CN112177699A - 热循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明所要解决的问题在于提供一种能够有效地进行内燃机的废热回收和蓄电池的温控两者的热循环系统。为了解决上述问题，提供一种热循环系统1，其具备：发动机冷却回路3，其中循环有与发动机2及其排气进行热交换的冷却水；蓄电池冷却回路4，其中循环有与蓄电池81进行热交换的工作介质；及，朗肯循环回路5，其中循环有绝缘性的有机介质。在朗肯循环回路5的主循环流路50中，沿有机介质的流动方向，依序设置有：膨胀机55，其对有机介质进行减压；冷凝器56，其根据外部空气对有机介质进行冷却；第一泵51，其对有机介质进行压缩；冷却器52，其在有机介质与蓄电池81的工作介质之间进行热交换；及，热交换器53和蒸发器54，其在有机介质与发动机2的冷却水之间进行热交换。

Description

热循环系统

技术领域

本发明涉及一种热循环系统。更详细而言，涉及一种具备内燃机的冷却回路和朗肯循环(Rankine cycle)回路的热循环系统。

背景技术

近年来，开发有一种废热回收系统，其使用朗肯循环，从车辆的内燃机的废热中提取机械能和电能。在这种废热再生系统中，从废热中提取能量的朗肯循环，根据朗肯循环回路来实现，所述朗肯循环回路具备：泵，其压送工作介质；热交换器，其利用内燃机的废热对工作介质进行加热；膨胀机，其根据使被热交换器加热后的工作介质膨胀来产生机械能和电能；及，冷凝器，其使根据膨胀机膨胀后的工作介质冷凝(例如，参考专利文献1)。

[先行技术文献]

(专利文献)

专利文献1：日本特开2006-118754号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

可是，在除了内燃机之外还包括电动机作为驱动力产生源的所谓混合动力车辆中，安装有蓄电池温控系统，所述蓄电池温控系统将向电动机提供电力的蓄电池维持在优选的温度。然而，以往，为了有效地进行内燃机的废热回收和蓄电池的温控两者，尚未充分地研究最好以何种方式组合蓄电池温控系统和朗肯循环回路。

本发明的目的在于提供一种能够有效地进行内燃机的废热回收和蓄电池的温控两者的热循环系统。

[解决问题的技术手段]

(1)本发明的热循环系统(例如，后述的热循环系统1,1A)，具备：内燃机冷却回路(例如，后述的发动机冷却回路3)，其中循环有与内燃机(例如，后述的发动机2)及其排气进行热交换的冷却水；及，朗肯循环回路(例如，后述的朗肯循环回路5,5A)，其中循环有绝缘性的有机介质；所述热循环系统热循环的系统特征在于：在前述朗肯循环回路的循环流路(例如，后述的主循环流路50,50A)中，沿着有机介质的流动方向，依序设置有：膨胀机(例如，后述的膨胀机55、压缩膨胀机59)，其对有机介质进行减压；冷凝器(例如，后述的冷凝器56)，其根据外部空气对有机介质进行冷却；第一热交换部(例如，后述的冷却器52和蓄电池容器65)，其在有机介质与电气设备(例如，后述的蓄电池81)或可与该电气设备作热交换的工作介质之间进行热交换；及，第二热交换部(例如，后述的热交换器53和蒸发器54)，其在有机介质和冷却水之间进行热交换。

(2)在该情况下，优选的是，前述热循环系统，还具备对前述朗肯循环回路进行操作的控制装置(例如，后述的控制装置7,7A)，在前述循环流路之中的前述冷凝器和前述第一热交换部之间，设置有对有机介质进行压缩的泵(例如，后述的第一泵51和第二泵64)，前述控制装置对前述泵进行操作，使得前述电气设备或工作介质在前述第一热交换部内被有机介质的显热冷却且冷却水在前述第二热交换部内被有机介质的潜热冷却。

(3)在该情况下，优选的是，前述热循环系统，具备电气设备冷却回路(例如，后述的蓄电池冷却回路4)，其中循环有与前述电气设备进行热交换的工作介质，在前述电气设备冷却回路中循环的工作介质，可在前述第一热交换部内与有机介质进行热交换。

(4)在该情况下，优选的是，前述热循环系统，还具备与前述膨胀机连接的电动发电机(例如，后述的电动发电机57)。

(发明的效果)

(1)本发明的热循环系统具备：内燃机冷却回路，其中循环有与内燃机及其排气进行热交换的冷却水；及，朗肯循环回路，其中循环有绝缘性的有机介质。另外，在朗肯循环回路的循环流路中，沿着有机介质的流动方向，依序设置有：膨胀机，其对有机介质进行减压；冷凝器，其根据外部空气对有机介质进行冷却；第一热交换部，其在有机介质与电气设备或可与该电气设备作热交换的工作介质之间进行热交换；及，第二热交换部，其在有机介质和冷却水之间进行热交换。在例如安装有电气设备和内燃机两者的车辆中，在较多情况下，内燃机的温度区域比电气设备的温度区域高。因此，在本发明中，将与比内燃机温度区域低的电气设备或其工作介质进行热交换的第一热交换部，设置在比与内燃机的冷却水进行热交换的第二热交换部更靠近冷凝器的位置。因此，根据本发明，根据使有机介质按照膨胀机、冷凝器、第一热交换部及第二热交换部的顺序循环，在第一热交换部内将温度区域较低的电气设备或其工作介质冷却之后，能够利用在第一热交换部作热交换而被加热后的有机介质，进一步冷却温度区域较高的内燃机的冷却水。因此，根据本发明，能够利用在朗肯循环回路中循环的有机介质，有效地冷却温度区域不同的电气设备和内燃机两者。

(2)在本发明的热循环系统中，控制装置对泵进行操作，使得电气设备或其工作介质在第一热交换部内被有机介质的显热冷却且内燃机的冷却水在第二热交换部内被有机介质的潜热冷却。本文中，在根据有机介质的潜热进行冷却的情况下，由于可以将有机介质的温度恒定地维持在规定的目标温度，因此，与根据显热进行冷却的情况相比，能够更有效地进行冷却。因此，根据本发明，能够根据在循环流路中循环的有机介质，有效地冷却电气设备和比其温度区域高的内燃机两者。

(3)本发明的热循环系统具备电气设备冷却回路，其中循环有与电气设备进行热交换的工作介质。另外，在本发明中，在电气设备冷却回路中循环的工作介质，在第一热交换部内可与有机介质进行热交换。由此，例如，根据使有机介质在朗肯循环回路中循环的同时，停止工作介质在电气设备冷却回路中的循环，可以仅对内燃机进行主动冷却。

(4)本发明的热循环系统还具备与膨胀机连接的电动发电机。由此，根据使有机介质按照膨胀机、冷凝器、第一热交换部及第二热交换部的顺序循环的同时，将电动发电机用作发电机，而在膨胀机内对在第一和第二热交换部内作热交换而被加热后的有机介质进行减压的过程中，能够将电气设备及内燃机的一部分废热转化成电能进行回收。另外，根据本发明的热循环系统，也能够使用电动发电机来控制第一及第二热交换部内的有机介质的压力，以便在第一及第二热交换部内，在有机介质与电气设备和冷却水之间进行有效的热交换。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的热循环系统的构成的图。

图2是示出在混合冷却模式下实现的有机介质的流动的图。

图3是在执行混合冷却模式时，在朗肯循环回路中实现的热循环的莫里尔线图。

图4是示出本发明的第二实施方式的热循环系统的构成的图。

图5是示出在混合冷却模式下实现的有机介质的流动的图。

图6是在执行混合冷却模式时，在朗肯循环回路中实现的热循环的莫里尔线图。

其中，附图标记：

1,1A：热循环系统

2：发动机(内燃机)

3：发动机冷却回路(内燃机冷却回路)

4：蓄电池冷却回路(电气设备冷却回路)

5,5A：朗肯循环回路

7,7A：控制装置

50,50A：主循环流路(循环流路)

51，51A：第一泵(泵)

52：冷却器(第一热交换部)

53：热交换器(第二热交换部)

54：蒸发器(第二热交换部)

55：膨胀机

56：冷凝器

57：电动发电机

59：压缩膨胀机(膨胀机)

65：蓄电池容器(第一热交换部)

81：蓄电池(电气设备)

具体实施方式

＜第一实施方式＞

以下，参考附图对本发明的第一实施方式进行说明。

图1是示出本实施方式的热循环系统1的构成的图。热循环系统1，安装在以内燃机2(以下，称为“发动机2”)和驱动电机(未图示)为驱动产生源的混合动力车辆上。

热循环系统1具备：发动机冷却回路3，其中循环有冷却发动机2的冷却水；及，蓄电池冷却回路4，其中循环有工作介质，所述工作介质冷却向上述的驱动电机提供电力的蓄电池81；朗肯循环回路5，其中循环有绝缘性的有机介质；及，控制装置7，其对这些发动机冷却回路3、蓄电池冷却回路4及朗肯循环回路5进行操作。

发动机冷却回路3，由冷却水循环流路33和设置在此循环流路33中的多个装置构成，所述冷却水循环流路33中循环有与发动机2及其排气进行热交换的冷却水。更具体而言，发动机冷却回路3具备：循环流路33，其在流路中包含设置在朗肯循环回路5中的后述的热交换器53和蒸发器54；第一冷却水流路31，其为此循环流路33的一部分；第二冷却水流路32，其为循环流路33的一部分；第一水泵35和第二水泵36，其在循环流路33中压送冷却水；加热器芯37，其根据在循环流路33中流动的冷却水对舱体进行加热；及，旁路流路34，其绕过循环流路33之中的第二冷却水流路32、第二水泵36、及加热器芯37。

第一冷却水流路31是形成在发动机2的气缸体中的冷却水的流路，促进冷却水和发动机2之间的热交换。第二冷却水流路32是促进冷却水和排气之间的热交换的冷却水的流路。此第二冷却水流路32，形成在排气管之中的比排气净化催化剂21更靠近下游侧。在环形的循环流路33中，当利用第一水泵35和第二水泵36使冷却水循环时，热交换器53和蒸发器54设置在比第二冷却水流路32和加热器芯37更靠近下游侧且比第一冷却水流路31更靠近上游侧的位置。

第一水泵35设置在循环流路33之中的热交换器53和蒸发器54与第一冷却水流路31之间。第一水泵35，根据来自控制装置7的控制信号运行，并在循环流路33中从热交换器53和蒸发器54侧向第一冷却水流路31侧压送冷却水。

旁路流路34，与循环流路33之中的第一冷却水流路31和第二冷却水流路32之间的第一分支部38、及热交换器53及蒸发器54之间的第二分支部39连接。因此，从第一冷却水流路31流出的一部分冷却水，经由此旁路流路34向热交换器53回流。

第二水泵36设置在循环流路33之中的第一分支部38与第二冷却水流路32之间。第二水泵36，根据来自控制装置7的控制信号运行，并在循环流路33中从第一冷却水流路31侧向第二冷却水流路32侧压送冷却水。

蓄电池冷却回路4，由工作介质的循环流路41和设置在此循环流路41中的多个装置构成，所述工作介质的循环流路41中循环有与蓄电池81进行热交换的工作介质。更具体而言，蓄电池冷却回路4具备：循环流路41，其流路中包含设置在朗肯循环回路5中的后述的冷却器52；以及，热交换器42、第二泵43及蓄电池容器45，均设置在此循环流路41中。此外，以下对使用油或有机介质等绝缘性流体作为在循环流路41中循环的工作介质的情况进行说明，但本发明并不限定于此。在循环流路41中循环的工作介质，也可以使用在发动机冷却回路3的循环流路33中循环的冷却水。

在循环流路41中，按照图1的顺时针的顺序，设置有冷却器52、在外部空气和工作介质之间进行热交换的热交换器42、压缩工作介质的第二泵43、及收容蓄电池81的蓄电池容器45。

第二泵43设置在循环流路41之中的热交换器42与蓄电池容器45之间。第二泵43，将热交换器42侧作为入口且将蓄电池容器45作为出口地设置在循环流路41中。第二泵43，根据来自控制装置7的控制信号运行，对由热交换器42提供的工作介质进行压缩，并将其提供给蓄电池容器45。第二泵43的转速根据控制装置7进行调整。

热交换器42设置在循环流路41之中的冷却器52与第二泵43之间。热交换器42，具备流通工作流体的工作介质流路、及向此工作介质流路提供外部空气的风扇，并在工作介质和外部空气之间进行热交换。

蓄电池容器45设置在循环流路41之中的第二泵43与冷却器52之间。在蓄电池容器45的内部流通工作介质。另外，在蓄电池容器45的内部，以浸渍于工作流体中的方式设置有蓄电池81。因此，蓄电池81可与在蓄电池容器45内流通的工作介质之间进行热交换。

此外，如上所述，在使用没有绝缘性的冷却水作为工作介质的情况下，优选的是，使冷却水在水套内流通，所述水套与设置在蓄电池容器45内的蓄电池81接触，以使此冷却水与蓄电池81不接触。由此，能够确保蓄电池81和冷却水之间的绝缘性的同时，可在蓄电池81与冷却水之间进行热交换。

在需要对蓄电池81进行冷却的情况下，控制装置7根据驱动第二泵43，使工作介质按照冷却器52、热交换器42、第二泵43及蓄电池容器45的顺序，以规定的流量循环。在循环流路41中循环的工作介质，在冷却器52内，与在朗肯循环回路5中循环的有机介质作热交换而被冷却，在热交换器42内，与外部空气作热交换而被冷却，在蓄电池容器45内，与蓄电池81作热交换而被加热。因此，控制装置7，根据使用第二泵43来调整在循环流路41中循环的工作介质的流量，能够将蓄电池81的温度维持在适于使用的规定的目标温度。

朗肯循环回路5具备：环形的主循环流路50，其中循环有比冷却水沸点低且比热低还具有绝缘性的有机介质；及，第一泵51、冷却器52、热交换器53、蒸发器54、膨胀机55及冷凝器56，均设置在此主循环流路50中。

在主循环流路50中，按照图1的顺时针的顺序设置有：第一泵51，其压缩有机介质；冷却器52，其在蓄电池冷却回路4的工作介质与有机介质之间进行热交换；热交换器53和蒸发器54，其在发动机冷却回路3的冷却水和有机介质之间进行热交换；膨胀机55，其使经过蒸发器54的有机介质减压；及，冷凝器56，其在外部空气与有机介质之间进行热交换。

第一泵51设置在主循环流路50之中的冷凝器56与冷却器52之间。第一泵51，将冷凝器56侧作为入口且将冷却器52侧作为出口地设置在主循环流路50中。第一泵51，根据来自控制装置7的控制信号运行，对由冷凝器56提供的有机介质进行压缩，并将其提供给冷却器52。第一泵51的转速根据控制装置7进行调整。

冷却器52设置在主循环流路50之中的第一泵51与热交换器53之间。冷却器52与第一泵51的出口连接。冷却器52，具备流通有机介质的有机介质流路、及流通蓄电池冷却回路4的工作介质的工作介质流路，并在有机介质与工作介质之间进行热交换。

热交换器53设置在主循环流路50之中的冷却器52与蒸发器54之间。热交换器53，具备流通有机介质的有机介质流路、及流通发动机冷却回路3的冷却水的冷却水流路，并在有机介质和冷却水之间进行热交换。

蒸发器54设置在主循环流路50之中的热交换器53与膨胀机55之间。蒸发器54具备流通有机介质的有机介质流路、及流通发动机冷却回路3的冷却水的冷却水流路，并在有机介质与冷却水之间进行热交换。

冷凝器56与第一泵51的入口连接。冷凝器56具备流通有机介质的有机介质流路、及向此有机介质流路提供外部空气的风扇，并在有机介质和外部空气之间进行热交换。

膨胀机55设置在蒸发器54和冷凝器56之间。膨胀机55对从蒸发器54流向冷凝器56的有机介质进行减压。在膨胀机55的驱动轴55a上连接有电动发电机57。此电动发电机57，可以根据来自控制装置7的控制信号，与蓄电池81之间传递电能。因此，电动发电机57，可使用由蓄电池81提供的电力使膨胀机55旋转，或者可利用在膨胀机55内使有机介质减压的过程中回收的机械能进行发电，并利用此发电电力对蓄电池81进行充电。

根据如上所述的热循环系统1，根据控制装置7对朗肯循环回路5的第一泵51和电动发电机57进行操作，从而能够对蓄电池81及其工作介质以及发动机2及其冷却水进行冷却的同时，回收蓄电池81及发动机2的一部分废热。

图2是示出在执行对蓄电池81和发动机2两者进行冷却的混合冷却模式时，在发动机冷却回路3、蓄电池冷却回路4、及朗肯循环回路5中实现的冷却水等的流动的图。如图2中的粗箭头所示，在混合冷却模式中，控制装置7对朗肯循环回路5进行操作，使得有机介质按第一泵51、冷却器52、热交换器53、蒸发器54、膨胀机55及冷凝器56的顺序循环。如图2中的粗箭头所示，在混合冷却模式中，控制装置7对蓄电池冷却回路4进行操作，使得工作介质按照第二泵43、蓄电池容器45、冷却器52及热交换器42的顺序循环。另外，如图2中的粗箭头所示，在混合冷却模式中，控制装置7对发动机冷却回路3进行操作，使得冷却水沿第一循环流路循环，所述第一循环流路按照第一水泵35、第一冷却水流路31、旁路流路34及热交换器53的顺序构成。另外，在混合冷却模式中，在回收发动机2的排气的热量时，控制装置7对发动机冷却回路3进行操作，使得冷却水除了沿上述第一循环流路循环之外，还沿第二循环流路循环，所述第二循环流路按照第一水泵35、第一冷却水流路31、第二水泵36、第二冷却水流路32、加热器芯37、蒸发器54及热交换器53的顺序构成。在混合冷却模式中，根据由控制装置7按照如上方式对发动机冷却回路3、蓄电池冷却回路4及朗肯循环回路5进行操作，从而实现图3所示的热循环。

图3是示出在执行混合冷却模式时在朗肯循环回路5中实现的热循环的莫里尔线图。如图3所示，在执行混合冷却模式时，有机介质被第一泵51压缩，并以过冷液体的状态被提供给冷却器52。被第一泵51压缩后的有机介质，在流经冷却器52的过程中，根据与在蓄电池冷却回路4的循环流路41中循环的工作介质作热交换而被加热，并提供给热交换器53。从冷却器52以过冷液体状态流出的有机介质，在流经热交换器53及蒸发器54的过程中，根据与在发动机冷却回路3的第一及第二循环流路中循环的冷却水作热交换而被加热，由此沸腾，进一步成为过热蒸汽状态。以过热蒸汽的状态从蒸发器54流出的有机介质，在膨胀机55中被减压，并以过热蒸汽的状态被提供给冷凝器56。由膨胀机55提供的有机介质，在流经冷凝器56的过程中，根据与外部空气作热交换而被冷却，并以过冷液体的状态被提供给第一泵51。

本文中，在混合冷却模式中，在膨胀机55中使有机介质减压的过程中，控制装置7根据利用在驱动轴57a中产生的机械能使电动发电机57发电，并使用由此获得的电力对蓄电池81进行充电。因此，在执行混合冷却模式时，蓄电池81的工作介质的一部分热能、及发动机2的冷却水的一部分热能，被向外部空气排出的同时被电动发电机57转化成电能进行回收，由此，蓄电池81及其工作介质以及发动机2及其冷却水的温度下降。

本文中，在混合冷却模式中，控制装置7对第一泵51和电动发电机57进行操作，使得有机介质以沸点或比沸点稍低的温度从冷却器52流出，且有机介质在热交换器53和蒸发器54内维持在沸腾的状态，换言之，蓄电池81的工作介质在冷却器52内被有机介质的显热冷却，且发动机2的冷却水在热交换器53和蒸发器54内被有机介质的潜热冷却。

可是，有机介质在热交换器53和蒸发器54内的沸点，根据有机介质在热交换器53和蒸发器54内的量和压力的变化而变化。因此，在混合冷却模式中，控制装置7，使用第一泵51和电动发电机57，对有机介质在热交换器53和蒸发器54内的量和压力进行控制，使得从冷却器52流出的有机介质的温度以沸点或比沸点稍低的温度流出，且有机介质在热交换器53和蒸发器54内的沸点维持在冷却水的目标温度。更具体而言，控制装置7，计算出有机介质在热交换器53和蒸发器54内的目标量和目标压力，使得有机介质以沸点或比沸点稍低的温度从冷却器52流出，且有机介质在热交换器53和蒸发器54内的沸点维持在上述目标温度，同时，为了实现这些目标量和目标压力而对第一泵51的转速和电动发电机57的发电量进行调整。

根据本实施方式的热循环系统1，发挥以下的效果。

(1)热循环系统1具备：发动机冷却回路3，其中循环有与发动机2及其排气进行热交换的冷却水；及，朗肯循环回路5，其中循环有绝缘性的有机介质。另外，在朗肯循环回路5的主循环流路50中，沿有机介质的流动方向，依序设置有：膨胀机55，其对有机介质进行减压；冷凝器56，其根据外部空气对有机介质进行冷却；冷却器52，其在有机介质和蓄电池81的工作介质之间进行热交换；及，热交换器53和蒸发器54，其在有机介质和冷却水之间进行热交换。在例如安装有蓄电池81和发动机2两者的混合动力车辆中，在较多情况下，发动机2的温度区域比蓄电池81更高。因此，在热循环系统1中，将冷却器52设置在比与发动机2的冷却水进行热交换的热交换器53和蒸发器54更靠近冷凝器56的位置，所述冷却器52与温度区域比发动机2低的蓄电池81的工作介质进行热交换。因此，根据热循环系统1，根据使有机介质按照膨胀机55、冷凝器56、冷却器52、热交换器53及蒸发器54的顺序循环，而在冷却器52内，将温度区域更低的蓄电池81的工作介质冷却后，能够利用在冷却器52内的根据热交换而被加热后的有机介质，进一步冷却温度区域更高的发动机2的冷却水。因此，根据热循环系统1，可以利用在朗肯循环回路5中循环的有机介质，有效地冷却温度区域不同的蓄电池81和发动机2两者。

(2)在热循环系统1中，控制装置7对第一泵51进行操作，使得蓄电池81的工作介质，在冷却器52内被有机介质的显热冷却且发动机2的冷却水在热交换器53及蒸发器54内被有机介质的潜热冷却。本文中，在被有机介质的潜热冷却的情况下，由于能够将有机介质的温度恒定地维持在规定的目标温度，因此，比根据显热来冷却的情况相比，能够更有效地进行冷却。因此，根据热循环系统1，根据在循环流路中循环的有机介质，能够有效地冷却蓄电池81和温度区域比其更高的发动机2两者。

(3)热循环系统1具备蓄电池冷却回路4，其中循环有与蓄电池81进行热交换的工作介质。另外，在热循环系统1中，在蓄电池冷却回路4中循环的工作介质，在冷却器52内可与有机介质进行热交换。由此，例如，根据使有机介质在朗肯循环回路5中循环的同时，停止工作介质在蓄电池冷却回路4中的循环，可以仅对发动机2进行主动冷却。

(4)热循环系统1还具备与膨胀机55连接的电动发电机57。由此，根据使有机介质按照膨胀机55、冷凝器56、冷却器52、热交换器53及蒸发器54的顺序循环的同时，将电动发电机57用作发电机，从而在膨胀机55内对在冷却器52、热交换器53及蒸发器54内进行热交换而被加热后的有机介质进行减压的过程中，可以将蓄电池81及发动机2的一部分废热转化成电能进行回收。另外，根据热循环系统1，也可以使用电动发电机57对有机介质在冷却器52、热交换器53及蒸发器54内的压力进行控制，以便在冷却器52、热交换器53及蒸发器54内，在有机介质与蓄电池81的工作介质及发动机2的冷却水之间进行有效的热交换。

＜第二实施方式＞

以下，参照附图对本发明的第二实施方式进行说明。

图4是示出本实施方式的热循环系统1A的构成的图。热循环系统1A与第一实施方式的热循环系统1的朗肯循环回路5A的构成不同。此外，在以下的热循环系统1A的说明中，对与热循环系统1相同的构成标注相同的符号，并省略详细的说明。

朗肯循环回路5A具备：主循环流路50A，其中循环有比冷却水沸点低且比热低还具有绝缘性的有机介质；第一泵51A、电子膨胀阀58、蓄电池容器65、热交换器53、蒸发器54、压缩膨胀机59及冷凝器56，均设置在此主循环流路50A中；旁路流路60，其绕过设置在主循环流路50A中的多个装置的一部分；及，第二泵64，其设置在此旁路流路60中。

压缩膨胀机59设置在主循环流路50A之中的蒸发器54和冷凝器56之间。压缩膨胀机59，对在主循环流路50A中从蒸发器54侧流向冷凝器56侧的有机介质进行减压(以下，也将此流动方向称为“第一流动方向F1”)，并对在主循环流路50A中从冷凝器56侧流向蒸发器54侧的有机介质进行压缩(以下，将此流动方向称为“第二流动方向F2”)。压缩膨胀机59，进行有机介质在主循环流路50A中沿第一流动方向F1流动的正向旋转时，对经过蒸发器54的有机介质进行减压并提供给冷凝器56。另外，压缩膨胀机59，进行有机介质在主循环流路50A中沿第二流动方向F2流动的逆向旋转时，对经过冷凝器56的有机介质进行压缩并提供给蒸发器54。

另外，在压缩膨胀机59的驱动轴59a上，连接有电动发电机57。此电动发电机57可根据来自控制装置7A的控制信号，与蓄电池81之间传递电能。因此，电动发电机57，能够利用由蓄电池81提供的电力来使压缩膨胀机59正向旋转或逆向旋转，或者能够利用在压缩膨胀机59内使有机介质减压的过程中回收的机械能进行发电，并利用此发电电力对蓄电池81进行充电。

冷凝器56，在主循环流路50A中，沿第一流动方向F1设置在压缩膨胀机59的下游侧。蒸发器54，在主循环流路50A中，沿第一流动方向F1设置在压缩膨胀机59的上游侧。热交换器53，在主循环流路50A中，沿第一流动方向F1设置在蒸发器54的上游侧。

蓄电池容器65，在主循环流路50A中，沿第一流动方向F1设置在热交换器53的上游侧。在蓄电池容器65的内部流通有机介质。另外，在蓄电池容器65的内部，以浸渍于有机介质中的方式设置设置有蓄电池81。因此，蓄电池81可与在蓄电池容器65内流通的有机介质之间进行热交换。

主循环流路50A之中的冷凝器56与蓄电池容器65之间的部分，被分支成第一分支路501和第二分支路502。另外，在第一分支路501中设有第一泵51A，在第二分支路502中设有电子膨胀阀58。也就是说，第一泵51A和电子膨胀阀58并列设置在主循环流路50A中。

第一泵51A，在第一分支路501中，沿第一流动方向F1设置在冷凝器56的下游侧且蓄电池容器65的上游侧。第一泵51A根据来自控制装置7A的控制信号运行，对在第一分支路501中沿第一流动方向F1流动的有机介质进行压缩。第一泵51A的转速根据控制装置7A进行调整。

电子膨胀阀58，在第二分支路502中，沿第二流动方向F2设置在蓄电池容器65的下游侧且冷凝器56的上游侧。电子膨胀阀58是节流阀，对在第二分支路502中沿第二流动方向F2流动的有机介质进行减压。电子膨胀阀58的开度，根据来自控制装置7A的控制信号进行調整。

根据上述说明，按照沿第一流动方向F1的顺序，在主循环流路50A中设置有压缩膨胀机59、冷凝器56、第一泵51A、蓄电池容器65、热交换器53及蒸发器54。另外，按照沿第二流动方向F2的顺序，在主循环流路50A中设置有压缩膨胀机59、蒸发器54、热交换器53、蓄电池容器65、电子膨胀阀58及冷凝器56。

旁路流路60，将主循环流路50A之中的冷凝器56与分支路501,502之间、及蓄电池容器65与热交换器53之间连接。也就是说，旁路流路60，在主循环流路50A中，形成绕过第一泵51A、电子膨胀阀58及蓄电池容器65的流路。

第二泵64，根据来自控制装置7A的控制信号工作，对在主循环流路50A中沿第一流动方向F1流动的有机介质进行压缩。第二泵64的转速根据控制装置7A进行调整。也就是说，根据开启此第二泵64，使从冷凝器56沿第一流动方向F1流出的一部分有机介质，绕过第一泵51A、电子膨胀阀58及蓄电池容器65，并回流至热交换器53。

根据如上所述的热循环系统1A，根据由控制装置7A对朗肯循环回路5A的第一泵51A、电动发电机57、电子膨胀阀58及第二泵64等进行操作，由此，可使朗肯循环回路5A在各种控制模式下工作。

图5是示出在执行对蓄电池81和发动机2两者进行冷却的混合冷却模式时，在发动机冷却回路3及朗肯循环回路5A中实现的冷却水等的流动的图。如图5中的粗箭头所示，在混合冷却模式中，控制装置7A对朗肯循环回路5A进行操作，使得有机介质沿第一循环流路和第二循环流路这两个循环流路循环，所述第一循环流路按第一泵51A、蓄电池容器65、热交换器53、蒸发器54、压缩膨胀机59及冷凝器56的顺序构成，所述第二循环流路按第二泵64、热交换器53、蒸发器54、压缩膨胀机59及冷凝器56的顺序构成。另外，如图5中的粗箭头所示，在混合冷却模式中，控制装置7A对发动机冷却回路3进行操作，使得冷却水沿第三循环流路循环，所述第三循环流路按第一水泵35、第一冷却水流路31、旁路流路34及热交换器53的顺序构成。另外，在混合冷却模式中，对发动机2的排气的热量进行回收时，控制装置7A对发动机冷却回路3进行操作，使得冷却水除了沿上述第三循环流路循环之外，还沿第四循环流路循环，所述第四循环流路按第一水泵35、第一冷却水流路31、第二水泵36、第二冷却水流路32、加热器芯37、蒸发器54及热交换器53的顺序构成。在混合冷却模式中，根据由控制装置7A如上所述地对发动机冷却回路3和朗肯循环回路5A进行操作，从而实现图6所示的热循环。

图6是示出在执行混合冷却模式时，在朗肯循环回路5A中实现的热循环的莫里尔线图。如图6所示，在执行混合冷却模式时，有机介质被第一泵51A压缩，并以过冷液体的状态被提供给蓄电池容器65。被第一泵51A压缩的有机介质，在流经蓄电池容器65的过程中，根据与蓄电池81作热交换而被加热，并以液体的状态被提供给热交换器53。从蓄电池容器65以液体状态流出的有机介质，在流经热交换器53和蒸发器54的过程中，根据与冷却水作热交换而被进一步加热，并以过热蒸汽或沸腾的状态被提供给压缩膨胀机59。从蒸发器54以过热蒸汽的状态流出的有机介质，在压缩膨胀机59内被减压，并以过热蒸汽的状态被提供给冷凝器56。由压缩膨胀机59提供的有机介质，在流经冷凝器56的过程中，根据与外部空气作热交换而被冷却，并以过冷液体的状态被提供给第一泵51A。另外，如上所述，在混合冷却模式中，除了开启第一泵51A之外还开启第二泵64。因此，以过冷液体的状态从冷凝器56流出的一部分有机介质被第二泵64压缩，并以过冷液体的状态被提供给热交换器53和蒸发器54。

本文中，在混合冷却模式中，控制装置7A在压缩膨胀机59中对有机介质进行减压的过程中，根据利用在驱动轴59a中产生的机械能使电动发电机57发电，并使用由此获得的电力对蓄电池81进行充电。因此，在执行混合冷却模式时，蓄电池81的一部分热能和发动机2的冷却水的一部分热能向外部空气排出的同时，被电动发电机57转化成电能进行回收，由此，蓄电池81、冷却水及发动机2的温度下降。

本文中，在混合冷却模式中，控制装置7A对第一泵51A、第二泵64及电动发电机57进行操作，使得有机介质以比沸点稍低的温度从蓄电池容器65流出，且有机介质在热交换器53和蒸发器54内维持沸腾的状态，换言之，使得蓄电池81在蓄电池容器65内被有机介质的显热冷却，且冷却水在热交换器53和蒸发器54内被有机介质的潜热冷却。

另外，在混合冷却模式中，控制装置7A，使用第一泵51A、第二泵64及电动发电机57，对有机介质在热交换器53和蒸发器54内的量和压力进行控制，使得从蓄电池容器65流出的有机介质的温度以比沸点稍低的温度流出，且有机介质在热交换器53和蒸发器54内的沸点维持在冷却水的目标温度。更具体而言，控制装置7A，计算出有机介质在蓄电池容器65内的目标量及有机介质在热交换器53和蒸发器54内的目标量和目标压力，使得有机介质以比沸点稍低的温度从蓄电池容器65流出且有机介质在热交换器53和蒸发器54内的沸点维持在上述目标温度，同时，调整第一泵51A的转速，使得有机介质在蓄电池容器65内的量成为上述目标量，调整第二泵64的转速，使得有机介质在热交换器53和蒸发器54内的量成为上述目标量，进一步，调整电动发电机57的发电量，使得有机介质在热交换器53和蒸发器54内的压力成为上述目标压力。

根据本实施方式的热循环系统1A，发挥以下的效果。

(5)热循环系统1A具备：发动机冷却回路3，其中循环有与内燃机及其排气进行热交换的冷却水；及，朗肯循环回路5A，其中循环有绝缘性的有机介质。另外，在朗肯循环回路5A的主循环流路50A中，沿有机介质的流动方向，依序设置有：压缩膨胀机59，其对有机介质进行减压；冷凝器56，其根据外部空气对有机介质进行冷却；蓄电池容器65，其在有机介质与蓄电池81之间进行热交换；及，热交换器53和蒸发器54，其在有机介质和发动机2的冷却水之间进行热交换。另外，在热循环系统1A中，将蓄电池容器65设置在比与发动机2的冷却水进行热交换的热交换器53和蒸发器54更靠近冷凝器56的位置，所述蓄电池容器65与温度区域比发动机2低的蓄电池81进行热交换。因此，根据热循环系统1A，根据使有机介质按照压缩膨胀机59、冷凝器56、蓄电池容器65、热交换器53及蒸发器54的顺序循环，而在蓄电池容器65内将温度区域更低的蓄电池81冷却后，能够利用根据在蓄电池容器65内进行热交换而被加热后的有机介质，进一步冷却温度区域高的发动机2的冷却水。因此，根据本发明，可以利用在朗肯循环回路5A中循环的有机介质，有效地冷却温度区域不同的蓄电池81和发动机2两者。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限于此。也可以在本发明的主旨的范围内对细节部分的构成进行适当地变更。

Claims (5)

1.一种热循环系统，其具备：内燃机冷却回路，其中循环有与内燃机及其排气进行热交换的冷却水；及，朗肯循环回路，其中循环有绝缘性的有机介质；所述热循环系统的特征在于：

在前述朗肯循环回路的循环流路中，沿着有机介质的流动方向，依序设置有：

膨胀机，其对有机介质进行减压；

冷凝器，其根据外部空气对有机介质进行冷却；

第一热交换部，其在有机介质与电气设备或可与该电气设备作热交换的工作介质之间进行热交换；及，

第二热交换部，其在有机介质与冷却水之间进行热交换。

2.根据权利要求1所述的热循环系统，其中，还具备对前述朗肯循环回路进行操作的控制装置，

在前述循环流路之中的前述冷凝器和前述第一热交换部之间，设置有对有机介质进行压缩的泵，

前述控制装置对前述泵进行操作，使得前述电气设备或工作介质在前述第一热交换部内被有机介质的显热冷却且冷却水在前述第二热交换部内被有机介质的潜热冷却。

3.根据权利要求1所述的热循环系统，其中，具备电气设备冷却回路，其中循环有与前述电气设备进行热交换的工作介质，

在前述电气设备冷却回路中循环的工作介质，可在前述第一热交换部内与有机介质进行热交换。

4.根据权利要求2所述的热循环系统，其中，具备电气设备冷却回路，其中循环有与前述电气设备进行热交换的工作介质，

在前述电气设备冷却回路中循环的工作介质，可在前述第一热交换部内与有机介质进行热交换。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热循环系统，其中，还具备与前述膨胀机连接的电动发电机。

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