专利名称：流体机械、使用该流体机械的制冷剂回路及废热利用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体机械、使用该流体机械的制冷剂回路及废热利用装置。
背景技术：
这种废热利用装置包括兰肯回路，在该兰肯回路中，在工作流体的循环路中插入膨胀器，该膨胀器使因热源的废热而处于高压的工作流体膨胀来产生驱动力，兰肯回路在循环路中还具有在膨胀器的入口端侧作用有工作流体的高压侧压力的高压流路；在膨胀器的入口端侧作用有工作流体的低压侧压力的低压流路；以及在兰肯回路的运转停止时对高压流路的压力进行保持的压力保持元件。此外，还公开了以下技术在循环路中配置用于在高压流路中积蓄压力的开闭阀 (截止阀)、进行高压流路的压力调节的控制阀(压力调节阀)、用于释放高压流路的异常高压的安全阀(旁通阀)这三个阀，通过对上述各阀进行控制，从而可防止在兰肯回路的运转停止时高压流路处于异常高压，并提高兰肯回路的启动性(例如参照专利文献1)。另外，还已知有一种膨胀器，该膨胀器配置有工作流体的高压部、工作流体的低压部、驱动部、使高压部和低压部旁通而直接连通的连通路、对连通路进行打开关闭的开闭元件(旁通阀)(例如参照专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利特开2007-9897号公报专利文献2 日本专利特开2007-231855号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题然而，在上述专利文献1中，由于兰肯回路构成为在循环路中配置有三个阀(截止阀、压力调节阀、旁通阀)，因此，兰肯回路的回路结构变得复杂。 因此，可考虑将上述三个阀配置在如上述专利文献2所记载的开闭元件(旁通阀) 那样的膨胀器内，但这样会使膨胀器的结构变得复杂，总之，存在无法实现膨胀器、兰肯回路及废热利用装置的小型化及成本降低这样的问题。本发明鉴于上述技术问题而作，其目的在于提供一种流体机械、使用该流体机械的制冷剂回路及废热利用装置，上述流体机械能实现兰肯回路的异常高压防止及启动性提高，并能实现兰肯回路和装置的小型化及成本降低。解决技术问题所采用的技术方案为实现上述目的，根据本发明，提供一种流体机械，该流体机械在罩壳内包括驱动部，该驱动部被从入口端流入的工作流体驱动，以将工作流体排出至出口端；连通路，该连通路使从入口端流入的工作流体流入驱动部；旁通路，该旁通路使从入口端流入的工作流体绕过驱动部而引导至出口端；以及阀机构，该阀机构进行对来自入口端的工作流体的流入的阻断或阻断解除，并切换连通路与旁通路以使入口端与连通路或旁通路连通(技术
方案一)。另外，根据本发明，提供一种在用于使工作流体循环的循环路中包括技术方案一所记载的流体机械的制冷剂回路(技术方案二)。另外，根据本发明，提供一种废热利用装置，在该废热利用装置中，包括将膨胀单元插入循环路的兰肯回路，作为技术方案二所记载的制冷剂回路，其中，上述膨胀单元被收容在流体机械的罩壳内，并利用驱动部来使因热源的废热而处于高压的工作流体膨胀，兰肯回路具有高压流路，该高压流路与入口端连接，并作用有在循环路中循环的工作流体的高压侧压力；低压流路，该低压流路与出口端连接，并作用有在循环路中循环的工作流体的低压侧压力；以及压力保持元件，该压力保持元件对高压流路的压力进行保持，在压力保持元件工作时，阀机构对来自入口端的工作流体的流入进行阻断，当高压流路的压力为规定的第一设定压力以上时，阀机构解除对来自入口端的工作流体的流入的阻断，并使入口端与旁通路或连通路连通(技术方案三)。较为理想的是，当兰肯回路运转时，阀机构使入口端与连通路连通，当兰肯回路停止时，阀机构使压力保持元件工作，以阻断来自入口端的工作流体的流入，当高压流路的压力为规定的第一设定压力以上时，阀机构解除对来自入口端的工作流体的流入的阻断，并使入口端与旁通路或连通路连通，当兰肯回路在停止后再启动时，使入口端与连通路连通 (技术方案四)。较为理想的是，当兰肯回路运转时，阀机构使入口端与连通路连通，当高压流路的压力不足规定的第二设定压力时，阀机构在兰肯回路运转中使压力保持元件工作，以阻断来自入口端的工作流体的流入，当高压流路的压力为规定的第三设定压力以上时，阀机构解除对来自入口端的工作流体的流入的阻断，并使入口端与连通路连通(技术方案五)。较为理想的是，当高压流路的压力为规定的第一设定压力以上时，阀机构仅使入口端与旁通路连通，并解除对来自入口端的工作流体的流入的阻断(技术方案六)。较为理想的是，阀机构由阀体和弹簧机构构成，其中，上述阀体切换连通路和旁通路，以使入口端与连通路或旁通路连接，并在上述阀体上作用有入口端的高压侧压力，上述弹簧机构对阀体进行支承，并通过克服高压侧压力来对阀体进行按压或按压解除，以进行对来自入口端的工作流体的流入的阻断或阻断解除(技术方案七)。较为理想的是，弹簧机构由弹簧和收容室构成，其中，上述弹簧对阀体进行按压， 在上述收容室中收容有弹簧，并且上述收容室被与入口端气密地划分开(技术方案八)。较为理想的是，收容室与出口端连通，当因入口端的高压侧压力而作用于阀体的力比出口端的低压侧压力与弹簧的按压力的合力大时，弹簧机构使入口端与旁通路连通， 以解除对来自入口端的工作流体的流入的阻断(技术方案九)。较为理想的是，收容室被释放至大气，当因入口端的高压侧压力而作用于阀体的力比大气压与弹簧的按压力的合力大时，弹簧机构使入口端与旁通路连通，以解除对来自入口端的工作流体的流入的阻断(技术方案十)。较为理想的是，阀体是球阀或是回转阀，其被规定的驱动源驱动而旋转(技术方案十一)。发明效果
本发明技术方案一的流体机械在罩壳内包括阀机构，该阀机构进行对来自入口端的工作流体的流入的阻断或阻断解除，并切换连通路和旁通路以使入口端与连通路或旁通路连通，由于一个流体机械具有多功能的阀机构，因此，能使该流体机械具有简单的结构。本发明技术方案二的制冷剂回路在用于使工作流体循环的循环路中包括技术方案一所记载的流体机械，由于无需在制冷剂回路中设置用于进行对工作流体的流入的阻断或阻断解除的阀、切换连通路和旁通路的阀，因此，具有简单的结构。本发明技术方案三的废热利用装置，在压力保持元件工作时，阀机构对来自入口端的工作流体的流入进行阻断，而当高压流路的压力为规定的设定压力以上时，阀机构解除对来自入口端的工作流体的流入的阻断，并使入口端与旁通路或连通路连通。藉此，由于能在流体机械中设置集合了三个功能的阀机构，因此，不仅能实现兰肯回路的异常高压防止及启动性提高，还能实现兰肯回路进而是废热利用装置的小型化及成本降低，其中，上述三个功能是用于将压力积蓄在高压流路中的开闭阀；用于进行压力调节以防止高压流路的异常高压的压力调节阀；以及用于在兰肯回路的异常高压时释放工作流体的异常高压的旁通阀。在技术方案四的废热利用装置中，当兰肯回路运转时，阀机构使入口端与连通路连通，当兰肯回路停止时，阀机构使压力保持元件工作，以阻断来自入口端的工作流体的流入，当高压流路的压力为规定的第一设定压力以上时，阀机构解除对来自入口端的工作流体的流入的阻断，并使入口端与旁通路或连通路连通，当兰肯回路在停止后再启动时，阀机构使入口端与连通路连通。藉此，在防止兰肯回路的异常高压的同时，当兰肯回路停止时， 将压力积蓄在高压流路中，当兰肯回路再启动时，能利用积蓄在高压流路中的工作流体的压力来启动兰肯回路。在技术方案五的废热利用装置中，当兰肯回路运转时，阀机构使入口端与连通路连通，当高压流路的压力不足规定的第二设定压力时，阀机构在兰肯回路运转中使压力保持元件工作，以阻断来自入口端的工作流体的流入，当高压流路的压力为规定的第三设定压力以上时，阀机构解除对来自入口端的工作流体的流入的阻断，以使连通路与入口端连通。藉此，工作流体的高压侧压力被积蓄在高压流路中直至达到合理压力，当工作流体的高压侧压力为合理压力时，使入口端口与连通路连通，因此，能适度地保持在兰肯回路中循环的工作流体的高压侧压力。在技术方案六的废热利用装置中，由于阀机构使入口端仅与旁通路连通，以解除入口端的阻断，此外，由于能防止异常高压的工作流体流入连通路而对驱动部高速驱动从而产生的烧粘，因此，能彻底进行膨胀单元、兰肯回路甚至是废热利用装置的机器保护，从而能提高废热利用装置的可靠性。在技术方案七的废热利用装置中，阀机构由阀体和弹簧机构构成，因此，能具有简单的结构，其中，上述阀体切换连通路和旁通路，以使入口端与连通路和旁通路连接，并在上述阀体上作用有入口端的高压侧压力，上述弹簧机构对阀体进行支承，并通过克服高压侧压力来对阀体进行按压或按压解除，以进行对来自入口端的工作流体的流入的阻断或阻断解除。另外，由于能机械地进行对入口端的阻断解除，因此，能实现迅速地释放异常高压， 从而能进一步提高废热利用装置的可靠性。在技术方案八的废热利用装置中，由于弹簧机构由弹簧和收容室构成，因此，具有简单的结构，其中，上述弹簧对阀体进行按压，在上述收容室中收容有弹簧，并且上述收容室被与入口端气密地划分开。在技术方案九的废热利用装置中，收容室与出口端连通，当因入口端的高压侧压力而作用于阀体的力比出口端的低压侧压力与弹簧的按压力的合力大时，弹簧机构使入口端与旁通路连通，以解除对来自入口端的工作流体的流入的阻断。藉此，由于能根据入口端与出口端即工作流体的高压侧压力与低压侧压力之间的压差来进行高压流路的异常高压释放(相对压力控制)，因此，不仅能迅速地感知高压侧压力的变动，还能迅速地感知低压侧压力的变动以提高对异常高压释放的控制性，从而能进一步提高废热利用装置的可靠性。在技术方案十的废热利用装置中，收容室被释放至大气，当因入口端的高压侧压力而作用于阀体的力比大气压与弹簧的按压力的合力大时，弹簧机构使入口端与旁通路连通，以解除对来自入口端的工作流体的流入的阻断。藉此，由于能仅根据入口端的绝对压力即高压侧压力来进行高压流路的异常高压释放(绝对压力控制)，因此，将用于解除入口端的阻断的规定的设定压力设定为流体机械、高压流路及兰肯回路在设计上所允许的设计最大压力以下，藉此，能更进一步彻底进行膨胀单元、兰肯回路甚至是废热利用装置的机器保护，从而能进一步提高废热利用装置的可靠性。在技术方案十一的废热利用装置中，具体而言，阀体是球阀或是回转阀，其被规定的驱动源驱动而旋转。
图1是示意地表示第一实施方式的车辆废热利用装置的结构的图。图2是适用于图1的装置中的流体机械的示意纵剖视图。图3(a)是表示图2的阀机构在兰肯回路处于高压保持时的工作状态的纵剖视图， 图3(b)是表示图2的阀机构在兰肯回路处于异常高压释放时的工作状态的纵剖视图。图4(a)是表示第二实施方式的阀机构在兰肯回路处于高压保持时的工作状态的纵剖视图，图4(b)是表示第二实施方式的阀机构在兰肯回路处于异常高压释放时的工作状态的纵剖视图。图5 (a)是第三实施方式的流体机械的示意纵剖视图，图5(b)是从A方向观察图 5(a)的流体机械的示意侧视图。图6 (a)是表示图5的阀机构在兰肯回路处于通常运转时的工作状态的纵剖视图， 图6(b)是表示从B-B方向观察图6(a)的阀机构的示意横剖视图。图7(a)是表示图5的阀机构在兰肯回路处于高压保持时的工作状态的纵剖视图， 图7(b)是表示从B-B方向观察图7(a)的阀机构的示意横剖视图。图8(a)是表示图5的阀机构在兰肯回路处于异常高压释放时的工作状态的纵剖视图，图8(b)是表示从B-B方向观察图8(a)的阀机构的示意横剖视图。图9(a)是表示图5的阀机构在兰肯回路处于旁通时的工作状态的纵剖视图，图 9(b)是表示从B-B方向观察图9(a)的阀机构的示意横剖视图。
具体实施方式
图1表示第一实施方式的车辆的废热利用装置1，装置1例如对从车辆发动机(内燃机)2排出的废气的热进行回收。为此，装置1包括兰肯回路4，兰肯回路4具有供工作流体(热介质)循环的循环路5。循环路5例如由管、管道构成。在循环路5中为了使工作流体流动而插入有泵6，并且，从工作流体流动的方向上观察，在泵6的下游依次插入有单向阀7、加热器8、流体机械10的膨胀单元12及冷凝器 14。S卩，泵6在冷凝器14侧吸入工作流体，并在使吸入后的工作流体压力上升后，将其朝加热器8排出。从泵6排出的工作流体处于低温高压的液体状态。加热器8是热交换器，具有构成循环路5的一部分的低温的流路8a ；以及能与流路8a进行热交换的高温的流路Sb。流路8b被插入在例如从发动机2延伸出的排气管16。 因此，当流过加热器8时，处于低温高压的液体状态的工作流体会接收在发动机2中产生的废气(热源)的热。藉此，工作流体被加热而变成高温高压的过热蒸气状态。流体机械10的膨胀单元12使变成过热蒸气状态的工作流体膨胀，藉此，工作流体变成高温低压的过热蒸气状态。冷凝器14是散热器，使从膨胀单元12流出的工作流体与外部气体进行热交换而冷凝，从而使该工作流体变成低温低压的液体状态。具体而言，在冷凝器14的附近配置有电动风扇(未图示)，利用来自车辆前方的风、来自电动风扇的风来冷却工作流体。被冷凝器14冷却后的工作流体被再次吸入泵6，从而在循环路5中循环。在此，上述膨胀阀12不仅能使工作流体膨胀，还能将工作流体的热能转换成转矩 (旋转力)并输出。为了能利用从膨胀单元12输出的转矩，膨胀单元12连结有发电单元 18。在发电单元18中适度地连接有使用或存储所产生的电力的例如电池等电负载20。详细而言，如图2所示，流体机械10是将膨胀单元12、发电单元18串联连结而构成的。膨胀单元12例如是将涡旋单元22作为驱动部的涡旋式膨胀器。膨胀单元12的杯状壳体32 (膨胀单元用壳体)的开口被间壁34大致覆盖，但在间壁34的中央形成有通孔。在膨胀单元用壳体32内固定有定涡盘36，在定涡盘36的背面侧划分出高压室 38。高压室38经由在膨胀单元用壳体32上形成的入口端33及与入口端33连接的循环路 5的一部分而与加热器8连通。在定涡盘36的正面侧以与该定涡盘36啮合的方式配置有动涡盘40。在定涡盘 36与动涡盘40之间划分出使工作流体膨胀的膨胀室42，动涡盘40的周围被划分作为对膨胀后的工作流体予以接收的低压室44。在定涡盘36的基板的大致中央贯穿地形成有导入孔46，通过该导入孔46使位于定涡盘36及动涡盘40的径向中央的膨胀室42与高压室38 连通。当工作流体在径向中央的膨胀室42内膨胀时，膨胀室42的容积增大，且膨胀室42 沿着定涡盘36及动涡盘40的螺旋壁朝径向外侧移动。此外，膨胀室42最终与低压室44 连通，膨胀后的工作流体流入低压室44。低压室44经由出口端45及与该出口端45连接的循环路5的一部分而与冷凝器14连通。随着上述工作流体的膨胀，动涡盘40相对于定涡盘36回旋运动，该回旋运动被回旋机构转换成旋转运动。
S卩，在动涡盘40的基板背面一体地形成有轴套，在轴套内配置有通过滚针轴承48 能相对旋转的偏心轴衬50。偏心轴衬50内插入有曲柄销52，曲柄销52从圆盘形状的盘片 54偏心地突出。从盘片M的与曲柄销52相反一侧同轴地一体突出有轴部56，轴部56通过滚珠轴承等向心轴承58被间壁34支承成能旋转。S卩，动涡盘40的回旋运动被转换为轴部56的旋转运动。回旋机构为阻止回旋运动中的动涡盘40的自转并承受推压力而具有例如球式联结器60，球式联结器60被配置在动涡盘40的基板的外周部与间壁34的和该外周部相对的部分之间。通过使发电单元18的圆筒状的壳体(发电单元用壳体)93与间壁34抵接，并将膨胀单元用壳体32、间壁34、发电单元用壳体93相互连结，从而构成用于流体机械10的一个罩壳。发电单元18的驱动轴72的一端与轴部56 —体形成并到达间壁34的通孔，该驱动轴72利用向心轴承58而被间壁34支承成能自由旋转。另一方面，驱动轴72的另一端利用固定于膨胀单元用壳体32的底部的向心轴承74而被支承成能自由旋转，藉此，允许轴部56与驱动轴72之间的动力传递，而使轴部56与驱动轴72 —体旋转。在发电单元用壳体93内延伸的驱动轴72的部分上固定有转子96，转子96例如由永磁体构成。因此，转子96配置在与轴部56相同的轴上。在发电单元用壳体93的内周面以围住转子96的方式固定有定子，定子具有轭部 98和卷绕于轭部98的例如三组线圈100。线圈100配线成随着转子96的旋转而产生三相交流电，所产生的交流电经由未图示的导线而被供给至外部的负载20。由于发电单元18不具有作为电动机的功能，因此，轭部98的形状、线圈100的圈数等构成为使发电效率变高。在如上所述构成的流体机械10的罩壳内包括连通路102，该连通路102使入口端33经由高压室38及导入孔46而与膨胀阀12连通；旁通路104，该旁通路104使从入口端33流入的工作流体绕过膨胀单元12而引导至输出端45 ；以及阀机构106，该阀机构106 切换连通路102和旁通路104以使入口端33与切换连通路102或旁通路104连通。详细而言，阀机构106例如是球阀，其包括阀体即滚珠108，滚珠108隔着阀板等而被能自由转动且气密地支承在支承部Iio与膨胀单元用壳体32的内表面3 之间，其中， 上述支承部110对定涡盘40进行支承，上述膨胀单元用壳体32形成有入口端33。在滚珠108中呈L字状地贯穿有工作流体的流路108a，通过利用阀机构106的未图示的驱动轴使滚珠108转动，阀机构106经由流路108a来切换连通路102或旁通路104 以使入口端33与连通路102或旁通路104连通。该驱动轴例如被未图示的电磁阀(驱动源)驱动，电磁阀通过对装置1进行总体控制的未图示ECU(电子控制装置)而工作。以下，与流体机械10及兰肯回路4的动作一起，对上述阀机构106的工作进行说明。<通常运转>当通过E⑶使兰肯回路4启动时，如图2所示，通过将滚珠108转动至使入口端33 仅与连通路102连通的位置，阀机构106如箭头所示使工作流体从加热器8流入高压室38中，藉此，使膨胀单元12工作，而使轴部56与驱动轴72 —体旋转。然后，随着驱动轴72的旋转，发电单元18的转子96旋转，发电单元18产生交流电。交流电被供给至负载20，并被负载20适度地存储或消耗。<高压保持>当通过E⑶使兰肯回路4的工作停止时，如图3(a)所示，滚珠108转动至入口端 33与连通路102及旁通路104均不连通的位置以堵塞入口端33，阀机构106阻止工作流体从加热器8流入高压室38。此时，利用单向阀7阻止工作流体从加热器8向泵6侧的逆流， 因此，在循环路5的从单向阀7经由流路8a至膨胀单元12的范围内形成有工作流体的高压侧压力被积蓄了的高压流路5a(压力保持元件)。另一方面，在从出口端45经由冷凝器 14至单向阀7的循环路5的范围内形成有使工作流体的低压侧压力作用的低压流路恥。另外，在兰肯回路4的运转中，利用ECU来对高压流路fe中的工作流体的压力降低进行检测，例如，当工作流体的压力不足规定的合理压力(第二设定压力)时，如图3(a) 所示，滚珠108堵塞入口端33，使工作流体的高压侧压力被积蓄在高压流路fe中直至达到上述合理压力，当工作流体的高压侧压力为规定的合理压力(第三设定压力)以上时，如图 2所示，滚珠108转动至使入口端33仅与连通路102连通的位置。与连通路102连通的工作流体的压力被设定为朝高压流路fe积蓄的压力以上，通过这样对积蓄压力与连通路102 连通之间的设定压力设置成为不敏感区域的滞后，从而能理想地防止阀机构106的振荡动作。<异常高压释放>在兰肯回路4的运转停止时或是运转中的高压保持状态时，当利用E⑶检测出高压流路fe的压力处于规定的设定压力(第一设定压力)以上即异常高压时，如图3(b)所示，滚珠108转动至入口端33与旁通路104连通的位置以解除入口端33的堵塞，阀机构 106如箭头所示使高压流路fe的工作流体流入旁通路104，从而使高压流路fe的压力经由出口端45而被释放到低压流路恥。上述规定的设定压力设定为比在 < 高压保持 > 时设定的各合理压力的设定压力大。〈再启动〉当利用E⑶使兰肯回路4从兰肯回路4的运转停止时的高压保持状态再启动时， 滚珠108从如图3(a)所示滚珠108堵塞入口端33的位置转动至如图2所示的与连通路 102连通的位置，以将高压流路fe的压力释放到连通路102。利用该释放后的工作流体的压力来驱动膨胀单元12，藉此，使驱动轴72旋转。随着驱动轴72的旋转，发电单元18的转子96旋转，以使发电单元18产生交流电。交流电被供给至负载20，并被负载20适度地存储或消耗。如上所述，第一实施方式的废热利用装置1在流体机械10上设有一个阀机构106， 这个阀机构106具有以下三个阀的功能用于在兰肯回路4停止时将压力积蓄在高压流路 fe中的截止阀；用于进行压力调节以防止高压流路如的异常高压的压力调节阀；以及用于释放高压流路fe的异常高压的旁通阀。藉此，不仅能实现防止兰肯回路4的异常高压及提高启动性，还能实现流体机械10、兰肯回路4进而是废热利用装置1的小型化及成本降低。另外，在防止兰肯回路的异常高压的同时，在兰肯回路4停止时将压力积蓄在高压流路fe中，从而能在兰肯回路4再启动时利用积蓄在高压流路4中的工作流体的压力来启动兰肯回路4，藉此能提高兰肯回路的启动性。此外，工作流体的高压侧压力被积蓄在高压流路fe中直至达到合理压力，当工作流体的高压侧压力达到合理压力时，使高压流路fe与连通路102连通，因此，能合理地对在兰肯回路4中循环的工作流体的高压侧压力进行保持。除此之外，阀机构106使入口端33与旁通路104连通来解除从入口端33流入的工作流体的阻断，从而能防止异常高压的工作流体流入连通路102而对涡旋单元22高速驱动从而产生的烧粘，因此，可彻底进行膨胀单元12、兰肯回路4甚至是废热利用装置1的机器保护，从而能提高废热利用装置1的可靠性。图4(a)、图4(b)表示第二实施方式的阀机构112的示意结构。对于与第一实施方式的阀机构106相同的结构标注相同的符号而省略说明。阀机构112还包括弹簧机构114，该弹簧机构114对滚珠108进行支承，并克服高压流路fe的工作流体的高压侧压力来按压滚珠108，或是通过解除按压来进行入口端33的阻断或阻断解除。弹簧机构114具有产生对滚珠108的按压力的弹簧116，弹簧116通过与滚珠108 抵接的筒形状的抵接部117而按压滚珠108。另外，在支承部110中形成有气密地划分出入口端33及高压室38的收容室118， 在收容室118中收容有弹簧116及抵接部117。另外，在收容室118中朝旁通路104开口有导压孔119，在收容室118中作用有工作流体的低压侧压力，即，收容室118与出口端45连
ο以下，与流体机械10及兰肯回路4的动作一起，对仅在高压流路fe的异常高压释放的情况下的上述阀机构112的工作进行说明。<异常高压释放>当因高压流路fe的异常高压而使入口端33中作用于滚珠108的工作流体的高压侧压力的力i^hp比出口端45的工作流体的低压侧压力Flp与弹簧116的按压力Fs的合力大时，如图4所示，滚珠108远离内表面3 而解除入口端33的闭塞，阀装置106如箭头所示使高压流路如的工作流体流入连通路102及旁通路104，并使高压流路fe的压力经由出口端45而被释放到低压流路恥中。如上所述，在第二实施方式的废热利用装置1中，阀机构112具有弹簧机构114， 弹簧机构114的收容室118与出口端45连通。藉此，能使阀机构112具有对连通路102和旁通路104进行切换的切换阀和不取决于来自ECU的信号而机械工作的安全阀这两者的功能。另外，能根据入口端33和出口端45、即工作流体的高压侧压力与低压侧压力之间的压差来进行高压流路如的异常高压释放(相对压力控制)。因此，在该第二实施方式中， 不取决于来自ECU的信号而使阀机构112机械工作，并不仅能迅速地感知高压侧压力的变动，还能迅速地感知低压侧压力的变动以提高异常高压释放的控制响应性，从而能进一步提高废热利用装置1的可靠性。图5(a)、图5(b)表示第三实施方式的流体机械10。对于与第一实施方式及第二实施方式的流体机械10相同的结构标注相同的符号而省略说明。流体机械10的膨胀单元用壳体32的外表面32b上安装有阀单元120，阀单元120由两个块体120A、120B构成。在块体120A中连接有循环路5，并贯穿地形成有与循环路5连通的第一流路122， 块体120A通过螺钉而与块体120B旋紧。另一方面，在块体120B上形成有本实施方式的阀机构124的收容孔126，收容孔 126与第二流路1 连通，第一流路122与第二流路1 随着块体120A朝块体120B的旋紧而气密地连通，换言之，各流路122、1 形成入口端33。导压路130从第二流路1 分岔，导压路130被开设在块体120B的与开设有收容孔126的主开口部132相反一侧的最内侧部133处。此外，收容孔126与连通路102及旁通路104连通。另一方面，在主开口部132上用螺钉气密地旋紧有电磁阀(驱动源)134，以利用该电磁阀134的罩壳将主开口部132覆盖。详细而言，如图6(a)、图6(b)所示，阀机构124由阀体136、弹簧138构成。阀体136是形成为具有中空的圆筒部136a和头部136b的活塞形状的回转阀，在圆筒部136a与头部136b之间沿阀体136的径向呈L字状地贯穿有流路IMa，并在比阀体 136的流路12 更靠头部136b —侧沿阀体136的外周形成有环槽136c。在电磁阀134的罩壳135内收容有驱动轴140 ；固定于驱动轴140的由例如永磁体构成的转子142 ；以及以围住转子142的方式固定于罩壳135的内周面的定子144，定子 144具有卷绕于轭部的线圈，线圈经由导线而与E⑶连接并被适度通电。从电磁阀134的罩壳135突出有与驱动轴140 —体形成的轴套146，轴套146收容于收容孔126的主开口部132中，并被收容孔126的内周面支承成能自由转动。弹簧138的一端被按压到轴套146的底面，另一端与圆筒部136a的底面抵接，并将阀体136朝收容孔126的最内侧部133按压施力。在此，圆筒部136a的外周面与轴套146的内周面通过分别进行了沿着驱动轴140 的轴线方向的例如锯齿形加工的嵌合部148而被嵌合在一起，藉此，在轴套146与圆筒部 136a之间形成有弹簧138的收容室139，收容室139将收容孔1 与入口端33侧气密地划分开。另外，能实现阀体136沿着收容于收容室139的弹簧138的按压方向的移动和阀体 136随着驱动轴140及轴套146的旋转而转动这两种运动。此处，在本实施方式中，在收容室139中穿设有与低压室44连通的低压路141，并流入有处于低压侧压力的工作流体。在如上所述构成的阀机构124中，通过使阀体136经由驱动轴140沿顺时针或逆时针在90度的范围内转动，从而能利用流路12 来切换连通路102或旁通路104以使入口端与其连通。驱动轴140被电磁阀134驱动，而电磁阀1；34通过E⑶而工作。以下，与流体机械10及兰肯回路4的动作一起，对上述阀机构124的工作进行说明。〈通常运转〉当利用E⑶将兰肯回路4启动时，如图6(a)、图6(b)所示，通过将阀体136转动至使入口端仅与连通路102连通的位置，阀机构IM如箭头所示使工作流体从加热器8流入高压室38中，藉此，使膨胀单元12工作，并随着驱动轴72的旋转，使发电单元18的转子 96旋转，由此使发电单元18产生交流电。交流电被供给至负载20，并被负载20适度地存储或消耗。〈高压保持〉当利用EUC使兰肯回路4的工作停止时，如图7 (a)、图7 (b)所示，阀体136被转动至入口端与连通路102及旁通路104均不连通的位置以堵塞第二流路128即入口端33，从而阀机构124阻止工作流体从加热器8流入高压室38。此时，利用单向阀7阻止工作流体从加热器8朝泵6侧的逆流，以在形成高压流路fe的同时，形成低压流路恥。另外，在兰肯回路4的运转中，利用E⑶来对高压流路如中的工作流体的压力降低进行检测，例如，当工作流体的压力不足规定的合理压力(第二设定压力)时，如图7(a)、 图7 (b)所示，阀体136堵塞入口端33，使工作流体的高压侧压力被积蓄在高压流路fe中直至达到上述合理压力，当工作流体的高压侧压力为规定的合理压力(第三设定压力 > 第二设定压力)以上时，如图6 (a)、图6 (b)所示，阀体136转动至使入口端仅与连通路102连通的位置。〈异常高压释放〉当因高压流路fe的异常高压而使从导压路130压力传递而来且作用于阀体136 的头部136a的工作流体的高压侧压力的力!^hp比出口端45的工作流体的低压侧压力Flp 与弹簧116的按压力Fs的合力大时，如图8(a)、图8(b)所示，阀体136远离收容孔126的最内侧部133而移动至弹簧138侧，从而使环槽136c定位于与第二流路1 连通的位置。 藉此，通过环槽136c解除第二流路128即入口端33的阻断，阀机构136如箭头所示使高压流路fe的工作流体流入连通路102及旁通路104，并使高压流路fe的压力经由输出端45 而释放至低压流路恥。并不如环槽136c那样沿着阀体136的外周在全周长上形成槽，只要在沿阀体136的外周的规定范围内形成槽，就能使解除入口端33的阻断时的高压流路fe 的工作流体仅流入旁通路104。〈再启动〉当利用E⑶使兰肯回路4再启动时，阀体136从如图7(a)、图7(b)所示堵塞入口端33的位置转动至如图6(a)、图6(b)所示的与连通路102连通的位置，从而使高压流路 5a的压力被释放至连通路102中。利用该释放后的工作流体的压力来驱动膨胀单元12，藉此，使驱动轴72旋转。随着驱动轴72的旋转，发电单元18的转子96旋转，发电单元18产生交流电。交流电被供给至负载20，并被负载20适度地存储或消耗。〈旁通〉在兰肯回路4的初始启动时利用E⑶仅使泵6启动时，阀体136转动至图9 (a)、图 9 (b)所示的第二流路1 与旁通路104连通的位置，降低循环路5中的工作流体的液体流过阻力，从而顺利地进行工作流体的循环量的控制。另外，由于在兰肯回路4完全停止时阀体136被转动至第二流路1 与旁通路104 连通的位置，能使高压流路fe的工作流体流入低压流路5b，因此，能使循环路5整体的工作流体的压力处于均压，从而能使膨胀单元12顺利且完全地停止。如上所述，第三实施方式的废热利用装置1与第二实施方式的情况相同，能机械地且通过基于工作流体的高压侧压力与低压侧压力之间的压差的相对压力控制来进行高压流路fe的异常高压释放，因此，能提高异常高压释放的控制响应性。此处，在本实施方式中，在收容室139中经由低压路141流入有处于低压侧压力的工作流体，但也可使释放至大气的大气释放路148代替低压路141来与收容室139连通，以将收容室139释放至大气中。以下，与流体机械10及兰肯回路4的动作一起，对仅在高压流路fe的异常高压释放的情况下的设有该大气释放路148时的阀机构124的工作进行说明。〈异常高压释放〉当因高压流路fe的异常高压而使从导压路130压力传递而来且作用于阀体136 的头部136a的工作流体的高压侧压力的力!^hp比大气压的力1 与弹簧116的按压力Fs 的合力大时，如图8(a)、图8(b)所示，通过使阀体136远离收容孔126的最内侧部133而经由环槽136c来解除入口端33的闭塞，阀机构136如箭头所示使高压流路fe的工作流体流入连通路102及旁通路104或仅流入旁通路104，以使高压流路fe的压力经由输出端45 释放至低压流路恥中。在该情况下，能仅根据入口端33的绝对压力、即高压侧压力来进行高压流路fe的异常高压释放(绝对压力控制)。因此，通过将用于解除入口端33的阻断的规定的设定压力设定为高压流路fe、膨胀单元12及流体机械10、兰肯回路4的在设定上所允许的设计最大压力以下，能更进一步彻底地进行兰肯回路4及废热利用装置1的机器保护，从而能进一步提高废热利用装置1的可靠性。较为理想的是，在兰肯回路4的初始启动时利用ECU仅使泵6启动时，无论是否是异常高压释放时，阀体136转动至图9(a)、图9(b)所示的入口端与旁通路104连通的位置，降低循环路5中的工作流体的液体流过阻力，从而能顺利地进行工作流体的循环量的控制。另外，通过在兰肯回路4完全停止时将阀体136转动至入口端与旁通路104连通的位置，能使高压流路fe的工作流体流入低压流路5b，因此，能使循环路整体的工作流体的压力处于均压，从而能使膨胀单元12顺利且完全地停止。本发明不限定于上述各实施方式，能进行各种变形。例如，废热利用装置1将废气的热转换为电力，但也可将发动机2的冷却水的热 (热源)转换为电力。此外，废热利用装置1也能适用于车辆以外的情况。另外，并不局限于由膨胀单元12和发电单元18构成的流体机械10，也能适用于以下流体机械包括用于代替发电单元18的电动机发生器单元及用于代替泵16的泵单元，且这些单元可使膨胀单元12和驱动轴72共用。此处，在高压流路fe中不能保持高压的情况下，在兰肯回路4再启动时从外部供电，使电动机发生器作为电动机工作以启动泵单元，然后，在循环路5内的工作流体的压力充分地上升后，也可以以其输出的一部分使泵单元运转，以其余的输出使发电单元18的转子96旋转来进行发电。另一方面，在高压流路fe中不能保持高压的情况下，能利用高压工作流体的能量启动泵单元，因此，无需使泵单元启动的外部电力，从而能实现流体机械的节能化。此外，并不局限于流体机械10，也能适用于不具有发电单元18的单纯的膨胀器、 通过动力传递装置将膨胀器输出传递至内燃机的流体机械及其它结构的流体机械。此外，阀机构的阀体被电磁阀驱动，但并不局限于此，也可利用工作流体的压力、 膨胀单元的输出来驱动阀体。
工业上的可利用性本发明涉及一种室内空调、制冷+冷藏库、制冷陈列柜等的冷却系统，其是一种无论外部温度、从压缩机中排出的制冷剂的温度状况如何都能有效地实现压缩机的润滑、密封性能的确保和制冷效率的提高的冷却系统。符号说明1废热利用装置4兰肯回路(制冷剂回路)5循环路高压流路5b低压流路10流体机械12膨胀单元22涡旋单元(驱动部)33 入口端45 出口端102连通路104旁通路106、112、124 阀机构108滚珠(阀体)114弹簧机构116、138 弹簧118、139 收容室134电磁阀(驱动源)136 阀体
权利要求
1.一种流体机械，其特征在于，在罩壳内包括驱动部，该驱动部被从入口端流入的工作流体驱动，以将工作流体排出至出口端； 连通路，该连通路使从所述入口端流入的工作流体流入所述驱动部； 旁通路，该旁通路使从所述入口端流入的工作流体绕过所述驱动部而引导至所述出口端；以及阀机构，该阀机构进行对来自所述入口端的工作流体的流入的阻断或阻断解除，并切换所述连通路与所述旁通路以使所述入口端与所述连通路或所述旁通路连通。
2.一种制冷剂回路，其特征在于，在用于使工作流体循环的循环路中包括权利要求1所述的流体机械。
3.一种废热利用装置，其特征在于，包括将膨胀单元插入所述循环路的兰肯回路，作为权利要求2所述的制冷剂回路，其中，所述膨胀单元被收容在所述流体机械的所述罩壳内，并利用所述驱动部来使因热源的废热而处于高压的工作流体膨胀以产生驱动力，所述兰肯回路具有高压流路，该高压流路与所述入口端连接，并作用有在所述循环路中循环的工作流体的高压侧压力；低压流路，该低压流路与所述出口端连接，并作用有在所述循环路中循环的工作流体的低压侧压力；以及压力保持元件，该压力保持元件对所述高压流路的压力进行保持，在所述压力保持元件工作时，所述阀机构对来自所述入口端的工作流体的流入进行阻断，当所述高压流路的压力为规定的第一设定压力以上时，所述阀机构解除对来自所述入口端的工作流体的流入的阻断，并使所述入口端与所述旁通路或所述连通路连通。
4.如权利要求3所述的废热利用装置，其特征在于，当所述兰肯回路运转时，所述阀机构使所述入口端与所述连通路连通， 当所述兰肯回路停止时，所述阀机构使所述压力保持元件工作，以阻断来自所述入口端的工作流体的流入，当所述高压流路的压力为所述规定的第一设定压力以上时，所述阀机构解除对来自所述入口端的工作流体的流入的阻断，而使所述入口端与所述旁通路或所述连通路连通， 当所述兰肯回路在停止后再启动时，所述阀机构使所述入口端与所述连通路连通。
5.如权利要求3或4所述的废热利用装置，其特征在于，当所述兰肯回路运转时，所述阀机构使所述入口端与所述连通路连通， 当所述高压流路的压力不足所述规定的第二设定压力时，所述阀机构在所述兰肯回路运转中使所述压力保持元件工作，以阻断来自所述入口端的工作流体的流入，当所述高压流路的压力为规定的第三设定压力以上时，所述阀机构解除对来自所述入口端的工作流体的流入的阻断，并使所述入口端与所述连通路连通。
6.如权利要求3所述的废热利用装置，其特征在于，当所述高压流路的压力为所述规定的第一设定压力以上时，所述阀机构仅使所述入口端与所述旁通路连通，并解除对来自所述入口端的工作流体的流入的阻断。
7.如权利要求3所述的废热利用装置，其特征在于， 所述阀机构由阀体和弹簧机构构成，其中，所述阀体切换所述连通路和所述旁通路以使所述入口端与所述连通路或所述旁通路连接，并在所述阀体上作用有所述入口端的所述高压侧压力，所述弹簧机构对所述阀体进行支承，并通过克服所述高压侧压力来对所述阀体进行按压或按压解除，以进行对来自所述入口端的工作流体的流入的阻断或阻断解除。
8.如权利要求7所述的废热利用装置，其特征在于，所述弹簧机构由弹簧和收容室构成，其中，所述弹簧对所述阀体进行按压，在所述收容室中收容有所述弹簧，并且所述收容室被与所述入口端气密地划分开。
9.如权利要求8所述的废热利用装置，其特征在于，所述收容室与所述出口端连通，当因所述入口端的所述高压侧压力而作用于所述阀体的力比所述出口端的所述低压侧压力与所述弹簧的按压力的合力大时，所述弹簧机构使所述入口端与所述旁通路连通， 以解除对来自所述入口端的工作流体的流入的阻断。
10.如权利要求8所述的废热利用装置，其特征在于，所述收容室被释放至大气，当因所述入口端的所述高压侧压力而作用于所述阀体的力比大气压与所述弹簧的按压力的合力大时，所述弹簧机构使所述入口端与所述旁通路连通，以解除对来自所述入口端的工作流体的流入的阻断。
11.如权利要求7所述的废热利用装置，其特征在于，阀体是球阀或是回转阀，其被规定的驱动源驱动而旋转。
全文摘要
一种流体机械、使用该流体机械的制冷剂回路及废热利用装置，所述流体机械不仅能实现兰肯回路的异常高压防止及启动性提高，还能实现兰肯回路和装置的小型化及成本降低。废热利用装置(1)具有兰肯回路(4)，兰肯回路(4)具有流体机械(10)。流体机械(10)在罩壳内包括被从入口端(33)流入的工作流体驱动，以将工作流体排出至出口端(45)的驱动部(22)；使从入口端流入的工作流体流入驱动部的连通路(102)；使从入口端流入的工作流体绕过驱动部而引导至出口端的旁通路(104)；以及进行对来自入口端的工作流体的流入的阻断或阻断解除，并切换连通路与旁通路以入口端与连通路或旁通路与连通的阀机构(106、112、124)。
文档编号F01C20/26GK102365422SQ20108001569
公开日2012年2月29日 申请日期2010年3月29日 优先权日2009年3月30日
发明者和田博文 申请人:三电有限公司