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層疊 排氣 回收 裝置
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摘要
申請專利號:

CN201280043825.0

申請日:

2012.08.30

公開號:

CN103906987A

公開日:

2014.07.02

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F28F 3/08申請日:20120830|||公開
IPC分類號: F28F3/08; B60K13/04; F02G5/02; F28F27/02 主分類號: F28F3/08
申請人: 達納加拿大公司
發明人: I·E·格杰斯; J·G·伯格斯; D·范迪維斯; A·K·吳; M·A·馬丁; M·巴德勒本; A·K·索
地址: 加拿大安大略
優先權: 2011.09.09 US 61/532,677
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038 代理人: 蔣旭榮
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201280043825.0

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.08.24|||2014.09.17|||2014.07.02

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種用于從熱氣氣流回收熱量的裝置,包括氣體換向閥和氣體/液體換熱器?;幌蚍Оǚ?;在旁路位置和熱交換位置之間可運動的閥元件;和形成在閥體中的氣體入口和氣體出口?;蝗繞靼ㄓ善叫杏諗牌魍飛柚玫牟愕咎灝騫鉤傻幕蝗繞饜咎?,并且換熱器位于排氣流通路的外側并且可以從其中隔開,以避免閥在旁路模式時不需要的熱傳遞?;蝗繞骺梢園ㄏ嗔謨詰裝宓淖畹撞康鈉辶魍?,并且可以包括安裝板,其機械地固定到閥體,熱絕緣墊圈設置在安裝板和閥體之間。

權利要求書

權利要求書
1.  一種熱回收裝置,包括氣體換向閥和氣體/液體換熱器,
氣體換向閥包括:閥體;在旁路位置和熱交換位置之間可運動的閥元件;和形成在閥體中的氣體入口和氣體出口,
氣體/液體換熱器包括:由層疊的芯體板構成的換熱器芯體;換熱器芯體包括以交替順序布置的多個氣體流動通道和多個液體流動通道,氣體入口集管和氣體出口集管流體連通于所述多個氣體流動通道;液體入口集管和液體出口集管流體連通于所述多個液體流動通道,
其中旁路氣體流動路徑在閥體的氣體入口和氣體出口之間延伸,并且換熱器位于旁路氣體流動路徑的外側;
其中在閥元件位于旁路位置中的情況下,旁路氣體流動路徑基本上完全打開,并且氣體入口和換熱器之間的流體連通基本上完全被閥元件阻擋;以及
對于在閥元件位于熱交換位置中的情況下,旁路氣體流動路徑基本上完全被閥元件阻擋,并且氣體入口與換熱器流體連通;
其中換熱器芯體包括多個芯體板,每個芯體板具有兩個液體集管開口和兩個氣體集管開口,其中每個芯體板具有氣體側和液體側,并且其中芯體板在芯體中被密封在一起,使得每個氣體流動通道被限定在兩個相鄰芯體板的氣體側之間,且每個液體流動通道被限定在兩個相鄰芯體板的液體側之間,并且芯體板中的集管開口對準以便形成所述集管,使得氣體入口集管和氣體出口集管流體連通于氣體流動通道,液體入口集管和液體出口集管流體連通于液體流動通道。

2.  根據權利要求1的熱回收裝置,其中除了層疊在頂部和底部的芯體板以外,所有芯體板都是相同的。

3.  根據權利要求1或2的熱回收裝置,其中所述換熱器芯體的底部鄰近閥體,所述換熱器芯體的頂部遠離閥體,并且其中換熱器芯體包括位于換熱器芯體底部的底部芯體板;
其中底部芯體板包括所述氣體入口集管開口中的一個和所述氣體出口集管開口中的一個;
其中最底部的氣體流動通道限定在底板和相鄰的一個所述芯體板之間;和
其中所述最底部的氣體流動通道只與所述液體流動通道中的一個接觸從而直接換熱。

4.  根據權利要求3的熱回收裝置,其中底板形成液體入口集管的封閉底部和液體出口集管的封閉底部。

5.  根據權利要求1-4中任一項的熱回收裝置,其中所述換熱器芯體的底部鄰近閥體并且所述換熱器芯體的頂部遠離閥體,并且其中換熱器芯體包括位于換熱器芯體頂部的頂部芯體板;
其中頂部芯體板包括液體入口集管開口和液體出口集管開口,并且形成氣體入口集管的封閉頂部和氣體出口集管的封閉頂部;和
其中頂部芯體板的液體入口集管開口設有液體入口配件,頂部芯體板的液體出口集管開口設有液體出口配件。

6.  根據權利要求1的熱回收裝置,其中氣體入口集管和氣體出口集管以及液體入口集管和液體出口集管基本上垂直于旁路氣體流動路徑,并且其中氣體流動通道和液體流動通道基本上平行于旁路氣體流動路徑。

7.  根據權利要求1-6中任一項的熱回收裝置,還包括固定到換熱器底板的安裝板;
其中閥體具有密封面,閥體沿著該密封面固定到安裝板,所述密封面環繞所述閥體中的開口,通過所述閥體中的開口在閥體內部和換熱器之間提供流體連通。

8.  根據權利要求7的熱回收裝置,其中熱絕緣墊圈設置在閥體的密封面和安裝板之間。

9.  根據權利要求7或8的熱回收裝置,其中閥體通過機械緊固件而固定到安裝板。

10.  根據權利要求7-9中任一項的熱回收裝置,其中安裝板設有與所述氣體入口集管對準的氣體入口集管開口,并設有與所述氣體出口集管對準的氣體出口集管開口,并且其中安裝板的氣體入口集管開口和氣體出口集管開口沿著旁路氣體流動路徑互相間隔開。

11.  根據權利要求10的熱回收裝置,其中閥體的密封面、安裝板和底板的密封面是平的;并且
其中底板的密封面環繞底板的氣體入口集管和氣體出口集管。

12.  根據權利要求11的熱回收裝置,其中閥元件沿著與旁路氣體流動路徑成大約90度的角度穿過閥體的樞轉軸線樞轉,并且其中在閥元件位于熱交換位置中的情況下,閥元件的邊緣與安裝板的表面接合。

13.  根據權利要求12的熱回收裝置,所述安裝板的表面具有直立凸緣,當閥元件在熱交換位置時,該直立凸緣接合并且交疊閥元件的邊緣。

14.  根據權利要求1-13中任一項的熱回收裝置,其中液體入口集管開口和液體出口集管開口沿著芯體板的一側設置,其中液體流動通道是U形的,并且其中液體入口集管開口和液體出口集管開口被肋條分隔,以便阻止液體入口集管開口和液體出口集管開口之間的短路流動;其中肋條是不連續的,并且提供縫隙,一部分液體能夠通過該縫隙流動通過肋條。

15.  根據權利要求1-14中任一項的熱回收裝置,其中閥體在氣體入口和換熱器之間延伸的表面以及在換熱器和氣體出口之間延伸的表面是平滑的倒圓的表面。

16.  根據權利要求15的熱回收裝置,其中在閥元件位于旁路位置中的情況下,所述閥元件接合所述平滑的倒圓的表面。

17.  根據權利要求15或16的熱回收裝置,其中當閥元件在旁路位置中時,至少一個所述平滑的倒圓的表面設有缺口,以接收閥元件的邊緣。

18.  根據權利要求1-17中任一項的熱回收裝置,其中通過為換熱器的芯體增加或從換熱器的芯體移除一個或多個相同的所述芯體板而使得熱回收裝置的熱傳遞需求是可調的。

19.  根據權利要求1-18中任一項的熱回收裝置,其中閥體具有密封面,閥體沿著密封面固定到換熱器,所述密封面環繞閥體中的開口,通過所述閥體中的開口在閥體內部和換熱器之間提供流體連通;并且
在閥元件位于旁路位置中的情況下,閥體的密封面與閥元件間隔開,使得在閥體內在旁路氣體流動路徑和密封面之間形成封閉腔。

20.  一種用于熱回收裝置的氣體/液體換熱器,包括由層疊的芯體板構成的換熱器芯體,換熱器芯體包括以交替順序布置的多個氣體流動通道和多個液體流動通道,氣體入口集管和氣體出口集管流體連通于所述多個氣體流動通道,并且液體入口集管和液體出口集管流體連通于所述多個液體流動通道;
其中換熱器芯體包括多個芯體板,每個芯體板具有兩個液體集管開口和兩 個氣體集管開口,其中每個芯體板具有氣體側和液體側,并且其中芯體板在換熱器芯體中密封在一起,使得每個氣體流動通道限定在兩個相鄰的芯體板的氣體側之間,每個液體流動通道限定在兩個相鄰的芯體板的液體側之間,并且芯體板中的集管開口對準以形成所述集管,使得氣體入口集管和氣體出口集管流體連通于氣體流動通道,并且液體入口集管和液體出口集管流體連通于液體流動通道。

21.  根據權利要求20的氣體/液體換熱器,其中換熱器芯體包括位于換熱器芯體底部的底部芯體板,底部芯體板包括所述氣體入口集管開口中的一個和所述氣體出口集管開口中的一個,并且形成液體入口集管的封閉底部和液體出口集管的封閉底部;并且
其中最底郎的氣體流動通道限定在底板和相鄰的一個所述芯體板之間,所述最底郎的氣體流動通道只與所述液體流動通道中的一個接觸從而直接換熱。

22.  根據權利要求20或21的氣體/液體換熱器,其中液體入口集管開口和液體出口集管開口沿著芯體板的一側設置,其中液體流動通道是U形的,并且其中液體入口集管開口和液體出口集管開口被肋條分隔,以便阻止液體入口集管開口和液體出口集管開口之間的短路流動;并且其中肋條是不連續的,并且提供縫隙,一部分液體能夠通過該縫隙流動通過肋條。

說明書

說明書層疊板排氣回收裝置
相關申請的交叉引用
本申請要求申請日為2011年9月9日的美國臨時專利申請No.61/532,677的優先權和利益,其內容結合在此作為參考。
發明領域
本發明涉及用于從氣流中移除熱量的裝置,例如用于移除來自機動車輛的進氣和排氣系統的熱量的熱回收裝置。
背景技術
在許多的應用中,出現了從氣流中移除熱量的需要。例如在機動車輛中,需要移除來自進氣和/或排氣氣流的熱量。例如,在一些應用中,例如在渦輪增壓的或增壓發動機中,進氣(或“充氣”)需要冷卻。在裝有排氣再循環(EGR)或排氣熱量回收(EGHR)系統的車輛中,熱量從排氣氣流中被移除。從進氣或排氣氣流中移除的熱量典型地傳遞給換熱器中的液體冷卻劑。
在EGHR系統中,例如,來自車輛排氣的熱量經由液體冷卻劑傳遞給其它的車輛部件,以便在車輛啟動時提供空氣和車輛流體的更快的加熱,由此減少燃料消耗。被排氣加熱的空氣能夠用于迅速加熱客艙并且用于窗戶除霜,從而減少在低溫天氣啟動期間需要長時間的怠速周期。車輛流體(例如機油和傳動流體)的加熱使得它們具有更小的粘性并且在啟動期間改進燃料經濟性。在最初起動期之后,不再需要來自排氣的熱回收。因此,EGHR系統典型地包含旁路,以便一旦車輛達到正常運行溫度,使從排氣到液體冷卻劑的熱傳遞最小化。這有助于使在冷卻系統中的荷載最小化。
因此,EGHR系統裝有氣液換熱器,用于從機動車輛排氣提取熱量并且將熱量傳遞到液體冷卻劑,典型地是水/二醇發動機冷卻劑。EGHR系統還包括換向閥,用于在車輛啟動期間引導至少一部分排氣流動通過換熱器,并且一旦不再需要來自排氣的熱量則用于旁通熱交換器?;固峁┲露饕員憧刂品У腦誦?。 閥可以通過電子控制的螺線管或通過蠟馬達操作。
為了節省空間并減少成本和機動車輛重量,閥和換熱器可以集成為單一單元,在此稱為EGHR裝置。然而,在許多集成EGHR裝置中,換熱器通過排氣加熱,無論裝置是處于熱交換模式或旁路模式。這增加了傳遞到冷卻劑的熱的量,從而增加了在冷卻系統上的荷載,以及產生可能損害換熱器的熱應力。
仍然存在對用于機動車輛進氣和排氣系統的簡單和有效的EGHR裝置的需求,其使空間、重量和部件數量的使用最小化,并且還使熱應力和在旁路模式中所不需要的到冷卻劑的熱傳遞最小化。
發明內容
在一個實施例中,提供熱回收裝置,包括氣體換向閥和氣體/液體換熱器。氣體換向閥包括:閥體;在旁路位置和熱交換位置之間可動的閥元件;和形成在閥體中的氣體入口和氣體出口。氣體/液體換熱器包括由層疊的芯體板構成的換熱器芯體,芯體包括:以交替順序布置的多個氣體流動通道和多個液體流動通道;與所述多個氣體流動通道流體連通的氣體入口集管和氣體出口集管,和與所述多個液體流動通道流體連通的液體入口集管和液體出口集管。旁路氣體流動路徑在閥體的氣體入口和氣體出口之間延伸,并且換熱器位于旁路氣體流動路徑的外側。在閥元件位于旁路位置中的情況下,旁路氣體流動路徑基本上完全打開,并且在氣體入口和換熱器之間的流體連通基本上被閥元件完全阻擋;而對于在閥元件位于熱交換位置中的情況下,旁路氣體流動路徑基本上被閥元件完全阻擋,并且氣體入口與換熱器流體連通。
附圖說明
現在僅通過實施例參考附圖對本發明進行描述,其中:
圖1是根據本發明的第一實施例的熱回收裝置的透視圖;
圖2是示出了圖1的熱回收裝置被分離時的換熱器的透視圖;
圖3是圖1的熱回收裝置在豎直平面、旁路模式中的縱向截面圖;
圖4是圖1的熱回收裝置在豎直平面、熱交換模式中的縱向截面圖;
圖5是通過多個換熱器板的氣體集管開口的橫截面側視圖,該截面沿圖7的線5-5;
圖6是在換熱器中的芯體板的冷卻劑側的透視圖;
圖7是在換熱器中的芯體板的氣體側的透視圖;
圖8是通過換熱器芯體的一部分的縱向透視橫截面圖,示出了與芯體隔開的安裝板;
圖9類似于圖8,除了安裝板示出為附接到芯體的底部以外;
圖10是根據第二實施例的熱回收裝置在豎直平面、旁路模式中的縱向截面圖;和
圖11是圖10的熱回收裝置在豎直平面、熱交換模式中的縱向截面圖。
具體實施方式
根據本發明第一實施例的熱回收裝置10現在參考圖1到9描述。熱回收裝置10可以用作在機動車輛排氣系統中的EGHR裝置,并且因此有時在此稱作EGHR裝置10。
裝置10包括氣體換向閥12和氣體/液體換熱器14。氣體換向閥12包括閥體16,在圖3示出的旁路位置和圖4示出的熱交換位置之間可運動的閥元件18。閥12還包括形成在閥體16中的氣體入口20和氣體出口22。
在裝置10用作EGHR裝置的情況下,閥12可以由一種或多種能承受排氣氣流中的高運行溫度的金屬制造。例如,閥體16可以由鑄鐵或鋼組成。盡管不是必要的,閥體可以設有用于冷卻閥元件18的內部冷卻通道。
裝置10可以安裝在機動車輛的排氣氣流內,與排氣集管下游和尾部排氣管上游的排氣管對準地定位。旁路氣體流動路徑24定義為直接從閥12的氣體入口20延伸到氣體出口22。在旁路氣體流動路徑24內的氣流方向在圖3中通過箭頭26定義。為了使在旁路模式中的壓降最小化,旁路流動路徑24中的氣體流的方向可以與通過車輛排氣系統的氣體流的方向相同。氣體入口20在圖中示出為連接到上游排氣管道28,氣體出口22在圖中示出為連接到下游排氣管道30。
如圖1所示,閥元件18包括繞樞轉軸線P樞轉的平板,樞轉軸線P以相對于旁路氣體流動路徑24大約90度的角度穿過閥體延伸。閥元件18可以安裝在桿32上,并且響應于排氣氣流的溫度旋轉。閥元件18的旋轉可以通過任何合適的方法控制,包括電子螺線管或溫度響應的蠟馬達。閥元件18可以是任何合 適的形狀,包括圓形或橢圓形,或它可以是不規則的形狀,閥元件沿著一端(圖3中的右端)倒圓以在圖4示出的熱交換模式中與閥體16倒圓的內壁密封,并且閥元件在相對端(圖3中的左端)具有平的邊緣以在熱交換模式中形成抵靠換熱器的頂部的密封。這種形狀的實施例在圖1中示出。
圖3中示出了在旁路位置中的閥元件18,旁路氣體流動路徑24基本上完全打開以便使流過閥12的排氣的壓降最小化。閥元件18并不必需是樞轉類型的,并且將理解,其它類型的閥元件可以適于用在根據本發明的熱回收裝置中。
換熱器14位于旁路氣體流動路徑24的外側,根據以下說明其原因將變得明顯?;蝗繞?4包括具有層疊芯體板35的換熱器芯體34。芯體34包括以交替順序布置的多個氣體流動通道36和多個液體流動通道38。氣體流動通道36和液體流動通道38可以平行于旁路氣體流動路徑24,并且與旁路氣體流動路徑間隔開,并且板可以如附圖所示水平地設置,即垂直于圖3和4中裝置10截面所沿的豎直平面。盡管附圖沒有示出,流動通道36、38的內部可以設有湍流增強插入物,例如可以作為板35的一部分整體形成的肋條或波紋,或者例如分別形成并插入到通道36、38中的波狀的翅片或紊流器。
多個集管延伸穿過芯體34,并且可以基本上垂直于旁路氣體流動路徑24,平行于圖3和4中裝置10的截面所在的豎直平面。裝置10包括四個這種集管,即與氣體流動通道36流體連通的氣體入口集管40和氣體出口集管42;和與液體流動通道38流體連通的液體入口集管44和液體出口集管46。
在閥元件18處于如圖3所示的旁路位置的情況下,在氣體入口20和換熱器14之間的流體連通基本上波完全阻擋,而旁路氣體流動路徑24基本上完全打開。因此,在閥元件18處于旁路位置的情況下,基本上全部排氣流動通過氣體入口20和氣體出口22之間的旁路氣體流動路徑24,并且幾乎沒有或沒有排氣流動通過換熱器14。
反之,在閥元件18處于如圖4所示的熱交換位置的情況下,旁路氣體流動路徑24基本上被完全阻擋,而允許在氣體入口20和換熱器14之間的、并且選擇性地在氣體出口22和換熱器14之間的流體連通。
如上所述,芯體34包括多個芯體板35,這些芯體板可以彼此相同。芯體板35的兩側在圖6和7中示出,并且在芯體34中多個板35的相對定位在圖5中示出。圖6示出了芯體板35的“液體側”48,圖7示出了相同芯體板35的相對 的“氣體側”50。液體側48表示板35的部分地限定液體流動通道38中的一個的側,而氣體側50表示板35的部分地限定氣體流動通道36中的一個的側。
除了位于芯體34的最頂和最底處的芯體板35,全部芯體板35在芯體34中密封地連接在一起,并且每個芯體板35的氣體側50面對相鄰芯體板35的氣體側50,且每個芯體板35的液體側48面對相鄰芯體板35的液體側48。這種布置在圖5中示出,示出了換熱器14的三個依次相連的芯體板35的相對定位。
每個芯體板35具有兩個液體集管開口和兩個氣體集管開口。具體而言,每個板包括氣體入口集管開口52、氣體出口集管開口54、液體入口集管開口56和液體出口集管開口58。當板35被層疊以形成芯體34時,板35中的集管開口52、54、56和58對準,以便分別形成相應的集管40、42、44和46。
在板35中,液體入口和出口集管開口56、58示出為并排的,氣體入口和出口集管開口52、54示出為位于板35的相對兩端??梢岳斫?,附圖示出的板35中的開口52、54、56、58的形狀、尺寸和布置通過許多因素而規定,對于特定應用(包括包裝需要),這些因素可以是具體的,并且可以改變而不脫離本發明的范圍。
在板35的液體側48上,液體入口集管開口56和液體出口集管開口58示出為相對于板35的平的基部60是凹形的,液體經過其而流過液體流動通道38。因此,換熱器14的液體入口集管開口56和液體出口集管開口58、以及液體入口集管44和液體出口集管46流體連通于液體流動通道38。此外在板35的液體側48上,氣體入口集管開口52和氣體出口集管開口54示出為相對于平的基部60凸起,并且與液體側密封表面62共面,液體側密封表面62包括環繞平的基部60和液體集管開口56、58的中心部分,以及包括完全環繞氣體集管開口52、54的兩個邊緣部分。因此,當一個板35的液體側密封表面62被密封到相鄰板35的液體側密封表面62時,在平的基部60和氣體集管開口52、54之間沒有流體連通。
如圖6所示,液體流動通道38是U形的,具有部分地橫跨基部60延伸以阻止在液體入口集管開口56和液體出口集管開口58之間的液體流短路的肋條64。肋條64可以與液體側密封表面62共面,以便接觸相鄰板35的肋條64,如圖3所示。如圖6所示,肋條64可以是不連續的,以便提供橫跨平的基部60的較良好的液體流分布。例如,圖6中肋條64包括兩個不同長度的部分65和 67,部分65比部分67長。當大多數橫跨平的基部60的流圍繞肋條64的端部流動時,可以理解一部分流將通過縫隙到達肋條部分65的兩側的任一側。當在肋條64中的縫隙允許通過肋條64的某種短路流動時,發明人已經發現通過不連續的肋條64產生的流動型式是所希望的,因為它提供了橫跨平的基部60的液體的良好分配的流,由此增強熱傳遞。
板35的氣體側50在圖7中示出,并且具有與液體側48相反的輪廓。特別地,氣體橫跨平的基部66流動,從氣體入口集管開口52流到氣體出口集管開口54,平的基部66部分地限定氣體流動通道36???2、54相對于平的基部66是凹形的,因此氣體入口和出口集管開口52、54和相應的氣體入口和出口集管40、42與氣體流動通道36流體連通。板35的氣體側50具有平的密封面68,該平的密封面68在氣體側50的周圍延伸,用于與芯體34中的相鄰板35的密封面68密封。同時,在氣體側50的液體入口和出口集管開口56、58高于平的基部66凸起并且與密封面68共面,用于密封至相鄰板35中的相應的開口56、58。因此,在平的基部66和液體集管開口56、58之間沒有流體連通。
芯體34中的芯體板35可以是相同的以便減少生產成本和簡化組件。然而,在芯體34頂部和底部的芯體板可以具有不同的構造,并且在下面簡要地進行論述。
芯體34的頂板70在此定義為距離閥12最遠的(遠端)芯體板,而底板72在此定義為距離閥12最近的(近端)芯體板。
如最好在圖3、4和8中的橫截面示出的,底板72具有有些不同于芯體板34的構造。具體而言,底板72包括氣體入口集管開口52和氣體出口集管開口54,它們與底部74共面???2、54和底部74相對于板72的平的密封面76是凹形的,因此當底板72通過使它的密封面76抵靠相鄰的芯體板35的氣體側密封表面68密封而密封至相鄰板35的氣體側50時,最底部的氣體流動通道78限定在芯體34的底部,在底板72和相鄰的芯體板35之間。底板還可以形成有一對無孔的凸起部80,這些凸起部80與底板72的密封面76共面,并并抵靠相鄰的芯體板35的液體入口和出口集管開口56、58密封,由此封閉液體入口和出口集管44、46的底部。
芯體34還包括位于芯體34頂部的頂芯體板82。頂芯體板82包括液體入口集管開口56和液體出口集管開口58,它們與形成在頂板和相鄰的芯體板35的 液體側48之間的最頂部的液體流動通道36流體連通。頂部芯體板82還包括相鄰于它的邊緣的凹陷部分84,該凹陷部分84抵靠相鄰的芯體板35的氣體入口和出口集管開口52、54密封,由此封閉氣體入口和出口集管40、42的頂部。液體入口和出口集管開口56、58可以設有相應的液體入口配件86和液體出口配件88,液體通過液體入口配件86和液體出口配件88進入和離開換熱器14。
如圖3和4所示,閥體16具有密封面90,閥體16沿著密封面90固定到換熱器14,并且更具體地固定至換熱器14的底板72。密封面90環繞在閥體16中的開口92,通過開口92提供閥體16內部和換熱器14之間的流體連通。在示出的實施例中,密封面90是平的并且包括環繞閥體16基部的凸緣94。密封面90可以與閥元件18間隔開,由此當閥元件18處于在圖3中示出的旁路位置時,在閥體16內、在旁路氣體流動路徑24和密封面90之間形成封閉腔91。這種封閉腔91在流動通過旁路氣體流動路徑24的熱排氣和相對冷的換熱器14之間提供緩沖空間。
底板72可以直接連接到閥體16的密封面90,例如通過釬焊或焊接。然而,在示出的實施例中,安裝板96設置在底板72和密封面90的之間。板96可以通過任何適當的方式固定到底板72,例如通過焊接、釬焊或通過機械緊固件。在本發明的一個實施例中,安裝凸緣釬焊到底板72,并且通過機械緊固件例如螺栓(沒有示出)固定到閥體16。為了這個目的,安裝板96的周緣可以設有多個螺栓孔102。這種布置可以是有益的,例如在閥體16和換熱器14由難以釬焊或焊接在一起的不同類金屬制成的情況下。在這點上,換熱器14的芯體板35可以由不銹鋼板制造,而閥體16可以是鑄鐵的。
安裝板96還設有氣體入口集管開口98和氣體出口集管開口100,開口98、100在旁路流動方向上互相間隔開???8、100與芯體34的相應的氣體入口集管40和氣體出口集管42對準,以便提供閥體16內部與換熱器14的氣體入口和出口集管40、42之間的連通。
安裝凸緣94可以包括熱絕緣材料層,以便使從閥體16到換熱器14的熱傳導最小化。這個熱絕緣層可以是提供在安裝板96和閥體16的密封面90之間的墊圈95的形式。
用于排氣熱量回收(EGHR)的裝置10的操作和優點如下所述。當用于EGHR時,裝置10把熱量從氣體移到液體,氣體是熱發動機排氣,液體是液體 冷卻劑,例如在車輛的冷卻系統中循環的水/二醇發動機冷卻劑。
在車輛發動機冷啟動時,閥元件18致動以便呈圖4示出的構造,在此稱作熱交換位置或熱交換模式。在該位置,閥元件18基本上完全阻擋旁路氣體流動路徑24,并且閥元件18的邊緣與閥體16內壁和安裝凸緣96的表面基本上密封。為了使EGHR裝置10的效率最大化,希望的是,基本上所有排氣都從閥12的氣體入口20轉移到換熱器14的氣體入口集管40,并且在熱交換位置泄漏通過閥元件18的排氣的量期望保持在實際的最小限度。
在冷啟動時,排氣最初是相對較冷的并且逐漸地上升到正常運行溫度。在這個時候,換熱器14和其中循環的冷卻劑通過排氣被逐漸加熱。因為換熱器14逐漸升溫,在預熱期間換熱器14上的熱應力相對較小。在預熱期間,換熱器14從排氣中獲得熱量并且將它傳遞到液體冷卻劑。然后冷卻劑流向其它車輛部件,例如用于加熱客艙和用于窗戶除霜的加熱器芯體,或流向用于發動機或潤滑油的容器,以便加熱和降低油的粘度。
在初次起動之后,一旦不再需要來自機動車輛排氣的熱量,閥元件18致動以便使到達圖3示出的位置,在比稱作旁路位置或旁路模式。在該位置,通過旁路氣體流動路徑24的流最大化,以便使壓降最小化,并且通過換熱器14的流最小化,以便阻止從排氣到液體冷卻劑的進一步的熱傳遞。為了使EGHR裝置10效率的最大化,希望基本上所有的排氣都流過旁路氣體流動路徑24,而且排氣不流過換熱器14。例如,在旁路位置中泄漏通過閥元件18和進入換熱器14的排氣的量希望保持在可實現的最少。這使在冷卻系統上的、由在排氣和循環通過換熱器14的冷卻劑之間的不需要的換熱器所引起的額外荷載最小化,以及用來使由于不必要的換熱器14的加熱導致的潛在損壞熱應力最小化。
為了進一步使在旁路位置中從排氣傳遞到冷卻劑的熱傳遞最小化,可見閥元件18的邊緣基本上抵靠閥體16的內表面97密封,由此使到達換熱器14的不需要的氣流最小化。此外,換熱器14位于旁路流動路徑24之外并且可以通過腔91與旁路流動路徑24間隔開,其還有助于阻止從排氣到冷卻劑的不需要的熱傳遞。并且,如上所述,熱絕緣墊圈95設在安裝板96和閥體16之間,以便使經由傳導從閥12到換熱器14的熱傳遞最小化。所有這些特征期望有助于減少換熱器14經受的熱應力。
并且,與在芯體34中的另一個氣體流動通道36相反,最底部氣體流動通 道36由底板72形成并且相鄰的芯體板35在其兩側不具有液體流動通道38。具體而言,在最底郎氣體流動通道36和安裝凸緣96之間沒有液體流動通道38。這有助于更進一步使熱應力最小化,熱應力由位于換熱器14底部的液體流動通道38中的冷卻劑與安裝板96接觸而導致。
裝置10的更進一步優點是柔性??梢岳斫饣蝗繞?4對于不同的應用可以是不同尺寸。因為換熱器14是“自包圍”的,即不包括外殼,并且因為板35相對于通過裝置10的縱向豎直平面(即圖3和4中的橫截面的平面)水平地層疊,換熱器14可以在不影響閥12的構造的情況下簡單地通過從芯體34增加或減去板35而制成更大或更小。這是有益的,因為相同的換熱器芯體板35可被用于具有不同的熱傳遞需要的各種不同的換熱器。例如,不同尺寸的車輛具有不同尺寸的客艙,并且具有較大客艙的車輛可具有更大的熱傳遞需要。所有這些需要調整總熱傳遞需求,是在于通過增加或移除芯體板35而修改換熱器14。
根據本發明第二實施例的熱回收裝置110參考圖10和11如下所述。裝置110的大多數元件也包括在裝置10中并已經在上面描述了,并且不必進一步說明這些元件。熱回收裝置10和110共享的元件在附圖中通過同樣的附圖標記識別出來。
如上所述,排氣通過閥元件18的滲漏在熱交換位置希望是最小化的。在這個位置,閥元件18的一個邊緣必須抵靠換熱器14密封,更具體地說抵靠換熱器14的底部或在使用的安裝板的情況下抵靠安裝板96密封。在本實施例中,熱回收裝置110包括在換熱器14底部處的安裝板96。因為安裝板96是平的,可以理解抵靠安裝板96密封的閥元件18的邊緣也是平的。
為了改進閥元件18的密封,安裝板96可以設有直立的凸緣或突片104,如圖10和11所示,凸緣或突片104從安裝板96的本體向上彎曲,以便提供與閥元件18更有效的重疊密封。突片104不增加裝置110的重量,因為它包括的材料屬于安裝板96的一部分。突片104可以具有矩形的形狀,并且具有沿著閥元件18的寬度延伸的較長的尺寸。突片104可以以相對于由旁路氣體流動路徑24的方向定義的水平軸小于90度的角度傾斜,更典型地從大約45到小于90度,并且是在氣流方向上遠離垂直軸傾斜。通過比較裝置110的熱交換位置(圖11)與裝置10的熱交換模式(圖4)可以看出,突片104與閥元件18重疊,潛在地比在裝置10中提供更好的密封,以及減少在旁路氣體流動路徑打開和關閉期間 閥元件18的沖擊。突片104也消除墊圈95厚度的變化可能對閥元件18和安裝板96之間的密封的任何影響?;瘓浠八?,閥元件18抵靠突片104密封需要的旋轉量比抵靠安裝板96的水平部分密封需要的旋轉量小。突片104還消除墊圈95厚度的變化可能對閥元件18和安裝板96之間的密封產生的任何影響。選擇突片104的角度,以便在熱交換模式中抵靠閥元件104的表面平放,如圖11所示。并且,為了減少閥元件18的沖擊,希望的是突片104朝向安裝板96的氣體入口集管開口98定位。
熱回收裝置10和110之間的另一個不同可以從閥體16的內表面的形狀看出,當裝置110的閥元件18在熱交換位置時,如圖11所示,排氣沿著該內表面流入和流出換熱器14??杉?,閥元件18在旁路位置所抵靠密封的內表面97通過提供倒圓的入口表面106而進行某種改進,倒圓的入口表面106仍然突出到閥體16內部,但是比圖3和4示出的表面97的相應部分更小的量。內表面97類似地設有倒圓的出口表面108,氣體沿著倒圓的出口表面108從換熱器14的氣體出口集管42朝向閥12的氣體出口20流動。特別地,倒圓的出口表面108是平緩地彎曲的并且沒有任何向內延伸的突起或唇緣,這與圖3和4示出的表面97的相應部分形成對比。發明人已經發現,特別重要的是在換熱器14和出口20之間提供平緩倒圓的表面,以便使通過裝置110的壓降最小化。
將表面106、108形成為不使閥體16的壁過分的薄,以避免弱化,并且在圖10和11中這些表面示出為基本上比閥體16的其它壁更厚??梢岳斫夥?6的內表面和外表面可以是使輪廓相符的,以便提供整個閥體合適的壁厚。
為了避免損害閥元件18相對于表面97密封的能力,特別是在熱氣體向換熱器14的滲漏最小化的旁路模式中使損害閥元件18相對于表面97密封的能力最小化,希望提供至少一個具有小缺口或唇緣的表面106、108,以便增強在旁路模式中與表面97的密封。在圖10和11中,倒圓的出口表面108設有用于增強與閥元件108的密封的這樣的缺口112。
盡管本發明已經描述了相關的某些最優方案,但是它不限于此。本發明包括屬于以下權利要求范圍的實施例。

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