專利名稱：排氣熱回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排氣熱回收裝置，其執(zhí)行廢氣(如汽車的廢氣) 與冷卻液之間的熱交換并且回收所述廢氣中的熱。
背景技術(shù)：
如/>開號(hào)為2004-293395和2002-147291的日本專利申請(qǐng)所示，用 于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣冷卻部件是眾所周知的，其中雙管結(jié)構(gòu)具有內(nèi)管和外 管，且在外管的內(nèi)部的上游側(cè)設(shè)置有排氣控制閥。排氣冷卻器設(shè)置在 內(nèi)管和外管之間，其執(zhí)行冷卻水與廢氣之間的熱交換。發(fā)明內(nèi)容在如上提到的技術(shù)中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)，在排氣冷卻器中的冷卻 水通道中的冷卻水停止循環(huán)。由于殘留熱，冷卻水的溫度可能會(huì)上升 至沸騰。本發(fā)明是根據(jù)上述情況做出的，并且提供了 一種排氣熱回收裝置， 其能夠防止熱交換器內(nèi)部的冷卻液的溫度升高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第 一方案的排氣熱回收裝置包 括熱交換器，其執(zhí)行廢氣與冷卻介質(zhì)之間的熱交換；及自然對(duì)流通道, 其一端連接到在熱交換器中的冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的上部，另 一端連接到冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的下部。第一方案的排氣熱回收裝置中，熱交換器的冷卻介質(zhì)通道和自然 對(duì)流通道構(gòu)成冷卻介質(zhì)由于自然對(duì)流(即相對(duì)密度差)能夠循環(huán)的自然對(duì)流循環(huán)3各線。自然對(duì)流通道連接到冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的 上部和下部。由于該自然對(duì)流循環(huán)路線中的冷卻介質(zhì)的溫度差，冷卻 介質(zhì)通過自然對(duì)流循環(huán)路線循環(huán)。由此，即使是在熱交換器中的冷卻 介質(zhì)通道中不產(chǎn)生受迫流動(dòng)的結(jié)構(gòu)，也能避免冷卻介質(zhì)在熱交換器的 高溫部附近的積聚。相應(yīng)地，冷卻介質(zhì)不會(huì)達(dá)到高溫。以這種方式，利用本方案的排氣熱回收裝置，能夠防止熱交換器 內(nèi)部的冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫。本發(fā)明的第二方案包括第一方案的排氣熱回收裝置，其中自然對(duì) 流通道的中間部分位于熱交換器的外側(cè)。在根據(jù)本發(fā)明的第二方案的排氣熱回收裝置中，自然對(duì)流通道的 中間部分位于熱交換器的外側(cè)。當(dāng)冷卻介質(zhì)通過自然對(duì)流循環(huán)通道循 環(huán)時(shí)，熱量被分散在自然對(duì)流通道的中間部分。由此，能夠有效地防 止冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫。本發(fā)明的第三方案包括第一或第二方案的排氣熱回收裝置，其中，的旁路部件的周圍形成的熱交換部件。熱交換器被構(gòu)造為在廢氣流經(jīng) 旁路的狀態(tài)和廢氣流經(jīng)熱交換部件的狀態(tài)間可切換。第三方案的排氣熱回收裝置中，圓柱形熱交換部件沿水平方向形成于"i殳置的旁路部件的周圍。冷卻介質(zhì)通道^:置在該熱交換部件中以 便其能夠執(zhí)行與廢氣的熱交換。通過該結(jié)構(gòu)，相對(duì)于冷卻介質(zhì)量的熱 交換器中的廢氣量是很大的。即使在具有很多熱量的這種構(gòu)造中，也 能夠防止在自然對(duì)流循環(huán)路線(route)中循環(huán)的冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫而 不用依賴?yán)鋮s介質(zhì)的受迫流動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的第四方案的排氣熱回收裝置，包括熱交換器，其執(zhí)行廢氣與冷卻介質(zhì)之間的熱交換；及自然對(duì)流通道，其一端連接到在熱交換器中的冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的上部，其另一端連接到冷 卻介質(zhì)通道的重力方向上的下部，而其中間部分位于熱交換器的外側(cè)。第四方案的排氣熱回收裝置中，熱交換器的冷卻介質(zhì)通道和自然 對(duì)流通道構(gòu)成冷卻介質(zhì)由于自然對(duì)流(即相對(duì)密度差)能夠循環(huán)的自 然對(duì)流循環(huán)路線。自然對(duì)流通道連接到冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的 上部和下部。因?yàn)樽匀粚?duì)流通道的中間部分位于熱交換器的外側(cè)，當(dāng) 冷卻介質(zhì)在自然對(duì)流循環(huán)通道中循環(huán)時(shí)，其在自然對(duì)流通道的中間部 分處釋放熱量，并被冷卻。雖然該結(jié)構(gòu)不會(huì)在熱交換器的冷卻介質(zhì)通 道中產(chǎn)生受迫流動(dòng)，但是也能避免冷卻介質(zhì)在熱交換器的高溫部附近 的積聚，并且冷卻介質(zhì)不會(huì)達(dá)到高溫。以這種方式，利用第四方案的排氣熱回收裝置，能夠防止熱交換 器內(nèi)部的冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫。根據(jù)本發(fā)明的第五方案的排氣熱回收裝置，包括熱交換器，其具 有執(zhí)行廢氣與冷卻介質(zhì)之間的熱交換并在沿水平方向設(shè)置的旁路部件 的周圍形成的熱交換部件，并且熱交換器被構(gòu)造為在廢氣流經(jīng)旁路的狀態(tài)和廢氣流經(jīng)熱交換部件的狀態(tài)間可切換；及自然對(duì)流通道，其一 端連接到在熱交換器中的冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的上部，其另一 端連接到冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的下部，而其中間部分位于熱交 換器的外側(cè)。第五方案的排氣熱回收裝置中，圓柱形熱交換部件形成為圍繞沿 水平方向設(shè)置的旁路部件周圍。冷卻介質(zhì)通道設(shè)置在該熱交換部件中以便與廢氣交換熱。通過該結(jié)構(gòu)，相對(duì)于冷卻介質(zhì)量的熱交換器中的 廢氣量是很大的。熱交換器的冷卻介質(zhì)通道和自然對(duì)流通道構(gòu)成冷卻 介質(zhì)由于自然對(duì)流(即相對(duì)密度差)能夠循環(huán)的自然對(duì)流循環(huán)路線。自然對(duì)流通道連接到冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的上部和下部。因?yàn)?自然對(duì)流通道的中間部分位于熱交換部件(熱交換器)的外側(cè)，當(dāng)冷 卻介質(zhì)在自然對(duì)流循環(huán)通道中循環(huán)時(shí)，其在自然對(duì)流通道的中間部分 處釋》文熱量，并纟皮冷卻。相應(yīng)地，雖然該結(jié)構(gòu)不會(huì)在熱交換器的冷卻 介質(zhì)通道中產(chǎn)生受迫流動(dòng)，但是冷卻介質(zhì)不會(huì)達(dá)到高溫。以這種方式，利用第五方案的排氣熱回收裝置，能夠防止熱交換 器內(nèi)部的冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫。本發(fā)明的第六方案是第五方案的排氣熱回收裝置，其中自然對(duì)流 通道的一端連接到冷卻介質(zhì)通道中位于旁路部件上方的在重力方向上 的上側(cè)部，另一端連接到位于旁路部件下方的在重力方向上的下側(cè)部。第六方案的排氣熱回收裝置中，自然對(duì)流通道以其相對(duì)于旁路通 道而位于上側(cè)和下側(cè)的部分處連接到冷卻介質(zhì)通道?；谠撛颍?包括在冷卻介質(zhì)通道的冷卻介質(zhì)的自然對(duì)流循環(huán)通道中的部分變得很 小。由此，在自然對(duì)流循環(huán)通道中循環(huán)的冷卻介質(zhì)的量增加，并且能 夠有效地防止熱交換器內(nèi)部的冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫。根據(jù)本發(fā)明的第七方案的排氣熱回收裝置，包括第 一到第六方案 的排氣熱回收裝置中的任意一種，其中冷卻介質(zhì)通道包括冷卻介質(zhì)循 環(huán)路線的一部分，當(dāng)在廢氣與冷卻介質(zhì)之間執(zhí)行熱交換時(shí)冷卻介質(zhì)在 該部分處被強(qiáng)制地循環(huán)，并且自然對(duì)流通道的一端和另一端連接到冷 卻介質(zhì)通道部分，當(dāng)冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)通道中凈皮強(qiáng)制循環(huán)時(shí)，在所 述部分處自然對(duì)流通道的一端與另一端之間的壓力差變得小于預(yù)定 值。第七方案的排氣熱回收裝置中，當(dāng)在廢氣與冷卻介質(zhì)之間執(zhí)行熱 交換時(shí)，諸如泵的裝置運(yùn)作使得冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)循環(huán)通道中被強(qiáng) 制循環(huán)，冷卻介質(zhì)循環(huán)通道包括熱交換器的冷卻介質(zhì)通道。由此，能 夠執(zhí)行有效的熱交換。另一方面，如果冷卻介質(zhì)循環(huán)通道中的冷卻介質(zhì)的受迫循環(huán)流動(dòng)(即泵的運(yùn)轉(zhuǎn))停止，則熱交換器中的廢氣側(cè)處的 殘留熱被傳輸?shù)嚼鋮s介質(zhì)通道的冷卻介質(zhì)中。冷卻介質(zhì)通過自然對(duì)流 循環(huán)通道循環(huán)，該自然對(duì)流循環(huán)通道被構(gòu)造為包括上述冷卻介質(zhì)通道 和自然對(duì)流通道，從而能防止冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫。此處，自然對(duì)流通道的一端和另一端(即，由于自然對(duì)流的冷卻 介質(zhì)的導(dǎo)入部和排出部)連接到如下部分，當(dāng)受迫流動(dòng)在冷卻介質(zhì)循 環(huán)路線中循環(huán)時(shí)，在該部分處自然對(duì)流通道的一端與另 一端之間的壓 力差變得小于預(yù)定值?；诖嗽?，當(dāng)產(chǎn)生受迫循環(huán)時(shí)，抑制了冷卻 介質(zhì)流入自然對(duì)流通道內(nèi)。因此，當(dāng)在廢氣與冷卻介質(zhì)之間執(zhí)行熱交 換時(shí)，能防止冷卻介質(zhì)中所含的熱被浪費(fèi)地排到自然對(duì)流通道。根據(jù)本發(fā)明的第八方案的排氣熱回收裝置包括第 一到第六方案的 排氣熱回收裝置中的任意一種，其中冷卻介質(zhì)通道包括冷卻介質(zhì)循環(huán) 路線的一部分，當(dāng)在廢氣與冷卻介質(zhì)之間執(zhí)行熱交換時(shí)，冷卻介質(zhì)在該部分處^:強(qiáng)制地循環(huán)。自然對(duì)流通道的一端和另一端連接到位于與冷卻介質(zhì)通道中冷卻 介質(zhì)受迫循環(huán)的流向垂直的平面上的部分。第八方案的排氣熱回收裝置中，當(dāng)在廢氣與冷卻介質(zhì)之間執(zhí)行熱 交換時(shí)，操作泵等被操作并且冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)循環(huán)路線中被強(qiáng)制 循環(huán)，該冷卻介質(zhì)循環(huán)路線包括熱交換器的冷卻介質(zhì)通道。由此，能 夠執(zhí)行有效的熱交換。另一方面，如果冷卻介質(zhì)循環(huán)通道中的冷卻介 質(zhì)的受迫循環(huán)流動(dòng)(即泵的操作)停止，則熱交換器中的廢氣側(cè)處的 殘留熱被傳輸?shù)嚼鋮s介質(zhì)通道的冷卻介質(zhì)中。冷卻介質(zhì)通過自然對(duì)流 循環(huán)通道循環(huán)，該自然對(duì)流循環(huán)通道4皮構(gòu)造為包括冷卻介質(zhì)通道和自 然對(duì)流通道，乂人而能防止冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫。此處，自然對(duì)流通道的一端和另一端(即，由于自然對(duì)流的冷卻 介質(zhì)的導(dǎo)入部和排出部)連接到位于垂直于冷卻介質(zhì)通道中冷卻介質(zhì)受迫循環(huán)的流向的平面上的位置?；诖嗽?，由于冷卻介質(zhì)的強(qiáng)制 循環(huán)引起的冷卻介質(zhì)的導(dǎo)入部和排出部之間的壓力差很小。相應(yīng)地， 當(dāng)冷卻介質(zhì)循環(huán)路線中產(chǎn)生強(qiáng)制循環(huán)時(shí)，抑制了冷卻介質(zhì)流入自然對(duì) 流通道，防止了冷卻介質(zhì)中所含的熱浪費(fèi)地釋放到自然對(duì)流通道。根據(jù)本發(fā)明第九方案的排氣熱回收裝置包括第 一到第三方案的排氣熱回收裝置中的任意一種，其中熱交換器包括外殼，其具有廢氣 流經(jīng)的排氣通道和鄰近排氣通道設(shè)置的冷卻介質(zhì)流經(jīng)的冷卻介質(zhì)通 道；第一連接通道，其在冷卻介質(zhì)通道的冷卻介質(zhì)流向上的一端處連 4妄到冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的上部，并形成自然對(duì)流通道一端側(cè) 的一個(gè)部分；第二連接通道，其在冷卻介質(zhì)通道的冷卻介質(zhì)流向上的另 一端處連接到冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的下部，并形成自然對(duì)流通 道另一端側(cè)的一個(gè)部分；及絕熱部件，其使第二連接通道的位于外殼 內(nèi)的部分與廢氣相絕熱。第九方案的排氣熱回收裝置中，流經(jīng)排氣通道的廢氣與流經(jīng)冷卻 介質(zhì)通道的冷卻介質(zhì)在外殼中執(zhí)行熱交換。冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)通道 中從第 一連接通道流到第二連接通道或從第二連接通道流到第 一連接 通道，并在外殼內(nèi)部和外部循環(huán)(是強(qiáng)制地循環(huán))。此時(shí)，通過絕熱部 件絕熱的第二連接通道處的冷卻介質(zhì)的溫度(升高)被抑制為低于冷 卻介質(zhì)通道中的冷卻介質(zhì)的溫度。然后，當(dāng)冷卻介質(zhì)的強(qiáng)制循環(huán)被停止時(shí)，第二連接通道的冷卻介 質(zhì)由于其相對(duì)較低的溫度使其相對(duì)密度大于冷卻介質(zhì)通道中的冷卻介 質(zhì)的相對(duì)密度，由于重力而產(chǎn)生向下的流動(dòng)。在冷卻介質(zhì)通道的在冷 卻介質(zhì)流向上的另 一端側(cè)處，冷卻介質(zhì)流進(jìn)冷卻介質(zhì)通道在重力方向 上的下部。由于這樣，產(chǎn)生了冷卻介質(zhì)向第一連接通道側(cè)的自然對(duì)流， 防止了冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫。此外，通過設(shè)置絕熱部件，能夠在外殼(即， 第二連接通道，其為自然對(duì)流通道的另一端)內(nèi)部設(shè)置一個(gè)部件，在該部件處冷卻介質(zhì)的一部分能夠被保持在相對(duì)低的溫度。由于這樣， 第二連接通道被外殼覆蓋并保護(hù)。根據(jù)本發(fā)明的第十方案的排氣熱回收裝置包括熱交換器，熱交換 器包括外殼，其具有廢氣流經(jīng)的排氣通道和鄰近排氣通道設(shè)置的冷卻介質(zhì)流經(jīng)的冷卻介質(zhì)通道；第一連接通道，其在冷卻介質(zhì)通道的冷卻 介質(zhì)流向上的 一端處連通外殼的外部和冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的 上部；第二連接通道，其在冷卻介質(zhì)通道的冷卻介質(zhì)流向上的另一端 處連通外殼的外部和冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的下部；及絕熱部件， 其使第二連接通道的位于外殼內(nèi)的部分與廢氣相絕熱。第十方案的排氣熱回收裝置中，在外殼內(nèi)執(zhí)行流經(jīng)排氣通道的廢 氣和流經(jīng)外殼中的冷卻介質(zhì)通道的冷卻介質(zhì)之間的熱交換。冷卻介質(zhì) 在冷卻介質(zhì)通道中從第一連接通道流向第二連接通道或從第二連接通 道流向第一連接通道，在外殼的內(nèi)部和外部循環(huán)(強(qiáng)制地循環(huán))。此時(shí)， 通過絕熱部件絕熱的第二連接通道處的冷卻介質(zhì)的溫度(升高)被抑 制為低于冷卻介質(zhì)通道中的冷卻介質(zhì)的溫度。然后，當(dāng)冷卻介質(zhì)的受迫循環(huán)被停止時(shí)，第二連接通道的冷卻介 質(zhì)由于其相對(duì)較低的溫度使其相對(duì)密度大于冷卻介質(zhì)通道中的冷卻介 質(zhì)的相對(duì)密度，由于重力而產(chǎn)生向下的流動(dòng)。在冷卻介質(zhì)通道的在冷 卻介質(zhì)流向上的另 一端側(cè)處，冷卻介質(zhì)流進(jìn)冷卻介質(zhì)通道的在重力方 向上的下部。由于這樣，產(chǎn)生了冷卻介質(zhì)向第一連接通道側(cè)的自然對(duì) 流，防止了冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫。此外，通過設(shè)置絕熱部件，能夠在外 殼(即，第二連接通道)內(nèi)部設(shè)置一個(gè)部件，在該部件處冷卻介質(zhì)的 一部分能夠被保持在相對(duì)低的溫度。由于這樣，第二連接通道被外殼 遮蓋并保護(hù)。以這種方式，通過第十方案的排氣熱回收裝置，能夠防止熱交換 器內(nèi)部的冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫。本發(fā)明的第十一方案是第九或第十方案的排氣熱回收裝置，當(dāng)從 廢氣流動(dòng)的方向看時(shí)，第二連接通道除去穿透外殼的部分后的部分形 成為完全與冷卻介質(zhì)通道重疊。
第十一方案的排氣熱回收裝置中，當(dāng)從廢氣流動(dòng)的方向看時(shí)，除 去穿透外殼的部分后的第二連接通道完全與冷卻介質(zhì)通道重疊，并且 不會(huì)妨礙廢氣的流動(dòng)，所以能抑制排氣背壓的增加。
本發(fā)明的第十二方案是第十一方案的排氣熱回收裝置，其中，當(dāng) 從廢氣流動(dòng)的方向看時(shí)，第二連接通道除去穿透外殼的部分后的部分 具有與冷卻介質(zhì)通道的截面形狀相同的截面形狀。
第十二方案的排氣熱回收裝置中，當(dāng)從廢氣流動(dòng)的方向看時(shí)，除
去穿透外殼的部分后的第二連接通道具有與冷卻介質(zhì)通道的截面形狀 相同的截面形狀，并且能夠在保持低溫冷卻介質(zhì)的同時(shí)保持上述背壓 抑制效果，以便產(chǎn)生冷卻介質(zhì)的自然對(duì)流。
本發(fā)明的第十三方案是第十一或第十二方案的排氣熱回收裝置， 其中冷卻介質(zhì)通道形成為同軸地圍繞排氣通道的圓柱形。
第十三方案的排氣熱回收裝置中，例如，冷卻介質(zhì)通道形成在限 定排氣通道的內(nèi)管壁和同軸地設(shè)置在內(nèi)管壁的外側(cè)的外管壁之間。第 二連接通道在軸向上設(shè)置在冷卻介質(zhì)通道的任一側(cè)。當(dāng)冷卻介質(zhì)的受 迫循環(huán)被停止時(shí)，因?yàn)榈蜏乩鋮s介質(zhì)流進(jìn)第二連接通道的形成為圓柱 形的下部，所以冷卻介質(zhì)流動(dòng)不可能停滯在自然對(duì)流通道。因而能夠 有效地防止外殼中的冷卻介質(zhì)的溫度增加。
本發(fā)明的第十四方案的排氣熱回收裝置是第十一到第十三方案的 排氣熱回收裝置中的任意一種，其中第二連接通道在廢氣流向上設(shè)置 在冷卻介質(zhì)通道的下游側(cè)。第十四方案的排氣熱回收裝置中，在熱已經(jīng)被吸收后，由于廢氣 和冷卻介質(zhì)之間的熱交換，廢氣與第二連接通道接觸，從而第二連接 通道從廢氣中吸收的熱很小。能夠使得第二連接通道內(nèi)的冷卻介質(zhì)的 溫度較低。
本發(fā)明的第十五方案的排氣熱回收裝置是第九'到第十四方案的排 氣熱回收裝置中的任意 一種，其中第二連接通道通過利用分割板分割 冷卻介質(zhì)通道在冷卻介質(zhì)流向上的另 一端而形成。
第十五方案的排氣熱回收裝置中，冷卻介質(zhì)通道和第二連接通道 為一體形成，即，在冷卻介質(zhì)通道和廢氣流經(jīng)的第二連接通道之間沒 有間隔部。相應(yīng)地，第二連接通道與廢氣的接觸面積小，能夠使第二 連接通道中的冷卻介質(zhì)保持在更低的溫度。
圖1是垂直于用于排氣熱回收的構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的
排氣熱回收系統(tǒng)的熱交換器的軸向的截面圖2是用于排氣熱回收的構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的排氣熱 回收系統(tǒng)的熱交換器的軸向截面圖3是示出4艮據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的排氣熱回收系統(tǒng)的總體結(jié) 構(gòu)的系統(tǒng)流程圖4是垂直于用于排氣熱回收的構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的 排氣熱回收系統(tǒng)的熱交換器的可選實(shí)例的軸向的截面圖5A是用于排氣熱回收的根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的熱交換器 的軸向截面圖5B是沿圖5A中線5B-5B的截面圖；圖6是采用根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的熱交換器的排氣熱回收系統(tǒng)的系統(tǒng)流程圖；及圖7A是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的熱交換器的軸向截面圖；圖7B是沿圖7A中線7B-7B的截面圖。
具體實(shí)施方式
如上所述的根據(jù)本發(fā)明的排氣熱回收裝置展示出其在防止熱交換 器(即外殼)內(nèi)的冷卻介質(zhì)的溫度升高方面的較好的效果。將結(jié)合圖1到圖3說明用作根據(jù)本發(fā)明的第一示范實(shí)施例的排氣 熱回收裝置的排氣熱回收系統(tǒng)10。注意，在下面的說明中當(dāng)使用類似 上游和下游的術(shù)語時(shí)，這表示在廢氣流向上的上游/下游側(cè)。此外，各 圖中的向上(UP)箭頭及向下(LO)箭頭分別表示在重力方向上的上 側(cè)和下側(cè)(即車身的向上和向下的方向)。圖3以流程圖示出了排氣熱回收系統(tǒng)IO的總體結(jié)構(gòu)。如圖所示， 由于與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的熱交換，排氣熱回收系統(tǒng)IO回收汽車的內(nèi)燃機(jī) 12的廢氣中的熱。回收的熱用于加熱或加快發(fā)動(dòng)機(jī)12的暖機(jī)。形成將廢氣導(dǎo)出的排氣路線的排氣管14連接到發(fā)動(dòng)機(jī)12。在排氣 管14的排氣路線上從上游側(cè)依次設(shè)置催化劑轉(zhuǎn)化器16、排氣熱回收熱 交換器18 (以下稱為"熱交換器18")和主消音器20。催化劑轉(zhuǎn)化器 16被構(gòu)造為利用設(shè)置在其中的催化劑16A清潔流經(jīng)的廢氣。主消音器 20被構(gòu)造為降低將經(jīng)清潔的廢氣排放到空氣時(shí)所產(chǎn)生的排氣噪聲。氣的熱回收到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水。同樣，作為用于廢氣的旁路部件的旁路 通道22和作為用于開啟和關(guān)閉旁路通道22的通道切換裝置的通道切換閥24設(shè)置在熱交換器18的內(nèi)部。這些部件被構(gòu)造為能夠在執(zhí)行廢 氣與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水間的熱交換的排氣熱回收模式和廢氣流經(jīng)旁路通道 22的正常模式之間切換。下文將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖2所示，熱交換器18包括各自形成圓柱形并同軸設(shè)置的內(nèi)管 26和外管28，并設(shè)置有形成廢氣流動(dòng)部件的外殼30。此外，外殼30 上設(shè)置有以大于排氣管14的直徑的直徑連接外管28的上游端28A以 及排氣管14的位于催化劑轉(zhuǎn)化器16側(cè)的部分的圓錐缸32;以及連接 外管28的下游端28B和排氣管14的位于主消音器20側(cè)的部分的圓錐 缸34。下列部件形成在外殼30的內(nèi)部，排氣入口頭36，其為圓錐缸32 內(nèi)部的空間；排氣熱交換路線38，其形成在內(nèi)管26和外管28之間形 成的圓柱形空間的熱交換部件；旁路通道22，其為內(nèi)管26的內(nèi)部空間， 其中設(shè)置有通道切換閥24;以及排氣出口頭40，其作為交流部件并且 是圓錐缸34內(nèi)部的空間。作為冷卻介質(zhì)的通道的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管42設(shè)置在外殼30的排氣 熱交換路線38的內(nèi)部，并且形成熱交換部件35,以及形成作為熱交換 器18中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的流道的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水熱交換路線44 (以下 稱為"熱交換路線44")。本示范實(shí)施例中，如圖l所示，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水 管42具有形成雙圓柱形熱交換路線44的四層圓柱結(jié)構(gòu)。以后，包括 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管42的外側(cè)的熱交換路線44的部分將被稱為外側(cè)氣缸 42A，包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管42的內(nèi)側(cè)的熱交換路線44的部分將被稱為 內(nèi)側(cè)氣紅42B。發(fā)動(dòng)才幾冷卻水管42的外側(cè)氣缸42A和內(nèi)側(cè)氣缸42B在發(fā)動(dòng)才幾冷 卻水流向上的上游側(cè)部分穿過外管28連接到所設(shè)的入口 46，在發(fā)動(dòng)機(jī) 冷卻水流向上的下游側(cè)部分穿過外管28連接到所設(shè)的出口 48。本范實(shí)施例中，與出口 48相比，入口 46設(shè)置在排氣熱交換i 各線38的下游側(cè)， 熱交換器18是逆流式熱交換器。熱交換器18被構(gòu)造為使得當(dāng)通道切換閥24處于內(nèi)管26 (旁路通 道22)被關(guān)閉的排氣熱回收模式時(shí)，通過使廢氣流向排氣熱交換路線 38來執(zhí)行熱交換功能。在通道切換閥24打開內(nèi)管26的正常模式下， 廢氣主要流經(jīng)旁路通道22，從而執(zhí)行排氣旁路功能。注意，設(shè)置有發(fā) 動(dòng)機(jī)冷卻水管42的排氣熱交換路線38的流動(dòng)阻力(壓力損失)大于 開啟的旁路通道22的流動(dòng)阻力。這種構(gòu)造使得在通道切換閥24打開 內(nèi)管26的情況下，幾乎沒有廢氣流向排氣熱交換路線38。通道切換閥24由作為控制裝置(未顯示)的ECU (發(fā)動(dòng)機(jī)控制部 件)控制，并且例如被設(shè)計(jì)為，當(dāng)需要加快發(fā)動(dòng)機(jī)12的暖機(jī)時(shí)(即當(dāng) 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度低于特定閾值(如80。C時(shí)))，關(guān)閉旁路通道22。排氣熱回收系統(tǒng)10還設(shè)置有將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的熱回收用于加熱器 的前暖氣風(fēng)箱50和后暖氣風(fēng)箱52，以及使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水在前暖氣風(fēng)箱 50和后暖氣風(fēng)箱52之間循環(huán)的加熱水通道54。前暖氣風(fēng)箱50和后暖 氣風(fēng)箱52平行設(shè)置。熱交換器18在加熱水通道54中設(shè)置在后暖氣風(fēng) 箱52的下游側(cè)。也就是說，入口 46設(shè)置在加熱水通道54中的后暖氣 風(fēng)箱52側(cè)，出口 48設(shè)置在加熱水通道54中的發(fā)動(dòng)機(jī)12的上游側(cè)。 本示范實(shí)施例中，熱交換器18設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水系統(tǒng)中與前暖氣風(fēng) 箱50平行并與后暖氣風(fēng)箱52串聯(lián)。相應(yīng)地，在排氣熱回收系統(tǒng)10中，此系統(tǒng)凈皮設(shè)計(jì)為由于隨著發(fā)動(dòng) 機(jī)12的運(yùn)行而運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵(未圖示)使得發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水沿圖3的加熱 水通道54上標(biāo)出的箭頭方向流動(dòng)。由此，當(dāng)來自發(fā)動(dòng)機(jī)12的高溫加 熱水流經(jīng)前暖氣風(fēng)箱50和后暖氣風(fēng)箱52時(shí)，水經(jīng)歷了熱交換，且回 收的熱用于加熱器。在后暖氣風(fēng)箱52處冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水被導(dǎo)入熱 交換器18,并在必要時(shí)(即，取決于ECU的控制)使其與廢氣交換熱。該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為使得流經(jīng)熱交換器18的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水同流經(jīng)前暖氣風(fēng)箱50的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水一起返回到發(fā)動(dòng)機(jī)12。通過這種方式，從發(fā)動(dòng)機(jī) 暖機(jī)的角度看，熱交換器18被構(gòu)造為作為在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī) 12前加熱發(fā)動(dòng)才幾冷卻水的加熱器。包括排氣熱回收系統(tǒng)10的熱交換器18設(shè)置有自然對(duì)流水管56, 自然對(duì)流水管56連接外側(cè)氣缸42A的在重力方向上的上部和下部，其 中間部分位于外殼30的外側(cè)。更具體地，自然對(duì)流水管56的主要結(jié) 構(gòu)部分是，冷卻水導(dǎo)入部件56A，其連接到外側(cè)氣缸42A的較內(nèi)管26 (旁路通道22)低側(cè)的部分；冷卻水排出部56B,其連接到外側(cè)氣缸 42A的較內(nèi)管26 (旁路通道22)高側(cè)的部分；以及熱釋放部56C,其 穿過外管28并位于外殼30即熱交換器18的外側(cè)。由此，在排氣熱回收系統(tǒng)10中，自然對(duì)流水管56與位于冷卻水 導(dǎo)入部件56A和基本位于外側(cè)氣缸42A的重力方向上的冷卻水排出部 56B之間的部分構(gòu)成第一環(huán)形自然對(duì)流循環(huán)路線58。在本范實(shí)施例中， 如圖1所示，自然對(duì)流水管56 (即自然對(duì)流循環(huán)路線58 )相對(duì)于內(nèi)管 26的左、右側(cè)設(shè)置。同樣，如圖2所示，沿廢氣流向設(shè)置有多個(gè)自然 對(duì)流水管56。當(dāng)從側(cè)面看時(shí)，上述自然對(duì)流水管56中的每一個(gè)具有設(shè)置在與發(fā) 動(dòng)機(jī)冷卻水管42 (外側(cè)氣缸42A)的軸向正交的平面上的冷卻水導(dǎo)入 部件56A和冷卻水排出部56B。更具體地說，從側(cè)^L圖看時(shí)，連接冷 卻水導(dǎo)入部件56A和冷卻水排出部56B的想像的直線L設(shè)置為基本垂 直于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管42的軸向。此處，通過外側(cè)氣缸42A,從入口 46流入并從出口 48流出的發(fā) 動(dòng)機(jī)冷卻水總體從入口 46側(cè)向出口 48側(cè)基本均勻。相應(yīng)地，該裝置 凈皮構(gòu)造為，使得在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水由于包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管42的加熱水 通道54中的水泵作用而受迫循環(huán)時(shí)，上述設(shè)置在想像的直線L上的冷卻水導(dǎo)入部件56A和冷卻水排出部56B (當(dāng)從側(cè)面看時(shí))之間幾乎沒 有壓力差。也就是說，壓力差或壓力比仍在設(shè)定值內(nèi)。由此，在由于 水泵作用而受迫循環(huán)時(shí)，能防止發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水流向自然對(duì)流水管56。此外，將每個(gè)外側(cè)氣缸42A連4妄到內(nèi)側(cè)氣缸42B的 一對(duì)上、下連 接管部件42C設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管42上，位于使每個(gè)自然對(duì)流水管 56設(shè)置在冷卻水流動(dòng)的方向上的位置處。由此，排氣熱回收系統(tǒng)10中， 內(nèi)側(cè)氣缸42B的基本左半部或右半部、自然對(duì)流水管56以及包括在外 側(cè)氣缸42A中的將內(nèi)側(cè)氣缸42B的半部分與自然對(duì)流水管56相連接 的部分形成第二自然對(duì)流循環(huán)^各線60。自然對(duì)流循環(huán)^各線60包括位于 熱交換器18的外側(cè)的熱釋放器56C，并與第一自然對(duì)流循環(huán)路線58 平行。此外，排氣熱回收系統(tǒng)IO被設(shè)計(jì)為使得當(dāng)該系統(tǒng)處于排氣熱回收 模式時(shí)，排氣熱交換路線38中的位于內(nèi)管26和內(nèi)側(cè)氣缸42B之間的 空間作為排氣通道。在正常模式下，此空間作為將旁路通道22 (高溫 廢氣流經(jīng)其中)與熱交換路線44相分隔的隔熱空氣層。接下來，將說明第一示范實(shí)施例的效果。如上構(gòu)造的排氣熱回收系統(tǒng)10中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度低時(shí)， 如剛啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)12后，ECU基于如加快暖機(jī)的需要來驅(qū)動(dòng)通道切換閥 24關(guān)閉，使旁路通道22關(guān)閉。也就是說，排氣熱回收模式被選中。當(dāng) 發(fā)生這種情況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)12的廢氣被導(dǎo)入熱交換器18的排氣熱交換 路線38而沒有流向旁路通道22。在導(dǎo)入排氣熱交換路線38的廢氣與 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水之間執(zhí)行熱交換，并且廢氣使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱。由此， 加快了發(fā)動(dòng)機(jī)12的暖才幾。另一方面，如果發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度上升并超過閾值，則ECU操 作通道切換閥24打開，^f吏旁路通道22打開。也就是說，ECLM人排氣 熱回收模式切換到正常模式。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，廢氣主要流經(jīng)旁路通道22。同時(shí)在這種情況下，由于發(fā)動(dòng)機(jī)12 (即水泵)的動(dòng)作，發(fā)動(dòng) 才幾冷卻水在包括發(fā)動(dòng)沖幾冷卻水管42的加熱水通道54中循環(huán)。然后當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12停止時(shí)，水泵的動(dòng)作停止，并且由于水泵停止發(fā) 動(dòng)機(jī)冷卻水的受迫循環(huán)停止。雖然發(fā)生了這些，但是在發(fā)動(dòng)機(jī)12停止 后熱交換器18的內(nèi)管26 (旁路通道22)的高溫狀態(tài)維持一段時(shí)間。 來自該高溫旁路通道22的熱被傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管42中的發(fā)動(dòng)機(jī) 冷卻水。排氣熱回收系統(tǒng)10中，設(shè)置有連接外側(cè)氣缸42A的頂部和底部的 自然對(duì)流水管56，使得自然對(duì)流水管56和外側(cè)氣缸42A的一部分形 成第一自然對(duì)流循環(huán)路線58。此外，自然對(duì)流水管56、外側(cè)氣缸42A 的一部分和內(nèi)側(cè)氣缸42B的左半部或右半部形成第二自然對(duì)流循環(huán)路 線60。由于在位于循環(huán)路線58和循環(huán)路線60的上側(cè)和下側(cè)之間的發(fā) 動(dòng)機(jī)冷卻水產(chǎn)生的比重差，使得自然對(duì)流循環(huán)路線58和自然對(duì)流循環(huán) 路線60中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水產(chǎn)生圖1的箭頭An所示的自然對(duì)流。比重 差是由于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度差導(dǎo)致的，該溫度差歸因于水泵的運(yùn)行 停止后從旁3各通道22向發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管42中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水傳輸?shù)?熱。此循環(huán)中流經(jīng)熱釋放器56C的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水通過與空氣的熱交換 器凈皮冷卻。由此，防止了發(fā)動(dòng)4幾冷卻水的不正常的升溫和沸騰。因?yàn)橥鈧?cè)氣缸42A的相對(duì)于旁路通道22的上部和下部利用自然對(duì) 流水管56連4^,所以外側(cè)氣缸42A中未形成自然對(duì)流循環(huán)^^線58的 部分較少。相應(yīng)地，在自然對(duì)流循環(huán)路線58中循環(huán)并在熱釋放器56C 處一皮冷卻的發(fā)動(dòng)才幾冷卻水的量增加。由此，有效地防止了發(fā)動(dòng)才幾冷卻 水溫度的上升。在排氣熱回收系統(tǒng)10中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12被停止時(shí)，通 過自然對(duì)流循環(huán)能防止發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度的上升，而不使用如電動(dòng)馬 達(dá)的動(dòng)力。注意，自然對(duì)流水管56的冷卻水導(dǎo)入部件56A和冷卻水排出部 56B設(shè)置在外側(cè)氣缸42A中的與冷卻水流向(軸線方向)垂直的平面 上(或當(dāng)從側(cè)面看時(shí)沿圖2中的想象的直線L)。換句話說，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī) 冷卻水通過加熱水通道54經(jīng)歷受迫循環(huán)時(shí)，冷卻水導(dǎo)入部件56A和冷 卻水排出部56B之間沒有壓力差。由于此原因，排氣熱回收系統(tǒng)10 中，無論在排氣熱回收模式還是在正常模式的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水 均不流入自然對(duì)流水管56。因此，當(dāng)如上所述停止發(fā)動(dòng)才幾12時(shí)，其在冷卻水的浪費(fèi)或不必要的冷卻的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了防止發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度 升高的功能。根據(jù)本發(fā)明第一示范實(shí)施例的排氣熱回收系統(tǒng)10,由于在中間部 分設(shè)置了旁路通道22，排氣能力變大。在本構(gòu)造中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12關(guān)閉 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度可能變高，但是，能夠防止發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管 42中的冷卻水的溫度上升。注意，上述示范實(shí)施例中，示出了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管42形成雙圓柱 形熱交換路線44的例子，但是，本發(fā)明并不因此而受限制。舉例來說， 如圖4所示，發(fā)動(dòng)才幾冷卻水管42也可^L構(gòu)造為形成單一圓柱形熱交換 路線44。在這種情況下，自然對(duì)流循環(huán)路線58被形成為與自然對(duì)流水 管56產(chǎn)生單一對(duì)流路線(見箭頭B )。接下來，將描述本發(fā)明的另一示范實(shí)施例。注意，具有與第一示 范實(shí)施例中的基本相同的構(gòu)造的零件和部件采用與第一示范實(shí)施例相 同的標(biāo)記，并省略對(duì)其的說明。(第二示范實(shí)施例)圖6示出了作為根據(jù)第二示范實(shí)施例的排氣熱回收裝置的排氣熱 回收系統(tǒng)70的總體結(jié)構(gòu)的流程圖。如圖所示，排氣熱回收系統(tǒng)70與 第一示范實(shí)施例的不同之處在于熱交換器。第一示范實(shí)施例的熱交換器18設(shè)置有朝向外管28的外側(cè)突出的自然對(duì)流水管56。與此相反， 排氣熱回收熱交換器72 (以下稱為"熱交換器72")沒有自然對(duì)流水管 56。如圖5A和圖5B所示，熱交換器72中，設(shè)置有內(nèi)管26使軸線方 向?yàn)樗椒较?如車輛的前后方向)。內(nèi)管26穿過外管28的中心軸部， 外管28被單獨(dú)限定為外殼。內(nèi)管26在軸線方向的兩端連接到排氣管 14。內(nèi)管26也可被構(gòu)造為排氣管14的一部分。此外，熱交換器72設(shè) 置有圓錐缸32,圓錐缸32的上游端以氣密狀態(tài)固定在內(nèi)管26的外周， 圓錐缸32的下游端連接到外管28的上游端28A。熱交換器72還設(shè)置 有圓錐缸34，圓錐缸34的下游端以氣密狀態(tài)固定在內(nèi)管26的外周， 圓錐缸34的上游端連4妄到外管28的下游端28B。熱交換器72中的熱交換部件35中形成有排氣入口頭36，其是 內(nèi)管26和圓錐缸32之間的空間；排氣熱交換路線38,其是形成于內(nèi) 管26和外管28之間的圓柱形空間；排氣出口頭40，其是內(nèi)管26和圓 錐缸34之間的空間。內(nèi)管26的內(nèi)部作為上述的旁路通道22。設(shè)置在 圓錐缸32的內(nèi)側(cè)部上并連接到排氣入口頭36的熱交換器入口孔26A 形成于內(nèi)管26上，設(shè)置在圓錐缸34的內(nèi)側(cè)部并連接到排氣出口頭40 的熱交換器出口孔26B形成于內(nèi)管26上。冷卻水管74設(shè)置在排氣熱交換路線38的內(nèi)部，其包括作為熱交 換器72中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水通道的冷卻水熱交換路線76 (以下稱為"熱 交換^^線76")。在本示范實(shí)施例中，冷卻水管74在雙缸的內(nèi)側(cè)形成圓 柱形熱交換路線76。作為第一連接通道的冷卻水入口管78在冷卻水流 向(即受迫循環(huán)的方向)上的上游側(cè)連接到冷卻水管74。冷卻水入口 管78穿過外管28并連接冷卻水入口 76A和外管28的外側(cè)部分(即稍 后描述的加熱水通道54)。冷卻水入口 76A位于軸線方向?yàn)樗椒较?的圓柱形熱交換路線76在重力方向上的最上部。同樣，冷卻水出口 76B位于冷卻水管74在冷卻水流向(即受迫循 環(huán)的方向)上的下游側(cè)。冷卻水出口 76B位于冷卻水管74在重力方向 上的最下部，其開口朝向廢氣流向的上游側(cè)。作為第二連接通道的冷 卻水出口管80連接到冷卻水出口 76B上。冷卻水出口管80呈環(huán)形構(gòu) 造使得其內(nèi)徑和外徑與冷卻水管74的內(nèi)徑和外徑相匹配。冷卻水出口 管80被構(gòu)造為包括在廢氣流向的下側(cè)與冷卻水管74同軸設(shè)置的環(huán)管 82、穿過外管28并連接環(huán)管82在重力方向上的最上部和外管28的外 部的出口 84。 相應(yīng)地，熱交換3各線76的冷卻水出口 76B通過冷卻水 出口管80連4妄到外管28的外部。當(dāng)從廢氣流向的上游側(cè)看時(shí)，環(huán)管82的整體形狀與冷卻水管74 重疊，使得環(huán)管82完全隱藏在冷卻水管74背后(即沒有可見的部分)。 在本示范實(shí)施例中，環(huán)管82位于排氣熱交換路線38和排氣出口頭40 之間的分界線的附近，并稍微與冷卻水管74的下游端分離。作為絕熱部件的絕熱器86設(shè)置在冷卻水出口管80上并且具有隔 熱結(jié)構(gòu)。絕熱器86設(shè)置為基本上跨越形成冷卻水出口管80的環(huán)管82 和出口 84的內(nèi)表面中的每一個(gè)的整個(gè)周圍，絕熱器86將冷卻水出口 管80的內(nèi)部與廢氣相絕熱。注意，絕熱器86還可以設(shè)置在冷卻水出 口管80的外表面上(同時(shí)設(shè)置在內(nèi)表面和外表面上)，但是，優(yōu)選為 絕熱器86的整個(gè)外部形狀與冷卻水管74重疊。對(duì)于絕熱器86來說， 可使用如硅、耐熱樹脂、玻璃棉或保持在鋼板上的陶瓷棉等的材料。上述熱交換器72中，制成這種結(jié)構(gòu)使得當(dāng)通道切換閥24關(guān)閉內(nèi) 管26 (旁路通道22)時(shí)，由于廢氣在排氣熱交換路線38中流動(dòng)這實(shí) 現(xiàn)了熱交換功能。當(dāng)通道切換閥24打開內(nèi)管26時(shí)，廢氣主要流經(jīng)旁 路通道22并且實(shí)現(xiàn)了廢氣旁路功能。注意，設(shè)置有冷卻水管74的排 氣熱交換路線38的流動(dòng)阻力(壓力損失)大于開啟的旁路通道22的流動(dòng)阻力。這種構(gòu)造使得在通道切換閥24打開內(nèi)管26的情況下，幾 乎沒有廢氣流向排氣熱交換路線38。通道切換閥24由作為控制裝置(未顯示)的ECU控制，并被設(shè) 計(jì)為，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度低而需要加快發(fā)動(dòng)機(jī)12的暖機(jī)或加 熱的情況下，旁路通道22被關(guān)閉。與排氣熱回收系統(tǒng)10 —樣，排氣熱回收系統(tǒng)70還設(shè)置有回收發(fā) 動(dòng)機(jī)冷卻水中的熱用于加熱器的前暖氣風(fēng)箱50和后暖氣風(fēng)箱52,以及 使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水循環(huán)到前暖氣風(fēng)箱50和后暖氣風(fēng)箱52的加熱水通道 54。前暖氣風(fēng)箱50和后暖氣風(fēng)箱52平行地設(shè)置于發(fā)動(dòng)機(jī)12上。熱交 換器72設(shè)置在加熱水通道54中的后暖氣風(fēng)箱52的下游側(cè)。也就是說， 冷卻水入口管78設(shè)置在加熱水通道54中的后暖氣風(fēng)箱52側(cè)，而冷卻 水出口管80的出口部84設(shè)置在加熱水通道54中的發(fā)動(dòng)機(jī)12的上游 側(cè)。此示范實(shí)施例中，熱交換器72在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水系統(tǒng)中平行于前暖 氣風(fēng)箱50平行設(shè)置并且與后暖氣風(fēng)箱5串聯(lián)。相應(yīng)地，排氣熱回收系統(tǒng)70中，此系統(tǒng)被i殳計(jì)為使得發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻 水在圖6的加熱水通道54上的箭頭示出的方向流動(dòng)。由此，該結(jié)構(gòu)為 流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)12的高溫加熱水流經(jīng)前暖氣風(fēng)箱50和后暖氣風(fēng)箱52時(shí)， 所述水經(jīng)歷了熱交換并且回收的熱用于加熱器。在后暖氣風(fēng)箱52處冷 卻的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水被導(dǎo)入熱交換器72，并與廢氣交換熱。流經(jīng)熱交換 器72的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水同流經(jīng)前暖氣風(fēng)箱50的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水一起返回 到發(fā)動(dòng)機(jī)12。通過這種方式，對(duì)于加熱操作，熱交換器72作為在發(fā)動(dòng) 機(jī)冷卻水被發(fā)動(dòng)機(jī)12加熱前預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的預(yù)熱裝置。本示范實(shí)施例中，用于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的受迫循環(huán)的加熱水通道54 對(duì)應(yīng)于形成用于使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水經(jīng)歷自然對(duì)流的自然對(duì)流循環(huán)路線的 一部分的"自然對(duì)流通道"。接下來，將說明第二示范實(shí)施例的作用。在如上構(gòu)造的排氣熱回收系統(tǒng)70中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度低時(shí)， 如剛啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)12后，ECU基于如加熱或加快暖機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)12的需要 而驅(qū)動(dòng)通道切換閥24關(guān)閉，使旁路通道22關(guān)閉。也就是說，排氣熱 回收模式被選中。發(fā)動(dòng)機(jī)12的廢氣被導(dǎo)入到熱交換器72的排氣熱交 換路線38中而沒有流向旁路通道22。在熱交換器72中執(zhí)行導(dǎo)入排氣 熱交換路線38的廢氣與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水之間的熱交換，廢氣使發(fā)動(dòng)機(jī)冷 卻水^皮加熱。由此，加熱被加快或發(fā)動(dòng)機(jī)12暖機(jī)。另一方面，如果發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度上升并超過閾值，則ECU操 作通道切換閥24打開，使旁路通道22打開。也就是說，ECU從排氣 熱回收模式切換到正常模式。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，廢氣主要流經(jīng)旁路 通道22。同樣在這種情況下，由于發(fā)動(dòng)機(jī)12的作用(即水泵)，發(fā)動(dòng) 機(jī)冷卻水通過包括冷卻水管74的加熱水通道54循環(huán)。然后當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12停止時(shí)，水泵的動(dòng)作停止，并且由于水泵停止發(fā) 動(dòng)機(jī)冷卻水的受迫循環(huán)停止。在發(fā)動(dòng)機(jī)12停止后，熱交換器72的內(nèi) 管26 (旁路通道22 )的高溫狀態(tài)保持一段時(shí)間。來自此高溫旁路通道 22的熱被傳輸?shù)嚼鋮s水管74中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水。排氣熱回收系統(tǒng)72中，在冷卻水出口管80處設(shè)置絕熱器86。基 于這個(gè)原因，冷卻水出口管80 (此處從廢氣獲得的熱相對(duì)較小)中的 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度低于熱交換路線76中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度，且其 相對(duì)密度高于熱交換路線76中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的相對(duì)密度(在此，水 泵運(yùn)行停止后排氣熱從旁路通道22被傳輸)。相應(yīng)地，冷卻水出口管 80中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水由于重力產(chǎn)生向下的流動(dòng)，并從冷卻水出口部 76B流進(jìn)熱交換路線76在縱向上的最4氐部。由此，熱交換路線76內(nèi) 的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水被推出，并產(chǎn)生向冷卻水入口部76A的流動(dòng)。也就是 說，在熱交換器72 (外管28)的內(nèi)部發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的自然對(duì)流。通過這種方式，因?yàn)楫?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12被停止時(shí)發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的自然對(duì)流(即環(huán)流)，所以避免了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度過度升高和沸騰。尤其是在熱交換器72中，由于在中間部分設(shè)置了旁路通道22所以排 氣能力大。在此結(jié)構(gòu)中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12關(guān)閉時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度可能變 高，但是，通過設(shè)置冷卻水出口管80 (主要是環(huán)管82)和絕熱器86 ， 能夠防止冷卻水管74中冷卻水的高溫。此外，熱交換器72中，與當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12停止時(shí)使用裝置(例如， 電泵)以產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的受迫循環(huán)流動(dòng)的結(jié)構(gòu)相比，沒有消耗電 力?；诖嗽?，在避免發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度過度增加和沸騰的同時(shí)， 不會(huì)影響燃料消耗。此外，當(dāng)從廢氣流動(dòng)的方向看時(shí)，熱交換器72中，環(huán)管82的截 面形狀與冷卻水管74的截面形狀基本相同，并且環(huán)管82隱藏在冷卻 水管74的后面使得環(huán)管82不會(huì)妨礙廢氣流動(dòng)。相應(yīng)地，通過設(shè)置包 括環(huán)管82的冷卻水出口管80，防止了廢氣流動(dòng)背壓的增加。此外，因 為環(huán)管82的截面形狀與熱交換路線76的截面形狀基本匹配，所以能 夠在增加低溫發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的殘留量的同時(shí)保持抑制背壓的上述效 果。熱交換器72中，由于熱交換路線76形成為圓柱形的形狀，系統(tǒng) 70 4皮構(gòu)造為4吏得在發(fā)動(dòng)4幾冷卻水的循環(huán)方向上形成發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水通道 (在本示范實(shí)施例中為單一的一個(gè))的同時(shí)，保留所需的表面積?；?于此原因，由于自然對(duì)流使得不太可能發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的停滯，并 且能夠有效地防止熱交換部件35 (外管28)中冷卻水溫度的升高。同樣，熱交換器72中，因?yàn)榄h(huán)管82相對(duì)于冷卻水管74位于廢氣 流向的下游側(cè)，所以從環(huán)管82中的廢氣獲得的熱變少。基于此原因， 能夠進(jìn)一步降低環(huán)管82內(nèi)部的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度。相應(yīng)地，在發(fā)動(dòng) 才幾12停止時(shí)可加快自然對(duì)流。26熱交換器72中，通過設(shè)置絕熱器86，設(shè)置在外管28中的環(huán)管82 內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的相對(duì)密度變得相對(duì)大。與冷卻水通道的一部分通 過冷卻水管74設(shè)置在外管28的外側(cè)的結(jié)構(gòu)相比，防止了在車輛行進(jìn) 期間環(huán)管82由于飛石等被損害。也就是說，環(huán)管82被外管28保護(hù)。(第三示范實(shí)施例)接下來，將參照?qǐng)D7說明用作形成根據(jù)本發(fā)明的第三示范實(shí)施例 的排氣熱回收系統(tǒng)的排氣熱交換器的排氣熱回收熱交換器90 (下文稱 為"熱交換器90")。圖7A示出了熱交換器90的截面圖。圖7B示出沿圖7A中的線 B-7B的截面圖。如圖所示，熱交換器90與根據(jù)本發(fā)明的第二示范實(shí) 施例的熱交換器72不同之處在于環(huán)管82,此處冷卻水出口管80是與 冷卻水管74分離的單獨(dú)部分，熱交換器90包括與冷卻水管74 —體設(shè) 置的環(huán)形管3各線92。具體來說，環(huán)形管路線92設(shè)置有位于冷卻水管74的下游側(cè)端的 分割板94,由此環(huán)型管路線92被形成為與熱交換路線76相隔開的發(fā) 動(dòng)機(jī)冷卻水路線(第二連接通道)。分割板94形成為環(huán)形部以便與熱 交換路線76 (冷卻水管74)的截面形狀相對(duì)應(yīng)，并其最低部沿水平方 向4皮切斷。從環(huán)形部的最上部向上延伸的部分進(jìn)入出口部84。由此， 環(huán)形管路線92和熱交換路線76通過形成為分割板94的截止部(cutoff portion)的冷卻水出口部76B連接。通過環(huán)管82，絕熱器86設(shè)置在以這種方式形成的環(huán)形管路線92 上。除了熱交換器90以外，其它構(gòu)造與熱交換器72的相應(yīng)構(gòu)造相同。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的第三示范實(shí)施例的熱交換器卯，能夠獲得 與根據(jù)第二示范實(shí)施例的熱交換器72相同的功能和相同的效果。此外， 熱交換器90中，因?yàn)榄h(huán)形管路線92與冷卻水管74—體形成，所以在冷卻水管74和環(huán)形管路線92之間沒有形成廢氣流經(jīng)的縫隙，這與第 二示范實(shí)施例中的熱交換器72不同。因此，環(huán)形管路線92和廢氣之 間的接觸面積變小。基于此原因，環(huán)形管路線92從廢氣獲得的熱進(jìn)一 步減少，并能維持環(huán)形管路線92內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的低溫。注意，上述第二和第三示范實(shí)施例中，示出了冷卻水入口管78為 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水受迫循環(huán)流動(dòng)的入口部而冷卻水出口管80為出口部的例 子(即平行流動(dòng)式熱交換器)，但是，本發(fā)明并不局限于此。舉例來說， 該系統(tǒng)可以做成，受迫循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水從冷卻水出口管80的出口 部84導(dǎo)入而/人冷卻水入口管78排出。此外，上述第二和第三示范實(shí)施例中，示出了熱交換路線76形成 于單一冷卻水管74上的實(shí)例，但是，本發(fā)明并不因此而受限制。舉例來說，熱交換路線76能形成為多個(gè)e同軸氣缸，或能形成為多個(gè)直管。此外，上述第二和第三示范實(shí)施例中，示出了旁路通道22形成在 包括熱交換器72的內(nèi)管26的內(nèi)部，但是，本發(fā)明并不因此而受限制。 舉例來說，旁路通道22能設(shè)置為位于熱交換器72 —側(cè)的多個(gè)平行的 管道。同樣，本發(fā)明能夠用于不設(shè)旁路通道22的排氣熱回收裝置。
權(quán)利要求
1、一種排氣熱回收裝置，包括熱交換器，其執(zhí)行廢氣與冷卻介質(zhì)之間的熱交換；及自然對(duì)流通道，其一端連接到在所述熱交換器中的冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的上部，另一端連接到所述冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的下部。
2、 如權(quán)利要求1所述的排氣熱回收裝置，其中所述自然對(duì)流通道 的中間部分位于所述熱交換器的外側(cè)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的排氣熱回收裝置，其中所述熱交換器 具有執(zhí)行所述廢氣與所述冷卻介質(zhì)之間的熱交換并在沿水平方向設(shè)置 的旁路部件的周圍形成的熱交換部件，并且所述熱交換器被構(gòu)造為在 所述廢氣流經(jīng)所述旁路的狀態(tài)和所述廢氣流經(jīng)所述熱交換部件的狀態(tài) 間可切換。
4、 一種排氣熱回收裝置，包括熱交換器，其執(zhí)行廢氣與冷卻介質(zhì)之間的熱交換；及自然對(duì)流通道，其一端連接到在所述熱交換器中的冷卻介質(zhì)通道 的重力方向上的上部，另一端連接到所述冷卻介質(zhì)通道的重力方向上 的下部，而中間部分位于所述熱交換器的外側(cè)。
5、 一種排氣熱回收裝置，包括熱交換器，其具有執(zhí)行廢氣與冷卻介質(zhì)之間的熱交換并在沿水平 方向設(shè)置的旁路部件的周圍形成的熱交換部件，并且所述熱交換器被構(gòu)造為在所述廢氣流經(jīng)所述旁路的狀態(tài)和所述廢氣流經(jīng)所述熱交換部件的狀態(tài)間可切換；及自然對(duì)流通道，其一端連接到設(shè)置在所述熱交換器中的冷卻介質(zhì) 通道的重力方向上的上部，另一端連接到所述冷卻介質(zhì)通道的重力方 向上的下部，而中間部分位于所述熱交換器的外側(cè)。
6、 如權(quán)利要求3或5所述的排氣熱回收裝置，其中所述自然對(duì)流 通道的一端連接到所述冷卻介質(zhì)通道中位于所述旁路部件上方的在重 力方向上的上側(cè)部，另 一端連接到位于所述旁路部件下方的在重力方 向上的下側(cè)部。
7、 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的排氣熱回收裝置，其中所述 冷卻介質(zhì)通道包括冷卻介質(zhì)循環(huán)路線的如下部分當(dāng)在所述廢氣與所并且所述自然對(duì)流通道的所述一端和所述另 一端連接到所述冷卻介質(zhì) 通道的如下部分當(dāng)冷卻介質(zhì)在所述冷卻介質(zhì)通道中被強(qiáng)制循環(huán)時(shí)， 在所述部分處所述自然對(duì)流通道的所述一端與所述另 一端之間的壓力 差變得小于預(yù)定值。
8、 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的排氣熱回收裝置，其中所述 冷卻介質(zhì)通道包括冷卻介質(zhì)循環(huán)路線的如下部分當(dāng)在所述廢氣與所并且所述自然對(duì)流通道的所述一端和所述另一端連接到處于與所述冷 卻介質(zhì)通道中所述冷卻介質(zhì)受迫循環(huán)的流向垂直的平面上的位置。
9、 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的排氣熱回收裝置，其中所述 熱交換器包括外殼，其具有所述廢氣流經(jīng)的排氣通道和鄰近所述排氣通道設(shè)置的所述冷卻介質(zhì)流經(jīng)的冷卻介質(zhì)通道；第一連接通道，其在所述冷卻介質(zhì)通道的所述冷卻介質(zhì)流向上的 一端處連接到所述冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的上部，并形成所述自 然對(duì)流通道一端側(cè)的 一個(gè)部分；第二連接通道，其在所述冷卻介質(zhì)通道的所述冷卻介質(zhì)流向上的 另一端處連接到所述冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的下部，并形成所述 自然對(duì)流通道另 一端側(cè)的一個(gè)部分；及絕熱部件，其使所述第二連接通道的位于所述外殼內(nèi)的部分與所 述廢氣相絕熱。
10、 一種排氣熱回收裝置，包括熱交換器，所述熱交換器包括外殼，其具有廢氣流經(jīng)的排氣通道和鄰近所述排氣通道設(shè)置 的冷卻介質(zhì)流經(jīng)的冷卻介質(zhì)通道；第一連接通道，其在所述冷卻介質(zhì)通道的所述冷卻介質(zhì)流向 上的一端處連通所述外殼的外部和所述冷卻介質(zhì)通道的重力方向上的 上部；第二連接通道，其在所述冷卻介質(zhì)通道的所述冷卻介質(zhì)流向 上的另一端處連通所述外殼的外部和所述冷卻介質(zhì)通道的重力方向上 的下部；及絕熱部件，其使所述第二連接通道的位于所述外殼內(nèi)的部分 與所述廢氣相絕熱。
11、 如權(quán)利要求9或IO所述的排氣熱回收裝置，其中，當(dāng)從所述 廢氣流動(dòng)的方向看時(shí)，所述第二連接通道除去穿透所述外殼的部分后 的部分形成為完全與所述冷卻介質(zhì)通道重疊。
12、 如權(quán)利要求11所述的排氣熱回收裝置，其中，當(dāng)從所述廢氣 流動(dòng)的方向看時(shí)，所述第二連接通道除去所述穿透所述外殼的部分后 的所述部分具有與所述冷卻介質(zhì)通道的截面形狀相同的截面形狀。
13、 如權(quán)利要求11或12所述的排氣熱回收裝置，其中所述冷卻 介質(zhì)通道形成為同軸地圍繞所述排氣通道的圓柱形。
14、 如權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的排氣熱回收裝置，其中 所述第二連接通道在所述廢氣流向上設(shè)置在所述冷卻介質(zhì)通道的下游側(cè)。
15、 如權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的排氣熱回收裝置，其中所 述第二連接通道通過用分割板在所述冷卻介質(zhì)流向上分割所述冷卻介 質(zhì)通道的另一端而形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠防止熱交換器中的冷卻介質(zhì)達(dá)到高溫的排氣熱回收裝置。排氣熱回收裝置10設(shè)置有熱交換器18，其在廢氣與冷卻介質(zhì)之間執(zhí)行熱交換；自然對(duì)流水管56，其一端連接到熱交換器18中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管42的在重力方向上的上部，其另一端連接到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管42在重力方向上的下部，其中間部分位于熱交換器18的外側(cè)。
文檔編號(hào)G01N7/08GK101405484SQ20078000929
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2007年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月16日
發(fā)明者大谷哲郎, 山田武志 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社