專利名稱：廢熱回收裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及設置在內燃機等機構中的通過回收廢氣熱量促進適合的加熱對象升溫的廢熱回收裝置。尤其本發明涉及用于提高廢熱回收效率的對策。
背景技術：
以往，已知ー種廢熱回收裝置，該廢熱回收裝置利用熱導管來回收安裝在汽車等車輛上的內燃機(以下，稱作發動機)的廢氣的熱量并促進發動機的預熱(例如，參照下述的專利文獻I和專利文獻2)。這種廢熱回收裝置包括熱回收部和冷凝部。在熱回收部中，通過廢氣的熱量使熱媒(例如水等冷媒)蒸發。然后，將該氣相的熱媒運送到冷凝部，在該冷凝部中，在熱媒與發動機的冷卻水之間進行熱交換，急速提高該冷卻水的溫度。由此能夠縮短發動機的預熱 運轉時間而改善燃料消耗率。另外，在冷凝部中與冷卻水進行了熱交換的熱媒被冷凝，并返回到熱回收部。然后，在該熱回收部中，進行熱媒再次通過廢氣的熱量而蒸發并被運送到冷凝部的循環。在先技術文獻專利文獻專利文獻I :特開2009-8318號公報專利文獻2 :特開2007-170299號公報
發明內容
本發明要解決的問題然而，在以往的廢熱回收裝置中，由于以下幾點，提高廢熱回收效率的程度是有限的，因此需要用于進ー步提高該廢熱回收效率的改善。S卩，在以往的廢熱回收裝置的冷凝部中，發動機的冷卻水所流經的空間處于經由冷凝部的外壁暴露于大氣的狀態。因此，冷卻水的熱量從該冷凝部的外壁向大氣中大量釋放(放熱)的可能性很高。即，在從上述熱媒(例如，蒸汽)受熱的冷卻水流經冷凝部的內部的期間，冷卻水經由該冷凝部的外壁向大氣中大量放熱，從而冷卻水的溫度變低，該被釋放的熱量成為損失熱量。此外，考慮到耐蝕性等，該冷凝部的外壁多由不銹鋼制成。該不銹鋼是熱傳導率較高的材料(與用于運載發動機的冷卻水的軟管相比，熱傳導率較高)，因此促進向大氣中的放熱。另外，在以往的廢熱回收裝置中，被傳送到上述冷凝部中的熱媒(蒸汽)的大部分被直接引至冷凝部的內壁面。在這種構造中，與上述的冷卻水發生熱量損失的情況ー樣，存在該熱媒的熱量經由冷凝部的外壁向大氣中大量釋放的可能性。即，被熱媒運送到冷凝部的熱量中的相當多的熱量從冷凝部的外壁被釋放到大氣中而未被供應給上述冷卻水，從而損失熱量增大與該放熱量相應的量。本發明就是鑒于上述情況而作出的，其目的在于提供ー種可抑制冷凝部中的熱量損失來大幅提高廢熱回收效率的廢熱回收裝置。用于解決問題的手段一問題的解決原理一用于實現上述目的的本發明的解決原理是通過在被廢熱加熱的流體(加熱用流體)與加熱對象流體(被加熱用流體)之間進行熱交換的放熱部(冷凝部)的內部空間中配置供加熱對象流體在其中流動的配管，并且通過將導入到該放熱部的內部空間中的加熱用流體直接引向該配管，來減小加熱對象流體所接收的熱量向外部的放熱量以及加熱用流體向外部的放熱量，由此大幅抑制熱量的損失。一解決手段一具體來說，本發明以下述的廢熱回收裝置為前提，該廢熱回收裝置包括受熱部，所述受熱部用于通過廢氣的熱量加熱流體來使其蒸發；放熱部，所述放熱部用于接收在所 述受熱部中蒸發的氣相流體并通過該流體對加熱對象流體進行加熱；流體供應管,所述流體供應管將在所述受熱部中蒸發的氣相流體供應至放熱部的內部空間；以及回流通路，所述回流通路用于使在所述放熱部中冷凝成液相的流體返回到所述受熱部。對于所述廢熱回收裝置，在所述放熱部的內部空間中配置加熱對象流路配管，所述加熱對象流路配管包括第一配管部分，所述第一配管部分構成加熱對象流體流入所述內部空間的流入路徑；以及第二配管部分，所述第二配管部分經由在所述內部空間或者所述內部空間的外側彎曲的彎曲配管部分而與第一配管部分相連，并且所述第二配管部分構成加熱對象流體從所述內部空間流出的流出路徑。并且，所述流體供應管在所述放熱部的內部空間中的開口位置被設定在向所述第一配管部分與所述第二配管部分之間的空間供應所述氣相流體的位置。根據該特定項，在所述受熱部中，流體通過廢氣的熱量被加熱并蒸發。該氣相流體經由流體供應管被供應給放熱部，與在配置于該放熱部內部中的加熱對象流路配管的內部流動的加熱對象流體進行熱交換。由此，加熱對象流體被加熱。另外，對加熱對象流體進行加熱后的流體被冷凝，并經由回流通路返回到受熱部。在流體如此進行循環的狀態下，在上述放熱部中，流體供應管的開口位置被設定在向所述第一配管部分與所述第二配管部分之間的空間供應所述氣相流體的位置。因此，氣相流體直接朝向所述第一配管部分和所述第二配管部分各自的外表面流動。即，能夠在抑制該氣相流體的熱量中的從放熱部的外壁釋放的放熱量的同時，使其大部分經由第一配管部分和第二配管部分作用于對加熱對象流體的加熱。另外，由于加熱對象流體在放熱部的內部空間中流經加熱對象流路配管的內部，因此所述加熱對象流體所接收的熱量幾乎不從放熱部的外壁放熱。其結果是，加熱對象流體以維持從氣相流體接收到的熱量的大致全部量的狀態從放熱部中流出。如此，氣相流體和加熱對象流體向外部的放熱量均被大幅減少，因此能夠提高廢熱回收效率。在更優選的構成中，所述彎曲配管部分被配置在所述放熱部的內部空間內，并將第一配管部分和第二配管部分連起來。并且，在上述的更優選的構成中，所述流體供應管的開口位置被設定在向被所述第一配管部分、彎曲配管部分以及第二配管部分包圍的空間供應所述氣相流體的位置。 根據該構成，從流體供應管向放熱部的內部空間供應的氣相流體的大部分分別直接朝向第一配管部分、彎曲配管部分、第二配管部分的各個外表面流動。因此，可大幅抑制氣相流體的熱量中的從放熱部的外壁釋放的放熱量，能夠大幅提高廢熱回收效率。
作為所述受熱部和放熱部的配置的ー個方式，具體可舉出以下構成。即，在該構成中，所述放熱部被配置在受熱部的正上方。并且，在該構成中，所述流體供應管連結受熱部的上部和放熱部的下部，以使它們的內部空間相互連通。通過如此將放熱部配置在受熱部的正上方，能夠減少氣相流體從受熱部向放熱部運送時的熱損失。即，通過能夠將上記流體供應管的長度尺寸設定得較短，能夠抑制從流體供應管的表面釋放的放熱量，能夠將在受熱部中獲得的熱量的大部分供應給放熱部。因此能夠提高放熱部中的熱交換效率。作為所述受熱部和放熱部的配置的ー個方式，更具體地可舉出如下構成所述廢熱回收裝置回收從安裝在車輛上的內燃機中排出的廢氣的熱量，并且所述受熱部和放熱部被容納配置在形成于車輛地板上的通道部的下側空間中。根據該構成，在車輛行駛時流入車輛地板的通道部內的行駛風沿著廢熱回收裝置的受熱部的下表面和側面流動。即，由于行駛風幾乎不流向放熱部的側面和上表面，因此該行駛風幾乎不從放熱部損失熱量。因此，氣相流體和加熱對象流體向外部的放熱量(由于 行駛風而損失的熱量)均被大幅減少，從而能夠提高熱回收效率。另外，在此情況下，所述第一配管部分和所述第二配管部分在放熱部的平面視圖中優選位于放熱部的殼體側面與流體供應管之間。由此，即使通過放熱部中的熱交換而冷凝的流體在其自重的作用下從第一配管部分和第二配管部分中滴下，該流體(液相流體)也不會經由流體供應管返回到受熱部，而是朝向回流通路下流并返回到受熱部。因此，流體的循環中不發生逆流，循環動作順利地進行，從而能夠實現高效的熱回收。另外，所述流體供應管在所述放熱部的內部空間內的上端高度位置優選被設定在與所述第一配管部分和所述第二配管部分的下端的高度位置相同高度的位置，或者被設定在比所述第一配管部分和所述第二配管部分的下端的高度位置更低的位置。由此，向放熱部的內部空間供應的氣相流體從流體供應管的上端向水平方向擴散。該氣相流體的大部分朝向第一配管部分和第二配管部分的各外表面流動，而不會被直接吹向放熱部的上表面。由此，能夠提高放熱部中的熱交換效率。另外，在本發明的廢熱回收裝置中，所述第一配管部分、所述第二配管部分、以及所述彎曲配管部分優選相對于所述流體供應管的上端而位于所述車輛的右方、左方、以及前方或后方。由此，能夠增大從所述蒸汽供應管向所述放熱部的內部空間供應的蒸汽中直接吹向加熱對象流路配管的外表面的蒸汽的量的比例。其結果是，能夠進ー步提高廢熱回收效率。另外，由于所述第一配管部分和所述第二配管部分設置在所述流體供應管的上端的左右，因此所述第一配管部分和所述第二配管部分在車輛的前后方向上延伸。由此，僅通過直接延遲所述第一配管部分和所述第二配管部分，就能夠將用于向加熱對象流體的供應目的地供應加熱對象流體的配管配置在通道部內的、行駛風的流量較少的區域中。從而，通過簡單構成的配管，能夠減少向加熱對象流體的外部釋放的放熱量(由于行駛風而損失的熱量)來提高廢熱回收效率。另外，所述第一配管部分、彎曲配管部分、以及第二配管部分優選被配置在共同的假想水平面上。
由此，減小所述放熱部沿鉛垂方向的尺寸，能夠將所述放熱部配置在所述通道部內的、行駛風的流量較少的區域中。其結果是，氣相流體和加熱對象流體向外部的放熱量(由于行駛風而損失的熱量)均被減少，能夠提高廢熱回收效率。發明效果在本發明中，在使得被廢熱加熱的流體與加熱對象流體進行熱交換的放熱部的內部空間中配置供加熱對象流體在其中流動用的配管，并且將導入到該放熱部的內部空間中的加熱用流體直接引至該配管。由此氣相流體和加熱對象流體向外部的放熱量均被大幅減小，能夠提高廢熱回收效率。
圖I是示出實施方式涉及的廢熱回收系統的概略構成的圖；
圖2是示出廢熱回收裝置的設置狀態的立體圖；圖3是從車身前方觀看的廢熱回收裝置的設置狀態的圖；圖4是示出熱回收部的核心的立體圖；圖5是從車身前方觀看的廢熱回收裝置的剖面圖；圖6是沿圖3的VI-VI線的剖面圖；圖7A是各變形例的與圖6相當的圖；圖7B是各變形例的與圖6相當的圖；圖7C是各變形例的與圖6相當的圖；圖7D是各變形例的與圖6相當的圖。
具體實施例方式以下，基于附圖對本發明的實施方式進行說明。在本實施方式中，對本發明應用于安裝在汽車上的多氣缸汽油發動機(內燃機)中所具備的廢熱回收裝置的情況進行說明。一廢熱回收系統一圖I示出了本實施方式涉及的發動機I所具備的廢熱回收系統的概略構成。本實施方式涉及的發動機I將從進氣系統供應的空氣和從燃料供應系統供應的燃料以適合的空燃比混合而成的混合氣供應到燃燒室從而使混合氣燃燒，之后將隨著這種燃燒產生的廢氣從排氣系統排向大氣。排氣系統被構成為至少具有安裝在發動機I上的排氣歧管2和經由球形接頭3與該排氣歧管2連接的排氣管4。然后，由上述排氣歧管2和排氣管4形成排氣通路。上述球形接頭3允許排氣歧管2與排氣管4之間的適當的擺動，并且起到使發動機I的振動和活動不會傳遞到排氣管4或者衰減后傳遞的功能。兩個催化劑5、6串聯設置在上述排氣管4上。通過這兩個催化劑5、6來凈化廢氣。在這兩個催化劑5、6中，在排氣管4中被設置在廢氣(排氣)的流動方向的上游側的催化劑5是被稱作所謂起始催化劑(S/C)的催化劑。以下，將該催化劑5稱作上游側催化劑5。另一方面，排氣管4中被設置在廢氣的流動方向的下游側的催化劑6是被稱作所謂主催化劑(Μ/C)或者地板下催化劑(U/F)的催化劑。以下，將該催化劑6稱作下游側催化劑6。
這兩個催化劑5、6例如均由三元催化劑構成。該三元催化劑起到通過化學反應將一氧化碳(CO)、碳化氫(HO、氮氧化物(NOx) —井變成無害成分的浄化作用。發動機I的內部(水套)填充有稱作長效冷媒(LLC)的冷卻液(以下，簡稱作冷卻水)。該冷卻水從冷卻水移出路徑8中暫時移出后被供應給散熱器7，并從該散熱器7經由冷卻水回流通路9回到發動機I。散熱器7通過與外部氣體的熱交換來冷卻通過水泵10被循環的冷卻水。然后，通過自動調溫器11調節流經散熱器7的冷卻水量和流經旁通路12的冷卻水量。例如，在發動機I預熱運轉時，增加旁通路12側的冷卻水量來促進發動機的預熱。在從冷卻水移出路徑8分出并在冷卻水回流通路9中與水泵10的上游側連接的加熱器流路13的中途設置有加熱器核心14。該加熱器核心14是用于利用上述冷卻水的熱量進行車廂內的供暖的熱源。通過該加熱器核心14被加熱的空氣被鼓風機15導入到車廂 內。由上述加熱器核心14和鼓風機15構成了加熱器單元16。上述加熱器流路13包括位于后述的廢熱回收裝置20的上游側(冷卻水流動方向上的上游側)的上游側流路13a、以及位于廢熱回收裝置20的下游側的下游側流路13b。在廢熱回收裝置20中的廢熱回收動作(該廢熱回收動作下面詳細敘述)被進行的情況下，流經該下游側流路13b的冷卻水的溫度高于流經上游側流路13a的冷卻水的溫度。ー廢熱回收裝置的構成ー如上構成的發動機I的排氣系統配置有廢熱回收裝置20。圖2是示出廢熱回收裝置20的設置狀態的立體圖。圖3是從車身前方觀看的廢熱回收裝置20的設置狀態的圖。圖4是示出廢熱回收裝置20的內部所容納的核心31的立體圖。圖5是從車身前方觀看的廢熱回收裝置20的剖面圖。此外，圖6是沿圖3的VI-VI線的剖面圖。該廢熱回收裝置20用于回收從發動機I中排出的廢氣的熱量以促進上述冷卻水的升溫。廢熱回收裝置20主要包括熱回收部(受熱部)30和冷凝部(放熱部)40。廢熱回收裝置20具有這些熱回收部30和冷凝部40通過蒸汽供應管(流體供應管)50和冷凝水回流部(回流通路)60相連的構成(參照圖3和圖5)。具體地，在熱回收部30的上側配置有冷凝部40。并且，該熱回收部30的上部和冷凝部40的下部通過蒸汽供應管50連接，熱回收部30的側部和和冷凝部40的側部通過冷凝水回流部60連接。由此，形成了以熱回收部30、蒸汽供給管50、冷凝部40、冷凝水回流部60的順序使熱媒(流體)循環的環路型熱管構造。此外，上述環路型熱管構造的廢熱回收裝置20是指通過在熱回收部30和冷凝部40之間使熱媒在相變(在液相和氣相之間相變)的同時進行循環、來反復進行熱回收部30中的廢氣熱量的回收和冷凝部40中的放熱(向冷卻水的放熱)的裝置。由上述熱回收部30、蒸汽供應管50、冷凝部40以及冷凝水回流部60形成的熱媒的循環路徑的內部處于真空狀態，并且該循環路徑內封裝有適量的熱媒。該熱媒例如采用純凈水等。水的沸點在一個大氣壓下為100°c。通過對上述熱媒的循環路徑內進行減壓(例如，減壓到0. 01氣壓)，循環路徑內的水的沸點變為例如5 10°C。作為熱媒，除純凈水以夕卜，還可采用例如酒精、碳氟化合物、氟里昂等。另外，廢熱回收裝置20的主要構件例如由具有高耐蝕性的不銹鋼材料形成。
作為該廢熱回收裝置20的構成部件的概要，上述熱回收部30是使用廢氣的熱量使封裝在內部的液相熱媒蒸發的熱回收部。該熱回收部30具有使用單個核心31的構成。如圖4和圖5所示，多個排氣通路32和多個熱媒通路33以交替地相鄰配置的狀態設置于上述核心31中。上述熱回收部30被構成為在流經排氣通路32的廢氣與流經熱媒通路33的熱媒之間進行熱交換。對于該熱回收部30的具體構成，將在后面進行說明。冷凝部40接受在熱回收部30中變成蒸汽的氣相熱媒，并通過該熱媒的潛熱和顯熱對作為加熱對象的上述冷卻水進行加熱。該冷凝部40內的氣相熱媒隨著其與冷卻水之間的熱交換而被冷凝成液相，并經由冷凝水回流部60返回到熱回收部30。對于該冷凝部40的具體構成，將在后面進行說明。一廢熱回收裝置20的配置方式一接下來，對上述廢熱回收裝置20的配置方式進行說明。如圖I和圖2所示，在廢熱回收裝置20中，上述熱回收部30被設置在排氣管4的·中途，從而使得經由該排氣管4流入熱回收部30中的廢氣的熱量在熱回收部30中被熱媒回收。排氣管4通過設置廢熱回收裝置20而以其為界被分割成上游部4a和下游部4b。上述熱回收部30中的各排氣通路32的入口被配置在排氣管4的上游部4a側，另一方面，各排氣通路32的出口被配置在排氣管4的下游部4b偵U。在熱回收部30的排氣入口側與排氣管4的上游部4a之間的連結部分以及熱回收部30的排氣出口側與排氣管4的下游部4b之間的連結部分設置有錐形狀的連接管4c、4d。設置在上游側連結部分上的連接管4c具有從廢氣流動方向的上游側向下游側逐漸增大內徑尺寸的形狀。由此，可使流經排氣管4的上游部4a的廢氣到達廢熱回收裝置20的熱回收部30的排氣入口整個區域。設置在下游側連結部分上的連接管4D具有從廢氣流動方向的上游側向下游側逐漸減小內徑寸法的形狀。由此，可使從廢熱回收裝置20的熱回收部30的排氣出口整個區域中流出的廢氣在減小阻力的同時一起流向排氣管4的下游部4b。另外，上述排氣管4被容納通道部17a內，該通道部17a形成在車身的地板面板(車輛地板)17中，并沿車身前后方向延伸。因此，如圖3所示，配置在上述連接管4c、4d之間的熱回收部30、配置在該熱回收部30的上側的冷凝部40也分別被容納在通道部17a內(地板面板17的下側空間)。通過這樣的廢熱回收裝置20的設置狀態，車輛行駛時流入地板面板17的通道部17a內的行駛風沿著熱回收部30的下表面和側面流動(在圖3中，在該行駛風的流量較多的區域畫上了虛斜線)。即，行駛風幾乎不流向上述冷凝部40的側面和上表面，因此從冷凝部40幾乎不會因為該行駛風而發生熱量損失。如圖3所示，行駛風的流量較少的區域是通道部17a內空間中的略上一半的區域。因此，冷凝部40優選被配置成其下端的位置高于通道部17a內空間的上下方向上的中央位置。一熱回收部30的構成一接下來，對上述熱回收部30的構成進行詳細說明。如圖4所示，在熱回收部30中形成有上述排氣通路32和熱媒通路33的核心31被構成為在橫向(車寬度方向)上層疊并連結了適當數量的管道34、34、…的層疊構造體。通過使用焊接或銅焊等對層疊部分進行接合，來進行各管道34、34、…彼此之間的連結。管道34在本實施方式中為大致長方體形狀，并且形成于其內部的空間構成了上述排氣通路32。在管道34的兩側壁的中間區域(廢氣的流動方向上的中間區域)設置有貫穿上下方向的整個區域而延伸的凹部34a、34a。當將各管道34層疊連結時，廢氣的流動方向上的兩端部分被接合在一起，廢氣的流動方向上的兩端部分是沒有設置上述凹部34a、34a的部分。由此，在相互面對的凹部34a、34a彼此之間形成沿上下方向延伸的空間。該空間構成了上述熱媒流動的熱媒通路33。另外，在作為各管道34的內部空間的排氣通路32中設置有作為接受廢氣熱量的受熱體的散熱片34b。該散熱片34b例如是一般公知的波紋式散熱片。如此，排氣通路32與熱媒通路33以交替相鄰地被配置多個。在此，排氣通路32形成為沿著廢氣流動方向的橫向孔，熱媒通路33形成為沿著與廢氣流動方向垂直的上下 方向的縱向孔。在如此構成的核心31的上部安裝有上側殼體35 (參照圖5)。由該上側殼體35形成了送出用的合流空間35a，送出用的合流空間35a用于將在上述熱媒通路33內蒸發的氣相熱媒收集后向冷凝部40送出。該上側殼體35以覆蓋所有熱媒通路33、33、…的上部開ロ的方式設置在核心31的上部。由此，在核心31的所有熱媒通路33、33、…內蒸發的氣相熱媒被收集在上述合流空間35a中。其結果是，被收集在該合流空間35a中的氣相熱媒通過蒸汽供應管50被供應給冷凝部40。另外，在核心31的下部和側部安裝有下側殼體36。由該下側殼體36形成了回收空間36a，回收空間36a用于回收在上述冷凝部40中冷凝的水。該下側殼體36以覆蓋所有熱媒通路33、33、…的下部開ロ的方式設置在核心31的下部。由此，在上述回收空間36a中，從冷凝部40接收的液相熱媒分散流入到核心31的所有熱媒通路33、33、…中。一蒸汽供應管50—蒸汽供應管50具有沿鉛垂方向延伸的軸線，并連接熱回收部30的上部(上壁)和冷凝部40的下部(下壁)，從而使這些熱回收部30的內部空間(熱媒通路33、33、…以及合流空間35a)與冷凝部40的內部空間相連通。更具體來說，連接了熱回收部30的上表面的中央部與冷凝部40的下表面的中央部。另外，該蒸汽供應管50的上端貫穿冷凝部40的下壁而延伸到冷凝部40的內部空間。在該蒸汽供應管50的上端設置有向冷凝部40的內部空間排放蒸汽的開ロ。該蒸汽供應管50的上端位置(開ロ的位置)在該冷凝部40的內部空間中被設置在較低的位置。即，當在熱回收部30中蒸發的熱媒經由蒸汽供應管50向冷凝部40的內部空間供應吋，該熱媒(蒸汽)在該冷凝部40的內部空間的較低的位置上向水平方向擴散。換言之，通過由蒸汽供應管50對熱媒的向上的導引在冷凝部40的內部空間的較低位置處被解除，使得該熱媒(蒸汽)向水平方向擴散(參照圖5的箭頭A)。由此構成為難以引起從蒸汽供應管50導入冷凝部40的內部空間中的熱媒的大部分被直接吹向冷凝部40的上表面的狀態。具體來說，該蒸汽供應管50的上端位置被設定在與后述的LLC管42的外表面的下端的高度位置相同的高度位置處，或者被設定在比該LLC管42的外表面的下端的高度位置更低的位置處。
一冷凝部40的構成一接下來，對上述冷凝部40的構成進行詳細說明。冷凝部40包括大致長方體形狀的中空的殼體41、以及配置在該殼體41內的LLC管(加熱對象流路配管)42。上述殼體41呈扁平形狀，其平面視圖形狀與上述熱回收部30的平面視圖形狀大致一致，而其高度尺寸為熱回收部30的高度尺寸的約1/4左右。另外，該殼體41的內部空間被構成為熱媒擴散空間，由上述蒸汽供應管50供應的熱媒(蒸汽)被導入到熱媒擴散空間中并在其中向水平方向擴散。并且，配置在該殼體41內的LLC管42的形狀以包圍上述蒸汽供應管50的開口位置(冷凝部40的底面的中央位置)的方式彎曲。
具體來說，如圖6 (沿圖3的VI-VI線的剖面圖)所示，LLC管42的上游端和下游端貫穿殼體41的各側壁中的車身前方側的側壁41a。由導入管部分(第一配管部分)42a、彎曲部分(彎曲配管部分)42b、以及導出管部分(第二配管部分)42c連續地形成了該LLC管42。上述導入管部分42a是與形成上述加熱器流路13的上游側流路13a的上游側配管13A連續且貫穿殼體41的車身前方側的側壁41a的直管部分。導出管部分42c是與形成上述加熱器流路13的下游側流路13b的下游側配管13B連續且貫穿殼體41的車身前方側的側壁41a的直管部分。并且，彎曲管部分42b是在冷凝部40的殼體41內部連結上述導入管部分42a的下游端和導出管部分42c的上游端的被彎曲(彎折)的配管部分。另夕卜，上述導入管部分42a、彎曲管部分42b以及導出管部分42c各自的軸線上的高度位置被設定在殼體41內的上下方向上的大致中央位置。即，這些管部分42a、42b、42c被配置在同一假想水平面上。通過如此構成，當冷卻水從加熱器流路13的上游側流路13a流入LLC管42內時，該冷卻水按照導入管部分42a、彎曲管部分42b、導出管部分42c的順序依次流過并向加熱器流路13的下游側流路13b流出。在冷卻水如此在LLC管42內流動的期間，該冷卻水通過與被導入到冷凝部40的殼體41內的熱媒(蒸汽)的熱交換而被加熱。通過如此構成，如圖6所示，在冷凝部40的內部，導入管部分42a、導出管部分42c、彎曲管部分42b相對于蒸汽供應管50的下游端分別位于三個方向(圖6中的左右方向以及上側方向；即車輛的右側方向、左側方向、以及后側方向)。即，LLC管42被配置為包圍蒸汽供應管50的下游端的周圍。從而，蒸汽供應管50的開口位置被設定在向由導入管部分41a、彎曲管部分41b以及導出管部分42c包圍的空間供應蒸汽的位置處。由此，從蒸汽供應管50的下游端流入殼體41內的熱媒直接朝向導入管部分42a、導出管部分42c以及彎曲管部分42b的每一個(在到達殼體41的內壁面(側面)之前)流動。一冷凝水回流部60—如圖5所示，冷凝水回流部60具有在將冷凝部40的側壁和熱回收部30的側壁(下側殼體36)連接起來的回流配管61的中途設置有開閉閥62的構成。當進行廢熱回收動作時，該開閉閥62打開，使得從冷凝部40向熱回收部30的熱媒的回收變得可能，從而使得熱媒在上述的熱回收部30、蒸汽供應管50、冷凝部40、冷凝水回流部60中循環。另一方面，例如在冷卻水溫度達到預定溫度從而不需要進行廢熱回收動作時，開閉閥62關閉，禁止從冷凝部40向熱回收部30的熱媒的回收，由此使上述的熱媒循環停止。該開閉閥62既可以由電磁開閉閥構成，也可以由隨著溫度變化而進行開閉動作的自動調溫器構成。ー廢熱回收裝置20的動作ー接下來，對廢熱回收裝置20的動作進行說明。當發動機I進行冷起動時，上游側催化劑5、下游側催化劑6以及發動機I的冷卻水均處于低溫(外部氣體溫度程度)。在發動機I從該狀態起動后，隨之，從發動機I經由排氣歧管2向排氣管4排出例如300 400°C的廢氣，兩個催化劑5、6通過廢氣被加熱。另夕卜，冷卻水經由旁通路12返回到發動機I而不經過散熱器7，因此預熱運轉被執行。在這樣的預熱運轉期間，流經排氣管4的廢氣流入并經過熱回收部30中的核心31的排氣通路32、32、…。廢氣在經過排氣通路32的過程中，與排氣通路32內的散熱片34b 的外表面接觸并向下游側流動。由此，廢氣的熱量被傳遞到散熱片34b。另ー方面，儲存在熱回收部30的回收空間36a和熱媒通路33、33、…中的液相熱媒在核心31中的所有熱媒通路33、33、…內接受流經上述排氣通路32、32、…的廢氣的熱量，由此被加熱而蒸發。該蒸發了的氣相熱媒在所有熱媒通路33、33、…內上升(參照圖5中由虛線示出的箭頭)后在合流空間35a中合流，并經由蒸汽供應管50被導入到冷凝部40中(參照圖5的箭頭A)。在該冷凝部40中，在LLC管42內流動的冷卻水通過氣相熱媒的潛熱和顯熱被加熱。由此,冷凝部40內的氣相熱媒冷凝成液相，并經由冷凝水回流部60返回到熱回收部30的回收空間36a(參照圖5的箭頭B)。在預熱運轉期間，上述開閉閥62處于打開狀態，返回到熱回收部30的回收空間36a的液相熱媒再次接受流經排氣通路32、32、…的廢氣的熱量而蒸發，并被導入到冷凝部40中。這種熱媒的循環動作在預熱運轉期間反復進行。如此，在由熱回收部30、蒸汽供應管50、冷凝部40、冷凝水回流部60形成的閉環路內，熱媒在相變的同時進行循環，從而廢氣熱量的回收和冷卻水的加熱被反復進行。由此，可使發動機I的預熱運轉盡早結束，能夠改善燃料消耗率。并且，當預熱結束從而不再需要與冷凝部40中的冷卻水進行熱交換時，開閉閥62關閉，禁止從冷凝部40向熱回收部30的熱媒的回收，由此停止上述的熱媒循環。并且，本實施方式的動作的特點在于上述冷凝部40中的熱交換動作。具體來說，如上所述，在冷凝部40的內部，導入管部分42a、導出管部分42c、彎曲管部分42b相對于蒸汽供應管50的下游端(上端)分別位于三個方向(圖6中的左右方向以及上側方向)。另夕卜，蒸汽供應管50的上端位置被設定在冷凝部40的內部空間中的較低位置，并且熱媒(蒸汽)在冷凝部40的內部空間的較低位置處向水平方向擴散。因此，被導入冷凝部40的內部空間中的熱媒的大部分向水平方向擴散，并且在被噴到冷凝部40的內表面(側面)之前被直接吹向導入管部分42a、導出管部分42c、彎曲管部分42b的每ー個。因此，能夠抑制該氣相熱媒的熱量中的從冷凝部40的殼體41的壁面釋放的放熱量，同時使其大部分經由LLC管42作用于冷卻水的加熱。另外，冷卻水在冷凝部40的內部空間中流經LLC管42的內部，因此該冷卻水所接受的熱量中的從冷凝部40的殼體41的壁面釋放的放熱量幾乎為零。其結果是，冷卻水以維持從氣相熱媒接收的熱量的大致全部量的狀態從冷凝部40向加熱器流路13的下游側流路13b流出。如此，由于氣相熱媒和冷卻水向外部的放熱量均被大幅減小，因此能夠天宮廢熱回收效率。另外，在本實施方式中，由于能夠通過改變蒸汽供應管50和LLC管42的配置方式來實現上述效果，因此還能夠降低成本和減輕廢熱回收裝置20的重量。另外，在本實施方式中，通過將冷凝部40配置在熱回收部30的正上方，能夠縮短連接冷凝部40和熱回收部30的蒸汽供應管50的長度尺寸。因此，能夠抑制從該蒸汽供應管50的表面釋放的放熱量，可將熱回收部30中獲得的熱量的大部分供應給冷凝部40，從而能夠提高冷凝部40中的熱交換效率。并且，在本實施方式中，上述的導入管部分42a、導出管部分42c、彎曲管部分42b的每一個在冷凝部40的平面視圖(水平面視圖)中均位于殼體41的側面與蒸汽供應管50的開口位置之間。即，使得LLC管42不位于蒸汽供應管50的開口的上方。因此，即使通過冷凝部40中的熱交換而冷凝的液相熱媒在其自重的作用下從LLC管42中滴下，該液相熱媒也不會經由蒸汽供應管50返回到熱回收部30。即，液相熱媒始終經由冷凝水回流部60·回到熱回收部30。因此，熱媒的循環不會發生逆流，循環動作順利地進行，從而能夠實現·高效的熱回收。另外，如上所述，廢熱回收裝置20被容納在地板面板17的通道部17a內，并且冷凝部40被配置在熱回收部30的上側。因此，當車輛行駛時，流入地板面板17的通道部17a內的行駛風沿著熱回收部30的下表面和側面流動(參照圖3中標記有虛斜線的區域)。即，行駛風幾乎不流向上述冷凝部40的側面和上表面，因此該行駛風幾乎不會因為冷凝部40而損失熱量。以下，進行具體說明。廢熱回收裝置20中遭受行駛風的區域中的熱轉移量通過下式(I)來表示。[式I]
權利要求
1.一種廢熱回收裝置，包括受熱部，所述受熱部用于通過廢氣的熱量加熱流體來使其蒸發；放熱部，所述放熱部用于接收在所述受熱部中蒸發的氣相流體并通過該流體對加熱對象流體進行加熱；流體供應管，所述流體供應管將在所述受熱部中蒸發的氣相流體供應至放熱部的內部空間；以及回流通路，所述回流通路用于使在所述放熱部中冷凝成液相的流體返回到所述受熱部； 所述廢熱回收裝置的特征在于， 在所述放熱部的內部空間內配置有加熱對象流路配管，所述加熱對象流路配管具有第一配管部分，所述第一配管部分構成加熱對象流體流入所述內部空間的流入路徑；以及第二配管部分，所述第二配管部分經由在所述內部空間或者所述內部空間的外側彎曲的彎曲配管部分而與第一配管部分相連，并且所述第二配管部分構成加熱對象流體從所述內部空間流出的流出路徑， 所述流體供應管在所述放熱部的內部空間中的開口位置被設定在向所述第一配管部 分與所述第二配管部分之間的空間供應所述氣相流體的位置。
2.如權利要求I所述的廢熱回收裝置，其中， 所述彎曲配管部分被配置在所述放熱部的內部空間內，并將第一配管部分和第二配管部分連起來， 所述流體供應管的開口位置被設定在向被所述第一配管部分、彎曲配管部分以及第二配管部分包圍的空間供應所述氣相流體的位置。
3.如權利要求I或2所述的廢熱回收裝置，其中， 所述放熱部被配置在受熱部的正上方， 所述流體供應管被構成為連結受熱部的上部和放熱部的下部，以使它們的內部空間相互連通。
4.如權利要求3所述的廢熱回收裝置，其中， 所述廢熱回收裝置回收從安裝在車輛上的內燃機中排出的廢氣的熱量， 所述受熱部和放熱部被容納配置在形成于車輛地板上的通道部的下側空間中。
5.如權利要求3或4所述的廢熱回收裝置，其中， 所述第一配管部分和所述第二配管部分在放熱部的平面視圖中位于放熱部的殼體側面與流體供應管之間。
6.如權利要求3、4或5所述的廢熱回收裝置，其中， 所述流體供應管在所述放熱部的內部空間內的上端高度位置被設定在與所述第一配管部分和所述第二配管部分的下端的高度位置相同高度的位置，或者被設定在比所述第一配管部分和所述第二配管部分的下端的高度位置更低的位置。
7.如權利要求3至6中任一項所述的廢熱回收裝置，其中， 所述第一配管部分、所述第二配管部分以及所述彎曲配管部分相對于所述流體供應管的上端位于所述車輛的右方、左方、以及前方或后方。
8.如權利要求3至7中任一項所述的廢熱回收裝置，其中， 所述第一配管部分、彎曲配管部分以及第二配管部分被配置在相同的假想水平面上。
全文摘要
在通過在廢氣與熱媒之間進行熱交換而對熱媒進行加熱的熱回收部(30)的正上方，配置通過在熱媒和發動機冷卻水之間進行熱交換而對發動機冷卻水進行加熱的冷凝部(40)，并通過蒸汽供應管(50)連接熱回收部(30)的上部和冷凝部(40)的下部。在冷凝部(40)的內部空間內配置發動機冷卻水所流經的LLC管(42)以使其包圍蒸汽供應管(50)的開口部的周圍。
文檔編號F28D15/02GK102803887SQ20118001018
公開日2012年11月28日 申請日期2011年2月15日 優先權日2010年2月18日
發明者坂部元哉, 若月一稔, 幸光秀之, 向原佑輝, 村松憲志郎 申請人:豐田自動車株式會社