УСТРОЙСТВО РЕКУПЕРАЦИИ ТЕПЛА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
DEVICE FOR WASTE GAS HEAT RECUPERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству рекуперации тепла отработавших газов, которое осуществляет теплообмен между отработавшим газом, выпущенным из двигателя внутреннего сгорания, и теплообменной средой.
Уровень техники
Известные различные аспекты устройства рекуперации тепла отработавших газов, которое осуществляет теплообмен между отработавшим газом, выпущенным из двигателя внутреннего сгорания, и теплообменной средой. В устройстве рекуперации тепла отработавших газов, раскрытом в описанном ниже патентном источнике №1, применена конфигурация, в которой несколько цилиндрических элементов расположены таким образом, чтобы образовывать внутреннее пространство, в котором образован ослабляющий звук механизм, и внешнее пространство, в котором расположен теплообменник. Это устройство рекуперации тепла отработавших газов выполнено таким образом, что, когда двухпозиционный клапан, расположенный со стороны выпуска внутреннего пространства, находится в закрытом положении, отработавший газ течет во внешнее пространство для осуществления теплообмена с теплообменной средой, находящейся в теплообменнике, и затем направляется к стороне выпуска. Между тем, когда двухпозиционный клапан находится в открытом положении, отработавший газ течет во внутреннее пространство и затем направляется к стороне выпуска без осуществления теплообмена.
В устройстве рекуперации тепла отработавших газов, раскрытом в описанном ниже патентном источнике №2, применена конфигурация, в которой несколько цилиндрических элементов расположены таким образом, чтобы образовывать внутреннее пространство и внешнее пространство, в котором расположен теплообменник. Это устройство рекуперации тепла отработавших газов выполнено таким образом, что, когда запорный клапан, расположенный со стороны выпуска внутреннего пространства, находится в закрытом положении, отработавший газ течет во внешнее пространство для осуществления теплообмена с теплообменной средой, находящейся в теплообменнике, и заем направляется к стороне выпуска. Между тем, когда запорный клапан находится в закрытом положении, отработавший газ течет во внутреннее пространство и затем направляется к стороне выпуска без осуществления теплообмена.
Кроме того, теплообменник, раскрытый в описанном ниже патентном источнике №2, содержит многослойную трубчатую структуру, в которой несколько плоских труб, каждая из которых сформирована в качестве трубы, которая характеризуется наличием пары обрезанных частей, в которых верхняя и нижняя части полой, плоской, кольцевой формы удалены посредством линейной резки, расположены таким образом, чтобы перекрывать друг друга. Указанная многослойная трубчатая структура прикреплена к корпусу при помощи концевой пластины, расположенной со стороны подачи отработавшего газа, и концевой пластины, расположенной со стороны выпуска отработавшего газа. Обрезанная часть, имеющаяся на концевой пластине, расположенной со стороны подачи отработавшего газа, расположена таким образом, чтобы соответствовать одной из обрезанных частей многослойной трубчатой структуры. Кроме того, обрезанная часть, имеющаяся на концевой пластине, расположенной со стороны выпуска отработавшего газа, расположена таким образом, чтобы соответствовать другой обрезанной части многослойной трубчатой структуры.
В устройстве рекуперации тепла отработавших газов, раскрытом в описанном ниже патентном источнике №2, при прогреве двигателя внутреннего сгорания запорный клапан находится в закрытом положении, при этом отработавший газ направляется от одной из обрезанных частей к боковой стороне многослойной трубчатой структуры и следует, в целом, снизу вверх через канал между соответствующими плоскими трубами. При поступлении отработавшего газа происходит теплообмен между указанным газом и указанной теплообменной средой, протекающей в соответствующих плоских трубах, в целом, снизу вверх, в результате чего происходит рекуперация тепла отработавших газов.
Список ссылок
Патентная литература
Патентный источник №1
Выложенный патент Японии №2007-270702
Патентный источник №2
Выложенный патент Японии №2009-114995
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
В устройстве рекуперации тепла отработавших газов, при отсутствии рекуперации тепла отработавших газов, изначально предпочтительно, чтобы отработавший газ поступал только во внутреннее пространство, при этом его поступление во внешнее пространство должно быть максимальным образом предотвращено. Однако в устройстве рекуперации тепла отработавших газов, описанном в патентном источнике №1, и устройстве рекуперации тепла отработавших газов, описанном в патентном источнике №2, даже когда внутреннее пространство и внешнее пространство расходятся в области впуска, двухпозиционный клапан или запорный клапан, функционирующий в качестве переключающего клапана, расположен со стороны выпуска и, следовательно, даже если переключающий клапан находится в открытом состоянии, отток отработавшего газа во внешнее пространство является неизбежным.
В устройстве рекуперации тепла отработавших газов, при осуществлении рекуперации тепла, необходимо, чтобы отработавшие газы взаимодействовали со всей поверхностью теплообменника для увеличения эффективности теплообмена. В устройстве рекуперации тепла отработавших газов, описанном в патентном источнике №1, так как отработавший газ вводят просто со стороны впуска, отработавший газ входит во взаимодействие только с ближайшей поверхностью периферийной части теплообменника, при этом отработавшему газу сложно попасть во внутреннее пространство теплообменника. Кроме того, в устройстве рекуперации тепла отработавших газов, описанном в патентном источнике №2, отработавший газ вводят со стороны либо верхних, либо нижних (например, верхних) обрезанных частей и выпускают со стороны либо нижних, либо верхних (например, нижних) обрезанных частей, соответственно. Тем не менее, и в этом случае, поскольку указанный отработавший газ входит во взаимодействие только с ближайшей поверхностью периферийной части теплообменника и, кроме того, протекает по диагонали, затруднено взаимодействие указанного отработавшего газа с плоской трубой со стороны, в которой не было выполнено обрезание плоских труб, при этом количество частей, с которыми отработавший газ не вступает во взаимодействие, скорее даже увеличивается. Более конкретно, когда отработавший газ вводят от верхней обрезанной части с впускной стороны, большая часть потока отработавшего газа направляется к нижней обрезанной части с выпускной стороны. Таким образом, отработавший газ достигает верхней области с впускной стороны и нижней области с выпускной стороны, при этом поток газа затормаживается в нижней области с впускной стороны и верхней области с выпускной стороны и, следовательно, отработавшему газу сложно попасть в указанные области. Кроме того, устройству рекуперации тепла отработавших газов, описанному в патентном источнике №2, присуща проблема в том, что, поскольку отработавший газ вначале ударяется об цилиндрическую часть внешней стороны и некоторое количество тепла передается указанной цилиндрической части внешней стороны, а затем уже происходит теплообмен в теплообменнике, эффективность теплообмена снижена.
Настоящее изобретение учитывает упомянутые выше проблемы, при этом цель настоящего изобретения заключается в предоставлении устройства рекуперации тепла отработавших газов, в котором, при отсутствии рекуперации тепла, максимально предотвращен поток отработавшего газа в направлении пространства, в котором установлен теплообменник, и, при осуществлении рекуперации тепла, отработавший газ может достигнуть всей поверхности теплообменника, что может увеличить эффективность теплообмена.
Решение проблемы
Для решения упомянутых выше проблем устройство рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением представляет собой устройство рекуперации тепла отработавших газов, осуществляющее теплообмен между отработавшим газом, выпускаемым из двигателя внутреннего сгорания, и теплообменной средой, при этом указанное устройство содержит: (1) внутренний элемент, образующий часть основного канала, которая соединяет приемное впускное отверстие, в которое поступает отработавший газ, текущий со стороны впуска, с основным передающим выпускным отверстием, через которое полученный отработавший газ проходит в сторону выпуска, и образующий основной канал, расположенный со стороны впуска, который представляет собой часть основного канала, расположенную со стороны приемного впускного отверстия; (2) внешний элемент, расположенный таким образом, чтобы окружать внутренний элемент, и образующий совместно с внутренним элементом теплообменный канал; (3) теплообменник, расположенный в теплообменном канале таким образом, чтобы окружать внутренний элемент, и осуществляющий теплообмен между отработавшим газом и теплообменной средой; и (4) переключающий блок, осуществляющий переключение между первым режимом, в котором отработавший газ, поступивший в основной канал, проходит только через основной канал для поступления в основное передающее выпускное отверстие, и вторым режимом, в котором отработавший газ, поступивший в основной канал, протекает из основного канала, расположенного со стороны впуска, через теплообменный канал в дополнительное передающее выпускное отверстие, отличающееся от основного передающего выпускного отверстия. В устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением теплообменный канал содержит первый теплообменный канал, образованный между теплообменником и внутренним элементом, и второй теплообменный канал, образованный между теплообменником и внешним элементом. В устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением внутренний элемент и теплообменник расположены таким образом, что выходное отверстие для обеспечения теплообмена, через которое отработавший газ вытекает из основного канала, расположенного со стороны впуска, в первый теплообменный канал, образовано в конце первого теплообменного канала со стороны основного передающего выпускного отверстия. В устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением во втором режиме отработавший газ вытекает из выходного отверстия для обеспечения теплообмена в теплообменный канал, причем отработавший газ, поступивший в теплообменный канал, течет в радиальном направлении от внутренней стороны к внешней стороне теплообменника для того, чтобы попасть во второй теплообменный канал из первого теплообменного канала, причем при протекании отработавшего газа в теплообменнике происходит теплообмен.
Согласно настоящему изобретению, поскольку выходное отверстие для обеспечения теплообмена, через которое отработавший газ вытекает из основного канала в первый теплообменный канал, образовано в конце первого теплообменного канала со стороны основного передающего выпускного отверстия, выходное отверстие для обеспечения теплообмена может быть образовано рядом с переключающим блоком. Благодаря такому размещению выходного отверстия для обеспечения теплообмена, в случае, когда в результате работы переключающего блока образуется первый режим потока отработавшего газа, перепад давлений между проходом из выходного отверстия для обеспечения теплообмена в дополнительное передающее выпускное отверстие через теплообменный канал и основным каналом может быть небольшим. Следовательно, в первом режиме можно предотвратить протекание отработавшего газа в сторону теплообменного канала и позволить отработавшему газу протекать непосредственно в основное передающее выпускное отверстие через основной канал.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением во втором режиме, когда конец основного канала заблокирован в результате работы переключающего блока, отработавший газ поступает из выходного отверстия для обеспечения теплообмена в теплообменный канал. Согласно настоящему изобретению, поскольку отработавший газ, поступивший в теплообменный канал, протекает из первого теплообменного канала в радиальном направлении от внутренней стороны к внешней стороне теплообменника, чтобы попасть во второй теплообменный канал, отработавший газ может взаимодействовать со всей поверхностью теплообменника для осуществления теплообмена с теплообменной средой. Следовательно, отработавший газ может взаимодействовать со всей поверхностью теплообменника во время второго режима, что увеличивает эффективность теплообмена.
Предпочтительно, в устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением концевая пластина, расположенная со стороны впуска, которая блокирует расположенный выше по потоку конец теплообменного канала, расположена между внутренним элементом и внешним элементом, чтобы предотвратить поток отработавшего газа со стороны впуска в теплообменный канал.
Согласно этому предпочтительному аспекту благодаря наличию концевой пластины, расположенной со стороны впуска, которая осуществляет блокировку расположенного выше по потоку конца теплообменного канала, ограниченного между внутренним элементом и внешним элементом, можно полностью предотвратить протекание отработавшего газа в теплообменный канал со стороны впуска, а также получить первый режим потока отработавшего газа, в котором отработавший газ направляется из выходного отверстия для обеспечения теплообмена в теплообменный канал.
Предпочтительно, в устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением концевая пластина, расположенная со стороны выпуска, которая блокирует расположенный ниже по потоку конец первого теплообменного канала, расположена между внутренним элементом и внешним элементом, чтобы обеспечить введение отработавшего газа, поступающего из выходного отверстия для обеспечения теплообмена, в первый теплообменный канал.
Согласно этому предпочтительному аспекту благодаря наличию концевой пластины, расположенной со стороны выпуска, которая осуществляет блокирование расположенного ниже по потоку конца первого теплообменного канала, ограниченного между внутренним элементом и внешним элементом, отработавший газ, поступающий из выходного отверстия для обеспечения теплообмена, может быть введен в первый теплообменный канал. Следовательно, можно получить второй режим потока отработавшего газа, в котором отработавший газ, поступивший из выходного отверстия для обеспечения теплообмена, вначале входит в первый теплообменный канал и затем проходит через теплообменник в радиальном направлении, чтобы попасть во второй теплообменный канал, причем при прохождении указанного отработавшего газа через теплообменник происходит отдача тепла.
Предпочтительно, в устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением теплообменник сформирован таким образом, чтобы характеризоваться формой, проходящей вдоль внутреннего элемента и внешнего элемента, и содержит множество единичных компонентов теплообменника, которые при формировании многослойной структуры расположены на заданном расстоянии друг от друга, при этом указанный теплообменник осуществляет теплообмен в результате протекания теплообменной среды внутри единичного компонента теплообменника и протекания отработавшего газа в области теплообмена между множеством единичных компонентов теплообменника, и расположен совместно с рассеивающим приспособлением, которое обеспечивает рассеивание отработавшего газа, текущего в область теплообмена, по периферии области теплообмена.
Согласно этому предпочтительному аспекту, поскольку теплообменник обладает конфигурацией, в которой множество единичных компонентов теплообменника расположены таким образом, чтобы между ними была область теплообмена, через которую проходит отработавший газ, указанный отработавший газ, перемещаясь из первого теплообменного канала во второй теплообменный канал, может протекать через указанную область теплообмена. Кроме того, даже в случае ослабления по периферии потока отработавшего газа, поступающего в первый теплообменный канал, благодаря наличию рассеивающего приспособления, которое рассеивает в пространстве отработавший газ, поступающий в теплообменную область, указанный отработавший газ может попасть из области, которая характеризуется большим количеством отработавшего газа, в область, которая характеризуется меньшим количеством указанного газа. Следовательно, отработавший газ может достичь всей поверхностью теплообменника и может осуществлять отдачу тепла теплообменной среде более эффективно.
Предпочтительно, в устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением рассеивающее приспособление частично ограничивает поступление отработавшего газа из первого теплообменного канала в область теплообмена.
Согласно этому предпочтительному аспекту, поскольку приток отработавшего газа в область теплообмена частично ограничен, даже в случае ослабления потока, при котором больше отработавшего газа поступает в некоторые из областей теплообмена, поток может быть ограничен с обеспечением поступления надлежащего количества отработавшего газа. Избыток отработавшего газа, который задерживается рассеивающим приспособлением, движется по кругу и поступает в другой район области теплообмена. В результате этого отработавший газ может достигнуть области, которая характеризуется меньшим количеством отработавшего газа, из области, которая характеризуется большим количеством отработавшего газа, при помощи простого способа, заключающегося в частичном ограничении потока отработавшего газа в область теплообмена.
Предпочтительно, в устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением рассеивающее приспособление содержит первую выпуклую часть, сформированную на единичном компоненте теплообменника со стороны первого теплообменного канала.
Согласно этому предпочтительному аспекту, поскольку первая выпуклая часть частично ограничивает приток отработавшего газа в область теплообмена, даже в случае ослабления потока, при котором больше отработавшего газа поступает в некоторые из областей теплообмена, первая выпуклая часть может ограничить поток и обеспечит поступление надлежащего количества отработавшего газа. Избыток отработавшего газа, приток которого задерживается первой выпуклой частью, движется по кругу и поступает в другой район области теплообмена. В результате этого отработавший газ может достигнуть области, которая характеризуется меньшим количеством отработавшего газа, из области, которая характеризуется большим количеством отработавшего газа, при помощи простого способа, заключающегося в установке выступающей первой выпуклой части в области теплообмена.
Предпочтительно, в устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением рассеивающее приспособление содержит первую пластинчатую часть, расположенную вдоль внутренней боковой поверхности теплообменника и проходящую между внутренней боковой поверхностью теплообменника и первым теплообменным каналом.
Согласно этому предпочтительному аспекту, поскольку первая пластинчатая часть частично ограничивает приток отработавшего газа в область теплообмена, даже в случае ослабления потока, при котором больше отработавшего газа поступает в некоторые из областей теплообмена, первая пластинчатая часть может ограничить поток и обеспечить поступление надлежащего количества отработавшего газа. Избыток отработавшего газа, протекание которого задерживается первой пластинчатой частью, движется по кругу и поступает в другой район области теплообмена. В результате этого отработавший газ может достигнуть области, которая характеризуется меньшим количеством отработавшего газа, из области, которая характеризуется большим количеством отработавшего газа, при помощи простого способа, заключающегося в установке первой пластинчатой части вдоль внутренней боковой поверхности теплообменника.
Предпочтительно, в устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением рассеивающее приспособление частично ограничивает поступление отработавшего газа из области теплообмена во второй теплообменный канал.
Согласно этому предпочтительному аспекту, поскольку выпуск отработавшего газа из области теплообмена во второй теплообменный канал частично ограничен, направление движения отработавшего газа, текущего в области теплообмена, может быть изменено, при этом время, в течение которого отработавший газ взаимодействует с единичным компонентом теплообменника, может быть увеличено. В результате этого время, в течение которого отработавший газ взаимодействует с единичным компонентом теплообменника, и, следовательно, эффективность теплообмена могут быть увеличены при помощи простого способа, заключающегося в частичном ограничении потока отработавшего газа из области теплообмена во второй теплообменный канал.
Предпочтительно, в устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением рассеивающее приспособление содержит вторую выпуклую часть, сформированную на каждом из единичных компонентов теплообменника со стороны второго теплообменного канала.
Согласно этому предпочтительному аспекту, поскольку вторая выпуклая часть частично ограничивает выпуск отработавшего газа из области теплообмена во второй теплообменный канал, направление движения отработавшего газа, текущего в области теплообмена, может быть изменено, при этом время, в течение которого отработавший газ взаимодействует с единичным компонентом теплообменника, может быть увеличено. В результате этого время, в течение которого отработавший газ взаимодействует с единичным компонентом теплообменника, и, следовательно, эффективность теплообмена могут быть увеличены при помощи простого способа, заключающегося в установке второй выпуклой части в области теплообмена.
Предпочтительно, в устройстве рекуперации тепла отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением рассеивающее приспособление содержит вторую пластинчатую часть, расположенную вдоль внешней боковой поверхности теплообменника и проходящую между внешней боковой поверхностью теплообменника и вторым теплообменным каналом.
Согласно этому предпочтительному аспекту, поскольку вторая выпуклая часть частично ограничивает выпуск отработавшего газа из области теплообмена во второй теплообменный канал, направление движения отработавшего газа, текущего в области теплообмена, может быть изменено, при этом время, в течение которого отработавший газ взаимодействует с единичным компонентом теплообменника, может быть увеличено. В результате этого время, в течение которого отработавший газ взаимодействует с единичным компонентом теплообменника, и, следовательно, эффективность теплообмена могут быть увеличены при помощи простого способа, заключающегося в установке второй выпуклой части в области теплообмена.
Полезные эффекты настоящего изобретения
В соответствии с настоящим изобретением можно получить устройство рекуперации тепла отработавших газов, в котором, при отсутствии рекуперации тепла, максимально предотвращен поток отработавшего газа в направлении пространства, в котором установлен теплообменник, и, при осуществлении рекуперации тепла, отработавший газ может достигнуть всей поверхности теплообменника, что может увеличить эффективность теплообмена.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий схематическую конфигурацию устройства рекуперации тепла отработавших газов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 2 представлен частичный схематический вид в разрезе устройства рекуперации тепла отработавших газов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 3 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий разрез по линии I-I единичного компонента теплообменника, представленного на Фиг. 2.
На Фиг. 4 представлен частичный схематический вид в разрезе, иллюстрирующий пример модификации единичного компонента теплообменника, представленного на Фиг. 2.
На Фиг. 5 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий внутренний рассеивающий цилиндр, используемый в устройстве рекуперации тепла отработавших газов, представленном на Фиг. 1-3.
На Фиг. 6 представлен вид сбоку внутреннего рассеивающего цилиндра, представленного на Фиг. 5.
На Фиг. 7 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий внутренний рассеивающий цилиндр, представленный на Фиг. 5 и Фиг. 6, и пример модификации единичного компонента теплообменника, совмещенного с внутренним рассеивающим цилиндром.
На Фиг. 8 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий случай использования внутреннего рассеивающего цилиндра и внешнего рассеивающего цилиндра.
На Фиг. 9 представлен вид сбоку, иллюстрирующий пример модификации внутреннего рассеивающего цилиндра, представленного на Фиг. 5 и Фиг. 6.
Осуществление изобретения
Далее со ссылками на прилагаемые фигуры приведено подробное описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Одинаковым элементам, изображенным на каждой фигуре, соответствуют одинаковые позиции для лучшего понимания описания, при этом повторное описание не приводится.
Далее со ссылками на Фиг. 1 будет описано устройство рекуперации тепла отработавших газов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. На Фиг. 1 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий схематическую конфигурацию устройства НЕ рекуперации тепла отработавших газов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство НЕ рекуперации тепла отработавших газов установлено, например, на автомобиль и осуществляет теплообмен между отработавшим газом, выпущенным из двигателя внутреннего сгорания автомобиля, и теплообменной средой. Устройство НЕ рекуперации тепла отработавших газов содержит приемное впускное отверстие НЕа, в которое поступает отработавший газ, текущий со стороны впуска, и основное передающее выпускное отверстие HEb, через которое поступивший отработавший газ проходит к стороне выпуска.
Устройство НЕ рекуперации тепла отработавших газов содержит выхлопную трубу 10, расположенную со стороны впуска, внутренний цилиндр 11, внешний цилиндр 20, впуск 21 текучей среды, выпуск 22 текучей среды, концевую пластину 24, расположенную со стороны впуска, и переключающий клапан 30 (переключающий блок). Выхлопная труба 10, расположенная со стороны впуска, соединена с внутренним цилиндром 11, при этом они образуют основной канал, по которому протекает отработавший газ. Следовательно, внутренний цилиндр 11 образует часть основного канала, соединяющую приемное впускное отверстие НЕа с основным передающим выпускным отверстием HEb.
Внешний цилиндр 20 расположен таким образом, чтобы аксиально охватывать внутренний цилиндр 11, при этом между ними образуется теплообменный канал. Впуск 21 текучей среды представляет собой впускной элемент, из которого теплообменную среду подают в теплообменник (не показан на Фиг. 1) внутри теплообменного канала. Выпуск 22 текучей среды представляет собой выпускной элемент, из которого выходит теплообменная среда, которая была подана из впуска 21 текучей среды и которая осуществила теплообмен с отработавшим газом. Используемая теплообменная среда представляет собой жидкость, используемую для охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Переключающий клапан 30 установлен в основном передающем выпускном отверстии HEb со стороны выпуска внутреннего цилиндра 11, при этом указанный клапан открывает и закрывает конец основного канала.
Теперь со ссылкой на Фиг. 2 продолжим описание устройства НЕ рекуперации тепла отработавших газов. На Фиг. 2 представлен частичный схематический вид в разрезе устройства НЕ рекуперации тепла отработавших газов. Как уже упоминалось, выхлопная труба 10, расположенная со стороны впуска, и внутренний цилиндр 11 соединены друг с другом и образуют основной канал ZA, расположенный со стороны впуска. Внешний цилиндр 20 и внутренний цилиндр 11 расположены так, чтобы характеризоваться общей центральной осью, при этом внешний цилиндр 20 выполнен так, чтобы его внутренний диаметр был больше внешнего диаметра внутреннего цилиндра 11. Следовательно, между внутренним цилиндром 11 и внешним цилиндром 20 образуется пространство, которое образует теплообменный канал ZB.
Концевая пластина 24, расположенная со стороны впуска, установлена таким образом, чтобы соединять внутренний цилиндр 11 с внешним цилиндром 20. Концевая пластина 24, расположенная со стороны впуска, представляет собой кольцевую пластину, зафиксированную таким образом, чтобы она соединяла расположенный выше по потоку конец внешнего цилиндра 20 с боковой поверхностью внутреннего цилиндра 11. Концевая пластина 24, расположенная со стороны впуска, расположена таким образом, чтобы блокировать расположенный выше по потоку конец теплообменного канала ZB.
Благодаря подобной установке концевой пластины 24, расположенной со стороны впуска, которая осуществляет блокировку расположенного выше по потоку конца теплообменного канала ZB, ограниченного между внутренним цилиндром 11 и внешним цилиндром 20, возможно полностью предотвратить протекание отработавшего газа в теплообменный канал ZB со стороны впуска, а также получить первый режим потока отработавшего газа, в котором отработавший газ направляется из бокового выходного отверстия 112 в теплообменный канал ZB.
Теплообменник 40 расположен в теплообменном канале ZB. Теплообменник 40 расположен в теплообменном канале ZB таким образом, чтобы окружать внутренний цилиндр 11, характеризуется наличием внешней цилиндрической формы и предназначен для осуществления теплообмена между отработавшим газом и теплообменной средой. Теплообменник 40 расположен на заданном расстоянии от внутреннего цилиндра 11, а также на заданном расстоянии от внешнего цилиндра 20. В результате такого размещения теплообменника 40 образуются первый теплообменный канал ZB1 между теплообменником 40 и внутренним цилиндром 11, а также второй теплообменный канал ZB2 между теплообменником 40 и внешним цилиндром 20.
В расположенном ниже по потоку конце внутреннего цилиндра 11 выполнено боковое выходное отверстие 112 (выходное отверстие для обеспечения теплообмена) для обеспечения вытекания отработавшего газа из основного канала ZA, расположенного со стороны впуска, в первый теплообменный канал ZB1. Боковое выходное отверстие 112 образовано не со стороны приемного впускного отверстия НЕа, а со стороны основного передающего выпускного отверстия HEb. Более конкретно, боковое выходное отверстие 112 образовано так, чтобы оно проходило через боковую поверхность внутреннего цилиндра 11 возле расположенного ниже по потоку конца теплообменного канала ZB.
Концевая пластина 25, расположенная со стороны выпуска, которая блокирует расположенный ниже по потоку конец первого теплообменного канала ZB1, установлена между внутренним цилиндром 11 и внешним цилиндром 20 так, чтобы отработавший газ, вытекающий из бокового выходного отверстия 112, поступал в первый теплообменный канал ZB1. Концевая пластина 25, расположенная со стороны выпуска, установлена для соединения конца внутреннего цилиндра 11, расположенного ниже по потоку от бокового выходного отверстия 112, или переключающего клапана 30 с расположенным со стороны выпуска концом теплообменника 40. Между тем, концевая пластина 25, расположенная со стороны выпуска, не соединена с внешним цилиндром 20, благодаря чему дополнительное передающее выпускное отверстие 201 образуется между концевой пластиной 25, расположенной со стороны выпуска, и внешним цилиндром 20.
В результате такой установки концевой пластины 25, расположенной со стороны выпуска, которая блокирует расположенный ниже по потоку конец первого теплообменного канала ZB1, образованного между внутренним цилиндром 11 и внешним цилиндром 20, отработавший газ, вытекающий из бокового выходного отверстия 112, может быть введен непосредственно в первый теплообменный канал ZB1. Таким образом, можно получить второй режим потока отработавшего газа, в котором отработавший газ, поступивший из бокового выходного отверстия 112, вначале входит в первый теплообменный канал ZB1 и обменивается теплом, проходя через теплообменник 40 в радиальном направлении, а затем поступает во второй теплообменный канал ZB2. Отработавший газ, поступивший во второй теплообменный канал ZB2, вытекает из дополнительного передающего выпускного отверстия 201 в основной канал ZC, расположенный со стороны выпуска.
Переключающий клапан 30 расположен на границе между основным каналом ZA, расположенным со стороны впуска, и расположенным ниже по потоку концом внутреннего цилиндра 11, с одной стороны, и основным каналом ZC, расположенным со стороны выпуска, с другой стороны. Выхлопная труба 12, расположенная со стороны выпуска, установлена таким образом, чтобы покрывать переключающий клапан 30 и образовывать основной канал ZC, расположенный со стороны выпуска. Выхлопная труба 12, расположенная со стороны выпуска, представляет собой трубу, присоединенную к стороне выпуска внешнего цилиндра 20.
Благодаря использованию описанной выше конфигурации при помощи открытия и закрытия переключающего клапана 30, который является переключающим блоком, можно осуществить выбор между первым режимом, в котором отработавший газ, поступивший в основной канал ZA, расположенный со стороны впуска, проходит через основной канал ZA, расположенный со стороны впуска, для протекания в основное передающее выпускное отверстие HEb, и вторым режимом, в котором отработавший газ, поступивший в основной канал ZA, расположенный со стороны впуска, протекает из основного канала ZA, расположенного со стороны впуска, в дополнительное передающее выпускное отверстие 201 через теплообменный канал ZB.
В устройстве НЕ рекуперации тепла отработавших газов, как описано выше, первый теплообменный канал ZB1 образован между теплообменником 40 и внутренним цилиндром 11, второй теплообменный канал ZB2 образован между теплообменником 40 и внешним цилиндром 20, боковое выходное отверстие 112, через которое отработавший газ вытекает из основного канала ZA, расположенного со стороны впуска, в первый теплообменный канал ZB1, образовано со стороны впуска, и основное передающее выпускное отверстие HEb первого теплообменного канала ZB1 образовано со стороны выпуска. Кроме того, в устройстве НЕ рекуперации тепла отработавших газов во втором режиме отработавший газ поступает из бокового выходного отверстия 112 в теплообменный канал ZB, а затем отработавший газ, поступивший в теплообменный канал ZB, направляется из первого теплообменного канала ZB1 в радиальном направлении от внутренней стороны к внешней стороне теплообменника 40 для того, чтобы попасть во второй теплообменный канал ZB2. При протекании отработавшего газа в теплообменнике 40 происходит отдача тепла.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления, так как боковое выходное отверстие 112, через которое отработавший газ выходит из основного канала ZA, расположенного со стороны впуска, в первый теплообменный канал ZB1, образовано в конце первого теплообменного канала ZB1 со стороны основного передающего выпускного отверстия HEb, боковое выходное отверстие 112 может быть выполнено возле переключающего клапана 30. Благодаря такому размещению бокового выходного отверстия 112, в случае, когда в результате работы переключающего клапана 30 образуется первый режим потока отработавшего газа, перепад давлений между проходом из бокового выходного отверстия 112 в дополнительное передающее выпускное отверстие 201 через теплообменный канал ZB и основным каналом от основного канала ZA, расположенного со стороны впуска, до основного канала ZC, расположенного со стороны выпуска, может быть небольшим. Следовательно, в первом режиме можно предотвратить протекание отработавшего газа в направлении теплообменного канала ZB и позволить отработавшему газу протекать непосредственно через основной канал из основного передающего выпускного отверстия HEb в основной канал ZC, расположенный со стороны выпуска.
Кроме того, во втором режиме, когда расположенный ниже по потоку конец основного канала ZA, расположенного со стороны впуска, который находится посередине основного канала, заблокирован в результате работы переключающего клапана, отработавший газ вытекает из бокового выходного отверстия 112 в теплообменный канал ZB. Согласно этому варианту осуществления, так как отработавший газ, поступающий в теплообменный канал ZB, протекает из первого теплообменного канала ZB1 в радиальном направлении от внутренней стороны к внешней стороне теплообменника 40, чтобы попасть во второй теплообменный канал ZB2, отработавший газ может по существу равномерно и полностью взаимодействовать со всей поверхностью теплообменника 40 для осуществления теплообмена с теплообменной средой. Следовательно, во втором режиме можно обеспечить взаимодействие отработавшего газа со всей поверхностью теплообменника 40 и увеличить эффективность теплообмена.
Приведено подробное описание устройства, позволяющего отработавшему газу протекать так, чтобы он пересекал теплообменник 40 в радиальном направлении. Указанный теплообменник 40 содержит множество единичных компонентов 23 теплообменника, каждый из которых характеризуется наличием формы, проходящей вдоль внутреннего цилиндра 11 и внешнего цилиндра 20, при этом указанные компоненты могут образовывать многослойную структуру, в которой между ними существует заданный интервал.
Множество единичных компонентов 23 теплообменника располагают, при формировании многослойной структуры, на расстоянии друг от друга для образования внутреннего теплообменного канала 401. Единичный компонент 23 теплообменника представляет собой дискообразный элемент, который характеризуется кольцевой формой с отверстием в центральной части. Единичный компонент 23 теплообменника содержит кольцевую сторону 231а, внутреннюю торцевую сторону 231b, кольцевую сторону 231с и внешнюю торцевую сторону 231d, которые соединены друг с другом для образования внутреннего пространства 232, в котором циркулирует теплообменная среда.
Кольцевая сторона 231а и кольцевая сторона 231с представляют собой боковые поверхности, расположенные параллельно друг другу, и характеризующиеся одинаковой формой. Кольцевая сторона 231а и кольцевая сторона 231с представляют собой дискообразные элементы, которые характеризуются кольцевой формой с отверстием, выполненным в центральной части.
Внутренняя торцевая сторона 231b является элементом в виде кольца, соединяющим внутреннюю торцевую часть кольцевой стороны 231а с внутренней торцевой частью кольцевой стороны 231с. Внешняя торцевая сторона 231d представляет собой элемент в виде кольца, соединяющий внешнюю торцевую часть кольцевой стороны 231а с внешней торцевой частью кольцевой стороны 231с. В результате соединения кольцевой стороны 231а, внутренней торцевой стороны 231b, кольцевой стороны 231с и внешней торцевой стороны 231d, образуют внутреннее пространство 232. Следует отметить, что способ присоединения каждой из кольцевой стороны 231а, внутренней торцевой стороны 231b, кольцевой стороны 231с и внешней торцевой стороны 231d может быть выбран с учетом обрабатываемости и т.п.
Согласно такой конфигурации теплообменная среда, выходящая из впуска 21 текучей среды, протекает через каждое из внутренних пространств 232 внутри единичных компонентов 23 теплообменника, при этом между теплообменной средой, находящейся в указанных пространствах, и отработавшим газом происходит теплообмен, после чего указанная теплообменная среда вытекает наружу из выпуска 22 текучей среды. Таким образом, в результате протекания теплообменной среды внутри единичного компонента 23 теплообменника и протекания отработавшего газа через внутренний теплообменный канал 401 между множеством единичных компонентов 23 теплообменника в указанном теплообменнике 40 происходит теплообмен.
Кроме того, предпочтительно наличие рассеивающего приспособления, которое осуществляет рассеивание отработавшего газа, протекающего между множеством единичных компонентов 23 теплообменника во внутренний теплообменный канал 401, который является пространством между множеством единичных компонентов 23 теплообменника.
Согласно этому варианту осуществления, поскольку теплообменник 40 обладает конфигурацией, в которой множество единичных компонентов 23 теплообменника расположены таким образом, чтобы между ними было пространство, через которое проходит отработавший газ, указанный отработавший газ, перемещаясь из первого теплообменного канала ZB1 во второй теплообменный канал ZB2, может протекать через внутренний теплообменный канал 401, который представляет собой пространство между множеством единичных компонентов 23 теплообменника. Кроме того, даже в случае ослабления потока отработавшего газа, поступающего в первый теплообменный канал ZB1, благодаря наличию рассеивающего приспособления, которое рассеивает в пространстве отработавший газ, поступающий между единичными компонентами 23 теплообменника, указанный отработавший газ может попасть из области, которая характеризуется большим количеством отработавшего газа, в область, которая характеризуется меньшим количеством указанного газа. Следовательно, отработавший газ может достичь всей поверхности теплообменника 40 и может осуществлять отдачу тепла теплообменной среде более эффективно.
Далее со ссылками на Фиг. 3 приведено описание конкретно примера рассеивающего приспособления. На Фиг. 3 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий разрез по линии I-I, представленной на Фиг. 2. Как представлено на Фиг. 3, восемь первых выпуклых частей 404 и четыре вторые выпуклые части 405 расположены на кольцевой стороне 231а единичного компонента 23 теплообменника. Труба 211 представляет собой трубу, соединенную с впуском 21 текучей среды, а труба 221 представляет собой трубу, соединенную с выпуском 22 текучей среды.
Первая выпуклая часть 404 сформирована в качестве выпуклой части, которая характеризуется рабочей поверхностью, возвышающейся на заданное расстояние вдоль края кольцевой стороны 231а рядом с внутренней торцевой стороной 231b. Между соседними первыми выпуклыми частями 404 существует зазор. Первая выпуклая часть 404 расположена так, чтобы примыкать к первой выпуклой части 404 на кольцевой стороне 231с соседнего единичного компонента 23 теплообменника или находиться близко к ней так, чтобы частично блокировать поток отработавшего газа при соединении друг с другом единичных компонентов 23 теплообменника. Следовательно, первая выпуклая часть 404 предназначена для частичного ограничения притока отработавшего газа из первого теплообменного канала ZB1 в пространство между множеством единичных компонентов 23 теплообменника.
Следовательно, поскольку первая выпуклая часть 404 частично ограничивает приток отработавшего газа в указанное пространство между единичными компонентами 23 теплообменника, даже в случае ослабления потока, при котором в некоторые области между единичными компонентами 23 теплообменника может поступать больше отработавшего газа, первая выпуклая часть 404 может ограничить поток и обеспечит поступление надлежащего количества отработавшего газа. Избыток отработавшего газа, приток которого задерживается первой выпуклой частью 404, движется по кругу и поступает в другую область между единичными компонентами 23 теплообменника. В результате этого отработавший газ может достигнуть области, которая характеризуется меньшим количеством отработавшего газа, из области, которая характеризуется большим количеством отработавшего газа, при помощи простого способа, заключающегося в установке выступающей первой выпуклой части 404 в пространстве между единичными компонентами 23 теплообменника.
Вторая выпуклая часть 405 сформирована в качестве выпуклой части, которая характеризуется наличием рабочей поверхности, возвышающейся на заданное расстояние вдоль края кольцевой стороны 231а рядом с внешней торцевой стороной 231d. Вторая выпуклая часть 405 характеризуется сечением, обладающим по существу треугольной формой, и расположена таким образом, чтобы часть, соответствующая основанию, проходила вдоль края внешней торцевой стороны 231d, и часть, соответствующая углу при вершине треугольника, была обращена к внутренней торцевой стороне 231b. Таким образом, вторая выпуклая часть 405 выполнена для того, чтобы частично ограничивать выпуск отработавшего газа из пространства между множеством единичных компонентов 23 теплообменника во второй теплообменный канал ZB2.
Таким образом, поскольку вторая выпуклая часть 405 частично ограничивает выпуск отработавшего газа из пространства между единичными компонентами 23 теплообменника во второй теплообменный канал ZB2, направление движения отработавшего газа, текущего между единичными компонентами 23 теплообменника, может быть изменено, при этом время, в течение которого отработавший газ взаимодействует с единичным компонентом 23 теплообменника, может быть увеличено. В результате этого время, в течение которого отработавший газ взаимодействует с единичным компонентом 23 теплообменника, и, следовательно, эффективность теплообмена могут быть увеличены при помощи простого способа, заключающегося в установке второй выпуклой части 405, отличающейся от первой выпуклой части 404, в пространстве между единичными компонентами 23 теплообменника.
Отметим, что в приведенном выше описании единичный компонент 23 теплообменника выполнен в виде плоской пластины, при этом согласно другому предпочтительному аспекту указанный компонент может быть модифицирован с приданием ему чашевидной формы. Пример модификации представлен на Фиг. 4. Как представлено на Фиг. 4, единичный компонент 23а теплообменника согласно указанному примеру модификации изогнут так, что внутренняя торцевая сторона 231b отступает к стороне впуска, а внешняя торцевая сторона 231d приближается к стороне выпуска.
Согласно описанному выше варианту осуществления в качестве одного примера приведено описание рассеивающего приспособления, в котором используются первая выпуклая часть 404 и вторая выпуклая часть 405, установленные на единичном компоненте 23 теплообменника. Рассеивающее приспособление не ограничено указанной конфигурацией и может быть реализовано, например, посредством установки цилиндрических компонентов с прорезями внутри и снаружи единичного компонента 23 теплообменника.
Далее со ссылками на Фиг. 5-7 приведено описание этого примера модификации. На Фиг. 5 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий внутренний рассеивающий цилиндр 50, используемый в устройстве НЕ рекуперации тепла отработавших газов. На Фиг. 6 представлен вид сбоку внутреннего рассеивающего цилиндра 50, представленного на Фиг. 5. На Фиг. 7 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий внутренний рассеивающий цилиндр 50, представленный на Фиг. 5 и 6, и единичный компонент 23А теплообменника, который представляет собой пример модификации единичного компонент 23 теплообменника, объединенный с внутренним рассеивающим цилиндром 50.
Как представлено на Фиг. 5 и Фиг. 6, внутренний рассеивающий цилиндр 50 содержит восемь рассеивающих пластин 502 (первую пластинчатую часть), проходящих в одинаковом направлении от концевого кольца 501. Прорезь 503 выполнена между двумя соответствующими рассеивающими пластинами 502. Таким образом, внутренний рассеивающий цилиндр 50 сформирован с прорезями, проходящими вдоль продольного направления металлического цилиндра.
Как представлено на Фиг. 7, внутренний рассеивающий цилиндр 50 расположен между единичным компонентом 23А теплообменника и внутренним цилиндром 11. Рассеивающая пластина 502 внутреннего рассеивающего цилиндра 50 выполнена в качестве рассеивающего приспособления, используемого вместо первой выпуклой части 404. Следовательно, единичный компонент 23А теплообменника представляет собой единичный компонент теплообменника 23, в котором отсутствует первая выпуклая часть 404.
Таким образом, рассеивающая пластина 502 внутреннего рассеивающего цилиндра 50 предназначена для частичного ограничения притока отработавшего газа из первого теплообменного канала ZB1 в пространство между множеством единичных компонентов 23А теплообменника. Поскольку рассеивающая пластина 502 частично ограничивает приток отработавшего газа в пространство между единичными компонентами 23А теплообменника, даже в случае ослабления потока, при котором в некоторые области между единичными компонентами 23А теплообменника может поступать больше отработавшего газа, рассеивающая пластина 502 может ограничить поток и обеспечить поступление надлежащего количества отработавшего газа. Избыток отработавшего газа, протекание которого задерживается рассеивающей пластиной 502, движется по кругу и поступает в другую область между единичными компонентами 23А теплообменника. В результате этого отработавший газ может достигнуть области, которая характеризуется меньшим количеством отработавшего газа, из области, которая характеризуется большим количеством отработавшего газа, при помощи простого способа, заключающегося в установке рассеивающей пластины 502 в первом теплообменном канале ZB1 с внутренней стороны единичного компонента 23 теплообменника.
Поскольку рассеивающая пластина 502 может быть использована вместо первой выпуклой части 404, согласно другому предпочтительному аспекту используют внешний рассеивающий цилиндр, содержащий рассеивающую пластину, вместо второй выпуклой части 405. На Фиг. 8 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий пример совместного использования внутреннего рассеивающего цилиндра 50 и внешнего рассеивающего цилиндра 60.
Внешний рассеивающий цилиндр 60 содержит четыре рассеивающих пластины 602 (вторая пластинчатая часть), проходящие в одинаковом направлении от концевого кольца (не показано). Прорезь 603 выполнена между двумя соответствующими рассеивающими пластинами 602.
Как представлено на Фиг. 8, внешний рассеивающий цилиндр 60 расположен между единичным компонентом 23В теплообменника и внешним цилиндром 20. Рассеивающая пластина 602 внешнего рассеивающего цилиндра 60 выполнена в качестве рассеивающего приспособления, используемого вместо второй выпуклой части 405. Следовательно, единичный компонент 23В теплообменника представляет единичный компонент 23А теплообменника, в котором также отсутствует вторая выпуклая часть 405.
Таким образом, рассеивающая пластина 602 внешнего рассеивающего цилиндра 50 предназначена для частичного ограничения выпуска отработавшего газа из пространства между множеством единичных компонентов 23В теплообменника во второй теплообменный канал ZB2. Поскольку рассеивающая пластина 602 частично ограничивает выпуск отработавшего газа из пространства между единичными компонентами 23В теплообменника во второй теплообменный канал ZB2, направление движения отработавшего газа, текущего между единичными компонентами 23В теплообменника, может быть изменено, при этом время, в течение которого отработавший газ взаимодействует с единичным компонентом 23В теплообменника, может быть увеличено. В результате этого время, в течение которого отработавший газ взаимодействует с единичным компонентом 23В теплообменника, и, следовательно, эффективность теплообмена могут быть увеличены при помощи простого способа, заключающегося в установке рассеивающей пластины 602 во втором теплообменном канале ZB2 с внешней стороны единичного компонента 23В теплообменника.
Отметим, что в описанных выше внутреннем рассеивающем цилиндре 50 и внешнем рассеивающем цилиндре 60 прорезь 503 и прорезь 603 выполнены одинаковой ширины в продольном направлении, тем не менее ширина прорезей может характеризоваться различными значениями в зависимости от предполагаемого протекания отработавшего газа в пространство между единичными компонентами теплообменника. На Фиг. 9 представлен вид сбоку, иллюстрирующий внутренний рассеивающий цилиндр 51, который представляет собой пример модификации внутреннего рассеивающего цилиндра 50, представленного на Фиг. 5-6. Внутренний рассеивающий цилиндр 51 содержит восемь рассеивающих пластин 512 (первая пластинчатая часть), проходящих в одинаковом направлении от концевого кольца 511. Прорезь 513 выполнена между двумя соответствующими рассеивающими пластинами 512. Ширина рассеивающей пластины 512 выполнена так, что ее значение является максимальным со стороны концевого кольца 511, и оно постепенно уменьшается в направлении от концевого кольца 511. Следовательно, ширина прорези 513 выполнена так, что ее значение является минимальным со стороны концевого кольца 511, при этом оно постепенно увеличивается в направлении от концевого кольца 511. Поскольку отработавший газ поступает со стороны концевого кольца 511, приток отработавшего газа в пространство между единичными компонентами 23А, 23В теплообменника является наиболее ограниченным со стороны впуска потока отработавшего газа и постепенно увеличивается в направлении от указанной стороны впуска, в результате чего отработавший газ может быть равномерно введен в пространство между единичными компонентами 23А, 23В теплообменника.
Описанный выше вариант осуществления является всего лишь одним примером, при этом различные дополнения, замены и модификации могут быть осуществлены без отступления от объема настоящего изобретения.
Список ссылочных позиций
НЕ: Устройство рекуперации тепла отработавших газов
10: Выхлопная труба, расположенная со стороны впуска
11: Внутренний цилиндр
12: Выхлопная труба, расположенная со стороны выпуска
20: Внешний цилиндр
21: Впуск текучей среды
22: Выпуск текучей среды
23: Единичный компонент теплообменника
24: Концевая пластина, расположенная со стороны впуска
25: Концевая пластина, расположенная со стороны выпуска
30: Переключающий клапан
ZA: Основной канал, расположенный со стороны впуска
ZB: Теплообменный канал
ZB1: Внутренний боковой канал
ZB2: Внешний боковой канал
ZC: Основной канал, расположенный со стороны выпуска
112: Боковое выходное отверстие
113: Основное выходное отверстие
201: Дополнительное выходное отверстие
211: Труба
221: Труба
231а: Кольцевая сторона
231b: Внутренняя торцевая сторона
231с: Кольцевая сторона
231d: Внешняя торцевая сторона
232: Внутреннее пространство
401: Внутренний теплообменный канал
404: Первая выпуклая часть
405: Вторая выпуклая часть.