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车辆用 朗肯循环系统

阅读：588发布：2020-05-12

专利汇可以提供车辆用朗肯循环系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种朗肯循环系统。本发明的课题在于，在车辆用朗肯循环系统中抑制内燃机的振动被从气液分离器直接传递至车辆。朗肯循环系统具备：沸腾器，其向在内燃机中循环的制冷剂提供废热从而使制冷剂蒸气化；气液分离器，其使从沸腾器送出的气液二相的制冷剂分离为气相流体和液相流体；过热器，其使从气液分离器送出的气相流体通过与内燃机的排气的热交换而过热；膨胀机，其使从过热器通过的气相流体膨胀而对热能进行回收；以及冷凝器，其使从膨胀机通过的气相流体冷凝而恢复为液相流体。气液分离器经由制冷剂管而与内燃机连接。另外，内燃机固定于车辆的发动机支架。而且，气液分离器经由托架而固定于内燃机。，下面是车辆用朗肯循环系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种车辆用朗肯循环系统，具备：
沸腾器，所述沸腾器向在内燃机中循环的制冷剂提供废热从而使所述制冷剂蒸气化；
气液分离器，所述气液分离器使从所述沸腾器送出的气液二相的制冷剂分离为气相流体和液相流体；
过热器，所述过热器使从所述气液分离器送出的气相流体通过与所述内燃机的排气的热交换而过热；
膨胀机，所述膨胀机使通过了所述过热器的气相流体膨胀而对热能进行回收；以及冷凝器，所述冷凝器使通过了所述膨胀机的气相流体冷凝而恢复为液相流体，所述车辆用朗肯循环系统的特征在于，
所述气液分离器经由制冷剂管而与所述内燃机连接，
所述内燃机固定于车辆的发动机支架，
所述气液分离器经由托架而固定于所述内燃机。
2.根据权利要求1所述的车辆用朗肯循环系统，其特征在于，
所述气液分离器经由制冷剂管而与所述过热器连接，
所述过热器固定于所述内燃机。
3.根据权利要求2所述的车辆用朗肯循环系统，其特征在于，
所述过热器经由制冷剂管而与所述膨胀机连接，
所述膨胀机固定于所述内燃机。
4.根据权利要求2或3所述的车辆用朗肯循环系统，其特征在于，
所述过热器与固定于所述内燃机的排气歧管一体地构成。

说明书全文

车辆用朗肯循环系统

技术领域

[0001] 本发明涉及车辆用朗肯循环系统，特别是涉及朗肯循环系统向车辆的搭载构造。

背景技术

[0002] 专利文献1中公开了与搭载于车辆的朗肯循环系统相关的技术。在该朗肯循环系统中，利用发动机的废热使液相流体沸腾而变化为气相流体，并通过使气相流体膨胀而获取功，使膨胀后的气相流体冷凝而恢复为液相流体。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：日本特开2015-94271号公报

[0006] 专利文献2：日本特开2002-316530号公报

[0007] 专利文献3：日本特开2011-189824号公报

[0008] 朗肯循环系统具有各种结构要素由配管等连接的构造。特别是在作为朗肯循环系统的结构要素之一的气液分离器上分别设置有配管，该配管用于使制冷剂在与包括内燃机在内的多个结构要素之间移动。因此，例如若将气液分离器固定于车辆侧，则内燃机的振动会被经由将内燃机和气液分离器连结的配管而传递至车辆。在上述技术中，并未对将朗肯循环系统搭载于车辆等移动体的构造进行考察，在抑制车辆的振动这一点上尚存改进的余地。

发明内容

[0009] 发明所要解决的课题

[0010] 本发明是鉴于如上课题而完成的，其目的在于提供能够抑制内燃机的振动被从气液分离器直接传递至车辆的车辆用朗肯循环系统。

[0011] 用于解决课题的手段

[0012] 为了达成上述目的，第1发明的车辆用朗肯循环系统具备：

[0013] 沸腾器，所述沸腾器向在内燃机中循环的制冷剂提供废热从而使所述制冷剂蒸气化；

[0014] 气液分离器，所述气液分离器使从所述沸腾器送出的气液二相的制冷剂分离为气相流体和液相流体；

[0015] 过热器，所述过热器使从所述气液分离器送出的气相流体通过与所述内燃机的排气的热交换而过热；

[0016] 膨胀机，所述膨胀机使通过了所述过热器的气相流体膨胀而对热能进行回收；以及

[0017] 冷凝器，所述冷凝器使通过了所述膨胀机的气相流体冷凝而恢复为液相流体，[0018] 所述车辆用朗肯循环系统的特征在于，

[0019] 所述气液分离器经由制冷剂管而与所述内燃机连接，

[0020] 所述内燃机固定于车辆的发动机支架，

[0021] 所述气液分离器经由托架而固定于所述内燃机。

[0022] 第2发明的特征在于，在第1发明中，

[0023] 所述气液分离器经由制冷剂管而与所述过热器连接，

[0024] 所述过热器固定于所述内燃机。

[0025] 第3发明的特征在于，在第2发明中，

[0026] 所述过热器经由制冷剂管而与所述膨胀机连接，

[0027] 所述膨胀机固定于所述内燃机。

[0028] 第4发明的特征在于，在第2或第3发明中，所述过热器与固定于所述内燃机的排气歧管一体地构成。

[0029] 发明效果

[0030] 根据第1发明，内燃机固定于发动机支架，气液分离器经由托架而固定于内燃机。内燃机的振动经由制冷剂管而向气液分离器传递。因此，根据本发明，由于气液分离器固定于内燃机，因此能够防止内燃机的振动从气液分离器直接传递至车辆。

[0031] 根据第2发明，借助制冷剂管而与气液分离器连接的过热器固定于内燃机。因此，根据第2发明，能够防止经由制冷剂管而传递至过热器的振动直接传递至车辆。

[0032] 根据第3发明，借助制冷剂管而与过热器连接的膨胀机固定于内燃机。因此，根据第3发明，能够防止经由制冷剂管而传递至膨胀机的振动直接传递至车辆。

[0033] 根据第4发明，过热器与固定于内燃机的排气歧管一体地构成。因此，根据第4发明，能够防止内燃机的振动从过热器直接传递至车辆。附图说明

[0034] 图1是表示本发明的实施方式1的朗肯循环系统的结构的图。

[0035] 图2(A)、(B)是用于对气液分离器的固定构造进行说明的示意图。

[0036] 图3是用于对气液分离器固定于发动机的朗肯循环系统的车辆搭载构造进行说明的图。

[0037] 图4是用于对气液分离器固定于车辆的朗肯循环系统的车辆搭载构造进行说明的图。

[0038] 附图标记的说明

[0039] 2a、2b 托架

[0040] 10 发动机

[0041] 12 制冷剂流路

[0042] 13 排气热回收器

[0043] 11、14、15、18、28、32、36、39、42、46、50、54 制冷剂管[0044] 16 气液分离器

[0045] 22 排气通路

[0046] 26 排气歧管

[0047] 30 过热器

[0048] 34 涡轮(膨胀机)

[0049] 40 冷凝装置(冷凝器)

[0050] 100 朗肯循环系统

[0051] 101 气缸盖

[0052] 102 气缸体

[0053] 103 变速器

[0054] 104 气缸

具体实施方式

[0055] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。其中，对各图中通用的要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。此外，当在以下所示的实施方式中提及各要素的个数、数量、量、范围等的数目时，除特别明示的情况、在原理上明确地确定为该数目的情况以外，本发明并不限定于该提及的数目。另外，除了特别明示的情况、明确地在原理上确定于此的情况以外，以下所示的实施方式中说明的构造在本发明中并非为必需。

[0056] 实施方式1.

[0057] 1.朗肯循环系统的结构

[0058] 图1是表示实施方式1的朗肯循环系统100的结构的图。实施方式1的朗肯循环系统100构成为搭载于包括内燃机(发动机)10的车辆的车辆用朗肯循环系统。对于发动机10的种类、构造并无限定。但是，在发动机10的气缸体以及气缸盖上形成有制冷剂流路12，该制冷剂流路12供在发动机10中循环的制冷剂流动。制冷剂流路12包括将气缸的周围包围的水套。发动机10通过与在制冷剂流路12中流动的制冷剂的热交换而被冷却。在本实施方式中，将水用作制冷剂。

[0059] 利用发动机10的废热使在制冷剂流路12内流通的制冷剂沸腾而使其一部分蒸气化，由此对发动机10进行冷却。即，制冷剂流路12作为利用发动机10的热而使在内部流动的液相的制冷剂沸腾的沸腾器来发挥功能。此外，制冷剂流路12只要是能够供制冷剂在发动机10的内部流通的通路即可，对其结构并无特别限定。另外，在制冷剂流路12中流通的制冷剂只要在常温下为液相流体且借助发动机10的热而沸腾、从而变化为气相流体即可，并不限定于水。

[0060] 发动机10的制冷剂流路12经由制冷剂管14而与气液分离器16连接。在制冷剂借助发动机10的热而沸腾时，液相流体与气相流体一起从制冷剂流路12排出。气液分离器16使流入至气液分离器16内的气液二相的制冷剂分离为液相流体和气相流体。气液分离器16经由制冷剂管18而与第1水泵20连接。由气液分离器16分离出的液相流体经由制冷剂管18而流入至第1水泵20，并被第1水泵20输送至制冷剂流路12。

[0061] 另外，朗肯循环系统100具备排气热回收器13。制冷剂流路12还经由制冷剂管11而与排气热回收器13连接。液相流体被从制冷剂流路12导入至排气热回收器13。被导入的液相流体因与在排气通路22中流动的废气的热交换而过热沸腾，并且其一部分形成为蒸气。形成为蒸气的气相流体被经由制冷剂管15而向气液分离器16导入。

[0062] 气液分离器16经由制冷剂管28而与过热器30连接。过热器30在发动机10的排气通路22中设置于排气热回收器13的上游。更详细而言，过热器30设置为将排气歧管26的周围覆盖，并与排气歧管26一体化。由过热器30的内壁面和排气歧管26的外壁面包围的空间成为供从气液分离器16输送来的气相流体流动的流路。由于气相流体和液相流体在气液分离器16中共存，因而气相流体形成为饱和蒸气。进入过热器30的气相流体吸收从排气歧管26的壁面传递来的排气热而形成为过热蒸气。

[0063] 过热器30经由制冷剂管32而与作为膨胀机的涡轮34连接。在涡轮34中，使从过热器30输送来的气相流体(过热蒸气)膨胀而对热能进行回收。在制冷剂管32与涡轮34的连接部设置有未图示的超音速喷嘴。从超音速喷嘴向涡轮34喷射气相流体而使涡轮34旋转。涡轮34的旋转被经由未图示的减速器而传递至发动机10的输出轴。即，利用涡轮34回收的热能用于发动机10的辅助。但是，还能够构成为利用涡轮34对发电机进行驱动，并将产生的电蓄积于蓄电池。

[0064] 在涡轮34中膨胀的气相流体被经由制冷剂管36而输送至冷凝装置(冷凝器)40。此外，在制冷剂管36的中途因气相流体的冷凝而产生的液相流体被暂时贮存于在制冷剂管36的中途设置的冷凝水容器38。冷凝水容器38经由制冷剂管39而与后述的收集槽(catch tank)44连接。被输送至冷凝装置40的气相流体被冷凝装置40冷却而冷凝并恢复为液相流体。因气相流体的冷凝而产生的液相流体从冷凝装置40被经由制冷剂管42而输送至收集槽44，并暂时贮存于收集槽44。收集槽44经由制冷剂管46而与第1水泵20连接。在制冷剂管46设置有第2水泵48。第2水泵48是用于将贮存于收集槽44的液相流体输送至第1水泵20的泵。
在第2水泵48与气液分离器16之间设置有防止液相流体从气液分离器16侧向收集槽44侧倒流的未图示的止回阀。此外，制冷剂管46可以是将收集槽44与制冷剂管18的中途之间连接的结构。根据这种结构，通过对第2水泵48进行驱动而将贮存于收集槽44的液相流体输送至气液分离器16以及发动机10。收集槽44的下端经由制冷剂管50而与制冷剂容器52的下端连接。另外，在制冷剂容器52的上端连接有端部与冷凝装置40的上端连接的制冷剂管54。

[0065] 并且，朗肯循环系统100具备作为控制装置的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)70。ECU70至少具备输入输出接口、存储器以及运算处理装置(CPU)。输入输出接口设置为用于从安装于朗肯循环系统100或者安装于供朗肯循环系统100搭载的发动机10的各种传感器取入传感器信号，并且针对朗肯循环系统100所具备的各种致动器而输出操作信号。在存储器中存储有各种控制程序以及映射表等。CPU从存储器读出并执行控制程序等，且基于取入的传感器信号而生成各种致动器的操作信号。

[0066] 2.朗肯循环系统的车辆搭载构造

[0067] 朗肯循环系统100搭载于用于收纳发动机10的车辆的发动机舱内。发动机10固定于发动机舱内的发动机支架。发动机支架用于吸收发动机10的振动，由此，能够抑制被从发动机10传递至车辆侧的振动。

[0068] 此处，由于发动机舱内的搭载空间有限，因此，对朗肯循环系统100的各结构要素进行配置时有可能产生各种制约。另一方面，作为朗肯循环系统100的结构要素之一的气液分离器16为了进行稳定的蒸气的供给而需要较大的容积。因此，若仅根据搭载空间的观点而决定气液分离器16的配置，则形成为从发动机10离开的场所，其结果是，还能想到将气液分离器16固定于车身侧的方式。

[0069] 然而，如上所述，气液分离器16经由制冷剂管14而与发动机10的制冷剂流路12连接。因此，在气液分离器16直接固定于构成车辆骨架的部件的情况下，发动机10的振动会被经由制冷剂管14而传递至车辆。特别是如制冷剂管14那样不仅供液相流体流通而且还供气相流体(蒸气)流通的配管，为了确保耐热性以及耐压性而通常使用金属制且大径的结构。若使用这种配管，则从发动机10向气液分离器16传递的振动变得较大，其结果是，传递至车辆的振动也较大。

[0070] 因此，为了抑制被从发动机10不经由发动机支架而传递至车辆的振动，本申请的发明人对气液分离器16的车辆搭载构造进行了潜心研究。其结果是，本申请的发明人发现了以下所说明的气液分离器16的车辆搭载构造。

[0071] 2-1.气液分离器的固定构造

[0072] 图2是用于对气液分离器的固定构造进行说明的示意图。其中，图中的(A)图表示该朗肯循环系统的俯视观察车辆时的图，图中的(B)图表示搭载于车辆的朗肯循环系统的主视观察车辆时的图。另外，图2中省略对朗肯循环系统100的主要结构要素以外的结构的图示。如图2所示，朗肯循环系统100搭载在车辆的发动机舱1内。发动机10搭载于设置在发动机舱1内的发动机支架(未图示)。

[0073] 图2(A)中的S1表示包括气缸104的中心轴L1在内、且与沿气缸体102的长度方向串联设置的多个气缸104的列方向平行的面。另外，图2(B)中的S2表示气缸盖101的相对于气缸体102的对接面。此外，在以下说明中，“排气侧”相对于面S1是指设置有排气通路22的发动机10的排气侧，“进气侧”相对于面S1是指发动机10的进气侧。

[0074] 在图2所示的固定构造中，变速器103固定于气缸体102的侧表面。气液分离器16配置于变速器103的上方的排气侧(即，发动机10的排气通路22一侧)的空间，并经由托架2a、2b而固定于发动机10。更详细而言，托架2a的一端固定于气液分离器16的上部，另一端固定于发动机10的气缸盖101的上表面。另外，托架2b的一端固定于气液分离器16的下部，另一端固定于发动机10的气缸体102的侧表面。此外，托架2a、2b通过对金属制的板材进行加工而形成，并形成为能够确保为了对气液分离器16进行固定所需的强度的形状。另外，对于托架2a、2b与发动机10之间的固定、以及托架2a、2b与气液分离器16之间的固定而分别使用多个螺栓。

[0075] 根据上述的气液分离器16的固定构造，气液分离器16固定于发动机10。由此，能够防止被经由制冷剂管14而传递至气液分离器16的振动直接传递至车辆，因此车辆的振动受到抑制。另外，气液分离器16的上部及下部借助托架2a、2b而固定，因此，能够有效地抑制气液分离器16的晃动。

[0076] 此外，托架2a、2b只要固定于发动机10即可，对于其固定方法、托架的个数或形状并无特别限定。另外，托架2a、2b的材质并不局限于金属，但从对较重的气液分离器16进行固定的观点出发而优选强度高的材质。

[0077] 2-2.过热器的固定构造

[0078] 如上所述，在实施方式1的朗肯循环系统100中，由于气液分离器16固定于发动机10，因此能够抑制向车辆传递的振动。此处，如图2所示，在气液分离器16还连接有制冷剂管
14以外的制冷剂管。例如，制冷剂管28将气液分离器16与过热器30之间连接。因此，被传递至气液分离器16的振动还经由制冷剂管28而向过热器30传递。因而还能够利用过热器30的固定构造来进一步抑制车辆的振动。

[0079] 关于这一点，在实施方式1的朗肯循环系统100中，过热器30与排气歧管26一体化。由于排气歧管26固定于发动机10，因而被经由制冷剂管28而传递至过热器30的气液分离器
16的振动不会被直接传递至车辆。因此，根据上述过热器30的固定构造，能够进一步抑制车辆的振动。

[0080] 此外，过热器30只要固定于发动机10即可，对其形状或构造并无限定。即，过热器30并不局限于与排气歧管26一体化的构造，也可以例如与催化剂等能够吸收排气热的其它部位一体地形成，另外，还可以在能够吸收排气热的位置处固定于发动机10。

[0081] 2-3.涡轮的固定构造

[0082] 如上所述，在实施方式1的朗肯循环系统100中，由于气液分离器16以及过热器30固定于发动机10，因而能够抑制向车辆传递的振动。此处，如图2所示，过热器30经由制冷剂管32而与涡轮34连接。因此，被从气液分离器16传递至过热器30的振动还经由制冷剂管32而传递至涡轮34。因此，还能够利用涡轮34的固定构造而进一步抑制车辆的振动。

[0083] 关于这一点，在实施方式1的朗肯循环系统100中，涡轮34固定于发动机10。根据这种构造，被从过热器30经由制冷剂管32而传递至涡轮34的振动不会被直接传递至车辆。因此，根据上述涡轮34的固定构造，能够进一步抑制车辆的振动。此外，涡轮34只要固定于发动机10即可，对其固定构造并无限定。

[0084] 3.朗肯循环系统100的车辆搭载构造的例子

[0085] 接下来，加入比较例而对实施方式1的朗肯循环系统100的车辆搭载构造进行说明。图3是用于对气液分离器固定于发动机的朗肯循环系统的车辆搭载构造进行说明的图。另外，图4是用于对气液分离器固定于车辆的朗肯循环系统的车辆搭载构造进行说明的图。
图3相当于本发明的实施方式1的朗肯循环系统100的车辆搭载构造，图4相当于本发明的实施方式1的朗肯循环系统100的比较例。此外，在图3及图4中，示意性地示出对车辆进行侧视观察时的朗肯循环系统的各结构要素的配置。另外，在图3及图4中，省略了朗肯循环系统的主要结构要素以外的结构的图示。

[0086] 3-1.对比较例的考察

[0087] 在图4所示的比较例中，过热器30以及涡轮34固定于发动机10，气液分离器16固定于车辆。根据这种构造，被经由制冷剂管14、28、18而向气液分离器16传递的发动机10的振动会被不经由发动机支架而向车辆传递。其结果是，车辆的振动会变得较大。

[0088] 3-2.对实施方式1的车辆搭载构造的考察

[0089] 与此相对，在图3所示的车辆搭载构造中，气液分离器16固定于发动机10。根据这种结构，不存在振动被从气液分离器16直接向车身传递的路径。因此，根据实施例的朗肯循环系统，能够同比较例的朗肯循环系统相比减少发动机10与车辆之间的振动传递路径，因此，能够有效地抑制车辆的振动。

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