CN108026791A - 热能回收系统 - Google Patents

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Abstract

热能回收系统(S)具有：冷却通过引擎(10)的冷却水的第1冷却装置(41)；将冷却水冷却至比第1冷却装置(41)更低温的第2冷却装置(42)；朗肯循环(50)；将第1冷却装置(41)所冷却的冷却水导向第1冷凝器(55)的第1通道(35)；以及将第2冷却装置(42)所冷却的冷却水导向第2冷凝器(56)的第2通道(36)，其中，朗肯循环(50)在循环流路(51)内配置有：流路使工作流体在循环流路(51)中循环的泵(52)、使工作流体蒸发的蒸发器(53)、使工作流体膨胀的膨胀器(54)、以第1冷却装置(41)所冷却的冷却水使工作流体冷凝的第1冷凝器(55)、以及以第2冷却装置(42)所冷却的冷却水使工作流体冷凝的第2冷凝器(56)。

Description

热能回收系统
技术领域
本发明涉及具有朗肯循环的热能回收系统。
背景技术
近年，为利用由车辆产生的排出热量而回收成动力而在研讨向车辆安装具有朗肯循环的热能回收装置。朗肯循环是在循环流路内按使工作流体在循环流路内循环的循环器、通过热源使工作流体蒸发的蒸发器、使工作流体膨胀的膨胀器、以及通过冷却源使工作流体冷凝的冷凝器的顺序配置而成的(参照专利文献1)。此外，作为热源，例如采用了引擎的尾气，而作为冷却源，采用了引擎的冷却水。
在先技术文献
专利文献1:日本特开2012—202374号公报
发明内容
发明要解决的课题
众所周知，在朗肯循环中，通过在冷凝器中使工作流体低温化，能够提高循环(cycle)作业效率。因此，优选向冷凝器中大流量地输送低温的冷却水。
但是，被输送到冷凝器中的、作为冷却源的引擎冷却水通常会被冷却装置为用于引擎而调整到预定温度(例如是80℃)。在这样的情况下，难以将大流量的冷却水冷却至低温，故会产生无法以引擎的冷却水使工作流体低温化的问题。
本发明是鉴于这几点而研发的，将在朗肯循环中以引擎的冷却水使工作流体低温化。
用于解决课题的手段
本发明的第1方式提供一种热能回收系统，其特征在于，具有：冷却通过引擎的冷却水的第1冷却装置、将冷却水冷却至比前述第1冷却装置时更低温的第2冷却装置、朗肯循环、前述第1冷却装置所冷却的冷却水导向前述第1冷凝器的第1冷却水通道、将前述第2冷却装置所冷却的冷却水导向前述第2冷凝器的第2冷却水通道。其中，朗肯循环在循环流路内配置有：使工作流体在前述循环流路内循环的循环器、使前述工作流体蒸发的蒸发器、使前述工作流体膨胀的膨胀器、以前述第1冷却装置所冷却的冷却水使前述工作流体冷凝的第1冷凝器、以及以前述第2冷却装置所冷却的冷却水使前述工作流体冷凝的第2冷凝器。
根据这样的热能回收系统，由于会向第1冷凝器及第2冷凝器中输送冷却水，故可增加与朗肯循环的工作流体进行热交换时的冷却水水量。此外，由于被输送向第2冷凝器的冷却水已被第2冷却装置冷却至低温，故能够使用低温冷却水与工作流体进行热交换。由此，与以1个冷凝器使工作流体冷凝时相比，更容易使工作流体低温化。
此外，前述第2冷凝器可以设置成在前述循环流路中设于前述第1冷凝器的下流侧，使前述第1冷凝器所冷凝的工作流体冷凝。
此外，可以使流过前述第2冷却水通道的冷却水的流量比流过前述第1冷却水通道的冷却水的流量少。
此外，前述热能回收系统可以还具有将前述第1冷却装置所冷却的冷却水导向前述第2冷却装置的第3冷却水通道，其中，前述第2冷却装置冷却前述第1冷却装置所冷却的冷却水。
发明效果
通过本发明，能够获得在朗肯循环中以引擎的冷却水使工作流体低温化的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的热能回收系统S结构的一个例子的示意图。
图2是表示被第1冷却装置41冷却后输送向第1冷凝器55的第1冷却水的流动的图。
图3是表示被第2冷却装置42冷却后输送向第2冷凝器56的第2冷却水的流动的图。
具体实施方式
＜热能回收系统的结构＞
参考图1地说明本发明的一个实施方式所涉及的热能回收系统S的结构。图1是表示一个实施方式所涉及的热能回收系统S结构的一个例子的示意图。
热能回收系统S装配于具有作为内燃机的引擎的车辆上。例如，热能回收系统S装配于卡车或公共汽车等大型车辆上。热能回收系统S通过朗肯循环来将车辆所产生的废热再生成动力。如图1所示那样，热能回收系统S具有引擎10、排气通道20、冷却水通道30、第1冷却装置41、第2冷却装置42、以及朗肯循环50。
引擎10是包括多个气缸的引擎，在本实施方式中是柴油引擎。引擎10在气缸内使燃料与吸气(空气)的混合气燃烧、膨胀，从而产生动力。吸气是经由未图示的吸气通道而被吸入到引擎10的气缸中的。此外，引擎10排出燃烧后的排气(尾气)。
排气通道20是用于将被从引擎10中排出的排气向车辆的外部排出的通道。在排气通道20中，设有增压器22和后处理装置24。
增压器22是以排气的压力为动力源来压缩被吸入引擎10中的吸气的装置。增压器22例如是涡轮增压器，具有设于排气通道20的涡轮和设于吸气通道的压缩机。
后处理装置24是用于净化排气的装置。例如，后处理装置24捕集排气中的PM(颗粒物)，以将尿素水进行加水分解后生成的氨(NH3)为还原剂，来有选择地还原净化排气中的NOx。
冷却水通道30是为防止引擎10成为过热状态而使冷却引擎10的冷却水循环的通道。冷却水通道30被设置成冷却水可在引擎10内通过，冷却水夺取引擎10的热量，从而降低引擎10的温度。流过引擎10的冷却水由第1冷却装置41和第2冷却装置42冷却。在冷却水通道30中，设有泵31、第1调整阀32、第2调整阀33、第1通道35、第2通道36、以及第3通道37。
泵31例如通过旋转来使冷却水在冷却水通道30内循环。泵31设于引擎10的上流侧，用于压送冷却水。泵31例如从引擎10承受驱动力而动作。作为泵31，使用离心泵或齿轮泵等。
第1调整阀32在循环流路51中设于通过引擎10的冷却水与通过朗肯循环50的冷却水汇合的位置。第1调整阀32可调整将通过朗肯循环50的冷却水输送向第1冷却装置41时的流量。
第2调整阀33在循环流路51中设于第1冷却装置41的上流侧，用于调整被输送向第1冷却装置41的冷却水流量。具体来说，第2调整阀33调整被输送向第1冷却装置41的冷却水流量和被输送向绕过第1冷却装置41的迂回通道34的冷却水流量。由此，能够调整由第1冷却装置41导致的冷却水的冷却程度。
第1通道35是用于将第1冷却装置41所冷却的冷却水引导向朗肯循环50的第1冷凝器55的冷却水通道。第1通道35在冷却水通道30中的泵31的下流侧分岔，将第1冷却装置41所冷却的冷却水的一部分输送向第1冷凝器55中。由此，泵31在压送冷却水时，能容易地将冷却水输送向第1冷凝器55中。
第2通道36是用于将第2冷却装置42所冷却的冷却水引导向朗肯循环50的第2冷凝器56中的冷却水通道。第2通道36是用于将第2冷却装置42与第2冷凝器56连接起来的通道，将第2冷却装置42所冷却的全部冷却水输送向第2冷凝器56中。此外，通过第2通道36的冷却水的流量比通过第1通道35的冷却水的流量少。通过像这样减少通过第2通道36的冷却水的流量，能容易地降低通过第2通道36的冷却水的温度。
第3通道37是用于将第1冷却装置41所冷却的冷却水引导向第2冷却装置42中的冷却水通道。第3通道37在冷却水通道30的泵31的下流侧分岔，将第1冷却装置41所冷却的冷却水的一部分输送向第2冷却装置42中。通过第2冷却装置42并流过第2通道36的冷却水的流量是通过第1冷却装置41的冷却水流量的1/10左右。此外，在本实施方式中，第1通道35相当于第1冷却水通道，第2通道36相当于第2冷却水通道，第3通道37相当于第3冷却水通道。
第1冷却装置41例如具有散热器，其用于冷却通过引擎10的冷却水。散热器通过将被输送来的冷却水的热量排放到空气中，来降低冷却水的温度。第1冷却装置41不仅冷却通过引擎10的冷却水，还冷却从第1冷凝器55和第2冷凝器56返回来的冷却水。
第2冷却装置42例如具有散热器，能将冷却水冷却至比第1冷却装置41更低温。例如，第2冷却装置42冷却至第1冷却装置41所冷却的冷却水的一半左右的温度(作为一个例子，例如是40℃)。此外，第2冷却装置42冷却第1冷却装置41所冷却的冷却水的一部分(从第3通道37中流过来的冷却水)。因此，第2冷却装置42与第1冷却装置41相比，冷却更少量的冷却水，故容易将冷却水冷却至低温。进一步地，为促进冷却水散热，例如可以在第1冷却装置41和第2冷却装置42周围设置冷却风扇。
朗肯循环50是利用通过引擎10的冷却水来发电的热能回收循环。朗肯循环50如图1所示那样具有循环流路51、泵52、蒸发器53、膨胀器54、第1冷凝器55和第2冷凝器56。在朗肯循环50中，按循环流路51、泵52、蒸发器53、膨胀器54、第1冷凝器55、第2冷凝器56的顺序配置，形成闭回路。
循环流路51是用于工作流体循环的闭环状的流路。作为工作流体，在本实施方式中采用了乙醇，但不限定于此。例如，工作流体也可以是水等其它介质。
泵52是通过旋转来使工作流体在循环流路51内循环的循环器。泵52吸入液相的工作流体，并压送到蒸发器53中。作为泵52，采用离心泵或齿轮泵等。
蒸发器53在循环流路51中设于泵52的下流侧，利用引擎的排气(尾气)来使工作流体蒸发。具体来说，蒸发器53通过从泵52输送来的工作流体与流过排气通道20的排气进行热交换，来使工作流体蒸发。蒸发后的工作流体成为过热蒸汽(或者是饱和蒸汽)，被输送向膨胀器54中。
膨胀器54在循环流路51中设于蒸发器53的下流侧，用于使蒸发器53所加热的气相的工作流体膨胀。膨胀器54因工作流体膨胀而产生旋转驱动力。旋转驱动力被作为动力或者电力而利用。在被作为动力而利用时，膨胀器54介由传动带、齿轮等连结有引擎的驱动轴。在被作为电力而利用时，膨胀器54上连结有发电机54a。发电机54a通过膨胀器54所产生的旋转驱动力而旋转，来发电。所产生的电力例如被供给于车辆的电池等。
第1冷凝器55在循环流路51中设于膨胀器54的下流侧，用于使被膨胀器54膨胀后的工作流体冷凝。被第1冷却装置41冷却后的冷却水介由第1通道35通过第1冷凝器55。第1冷凝器55通过从膨胀器54输送来的工作流体与第1冷却装置41所冷却的冷却水(接下来，还称作第1冷却水)进行热交换，而使工作流体液化。
第2冷凝器56在循环流路51中设于第1冷凝器55的下流侧，使被第1冷凝器55冷凝后的工作流体进一步冷凝。第2冷却装置42所冷却的冷却水介由第2通道36通过第2冷凝器56。第2冷凝器56在通过第1冷凝器55的工作流体与被第2冷却装置42冷却后的冷却水(接下来，还称作第2冷却水)之间进行热交换，从而促进工作流体的液化。即，被第1冷却水夺走余热后的工作流体被通过比第1冷却水更低温的第2冷却水来降温。
＜关于朗肯循环动作时的冷却水的流动＞
参照图2及图3说明朗肯循环50动作时的冷却水的流动。
图2是表示被第1冷却装置41冷却后输送向第1冷凝器55中的第1冷却水的流动的图。图3是表示被第2冷却装置42冷却后输送向第2冷凝器56中的第2冷却水的流动的图。图2及图3的粗线表示第1冷却水和第2冷却水的流动。下面，为便于说明而分别说明第1冷却水的流动和第2冷却水的流动，但实际上，第1冷却水与第2冷却水是同时流动的。
首先，说明图2所示的第1冷却水的流动。
通过使泵31旋转而压送被第1冷却装置41冷却的冷却水。然后，在泵31的下流侧，冷却水的一部分介由第1通道35被输送向第1冷凝器55中。被输送到第1冷凝器55中的冷却水(第1冷却水)通过第1冷凝器55与工作流体进行热交换。由此，能够夺取朗肯循环50的工作流体的余热。
与工作流体进行热交换后的第1冷却水被从第1冷凝器55中送出。此后，第1冷却水在通过第1调整阀32时与通过引擎10的冷却水汇合，并在通过第2调整阀33后被输送向第1冷却装置41中。被输送向第1冷却装置41后的第1冷却水由第1冷却装置41再次冷却。此后，第1冷却水重复前文所述流动。
接下来，说明图3所示的第2冷却水的流动。
通过使泵31旋转而压送第1冷却装置41所冷却的冷却水。然后，在泵31的下流侧，冷却水的一部分介由第3通道37被输送向第2冷却装置42。被输送向第2冷却装置42的冷却水被第2冷却装置42冷却至低温。此后，被第2冷却装置42冷却的冷却水被介由第2通道36输送向第2冷凝器56。被输送向第2冷凝器56的冷却水(第2冷却水)通过冷凝器56与工作流体进行热交换。由此能够使被第1冷却水夺走余热后的工作流体降温。
与工作流体进行热交换后的第2冷却水被从第2冷凝器56中送出后，与被从第1冷凝器55中送出的第1冷却水汇合后，被一并输送。此后，第2冷却水在通过第1调整阀32中时与通过引擎10的冷却水汇合，通过第2调整阀33后，被输送向第1冷却装置41。被输送向第1冷却装置41的第2冷却水由第1冷却装置41再次冷却。此后，第2冷却水重复前文所述流动。
如上文所述，在朗肯循环50动作时，第1冷却装置41所冷却的冷却水介由第1通道35被输送向第1冷凝器55，或者在被第2冷却装置42进一步地冷却后、介由第2通道36被输送向第2冷凝器56，使工作流体冷凝。由此，能够保持工作流体的低温状态。
＜本实施方式的效果＞
上文所述热能回收系统S具有作为朗肯循环50的冷凝器的、第1冷凝器55及第2冷凝器56。而且，第1冷却装置41所冷却的冷却水(第1冷却水)介由第1通道35被输送到第1冷凝器55，而被第2冷却装置42冷却至低温的冷却水(第2冷却水)介由第2通道36被输送到第2冷凝器56。
此时，需要向2个冷凝器中输送冷却水，故可增加与朗肯循环50的工作流体进行热交换时的冷却水水量。此外，由于被输送向第2冷凝器56的冷却水已被第2冷却装置42冷却至低温，故能够使用低温冷却水与工作流体进行热交换。由此，与以1个冷凝器使工作流体冷凝时相比，更容易使工作流体低温化，故能够提高朗肯循环50的动作效率。
此外，在上文中，定为在循环流路51中，第1冷凝器55被设置成比第2冷凝器56更位于上流侧，但不限定于此。例如，可以设置成在循环流路51中，第2冷凝器56比第1冷凝器55更位于上流侧。此时，先由第2冷却装置42所冷却的第2冷却水使工作流体冷凝后，再由第1冷却装置41所冷却的第1冷却水使工作流体冷凝。此时，也是由第1冷却水及第2冷却水使工作流体冷凝，故能够使工作流体低温化。
至此，以实施方式说明了本发明，但本发明的技术特征不限定于上述实施方式所记载的范围。本领域技术人员当然知道可对上述实施方式加以多种改变或改良。从专利要求的范围表述可以当然明白，像这样加以改变或改良后的方式也包括在本发明的技术特征中。
本申请是基于在2015年09月17日时申请的日本专利申请文件(特愿2015-183649)而研发的，其内容已被作为参考而引用到此文中。
工业可利用性
本发明的热能回收系统可用于在朗肯循环中以引擎的冷却水降低工作流体的温度。
标号说明
10 引擎
35 第1通道
36 第2通道
37 第3通道
41 第1冷却装置
42 第2冷却装置
50 朗肯循环
51 循环流路
52 泵
53 蒸发器
54 膨胀器
55 第1冷凝器
56 第2冷凝器
S 热能回收系统

Claims (4)

1.一种热能回收系统，包括：
第1冷却装置，冷却通过引擎的冷却水，
第2冷却装置，将冷却水冷却至比前述第1冷却装置更低温，
朗肯循环，在循环流路内配置有：使工作流体在前述循环流路中循环的循环器、使前述工作流体蒸发的蒸发器、使前述工作流体膨胀的膨胀器、以前述第1冷却装置所冷却的冷却水使前述工作流体冷凝的第1冷凝器、以及以前述第2冷却装置所冷却的冷却水使前述工作流体冷凝的第2冷凝器，
第1冷却水通道，将前述第1冷却装置所冷却的冷却水导向前述第1冷凝器，以及
第2冷却水通道，将前述第2冷却装置所冷却的冷却水导向前述第2冷凝器。
2.如权利要求1所述的热能回收系统，其中，
前述第2冷凝器在前述循环流路中设于前述第1冷凝器的下流侧，将被前述第1冷凝器冷凝后的工作流体进行冷凝。
3.如权利要求1或2所述的热能回收系统，其中，
流过前述第2冷却水通道的冷却水的流量比流过前述第1冷却水通道的冷却水的流量少。
4.如权利要求1至3的任意一项所述的热能回收系统，其中，还包括：
第3冷却水通道，将前述第1冷却装置所冷却的冷却水导向前述第2冷却装置，
前述第2冷却装置将前述第1冷却装置所冷却的冷却水进行冷却。
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