朗肯循环的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种朗肯循环（101）。该朗肯循环（101）在冷媒的循环路径上依次设置有使冷媒与废气进行热交换的废气锅炉（113）、膨胀机（114）、冷凝器（115）、以及泵（111），具备检测从废气锅炉（113）流出的冷媒温度的温度传感器（131）、检测流经废气锅炉（113）的冷媒压力的压力传感器（132）、对流向废气锅炉113的冷媒流量进行调节的旁通流路（3）和流量调整阀（130）、以及控制流量调整阀（130）的ECU（140）。ECU（140）进行控制，使被吸入至膨胀机（114）的冷媒的温度和压力以满足沿着将目标压力设定为使冷媒的密度随冷媒的温度上升而增加的目标压力线TPL的关系的方式而变化。
【专利说明】朗肯循环
【技术领域】
[0001]本发明涉及朗肯循环。
【背景技术】
[0002]人们开发出一种利用将从车辆的内燃机排出的热量转换为发电机等的动力的朗肯循环的技术。
[0003]朗肯循环构成包括:通过使包含从内燃机排出的热量的热介质和工作流体进行热交换来对工作流体进行过热蒸汽化的热交换器、通过使过热蒸汽状态的工作流体膨胀而得到动力的膨胀机、对膨胀的工作流体进行冷却并使其液化的冷凝器、以及将液化的工作流体压送至热交换器的泵等。而且，膨胀机通过使工作流体膨胀而使涡轮等旋转体旋转，由此，将工作流体膨胀时的能量转换为旋转驱动力，并将该转换后的旋转驱动力作为动力传递至发电机等。
[0004]例如，在专利文献I中记载有如下的朗肯循环，即，在冷媒泵将冷媒(工作流体)输送至膨胀机的流路的中途，依次配置了使冷媒与内燃机的冷却水进行热交换的第I热交换器、以及使冷媒与内燃机的废气(热介质)进行热交换的第2热交换器。在专利文献I的朗肯循环中，冷媒在第I热交换器中与冷却水进行热交换成为蒸汽之后，在第2热交换器中与温度更高的废气进行热交换成为过热蒸汽，流入膨胀机。
[0005]专利文献1:日本特开2011-12625号公报
[0006]在专利文献I的朗肯循环中，废气的温度根据内燃机的负荷，在大约200°C?800°C之间大幅变动而成为非常高的温度，所以，在第2热交换器中进行热交换的冷媒随着废气的温度上升，吸热量增加而成为高温，该高温的冷媒被吸入至膨胀机。因此，在专利文献I的朗肯循环中，需要对膨胀机、冷媒的配管等进行耐热设计，从而存在成本增加这样的问题。
【发明内容】
[0007]本发明正是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于提供一种在冷媒(工作流体)与废气(热介质)的热交换中，抑制冷媒的温度相对于废气的温度上升而上升的朗肯循环。
[0008]为了解决上述课题，本发明的朗肯循环是在工作流体的循环路径中依次设置有:使工作流体与热介质进行热交换的热交换器、通过使工作流体膨胀而产生驱动力的流体膨胀器、使工作流体凝缩的凝缩器、以及将工作流体输送至热交换器的流体压送装置，并且与热交换器中的热介质进行热交换后的工作流体的状态为过热蒸汽的朗肯循环，在该朗肯循环中，具备:温度检测器，其检测从热交换器流出的工作流体的温度；压力检测器，其检测流经热交换器的工作流体的压力；流量调整单元，其对流向热交换器的工作流体的流量进行调节；以及控制装置，其控制流量调整单元，其中，控制装置将目标压力设定为从热交换器流出的工作流体的密度随着由温度检测器检测出的温度的上升而增加，并控制流量调整单元，以使得压力检测器的检测压力成为目标压力。
[0009]根据本发明的朗肯循环，在工作流体与热介质的热交换中，能够抑制工作流体的温度相对于热交换量的增加而上升。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是表示本发明的实施方式所涉及的朗肯循环以及其周边的构成的示意图。
[0011]图2是表示图1的朗肯循环中的冷媒的状态的p-h线图。
[0012]图3是表示实施方式所涉及的朗肯循环的变形例的图。
[0013]图4是表示实施方式所涉及的朗肯循环的另一变形例的图
【具体实施方式】
[0014]以下，根据附图，对本发明的实施方式进行说明。
[0015]实施方式
[0016]首先，对本发明的实施方式所涉及的朗肯循环101以及其周边的构成进行说明。此外，在以下实施方式中，对在安装内燃机即发动机10的车辆中使用了朗肯循环情况下的例子进行说明。
[0017]参照图1，具备发动机10的未图示的车辆具备朗肯循环101。
[0018]朗肯循环101形成依次环状连接泵111、冷却水锅炉112、废气锅炉113、膨胀机114、冷凝器115、接收器116以及过冷却器117的循环路径，该朗肯循环101能使作为工作流体的冷媒(本实施方式中是Rl34a)流动通过。
[0019]泵111是通过运转来压送流体的部件，在本实施方式中压送液体。泵111与膨胀机114共有其驱动轴119。并且，驱动轴119经由电磁离合器119a，而与皮带轮119b连接。皮带轮119b通过传动皮带IOc,而与发动机皮带轮IOb连结,该发动机皮带轮IOb与从发动机10延伸的发动机驱动轴IOa连结。电磁离合器119a能够连接或者切断驱动轴119和皮带轮119b，并通过与车辆的控制装置亦即E⑶140电连接，来控制该连接和断开动作。因此，泵111的转速依存于发动机10或者膨胀机114的转速。
[0020]此处，泵111构成流体压送装置。
[0021]另外，泵111的下游侧的吐出口经由流路部Ia以及lb，而与冷却水锅炉112的冷媒入口连通。在冷却水锅炉112的内部，流经发动机10的冷却水回路20的发动机冷却用的冷却水和冷媒流动通过，彼此进行热交换，由此能够加热冷媒。
[0022]此外，在冷却水回路20中，在从发动机10延伸并与发动机10 —体的水泵21连接的循环流路亦即水循环流路20a的中途设置有散热器22，在水循环流路20a的中途分支并再次与水循环流路20a汇合的分支水流路20b的中途设置有冷却水锅炉112。散热器22通过使流经内部的冷却水和周围的空气进行热交换来对冷却水进行冷却。
[0023]冷却水锅炉112的冷媒出口经由流路部lc，而与废气锅炉113的冷媒入口连通。在废气锅炉113的内部，从冷却水锅炉112流出的冷媒和发动机10的排气系统30的废气流动通过，彼此进行热交换，由此，能够加热冷媒。此外，废气锅炉113被设置在介于排气系统30中的连通发动机10与消声器30b的排气流路30a的中途。
[0024]这里，废气构成热介质，废气锅炉113构成热交换器。[0025]废气锅炉113的冷媒出口经由流路部ld，而与作为流体膨胀器的膨胀机114的入口连通。膨胀机114是，在其内部通过使在废气锅炉113中加热后的高温高压的冷媒膨胀而使驱动轴119与涡轮等旋转体一起旋转，由此利用旋转驱动力获得功的流体设备。另外，在膨胀机114和泵111之间设置有具有发电功能的交流发电机118，交流发电机118共有驱动轴119。由此，膨胀机114产生的旋转驱动力能够经由旋转轴119，一体地驱动交流发电机118以及泵111，另外，由发动机10供给的泵111的驱动力能够经由驱动轴119，一体地驱动交流发电机118以及膨胀机114。
[0026]此外，流路部la、lb、lc、以及Id构成冷媒的高压侧流路即第一流路I。
[0027]另外，交流发电机118与变流器120电连接，并且，变流器120与电池121电连接。而且，若膨胀机114对驱动轴119进行驱动使其旋转，则交流发电机118产生交流电流并输送至变流器120，变流器120将输送来的交流电流转换成直流电流并供给给电池121来进行充电。
[0028]另外，膨胀机114的出口经由流路部2a，而与冷凝器115的入口连通。在冷凝器115的内部，冷媒流动通过并与冷凝器115周围的空气进行热交换，由此能够冷却凝缩冷媒。
[0029]此处，冷凝器115构成凝缩器。
[0030]冷凝器115的出口经由流路部2b，而与接收器116的入口连通，并且，接收器116的出口经由流路部2c，而与过冷却器117的入口连通。
[0031]接收器116是内部包含液体的冷媒的气液分离器，是除去冷媒所包含的冷媒的蒸汽成分、水分、异物等的部件。
[0032]在过冷却器117的内部，从接收器116输送来的液体的冷媒流动通过并与过冷却器117周围的空气进行热交换，由此能够过冷却冷媒。
[0033]另外，过冷却器117的出口经由流路部2d，而与泵111的吸入口连通，从过冷却器117流出的冷媒被吸入至泵111并再次被压送，从而循环朗肯循环101。
[0034]此外，流路部2a、2b、2c以及2d构成冷媒的低压侧流路即第二流路2。
[0035]另外，朗肯循环101具有将第一流路I的流路部Ia与第二流路2连通的旁通流路
3。此外，在本实施方式中，旁通流路3的一方的端部与第一流路I的流路部Ia和流路部Ib的连结部连接，旁通流路3的另一方的端部与第二流路2的流路部2b连接。并且，朗肯循环101在旁通流路3的中途具有流量调整阀130，该流量调整阀130能够打开或者关闭旁通流路3且能够调节旁通流路3的流路截面积。此外，流量调整阀130与E⑶140电连接从而控制其动作。
[0036]这里，旁通流路3以及流量调整阀130构成流量调整单元。
[0037]另外，朗肯循环101在第一流路I的流路部Id中的膨胀机114的入口附近，具有:检测流经流路部Id的冷媒的温度的温度传感器131、和检测流经流路部Id的冷媒的压力的压力传感器132。温度传感器131检测膨胀机114的入口的冷媒的温度，即从废气锅炉113流出的冷媒的温度，并向电连接的ECU140发送所检测出的冷媒的温度信息。另外，压力传感器132检测膨胀机114的入口的冷媒的压力，即流经废气锅炉113的冷媒的压力，并向电连接的ECU140发送所检测出的冷媒的压力信息。此外，在第一流路I的流路部Ia?Id中，与流量调整阀130的打开以及关闭无关，冷媒的压力在各流路部之间相等，所以也可以将压力传感器132设置于流路部Ia?Ic的任意一方。
[0038]这里，温度传感器131构成温度检测器，压力传感器132构成压力检测器。
[0039]接下来，对该发明的实施方式所涉及的朗肯循环101的动作进行说明。
[0040]参照图1，在发动机10的运转中，水泵21也运转来压送冷却水。从发动机10向外部压送的冷却水在冷却水回路20中，以流经冷却水锅炉112以及散热器22并再次返回发动机10的方式进行循环。
[0041]另外，从运转中的发动机10向排气系统30排出废气。排出的废气流经废气锅炉113的内部后，从消声器30b被排出至车辆的外部。
[0042]另外，当发动机10运转时，E⑶140使电磁离合器119a连接。由此，发动机10的旋转驱动力经由发动机驱动轴10a、发动机皮带轮10b、传动皮带10c、皮带轮119b以及电磁离合器119a，而传递至驱动轴119，由此，驱动轴119 一体地驱动泵111、交流发电机118以及膨胀机114。
[0043]驱动的泵111将液体状态的冷媒向冷却水锅炉112压送，另外，被驱动的膨胀机114通过使涡轮等旋转体旋转，来对第一流路I的流路部Id的冷媒进行降压并输送至第二流路2的流路部2a。此外，冷媒通过被泵111压送而受到隔热加压作用。
[0044]被泵111压送的液体状态的冷媒通过流路部Ia以及Ib而流入到冷却水锅炉112，通过与流经该冷却水锅炉112内部的冷却水进行热交换，被等压加热而升温并流出。此外，在打开了流量调整阀130的情况下，流路部Ia的冷媒的一部分通过旁通流路3，与第二流路2的流路部2b汇合。
[0045]从冷却水锅炉112流出的冷媒通过流路部Ic而流入到废气锅炉113，通过与流经该废气锅炉113内部的废气进行热交换来进行等压加热而升温，成为高温高压的过热蒸气后流出。
[0046]并且，从废气锅炉113流出的高温高压的过热蒸气状态的冷媒通过流路部ld，被吸入至膨胀机114。在膨胀机114中，冷媒利用上游侧的流路部Id与下游侧的流路部2a之间的冷媒的压力差来进行了隔热膨胀之后，以高温低压的过热蒸气状态流出。而且，在膨胀机114中，冷媒的膨胀能量作为再生能量被转换为旋转能量，并传递至驱动轴119。
[0047]此外，传递至驱动轴119的再生能量不仅作为旋转驱动力而被供给交流发电机118以及泵111，也传递至发动机10来辅助其旋转驱动。另外，交流发电机118通过施加的旋转驱动力来运转并生成交流电流，生成的交流电流由变流器120转换为直流电流之后，向电池121充电。
[0048]从膨胀机114流出的过热蒸气状态的冷媒通过流路部2a而流入到冷凝器115，通过在冷凝器115中与周围的空气即外部空气进行热交换来进行等压冷却而凝缩，成为液体状态流出。
[0049]并且，从冷凝器115流出的液体状态的冷媒通过流路部2b而流入到接收器116，并在储存于接收器116的内部的液体冷媒中通过而流出至流路部2c。冷媒在通过接收器116内时，所含有的冷媒的蒸气成分、水分以及异物等被除去。
[0050]而且，从接收器116流出的冷媒通过流路部2c而流入到过冷却器117，通过在过冷却器117中与外部空气进行热交换来进一步进行等压冷却，成为过冷却液状态而流出至流路部2d。并且，流路部2d的冷媒被吸入至泵111并再次进行压送，循环朗肯循环101。[0051]这里，在图2的冷媒的p-h线图中表示出在朗肯循环101的循环过程中的冷媒的状态变化。P-h线图具有将纵轴作为冷媒的压力(单位为MPa)，将横轴作为冷媒的焓(单位SkJ / kg)的正交坐标系。并且，在过冷却液区域SL中表示出冷媒成为过冷却液状态的区域，在湿蒸气区域WS中表示出冷媒成为湿蒸气状态的区域，在过热蒸气区域SS中表示出冷媒成为过热蒸气状态的区域。而且，在过冷却液区域SL与湿蒸气区域WS的边界表示有饱和液线a，在湿蒸气区域WS与过热蒸气区域SS的边界表示有干饱和蒸气线3。
[0052]并且，在图2中，使在发动机10 (参照图1)负荷是中度且朗肯循环101运转中的废气温度为平均的状态(例如大约500?600°C左右)下的朗肯循环101进行循环的冷媒的状态变化，沿着呈以点A、B、C以及D为顶点的梯形形状的周期S而进行。
[0053]同时参照图1，在周期S中，从点A到点B的工序表示基于泵111压送的冷媒的隔热加压工序。在该工序中，使冷媒的压力从压力Pa上升至压力Pb，并且使冷媒的温度上升，其状态在过冷却液区域SL内维持液体状态(过冷却液状态)。
[0054]在从点B到点C的工序中，从点B到点E的工序表示冷却水锅炉112中的等压加热工序，从点E到点C的工序表示废气锅炉113中的等压加热工序。在从点B到点E的工序中，通过冷媒与冷却水的热交换而将冷媒的压力维持在Pb的同时使其温度上升，在从点E到点C的工序中，通过冷媒与废气的热交换而将冷媒的压力维持在Pb的同时使其温度继续上升，成为温度I。此外，温度Ttl在本实施方式中为120°C。此时，冷媒的状态在从点B到点E的工序中，在过冷却液区域SL内维持过冷却液状态，在从点E到点C的工序中，从过冷却液区域SL内的过冷却液状态经过湿蒸气区域WS，变化为过热蒸气区域SS内的过热蒸气状态。
[0055]从点C到点D的工序表示由膨胀机114进行的隔热膨胀工序。在该工序中，使冷媒的压力从压力Pb下降至压力Pa，并且使冷媒的温度降低，其状态在过热蒸气区域SS内维持过热蒸气状态。
[0056]在从点D到点A的工序中，从点D到点F的工序表示冷凝器115中的等压冷却工序，从点F到点A的工序表示过冷却器117中的等压冷却工序。在从点D到点F的工序中，通过冷媒与外部空气的热交换而将冷媒的压力维持在Pa的同时使其温度下降，在从点F到点A的工序中，通过冷媒与外部空气的热交换而将冷媒的压力维持在Pa的同时使其温度继续下降。此时，冷媒的状态在从点D到点F的工序中从过热蒸气区域SS内的过热蒸气状态变化为饱和液，在从点F到点A的工序中，从饱和液变化为过冷却液区域SL内的过冷却液状态。
[0057]另外，若发动机10的负荷变高而使废气的热量增大导致温度上升，则在废气锅炉113中冷媒从废气吸收的热量增加，与废气进行热交换之后的冷媒的焓增加。而且，由于泵111以及膨胀机114的转速与发动机10连动而为固定，所以废气锅炉113中进行热交换之后处于点C的冷媒的状态例如在通过点C的等密度线(等比体积线)d0上要向焓的增加方向，即温度的上升方向即点Cl变化。在从点C向点Cl的状态变化中，温度上升较大。因此，在朗肯循环101中，为了抑制废气锅炉113中进行热交换后的冷媒即被吸入至膨胀机114的冷媒的温度相对于废气的温度上升而上升，并减少施加给膨胀机114的热量，进行如下那样的控制。
[0058]此外，图2的等密度线d0、dl、d2、d3、d4以及d5随着从d0向d5，其密度变大，但是与此相反地比体积变小。另外，图2的曲线Ttl表示温度Ttl的等温线。等温度线随着从等温线Ttl向等温线1\、T2, T3、T4、T5、T6、T7，其温度以每10°C升高，随着从等温线Ttl向等温线H T_3、T_4、T_5，其温度以每I (TC降低。
[0059]此时，E⑶140进行控制，以使得在废气锅炉113中进行热交换后的冷媒的温度以及流经废气锅炉113的冷媒的压力，即被吸入至膨胀机114的冷媒的温度以及压力以满足沿目标压力线TPL的关系的方式而变化。即，E⑶140通过与被吸入至膨胀机114的冷媒的温度对应地调节被吸入至膨胀机114的冷媒的压力来进行控制，以使得冷媒的温度以及压力满足沿目标压力线TPL的关系。当如上所述那样，在废气锅炉113中冷媒从废气吸收的热量增加，使冷媒的状态要从点C向点Cl变化时，根据ECU140的控制，冷媒状态从点C向点Cl’变化。在点Cl’的冷媒与点Cl的情况相比，焓较小且冷媒温度较低，但是为了将压力控制地较高而使冷媒流量变大，冷媒(工作流体)从废气(热介质)获得的热量与点Cl的情况几乎相等。
[0060]此外，目标压力线TPL是被设定为冷媒密度随着冷媒的温度上升而变大的直线。目标压力与冷媒的焓成比例。即使在发动机10为低负荷且废气温度较低的状态(靠近图2的目标压力线TPL上的左端)下，目标压力线TPL也被决定为位于过热蒸气区域SS。另外，若随着温度上升的冷媒密度增加量(冷媒的流量增加)较小，则本发明的效果变小，若过于大，则容易摆动而难以控制。
[0061]如上述那样，在温度以及压力满足沿着目标压力线TPL的关系的控制中，与不存在温度以及压力满足沿着等密度线d0的关系的控制(过程)的状态相比，使冷媒压力随着冷媒温度的上升而上升的比例增大，因此，为了使流经废气锅炉113的冷媒的密度随着冷媒温度的上升而增大，使冷媒流量增大。由此，抑制了废气锅炉113中进行热交换后的冷媒的温度相对于废气的热量的增加而上升。
[0062]而且，E⑶140使用流路部Id中的膨胀机114的入口的温度传感器131检测出的冷媒温度以及压力传感器132检测出的冷媒压力，并调节流量调整阀130而控制旁通流路3的冷媒流量，由此来进行控制，以使得被吸入至膨胀机114的冷媒的温度以及压力与目标压力线TPL —致。
[0063]具体而言，E⑶140中预先存储有相对于温度传感器131检测出的温度的冷媒的目标压力(目标压力线TPL)。而且，E⑶140调节流量调整阀130，以使得压力传感器132检测出的检测压力成为目标压力。即，ECU140在压力传感器132的检测压力比目标压力低的情况下，通过减少流量调整阀130的开度而增加流路部Id的冷媒流量，来使流路部Id的冷媒压力(被吸入至膨胀机114的冷媒压力)上升。另外，E⑶140在压力传感器132的检测压力比目标压力高的情况下，通过增大流量调整阀130的开度而减少流路部Id的冷媒流量，来使流路部Id的冷媒压力(被吸入至膨胀机114的冷媒压力)降低。并且，E⑶140与随着时间流逝从温度传感器131取得的温度实时对应地控制上述冷媒压力。
[0064]此外，E⑶140也可以根据点C的冷媒的温度等来计算目标压力线TPL。
[0065]另外，也可以在朗肯循环101中设定上限压力Pc，来作为高压侧流路即第一流路I的流路配管、和第一流路I上的构成部件即膨胀机114、冷却水锅炉112以及废气锅炉113等的设计上限压力。在该情况下，若冷媒温度上升至在目标压力线TPL中与上限压力Pc对应的温度T5以上，则如虚线TPL’那样，目标压力被固定为上限压力Pc。[0066]另外，在废气的温度降低，且被吸入至膨胀机114的冷媒的温度比在点C中的温度T0降低的情况下，ECU140也控制压力传感器132中的冷媒压力，以使得与温度传感器131中的降低的冷媒温度对应地，使冷媒的温度以及压力的关系沿着目标压力线TPL变化。在温度以及压力满足沿着目标压力线TPL的关系的控制中，与温度以及压力满足等密度线d0的关系并且冷媒温度降低的冷媒状态相比，ECU140为了随着冷媒温度的降低而使流经废气锅炉113的冷媒的密度降低，使冷媒流量减少。因此，抑制了废气锅炉113中进行热交换后的冷媒的温度相对于废气的热量的降低而降低，并且抑制了膨胀机114中的液体回流。
[0067]如上述那样，该发明的实施方式所涉及的朗肯循环101是在冷媒的循环路径依次设置有使冷媒和废气进行热交换的废气锅炉113、通过使冷媒膨胀来产生驱动力的膨胀机114、使冷媒凝缩的冷凝器115、以及将冷媒输送至废气锅炉113的泵111，并且与废气锅炉113中的废气进行热交换后的冷媒的状态为过热蒸气。朗肯循环101具备:温度传感器131，其检测从废气锅炉113流出的冷媒的温度；压力传感器132，其检测流经废气锅炉113的冷媒的压力；旁通流路3和流量调整阀130，它们调节流向废气锅炉113的冷媒的流量；以及E⑶140，其控制流量调整阀130。E⑶140控制流量调整阀130，以使得在温度传感器131的检测温度上升的情况下，冷媒密度随着冷媒的温度上升而变大。
[0068]此时，在废气锅炉113中进行热交换后的过热蒸气状态的冷媒，随着进行热交换的废气的温度上升，吸热(焓)变多，伴随于此，被吸入至膨胀机114的冷媒的压力以及温度要沿着过热蒸气区域SS内的等密度线d0向增加的方向变动。ECU140进行控制，以使得被吸入至膨胀机114的冷媒的温度和压力以满足沿着将目标压力设定为冷媒密度随着冷媒的温度上升而变大的目标压力线TPL的关系的方式而变化。由此，在废气的温度上升的情况下，为了使冷媒的密度上升，以增加流经废气锅炉113的冷媒流量的方式进行控制，所以能够抑制冷媒温度的上升并且增大来自废气锅炉113中的废气的吸热量。即，朗肯循环101在冷媒和废气的热交换中，能够抑制冷媒的温度相对于废气的温度上升(热交换量的增加)而上升。
[0069]另外，在朗肯循环101中，E⑶140控制流量调整阀130，以使得在温度传感器131的检测温度降低的情况下，冷媒密度随着冷媒的温度降低而降低。此时，ECU140控制为被吸入至膨胀机114的冷媒的温度和压力以满足沿着目标压力线TPL的关系的方式而变化。由此，抑制了废气锅炉113中进行热交换后的冷媒的温度相对于废气的热量的降低而降低，并抑制了膨胀机114中的液体回流。
[0070]另外，在朗肯循环101中，E⑶140控制流经废气锅炉113的冷媒流量，以使得在温度传感器131的检测温度上升至与上限压力Pc对应的温度T5以上的情况下，压力传感器132的检测压力维持上限压力Pc，从而降低冷媒密度。由此，能够防止高压侧流路即第一流路I的流路配管、和第一流路I上的构成部件即膨胀机114、冷却水锅炉112、以及废气锅炉113等处于异常闻压中。
[0071]另外，在朗肯循环101中，旁通流路3将从泵111向废气锅炉113的冷媒的流路部Ia与从膨胀机114向泵111的冷媒的第二流路2连通。由此，在废气锅炉113中加热的冷媒全部流入到膨胀机114中，所以在废气锅炉113中获取的冷媒的热能不会在中途被废弃，而能够在膨胀机114中转换为膨胀能量来利用。因此，朗肯循环101能够有效地利用在废气锅炉113中获取的热能。[0072]并且，在朗肯循环101中，旁通流路3在从膨胀机114向泵111的冷媒的第二流路2中的冷凝器115和泵111之间连接。由此，流经旁通流路3的冷媒流入至冷凝器115的下游，所以不使冷凝器115中的压损增加，而能够抑制膨胀机114和冷凝器115之间的流路部2a中的冷媒的压力的上升。由此，能够确保膨胀机114的上游侧的流路部Id和下游侧的流路部2a之间的冷媒的差压较高，所以能够充分地确保在膨胀机114中获得的再生能量。另外，在冷凝器115和过冷却器117之间连接的旁通流路3能够防止在使过冷却器117和泵111之间的流路部2d绕开流路部Ia的情况下产生的泵气蚀(冷媒起泡)。另外，在冷凝器115和泵111之间连接的旁通流路3能够防止在使膨胀机114以及冷凝器115之间的流路部2a绕开流路部Ia的情况下引起的的流入冷凝器115的冷媒的温度降低，能够抑制由于流入冷媒的温度降低导致的冷凝器115中的放热量的降低。该冷凝器115中的放热量的降低使第二流路2的压力上升，并使膨胀机114的上游侧的流路部Id和下游侧的流路部2a之间的冷媒的差压降低，从而使膨胀机114中得到的再生能量降低。
[0073]虽然在实施方式的朗肯循环101中，目标压力线TPL为目标压力与冷媒的焓成比例的直线，但是并不局限于直线。
[0074]另外，在实施方式中，通过使用流量调整阀130来调节旁通流路3的流路截面积，从而调节了压力传感器132的检测压力(流经废气锅炉113的冷媒的压力)，但是并不局限于此。
[0075]如图3所示的朗肯循环201那样，泵111也可以不与发动机10、交流发电机118以及膨胀机114连结，而通过电动机222来驱动。在该情况下，通过控制电动机222的转速来调节泵111的转速，由此能够调节压力传感器132的检测压力。此时，膨胀机114的驱动轴114a和通过发动机10驱动而旋转的皮带轮119b经由电磁离合器119a连结，并且，交流发电机118共有驱动轴114a。
[0076]另外，如图4所示的朗肯循环301那样，也可以是，泵111不与发动机10、交流发电机118以及膨胀机114连结而通过电动机222来驱动，膨胀机114以及交流发电机118不与发动机10连结而通过驱动轴114a相互连结。此时，通过调节电动机222的转速，来调节泵111的转速，或者，控制交流发电机118的负荷来调节膨胀机114的转速，由此能够调节压力传感器132的检测压力。
[0077]另外，也可以使膨胀机114成为能够任意地变更其吸入容积的部件。通过变更吸入容积，膨胀机114输送的冷媒的流量(体积流量)被改变，由此，膨胀机114的上游侧流路的冷媒压力被改变，所以能够调节压力传感器132的检测压力。
[0078]另外，在实施方式的朗肯循环101中，旁通流路3将第一流路I的流路部Ia与第二流路2的流路部2b连通，但是并不局限于此。旁通流路3也可以相对于第二流路2，与流路部2a、2c以及2d的任意一个连接。
[0079]另外，在实施方式的朗肯循环101中，旁通流路3也可以为多个。
[0080]另外，实施方式的朗肯循环101具备冷却水锅炉112和废气锅炉113这两个热交换器，但是并不局限于此，也可以具备三个以上。朗肯循环101也可以具备空调的冷媒与朗肯循环101的冷媒的热交换器，还可以具备在混合动力汽车中使用的电动机的冷却水与朗肯循环101的冷媒的热交换器。
[0081]符号说明[0082] 3…旁通流路(流量调整单元);101、201、301…朗肯循环；111…泵(流体压送装置)；113…废气锅炉(热交换器)；114…膨胀机(流体膨胀器)；115…冷凝器(凝缩器)；130…流量调整阀(流量调整单元)；131…温度传感器(温度检测器)；132…压力传感器(压力检测器)；140*"ECU (控制装置)。
【权利要求】
1.一种朗肯循环，该朗肯循环在工作流体的循环路径上依次设置有:使工作流体和热介质进行热交换的热交换器、通过使工作流体膨胀而产生驱动力的流体膨胀器、使工作流体凝缩的凝缩器、以及将工作流体输送至所述热交换器的流体压送装置，该朗肯循环与所述热交换器中的热介质进行热交换后的工作流体的状态为过热蒸气， 其中，具备: 温度检测器，其检测从所述热交换器流出的工作流体的温度； 压力检测器，其检测流经所述热交换器的工作流体的压力； 流量调整单元，其调节流向所述热交换器的工作流体的流量；以及 控制装置，其控制所述流量调整单元， 所述控制装置将目标压力设定为从所述热交换器流出的工作流体的密度随着由所述温度检测器检测出的温度的上升而增加，并控制所述流量调整单元，以使得所述压力检测器的检测压力成为所述目标压力。
2.根据权利要求1所述的朗肯循环，其中， 所述控制装置随着由所述温度检测器检测出的温度的上升来控制所述流量调整单元，使流向所述热交换器的工作流体的流量增加。
3.根据权利要求2所述的朗肯循环，其中， 对所述目标压力设定有上限压力，控制所述流量调整单元，以使得在由所述温度检测器检测出的温度为规定温度以上的情况下，所述压力检测器的检测压力成为所述上限压力。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的朗肯循环，其中， 所述目标压力与从所述热交换器流出的所述工作流体的焓成比例。
5.根据权利要求1?4中任意一项所述的朗肯循环，其中， 所述流量调整单元为旁路和流量调整阀， 该旁路将从所述流体压送装置向所述热交换器的工作流体的流路与从所述流体膨胀器向所述流体压送装置的工作流体的流路连通， 该流量调整阀能够调节所述旁路中的工作流体的流量。
6.根据权利要求5所述的朗肯循环，其中， 所述旁路在从所述流体膨胀器向所述流体压送装置的工作流体的流路中的所述凝缩器和所述流体压送装置之间连接。
【文档编号】F01K23/02GK103608548SQ201280030147
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年6月12日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】榎岛史修, 井口雅夫, 森英文 申请人:株式会社丰田自动织机