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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Technik zum Zurückgewinnen von Wärme aus Abgas unter Verwendung eines Wärmetauschers.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Das folgende Patentdokument 1 offenbart eine Abgasrückgewinnungseinrichtung, die einen Wärmetauscher um einen Hauptströmungspfad für Abgas aufweist, in dem ein Abzweigungsabschnitt zum Herausführen von Abgas an einer Leitung vorgesehen ist, nachdem das Abgas durch den Wärmetauscher gelangt ist.
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DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
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PATENTDOKUMENTE
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Patentdokument 1: Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nummer 2008-163773
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
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In dem Typ, in dem eine Leitung abgezweigt ist, neigt der Abzweigungsabschnitt jedoch dazu, durch Schwingungen beeinflusst zu werden, und es besteht ein Problem dadurch, dass die Größe und das Gewicht zwangsläufig erhöht sind, um die Festigkeit dieses Abschnitts zu sichern.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass bei einer Technik zum Zurückgewinnen von Wärme aus Abgas unter Verwendung eines Wärmetauschers das Abgas herausgeführt werden kann, während die Erhöhung der Größe und des Gewichts der Einrichtung gering gehalten wird.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABEN
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Eine Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Hauptströmungspfad, einen Nebenströmungspfad, einen oder eine Vielzahl von Wärmetauschern und ein oder eine Vielzahl von Abdeckelementen. Abgas strömt durch den Hauptströmungspfad. Der Nebenströmungspfad ist ein Strömungspfad, der von dem Hauptströmungspfad abzweigt, und ist so angeordnet, dass er einen Umfang des Hauptströmungspfads umgibt. Mindestens ein Anteil des Abgases strömt durch den Nebenströmungspfad.
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Ein oder eine Vielzahl von Wärmetauschern ist in dem Nebenströmungspfad angeordnet. Ein oder eine Vielzahl von Abdeckelementen bedeckt mindestens einen Abschnitt eines Umfangs des Wärmetauschers, und ein Innenraum bildet einen Abschnitt des Nebenströmungspfads. Das Abdeckelement ist mit einem Abgasauslass versehen.
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Gemäß einer solchen Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung kann ein Auslass in einem relativ dicken Abschnitt vorgesehen sein, da der Abgasauslass an dem Abdeckelement in der Ausgestaltung angeordnet ist, in der der Nebenströmungspfad so angeordnet ist, dass er den Umfang des Hauptströmungspfads umgibt. Im Vergleich zu einem Fall, bei dem eine Leitung abgezweigt ist, um einen Auslass bereitzustellen, ist es folglich möglich, es schwierig zu machen, negativ durch Schwingungen der Leitung beeinflusst zu werden.
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Zusätzlich ist es bei der Ausgestaltung, in der ein Abzweigungsabschnitt an einer Leitung vorgesehen ist, wahrscheinlich, dass die Ausgestaltung, umfassend die Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung und den Abzweigungsabschnitt der Leitung, an Größe zunimmt. In dieser Ausgestaltung kann jedoch Abgas herausgeführt werden, während die Erhöhung der Größe oder des Gewichts der Einrichtung gering gehalten wird.
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Bei der Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Wärmetauscher einen Flüssigkeitsströmungspfad umfassen, durch den eine Flüssigkeit für den Wärmeaustausch mit Abgas strömt, und es kann dem Abgas ermöglichen, den Flüssigkeitsströmungspfad zu umströmen.
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Gemäß einer solchen Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung kann, da es dem Abgas ermöglicht ist, den Flüssigkeitsströmungspfad zu umströmen, der Abgasauslass an einer beliebigen Position außerhalb des Wärmetauschers vorgesehen sein. Daher kann der Freiheitsgrad bei der Anordnung des Abgasauslasses verbessert werden.
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Überdies kann der Abgasauslass bei der Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Auslass für Abgas sein, der für die Abgasrückführung verwendet wird.
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Gemäß einer solchen Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung kann das Abgas, das durch den Wärmetauscher abgekühlt wurde, rückgeführt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Erscheinungsbilds einer Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
- 2 ist eine Querschnittsansicht der Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung in einem Zustand mit geschlossenem Ventil entlang der Linie II-II in 1.
- 3 ist eine Querschnittsansicht einer Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Bezugszeichenliste
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1...Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung, 2...Abgasabschnitt, 4...Ummantelungselement, 6...Wärmetauscheinheit, 8...Einströmabschnitt, 10...Ventil, 12, 14...Abgasleitung, 18...stromabwärts gelegenes Abgasende, 20...äußeres Ummantelungselement, 22...Deckelelement, 24...Halteelement, 28...Wärmetauschkammer, 30...Wärmetauscher, 44...Einströmleitung, 46...Ausströmleitung, 56...Einleitungselement, 71...Abgasauslass, 72...AGR-Leitung, 80...Flüssigkeitsströmungspfad, 91...Hauptströmungspfad, 92...Nebenströmungspfad, 144...Kühlmittel, 142...Abgas.
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AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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[Überblick über die Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung]
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Eine in 1 und 2 gezeigte Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 ist in einem bewegten Objekt installiert, das einen Verbrennungsmotor aufweist, wie einem Personenkraftwagen. Die Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 gewinnt Wärme aus Abgas 142 zurück, wie etwa Abgas von einem Verbrennungsmotor, das ein Hochtemperaturfluid ist, durch Übertragen von Wärme des Abgases 142 auf ein Kühlmittel 144 des Verbrennungsmotors, das ein Niedertemperaturfluid ist, dessen Temperatur niedriger als die des Abgases 142 ist. Das Kühlmittel 144 in der vorliegenden Ausführungsform kann Kühlwasser oder Ölflüssigkeit sein.
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Die Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Abgasabschnitt 2, ein Ummantelungselement 4, eine Wärmetauscheinheit 6, einen Einströmabschnitt 8 und ein Ventil 10.
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Der Abgasabschnitt 2 bildet einen Strömungspfad, der das Abgas 142 von dem Verbrennungsmotor zu der stromabwärts gelegenen Seite führt. Das Ummantelungselement 4 ist ein Element, das eine Außenseite des Abgasabschnitts 2 bedeckt. Die Wärmetauscheinheit 6 weist einen Wärmetauscher 30 auf, der zwischen dem Abgasabschnitt 2 und dem Ummantelungselement 4 angeordnet ist, und tauscht Wärme zwischen dem Abgas 142 und dem Kühlmittel 144 aus.
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Wie in 2 gezeigt, ist der Einströmabschnitt 8 ein Abschnitt, in dem das Abgas 142 von dem Abgasabschnitt 2 in die Wärmetauscheinheit 6 strömt. Das Ventil 10 ist ein Ventil, das den Strömungspfad für das Abgas 142 öffnet oder schließt, und befindet sich stromabwärts des Einströmabschnitts 8 entlang des Strömungspfads für das Abgas 142 in dem Abgasabschnitt 2.
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Wenn das Ventil 10 geöffnet ist, gelangt der Großteil des Abgases 142 nicht durch die Wärmetauscheinheit 6, sondern gelangt durch den Hauptströmungspfad 91, um stromabwärts des Ventils 10 zu strömen. Wenn das Ventil 10 geschlossen ist, gelangt der Großteil des Abgases 142 durch einen Nebenströmungspfad 92, der durch die Wärmetauscheinheit 6 verläuft, um stromabwärts des Ventils 10 zu strömen. Das heißt, dass das Ventil 10 den Strömungspfad für das Abgas 142 je nach Öffnung und Schließung umschaltet.
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Das Ventil 10 wird von einem Aktuator geöffnet und geschlossen, wie einem bekannten Motor oder Thermoaktuator. Der Hauptströmungspfad 91 stellt den Strömungspfad für das Abgas 142 dar, der im Wesentlichen durch die Abgasleitungen 12 und 14 und ein Einleitungselement 56 gebildet ist. Der Nebenströmungspfad 92 stellt im Wesentlichen einen Strömungspfad dar, der von einem stromabwärts gelegenen Abgasende 18, einem äußeren Ummantelungselement 20, einem Deckelelement 22 und einem Halteelement 24 umgeben ist. Der Nebenströmungspfad 92 ist ein Strömungspfad, der von dem Hauptströmungspfad 91 abzweigt, und ist um den Hauptströmungspfad 91 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Nebenströmungspfad 92 insbesondere so gebildet, dass er den Hauptströmungspfad 91 umgibt. Die Bezeichnung „umgeben“ umfasst die Tatsache, dass zumindest ein Abschnitt abgedeckt ist. Das heißt, dass der Nebenströmungspfad 92 nicht notwendigerweise über den gesamten Umfang des Hauptströmungspfads 91 angeordnet ist, sondern kann so angeordnet sein, dass er zumindest einen Abschnitt des Hauptströmungspfads 91 abdeckt.
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Anders ausgedrückt, weist die Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 eine koaxiale Struktur auf. Die koaxiale Struktur deutet auf eine Ausgestaltung hin, in der die Mittelachse des Hauptströmungspfads 91 mit den Mittelachsen der Elemente übereinstimmt, die ringförmig um den Hauptströmungspfad 91 gebildet sind, wie der Nebenströmungspfad 92 und der Wärmetauscher 30.
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[Struktur der Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung]
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Wie in 2 gezeigt, ist der Abgasabschnitt 2 mit der Abgasleitung 12 versehen. Die Abgasleitung 12 ist in einer zylindrischen Form gebildet, deren beide Enden geöffnet sind. Die Abgasleitung 12 ist mit einer Abgasleitung, einem Abgaskrümmer oder Ähnlichem verbunden, in die oder den das Abgas 142 von dem Verbrennungsmotor strömt.
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Das Ummantelungselement 4 umfasst eine Abgasleitung 14, das äußere Ummantelungselement 20, das Deckelelement 22 und das Halteelement 24. Die Abgasleitung 14 ist in einer zylindrischen Form gebildet, deren beide Enden geöffnet sind.
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Das äußere Ummantelungselement 20 ist in einer zylindrischen Form gebildet, die einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Abgasleitung 12, wobei beide Enden geöffnet sind. Ein Endabschnitt an der stromabwärts gelegenen Seite des äußeren Ummantelungselements 20 ist mit einem stromaufwärts gelegenen Ende 16 der Abgasleitung 14 verbunden.
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Das Deckelelement 22 schließt die Öffnung an der stromaufwärts gelegenen Seite des äußeren Ummantelungselements 20 entlang des Strömungspfads für das Abgas 142 in der Abgasleitung 12. Das heißt, dass das äußere Ummantelungselement 20, das Deckelelement 22 und die Abgasleitung 12 eine Wärmetauschkammer 28 bilden, die ein ringförmiger Raum ist, der von dem äußeren Ummantelungselement 20, dem Deckelelement 22 und der Abgasleitung 12 umgeben ist.
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Als Wärmetauscher 30, der in der Wärmetauschkammer 28 angeordnet ist, kann ein beliebiger Wärmetauscher, wie ein bekannter Wärmetauscher zum Ausführen eines Wärmeaustauschs mit Wärmetauscherlamellen (nicht gezeigt), angenommen werden. Der Wärmetauscher 30 ist jedoch derart ausgestaltet, dass das Abgas 142 um den Flüssigkeitsströmungspfad 80 herum strömt. Beispielsweise strömt das Abgas 142 durch Spalte zwischen Wärmetauscherlamellen, die um den Flüssigkeitsströmungspfad 80 gebildet sind, sodass ein Wärmeaustausch zwischen dem Abgas 142 und dem Kühlmittel 144 ausgeführt wird.
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Das Kühlmittel 144 strömt in den Wärmetauscher 30 von der Einströmleitung 44, die das Deckelelement 22 durchdringt, und nachdem der Wärmeaustausch innerhalb des Wärmetauschers 30 ausgeführt wurde, strömt das Kühlmittel 144 über die Ausströmleitung 46, die das Deckelelement 22 durchdringt, aus dem Wärmetauscher 30 heraus. Die Einströmleitung 44 und die Ausströmleitung 46 können das äußere Ummantelungselement 20 durchdringen, nicht notwendigerweise das Deckelelement 22.
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Das Halteelement 24 hält den Wärmetauscher 30, der in der Wärmetauschkammer 28 angeordnet ist.
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Der Einströmabschnitt 8 umfasst das Einleitungselement 56. Eine Öffnung ist in der Umfangsrichtung zwischen dem stromabwärts gelegenen Abgasende 18 der Abgasleitung 12 und dem Einleitungselement 56 gebildet. Die Öffnung zwischen dem stromabwärts gelegenen Abgasende 18 der Abgasleitung 12 und dem Einleitungselement 56 fungiert als ein Einlass für das Abgas 142 in die Wärmetauscheinheit 6.
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Das Ventil 10 weist mindestens einen Ventilkörper 62, einen Ventilsitz 64 und einen Ventilschaft 66 auf. Der Ventilkörper 62 ist ein scheibenförmiges Element, das einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Einleitungselements 56 (Abgasleitung 12). Der Ventilschaft 66 ist ein Schaft, der mit dem Ventilkörper 62 verbunden ist, und ist ein Schaft, um den Ventilkörper 62 anzutreiben.
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Der Ventilsitz 64 ist ein Element, das in Kontakt mit dem Ventilkörper 62 kommt und dadurch den Abgasabschnitt 2 (Einleitungselement 56) schließt. Der Ventilsitz 64 in der vorliegenden Ausführungsform ist ein distaler Endabschnitt 58 des Einleitungselements 56. Ein Siebelement 68, das in einer Siebform gebildet ist, ist an einer inneren Umfangsfläche des Ventilsitzes 64 angebracht.
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Hierbei ist das äußere Ummantelungselement 20 mit einem Abgasauslass 71 gebildet, der ein Auslass für Abgas ist, der für eine Abgasrückführung (AGR) verwendet wird. Der Abgasauslass 71 ist in einer Region angeordnet, in der das Abgas, das zuvor durch den Wärmetauscher 30 gelangt ist, in die Wärmetauschkammer 28 strömt. Anders ausgedrückt, ist der Abgasauslass 71 in einer Position angeordnet, die mittels des Wärmetauschers 30 aus der Sicht von dem Einströmabschnitt 8 getrennt ist, und ist derart eingestellt, dass das Abgas 142, das zuvor durch den Wärmetauscher 30 gelangt ist, dem Abgasauslass 71 zugeführt wird.
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Eine AGR-Leitung 72 ist mit dem Abgasauslass 71 verbunden. In der AGR-Leitung 72 ist ein bekanntes AGR-Ventil (nicht gezeigt) vorgesehen, und wenn das AGR-Ventil geöffnet ist, strömt ein Anteil des Abgases 142 in die AGR-Leitung 72. Das heißt, dass das Abgas 142, das durch das Hindurchgelangen durch den Wärmetauscher 30 abgekühlt wird, der AGR-Leitung 72 zugeführt wird.
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[Wirkungen]
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Gemäß der ersten zuvor erläuterten Ausführungsform können folgende Wirkungen erzielt werden:
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(1a) Die zuvor beschriebene Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 umfasst den Hauptströmungspfad 91, den Nebenströmungspfad 92, einen oder eine Vielzahl von Wärmetauschern 30 und ein oder eine Vielzahl von Abdeckelementen. Das Abdeckelement stellt mindestens eines der folgenden dar: die Abgasleitung 12, das äußere Ummantelungselement 20 und das Deckelelement 22.
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Abgas strömt in den Hauptströmungspfad 91. Der Nebenströmungspfad 92 ist ein Strömungspfad, der von dem Hauptströmungspfad 91 abzweigt, und ist so angeordnet, dass er den Umfang des Hauptströmungspfads 91 umgibt. Mindestens ein Anteil des Abgases strömt in den Nebenströmungspfad 92.
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Ein oder eine Vielzahl von Wärmetauschern 30 ist in dem Nebenströmungspfad 92 angeordnet. Ein oder eine Vielzahl von Abdeckelementen bedeckt mindestens einen Abschnitt des Umfangs des Wärmetauschers 30, und der Innenraum bildet einen Abschnitt des Nebenströmungspfads 92. Das Abdeckelement ist mit dem Abgasauslass 71 versehen.
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Gemäß der so ausgestalteten Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 kann der Auslass 71 in einem relativ dicken Abschnitt vorgesehen sein, da der Abgasauslass 71 in dem Abdeckelement in der Ausgestaltung angeordnet ist, in der der Nebenströmungspfad 92 so angeordnet ist, dass er den Umfang des Hauptströmungspfads 91 umgibt. Im Vergleich zu einem Fall, bei dem eine Leitung abgezweigt ist, um den Auslass 71 bereitzustellen, ist es folglich möglich, es schwierig zu machen, negativ durch Schwingungen der Leitung beeinflusst zu werden.
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Zusätzlich ist es bei der Ausgestaltung, in der ein Abzweigungsabschnitt an einer Leitung vorgesehen ist, wahrscheinlich, dass die Ausgestaltung, umfassend die Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 und den Abzweigungsabschnitt der Leitung, an Größe zunimmt. In dieser Ausgestaltung kann jedoch Abgas herausgeführt werden, während die Erhöhung der Größe oder des Gewichts der Einrichtung gering gehalten wird.
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(1b) Bei der zuvor beschriebenen Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 umfasst der Wärmetauscher 30 den Flüssigkeitsströmungspfad 80, durch den eine Flüssigkeit für den Wärmeaustausch mit Abgas strömt, und es ist dem Abgas ermöglicht, den Flüssigkeitsströmungspfad 80 zu umströmen.
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Gemäß der so ausgestalteten Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 kann, da es dem Abgas ermöglicht ist, den Flüssigkeitsströmungspfad 80 zu umströmen, der Abgasauslass 71 an einer beliebigen Position außerhalb des Wärmetauschers 30 vorgesehen sein. Daher kann der Freiheitsgrad bei der Anordnung des Abgasauslasses 71 verbessert werden.
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(1c) Bei der zuvor beschriebenen Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 ist der Abgasauslass 71 der Auslass 71 für Abgas, der für die Abgasrückführung verwendet wird.
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Gemäß der so ausgestalteten Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 kann das Abgas, das durch den Wärmetauscher 30 abgekühlt wurde, rückgeführt werden.
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[Andere Ausführungsform]
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Obwohl die Ausführungsform zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung zuvor beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Anpassungen können vorgenommen werden.
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(2a) Obwohl bei der obigen Ausführungsform der Abgasauslass 71 an dem äußeren Ummantelungselement 20 angeordnet ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, und der Abgasauslass 71 kann in einem Element angeordnet sein, das den Wärmetauscher 30 bedeckt. Beispielsweise kann als das Element, das den Wärmetauscher 30 bedeckt, wie in 3 gezeigt, der Abgasauslass 71 in dem Deckelelement 22 angeordnet sein.
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Selbst in einem solchen Fall kann die gleiche Wirkung, wie zuvor in (1a) beschrieben, erreicht werden.
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(2b) Die Funktionen eines Bestandselements in der obigen Ausführungsform können auf eine Vielzahl von Bestandselementen aufgeteilt sein, oder die Funktionen einer Vielzahl von Bestandselementen können in ein Bestandselement integriert sein. Überdies kann auf einige Ausgestaltungen der oben genannten Ausführungsform verzichtet werden. Weiterhin können zumindest einige Ausgestaltungen der obigen Ausführungsform zu Ausgestaltungen einer weiteren zuvor beschriebenen Ausführungsform hinzugefügt werden oder diese ersetzen. Alle Aspekte, die in dem technischen Konzept umfasst sind, die nur durch die in den Ansprüchen aufgeführten Formulierungen identifiziert werden, sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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(2c) Zusätzlich zu der zuvor beschriebenen Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 kann die vorliegende Offenbarung in verschiedenen Formen umgesetzt werden, wie als ein System, das die Abgaswärmerückgewinnungseinrichtung 1 als Bauteil umfasst, und als Abgaswärmerückgewinnungsverfahren.
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[Entsprechungsbeziehung zwischen der Ausgestaltung der vorliegenden Ausführungsform und der Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung]
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Die Abgasleitung 12, das äußere Ummantelungselement 20 und das Deckelelement 22 in der oben genannten Ausführungsform entsprechen einem Beispiel eines Abdeckelements gemäß der vorliegenden Offenbarung.
