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层叠板排气回收装置.pdf

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层叠 排气 回收 装置
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摘要
申请专利号:

CN201280043825.0

申请日:

2012.08.30

公开号:

CN103906987A

公开日:

2014.07.02

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F28F 3/08申请日:20120830|||公开
IPC分类号: F28F3/08; B60K13/04; F02G5/02; F28F27/02 主分类号: F28F3/08
申请人: 达纳加拿大公司
发明人: I·E·格杰斯; J·G·伯格斯; D·范迪维斯; A·K·吴; M·A·马丁; M·巴德勒本; A·K·索
地址: 加拿大安大略
优先权: 2011.09.09 US 61/532,677
专利代理机构: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 代理人: 蒋旭荣
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法律状态
申请(专利)号:

CN201280043825.0

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2016.08.24|||2014.09.17|||2014.07.02

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

一种用于从热气气流回收热量的装置,包括气体换向阀和气体/液体换热器。换向阀包括阀体;在旁路位置和热交换位置之间可运动的阀元件;和形成在阀体中的气体入口和气体出口。换热器包括由平行于排气流通路设置的层叠芯体板构成的换热器芯体,并且换热器位于排气流通路的外侧并且可以从其中隔开,以避免阀在旁路模式时不需要的热传递。换热器可以包括相邻于底板的最底部的气体流通路,并且可以包括安装板,其机械地固定到阀体,热绝缘垫圈设置在安装板和阀体之间。

权利要求书

权利要求书
1.  一种热回收装置,包括气体换向阀和气体/液体换热器,
气体换向阀包括:阀体;在旁路位置和热交换位置之间可运动的阀元件;和形成在阀体中的气体入口和气体出口,
气体/液体换热器包括:由层叠的芯体板构成的换热器芯体;换热器芯体包括以交替顺序布置的多个气体流动通道和多个液体流动通道,气体入口集管和气体出口集管流体连通于所述多个气体流动通道;液体入口集管和液体出口集管流体连通于所述多个液体流动通道,
其中旁路气体流动路径在阀体的气体入口和气体出口之间延伸,并且换热器位于旁路气体流动路径的外侧;
其中在阀元件位于旁路位置中的情况下,旁路气体流动路径基本上完全打开,并且气体入口和换热器之间的流体连通基本上完全被阀元件阻挡;以及
对于在阀元件位于热交换位置中的情况下,旁路气体流动路径基本上完全被阀元件阻挡,并且气体入口与换热器流体连通;
其中换热器芯体包括多个芯体板,每个芯体板具有两个液体集管开口和两个气体集管开口,其中每个芯体板具有气体侧和液体侧,并且其中芯体板在芯体中被密封在一起,使得每个气体流动通道被限定在两个相邻芯体板的气体侧之间,且每个液体流动通道被限定在两个相邻芯体板的液体侧之间,并且芯体板中的集管开口对准以便形成所述集管,使得气体入口集管和气体出口集管流体连通于气体流动通道,液体入口集管和液体出口集管流体连通于液体流动通道。

2.  根据权利要求1的热回收装置,其中除了层叠在顶部和底部的芯体板以外,所有芯体板都是相同的。

3.  根据权利要求1或2的热回收装置,其中所述换热器芯体的底部邻近阀体,所述换热器芯体的顶部远离阀体,并且其中换热器芯体包括位于换热器芯体底部的底部芯体板;
其中底部芯体板包括所述气体入口集管开口中的一个和所述气体出口集管开口中的一个;
其中最底部的气体流动通道限定在底板和相邻的一个所述芯体板之间;和
其中所述最底部的气体流动通道只与所述液体流动通道中的一个接触从而直接换热。

4.  根据权利要求3的热回收装置,其中底板形成液体入口集管的封闭底部和液体出口集管的封闭底部。

5.  根据权利要求1-4中任一项的热回收装置,其中所述换热器芯体的底部邻近阀体并且所述换热器芯体的顶部远离阀体,并且其中换热器芯体包括位于换热器芯体顶部的顶部芯体板;
其中顶部芯体板包括液体入口集管开口和液体出口集管开口,并且形成气体入口集管的封闭顶部和气体出口集管的封闭顶部;和
其中顶部芯体板的液体入口集管开口设有液体入口配件,顶部芯体板的液体出口集管开口设有液体出口配件。

6.  根据权利要求1的热回收装置,其中气体入口集管和气体出口集管以及液体入口集管和液体出口集管基本上垂直于旁路气体流动路径,并且其中气体流动通道和液体流动通道基本上平行于旁路气体流动路径。

7.  根据权利要求1-6中任一项的热回收装置,还包括固定到换热器底板的安装板;
其中阀体具有密封面,阀体沿着该密封面固定到安装板,所述密封面环绕所述阀体中的开口,通过所述阀体中的开口在阀体内部和换热器之间提供流体连通。

8.  根据权利要求7的热回收装置,其中热绝缘垫圈设置在阀体的密封面和安装板之间。

9.  根据权利要求7或8的热回收装置,其中阀体通过机械紧固件而固定到安装板。

10.  根据权利要求7-9中任一项的热回收装置,其中安装板设有与所述气体入口集管对准的气体入口集管开口,并设有与所述气体出口集管对准的气体出口集管开口,并且其中安装板的气体入口集管开口和气体出口集管开口沿着旁路气体流动路径互相间隔开。

11.  根据权利要求10的热回收装置,其中阀体的密封面、安装板和底板的密封面是平的;并且
其中底板的密封面环绕底板的气体入口集管和气体出口集管。

12.  根据权利要求11的热回收装置,其中阀元件沿着与旁路气体流动路径成大约90度的角度穿过阀体的枢转轴线枢转,并且其中在阀元件位于热交换位置中的情况下,阀元件的边缘与安装板的表面接合。

13.  根据权利要求12的热回收装置,所述安装板的表面具有直立凸缘,当阀元件在热交换位置时,该直立凸缘接合并且交叠阀元件的边缘。

14.  根据权利要求1-13中任一项的热回收装置,其中液体入口集管开口和液体出口集管开口沿着芯体板的一侧设置,其中液体流动通道是U形的,并且其中液体入口集管开口和液体出口集管开口被肋条分隔,以便阻止液体入口集管开口和液体出口集管开口之间的短路流动;其中肋条是不连续的,并且提供缝隙,一部分液体能够通过该缝隙流动通过肋条。

15.  根据权利要求1-14中任一项的热回收装置,其中阀体在气体入口和换热器之间延伸的表面以及在换热器和气体出口之间延伸的表面是平滑的倒圆的表面。

16.  根据权利要求15的热回收装置,其中在阀元件位于旁路位置中的情况下,所述阀元件接合所述平滑的倒圆的表面。

17.  根据权利要求15或16的热回收装置,其中当阀元件在旁路位置中时,至少一个所述平滑的倒圆的表面设有缺口,以接收阀元件的边缘。

18.  根据权利要求1-17中任一项的热回收装置,其中通过为换热器的芯体增加或从换热器的芯体移除一个或多个相同的所述芯体板而使得热回收装置的热传递需求是可调的。

19.  根据权利要求1-18中任一项的热回收装置,其中阀体具有密封面,阀体沿着密封面固定到换热器,所述密封面环绕阀体中的开口,通过所述阀体中的开口在阀体内部和换热器之间提供流体连通;并且
在阀元件位于旁路位置中的情况下,阀体的密封面与阀元件间隔开,使得在阀体内在旁路气体流动路径和密封面之间形成封闭腔。

20.  一种用于热回收装置的气体/液体换热器,包括由层叠的芯体板构成的换热器芯体,换热器芯体包括以交替顺序布置的多个气体流动通道和多个液体流动通道,气体入口集管和气体出口集管流体连通于所述多个气体流动通道,并且液体入口集管和液体出口集管流体连通于所述多个液体流动通道;
其中换热器芯体包括多个芯体板,每个芯体板具有两个液体集管开口和两 个气体集管开口,其中每个芯体板具有气体侧和液体侧,并且其中芯体板在换热器芯体中密封在一起,使得每个气体流动通道限定在两个相邻的芯体板的气体侧之间,每个液体流动通道限定在两个相邻的芯体板的液体侧之间,并且芯体板中的集管开口对准以形成所述集管,使得气体入口集管和气体出口集管流体连通于气体流动通道,并且液体入口集管和液体出口集管流体连通于液体流动通道。

21.  根据权利要求20的气体/液体换热器,其中换热器芯体包括位于换热器芯体底部的底部芯体板,底部芯体板包括所述气体入口集管开口中的一个和所述气体出口集管开口中的一个,并且形成液体入口集管的封闭底部和液体出口集管的封闭底部;并且
其中最底郎的气体流动通道限定在底板和相邻的一个所述芯体板之间,所述最底郎的气体流动通道只与所述液体流动通道中的一个接触从而直接换热。

22.  根据权利要求20或21的气体/液体换热器,其中液体入口集管开口和液体出口集管开口沿着芯体板的一侧设置,其中液体流动通道是U形的,并且其中液体入口集管开口和液体出口集管开口被肋条分隔,以便阻止液体入口集管开口和液体出口集管开口之间的短路流动;并且其中肋条是不连续的,并且提供缝隙,一部分液体能够通过该缝隙流动通过肋条。

说明书

说明书层叠板排气回收装置
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2011年9月9日的美国临时专利申请No.61/532,677的优先权和利益,其内容结合在此作为参考。
发明领域
本发明涉及用于从气流中移除热量的装置,例如用于移除来自机动车辆的进气和排气系统的热量的热回收装置。
背景技术
在许多的应用中,出现了从气流中移除热量的需要。例如在机动车辆中,需要移除来自进气和/或排气气流的热量。例如,在一些应用中,例如在涡轮增压的或增压发动机中,进气(或“充气”)需要冷却。在装有排气再循环(EGR)或排气热量回收(EGHR)系统的车辆中,热量从排气气流中被移除。从进气或排气气流中移除的热量典型地传递给换热器中的液体冷却剂。
在EGHR系统中,例如,来自车辆排气的热量经由液体冷却剂传递给其它的车辆部件,以便在车辆启动时提供空气和车辆流体的更快的加热,由此减少燃料消耗。被排气加热的空气能够用于迅速加热客舱并且用于窗户除霜,从而减少在低温天气启动期间需要长时间的怠速周期。车辆流体(例如机油和传动流体)的加热使得它们具有更小的粘性并且在启动期间改进燃料经济性。在最初起动期之后,不再需要来自排气的热回收。因此,EGHR系统典型地包含旁路,以便一旦车辆达到正常运行温度,使从排气到液体冷却剂的热传递最小化。这有助于使在冷却系统中的荷载最小化。
因此,EGHR系统装有气液换热器,用于从机动车辆排气提取热量并且将热量传递到液体冷却剂,典型地是水/二醇发动机冷却剂。EGHR系统还包括换向阀,用于在车辆启动期间引导至少一部分排气流动通过换热器,并且一旦不再需要来自排气的热量则用于旁通热交换器。还提供致动器以便控制阀的运行。 阀可以通过电子控制的螺线管或通过蜡马达操作。
为了节省空间并减少成本和机动车辆重量,阀和换热器可以集成为单一单元,在此称为EGHR装置。然而,在许多集成EGHR装置中,换热器通过排气加热,无论装置是处于热交换模式或旁路模式。这增加了传递到冷却剂的热的量,从而增加了在冷却系统上的荷载,以及产生可能损害换热器的热应力。
仍然存在对用于机动车辆进气和排气系统的简单和有效的EGHR装置的需求,其使空间、重量和部件数量的使用最小化,并且还使热应力和在旁路模式中所不需要的到冷却剂的热传递最小化。
发明内容
在一个实施例中,提供热回收装置,包括气体换向阀和气体/液体换热器。气体换向阀包括:阀体;在旁路位置和热交换位置之间可动的阀元件;和形成在阀体中的气体入口和气体出口。气体/液体换热器包括由层叠的芯体板构成的换热器芯体,芯体包括:以交替顺序布置的多个气体流动通道和多个液体流动通道;与所述多个气体流动通道流体连通的气体入口集管和气体出口集管,和与所述多个液体流动通道流体连通的液体入口集管和液体出口集管。旁路气体流动路径在阀体的气体入口和气体出口之间延伸,并且换热器位于旁路气体流动路径的外侧。在阀元件位于旁路位置中的情况下,旁路气体流动路径基本上完全打开,并且在气体入口和换热器之间的流体连通基本上被阀元件完全阻挡;而对于在阀元件位于热交换位置中的情况下,旁路气体流动路径基本上被阀元件完全阻挡,并且气体入口与换热器流体连通。
附图说明
现在仅通过实施例参考附图对本发明进行描述,其中:
图1是根据本发明的第一实施例的热回收装置的透视图;
图2是示出了图1的热回收装置被分离时的换热器的透视图;
图3是图1的热回收装置在竖直平面、旁路模式中的纵向截面图;
图4是图1的热回收装置在竖直平面、热交换模式中的纵向截面图;
图5是通过多个换热器板的气体集管开口的横截面侧视图,该截面沿图7的线5-5;
图6是在换热器中的芯体板的冷却剂侧的透视图;
图7是在换热器中的芯体板的气体侧的透视图;
图8是通过换热器芯体的一部分的纵向透视横截面图,示出了与芯体隔开的安装板;
图9类似于图8,除了安装板示出为附接到芯体的底部以外;
图10是根据第二实施例的热回收装置在竖直平面、旁路模式中的纵向截面图;和
图11是图10的热回收装置在竖直平面、热交换模式中的纵向截面图。
具体实施方式
根据本发明第一实施例的热回收装置10现在参考图1到9描述。热回收装置10可以用作在机动车辆排气系统中的EGHR装置,并且因此有时在此称作EGHR装置10。
装置10包括气体换向阀12和气体/液体换热器14。气体换向阀12包括阀体16,在图3示出的旁路位置和图4示出的热交换位置之间可运动的阀元件18。阀12还包括形成在阀体16中的气体入口20和气体出口22。
在装置10用作EGHR装置的情况下,阀12可以由一种或多种能承受排气气流中的高运行温度的金属制造。例如,阀体16可以由铸铁或钢组成。尽管不是必要的,阀体可以设有用于冷却阀元件18的内部冷却通道。
装置10可以安装在机动车辆的排气气流内,与排气集管下游和尾部排气管上游的排气管对准地定位。旁路气体流动路径24定义为直接从阀12的气体入口20延伸到气体出口22。在旁路气体流动路径24内的气流方向在图3中通过箭头26定义。为了使在旁路模式中的压降最小化,旁路流动路径24中的气体流的方向可以与通过车辆排气系统的气体流的方向相同。气体入口20在图中示出为连接到上游排气管道28,气体出口22在图中示出为连接到下游排气管道30。
如图1所示,阀元件18包括绕枢转轴线P枢转的平板,枢转轴线P以相对于旁路气体流动路径24大约90度的角度穿过阀体延伸。阀元件18可以安装在杆32上,并且响应于排气气流的温度旋转。阀元件18的旋转可以通过任何合适的方法控制,包括电子螺线管或温度响应的蜡马达。阀元件18可以是任何合 适的形状,包括圆形或椭圆形,或它可以是不规则的形状,阀元件沿着一端(图3中的右端)倒圆以在图4示出的热交换模式中与阀体16倒圆的内壁密封,并且阀元件在相对端(图3中的左端)具有平的边缘以在热交换模式中形成抵靠换热器的顶部的密封。这种形状的实施例在图1中示出。
图3中示出了在旁路位置中的阀元件18,旁路气体流动路径24基本上完全打开以便使流过阀12的排气的压降最小化。阀元件18并不必需是枢转类型的,并且将理解,其它类型的阀元件可以适于用在根据本发明的热回收装置中。
换热器14位于旁路气体流动路径24的外侧,根据以下说明其原因将变得明显。换热器14包括具有层叠芯体板35的换热器芯体34。芯体34包括以交替顺序布置的多个气体流动通道36和多个液体流动通道38。气体流动通道36和液体流动通道38可以平行于旁路气体流动路径24,并且与旁路气体流动路径间隔开,并且板可以如附图所示水平地设置,即垂直于图3和4中装置10截面所沿的竖直平面。尽管附图没有示出,流动通道36、38的内部可以设有湍流增强插入物,例如可以作为板35的一部分整体形成的肋条或波纹,或者例如分别形成并插入到通道36、38中的波状的翅片或紊流器。
多个集管延伸穿过芯体34,并且可以基本上垂直于旁路气体流动路径24,平行于图3和4中装置10的截面所在的竖直平面。装置10包括四个这种集管,即与气体流动通道36流体连通的气体入口集管40和气体出口集管42;和与液体流动通道38流体连通的液体入口集管44和液体出口集管46。
在阀元件18处于如图3所示的旁路位置的情况下,在气体入口20和换热器14之间的流体连通基本上波完全阻挡,而旁路气体流动路径24基本上完全打开。因此,在阀元件18处于旁路位置的情况下,基本上全部排气流动通过气体入口20和气体出口22之间的旁路气体流动路径24,并且几乎没有或没有排气流动通过换热器14。
反之,在阀元件18处于如图4所示的热交换位置的情况下,旁路气体流动路径24基本上被完全阻挡,而允许在气体入口20和换热器14之间的、并且选择性地在气体出口22和换热器14之间的流体连通。
如上所述,芯体34包括多个芯体板35,这些芯体板可以彼此相同。芯体板35的两侧在图6和7中示出,并且在芯体34中多个板35的相对定位在图5中示出。图6示出了芯体板35的“液体侧”48,图7示出了相同芯体板35的相对 的“气体侧”50。液体侧48表示板35的部分地限定液体流动通道38中的一个的侧,而气体侧50表示板35的部分地限定气体流动通道36中的一个的侧。
除了位于芯体34的最顶和最底处的芯体板35,全部芯体板35在芯体34中密封地连接在一起,并且每个芯体板35的气体侧50面对相邻芯体板35的气体侧50,且每个芯体板35的液体侧48面对相邻芯体板35的液体侧48。这种布置在图5中示出,示出了换热器14的三个依次相连的芯体板35的相对定位。
每个芯体板35具有两个液体集管开口和两个气体集管开口。具体而言,每个板包括气体入口集管开口52、气体出口集管开口54、液体入口集管开口56和液体出口集管开口58。当板35被层叠以形成芯体34时,板35中的集管开口52、54、56和58对准,以便分别形成相应的集管40、42、44和46。
在板35中,液体入口和出口集管开口56、58示出为并排的,气体入口和出口集管开口52、54示出为位于板35的相对两端。可以理解,附图示出的板35中的开口52、54、56、58的形状、尺寸和布置通过许多因素而规定,对于特定应用(包括包装需要),这些因素可以是具体的,并且可以改变而不脱离本发明的范围。
在板35的液体侧48上,液体入口集管开口56和液体出口集管开口58示出为相对于板35的平的基部60是凹形的,液体经过其而流过液体流动通道38。因此,换热器14的液体入口集管开口56和液体出口集管开口58、以及液体入口集管44和液体出口集管46流体连通于液体流动通道38。此外在板35的液体侧48上,气体入口集管开口52和气体出口集管开口54示出为相对于平的基部60凸起,并且与液体侧密封表面62共面,液体侧密封表面62包括环绕平的基部60和液体集管开口56、58的中心部分,以及包括完全环绕气体集管开口52、54的两个边缘部分。因此,当一个板35的液体侧密封表面62被密封到相邻板35的液体侧密封表面62时,在平的基部60和气体集管开口52、54之间没有流体连通。
如图6所示,液体流动通道38是U形的,具有部分地横跨基部60延伸以阻止在液体入口集管开口56和液体出口集管开口58之间的液体流短路的肋条64。肋条64可以与液体侧密封表面62共面,以便接触相邻板35的肋条64,如图3所示。如图6所示,肋条64可以是不连续的,以便提供横跨平的基部60的较良好的液体流分布。例如,图6中肋条64包括两个不同长度的部分65和 67,部分65比部分67长。当大多数横跨平的基部60的流围绕肋条64的端部流动时,可以理解一部分流将通过缝隙到达肋条部分65的两侧的任一侧。当在肋条64中的缝隙允许通过肋条64的某种短路流动时,发明人已经发现通过不连续的肋条64产生的流动型式是所希望的,因为它提供了横跨平的基部60的液体的良好分配的流,由此增强热传递。
板35的气体侧50在图7中示出,并且具有与液体侧48相反的轮廓。特别地,气体横跨平的基部66流动,从气体入口集管开口52流到气体出口集管开口54,平的基部66部分地限定气体流动通道36。开口52、54相对于平的基部66是凹形的,因此气体入口和出口集管开口52、54和相应的气体入口和出口集管40、42与气体流动通道36流体连通。板35的气体侧50具有平的密封面68,该平的密封面68在气体侧50的周围延伸,用于与芯体34中的相邻板35的密封面68密封。同时,在气体侧50的液体入口和出口集管开口56、58高于平的基部66凸起并且与密封面68共面,用于密封至相邻板35中的相应的开口56、58。因此,在平的基部66和液体集管开口56、58之间没有流体连通。
芯体34中的芯体板35可以是相同的以便减少生产成本和简化组件。然而,在芯体34顶部和底部的芯体板可以具有不同的构造,并且在下面简要地进行论述。
芯体34的顶板70在此定义为距离阀12最远的(远端)芯体板,而底板72在此定义为距离阀12最近的(近端)芯体板。
如最好在图3、4和8中的横截面示出的,底板72具有有些不同于芯体板34的构造。具体而言,底板72包括气体入口集管开口52和气体出口集管开口54,它们与底部74共面。开口52、54和底部74相对于板72的平的密封面76是凹形的,因此当底板72通过使它的密封面76抵靠相邻的芯体板35的气体侧密封表面68密封而密封至相邻板35的气体侧50时,最底部的气体流动通道78限定在芯体34的底部,在底板72和相邻的芯体板35之间。底板还可以形成有一对无孔的凸起部80,这些凸起部80与底板72的密封面76共面,并并抵靠相邻的芯体板35的液体入口和出口集管开口56、58密封,由此封闭液体入口和出口集管44、46的底部。
芯体34还包括位于芯体34顶部的顶芯体板82。顶芯体板82包括液体入口集管开口56和液体出口集管开口58,它们与形成在顶板和相邻的芯体板35的 液体侧48之间的最顶部的液体流动通道36流体连通。顶部芯体板82还包括相邻于它的边缘的凹陷部分84,该凹陷部分84抵靠相邻的芯体板35的气体入口和出口集管开口52、54密封,由此封闭气体入口和出口集管40、42的顶部。液体入口和出口集管开口56、58可以设有相应的液体入口配件86和液体出口配件88,液体通过液体入口配件86和液体出口配件88进入和离开换热器14。
如图3和4所示,阀体16具有密封面90,阀体16沿着密封面90固定到换热器14,并且更具体地固定至换热器14的底板72。密封面90环绕在阀体16中的开口92,通过开口92提供阀体16内部和换热器14之间的流体连通。在示出的实施例中,密封面90是平的并且包括环绕阀体16基部的凸缘94。密封面90可以与阀元件18间隔开,由此当阀元件18处于在图3中示出的旁路位置时,在阀体16内、在旁路气体流动路径24和密封面90之间形成封闭腔91。这种封闭腔91在流动通过旁路气体流动路径24的热排气和相对冷的换热器14之间提供缓冲空间。
底板72可以直接连接到阀体16的密封面90,例如通过钎焊或焊接。然而,在示出的实施例中,安装板96设置在底板72和密封面90的之间。板96可以通过任何适当的方式固定到底板72,例如通过焊接、钎焊或通过机械紧固件。在本发明的一个实施例中,安装凸缘钎焊到底板72,并且通过机械紧固件例如螺栓(没有示出)固定到阀体16。为了这个目的,安装板96的周缘可以设有多个螺栓孔102。这种布置可以是有益的,例如在阀体16和换热器14由难以钎焊或焊接在一起的不同类金属制成的情况下。在这点上,换热器14的芯体板35可以由不锈钢板制造,而阀体16可以是铸铁的。
安装板96还设有气体入口集管开口98和气体出口集管开口100,开口98、100在旁路流动方向上互相间隔开。开口98、100与芯体34的相应的气体入口集管40和气体出口集管42对准,以便提供阀体16内部与换热器14的气体入口和出口集管40、42之间的连通。
安装凸缘94可以包括热绝缘材料层,以便使从阀体16到换热器14的热传导最小化。这个热绝缘层可以是提供在安装板96和阀体16的密封面90之间的垫圈95的形式。
用于排气热量回收(EGHR)的装置10的操作和优点如下所述。当用于EGHR时,装置10把热量从气体移到液体,气体是热发动机排气,液体是液体 冷却剂,例如在车辆的冷却系统中循环的水/二醇发动机冷却剂。
在车辆发动机冷启动时,阀元件18致动以便呈图4示出的构造,在此称作热交换位置或热交换模式。在该位置,阀元件18基本上完全阻挡旁路气体流动路径24,并且阀元件18的边缘与阀体16内壁和安装凸缘96的表面基本上密封。为了使EGHR装置10的效率最大化,希望的是,基本上所有排气都从阀12的气体入口20转移到换热器14的气体入口集管40,并且在热交换位置泄漏通过阀元件18的排气的量期望保持在实际的最小限度。
在冷启动时,排气最初是相对较冷的并且逐渐地上升到正常运行温度。在这个时候,换热器14和其中循环的冷却剂通过排气被逐渐加热。因为换热器14逐渐升温,在预热期间换热器14上的热应力相对较小。在预热期间,换热器14从排气中获得热量并且将它传递到液体冷却剂。然后冷却剂流向其它车辆部件,例如用于加热客舱和用于窗户除霜的加热器芯体,或流向用于发动机或润滑油的容器,以便加热和降低油的粘度。
在初次起动之后,一旦不再需要来自机动车辆排气的热量,阀元件18致动以便使到达图3示出的位置,在比称作旁路位置或旁路模式。在该位置,通过旁路气体流动路径24的流最大化,以便使压降最小化,并且通过换热器14的流最小化,以便阻止从排气到液体冷却剂的进一步的热传递。为了使EGHR装置10效率的最大化,希望基本上所有的排气都流过旁路气体流动路径24,而且排气不流过换热器14。例如,在旁路位置中泄漏通过阀元件18和进入换热器14的排气的量希望保持在可实现的最少。这使在冷却系统上的、由在排气和循环通过换热器14的冷却剂之间的不需要的换热器所引起的额外荷载最小化,以及用来使由于不必要的换热器14的加热导致的潜在损坏热应力最小化。
为了进一步使在旁路位置中从排气传递到冷却剂的热传递最小化,可见阀元件18的边缘基本上抵靠阀体16的内表面97密封,由此使到达换热器14的不需要的气流最小化。此外,换热器14位于旁路流动路径24之外并且可以通过腔91与旁路流动路径24间隔开,其还有助于阻止从排气到冷却剂的不需要的热传递。并且,如上所述,热绝缘垫圈95设在安装板96和阀体16之间,以便使经由传导从阀12到换热器14的热传递最小化。所有这些特征期望有助于减少换热器14经受的热应力。
并且,与在芯体34中的另一个气体流动通道36相反,最底部气体流动通 道36由底板72形成并且相邻的芯体板35在其两侧不具有液体流动通道38。具体而言,在最底郎气体流动通道36和安装凸缘96之间没有液体流动通道38。这有助于更进一步使热应力最小化,热应力由位于换热器14底部的液体流动通道38中的冷却剂与安装板96接触而导致。
装置10的更进一步优点是柔性。可以理解换热器14对于不同的应用可以是不同尺寸。因为换热器14是“自包围”的,即不包括外壳,并且因为板35相对于通过装置10的纵向竖直平面(即图3和4中的横截面的平面)水平地层叠,换热器14可以在不影响阀12的构造的情况下简单地通过从芯体34增加或减去板35而制成更大或更小。这是有益的,因为相同的换热器芯体板35可被用于具有不同的热传递需要的各种不同的换热器。例如,不同尺寸的车辆具有不同尺寸的客舱,并且具有较大客舱的车辆可具有更大的热传递需要。所有这些需要调整总热传递需求,是在于通过增加或移除芯体板35而修改换热器14。
根据本发明第二实施例的热回收装置110参考图10和11如下所述。装置110的大多数元件也包括在装置10中并已经在上面描述了,并且不必进一步说明这些元件。热回收装置10和110共享的元件在附图中通过同样的附图标记识别出来。
如上所述,排气通过阀元件18的渗漏在热交换位置希望是最小化的。在这个位置,阀元件18的一个边缘必须抵靠换热器14密封,更具体地说抵靠换热器14的底部或在使用的安装板的情况下抵靠安装板96密封。在本实施例中,热回收装置110包括在换热器14底部处的安装板96。因为安装板96是平的,可以理解抵靠安装板96密封的阀元件18的边缘也是平的。
为了改进阀元件18的密封,安装板96可以设有直立的凸缘或突片104,如图10和11所示,凸缘或突片104从安装板96的本体向上弯曲,以便提供与阀元件18更有效的重叠密封。突片104不增加装置110的重量,因为它包括的材料属于安装板96的一部分。突片104可以具有矩形的形状,并且具有沿着阀元件18的宽度延伸的较长的尺寸。突片104可以以相对于由旁路气体流动路径24的方向定义的水平轴小于90度的角度倾斜,更典型地从大约45到小于90度,并且是在气流方向上远离垂直轴倾斜。通过比较装置110的热交换位置(图11)与装置10的热交换模式(图4)可以看出,突片104与阀元件18重叠,潜在地比在装置10中提供更好的密封,以及减少在旁路气体流动路径打开和关闭期间 阀元件18的冲击。突片104也消除垫圈95厚度的变化可能对阀元件18和安装板96之间的密封的任何影响。换句话说,阀元件18抵靠突片104密封需要的旋转量比抵靠安装板96的水平部分密封需要的旋转量小。突片104还消除垫圈95厚度的变化可能对阀元件18和安装板96之间的密封产生的任何影响。选择突片104的角度,以便在热交换模式中抵靠阀元件104的表面平放,如图11所示。并且,为了减少阀元件18的冲击,希望的是突片104朝向安装板96的气体入口集管开口98定位。
热回收装置10和110之间的另一个不同可以从阀体16的内表面的形状看出,当装置110的阀元件18在热交换位置时,如图11所示,排气沿着该内表面流入和流出换热器14。可见,阀元件18在旁路位置所抵靠密封的内表面97通过提供倒圆的入口表面106而进行某种改进,倒圆的入口表面106仍然突出到阀体16内部,但是比图3和4示出的表面97的相应部分更小的量。内表面97类似地设有倒圆的出口表面108,气体沿着倒圆的出口表面108从换热器14的气体出口集管42朝向阀12的气体出口20流动。特别地,倒圆的出口表面108是平缓地弯曲的并且没有任何向内延伸的突起或唇缘,这与图3和4示出的表面97的相应部分形成对比。发明人已经发现,特别重要的是在换热器14和出口20之间提供平缓倒圆的表面,以便使通过装置110的压降最小化。
将表面106、108形成为不使阀体16的壁过分的薄,以避免弱化,并且在图10和11中这些表面示出为基本上比阀体16的其它壁更厚。可以理解阀体16的内表面和外表面可以是使轮廓相符的,以便提供整个阀体合适的壁厚。
为了避免损害阀元件18相对于表面97密封的能力,特别是在热气体向换热器14的渗漏最小化的旁路模式中使损害阀元件18相对于表面97密封的能力最小化,希望提供至少一个具有小缺口或唇缘的表面106、108,以便增强在旁路模式中与表面97的密封。在图10和11中,倒圆的出口表面108设有用于增强与阀元件108的密封的这样的缺口112。
尽管本发明已经描述了相关的某些最优方案,但是它不限于此。本发明包括属于以下权利要求范围的实施例。   内容来自专利网www.zhuanlichaxun.net转载请标明出处

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