DE112009001509T5

DE112009001509T5 - Abwärmerückgewinnungssystem

Info

Publication number: DE112009001509T5
Application number: DE112009001509T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Katayama; Daisaku Sawada; Hiroshi Yaguchi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-05-23
Also published as: JP2009281338A; US8776516B2; DE112009001509B4; JP4737230B2; CN101960130A; CN101960130B; WO2009142302A1; US20100275594A1

Abstract

Abwärmerückgewinnungssystem mit:
einer Vielzahl von Abwärmerückgewinnungsmaschinen, von denen jede ein Heizbauteil zum Übertragen einer Wärmeenergie eines Wärmemediums, das von einem Abwärmerückgewinnungsziel abgegeben wird, zu einem Arbeitsfluid hat und Leistung durch Wärmeenergie des Wärmemediums erzeugt; und
Wärmemediumdurchgängen, die wenigstens in der gleichen Anzahl der Abwärmerückgewinnungsmaschinen vorgesehen sind und ein Hindurchströmen des Wärmemediums bewirken, wobei
das Heizbauteil, das an jeder der Abwärmerückgewinnungsmaschinen vorgesehen ist, in jedem der Wärmemediumdurchgänge vorgesehen ist, und die jeweiligen Heizbauteile von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Wärmemediums orientiert sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abwärmerückgewinnungssystem zum Rückgewinnen einer Wärmeenergie eines Abgases, das von einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung abgegeben wird.
STAND DER TECHNIK
Es gibt ein Abwärmerückgewinnungsgerät zum Rückgewinnen von Abwärme von der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, die an einem Fahrzeug, wie bspw. einem PKW, einem Bus und einem LKW montiert ist, durch Ausnützen einer thermischen Energie. Als das Abwärmerückgewinnungsgerät, das für diesen Zweck verwendet wird, gibt es eine beispielsweise Stirlingmaschine, die einen exzellenten theoretischen thermischen Wirkungsgrad hat. Patentdokument 1 offenbart ein Gerät, in dem ein Heizbauteil einer ersten Stirlingmaschine und ein Heizbauteil einer zweiten Stirlingmaschine in einem Durchgang für ein Abgas vorgesehen sind, das von einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung abgegeben wird, die erste Stirlingmaschine an einer stromabwärtigen Seite eines Abgasreinigungskatalysators angeordnet ist, und die zweite Stirlingmaschine an einer stromaufwärtigen Seite des Abgasreinigungskatalysators angeordnet ist.
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2007-187139
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
sDURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
In der Technik, die in dem Patentdokument 1 offenbart ist, überlappen die Heizbauteile der jeweiligen Wärmetauscher eine Strömung des Abgases und deshalb wird das Abgas, dessen Wärmeenergie durch das Heizbauteil an der stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Abgases zurückgewonnen wurde und dessen Temperatur sich verringert hat, in das Heizbauteil an der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases eingeleitet. Darüber hinaus wird das Abgas, das von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, zuerst in das Heizbauteil eingeleitet, das an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und deshalb strömt das Abgas weniger wahrscheinlich in das Heizbauteil, das an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist. Als eine Folge kann ein Unterschied in der erzeugten Leistung zwischen der Vielzahl von Stirlingmotoren verursacht werden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des vorstehenden Sachverhalts gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Unterschied der erzeugten Leistung zwischen den jeweiligen Abwärmerückgewinnungsmaschinen zu verringern, wenn die Vielzahl von Abwärmerückgewinnungsmaschinen verwendet wird, um Abwärme zurückzugewinnen.
EINRICHTUNG ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Um die zuvor genannte Aufgabe zu erreichen, hat ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Abwärmerückgewinnungsmaschinen, von denen jede ein Heizbauteil zum Übertragen einer Wärmeenergie eines Wärmemediums, das von einem Abwärmerückgewinnungsziel abgegeben wird, zu einem Arbeitsfluid hat, und Leistung durch Wärmeenergie des Wärmemediums erzeugt; und Wärmemediumdurchgänge, die wenigstens in der gleichen Anzahl der Abwärmerückgewinnungsmaschinen vorgesehen sind und ein Hindurchströmen des Wärmemediums bewirken, wobei das Heizbauteil, das an jeder der Abwärmerückgewinnungsmaschinen vorgesehen ist, in jedem der Wärmemediumdurchgänge vorgesehen ist, und die jeweiligen Heizbauteile von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Wärmemediums orientiert sind.
Als ein wünschenswerter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in dem Abwärmerückgewinnungssystem bevorzugt, dass die jeweiligen Wärmemediumdurchgänge durch Teilen eines einzelnen Rohrs mit einem Teilungsbauteil ausgebildet sind, das zwischen den Heizbauteilen vorgesehen ist, die an den jeweiligen Abwärmerückgewinnungsmaschinen vorgesehen sind.
Als ein wünschenswerter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in dem Abwärmerückgewinnungssystem bevorzugt, dass ein Wärmeisolator zwischen dem Heizbauteil, das an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Wärmemediums vorgesehen ist, und dem Wärmemediumdurchgang vorgesehen ist, der mit dem Heizbauteil versehen ist, das an der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Wärmemediums angeordnet ist.
Als ein wünschenswerter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in dem Abwärmerückgewinnungssystem bevorzugt, dass die jeweiligen Wärmemediumdurchgänge aus verschiedenen Rohren ausgebildet sind, die unabhängig voneinander sind. Als ein wünschenswerter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in dem Abwärmerückgewinnungssystem bevorzugt, dass die jeweiligen Heizbauteile voneinander in entgegengesetzten Richtungen in einer Richtung senkrecht zu Mittelachsen von Ausgabewellen der Abwärmerückgewinnungsmaschinen versetzt sind.
Als ein wünschenswerter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in dem Abwärmerückgewinnungssystem bevorzugt, dass die jeweiligen Ausgabewellen der Vielzahl von Abwärmerückgewinnungsmaschinen miteinander verbunden sind.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kann den Unterschied der erzeugten Leistung zwischen den jeweiligen Abwärmerückgewinnungsmaschinen verringern, wenn die Vielzahl von Abwärmerückgewinnungsmaschinen verwendet wird, um die Abwärme zurückzugewinnen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, die eine Stirlingmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus eines Gaslagers, das an der Stirlingmaschine gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen ist, und ein Beispiel eines Aufbaus eines annähernd geradlinigen Mechanismus darstellt, der zum Stützen eines Kolbens verwendet wird.
3-1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel zeigt, wenn ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, um Abwärme einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung zurückzugewinnen, die an einem Fahrzeug montiert ist.
3-2 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand darstellt, in dem das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform an dem Fahrzeug montiert ist.
3-3 ist eine Vorderansicht, die einen Zustand darstellt, in dem das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform an dem Fahrzeug montiert ist.
4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Verbinden von Ausgabewellen der Stirlingmaschinen in dem Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Anordnungsbeispiel der Stirlingmaschinen zeigt, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform bilden.
6 ist eine Draufsicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
7 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
8 ist eine Seitenansicht, die ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt.
9 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt.
10 ist eine Seitenansicht, die ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt.
11 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt.
12 ist eine Seitenansicht, die ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
13 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
14 ist eine Seitenansicht, die ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einer ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt.
15 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt.
16 ist eine Seitenansicht, die ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt.
17 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt.
BESTE FORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung beschränkt die vorliegende Erfindung nicht. Bestandteile in der folgenden Beschreibung beinhalten diese, die durch einen Fachmann leicht vorausgesehen werden können, im Wesentlichen ähnliche, und diejenigen, die in einen äquivalenten Umfang fallen.
Erste Ausführungsform
In der folgenden Beschreibung wird eine Stirlingmaschine, die eine Kraftmaschine mit Wärmezufuhr von außen ist, als ein Beispiel einer Abwärmerückgewinnungsmaschine herangezogen. Obwohl die Stirlingmaschinen, die Abwärmerückgewinnungsmaschinen sind, verwendet werden, um Wärmeenergie eines Abgases zurückzugewinnen, das von einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung abgegeben wird, die an einem Fahrzeug oder dergleichen montiert ist, d. h. in einem nachstehend beschriebenen Beispiel ist eine Abwärmerückgewinnung für die Kraftmaschine mit innerer Verbrennung bestimmt, muss die Abwärmerückgewinnung nicht zwangsweise dafür bestimmt sein. In der ersten Ausführungsform kann die Abwärmerückgewinnung auch für Fabriken, Kraftwerke oder elektrische Erzeugungseinrichtungen bestimmt sein.
Die erste Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Abwärmerückgewinnungsmaschinen zum Rückgewinnen der Wärmeenergie von einem Wärmemedium, d. h. dem Abgas, das von der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung abgegeben wird, und wenigstens die gleiche Anzahl von Wärmemediumdurchgängen wie die Abgaswärmerückgewinnungsmaschinen zum Durchlassen des Wärmemediums, das von der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung abgegeben wird, d. h. zum Durchlassen des Abgases, hat. Heizbauteile, die an den jeweiligen Abgaswärmerückgewinnungsmaschinen vorgesehen sind, sind in den jeweiligen Wärmemediumdurchgängen angeordnet und die jeweiligen Heizbauteile sind von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Wärmemediums orientiert. Zuerst wird ein Aufbau der Stirlingmaschine beschrieben, die die Abwärmerückgewinnungsmaschine ist, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform bildet.
1 ist eine Schnittansicht, die die Stirlingmaschine gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus eines Gaslagers, das an der Stirlingmaschine gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen ist, und ein Beispiel eines Aufbaus eines annähernd geradlinigen Mechanismus darstellt, der zum Stützen eines Kolbens verwendet wird. Eine Stirlingmaschine 100 ist das, was eine Kraftmaschine mit Wärmezufuhr von außen genannt wird, und wandelt Wärmeenergie, die ein Abgas (das dem Wärmemedium entspricht) besitzt, das von der Wärmemaschine, wie der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, als ein Abwärmerückgewinnungsziel abgegeben wird, in kinetische Energie um, und gibt diese als eine Drehbewegung einer Kurbelwelle 110 aus. Die Kurbelwelle 110 funktioniert als eine Ausgabewelle der Stirlingmaschine 100. Die Kurbelwelle 110 dreht um eine Drehachse (Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachse) Zs. Die Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachse Zs ist eine Mittelachse der Kurbelwelle 110, die die Ausgabewelle der Stirlingmaschine 100 ist.
In der ersten Ausführungsform ist die Stirlingmaschine 100 eine Zweizylinder-Reihen-Stirlingmaschine der α-Bauart. In der Stirlingmaschine 100 sind ein hochtemperaturseitiger Kolben 103, der ein erster Kolben ist, der in einem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 aufgenommen ist, der ein erster Zylinder ist, und ein niedertemperaturseitiger Kolben 104, der ein zweiter Kolben ist, der in einem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 aufgenommen ist, der ein zweiter Zylinder ist, in einer Linie angeordnet, d. h. in Reihe. Die Stirlingmaschine 100 ist eine thermische Kolbenmaschine, in der sich der hochtemperaturseitige Kolben 103 in dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 hin- und herbewegt und sich der niedertemperaturseitige Kolben 104 in dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 hin- und herbewegt.
Der hochtemperaturseitige Zylinder 101 und der niedertemperaturseitige Zylinder 102 sind an der Basisplatte 111, die ein Referenzkörper ist, direkt oder indirekt gestützt und fixiert. In der Stirlingmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform dient die Basisplatte 111 als eine Positionsreferenz der jeweiligen Komponenten der Stirlingmaschine 100. Mit diesem Aufbau ist es möglich, eine Genauigkeit der relativen Position der jeweiligen Bauteile zu erreichen.
Wie nachstehend beschrieben ist, hat die Stirlingmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Gaslager GB zwischen dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 und dem hochtemperaturseitigen Kolben 103 und zwischen dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 und dem niedertemperaturseitigen Kolben 104. Durch direktes oder indirektes Montieren des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 und des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 an der Basisplatte 111, die der Referenzkörper ist, ist es möglich, Abstände zwischen den Kolben und den Zylindern genau einzuhalten und deshalb können die Gaslager GB ihre Funktionen ausreichend ausüben. Darüber hinaus wird die Montage der Stirlingmaschine 100 leicht.
Zwischen dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 und dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 ist ein Wärmetauscher 108, der ein im Wesentlichen U-förmiges Heizbauteil (Heizbauteil) 105, einen Regenerator 106 und einen Kühler 107 umfasst, angeordnet. Durch Formen des Heizbauteils 105 in die im Wesentlichen U-Form auf diese Weise, ist es möglich, das Heizbauteil 105 leicht in einem relativ engen Raum, wie einem Abgasdurchgang der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, anzuordnen. Darüber hinaus ist es durch Anordnen des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 und des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 in Reihe, wie in der Stirlingmaschine 100, möglich, das Heizbauteil 105 relativ leicht in einem zylindrischen Raum, wie dem Abgasdurchgang der Brennkraftmaschine, anzuordnen. Wenigstens das Heizbauteil 105 von den Komponenten des Wärmetauschers 108 ist in dem Abgasdurchgang (der dem Wärmemediumdurchgang entspricht) der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung angeordnet, für die die Abwärmerückgewinnung bestimmt ist.
Das Heizbauteil 105 ist an einem Endabschnitt mit dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 verbunden und ist an dem anderen Endabschnitt mit dem Regenerator 106 verbunden. Der Regenerator 106 ist an einem Endabschnitt mit dem Heizbauteil 105 verbunden und ist an dem anderen Endabschnitt mit dem Kühler 107 verbunden. Der Kühler 107 ist an einem Endabschnitt mit dem Regenerator 106 verbunden und ist an dem anderen Endabschnitt mit dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 verbunden. Arbeitsfluid (Luft in der ersten Ausführungsform) ist in dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101, dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 und dem Wärmetauscher 108 eingeschlossen und strömt zwischen dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 und dem Heizbauteil 105, zwischen dem Heizbauteil 105 und dem Regenerator 106, zwischen dem Regenerator 106 und dem Kühler und zwischen dem Kühler 107 und dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102.
Mit diesem Aufbau wird die Wärmeenergie des Abgases durch das Heizbauteil 105 zu dem Arbeitsfluid abgegeben und Wärme wird von dem Arbeitsfluid in den Kühler 107 abgestrahlt, um einen Stirlingzyklus zu bilden. Auf diese Weise erzeugt die Stirlingmaschine 100 Leistung. Die durch die Stirlingmaschine 100 erzeugte Leistung wird von der Kurbelwelle 110 ausgegeben. Hier wird ein Raum im Inneren des hochtemperaturseitigen Zylinders 101, der das Arbeitsfluid enthält, als ein hochtemperaturseitiger Arbeitsraum MSH bezeichnet, und ein Raum im Inneren des niedertemperaturseitigen Zylinders 102, der das Arbeitsfluid enthält, wird als ein niedertemperaturseitiger Arbeitsraum MSL bezeichnet. Wenn zwischen diesen nicht unterschieden wird, werden sie einfach als ein Arbeitsraum MS bezeichnet. Der Arbeitsraum MS ist ein Raum, in dem das Arbeitsfluid sich ausdehnt oder komprimiert wird.
Das Heizbauteil 105 und der Kühler 107 können aus einem Bündel aus einer Vielzahl von Rohren ausgebildet sein, die beispielsweise aus einem Material gemacht sind (wie Kupfer und eine Kupferlegierung), das eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen exzellenten Wärmewiderstand hat. Der Regenerator 106 kann aus einem porösen Wärmespeicherkörper ausgebildet sein. Die Anordnungen des Heizbauteils 105, des Kühlers 107 und des Regenerators 106 sind nicht auf diejenigen in diesem Beispiel beschränkt, sondern können geeignete Anordnungen sein, die gemäß den Wärmezuständen einer Wärmequelle, Spezifikationen der Stirlingmaschine 100 und dergleichen ausgewählt sind.
Der hochtemperaturseitige Kolben 103 und der niedertemperaturseitige Kolben 104 sind in dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 und dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 durch die Gaslager GB gestützt. Mit anderen Worten bewegen sich die Kolben in den Zylindern ohne die Verwendung von Schmieröl hin und her. Auf diese Weise ist es möglich, die Reibung zwischen den Kolben und Zylindern zu verringern, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Stirlingmaschine 100 verbessert wird. Darüber hinaus kann durch Verringern der Reibung zwischen den Kolben und Zylindern die Stirlingmaschine 100 betrieben werden, um die Wärmeenergie selbst bei einem Zurückgewinnen der Abwärme unter Betriebsbedingungen einer geringen Wärmequelle und eines kleinen Temperaturunterschieds, wie beispielsweise beim Rückgewinnen der Wärmeenergie von dem Abgas der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, zurückzugewinnen.
Um das Gaslager GB auszubilden, ist ein Abstand tc zwischen dem hochtemperaturseitige Kolben 103 und dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101, wie in 2 gezeigt ist, größer als 10 Mikrometer und kleiner oder gleich zu Zehnteln von Mikrometern entlang Umfängen des hochtemperaturseitigen Kolbens 103 und des hochtemperaturseitigen Zylinders 101. Der niedertemperaturseitige Kolben 104 und der niedertemperaturseitige Zylinder 102 haben einen ähnlichen Aufbau. Der hochtemperaturseitige Zylinder 101, der hochtemperaturseitige Kolben 103, der niedertemperaturseitige Zylinder 102 und der niedertemperaturseitige Kolben 104 können beispielsweise durch Verwenden eines metallischen Materials ausgebildet sein, das leicht zu bearbeiten ist.
In der ersten Ausführungsform strömt Gas a (dieselbe Luft wie das Arbeitsfluid in der ersten Ausführungsform) von Luftzuführöffnungen HE, die an Seitenwänden des hochtemperaturseitigen Kolbens 103 und des niedertemperaturseitigen Kolbens 104 vorgesehen sind, ein, um die Gaslager GB auszubilden. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind ein hochtemperaturseitiger Zwischenkolbenraum 103IR und ein niedertemperaturseitiger Zwischenkolbenraum 104IR in dem hochtemperaturseitigen Kolben 103 bzw. dem niedertemperaturseitigen Kolben 104 ausgebildet.
Der hochtemperaturseitige Kolben 103 ist mit einer Gaseinleitungsöffnung HI zum Zuführen des Gases a in den hochtemperaturseitigen Zwischenkolbenraum 103IR versehen, und der niedertemperaturseitige Kolben 104 ist mit einer Gaseinleitungsöffnung HI zum Zuführen des Gases a in den niedertemperaturseitigen Zwischenkolbenraum 104IR versehen. An jede der Gaseinleitungsöffnungen HI ist ein Gaszuführrohr 118 angeschlossen. Das Gaszuführrohr 118 hat ein Ende, das mit einer Gaslagerpumpe 117 verbunden ist, und leitet das Gas a, das von der Gaslagerpumpe 117 abgegeben wird, in den hochtemperaturseitigen Zwischenkolbenraum 103IR und den niedertemperaturseitigen Zwischenkolbenraum 104IR ein.
Das Gas a, das in den hochtemperaturseitigen Zwischenkolbenraum 103IR und den niedertemperaturseitigen Zwischenkolbenraum 104IR eingeleitet wird, strömt durch die Luftzufuhröffnungen HE, die an der Seitenwand des hochtemperaturseitigen Kolbens 103 und des niedertemperaturseitigen Kolbens 104 vorgesehen sind, aus, um die Gaslager GB auszubilden. Diese Gaslager GB sind Gaslager mit statischem Druck. Obwohl die Gaslager GB in der ersten Ausführungsform die Gaslager mit statischem Druck sind, können auch Gaslager mit dynamischem Druck verwendet werden.
Eine Hin- und Herbewegung von jedem von dem hochtemperaturseitigen Kolben 103 und dem niedertemperaturseitigen Kolben 104 wird durch eine Verbindungsstange 109 zu der Kurbelwelle 110 übertragen, die die Ausgabewelle ist, und in die Drehbewegung umgewandelt. Die Verbindungsstange 109 kann durch einen annähernd geradlinigen Mechanismus (wie einen „Grasshopper”-Mechanismus und einen „Watt”-Verbindungsmechanismus) 119 gestützt sein, wie in 2 gezeigt ist. Auf diese Weise ist es möglich, den hochtemperaturseitigen Kolben 103 und den niedertemperaturseitigen Kolben 104 im Wesentlichen gerade hin- und herzubewegen.
Falls die Verbindungsstange 109 durch den annähernd geradlinigen Mechanismus 119 gestützt ist, wird eine Seitenkraft FS (Kraft in einer Radialrichtung des Kolbens) des hochtemperaturseitigen Kolbens 103 im Wesentlichen Null, und deshalb können selbst die Gaslager GB mit einer niedrigen Lastkapazität den hochtemperaturseitigen Kolben 103 und den niedertemperaturseitigen Kolben 104 in befriedigender Weise stützen. In der ersten Ausführungsform trägt der annähernd geradlinige Mechanismus 119 den größten Teil der Seitenkraft FS und das Gaslager GB trägt die Seitenkraft FS, die erzeugt wird, wenn die Hin- und Herbewegung des niedertemperaturseitigen Kolbens 104 oder dergleichen von der annähernd geradlinigen Bewegung abweicht.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die jeweiligen Komponenten, wie der hochtemperaturseitige Zylinder 101, der hochtemperaturseitige Kolben 103, die Verbindungsstange 109 und die Kurbelwelle 110, die die Stirlingmaschine 100 bilden, in einem Gehäuse 114 aufgenommen. Hier umfasst das Gehäuse 114 der Stirlingmaschine 100 ein Kurbelgehäuse 114A und einen Zylinderblock 114B. Ein Inneres des Gehäuses 114 wird durch eine Druckbeaufschlagungspumpe 115, die eine Einrichtung zum Druckbeaufschlagen des Inneren des Gehäuses ist, mit Druck beaufschlagt. Falls die Druckbeaufschlagungspumpe 115 das Innere des Gehäuses 114 mit Druck beaufschlagt, um das Arbeitsfluid in dem hochtemperaturseitigen Arbeitsraum MSH, dem niedertemperaturseitigen Arbeitsraum MSL und dem Wärmetauscher 108 mit Druck zu beaufschlagen, erhöht sich eine Kapazität des Arbeitsfluids, wenn das Arbeitsfluid die Wärmeenergie aufnimmt. Auf diese Weise ist es möglich, eine höhere Ausgabe von der Kurbelwelle 110 abzugeben, die die Ausgabewelle der Stirlingmaschine 100 ist.
Falls die Stirlingmaschine 100 eine bestimmte Ausgabe erzeugt, wird das Innere des Gehäuses 114 beispielsweise mit einem bestimmten Druck beaufschlagt (beispielsweise ungefähr 1 MPa). Deshalb ist ein Aufbau zum Erhalten der Luftdichtheit zwischen der Kurbelwelle 110 und dem Gehäuse 114 notwendig, um die Drehbewegung der Kurbelwelle 110 aus dem Gehäuse 114 abzugeben. In der ersten Ausführungsform wird, wie in 1 gezeigt ist, eine Ausgabe der Kurbelwelle 110 aus dem Gehäuse 115 über eine magnetische Kopplung 9 zum Übertragen einer Drehung der Kurbelwelle 110 auf eine Abtriebswelle (Magnetkopplungsabtriebswelle) 2 ohne Kontakt abgegeben. Mit anderen Worten gesagt wird die Ausgabe der Stirlingmaschine 100 von der Abtriebswelle 2 abgegeben, die mit der magnetischen Kopplung 9 versehen ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, dient die Abtriebswelle 2 als eine Ausgabewelle der Stirlingmaschine 100. Die Abtriebswelle 2 dreht um die Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachse Zs. Die Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachse Zs ist eine Mittelachse der Abtriebswelle, die die Ausgabewelle der Stirlingmaschine 100 ist. Statt der magnetischen Kopplung 9 können Dichtungslager zwischen der Kurbelwelle 110 und dem Kurbelgehäuse 114A, das das Gehäuse 114 bildet, vorgesehen sein, um eine Luftdichtheit zwischen der Kurbelwelle 110 und dem Gehäuse 114 zu erhalten.
Hier kann, wie in 1 gezeigt ist, ein Drehzahlerhöhungsgetriebe 3, das eine Umwandlungseinrichtung zum Ändern eines Drehmoments der Kurbelwelle 110 und Ausgeben von diesem ist, vorgesehen sein, und eine Drehzahl der Kurbelwelle 110 kann erhöht werden und zu der magnetische Kopplung 9 eingegeben werden. Auf diese Weise kann das Drehmoment der Kurbelwelle 110 verringert werden, um eine Drehmomentübertragungsleistung der magnetischen Kopplung 9 zu drücken. Um die Stirlingmaschine 100 zu starten, wird eine Ausgabe einer Starteinrichtung, wie ein Elektromotor, zu der Abtriebswelle 2 eingegeben, um die Kurbelwelle 110 zu drehen. In diesem Fall funktioniert das Drehzahlerhöhungsgetriebe 3 als ein Drehzahlverringerungsgetriebe. Als eine Folge ist es möglich, die Drehmomentübertragung der magnetischen Kopplung 9 zu drücken.
In der Stirlingmaschine 100, die in 1 gezeigt ist, sind die magnetische Kopplung 9 und das Drehzahlerhöhungsgetriebe 9 an der Seite des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 angeordnet. Um die Kurbelwellen 110 der zwei Stirlingmaschinen 100 zu verbinden, ist eine magnetische Kopplung (magnetische Eingangskopplung) 9I auch an der Seite des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 angeordnet. Dann können eine Abtriebswelle der magnetischen Eingangskopplung 9I, die an einer der Stirlingmaschinen 100 vorgesehen ist, und die Abtriebswelle 2 der magnetischen Kopplung 9, die an der anderen Stirlingmaschine vorgesehen ist, verbunden werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Leistung, die von den zwei Stirlingmaschinen 100 erzeugt wird, zu kombinieren und auszugeben. Um eine einzelne Stirlingmaschine 100 zu verwenden, kann die magnetische Kopplung 9 an der Seite des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 oder der Seite des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 angeordnet sein.
3-1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Anordnungsbeispiel zeigt, wenn das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, um die Abwärme der Brennkraftmaschine, die an dem Fahrzeug montiert ist, zurückzugewinnen. 3-2 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand darstellt, in dem das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform an dem Fahrzeug montiert ist. 3-3 ist eine Vorderansicht, die einen Zustand darstellt, in dem das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform an dem Fahrzeug montiert ist. Ein Abwärmerückgewinnungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform hat eine Vielzahl von Stirlingmaschinen 100A und 100B (zwei in der Ausführungsform). Die jeweiligen Heizbauteile 105 der Stirlingmaschinen 100A und 100B sind in einem Abgasdurchgang 28 einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71, für die die Abwärmerückgewinnung bestimmt ist, angeordnet, um die Wärmeenergie eines Abgases Ex zurückzugewinnen, das von der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 abgegeben wird. Die jeweiligen Heizbauteile der Stirlingmaschinen 100A und 100B sind von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex orientiert. Deshalb sind auch die Stirlingmaschinen 100A und 100B von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex orientiert.
In der ersten Ausführungsform ist die Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 an einem Fahrzeug 200, wie beispielsweise einem Personenkraftwagen und einem Lastkraftwagen, montiert und treibt das Fahrzeug 200 an. Die Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 als eine Hauptantriebsquelle erzeugt Leistung während einer Fahrt des Fahrzeugs 200 und bewirkt, dass das Fahrzeug 200 fährt. Andererseits können die Stirlingmaschinen 100A und 100B nicht minimal notwendige Ausgaben erzeugen, bis eine Temperatur des Abgases Ex eine gewisse Temperatur erreicht. Deshalb gewinnen in der ersten Ausführungsform die Stirlingmaschinen 100A und 100B die Wärmeenergie von dem Abgas Ex der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 zurück, um die Ausgaben zu erzeugen und zu bewirken, dass das Fahrzeug 200 fährt, und zwar in Zusammenwirkung mit der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71, wenn die Temperatur des Abgases Ex, das von der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 abgegeben wird, eine vorbestimmte Temperatur übersteigt. In dieser Weise dienen die Stirlingmaschinen 100A und 100B als Nebenantriebsquellen des Fahrzeugs 200.
In der ersten Ausführungsform wird die Wärmeenergie des Abgases Ex, die durch Verwendung der Stirlingmaschinen 100A und 100B zurückgewonnen wird, durch die Stirlingmaschinen 100A und B in kinetische Energie umgewandelt. Die Ausgabewellen der Stirlingmaschinen 100A und 100B sind durch eine Verbindungswelle 8 verbunden. Auf diese Weise wird in der ersten Ausführungsform die Leistung der Stirlingmaschinen 100A und 100B kombiniert und von der Abtriebswelle 2 abgegeben, die die Ausgabewelle der Stirlingmaschine 100A ist. Eine Kupplung 76, die eine Leistungsunterbrechungseinrichtung ist, ist an der Abtriebswelle 2 befestigt, und die Ausgaben der Stirlingmaschinen 100A und 100B werden über die Kupplung 76 zu einem Stirlingmaschinengetriebe 75 übertragen.
Eine Ausgabe der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 wird über eine Ausgabewelle 71s der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 zu einem Getriebe 74 der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 eingegeben. Dann kombiniert das Getriebe 74 der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 eine Leistung der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 und die Leistung der Stirlingmaschinen 100, die von dem Stirlingmaschinengetriebe 75 ausgegeben wird, und gibt die kombinierte Leistung zu einer Getriebeausgabewelle 79 aus, um Antriebsräder 81 über ein Differenzialgetriebe 80 anzutreiben.
Hier ist die Kupplung 76, die die Leistungsunterbrechungseinrichtung ist, zwischen dem Getriebe 74 der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 und der Stirlingmaschine 100A vorgesehen. In der ersten Ausführungsform ist die Kupplung 76 zwischen einer Eingabewelle 75s des Stirlingmaschinengetriebes 75 und der Abtriebswelle 2 der Stirlingmaschine 100 vorgesehen. Die Kupplung 76 wird ausgerückt oder eingerückt, um dadurch die Abtriebswelle 2 der Stirlingmaschine 100A und die Eingabewelle 75s des Stirlingmaschinengetriebes 75 miteinander mechanisch zu verbinden oder voneinander mechanisch zu trennen. Hier wird die Kupplung 76 durch eine Maschinen-ECU (elektronische Steuerungseinheit) 50 gesteuert.
Wenn die Kupplung 76 eingerückt ist, sind die Abtriebswelle 2 der Stirlingmaschine 100A und die Ausgabewelle 71s der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 über das Stirlingmaschinengetriebe 75 und das Getriebe 74 der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 direkt verbunden. Als eine Folge werden die Leistung, die durch die Stirlingmaschinen 100A und 100B erzeugt wird, und die Leistung, die durch die Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 erzeugt wird, durch das Getriebe 74 der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 kombiniert und von der Getriebeausgabewelle 79 abgegeben. Andererseits, wenn die Kupplung 76 ausgerückt ist, ist die Ausgabewelle 71s der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 von der Abtriebswelle 2 der Stirlingmaschine 100A getrennt und dreht. Auf diese Weise wird in der ersten Ausführungsform die Leistung der Vielzahl von Stirlingmaschinen 100A und 100B, die das Abwärmerückgewinnungssystem 1 bilden, zu dem Getriebe 74 der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 über das Stirlingmaschinengetriebe 75 eingegeben, wird mit der Leistung der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 kombiniert und abgegeben, um zu bewirken, dass das Fahrzeug 200 fährt.
Wie in 3-2 und 3-3 gezeigt ist, sind die Stirlingmaschinen 100A und 100B, die das Abwärmerückgewinnungssystem 1 bilden, an einer Fahrbahnflächenseite eines Bodens 201 des Fahrzeugs 200 montiert, d. h. in einem Unterbodenraum. Weil der Unterbodenraum des Fahrzeugs 200 im Allgemeinen klein ist, ist es schwierig, die Stirlingmaschinen 100A und 100B in einer Höhenrichtung H beim Montieren der Stirlingmaschinen 100A und 100B in dem Unterbodenraum des Fahrzeugs 200 anzuordnen. Andererseits, weil es einen gewissen Raum in einer Längsrichtung L und einer Breitenrichtung W des Fahrzeugs 200 gibt, ist es relativ leicht, die Stirlingmaschinen 100A und 100B in der Längsrichtung L und der Breitenrichtung W des Fahrzeugs 200 anzuordnen. Darüber hinaus ist eine Strömungsrichtung des Abgases Ex von der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71, die in dem Fahrzeug 200 montiert ist, die Längsrichtung des Fahrzeugs 200. Deshalb, falls die Stirlingmaschinen 100A und 100B in dem Unterbodenraum des Fahrzeugs 200 angeordnet werden, ist es vernünftig, sie in der Längsrichtung L des Fahrzeugs 200 anzuordnen, wie in der ersten Ausführungsform.
4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Verbinden der Ausgabewellen der Stirlingmaschinen in dem Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. In den Stirlingmaschinen 100A und 100B, die das Abwärmerückgewinnungssystem 1 bilden, sind die magnetische Kopplung 9 der Stirlingmaschine 100B und die magnetische Eingangskopplung 9I der Stirlingmaschine 100A durch die Verbindungswelle 8 verbunden.
Die Kurbelwelle 110 der Stirlingmaschine 100B ist mit der magnetischen Kopplung 9 verbunden, und die magnetische Eingangskopplung 9I der Stirlingmaschine 100A ist mit der Kurbelwelle 110 der Stirlingmaschine 100A verbunden. Mit diesem Aufbau ist die Kurbelwelle 110 der Stirlingmaschine 100B mit der Kurbelwelle 110 der Stirlingmaschine 100A über die magnetische Kopplung 9, die Verbindungswelle 8 und die magnetische Eingangskopplung 9I verbunden.
Wie vorstehend beschrieben ist, können statt der magnetischen Kopplung 9 und der magnetischen Eingangskopplung 9I die Dichtungslager zwischen den Kurbelwellen 110 und den Kurbelgehäusen 114A vorgesehen sein, wie in 1 gezeigt ist, so dass die Kurbelwellen 110 direkt aus den Kurbelgehäusen 114A herausgehen. In diesem Fall sind die jeweiligen Kurbelwellen 110 der Stirlingmaschinen 100A und 100B beispielsweise durch ein Gelenk verbunden. Auf diese Weise sind in der ersten Ausführungsform die Kurbelwellen 110 der jeweiligen Stirlingmaschinen 100A und 100B indirekt oder direkt verbunden.
Durch Verbinden der Kurbelwellen 110, die an den jeweiligen Stirlingmaschinen 100A und 100B vorgesehen sind, wird die Leistung, die durch die jeweiligen Stirlingmaschinen 100A und 100B erzeugt wird, kombiniert. Die kombinierte Leistung der Stirlingmaschinen 100A und 100B wird von der Abtriebswelle 2 ausgegeben, die die magnetische Kopplung 9 der Stirlingmaschine 100A bildet, und dann mit der Leistung der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71 kombiniert, wie vorstehend beschrieben ist.
Wie in 4 gezeigt ist, haben die Stirlingmaschine 100A, die an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet ist, und die Stirlingmaschine 100B, die an der stromabwärtigen Seite der Stirlingmaschine 100A in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet ist, ihre hochtemperaturseitigen Zylinder 101 an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet. Deshalb strömt das Abgas Ex mit hoher Temperatur an Seiten der hochtemperaturseitigen Zylinder 101 der Heizbauteile 105, um dadurch das Arbeitsfluid effizient zu erwärmen, das in die hochtemperaturseitigen Zylinder 101 strömt. Als eine Folge ist es möglich, Temperaturen des Arbeitsfluids zu erhöhen, das in die hochtemperaturseitigen Zylinder 101 strömt, um dadurch den thermischen Wirkungsgrad der Stirlingmaschinen 100A und 100B zu verbessern.
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Anordnungsbeispiel der Stirlingmaschinen darstellt, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform bilden. In diesem Beispiel teilt sich die Vielzahl von Stirlingmaschinen 100A und 100B (genauer gesagt zwei) das Kurbelgehäuse 114A und die Kurbelwelle 100. Die Stirlingmaschine 100A ist an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet und die Stirlingmaschine 100B ist an der stromabwärtigen Seite der Stirlingmaschine 100A in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet. In der stromabwärtigen Richtung des Abgases Ex sind der hochtemperaturseitige Zylinder 101 und der niedertemperaturseitige Zylinder 102 der Stirlingmaschine 100A und der hochtemperaturseitige Zylinder 101 und der niedertemperaturseitige Zylinder 102 der Stirlingmaschine 100B in dieser Reihenfolge angeordnet.
Die Kurbelwelle 110 der Stirlingmaschine 100A und die Kurbelwelle 110 der Stirlingmaschine 100B sind einstückig miteinander, und eine Drehung der Kurbelwelle 110 wird über die magnetische Kopplung 9 zu der Abtriebswelle 2 übertragen. In der ersten Ausführungsform können sich die Stirlingmaschinen 100A und 100B, die das Abwärmerückgewinnungssystem 1 bilden, wie in 3-1 gezeigt ist, und dergleichen das Kurbelgehäuse 114A und die Kurbelwelle 110 teilen. Auf diese Weise wird die Einrichtung zum Verbinden der Ausgabewellen der Stirlingmaschinen 100A und 100B unnötig, und es ist möglich, Abmessungen der Stirlingmaschinen 100A und 100B in einer Ausgabewellenrichtung zu verringern.
In der ersten Ausführungsform ist eine Kombination aus dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101, dem Wärmetauscher 108 und dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 als die eine Stirlingmaschine 100 definiert, und die Maschinen, die sich die Kurbelwelle 110 und das Kurbelgehäuse 114A teilen, das ein Teil des Gehäuses ist, sind als die Vielzahl von (zwei in dem Beispiel in 5) Stirlingmaschinen 100A und 100B definiert. Als nächstes wird das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird der Verbindungsaufbau der Ausgabewellen der Stirlingmaschinen 100A und 100B und, ob sie sich das Gehäuse teilen oder nicht, nicht berücksichtigt.
6 ist eine Seitenansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 7 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Das Abwärmerückgewinnungssystem 1 hat die Vielzahl von Stirlingmaschinen 100A und 100B und ist zwischen dem Boden 201 des Fahrzeugs und der Fahrbahnoberfläche montiert, d. h. in dem Unterbodenraum des Fahrzeugs. Die Heizbauteile 105 der jeweiligen Stirlingmaschinen 100A und 100B, die das Abwärmerückgewinnungssystem 1 bilden, sind in dem Abgasdurchgang 28 angeordnet, der der Wärmemediumdurchgang ist.
Der Abgasdurchgang 28 hat einen ersten Abgasdurchgang (erster Wärmemediumdurchgang) 28A zum Einleiten des Abgases Ex in die Stirlingmaschine 100A, die an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet ist (nachstehend als die stromaufwärtige Seite bezeichnet), und einen zweiten Abgasdurchgang (zweiter Wärmemediumdurchgang) 28B zum Einleiten des Abgases Ex in die Stirlingmaschine 100B, die an der stromabwärtigen Seite der Stirlingmaschine 100A in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet ist (nachstehend als die stromabwärtige Seite bezeichnet).
Wie vorstehend beschrieben ist, gibt es wenigstens die gleiche Anzahl an Abgasdurchgängen 28 wie die Vielzahl von Stirlingmaschinen 100A und 100B. Hier hat jede der Stirlingmaschinen 100A und 100B denselben Aufbau wie die Stirlingmaschine 100, die in 1 gezeigt ist, und die Buchstaben A und B werden zur Unterscheidung zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite verwendet.
In der ersten Ausführungsform sind die Stirlingmaschinen 100A und 100B, die das Abwärmerückgewinnungssystem 1 bilden, mit dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 und dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 der Stirlingmaschine 100A und dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 und dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 der Stirlingmaschine 100B in einer Linie in dieser Reihenfolge in der stromabwärtigen Richtung des Abgases Ex angeordnet. Mit anderen Worten gesagt, sind jeweilige Zylindermittelachsen Zc in demselben Winkel in Bezug auf die Abgaswärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs angeordnet. Die beiden hochtemperaturseitigen Zylinder 101 der Stirlingmaschinen 100A und 100B sind an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet. Die Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs der jeweiligen Stirlingmaschinen 100A und 100B sind im Wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet. Weil die Ausgabewellen der Vielzahl von Stirlingmaschinen 100A und 100B miteinander verbunden sind, wie vorstehend beschrieben ist, stimmen die Mittelachsen der Ausgabewellen, d. h. die Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs der Vielzahl von Stirlingmaschinen 100A und 100B, überein. Auf diese Weise ist es möglich, die Abmessungen des Abwärmerückgewinnungssystems 1 in der Längsrichtung (Richtung der Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs) und der Breitenrichtung (Richtung senkrecht zu den Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs und den Zylindermittelachsen Zc) zu verringern.
In dem Abwärmerückgewinnungssystem 1 sind die Heizbauteile 105 im Wesentlichen parallel zu den Zylindermittelachsen Zc angeordnet, wenn auf die Stirlingmaschinen 100A und 100B in der Richtung der Abwärmeruckgewinnungsmaschinendrehachsen Zs gesehen wird. Mit anderen Worten gesagt sind Mittelachsen Zh der Heizbauteile 105 im Wesentlichen parallel zu den Zylindermittelachsen Zc angeordnet. Falls die Stirlingmaschinen 100A und 100B deshalb in der Richtung der Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs angesehen werden, ist das Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100B, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, deshalb hinter dem Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100A versteckt, das an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, wie in 7 gezeigt ist. Falls der Abgasdurchgang 28 aus einem einzelnen Rohr ausgebildet ist und die Heizbauteile der Stirlingmaschinen 100A und 100B in dem einzelnen Rohr angeordnet sind, neigt das Abgas weniger dazu, in das Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100B zu strömen, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist. Als eine Folge kann ein Leistungsunterschied zwischen der Stirlingmaschine 100A und der Stirlingmaschine 100B verursacht werden.
In der ersten Ausführungsform ist ein Teilungsbauteil 29 zwischen dem Heizbauteil 105 der stromaufwärtigen Stirlingmaschine 100A und dem Heizbauteil 105 der stromabwärtigen Stirlingmaschine 100B vorgesehen. Auf diese Weise ist der Abgasdurchgang 28, der aus dem einzelnen Rohr ausgebildet ist, mit dem Teilungsbauteil 29 geteilt, und der erste Abgasdurchgang 28A und der zweite Abgasdurchgang 28B sind in dem Abgasdurchgang 28 ausgebildet, der aus dem einzelnen Rohr ausgebildet ist. Das Abgas Ex strömt in sowohl einen Einlass 28I1 des ersten Abgasdurchgangs 28A als auch in einen Einlass 28I2 des zweiten Abgasdurchgangs 28B, strömt in die Heizbauteile 105 der jeweiligen Stirlingmaschinen 100A und 100B, und strömt dann aus sowohl einem Auslass 28W1 des ersten Abgasdurchgangs 28A als auch aus einem Auslass 28W2 des zweiten Abgasdurchgangs 28B aus.
Mit diesem Aufbau, weil das Abgas Ex separat in sowohl den ersten Abgasdurchgang 28A als auch den zweiten Abgasdurchgang 28B eingeleitet wird, haben das Abgas Ex, das zu dem Heizbauteil 105 der stromabwärtigen Stirlingmaschine 100A zugeführt wird, und das Abgas Ex, das zu dem Heizbauteil 105 der stromabwärtigen Stirlingmaschine 100B zugeführt wird, im Wesentlichen die gleiche Temperatur. Als eine Folge sind die Leistung, die durch die Stirlingmaschine 100A erzeugt wird, und die Leistung, die durch die Stirlingmaschine 100B erzeugt wird, im Wesentlichen gleich und der Leistungsunterschied zwischen diesen verringert sich. Falls die Leistung der Stirlingmaschinen 100A und 100B kombiniert wird und ausgegeben wird, wie in dem Abwärmerückgewinnungssystem 1, ist deshalb ein Mechanismus zum Absorbieren des Leistungsunterschieds zwischen den jeweiligen Stirlingmaschinen 100A und 100B unnötig oder kann ein einfacher Aufbau sein.
Das Teilungsbauteil 29 kann zwischen dem Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100A, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und dem Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100B vorgesehen sein, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt ist es nur wesentlich, dass das Teilungsbauteil 29 zwischen der Seite des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 des Heizbauteils 105 der Stirlingmaschine 100A, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und der Seite des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 des Heizbauteils 105 der Stirlingmaschine 100B angeordnet ist, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist (bei Abschnitten A und B in 6). Falls jedoch das Teilungsbauteil 29 auch an der Seite des Heizbauteils 105 der Stirlingmaschine 100A, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und an dem Seitenabschnitt des Heizbauteils 105 der Stirlingmaschine 100B, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, vorgesehen ist, wie in der ersten Ausführungsform, ist es möglich, das Abgas Ex zuverlässiger zu teilen, um es in die Heizbauteile der jeweiligen Stirlingmaschinen 100A und 100B einzuleiten. Wenn die Regeneratoren 106, die in 1 gezeigt sind, im Inneren des ersten Abgasdurchgangs 28A und des zweiten Abgasdurchgangs 28B angeordnet sind, ist es bevorzugt, das Teilungsbauteil 29 auch an dem Seitenabschnitt der Regeneratoren 106 vorzusehen.
Insbesondere in der ersten Ausführungsform ist der zweite Abgasdurchgang 28B benachbart zu dem Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100A vorgesehen, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und der erste Abgasdurchgang 28A ist benachbart zu dem Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100B vorgesehen, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist. Deshalb ist es durch Vorsehen des Teilungsbauteils 29 auch an dem Seitenabschnitt der Heizbauteile 105 möglich, einen Kontakt zwischen den Heizbauteilen 105 der jeweiligen Stirlingmaschinen 100A und 100B und dem Abgas Ex, das durch den ersten Abgasdurchgang 28A strömt, oder dem Abgas Ex zu unterdrücken, das durch den zweiten Abgasdurchgang 28B strömt.
Mit anderen Worten gesagt wird in dem zweiten Abgasdurchgang 28B ein Kontakt zwischen dem Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100A, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und dem Abgas Ex, das durch den zweiten Abgasdurchgang 28B strömt, unterdrückt, und deshalb strömt das Abgas Ex in das Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100B, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, mit einer minimalen Temperaturverringerung. In dem ersten Abgasdurchgang 28A ist andererseits ein Kontakt zwischen dem Abgas Ex mit verminderter Temperatur, nachdem es durch das Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100A hindurchgegangen ist, das an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und dem Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100B, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, unterdrückt, und deshalb ist es möglich, eine Verringerung der Temperatur des stromabwärtsseitigen Heizbauteils 105 zu unterdrücken. Als eine Folge ist es möglich, den Leistungsunterschied zwischen den Stirlingmaschinen 100A und 100B zuverlässiger zu unterdrücken.
Ein Wärmeisolator 30 kann zwischen dem Heizbauteil 105, das an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet ist, und dem Wärmemediumdurchgang vorgesehen sein, der mit dem Heizbauteil 105 versehen ist, das an der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet ist, d. h. dem zweiten Abgasdurchgang 28B (das Gleiche gilt für die folgenden Beispiele). Auf diese Weise ist es möglich, eine Übertragung von Wärme des Abgases Ex, das durch den zweiten Abgasdurchgang 28B strömt, zu dem Heizbauteil 105 der stromaufwärtsseitigen Stirlingmaschine 100A zu unterdrücken, die benachbart zu dem zweiten Abgasdurchgang 28B vorgesehen ist. Als eine Folge ist es möglich, die Verringerung der Temperatur des Abgases Ex, das in das Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100B strömt, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, zuverlässiger zu unterdrücken, um dadurch den Leistungsunterschied zwischen den Stirlingmaschinen 100A und 100B zuverlässiger zu verringern. Der Wärmeisolator 30 kann an der Seite des zweiten Abgasdurchgangs 28B oder an der Seite des Heizbauteils 105 der Stirlingmaschine 100A angeordnet sein, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist. Alternativ kann das Teilungsbauteil 29 einen Wärmeisolationsaufbau haben.
In einem Abschnitt des ersten Abgasdurchgangs 28A, der benachbart zu dem Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100B ist, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, strömt das Abgas Ex, von dem Wärmeenergie durch das Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100A zurückgewonnen wurde, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und dessen Temperatur sich verringert hat. Deshalb kann ein Wärmeisolator auch zwischen dem Heizbauteil 105, das an der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet ist, und dem Wärmemediumdurchgang vorgesehen sein, der mit dem Heizbauteil 105 versehen ist, das an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet ist, d. h. dem ersten Abgasdurchgang 28A (das Gleiche gilt für die folgenden Beispiele).
Auf diese Weise ist es möglich, eine Entnahme der Wärme des Abgases Ex, das in das Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100B strömt, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, durch das Abgas Ex mit verringerter Temperatur zu unterdrücken, das durch den ersten Abgasdurchgang 28A strömt. Als eine Folge ist es möglich, einen Temperaturunterschied zwischen den jeweiligen Heizbauteilen 105 der Stirlingmaschinen 100A und 100B zu unterdrücken, um dadurch zuverlässiger den Leistungsunterschied zwischen den Stirlingmaschinen 100A und 100B zu verringern. Dieser Wärmeisolator kann an der Seite des ersten Abgasdurchgangs 28A oder an der Seite des Heizbauteils 105 der Stirlingmaschine 100B vorgesehen sein, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist. Alternativ kann das Teilungsbauteil einen Wärmeisolationsaufbau haben.
Das Teilungsbauteil 29 ist beispielsweise ein plattenförmiges Bauteil, das im Inneren des Abgasdurchgangs 28 montiert sein kann oder an der Stirlingmaschine 100A oder 100B montiert sein kann. Falls •das Teilungsbauteil 29 im Inneren des Abgasdurchgangs montiert ist, ist es beispielsweise an eine Abgasdurchgangsinnenwandfläche angeschweißt, die dem Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100A oder 100B zugewandt ist. Falls das Teilungsbauteil 29 an der Stirlingmaschine 100A oder 100B montiert ist, ist beispielsweise das Teilungsbauteil 29 an dem Heizbauteil 105 fixiert oder das Teilungsbauteil 29 ist an der Basisplatte 111 fixiert, die in 1 gezeigt ist.
Obwohl das Abwärmerückgewinnungssystem 1 die zwei Stirlingmaschinen 100A und 100B hat, ist die Anzahl der Stirlingmaschinen nicht darauf begrenzt. Der Abgasdurchgang 28, der der Wärmemediumdurchgang ist, ist in wenigstens die gleiche Anzahl von Durchgängen wie die Stirlingmaschinen gemäß der Anzahl der Stirlingmaschinen geteilt.
(Erste Modifikation)
8 ist eine Seitenansicht, die ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt. 9 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt. Die erste Modifikation hat im Wesentlichen ähnliche Anordnungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, aber unterscheidet sich darin, dass jeweilige Heizbauteile 105a von Stirlingmaschinen 100Aa und 100Ba geneigt sind. Andere Anordnungen sind gleich zu denjenigen der ersten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, und die Anordnungen, die in der ersten Ausführungsform offenbart sind, können ebenso auf die erste Modifikation angewendet werden.
Wie in 8 und 9 gezeigt ist, ist in einem Abwärmerückgewinnungssystem 1a ein Teilungsbauteil 29a zwischen dem Heizbauteil 105a der Stirlingmaschine 100Aa, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und dem Heizbauteil 105a der Stirlingmaschine 100Ba vorgesehen, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein Inneres des Abgasdurchgangs 28a, der aus einem einzelnen Rohr ausgebildet ist, mit dem Teilungsbauteil 29a geteilt, und ein erster Abgasdurchgang 28Aa und ein zweiter Abgasdurchgang 28Ba sind in dem Abgasdurchgang 28a ausgebildet, der aus dem einzelnen Rohr ausgebildet ist.
Wie in 9 gezeigt ist, haben die stromaufwärtige Stirlingmaschine 100Aa und die stromabwärtige Stirlingmaschine 100Ba, die das Abwärmerückgewinnungssystem 1a bilden, die jeweiligen Heizbauteile 105a, die in entgegengesetzte Richtungen in Bezug auf eine Ebene geneigt sind, die die Zylindermittelachsen Zc und die Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs umfassen. Mit anderen Worten gesagt, schneiden sich Mittelachsen Zh der jeweiligen Heizbauteile 105a in vorbestimmten Winkeln θ1. Die jeweiligen Heizbauteile 105a der Stirlingmaschinen 100Aa und 100Ba sind in dem ersten Abgasdurchgang 28Aa bzw. dem zweiten Abgasdurchgang 28Ba angeordnet, während sie in Bezug auf die Ebene geneigt sind. Als eine Folge sind die jeweiligen Heizbauteile 105a der Stirlingmaschinen 100Aa und 100Ba voneinander in entgegengesetzten Richtungen in einer Richtung senkrecht zu den Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs versetzt, die die Mittelachsen der Ausgabewellen sind. Die hochtemperaturseitigen Zylinder 101 und die niedertemperaturseitigen Zylinder 102 der Stirlingmaschinen 100Aa und 100Ba sind in einer Linie angeordnet, so dass alle Zylindermittelachsen Zc parallel sind.
Wie vorstehend beschrieben ist, wenn die Heizbauteile der Stirlingmaschinen 100Aa und 100Ba geneigt sind, wird eine Überlappung zwischen dem stromaufwärtigen Heizbauteil 105a und dem stromabwärtigen Heizbauteil 105a kleiner als die zwischen den Heizbauteilen 105a, die nicht geneigt sind, wenn auf die Stirlingmaschinen 100Aa und 100Ba in der Richtung der Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs gesehen wird. Auf diese Weise ist es möglich, gebogene Abschnitte des ersten Abgasdurchgangs 28Aa und des zweiten Abgasdurchgangs 28Ba im Vergleich zu dem Fall zu verringern, in dem die jeweiligen Heizbauteile 105a der Stirlingmaschinen 100Aa und 100Ba nicht geneigt sind. Als eine Folge ist es möglich, einen Widerstand auf die Strömungen des Abgases zu verringern, und deshalb ist es möglich, eine Verringerung eines Abwärmewirkungsgrads der thermischen Maschine zu unterdrücken, für die die Abwärmerückgewinnung bestimmt ist, d. h. der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71, die in 3-1 in der ersten Modifikation gezeigt ist, zusätzlich zu dem Betrieb und den Effekten der ersten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben sind. Darüber hinaus ist es möglich, eine Form des Teilungsbauteils 29a in dem Abwärmerückgewinnungssystem 1a im Vergleich zu dem Fall zu vereinfachen, wo die Heizbauteile 105a nicht geneigt sind, was ein Herstellen, eine Wartung und eine Inspektion des Abwärmerückgewinnungssystems 1a erleichtert.
(Zweite Modifikation)
10 ist eine Seitenansicht, die ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt. 11 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt. Die zweite Modifikation ist im Wesentlichen gleich zu der vorstehend beschriebenen ersten Modifikation der ersten Ausführungsform, aber unterscheidet sich darin, dass die Heizbauteile 105b der Stirlingmaschinen 100Ab und 100Bb durch Neigen des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 und des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 der Stirlingmaschine 100Ab und des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 und des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 der Stirlingmaschine 100Bb geneigt sind. Andere Anordnungen sind gleich zu denjenigen der vorstehend beschriebenen ersten Modifikation der ersten Ausführungsform, und die Anordnungen, die in der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform offenbart sind, können auch auf die zweite Modifikation angewendet werden.
Wie in 10 und 11 gezeigt ist, ist in einem Abwärmerückgewinnungssystem 1b ein Teilungsbauteil 29b zwischen dem Heizbauteil 105b der Stirlingmaschine 100Ab, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und dem Heizbauteil 105b der Stirlingmaschine 100Bb vorgesehen, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein Inneres eines Abgasdurchgangs 28b, der aus einem einzelnen Rohr ausgebildet ist, mit dem Teilungsbauteil 29b geteilt, und ein erster Abgasdurchgang 28Ab und ein zweiter Abgasdurchgang 28Bb sind in dem Abgasdurchgang 28b ausgebildet, der aus dem einzelnen Rohr ausgebildet ist.
Wie in 11 gezeigt ist, sind Zylindermittelachsen Zc des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 und des niedertemperaturseitigen Zylinders 102, die die stromaufwärtige Stirlingmaschine 100Ab bilden, und Zylindermittelachsen Zc des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 und des niedertemperaturseitigen Zylinders 102, die die stromabwärtige Stirlingmaschine 100Bb bilden, in entgegengesetzte Richtungen um Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs geneigt. In jeder der Stirlingmaschinen 100Ab und 100Bb sind eine Mittelachse Zh des Heizbauteils 105b und die Zylindermittelachsen Zc parallel. Deshalb sind bei dem vorstehenden Aufbau die jeweiligen Heizbauteile 105b in verschiedene Richtungen um die Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs geneigt und die Mittelachsen Zh der jeweiligen Heizbauteile 105b schneiden sich in vorbestimmten Winkeln θ2. Als eine Folge sind die jeweiligen Heizbauteile 105b der Stirlingmaschinen 100Ab und 100Bb in entgegengesetzten Richtungen in einer Richtung senkrecht zu den Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs voneinander versetzt, die die Mittelachsen der Ausgabewellen sind.
Mit diesem Aufbau ist es möglich, gebogene Abschnitte des ersten Abgasdurchgangs 28Ab und des zweiten Abgasdurchgangs 28Bb im Vergleich zu dem Fall zu verringern, wo die jeweiligen Heizbauteile 105a der Stirlingmaschinen 100Ab und 100Bb nicht geneigt sind. Als eine Folge kann die zweite Modifikation einen ähnlichen Betrieb und Effekte wie diejenigen der vorstehend beschriebenen ersten Modifikation der ersten Ausführungsform ausüben.
Jede von der ersten Ausführungsform und ihren Modifikationen hat die Vielzahl von Abwärmerückgewinnungsmaschinen zum Zurückgewinnen der Wärmeenergie des Wärmemediums, das von einem Abwärmerückgewinnungsziel abgegeben wird, und wenigstens die gleiche Anzahl von Wärmemediumdurchgängen, die wenigstens in der gleichen Anzahl der Abwärmerückgewinnungsmaschinen zum Bewirken vorgesehen sind, dass das Wärmemedium durch sie hindurchgeht. Die Heizbauteile, die an den jeweiligen Abwärmerückgewinnungsmaschinen vorgesehen sind, sind in den jeweiligen Wärmemediumdurchgängen angeordnet, und die jeweiligen Heizbauteile sind von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Wärmemediums orientiert. Auf diese Weise werden die Wärmemedien separat zu den Heizbauteilen zugeführt, die an den jeweiligen Abwärmerückgewinnungsmaschinen vorgesehen sind, und deshalb ist es möglich, den Temperaturunterschied zwischen den Wärmemedien zu verringern, die zu den jeweiligen Heizbauteilen zugeführt werden. Als eine Folge erzeugen die jeweiligen Abwärmerückgewinnungsmaschinen im Wesentlichen den gleichen Grad an Leistung, und deshalb ist es möglich, den Unterschied in der erzeugten Leistung zwischen den jeweiligen Abwärmerückgewinnungsmaschinen zu verringern, wenn die Vielzahl von Abwärmerückgewinnungsmaschinen verwendet wird, um die Abwärme zurückzugewinnen.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform hat im Wesentlichen gleiche Anordnungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform, aber unterscheidet sich darin, dass ein Wärmemediumdurchgang, der mit einem Heizbauteil einer Abwärmerückgewinnungsmaschine versehen ist, die an einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung eines Wärmemediums angeordnet ist, und ein Wärmemediumdurchgang, der mit einem Heizbauteil einer Abwärmerückgewinnungsmaschine versehen ist, die an einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Wärmemediums angeordnet ist, aus verschiedenen Rohren ausgebildet sind, die unabhängig voneinander sind. Andere Anordnungen sind gleich zu denjenigen der ersten Ausführungsform.
12 ist eine Draufsicht, die ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. 13 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. Weil ein Aufbau einer Vielzahl von Stirlingmaschinen 100Ac und 100Bc, die ein Abwärmerückgewinnungssystem 1c bilden, und ein Aufbau von ihren Zylindern gleich zu denjenigen der ersten Ausführungsform ist, die vorstehend beschrieben ist, wird eine Beschreibung von diesen weggelassen.
Abgasdurchgänge 28c, die die Wärmemediumdurchgänge zum Zuführen eines Abgases Ex der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71, die in 3-1 gezeigt ist, zu Heizbauteilen 105c der Stirlingmaschinen 100Ac und 100Bc sind, die das Abwärmerückgewinnungssystem 1c bilden, sind aus den zwei unterschiedlichen Rohren ausgebildet. Mit anderen Worten gesagt sind die Abgasdurchgänge 28c aus einem ersten Abgasdurchgang 28Ac, in dem das Heizbauteil 105c der Stirlingmaschine 100Ac angeordnet ist, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und aus einem zweiten Abgasdurchgang 28Bc ausgebildet, in dem das Heizbauteil 105c der Stirlingmaschine 100Bc angeordnet ist, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist.
Die jeweiligen Heizbauteile 105c der Stirlingmaschinen 100Ac und 100Bc sind in dem ersten Abgasdurchgang 28Ac und dem zweiten Abgasdurchgang 28Bc vorgesehen, die aus den unterschiedlichen Rohren ausgebildet sind. Auf diese Weise wird das Abgas Ex separat in sowohl den ersten Abgasdurchgang 28Ac als auch den zweiten Abgasdurchgang 28Bc eingeleitet und deshalb wird die Temperatur des Abgases Ex, das zu dem Heizbauteil 105a der stromaufwärtigen Stirlingmaschine 100Ac zugeführt wird, und die Temperatur des Abgases Ex, das zu dem Heizbauteil 105a der stromabwärtigen Stirlingmaschine 100Bc zugeführt wird, im Wesentlichen gleich. Als eine Folge werden Grade einer Leistung, die durch die Stirlingmaschine 100Ac erzeugt wird, und einer Leistung, die durch die Stirlingmaschine 100Bc erzeugt wird, im Wesentlichen gleich und ein Leistungsunterschied zwischen diesen verringert sich.
In dem Abwärmerückgewinnungssystem 1c beherbergen der erste Abgasdurchgang 28Ac und der zweite Abgasdurchgang 28Bc, die voneinander getrennt sind, entsprechend die Heizbauteile 105c der Stirlingmaschinen 100Ac und 100Bc. Auf diese Weise ist es möglich, ein Mischen zwischen dem Abgas Ex in dem ersten Abgasdurchgang 28Ac und dem Abgas Ex in dem zweiten Abgasdurchgang 28Bc vollständig zu vermeiden, und deshalb ist es relativ leicht, Temperaturen des Abgases Ex zu steuern, das zu den jeweiligen Heizbauteilen 105c der Stirlingmaschinen 100Ac und 100Bc zugeführt wird. Darüber hinaus wird das Teilungsbauteil zum Teilen des Inneren des einzelnen Abgasdurchgangs unnötig, was es relativ leicht macht, das Abwärmerückgewinnungssystem 1c auszubilden.
(Erste Modifikation)
14 ist eine Seitenansicht, die ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einer ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt. 15 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt. Die erste Modifikation hat im Wesentlichen gleiche Strukturen wie diejenigen der zweiten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, aber unterscheidet sich darin, dass die jeweiligen Heizbauteile 105d von Stirlingmaschinen 100Ad und 100Bd geneigt sind. Andere Strukturen sind die gleichen wie diejenigen der zweiten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, und die Strukturen, die in der zweiten Ausführungsform offenbart sind, können auch auf die erste Modifikation angewendet werden.
Wie in 15 gezeigt ist, haben die stromaufwärtige Stirlingmaschine 100Ad und die stromabwärtige Stirlingmaschine 100Bd, die ein Abwärmerückgewinnungssystem 1d bilden, die jeweiligen Heizbauteile 105d, die in verschiedenen Richtungen in Bezug auf eine Ebene geneigt sind, die Zylindermittelachsen Zc und die Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs umfasst. Mit anderen Worten gesagt schneiden sich Mittelachsen Zh der jeweiligen Heizbauteile 105d in vorbestimmten Winkeln θ1. Die jeweiligen Heizbauteile 105d der Stirlingmaschinen 100Ad und 100Bd sind in einem ersten Abgasdurchgang 28Ad bzw. einem zweiten Abgasdurchgang 28Bd angeordnet, während sie in Bezug auf die Ebene geneigt sind. Als eine Folge sind die jeweiligen Heizbauteile 105d der Stirlingmaschinen 100Ad und 100Bd in entgegengesetzte Richtungen in einer Richtung senkrecht zu den Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs zueinander versetzt, die die Mittelachsen der Ausgabewellen sind. Die hochtemperaturseitigen Zylinder 101 und die niedertemperaturseitigen Zylinder 102 der Stirlingmaschinen 100Ad und 100Bd sind in einer Linie angeordnet, so dass alle Zylindermittelachsen Zc parallel sind.
Wie in 14 und 15 gezeigt ist, sind in dem Abwärmerückgewinnungssystem 1d Abgasdurchgänge 28d zum Zuführen des Abgases Ex zu den Stirlingmaschinen 100Ad und 100Bd aus den verschiedenen Rohren ausgebildet. Mit anderen Worten gesagt, sind die Abgasdurchgänge 28d aus dem ersten Abgasdurchgang 28Ad und dem zweiten Abgasdurchgang 28Bd ausgebildet. Das Heizbauteil 105d der Stirlingmaschine 100Ad, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, ist in dem ersten Abgasdurchgang 28Ad aufgenommen, und das Heizbauteil 105d der Stirlingmaschine 100Bd, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, ist in dem zweiten Abgasdurchgang 28Bd aufgenommen.
Weil die Heizbauteile 105d der Stirlingmaschinen 100Ad und 100Bd in dem Abwärmerückgewinnungssystem 1d geneigt sind, ist es möglich, gebogene Abschnitte des ersten Abgasdurchgangs 28Ad und des zweiten Abgasdurchgangs 28Bd im Vergleich zu dem Fall zu verringern, in dem die jeweiligen Heizbauteile 105d nicht geneigt sind. Als eine Folge ist es möglich, einen Widerstand auf die Strömungen des Abgases Ex zu verringern, und deshalb ist es möglich, eine Verringerung eines Abwärmewirkungsgrads der thermischen Maschine zu unterdrücken, für die die Abwärmerückgewinnung bestimmt ist, d. h. der Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 71, die in 3-1 in der ersten Modifikation gezeigt ist, zusätzlich zu dem Betrieb und den Effekten der zweiten Ausführungsform.
(Zweite Modifikation)
16 ist eine Seitenansicht, die ein Abwärmerückgewinnungssystem gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt. 17 ist eine Vorderansicht, die das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt. Die zweite Modifikation ist im Wesentlichen gleich zu der vorstehend beschriebenen ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform, aber unterscheidet sich darin, dass Heizbauteile 105e von Stirlingmaschinen 100Ae und 100Be durch Neigen des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 und des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 der Stirlingmaschine 100Ae und des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 und des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 der Stirlingmaschine 100Be geneigt sind. Andere Strukturen sind gleich zu denjenigen der vorstehend beschriebenen ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform und die Strukturen, die in der ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform offenbart sind, können auch auf die zweite Modifikation angewendet werden.
Wie in 17 gezeigt ist, sind Zylindermittelachsen Zc des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 und des niedertemperaturseitigen Zylinders 102, die die stromaufwärtige Stirlingmaschine 100Ae bilden, und Zylindermittelachsen Zc des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 und des niedertemperaturseitigen Zylinders 102, die die stromabwärtige Stirlingmaschine 100Be bilden, in verschiedene Richtungen um Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs geneigt. In jeder der Stirlingmaschinen 100Ae und 100Be sind eine Mittelachse Zh des Heizbauteils 105e und die Zylindermittelachsen Zc parallel. Deshalb sind bei dem vorstehenden Aufbau die jeweiligen Heizbauteile 105e in verschiedene Richtungen um die Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs geneigt und die Mittelachsen Zh der jeweiligen Heizbauteile 105e schneiden sich in vorbestimmten Winkeln θ2.
Als eine Folge sind die jeweiligen Heizbauteile 105e der Stirlingmaschinen 100Ae und 100Be in entgegengesetzten Richtungen in einer Richtung senkrecht zu den Abwärmerückgewinnungsmaschinendrehachsen Zs voneinander versetzt, die die Mittelachsen der Ausgabewellen sind.
Wie in 16 und 17 gezeigt ist, sind in einem Abwärmerückgewinnungssystem 1e Abgasdurchgänge 28e zum Zuführen des Abgases Ex zu den Stirlingmaschinen 100Ae und 100Be aus verschiedenen Rohren ausgebildet. Mit anderen Worten gesagt sind die Abgasdurchgänge 28e aus einem ersten Abgasdurchgang 28Ae und einem zweiten Abgasdurchgang 28Be ausgebildet. Das Heizbauteil 105e der Stirlingmaschine 100Ae, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, ist in dem ersten Abgasdurchgang 28Ae aufgenommen, und das Heizbauteil 105e der Stirlingmaschine 100Be, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, ist in dem zweiten Abgasdurchgang 28Be aufgenommen.
Mit diesem Aufbau ist es möglich, gebogene Abschnitte des ersten Abgasdurchgangs 28Ae und des zweiten Abgasdurchgangs 28Be im Vergleich zu dem Fall zu verringern, wo die jeweiligen Heizbauteile 105e der Stirlingmaschinen 100Ae und 100Be nicht geneigt sind. Als eine Folge kann die zweite Modifikation einen gleichen Betrieb und gleiche Effekte wie diejenigen der zuvor beschriebenen ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform ausüben.
Die zweite Ausführungsform und ihren Modifikationen umfassen die Strukturen, die gleich zu denjenigen der ersten Ausführungsform und ihren Modifikationen ist, und üben deshalb einen gleichen Betrieb und gleiche Effekte wie diejenigen der ersten Ausführungsform und deren Modifikationen aus. In der zweiten Ausführungsform und deren Modifikationen sind die Wärmemediumdurchgänge zum Zuführen der Wärmemedien zu den Abwärmerückgewinnungsmaschinen aus den separaten Rohren ausgebildet. Auf diese Weise ist es möglich, ein Mischen zwischen den Wärmemedien, die durch die jeweiligen Wärmemediumdurchgänge strömen, komplett zu vermeiden, und deshalb ist es relativ leicht, Temperaturen der Wärmemedien zu steuern, die zu den jeweiligen Heizbauteilen der Abwärmerückgewinnungsmaschine zugeführt werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie vorstehend beschrieben ist, ist das Abwärmerückgewinnungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung beim Rückgewinnen der Abwärme durch Verwenden der Abwärmerückgewinnungsmaschinen nützlich und ist zum Verringern eines Unterschieds einer erzeugten Leistung zwischen den jeweiligen Abwärmerückgewinnungsmaschinen geeignet.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e: Abwärmerückgewinnungssystem
2: Abtriebswelle
8: Verbindungswelle
28, 28A, 28B, 28a, 28Aa, 28Ba, 28b, 28Ab, 28Bb, 28c, 28Ac, 28Bc, 28d, 28Ad, 28Bd, 28e, 28Ae, 28Be: Abgasdurchgang
29, 29a, 29b: Teilungsbauteil
30: Wärmeisolator
71: Kraftmaschine mit innerer Verbrennung
100, 100A, 100B, 100Aa, 100Ba, 100Ab, 100Bb, 100Ac, 100Bc, 100Ad, 100Bd, 100Ae, 100Be: Stirlingmaschine
101: hochtemperaturseitiger Zylinder
102: niedertemperaturseitiger Zylinder
103: hochtemperaturseitiger Kolben
104: niedertemperaturseitiger Kolben
105, 105a, 105b, 105c, 105d, 105e: Heizbauteil
106: Regenerator
107: Kühler
108: Wärmetauscher
110: Kurbelwelle
114: Gehäuse
114A: Kurbelgehäuse
114B: Zylinderblock
200: Fahrzeug
201: Boden

ZUSAMMENFASSUNG
(Dt. Übersetzung der Zusammenfassung der ursprünglich eingereichten Fassung)
Ein Abwärmerückgewinnungssystem 1 hat eine Vielzahl von Stirlingmaschinen 100A und 100B. Heizbauteile 105 der Stirlingmaschinen 100A und 100B sind in einem Abgasdurchgang 28 angeordnet, der ein Wärmemediumdurchgang ist. Ein Inneres des Abgasdurchgangs 28 ist mit einem Trennbauteil 29 in einen ersten Abgasdurchgang 28A und einen zweiten Abgasdurchgang 28B geteilt. Das Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100A, die an einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet ist, ist in dem ersten Abgasdurchgang 28A vorgesehen, und das Heizbauteil 105 der Stirlingmaschine 100B, die an einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases Ex angeordnet ist, ist in dem zweiten Abgasdurchgang 28B angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007-187139 [0002]

Claims

Abwärmerückgewinnungssystem mit: einer Vielzahl von Abwärmerückgewinnungsmaschinen, von denen jede ein Heizbauteil zum Übertragen einer Wärmeenergie eines Wärmemediums, das von einem Abwärmerückgewinnungsziel abgegeben wird, zu einem Arbeitsfluid hat und Leistung durch Wärmeenergie des Wärmemediums erzeugt; und Wärmemediumdurchgängen, die wenigstens in der gleichen Anzahl der Abwärmerückgewinnungsmaschinen vorgesehen sind und ein Hindurchströmen des Wärmemediums bewirken, wobei das Heizbauteil, das an jeder der Abwärmerückgewinnungsmaschinen vorgesehen ist, in jedem der Wärmemediumdurchgänge vorgesehen ist, und die jeweiligen Heizbauteile von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Wärmemediums orientiert sind.
Abwärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 1, wobei die jeweiligen Wärmemediumdurchgänge durch Teilen eines einzelnen Rohrs mit einem Teilungsbauteil ausgebildet sind, das zwischen den Heizbauteilen vorgesehen ist, die an den jeweiligen Abwärmerückgewinnungsmaschinen vorgesehen sind.
Abwärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 2, wobei ein Wärmeisolator zwischen dem Heizbauteil, das an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Wärmemediums vorgesehen ist, und dem Wärmemediumdurchgang vorgesehen ist, der mit dem Heizbauteil versehen ist, das an der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Wärmemediums angeordnet ist.
Abwärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 1, wobei die jeweiligen Wärmemediumdurchgänge aus verschiedenen Rohren ausgebildet sind, die unabhängig voneinander sind.
Abwärmerückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die jeweiligen Heizbauteile in entgegengesetzten Richtungen in einer Richtung senkrecht zu Mittelachsen von Ausgabewellen der Abwärmerückgewinnungsmaschinen voneinander versetzt sind.
Abwärmerückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die jeweiligen Ausgabewellen der Vielzahl von Abwärmerückgewinnungsmaschinen miteinander verbunden sind.