專利名稱：廢熱回收系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于回收從內燃機排出的廢熱的廢熱回收系統(tǒng)。
技術背景專利文獻JP-A-3-128719公開一種廢熱回收系統(tǒng)，通過使用發(fā)動機的 廢熱為空調執(zhí)行輔助加熱。該廢熱回收系統(tǒng)設置有熱管，該熱管包括位于 一端處的蒸發(fā)部分(熱回收部分)和位于另一端的冷凝部分(熱輻射部分)。 蒸發(fā)部分位于發(fā)動機的廢氣通道中，冷凝部分鄰近空調的空調殼中的加熱 芯。通過使用水循環(huán)中的發(fā)動機冷卻劑(熱水)作為熱源，加熱芯加熱那 兒通過的空氣。通常，在發(fā)動機一啟動后的初始時間，廢熱的溫度隨發(fā)動機冷卻劑的 溫度快速上升。在廢熱回收系統(tǒng)中，通過使用廢氣來執(zhí)行空調的加熱操作， 以便提高空調的快速加熱性能。然而，在上述廢熱回收系統(tǒng)中，從發(fā)動機 的廢熱回收的熱量僅用于在冬天加熱空調的空氣，因此難以有效地使用發(fā) 動機的廢熱。發(fā)明內容鑒于前述問題，本發(fā)明的目的是有效使用從內燃機的廢氣回收的熱里o本發(fā)明的另一個目的是提供一種廢熱回收系統(tǒng)，在該廢熱回收系統(tǒng) 中，多個冷凝部分相對于蒸發(fā)部分平行地連接到蒸發(fā)部分。根據(jù)本發(fā)明的一方面， 一種用于內燃機的廢熱回收系統(tǒng)，包括熱管， 工作流體在熱管中循環(huán)；和切換部分，所述切換部分用于切換工作流體流。 所述熱管包括蒸發(fā)部分，工作流體通過與來自內燃機的廢熱進行熱交換 而在蒸發(fā)部分中被加熱并被蒸發(fā)；多個冷凝部分，來自蒸發(fā)部分的工作流體通過與要被加熱的相應對象進行熱交換而在多個冷凝部分中被冷卻和 冷凝；和連接管，冷凝部分通過該連接管相對于蒸發(fā)部分平行地連接到蒸 發(fā)部分以便形成閉合回路。進一步地，切換部分定位成把工作流體流從蒸 發(fā)部分切換到多個冷凝部分中的任一個。因此，從廢熱回收的熱量能夠有 效地用于任一個冷凝部分。例如，多個冷凝部分可具有彼此不同的相應用 途。所述多個冷凝部分可至少包括第一冷凝部分和第二冷凝部分，所述第 一冷凝部分定位成在發(fā)動機初始啟動時加熱內燃機，所述第二冷凝部分定 位成加熱不同于內燃機的對象。在該情況下，第一冷凝部分和第二冷凝部 分相對于蒸發(fā)部分平行地連接到蒸發(fā)部分；并且切換閥定位成將工作流體 流切換成從蒸發(fā)部分流到第一和第二冷凝部分中的任一個。進一步地，所述管可包括連接到蒸發(fā)部分的蒸發(fā)管；在分支部分從 蒸發(fā)管分支出來并分別連接到第一和第二冷凝部分的第一和第二蒸發(fā)支 路管。在該情況下，所述切換閥可定位在支路部分處。所述管還可包括-分別連接到第一和第二冷凝部分的第一和第二液體管。在該情況下，第一 和第二液體管在連接部分處連接到連接管；并且連接管連接到蒸發(fā)部分。作為實例，蒸發(fā)部分可定位在發(fā)動機的廢氣管中以便從發(fā)動機的廢氣 吸收熱量；第一冷凝部分定位在發(fā)動機冷卻劑回路中以便加熱發(fā)動機冷卻 劑；并且第二冷凝部分定位在空調中以便加熱空調中的空氣。進一步地， 可設置控制部分用于基于相對于發(fā)動機的廢氣的溫度的溫度和環(huán)境條件 來控制切換閥的操作。


當結合附圖，根據(jù)下面優(yōu)選實施例的詳細說明，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將更顯然。圖l是顯示本發(fā)明的實施例的廢氣回收系統(tǒng)的示意圖；和圖2A, 2B和2C是顯示根據(jù)實施例的切換閥位于不同切換位置的示意剖視圖。
具體實施方式
下面將參考圖1一2C來說明本發(fā)明的實施例。如圖1所示，廢熱回收系統(tǒng)1包括用作車輛行駛的驅動源的發(fā)動機 (內燃機)11;廢氣管12，發(fā)動機11排出的廢氣流通過該廢氣管12。廢熱回收系統(tǒng)1設置有熱管20，用于回收來自發(fā)動機ll的廢熱。例 如，熱管20是環(huán)型熱管，熱管20的第一和第二冷凝部分31， 32連接到 蒸發(fā)部分21，并且第一和第二冷凝部分31， 32相對于蒸發(fā)部分21平行。 第一和第二冷凝部分31， 32位于蒸發(fā)部分21的上方并連接到蒸發(fā)部分 21以便形成工作流體在其中循環(huán)的閉合回路。熱管20具有入口 (未圖示)，從該入口工作流體被引導進入。工作流 體從入口導入以便保持在熱管中，在熱管20內的工作流體減壓到例如 O.Olatm之后，密封入口。例如，水可用作工作流體。在latm下水的沸 點是100。C。然而，當水減壓到0.01atm時，熱管20中的水的沸點則在5 一1(TC的范圍內。關于工作流體，也可使用其它流體，例如使用酒精、碳 氟化合物和四氟乙烯(flon)。蒸發(fā)部分21包括芯部分22，上部和下部連通部分23， 24(例如，上 部和下部箱)。在芯部分22中，通過與廢氣管12中的廢熱進行熱交換， 密封在熱管20中的工作流體被加熱并被蒸發(fā)。例如，芯部分22包括在豎 直方向上延伸的多個平管(上下方向)，和在相鄰的平管(Hat tubes) 之間與平管熱連接的散熱片。即，平管和散熱片在布置方向上交替地布置 以便形成芯部分22。下部連通部分23連接到芯部分22的下端部分以便 與平管的下端連通，上部連通部分24連接到芯部分22的上端部分以便與 平管的上端連通。蒸發(fā)部分21的上部連通部分24連接到蒸發(fā)管25的一端，蒸發(fā)部分 21中蒸發(fā)的工作流體通過蒸發(fā)管25朝上流動。蒸發(fā)管25的另一端連經(jīng) 切換閥28 (通道切換部分)連接到蒸發(fā)支路管26， 27的相應端。廢熱回收系統(tǒng)1設置有廢熱回收回路40 (冷卻劑循環(huán)回路)，在該廢 熱回收回路40中用于冷卻發(fā)動機11的發(fā)動機冷卻劑(例如水)被水泵41 所循環(huán)。如圖1所示，水泵可由發(fā)動機ll驅動，或由發(fā)動機ll之外的電 動力等動力源來驅動。在本實施例中，發(fā)動機冷卻劑在其中循環(huán)的廢熱回 收回路40能夠獨立于散熱器回路(未顯示)或加熱回路(未顯示)設置。廢熱回收回路40設置有細長的水箱42。熱管20的第一冷凝部分31位于水箱42中，從而使得蒸發(fā)部分21中 蒸發(fā)的工作流體與水箱42中的發(fā)動機冷卻劑進行熱交換。第一冷凝部分 31是多個管子層疊的層疊型熱交換器。第一冷凝部分31的一端側連接到 蒸發(fā)管26的另一端，第一冷凝部分31的另一端側連接到回流管33的一 端。通過與蒸發(fā)部分21中已經(jīng)蒸發(fā)的工作流體進行熱交換，第一冷凝部 分31定位成加熱要被加熱的對象(例如，本實施例中的發(fā)動機冷卻劑)。 加熱的發(fā)動機冷卻劑用于執(zhí)行發(fā)動機11的加熱。廢熱回收系統(tǒng)1能夠用于空調50?？照{50包括用于形成空氣通道的 空調殼51，空氣通過前述空氣通道流到車室中。風扇52位于空調殼51 中以便產(chǎn)生朝向車室的空氣流。熱管20的第二冷凝部分32和加熱芯或/ 和蒸發(fā)器位于空調殼51中。通過第二冷凝部分32的空氣與蒸發(fā)部分21 中蒸發(fā)的工作流體進行熱交換，從而使得工作流體被冷卻并被冷凝，空調 殼51中的空氣被加熱。第二冷凝部分32能夠用于執(zhí)行初始加熱操作，用 于在發(fā)動機11 一啟動后到流動到空調50的加熱芯的發(fā)動機冷卻劑的溫度 增加到預定溫度的時間內加熱空氣。第二冷凝部分32包括芯部分45，用于在工作流體和空調殼51中流 動的空氣之間進行熱交換。例如，芯部分45包括在豎直方向(上下方向) 上延伸的多個平管，和在相鄰的平管(flat tubes)之間與平管熱連接的 散熱片。即，平管和散熱片在布置方向上交替地布置。上部連通部分46(例如上箱)連接到芯部分45的上端部分以便與芯部分45的平管的上端 連通。上部連通部分46連接到蒸發(fā)管27的另一端。下部連通部分47 (例 如下箱)連接到芯部分45的下端部分以便與芯部分45的平管的下端連通。 下部連通部分47連接到回流管34的一端。用于切斷工作流體的回流的開 閉閥37位于回流管34中?；亓鞴?3和回流管34在連接部分36處連接， 連接部分36連接到回流管35?；亓鞴?5連接到蒸發(fā)部分21的下部連通 部分23。圖2A-2C是不同操作狀態(tài)(不同切換狀態(tài))下的切換閥28的結構的 示意剖視圖。如圖2A-2C所示，切換閥28包括閥體30，和球形閥部分29。 三個整個管25， 26和27在相同表面上以不同方向連接到閥體30，前述相同表面是平行于圖2A-2C的紙面。蒸發(fā)管25從圖2A-2C的下側連接到 閥體30，蒸發(fā)管26從圖2A-2C的上側連接到閥體30，蒸發(fā)管27從圖2A-2C 的右側連接到閥體30。閥部分29中形成有流體通道29a，流體通道29a具有與圖2A-2C的 紙面平行的T形截面。閥部分29通過致動器可轉動，前述致動器具有在 垂直于前述截面的方向上延伸的軸，閥部分29的旋轉位置由控制部分60 (ECU)控制。切換閥28能夠被切換成導致蒸發(fā)部分21中蒸發(fā)的工作流 體流到第一和第二冷凝部分31, 32中任一個。圖2A顯示蒸發(fā)管25和蒸發(fā)管27彼此連通的狀態(tài)，從而使得蒸發(fā)部 分21中蒸發(fā)的工作流體經(jīng)蒸發(fā)管27流向第二冷凝部分32。圖2B顯示蒸 發(fā)管25和蒸發(fā)管26彼此連通的狀態(tài)，從而使得蒸發(fā)部分21中蒸發(fā)的工 作流體經(jīng)蒸發(fā)管26流向第一冷凝部分31。進一步地，圖2C顯示蒸發(fā)管 25與蒸發(fā)管26， 27中的任一個不連通的狀態(tài)，從而使得蒸發(fā)部分21中 蒸發(fā)的工作流體不流向第一冷凝部分31和第二冷凝部分32。如圖2A， 2B 和2C所示，切換閥28能夠從圖2C的狀態(tài)切換到圖2A和2B的任一個狀 態(tài)，從而使得蒸發(fā)部分21中蒸發(fā)的工作流體能夠流進第一和第二冷凝部 分31， 32中的任一個。進一步地，通過使用閥體30，能夠操作切換閥28 關閉流體通道29a，從而使得蒸發(fā)管25不與蒸發(fā)管26和27中的任一個 連通。廢熱回收系統(tǒng)1設置有外部空氣溫度傳感器62和冷卻劑溫度傳感器 61，外部空氣溫度傳感器62用于檢測外部空氣溫度(環(huán)境條件)和用于 輸出外部空氣溫度信號，冷卻劑溫度傳感器61用于檢測發(fā)動機冷卻劑的 溫度并用于輸出冷卻劑溫度信號?？刂撇糠?0 (ECU)包括CPU， R0M， RAM等，這些都是公知的。控制 部分60執(zhí)行切換閥28的通道切換控制和開閉閥37的打開/閉合控制。接下來，說明本實施例的廢熱回收系統(tǒng)l的操作。當發(fā)動機ll工作 時，水泵41與發(fā)動機11關聯(lián)運轉，從而使得發(fā)動機冷卻劑循環(huán)到廢熱回 收回路40或/和散熱回路和加熱回路。來自發(fā)動機ll的廢氣流進廢氣管 12中，并且在流通過熱管20的蒸發(fā)部分21之后被排向大氣。因此，工 作流體在蒸發(fā)部分21中與溫度相對高于發(fā)動機11初始啟動時的溫度的廢氣進行熱交換，并且被蒸發(fā)。蒸發(fā)的工作流體從蒸發(fā)部分21朝上流向蒸發(fā)管25?？刂撇糠?0基于冷卻劑溫度或/和加熱要求來確定是否需要對空調 50的空氣執(zhí)行初始加熱操作，并基于冷卻劑溫度來確定是否需要執(zhí)行發(fā)動 機11的加熱。在實施例中，通過使用第二冷凝部分32對空調50的空氣 進行加熱的初始加熱操作可被設置成優(yōu)先于發(fā)動機11的加熱。例如，當空調50需要進行加熱操作并且冷卻劑溫度低于第一閾值 Tthl時，控制部分60確定通過使用空調50的第二冷凝部分32來加熱空 氣的初始加熱操作是必須。在該情況下，控制部分60使切換閥28切換到 圖2A所示的狀態(tài)。當切換閥28切換到圖2A所示狀態(tài)時，增發(fā)部分21中蒸發(fā)的工作流 體經(jīng)蒸發(fā)管25， 27流到第二冷凝部分32。流到第二冷凝部分32的工作 流體通過與空調殼51中的流動空氣進行熱交換而被冷卻和冷凝。這樣， 通過第二冷凝部分32的空氣通過與第二冷凝部分32中的工作流體進行熱 交換而被加熱，并且加熱的空氣被鼓風機52吹進車室中。第二冷凝部分 32中冷卻和冷凝的工作流體在回流管34， 35中流動和下降，并返回到蒸 發(fā)部分21。當冷卻溫度增加到高于第一閾值Tthl時，控制部分60確定不需要通 過使用第二冷凝部分32來在空調50中執(zhí)行初始加熱操作。在該情況下， 因為能夠通過用發(fā)動機冷卻劑作為加熱源的空調50的加熱芯來充分地執(zhí) 行空調50中的加熱操作，控制部分60使切換閥28切換到圖2B所示的狀 態(tài)。當切換閥28切換到圖2B的狀態(tài)時，蒸發(fā)部分21中蒸發(fā)的工作流體 經(jīng)蒸發(fā)管25， 26流進第一冷凝部分31。流進第一冷凝部分31的工作流 體通過與水箱42內的發(fā)動機冷卻劑進行熱交換而在第一冷凝部分31中被 冷卻和冷凝。同時，水箱42中的發(fā)動機冷卻劑通過與第一冷凝部分31的 工作流體進行熱交換而被加熱，因此便于發(fā)動機ll的加熱。在第一冷凝 部分31中冷凝的工作流體在回流管33， 35中流動和下降，并返回到蒸發(fā) 部分21。進一步地，當發(fā)動機冷卻劑溫度增加到高于第一閾值Tthl的第二閾值Tth2時，控制部分60結束發(fā)動機11的加熱。此時，控制部分60使切 換闊28切換到圖2A的狀態(tài)，并使開閉閥37 (opening and closing valve 37)處于閉合狀態(tài)。在該情況下，盡管蒸發(fā)部分21中蒸發(fā)的工作流體在 第二冷凝部分32中被冷卻和冷凝，但是回流管34被開閉閥37關閉。因 此，冷凝的工作流體不會返回到蒸發(fā)部分21。之后，當控制部分6確定發(fā) 動機11停止或發(fā)動機冷卻劑減少等導致廢氣管12中的廢氣的溫度變得低 于預定溫度時，控制部分60使開閉閥37處于打開狀態(tài)。這樣，工作流體 返回到蒸發(fā)部分21中。當需要執(zhí)行空調的初始加熱操作時，通過使用廢熱回收系統(tǒng)的第二冷 凝部分32來執(zhí)行初始加熱操作，以便增加空調50的車室的快速加熱性能。 進一步地，當確定在除了冬季之外的季節(jié)空調50不需要初始加熱操作時， 通過使用第一冷凝部分31來執(zhí)行發(fā)動機11的加熱，以便增加發(fā)動機11 的快速加熱性能。如上所述，在本實施例中，廢熱回收系統(tǒng)設置有第一和第二冷凝部分 31， 32，第一和第二冷凝部分31， 32相對于單個蒸發(fā)部分21具有不同用 途和功能，并且通過切換閥28把蒸發(fā)部分21中蒸發(fā)的工作流體流切換成 流到第一和第二冷凝部分31和32中所選擇的任一個。因此，從廢氣回收 的熱能夠更廣泛地使用，因此有效地使用發(fā)動機11的廢熱。其它變化實施例盡管參考附圖、通過優(yōu)選實施例詳細地說明了本發(fā)明，但是各種變化 和修改對本領域的熟練技術人員而言是顯而易見的。例如，在上述實施例中，第二冷凝部分32用于加熱空調50的空氣的 初始加熱操作直至冷卻劑溫度增加到第一閾值。然而，第二冷凝部分32 可用作在空調的初始加熱操作之后加熱空調殼51中的空氣的輔助加熱器， 同時空調殼51中的加熱芯用作主加熱器。在上述實施例中，具有不同功能和/或用途的兩個冷凝部分31和32 相對于蒸發(fā)部分21設置。然而，可相對于蒸發(fā)部分21設置三個或更多個 具有不同功能和/或用途的冷凝部分31。在該情況下，廢熱回收系統(tǒng)中回 收的熱量能夠更有效地使用。例如，廢熱回收系統(tǒng)包括大于兩個的多個冷凝部分，在該多個冷凝部分中來自蒸發(fā)部分21的工作流體通過與要加熱的相應對象進行熱交換而被冷卻和冷凝。即使在該情況下，通過使用連接管25， 26， 27， 33， 34， 35，冷凝部分相對于蒸發(fā)部分21平行地連接到 蒸發(fā)部分21，以便形成閉合回路，并且切換部分能夠定位成把工作流體流 從蒸發(fā)部分21切換到冷凝部分中的任一個。在上述實施例中，冷凝部分31， 32分別用于加熱發(fā)動機11和用于空 調50的空氣加熱操作。然而，冷凝部分31， 32可用于存儲車輛的熱蓄能 器(heat accumulator)中的熱水，用于增加發(fā)動機11的吸入空氣的溫 度，用于增加電池液體的溫度等。在上述實施例中，管25， 26， 27， 33， 34， 35在豎直方向(上下) 上延伸。然而，如果蒸發(fā)的工作流體能夠從蒸發(fā)部分21流到冷凝部分31， 33，并且冷凝的工作流體能夠從冷凝部分31， 32流到蒸發(fā)部分21時，管 25， 26， 27， 33， 34， 35可在與豎直方向傾斜的方向上延伸，或者可在 其它方向上延伸。進一步地，蒸發(fā)部分21和第二冷凝部分32可布置成相 對于豎直方向傾斜，并可以其它狀態(tài)布置?？梢岳斫獾氖?，這些變化和修改在本發(fā)明的所附權利要求限定的保護 范圍內。
權利要求
1.一種用于內燃機的廢熱回收系統(tǒng)，包括熱管(20)，工作流體在熱管中循環(huán)，所述熱管包括蒸發(fā)部分(21)，工作流體通過與來自內燃機的廢熱進行熱交換而在蒸發(fā)部分(21)中被加熱并被蒸發(fā)；多個冷凝部分(31，32)，來自蒸發(fā)部分的工作流體通過與要被加熱的相應對象進行熱交換而在多個冷凝部分中被冷卻和冷凝；和連接管(25，26，27，33，34，35)，冷凝部分通過該連接管相對于蒸發(fā)部分平行地連接到蒸發(fā)部分以便形成閉合回路，和切換部分(28)，所述切換部分(28)定位成把工作流體流從蒸發(fā)部分切換到多個冷凝部分中的任一個。
2. 根據(jù)權利要求l的廢熱回收系統(tǒng)，其中多個冷凝部分具有彼此不同 的相應用途。
3. 根據(jù)權利要求l的廢熱回收系統(tǒng)，其中所述多個冷凝部分至少包括第一冷凝部分(31)和第二冷凝部分(32)， 所述第一冷凝部分定位成在發(fā)動機初始啟動時加熱內燃機，所述第二冷凝 部分定位成加熱不同于內燃機的對象；第一冷凝部分和第二冷凝部分相對于蒸發(fā)部分平行地連接到蒸發(fā)部 分；并且切換閥(28)定位成把工作流體流切換成從蒸發(fā)部分流到第一和第二 冷凝部分中的任一個。
4. 根據(jù)權利要求3的廢熱回收系統(tǒng)，其中所述連接管包括連接到蒸發(fā)部分的蒸發(fā)管(25);在分支部分從蒸 發(fā)管(25)分支出來并分別連接到第一和第二冷凝部分的第一和第二蒸發(fā) 支路管(26， 27);并且所述切換閥(28)定位在分支部分處。
5. 根據(jù)權利要求4的廢熱回收系統(tǒng)，其中所述連接管包括分別連接到第一和第二冷凝部分的第一和第二液體管(33， 34);在連接部分連接到連接管(35)的第一和第二液體管(33， 34);并且連接管(35)連接到蒸發(fā)部分(21)。
6. 根據(jù)權利要求3的廢熱回收系統(tǒng)，其中蒸發(fā)部分(21)定位在發(fā)動機的廢氣管(12)中以便從發(fā)動機的廢氣 吸收熱量；第一冷凝部分(31)定位在發(fā)動機冷卻劑回路中以便加熱發(fā)動機冷卻 劑；并且第二冷凝部分(32)定位在空調中以便加熱空調中的空氣。
7. 根據(jù)權利要求1一6中任一個所述的廢熱回收系統(tǒng)，還包括 控制部分(60)，所述控制部分用于基于相對于發(fā)動機的廢氣的溫度的溫度和環(huán)境條件來控制切換閥的操作。
全文摘要
在一種用于內燃機的廢熱回收系統(tǒng)中，熱管(20)包括蒸發(fā)部分(21)，工作流體通過與來自內燃機的廢熱進行熱交換而在蒸發(fā)部分(21)中被加熱并被蒸發(fā)；多個冷凝部分(31，32)，來自蒸發(fā)部分的工作流體通過與要被加熱的相應對象進行熱交換而在多個冷凝部分中被冷卻和冷凝；和連接管(25，26，27，33，34，35)，冷凝部分通過該連接管相對于蒸發(fā)部分平行地連接到蒸發(fā)部分以便形成閉合回路。進一步地，切換部分(28)定位成把工作流體流從蒸發(fā)部分切換到多個冷凝部分中的任一個。
文檔編號F02G5/02GK101240983SQ20081000889
公開日2008年8月13日 申請日期2008年1月30日 優(yōu)先權日2007年2月8日
發(fā)明者坂鉱一, 宮川雅志, 山中保利, 鈴木隆久 申請人:株式會社電裝