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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
zur Verwendung für ein Fahrzeug.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
den vergangenen Jahren waren Techniken bekannt, welche zur Rückgewinnung
von Wärme eines Abgases aus einem Abgassystem eines Motors
von einem Fahrzeug geeignet sind, welche das Prinzip einer Wärmeleitung
verwenden, um so die zurückgewonnene Abgaswärme
zur Unterstützung eines Aufwärmens oder dergleichen
zu verwenden. Eine solche Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
enthält einen Verdampfer der Wärmeleitung, die in
einer Abgasleitung des Motors angeordnet ist, und einen Kondensor
der Wärmeleitung, die in einem Kühlmitteldurchtritt
des Motors angeordnet ist. Ferner ist die Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung dahingehend
aufgebaut, Kühlmittel des Motors durch die Abgaswärme
des Abgases zu erwärmen (siehe beispielsweise
JP-A-62-268722 ).
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Ein
Wärmeleitungswärmetauscher wird als ein Wärmetauscher
vorgeschlagen, welcher das Prinzip der Wärmeleitung verwendet
(siehe beispielsweise
JP-A-4-45393 ).
Der Wärmetauscher enthält eine abgedichtete Zirkulationsroute
zum Ausbilden eines Pfads in geschlossener Schleife, ein Arbeitsfluid,
welches in der Zirkulationsroute eingeschlossen ist, und welches
verdampft und kondensiert werden kann, und einen Verdampfer, der
in der Zirkulationsroute zum Verdampfen des Arbeitsfluids durch
von einem externen Heizfluid übertragener Wärme
angeordnet ist. Der Wärmetauscher enthält auch
einen Kondensor, der an einer höheren Position als der
Verdampfer in der Zirkulationsroute angeordnet ist, und zum Austausch
von Wärme zwischen dem Arbeitsfluid, welches an dem Verdampfer
verdampft wurde, und einem zu erwärmenden Fluid geeignet
ist.
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4 zeigt
ein Beispiel der Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung.
Die Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung, die
in 4 gezeigt ist, ist dahingehend aufgebaut, einen
Verdampfer J1 und einen Kondensor J2 zu enthalten, welche horizontal
benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder von dem Verdampfer
J1 und dem Kondensur J2 enthält eine Mehrzahl von Wärmeleitungen
J3. Die Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung enthält auch
einen verdampfungsseitigen Verbindungsabschnitt J71 zum Führen
des Arbeitsfluids, welches an dem Verdampfer J1 verdampft wurde,
zu dem Kondensur J2, und einen kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt
J72 zum Führen des Arbeitsfluids, das an dem Kondensur
J2 kondensiert wurde, zu dem Verdampfer J1. In diesem Fall ist der
Verdampfer J1 in einem Abgasdurchtritt angeordnet, durch welchen
Abgas, welches als ein Heizfluid dient, strömt und ist
der Kondensur J2 in einem Fluiddurchtritt angeordnet, durch welchen
ein zu erwärmendes Fluid strömt.
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In
einem Fall, in welchem das Kühlmittel des Motors als das
zu erwärmende Fluid verwendet wird, bewirkt die Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
eine Differenz in der Temperatur zwischen dem Verdampfer J1, welcher
infolge des dort hindurchströmenden Abgases eine hohe Temperatur
annimmt, und dem Kondensur J2, welcher infolge des dort hindurchströmenden
Motorkühlwassers eine relativ niedrige Temperatur annimmt.
Die Differenz in der Temperatur zwischen dem Verdampfer J1 und dem
Kondensur J2 kann in unvorteilhafter Weise thermische Spannung infolge
einer Differenz in der thermischen Ausdehnung zwischen dem verdampfungsseitigen
Verbindungsabschnitt J71 und dem kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt
J72 bewirken.
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Aus
diesem Grund wird ein Aufbau, enthaltend einen in jedem Verbindungsabschnitt
angeordneten Balg vorgeschlagen, um die thermische Spannung aufzunehmen.
Der Aufbau kann jedoch kompliziert sein, was zu hohen Herstellungskosten
führt. Ferner muss der Balg, um beweglich zu sein, verdünnt
bzw. dünn hergestellt sein. Dies kann Löcher in den
Balgen infolge von Korrosion von einer externen Seite bewirken,
das heißt, von der Seite, welche mit der Atmosphäre
in Kontakt steht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wurde mit Blick auf die vorstehenden Probleme gemacht
und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
bereitzustellen, welche thermische Spannung mit einem einfachen
Aufbau abbauen kann, während das Auftreten von Löchern
infolge externen Korrosion vermieden wird.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
mit einem darin eingeschlossenen Arbeitsfluid: einen Verdampfer,
der in einem ersten Durchtritt angeordnet ist, durch welchen ein
Heizfluid strömt, und welcher geeignet ist, das Arbeitsfluid durch
Wärmeaustausch zwischen dem Heizfluid und dem Arbeitsfluid
zu verdampfen; einen Kondensor, der in einem zweiten Durchtritt
angeordnet ist, durch welchen ein zu erwärmendes Fluid
strömt, und welcher geeignet ist, das Arbeitsfluid durch
Wärmeaustausch zwischen dem zu erwärmenden Fluid
und dem Arbeitsfluid, welches durch den Verdampfer verdampft wurde,
zu kühlen und zu kondensieren; einen verdampfungsseitigen
Verbindungsabschnitt zum Führen des Arbeitsfluids, welches
durch den Verdampfer verdampft wurde, zu dem Kondensor; und einen
kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt zum Führen des
Arbeitsfluids, welches durch den Kondensor kondensiert wurde, zu
dem Verdampfer. Ferner weist zumindest einer von dem verdampfungsseitigen
Verbindungsabschnitt und dem kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt
einen gekrümmten Abschnitt auf.
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Auf
diese Weise weist zumindest einer von dem verdampfungsseitigen Verbindungsabschnitt und
dem kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt einen Teil (oder
das Gesamte) davon gekrümmt auf. Wenn eine Differenz in
der Temperatur zwischen dem Verdampfer und dem Kondensor erzeugt
wird, kann eine elastische Deformation des gekrümmten Abschnitts
thermische Spannung aufnehmen, welche durch eine Differenz in der
thermischen Ausdehnung bewirkt wird. Zu dieser Zeit bzw. gleichzeitig
müssen keine Balge in den verdampfungsseitigen und kondensationsseitigen
Verbindungsabschnitten vorgesehen werden, wodurch die thermische
Spannung mit einem einfachen Aufbau abgebaut wird, während
das Auftreten von Löchern infolge externer Korrosion vermieden
wird.
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In
der Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung strömt
das durch den Verdampfer verdampfte Arbeitsfluid in den Kondensor
durch den verdampfungsseitigen Verbindungsabschnitt. Das kondensierte
flüssige Fluid strömt in den Verdampfer durch den
kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt. Somit tritt eine Differenz
im Wasserniveau (Druckhöhe) des Arbeitsfluids (Flüssigkeit)
zwischen dem Verdampfer und dem Kondensor auf, dies abhängig
von einem Gleichgewicht zwischen Verdampfung des Arbeitsfluids an
dem Verdampfer und Kondensation des Arbeitsfluids an dem Kondensor.
Die Differenz in der Druckhöhe ermöglicht es dem
Arbeitsfluid, aus dem Kondensor zu dem Verdampfer zurückzufließen,
wodurch die Zirkulation des Arbeitsfluids bewirkt wird.
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Zum
Beispiel kann von dem verdampfungsseitigen Verbindungsabschnitt
und dem kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt nur der kondensationsseitige
Verbindungsabschnitt den gekrümmten Abschnitt aufweisen.
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Alternativ
kann der gekrümmte Abschnitt derart in einer Spiralform
ausgebildet sein, dass eine Zentralachse der Spiralform parallel
zu einer Vertikalrichtung ist.
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Der
hier verwendete Begriff "die Zentralachse der Spiralform des gekrümmten
Abschnitts ist parallel zu der Vertikalrichtung" bedeutet nicht
nur, dass die Zentralachse der Spiralform des gekrümmten
Abschnitts genau parallel zu der Vertikalrichtung ist, sondern auch,
dass die Zentralachse geringfügig gegenüber der
Vertikalrichtung geneigt ist.
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Alternativ
kann der gekrümmte Abschnitt in einer S-artigen Form, einer
U-artigen Form, oder einer Bogenform ausgebildet sein.
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Beispielsweise
kann der kondensationsseitige Verbindungsabschnitt den gekrümmten
Abschnitt aufweisen. In diesem Fall enthält der kondensationsseitige
Verbindungsabschnitt ein erstes Ende, welches mit dem Verdampfer
verbunden ist, und ein zweites Ende, welches mit dem Kondensor verbunden
ist, und der kondensationsseitige Verbindungsabschnitt ist derart
angeordnet, dass ein Flüssigkeitsniveau in dem kondensationsseitigen
Verbindungsabschnitt nicht höher als der in dem Kondensor
ist. Ferner kann das zweite Ende des kondensationsseitigen Verbindungsabschnitts
höher positioniert sein als das erste Ende des kondensationsseitigen
Verbindungsabschnitts.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
einfacher ersichtlich, wenn diese zusammen mit den begleitenden
Zeichnungen betrachtet werden. In diesen ist:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht, welche eine Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung
zeigt;
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2A eine
Querschnittsansicht, welche eine Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung zeigt, und 2B ein Diagramm, welches entlang
eines Pfeils IIB in 2A betrachtet wird;
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3A bis 3D sind
Diagramme, welche kondensationsseitige Verbindungsabschnitte gemäß den
anderen Ausführungsformen der Erfindung zeigen, wenn diese
von der vertikal unteren Seite aus betrachtet werden; und
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4 eine
schematische Querschnittsansicht, welche eine Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
in einer verwandten Technik zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DEER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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(Erste Ausführungsform)
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Eine
erste Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme
auf 1 beschrieben. Eine Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
dieser Ausführungsform ist geeignet, Abgaswärme
aus einem Abgas aus einem Abgassystem eines Motors (zum Beispiel
eines Verbrennungsmotors) eines Fahrzeugs zurück zu gewinnen,
und die Abgaswärme zur Unterstützung eines Aufwärmens
oder dergleichen zu verwenden.
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1 ist
eine schematische Querschnittsansicht, welche ein Beispiel der Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
der ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 1 gezeigt
ist, enthält die Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
dieser Ausführungsform einen Verdampfer 1 und
einen Kondensor 2. Der Verdampfer 1 und der Kondensor 2 sind
miteinander verbunden, um eine schleifenartige Wärmeleitung 3 auszubilden.
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Die
Wärmeleitung 3 ist mit einem Versiegelungsabschnitt
(nicht gezeigt) versehen, von welchem aus die Wärmeleitung 3 auf
Vakuum evakuiert (dekomprimiert) wird. Nachdem dieser mit einem
Arbeitsmedium befüllt wurde, wird der Versiegelungsabschnitt
versiegelt bzw. abgedichtet. Das Arbeitsfluid der Verwendung ist
beispielsweise Wasser. Das Ar beitsfluid der Verwendung kann zusätzlich
zu Wasser Alkohol, Fluorkohlenwasserstoff, Flon und dergleichen
enthalten.
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Der
Verdampfer 1 ist in einem ersten Gehäuse 100 vorgesehen,
welches in einer Abgasleitung des Motors angeordnet ist. Der Verdampfer 1 ist
geeignet, das Arbeitsfluid durch Wärmetausch zwischen dem
Abgas und dem Arbeitsfluid zu verdampfen, wie später beschrieben
wird. Das Abgas ist ein Beispiel eines wärmenden Fluids
bzw. Heizfluids zum Erwärmen des Arbeitsfluids in der Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung.
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Der
Kondensor 2 ist in einem zweiten Gehäuse 200 außerhalb
der Abgasleitung vorgesehen. Das zweite Gehäuse 200 ist
separat von dem ersten Gehäuse 100 und ist in
einem Kühlmitteldurchtritt des Motors angeordnet. Der Kondensor 2 ist
geeignet, das Arbeitsfluid durch Wärmeaustausch zwischen dem
Arbeitsfluid, welches durch den Verdampfer 1 verdampft
wird, und Motorkühlmittel zu kühlen und zu kondensieren.
Das zweite Gehäuse 200 ist mit einem Kühlmitteleinlass
(nicht gezeigt), der mit einer Kühlmittelauslassseite des
Motors verbunden ist, und mit einem Kühlmittelauslass (nicht
gezeigt), der mit einer Kühlmitteleinlassseite des Motors
verbunden ist, versehen. Das Kühlmittel ist ein Beispiel
eines zu erwärmenden Fluids in der Erfindung.
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Der
Verdampfer 1 und der Kondensor 2 sind horizontal
benachbart zueinander angeordnet. Da die Abgasleitung normalerweise über
das Fahrzeug in der Front-/Heck-Richtung angeordnet ist, ist die Anordnungsrichtung
des Verdampfers 1 und des Kondensors 2 identisch
zu der Richtung der Breite des Fahrzeugs.
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Nun
wird nachfolgend der Aufbau des Verdampfers 1 beschrieben.
Der Verdampfer 1 enthält eine Mehrzahl von verdampfungsseitigen
Rohren 41a und gewellten Lamellen 42a, die an
die Außenoberflächen der verdampfungsseitigen
Rohre 41a angeschlossen bzw. mit diesen verbunden sind.
Das verdampfungsseitige Rohr 41a ist in einer flachen Form
ausgebildet, so dass eine Strömungsrichtung des Abgases
identisch zu der Richtung der Hauptachse des flachen Rohres im Querschnitt
ist. In 1 ist die Strömungsrichtung
des Abgases orthogonal zu der Papieroberfläche. Die Rohre 41a sind parallel
zueinander angeordnet, so dass die Längsrichtung des Rohres
identisch zu der Vertikalrichtung (Oberseiten-/Unterseiten-Richtung)
des Verdampfers ist.
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In
dem Verdampfer 1 sind verdampfungsseitige Sammler 5a zur
kommunizierenden Verbindung mit allen verdampfungsseitigen Rohren 41a an
beiden Enden in der Längsrichtung eines verdampfungsseitigen
Rohrs 41a dahingehend vorgesehen, sich in der Richtung
der Laminierung bzw. Schichtung der Rohre 41a zu erstrecken.
Von den zwei verdampfungsseitigen Sammlern 5a wird der
verdampfungsseitige Sammler 5a, welcher auf der oberen Endseite
der Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung angeordnet
ist, nachfolgend als ein erster verdampfungsseitiger Sammler 51a bezeichnet,
und der Sammler 5a, der auf der unteren Endseite angeordnet
ist, wird als ein zweiter verdampfungsseitiger Sammler 52a bezeichnet.
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Als
nächstes wird nachfolgend der Aufbau des Kondensors 2 beschrieben.
Der Kondensor 2 enthält eine Mehrzahl von kondensationsseitigen Rohren 41b und
gewellten Lamellen 42b, die an den Außenoberflächen
der kondensationsseitigen Rohre 41b angeschlossen bzw.
mit diesen verbunden sind. Das verdampfungsseitige Rohr 41b ist
in einer flachen Form ausgebildet, so dass eine Strömungsrichtung
des Abgases in dem ersten Gehäuse 100 identisch
zu der Richtung der Hauptachse des Rohrs im Querschnitt ist. Die
Rohre 41b sind parallel zueinander angeordnet, so dass
die Längsrichtung des Rohrs 41b identisch zu der
Vertikalrichtung (Oberseiten-/Unterseiten-Richtung) des Kondensors 2 ist.
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In
dem Kondensor 2 sind kondensationsseitige Sammler 5b zur
kommunizierenden Verbindung mit allen kondensationsseitigen Rohren 41b an
beiden Enden in der Längsrichtung des kondensationsseitigen
Rohrs 41b dahingehend vorgesehen, sich in der Richtung
der Laminierung bzw. Schichtung der Rohre 41b zu erstrecken.
Von den zwei kondensationsseitigen Sammlern 5b wird der
kondensationsseitige Sammler 5b, der auf der vertikal oberen
Endseite der Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
angeordnet ist, hier nachfolgend als ein erster kondensationsseitiger
Sammler 51b bezeichnet, und der Sammler 5b, der
auf der vertikal unteren Endseite angeordnet ist, wird als ein zweiter
kondensationsseitiger Sammler 52b bezeichnet. Der zweite
kondensationsseitige Sammler 52b ist oberhalb des zweiten
verdampfungsseitigen Sammlers 52a positioniert, wenn die
Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung auf dem Fahrzeug
in horizontalem Zustand angebracht wird. In dem in 1 gezeigten
Beispiel befindet sich der erste kondensationsseitige Sammler 51b im
Wesentlichen auf der gleichen Höhenposition wie die des
ersten verdampfungsseitigen Sammlers 51a, und der zweite
kondensationsseitige Sammler 52b befindet sich an einer
Position, welche höher als die des zweiten verdampfungsseitigen Sammlers 52a ist.
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Ein
Ventilmechanismus 6 (Ventileinheit) ist in dem zweiten
kondensationsseitigen Sammler 52b angeordnet. Der Ventilmechanismus 6 dient
als eine membranartige Öffnungs- und Schließeinheit,
die geeignet ist, einen Strömungspfad auszubilden, welcher
die kondensationsseitigen Rohre 41b mit dem zweiten verdampfungsseitigen
Sammler 52a verbindet. Der Ventilmechanismus 6 ist
dahingehend aufgebaut, den Strömungspfad gemäß einem
Innendruck des verdampfungsseitigen Rohrs 41a (d. h. Druck
des Arbeitsfluids) zu öffnen und zu schließen. Insbesondere
dann, wenn der Innendruck von einem normalen Ventilöffnungszustand
des Mechanismus 6 dahingehend ansteigt, einen ersten vorbestimmten Druck
bei einer vorbestimmten Temperatur des Arbeitsfluids zu überschreiten,
wird der Ventilmechanismus 6 geschlossen. Wenn umgekehrt
der Innendruck dahingehend absinkt, unterhalb eines zweiten vorbestimmten
Drucks zu fallen, welcher niedriger als der erste vorbestimmte Druck
ist, wird der Ventilmechanismus 6 wieder geöffnet.
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Der
verdampfungsseitige Sammler 5a ist kommunizierend mit dem
kondensationsseitigen Sammler 5b über einen zylindrischen
Verbindungsabschnitt 7 verbunden. Die verdampfungsseitigen und
kondensationsseitigen Rohre 41a und 41b, die verdampfungsseitigen
und kondensationsseitigen Sammler 5a und 5b, und
der Verbindungsabschnitt 7 bilden eine geschlossene Schleife.
Das heißt, die verdampfungsseitigen und kondensationsseitigen Rohre 41a und 41b,
die verdampfungsseitigen und kondensationsseitigen Sammler 5a und 5b und
der Verbindungsabschnitt 7 sind in einer Ringform verbunden,
um die Wärmeleitung 3 auszubilden. Dies ermöglicht
es, dass das Arbeitsfluid durch den Verdampfer 1 und den
Kondensor 2 zirkuliert.
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Von
den zwei Verbindungsabschnitten 7 wird der Verbindungsabschnitt,
welcher auf der oberen Seite angeordnet ist, nachfolgend als der
verdampfungsseitige Verbindungsabschnitt 71 bezeichnet. Der
verdampfungsseitige Verbindungsabschnitt 71 ist geeignet,
den ersten verdampfungsseitigen Sammler 51a mit dem ersten
kondensationsseitigen Sammler 51b zu verbinden und das
durch den Verdampfer 1 verdampfte Arbeitsfluid zu dem Kondensor 2 zu
führen. Von den zwei Verbindungsabschnitten 7 wird
der Verbindungsabschnitt, welcher auf der unteren Seite angeordnet
ist, nachfolgend als ein kondensationsseitiger Verbindungsabschnitt 72 bezeichnet.
Der kondensationsseitige Verbindungsabschnitt 72 ist geeignet,
den zweiten verdampfungsseitigen Sammler 52a mit dem zweiten
kondensationsseitigen Sammler 52b zu verbinden und das durch
den Kondensor 2 gekühlte und kondensierte Arbeitsfluid
zu dem Verdampfer 1 zu führen.
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Der
kondensationsseitige Verbindungsabschnitt 72 enthält
ein unteres Element 701, dessen eines Ende mit dem zweiten
verdampfungsseitigen Sammler 52a verbunden ist, und das
sich im wesentlichen in der Horizontalrichtung von seinem Ende zu dem
Kondensor 2 erstreckt, und ein oberes Element 702,
dessen eines Ende mit dem zweiten kondensationsseitigen Sammler 52b verbunden
ist und sich im wesentlichen in der Horizontalrichtung von seinem einen
Ende zu dem Verdampfer 1 erstreckt. Der kondensationsseitige
Verdampfungsabschnitt 72 enthält auch einen spiralförmigen
Abschnitt 703, der in einer Spiralform ausgebildet ist,
während er sich von dem anderen Ende des unteren Elements 701,
das heißt, dem von dem Verdampfer 1 entfernten
Ende des unteren Elements 701, zu dem anderen Ende des
oberen Elements 702, das heißt, dem von dem Kondensor 2 entfernten
Ende des oberen Elements 702, erstreckt. Die Zentralachse
der Spiral des spiralförmigen Abschnitts 703 ist
ungefähr parallel zu der Vertikalrichtung (Oberseiten-/Unterseiten-Richtung).
Das heißt, in dem spiralförmigen Abschnitt 703 ist
Arbeitsfluid auf der unteren Seite positioniert, so wie es zu der
stromabwärtigen Seite einer Strömung des Arbeitsfluids
geht. Der spiralförmige Abschnitt 703 ist ein
Beispiel eines gekrümmten Abschnitts der vorliegenden Erfindung.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist der spiralförmige Abschnitt 703 in
dem kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt 72 vorgesehen.
Somit kann, wenn eine Differenz in der Temperatur zwischen dem Verdampfer 1 und
dem Kondensor 2 erzeugt wird, die elastische Deformation
des spiralförmigen Abschnitts 703 durch eine Differenz
in der thermischen Expansivität bewirkte thermische Spannung
aufnehmen. Zu dieser Zeit bzw. gleichzeitig müssen keine
Balge in den verdampfungsseitigen und kondensationsseitigen Verbindungsabschnitten 71 und 72 vorgesehen werden
und dadurch ist es möglich, die thermische Spannung mit
einem einfachen Aufbau abzubauen, während das Auftreten
von Löchern infolge externer Korrosion vermieden wird.
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Da
das Volumen des an dem Verdampfer 1 verdampften Arbeitsfluids
etwa 1000 Mal so groß ist wie das des Arbeitsfluids, welches
durch den Kondensor 2 kondensiert wird, ist eine Querschnittsfläche
eines Durchtritts des verdampfungsseitigen Verbindungsabschnitts 71 größer
als die des kondensationsseitigen Verbindungsabschnitts 72 vorgesehen. Somit
ist in dieser Ausführungsform der spiralförmige Abschnitt 703 nur
in dem kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt 72 vorgesehen,
welcher die kleinere Durchtrittsquerschnittsfläche von
den zwei Verbindungsabschnitten 71 und 72 aufweist.
Demgemäß kann dies im Vergleich zu dem Fall, in
welchem der spiralförmige Abschnitt 703 in dem
verdampfungsseitigen Verbindungsabschnitt 71 mit der größeren
Durchtrittsquerschnittsfläche vorgesehen ist, die Verarbeitbarkeit
verbessern.
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Die
Zentralachse der Spirale des spiralförmigen Abschnitts 703 ist
parallel zu der Vertikalrichtung und dem Arbeitsfluid in dem spiralförmigen
Abschnitt 703 ist es möglich, abwärts
gerichtet positioniert zu werden, wie zu der stromabwärtigen
Seite der Arbeitsfluidströmung. Dies kann die Notwendigkeit
von temporärem Positionieren des Arbeitsfluids in einer hohen
Position innerhalb des Spiralabschnitts 703 beseitigen,
wodurch somit die Verschlechterung der Zirkularität bzw.
Kreislaufeigenschaft (circularity) des Arbeitsfluids vermieden wird.
Da das Flüssigkeitsniveau des Arbeitsfluids in dem spiralförmigen
Abschnitt 703 nicht höher als das Flüssigkeitsniveau des
Arbeitsfluids in dem Kondensor 2 ist, kann das Arbeitsfluid
hinreichend von dem Kondensor 2 zu dem Verdampfer 1 zurücklaufen,
wodurch die Wärmeaustauschleistung sichergestellt wird.
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In
der Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung, in welcher
der Kondensor 2 in einer relativ höheren Position
als die des Verdampfers 1 angeordnet ist, kann eine Differenz
der Druckhöhe (water head) des Arbeitsfluids hinreichend
zwischen dem Verdampfer 1 und dem Kondensor 2 sichergestellt werden.
Dies beseitigt die Notwendigkeit des Setzens der Zentralachse der
Spiral des spiralförmigen Abschnitts 703, welcher
in dem kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt 72 vorgesehen
ist, parallel zu der Vertikalrichtung. Da jedoch die Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
auf dem Fahrzeug angebracht ist, wird gewünscht, dass die
Wärme-Rückgewinnungseinrichtung einen kompakten Aufbau
mit exzellenter Anbringungsfähigkeit aufweist, das heißt,
den Aufbau, welcher den Verdampfer 1 und den Kondensor 2 horizontal
nebeneinander wie in dieser Ausführungsform angeordnet
enthält. Somit ist in der Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
mit dem kompakten Aufbau die Zentralachse der Spiral des spiralförmigen
Abschnitts 703, welcher in dem kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt 72 vorgesehen
ist, parallel zu der Vertikalrichtung gewählt. Dies kann
das Arbeitsfluid in hinreichendem Ausmaß von dem Kondensor 2 zu
dem Verdampfer 1 zurückfließen lassen,
während die Anbringungsfähigkeit auf dem Fahrzeug
verbessert wird.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nun
wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung nachfolgend
auf der Grundlage von 2A und 2B beschrieben.
Die Elemente, welche die gleichen Funktionen aufweisen wie die der ersten
Ausführungsform, werden durch die gleichen Bezugsziffern
bezeichnet und deren Beschreibung wird nachfolgend beschrieben.
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2A ist
eine Querschnittsansicht, welche eine Abgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung
gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt,
und 2B ist ein Diagramm, welches entlang eines Pfeils
IIB in 2A gesehen wird. In den 2A und 2B wird
die Darstellung des detaillierten Aufbaus des Kondensors 2 weggelassen.
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Wie
in 2A und 2B gezeigt
ist, enthält in der zweiten Ausführungsform ein
kondensationsseitiger Verbindungsabschnitt 72 ein unteres
Element 701, dessen eines Ende mit dem zweiten verdampfungsseitigen
Sammler 52A verbunden ist und sich im wesentlichen in der
Horizontalrichtung zu dem Kondensor 2 erstreckt, und ein
oberes Element 702, dessen eines Ende mit dem unteren Ende
des zweiten kondensationsseitigen Sammlers (nicht gezeigt) des Kondensors 2 verbunden
ist und sich im wesentlichen in der Vertikalrichtung zu der unteren Seite
erstreckt. Der kondensationsseitige Verbindungsabschnitt 72 enthält
auch einen Verbindungsabschnitt 704 zum Verbinden des anderen
Endes des unteren Elements 701, das heißt, dem
von dem Verdampfer 1 entfernten Ende zu dem anderen Ende des
oberen Elements 702, das heißt, dem von dem Kondensor 2 entfernten
Ende.
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In 2B bezeichnen
Pfeile EF die Strömungsrichtung des Abgases. Wie in 2B gezeigt ist,
ist ein Verbindungsabschnitt 704 in einer S-Form ausgebildet,
wenn dies von der unteren Seite in der Vertikalrichtung betrachtet
wird. Das heißt, der Verbindungsabschnitt 704 weist
zwei gekrümmte Abschnitte 8 auf, von denen alle
in einer Bogenform ausgebildet sind. Die zwei gekrümmten
Abschnitte 8 sind Teile des Verbindungsabschnitts 704 und
sind kontinuierlich verbunden, um den S-förmigen Verbindungsabschnitt 704 zu
bilden. Kurz gesagt, ist der Verbindungsabschnitt 704 mit
zwei bogenförmigen gekrümmten Abschnitten 8 versehen.
In dieser Ausführungsform weisen die zwei gekrümmten
Abschnitte 8 im wesentlichen den einander gleichen Krümmungsradius
auf.
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Wie
in 2A gezeigt ist, ist der Verbindungsabschnitt 704 in
einer linearen Form ausgebildet, welche sich an einer Schräge
erstreckt, um so nach unten in der Vertikalrichtung zu dem Verdampfer 1 positioniert
zu sein, wenn dies von der Strömungsrichtung EF des Abgases
aus betrachtet wird. In dem Beispiel von 2A entspricht
die Strömungsrichtung EF des Abgases der rückwärtigen Richtung
des Papiers. Da sich der Verbindungsabschnitt 704 insgesamt
nach unten, sowie zu der stromabwärtigen Seite des Arbeitsfluids
erstreckt, während dieser die S-Form aufweist, wird dem
Arbeitsfluid ermöglicht, abwärts in der Vertikalrichtung, sowie
zu der stromabwärtigen Seite der Arbeitsfluidströmung
in dem Verbindungsabschnitt 704 angeordnet zu werden.
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Wie
vorstehend beschrieben, weist der kondensationsseitige Verbindungsabschnitt 72 den
bogenförmig gekrümmten Abschnitt 8 auf,
welcher in einem Teil desselben ausgebildet ist. Wenn eine Differenz
in der Temperatur zwischen dem Verdampfer 1 und dem Kondensor 2 auftritt,
kann die elastische Deformation des gekrümmten Abschnitts 8 thermische
Spannung aufnehmen, welche durch eine Differenz in der thermischen
Expansivität bewirkt wird. Zu dieser Zeit bzw. gleichzeitig
müssen keine Balge in den verdampfungsseitigen und kondensationsseitigen
Verbindungsabschnitten 71 und 72 vorgesehen werden,
so dass dies die thermische Spannung mit einem einfachen Aufbau
aufheben kann, während das Auftreten von Löchern
infolge externer Korrosion vermieden wird.
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Das
Volumen von an dem Verdampfer 1 verdampften Arbeitsfluid
ist etwa 1000 Mal so groß wie das des durch den Kondensor 2 kondensierten
Arbeitsfluids, so dass eine Querschnittsfläche eines Durchtritts
des verdampfungsseitigen Verbindungsabschnitts 71 im Allgemeinen
größer als die des kondensationsseitigen Verbindungsabschnitts 72 ist.
Somit wird in dieser Ausführungsform der gekrümmte Abschnitt 8 nur
in dem kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt 72 vorgesehen,
welcher die kleinere Durchtrittsquerschnittsfläche von
den zwei Verbindungsabschnitten 71 und 72 aufweist.
Dies kann die Verarbeitbarkeit im Vergleich zu dem Fall, in welchem der
gekrümmte Abschnitt 8 in dem verdampfungsseitigen
Verbindungsabschnitt 71 mit der größeren Durchtrittsquerschnittsfläche
vorgesehen ist, verbessern.
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Dem
Arbeitsfluid in dem Verbindungsabschnitt 704 mit den zwei
gekrümmten Abschnitten 8 wird es ermöglicht,
nach unten, sowie zu der stromabwärtigen Seite der Arbeitsfluidströmung
positioniert zu werden. Dies kann die Notwendigkeit von temporärem
Positionieren des Arbeitsfluids in einer hohen Position des Verbindungsabschnitts 407 beseiti gen,
was somit Verschlechterung der Zirkularität des Arbeitsfluids
vermeidet. Da das Flüssigkeitsniveau des Arbeitsfluids
in dem Verbindungsabschnitt 704 nicht höher als
das Flüssigkeitsniveau des Arbeitsfluids in dem Kondensor 2 ist,
kann das Arbeitsfluid hinreichend von dem Kondensor 2 zu
dem Verdampfer 1 zurückfließen, wodurch
die Wärmeaustausch-Eigenschaften sichergestellt werden.
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(Andere Ausführungsformen)
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit
den bevorzugten Ausführungsformen derselben unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben wurde, ist es zu bemerken,
dass vielfältige Änderungen und Modifikationen
für Fachleute ersichtlich sind.
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Zum
Beispiel ist in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform
der Ventilmechanismus 6 in dem zweiten kondensationsseitigen
Sammler 52b vorgesehen, wie in 1 dargestellt
ist. Der Ventilmechanismus 6 kann jedoch auch nicht vorgesehen
sein.
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Obwohl
in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
ein Ende des unteren Elements 701 des kondensationsseitigen
Verbindungsabschnitts 72 mit dem zweiten verdampfungsseitigen Sammler 52a verbunden
ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Das eine
Ende des unteren Elements 701 kann direkt mit dem verdampfungsseitigen
Rohr 41a verbunden sein, welches dem Kondensor 2 von
den verdampfungsseitigen Rohren 41a am nächsten
ist.
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Obwohl
in allen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
ein Kühlmittel als ein zu erwärmendes Fluid verwendet
wird, können die zu erwärmenden Fluide Motoröl, Öl
in einem Drehmomentwandler für ein automatisches Fahrzeuggetriebe,
Wasser für ein Heizgerät und dergleichen enthalten.
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Obwohl
in der ersten Ausführungsform der spiralförmige
Abschnitt 703 nur in dem kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt 72 von
den zwei Verbindungsabschnitten 71 und 72 vorgesehen
ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Der spiralförmige
Abschnitt 703 kann nur in dem verdampfungsseitigen Verbindungsabschnitt 71,
oder in beiden der zwei Verbindungsabschnitte 71 und 72 vorgesehen
sein.
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Obwohl
in der ersten Ausführungsform der Kondensations-Verbindungsabschnitt 72 aus
dem unteren Element 701, dem oberen Element 702 und dem
spiralförmigen Abschnitt 703 aufgebaut ist, der in
einer spiralförmigen Form von dem Ende des unteren Elements 701 zu
dem Ende des oberen Elements 702 ausgebildet ist, ist die
Erfindung nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel kann die
Gesamtheit des kondensationsseitigen Verbindungsabschnitts 72 in
der Spiralform ausgebildet sein, das heißt, der kondensationsseitige
Verbindungsabschnitt 72 kann in der Spiralform von dem
zweiten verdampfungsseitigen Sammler 52a zu dem zweiten
kondensationsseitigen Sammler 52b ausgebildet sein.
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Obwohl
in der ersten Ausführungsform die Zentralachse der Spiralform
des spiralförmigen Abschnitts 703 ungefähr
parallel zu der Vertikalrichtung ist, kann der spiralförmige
Abschnitt 703 nicht-parallel zu der Vertikalrichtung sein.
Zum Beispiel kann die Zentralachse des spiralförmigen Abschnitts 703 relativ
zu der Vertikalrichtung geneigt sein.
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Obwohl
in der zweiten Ausführungsform das obere Element 702 des
kondensationsseitigen Verbindungsabschnitts 72 dahingehend
ausgebildet ist, sich zu der unteren Seite im Wesentlichen in einer Vertikalrichtung
zu erstrecken, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt.
Zum Beispiel kann, wie in 3A gezeigt
ist, der kondensationsseitige Verbindungsabschnitt 72 dahingehend
ausgebildet sein, sich im Wesentlichen in der Horizontalrichtung
zu der Seite des Verdampfers 1 zu erstrecken.
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Obwohl
in der zweiten Ausführungsform die zwei gekrümmten
Abschnitte 8 den gleichen Krümmungsradius aufweisen,
ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Wie in 3B gezeigt
ist, können die zwei gekrümmten Abschnitte 8 unterschiedliche Krümmungsradien
aufweisen.
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Obwohl
in der zweiten Ausführungsform der Verbindungsabschnitt 704 in
der S-Form ausgebildet ist, wenn dies von der unteren Seite aus
in der Vertikalrichtung betrachtet wird, ist die Erfindung nicht hierauf
beschränkt. Zum Beispiel kann, wie in 3C gezeigt
ist, der Verbindungsabschnitt 704 in einer ungefähr
U-artigen Form ausgebildet sein, wenn dieser von der unteren Seite
aus in der Vertikalrichtung betrachtet wird. In diesem Fall weist
der Verbindungsabschnitt 704 einen bogenförmig
gekrümmten Abschnitt 8 auf. Wie in 3D gezeigt
ist, kann der Verbindungsabschnitt 704 drei bogenförmig
gekrümmte Abschnitte 8 aufweisen. Ferner kann
der Verbindungsabschnitt 704 mehr als drei gekrümmte
Abschnitte aufweisen.
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Obwohl
in der zweiten Ausführungsform der gekrümmte Abschnitt 8 nur
in dem kondensationsseitigen Verbindungsabschnitt 72 von
den zwei Verbindungsabschnitten 71 und 72 vorgesehen
ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Der gekrümmte Abschnitt 8 kann
nur in dem verdampfungsseitigen Verbindungsabschnitt 71 oder
in beiden der zwei Verbindungsabschnitte 71 und 72 vorgesehen
sein.
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Obwohl
in der zweiten Ausführungsform der Verbindungsabschnitt 704 in
der Linearform ausgebildet ist, welche sich an einer Schräge
erstreckt, um so nach unten in der Vertikalrichtung wie zu dem Verdampfer 1 positioniert
zu sein, wenn dies von der Richtung einer Abgasströmung
aus betrachtet wird, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt.
Der Verbindungsabschnitt 704 kann auch nicht in der Vertikalrichtung
wie zu dem Verdampfer 1 hin positioniert werden, oder kann
linear ausgebildet sein, wenn dies von der Richtung der Abgasströmung
aus betrachtet wird.
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Solche Änderungen
und Modifikationen sind dahingehend zu verstehen, dass diese innerhalb
des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen, wie dieser durch
die anliegenden Ansprüche definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 62-268722
A [0002]
- - JP 4-45393 A [0003]