废热回收装置

摘要

一种废热回收装置，包括：蒸发器(1)，所述蒸发器设置成通过加热流体和工作流体之间的热交换来蒸发工作流体；冷凝器(2)，所述冷凝器设置成通过待加热流体和蒸发器蒸发的工作流体之间的热交换来冷却和冷凝工作流体；蒸发侧连接部分(71)，所述蒸发侧连接部分用于把蒸发器蒸发的工作流体引导到冷凝器；和冷凝侧连接部分(72)，所述冷凝侧连接部分用于把冷凝器冷凝的工作流体引导到蒸发器。此外，蒸发侧连接部分和冷凝侧连接部分中的至少一个具有弯曲部分(8，703)。

权利要求

1.一种废热回收装置，在该废热回收装置中密封有工作流体，该工作流体能够通过热交换被蒸发和冷凝，该废热回收装置包括：蒸发器(1)，所述蒸发器设置在加热流体流过的第一通路中，所述蒸发器适用于通过加热流体和工作流体之间的热交换来蒸发工作流体；

冷凝器(2)，所述冷凝器设置在待加热流体流过的第二通路中，所述冷凝器适用于通过待加热流体和蒸发器蒸发的工作流体之间的热交换来冷却和冷凝工作流体；

蒸发侧连接部分(71)，所述蒸发侧连接部分用于把蒸发器蒸发的工作流体引导到冷凝器；和冷凝侧连接部分(72)，所述冷凝侧连接部分用于把冷凝器冷凝的工作流体引导到蒸发器，其中，蒸发器和冷凝器彼此邻近地水平布置；

其中冷凝侧连接部分具有弯曲部分(8，703)，所述弯曲部分被构造为允许工作流体在竖直方向上朝下定位即朝向冷凝侧连接部分中的工作流体的下游侧。

2.根据权利要求1的废热回收装置，其中弯曲部分(703)形成螺旋形，从而使得螺旋形弯曲部分(703)的中心轴线大致平行于竖直方向。

3.根据权利要求1的废热回收装置，其中弯曲部分(8)形成S型形状。

4.根据权利要求1的废热回收装置，其中弯曲部分(8)形成U型形状。

5.根据权利要求1的废热回收装置，其中弯曲部分(8)具有弧形形状。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的废热回收装置，其中冷凝侧连接部分包括连接到蒸发器的第一端和连接到冷凝器的第二端，并且其中冷凝侧连接部分设置成使得冷凝侧连接部分中的液面不高于冷凝器中的液面。

7.根据权利要求6的废热回收装置，其中冷凝侧连接部分的第二端定位成高于冷凝侧连接部分的第一端。

说明书

废热回收装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于车辆的废热回收装置。

背景技术

[0002] 近年来，通过使用热管原理，从车辆的发动机的排气系统排出的废气中回收废热，以便使用该回收的废热进行加温的技术已经公知。这种废热回收装置包括设置在发动机的排气管中的热管的蒸发器和设置在发动机的冷却剂通路中的热管的冷凝器。此外，废热回收装置构造成通过废气的废热来加热发动机冷却剂(例如，请参见日本专利文献JP-A-62-268722)。

[0003] 热管热交换器被建议作为使用热管原理的热交换器(例如，请参见日本专利文献JP-A-4-45393)。热交换器包括：密封的循环路线，用于形成闭合环路；工作流体，其密封到循环线路中并且能够被蒸发和冷凝；和蒸发器，蒸发器设置在循环线路中用于通过外部加热流体传递来的热来蒸发工作流体。热交换器还包括冷凝器，冷凝器在循环线路中设置在高于蒸发器的位置处，并且适用于在蒸发器蒸发的工作流体和待加热流体之间进行热交换。

[0004] 图4显示废热回收装置的实例。图4中显示的废热回收装置构造成包括蒸发器J1和冷凝器J2，蒸发器J1和冷凝器J2彼此相邻地水平布置。蒸发器J1和冷凝器J2中的每个包括多个热管J3。废热回收装置还包括蒸发侧连接部分J71和冷凝侧连接部分J72，蒸发侧连接部分J71用于把蒸发器J1蒸发的工作流体引导到冷凝器J2，冷凝侧连接部分J72用于把冷凝器J2冷凝的工作流体引导到蒸发器J1。在该情况中，蒸发器J1设置在废气通路中，作为加热流体的废气流过该废气通路，并且冷凝器J2设置在流体通路中，待加热流体流过该流体通路。

[0005] 在发动机的冷却剂用作待加热流体时，废热回收装置在蒸发器J1和冷凝器J2之间产生温度差，由于废气流过导致蒸发器J1变成高温，由于发动机冷却剂流过导致冷凝器J2变成低温。由于蒸发侧连接部分J71和冷凝侧连接部分J72之间的热膨胀差，蒸发器J1和冷凝器J2之间的温度差可不利地导致热应力。

[0006] 由于该原因，提出了包括风箱(bellows)的结构，以便吸收热应力，其中风箱设置在每个连接部分。然而，该结构很复杂，导致高的制造成本。此外，风箱必须很薄以便可移动。这样，外部侧(即与大气接触侧)的腐蚀可在风箱中产生孔。

发明内容

[0007] 鉴于前述问题，提出了本发明，本发明的一个目的是提供一种废热回收装置，其能够利用简单结构释放热应力，同时能够防止外部腐蚀产生孔。

[0008] 根据本发明的一个方面，提供一种废热回收装置，在该废热回收装置中密封有工作流体，该废热回收装置包括：蒸发器，所述蒸发器设置在第一通路中，加热流体流过该第一通路，所述蒸发器适用于通过加热流体和工作流体之间的热交换来蒸发工作流体；冷凝器，所述冷凝器设置在第二通路中，待加热流体流过该第二通路，所述冷凝器适用于通过待加热流体和蒸发器蒸发的工作流体之间的热交换来冷却和冷凝工作流体；蒸发侧连接部分，所述蒸发侧连接部分用于把蒸发器蒸发的工作流体引导到冷凝器；和冷凝侧连接部分，所述冷凝侧连接部分用于把冷凝器冷凝的工作流体引导到蒸发器。此外，蒸发侧连接部分和冷凝侧连接部分中的至少一个具有弯曲部分。

[0009] 这样，蒸发侧连接部分和冷凝侧连接部分中的至少一个部分弯曲或全部弯曲。当蒸发器和冷凝器之间产生温度差时，弯曲部分的弹性变形能够吸收热膨胀差导致的热应力。此时，无需在蒸发侧和冷凝侧连接部分中设置风箱，因此能够利用简单结构释放热应力，同时防止外部腐蚀产生孔。

[0010] 在废热回收装置中，蒸发器蒸发的工作流体通过蒸发侧连接部分流进冷凝器中。冷凝的液态流体通过冷凝侧连接部分流进蒸发器中。因此，根据蒸发器处的工作流体的蒸发和冷凝器处的工作流体的冷凝之间的平衡，蒸发器和冷凝器之间的工作流体(液态)会出现水位差(水头差)。水头差允许工作流体从冷凝器回流到蒸发器，因而导致工作流体循环。

[0011] 例如，在蒸发侧连接部分和冷凝侧连接部分中，可以仅冷凝侧连接部分具有弯曲部分。

[0012] 可选地，弯曲部分可形成螺旋形，从而使得螺旋形弯曲部分的中心轴线平行于竖直方向。

[0013] 这里使用的“螺旋形弯曲部分的中心轴线平行于竖直方向”不仅指螺旋形弯曲部分的中心轴线精确地平行于竖直方向，还指螺旋形弯曲部分的中心轴线相对于竖直方向稍微倾斜。

[0014] 可选地，弯曲部分可形成S型形状、U型形状或弧形形状。

[0015] 例如，冷凝侧连接部分可具有弯曲部分。在该情况中，冷凝侧连接部分包括连接到蒸发器的第一端和连接到冷凝器的第二端，并且冷凝侧连接部分设置成使得冷凝侧连接部分中的液面不高于冷凝器中的液面。此外，冷凝侧连接部分的第二端可定位成高于冷凝侧连接部分的第一端。

附图说明

[0016] 当结合附图，根据以下优选实施例的详细说明，本发明的其它目的和优点将变得更加清楚。

[0017] 图1是显示本发明的第一实施例的废热回收装置的示意剖视图；

[0018] 图2A是显示本发明的第二实施例的废热回收装置的剖视图，图2B是沿图2A的箭头IIB观看的视图；

[0019] 图3A-3D是显示当从竖直下侧观看时本发明的其它实施例的冷凝侧连接部分的视图；和

[0020] 图4是显示相关技术中的废热回收装置的示意剖视图。

具体实施方式

[0021] (第一实施例)

[0022] 下面将参考图1来说明本发明的第一实施例。本实施例的废热回收装置适用于回收从车辆的发动机(例如内燃机)的排气系统排出的废气的废热，并且适用于将废热用于加温等。

[0023] 图1是显示第一实施例的废热回收装置的实例示意剖视图。如图1所示，本实施例的废热回收装置包括蒸发器1和冷凝器2。蒸发器1和冷凝器2彼此连接以便形成环形热管3。

[0024] 热管3设置有密封部分(未显示)，热管3从该密封部分被抽成真空(减压)。在填充工作介质之后，密封部分被密封。例如，使用的工作流体是水。除了水之外，使用的工作流体可以包括酒精、碳氟化合物、氟里昂等。

[0025] 蒸发器1设置在第一壳体100中，第一壳体100设置在发动机的排气管中。通过在废气和工作流体之间进行热交换，蒸发器1适用于蒸发工作流体，稍后将对其进行说明。废气是用于加热废热回收装置中的工作流体的加热流体的实例。

[0026] 冷凝器2设置在第二壳体200中，第二壳体200设置在排气管的外部。第二壳体200与第一壳体100分离，并且设置在发动机的冷却剂通道中。通过在蒸发器1蒸发的工作流体和发动机冷却剂之间进行热交换，冷凝器2适用于冷却和冷凝工作流体。第二壳体
200设置有冷却剂入口(未显示)和冷却剂出口(未显示)，冷却剂入口连接到发动机的冷却剂出口侧，并且冷却剂出口连接到发动机的冷却剂入口侧。本发明中待加热的流体的实例为冷却剂。

[0027] 蒸发器1和冷凝器2水平地彼此相邻布置。因为排气管通常在前后方向上穿过车辆，因此蒸发器1和冷凝器2的布置方向与车辆的宽度方向相同。

[0028] 现在，下面将说明蒸发器1的结构。蒸发器1包括多个蒸发侧管子41a和波状散热片42a，波状散热片42a连接到蒸发侧管子41a的外表面。蒸发侧管子41a形成平坦形状，从而使得废气的流动方向与平坦管子截面的主轴方向相同。在图1中，废气的流动方向与纸面垂直。管子41a彼此平行布置，从而使得管子的纵向方向与蒸发器的竖直方向(顶-底方向)相同。

[0029] 在蒸发器1中，蒸发侧主管5a与所有蒸发侧管子41a连通，蒸发侧主管5a设置在蒸发侧管子41a的纵向方向的两端处，以便在管子41a的层叠方向上延伸。在两个蒸发侧主管5a中，位于废热回收装置的上端侧上的蒸发侧主管5a被称作第一蒸发侧主管51a，位于废热回收装置的下端侧上的蒸发侧主管5a被称作第二蒸发侧主管52a。

[0030] 接下来，下面将说明冷凝器2的结构。冷凝器2包括多个冷凝侧管子41b和波状散热片42b，波状散热片42b连接到冷凝侧管子41b的外表面。冷凝侧管子41b形成平坦形状，从而使得第一壳体100中的废气的流动方向与管子截面的主轴方向相同。管子41b彼此平行布置，从而使得管子41b的纵向方向与冷凝器2的竖直方向(顶-底方向)相同。

[0031] 在冷凝器2中，冷凝侧主管5b与所有冷凝侧管子41b连通，冷凝侧主管5b设置在冷凝侧管子41b的纵向方向的两端处，以便在管子41b的层叠方向上延伸。在两个冷凝侧主管5b中，位于废热回收装置的竖直上端侧上的冷凝侧主管5b被称作第一冷凝侧主管51b，位于废热回收装置的竖直下端侧上的冷凝侧主管5b被称作第二冷凝侧主管52b。当废热回收装置以水平状态安装在车辆上时，第二冷凝侧主管52b定位在第二蒸发侧主管52a的上方。在图1所示的实例中，第一冷凝侧主管51b定位在与第一蒸发侧主管51a大致相同的高度位置处，第二冷凝侧主管52b定位在高于第二蒸发侧主管52a的位置处。

[0032] 阀机构6(阀单元)设置在第二冷凝侧主管52b中。阀机构6用作隔膜式打开和闭合单元，适用于形成连接冷凝侧管子41b和第二蒸发侧主管52a的流动通路。阀机构6构造成根据蒸发侧管子41a的内部压力(即，工作流体的压力)打开和闭合流动通路。特别地，当内部压力从阀机构6的普通阀打开状态增加到超过工作流体的预定温度下的第一预定压力时，阀机构6闭合。相反地，当内部压力降低到低于第二预定压力时，阀机构6再次打开，第二预定压力低于第一预定压力。

[0033] 蒸发侧主管5a经圆柱连接部分7与冷凝侧主管5b连通。蒸发侧和冷凝侧管子41a和41b、蒸发侧和冷凝侧主管5a和5b、和连接部分7形成闭合回路。即，蒸发侧和冷凝侧管子41a和41b、蒸发侧和冷凝侧主管5a和5b、和连接部分7连接成环形，以便形成热管
3。这允许工作流体循环通过蒸发器1和冷凝器2。

[0034] 在两个连接部分7中，设置在上侧上的连接部分称为蒸发侧连接部分71。蒸发侧连接部分71适用于把第一蒸发侧主管51a连接到第一冷凝侧主管51b，并且把蒸发器1蒸发的工作流体引导到冷凝器2。在两个连接部分7中，设置在下侧的连接部分称作冷凝侧连接部分72。冷凝侧连接部分72适用于把第二蒸发侧主管52a连接到第二冷凝侧主管52b，并且把冷凝器2冷却和冷凝的工作流体引导到蒸发器1。

[0035] 冷凝侧连接部分72包括下部构件701和上部构件702，下部构件701具有连接到第二蒸发侧主管52a的一端并且从该一端大致沿水平方向延伸向冷凝器2，上部构件702具有连接到第二冷凝侧主管52b的一端并且从该一端大致沿水平方向延伸向蒸发器1。冷凝侧连接部分72还包括螺旋部分703，螺旋部分703形成螺旋形状，同时从下部构件701的另一端(即，从下部构件701远离蒸发器1的一端)延伸向上部构件702的另一端(即，上部构件702远离冷凝器2的一端)。螺旋部分703的螺旋中心轴线大致平行于竖直方向(顶-底方向)。即，在螺旋部分703中，工作流体定位在下侧上，因为工作流体朝工作流体流的下游侧流动。螺旋部分703是本发明的弯曲部分的实例。

[0036] 如上所述，螺旋部分703设置在冷凝侧连接部分72中。因此，当蒸发器1和冷凝器2之间产生温度差时，螺旋部分703的弹性变形能够吸收热膨胀差导致的热应力。此时，无需在蒸发侧和冷凝侧连接部分71和72中设置风箱，因此能够利用简单结构释放热应力，同时防止外部腐蚀产生孔。

[0037] 因为蒸发器1处蒸发的工作流体的体积大约是冷凝器2冷凝的工作流体的体积的1000倍，因此蒸发侧连接部分71的通路的截面积大于冷凝侧连接部分72的截面积。因此，在本实施例中，螺旋部分703仅设置在冷凝侧连接部分72中，在两个连接部分71和72中冷凝侧连接部分72具有更小的通路截面积。因此，与螺旋部分703设置在具有更大通路截面积的蒸发侧连接部分71中的情况相比，能够提高可使用性。

[0038] 螺旋部分703的螺旋中心轴线与竖直方向平行，螺旋部分703中的工作流体被允许朝下定位，朝向工作流体流的下游侧。这能够消除把工作流体暂时定位在螺旋部分703内的高位处的必要性，因此防止降低工作流体的循环性。因为工作流体在螺旋部分703中的液面不高于工作流体在冷凝器2中的液面，工作流体能够充分地从冷凝器2回流到蒸发器1，因而确保热交换性能。

[0039] 在冷凝器2定位在相对高于蒸发器1的位置的废热回收装置中，能够充分地确保蒸发器1和冷凝器2之间的工作流体的水位差。这消除了把螺旋部分703的螺旋中心轴线设置成平行于竖直方向的必要性，螺旋部分703设置在冷凝侧连接部分72中。然而，因为废热回收装置安装在车辆上，因此希望废热回收装置具有紧凑结构和良好的安装性能，即，如同本实施例中，蒸发器1和冷凝器2水平地彼此相邻的结构。因此，在具有紧凑结构的废热回收装置中，设置在冷凝侧连接部分72中的螺旋部分703的螺旋中心轴线设置成平行于竖直方向。这能够使工作流体以充分的量从冷凝器2回流到蒸发器1，同时提高车辆的安装性能。

[0040] (第二实施例)

[0041] 现在，将基于图2A和2B来说明本发明的第二实施例。具有与第一实施例相同功能的元件用相同的参考标记表示，并且省略它们的说明。

[0042] 图2A是显示本发明的第二实施例的废热回收装置的剖视图，图2B是沿图2A的箭头IIB观看的视图。在图2A和2B中，省略了冷凝器2的详细结构。

[0043] 如图2A和2B所示，在第二实施例中，冷凝侧连接部分72包括下部构件701和上部构件702。下部构件701具有连接到第二蒸发侧主管52a的一端，并且大致沿水平方向延伸向冷凝器2。上部构件702具有连接到冷凝器2的第二冷凝侧主管的下端的一端，并且大致沿竖直方向延伸向下侧。冷凝侧连接部分72还包括连接部分704，连接部分704用于把下部构件701的另一端(即，远离蒸发器1的一端)连接到上部构件702的另一端(即，远离冷凝器2的一端)。

[0044] 在图2B中，箭头EF表示废气的流动方向。如图2B所示，当从下侧沿竖直方向观看时，连接部分704形成S型形状。即，连接部分704具有两个弯曲部分8，每个弯曲部分形成弧形。两个弯曲部分8是连接部分704的部分，并且连续地连接以便形成S形连接部分704。总之，连接部分704设置有两个弧形弯曲部分8。在本实施例中，两个弧形弯曲部分8彼此具有大致相同的曲率半径。

[0045] 如图2A所示，连接部分704形成倾斜延伸的直线形，当从废气的流动方向EF观看时，连接部分704在竖直方向上朝向蒸发器1朝下定位。在图2A的实例中，废气的流动方向EF对应于纸张的正面-背面方向。因为连接部分704总体朝下延伸，朝向工作流体的下游侧，并且具有S形形状，因此工作流体被允许在竖直方向上朝下定位，即朝向连接部分704中的工作流体流的下游侧。

[0046] 如上所述，冷凝侧连接部分72的部分上形成有弧形弯曲部分8。当蒸发器1和冷凝器2之间出现温度差时，弯曲部分8的弹性变形能够吸收热膨胀差导致的热应力。此时，无需在蒸发侧和冷凝侧连接部分71和72中设置风箱，因此能够利用简单结构释放热应力，同时防止外部腐蚀产生孔。

[0047] 因为蒸发器1处蒸发的工作流体的体积大约是冷凝器2冷凝的工作流体的体积的1000倍，因此蒸发侧连接部分71的通路的截面积通常大于冷凝侧连接部分72的截面积。
因此，在本实施例中，弯曲部分8仅设置在冷凝侧连接部分72中，在两个连接部分71和72中冷凝侧连接部分72具有更小的通路截面积。因此，与弯曲部分8设置在具有更大通路截面积的蒸发侧连接部分71中的情况相比，能够提高可使用性。

[0048] 具有两个弯曲部分8的连接部分704中的工作流体被允许朝下定位，即朝向工作流体流的下游侧。这能够消除把工作流体暂时定位在连接部分704内的高位处的必要性，因此防止降低工作流体的循环性。因为工作流体在连接部分704中的液面不高于工作流体在冷凝器2中的液面，因此工作流体能够充分地从冷凝器2回流到蒸发器1，因而确保热交换性能。

[0049] (其它实施例)

[0050] 尽管参考附图、利用优选实施例详细说明了本发明，但是需要说明的是，对于本领域的熟练技术人员而言，各种变化和修改是显而易见的。

[0051] 例如，在上述第一实施例中，阀机构6设置在第二冷凝侧主管52b中，如图1所示。然而，阀机构6不设置。

[0052] 尽管上述每个实施例中，冷凝侧连接部分72的下部构件701的一端连接到第二蒸发侧主管52a，但是本发明不局限于此。下部构件701的一端可直接连接到多个蒸发侧管子41a中最靠近冷凝器2的蒸发侧管子41a。

[0053] 尽管在上述每个实施例中，冷却剂用作待加热的流体，但是待加热的流体可包括发动机油、车辆自动变速器的转矩变换器中的油、用于加热器的水等。

[0054] 尽管在第一实施例中，螺旋部分703仅设置在两个连接部分71和72中的冷凝侧连接部分72中，但是本发明不局限于此。螺旋部分703可仅设置在蒸发侧连接部分71中，或设置在两个连接部分71和72中。

[0055] 尽管在第一实施例中，冷凝侧连接部分72由下部构件701、上部构件702和从下部构件701的一端到上部构件702的一端形成螺旋形的螺旋部分703构成，但是本发明不局限于此。例如，整个冷凝侧连接部分72可形成螺旋形，即，冷凝侧连接部分72可从第二蒸发侧主管52a至第二冷凝侧主管52b形成螺旋形。

[0056] 尽管在第一实施例中，螺旋部分703的螺旋形的中心轴线大致平行于竖直方向，但是螺旋部分703可不平行于竖直方向。例如，螺旋部分703的中心轴线可相对于竖直方向倾斜。

[0057] 尽管在第二实施例中，冷凝侧连接部分72的上部构件702形成为大致沿竖直方向朝下侧延伸，但是本发明不局限于此。例如，如图3A所示，冷凝侧连接部分72可形成为大致沿水平方向延伸向蒸发器1侧。

[0058] 尽管在第二实施例中，两个弯曲部分8具有相同的曲率半径，但是本发明不局限于此。如图3B所示，两个弯曲部分8可具有不同的曲率半径。

[0059] 尽管在第二实施例中，当从下侧沿竖直方向观看时连接部分704形成S形，但是本发明不局限于此。例如，如图3C所示，当从下侧沿竖直方向观看时连接部分704可形成大致U型形状。在该情况中，连接部分704可具有三个弧形弯曲部分8。此外，连接部分704可具有超过三个的弯曲部分。

[0060] 尽管在第二实施例中，弯曲部分8仅设置在两个连接部分71和72中的冷凝侧连接部分72中，但是本发明不局限于此。弯曲部分8可仅设置在蒸发侧连接部分71中，或两个连接部分71和72中。

[0061] 尽管在第二实施例中，连接部分704形成倾斜延伸的直线形，当从废气流的方向观看时，连接部分704在竖直方向上朝向蒸发器1朝下定位，但是本发明不局限于此。当从废气流的方向观看时，连接部分704可不在竖直方向上朝向蒸发器1朝下定位，或者不形成直线形。

[0062] 这些变化和修改是显而易见的，理应落入所附权利要求限定的本发明的保护范围内。