朗肯循环以及在朗肯循环中使用的热交换器制造技术

本发明专利技术提供一种朗肯循环，其避免冷媒的热分解，并提高与冷媒的热交换量。该朗肯循环（31）包含：热交换器（92、111），其将发动机的废热向第1冷媒回收；膨胀机（37），其使用该热交换器出口的第1冷媒而产生动力；冷凝器（38），其使从该膨胀机排出的第1冷媒凝结；以及冷媒泵（32），其将由该冷凝器凝结而得到的第1冷媒向上述热交换器供给，热交换器具有：第1热交换器（92），其将排气的热量向第2冷媒中回收；以及第2热交换器，其具有第2冷媒通路（112）以及第1冷媒通路（113）与冷却水通路（114），它们用于在该第2冷媒与第1冷媒以及发动机的冷却水之间进行热交换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及朗肯循环，特别是在朗肯循环中使用的热交换器的结构。
技术介绍
如果在朗肯循环中进行循环的冷媒与高温的排气(数百。C )之间进行热交换，由于 会引起冷媒的热分解，所以为了避免该现象发生，存在一种首先将排气的热量向冷却水中 回收，然后将冷却水的热向冷媒中回收的技术(参照专利文献)。专利文献1:日本特开2010 — 151023号公报
技术实现思路
但是，在上述专利文献I的技术中，虽然可以抑制冷媒的热分解，但无法避免与冷 媒的热交换量减小的问题。因此本专利技术的目的是提供一种避免冷媒的热分解，并且提高与冷媒的热交换量的 朗肯循环。本专利技术的热交换器是以在使用第I冷媒而产生动力的朗肯循环中使用的热交换 器作为前提。在本专利技术的热交换器中，在被发动机的排气的热量加热的第2冷媒与上述第 I冷媒以及上述发动机的冷却水之间进行热交换。另外，本专利技术的朗肯循环包含将发动机的废热向第I冷媒回收的热交换器；使用 该热交换器的出口的第I冷媒而产生动力的膨胀机；使从该膨胀机排出的第I冷媒凝结的 冷凝器；以及将由该冷凝器凝结而得到的第I冷媒向上述热交换器中供给的冷媒泵。并且， 在本专利技术的朗肯循环中，所述热交换器具有第I热交换器，其将排气的热量向第2冷媒回 收；以及第2热交换器，其具有第2冷媒通路、第I冷媒通路及冷却水通路，它们用于在该第 2冷媒与上述第I冷媒以及上述发动机的冷却水之间进行热交换。专利技术的效果根据本专利技术，在将发动机的排气的热量向朗肯循环的冷媒和发动机的冷却水中移 动的前提下，排气只与第2冷媒进行热交换。由此，由于热交换器只拥有一种冷媒，因此热 容量较小，在设置在排气通路上的催化剂的暖机过程中等，不希望使排气冷却的情况下，停 止纯水的流动时，可以减少热交换机从排气中夺取的热量。另外，根据本专利技术，与在朗肯循环中进行循环的第I冷媒进行热交换的是第2冷 媒。由此，为了使第2冷媒的温度不超过使第I冷媒热分解的高温度，将纯水的温度设定为 比排气温度低的温度，从而可以避免第I冷媒的热分解，并且提高与冷媒的热交换量。附图说明图1是表示成为本专利技术的前提的朗肯循环的系统整体的概略结构图。图2A是使泵以及膨胀机一体化后的膨胀机泵的概略剖面图。图2B是冷媒泵的概略剖面图。图2C是膨胀机的概略剖面图。图3是表示冷媒类阀的功能的概略图。图4是混合动力车辆的概略结构图。图5是发动机的概略斜视图。图6是从车辆下方观察排气管的配置的概略图。图7A是朗肯循环运转区域的特性图。图7B是朗肯循环运转区域的特性图。图8是表示在利用膨胀机扭矩辅助发动机输出轴的转动的中途，混合动力车辆I 进行加速时的情况的时序图表。图9是表示从朗肯循环的运转停止到再起动的情况的时序图。图10是表示本专利技术的第I实施方式的朗肯循环的系统整体的概略结构体。图11是表示本专利技术的第I实施方式的朗肯循环的系统整体的概略结构体。图12是表示本专利技术的第I实施方式的朗肯循环的系统整体的概略结构体。图13是热交换器的铅直方向的概略剖面图。图14是表示3气缸发动机的情况下的热交换器的设置位置的排气歧管的俯视图。图15是表示至下水箱的分支部的配置的概略斜视图。图16是表示第2热交换器的3种冷媒的流动方向的模型图。图17是第2热交换器中的冷媒通路以及冷却水通路的具体的结构图。图18是第I实施方式的控制系的框图。图19是用于说明2个开闭阀的驱动的流程图。具体实施方式以下，参照附图，对本专利技术的实施方式进行说明。图1示出表示成为本专利技术的前提的朗肯循环的系统整体的概略结构图。图1的朗 肯循环31，是与制冷循环51共用冷媒以及冷凝器38的结构，将朗肯循环31与制冷循环51 组合后的循环，在此后称为组合循环30。图4是搭载组合循环30的混合动力车辆I的概略 结构图。此外，所谓组合循环30，是指在朗肯循环31和制冷循环51的冷媒进行循环的回路 (通路)以及其中途设置的泵、膨胀机、冷凝器等的结构要素的基础上，包含冷却水和排气的 回路(通路)等在内的系统整体。在混合动力车辆I中，发动机2、电动发电机81、自动变速器82串联连接，自动变 速器82的输出经由传动轴83、差动齿轮84传递至驱动轮85。在发动机2与电动发电机81 之间设置第I驱动轴离合器86。另外，自动变速器82的摩擦接合要素的一个，作为第2驱 动轴离合器87而构成。第I驱动轴离合器86和第2驱动轴离合器87与发动机控制器71 连接，对应于混合动力车辆的运转条件而控制其接合/断开(连接状态)。在混合动力车辆I 中，如图7B所示，在车速处于发动机2的效率低的EV行驶区域时，停止发动机2，切断第I 驱动轴离合器86并将第2驱动轴离合器87接合，仅通过由电动发电机81产生的驱动力使 混合动力车辆I行驶。另一方面，在车速离开EV行驶区域而转换至朗肯循环运转区域时， 使发动机2运转并使朗肯循环31 (后述)运转。发动机2具有排气通路3，排气通路3由排 气歧管4和与排气歧管4的集合部连接的排气管5构成。排气管5在中途分支为旁路排气管6，在绕过旁路排气管6的区间的排气管5上，具有用于在排气与冷却水之间进行热交换 的废热回收器22。废热回收器22和旁路排气管6如图6所示，作为将它们一体化而成的废 热回收器单元23，配置在地板催化剂88和其下游的辅助消音器89之间。基于图1，首先，对发动机冷却水回路进行说明。在发动机2中流出的80 90°C 程度的冷却水，分别流过穿过散热器11的冷却水通路13、和绕过散热器11的旁路冷却水通 路14。在这之后，2个流路经过决定两个通路13、14中流过的冷却水流量的分配的恒温阀 15而再次合流，并且经由冷却水泵16返回到发动机2中。冷却水泵16由发动机2驱动，其 旋转速度与发动机旋转速度同步。恒温阀15在冷却水温度较高的情况下，扩大冷却水通路 13侧的阀的开度，而相对地增加通过散热器11的冷却水量，在冷却水温度较低的情况下， 减小冷却水通路13侧的阀的开度，而相对地减少通过散热器11的冷却水量。在发动机2 的暖机前等特别是冷却水温度较低的情况下，完全地绕过散热器11，使冷却水的全部流过 旁路冷却水通路14侧。另一方面，恒温阀15构成为，在旁路冷却水通路14侧的阀的开度 并未全闭，而流过散热器11的冷却水流量增加时，使流过旁路冷却水通路14的冷却水的流 量，与冷却水全部流过旁路冷却水通路14侧的情况相比降低，但并不完全地停止流动。详 细的说，恒温阀15是对应于冷却水温度而控制向散热器11中供给的冷却水流量的三位阀， 具有阀主体15a、2个入口端口 15b、15c以及I个出口端口 15d。在2个入口端口 15b、15c 上分别连接穿过散热器11的冷却水通路13、和绕过散热器11的冷却水通路14，利用恒温 阀15，对应冷却水温度而增加或减少向散热器11中供给的冷却水流量，从而适当地保持冷 却水温度。绕过散热器11的旁路冷却水通路14，由从冷却水通路13分支而与后述的热交 换器36直接连接的第I旁路冷却水通路24、从冷却水通路13分支而经由废热回收器22与 热交换器36连接的第2旁路冷却水通路25构成。在旁路冷却水通路14中，具有与朗肯循环31的冷媒进行热交换的热交换器36。 该热交换器36是将加热器和过热器组合而成。即，在热交换器36中2条冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热交换器，其在使用第1冷媒而产生动力的朗肯循环中使用，其特征在于，所述热交换器，在被发动机排气的热量加热的第2冷媒、与所述第1冷媒以及所述发动机的冷却水之间进行热交换。

【技术特征摘要】
2011.09.30 JP 2011-2167941.一种热交换器，其在使用第I冷媒而产生动力的朗肯循环中使用，其特征在于，所述热交换器，在被发动机排气的热量加热的第2冷媒、与所述第I冷媒以及所述发动机的冷却水之间进行热交换。2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，向所述热交换器导入的第2冷媒，是被发动机排气的热量加热并汽化的气相冷媒，利用使所述气相的第2冷媒液化时的潜热，在其与所述第I冷媒以及所述冷却水之间进行热交换。3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第I冷媒与所述冷却水之间的热传递容易度，小于所述第2冷媒与所述第I冷媒之间、以及所述第2冷媒与所述冷却水之间的热传递容易度。4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，使流过所述第I冷媒的第I冷媒通路以及流过所述冷却水的冷却水通路，与流过所述第2冷媒的第2冷媒通路相交叉而设置，并且第I冷媒通路与冷却水通路相比，配置在第2 冷媒通路的上游侧。5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第I冷媒是制冷循环用的冷媒，所述第2冷媒是纯水，所述冷却水是LLC。6.一种朗肯循环，其包含将发动机的废热向第I冷媒回收的热交换器；使用该热交换器出口的第I冷媒而产生动力的膨胀机；使从该膨胀机排出的第I冷媒凝结的冷凝器；以及将来自该冷凝器的第I冷媒向所述热交换器中供给的冷媒泵，其特征在于，所述热交换器具有第I热交换器，其将排气的热量向第2冷媒回收；以及第2热交换器，其具有第2冷媒通路、第I冷媒通路、以及冷却水通路，它们用于在该第 2冷媒与所述第I冷媒以及所述发动机的冷却水之间进行热交换。7.根据权利要求6所述的朗肯循环，其特征在于，具有第I冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤泰尚，石川贵幸，深见彻，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：