DE102007006169A1

DE102007006169A1 - Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung

Info

Publication number: DE102007006169A1
Application number: DE102007006169A
Authority: DE
Inventors: Masashi Kariya Miyagawa; Yasutoshi Kariya Yamanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2007-08-23
Also published as: CN101017065A; JP2007212075A; FR2902504A1; US20070187071A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung verfügt über einen Verdampferteil (1), um ein inneres Fluid zu verdampfen, sowie einen Kondensatorteil (2) zum Kondensieren des inneren im Verdampferteil (1) verdampften Fluids). Der Verdampferteil (1) und der Kondensatorteil (2) stehen in Verbindung miteinander über einen geschleiften Weg oder geschleiften Kanal, in dem das innere Fluid umläuft. Der Verdampferteil (1) hat Verdampfer-Wärmerohre (3a) und Verdampfer-Rippen (4a). Jedes der Wärmerohre (3a) verfügt über Flanschteile (33a) an seinen Längsenden. Die Flanschteile (33a) stehen in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Verdampfer-Wärmerohres (3a) vor und sind von röhrenförmiger Gestalt. Die Verdampfer-Wärmerohre (3a) und die Verdampfer-Rippen (4a) sind abwechselnd gestapelt und verlötet, und die Flanschteile (33a) der benachbarten Verdampfer-Wärmerohre (3a) sind gekuppelt mit und verlötet gegeneinander, derart, dass die Verbindungsteile (6a) durch die gekuppelten Flanschteile (33a) sowie die Längsenden der Verdampfer-Wärmerohre (3a) gebildet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung, die beispielsweise bei einem Fahrzeug Anwendung findet.

Bekannt ist das sogenannte Prinzip das „Wärmerohr", auch „Heatpipe" genannt, in einem Wärmeaustauscher zu verwenden, wie er beispielsweise offenbart ist in der nicht geprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-45393. Bei diesem Wärmeaustauscher sind ein Verdampferteil und ein Kondensatorteil auf einem geschlossenen Zirkulationsweg angeordnet. Der Zirkulationsweg bildet eine geschlossene Schleife. Ein verdampfbares und kondensierbares Wärmeübertragungsfluid ist in dem geschlossenen Zirkulationsweg bzw. -kanal eingeschlossen.

Der Verdampferteil bewerkstelligt den Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeübertragungsfluid und einem äußeren Fluid, wodurch das Wärmeübertragungsfluid verdampft wird. Der Kondensatorteil ist an einem Ort höher als der Verdampferteil angeordnet. Der kondensierende Teil bzw. Kondensatorteil nimmt den Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeübertragungsfluid, das im Verdampferteil verdampft wurde, und einem äußeren Fluid vor, wodurch das Wärmeübertragungsfluid kondensiert wird.

Auch wurde vorgeschlagen, einen Wärmeaustauscher mit Heatpipeschleife (looped heat pipe heat exchanger) als Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem Fahrzeug zu verwenden. Beispielsweise wird ein Verdampferteil in einem Abgasrohr eines Fahrzeugs zur Rückgewinnung von Wärme aus einem Abgas angeordnet, die Wärme kann für einen Aufwärmvorgang verwendet werden. 7 zeigt ein Beispiel der bei einem Fahrzeug eingesetzten Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung. Die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung verfügt über einen Verdampferteil J1 und einen Kondensatorteil J2, beide schließen Wärmerohre J3 (heat pipes) ein. Längsenden der Wärmerohre J3 sind mit Sammlern (Verbindungsteile) J6 gekuppelt. Diese Wärmerückgewinnungsvorrichtung wird zum Beispiel in der folgenden Weise hergestellt.

Zunächst werden die Komponenten J3, J4, J6 zusammengebaut. Beispielsweise werden die Enden der Wärmerohre J3 in Schlitzlöcher des Sammlers J6 eingeführt und Rippen J4a, J4b zwischen die Wärmerohre J3 zwischengeschaltet. Dann wird diese Anordnung vorläufig mit Fixier- oder Heftmitteln, beispielsweise durch Lehren fixiert, indem Lasten in zwei Richtungen aufgebracht werden. Insbesondere werden die Lasten in einer Richtung senkrecht zu den Wärmerohren zum Fixieren der Wärmerohre J3 und der Rippen J4a, J4b in einer Richtung parallel zu den Wärmerohren J3 zum Fixieren der Sammler J6 bezüglich der Wärmerohre J3 angebracht. In diesem Zustand wird die gesamte Anordnung durch Heizmittel aufgeheizt, die Komponententeile J3, J4, J6 werden so zusammengelötet.

Die oben genannten Komponenten sind beispielsweise aus rostfreiem Stahl mit hohem Korrosionswiderstand hergestellt. Da der Verdampferteil J1 hoher Temperatur im Abgasrohr ausgesetzt wird, wird eine Nickellegierung als Lötmaterial zum Löten herangezogen. Da jedoch der Schmelzpunkt der Nickellegierung hoch liegt, ist eine hohe Löttemperatur gefordert. Es wird somit schwierig, die Lasten in zwei Richtungen unter solch hoher Löttemperatur während des Lötens aufzubringen.

Weiterhin expandiert der Verdampferteil J1 thermisch aufgrund der hohen Temperatur im Abgasrohr. Bei dieser Konstruktion werden Wärmespannungen aufgrund der thermischen Expansion und Kontraktion der Wärmerohre (Pfeile X) und thermischer Expansion und Kontraktion der Sammler J6 (Pfeile Y) konzentriert auf Verbindungs-, Fugen- oder Stoßteile zwischen den Wärmerohren J3 und den Sammlern J6. Dies wird zu Brüchen der Stoß- oder Verbindungsteile führen.

Im Hinblick auf Vorstehendes wurde die vorliegende Erfindung gemacht: es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung, die sich in verbesserter Weise herstellen lässt, zur Verfügung zu stellen. Ein anders Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung, bei der thermische Spannungen reduziert werden können.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verfügt eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung über einen Verdampferteil und einen Kondensatorteil. Der Verdampferteil und der Kondensatorteil sind in einem geschleiften Weg angeordnet, durch welchen ein inneres Fluid zirkuliert. Der Verdampferteil nimmt den Wärmeaus tausch zwischen dem Innenfluid und einem ersten Fluid vor, wodurch das innere Fluid verdampft wird. Der Kondensatorteil nimmt den Wärmeaustausch zwischen dem in dem Verdampferteil verdampften inneren Fluid und einem zweiten Fluid vor, das über eine Temperatur niedriger als die des ersten Fluids verfügt, wodurch das innere Fluid kondensiert wird.

Der Verdampferteil verfügt über eine Vielzahl von Verdampfer-Wärmerohren und Verdampfer-Rippen. Jedes der Verdampfer-Wärmerohre hat Flanschteile, die von seinen Längsenden in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des Verdampferrohrs vorragen. Jeder Flanschteil hat röhrenförmige Gestalt. Die Verdampfer-Wärmerohre und die Verdampfer-Rippen sind abwechselnd gestapelt und in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der verdampfenden Wärmerohre verlötet; die Flanschteile der benachbarten Verdampfer-Wärmerohre sind gekuppelt mit und gelötet aneinander, derart, dass die Verdampfer-Verbindungsteile durch die Flanschteile und die Längsenden der Verdampfer-Wärmerohre gebildet werden.

Bei dieser Konstruktion wird, da die Verbindungsteile durch Kuppeln der Flanschteile der Verdampfer-Wärmerohre geformt sind, die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem Zustand verlötet, wobei sie in einer Richtung gehalten wird, das heißt, in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Verdampfer-Wärmerohre. Die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung wird leicht zusammengebaut und verlötet.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Verdampferteil und der Kondensatorteil nahe einander angeordnet und über Kupplungselemente gekuppelt. Somit ist eine kompakte Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Verfügung gestellt. Beispielsweise wird der Verdampferteil und der Kondensatorteil derart gekuppelt, dass die Verdampfer-Wärmerohre und Kondensator-Wärmerohre parallel zueinander angeordnet sind. In diesem Fall wird der Verdampferteil und der Kondensatorteil integral miteinander verlötet. Hierdurch wird die Herstellbarkeit verbessert.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung verfügt der Verdampferteil über spannungsabsorbierende Teile in den Verbindungsabschnitten. Da der Verdampferteil in der Strömung des ersten Fluids von hoher Temperatur angeordnet wird, wird Wärmeexpansion hervorgerufen. Da die Wärmeexpansion in einer Rich tung senkrecht zur Längsrichtung der Verdampfer-Wärmerohre durch den spannungsabsorbierenden Teil absorbiert wird, wird die Wärmespannung reduziert.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen ähnliche Teile mit ähnlichen Bezugszahlen versehen sind, näher erläutert werden. In diesen zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 einen Schnitt durch ein Verdampfer-Wärmerohr der Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung gemäß der ersten Ausführungsform;
3 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 einen schematischen Schnitt durch einen Verdampfer-Verbindungsteil einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
5 einen Schnitt durch ein Verdampfer-Wärmerohr einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 einen Schnitt durch einen Verdampfer-Verbindungsabschnitt einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
7 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung entsprechend einer anderen Bauart.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nun mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben werden. Eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung ist beispielsweise an einem Fahrzeug montiert und nimmt Abgaswärme aus einem Abgas eines Fahrzeugmotor-Abgassystems auf und verwendet die gesammelte Wärme als Wärmequelle für eine Klimaanlage oder dergleichen.
Wie in 1 gezeigt, verfügt die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung über einen Verdampferteil 1 und einen Kondensatorteil 2, die nahe aneinander angeordnet sind. Der Verdampferteil 1 ist in einem Verdampfergehäuse 100 untergebracht, das in einem Abgasrohr (nicht dargestellt) des Motors angeordnet ist. Der Verdampferteil 1 nimmt den Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und einem Wärmeübertragungsfluid (inneres Fluid) vor, wodurch das Wärmeübertragungsfluid verdampft wird.
Der Kondensatorteil 2 ist außerhalb des Abgasrohres angeordnet. Der Kondensatorteil 2 ist in einem Kondensatorgehäuse 200 untergebracht, das in einem Kühlwasserdurchlass (nicht gezeigt) angeordnet ist, durch welchen ein Motorkühlwasser zirkuliert. Der Kondensatorteil 2 nimmt den Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeübertragungsfluid, das im Verdampferteil 1 verdampft wurde und dem Motorkühlwasser vor, wodurch das Wärmeübertragungsfluid kondensiert wird.
Als Nächstes soll der Aufbau des Verdampferteils 1 beschrieben werden. Der Verdampferteil 1 verfügt über einen ersten Wärmeaustauscherabschnitt 5a. Der erste Wärmeaustauscherabschnitt 5a umfasst Verdampfer-Wärmerohre 3a und Verdampfer-Rippen 4a. Die Verdampfer-Rippen 4a sind beispielsweise gewellte Rippen und mit Außenflächen der Verdampfer-Wärmerohre 3a verbunden.
Jedes der Verdampfer-Wärmerohre 3a ist von flacher Rohrgestalt. Die Verdampfer-Wärmerohre 3a sind parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich in vertikaler Richtung (Pfeil A1 in 1). 2 gibt den Querschnitt des Verdampfer-Wärmerohres 3a, definiert in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des Verdampfer-Wärmerohres 3a, wieder.
Jedes Verdampfer-Wärmerohr 3a ist derart angeordnet, dass eine Längsachse seines Querschnitts parallel zu einer Strömungsrichtung des Abgases liegt. Das heißt, die Aufwärts/Abwärts-Richtung der 2 entspricht der Strömungsrichtung des Abgases. In 1 entspricht die Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Strömungsrichtung des Abgases.
Der Verdampferteil 1 hat Verdampfer-Sammler 6a (verdampfende Verbindungsteile) an den Längsenden der Verdampfer-Wärmerohre 3a. Die Verdampfer-Sammler 6a erstrecken sich in einer Richtung, in der die Wärmerohre 3a gestapelt sind (Pfeil A2). Die Verdampfer-Sammler 6a stehen in Verbindung mit sämtlichen Wärmerohren 3a.
Hier wird einer der Verdampfer-Sammler 6a, der an den oberen Enden der Wärmerohre 3a angeordnet ist, als erster Verdampfer-Sammler 61a bezeichnet. Der andere Verdampfer-Sammler 6b, der an den unteren Enden der Wärmerohre 3a angeordnet ist, wird als erster Rückstrom-Sammler 62a bezeichnet.
Wie 2 erkennen lässt, ist jedes Verdampfer-Wärmerohr 3a aufgebaut aus einem Paar geformter Platten 31a, 32a als verdampfende Wärmerohr-Elemente, von denen jedes über eine im Wesentlichen flache Gestalt und einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt verfügt. Die geformten Platten oder Bleche 31a, 32a stehen einander so gegenüber, dass ein Verdampferrohrraum zwischen ihnen definiert wird.
Darüber hinaus hat jede der geformten Platten 31a, 32a ein Paar Verdampferflanschteile 33a an deren Längsenden. Jeder Verdampferflanschteil 33a steht in einer Richtung vom Rohr 3a nach außen vor. Der Flanschteil 33a hat im Wesentlichen röhrenförmige Gestalt und definiert an einem Ende eine Öffnung. Die geformten Platten 31a, 32a stehen einander so gegenüber, dass die Flanschteile 33a in entgegengesetzten Richtungen vorstehen.
Ein Durchmesser der Öffnung des Flanschteils 33a eines der Paare von geformten Platten 31a, 32a ist größer als ein Durchmesser der Öffnung des Flanschteils 33a des anderen des Paares geformter Platten 31a, 32a. Somit wird das Ende des Flanschteils 33a eines Wärmerohres 3a aufgenommen in und erfasst von dem Ende des Flanschteils 33a des benachbarten Wärmerohres 3a.
Als Nächstes wird der Aufbau des Kondensatorteils 2 beschrieben. Wie in 1 dargestellt, hat der Kondensatorteil 2 einen zweiten wärmeaustauschenden Abschnitt 5b. Der zweite wärmeaustauschende Abschnitt 5b umfasst kondensierende Wärmerohre 3b und Kondensatorrippen 4b. Die Kondensatorrippen 4b sind beispielsweise gerade Rippen und sind mit den Außenflächen der Kondensator-Wärmerohre 3b verbunden.
Jedes der Kondensator-Wärmerohre 3b ist von flacher Rohrgestalt, ähnlich den Verdampfer-Wärmerohren 3a. Das Kondensator-Wärmerohr 3b ist derart angeordnet, dass seine Hauptachse in seinem Querschnitt, definiert als senkrecht zur Längsrichtung, parallel zu einer Strömungsrichtung des Kühlwassers verläuft. Weiterhin sind die Kondensator-Wärmerohre 3b parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich in der vertikalen Richtung (Pfeil A1).
Der kondensierende Teil 2 hat weiterhin kondensierende Sammler 6b an den Längsenden der kondensierenden Wärmerohre 3b als kondensierende Verbindungsteile oder -abschnitte. Die Kondensator-Sammler 6b erstrecken sich in der Richtung (Pfeil A2), in der die Kondensator-Wärmerohre 3b angeordnet sind und stehen mit sämtlichen der Kondensator-Wärmerohre 3b in Verbindung.
Einer der Kondensator-Sammler 6b, der an den oberen Enden der Kondensator-Wärmerohre 3b angeordnet ist, wird als zweiter Verdampfer-Sammler 61b bezeichnet. Der andere der Kondensator-Sammler 6b, der an den unteren Enden der Kondensator-Wärmerohre 3b angeordnet ist, wird als zweiter Rückstromsammler 62b bezeichnet.
Ähnlich den Verdampfer-Wärmerohren 3a ist jedes der Kondensator-Wärmerohre 3b aus einem Paar geformter Platten 31b, 32b als Kondensator-Wärmerohr-Elemente aufgebaut. Die Kondensator-Wärmerohre 3b haben ähnlichen Querschnitt wie die Verdampfer-Wärmerohre 3a, wie in 2 gezeigt. Jede der geformten Platten 31b, 32b hat im Wesentlichen Plattengestalt und ist von im Wesentlichen U-förmigem Querschnitt. Die geformten Platten 31b, 32b stehen einander gegenüber, derart, dass ein Kondensator-Rohrraum zwischen ihnen definiert wird.
Weiterhin hat jede der geformten Platten 31b, 32b ein Paar kondensierender Flanschteile 33b an deren Längsenden. Jeder kondensierende Flanschteil 33b steht in einer Richtung nach außen, vom Wärmerohr 3b aus gesehen, vor. Der Flanschteil 33b verfügt über eine im Wesentlichen röhrenförmige Gestalt und definiert an seinem Ende eine Öffnung. Die geformten Rohre 31a, 32b stehen einander derart gegenüber, dass die Flanschteile 33b in entgegengesetzten Richtungen vorragen.
Der Durchmesser der Öffnung des Flanschteils 33b eines der Paare geformter Platten 31b, 32b ist größer als ein Durchmesser der Öffnung des Flanschteils 33a des anderen des Paares geformter Platten 31b, 32b. So wird das Ende des Flanschteils 33b eines Wärmerohres 3b aufgenommen in und erfasst von dem Ende des Flanschteils 33b des benachbarten Wärmerohres 3b.
Weiterhin sind Innenrippen 34 in den Verdampfer-Wärmerohren 3a und den Kondensator-Wärmerohren 3b vorgesehen, um die Wärmeübergangsflächen zu vergrößern und damit den Wärmeaustauschwirkungsgrad, wie in 2 gezeigt, zu verbessern.
Die Verdampfer-Sammler 6a und die Kondensator-Sammler 6b stehen in Verbindung miteinander über Kupplungsrohre (Kupplungselemente) 7, die je von Rohrgestalt sind. Die Verdampfer- und Kondensator-Wärmerohre 3a, 3b und die Verdampfer- und Kondensator-Sammler 6a, 6b und die Kupplungsrohre 7 bilden einen geschlossenen Weg oder Kanal. Das verdampfbare und kondensierbare Wärmeübertragungsfluid, beispielsweise Wasser oder Alkohol, ist in dem geschlossenen Weg oder Kanal eingeschlossen.
Da die Kupplungsrohre 7 zwischen den Verdampfer-Sammlern 6a und den Kondensator-Sammlern 6b (verdampfende bzw. kondensierende Sammler) vorgesehen sind, verbleibt ein Zwischenraum 8 zwischen dem Verdampferteil 1 (Verdampfergehäuse 100) und dem Kondensatorteil 2 (Kondensatorgehäuse 200). Der Verdampferteil 1 und der Kondensatorteil 2 sind thermisch durch den Zwischenraum 8 isoliert.
Als Nächstes soll ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung beschrieben werden. Zunächst werden die Verdampferformplatten 31a, 32a zu Paaren gestellt. Die gepaarten Formplatten 31a, 32a und die Verdampferrippen 4 sind abwechselnd in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Verdampfer-Wärmerohre 3a im Verdampfergehäuse 100 gestapelt. Hiermit greifen die Enden der Verdampfer-Flanschteile 33a der benachbarten Verdampfer-Wärmerohre 3a ineinander und stellen die Verbindung zueinander her. So werden die Verdampfer-Sammler 6a durch die gekuppelten Verdampfer-Flanschteile 33a und die Längsenden der Verdampfer-Wärmerohre 3a gebaut.
In ähnlicher Weise werden die kondensierenden Formplatten 31b, 32b paarweise gestellt. Die gepaarten Formplatten 31b, 32b und die Kondensatorrippen 4b werden abwechselnd in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Kondensator-Wärmerohre 3b im Kondensatorgehäuse 200 gestapelt. Hiermit greifen die Enden der Kondensator-Flanschteile 33b der benachbarten Kondensator-Wärmerohre 3b ineinander und stellen die Verbindung zueinander her. Damit werden die Kondensator-Sammler 6b durch die gekuppelten Kondensator-Flanschteile 33b und die Längsenden der Kondensator-Wärmerohre 3b aufgebaut.
Dann werden die Kupplungsrohre 7 zwischen den Verdampfer-Sammlern 6a und den Kondensator-Sammlern 6b gekuppelt. Somit sind sämtliche Komponenten 100, 200, 31a, 32a, 31b, 32b, 4a, 4b in einer Richtung (Stapelrichtung, Pfeil A2) gestapelt.
Hernach werden die gestapelten Komponenten durch eine nicht gezeigte Lehre gehalten und in Stapelrichtung derart fixiert oder geheftet, dass die vorbestimmte Last in Stapelrichtung aufgebracht werden kann. In diesem Zustand werden die gestapelten Komponenten im Ofen angeordnet und erwärmt. Somit werden die Komponententeile integral als Einheit verlötet.
Es werden nämlich die Verbindungsteile zwischen den Wärmerohren 3a, 3b, den Rippen 4a, 4b und den Sammlern 6a, 6b und den Kupplungsrohren 7 gelötet. In diesem Fall werden die geformten Platten 31a, 32a, 31b, 32b gleichzeitig mit dem Löten mit anderen Komponenten verlötet. Das heißt, die Wärmerohre 3a, 3b werden gleichzeitig mit dem gemeinsamen Verlöten geformt. Bei dieser Ausführungsform sind sämtliche Komponenten aus rostfreiem Stahl, und eine Nickellegierung wird als Lötmaterial verwendet.
Wie oben beschrieben, werden die Wärmerohre 3a, 3b geformt, indem die geformten Platten 31a, 32a, 31b, 32b zu Paaren angeordnet und miteinander verlötet werden, und die Wärmerohre 3a, 3b und die Rippen 4a, 4b werden abwechselnd gestapelt. Daher werden die vorläufig zusammengebauten Komponenten lediglich in einer Richtung während des Lötens gehalten. Die Last wird nämlich nur in Stapelrichtung während des Lötens aufgebracht. Somit ist es leicht, sämtliche Komponenten der Wärmerückgewinnungsvorrichtung zu montieren und zu löten.
Bei dieser Ausführungsform sind der Verdampferteil 1 und der Kondensatorteil 2 eng aneinander angeordnet. Beispielsweise sind der Verdampferteil 1 und der Kondensatorteil 2 derart angeordnet, dass die Verdampfer-Sammler 6a und die Kondensator-Sammler 6b bezüglich einander ausgerichtet sind. Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung wird daher in der Größe verkleinert und lässt sich leicht am Fahrzeug an bringen. Weiterhin werden, da der Verdampferteil 1 und der Kondensatorteil 2 gleichzeitig verlötet werden, die Herstellungsschritte reduziert.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform soll nun mit Bezug auf 3 beschrieben werden. Hier haben ähnliche Komponenten gleiche Bezugszahlen, deren Beschreibung wird daher fortgelassen.
Wie in 3 gezeigt, hat die Verdampfer-Formplatte 31a, die eine der zu Paaren geformten Platten ist, einen ersten Balgenteil 9 als spannungsabsorbierendem Teil und erstreckt sich vom Flanschteil 33a. Der erste Balgenteil (bellows portion) 9 ist integral mit dem Flanschteil 33a ausgebildet. Das Ende des ersten Balgenteils 9 definiert eine Öffnung und ist so konfiguriert, dass er in Eingriff mit dem Ende des Flanschteils 33a der geformten Platte 32a des benachbarten Verdampfer-Wärmerohres 3a kommt.
Der erste Balgenteil 9 ist mit ersten Ausbauchungen bzw. Sicken 91 versehen. Im Beispiel der 3 werden zwei erste Ausbauchungen 91 geformt. Die ersten Ausbauchungen 91 können expandieren und kontrahieren, und zwar in einer radialen Richtung zum ersten Balgenteil 9. Jede der ersten Ausbauchungen 91 steht in einer Richtung radial nach außen vor und erstreckt sich vollständig in einer Umfangsrichtung des ersten Balgenteils 9. Somit liegt der erste Balgenteil 9 in Form von Balgen vor und kann expandieren und kontrahieren, das heißt, er ist elastisch in Stapelrichtung (Pfeil A2) der Verdampfer-Wärmerohre 3a.
Weiterhin sind der Verdampferteil 1 und der Kondensatorteil 2 über Balgenkupplungsrohre mit zweiten Balgenteilen 10 als spannungsabsorbierende Teile anstelle der geraden Kupplungsteile 7 der ersten Ausführungsform verbunden. Die Balgenkupplungsrohre sind gebildet als gesonderte Teile und kommen in Eingriff mit dem ersten Balgenteil 9 des Verdampfer-Wärmerohres 3a, welches benachbart dem Kondensatorteil 2 angeordnet ist, und dem Flanschteil 33b des Kondensator-Wärmerohres 3b, das benachbart dem Verdampferteil 1 angeordnet ist.
Jeder der zweiten Balgenteile 10 ist mit zweiten Ausbauchungen 101 geformt. Nach dem Beispiel der 3 sind drei zweite Ausbauchungen 101 ausgebildet. Jede der zweiten Ausbildungen 101 steht in Richtung radial nach außen vor und erstreckt sich vollständig in einer Umfangsrichtung des zweiten Balgenteils 10. Die zweiten Balgenteile 101 können in einer Radialrichtung des zweiten Balgenteils 10 expandieren und kontrahieren. Das Balgenkupplungsrohr liegt nämlich in Form von Balgen vor und kann somit expandieren und kontrahieren, das heißt, es ist elastisch in Stapelrichtung (Pfeil A2) der Verdampfer-Wärmerohre 3a.
Da die Anzahl der Ausbauchungen 101 jedes zweiten Balgenteils 10 größer als die der Ausbauchungen 91 des ersten Balgenteils 9 ist, ist der zweite Balgenteil 10 elastischer als der erste Balgenteil 9.
Als Nächstes soll die Betriebsweise der Wärmerückgewinnungsvorrichtung beschrieben werden.
Da der Verdampferteil 1 im Abgasrohr des nicht dargestellten Motors angeordnet ist, wird er dauernd hohen Temperaturen ausgesetzt. Somit werden die Verdampfer-Wärmerohre 3a und die Verdampfer-Sammler 6a erheblich expandieren und kontrahieren. Da die ersten Balgenteile 9 in Stapelrichtung der Verdampfer-Wärmerohre 3a elastisch sind, wird die Wärmeexpansion in Stapelrichtung der Verdampfer-Wärmerohre 3a absorbiert. Da weiterhin die Ausbauchungsteile 91 in Längsrichtung der Verdampfer-Wärmerohre 3a expandieren und kontrahieren, wird die Wärmeexpansion in Längsrichtung der Verdampfer-Wärmerohre 3a absorbiert.
Der Verdampferteil 1 wird hoch durch das Abgas erwärmt, während der Kondensatorteil 2 durch das Motorkühlwasser auf relativ niedrige Temperatur gekühlt wird. Es gibt somit eine große Temperaturdifferenz zwischen dem Verdampferteil 1 und dem Kondensatorteil 2, was erhebliche Wärmespannungen zwischen dem Verdampferteil 1 und dem Kondensatorteil 2 hervorruft. In diesem Fall wird, da die zweiten Balgenteile 10 elastisch sind, elastischer als die ersten Ausbauchungsteile 9, die Wärmespannung aufgrund der Temperaturdifferenz absorbiert.
Nach der zweiten oben beschriebenen Ausführungsform wird die Wärmeexpansion in Stapelrichtung der Verdampfer-Wärmerohre 3a durch die ersten Balgenteile 9 absorbiert, und die Wärmeexpansion in Längsrichtung der Verdampfer-Wärmerohre 3a wird durch die ersten Ausbauchungen der ersten Balgenteile 9 absorbiert. Daher wird die Wärmespannung auf die Verbindungsteile der jeweiligen Komponenten herabgesetzt.
Zusätzlich wird die Wärmespannung zwischen dem Verdampferteil 1 und dem Kondensatorteil 2 aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen ihnen effektiv durch die zweiten Ausbauchungsteile 10 absorbiert, die höher elastisch als die ersten Ausbauchungsteile 9 sind.
(Dritte Ausführungsform)
Mit Bezug auf 4 werden die ersten Balgenteile 9 als gesonderte Teile geformt. Die Enden jedes ersten Balgenteils 9 kommen in Eingriff mit den Enden der Flanschteile 33a der Verdampfer-Formplatten 31a, 32a. Auch bei dieser Ausführungsform werden ähnlich vorteilhafte Effekte genutzt.
Da zusätzlich die ersten Balgenteile 9 getrennt von den Verdampfer-Formplatten 31a, 32a ausgebildet sind, lassen sich die ersten Ausbauchungen 91 einfacher formen, verglichen mit dem Fall, bei dem die ersten Ausbauchungen 9 integral mit den Flanschteilen 33a der Formplatten 31a, 32a geformt sind.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte Ausführungsform soll nun mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben werden. Ähnliche Komponenten sind mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, deren Beschreibung wird somit fortgelassen.
Der Aufbau der Formplatten bzw. geformten Platten 31a, 32a, 31b, 32b lässt sich modifizieren. Wie aus 5 zu erkennen, wird jede der Verdampfer-Formplatten 31a, 32a geformt, indem eine Platte oder ein Blech im Wesentlichen in U-Gestalt gebogen wird. Jede Formplatte 31a, 32a verfügt über einen flachen Teil 310a, 320a sowie ein Paar von Seitenteilen 311a, 321a an den Seiten der Flachteile 310a, 320a. Die Seitenteile 311a, 321a liegen im Wesentlichen senkrecht zu dem Flachteil 310a, 320a.
Eine Entfernung der Seitenteile 311a der Verdampfer-Formplatte 31a ist geringer als eine Entfernung der Seitenplatten 321a der Verdampfer-Formplatte 32a. Somit grei fen die Verdampfer-Formplatten 31a, 32a derart ineinander, dass die Seitenteile 311a mit den Innenflächen der Seitenteile 321a überlappen.
Die Formplatten 31b, 32b der Kondensator-Wärmerohre 3b haben Flachteile 310b, 320b und Seitenteile 311b, 321b und greifen ähnlich wie die Formplatten 31a, 32a der Verdampfer-Wärmerohre 3a ineinander. Auch bei dieser Ausführungsform werden ähnliche Vorteile und Effekte erreicht.
(Andere Ausführungsformen)
Bei der zweiten Ausführungsform werden zwei Ausbauchungen 91 auf jedem ersten Balgenteil 9 gebildet. Jedoch ist die Anzahl der Ausbauchungen 91 nicht auf zwei begrenzt. So hat beispielsweise der erste Balgenteil 9 eine Ausbauchung 91, wie in 6 gezeigt. Auch ist es nicht immer notwendig, dass die Wärmerückgewinnungsvorrichtung beide, die ersten Balgenteile 9 und die zweiten Balgenteile 10, hat. Beispielsweise kann der zweite Balgenteil 10 abhängig von dem Einsatzgebiet eliminiert werden.
Bei den oben genannten Ausführungsformen haben die Verdampfer-Sammler 61a, 61b der Rückstromsammler 62a, 62b die gleiche Abmessung in Längsrichtung wie die Wärmerohre 3a, 3b. Jedoch können die Verdampfer-Sammler 61a, 61b und die Rückstromsammler 62a, 62b unterschiedliche Abmessungen haben, solange nur die Abmessung der Verdampfer-Sammler 61a, 61b größer als die der Rückstromsammler 62a, 62b ist.
Bei den oben genannten Ausführungsformen sind die Innenrippen 34 in den Wärmerohren 3a, 3b vorgesehen. Jedoch können die Innenrippen 34 fortgelassen werden.
Auch ist es nicht immer notwendig, dass der Verdampferteil 1 und der Kondensatorteil 2 eng aneinander angeordnet sind. Verdampferteil 1 und Kondensatorteil 2 können gesondert bzw. getrennt angeordnet sein. Auch ist die Struktur des Kondensatorteils 2 nicht notwendigerweise auf den dargestellten Aufbau beschränkt.
Bei den oben genannten Ausführungsformen ist jedes Wärmerohr 3a, 3b aufgebaut aus dem Paar von Formplatten 31a, 32a, 31b, 32b. Es ist jedoch nicht immer not wendig, dass das Wärmerohr 3a, 3b aus zwei geformten Platten 31a, 32a, 31b, 32b gebildet ist.
Bei den oben genannten Ausführungsformen sind die Kupplungsrohre als gesonderte Teile geformt. Jedoch können die Kupplungsrohre integral mit einem aus der Gruppe von Verdampfer-Wärmerohr 3a und Kondensator-Wärmerohr 4a geformt werden. Weiterhin lassen sich die oben genannten Ausführungsformen mit beliebigen Kombinationen verwenden.
Auch ist die Anordnung von Verdampferteil 1 und Kondensatorteil 2 nicht auf das Abgasrohr und auf den Motorkühlwasserkanal begrenzt. Weiterhin kann die im Verdampferteil 1 rückgewonnene Wärme für irgend welche anderen Zwecke Verwendung finden. Auch ist die Verwendung der Wärmerückgewinnungsvorrichtung nicht auf das Fahrzeug begrenzt, kann vielmehr für andere Zwecke eingesetzt werden.
Beispielsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung auf diese Ausführungsformen nicht beschränkt, kann vielmehr in anderer Art und Weise ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, implementiert werden.

Claims

Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung umfassend: einen Verdampferteil (1) zur Vornahme des Wärmeaustausches zwischen einem inneren Fluid und einem ersten Fluid, durch den das innere Fluid verdampft wird; und einen Kondensatorteil (2) zur Vornahme des Wärmeaustausches zwischen dem im Verdampferteil (1) verdampften inneren Fluid und einem zweiten Fluid, das über eine Temperatur niedriger als die Temperatur des ersten Fluids verfügt, wodurch das innere Fluid kondensiert wird, wobei Verdampferteil (1) und Kondensatorteil (2) in Verbindung miteinander über eine Kanalschleife zum Umlauf des inneren Fluids hierdurch stehen, der Verdampferteil (1) über eine Vielzahl von Verdampfer-Wärmerohren (3a) und Verdampfer-Rippen (4a) verfügt, und jedes der Verdampferrohre (3a) Flanschteile (33a) hat, die von seinen Längsenden in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Verdampfer-Wärmerohres (3a) vorstehen und je von röhrenförmiger Gestalt sind, und die Verdampfer-Wärmerohre (3a) und die Verdampfer-Rippen (4a) abwechselnd in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Verdampfer-Wärmerohre (3a) gestapelt und verlötet sind, und die Flanschteile (33a) der benachbarten Verdampfer-Wärmerohre (3a) gekuppelt sind mit und gelötet sind aneinander, derart, dass die Verdampfer-Verbindungsteile (6a) durch die Flanschteile (33a) und die Längsenden der Verdampfer-Wärmerohre (3a) vorgesehen sind.
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung nach Anspruch 1, wobei jedes der Verdampfer-Wärmerohre (3a) aufgebaut ist aus einem ersten Verdampfer-Wärmerohr-Element (31a) und einem zweiten Verdampfer-Wärmerohr-Element (32a), die je über die Flanschteile (33a) an ihren Längsenden verfügen, und wobei die ersten und zweiten Verdampfer-Wärmerohre (31a, 32a) derart angeordnet sind, dass die Flanschteile (33a) in entgegengesetzten Richtungen vorstehen und in einem zwischen den Verdampfer-Rippen (4a) angeordneten Zustand verlötet werden.
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kondensatorteil (2) über eine Vielzahl kondensierender Wärmerohre (3b) und kondensierender Rippen (4b) verfügt, jedes der Kondensator-Wärmerohre (3b) Flanschteile (33b) hat, die von deren Längsenden in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Kondensator-Wärmerohres (3b) vorstehen und je über eine röhrenförmige Gestalt verfügen, die Kondensator-Wärmerohre (3b) und die Kondensator-Rippen (4b) abwechselnd in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Kondensator-Wärmerohre (3b) gestapelt und verlötet sind, und die Flanschteile (33b) der benachbarten Kondensator-Wärmerohre (3b) gekuppelt sind mit und verlötet sind aneinander, derart, dass die Kondensatorverbindungsteile (6b) durch die Flanschteile (33b) und die Längsenden der Kondensator-Wärmerohre gebildet werden, wobei die Wärmerückgewinnungsvorrichtung weiterhin umfasst: Kupplungselemente (7, 10) zum Kuppeln der Verdampferverbindungsteile (6a) und der Kondensatorverbindungsteile (6b), und wobei Verdampferteil (1) und Kondensatorteil (2) eng aneinander angeordnet sind.
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung nach Anspruch 3, wobei der Verdampferteil (1) und der Kondensatorteil (2) derart gekuppelt sind, dass die Verdampfer-Wärmerohre (3a) parallel zu den Kondensator-Wärmerohren (3b) angeordnet sind, und wenigstens eines der Verdampferverbindungsteile (6a) ausgerichtet ist auf eines der Kondensatorverbindungsteile (6b).
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei jedes der Kondensator-Wärmerohre (3b) aufgebaut ist aus einem ersten Kondensator-Wärmerohr-Element (31b) und einem zweiten Kondensator-Wärmerohr-Element (32b), die je über die Flanschteile (33b) an ihren Längsenden verfügen, und die ersten und zweiten Kondensator-Wärmerohr-Elemente (31b, 32b) derart angeordnet sind, dass die Flanschteile (33b) in entgegengesetzten Richtungen vorstehen und in einem zwischen den kondensierenden Rippen (4b) angeordneten Zustand verlötet werden.
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei jedes der Kupplungselemente über eine röhrenförmige Gestalt einschließlich spannungsabsorbierenden Teilen (10, 101) verfügt, und die spannungsabsorbierenden Teile so konfiguriert sind, dass sie Expansion und Kontraktion der Kupplungselemente in einer ihrer Längsrichtungen zulassen.
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Flanschteil (33a) eines der ersten und zweiten Verdampfer-Wärmerohr-Elemente (31a, 32a) über einen spannungsabsorbierenden Teil (9) verfügt, und der spannungsabsorbierende Teil (9) so konfiguriert ist, dass er Expansion und Kontraktion in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Verdampfer-Wärmerohres (3a) zulässt.
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung nach Anspruch 7, wobei der spannungsabsorbierende Teil (9) eine Ausbauchung bzw. einen Wulst hat, die bzw. der in einer radialen Richtung zum Flanschteil (33a) über seinen gesamten Umfang vorsteht und Expansion und Kontraktion in einer radialen Richtung ermöglicht.
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung nach Anspruch 8, wobei der spannungsabsorbierende Teil (9) durch einen Ausbauchungsteil gebildet wird.
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Verdampferteil (1) in einem Abgaskanal angeordnet ist, durch welchen ein von einem Motor ausgestoßenes Abgas strömt, und wobei das erste Fluid das Abgas ist, der Kondensatorteil (2) in einem Kühlwasserkanal angeordnet ist, durch welchen ein Motorkühlwasser strömt, und das zweite Fluid das Motorkühlwasser selbst ist.
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung umfassend: einen Verdampferteil (1) zur Vornahme des Wärmeaustausches zwischen einem inneren Fluid und einem ersten Fluid, wodurch das innere Fluid verdampft wird; und einen Kondensatorteil bzw. kondensierenden Teil (2) zur Vornahme des Wärmeaustausches zwischen dem inneren im Verdampferteil (1) verdampften Fluid und einem zweiten Fluid von einer Temperatur, die niedriger als die Temperatur des ersten Fluids ist, wodurch das innere Fluid kondensiert wird, wobei der Verdampferteil (1) und der Kondensatorteil (2) in Verbindung miteinander über einen geschleiften Weg für den Umlauf des inneren Fluids hierdurch stehen, wobei der Verdampferteil (1) über eine Vielzahl von Verdampfer-Wärmerohren (3a), Verdampfer-Rippen (4a), die abwechselnd mit den Verdampfer-Wärmerohren (3a) gestapelt sind, sowie Verbindungsteilen (6a) an Längsenden der Verdampfer-Wärmerohre (3a) verfügt, wobei die Verbindungsteile (6a) sich in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Verdampfer-Wärmerohre (3a) erstrecken und Teile des geschleiften Weges definieren, und die Verbindungsteile (6a) Ausbauchungen (91) haben, welche die Wärmeexpansion und -kontraktion als spannungsabsorbierende Elemente ermöglichen.
Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung nach Anspruch 11, wobei der Kondensatorteil (2) über eine Vielzahl von Kondensator-Wärmerohren (3b), Kondensator-Rippen (4b), die abwechselnd mit den Kondensator-Wärmerohren (3b) gestapelt sind, sowie Verbindungsteile (6b) an Längsenden der Kondensator-Wärmerohre (3b) verfügt, wobei die Wärmerückgewinnungsvorrichtung weiterhin umfasst: Kupplungsrohre (7), die die Verbindungsteile (6a) des Verdampferteils (1) und die Verbindungsteile (6b) des Kondensatorteils (2) miteinander kuppeln, wobei die Kupplungsrohre (7) und die Verbindungsteile (6a, 6b) bezüglich einander ausgerichtet sind.