DE112015000767T5

DE112015000767T5 - Schneckenexpander

Info

Publication number: DE112015000767T5
Application number: DE112015000767.9T
Authority: DE
Inventors: Yuuta Tanaka
Original assignee: Sanden Holdings Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-11-10
Also published as: JP6228027B2; US10301940B2; JP2015151892A; WO2015122373A1; US20170167262A1; CN105980661B; CN105980661A

Abstract

Geschaffen wird ein Schneckenexpander, der integriert einen Bypass-Durchgang und ein Bypass-Ventil aufweist, das dafür ausgelegt ist, den Bypass-Durchgang zu öffnen und zu schließen, ohne dass die Länge in der Wellenrichtung des Schneckenexpanders so sehr vergrößert wird. Ein Schneckenexpander 23 weist folgende Merkmale auf: eine Saugöffnung 513, die den Eintritt eines Hochdruckstroms eines Arbeitsfluids ermöglicht und die den eintretenden Strom des Arbeitsfluids in eine Expansionskammer leitet; eine Abgabeöffnung 523, die es ermöglicht, dass das in der Expansionskammer auf einen niedrigeren Druck expandierte Arbeitsfluid herausfließt; einen Bypass-Durchgang 27, durch den die Saugöffnung 513 mit der Abgabeöffnung 523 in Verbindung steht, wobei die Expansionskammer umgangen wird; und ein Bypass-Ventil 28, das dafür ausgelegt ist, den Bypass-Durchgang 27 zu öffnen und zu schließen, wobei die Saugöffnung 513, der Bypass-Durchgang 27 und ein Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 für eine Befestigung des Bypass-Ventils 28 in einer Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 ausgebildet sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schneckenexpander, insbesondere einen Schneckenexpander, der in geeigneter Weise in einem Rankine-Zyklus integriert ist.
STAND DER TECHNIK
Ein Schneckenexpander (oder Scroll-Expander bzw. eine Schneckenerweiterungs- oder -entspannungsvorrichtung) ist herkömmlich bekannt, wie in Patentdokument 1 offenbart. Der in Patentdokument 1 offenbarte Schneckenexpander ist integriert versehen mit einem Hochdruckteil, in das ein Hochdruckarbeitsfluid (Kühlmittel) eingeführt wird, einem Antriebsteil, das durch eine Expansion des von dem Hochdruckteil zugeführten Arbeitsfluids angetrieben wird, einem Niederdruckteil, das es dem Arbeitsfluid gestattet, aus dem Schneckenexpander herauszufließen, nachdem es in dem Antriebsteil auf einen niedrigeren Druck expandiert wurde, einem Verbindungsdurchgang (Bypass-Durchgang), durch den das Hochdruckteil mit dem Niederdruckteil in Verbindung steht, während das Antriebsteil umgangen wird, sowie einem Ventilmechanismus (Bypass-Ventil), der dafür ausgelegt ist, den Verbindungsdurchgang zu öffnen und zu schließen.
LISTE DER REFERENZDOKUMENTE-PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JP 4689498 B

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Der herkömmliche Schneckenexpander umfasst jedoch ein zusätzliches Gehäuse auf der rückwärtigen Oberfläche einer Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung. Das Gehäuse und die Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung definieren das dazwischen angeordnete Hochdruckteil, und der Ventilmechanismus ist an dem Gehäuse angebracht. Diese Konfiguration erhöht die Länge in der Wellenrichtung des herkömmlichen Schneckenexpanders, was sich als problematisch erweist.
In Anbetracht dessen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Schneckenexpander zu schaffen, der integriert einen Verbindungsdurchgang (Bypass-Durchgang) sowie ein Bypass-Ventil aufweist, das dafür ausgelegt ist, den Bypass-Durchgang zu öffnen und zu schließen, ohne dass die Länge in der Wellenrichtung des Schneckenexpanders wesentlich vergrößert wird.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Schneckenexpander (oder Scroll-Expander bzw. eine Schneckenerweiterungs- oder -entspannungsvorrichtung) vorgesehen, in dem eine feststehende Schneckeneinrichtung (Scroll) und eine bewegliche Schneckeneinrichtung (Scroll) eine Expansionskammer zwischen sich definieren, und in dem die bewegliche Schneckeneinrichtung so ausgelegt ist, dass sie durch eine Expansion des Arbeitsfluids in der Expansionskammer angetrieben wird, wobei der Schneckenexpander eine Saugöffnung, eine Abgabeöffnung, einen Bypass-Durchgang sowie ein Bypass-Ventil aufweist. Die Saugöffnung ermöglicht den Eintritt eines Hochdruckstroms des Arbeitsfluids, wobei sie den eintretenden Strom des Arbeitsfluids in die Expansionskammer führt. Die Abgabeöffnung ermöglicht ein Herausfließen des in der Expansionskammer auf einen niedrigeren Druck expandierten Arbeitsfluids. Durch den Bypass-Durchgang kommuniziert die Saugöffnung mit der Abgabeöffnung, während die Expansionskammer umgangen wird. Das Bypass-Ventil ist dafür ausgelegt, den Bypass-Durchgang zu öffnen und zu schließen. Die Saugöffnung, der Bypass-Durchgang sowie ein Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Bypass-Ventils sind in einer Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung ausgebildet.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
In dem Schneckenexpander sind die Saugöffnung, der Bypass-Durchgang und der Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Bypass-Ventils in der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung ausgebildet. Diese Konfiguration beseitigt die Notwendigkeit; die rückwärtige Oberfläche der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung mit einem zusätzlichen Element zu versehen, wie beispielsweise einem Gehäuse, um diese Komponenten in dem Schneckenexpander anzuordnen. Somit kann diese Konfiguration eine Vergrößerung der Länge in der Wellenrichtung des Schneckenexpanders verhindern, die durch eine Anordnung der Komponenten bewirkt wird, und sie kann somit eine Größenreduzierung des gesamten Schneckenexpanders sowie eine Längenreduzierung in der Wellenrichtung des Schneckenexpanders erzielen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Konfigurationsdarstellung eines Fahrzeugabwärmerückgewinnungssystems, in dem ein Schneckenexpander gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
2 ist eine gesprengte perspektivische Ansicht des Schneckenexpanders.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Schneckenexpanders, gesehen aus der Nähe einer feststehenden Schneckeneinrichtung.
4 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeils A aus 3.
5 ist eine Ansicht der feststehenden Schneckeneinrichtung des Schneckenexpanders, gesehen von einer nicht-schneckenformgebenden Oberfläche einer Grundplatte.
6 ist eine perspektivische Ansicht der feststehenden Schneckeneinrichtung, gesehen von einer schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte.
7 ist eine Querschnittsansicht der Umrisse einer Saugöffnung, eines Bypass-Durchgangs sowie eines Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts.
8 ist eine Querschnittsansicht gesehen entlang der Linie X-X aus 7.
9 zeigt eine Modifikation des Schneckenexpanders.
AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines Fahrzeugabwärmerückgewinnungssystems 1, das einen Schneckenexpander (oder Scroll-Expander bzw. eine Schneckenerweiterungs- oder -entspannungsvorrichtung) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Dieses Fahrzeugabwärmerückgewinnungssystem 1 ist so ausgelegt, dass es in einem Fahrzeug installiert werden kann, um Abwärme (einschließlich Abgaswärme) aus einem Motor 10 des Fahrzeugs zurückzugewinnen und zu verwenden.
Das Fahrzeugabwärmerückgewinnungssystem 1 umfasst einen Rankine-Zyklus 2, einen Getriebe- oder Kraftübertragungsmechanismus 3, sowie eine Steuerungseinheit 4. Der Motor 10 ist ein wassergekühlter Motor, der durch Motorkühlwasser gekühlt wird, das durch einen Kühlwasserströmungskanal (Kreislauf) 11 zirkuliert. Eine Heizung 22, die eine Komponente des Rankine-Zyklus 2 ist, der später beschrieben wird, ist in dem Kühlwasserströmungskanal 11 angeordnet. Das (Hochtemperatur-)Motorkühlwasser, das Wärme aus dem Motor 10 absorbiert hat, strömt durch die Heizung 22.
Der Rankine-Zyklus 2 ist derart konfiguriert, dass er die Abwärme des Motors 10 aus dem Motorkühlwasser zurückgewinnt, um die Abwärme in Energie (Antriebskraft) zu konvertieren und um die Antriebskraft abzugeben. Der Rankine-Zyklus 2 weist einen Kühlmittelkreislauf 21 auf, um es einem Kühlmittel, das als Arbeitsfluid dient, zu ermöglichen, durch diesen zu zirkulieren. In diesem Kühlmittelkreislauf 21 sind die Heizung 22, ein Expander (bzw. eine Entspannungs- oder Erweiterungsvorrichtung) 23, ein Kondensator 24 sowie eine Pumpe 25 in dieser Reihenfolge in der Zirkulationsrichtung des Kühlmittels angeordnet.
Die Heizung 22 ist ein Wärmetauscher, der dafür ausgelegt ist, Wärme zwischen dem (Hochtemperatur-)Motorkühlwasser, das Wärme aus dem Motor 10 absorbiert hat, und dem Kühlmittel in dem Rankine-Zyklus 2 auszutauschen. Dieser Wärmeaustauschprozess erwärmt das Kühlmittel, um in einen überhitzten Hochdruckdampf überzugehen. Obwohl es in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt ist, kann anstelle des Motorkühlwassers Abgas aus dem Motor 10 dafür vorgesehen sein, durch die Heizung 22 zu strömen. In diesem Fall ist die Heizung 22 dafür ausgelegt, Wärme zwischen dem Abgas aus dem Motor 10 und dem Kühlmittel auszutauschen.
Der Expander (bzw. die Entspannungs- oder Erweiterungsvorrichtung) 23 ist ein Schneckenexpander (Scroll-Expander), der dafür ausgelegt ist, eine Antriebskraft durch eine Expansion des Kühlmittels zu erzeugen, das durch die Heizung 22 aufgeheizt und in einen überhitzten Hochdruckdampf (der im Folgenden einfach als ”Dampfkühlmittel” bezeichnet wird) umgewandelt worden ist. Wie später im Detail beschrieben wird, hat der Expander 23 eine feststehende Schneckeneinrichtung und eine bewegliche Schneckeneinrichtung, die zwischen sich eine Expansionskammer definieren. Die bewegliche Schneckeneinrichtung ist dafür ausgelegt, durch die Expansion des Dampfkühlmittels in der Expansionskammer angetrieben zu werden. Wenn sie angetrieben wird, läuft die bewegliche Schneckeneinrichtung um. Diese umlaufende Bewegung der beweglichen Schneckeneinrichtung wird in eine Rotationsbewegung einer Ausgangswelle konvertiert, die als Antriebskraft abgegeben wird.
Der Kondensator 24 ist dafür ausgelegt, Wärme zwischen Luft auf der Außenseite und dem Kühlmittel auszutauschen, das aus dem Expander 23 herausströmt, d. h. dass das durch den Expander 23 strömende Kühlmittel im Druck reduziert wird. Dieser Wärmeaustauschprozess kühlt und kondensiert (verflüssigt) das Kühlmittel. Obwohl es in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt ist, kann zusätzlich ein Gebläse vorgesehen sein, um Luft von der Außenseite zu dem Kondensator 24 hin zu blasen.
Die Pumpe 25 ist eine mechanische Pumpe, die dafür ausgelegt ist, das von dem Kondensator 24 verflüssigte Kühlmittel zu der Heizung 22 zu pumpen. Der Betrieb der Pumpe 25 bewirkt, dass das Kühlmittel durch die Komponenten des Rankine-Zyklus 2 zirkuliert, d. h. durch die Heizung 22, den Expander 23 und den Kondensator 24.
In dieser Ausführungsform sind der Expander (Scroll-Expander) 23 und die Pumpe (mechanische Pumpe) 25 mittels einer sich drehenden Welle 26a integriert miteinander gekoppelt, womit sie gemeinsam als ein pumpenintegrierter Expander 26 ausgebildet sind. Die rotierende Welle 26a des pumpenintegrierten Expanders 26 arbeitet somit sowohl als Ausgangswelle des Expanders 23 als auch als Antriebswelle für die Pumpe 25. In dieser Ausführungsform ist der Expander 23 integriert mit einem Bypass-Durchgang 27 und einem Bypass-Ventil 28 versehen (die später im Detail beschrieben werden). Der Bypass-Durchgang 27 ermöglicht es dem Kühlmittel, zu zirkulieren, während die Expansionskammer umgangen wird. Das Bypass-Ventil 28 ist dafür ausgelegt, den Bypass-Durchgang 27 zu öffnen und zu schließen. Die Steuerungseinheit 4 steuert den Betrieb des Bypass-Ventils 28 und somit das Öffnen und Schließen des Bypass-Durchgangs 27.
Der Kraftübertragungsmechanismus 3 überträgt Energie zwischen dem Motor 10 und dem Rankine-Zyklus 2. Insbesondere überträgt der Kraftübertragungsmechanismus 3 das Ausgangsdrehmoment des Motors 10 an den pumpenintegrierten Expander 26 (Pumpe 25) und überträgt als Ausgang des Rankine-Zyklus 2 das Drehmoment (Wellendrehmoment) des pumpenintegrierten Expanders 26 an den Motor 10. Der Kraftübertragungsmechanismus 3 hat eine Riemenscheibe 32, eine Kurbelwellenscheibe 33 und einen Riemen 34. Die Riemenscheibe 32 ist an einem Ende der sich drehenden Welle 26a des pumpenintegrierten Expanders 26 angebracht, indem eine elektromagnetische Kupplung 31 zwischen ihnen angeordnet ist. Die Kurbelwellenscheibe 33 ist an einer Kurbelwelle 12 des Motors 10 angebracht. Der Riemen 34 ist fest um die Riemenscheibe 32 und die Kurbelwellenscheibe 33 herum gewickelt. Wenn die elektromagnetische Kupplung 31 auf EIN (eingerückt) geschaltet wird, wird Energie zwischen dem Motor 10 und dem Rankine-Zyklus 2 (dem pumpenintegrierten Expander 26) übertragen. Wenn die elektromagnetische Kupplung 31 auf AUS (ausgerückt) geschaltet wird, ist die Energieübertragung zwischen dem Motor 10 und dem Rankine-Zyklus 2 (dem pumpenintegrierten Expander 26) unterbrochen. Die Steuerungseinheit 4 steuert den Betrieb des Kraftübertragungsmechanismus 3 und somit den EIN-Zustand (Eingriff) und den AUS-Zustand (Ausrückung) der elektromagnetischen Kupplung 31.
Die Steuerungseinheit 4 steuert den Betrieb des Bypass-Ventils 28 und den EIN/AUS-Zustand der elektromagnetischen Kupplung 31 und steuert dadurch den Betrieb des Rankine-Zyklus 2. Um den Rankine-Zyklus 2 beispielsweise zu aktivieren, öffnet die Steuerungseinheit 4 zuerst das Bypass-Ventil 28 und schaltet die elektromagnetische Kupplung 31 auf EIN (eingerückt), um zu bewirken, dass der Motor 10 die Pumpe 25 antreibt. Dieses bewirkt, dass das Kühlmittel durch den Rankine-Zyklus 2 zirkuliert, wobei es die Expansionskammer in dem Expander 23 umgeht. Wenn die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärts gerichteten Seite und der stromabwärts gerichteten Seite des Expanders 23 nicht kleiner wird als ein vorgegebener Wert, schließt die Steuerungseinheit 4 das Bypass-Ventil 28. Dieses bewirkt, dass das Kühlmittel durch den Rankine-Zyklus 2 zirkuliert, wobei es durch die Expansionskammer in dem Expander 23 fließt. Als ein Ergebnis beginnt der Expander 23, eine Antriebskraft zu erzeugen. Wenn der Expander 23 einen ausreichenden Betrag an Antriebskraft erzeugt, treibt ein Teil der Antriebskraft die Pumpe 25 an und der Rest der Antriebskraft wird mittels des Kraftübertragungsmechanismus 3 an den Motor 10 übertragen, um zu der Abgabe (Antriebskraft) des Motors 10 beizutragen. Um den Rankine-Zyklus 2 zu deaktivieren, schaltet die Steuerungseinheit 4 die elektromagnetische Kupplung 31 auf AUS (ausgerückt) und hält die Pumpe 25 an (wodurch die Zirkulation des Kühlmittels beendet wird).
Als nächstes wird der Expander (Scroll- oder Schnecken-Expander) 23 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben, d. h. die Expandereinheit in dem pumpenintegrierten Expander 26. Obwohl sie hier nicht im Detail beschrieben wird, kann die Pumpe 25 (die Pumpeneinheit in dem pumpenintegrierten Expander 26) eine bekannte mechanische Pumpe sein (wie beispielsweise eine Getriebepumpe oder eine Flügelpumpe), die mittels der sich drehenden Welle 26a mit dem Expander 23 gekoppelt sein kann.
2 ist eine gesprengte perspektivische Ansicht des Expanders 23. Wie es in 2 dargestellt ist, weist der Expander 23 die feststehende Schneckeneinrichtung 51 und ein Gehäuse 52 auf, in dem die bewegliche Schneckeneinrichtung (nicht dargestellt) untergebracht ist. Die feststehende Schneckeneinrichtung 51 weist eine kreisförmige scheibenförmige Grundplatte 511 und eine auf einer Oberfläche der Grundplatte 511 ausgebildete Schneckenwand 512 auf. Das Gehäuse 52 weist einen zylindrischen Abschnitt 521 und Flanschabschnitte 522 auf. Der zylindrische Abschnitt 521 nimmt die bewegliche Schneckeneinrichtung auf. Die Flanschabschnitte 522 sind an einem Ende des zylindrischen Abschnitts 521 ausgebildet. Ähnlich wie die feststehende Schneckeneinrichtung 51 weist die bewegliche Schneckeneinrichtung eine Grundplatte und eine auf einer Oberfläche der Grundplatte ausgebildete Schneckenwand auf.
Der Expander 23 ist derart konstruiert, dass die feststehende Schneckeneinrichtung 51 beispielsweise mit Schrauben 53 fest an den Flanschabschnitten 522 des Gehäuses 52 befestigt wird, in dem der zylindrische Abschnitt 521 die bewegliche Schneckeneinrichtung unterbringt. In dem Expander 23 greift die Schneckenwand 512 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 in die Schneckenwand der beweglichen Schneckeneinrichtung ein, um die Expansionskammer zwischen diesen Schneckenwänden zu definieren.
Obwohl es in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt ist, verhindert ein Antirotationsmechanismus, wie beispielsweise eine Kugelkupplung, die Drehung der in dem zylindrischen Abschnitt 521 des Gehäuses 52 untergebrachten beweglichen Schneckeneinrichtung. Zusätzlich ist die bewegliche Schneckeneinrichtung mit der Ausgangswelle des Expanders 23 (d. h. der sich drehenden Welle 26a des pumpenintegrierten Expanders 26) mittels eines Exzenterlagers, eines angetriebenen Kurbelwellenmechanismuses oder dergleichen gekoppelt.
Wie oben beschrieben wurde, definieren die feststehende Schneckeneinrichtung 51 (bzw. deren Schneckenwand 512) und die bewegliche Schneckeneinrichtung (bzw. deren Schneckenwand) die zwischen ihnen angeordnete Expansionskammer in dem Expander 23. Die bewegliche Schneckeneinrichtung wird durch eine Expansion des Dampfkühlmittels (d. h. des Hochdruckkühlmittels) in dieser Expansionskammer angetrieben. Wenn sie angetrieben wird, läuft die bewegliche Schneckeneinrichtung um, und das Exzenterlager, der angetriebene Kurbelwellenmechanismus und dergleichen konvertieren diese umlaufende Bewegung der beweglichen Schneckeneinrichtung in eine Rotationsbewegung der sich drehenden Welle 26a. Die Expansionskammer ermöglicht es, dass das Kühlmittel von ihrem mittleren Bereich in ihren peripheren Bereich fließt, während das Volumen vergrößert wird, so dass das Kühlmittel aus dem Expander 23 herausfließt, nachdem es in der Expansionskammer (nach dem Erreichen des peripheren Bereichs) auf einen niedrigeren Druck expandiert worden ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Expanders 23 gesehen von einem Bereich in der Nähe der feststehenden Schneckeneinrichtung 51. 4 ist eine Ansicht gesehen in Richtung des Pfeils A aus 3. Wie in 3 dargestellt ist, ist in dieser Ausführungsform die feststehende Schneckeneinrichtung 51 einstückig mit einer Saugöffnung 513, dem Bypass-Durchgang 27 und dem Bypass-Ventil 28 versehen. Die Saugöffnung 513 ermöglicht den Eintritt eines Hochdruckstroms des Kühlmittels (einschließlich des Dampfkühlmittels), und sie leitet den eintretenden Strom des Kühlmittels in die Expansionskammer. Insbesondere sind die Saugöffnung 513, der Bypass-Durchgang 27 und ein Befestigungsabschnitt 514 des Bypass-Ventils in der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 ausgebildet, wobei das Bypass-Ventil 28 an dem Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 angebracht ist. Die Konfiguration der Saugöffnung 513, des Bypass-Durchgangs 27 und des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514 werden später beschrieben.
Wie in den 3 und 4 dargestellt ist, ist in dieser Ausführungsform eine Abgabeöffnung 523 an dem Gehäuse 52 vorgesehen. Die Abgabeöffnung 523 ermöglicht es dem in der Expansionskammer auf einen niedrigeren Druck expandierten Kühlmittel (Kühlmittel, das den peripheren Bereich erreicht), auszuströmen. Insbesondere ist die Abgabeöffnung 523 so ausgebildet, dass sie von der peripheren Wand des zylindrischen Abschnitts 521 des Gehäuses 52 vorsteht. Die Abgabeöffnung 523 hat ein äußeres Öffnungsende 523a, das sich zu der Außenseite hin öffnet, sowie ein inneres Öffnungsende 523b, das sich durch den inneren Umfang des zylindrischen Abschnitts 521 zu der Innenseite hin öffnet. Ein Kühlmittelrohr, das an einem Ende mit dem Kondensator 24 verbunden ist, ist an dem anderen Ende mit dem äußeren Öffnungsende 523a der Abgabeöffnung 523 so verbunden, dass das Niederdruck-Kühlmittel von der Abgabeöffnung 523 zu dem Kondensator 24 geführt wird.
Als nächstes wird die Konfiguration der Saugöffnung 513, des Bypass-Durchgangs 27 sowie des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514 beschrieben, die in der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 ausgebildet sind, wobei auf die 5 bis 8 Bezug genommen wird.
5 ist eine Ansicht der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 gesehen von einer nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511. 6 ist eine perspektivische Ansicht der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 gesehen von einer schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511. Die 7 und 8 sind jeweils eine Querschnittsansicht der Umrisse der Saugöffnung 513, des Bypass-Durchgangs 27 und des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514. In der folgenden Beschreibung wird diejenige Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51, an der die Schneckenwand 512 ausgebildet ist, als ”schneckenformgebende Oberfläche” bezeichnet, während die andere Oberfläche der Grundplatte 511, die der schneckenformgebenden Oberfläche gegenüberliegt, als ”nicht-schneckenformgebende Oberfläche” bezeichnet wird.
Die Saugöffnung 513 öffnet sich von der Grundplatte 511 radial nach außen (d. h. sie öffnet sich zu der Außenseite hin) an einem Ende, das in der Nähe des Umfangs der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 angeordnet ist. Die Saugöffnung 513 öffnet sich außerdem an dem anderen Ende, das in der Mitte der schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 (der Mitte der Schneckenwand 512) angeordnet ist. Insbesondere hat die Saugöffnung 513 ein äußeres Öffnungsende 513a, das in der Nähe des Umfangs der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 angeordnet ist, sowie ein inneres Öffnungsende 513b, das in der Mitte der schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 angeordnet ist, wobei sie sich in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise erstreckt. Von dem äußeren Öffnungsende 513a erstreckt sich die Saugöffnung 513 entlang der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche, und sie krümmt sich dann in der Nähe der Mitte der Grundpatte 511 derart, dass sie durch die Grundplatte 511 hindurch verläuft, um das innere Öffnungsende 513b zu erreichen. Ein Kühlmittelrohr, das an einem Ende mit der Heizung 22 verbunden ist, ist an dem anderen Ende mit dem äußeren Öffnungsende 513a der Saugöffnung 513 derart verbunden, dass das von der Heizung 22 zugeführte Hochdruckkühlmittel zu der Expansionskammer geführt wird. Die Öffnungswand der Saugöffnung 513 oder insbesondere die Öffnungswand eines Abschnitts der Saugöffnung 513, der sich entlang der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche erstreckt, erhebt sich aus der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche.
Wenn der Expander 23 in der Achsenrichtung der sich drehenden Welle (Ausgangswelle) 26a gesehen wird, sind in dieser Ausführungsform das äußere Öffnungsende 513a der Saugöffnung 513 und das äußere Öffnungsende 523a der Abgabeöffnung 523 alle auf einer Seite des Expanders 23 angeordnet. Wenn der Expander 23 beispielsweise von der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 gesehen wird, sind sowohl das äußere Öffnungsende 513a der Saugöffnung 513 und das äußere Öffnungsende 523a der Abgabeöffnung 523 auf der linken Seite des Expanders 23 angeordnet (siehe 3). Dieses ermöglicht es, die Kühlmittelrohre von der einen Seite mit dem Expander 23 zu verbinden, wodurch dieser Verbindungsvorgang dann immer erleichtert wird.
Der Bypass-Durchgang 27 ist als ein Verbindungsdurchgang ausgebildet, durch den die Saugöffnung 513 direkt mit der Abgabeöffnung 523 des Gehäuses 52 kommuniziert, indem die Expansionskammer umgangen wird.
In dieser Ausführungsform öffnet sich der Bypass-Durchgang 27 radial von der Grundplatte 511 nach außen (d. h. er öffnet sich zu der Außenseite hin) an einem Ende, das in der Nähe der Mitte der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 angeordnet ist. Der Bypass-Durchgang 27 öffnet sich außerdem an dem anderen Ende, das außerhalb der Schneckenwand 512 in der schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 angeordnet ist. Insbesondere weist der Bypass-Durchgang 27 ein äußeres Öffnungsende 27a auf, das in der Nähe der Mitte der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 angeordnet ist, sowie ein inneres Öffnungsende 27b, das außerhalb der Schneckenwand 512 in der schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 angeordnet ist, wobei er sich in einer nachfolgend beschriebenen Art und Weise erstreckt. Von dem äußeren Öffnungsende 27a erstreckt sich der Bypass-Durchgang 27 entlang der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche über die Saugöffnung 513, wobei er dann in der Nähe des Umfangs der Grundplatte 511 derart kurvenförmig verläuft, dass er durch die Grundplatte 511 hindurch verläuft, um das innere Öffnungsende 27b zu erreichen.
Ein Zustandsermittlungssensor 515 wird in das äußere Öffnungsende 27a des Bypass-Durchgangs 27 in der durch den Pfeil B in 5 angegebenen Richtung eingesetzt, um das äußere Öffnungsende 27a zu schließen. Der Zustandserfassungssensor 515 ist dafür ausgelegt, den Zustand des Kühlmittels in dem in die Saugöffnung 513 eintretenden Strom zu erfassen. Mit anderen Worten wirkt das äußere Öffnungsende 27a des Bypass-Durchgangs 27 als ein Sensorbefestigungsabschnitt zum Befestigen des Zustandserfassungssensors 515. Die feststehende Schneckeneinrichtung 51 ist zusätzlich zu der Saugöffnung 513, dem Bypass-Durchgang 27 und dem Bypass-Ventil 28 somit integriert mit dem Zustandserfassungssensor 515 versehen.
Der Zustandserfassungssensor 515 ist dafür ausgelegt, den Zustand des Kühlmittels in der in die Saugöffnung 513 eintretenden Strömung an der Kreuzung der Saugöffnung 513 und des Bypass-Durchgangs 27 zu erfassen. Der Zustandserfassungssensor 515 kann beispielsweise ein Druck/Temperatursensor (PT-Sensor) sein, der dafür ausgelegt ist, einen Kühlmitteldruck P und eine Kühlmitteltemperatur T in der Nähe des Einlasses des Expanders 23 zu erfassen. In dieser Ausführungsform ist das äußere Öffnungsende 27a des Bypass-Durchgangs 27 in der Nähe der Mitte der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 so angeordnet, dass der Zustandserfassungssensor 515 in die Grundplatte 511 passt, wenn er in dieses äußere Öffnungsende 27a eingesetzt ist, mit anderen Worten also nicht nach außen von dem äußersten Umfang der Grundplatte 511 vorsteht (siehe 3).
Ähnlich zu der Saugöffnung 513 erhöht sich die Rohrwand des Bypass-Durchgangs 27 oder insbesondere die Rohrwand eines Abschnitts des Bypass-Durchgangs 27, der sich entlang der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche erstreckt, von der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche.
Der Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 ist als ein Loch zum Einsetzen des Bypass-Ventils 28 ausgebildet. Insbesondere weist der Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 ein Öffnungsende 514a auf, das in der Nähe des Umfangs der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 angeordnet ist, um sich seitlich (auswärts) von der Grundplatte 511 zu öffnen, wobei er sich in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise erstreckt. Von dem Öffnungsende 514a erstreckt sich der Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 entlang der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche in Verbindung mit dem Bypass-Durchgang 27. In dieser Ausführungsform ist der Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 parallel zu der Saugöffnung 513 in der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 so ausgebildet, dass sich das äußere Öffnungsende 513a der Saugöffnung 513 zu der gleichen Richtung hin öffnet wie das Öffnungsende 514a des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514. Wenn der Expander 23 in der Achsenrichtung der sich drehenden Welle (Ausgangswelle) 26a gesehen wird, sind in dieser Ausführungsform mit anderen Worten das Öffnungsende 514a des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514 sowie das äußere Öffnungsende 513a der Saugöffnung 513 und das äußere Öffnungsende 523a der Abgabeöffnung 523 alle an der einen Seite (beispielsweise der linken Seite in 3) des Expanders 23 angeordnet.
Ähnlich zu der Saugöffnung 513 und dem Bypass-Durchgang 27 erhöht sich die Umfangswand des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514 von der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511.
Das Bypass-Ventil 28 hat einen Spitzenabschnitt 281 und einen Hauptkörper 282. Das Bypass-Ventil 28 ist an den Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 derart angebracht, dass der Spitzenabschnitt 281 in der von dem Pfeil C aus 5 angegebenen Richtung in das Öffnungsende 514a des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514 eingesetzt ist. Da das Öffnungsende 514a des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514 in der Nähe des Umfangs der Grundplatte 511 angeordnet ist, ist der Hauptkörper 282 des Bypass-Ventils 28, der von dem Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 freiliegend angeordnet ist, seitlich (äußerlich) von der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 angeordnet.
Das Bypass-Ventil 28 ist so konstruiert, dass der Spitzenabschnitt 281 in der Mitte des Bypass-Durchgangs 27 angeordnet ist. Eine Öffnung 281a ist in dem äußersten Ende des Spitzenabschnitts 281 ausgebildet. Zusätzlich ist ein Strömungskanal 281b in dem Spitzenabschnitt 281 ausgebildet. Der Strömungskanal 281b kommuniziert mit der Öffnung 281a so, dass der Bypass-Durchgang 27 gebildet wird (siehe 7 und 8). Obwohl es in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt ist, weist der Hauptkörper 282 in seinem Inneren ein Ventilelement und eine Ventilantriebseinheit (Betätigungseinrichtung) auf, die dafür ausgelegt ist, das Ventilelement anzutreiben. Das Ventilelement ist derart beweglich, dass es in der Richtung zu der Öffnung 281a, die in dem äußersten Ende des Spitzenabschnitts 281 ausgebildet ist, hin und von dieser weg herein- und herausgezogen wird.
Das Bypass-Ventil 28 ist so ausgebildet, dass es den Bypass-Durchgang 27 entsprechend den Instruktionen der Steuerungseinheit 4 schließt und öffnet. Insbesondere schließt das Bypass-Ventil 28 den Bypass-Durchgang 27, indem die Ventilantriebseinheit dazu veranlasst wird, das Ventilelement herauszuziehen, um den Strömungskanal 281b zu schließen. Andererseits öffnet das Bypass-Ventil 28 den Bypass-Durchgang 27, indem die Ventilantriebseinheit dazu veranlasst wird, das Ventilelement einzuziehen, um den Strömungskanal 281b zu öffnen. Wenn der Bypass-Durchgang 27 geschlossen ist, läuft die Strömung des Kühlmittels, das in die Saugöffnung 513 eingetreten ist, durch die Saugöffnung 513 hindurch, wobei sie durch das innere Öffnungsende 513b der Saugöffnung 513 zu der Expansionskammer geführt wird, wie es mittels der durchgezogenen Linien in den 7 und 8 angegeben ist. Wenn der Bypass-Durchgang 27 geöffnet ist, läuft der Strom des Kühlmittels, der in die Saugöffnung 513 eingetreten ist, andererseits durch den Bypass-Durchgang 27 hindurch (wobei die Expansionskammer umgangen wird), wobei er durch das innere Öffnungsende 27b des Bypass-Durchgangs 27 zu der Abgabeöffnung 523 geführt wird, welches die Niederdruckseite ist, wie es mittels der unterbrochenen Linien in den 7 und 8 dargestellt ist.
In dem Expander (Schneckenexpander) 23 gemäß dieser Ausführungsform ist die feststehende Schneckeneinrichtung 51, wie oben beschrieben wurde, integriert mit der Saugöffnung 513 versehen, wodurch der Eintritt der Hochdruckströmung des Kühlmittels (Arbeitsfluid) ermöglicht wird, und wodurch die eintretende Strömung des Kühlmittels in die Expansionskammer geführt wird; mit dem Bypass-Durchgang 27, der die Saugöffnung 513 kommunizierend mit der Abgabeöffnung 523 verbindet, wobei die Expansionskammer umgangen wird; und mit dem Bypass-Ventil 28, das dafür ausgelegt ist, den Bypass-Durchgang 27 zu öffnen und zu schließen. Insbesondere sind die Saugöffnung 513, der Bypass-Durchgang 27 und der Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 zum Befestigen des Bypass-Ventils 28 in der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 ausgebildet, und das Bypass-Ventil 28 ist an dem Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 befestigt. Diese Konfiguration beseitigt die Notwendigkeit, die rückseitige Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 mit einem zusätzlichen Element, wie beispielsweise einem Gehäuse, zu versehen, um diese Komponenten integriert in dem Expander anzuordnen. Der Schneckenexpander gemäß dieser Ausführungsform kann somit bezüglich der Länge in der Wellenrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Schneckenexpandern reduziert sein.
Darüber hinaus erstrecken sich sowohl die Saugöffnung 513 als auch der Bypass-Durchgang 27 entlang der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51, und sie verlaufen dann kurvenförmig, um durch die Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 hindurchzutreten, bis sie die schneckenformgebende Oberfläche erreichen. Zusätzlich ist der Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 als ein Loch zum Einsetzen des Bypass-Ventils 28 ausgebildet, wobei er sich entlang der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 in Verbindung mit dem Bypass-Durchgang 27 erstreckt. Die Ausbildung der Saugöffnung 513, des Bypass-Durchgangs 27 und des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514 in der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 vergrößert somit die Länge in der Wellenrichtung des Expanders 23 nicht zu sehr.
In der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 kreuzt der Bypass-Durchgang 27 die Saugöffnung 513 und öffnet sich an dem einen Ende zu der Außenseite hin derart, dass das äußere Öffnungsende 27a gebildet wird. Darüber hinaus schließt der Zustandserfassungssensor 515 dieses äußere Öffnungsende 27a des Bypass-Durchgangs 27. Diese Konfiguration erleichtert es, den Bypass-Durchgang 27 in der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 auszubilden, als wie wenn das eine Ende zuvor als ein geschlossenes Ende ausgebildet ist. Indem der Bypass-Durchgang 27 an dem einen Ende offen ausgebildet wird, gibt es darüber hinaus einen weiteren vorteilhaften Effekt, da dieses äquivalent dazu ist, zusätzlich den Sensorbefestigungsabschnitt zum Befestigen des Zustandserfassungssensors 515 an der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 auszubilden.
In dieser Ausführungsform öffnet sich die Saugöffnung 513 an dem einen Ende zu der Außenseite hin, das in der Nähe des Umfangs der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 angeordnet ist, wobei sie sich auch an dem anderen Ende öffnet, das in der Mitte der schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 angeordnet ist. Inzwischen öffnet sich der Bypass-Durchgang 27 an dem einen Ende zu der Außenseite hin, das in der Nähe der Mitte der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 angeordnet ist, wobei er sich auch an dem anderen Ende öffnet, das außerhalb der Schneckenwand 512 in der schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 angeordnet ist. Zusätzlich ist der Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514, der als ein Loch ausgebildet ist, in der Nähe der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 angeordnet. Außerdem ist die Saugöffnung 513 parallel zu dem Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 in der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 ausgebildet.
Diese Konfiguration ermöglicht eine effiziente Anordnung der Saugöffnung 513, des Bypass-Durchgangs 27 und des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514 in der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51, wodurch es einfacher wird, die feststehende Schneckeneinrichtung 51 integriert mit diesen Komponenten versehen auszubilden. Zusätzlich ermöglicht es diese Konfiguration, dass der Hauptkörper 282, der in seinem Inneren die Ventilantriebseinheit des Bypass-Ventils 28 enthält, seitlich (äußerlich) zu der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 angeordnet wird. Die Befestigung des Bypass-Ventils 28 an der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 erhöht somit die Länge in der Wellenrichtung des Expanders 23 nicht so sehr.
Wenn der Expander 23 in der Achsenrichtung der Rotationswelle (Ausgangswelle) 26a gesehen wird, sind darüber hinaus in dieser Ausführungsform das äußere Öffnungsende 513a der Saugöffnung 513, das Öffnungsende 514a des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514 und das äußere Öffnungsende 523a der Abgabeöffnung 523 alle an der einen Seite des Expanders 23 angeordnet. Dieses bedeutet, dass alle Rohrverbindungen und Vorsprünge des Expanders 23 an dieser einen seitlichen Seite des Expanders 23 konzentriert sind. Diese Konfiguration erleichtert somit im Vergleich zu herkömmlichen Konfigurationen die Arbeit des Verbindens der Kühlmittelrohre mit dem Expander 23 sowie das Sichern eines Installationsraums für den Expander 23.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Öffnungswand der Saugöffnung 513, die Rohrwand des Bypass-Durchgangs 27 sowie die Umfangswand des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts 514 von der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 erhöht. Dieses könnte es bewirken, dass die Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 eine nicht einheitliche Steifigkeit aufweist. Wenn das Kühlmittel expandiert wird, wird der Expansionsdruck auf die Grundplatte 511 aufgebracht. Somit würde die nicht einheitliche Steifigkeit der Grundplatte 511 eine nicht einheitliche Verformung der Grundplatte 511 bewirken. Darüber hinaus verändert diese nicht einheitliche Verformung der Grundplatte 511 das Spiel zwischen der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 und der beweglichen Schneckeneinrichtung. Diese Veränderung des Spiels bewirkt eine Leckage des Kühlmittels, wodurch die Leistung des Expanders 23 verschlechtert wird. Eine ausreichend vergrößerte Stärke oder Dicke der Grundplatte 511 kann diese problematische, nicht einheitliche Verformung der Grundplatte 511 verhindern oder reduzieren, die durch den Expansionsdruck des Kühlmittels bewirkt wird, wobei dieses aber das Gewicht und die Herstellungskosten des Expanders 23 unvorteilhaft erhöht.
Um die nicht einheitliche Steifigkeit der Grundplatte 511 zu verhindern oder zu reduzieren, während die Stärke der Grundplatte 511 verringert wird, kann in einer in 9 dargestellten Modifikation eine Rippe 61 auf der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 ausgebildet sein. Insbesondere ist mindestens eine Rippe 61 in einem Bereich ausgebildet, der weder die Saugöffnung 513 noch den Bypass-Durchgang 27 oder den Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 auf der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 aufweist. Die Anordnung und die Anzahl der Rippe(n) 61 kann in geeigneter Weise ausgewählt werden. Beispielsweise kann sich die Rippe 61 von der oder von einem Bereich in der Nähe der Öffnungswand der Saugöffnung 513 so erstrecken, dass sie von dem äußeren Öffnungsende 513a der Saugöffnung 513 weg angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann sich die Rippe 61 von dem oder von einem Bereich in der Nähe des äußeren Öffnungsendes 27a des Bypass-Durchgangs 27 so erstrecken, dass sie von dem Bypass-Durchgang 27 weg angeordnet ist. Die Ausbildung der Rippe 61 ermöglicht es, eine ausreichende Steifigkeit der Grundplatte 511 sicherzustellen, ohne dass die Stärke der Grundplatte 511 zu sehr erhöht wird, wobei eine nicht einheitliche Steifigkeit der Grundplatte 511 verhindert oder reduziert wird.
Zusätzlich zu oder anstelle der Ausbildung der Rippe 61 auf der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 kann die Grundplatte 511 eine nicht einheitliche Stärke derart aufweisen, dass ihre nicht einheitliche Steifigkeit kompensiert wird. In diesem Fall kann ein dicker Abschnitt und/oder ein dünner Abschnitt, der sich in seiner Stärke von dem Rest der Grundplatte 511 unterscheidet, in dem Bereich vorgesehen sein, der weder die Saugöffnung 513 noch den Bypass-Durchgang 27 oder den Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt 514 in der Grundplatte 511 der feststehenden Schneckeneinrichtung 51 aufweist.
Oben wurden die Ausführungsform und ihre Abwandlungen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform und deren Abwandlungen beschränkt; vielmehr können auf der Basis des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung natürlich weitere Abwandlungen und dergleichen vorgenommen werden.
Obwohl er in der oben beschriebenen Ausführungsform integriert mit der Pumpe 25 vorgesehen ist, kann der Expander 23 beispielsweise integriert mit einem Generator anstelle oder zusätzlich zu der Pumpe 25 vorgesehen sein. Der Expander 23 muss nicht notwendigerweise die Pumpe 25, den Generator oder dergleichen aufweisen (mit anderen Worten kann der Expander 23 unabhängig von derartigen Komponenten sein). Der Expander 23 ist nicht auf einen solchen beschränkt, wie er in dem Rankine-Zyklus 2 enthalten ist.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugabwärmerückgewinnungssystem
2: Rankine-Zyklus
21: Kühlmittelkreislauf
22: Heizung
23: Expander (Scroll-/Schnecken-Expander)
24: Kondensator
25: Pumpe
26: pumpenintegrierter Expander
26a: Rotierende Welle
27: Bypass-Durchgang
28: Bypass-Ventil
51: feststehende Schneckeneinrichtung
52: Gehäuse
61: Rippe
511: Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung
512: Schneckenwand der feststehenden Schneckeneinrichtung
513: Saugöffnung
514: Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt
515: Zustandserfassungssensor
523: Abgabeöffnung

Claims

Schneckenexpander, der eine feststehende Schneckeneinrichtung und eine bewegliche Schneckeneinrichtung aufweist, die zwischen sich eine Expansionskammer definieren, wobei die bewegliche Schneckeneinrichtung dafür ausgelegt ist, durch eine Expansion eines Arbeitsfluids in der Expansionskammer angetrieben zu werden, folgende Merkmale aufweisend: eine Saugöffnung, die einen Eintritt eines Hochdruckstroms des Arbeitsfluids gestattet und die den eintretenden Strom des Arbeitsfluids in die Expansionskammer leitet; eine Abgabeöffnung, die es dem Arbeitsfluid, das in der Expansionskammer auf einen niedrigeren Druck expandiert worden ist, ermöglicht, herauszufließen; einen Bypass-Durchgang, durch den die Saugöffnung mit der Abgabeöffnung in Verbindung steht, wobei die Expansionskammer umgangen wird; und ein Bypass-Ventil, das dafür ausgelegt ist, den Bypass-Durchgang zu öffnen und zu schließen, wobei die Saugöffnung, der Bypass-Durchgang und ein Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Bypass-Ventils in einer Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung ausgebildet sind.
Schneckenexpander nach Anspruch 1, wobei die Abgabeöffnung in einer Umfangswand eines Gehäuses zum Aufnehmen der beweglichen Schneckeneinrichtung und zum Anbringen der feststehenden Schneckeneinrichtung daran ausgebildet ist.
Schneckenexpander nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei ein Sensorbefestigungsabschnitt zum Befestigen eines Zustandserfassungssensors, der dafür ausgelegt ist, einen Zustand des Arbeitsfluids in dem in die Saugöffnung eintretenden Strom zu erfassen, ebenfalls in der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung ausgebildet ist.
Schneckenexpander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich sowohl die Saugöffnung als auch der Bypass-Durchgang entlang einer nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung erstrecken, wobei die nicht-schneckenformgebende Oberfläche einer schneckenformgebenden Oberfläche gegenüberliegt, in der eine Schneckenwand ausgebildet ist, wobei sie dann kurvenförmig verlaufen, um durch die Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung hindurchzutreten, bis sie die schneckenformgebende Oberfläche erreichen, und wobei der Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt als ein Loch für ein Einsetzen des Bypass-Ventils derart ausgebildet ist, dass er sich entlang der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung in Verbindung mit dem Bypass-Durchgang erstreckt.
Schneckenexpander nach Anspruch 4, wobei der Bypass-Durchgang in der nicht-schneckenförmgebenden Oberfläche der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung die Saugöffnung kreuzt und sich an einem Ende zu einer Außenseite hin öffnet, um ein äußeres Öffnungsende aufzuweisen, und wobei das äußere Öffnungsende des Bypass-Durchgangs durch einen Zustandserfassungssensor geschlossen ist, der dafür ausgelegt ist, einen Zustand des Arbeitsfluids in dem in die Saugöffnung eintretenden Strom zu erfassen.
Schneckenexpander nach Anspruch 5, wobei sich die Saugöffnung an einem Ende, das in der Nähe eines Umfangs der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung angeordnet ist, zu der Außenseite hin öffnet und sich an dem anderen Ende öffnet, das in einer Mitte der schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung angeordnet ist, wobei sich der Bypass-Durchgang an einem Ende, das in der Nähe einer Mitte der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung angeordnet ist, zu der Außenseite hin öffnet und sich an dem anderen Ende öffnet, das außerhalb der Schneckenwand in der schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung angeordnet ist, und wobei der Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt sich in der Nähe des Umfangs der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung öffnet.
Schneckenexpander nach Anspruch 6, wobei die Saugöffnung parallel zu dem Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt in der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung ausgebildet ist.
Schneckenexpander nach einem der Ansprüche 6 und 7, wobei das äußere Öffnungsende der Saugöffnung, das Öffnungsende des Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitts und das äußere Öffnungsende der Abgabeöffnung alle an einer Seite des Schneckenexpanders angeordnet sind, wenn der Schneckenexpander in einer Achsenrichtung einer sich drehenden Welle gesehen wird.
Schneckenexpander nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei mindestens eines von mindestens einer Rippe und mindestens einem verdickten Abschnitt in einem Bereich ausgebildet ist, der weder die Saugöffnung noch den Bypass-Durchgang oder den Bypass-Ventil-Befestigungsabschnitt an der nicht-schneckenformgebenden Oberfläche der Grundplatte der feststehenden Schneckeneinrichtung enthält.