專利名稱：朗肯循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及朗肯循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，已知對(duì)伴隨內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的無(wú)用熱量進(jìn)行回收的朗肯循環(huán)。在這樣的朗肯循環(huán)中，例如將發(fā)動(dòng)機(jī)的水冷冷卻系統(tǒng)設(shè)為密閉構(gòu)造來(lái)進(jìn)行沸騰冷卻，通過(guò)被發(fā)動(dòng)機(jī)中的無(wú)用熱量汽化的制冷劑、即蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪的膨脹器，并將該蒸汽具有的熱能轉(zhuǎn)換為電能等來(lái)進(jìn)行回收。作為對(duì)這樣的朗肯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的情況，例如有專利文獻(xiàn) Io專利文獻(xiàn)I :日本特開2009-103060號(hào)公報(bào)但是，在上述專利文獻(xiàn)I的提案中，在例如內(nèi)燃機(jī)的冷起動(dòng)時(shí)有可能產(chǎn)生如下所述的不良情況。在內(nèi)燃機(jī)的冷間時(shí)通常膨脹器的溫度也低。如果向低溫狀態(tài)的膨脹器供給蒸汽、則蒸汽在膨脹器內(nèi)凝結(jié)而恢復(fù)為液化制冷劑。在膨脹器內(nèi)所生成的液化制冷劑貯存在膨脹器內(nèi)，從而有可能成為膨脹器驅(qū)動(dòng)的阻力而導(dǎo)致膨脹器的劣化或破損。當(dāng)在車輛中搭載朗肯循環(huán)系統(tǒng)的情況下，由于膨脹器成為冷間狀態(tài)的情況頻繁地出現(xiàn)，因此必須解決如上所述的膨脹器的劣化和破損的問(wèn)題。為了抑制這樣的膨脹器的劣化和破損，考慮設(shè)置抑制在內(nèi)燃機(jī)的暖機(jī)時(shí)蒸汽向膨脹器的流入的控制閥等。然而，為了實(shí)現(xiàn)這些控制，需要使控制閥工作的執(zhí)行器、用于設(shè)定控制定時(shí)的溫度傳感器、或者用于估算溫度的邏輯構(gòu)筑等，成本變高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本說(shuō)明書公開的朗肯循環(huán)系統(tǒng)以抑制因在如蒸汽渦輪的膨脹器中液化制冷劑的生成而引起的膨脹器的劣化和破損為課題。為了解決該課題，本說(shuō)明書公開的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，具備過(guò)熱器；膨脹器，該膨脹器被從所述過(guò)熱器供給的汽化制冷劑亦即蒸汽驅(qū)動(dòng)來(lái)進(jìn)行能量回收，并具備排出蒸汽的第一排出ロ、以及排出所述蒸汽在內(nèi)部凝結(jié)而生成的液化制冷劑的第二排出ロ ；第一排出通路，該第一排出通路與所述第一排出ロ連接，從所述膨脹器排出所述蒸汽；冷凝器，該冷凝器通過(guò)所述第一排出通路被導(dǎo)入所述蒸汽，并將所述蒸汽凝結(jié)而形成液化制冷劑；凝結(jié)水箱，該凝結(jié)水箱貯存所述冷凝器中生成的液化制冷劑；以及第二排出通路，該第二排出通路連接所述第二排出口和所述凝結(jié)水箱，從所述膨脹器排出所述液化制冷劑箱制冷劑。膨脹器由于具備第二排出ロ，因此能夠排出在膨脹器是冷間狀態(tài)時(shí)在膨脹器的內(nèi)部凝結(jié)而生成的液化制冷劑。如果能夠從膨脹器內(nèi)排出液化制冷劑，則能夠降低膨脹器的驅(qū)動(dòng)負(fù)載。其結(jié)果是，能夠抑制膨脹器的劣化和破損。所述第二排出ロ優(yōu)選設(shè)置在所述膨脹器的下部。宗g在于考慮膨脹器的內(nèi)部形狀等來(lái)有效地排出液化制冷劑。通常，通過(guò)在膨脹器的下部設(shè)置第二排出ロ能夠使液化制冷劑流出。對(duì)于所述凝結(jié)水罐內(nèi)的液面高度，當(dāng)將該液面高度與所述第二排出通路內(nèi)的最低液面的差設(shè)為Ah、將所述蒸汽通過(guò)所述第一排出通路從所述膨脹器流入到所述冷凝器時(shí)的壓カ損失設(shè)為APto、將所述液化冷卻劑的密度設(shè)為P、將重力加速度設(shè)為g吋，滿足A h> A Pto/ P g 的關(guān)系。凝結(jié)水箱內(nèi)的液面高度只要被維持在滿足這樣關(guān)系的狀態(tài)下，就能夠抑制蒸汽通過(guò)第二排出ロ的情況。另外，所述第二排出通路與所述凝結(jié)水箱的連接位置相比所述第二排出通路內(nèi)的最低液面位于上側(cè)。例如，在通過(guò)U字管形成第二排出通路的情況下，第二排出通路的最低液面為U字管的U字狀部，從而能夠?qū)h較大地設(shè)定。只要能夠?qū)h較大地設(shè)定，就能夠有效地抑制第二排出ロ的蒸汽通過(guò)。并且，所述第二排出ロ的口徑比所述第一排出ロ的口徑小。通過(guò)將第一排出ロ的 口徑和第二排出ロ的口徑的關(guān)系進(jìn)行如上所述設(shè)定，能夠有效地抑制第二排出ロ的蒸汽通過(guò)。另外，如果第一排出ロ的口徑變大則能夠使壓カ損失A Pto較小，具有抑制第二排出ロ的蒸汽通過(guò)的效果。另外，所述第二排出通路的流路面積比所述第一排出通路的流路面積小。例如，將形成第二排出通路的配管的內(nèi)徑與形成第一排出通路的配管的內(nèi)徑比設(shè)為小徑，由此能夠?qū)崿F(xiàn)由上述的式子表示出的關(guān)系。通過(guò)將第二排出通路的流路面積和第一排出通路的流路面積的關(guān)系如上所述設(shè)定，能夠有效地抑制第二排出ロ的蒸汽通過(guò)。另外，如果第一排出通路的流路面積變大則能夠使壓カ損失A Pto較小，具有抑制第二排出ロ的蒸汽通過(guò)的效果。根據(jù)本說(shuō)明書公開的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，能夠抑制由膨脹器中的液化制冷劑的生成引起的膨脹器的劣化和破損。


圖I是實(shí)施例的朗肯循環(huán)系統(tǒng)的簡(jiǎn)要構(gòu)成圖。圖2是放大示出圖I中的A部的說(shuō)明圖。圖3是示出第二排出通路的其他的形狀的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式以下將用于實(shí)施本發(fā)明的方式與附圖一起進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。實(shí)施例參照?qǐng)DI、圖2對(duì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)100的簡(jiǎn)要構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。圖I是朗肯循環(huán)系統(tǒng)100的簡(jiǎn)要構(gòu)成圖。圖2是放大示出圖I中的A部的說(shuō)明圖。朗肯循環(huán)系統(tǒng)100具備通過(guò)在內(nèi)部制冷劑沸騰而被冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)I。發(fā)動(dòng)機(jī)I是相當(dāng)于蒸汽產(chǎn)生器的內(nèi)燃機(jī)的一例。發(fā)動(dòng)機(jī)I具備缸體Ia和缸蓋lb。在缸體Ia以及缸蓋Ib內(nèi)形成水套，通過(guò)該水套內(nèi)的制冷劑沸騰來(lái)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)I的冷卻。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)I使蒸汽產(chǎn)生。發(fā)動(dòng)機(jī)I還具備排氣管2。發(fā)動(dòng)機(jī)I的缸蓋Ib與蒸汽通路3的一端連接。在蒸汽通路3中配設(shè)有氣液分離器4。從發(fā)動(dòng)機(jī)I側(cè)以氣液混合狀態(tài)流入到氣液分離器4的制冷劑在氣液分離器4內(nèi)被分離為氣相(蒸汽)和液相(液化制冷劑)。氣液分離器4的下端部與制冷劑循環(huán)通路5的一端連接。該制冷劑循環(huán)通路5的另一端與缸體Ia連接。另外，在制冷劑循環(huán)通路5中配設(shè)有向發(fā)動(dòng)機(jī)I內(nèi)壓送液化制冷劑的第一水泵6。該第一水泵6是所謂的機(jī)械式，將發(fā)動(dòng)機(jī)I具備的曲軸作為驅(qū)動(dòng)源。通過(guò)該第一水泵6，液化制冷劑在發(fā)動(dòng)機(jī)I和氣液分離器4之間循環(huán)。在蒸汽通路3中設(shè)置有過(guò)熱器8。過(guò)熱器8在下側(cè)具備蒸發(fā)部8a，在其上側(cè)具備過(guò)熱部8b。排氣管2被引入到過(guò)熱器8中。在排氣管2的內(nèi)部，由發(fā)動(dòng)機(jī)I產(chǎn)生的廢氣流通。排氣管2以使廢氣按照過(guò)熱部Sb、蒸發(fā)部8a的順序通過(guò)的方式貫通過(guò)熱器8。蒸發(fā)部8a與液化制冷劑通路7的一端連接。廢氣與通過(guò)氣液分離器4的蒸汽進(jìn)行熱交換。液化制冷劑通路7的另一端與氣液分離器4的下端部連接。在液化制冷劑通路7中設(shè)置有開關(guān)閥7a。通過(guò)該開關(guān)閥7a的開閉狀態(tài)來(lái)決定從氣液分離器4向蒸發(fā)部8a的液化制冷劑的供給狀態(tài)。被供給到蒸發(fā)部8a的液化制冷劑通過(guò)在過(guò)熱部Sb經(jīng)蒸汽過(guò)熱后的廢氣的熱量而能夠蒸汽化。由此，隨著蒸汽產(chǎn)生量増大，蒸汽的過(guò)熱度提高，無(wú)用熱量回收效率提高。在過(guò) 熱部8b的上端部設(shè)置有蒸汽排出管3a。在蒸汽排出管3a的頂端部設(shè)置有噴嘴9。在過(guò)熱器8的下游側(cè)配設(shè)有膨脹器10。膨脹器10被由過(guò)熱器8供給的汽化制冷齊U、即蒸汽驅(qū)動(dòng)來(lái)進(jìn)行能量回收。膨脹器10是具備殼體IOa以及設(shè)置在該殼體IOa上的渦輪翼IOb的蒸汽渦輪。噴嘴9安裝在殼體IOa上，以將通過(guò)蒸汽通路3供給的蒸汽向渦輪翼IOb噴射。由此，渦輪翼IOb被通過(guò)蒸汽通路3供給的蒸汽驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。渦輪翼IOb的旋轉(zhuǎn)カ輔助發(fā)動(dòng)機(jī)I具備的曲軸的旋轉(zhuǎn)，或者驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。由此，進(jìn)行無(wú)用熱量的回收。膨脹器10的殼體IOa具備排出蒸汽的第一排出ロ 10al、以及排出在內(nèi)部蒸汽凝結(jié)而生成的液化制冷劑的第二排出ロ 10a2。這里，第二排出ロ 10a2以能夠排出膨脹器10的殼體IOa內(nèi)的液化制冷劑的方式被設(shè)置在膨脹器10的殼體IOa的下部。第二排出ロ 10a2的口徑D2比第一排出ロ IOal的口徑Dl小。S卩，為D2〈D1的關(guān)系。第一排出ロ IOal與第一排出通路11的一端連接。第一排出通路11的另一端與冷凝器12連接。第一排出通路11從膨脹器10排出蒸汽，并將排出的蒸汽導(dǎo)入到冷凝器12。冷凝器12通過(guò)冷卻蒸汽進(jìn)行凝結(jié)來(lái)生成液化制冷劑。冷凝器12能夠接受風(fēng)扇13的送風(fēng)，來(lái)有效地冷卻、凝結(jié)蒸汽。冷凝器12的下部設(shè)置有貯存在冷凝器12中生成的液化制冷劑的凝結(jié)水箱14。第二排出ロ 10a2與第二排出通路15的一端連接。第二排出通路15的另一端與凝結(jié)水箱14連接。這樣的第二排出通路15從膨脹器10將液化制冷劑排出到凝結(jié)水箱14。在凝結(jié)水箱14內(nèi)貯存有在冷凝器12被冷卻的液化制冷劑。在膨脹器10內(nèi)凝結(jié)的液化制冷劑被排出到凝結(jié)水箱14內(nèi)，由此與在冷凝器12中被冷卻的液化制冷劑混合，溫度被降低。第二排出通路15的流路面積S2與第一排出通路11的流路面積SI比是小徑。S卩，為S2〈S1的關(guān)系。在凝結(jié)水箱14的下游側(cè)設(shè)置有使暫時(shí)貯存在凝結(jié)水箱14內(nèi)的液化制冷劑再次向發(fā)動(dòng)機(jī)I側(cè)循環(huán)的制冷劑回收通路16。制冷劑回收通路16與制冷劑循環(huán)通路5的第一水泵6的上游側(cè)連接。在制冷劑回收通路16中配設(shè)有第二水泵17。該第二水泵17是電式葉片泵。當(dāng)?shù)诙?7為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，凝結(jié)水箱14內(nèi)的液化制冷劑被供應(yīng)給制冷劑循環(huán)通路5。另外，在第二水泵17的下游配設(shè)有用于避免制冷劑的逆流的單向閥18。如上所述，朗肯循環(huán)系統(tǒng)100具備制冷劑循環(huán)的路徑。朗肯循環(huán)系統(tǒng)100具備的第一排出ロ IOal的口徑Dl和第二排出ロ 10a2的口徑D2如前所述具有D2〈D1的關(guān)系。另外，朗肯循環(huán)系統(tǒng)100具備的第一排出通路11的流路面積SI和第二排出通路15的流路面積S2如前所述具有S2〈S1的關(guān)系。這些關(guān)系的維持對(duì)抑制第二排出ロ 10a2的蒸汽通過(guò)是有效的。在朗肯循環(huán)系統(tǒng)100中，被供給到膨脹器10內(nèi)的蒸汽極カ希望從第一排出ロ IOal排出。假設(shè)作為沒(méi)有凝結(jié)的汽化制冷劑的蒸汽從第ニ排出ロ 10a2排出，則蒸汽通過(guò)第二排出通路15、凝結(jié)水箱14流入到冷凝器12。S卩，蒸汽從與針對(duì)冷凝器12的本來(lái)的流入方向不同的方向流入。如此，當(dāng)在冷凝器12中蒸汽從與本來(lái)不同的方向流入時(shí)，冷凝器12的功能受損。即，冷凝器12在從上側(cè)導(dǎo)入的蒸汽到達(dá)凝結(jié)水箱14之前的期間通過(guò)熱交換冷卻并凝結(jié)蒸汽，生成液化制冷劑。當(dāng)從凝結(jié)水箱14側(cè)流入高溫的蒸汽時(shí)，冷凝器12的功能受損。另外，凝結(jié)水箱14內(nèi)的液化制冷劑的溫度也上升。凝結(jié)水箱14內(nèi)的液化制冷劑再次被供給給發(fā)動(dòng)機(jī)1，并用在發(fā)動(dòng)機(jī)I的冷卻上。因此，還要求希望將凝結(jié)水箱14內(nèi)的液化制冷劑的溫度盡量保持為低溫。為了避免蒸汽從第二排出ロ10a2排出，朗肯循環(huán)系統(tǒng)100滿足以下的式(I)的關(guān) 系。A h> A Pto/ Pg 式(I)Ah :凝結(jié)水箱14內(nèi)的液面高度和第二排出通路15內(nèi)的最低液面的差A(yù)Pto :蒸汽通過(guò)第一排出通路11從膨脹器10流入到冷凝器12時(shí)的壓カ損失P :液化制冷劑的密度g :重力加速度這里，本實(shí)施例中的Ah如圖I和圖2所示是Ah= A hi。另外，本實(shí)施例中的APto設(shè)為在圖I和圖2中由B示出的范圍的壓カ損失。通過(guò)滿足這樣的式(I)的關(guān)系，能夠避免蒸汽從第二排出ロ 10a2排出。為了滿足式(I)的關(guān)系，將Ah的值設(shè)定得盡量大、將APto的值設(shè)定得盡量小是有效的。通過(guò)將第一排出ロ IOal的口徑Dl較大地設(shè)定、或者將第一排出通路11的流路面積SI較大地設(shè)定，能夠縮小APto的值。另ー方面，為了將Ah較大地設(shè)定，可以將第二排出通路15置換為圖3所示的第ニ排出通路151。如圖3所示，第二排出通路151到凝結(jié)水箱14的連接位置Pl與第二排出通路151內(nèi)的最低液面151a相比靠上側(cè)。通過(guò)將第二排出通路151的形狀設(shè)為U字狀，最低液面151a降低。由此，確保了 Ah2。如圖3可知，Ah2比使用第二排出通路15的情況的Ahl大。其結(jié)果是，Ah2容易滿足式(I)的條件。如以上說(shuō)明的那樣，根據(jù)本說(shuō)明書公開的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，能夠有效地排出在膨脹器10內(nèi)生成的液化制冷劑。其結(jié)果是，能夠抑制由膨脹器10中的液化制冷劑的生成而引起的膨脹器的劣化和破損。此時(shí)，由于不需要從膨脹器10內(nèi)排出液化制冷劑的特別的控制裝置，因此在節(jié)約成本方面也是有利的。上述實(shí)施例只不過(guò)是用于實(shí)施本發(fā)明的例，本發(fā)明并不限于這些，對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種變形是本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，根據(jù)上述記載能夠有其他各種各樣的實(shí)施例是不言自明的。符號(hào)說(shuō)明
I…發(fā)動(dòng)機(jī)；2…排氣管；3…蒸汽通路；3al…蒸汽排出管；4…氣液分離器；5…制冷劑循環(huán)通路；6…第一水泵(W/P)ゾ…液化制冷劑通路；8…過(guò)熱器；8a…蒸發(fā)部；8b…過(guò)熱部；9…噴嘴;10…膨脹器;10a…潤(rùn)輪殼體;10b…潤(rùn)輪翼;1ト ..第一排出通路;12…冷凝器；13…風(fēng)扇；14…凝結(jié)水箱；15、151…第二排出通路；16…制冷劑回收通路；17…第ニ水泵(W/P) ;18…單向閥；100…朗肯循環(huán)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.ー種朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在干， 所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)具備 過(guò)熱器； 膨脹器，該膨脹器被從所述過(guò)熱器供給的汽化制冷劑亦即蒸汽驅(qū)動(dòng)來(lái)進(jìn)行能量回收，并具備排出蒸汽的第一排出ロ、以及排出所述蒸汽在內(nèi)部凝結(jié)而生成的液化制冷劑的第二排出ロ ； 第一排出通路，該第一排出通路與所述第一排出ロ連接，從所述膨脹器排出所述蒸汽； 冷凝器，該冷凝器通過(guò)所述第一排出通路被導(dǎo)入所述蒸汽，并將所述蒸汽凝結(jié)而形成液化制冷劑； 凝結(jié)水箱，該凝結(jié)水箱貯存所述冷凝器中生成的液化制冷劑；以及第二排出通路，該第二排出通路連接所述第二排出口和所述凝結(jié)水箱，從所述膨脹器排出所述液化制冷劑箱制冷劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在干， 所述第二排出ロ設(shè)置在所述膨脹器的下部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在干， 對(duì)于所述凝結(jié)水罐內(nèi)的液面高度，當(dāng)將該液面高度與所述第二排出通路內(nèi)的最低液面的差設(shè)為Ah、將所述蒸汽通過(guò)所述第一排出通路從所述膨脹器流入到所述冷凝器時(shí)的壓カ損失設(shè)為APto、將所述液化冷卻劑的密度設(shè)為P、將重力加速度設(shè)為g吋，滿足A h> A Pto/ P g 的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在干， 所述第二排出通路與所述凝結(jié)水箱的連接位置相比所述第二排出通路內(nèi)的最低液面位于上側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在干， 所述第二排出ロ的口徑比所述第一排出ロ的口徑小。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在干， 所述第二排出通路的流路面積比所述第一排出通路的流路面積小。
全文摘要
本發(fā)明提供朗肯循環(huán)系統(tǒng)。朗肯循環(huán)系統(tǒng)(100)具備過(guò)熱器(8)以及被作為從該過(guò)熱器(8)供給的汽化制冷劑的蒸汽驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行能量回收的膨脹器(10)。膨脹器(10)具備排出蒸汽的第一排出口(10a1)、以及排出在膨脹器(10)的內(nèi)部蒸汽凝結(jié)而生成的液化制冷劑的第二排出口(10a2)。朗肯循環(huán)系統(tǒng)(100)具備與第一排出口(10a1)連接并從膨脹器(10)排出蒸汽的第一排出通路(11)、以及通過(guò)第一排出通路(11)被導(dǎo)入蒸汽并對(duì)被導(dǎo)入的蒸汽進(jìn)行凝結(jié)來(lái)作為液化制冷劑的冷凝器(12)。在冷凝器(12)中生成的液化制冷劑被貯存在凝結(jié)水箱(14)中。第二排出口(10a2)和凝結(jié)水箱(14)被第二排出通路(15)連接。
文檔編號(hào)F01D25/32GK102812211SQ20108006572
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者山田賢一, 小林日出夫, 石川雅英, 杉山敏久 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社