CN102099560B - 排热再生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种排热再生系统。在兰肯循环的启动时制冷剂量不足的情况下，不产生制冷剂泵的前后的压力差，无法从旁通回路对兰肯循环进行制冷剂注入，所以，无法控制过冷度。本发明提供一种即使在制冷剂泵的前后不产生压力差的情况下也能够调整过冷度的排热再生系统。具有用于储藏制冷剂的制冷剂箱(12)，该制冷剂箱(12)经由低压侧阀(10)和高压侧阀(11)并通过配管分别连接于兰肯循环(5)的低压回路部(5a)侧和高压回路部(5b)侧，设置调整该制冷剂箱(12)的内部温度的温度调整机构(13)。

Description

排热再生系统
技术领域
本发明涉及一种通过兰肯循环而将汽车用发动机等内燃机的排热作为动力等再生的排热再生系统。
背景技术
在以往的使用兰肯循环的排热再生系统中，由于大气温度的变化和冷凝器的冷凝能力的变动等，在运转中，工作流体(以下记做制冷剂)的过冷度变化，存在导致制冷剂泵的效率降低的问题。为了解决该问题，经由旁通路连通制冷剂泵的出口侧和冷凝器的入口侧，并且在该旁通路的高压侧和低压侧分别设置开闭阀，对应于冷凝器出口侧的过冷度适当地对开闭阀进行开闭，控制制冷剂向兰肯循环的封入量(例如参照专利文献1和专利文献2)。
现有技术文献之专利文献：
专利文献1：日本特开昭60-192809号公报
专利文献2：日本特开2008-231981号公报
发明所要解决的技术问题：
在这样的以往的排热再生系统中，在兰肯循环工作的正常状态下，利用兰肯循环内的压力的高低差，调整兰肯循环的制冷剂填充量，能够抑制与过冷度的变化相对的制冷剂泵的效率降低。但是，在兰肯循环启动时制冷剂量不足的情况下，由于制冷剂泵(或者膨胀机)的输入输出不产生压力差，所以无法调整兰肯循环的制冷剂填充量，不能够控制过冷度。因此，有时吸入制冷剂在制冷剂泵的吸入侧汽化(沸腾)，制冷剂泵产生气泡，作为泵的功能停止(即，兰肯循环的运转停止)。因此，存在排热再生系统的运转开始不能正常进行的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种排热再生系统，该排热再生系统即使在兰肯循环的启动时也能够防止过冷度的变化所导致的制冷剂泵的效率降低，能够进行最适当的运转。
本发明的排热再生系统是在调整兰肯循环内的制冷剂的填充量的制冷剂填充量调整装置中，通过温度调整机构调整储藏制冷剂的制冷剂箱的内部温度的系统。
发明的效果：
根据本发明，由于能够通过使用温度调整机构调整制冷剂箱内的温度而调整制冷剂箱内的压力，所以，即使在兰肯循环内的压力差小的情况下，也能够对应于过冷度而调整兰肯循环内的制冷剂填充量。因此，能够发挥以往所没有的显著效果，即，能够获得如下排热再生系统，该排热再生系统即使在兰肯循环的启动时，也能够防止制冷剂泵的效率降低，并能够进行最适当的运转。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的排热再生系统的结构图。
图2是表示本发明的实施方式2的排热再生系统的结构图。
附图标记说明
1   发动机(内燃机)
5   兰肯循环
5a  低压回路部
5b  高压回路部
6   制冷剂泵
7   膨胀机
8   冷凝器
9   制冷剂填充量调整装置
10  低压侧阀
11  高压侧阀
12  制冷剂箱
13  温度调整机构
14  制冷剂泵
具体实施方式
参照附图对本发明的排热再生系统的实施方式进行说明。在以下的各图中，同一符号表示同一或者相当的机构或动作。
实施方式1
图1是表示本发明实施方式1的排热再生系统的结构图。在本实施方式1中，汽车用发动机1(以下记做发动机1)中使用本发明的排热再生系统。发动机1是产生行驶用驱动力的内燃机。排气管2将从发动机1排出的燃烧气体(排气)排放到大气中。发动机冷却水通过冷却水泵(未图示)在冷却水回路3中循环。
兰肯循环5构成从冷却水/排气热交换器4开始顺次连接膨胀机7、冷凝器8、制冷剂泵6而成的闭合回路。在该闭合回路中，沿着制冷剂的流动方向将从膨胀机7开始经由冷凝器8而到达制冷剂泵6的流路作为低压回路部5a，将从制冷剂泵6开始经由冷却水/排气热交换器4而到达膨胀机7的流路作为高压回路部5b。
在本实施方式1中，在排气管2和冷却水回路3中，安装有作为兰肯循环5的构成要素的冷却水/排气热交换器4。通过该冷却水/排气热交换器4，从制冷剂泵6压送的作为兰肯循环5的制冷剂的R134a被加热并汽化。成为蒸汽的制冷剂在膨胀机7产生动力，该动力通过发电机(未图示)或动力机构(未图示)回收。膨胀后的制冷剂在冷凝器8被冷却并冷凝，成为液体并返回到制冷剂泵6，重复循环。
在这里，对制冷剂填充量调整装置9进行说明。在低压回路部5a中，在冷凝器8的入口侧通过配管连接有低压侧阀10。该低压侧阀10在通常时为闭阀。在高压回路部5b中，在制冷剂泵6的出口侧通过配管连接有高压侧阀11。该高压侧阀11在通常时也为闭阀。这些低压侧阀10和高压侧阀11上通过配管连接有制冷剂箱12。在制冷剂箱12内，储藏有能够对应变化的过冷度的量的制冷剂。
对制冷剂箱12设置有温度调整机构13，在兰肯循环5工作的通常状态下，以制冷剂箱12的内部压力比低压回路部5a侧(图1中的冷凝器8的入口侧)的压力高，并且比高压回路部5b侧(图1中的制冷剂泵6的出口侧)的压力低的方式，调整制冷剂箱12的内部温度。另外，在兰肯循环5的启动时等，当低压回路部5a和高压回路部5b之间的压力差小时，没有必要使制冷剂箱12的内部压力一定处于低压回路部5a侧的压力和高压回路部5b侧的压力之间。在该情况下，对应于通过过冷度把握机构(未图示)检测到的过冷度，以制冷剂箱12的内部压力变得比低压回路部5a侧的压力高或者变得比高压回路部5b侧的压力低的方式，调整制冷剂箱12的内部温度即可。
温度调整机构13例如采用将电加热器设置于制冷剂箱12的方法，或者使发动机1的冷却水或排气的排热与制冷剂箱12热交换的方法，或者通过在发动机1附近设置制冷剂箱12而利用来自发动机1的辐射热的加热方法等。温度调整机构13可以始终在加热，也可以只在供给制冷剂时加热。
冷凝器8通常配置于汽车发动机室的前表面，通过行车风、风扇产生的空气冷却制冷剂。由此，冷凝温度受到变动幅度大的大气温度的影响较大。由于冷凝温度的变动和冷凝器8的冷凝能力的变动，产生过冷度降低的现象。过冷度能够通过过冷度把握机构容易地检测到，上述过冷度把握机构检测制冷剂泵6或其它设备(例如膨胀机7)的运转特性值(例如轴转矩、转速)、或者制冷剂的工作特性值(压力、温度、密度等)。
在兰肯循环5启动时，在由过冷度把握机构检测到的过冷度比规定的值低的情况下，温度调整机构13以制冷剂箱12的内部压力比低压回路部5a侧的压力高的方式调整制冷剂箱12的内部温度。由于制冷剂箱12的内部压力比冷凝器8的入口侧压力高，所以，通过打开低压侧阀10，到成为规定的过冷度为止，能够从制冷剂箱12对兰肯循环5注入制冷剂。另一方面，在兰肯循环5启动时，在由过冷度把握机构检测到的过冷度比规定的值高的情况下，温度调整机构13以制冷剂箱12的内部压力比高压回路部5b侧的压力低的方式调整制冷剂箱12的内部温度。由于制冷剂箱12的内部压力比制冷剂泵6的入口侧压力低，所以，通过打开高压侧阀11，到成为规定的过冷度为止，能够从兰肯循环5向制冷剂箱12内注入制冷剂。
这样，在兰肯循环5启动时等，即使在制冷剂泵6(或者膨胀机7)的输入输出不产生压力差的情况下，通过由温度调整机构13调整制冷剂箱12的内部温度并调整制冷剂箱12的内部压力，能够调整兰肯循环5的制冷剂填充量。由此，即使在兰肯循环5启动时，也能够调整制冷剂的过冷度，能够使排热再生系统稳定地运转。
另外，在兰肯循环5的通常状态时，调整制冷剂箱12的内部温度，从而使制冷剂箱12的内部压力比冷凝器8的入口侧压力高，并且比制冷剂泵6的出口侧压力低。因此，检测到过冷度比规定值低的控制装置(未图示)通过打开低压侧阀10，能够向兰肯循环5注入制冷剂箱12内的制冷剂，直到成为规定的过冷度。另外，在通过过冷度把握机构检测的过冷度比规定的值高的情况下，通过打开高温侧阀11，能够从兰肯循环5向制冷剂箱12注入制冷剂直到成为规定的过冷度，兰肯循环5内的制冷剂减少。
另外，通过对低压侧阀10和高压侧阀11设置单向阀(未图示)能够防止逆流，能够更可靠地填充制冷剂。另外，在本实施方式1中，虽然对将低压侧阀10连接于冷凝器8的入口侧，将高压侧阀11连接于制冷剂泵6的出口侧的情况进行了说明，但是，连接位置不仅限定于此。将低压侧阀10连接于低压回路部5a的冷凝器8的出口侧(冷凝器8的入口侧)，将高压侧阀11连接于高压回路部5b的膨胀机7的入口侧(冷却水/排气热交换器4的出口侧)也能够获得同样的效果。
通常，在使用兰肯循环5使发动机1的排热再生的排热再生系统中，为了防止制冷剂泵6的入口侧的制冷剂的汽化(沸腾)，考虑到安全性使过冷度在3～5℃运转。在本实施方式1中，由于具有把握过冷度的过冷度把握机构和能够任意调整制冷剂填充量的制冷剂填充量调整装置9，所以，能够控制过冷度，使其成为制冷剂泵6的入口侧的制冷剂不汽化的最小值。由此，能够高效地运转兰肯循环5。
根据本实施方式1，在排热再生系统的启动时，即使在过冷度降低并且制冷剂泵6不工作且无法运转的情况下，也能够通过制冷剂填充量调整装置9向兰肯循环5注入制冷剂。因此，能够得到如下排热再生系统，该排热再生系统即使在启动时也能够防止制冷剂泵6的效率降低，能够进行最适当的运转。
另外，根据本实施方式1，通过以上述那样简便的机构调整兰肯循环5内的制冷剂填充量并控制过冷度，从而，能够在宽泛的运转条件下向制冷剂泵6可靠地供给液相流体(制冷剂)。因此，能够实现高效的泵运转，实现稳定的兰肯循环运转。
另外，根据本实施方式1，由于能够防止制冷剂泵6的停止所引起的排热再生系统的运转停止，所以，能够使发动机冷却水的排热始终从本排热再生系统排出，能够废除发动机冷却水回路3的散热器(未图示)。
实施方式2
在实施方式1中，作为从制冷剂箱12对兰肯循环5填充制冷剂的方法，使用了温度调整机构13，但是，在本实施方式2中，使用设置于制冷剂填充量调整装置9的制冷剂输送机构。图2是表示本发明的实施方式2的排热再生系统的结构图。参照图2对本实施方式2的制冷剂填充量调整装置9进行说明。另外，以下，作为制冷剂输送机构使用制冷剂泵14进行说明。
在低压回路部5a中，在冷凝器8的入口侧通过配管连接有低压侧阀10。该低压侧阀10在通常时为闭阀。低压侧阀10经由制冷剂泵14通过配管连接于制冷剂箱12内的制冷剂的液层部分。
在兰肯循环5的启动时，在由过冷度把握机构(未图示)检测到的过冷度比规定的值低的情况下，通过打开低压侧阀10并使制冷剂泵14工作，可从制冷剂箱12对兰肯循环5注入制冷剂，直到到达规定的过冷度。另一方面，在由过冷度把握机构检测到的过冷度比规定的值高的情况下，通过打开高压侧阀11，能够使兰肯循环5内的制冷剂流入制冷剂箱12，调整到规定的过冷度。
即使在如上述那样的兰肯循环5启动等时制冷剂泵6(或者膨胀机7)的输入输出不产生压力差的情况下，通过使制冷剂填充量调整装置9所具有的制冷剂泵14工作，能够调整兰肯循环5的制冷剂填充量。由此，即使在兰肯循环5启动时，也能够调整制冷剂的过冷度，并且能够使排热再生系统稳定地运转。
根据本实施方式2，在排热再生系统启动时，即使在过冷度降低并且制冷剂泵6不工作且无法运转的情况下，也能够通过制冷剂填充量调整装置9向兰肯循环5注入制冷剂。因此，与实施方式1相同地，能够得到如下排热再生系统，即，即使在启动时也能够防止制冷剂泵6的效率降低，进行最适当的运转。
另外，根据本实施方式2，与实施方式1同样地，通过以简便的机构调整兰肯循环5内的制冷剂填充量并控制过冷度，从而，能够在宽泛的运转条件下向制冷剂泵6可靠地供给液相流体(制冷剂)。因此，能够实现高效的泵运转，实现稳定的兰肯循环运转。
另外，根据本实施方式2，与实施方式1同样地，由于能够防止制冷剂泵6的停止所引起的排热再生系统的运转停止，所以，能够使发动机冷却水的排热始终从本排热再生系统排出，能够废除发动机冷却水回路3的散热器(未图示)。
实施方式3
在本实施方式3中，对兰肯循环5停止时的排热再生系统的动作进行说明。由于本发明的实施方式3的排热再生系统的结构与实施方式1或实施方式2相同，所以省略说明。
本实施方式3的排热再生系统在兰肯循环5停止时打开低压侧阀10，将储藏在制冷剂箱12内的制冷剂注入兰肯循环5内并停止。或者，在兰肯循环5停止后(兰肯循环5停止中)，将储藏于制冷剂箱12内的制冷剂注入兰肯循环5内。此时，兰肯循环5内的制冷剂填充量最大，或者达到规定量以上。在这里，规定的量是指能够使兰肯循环5启动(即，制冷剂泵6的输入输出产生有压力差)的制冷剂的填充量。
由此，能够不受启动时的环境温度的影响，确保足够的过冷度，通过在兰肯循环5的运转的同时控制过冷度，实现高效的兰肯循环运转。
根据本实施方式3，由于向兰肯循环5内注入足够的制冷剂并停止，所以，在接下来启动兰肯循环5时不会成为过冷度不足的状态，能够始终正常地启动兰肯循环5，能够得到稳定性提高了的排热再生系统。
工业实用性
如上所述，本发明的排热再生系统即使在兰肯循环启动时也能够调整过冷度，所以，能够用作汽车用发动机等的排热再生系统。

Claims (5)

1.一种排热再生系统，使用兰肯循环使内燃机的排热再生，其特征在于，
具有制冷剂填充量调整装置，该制冷剂填充量调整装置能够对应于上述兰肯循环的制冷剂的过冷度任意调整上述兰肯循环内的制冷剂的填充量，
上述制冷剂填充量调整装置具有：
低压侧阀，该低压侧阀通过配管连接于上述兰肯循环的低压回路部；
高压侧阀，该高压侧阀通过配管连接于上述兰肯循环的高压回路部；
制冷剂箱，该制冷剂箱储藏上述制冷剂，通过配管连接于上述低压侧阀和上述高压侧阀；以及
温度调整机构，该温度调整机构调整上述制冷剂箱的内部温度，
上述温度调整机构对应于上述兰肯循环的制冷剂的过冷度，以上述制冷剂箱的内部压力比上述低压回路部的压力高或者比上述高压回路部的压力低的方式，通过利用电加热器或者利用发动机的冷却水或排气的排热或者利用发动机的辐射热进行加热的方法调整上述制冷剂箱的内部温度，并且将制冷剂注入位于兰肯循环的低压回路部的冷凝器的入口侧。
2.一种排热再生系统，使用兰肯循环使内燃机的排热再生，其特征在于，
具有制冷剂填充量调整装置，该制冷剂填充量调整装置能够对应于上述兰肯循环的制冷剂的过冷度任意调整上述兰肯循环内的制冷剂的填充量，
上述制冷剂填充量调整装置具有：
低压侧阀，该低压侧阀通过配管连接于上述兰肯循环的低压回路部；
高压侧阀，该高压侧阀通过配管连接于上述兰肯循环的高压回路部；
作为制冷剂输送机构的泵，该泵通过配管连接于上述低压侧阀；以及
制冷剂箱，该制冷剂箱储藏上述制冷剂，通过配管连接于上述制冷剂输送机构和上述高压侧阀，
上述泵通过工作将制冷剂从上述制冷剂箱注入到上述兰肯循环中。
3.如权利要求1或2所述的排热再生系统，其特征在于，
上述兰肯循环具有冷凝器和制冷剂泵，
上述低压侧阀连接于上述冷凝器的入口侧，
上述高压侧阀连接于上述制冷剂泵的出口侧。
4.如权利要求1或2所述的排热再生系统，其特征在于，
上述兰肯循环具有制冷剂泵和膨胀机，
上述低压侧泵连接于上述制冷剂泵的入口侧，
上述高压侧阀连接于上述膨胀机的入口侧。
5.如权利要求1或2所述的排热再生系统，其特征在于，在上述兰肯循环停止时或停止过程中，将储藏在上述制冷剂箱内的制冷剂注入上述兰肯循环内。
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