilungsteil ein zylindrisches Abgasleitelement aufweisen und eine Stirnseite des Abgasleitelements in einem Zustand angeordnet ist, in welchem es mit einer Stirnseite des Wabenkörpers in Berührung steht, oder in einem Zustand, in welchem es von der Stirnseite des Wabenkörpers getrennt ist.
[5] Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Punkt [4], wobei ein Abstand zwischen dem Abgasleitelement und der Stirnseite des Wabenkörpers 0,05 bis 10 mm beträgt.
[6] Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Punkte [2] oder [3], wobei der Abgasverzweigungsteil und/oder der Abgasverteilungsteil ein zylindrisches Abgasleitelement aufweisen und das Abgasleitelement so angeordnet ist, dass es in den Hohlraum des ringförmigen Wabenkörpers eindringt.
[7] Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Punkte [4] bis [6], wobei ein Wert von D1/D2, welcher ein Verhältnis eines Durchmessers D1 des Wabenkörpers zu einem Durchmesser D2 des Abgasleitelements ist, 1,1 bis 7 beträgt.
[8] Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [7], wobei der Wärmetauscherteil, der Abgasverzweigungsteil und der Abgasverteilungsteil so konfiguriert sind, dass sie voneinander getrennt werden können.
[9] Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [8], wobei von den Abgasen, deren Zirkulationswege durch den Abgasverteilungsteilungsmechanismus bestimmt werden, das Abgas, das durch den äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers geflossen ist, und das Abgas, das durch den mittleren Teil des Wabenkörpers geflossen ist, aus Austrittsöffnungen von verschiedenen Wegen auf einer stromabwärts liegenden Seite des Wabenkörpers abfließen.
[10] Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [9], wobei von den Abgasen, deren Zirkulationswege durch den Abgasverteilungsteilungsmechanismus bestimmt werden, das Abgas, das durch den äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers geflossen ist, und das Abgas, das durch den mittleren Teil des Wabenkörpers geflossen ist, auf der stromabwärts liegenden Seite des Wabenkörpers zusammengeführt werden und aus einer Austrittsöffnung desselben Zirkulationsweges abfließen.
[11] Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [10], wobei der Weg des Abgases in dem äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers in einer Axialrichtung des Wabenkörpers teilweise in zwei oder mehr Teile unterteilt ist und das in den äußeren Umfangsteil eingeführte Abgas in Bezug auf die Axialrichtung des Wabenkörpers zurückgeleitet und zirkuliert wird.
[12] Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [11], ferner enthaltend ein um das Gehäuse vorgesehenes externes Element, das eine mit der Wärmeerzeugung verbundene Einrichtung aufweist, wobei die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung dafür konfiguriert ist, eine Wärmeerzeugung in dem externen Element und eine Wärmeübertragung von dem Abgas zu dem externen Element mit dem Wärmeaustauschmedium des Weiteren rückzugewinnen.

Auswirkung der Erfindung
Eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Miniaturisierung der Vorrichtung verwirklichen, hat einen geringen Druckverlust und weist eine hervorragende Rückgewinnungseffizienz der Abgaswärme auf. D.h., dass bei der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauscherteil einen Wabenkörper hat und ein mit dem Wärmetauscherteil verbundener Abgasverzweigungsteil einen Verzweigungsweg hat, der einen Weg des in den Wabenkörper fließenden Abgases in einen mittleren Teil und einen äußeren Umfangsteil verzweigt. Daher ist es möglich, eine hervorragende Rückgewinnungseffizienz der Abgaswärme zu erzielen, während eine Miniaturisierung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung erreicht wird. Darüber hinaus hat die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Abgasverteilungsmechanismus, bei welchem ein Abgasverteilungsteil ein Wärmerückgewinnungsausmaß einstellt, indem ein Durchflusswiderstand in dem mittleren Teil des Wabenkörpers verändert wird und eine durch den äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers fließende Abgasmenge verändert wird. Daher ist es möglich, eine Zunahme des Druckverlusts zu unterdrücken, während die Miniaturisierung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in Kombination mit der Funktion und der Auswirkung des für den Wärmetauscherteil verwendeten Wabenkörpers realisiert wird.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine erste Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
2 ist eine Querschnittsansicht, die die erste Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
3 ist eine Draufsicht, die die erste Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Draufsicht der in 2 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in der Richtung eines Pfeiles A gesehen.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen in der ersten Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Wabenkörper schematisch darstellt.
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine zweite Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
6 ist eine Draufsicht, die die zweite Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Draufsicht der in 5 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in der Richtung eines Pfeiles B gesehen.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine dritte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
8 ist eine teilweise ausgeschnittene Seitenansicht, die die dritte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
9 ist eine Querschnittsansicht, die die dritte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
10 ist eine Draufsicht, die die dritte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Draufsicht der in 9 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in der Richtung eines Pfeiles C gesehen.
11 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in welchem ein Wärmetauscherteil, ein Abgasverzweigungsteil und ein Abgasverteilungsteil der in 9 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung getrennt sind.
12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen in der dritten Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Wabenkörper schematisch darstellt.
13 ist eine Querschnittsansicht, die eine vierte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
14 ist eine Querschnittsansicht, die eine fünfte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
15 ist eine Querschnittsansicht, die eine sechste Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
16 ist eine Querschnittsansicht, die eine siebte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
17 ist eine Draufsicht, die die siebte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Draufsicht der in 16 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in der Richtung eines Pfeiles D gesehen.
18 ist eine Querschnittsansicht, die eine achte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
19 ist eine Draufsicht, die die achte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Draufsicht der in 18 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in der Richtung eines Pfeiles E gesehen.
20 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
21 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
22 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
23 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
24 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
25 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
26 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
27 ist eine perspektivische Ansicht, die einen in einer weiteren Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Wabenkörper schematisch darstellt.
28 ist eine Querschnittsansicht, die eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
29 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Beispiel 3 veranschaulicht.
30 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 2 veranschaulicht.
31 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
32 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.

Art und Weise der Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, und es versteht sich, dass diejenigen, bei welchen Veränderungen, Verbesserungen und dergleichen zu der folgenden Ausführungsform in geeigneter Weise hinzugefügt wurden, in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage des allgemeinen Fachwissens fallen, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
(1) Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung:
Eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Wärmetauscherteil, einen Abgasverzweigungsteil und einen Abgasverteilungsteil. Der Wärmetauscherteil hat einen säulenförmigen Wabenkörper, der eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite hat, sowie ein Gehäuse, das den Wabenkörper aufnimmt. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einem Abgasweg eines Verbrennungsmotors (nachfolgend auch als „Abgassystem“ bezeichnet) eingebaut und wird zur Rückgewinnung von Abgaswärme des durch den Abgasweg fließenden Abgases verwendet. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung wird ein Wärmeaustauschmedium zur Rückgewinnung von Abgaswärme durch Wärmeaustausch mit dem Abgas verwendet. Beispielsweise können in einem Fall, in welchem die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung an einem Kraftfahrzeug angebracht ist, Wasser oder Frostschutzmittel (LLC, spezifiziert nach JIS K 2234) oder dergleichen als das Wärmeaustauschmedium verwendet werden.
Der Wabenkörper enthält aus Keramik als Hauptbestandteil hergestellte Trennwände, und eine Vielzahl von Waben, die von der ersten Stirnseite zu der zweiten Stirnseite verlaufen und als Durchflussweg für das Abgas dienen, sind durch die Trennwände definiert und gebildet. Das Gehäuse umfasst ein zylindrisches Element, das so angeordnet ist, dass es an die äußere Umfangsfläche des Wabenkörpers angepasst ist, und einen außerhalb des zylindrischen Elements angeordneten Gehäusekörper. Der Gehäusekörper bildet den Weg des Wärmeaustauschmediums zwischen dem Gehäusekörper und dem zylindrischen Element. Der Gehäusekörper enthält eine Wärmeaustauschmedium-Einführöffnung, in welche das Wärmeaustauschmedium eingeführt wird, und eine Wärmeaustauschmedium-Austrittsöffnung, aus welchem das Wärmeaustauschmedium austritt.
Der Abgasverzweigungsteil ist beispielsweise mit der Seite der ersten Stirnseite des Wabenkörpers des Wärmetauscherteils verbunden. Der Abgasverzweigungsteil hat einen Verzweigungsweg. Der Verzweigungsweg verzweigt den Weg des in den Wabenkörper fließenden Abgases in einem zu einer Axialrichtung des Wabenkörpers senkrechten Querschnitt in einen mittleren Teil und einen äußeren Umfangsteil. D.h., dass in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Weg des in den Wabenkörper fließenden Abgases in einen „ersten Weg“, in welchem das Abgas zu dem mittleren Teil des Wabenkörpers geleitet wird, und einen „zweiten Weg“, in welchem das Abgas in dem Verzweigungsweg zu dem äußeren Umfangsteil geleitet wird, verzweigt wird.
Der Abgasverteilungsteil ist beispielsweise mit der Seite der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers des Wärmetauscherteils verbunden. Der Abgasverteilungsteil hat einen Abgasverteilungsmechanismus. Der Abgasverteilungsmechanismus stellt ein Wärmerückgewinnungsausmaß ein, indem er einen Durchflusswiderstand des Abgasweges in dem mittleren Teil des Wabenkörpers verändert und die durch den Abgasweg im äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers fließende Abgasmenge variiert. D.h., dass dann, wenn der Durchflusswiderstand des mittleren Teils der Wabenstruktur durch den Abgasverteilungsmechanismus erhöht wird, das Abgas bevorzugt in den vorstehend beschriebenen „zweiten Weg“ fließt. Wenn andererseits der Durchflusswiderstand des mittleren Teils des Wabenkörpers reduziert wird, fließt das Abgas ebenfalls in den vorstehend beschriebenen „ersten Weg“. In diesem Fall fließt das Abgas bevorzugt in den „ersten Weg“, wenn der Durchflusswiderstand in dem „ersten Weg“ niedriger ist als der Durchflusswiderstand des „zweiten Weges“. Nachfolgend kann der „Durchflusswiderstand des Abgasweges in dem mittleren Teil des Wabenkörpers“ einfach als „Durchflusswiderstand im mittleren Teil des Wabenkörpers“ bezeichnet werden.
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Miniaturisierung der Vorrichtung verwirklichen, hat einen geringen Druckverlust und weist eine hervorragende Rückgewinnungseffizienz der Abgaswärme auf. D.h., dass bei der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Wärmetauscherteil den Wabenkörper hat und ein mit dem Wärmetauscherteil verbundener Abgasverzweigungsteil den Verzweigungsweg hat, der den Weg des in den Wabenkörper fließenden Abgases in den mittleren Teil und den äußeren Umfangsteil verzweigt. Daher ist es möglich, eine hervorragende Rückgewinnungseffizienz der Abgaswärme zu erzielen, während eine Miniaturisierung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung erreicht wird. D.h., dass durch Verwendung des Wabenkörpers, bei welchem die Vielzahl der Waben durch Trennwände definiert und gebildet ist, eine Kontaktfläche zwischen dem Abgas und dem Wabenkörper gesteigert werden kann und das Ausmaß der Wärmeübertragung pro Volumeneinheit im Vergleich zu einer herkömmlichen Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung signifikant gesteigert werden kann. Die von dem Wabenkörper aufgenommene Wärme kann dann durch das zylindrische Element, das so angeordnet ist, dass es an die äußere Umfangsfläche des Wabenkörpers angepasst ist, auf das Wärmeaustauschmedium übertragen werden, wodurch eine hervorragende Rückgewinnungseffizienz der Abgaswärme erzielt wird. Da wie vorstehend beschrieben das Wärmeübertragungsausmaß pro Volumeneinheit gesteigert werden kann, ist es möglich, die Länge des Wabenkörpers (die Länge in der Durchflussrichtung des Abgases) zu verringern und die Größe der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung zu reduzieren. Darüber hinaus hat die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den Abgasverteilungsmechanismus, bei welchem der Abgasverteilungsteil das Wärmerückgewinnungsausmaß einstellt, indem der Durchflusswiderstand in dem mittleren Teil des Wabenkörpers verändert wird und die durch den äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers fließende Abgasmenge verändert wird. Daher ist es möglich, eine Zunahme des Druckverlusts zu unterdrücken, während die Miniaturisierung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in Kombination mit der Funktion und der Auswirkung des für den Wärmetauscherteil verwendeten Wabenkörpers realisiert wird.
Darüber hinaus kann, anders als die aus SUS hergestellte herkömmliche Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Abgas von dem Wärmeaustauschmedium wie Wasser räumlich trennen, wodurch ein einfacher Aufbau realisiert wird.
Erste Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung:
Eine erste Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100, die in den 1 bis 3 dargestellt ist. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die erste Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. 2 ist eine Querschnittsansicht, die die erste Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt. 3 ist eine Draufsicht, die die erste Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Draufsicht der in 2 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in der Richtung eines Pfeiles A gesehen. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen in der ersten Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Wabenkörper schematisch darstellt.
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 enthält einen Wärmetauscherteil 10, einen Abgasverzweigungsteil 30 und einen Abgasverteilungsteil 40. Der Wärmetauscherteil 10 enthält einen säulenförmigen Wabenkörper 11, der eine erste Stirnseite 18 und eine zweite Stirnseite 19 hat, sowie ein Gehäuse 21, das den Wabenkörper 11 aufnimmt. Der Wabenkörper 11 enthält aus Keramik als Hauptbestandteil hergestellte Trennwände 13, und eine Vielzahl von Waben 12, die von der ersten Stirnseite 18 zu der zweiten Stirnseite 19 verlaufen und als Durchflussweg für das Abgas 50 dienen, sind durch die Trennwände 13 definiert und gebildet sind. Bei dieser Konfiguration kann die Wärme des durch die Waben 12 des Wabenkörpers 11 fließenden Abgases 50 effizient gesammelt und nach außen übertragen werden (insbesondere auf ein Wärmeaustauschmedium 51).
Eine äußere Gestalt des Wabenkörpers 11 unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Eine Querschnittsform des Wabenkörpers 11 in einem zu einer Verlaufsrichtung der Waben 12 senkrechten Querschnitt kann eine Kreisform, eine Ellipsenform, eine Quadratform oder eine andere polygonale Form sein. Der in 4 gezeigte Wabenkörper 11 hat in dem zu der Verlaufsrichtung der Waben 12 senkrechten Querschnitt eine kreisförmige Querschnittsform.
Wie vorstehend beschrieben sind die Trennwände 13 des Wabenkörpers 11 aus Keramik als Hauptbestandteil hergestellt. Der Ausdruck „aus Keramik als Hauptbestandteil hergestellt“ bedeutet, dass ein „Massenverhältnis der Keramik zu einer Gesamtmasse der Trennwände 13 50 Massen-% oder mehr“ beträgt.
Wie 4 zeigt, kann der Wabenkörper 11 eine Ringform haben, bei welcher ein mittlerer Teil 14 hohl ist. Darüber hinaus kann der ringförmige Wabenkörper 11 einen Innenwandaufbau 17 haben, wobei das Innere des vorstehend beschriebenen Hohlraums eine durchgehend zylindrische Form hat. Bei der in den 1 bis 3 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 ist es möglich, den Durchflusswiderstand in dem mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 durch Verwendung des in 4 gezeigten ringförmigen Wabenkörpers 11 weiter zu reduzieren. Insbesondere trägt der mittlere Teil 14 des Wabenkörpers 11 kaum zu dem Wärmeaustausch mit dem Abgas bei und wirkt als ein Umgehungsweg des Abgasweges, wenn beabsichtigt ist, die Rückgewinnung der Abgaswärme zu unterdrücken. Daher ist es möglich, den Druckverlust der in den 1 bis 3 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 durch Verwendung des ringförmigen Wabenkörpers 11 mit dem hohlen mittleren Teil 14 zu reduzieren. Ein äußerer Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 hat eine Wabenstruktur, bei welcher die Vielzahl der Waben 12 durch die Trennwände 13 definiert und gebildet ist.
Der in dem Hohlraum des mittleren Teils 14 vorgesehene Innenwandaufbau 17 kann beispielsweise ein Metallrohr sein, das beispielsweise in den Hohlraum des mittleren Teils 14 eingesetzt ist. Der in dem Hohlraum des mittleren Teils 14 vorgesehene Innenwandaufbau 17 kann aus Keramik hergestellt sein, die dieselben Bestandteile wie die Trennwand 13 oder von der Trennwand 13 verschiedene Bestandteile hat.
Wie vorstehend beschrieben ist es in dem Fall, in welchem das Metallrohr in dem oberen Teil des Wabenkörpers angeordnet wird, bevorzugt, dass das Abgas während der Wärmerückgewinnung (d.h., wenn der Umgehungsweg geschlossen ist) nicht durch den Spalt zwischen dem Metallrohr und der Innenwand des Wabenkörpers fließt. Beispielsweise sind die folgenden Verfahren als Verfahren für die Konfiguration, dass das Abgas nicht durch den vorstehend genannten Spalt fließt, zu nennen. Als ein erstes Verfahren kann ein Verfahren genannt werden, bei welchem ein Dichtungselement in den vorstehend beschriebenen Spalt gefüllt wird, um zu verhindern, dass das Abgas durch den Spalt fließt. Als ein zweites Verfahren kann ein Verfahren genannt werden, bei welchem eine Spaltverschlussstruktur zum Verschließen des Spaltabschnitts an dem Endteil auf der Seite der ersten Stirnseite (beispielsweise Einlassseite) oder der Seite der zweiten Stirnseite (beispielsweise Auslassseite) des Wabenkörpers vorgesehen wird, um zu verhindern, dass das Abgas durch den Spalt fließt. Unter dem Gesichtspunkt, die Unterteilung des Gehäuses zu erleichtern, ist es bei dem zweiten Verfahren bevorzugter, die Spaltverschlussstruktur an dem Endteil der Innenwand des Wabenkörpers vorzusehen. Beispielsweise ist in 2 ein Beispiel gezeigt, bei welchem ein ringförmiges Element 71 so angeordnet ist, dass es an der Stirnfläche auf der Seite der ersten Stirnseite 18 (Einlassseite) des Wabenkörpers 11 anliegt. Indem ein derartiges ringförmiges Element 71 auf der Seite der ersten Stirnseite 18 des Wabenkörpers 11 angeordnet wird, ist es möglich, den Spalt zwischen dem Metallrohr und der Innenwand des Wabenkörpers 11 zu verschließen.
Hier wird eine weitere Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 31 beschrieben. 31 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt. Bei der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein einen Innenwandaufbau 17 bildendes Metallrohr auf der Seite einer ersten Stirnfläche 18 des Wabenkörpers 11 in einer konvexen Form gebildet. Dann wird ein hohler Abschnitt zwischen dem Wabenkörper 11 und dem Rohr (genauer ausgedrückt dem den Innenwandaufbau 17 bildenden Rohr) dadurch verschlossen, dass ein konvex abgestufter Teil des Rohrs in engen Kontakt mit der oder nahe an die erste Stirnseite 18 des Wabenkörpers 11 gebracht wird. In 31 ist das den Innenwandaufbau 17 bildende Metallrohr in einer konvexen Form gebildet, aber das Metallrohr kann beispielsweise in einer konisch zulaufenden Form gebildet sein. Der konische Teil kann in engen Kontakt mit der oder nahe an die erste Stirnseite des Wabenkörpers gebracht werden, um so den hohlen Abschnitt zwischen dem Wabenkörper und dem Rohr zu verschließen. Darüber hinaus kann er so konfiguriert sein, dass er den hohlen Abschnitt zwischen dem Wabenkörper und dem Rohr verschließt, indem der konvexe abgestufte Teil des Rohrs oder der konische Teil in der konischen Form in engen Kontakt mit der oder nahe an die zweite Stirnseite (Auslassseite) des Wabenkörpers gebracht wird.
Des Weiteren wird eine weitere Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 32 beschrieben. 32 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt. Bei der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein einen Abgasverzweigungsteil bildendes Metallrohr 32 in der Form eines erweiterten Rohrs auf der Seite einer ersten Stirnfläche 18 des Wabenkörpers 11 gebildet. Dann wird ein hohler Abschnitt zwischen dem Wabenkörper 11 und dem Rohr (genauer ausgedrückt dem einen Innenwandaufbau 17 bildenden Rohr) dadurch verschlossen, dass ein Teil des Rohrs 32 in erweiterter Rohrform in engen Kontakt mit der oder nahe an der ersten Stirnseite 18 des Wabenkörpers 11 gebracht wird. Bei der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein einen Abgasverteilungsteil bildendes Rohr 42 in erweiterter Rohrform auf der Seite einer zweiten Stirnseite 19 des Wabenkörpers 11 gebildet. Dann wird ein hohler Abschnitt zwischen dem Wabenkörper 11 und dem Rohr dadurch verschlossen, dass der Teil des Rohrs 42 mit erweiterter Rohrform in engen Kontakt mit der oder nahe an die erste Stirnseite 19 des Wabenkörpers 11 gebracht wird. Hinsichtlich des Rohrs 32, das den Abgasverzweigungsteil bildet, und des Rohrs 42, das den Abgasverzweigungsteil bildet, kann mindestens eines der Rohre eine erweiterte Rohrform haben, so dass es den vorstehend genannten hohlen Abschnitt verschließt.
Eine Porosität der Trennwände 13 ist bevorzugt 10% oder niedriger, bevorzugter 5% oder niedriger und besonders bevorzugt 3 % oder niedriger. Die Wärmeleitfähigkeit kann verbessert werden, indem die Porosität der Trennwände 13 auf 10% oder niedriger eingestellt wird. Die Porosität der Trennwände 13 ist ein Wert, der mit einem archimedischen Verfahren gemessen wird.
Die Trennwände 13 enthalten als Hauptbestandteil vorzugsweise SiC (Siliciumcarbid) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Es sei angemerkt, dass Hauptbestandteil bedeutet, dass 50 Massen-% oder mehr des Wabenkörpers 11 SiC sind.
Genauer ausgedrückt können als Material des Wabenkörpers 11 mit Si imprägniertes SiC, mit (Si+AI) imprägniertes SiC, Metallkomposit-SiC, rekristallisiertes SiC, Si₃N₄, SiC oder dergleichen verwendet werden.
Hinsichtlich der Wabenform in dem zu der Verlaufsrichtung der Waben 12 des Wabenkörpers 11 senkrechten Querschnitt besteht keine besondere Einschränkung. Eine gewünschte Form kann in geeigneter Weise aus einem Kreis, einer Ellipse, einem Dreieck, einem Quadrat, einem Sechseck und anderen Vielecken ausgewählt werden.
Eine Wabendichte (das heißt die Anzahl von Waben pro Flächeneinheit) des Wabenkörpers 11 unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Die Wabendichte kann in geeigneter Weise gestaltet werden, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 4 bis 320 Waben/cm². Die Festigkeit der Trennwände und somit die Festigkeit und wirksame geometrische Oberfläche (GSA) des Wabenkörpers selbst kann ausreichend gemacht werden, indem die Wabendichte auf 4 Waben/cm² oder mehr eingestellt wird. Darüber hinaus ist es möglich, eine Zunahme des Druckverlusts bei Durchfluss des Abgases 50 zu verhindern, in dem die Wadendichte auf 320 Waben/cm² oder weniger eingestellt wird. Wenn der Wabenkörper 11 eine Ringform hat, bezieht sich die Wabendichte auf eine Wabendichte in einem äußeren Umfangsteil 15 unter Ausschluss des mittleren Teils 14.
Eine isostatische Festigkeit des Wabenkörpers 11 beträgt vorzugsweise 1 MPa oder mehr, bevorzugter 5 MPa oder mehr. Wenn die isostatische Festigkeit des Wabenkörpers 11 1 MPa oder mehr beträgt, erhält der Wabenkörper 11 eine ausreichende Haltbarkeit. Ein oberer Grenzwert der isostatischen Festigkeit des Wabenkörpers 11 ist etwa 100 MPa. Die isostatische Festigkeit des Wabenkörpers 11 kann nach einem Messverfahren einer isostatischen Bruchfestigkeit gemessen werden, das in der Norm JASO M505-87 definiert ist, wobei es sich um eine Kraftfahrzeugnorm handelt, die von der Vereinigung japanischer Automobilhersteller herausgegeben wird.
Ein Durchmesser des zu der Verlaufsrichtung der Waben 12 senkrechten Querschnitts des Wabenkörpers 11 beträgt vorzugsweise 20 bis 200 mm und bevorzugter 30 bis 100 mm. Nachfolgend kann der Durchmesser des zu der Verlaufsrichtung der Waben 12 senkrechten Querschnitts des Wabenkörpers 11 einfach als „Durchmesser des Wabenkörpers 11“ bezeichnet werden. Die Effizienz der Wärmerückgewinnung kann durch Verwendung eines derartigen Durchmessers verbessert werden. Wenn die Form des Querschnitts des Bienenwabenkörpers 11 nicht kreisförmig ist, wird ein Durchmesser eines größten Inkreises, der in die Querschnittsform des Wabenkörpers 11 eingezeichnet ist, als der Durchmesser des Wabenkörpers 11 genommen.
Eine Dicke der Trennwand 13 des Wabenkörpers 11 kann in geeigneter Weise dem Anwendungszweck entsprechend gestaltet werden und unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Die Dicke der Trennwand 13 beträgt vorzugsweise 0,1 bis 1 mm und bevorzugter 0,2 bis 0,6 mm. Durch das Einstellen der Dicke der Trennwand auf 0,1 mm oder mehr ist es möglich, die mechanische Festigkeit ausreichend zu verbessern und Bruch aufgrund von Stoß oder Wärmebelastung zu vermeiden. Darüber hinaus ist es möglich, durch Einstellen der Dicke der Trennwand auf 1 mm oder weniger Probleme wie eine Zunahme des Druckverlusts des Abgases 50 und eine Verringerung der Wärmerückgewinnungseffizienz zu vermeiden.
Eine Wärmeleitfähigkeit des Wabenkörpers 11 beträgt vorzugsweise 50 W/(m·K) oder mehr, bevorzugter 100 bis 300 W/(m·K) und besonders bevorzugt 120 bis 300 W/(m·K). Durch Einstellen der Wärmeleitfähigkeit des Wabenkörpers 11 auf diesen Bereich erhält man eine günstige Wärmeleitfähigkeit und die Wärme innerhalb des Wabenkörpers wird durch ein zylindrisches Element 22, das in den Wabenkörper eingepasst angeordnet ist, effizient auf ein Wärmeaustauschmedium 51 übertragen. Der Wert der Wärmeleitfähigkeit ist ein durch ein Laser-Flash-Verfahren gemessener Wert.
Ein Katalysator kann auf die Trennwände 13 des Wabenkörpers 11 aufgebracht sein. Wenn ein Katalysator auf die Trennwände 13 aufgebracht ist, ist es möglich, CO, NOx, HC oder dergleichen in dem Abgas durch eine katalytische Reaktion in unschädliche Stoffe umzuwandeln, und darüber hinaus ist es möglich, die während der katalytischen Reaktion erzeugte Reaktionswärme für den Wärmeaustausch zu nutzen. Beispiele des Katalysators können Katalysatoren umfassen, die mindestens ein Element enthalten, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Edelmetall (Platin, Rhodium, Palladium, Ruthenium, Indium, Silber und Gold), Aluminium, Nickel, Zirconium, Titan, Cer, Kobalt, Mangan, Zink, Kupfer, Zinn, Eisen, Niobium, Magnesium, Lanthan, Samarium, Wismut und Barium. Die vorstehend genannten Elemente können als ein einfacher metallischer Stoff, ein Metalloxid oder eine andere Metallverbindung enthalten sein.
Eine aufgebrachte Menge des Katalysators (Katalysatormetall + Träger) ist bevorzugt 10 bis 400 g/l und eine aufgebrachte Menge des ein Edelmetall enthaltenden Katalysators ist vorzugsweise 0,1 bis 5 g/l. Wenn die aufgebrachte Menge des Katalysators (Katalysatormetall + Träger) 10 g/l oder mehr beträgt, tritt tendenziell die katalytische Wirkung auf. Wenn andererseits die aufgebrachte Menge des Katalysators 400 g/l oder weniger beträgt, kann der Druckverlust unterdrückt werden und die Zunahme der Herstellungskosten kann eingeschränkt werden. Der Träger ist ein Träger, der das Katalysatormetall trägt. Der Träger enthält vorzugsweise mindestens ein Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Ceroxid und Zirkoniumoxid.
Das Gehäuse 21 umfasst ein zylindrisches Element 22, das so angeordnet ist, dass es an die äußere Umfangsfläche 16 des Wabenkörpers 11 angepasst ist, und einen außerhalb des zylindrischen Elements 22 angeordneten Gehäusekörper 23. Als das zylindrische Element 22 kann beispielsweise ein ringförmiges Plattenelement verwendet werden. Ein Material des das Gehäuse 21 bildenden zylindrischen Elements 22 ist vorzugsweise ein Metall, beispielsweise rostfreier Stahl, eine Titanlegierung, eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung, Messing oder dergleichen. In dieser Beschreibung bedeutet „angepasst sein“, dass der Wabenkörper 11 und das zylindrische Element 22 in einem aneinander angepassten Zustand befestigt sind. Daher ist die Befestigung zwischen dem Wabenkörper 11 und dem zylindrischen Element 22 nicht auf ein Passungsverfahren wie eine Spielpassung, Presspassung, Schrumpfpassung oder dergleichen beschränkt und der Wabenkörper 11 und das zylindrische Element 22 können beispielsweise durch Hartlöten, Diffusionsverbindung oder dergleichen aneinander befestigt sein.
Zu den Beispielen des Materials des Gehäusekörpers 23 zählen ein Metall, Keramik und dergleichen. Als Metall können beispielsweise rostfreier Stahl, eine Titanlegierung, eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung, Messing oder dergleichen verwendet werden. Der Gehäusekörper 23 bildet einen Weg 25 des Wärmeaustauschmediums 51 zur Rückgewinnung von Abgaswärme durch den Wärmeaustausch mit dem Abgas 50. Der Gehäusekörper 23 enthält eine Wärmeaustauschmedium-Einführöffnung 26, in welche das Wärmeaustauschmedium 51 eingeführt wird, und eine Wärmeaustauschmedium-Austrittsöffnung 27, aus welchem das Wärmeaustauschmedium 51 austritt. Es ist bevorzugt, dass mindestens ein Paar der Wärmeaustauschmedium-Einführöffnung 26 und der Wärmeaustauschmedium-Austrittsöffnung 27 in dem Gehäusekörper 23 gebildet ist.
Der Abgasverzweigungsteil 30 ist mit der Seite der ersten Stirnseite 18 des Wabenkörpers 11 des Wärmetauscherteils 10 verbunden. Der Abgasverzweigungsteil 30 hat einen Verzweigungsweg 31, der den Weg des in den Wabenkörper 11 fließenden Abgases 50 in dem zu einer Axialrichtung des Wabenkörpers 11 senkrechten Querschnitt in den mittleren Teil 14 und den äußeren Umfangsteil 15 verzweigt. Der „mittlere Teil 14“ des Wabenkörpers 11 bezeichnet einen Bereich in der Mitte einschließlich einer Mittelachse des Wabenkörpers 11 in dem säulenförmigen Wabenkörper 11. Der „äußere Umfangsteil 15“ des Wabenkörpers 11 bezeichnet einen Bereich am äußeren Umfang des mittleren Teils 14 des Wabenkörpers 11 in dem säulenförmigen Wabenkörper 11. In der in 2 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 ist in einem den Abgasverzweigungsteil 30 bildenden Rohr 32 eine Durchgangsöffnung 33 gebildet und die Durchgangsöffnung 33 ist ein Verzweigungsweg 31. Wenn das durch den Weg (Rohr 32) des Abgases 50 fließende Abgas 50 in den Wabenkörper 11 fließt, ohne durch das Durchgangsloch 33 zu fließen, fließt das Abgas 50 in den mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11. Wenn andererseits das durch den Weg (Rohr 32) des Abgases 50 fließende Abgas 50 durch die Durchgangsöffnung 33 fließt, fließt das Abgas 50 in den zweiten Durchflussweg, der außerhalb des Rohrs 32 gebildet ist, und anschließend fließt das Abgas 50 in den äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11. In dem Abgasverzweigungsteil 30 kann das Rohr 32, das verursacht, dass das Abgas 50 in den mittleren Teil 50 des Wabenkörpers fließt, als ein „Abgasleitelement 38“ bezeichnet werden.
Ein Wert von D1/D2, der ein Verhältnis eines Durchmessers D1 des Wabenkörpers zu einem Durchmesser D2 des Abgasleitelements 38 des Abgasverzweigungsteils 30 ist, ist vorzugsweise 1,1 bis 7, bevorzugter 1,15 bis 2,3 und besonders bevorzugt 1,15 bis 1,75. Wenn der Wert von D1/D2 kleiner als 1,1 ist, ist zum Zeitpunkt der Wärmerückgewinnung (beispielsweise in einem Zustand, in welchem ein Sperrventil 43 geschlossen ist), eine Öffnungsfläche des äußeren Umfangsteils 15 des Wabenkörpers 11 relativ klein und der Druckverlust des Abgases 50, wenn es durch den äußeren Umfangsteil 15 fließt, kann zunehmen. Wenn der Wert von D1/D2 7 übersteigt, kann der Druckverlust, wenn das Abgas 50 durch den mittleren Teil 14 fließt, zum Zeitpunkt, wenn keine Wärmerückgewinnung stattfindet (beispielsweise in einem Zustand, in welchem das Sperrventil 43 geöffnet ist), zunehmen. Insbesondere wenn die Öffnungsfläche des mittleren Teils 14 relativ klein ist, nimmt der Druckverlust zur Zeit von hohen Lasten zu, was zu einer Verringerung der Motorleistung führt. Der „Durchmesser D1 des Wabenkörpers“ bezeichnet einen Durchmesser in dem zu der Verlaufsrichtung der Waben senkrechten Querschnitt. Der „Durchmesser D2 des Abgasleitelements 38“ bezeichnet einen Innendurchmesser des Rohrs 32, das dem Abgasleitelement 38 entspricht.
Der Verzweigungsweg 31 des Abgasverzweigungsteils 30 ist nicht auf das in 2 dargestellte Durchgangsloch 33 beschränkt. Beispielsweise wird als Verzweigungsweg 31 des Abgasverzweigungsteils 30 der Gasdurchfluss des Abgases 50 in mindestens zwei Systeme verzweigt und das Abgas 50 wird individuell in den mittleren Teil 14 und den äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 eingeführt. Darüber hinaus kann das Abgas 50, das durch den Verzweigungsweg 31 geflossen ist und in zwei Systeme verzweigt wurde, einen gasdichten Zustand relativ zu dem jeweils anderen aufrechterhalten. Auch wenn jedoch der Großteil jedes Gasdurchflusses erhalten wird, kann das Gas zwischen den in zwei Systeme verzweigten Abgasen 50 übertragen werden.
Der Abgasverteilungsteil 40 ist mit der Seite der zweiten Stirnseite 19 des Wabenkörpers 11 des Wärmetauscherteils 10 verbunden. Der Abgasverteilungsteil 40 hat einen Abgasverteilungsmechanismus 41, der ein Rückgewinnungsausmaß der Abgaswärme (Wärmerückgewinnungsausmaß) einstellt, in dem er einen Durchflusswiderstand in dem mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 verändert und eine durch den äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 fließende Abgasmenge variiert. In der in 2 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 ist in einem dem mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 entsprechenden Teil ein Sperrventil 43 in dem Rohr 42 vorgesehen, das den Abgasverteilungsteil 40 bildet, und das Sperrventil 43 ist ein Abgasverteilungsmechanismus 41. Wenn das Sperrventil 43 geschlossen ist, nimmt der Durchflusswiderstand in dem mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 zu und nimmt die Menge des zu dem äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 fließenden Abgases zu. Wenn andererseits das Sperrventil 43 geöffnet ist, nimmt der Durchflusswiderstand in dem mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 ab und nimmt die Menge des zu dem äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 fließenden Abgases ab. Daher wird bei der in 2 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 dann, wenn es beabsichtigt ist, die Rückgewinnung von Abgaswärme zu fördern, das Sperrventil 43 geschlossen, und dann, wenn beabsichtigt ist, die Rückgewinnung von Abgaswärme zu unterdrücken, das Sperrventil 43 geöffnet. Auf diese Weise kann das Wärmerückgewinnungsausmaß nach Erfordernis eingestellt werden. Das in 2 gezeigte Sperrventil 43 öffnet und schließt das Ventil, indem der Ventilkörper 45 in einer zu dem Gasdurchfluss parallelen Richtung aus einer senkrechten Richtung um eine Ventilstange 44 um 90° gedreht wird. Der Mechanismus zum Öffnen und Schließen des Sperrventils 43 ist nicht auf das in 2 gezeigte Sperrventil 43 beschränkt. In dem Abgasverteilungsteil 40 kann das Rohr 42 zum Zirkulieren des aus dem mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 fließenden Abgases 50 als ein „Abgasleitelement 48“ bezeichnet werden.
Ein Wert von D1/D2', der ein Verhältnis eines Durchmessers D1 des Wabenkörpers zu einem Durchmesser D2' des Abgasleitelements 48 des Abgasverzweigungsteils 40 ist, ist vorzugsweise 1,1 bis 7, bevorzugter 1,15 bis 2,3 und besonders bevorzugt 1,15 bis 1,75. Wenn der Wert von D1/D2' kleiner als 1,1 ist, ist zum Zeitpunkt der Wärmerückgewinnung (beispielsweise in einem Zustand, in welchem ein Sperrventil 43 geschlossen ist), eine Öffnungsfläche des äußeren Umfangsteils 15 des Wabenkörpers 11 relativ klein und der Druckverlust des Abgases 50, wenn es durch den äußeren Umfangsteil 15 fließt, kann zunehmen. Wenn der Wert von D1/D2' 7 übersteigt, kann der Druckverlust, wenn das Abgas 50 durch den mittleren Teil 14 fließt, zum Zeitpunkt, wenn keine Wärmerückgewinnung stattfindet (beispielsweise in einem Zustand, in welchem das Sperrventil 43 geöffnet ist), zunehmen. Insbesondere wenn die Öffnungsfläche des mittleren Teils 14 relativ klein ist, nimmt der Druckverlust zur Zeit von hohen Lasten zu, was zu einer Verringerung der Motorleistung führt. Der „Durchmesser D2 des Abgasleitelements 48“ bezeichnet einen Innendurchmesser des Rohrs 42, das dem Abgasleitelement 48 entspricht.
In der in den 1 bis 3 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 können der Wärmetauscherteil 10, der Abgasverzweigungsteil 30 und der Abgasverteilungsteil 40 voneinander trennbar sein. Bei einer derartigen Konfiguration können beispielsweise dann, wenn ein Teil der Bauelemente der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 defekt ist, der Wärmetauscherteil 10, der Abgasverzweigungsteil 30 und der Abgasverteilungsteil 40 jeweils ersetzt werden, ohne die gesamte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 auszutauschen. Darüber hinaus kann auch die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 selbst so konfiguriert sein, dass sie von dem Abgassystem trennbar ist. Mit dieser Konfiguration werden die Wartung und dergleichen der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 erleichtert.
Von den Abgasen, deren Zirkulationswege durch den Abgasverteilungsmechanismus 41 bestimmt werden, können das Abgas, das durch den äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 geflossen ist, und das Abgas, das durch den mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 geflossen ist, auf der stromabwärts liegenden Seite der zweiten Stirnseite 19 des Wabenkörpers 11 zusammengeführt werden. Die auf der stromabwärts liegenden Seite der zweiten Stirnseite 19 des Wabenkörpers 11 zusammengeführten Abgase werden aus der Austrittsöffnung des gleichen Verteilungsweges ausgestoßen.
Verfahren zur Herstellung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung beschrieben. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden. Zuerst wird ein ein Keramikpulver enthaltender Ton in einer gewünschten Form stranggepresst, um einen Wabenformkörper herzustellen. Als Material für den Wabenformkörper kann eine als bevorzugtes Material für die Trennwände des Wabenkörpers aufgeführte Keramik verwendet werden. Beispielsweise wird im Fall der Herstellung des Wabenkörpers, der aus mit Si imprägniertem SiC-Verbundmaterial als Hauptbestandteil hergestellt ist, zunächst eine vorbestimmte Menge von SiC-Pulver, Bindemittel und Wasser oder eines organischen Lösemittels geknetet, um einen Ton herzustellen, und der erhaltene Ton wird geformt, wodurch der Wabenformkörper mit einer gewünschten Form hergestellt wird. Dann wird der hergestellte Wabenformkörper getrocknet und ein Wabenkörper, bei welchem eine Vielzahl von Waben durch Trennwände definiert und gebildet sind, wird erhalten, indem metallisches Si in den Wabenformkörper in einem Inertgas unter reduziertem Druck oder Vakuum imprägniert und gebrannt wird. Der Wabenkörper kann in seinem Mittelteil ausgehöhlt sein und eine Ringform aufweisen. Falls der Mittelteil des Wabenkörpers ausgehöhlt wird, kann dies im Zustand des Wabenformkörpers oder in einem Zustand des gebrannten Körpers (Wabenkörpers) nach dem Brennen durchgeführt werden.
Anschließend wird der Wabenkörper in ein aus rostfreiem Stahl hergestelltes zylindrisches Element eingesetzt und das zylindrische Element wird durch Schrumpfpassung an dem Wabenkörper angebracht. Neben der Schrumpfpassung können Presspassung, Hartlöten, Diffusionsverbindung oder dergleichen zum Befestigen des Wabenkörpers und des zylindrischen Elements verwendet werden.
Anschließend wird ein Gehäusekörper hergestellt, der aus rostfreiem Stahl gebildet ist und einen Teil des Gehäuses bildet. Anschließend werden der Wabenkörper und das zylindrische Element, das so angeordnet ist, dass es an den Wabenkörper angepasst ist, innerhalb des hergestellten Gehäusekörpers angeordnet. Das Gehäuse wird hergestellt, indem der Gehäusekörper und das zylindrische Element verbunden werden. Auf diese Weise werden ein Wärmetauscherteil mit dem Wabenkörper und das den Wabenkörper aufnehmende Gehäuse hergestellt.
Des Weiteren werden ein Abgasverzweigungsteil und ein Abgasverteilungsteil hergestellt. Beispielsweise wird zunächst der Abgasverzweigungsteil mit einem äußeren Rohr, das mit einem Endteil des Wärmetauscherteils (einem Endteil auf der Seite der ersten Stirnseite des Wabenkörpers) verbunden werden kann, und einem inneren Rohr, das der Größe des mittleren Teils des Wabenkörpers entspricht, versehen. In dem inneren Rohr wird eine Durchgangsöffnung als Verzweigungsweg gebildet. Eine Doppelrohrstruktur, die durch Anordnen eines inneren Rohrs innerhalb eines äußeren Rohrs erhalten wird, kann der Abgasverzweigungsteil sein. Beispielsweise wird zunächst der Abgasverteilungsteil mit einem äußeren Rohr, das mit dem anderen Endteil des Wärmetauscherteils (einem Endteil auf der Seite der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers) verbunden werden kann, und einem inneren Rohr, das der Größe des mittleren Teils des Wabenkörpers entspricht, versehen. Dann wird ein Sperrventil in dem inneren Rohr angeordnet. Eine Doppelrohrstruktur, die durch Anordnen eines inneren Rohrs innerhalb eines äußeren Rohrs erhalten wird, kann der Abgasverteilungsteil sein.
Der Abgasverzweigungsteil, der Wärmetauscherteil und der Abgasverteilungsteil, die hergestellt wurden, werden in der Durchflussrichtung des Abgases in Reihe verbunden, um eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung herzustellen. Die Verbindung des Abgasverzweigungsteils, des Wärmetauscherteils und des Abgasverteilungsteils kann in trennbarer Weise ausgeführt werden oder in untrennbarer Weise ausgeführt werden. Das Verfahren zur Herstellung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren beschränkt und geeignete Änderungen, Verbesserungen oder dergleichen können gemäß der Konfiguration der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung jeder Ausführungsform vorgenommen werden.
Zweite Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung:
Eine zweite Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200, die in den 5 und 6 dargestellt ist. 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine zweite Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt. 6 ist eine Draufsicht, die die zweite Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Draufsicht der in 5 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in der Richtung eines Pfeiles B gesehen. In der in den 5 und 6 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 sind Teile, die in derselben Weise wie diejenigen der in den 1 bis 3 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 aufgebaut sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und auf deren Beschreibung kann verzichtet werden.
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 enthält einen Wärmetauscherteil 10, einen Abgasverzweigungsteil 30a und einen Abgasverteilungsteil 40a. Der Wärmetauscherteil 10 ist in derselben Weise wie der Wärmetauscherteil 10 der in den 1 bis 3 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 aufgebaut. Der Abgasverzweigungsteil 30a ist in derselben Weise wie der Abgasverzweigungsteil 30a der in den 1 bis 3 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 aufgebaut. Der Durchmesser des Rohrs 32 in dem in 2 gezeigten „Abgasverzweigungsteil 30“ nimmt in der Durchflussrichtung des Abgases allmählich ab, wohingegen der Durchmesser des Rohrs 32a in dem in 5 gezeigten „Abgasverzweigungsteil 30a“ konstant ist. Der in 5 gezeigte „Abgasverzweigungsteil 30a“ kann wie der in 2 gezeigte „Abgasverzweigungsteil 30“ konfiguriert sein.
In der in den 5 und 6 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 hat ein Abgasverteilungsmechanismus 41a des Abgasverteilungsteils 40a ein Sperrventil 43a, das so konfiguriert ist, dass sich ein Ventilkörper 45a um eine Ventilstange 44a dreht, die so angeordnet ist, dass sie ein Rohr 42a durchquert. Wenn das Sperrventil 43a geöffnet ist, ragt ein Teil des Ventilkörpers 45a in den Wärmetauscherteil 10 vor. Da jedoch der mittlere Teil 14 des Wabenkörpers 11 hohl ist, kommen der Ventilkörper 45a und der Wabenkörper 11 niemals miteinander in Kontakt. Gemäß der wie vorstehend beschrieben konfigurierten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 ist es möglich, dieselben funktionellen Effekte wie bei der in den 1 bis 3 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 zu erzielen und ferner die Größe der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 zu reduzieren.
Dritte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung:
Eine dritte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300, die in den 7 bis 11 dargestellt ist. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine dritte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. 8 ist eine teilweise ausgeschnittene Seitenansicht, die die dritte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. 9 ist eine Querschnittsansicht, die die dritte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt. 10 ist eine Draufsicht, die die dritte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Draufsicht der in 9 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in der Richtung eines Pfeiles C gesehen. 11 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem ein Wärmetauscherteil, ein Abgasverzweigungsteil und ein Abgasverteilungsteil der in 9 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung getrennt sind. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen in der dritten Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Wabenkörper schematisch darstellt.
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 enthält einen Wärmetauscherteil 10b, einen Abgasverzweigungsteil 30b und einen Abgasverteilungsteil 40b. Der Wärmetauscherteil 10b enthält einen säulenförmigen Wabenkörper 11b, der eine erste Stirnseite 18b und eine zweite Stirnseite 19b hat, sowie ein Gehäuse 21b, das den Wabenkörper 11b aufnimmt. Der Wabenkörper 11b enthält aus Keramik als Hauptbestandteil hergestellte Trennwände 13b, und eine Vielzahl von Waben 12b, die von der ersten Stirnseite 18b zu der zweiten Stirnseite 19b verlaufen und als Durchflussweg für das Abgas 50 dienen, sind durch die Trennwände 13b definiert und gebildet. Bei dieser Konfiguration kann die Wärme des durch die Waben 12b des Wabenkörpers 11b fließenden Abgases 50 effizient gesammelt und nach außen übertragen werden (insbesondere auf ein Wärmeaustauschmedium 51).
Eine äußere Gestalt des Wabenkörpers 11b unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Eine Querschnittsform des Wabenkörpers 11b in einem zu einer Verlaufsrichtung der Waben 12b senkrechten Querschnitt kann eine Kreisform, eine Ellipsenform, eine Quadratform oder eine andere polygonale Form sein. Der in 12 gezeigte Wabenkörper 11b hat in dem zu der Verlaufsrichtung der Waben 12b senkrechten Querschnitt eine kreisförmige Querschnittsform. In dem in 12 gezeigten Wabenkörper 11b haben sowohl der mittlere Teil 14b als auch der äußere Umfangsteil 15b eine Wabenstruktur, bei der eine Vielzahl von Waben 12b durch Trennwände 13b definiert und gebildet sind. Es ist bevorzugt, dass die Form des Wabenkörpers 11b gleich der Form des in 4 gezeigten Wabenkörpers 11 ist, mit der Ausnahme, dass es sich nicht um eine hohle Ringform handelt.
Das Gehäuse 21b umfasst ein zylindrisches Element 22b, das so angeordnet ist, dass es an die äußere Umfangsfläche 16b des Wabenkörpers 11b angepasst ist, und einen außerhalb des zylindrischen Elements 22b angeordneten Gehäusekörper 23b. Als das zylindrische Element 22b kann beispielsweise ein ringförmiges Plattenelement verwendet werden. Ein Material des das Gehäuse 21b bildenden zylindrischen Elements 22b ist vorzugsweise ein Metall, beispielsweise rostfreier Stahl, eine Titanlegierung, eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung, Messing oder dergleichen.
Zu den Beispielen des Materials des Gehäusekörpers 23b zählen ein Metall, Keramik und dergleichen. Als Metall können beispielsweise rostfreier Stahl, eine Titanlegierung, eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung, Messing oder dergleichen verwendet werden. Der Gehäusekörper 23b bildet einen Weg 25b des Wärmeaustauschmediums 51. Der Gehäusekörper 23b enthält eine Wärmeaustauschmedium-Einführöffnung 26b, in welche das Wärmeaustauschmedium 51 eingeführt wird, und eine Wärmeaustauschmedium-Austrittsöffnung 27b, aus welchem das Wärmeaustauschmedium 51 austritt. Es ist bevorzugt, dass mindestens ein Paar der Wärmeaustauschmedium-Einführöffnung 26b und der Wärmeaustauschmedium-Austrittsöffnung 27b in dem Gehäusekörper 23b gebildet ist.
Der Abgasverzweigungsteil 30b ist mit der Seite der ersten Stirnseite 18b des Wabenkörpers 11b des Wärmetauscherteils 10b verbunden. Der Abgasverzweigungsteil 30b hat einen Verzweigungsweg 31b, der den Weg des in den Wabenkörper 11b fließenden Abgases 50 in dem zu einer Axialrichtung des Wabenkörpers 11b senkrechten Querschnitt in den mittleren Teil 14b und den äußeren Umfangsteil 15b verzweigt. In der in 9 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 ist in einem den Abgasverzweigungsteil 30b bildenden Rohr 32b eine Durchgangsöffnung 33b gebildet und die Durchgangsöffnung 33b ist ein Verzweigungsweg 31b. Wenn das durch den Weg (Rohr 32b) des Abgases 50 fließende Abgas 50 in den Wabenkörper 11b fließt, ohne durch das Durchgangsloch 33b zu fließen, fließt das Abgas 50 in den mittleren Teil 14b des Wabenkörpers 11b. Wenn andererseits das durch den Weg (Rohr 32b) des Abgases 50 fließende Abgas 50 durch die Durchgangsöffnung 33b fließt, fließt das Abgas 50 in den zweiten Durchflussweg, der außerhalb des Rohrs 32b gebildet ist, und fließt anschließend das Abgas 50 in den äußeren Umfangsteil 15b des Wabenkörpers 11b.
Der Abgasverzweigungsteil 40b ist mit der Seite der zweiten Stirnseite 19b des Wabenkörpers 11b des Wärmetauscherteils 10b verbunden. Der Abgasverteilungsteil 40b hat einen Abgasverteilungsmechanismus 41b, der ein Rückgewinnungsausmaß der Abgaswärme (Wärmerückgewinnungsausmaß) einstellt, indem er einen Durchflusswiderstand in dem mittleren Teil 14b des Wabenkörpers 11b verändert und eine durch den äußeren Umfangsteil 15b des Wabenkörpers 11b fließende Abgasmenge variiert. In der in 9 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 ist in einem dem mittleren Teil 14b des Wabenkörpers 11b entsprechenden Teil ein Sperrventil 43b in dem Rohr 42b vorgesehen, das den Abgasverteilungsteil 40b bildet, und das Sperrventil 43b ist ein Abgasverteilungsmechanismus 41b.
In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 sind die Konfigurationen des Verzweigungsweges 31b des Abgasverzweigungsteils 30b und des Abgasverteilungsmechanismus 41b des Abgasverteilungsteils 40b gleich denjenigen der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform.
In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 sind, wie in 11 gezeigt, der Wärmetauscherteil 10b, der Abgasverzweigungsteil 30b und der Abgasverteilungsteil 40b voneinander trennbar.
In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 ist es bevorzugt, dass der Abgasverzweigungsteil 30b und/oder der Abgasverteilungsteil 40b zylindrische Abgasleitelemente 38 und 48 (beispielsweise Rohre 32b und 42b) aufweisen und dass die Abgasleitelemente 38 und 48 den Wabenkörper 11b nicht durchdringen. D.h., dass es bevorzugt ist, dass die Endteile der Abgasleitelemente 38 und 48 in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie mit der Stirnseite des Wabenkörpers 11b in Kontakt sind, oder in einem Zustand, in dem sie von der Stirnseite des Wabenkörpers 11b getrennt sind. Mit einer derartigen Konfiguration können, wie in 11 gezeigt, der Wärmetauscherteil 10b, der Abgasverzweigungsteil 30b und der Abgasverteilungsteil 40b ohne weiteres voneinander getrennt werden.
Obgleich nicht dargestellt, kann darüber hinaus in einem Fall, in welchem mindestens einer des Abgasverzweigungsteils und des Abgasverteilungsteils ein zylindrisches Abgasleitelement enthält, das Abgasleitelement so angeordnet sein, dass es wie in 4 gezeigt den Hohlraum des ringförmigen Wabenkörpers 11 durchdringt. Mit dieser Konfiguration wird ein durchgehender Abgasweg so gebildet, dass er den Hohlraum des ringförmigen Wabenkörpers 11 durchdringt.
Ein Wert von D1/D2, der ein Verhältnis eines Durchmessers D1 des Wabenkörpers zu einem Durchmesser D2 der Abgasleitelemente 38 und 48 ist, ist vorzugsweise 1,1 bis 7, bevorzugter 1,15 bis 2,3 und besonders bevorzugt 1,15 bis 1,75. Wenn der Wert von D1/D2 kleiner als 1,1 ist, ist zum Zeitpunkt der Wärmerückgewinnung (beispielsweise in einem Zustand, in welchem ein Sperrventil 43b geschlossen ist), eine Öffnungsfläche des äußeren Umfangsteils 15b des Wabenkörpers 11b relativ klein und der Druckverlust des Abgases 50, wenn es durch den äußeren Umfangsteil 15b fließt, kann zunehmen. Wenn der Wert von D1/D2 7 übersteigt, kann der Druckverlust, wenn das Abgas 50 durch den mittleren Teil 14b fließt, zum Zeitpunkt, wenn keine Wärmerückgewinnung stattfindet (beispielsweise in einem Zustand, in welchem das Sperrventil 43b geöffnet ist), zunehmen. Insbesondere wenn die Öffnungsfläche des mittleren Teils 14b relativ klein ist, nimmt der Druckverlust zur Zeit von hohen Lasten zu, was in einigen Fällen zu einer Verringerung der Motorleistung führt.
In einem Fall, in welchem die Endteile der Abgasleitelemente 38 und 48 in einem Zustand angeordnet sind, in welchem sie von der Stirnseite des Wabenkörpers 11b getrennt sind, ist eine Entfernung (mit anderen Worten ein Abstand) zwischen den Endteilen der Abgasleitelemente 38 und 48 und der Stirnseite des Wabenkörpers 11b vorzugsweise 0,05 bis 10 mm. Mit einer derartigen Konfiguration kann ein Kontakt zwischen den Abgasleitelementen 38 und 48 und dem Wabenkörper 11b vermieden werden, wenn sich die Abgasleitelemente 38 und 48 und der Wabenkörper 11b thermisch ausdehnen, so dass ein Bruch des Wabenkörpers 11b oder dergleichen effektiv verhindert werden kann. Der Abstand zwischen den Endteilen der Abgasleitelemente 38 und 48 und der Stirnseite des Wabenkörpers 11b ist bevorzugter 0,05 bis 5 mm und noch bevorzugter 0,05 bis 2mm.
Vierte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung:
Eine vierte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400, die in 13 dargestellt ist. 13 ist eine Querschnittsansicht, die eine vierte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 enthält einen Wärmetauscherteil 10c, einen Abgasverzweigungsteil 30c und einen Abgasverteilungsteil 40c. Der Wärmetauscherteil 10c enthält einen Wabenkörper 11c und ein Gehäuse 21c. Der Abgasverzweigungsteil 30c hat einen Verzweigungsweg 31c. Der Abgasverteilungsteil 40c hat einen Abgasverteilungsmechanismus 41c. Die Bestandteile des Wabenkörpers 11c, des Gehäuses 21c, des Verzweigungsweges 31c und des Abgasverteilungsmechanismus 41c sind in derselben Weise konfiguriert wie die Bestandteile der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform. In 13 bezeichnet Bezugszeichen 18c eine „erste Stirnseite“ des Wabenkörpers und Bezugszeichen 32c bezeichnet ein „Rohr“ des Abgasverzweigungsteils 30c.
In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 unterscheidet sich der Gasfluss des Abgases 50, dessen Zirkulationsweg durch den Abgasverteilungsmechanismus 41c bestimmt ist, von dem Gasfluss der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform. D.h., dass in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 das Abgas 50X, das durch den äußeren Umfangsteil 15c des Wabenkörpers 11c geflossen ist, und das Abgas 50Y, das durch den mittleren Teil 14c des Wabenkörpers 11c geflossen ist, aus Austrittsöffnungen 60 und 61 von verschiedenen Wegen abgegeben werden. Die Austrittsöffnungen 60 und 61 sind Austrittsöffnungen, die auf der stromabwärts liegenden Seite der zweiten Stirnseite 19c des Wabenkörpers 11c vorgesehen sind, um das Abgas 50 abzugeben.
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 kann in geeigneter Weise als ein EGR-(Abgasrückführungs-) Kühler verwendet werden. Des Weiteren sind das Abgas 50X und das Abgas 50Y jeweils für den Austritt aus den Austrittsöffnungen 60 und 61 der verschiedenen Wege konfiguriert, sodass die Abgaswärmerückgewinnung auch dann möglich ist, wenn das EGR nicht in Betrieb ist. Ferner ist es möglich, übermäßige Wärmerückgewinnung zu vermeiden, wenn die Wärmerückgewinnung nicht erforderlich ist. Beispielsweise ist es möglich, das Abgas 50 und das Wärmeaustauschmedium (beispielsweise Kühlwasser) wirksam zu trennen und eine übermäßige Wärmerückgewinnung zu vermeiden. Genauer ausgedrückt wird dann, wenn die Wärmerückgewinnung nicht erforderlich ist, das Abgas 50Y aktiv durch den mittleren Teil 14c des Wabenkörpers 11c geleitet, wodurch die Abgasmenge des durch den äußeren Umfangsteil 15c des Wabenkörpers 11c fließenden Abgases 50X verringert wird. Dies ermöglicht es, eine absolute Menge des mit dem Wärmeaustauschmedium Wärme austauschenden Abgases 50 zu reduzieren und eine übermäßige Wärmerückgewinnung zu vermeiden. Wenn andererseits beabsichtigt ist, das Ausmaß der Wärmerückgewinnung zu steigern, wird die Abgasmenge des Abgases 50X erhöht, indem in entsprechender Weise die Abgasmenge des Abgases 50Y unter Verwendung des Abgasverteilungsmechanismus 41c reduziert wird, womit das erforderliche Ausmaß der Wärmerückgewinnung sichergestellt ist.
Fünfte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung:
Eine fünfte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 500, die in 14 dargestellt ist. 14 ist eine Querschnittsansicht, die eine fünfte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt.
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 500 enthält einen Wärmetauscherteil 10d, einen Abgasverzweigungsteil 30d und einen Abgasverteilungsteil 40d. Der Wärmetauscherteil 10d enthält einen Wabenkörper 11d und ein Gehäuse 21d. Der Wabenkörper 11d hat eine erste Stirnseite 18d und eine zweite Stirnseite 19d und der mittlere Teil 14d hat eine hohle Ringform. Der Abgasverzweigungsteil 30d hat einen Verzweigungsweg 31d. Der Abgasverteilungsteil 40d hat einen Abgasverteilungsmechanismus 41d. Der Wabenkörper 11d und das Gehäuse 21d können beispielsweise in derselben Weise wie der Wabenkörper 11 und das Gehäuse 21 in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform konfiguriert sein. Ein Rohr 32d (Abgasleitelement 38), das für den Abgasverzweigungsteil 30d verwendet wird, ist so vorgesehen, dass es den mittleren Teil 14d des Wabenkörpers 11d durchdringt. Ein Verzweigungsweg 31d, der eine Durchgangsöffnung aufweist, ist auf der stromabwärts liegenden Seite des den mittleren Teil 14d des Wabenkörpers 11d durchdringenden Rohrs 32d vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Abgasverteilungsmechanismus 41d des Abgasverteilungsteils 40d des Weiteren auf der stromabwärts liegenden Seite des durch den mittleren Teil 14d des Wabenkörpers 11d verlaufenden Rohrs 32d vorgesehen. Wie bei den Abgasverteilungsmechanismen der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform ist der Abgasverteilungsmechanismus 41d durch ein Sperrventil gebildet und kann den Durchflusswiderstand in dem mittleren Teil 14d des Wabenkörpers 11d durch Betätigen des Sperrventils verändern.
In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 500 unterscheidet sich der Gasfluss des Abgases 50, dessen Zirkulationsweg durch den Abgasverteilungsmechanismus 41d bestimmt ist, von dem Gasfluss der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform. D.h., dass in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 500 zunächst die gesamte Menge des Abgases 50 einmal durch den mittleren Teil 14d des Wabenkörpers 11d fließt. Zumindest ein Teil des Abgases 50Y wird nach dem Durchtritt durch den mittleren Teil 14d durch den Verzweigungsweg 31d abgezweigt und das abgezweigte Abgas 50X fließt durch den äußeren Umfangsteil 15d des Wabenkörpers 11d. Der Abgasverteilungsmechanismus 41d ist auf der stromabwärts liegenden Seite des Verzweigungswegs 31d angeordnet und die Abgasmenge des durch den äußeren Umfangsteil 15d des Wabenkörpers 11d fließenden Abgases 50X kann durch Veränderung des Durchflusswiderstands des mittleren Teils 14d des Wabenkörpers 11d eingestellt werden.
In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 500 werden das Abgas 50X, das durch den äußeren Umfangsteil 15d des Wabenkörpers 11d geflossen ist, und das Abgas 50Y, das durch den mittleren Teil 14d des Wabenkörpers 11d geflossen ist und nicht zu dem äußeren Umfangsteil 15d verzweigt wurde, aus Austrittsöffnungen 60 und 61 von verschiedenen Wegen abgegeben. Die Austrittsöffnungen 60 und 61 sind Austrittsöffnungen, die auf der stromabwärts liegenden Seite des Wabenkörpers 11d vorgesehen sind, um das Abgas 50 abzugeben.
Wie auch die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 gemäß der vierten Ausführungsform (siehe 13) kann die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 500 in geeigneter Weise als ein EGR- (Abgasrückführungs-) Kühler verwendet werden. Des Weiteren sind das Abgas 50X und das Abgas 50Y jeweils für den Austritt aus den Austrittsöffnungen 60 und 61 der verschiedenen Wege konfiguriert, sodass die Abgaswärmerückgewinnung auch dann möglich ist, wenn das EGR nicht in Betrieb ist. Ferner ist es möglich, übermäßige Wärmerückgewinnung zu vermeiden, wenn die Wärmerückgewinnung nicht erforderlich ist. Beispielsweise ist es möglich, das Abgas 50 und das Wärmeaustauschmedium (beispielsweise Kühlwasser) wirksam zu trennen und eine übermäßige Wärmerückgewinnung zu vermeiden.
Sechste Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung:
Eine sechste Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 600, die in 15 dargestellt ist. 15 ist eine Querschnittsansicht, die eine sechste Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Strömungsrichtung eines Abgassystems zeigt. In der in 15 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 600 sind Teile, die in derselben Weise wie diejenigen der in den 1 bis 3 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 aufgebaut sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und auf deren Beschreibung kann verzichtet werden.
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 600 enthält einen Wärmetauscherteil 10, einen Abgasverzweigungsteil 30 und einen Abgasverteilungsteil 40. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 600 ist der Weg des Abgases 50 in dem äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 in der Axialrichtung des Wabenkörpers 11 teilweise in zwei oder mehr Teile unterteilt. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 600 wird gemäß der Konfiguration das in den äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 eingeführte Abgas 50 zurückgeleitet und in Bezug auf die Axialrichtung des Wabenkörpers 11 zirkuliert. D.h., dass wie bei der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 500 gemäß der fünften Ausführungsform (14) in der in 15 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 600 ein Verzweigungsweg 31 mit einer Durchgangsöffnung auf der stromabwärts liegenden Seite durch den mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 verlaufend vorgesehen ist. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 600 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Weg des Abgases 50 in dem äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 in der Axialrichtung des Wabenkörpers 11 annähernd im mittleren Teil der Zeichnungsfläche von 15 in der senkrechten Richtung in zwei Teile unterteilt. Der Weg des Abgases 50 ist jedoch nicht auf der stromaufwärts liegenden Seite des äußeren Umfangsteils 15 des Wabenkörpers 11 unterteilt (d.h. auf der linken Seite der Zeichnungsfläche), und das Abgas 50, das durch die obere Hälfte des Wabenkörpers 11 geflossen ist, fließt in die untere Hälfte des Wabenkörpers 11 auf der stromaufwärts liegenden Seite. Das Abgas 50, das in die untere Hälfte des Wabenkörpers 11 geflossen ist, fließt durch die untere Hälfte des Wabenkörpers 11 und vereint sich dann mit dem Abgas 50, das durch den mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 geflossen ist.
Da in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 600 das durch den äußeren Umfangsteil 15 fließende Abgas zurückgeleitet wird und in der Axialrichtung des Wabenkörpers 11 zirkuliert wird, kann die Wärmerückgewinnungseffizienz gesteigert werden. Beispielsweise kann in einem Fall, in welchem der äußere Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 in der Axialrichtung in zwei Teile unterteilt ist, die Länge des Abgases 50 in dem äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 das Doppelte der axialen Länge des Wabenkörpers 11 sein. Daher ist zu erwarten, dass bei der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 600 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zu der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, bei der die Länge des Wabenkörpers 11 in der Axialrichtung gleich ist und die keine Rückleitung aufweist, die Wärmerückgewinnungseffizienz um etwa das 1,5-fache verbessert ist. Darüber hinaus kann eine weitere Verbesserung der Wärmerückgewinnungseffizienz erwartet werden, wenn die Anzahl der Rückleitungen des Weges des Abgases 50 in dem äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 erhöht wird.
Obgleich nicht dargestellt, können in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der „Abgasverzweigungsteil 30“ und der „Abgasverteilungsteil 40“ in 15 auf der stromaufwärts liegenden Seite des Wabenkörpers 11 angeordnet sein. Darüber hinaus hat in 15 der Wabenkörper 11 eine Ringform, bei welcher ein mittlerer Teil 14 hohl ist. Wie bei dem in 12 gezeigten Wabenkörper 11b können jedoch sowohl der mittlere Teil 14b als auch der äußere Umfangsteil 15b eine Wabenstruktur haben. In jeder der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Form des Wabenkörpers nicht auf die in den entsprechenden Zeichnungen dargestellten Formen beschränkt und die vorliegende Erfindung kann sowohl auf einen Fall angewandt werden, in welchem der mittlere Teil eine hohle Ringform hat, als auch auf einen Fall, in welchem sowohl der mittlere Teil als auch ein äußerer Umfangsteil eine Wabenstruktur haben.
Obgleich nicht dargestellt, kann in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Weg des Abgases in dem äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers in der Axialrichtung des Wabenkörpers in drei oder mehr Teile unterteilt sein. Mit einer derartigen Konfiguration kann der Weg des Abgases in dem äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers die dreifache Länge der axialen Länge des Wabenkörpers erreichen. Beispielsweise ist der „Abgasverzweigungsteil 30“ in 15 auf der stromaufwärts liegenden Seite des Wabenkörpers 11 angeordnet, und nachdem der äußere Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 zweifach rückgeführt ist, wird das Abgas, das durch den äußeren Umfangsteil 15 geflossen ist, abgegeben.
Siebte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung:
Eine siebte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 700, die in den 16 und 17 dargestellt ist. 16 ist eine Querschnittsansicht, die eine siebte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt. 17 ist eine Draufsicht, die die siebte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Draufsicht der in 16 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in der Richtung eines Pfeiles D gesehen. In der in den 16 und 17 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 700 sind Teile, die in derselben Weise wie diejenigen der in den 1 bis 3 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 aufgebaut sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und auf deren Beschreibung kann verzichtet werden.
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 700 enthält einen Wärmetauscherteil 10, einen Abgasverzweigungsteil 30 und einen Abgasverteilungsteil 40. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 700 enthält ferner ein externes Element 72, das eine mit der Wärmeerzeugung verbundene Vorrichtung enthält. Das externe Element 72 ist ein sogenanntes extern angebrachtes Element, das um ein Gehäuse 21 vorgesehen ist, und ist insbesondere ein Element, das dafür vorgesehen ist, einen übermäßigen Temperaturanstieg in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 700 zu unterdrücken. Beispiele der mit der Wärmeerzeugung verbundenen Vorrichtung, die in dem externen Element 72 enthalten ist, können einen Motor 72a einschließen, der eine Leistungsquelle eines Sperrventils 43 ist, das einen Abgasverteilungsmechanismus 41 bildet. Darüber hinaus sind eine mit diesem verbundene Elektronikeinrichtung, verschiedene andere Elektronikeinrichtungen und dergleichen ebenfalls die mit der Wärmeerzeugung verbundene Vorrichtung. Beispielsweise kann, da der Motor 72a um das Gehäuse 21 vorgesehen ist, aufgrund der Wärmeübertragung von dem Abgas 50 durch das Gehäuse 21 und das Sperrventil 43 die Temperatur ansteigen. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 700 wird die vorstehend beschriebene Wärmeübertragung auf den Motor 72a und dergleichen durch das Wärmeaustauschmedium weiter rückgewonnen. Da ferner der Motor 72a und dergleichen während ihres Betriebs von Wärmeerzeugung begleitet sind, kann des Weiteren eine derartige Wärmeerzeugung durch das Wärmeaustauschmedium rückgewonnen werden. Mit einer derartigen Konfiguration kann der Temperaturanstieg in dem externen Element 72, dessen Temperaturanstieg unterdrückt werden soll, unterdrückt werden und ein Bruch des externen Elements 72 kann wirksam vermieden werden. Darüber hinaus kann die Wärmerückgewinnungseffizienz des Wärmeaustauschmediums durch Rückgewinnung der Wärme von dem externen Element 72 verbessert werden.
In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 700 ist der Motor 72a des externen Elements durch einen Motorhalter 73a gehalten und in der Nähe des Gehäuses 21 befestigt. Daher wird die Wärmerückgewinnung von dem externen Element 72 durch den Motorhalter 73a durchgeführt. Vorzugsweise ist der Motorhalter 73a nahe an dem Weg 25 des Wärmeaustauschmediums angeordnet. Das Ziel der Wärmerückgewinnung in dem externen Element 72 ist nicht auf den vorstehend genannten Motor 72a beschränkt. Ferner ist das Verfahren zur Rückgewinnung der Wärme in dem externen Element 72 nicht auf den vorstehend beschriebenen Motorhalter 73a beschränkt. Obgleich nicht dargestellt, ist die Konfiguration dergestalt, dass ein anderes externes Element enthalten ist, das keine mit der Wärmeerzeugung verbundene Vorrichtung aufweist, und die Wärmeübertragung von dem Abgas auf das andere externe Element kann des Weiteren so konfiguriert werden, dass die Rückgewinnung durch das Wärmeaustauschmedium erfolgt. Das andere externe Element unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und ist vorzugsweise ein externes Element, dessen Temperaturanstieg unterdrückt werden soll.
Achte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung:
Eine achte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 800, die in den 18 und 19 dargestellt ist. 18 ist eine Querschnittsansicht, die eine achte Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt. 19 ist eine Draufsicht, die die achte Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und ist eine Draufsicht der in 18 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in der Richtung eines Pfeiles E gesehen. In der in den 18 und 19 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 800 sind Teile, die in derselben Weise wie diejenigen der in den 1 bis 3 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 aufgebaut sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und auf deren Beschreibung kann verzichtet werden.
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 800 enthält einen Wärmetauscherteil 10, einen Abgasverzweigungsteil 30 und einen Abgasverteilungsteil 40. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 800 ist ein Wärmeaustauschhilfselement 74 in einem Weg 25 eines Wärmeaustauschmediums angeordnet. Das Wärmeaustauschhilfselement 74 ist mit einem zylindrischen Element verbunden, das so angeordnet ist, dass es an eine äußere Umfangsfläche eines Wabenkörpers 11 angepasst ist, und wird durch Wärmeübertragung von dem zylindrischen Element erwärmt. Aufgrund des Wärmeaustauschhilfselements 74 kann die Wärmerückgewinnungseffizienz des Wärmeaustauschmediums verbessert werden.
Das Wärmeaustauschhilfselement 74ist vorzugsweise so geformt, dass es die Oberfläche des Wärmeübertragungsteils beispielsweise in dem Weg 25 des Wärmeaustauschmediums vergrößert. Beispiele des Wärmeaustauschhilfselements 74 können ein Element mit einer faltenbalgartigen Faltung einschließen. Beispiele des Elements mit einer solchen Form können ein Wellrohr oder dergleichen einschließen. Darüber hinaus kann eine Vielzahl von Rippen, die in einer normalen Richtung oder dergleichen von der Oberfläche des zylindrischen Elements vorspringend vorgesehen sind, als das Wärmeaustauschhilfselement 74 verwendet werden.
Das Material des Wärmeaustauschhilfselements 74 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, aber es ist bevorzugt, dass das Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat. Zu den Beispielen für das Material des Wärmeaustauschhilfselements 74 zählen Kupfer oder dergleichen.
Weitere Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung:
Nachfolgend wird eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung unter Bezug auf die 20 bis 27 beschrieben. Die 20 bis 26 sind Querschnittsansichten, die eine weitere Ausführungsform einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellen, und sind Querschnittsansichten, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigen. 27 ist eine perspektivische Ansicht, die einen in einer weiteren Ausführungsform der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Wabenkörper schematisch darstellt. In den in den 20 bis 27 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen sind jeweils Teile, die in derselben Weise wie diejenigen der in den 1 bis 3 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 100 aufgebaut sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und auf deren Beschreibung kann verzichtet werden.
Die in 20 dargestellte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 900 enthält einen Wärmetauscherteil 10, einen Abgasverzweigungsteil 30 und einen Abgasverteilungsteil 40. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 900 ist eine Wärmeisolierschicht 75 außerhalb eines Weges 25 eines Wärmeaustauschmediums angeordnet. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 900 ist in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen angeordnet und wird zur Rückgewinnung von Abgaswärme verwendet. Gewöhnlich ist das Abgassystem des Kraftfahrzeugs häufig der Umgebungsluft an der Unterseite des Kraftfahrzeugs ausgesetzt. Daher kann in einem Fall, in welchem die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 900 in dem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen vorgesehen ist, einmal von dem Wärmeaustauschmedium gesammelte Abgaswärme an die Umgebungsluft abgegeben werden. Da in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 900 die Wärmeisolierschicht 75 außerhalb des Weges 25 des Wärmeaustauschmediums vorgesehen ist, ist es möglich, die Abgabe von Wärme von dem Wärmeaustauschmedium effektiv zu unterdrücken.
Als Wärmeisolierschicht 75 kann beispielsweise des Weiteren ein Gehäuse außerhalb des Weges 25 des Wärmeaustauschmediums vorgesehen sein, sodass eine Luftschicht innerhalb des Gehäuses gebildet wird. Durch das Vorsehen einer derartigen Luftschicht kann die Abgabe von Wärme von dem Wärmeaustauschmedium sehr einfach unterdrückt werden.
Darüber hinaus kann die Wärmeisolierschicht 75 von der vorstehend beschriebenen Luftschicht verschieden sein. Beispielsweise kann ein Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit außerhalb des Weges 25 des Wärmeaustauschmediums angeordnet werden und das Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit kann als die Wärmeisolierschicht 75 verwendet werden. Darüber hinaus kann ein Wärmespeichermaterial oder dergleichen als die Wärmeisolierschicht 75 verwendet werden und es besteht keine besondere Einschränkung, solange es die Abgabe von Wärme von dem Wärmeaustauschmedium unterdrücken kann.
Die in 21 dargestellte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1000 enthält einen Wärmetauscherteil 10, einen Abgasverzweigungsteil 30 und einen Abgasverteilungsteil 40. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1000 sind zwei Wabenkörper 11X und 11Y in der Durchflussrichtung des Abgases 50 in Reihe angeordnet. Die beiden Wabenkörper 11X und 11Y sind in einem Zustand, in welchem in der Durchflussrichtung des Abgases 50 ein Spalt vorgesehen ist, in Reihe angeordnet. Daher wird zwischen den den Spalt zwischen den Wabenkörpern 11X und 11Y bildenden Stirnseiten das aus dem auf der stromaufwärts liegenden Seite angeordneten Wabenkörper 11X austretende Abgas 50 verwirbelt, bevor es in den auf der stromabwärts liegenden Seite angeordneten Wabenkörper 11Y eingeführt wird. Daher kann die Rückgewinnungseffizienz der Abgaswärme gesteigert werden. Darüber hinaus kollidiert das aus dem Wabenkörper 11X austretende Abgas mit der Stirnfläche auf der Einlassseite des Wabenkörpers 11Y, wodurch die Verwirbelung des Abgases 50 weiter gefördert wird.
In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1000 sind zwei Wabenkörper 11X und 11Y in der Durchflussrichtung des Abgases 50 in Reihe angeordnet, aber es können drei oder mehr Wabenkörper vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine in der WO 2012/169622 offenbarte Technik als Technik verwendet werden, bei welcher eine Vielzahl von Wabenkörpern in der Durchflussrichtung des Abgases 50 in Reihe angeordnet sind und Wärme von dem Abgas durch die Vielzahl der Wabenkörper rückgewonnen wird.
Die in 22 dargestellte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1100 enthält einen Wärmetauscherteil 10, einen Abgasverzweigungsteil 30 und einen Abgasverteilungsteil 40. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1100 ist ein Gleichrichtungsteil 76 an einer Position vorgesehen, an welcher eine Durchgangsöffnung 33 eines Rohrs 32, das einen Abgasverzweigungsteil 30 bildet, gebildet ist. Der Gleichrichtungsteil 76 wird gebildet, indem ein kurzes Rohr mit einem kleinen Innendurchmesser innerhalb des Teils des Rohrs 32 angeordnet wird, in welchem die Durchgangsöffnung 33 gebildet ist. Zwischen dem Rohr 32 und dem kurzen Rohr ist die stromaufwärts liegenden Seite verschlossen und ist die stromabwärts liegende Seite geöffnet. Damit das Abgas 50 durch die Durchgangsöffnung 33 des Rohrs 32 fließt, ist es daher erforderlich, dass es die Durchgangsöffnung 33 durch den Durchfluss nach dem Durchfließen des kurzen Rohrs des Gleichrichtungsteils 76 erreicht. Bei einer derartigen Konfiguration ist eine Durchflussgeschwindigkeit des durch die Durchgangsöffnung 33 fließenden Abgases 50 in der gesamten Umfangsrichtung des Rohrs 32 gleichmäßig und ein Ungleichgewicht des in den äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 fließenden Abgases 50 kann unterdrückt werden.
Die in 23 dargestellte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1200 enthält einen Wärmetauscherteil 10, einen Abgasverzweigungsteil 30 und einen Abgasverteilungsteil 40. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1200 wird in einem äußeren Umfangsteil 15 eines Wabenkörpers 11 fließendes Abgas 50 gleichgerichtet, indem ein Abstand von einer Durchgangsöffnung 33 eines Rohrs 32, die einen Abgasverzweigungsteil 30 bildet, zu dem Wabenkörper 11 erhöht wird. D.h., dass in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1200 ein Gleichrichtungsteil 77 zwischen der Durchgangsöffnung 33 des Rohrs 32, die den Abgasverzweigungsteil 30 bildet, und der ersten Stirnseite 18 des äußeren Umfangsteils 15 des Wabenkörpers 11 vorgesehen ist. Der Gleichrichtungsteil 77 kann durch Verlängern der stromabwärts liegenden Seite des Rohrs 32 gebildet werden. Bei einer derartigen Konfiguration ist der Fluss des von einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen 33 einströmenden Abgases 50 gleichmäßig, da es durch den Gleichrichtungsteil 77 fließt, und ein Ungleichgewicht des in den äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 fließenden Abgases 50 kann unterdrückt werden. Die Länge und dergleichen des Gleichrichtungsteils 77 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und es ist bevorzugt, dass dessen Länge ausreichend lang ist, um das Ungleichgewicht des in den äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 fließenden Abgases 50 zu beseitigen.
Die in den 24 und 25 dargestellte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1300 enthält einen Wärmetauscherteil 10, einen Abgasverzweigungsteil 30 und einen Abgasverteilungsteil 40. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1300 ist durch die Form eines Sperrventils 43 eines Abgasverteilungsmechanismus 41 gekennzeichnet. Wie 24 zeigt, nimmt dann, wenn das Sperrventil 43 geschlossen ist, der Durchflusswiderstand in dem mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 zu und die Menge des zu dem äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 fließenden Abgases nimmt zu. Dabei tritt das Abgas 50, das durch den äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 geflossen ist, an der stromabwärts liegenden Seite aus, ohne dass es durch das Sperrventil 43 eingeschränkt wird. Wie 25 zeigt, nimmt in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1300 dann, wenn das Sperrventil 43 geöffnet wird (d.h., wenn das Sperrventil 43 des mittleren Teils 14 geöffnet wird), der Durchflusswiderstand in dem mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 ab und das Abgas 50 fließt vorzugsweise durch den mittleren Teil 14. In den Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen gemäß der ersten Ausführungsform und dergleichen, die bisher beschrieben wurden, nimmt dann, wenn das Sperrventil 43 des mittleren Teils 14 geöffnet wird, die durch den äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 fließende Abgasmenge ab, aber der Durchfluss des Abgases 50 in dem äußeren Umfangsteil 15 des Wabenkörpers 11 wird nicht vollständig gestoppt. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1300 verschließt dann, wenn das Sperrventil 43 des mittleren Teils 14 geöffnet wird, der Ventilkörper 45 des Sperrventils 43 den Weg des Abgases 50 an dem äußeren Umfangsteil 15. Daher kann in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1300 das Abgas 50 veranlasst werden, nur entweder zu dem mittleren Teil 14 oder dem äußeren Umfangsteil 15 zu fließen, indem das Sperrventil 43 geöffnet und geschlossen wird.
Es ist bevorzugt, dass das Sperrventil 43 des Abgasverteilungsmechanismus 41 in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1300 den Weg des Abgases 50 entweder des mittleren Teils 14 oder des äußeren Umfangsteils 15 verschließt, wenn das Sperrventil 43 geöffnet und geschlossen wird. D.h., dass es bevorzugt ist, dass die Anzahl des Ventilkörpers 45 des Sperrventils 43 1 ist. Mit dieser Konfiguration ist es möglich zu verhindern, dass die Wege sowohl des mittleren Teils 14 als auch des äußeren Umfangsteils 15 verschlossen werden, wenn ein Versagen oder dergleichen des Sperrventils 43 auftritt. Beispielsweise wird in dem Fall, in welchem das Sperrventil 43 so eingesetzt wird, dass beide Wege des mittleren Teils 14 und des äußeren Umfangsteils 15 verschlossen werden, wenn das Sperrventil 43 versagt, der Durchfluss des Abgassystems vollständig gestoppt, wenn das Sperrventil 43 ausfällt, was sich nachteilig auf den Verbrennungsmotor auswirken kann.
Die in 26 dargestellte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1400 enthält einen Wärmetauscherteil 10, einen Abgasverzweigungsteil 30 und einen Abgasverteilungsteil 40. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1400 ist durch die Form eines Sperrventils 43 eines Abgasverteilungsmechanismus 41 gekennzeichnet. Wie 26 zeigt, ist die Oberfläche des Ventilkörpers 45 des Sperrventils 43 in Bezug auf eine zu der Durchflussrichtung des Abgases 50 senkrechte Ebene gekrümmt. Wenn daher das durch den mittleren Teil 14 des Wabenkörpers 11 fließende Abgas 50 auf die Oberfläche des Ventilkörpers 45 trifft, dreht sich der Ventilkörper des Sperrventils 43 ohne weiteres um die Ventilstange 44 als Achse. Ferner ist der Ventilkörper 45 des Sperrventils 43 nur auf einer Seite des Ventilkörpers 45 mit einem Gewicht versehen, wobei die Ventilstange 44 dazwischen liegt, und das Versagen oder dergleichen des Sperrventils 43 tritt auf. Auch wenn an den Ventilkörper 45 keine Antriebskraft angelegt wird, wird der Weg des mittleren Teils 14 durch das vorstehend beschriebene Gewicht 46 kaum geschlossen. D.h., dass das Sperrventil 43 des mittleren Teils 14 leicht geöffnet wird. Daher tritt auch in einer Situation, in der das Sperrventil 43 versagt, wahrscheinlich keine Last in dem Verbrennungsmotor, dem Abgassystem und der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1400 auf und die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1400 kann mit größerer Sicherheit eingesetzt werden.
Die Form des Sperrventils 43 des Abgasverteilungsmechanismus 41 ist nicht auf die in 26 gezeigte Form beschränkt und ein beliebiger Aufbau kann verwendet werden, solange das Sperrventil 43 durch den Gasdruck des Abgases 50 ohne Weiteres geöffnet werden kann. Darüber hinaus ist in der in 26 gezeigten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1400 ein Rückdrehsperrelement 47 zum Verhindern der gegenläufigen Drehung des Sperrventils 43 oberhalb des Sperrventils 43 vorgesehen. Das Rückdrehsperrelement 47 ist durch einen Vorsprung gebildet, der in den Weg des Abgases 50 vorspringt und an welchem der Endteil des Sperrventils 43 anschlägt, wenn das Sperrventil 3 40 sich in der Rückwärtsrichtung dreht, so dass die gegenläufige Drehung des Sperrventils 43 verhindert wird.
Ein in 27 gezeigter Wabenkörper 11e ist aus vier Wabenkörpern 11ea, 11eb, 11ec, und 11ed aufgebaut, deren Querschnittsform in einem zu einer Verlaufsrichtung der Waben 12e senkrechten Querschnitt ein Quadrant ist, wobei ein Kreis annähernd gleichmäßig in vier Teile unterteilt ist. D.h., dass das Aggregat der vier Wabenkörper 11ea, 11eb, 11ec und 11ed ein Wabenkörper 11e ist. Der Wabenkörper 11e hat eine erste Stirnseite 18e und eine zweite Stirnseite 19e und hat eine Wabenstruktur, bei welcher eine Vielzahl von Waben 12e durch Trennwände 13e definiert und gebildet sind. In dem Wabenkörper 11e hat der mittlere Teil 14e eine hohle Ringform. Der äußere Umfangsteil 15e des Wabenkörpers 11e ist durch die vorstehend beschriebenen vier Wabenkörper 11ea, 11eb, 11ec und 11ed gebildet. Wie vorstehend beschrieben ist der für die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Wabenkörper nicht auf einen Wabenkörper mit einer kreisförmigen Querschnittsform oder einer Ringform mit einer hohlen Mitte beschränkt und der Wabenkörper kann in radialer Richtung in zwei oder mehr Teile unterteilt sein. Obgleich nicht dargestellt, können in einem Fall, in welchem der Wabenkörper in der radialen Richtung unterteilt ist, sowohl der mittlere Teil als auch der äußere Umfangsteil eine Wabenstruktur haben, bei welcher eine Vielzahl von Waben durch die Trennwände definiert und gebildet ist. D.h., es besteht keine Einschränkung auf die Ringform wie bei dem in 27 gezeigten Wabenkörper 11e.
Beispiele
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele ausführlicher beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
Als eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Beispiel 1 wurde eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung hergestellt, die in derselben Weise wie die in 5 gezeigte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 aufgebaut war. Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Beispiel 1 beschrieben.
Herstellung des Wabenkörpers
Ein ein SiC-Pulver enthaltender gekneteter Ton wurde in eine gewünschte Form stranggepresst, getrocknet, zu einer vorbestimmten äußeren Größe verarbeitet und anschließend mit Si imprägniert und gebrannt, um einen runden säulenförmigen gebrannten Wabenkörper herzustellen. Der gebrannte Wabenkörper hatte einen Durchmesser (Außendurchmesser) einer Stirnseite von 70 mm und eine Länge von 35 mm in einer Verlaufsrichtung der Waben. Eine Wabendichte des gebrannten Wabenkörpers war 23 Waben/cm² und eine Dicke (Wandstärke) einer Trennwand betrug 0,3 mm. Eine Wärmeleitfähigkeit des gebrannten Wabenkörpers betrug 150 W/(m K).
Anschließend wurde ein Bereich mit einem Durchmesser von 52 mm einschließlich der Mitte der Stirnseite des hergestellten gebrannten Wabenkörpers in einer runden Säulenform ausgehöhlt und eine ringförmiger Wabenkörper mit einem hohlen Mittelteil wurde hergestellt. Eine aus rostfreiem Stahl hergestellte zylindrische Innenwand mit einer dem Innendurchmesser des Hohlraums entsprechenden Größe wurde innerhalb des Hohlraums des hergestellten Wabenkörpers angeordnet.
Herstellung des Wärmetauscherteils
Anschließend wurde ein aus rostfreiem Stahl aufgebautes zylindrisches Element hergestellt. Das zylindrische Element hatte eine Zylinderform mit einem Innendurchmesser von 69,8 mm und einer axialen Länge von 41,5 mm und seine Wandstärke betrug 1 mm. Danach wurde der Wabenkörper in das hergestellte zylindrische Element des inneren Zylinders eingesetzt und das zylindrische Element wurde so angeordnet, dass es durch Schrumpfpassung an die äußere Umfangsfläche des Wabenkörpers angepasst wurde.
Danach wurde ein aus rostfreiem Stahl aufgebauter Gehäusekörper hergestellt. Der Gehäusekörper hatte eine zylindrische Form mit einem Innendurchmesser von 76 mm und einer axialen Länge von 41,5 mm und seine Wandstärke betrug 1,5 mm. In dem Gehäusekörper wurden eine Wärmeaustauschmedium-Einführöffnung, in welche ein Wärmeaustauschmedium eingeführt wurde, und eine Wärmeaustauschmedium-Austrittsöffnung, aus welcher das Wärmeaustauschmedium abgegeben wurde, gebildet.
Anschließend wurde das zylindrische Element, bei welchem der Wabenkörper durch Passung befestigt war, innerhalb des hergestellten Gehäusekörpers angeordnet, der Gehäusekörper und das zylindrische Element wurden durch Schweißen verbunden und ein den Wabenkörper und das Gehäuse umfassender Wärmetauscherteil wurde hergestellt. Der Weg des Wärmeaustauschmediums, der einen Abstand von 2,0 mm zwischen dem Gehäusekörper und dem zylindrischen Element hat, wurde in der radialen Richtung des Wabenkörpers zwischen dem Gehäusekörper und dem zylindrischen Element gebildet.
Herstellung des Abgasverzweigungsteils
Ein Abgasverzweigungsteil, der in derselben Weise wie der Abgasverzweigungsteil 30a der in 5 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 konfiguriert war, wurde hergestellt. Genauer ausgedrückt wurde der Abgasverzweigungsteil mit dem Doppelrohraufbau unter Verwendung eines ersten Rohrs aus rostfreiem Stahl und eines zweiten Rohrs aus rostfreiem Stahl hergestellt. Das erste Rohr war ein zylindrisches Rohr mit einer axialen Länge von 31,5 mm, einem Außendurchmesser von 54 mm und einer Wandstärke von 1,5 mm. Zehn Durchgangslöcher mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Form wurden auf der stromabwärts liegenden Seite des ersten Rohrs gebildet und die Durchgangslöcher wurden als ein Verzweigungsweg des Abgasverzweigungsteils verwendet. Als das zweite Rohr wurde ein Rohr verwendet, das einen Erweiterungsteil hatte, bei welchem eine Länge in einer axialen Richtung 15,5 mm betrug, ein Innendurchmesser eines Endteils auf der stromaufwärts liegenden Seite 51 mm betrug und ein Innendurchmesser des anderen Endteils auf der stromabwärts liegenden Seite 72 mm betrug. Das erste Rohr wurde innerhalb des zweiten Rohrs angeordnet und das zweite Rohr und das erste Rohr wurden Schweißen verbunden, um einen Abgasverzweigungsteil mit einem Verzweigungsweg herzustellen. Wenn das erste Rohr innerhalb des zweiten Rohrs angeordnet und mit diesem verbunden wird, sind die Position der Stirnseite des ersten Rohrs auf der stromabwärts liegenden Seite und die Position der Stirnseite des zweiten Rohrs auf der stromabwärts liegenden Seite so angeordnet, dass sie miteinander übereinstimmen, und beide Rohre wurden verbunden.
Herstellung des Abgasverteilungsteils
Ein Abgasverzweigungsteil, der in derselben Weise wie der Abgasverteilungsteil 40a der in 5 dargestellten Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 200 konfiguriert war, wurde hergestellt. Insbesondere wurde in einem aus rostfreiem Stahl hergestellten Rohr mit einem Außendurchmesser von 51 mm ein Abgasverteilungsmechanismus 41a des Abgasverteilungsteils 40a mit einem Sperrventil 43a angebracht, das so konfiguriert war, dass sich ein Ventilkörper 45a um eine Ventilstange 44a drehte, die so angeordnet war, dass sie ein Rohr 42a durchquerte, und ein Abgasverteilungsteil wurde hergestellt.
Der Wärmetauscherteil wurde mit dem hergestellten Abgasverzweigungsteil verbunden und des Weiteren wurde der Abgasverteilungsteil mit dem Wärmetauscherteil auf der stromabwärts liegenden Seite verbunden, sodass eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde.
Beispiel 2
Als eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Beispiel 2 wurde eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung hergestellt, die in derselben Weise wie die in 9 gezeigte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 300 aufgebaut war. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Beispiel 2 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass bei der Herstellung des Wärmetauscherteils der mittlere Teil der Wabenstruktur nicht ausgehöhlt wurde und sowohl der mittlere Teil als auch der äußere Umfangsteil den Wabenkörper mit der Wabenstruktur nutzten.
Vergleichsbeispiel 1
Als eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel1 wurde eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung hergestellt, die in derselben Weise wie die in 28 gezeigte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1500 aufgebaut war. 28 ist eine Querschnittsansicht, die eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 schematisch darstellt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer Durchflussrichtung eines Abgassystems zeigt. Wie 28 zeigt, ist in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1500 gemäß Vergleichsbeispiel 1 ein Wabenkörper 111 in einem Gehäuse 121 untergebracht und ein Weg 125 des Wärmeaustauschmediums 51 ist an einer äußeren Umfangsseite einer Stelle vorgesehen, wo der Wabenkörper 111 des Gehäuses 121 angeordnet ist. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde das zweite Rohr des Abgasverzweigungsteils von Ausführungsform 1 mit beiden Enden des Gehäuses 121 verbunden und als das Abgaseinführrohr 126 verwendet, in welches das Abgas eingeführt wurde, und das Abgasaustrittsrohr 127, aus welchem das Abgas abgegeben wurde. Darüber hinaus wurde derselbe Aufbau wie bei dem Wärmetauscherteil von Beispiel 2 für den Wabenkörper 111 und das Gehäuse 121 verwendet.
Messung der Wärmerückgewinnungseffizienz
Die Wärmerückgewinnungseffizienz wurde gemessen, wenn Abgas (erstes Fluid) durch die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 und 2 und gemäß Vergleichsbeispiel 1 floss und Wasser (zweites Fluid) als Wärmeaustauschmedium verwendet wurde. Die Wärmerückgewinnungseffizienz wurde durch die nachstehende Gleichung (1) erhalten, indem die in die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung fließende Eingangswärmemenge und die durch die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung rückgewonnene Rückgewinnungswärmemenge gemessen wurden. $Gleichung (1) : Wärmerückgewinnungseffizienz=rückgewonnene Wärmemenge/Eingangswärmemenge \times 100$
Die Eingangswärmemenge kann als ein Produkt der „Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid vor dem Fließen in die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung“, einer „spezifischen Wärmekapazität des ersten Fluids“ und eines „Massenstroms des ersten Fluids“ erhalten werden. Die „Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid vor dem Fließen in die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung“ bezieht sich auf einen Wert, der durch Subtrahieren der Temperatur des zweiten Fluids, unmittelbar bevor es in die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung fließt, von der Temperatur des ersten Fluids, unmittelbar bevor es in die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung fließt, erhalten wird. Darüber hinaus kann die rückgewonnene Wärmemenge durch das Produkt der „Temperaturdifferenz des zweiten Fluids, bevor es in die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung fließt und nachdem es aus der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung geflossen ist“, der „spezifischen Wärmekapazität des zweiten Fluids“ und des „Massenstroms des zweiten Fluids“ erhalten werden. Die „Temperaturdifferenz des zweiten Fluids, bevor es in die Wärmerückgewinnungsvorrichtung fließt und nachdem es aus der Wärmerückgewinnungsvorrichtung geflossen ist“ bezieht sich auf einen Wert, der durch Subtrahieren der Temperatur des zweiten Fluids, unmittelbar bevor es in die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung fließt, von der Temperatur des zweiten Fluids, unmittelbar nachdem es aus der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung geflossen ist, erhalten wird.

Die Messung der Wärmerückgewinnungseffizienz wurde unter sechs Bedingungen durchgeführt: die Temperatur des Abgases wurde auf 400 °C eingestellt und die Durchflussmenge des Abgases wurde auf 5 g/s, 10 g/s, 20 g/s, 40 g/s, 60 g/s und 100 g/s eingestellt. In den Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 und 2 wurde die Wärmerückgewinnung ausgeführt, wenn das als der Abgasverteilungsmechanismus des Abgasverteilungsteils verwendete Sperrventil unter den drei Bedingungen von 5 g/s, 10 g/s und 20 g/s „geschlossen“ war. Dann wurde in den Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 und 2 die Wärmerückgewinnung ausgeführt, wenn das als der Abgasverteilungsmechanismus des Abgasverteilungsteils verwendete Sperrventil unter den drei Bedingungen von 40 g/s, 60 g/s und 100 g/s „geöffnet“ war. Die Messergebnisse der Wärmerückgewinnungseffizienz sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1

	Wärmerückgewinnungseffizienz
Durchflussmenge des Abgases	Beispiel 1	Beispiel 2	Vergleichsbeispiel 1
5 g/s	75%	75%	77%
10 g/s	60%	62%	62%
20 g/s	40%	45%	41%
40 g/s	3% (Sperrventil „offen“)	4% (Sperrventil „offen“)	25%
60 g/s	2% (Sperrventil „offen“)	2% (Sperrventil „offen“)	20%
100 g/s	2% (Sperrventil „offen“)	2% (Sperrventil „offen“)	17%

Ergebnisse
Im Vergleich zu der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 konnten die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 und 2 die Wärmerückgewinnungseffizienz entsprechend der Durchflussmenge des Abgases einstellen und eine angemessene Abgaswärmerückgewinnung ausführen.
Beispiel 3
Als eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Beispiel 3 wurde eine in 29 gezeigte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung hergestellt. 29 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Beispiel 3 veranschaulicht. Wie 13 zeigt, wurde dieselbe Konfiguration wie diejenige der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 400 für die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Beispiel 3 verwendet. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Beispiel 3 konnte in geeigneter Weise als ein EGR- (Abgasrückführungs-) Kühler verwendet werden. Insbesondere wurden, wie in 13 gezeigt, das Abgas 50X und das Abgas 50Y jeweils für den Austritt aus den Austrittsöffnungen 60 und 61 der verschiedenen Wege konfiguriert, sodass die Abgaswärmerückgewinnung auch dann möglich war, wenn die EGR nicht in Betrieb war.
Vergleichsbeispiel 2
Als eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 2 wurde eine in 30 gezeigte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung hergestellt. 30 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 2 veranschaulicht. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 2 sind ein EGR- (Abgasrückführungs-) Kühler und ein Wärmetauscher einzeln mit einem Motor verbunden. In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 2 wurde eine Abgasmenge auf der Seite des Wärmetauschers zu der Zeit der EGR (Abgasrückführung) reduziert und eine Menge der durch den Wärmetauscher rückgewonnenen Wärme wurde verringert. Da andererseits in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß Beispiel 3 das gekühlte Gas nach der Abgaswärmerückgewinnung zu der EGR (Abgasrückführung) geleitet werden konnte, wurde eine hervorragende Auswirkung insofern erzielt, als keine Reduzierung des Ausmaßes der Abgaswärmerückgewinnung entstand.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einem Abgasweg eines Verbrennungsmotors eingebaut und wird zur Rückgewinnung von Abgaswärme des durch den Abgasweg fließenden Abgases verwendet.
Bezugszeichenliste
10, 10b, 10c und 10d: Wärmetauscherteil, 11, 11b, 11c, 11d, 11e, 11ea, 11eb, 11ec, 11ed, 11X und 11Y: Wabenkörper, 12, 12b und 12e: Wabe, 13, 13b und 13e: Trennwand, 14, 14b, 14c, 14d und 14e: mittlerer Teil, 15, 15b, 15c, 15d und 15e: äußerer Umfangsteil, 16, 16b und 16e: äußere Umfangsfläche, 17: Innenwandaufbau, 18, 18b, 18c, 18d und 18e: erste Stirnseite, 19, 19b, 19c, 19d und 19e: zweite Stirnseite, 21, 21b, 21c und 21d: Gehäuse, 22 und 22b: zylindrisches Element, 23 und 23b: Gehäusekörper, 25 und 25b: Weg (Weg des Wärmeaustauschmediums), 26 und 26b: Wärmeaustauschmedium-Einführöffnung, 27 und 27b: Wärmeaustauschmedium-Austrittsöffnung, 30, 30a, 30b, 30c und 30d: Abgasverzweigungsteil, 31, 31b, 31c und 31d: Verzweigungsweg, 32, 32a, 32b, 32c und 32d: Rohr, 33 und 33b: Durchgangsöffnung, 38 und 48: Abgasleitelement, 40, 40a, 40b und 40c: Abgasverteilungsteil, 41, 41a, 41b und 41c: Abgasverteilungsmechanismus, 42, 42a und 42b: Rohr, 43, 43a und 43b: Sperrventil, 44, 44a und 44b: Ventilstange, 45, 45a und 45b: Ventilkörper, 46: Gewicht, 47: Rückdrehsperrelement, 50: Abgas, 50X: Abgas (durch den äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers fließendes Abgas), 50Y: Abgas (durch den mittleren Teil des Wabenkörpers fließendes Abgas), 51: Wärmeaustauschmedium, 60 und 61: Austrittsöffnung, 71: ringförmiges Element, 72: externes Element, 72a: Motor, 73a: Motorhalter, 74: Wärmeaustauschhilfselement, 75: Wärmeisolierschicht, 76 und 77: Gleichrichtungsteil, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 und 1500: Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, 111: Wabenkörper, 121: Gehäuse, 125: Weg (Weg des Wärmeaustauschmediums), 126: Abgaseinführrohr, 127: Abgasaustrittsrohr.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013130159 A [0006]
JP 2015031250 A [0006]
JP 2010019216 A [0006]
JP 2008163773 A [0006]
JP 2008232031 A [0006]
WO 2012/169622 [0096]

Claims

Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, enthaltend einen Wärmetauscherteil, einen Abgasverzweigungsteil und einen Abgasverteilungsteil, wobei der Wärmetauscherteil einen säulenförmigen Wabenkörper enthält, der eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite hat, sowie ein Gehäuse, das den Wabenkörper aufnimmt, welcher Wabenkörper aus Keramik als Hauptbestandteil hergestellte Trennwände und eine Vielzahl von Waben aufweist, die von der ersten Stirnseite zu der zweiten Stirnseite verlaufen und als Durchflussweg für das Abgas dienen und durch die Trennwände definiert und gebildet sind, welches Gehäuse ein zylindrisches Element aufweist, das so angeordnet ist, dass es an eine äußere Umfangsfläche des Wabenkörpers angepasst ist, sowie einen Gehäusekörper, der außerhalb des zylindrischen Elements angeordnet ist und einen Weg für ein Wärmeaustauschmedium zur Rückgewinnung von Abgaswärme durch Wärmeaustausch mit dem Abgas bildet, und eine Wärmeaustauschmedium-Einführöffnung aufweist, in welche das Wärmeaustauschmedium eingeführt wird, und eine Wärmeaustauschmedium-Austrittsöffnung, aus welcher das Wärmeaustauschmedium austritt, welcher Abgasverzweigungsteil einen Verzweigungsweg hat, der den Weg des in den Wabenkörper fließenden Abgases in einem zu einer Axialrichtung des Wabenkörpers senkrechten Querschnitt in einen mittleren Teil und einen äußeren Umfangsteil verzweigt, und welcher Abgasverteilungsteil einen Abgasverteilungsmechanismus hat, der ein Wärmerückgewinnungsausmaß einstellt, indem er einen Durchflusswiderstand des Abgasweges in dem mittleren Teil des Wabenkörpers verändert und die durch den Abgasweg im äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers tretende Abgasmenge variiert.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wabenkörper eine Ringform hat, bei welcher der mittlere Teil hohl ist.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der ringförmige Wabenkörper einen Innenwandaufbau hat, der innerhalb des Hohlraums in einer zylindrischen Form durchgehend ist.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abgasverzweigungsteil und/oder der Abgasverteilungsteil ein zylindrisches Abgasleitelement aufweisen und eine Stirnseite des Abgasleitelements in einem Zustand angeordnet ist, in welchem es mit einer Stirnseite des Wabenkörpers in Berührung steht, oder in einem Zustand, in welchem es von der Stirnseite des Wabenkörpers getrennt ist.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Abstand zwischen dem Abgasleitelement und der Stirnseite des Wabenkörpers 0,05 bis 10 mm beträgt.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Abgasverzweigungsteil und/oder der Abgasverteilungsteil ein zylindrisches Abgasleitelement aufweisen und das Abgasleitelement so angeordnet ist, dass es in den Hohlraum des ringförmigen Wabenkörpers eindringt.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei ein Wert von D1/D2, welcher ein Verhältnis eines Durchmessers D1 des Wabenkörpers zu einem Durchmesser D2 des Abgasleitelements ist, 1,1 bis 7 beträgt.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Wärmetauscherteil, der Abgasverzweigungsteil und der Abgasverteilungsteil so konfiguriert sind, dass sie voneinander getrennt werden können.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei von den Abgasen, deren Zirkulationswege durch den Abgasverteilungsteilungsmechanismus bestimmt werden, das Abgas, das durch den äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers geflossen ist, und das Abgas, das durch den mittleren Teil des Wabenkörpers geflossen ist, aus Austrittsöffnungen von verschiedenen Wegen auf einer stromabwärts liegenden Seite des Wabenkörpers abfließen.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei von den Abgasen, deren Zirkulationswege durch den Abgasverteilungsteilungsmechanismus bestimmt werden, das Abgas, das durch den äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers geflossen ist, und das Abgas, das durch den mittleren Teil des Wabenkörpers geflossen ist, auf der stromabwärts liegenden Seite des Wabenkörpers zusammengeführt werden und aus einer Austrittsöffnung desselben Zirkulationsweges abfließen.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Weg des Abgases in dem äußeren Umfangsteil des Wabenkörpers in einer Axialrichtung des Wabenkörpers teilweise in zwei oder mehr Teile unterteilt ist und das in den äußeren Umfangsteil eingeführte Abgas in Bezug auf die Axialrichtung des Wabenkörpers zurückgeleitet und zirkuliert wird.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner enthaltend ein um das Gehäuse vorgesehenes externes Element, das eine mit der Wärmeerzeugung verbundene Einrichtung aufweist, wobei die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung dafür konfiguriert ist, eine Wärmeerzeugung in dem externen Element und eine Wärmeübertragung von dem Abgas zu dem externen Element mit dem Wärmeaustauschmedium des Weiteren rückzugewinnen.