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Dokumentenidentifikation DE102006015379A1 16.11.2006
Titel Auspuffwärme-Wiedergewinnungseinrichtung
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Yamanaka, Yasutoshi, Kariya, Aichi, JP;
Hamada, Shinichi, Kariya, Aichi, JP;
Inoue, Seiji, Kariya, Aichi, JP;
Kohara, Kimio, Kariya, Aichi, JP
Vertreter Klingseisen & Partner, 80331 München
DE-Anmeldedatum 03.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006015379
Offenlegungstag 16.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.2006
IPC-Hauptklasse F02G 5/02(2006.01)A, F, I, 20060725, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01N 5/02(2006.01)A, L, I, 20060725, B, H, DE   F01P 11/20(2006.01)A, L, I, 20060725, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Abwärme-Wiedergewinnungssystem mit einer Wärmeleitung (110), die mit einer Wärmeschaltfunktion versehen ist, welche eine zu einem Kondensator (110B) transportierte Wärmemenge in Übereinstimmung mit dem Ausmaß eines Heizens des Verdampfers (110A) begrenzt, bei welchem der Verdampfer (110A) an einer Auspuffleitung (11) zum Tragen von Auspuffgasen des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist und bei welchem der Kondensator (110B) in einem Kühlwasserdurchtritt (30) zum Tragen von Kühlwasser des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist und wobei die Wärmeleitung (110) zum Transport von Abwärme von Auspuffgas zu dem Kühlwasser verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein isolierender Teil (110C), der zwischen dem Verdampfer (110A) und dem Kondensator (110B) ausgebildet ist, mit einem Wandteil (160) versehen ist, um Wärmeübertragung von einem externen Fluid zu vermeiden.

Beschreibung[de]
TECHNISCHER BEREICH

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abwärme-Wiedergewinnungssystem, welches Wärmeleitungen zur Wiedergewinnung von Abwärme von Auspuffgas eines Verbrennungsmotors verwendet und diese zum Heizen von Kühlwasser des Verbrennungsmotors verwendet und wird beispielsweise zweckmäßig für ein Fahrzeug verwendet, welches mit einem Verbrennungsmotor versehen ist.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Als ein herkömmliches Abwärme-Wiedergewinnungssystem ist beispielsweise, wie in der Quelle (Wolf Dietrich Munzel, Daimler-Benz AG, "Heat Pipes for Recovery from Exhaust Gas of a Diesel Engine in a Passenger Car", Proc. of International Heat Pipe Conference in Grenouble, Frankreich, 1987, pp. 740–743), eines bekannt, bei welchem, von dem Verdampfer und dem Kondensor der Wärmepumpe, der Verdampfer in einer Auspuffleitung platziert ist und der Kondensor in Kontakt mit dem Motorkühlwasser gebracht wird. In diesem Abwärme-Wiedergewinnungssystem wird Abwärme des Auspuffgases zu dem Motorkühlwasser durch die Wärmeleitungen transportiert, wodurch das Motorkühlwasser zur Zeit einer niedrigen Temperatur sicher erwärmt wird und die Aufwärmleistung des Motors und die Heizleistung eines Heizers, welcher das Motorkühlwasser als eine Wärmequelle verwendet, verbessert werden.

Hier wird beschrieben, dass durch Begrenzen (Reduzieren) der Menge von Arbeitsmedium, welches in den Wärmeleitungen eingeschlossen ist, selbst falls die Motorgeschwindigkeit ansteigt (die Menge von Auspuffwärme ansteigt), der Verdampfer austrocknen wird und ein Unterdrücken des Wärmetransports möglich wird.

Jedoch ist in diesem Abwärme-Wiedergewinnungssystem keine spezielle Überlegung hinsichtlich der Wärme des isolierenden Teils zu sehen, welcher zwischen dem Verdampfer und dem Kondensor ausgebildet ist. Falls z.B. der isolierende Teil durch Kühlluft oder ein anderes Fluid niedriger Temperatur getroffen wird, wird das an dem Verdampfer verdampfte Arbeitsmedium an diesem isolierenden Teil kondensiert zu liegen kommen bzw. enden und ein Transport der Abwärme des Auspuffgases zu dem Kondensor wird nicht mehr möglich sein.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist unter Berücksichtigung des vorstehenden Problems, ein Abwärme-Wiedergewinnungssystem bereitzustellen, welches Wärmeleitungen verwendet, was die Kondensation von Arbeitsmedium an dem isolierenden Teil verhindert und zuverlässig Wärmetransport von dem Verdampfer zu dem Kondensor ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung wendet die nachfolgenden technischen Mittel an, um die vorstehende Aufgabe zu erzielen.

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abwärme-Wiedergewinnungssystem vorgesehen mit einer Wärmeleitung (110), die mit einer Wärmeschaltfunktion versehen ist, die eine zu einem Kondensor (110B) transportierte Wärmemenge in Übereinstimmung mit der Vergrößerung des Ausmaßes von Heizen des Verdampfers (110A) begrenzt, bei welchem der Verdampfer (110A) an einer Auspuffleitung (11) zum Tragen von Auspuffgas des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, und bei welchem der Kondensor (110B) in einem Kühlwasserdurchtritt (30) zum Tragen von Kühlwasser des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist und welches die Wärmeleitung (10) zum Transport von Abwärme von Auspuffgas an Kühlwasser verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass ein isolierender Teil (110C), der zwischen dem Verdampfer (110A) und dem Kondensor (110B) ausgebildet ist, mit einem Wandteil (160) versehen ist, um Wärmeübertragung von einem externen Fluid zu vermeiden.

Infolge hiervon kann, selbst wenn das externe Fluid eine Temperatur aufweist, die niedriger als die Kühlwassertemperatur ist, das Arbeitsmedium in der Wärmeleitung (110), das bei dem Verdampfer (110A) verdampft wurde, am Kondensieren an dem isolierenden Teil (110C) gehindert werden, so dass zuverlässiger Wärmetransport von dem Verdampfer (110A) zu dem Kondensor (110B) möglich wird.

In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Wandteil (160) an der stromaufwärtigen Seite der Strömung des externen Fluids des isolierenden Teils (110C) vorgesehen.

Infolge hiervon wird die Strömung des externen Fluids durch den Wandteil (160) blockiert und wird daran gehindert, auf den isolierenden Teil (110C) aufzutreffen, so dass durch Wählen des minimalen Ausmaßes des Wandteiles (160) das Arbeitsmedium daran gehindert werden kann, an dem isolierenden Teil (110C) kondensiert zu werden.

In einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind Wandteile (160) mit dem Verdampfer (110A) und dem Kondensor (110B) verbunden und sind durch ein vorbestimmten Ausmaß eines Freiraums (161) getrennt, welcher zwischen dem Verdampfer (110A) und dem Kondensor (110B) ausgebildet ist, und die getrennten Wandteile (160) werden durch einen elastischen Teil (162) mit Elastizität verbunden.

Infolge hiervon kann die Wärmespannung an den Wandteilen (160), welche durch Temperaturdifferenz zwischen dem Verdampfer (110A) und dem Kondensor (110B) bewirkt wird, durch das Spiel (161) und den elastischen Teil (162) absorbiert werden. Ferner wird, während die Wandteile (160) getrennt sind, da diese durch den elastischen Teil (162) verbunden sind, die Zusammenbaueffizienz nicht sinken.

Ferner wird, wenn die zu dem Kondensor (110B) transportierte Wärmemenge infolge der Wärmeschaltfunktion ansteigt, die Wärmeleitung von dem Verdampfer (110A) durch den Freiraum (161) blockiert, so dass die Beschränkung des Wärmetransports nicht beeinträchtigt wird.

In einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind eine Mehrzahl von Wärmeleitungen (110) vorgesehen, und erste Endseiten der Mehrzahl von Wärmeleitungen (110) sind mit einem Verbinder (140) versehen, welcher die Mehrzahl von Wärmeleitungen (110) miteinander verbindet.

Infolge hiervon wird es durch Vorsehen nur eines Ortes des Verbinders (140) mit einer Dichtung (141) möglich, das Innere auf ein Vakuum zu evakuieren und ein Arbeitsmedium abgedichtet einzuschließen.

In einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Verdampfer (110A) unter dem Kondensor (110B) angeordnet, und der Verbinder (140) ist an der Endseite des Verdampfers (110A) vorgesehen und an der Außenoberfläche oder dem Inneren der Auspuffleitung (11) angeordnet.

Infolge hiervon wird das Arbeitsmedium in dem Verbinder (140) auch sicher durch das Auspuffgas erwärmt, so dass Austrocknen zur Aktivierung der Wärmeschaltfunktion (Beendigung von Abwärmewiedergewinnung) früher durchgeführt werden kann.

In einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die innere Wand von jeder Wärmeleitung (110) mit einem Docht versehen, der sich von dem Verdampfer (110A) zu dem Kondensor (110B) erstreckt, und der Verdampfer (110A) ist oberhalb des Kondensors (110B) angeordnet.

Infolge hiervon wird selbst dann, falls der Verdampfer (110A) oberhalb des Kondensors (110B) in Übereinstimmung mit den gewählten Positionen der Auspuffleitung (11) und der Kühlwasserleitung (30) angeordnet ist, Wärmetransport zwischen den zwei (110A, 110B) möglich.

In einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ein ein Auspuffleitungsteil (130A) bildender Teil der Auspuffleitung (11) und ein ein Kühlwasserdurchtrittsteil (150A) bildender Teil des Kühlwasserdurchtritts (30) vorgesehen, ist der Auspuffleitungsteil (130A) mit dem Verdampfer (110A) verbunden, und ist der Kühlwasserdurchtrittsteil (150A) mit dem Kondensor (110B) verbunden.

Infolge hiervon ist es möglich, ein Abwärme-Wiedergewinnungssystem (100) bereitzustellen, welches es möglicht die Auspuffleitung (11) und den Kühlwasserdurchtritt (30) einfach als einen einzelnen Wärmetauscher zu vereinigen.

Ferner zeigen die Bezugsziffern in Klammern der Mittel die Entsprechung mit den spezifischen Mitteln, welche in den später erläuterten Ausführungsformen beschrieben sind.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung einfacher aus den angefügten Zeichnungen und der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verstanden werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Ansicht des Zustands des Abwärme-Wiedergewinnungssystems, welches in einem Fahrzeug angebracht ist.

2A ist eine Vorderansicht eines Abwärme-Wiedergewinnungssystems in einer ersten Ausführungsform, und 2B ist eine rechtsseitige Ansicht derselben.

3 ist ein Graph, welcher die auf das Motorkühlwasser in Übereinstimmung mit einem Abwärme-Wiedergewinnungssystem übertragene Wärmemenge zeigt.

4A ist eine Vorderansicht eines Abwärme-Wiedergewinnungssystems in einer zweiten Ausführungsform, und 4B ist eine rechtsseitige Ansicht derselben.

5A ist eine Vorderansicht eines Abwärme-Wiedergewinnungssystems in einer dritten Ausführungsform, und 5B ist eine rechtsseitige Ansicht derselben.

6A ist eine Vorderansicht eines Abwärme-Wiedergewinnungssystems in einer ersten Art einer vierten Ausführungsform, und 6B ist eine rechtsseitige Ansicht derselben.

7A ist eine Vorderansicht eines Abwärme-Wiedergewinnungssystems in einer zweiten Art einer vierten Ausführungsform, und 7B ist eine rechtsseitige Ansicht derselben.

8A ist eine Vorderansicht eines Abwärme-Wiedergewinnungssystems in einer dritten Art einer vierten Ausführungsform, und 8B ist eine rechtsseitige Ansicht derselben.

BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 bis 3 gezeigt. Zunächst wird eine spezifische Ausgestaltung erläutert. Ein Abwärme-Wiedergewinnungssystem 100 der vorliegenden Ausführungsform wird auf ein Fahrzeug (Automobil) mit einem Motor 10 als seine Antriebsquelle zum Fahren angewandt. In diesem Zusammenhang ist 1 eine schematische Ansicht, welche den Zustand des Abwärme-Wiedergewinnungssystems 100 zeigt, das in einem Fahrzeug angebracht ist, 2A eine Vorderansicht, welche das Abwärme-Wiedergewinnungssystem 100 zeigt, 2B eine rechtsseitige Ansicht von 2A und 3 ein Graph der die auf das Motorkühlwasser durch das Abwärme-Wiedergewinnungssystem 100 übertragene Wärmemenge zeigt.

Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Fahrzeugmotor 10 ein wassergekühlter Verbrennungsmotor, welcher eine Auspuffleitung 11 aufweist, aus welcher Auspuffgas ausgestoßen wird, nachdem Kraftstoff verbrannt wurde. Die Auspuffleitung 11 ist mit einem katalytischen Umwandler 12 zum Reinigen des Auspuffgases versehen.

Ferner weist der Motor 10 einen Radiatorkreislauf 20 auf, durch welchen der Motor 10 durch Zirkulation von Motorkühlwasser (nachfolgend "Kühlwasser") gekühlt wird und einen Heizerkreislauf 30 zum Heizen von Klimatisierungsluft unter Verwendung des Kühlwassers (Warmwassers) als eine Wärmequelle.

Der Radiatorkreislauf 20 ist mit einem Radiator 21 versehen. Der Radiator 21 wird durch Wärmeaustausch des Kühlwassers, welches durch eine Wasserpumpe 22 zirkuliert, mit der Außenluft gekühlt. Ferner ist der Radiatorkreislauf 20 innen mit einem Bypassdurchtritt (nicht gezeigt) versehen, durch welchen Kühlwasser unter Umgehung des Radiators 21 zirkuliert und ist derart konstruiert, dass ein Thermostat (nicht gezeigt) die Menge von Kühlwasser einstellt, welche durch den Radiator 21 zirkuliert wird, und die Menge von Kühlwasser, welche durch den Bypass durchtritt, zirkuliert wird. Insbesondere wird während des Warmlaufens des Motors die Menge von Kühlwasser an der Bypassdurchtrittseite erhöht und das Aufwärmen unterstützt (d.h., ein Unterkühlen des Kühlwassers durch den Radiator 21 wird verhindert).

Der Heizerkreislauf (entsprechend dem Kühlwasserdurchtritt in der vorliegenden Erfindung) 30 ist mit einem Heizerkern 31 als ein Wärmetauscher zur Verwendung beim Heizen versehen und ist derart konstruiert, dass Kühlwasser (Warmwasser) durch die Wasserpumpe 22 zirkuliert wird. Der Heizerkern 31 ist in einem Klimatisierungsgehäuse einer nicht gezeigten Klimatisierungseinheit platziert. Die klimatisierte Luft, die in Übereinstimmung mit dem Gebläse geschickt wird, wird durch Wärmeaustausch mit Warmwasser erhitzt.

Das Abwärme-Wiedergewinnungssystem 100 weist eine Mehrzahl von Rohren 110 auf. Eine Endseite von jedem Rohr 110 ist innerhalb des Auspuffleitungsteils 130A angeordnet, während die andere Endseite innerhalb des Kühlwasserdurchtrittsteils 150A (Wassertank 150) angeordnet ist. Die Bestandselemente (nachfolgend erläutert) sind aus rostfreiem Stahlmaterial hergestellt, welche mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit versehen sind. Nachdem die Bestandselemente zusammengesetzt sind, werden diese miteinander durch Lötmaterial verlötet, welches an den anliegenden Teilen und den eingreifenden Teilen vorgesehen ist. Ferner ist der Auspuffleitungsteil 130A zwischen die Auspuffleitung 11 an dem Teil zwischengelegt, welcher die stromabwärtige Seite des katalytischen Umwandler 12 bildet. Kühlwasser in dem Heizerkreislauf 30 wird in den Kühlwasserdurchtrittsteil 150A zirkuliert.

Nachfolgend werden 2A und 2B verwendet, um Details des Abwärme-Wiedergewinnungssystems 100 zu erläutern. Die Rohre 110 werden, wie später erläutert, auf ein Vakuum evakuiert, dann wird ein Arbeitsmedium in diesem in vorbestimmten Mengen eingeschlossen, so dass die Rohre als Wärmeleitungen arbeiten. Diese werden in einer Stellung verwendet, in welcher deren longitudinale Richtungen in der Vertikalrichtung sind. Die untere Seite bildet der Verdampfer 110A, die obere Seite bildet der Kondensor 110B und der Abschnitt zwischen den zwei 110A und 110B bildet der isolierende Teil 110C (Unterhitzetyp). Ferner sind die Innenwände der Rohre 110 entsprechend dem Kondensor 110B mit Dochten (poröse Substanzen) versehen, die Metallnetz, Metallfilz, gesintertes Metall etc. (nicht gezeigt) umfassen.

Hier sind die Rohre 110 in flache Formen durch Komprimieren von zwei Rohrplatten 111, 112 ausgebildet, die aufeinander weisen. Eine Mehrzahl von (hier vier) diesen sind entlang der Links-Rechts-Richtung in 2A gestapelt. Diese Rohre 110 sind an deren oberen Enden blockiert bzw. verschlossen und an deren unteren Enden geöffnet. Ferner sind die Rohre 110 derart angeordnet, dass eine Mehrzahl von Säulen (z.B. drei Säulen) in der Links-Rechts-Richtung in 2B sind (nicht gezeigt).

In dem Verdampfer 110A (Bereich von den unteren Enden der Rohre 110 zu den oberen Seiten zu einer Position über dem Zentrum) sind die Teilabschnitte zwischen den gestapelten Rohren 110 und den Außenseiten der äußersten Rohre 110 mit Lamellen 120 gewellter Art versehen, die in Klemmenquerschnittsform aus einem dünnen Plattenmaterial ausgebildet sind.

Die unteren Enden (Öffnungen) der Rohre 110 sind in quadratischen Außenformen ausgebildet und sind an einer ersten Platte 131 angefügt, die mit Rohröffnungen an Positionen entsprechend der Rohre 110 ausgebildet ist. Ferner verlaufen die Rohre 110 durch Rohröffnungen einer zweiten Platte 132 ähnlich zu der ersten Platte 131, während die zweite Platte 132 an einer Position angeordnet ist, welche die oberen Enden der Lamellen 120 bilden, und ist mit den Rohren 110 verbunden. Ferner ist, wie die zweite Platte 132, eine dritte Platte 133 an einer Grenzposition zwischen dem Kondensor 110B und dem isolierenden Teil 110C angeordnet und an den Rohren 110 angefügt.

Die zwei äußersten Lamellen 120 in der Stapelungsrichtung der Rohre 110 (Lamellen 120 an linken und rechten Seiten in 2A) sind mit Seitenplatten 134 versehen, welche quadratische Außenformen bilden. Die Seitenplatten 134 sind an die Lamellen 120 angefügt. Die unteren Enden und die oberen Enden der Seitenplatten 134 sind an die erste Platte 131 und die zweite Platte 132 angefügt.

Die erste Platte 131, die zweite Platte 132 und zwei Seitenplatten 134 bilden einen Kanal mit einem quadratischen Durchtrittsquerschnitt. Dieser Kanal bildet den Abgasleitungsteil 130A. Daher sind der Verdampfer 110A und Lamellen 120 innerhalb des Auspuffleitungsteils 130A angeordnet. Ferner weisen die zwei Öffnungen des Auspuffleitungsteils 130A eine einlassseitige Anbringungsvorrichtung 135 und eine auslassseitige Anbringungsvorrichtung 136 auf, die mit diesen verbunden sind. Die zwei Anbringungsvorrichtungen 135, 136 bilden dieselben Formen aus. Die Anbringungsvorrichtung 135 ist ein quadratischer Rahmen mit einer Öffnung 135a. Die vier Ecken sind mit Anbringungsöffnungen 135b zum Anbringen der Auspuffleitung 11 versehen.

Die Bodenoberfläche der ersten Platte 131 (Bodenoberfläche des Auspuffleitungsteils 130A) ist an einen Flachbodentank (entsprechend dem Verbinder der vorliegenden Erfindung) 140 angefügt, der an der Seite der ersten Platte 131 offen ist. Die Rohre 110 sind durch diesen Tank 140 miteinander verbunden. Bei dem Zentrum des Tanks 140 ist eine dichtende Leitung 141 vorgesehen, die mit dem Inneren des Tanks 140 verbunden ist.

Ferner werden die Rohre 110 auf ein Vakuum aus der Dichtenden Leitung 141 evakuiert, dann wird ein Arbeitsmedium in diesem abgedichtet bzw. eingeschlossen, dann wird die dichtende Leitung 141 abgedichtet. Das Arbeitsmedium, welches hier verwendet wird, ist Wasser. Wasser hat einen Siedepunkt von gewöhnlich (bei 1 Atmosphäre) 100°C, aber da die Rohre 110 evakuiert sind, wird der Siedepunkt 30 bis 40°C. Ferner kann das Arbeitsmedium auch, zusätzlich zu Wasser, Alkohol, ein Fluorkohlenwasserstoff, ein Fluorchlorkohlenwasserstoff etc. sein.

Die obere Oberfläche der dritten Platte 133 ist mit einem Wassertank 150 einer flachen Kastenform verbunden, die sich zu der Seite der dritten Platte 133 hin öffnet. Der Wassertank 150 ist an der linken Seitenfläche in 2A mit einer Einlassleitung 151 versehen, und ferner an der gegenüberliegenden rechtsseitigen Fläche mit einer Auslassseite 152 versehen. Die Leitungen 151, 152 sind mit dem Inneren des Wassertanks 150 verbunden. Die dritte Platte 133, der Wassertank 150 und zwei Leitungen 151, 152 bilden den Kühlwasser-Durchtrittsteil 150A. Der Kondensor 110B ist innerhalb des Kühlwasserdurchtritts 150A angeordnet.

Außerhalb des Isolierteils 110C sind Isolierwandteile 160 vorgesehen, um das Kühlwasser, welches durch den Bereich in dem Fahrzeug strömt, wo das Abwärme-Wiedergewinnungssystem 100 angeordnet ist (entsprechend dem externen Fluid in der vorliegenden Erfindung) daran zu hindern, auf den isolierenden Teil 110 aufzutreffen. Hier strömt die Kühlluft von der linken zur rechten Richtung in 2A. Die isolierenden Wandteile 160 sind an den linken und rechten Seiten in 2A vorgesehen. Die isolierenden Wandteile 160 sind plattenförmige Elemente, deren untere Enden an der zweiten Platte 132 (Verdampfer 110A) angefügt sind, und deren obere Enden an der dritten Platte (Kondensor 110B) 133 angefügt sind. Ferner sind die isolierenden Wandteile 160 durch Ausbilden einer vorbestimmten Größe einer Ausnehmung (entsprechend dem Freiraum in der vorliegenden Erfindung) 161 zwischen dem Verdampfer 110A und dem Kondensor 110B getrennt. Die getrennten Wandteile 160 sind durch einen gekrümmten Teil (entsprechend einem elastischen Teil in der vorliegenden Erfindung) 162 verbunden, der gekrümmt ausgebildet ist und eine Elastizität wie eine Blattfeder aufweist.

In dem so ausgestalteten Abwärme-Wiedergewinnungssystem 100 ist der Auspuffleitungsteil 130A in der Auspuffleitung 11 bei dem Teil zwischengelegt, der die stromabwärtige Seite des katalytischen Umwandlers 12 bildet und ist dort durch die zwei Anbringungsvorrichtungen 135, 136 befestigt. Ferner sind die Einlassleitung 151 und die Auslassleitung 152 des Kühlwasserdurchtrittsteils 150A an dem Heizerkreislauf 30 angeschlossen. Der Auspuffleitungsteil 130A bildet einen Teil der Auspuffleitung 11, während der Kühlwasserdurchtrittsteil 150A einen Teil des Heizerkreislaufs 30 bildet.

Als nächstes wird der Betrieb auf der Grundlage der vorstehenden Ausgestaltung erläutert. Wenn der Motor 10 in Betrieb ist, wird die Wasserpumpe 22 betrieben und Kühlwasser zirkuliert durch den Radiatorkreislauf 20 und den Heizerkreislauf 30. Das Kühlwasser, welches durch den Heizerkreislauf 30 zirkuliert, strömt durch den Kühlwasserdurchtrittsteil 150A des Abwärme-Wiedergewinnungssystems 100. Ferner tritt das Auspuffgas des in dem Motor 10 verbrannten Kraftstoffs durch den katalytischen Umwandler 12 und aus der Auspuffleitung 11 durch den Auspuffleitungsteil 130A des Abwärme-Wiedergewinnungssystems 100, um in die Luft abgegeben zu werden.

In dem Abwärme-Wiedergewinnungssystem 100 empfängt das Wasser (Arbeitsmedium) in den Rohren 110 Wärme von dem Auspuffgas, welches durch den Auspuffleitungsteil 130A strömt, bei dem Tank 140 und dem Verdampfer 110A und siedet und verdampft, um Dampf auszubilden, welcher innerhalb der Rohre 110 ansteigt und in den Kondensor 110B strömt. Der in den Kondensor 110B strömende Dampf wird durch Kühlwasser gekühlt, welches durch den Kühlwasserdurchtrittsteil 150A strömt und wird bei den an deren Innenwänden vorgesehenen Dochten zu kondensiertem Wasser. Dieses läuft infolge von Gravitation nach unten und kehrt zu dem Verdampfer 110A zurück.

Auf diese Weise wird die Wärme des Auspuffgases auf das Wasser übertragen und von dem Verdampfer 110A zu dem Kondensor 110B transportiert. Wenn der Dampf bei diesem Kondensor 110B kondensiert, wird die Wärme als die latente Wärme der Kondensation abgegeben, wodurch das durch den Kühlwasserdurchtrittsteil strömende Kühlwasser erwärmt wird. Ferner gibt es auch einen Teil der Wärme des Auspuffgases, welcher über die Wände der Rohre 110 durch Wärmeleitung von dem Verdampfer 110A zu dem Kondensor 110B bewegt wird.

Ferner erhöht sich, wie in 3 gezeigt ist, zusammen mit der Menge von Auspuffwärme, welche in Übereinstimmung mit der Last des Motors 10 ansteigt, die Menge von aus dem Verdampfer 110A zu dem Kondensor 110B transportierter Wärme, d.h. die Menge von Wärmeübertragung auf das Kühlwasser erhöht sich bis zu einer vorbestimmten Last (Wärmeübertragungsmengen-Umschaltpunkt) (Abwärmewiedergewinnung durch Wärmeleitungen AN).

Auf diese Weise wird, wenn der Motor 10 gestartet wird, wenn die Außenlufttemperatur relativ niedrig ist, die Abwärmewiedergewinnung durch die Wärmerohrleitungen EIN geschaltet, das Kühlwasser wird sicher erhitzt und das Aufwärmen des Motors 10 wird unterstützt, so dass der Reibungsverlust des Motors 10 reduziert wird, die Kraftstofferhöhung zur Verbesserung der Niedrigtemperatur-Startfähigkeit unterdrückt, und die Kraftstoffökonomieleistung wird verbessert. Ferner wird die Heizleistung des Heizkerns 31, der das Kühlwasser als eine Wärmequelle verwendet, verbessert.

Wenn die Last des Motors 10 andererseits auf eine vorbestimmte Last erhöht ist und die Menge von Auspuffwärme weiterhin ansteigt, wird Verdampfung des Wassers in den Verdampfer 110A unterstützt und die Strömungsrate des Dampfs zu der Seite des Kondensors 110B (nach oben) steigt an. Ferner wird infolge der Strömungsrate des Dampfs zu dieser Zeit das bei dem Kondensor 110B kondensierte Wasser gehemmt, herunterzulaufen und das kondensierte Wasser verbleibt durch die Dochte gehalten. In diesem Fall verdampft das Wasser des Verdampfers 110A vollständig (trocknet aus), wird der Wärmetransport durch das Verdampfen und die Kondensation des Wasser gestoppt, und die auf die Kühlwasserseite übertragene Wärmemenge wird nur die Wärmeleitung durch die Rohre 110 (Abwärmewiedergewinnung durch Wärmerohrleitungen AUS). Ferner entspricht das EIN- und AUS-Schalten der Abwärmewiedergewinnung durch die Wärmerohrleitungen der Wärmeschaltfunktion.

Daher steigt, falls die Abwärmewiedergewinnung fortgesetzt wird, während die Menge von Auspuffwärme zusammen mit dem Ansteigen der Last des Motors 10 ansteigt, die Kühlwassertemperatur zu weit, die Wärmeabstrahlfähigkeit des Radiators 21 (z.B. 4 kW) wird überschritten, es kommt zum Überheizen bzw. Überheizen. Durch Schalten auf Abwärmewiedergewinnung AUS zu dieser Zeit wird diese Unannehmlichkeit verhindert.

Ferner bestätigten die Erfinder dies in reellen Wagen, währenddessen sie eine 3- bis 5%ige Wirkung für die Kraftstoffökonomieleistung in einem Benzinfahrzeug der 1,5-I-Klasse, 40 km/h und einer Außentemperatur von 0 bis 25°C erhielten und, ferner eine Wirkung von 5 bis 8°C für die Einlasswassertemperatur des Heizerkerns 31.

Hier ist in dieser Ausführungsform der isolierende Teil 110C der Rohre 110 mit isolierenden Wandteilen 160 versehen, so dass selbst dann, wenn beispielsweise die Temperatur der Kühlluft, welche auf den isolierenden Teil 110C trifft, niedriger als die Kühlwassertemperatur ist, wie in einem kalten Bereich, die Kühlluft daran gehindert ist, auf den isolierenden Teil 110C zu treffen, so dass der durch den Verdampfer 110A verdampfte Dampf daran gehindert werden kann, an dem isolierenden Teil 110C zu kondensieren und es wird zuverlässiger Wärmetransport von dem Verdampfer 110A zu dem Kondensor 110B möglich.

Ferner sind die isolierenden Wandteile 160 durch die Aussparung 161 getrennt, und die getrennten Wandteile 160 sind durch einen gekrümmten Teil 162 mit Elastizität verbunden, so dass Wärmespannung, welche an den isolierenden Wandteilen 160 infolge der Temperaturdifferenz zwischen dem Verdampfer 110A und dem Kondensor 110B durch die Ausnehmung 161 und den gekrümmten Teil 162 absorbiert werden kann. Ferner wird, während die isolierenden Wandteile 160 getrennt sind, da diese durch den gekrümmten Teil 162 verbunden sind, die Zusammenbaueffizienz nicht sinken. Ferner wird, wenn die zu dem Kondensor 110B transportierte Wärmemenge infolge der Wärmeschaltfunktion ansteigt, die Wärmeleitung von dem Verdampfer 110A durch die Ausnehmung 161 blockiert, so dass die Beschränkung des Wärmetransports nicht beeinträchtigt wird.

Da ferner ein Tank 140, der eine Mehrzahl von Rohren 110 verbindet, vorgesehen ist, wird es durch Vorsehen von nur einem Ort des Verbinders 140 mit einer dichtenden Leitung 141 möglich, das Innere auf ein Vakuum zu evakuieren und ein Arbeitsmedium abzudichten bzw. einzuschließen.

Da ferner der Verdampfer 110A unter dem Kondensor 110B angeordnet ist und der Tank 140 an der Endseite des Verdampfers 110A vorgesehen und so angeordnet ist, dass dieser den Auspuffleitungsteil 130A (erste Platte 131) berührt, wird auch das Arbeitsmedium in dem Tank 140 sicher durch das Auspuffgas erhitzt und das Austrocknen zum Aktivieren der Wärmeschaltfunktion (AUS-Schalten von Abwärmewiedergewinnung) wird früh durchgeführt.

Ferner ist, da der den Auspuffleitungsteil 130A bildende Teil der Auspuffleitung 11 und der den Kühlwasserdurchtrittsteil 150A bildende Teil des Heizerkreislaufs 130 integral mit dem Verdampfer 110A und dem Kondensor 110B verbunden sind, um das Abwärme-Wiedergewinnungssystem 100 zu bilden, ist es möglich, die Auspuffleitung 11 und den Heizerkreislauf 30 als einen einzelnen Wärmetauscher anzufügen.

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 4A und 4B gezeigt. Die zweite Ausführungsform umfasst die erste Ausführungsform, in welcher die Rohre 110 und Lamellen 120 in die Rohre 110a und Lamellen 120a geändert sind.

Die Rohre 110a sind von flacher Art, welche zwei Rohrplatten 111, 112 umfassen, die dahingehend kombiniert sind, Rohre runder Art auszubilden. Ferner umfassen die Lamellen 120a die Lamellen 120 gewellter Art, die mit Gratöffnungen versehen sind, als Plattentypen ausgebildet sind, durch welche hidurch die Rohre 110a eingesetzt sind. Ferner sind in dem Kondensor 110B, um die Wärme mit der Kühlwasserseite zu verbessern, wasserseitige Lamellen 120b vom Plattentyp angefügt. Infolge hiervon können ähnliche Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erhalten werden.

Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 5A und 5B gezeigt. Die dritte Ausführungsform umfasst die erste Ausführungsform, bei welcher die Rohre 110, der Wassertank 150 und Isolationswandteile 160 Stapelungsplattentyplamellen 120c zum Ausbilden der Rohre 110b, einen Wassertank 150a und Isolationswandteile 160a weggelassen sind.

Die Lamellen 120c sind mit Mehrzahlen von Löchern mit Gratteilen 121 versehen. Durch Stapeln der Lamellen 120c werden die Gratteile 121 nacheinander verbunden, wodurch Rohre 110b entsprechend runden Rohren ausgebildet werden.

Die Außenumfänge der Lamellen 120c entsprechend dem Kondensor 110B sind mit ansteigenden Kanten 122 versehen. Durch Stapeln der Lamellen 120c werden die ansteigenden Kanten 122 nacheinander verbunden und ein Wassertank 150a, der einem kastenförmigen Gefäß entspricht, wird ausgebildet. Ferner sind die Mehrzahlen von Gratteilen 121 der Lamellen 120c, die dem Kondensor 110B entsprechen, mit Wasseröffnungen versehen, um so Zirkulation von Kühlwasser über den gesamten Wassertank 150a zu ermöglichen.

Ferner sind die Enden der Lamellen 120c, die den Isolierteilen 110C entsprechen, mit gebogenen Teilen 123 versehen. Durch Stapeln der Lamellen 120c werden die gebogenen Teile 123 nacheinander ausgerichtet, wodurch Isolationswandteile 160a, die der Mehrzahl von getrennten plattenförmigen Elementen entsprechen, ausgebildet werden.

Infolge hiervon sind die Rohre 110, der Wassertank 150 und die Isolationswandteile 160 beseitigt und der Preis kann gesenkt werden.

Vierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in 6A bis 8B gezeigt. Die vierten Ausführungsformen umfassen die vorstehenden ersten bis dritten Ausführungsformen, wobei die Verdampfer 110A der Rohre 110, 110a und 110b oberhalb der Kondensoren 110B angeordnet sind, um Oberwärmetypen auszubilden. Die Abwärme-Wiedergewinnungssysteme 100, die in 6A und 6B, 7A und 7B und 8A und 8B erscheinungsweise gezeigt sind, umfassen Abwärme-Wiedergewinnungssysteme 100, die in 2A und 2B, 4A und 4B, und 5A und 5B erläutert sind, die vertikal umgekehrt sind und wobei die Innenwände der Rohre 110, 110a und 110b mit Dochten versehen sind, die sich von den Kondensoren 110B zu den Verdampfern 110A erstrecken.

Infolge hiervon wird selbst dann, falls der Verdampfer 110A oberhalb des Kondensors 110B in Übereinstimmung mit den Positionen der Auspuffleitung 111 und des Heizerkreislaufs 30 angeordnet ist, welche in dem Fahrzeug eingesetzt sind, Wärmetransport zwischen den zwei 110A, 110B möglich.

Abschließend wird eine weitere Ausführungsform erläutert. In den vorstehenden Ausführungsformen wurde die Erläuterung unter Bereitstellung von Isolationswandteilen 160 an zwei Orten an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite der Kühlluftströmung gegeben, aber die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Es ist ebenso möglich, einen Wandteil nur an einem Ort an der stromaufwärtigen Seite der Kühlluftströmung bereitzustellen. Infolge hiervon wird die Strömung der Kühlluft effektiv durch den Isolationswandteil 160 blockiert und kann daran gehindert werden, auf den Isolationsteil 110C aufzutreffen, und ebenso kann durch Wählen des minimalen Ausmaßes eines Isolierwandteiles 160 Kondensation des Arbeitsmediums an dem Isolationsteil 110C verhindert werden. Ferner können umgekehrt Isolationswandteile 160 ebenso an dem gesamten Umfang des Isolationsteils 110C (vier Orte) vorgesehen werden.

Es ist zu bemerken, dass die vorliegende Erfindung im Detail auf der Grundlage von spezifischen Ausführungsformen erläutert wurde, dass aber Fachleute vielfältige Änderungen, Modifikationen etc. ausführen können, ohne von den Ansprüchen und dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]
Abwärme-Wiedergewinnungssystem zum Transport von Abwärme von Auspuffgas an Kühlwasser, umfassend:

eine Wärmeleitung (110) mit einem Verdampfer (110A), der an der Auspuffgasleitung (11) zum Tragen von Auspuffgas des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, einen Kondensor (110B), der in einem Kühlwasserdurchtritt zum Tragen von Kühlwasser des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, und einen Wärmeschalter aufweist, der die zu dem Kondensor (110B) transportierte Wärmemenge in Übereinstimmung mit dem Ansteigen der Menge des Heizens des Verdampfers (110A) begrenzt, und

wobei ein isolierender Teil (110C), der zwischen dem Verdampfer (110A) und dem Kondensor (110B) ausgebildet ist, mit einem Wandteil (160) zum Vermeiden einer Wärmeübertragung von einem externen Fluid versehen ist.
Abwärme-Wiedergewinnungssystem nach Anspruch 1, wobei der Wandteil (160) an der stromaufwärtigen Seite der Strömung des externen Fluids des isolierenden Teils (110C) vorgesehen ist. Abwärme-Wiedergewinnungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei Wandteile (160) mit dem Verdampfer (110A) und dem Kondensor (110B) verbunden sind und mit einem vorbestimmten Ausmaß eines Freiraums (161) getrennt sind, welcher zwischen dem Verdampfer (110A) und dem Kondensor (110B) ausgebildet ist, und die getrennten Wandteile (160) durch einen elastischen Teil (162) mit Elastizität verbunden sind. Abwärme-Wiedergewinnungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Mehrzahl von Wärmeleitungen (110) vorgesehen sind, und erste Endseite der Mehrzahl von Wärmeleitungen (110) mit einem Verbinder (140) versehen sind, welche die Mehrzahl von Wärmeleitungen (110) miteinander verbindet. Abwärme-Wiedergewinnungssystem nach Anspruch 4, wobei der Verdampfer (110A) unter dem Kondensor (110B) angeordnet ist, und der Verbinder (140) an der Endseite des Verdampfers (110A) vorgesehen ist und an der Außenoberfläche oder der Innenseite der Abgasleitung (11) angeordnet ist. Abwärme-Wiedergewinnungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Innenwand von jeder Wärmeleitung (110) mit einem Docht versehen ist, der sich von dem Verdampfer (110A) zu dem Kondensor (110B) erstreckt, und der Verdampfer (110A) oberhalb des Kondensors (110B) angeordnet ist. Abwärme-Wiedergewinnungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei

ein ein Auspuffleitungsteil (130A) bildender Teil der Auspuffleitung (11) und ein ein Kühlwasserdurchtrittsteil (150A) bildender Teil des Kühlwasserdurchtritts (30) vorgesehen sind,

der Auspuffleitungsteil (130A) mit dem Verdampfer (110A) verbunden ist, und der Kühlwasserdurchtrittsteil (150A) mit dem Kondensor (110B) verbunden ist.






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