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朗肯循环系统

阅读：263发布：2020-05-11

IPRDB可以提供朗肯循环系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种朗肯循环系统（31），其具有：冷媒泵（32），其安装在发动机（2）上，送出冷媒；热交换器（36），其安装在发动机上，将发动机的废热回收至冷媒；膨胀机（37），其安装在发动机上，通过使利用热交换器而温度升高的冷媒膨胀，将回收至冷媒的废热变换为动力；以及冷凝器（38），其安装在车体上，使经由膨胀机而膨胀后的冷媒冷凝，在该朗肯循环系统（31）中，利用与其他部件相比柔性更大的柔性配管（100），将膨胀机和冷凝器之间、及冷凝器和冷媒泵之间连接。，下面是朗肯循环系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种朗肯循环系统，其具有：

冷媒泵，其安装在发动机上，送出冷媒；

热交换器，其安装在所述发动机上，将所述发动机的废热向所述冷媒回收；

膨胀机，其安装在所述发动机上，通过使利用所述热交换器而温度升高的所述冷媒膨胀，从而将回收至所述冷媒的所述废热变换为动力；以及冷凝器，其安装在车体上，使利用所述膨胀机而膨胀后的所述冷媒冷凝，在该朗肯循环系统中，利用与其他部件相比柔性更大的柔性配管，将所述膨胀机和所述冷凝器之间、及所述冷凝器和所述冷媒泵之间连接。

2.根据权利要求1所述的朗肯循环系统，其中，具有共用所述冷凝器及所述冷媒的制冷循环，将设在所述制冷循环中的压缩机安装在所述发动机上，并且，使所述膨胀机与所述冷凝器之间的配管、和所述压缩机与所述冷凝器之间的配管，以支撑在所述发动机侧的状态合流，利用柔性配管将合流点与所述冷凝器之间连接。

3.根据权利要求1或2所述的朗肯循环系统，其中，所述膨胀机的输出轴和发动机输出轴能够传递动力地构成。

4.一种朗肯循环系统，其具有：

热交换器，其安装在发动机上，将所述发动机的废热向冷媒回收；

膨胀机，其安装在所述发动机上，通过使利用所述热交换器而温度升高的所述冷媒膨胀，从而将回收至所述冷媒的所述废热变换为动力；

冷凝器，其安装在车体上，使利用所述膨胀机而膨胀后的所述冷媒冷凝；以及空调的制冷循环，其共用所述冷凝器及所述冷媒，在该朗肯循环系统中，具有：

第1配管，其与所述膨胀机连接；以及第3配管，其与所述第1配管和连接至所述制冷循环的压缩机的第2配管连接，将所述冷媒导入至所述冷凝器，所述第1配管、所述第3配管中的某一个配管与另一个配管相比，柔性更大。

5.根据权利要求4所述的朗肯循环系统，其中，所述压缩机安装在车体上，

所述第1配管与所述第2配管及所述第3配管相比，柔性更大。

6.根据权利要求4所述的朗肯循环系统，其中，所述压缩机安装在所述发动机上，

所述第1配管及所述第2配管与所述第3配管相比，柔性更大。

7.根据权利要求4所述的朗肯循环系统，其中，所述压缩机安装在所述发动机上，

所述第3配管与所述第1配管及所述第2配管相比，柔性更大。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的朗肯循环系统，其中，具有：

冷媒泵，其将利用所述冷凝器冷凝后的所述冷媒供给至所述热交换器；

第4配管，其与所述冷媒泵连接；以及第6配管，其与所述第4配管和连接至所述制冷循环的蒸发器的第5配管连接，流过从所述冷凝器排出的所述冷媒，所述第4配管、所述第6配管中的某一个配管，与另一个配管相比柔性更大。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的朗肯循环系统，其中，所述膨胀机的输出轴和所述发动机的输出轴能够传递动力。

说明书全文

朗肯循环系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种朗肯循环系统。

背景技术

[0002] 当前，在JP2001－182504A中公开了一种技术，即，在车载用的朗肯循环系统中，将蒸发器和膨胀机安装在发动机上。

发明内容

[0003] 蒸发器及膨胀机经由配管而与其他部件、例如安装在车体上的冷凝器等连接。由于安装在发动机上的部件和安装在车体上的部件之间的振动频率不同，因此，安装在发动机上的部件和安装在车体上的部件利用柔性配管连接。由于柔性配管与例如不锈钢配管、铝配管等刚性较高的配管相比价格高，因此，优选减少其使用量。

[0004] 但是，在上述发明中，并没有考虑到上述方面，存在使得朗肯循环系统的成本增加的问题点。

[0005] 本发明是为解决上述问题点而提出的，其目的在于，减少柔性配管的使用量，削减朗肯循环系统的成本。

[0006] 本发明的一个方式所涉及的朗肯循环系统具有：冷媒泵，其安装在发动机上，送出冷媒；热交换器，其安装在发动机上，将发动机的废热回收至冷媒；膨胀机，其安装在发动机上，通过使利用热交换器而温度升高的冷媒膨胀，将回收至冷媒的废热变换为动力；以及冷凝器，其安装在车体上，使利用膨胀机而膨胀后的冷媒冷凝。在该朗肯循环系统中，利用与其他部件相比柔性更大的柔性配管，将膨胀机和冷凝器之间、冷凝器和冷媒泵之间连接。

[0007] 下面，参照附图，对本发明的实施方式、本发明的优点进行详细说明。

附图说明

[0008] 图1是本发明的第1实施方式的组合循环的概略结构图。

[0009] 图2A是将泵及膨胀机一体化的膨胀机泵的概略剖视图。

[0010] 图2B是冷媒泵的概略剖视图。

[0011] 图2C是膨胀机的概略剖视图。

[0012] 图3是表示冷媒类阀的功能的概略图。

[0013] 图4是混合动力车辆的概略结构图。

[0014] 图5是发动机的概略斜视图。

[0015] 图6是从车辆的下方观察排气管的配置的概略图。

[0016] 图7A是朗肯循环运转区域的特性图。

[0017] 图7B是朗肯循环运转区域的特性图。

[0018] 图8是示意地表示第1实施方式的组合循环的配管的情况的图。

[0019] 图9是本发明的第2实施方式的混合动力车辆的概略结构图。

[0020] 图10是本发明的第2实施方式的组合循环的概略结构图。

[0021] 图11是示意地表示第2实施方式的组合循环的配管的情况的图。

[0022] 图12是示意地表示第3实施方式的组合循环的配管的情况的图。

具体实施方式

[0023] 图1示出了表示成为本发明的前提的朗肯循环31的系统整体的概略结构图。图1的朗肯循环31成为与制冷循环51共用冷媒及冷凝器38的结构，将组合了朗肯循环31和制冷循环51的朗肯循环系统，在下面表示为组合循环30。图4是搭载有组合循环30的混合动力车辆1的概略结构图。此外，组合循环30是指在朗肯循环31和制冷循环51的冷媒所循环的回路（通路）及设在其中途的泵、膨胀机、冷凝器等结构要素的基础上，还包含冷却水和排气的回路（通路）等在内的系统整体。

[0024] 在混合动力车辆1中，发动机2、电动发电机81、自动变速器82串联连结，自动变速器82的输出经由传动轴83、差动齿轮84而传递至驱动轮85。在发动机2和电动发电机81之间设有第1驱动轴离合器86。另外，自动变速器82的摩擦接合要素中的一个作为第2驱动轴离合器87而构成。第1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1的运转条件而控制它们的接合/断开（连接状态）。在混合动力车辆1中，如图7B所示，在车速处于发动机2的效率差的EV行驶区域中时，停止发动机2，断开第1驱动轴离合器86而连接第2驱动轴离合器87，仅通过电动发电机81的驱动力使混合动力车辆1行驶。另一方面，在车速离开EV行驶区域而进入朗肯循环运转区域中时，使发动机2运转并使朗肯循环31（在后面进行叙述）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在中途分支为旁通排气管6，在与绕过旁通排气管6的区间相对应的排气管5上，具有用于在排气和冷却水之间进行热交换的废热回收器22。如图6所示，由废热回收器22和旁通排气管6一体化形成的废热回收单元23，配置在地板催化剂88和其下游的辅助消音器89之间。

[0025] 发动机2经由未图示的发动机架而固定在成为混合动力车辆1的车体框架的框架构件上，从而搭载在车体上。发动机架具有减少在发动机2和车体之间传递的振动（使其衰减）的作用，使发动机2的振动难以传递至车体，并且，使车体的振动难以传递至发动机2。其结果，由于发动机2和车体产生不同的振动，因此，固定在发动机2上的发动机2侧部件和固定在车体上的车体侧部件也产生不同的振动。通常，对于利用刚性高的连接部件进行连接的部件之间，在它们分别搭载在发动机2侧和车体侧上的情况下，为了吸收由振动引起的相对位移，也必须利用柔性大（柔软性优异）的连接部件进行连接。

[0026] 基于图1，首先，对发动机冷却水回路进行说明。发动机2排出的80至90度的冷却水，分别流向通过冷却器11的冷却水通路13、和绕过冷却器11的旁通冷却水通路14。然后，2个流路在对流过两个通路13、14的冷却水流量的分配进行确定的恒温阀15中再次合流，并且，经由冷却水泵16返回至发动机2。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在冷却水温度高的情况下，增大冷却水通路13侧的阀开度，相对地增加通过冷却器11的冷却水量，在冷却水温度低的情况下，减小冷却水通路13侧的阀开度，相对地减少通过冷却器11的冷却水量。在发动机2的暖机前等冷却水温度特别低的情况下，完全绕过冷却器11而使冷却水全部流过旁通冷却水通路14侧。另一方面，恒温阀15构成为，并不是完全关闭旁通冷却水通路14侧的阀开度，而是在流过冷却器11的冷却水流量变多时，流过旁通冷却水通路14的冷却水的流量与冷却水全部流过旁通冷却水通路14侧的情况相比减少，但流动并不完全停止。绕过冷却器11的旁通冷却水通路14，由第1旁路冷却水通路24和第2旁路冷却水通路25构成，其中，第1旁路冷却水通路24从冷却水通路13分支而与后述的热交换器36直接连接，第2旁路冷却水通路25从冷却水通路13分支，经过废热回收器22后与热交换器36连接。

[0027] 在旁通冷却水通路14中具有热交换器36，其与朗肯循环31的冷媒进行热交换。该热交换器36是将蒸发器和过热器组合而成。即，在热交换器36中，2个冷却水通路36a、
36b大致成为一列，另外，朗肯循环31的冷媒所流过的冷媒通路36c与冷却水通路36a、36b相邻地设置，以使得冷媒和冷却水能够进行热交换。并且，在俯瞰观察热交换器36的整体时，各通路36a、36b、36c构成为，使朗肯循环31的冷媒和冷却水彼此流动方向成为逆向。

[0028] 详细地说，对朗肯循环31的冷媒来说位于上游侧（图1的左侧）的一方的冷却水通路36a安装在第1旁路冷却水通路24中。由该冷却水通路36a及与该冷却水通路36a相邻的冷媒通路部分构成的热交换器左侧部分是蒸发器，通过将从发动机2排出的冷却水直接导入至冷却水通路36a，从而用于对流过冷媒通路36c的朗肯循环31的冷媒进行加热。

[0029] 向对朗肯循环31的冷媒来说位于下游（图1的右侧）侧的另一方的冷却水通路36b中，经由第2旁路冷却水通路25而导入经过废热回收器22后的冷却水。由冷却水通路36b及与该冷却水通路36b相邻的冷媒通路部分构成的热交换器右侧部分（对朗肯循环31的冷媒来说为下游侧）是过热器，通过将利用排气对发动机2的出口的冷却水进一步加热后的冷却水导入至冷却水通路36b，从而使流过冷媒通路36c的冷媒过热。

[0030] 废热回收器22的冷却水通路22a与排气管5相邻地设置。通过将发动机2出口的冷却水导入至废热回收器22的冷却水通路22a，从而利用高温的排气能够将冷却水加热至例如110至115度左右。在俯瞰观察废热回收器22的整体时，冷却水通路22a构成为，使排气和冷却水彼此流动的方向成为逆向。

[0031] 在设有废热回收器22的第2旁路冷却水通路25上安装有控制阀26。如果发动机2的出口的冷却水温度传感器74的检测温度大于或等于规定值，则减少该控制阀26的开度，以使得表示位于发动机2内部的冷却水温度的发动机水温，不会超过用于确保不发生例如发动机2的效率恶化或爆震的容许温度（例如100度）。如果发动机水温接近容许温度，则减少通过废热回收器22的冷却水量，因此，能够可靠地防止发动机水温超过容许温度。

[0032] 另一方面，通过减少第2旁路冷却水通路25的流量，因废热回收器22而上升的冷却水温度过度升高而会导致冷却水蒸发（沸腾），因此，冷却水通路内的冷却水的流动性变差，可能导致部件温度过度上升。为了避免上述情况，设置绕过废热回收器22的旁通排气管6，并在旁通排气管6的分支部上设有恒温阀7，其对废热回收器22的排气通过量和旁通排气管6的排气通过量进行控制。即，恒温阀7基于废热回收器22排出的冷却水温度而对其开度进行调整，以使得废热回收器22排出的冷却水温度不会超过规定的温度（例如沸腾温度120度）。

[0033] 热交换器36、恒温阀7和废热回收器22作为废热回收单元23而一体化，配置在车宽方向大致中央的地板处的排气管中途。恒温阀7可以是使用双金属片等较简单的感温阀，也可以是利用被输入了温度传感器的输出的控制器进行控制的控制阀。由于利用恒温阀7对从排气向冷却水的热交换量的调整，伴随有较大的延迟，因此，单独调整恒温阀7而使得发动机水温不超过容许温度是很难的。然而，由于基于发动机水温（出口温度）而控制第2旁路冷却水通路25的控制阀26，因此，迅速地减少热回收量，能够可靠地防止发动机水温超过容许温度。另外，如果处于发动机水温至容许温度为止具有富裕的状态，则直至废热回收器22排出的冷却水温度成为超过发动机水温的容许温度的高温（例如110至115度）为止，进行热交换，从而能够增加废热回收量。冷却水通路36b排出的冷却水经由第2旁路冷却水通路25而与第1旁路冷却水通路24合流。

[0034] 例如，如果利用热交换器36与朗肯循环31的冷媒进行热交换，从而使得从旁通冷却水通路14向恒温阀15流动的冷却水的温度变得足够低，则恒温阀15的冷却水通路13侧的阀开度减小，通过冷却器11的冷却水量相对减少。反之，如果由于朗肯循环31没有运转等而使得从旁通冷却水通路14向恒温阀15流动的冷却水的温度变高，则恒温阀15的冷却水通路13侧的阀开度增大，通过冷却器11的冷却水量相对增加。构成为基于上述恒温阀15的动作，将发动机2的冷却水温度保持为适当，使得热量向朗肯循环31适当地供给（回收）。

[0035] 下面，对朗肯循环31进行叙述。在此，朗肯循环31并不是单纯的朗肯循环，而是构成为与制冷循环51组合后的组合循环30的一部分。下面，首先对作为基础的朗肯循环31进行说明，然后再说明制冷循环51。

[0036] 朗肯循环31是经由发动机2的冷却水将发动机2的废热回收至冷媒，并将回收的废热作为动力而进行再生的系统。朗肯循环31具有：冷媒泵32、作为过热器的热交换器36、膨胀机37以及冷凝器（Condenser）38，各结构要素通过冷媒（R134a等）所循环的冷媒通路41至44连接。冷媒通路41至44通常由容易确保冷媒密封性的、刚性较高的普通金属配管（钢管）构成，但在本实施方式中，在局部使用柔性高的柔性配管，详细情况在后面进行叙述。

[0037] 成为下述结构：冷媒泵32的轴与膨胀机37的输出轴同轴地连结配置，利用膨胀机37产生的输出（动力）驱动冷媒泵32，并且，将产生动力供给至发动机2的输出轴（曲轴）（参照图2A）。冷媒泵32的轴及膨胀机37的输出轴与发动机2的输出轴平行配置，在设置于冷媒泵32的轴的前端处的泵带轮33和曲轴带轮2a之间架设传动带34（参照图1）。即，构成为膨胀机37的输出轴和发动机2的输出轴能够传递动力。此外，作为本实施方式的冷媒泵32采用齿轮式的泵，作为膨胀机37采用涡旋式的膨胀机（参照图2B、图2C）。冷媒泵32及膨胀机37如图5所示，安装在发动机2上。

[0038] 另外，在泵带轮33和冷媒泵32之间设有电磁式的离合器（下面将该离合器称为“膨胀机离合器”）35（第1离合器），其能够使冷媒泵32及膨胀机37与发动机2进行接合/断开（参照图2A）。因此，在膨胀机37产生的输出超过冷媒泵32的驱动力及旋转体所具有的摩擦力的情况下（预测膨胀机扭矩为正的情况下），通过连接膨胀机离合器35，从而能够利用膨胀机37产生的输出对发动机输出轴的旋转进行辅助。如上所述，使用通过废热回收得到的能量辅助发动机输出轴的旋转，由此，能够改善燃油消耗。另外，用于驱动使冷媒循环的冷媒泵32的能量也能够由回收的废热提供。此外，膨胀机离合器35只要处在从发动机2至冷媒泵32及膨胀机37为止的动力传递路径的中途即可，可以设在任意位置。

[0039] 经由冷媒通路41将来自冷媒泵32的冷媒供给至热交换器36。热交换器36是在发动机2的冷却水和冷媒之间进行热交换，使冷媒汽化并过热的热交换器。

[0040] 经由冷媒通路42将来自热交换器36的冷媒供给至膨胀机37。膨胀机37是通过使汽化并过热的冷媒膨胀而将热量变换为旋转能量的蒸汽涡轮机。由膨胀机37回收的动力驱动冷媒泵32，并经由传动带传动机构传递至发动机2，辅助发动机2的旋转。

[0041] 经由冷媒通路43a、43b将来自膨胀机37的冷媒供给至冷凝器38。冷凝器38是在外部空气和冷媒之间进行热交换，并使冷媒冷却并液化的热交换器。因此，将冷凝器38与冷却器11并列配置，利用冷却器风扇12进行冷却。冷凝器38安装在车体上。

[0042] 冷媒通路43a与膨胀机37连接。冷媒通路43b与冷媒通路43a和冷凝器38连接。冷媒通路43a和冷媒通路43b在后述的制冷循环合流点46处进行连接。

[0043] 将发动机2侧部件和车体侧部件连接的冷媒通路43a，由于要吸收由振动引起的相对位移，因此是与冷媒通路43b相比柔性更大的冷媒用柔性配管。所谓柔性大，是指刚性低而可自由变形。为了具有柔性，柔性配管形成为蛇腹状的形状，或者作为材料而使用柔软性优异的材料。因此，冷媒通路43a能够将中途的部分自由地弯曲，在传递振动的情况下，能够吸收振动。冷媒通路43a的安装在发动机2上的膨胀机37侧的部分，与发动机2和膨胀机37一起振动。

[0044] 冷媒通路43b与冷凝器38连接，与冷媒通路43a相比柔性更小，即刚性高，例如是不锈钢配管、铝配管。冷媒通路43b与安装在车体上的冷凝器38一起振动。

[0045] 冷媒通路43a与安装在发动机2上的膨胀机37连接。另外，冷媒通路43b与安装在车体上的冷凝器38连接。因此，在驱动车辆的情况下，冷媒通路43a的振动频率与冷媒通路43b的振动频率不同。在本实施方式中，通过使冷媒通路43a为冷媒用柔性配管，利用冷媒通路43a对冷媒通路43a的发动机2侧部分和冷媒通路43b之间的振动差进行吸收。

[0046] 通过冷凝器38液化后的冷媒经由冷媒通路44a、44b返回冷媒泵32。返回至冷媒泵32的冷媒通过冷媒泵32再次送出至热交换器36，在朗肯循环31的各结构要素中进行循环。

[0047] 冷媒通路44a与冷凝器38连接。冷媒通路44b将冷媒通路43a和冷媒泵32连接。冷媒通路44a和冷媒通路44b在后述的制冷循环分支点45处进行连接。

[0048] 冷媒通路44a与冷媒通路44b相比柔性更小，例如是不锈钢配管、铝配管。冷媒通路44a与冷凝器38一起振动。

[0049] 将发动机2侧部件和车体侧部件连接的冷媒通路44b，由于对由振动引起的相对位移进行吸收，因此是与冷媒通路44a相比柔性更大的冷媒用柔性配管。冷媒通路44b的发动机2侧部分对发动机2的振动进行传递，而与发动机2一起振动。

[0050] 通过使冷媒通路44b为冷媒用柔性配管，可以利用冷媒通路44b对冷媒通路44a和冷媒通路44b之间的振动差进行吸收。

[0051] 下面，对制冷循环51进行说明。制冷循环51由于共用在朗肯循环31中循环的冷媒，因此，与朗肯循环31进行组合，制冷循环51的结构本身简单。即，制冷循环51具有：压缩机（Compressor）52、冷凝器38、蒸发器（Evaporator）55。

[0052] 压缩机52是将制冷循环51的冷媒压缩成高温高压的流体机械。压缩机52安装在车体上。压缩机52是电动压缩机，由未图示的蓄电池等提供电力。

[0053] 来自压缩机52的冷媒经由冷媒通路56，在制冷循环合流点46处与冷媒通路43a合流后，经由冷媒通路43b供给至冷凝器38。冷媒通路56由刚性较高的普通的金属配管（钢管）构成。冷凝器38是通过与外部空气进行热交换而使冷媒冷凝并液化的热交换器。来自冷凝器38的液状的冷媒，经由在制冷循环分支点45处从冷媒通路44a分支的冷媒通路57供给至蒸发器（Evaporator）55。关于冷媒通路57，也由刚性较高的普通的金属配管（钢管）构成。蒸发器55与未图示的加热芯相同地，配置在空调单元的壳体内。蒸发器55是使来自冷凝器38的液态冷媒蒸发，利用此时的蒸发潜热对来自送风机的空调空气进行冷却的热交换器。

[0054] 利用蒸发器55蒸发后的冷媒经由冷媒通路58返回压缩机52。此外，利用蒸发器55冷却后的空调空气和利用加热芯加热后的空调空气，对应于空气混合风门的开度而变更混合比率，调整成乘员所设定的温度。

[0055] 在由朗肯循环31和制冷循环51构成的组合循环30中，为了对在循环内流动的冷媒进行控制，在回路中途适当地设置各种阀。例如，为了对在朗肯循环31中循环的冷媒进行控制，在将制冷循环分支点45和冷媒泵32连接的冷媒通路44b上具有泵上游阀61，在将热交换器36和膨胀机37连接的冷媒通路42上具有膨胀机上游阀62。另外，在将冷媒泵32和热交换器36连接的冷媒通路41上具有止回阀63，其用于防止冷媒从热交换器36向冷媒泵32逆流。在将膨胀机37和制冷循环合流点46连接的冷媒通路43a上也具有止回阀64，其用于防止冷媒从制冷循环合流点46向膨胀机37逆流。另外，设有膨胀机旁通通路
65，其从膨胀机上游阀62上游绕过膨胀机37而在止回阀64上游处合流，在该膨胀机旁通通路65上设有旁通阀66。并且，在绕过旁通阀66的通路67上设有压力调整阀68。在制冷循环51侧，在将制冷循环分支点45和蒸发器55连接的冷媒通路57上设有空调回路阀
69。

[0056] 上述4个阀61、62、66、69均是电磁式的开闭阀。由压力传感器72检测出的膨胀机上游压力的信号、由压力传感器73检测出的冷凝器38的出口的冷媒压力Pd的信号、膨胀机37的旋转速度信号等，输入至发动机控制器71。在发动机控制器71中，对应于规定的运转条件，基于上述各输入信号，对制冷循环51的压缩机52、冷却器风扇12进行控制，并且，控制上述4个电磁式开闭阀61、62、66、69的开闭。

[0057] 例如，基于由压力传感器72检测出的膨胀机上游侧压力及膨胀机旋转速度，预测膨胀机扭矩（再生动力），在该预测膨胀机扭矩为正时（能够辅助发动机输出轴的旋转时），将膨胀机离合器35接合，在预测膨胀机扭矩为零或负时，断开膨胀机离合器35。通过基于传感器检测压力和膨胀机旋转速度，与根据排气温度预测膨胀机扭矩（再生动力）的情况相比，能够高精度地预测膨胀机扭矩，能够对应于膨胀机扭矩的产生状况，适当地进行膨胀机离合器35的接合·断开（详细内容参照JP2010－190185A）。

[0058] 上述4个开闭阀61、62、66、69及2个止回阀63、64是冷媒类阀。在图3中重新示出上述冷媒类阀的功能。

[0059] 在图3中，泵上游阀61的作用是，在朗肯循环31停止中等、与制冷循环51的回路相比冷媒容易向朗肯循环31的回路集中的规定条件下，通过使其关闭，从而防止冷媒（包含润滑成分）向朗肯循环31集中，如后述所示，与膨胀机37下游的止回阀64协同动作而将朗肯循环31的回路闭塞。膨胀机上游阀62在来自热交换器36的冷媒压力为相对较低的情况下，能够将冷媒通路42断开，将来自热交换器36的冷媒保持为成为高压。由此，在不能得到足够的膨胀机扭矩的情况下，也促进冷媒的加热，能够缩短例如至朗肯循环31再起动（能够实际地进行再生）为止的时间。旁通阀66的作用是，在朗肯循环31的起动时等、在朗肯循环31侧存在的冷媒量不充分时等，使其开阀，从而绕过膨胀机37而使冷媒泵32可以进行动作，以缩短朗肯循环31的起动时间。如果通过绕过膨胀机37而使冷媒泵32动作，使冷凝器38的出口或者冷媒泵32的入口的冷媒温度，成为与对应于该部位的压力的沸点相比低大于或等于规定温度差（过冷度SC）的状态，则可以调整成为向朗肯循环31中供给充分的液体冷媒的状态。

[0060] 热交换器36上游的止回阀63是与旁通阀66、压力调整阀68、膨胀机上游阀62协同动作而将供给至膨胀机37的冷媒保持为高压的设备。在朗肯循环的再生效率较低的条件下，停止朗肯循环的运转，通过在热交换器的前后区间将回路闭塞，从而使停止中的冷媒压力上升，可以利用高压冷媒使朗肯循环迅速地再起动。压力调整阀68在供给至膨胀机37的冷媒的压力过高的情况下打开，具有使压力过高的冷媒外泄的安全阀的作用。

[0061] 膨胀机37下游的止回阀64是与上述的泵上游阀61协同动作，用于防止冷媒向朗肯循环31集中的设备。混合动力车辆1的运转刚开始后，如果发动机2未暖机，则朗肯循环31比制冷循环51温度低，有时冷媒会向朗肯循环31侧集中。虽然向朗肯循环31侧集中的概率不是很高，但例如对于在夏天车辆运转刚开始后，想尽快使车内冷却的情况，此时对冷气设备能力要求最高，因此存在下述要求：即使冷媒稍微集中也要消除，以确保制冷循环51的冷媒。因此，为了防止冷媒向朗肯循环31侧集中而设置止回阀64。

[0062] 压缩机52并不是在驱动停止时使冷媒能够自由通过的构造，而是与空调回路阀69协同动作而能够防止冷媒向制冷循环51的集中。对其进行说明。在制冷循环51的运转停止时，冷媒会从稳定运转中的温度较高的朗肯循环31侧向制冷循环51侧移动，存在使得在朗肯循环31中进行循环的冷媒不足的情况。在制冷循环51中，冷却设备刚停止后，蒸发器55的温度变低，在容积较大且温度正在变低的蒸发器55中易于积存冷媒。在此情况下，通过停止压缩机52的驱动而切断冷媒从冷凝器38向蒸发器55的流动，并且关闭空调回路阀69，从而防止冷媒向制冷循环51的集中。

[0063] 下面，图5是表示发动机2整体组件的发动机2的概略斜视图。图5的特征是热交换器36配置在排气歧管4的铅直上方。即，热交换器36安装在发动机2上。通过将热交换器36配置在排气歧管4的铅直上方的空间中，使朗肯循环31向发动机2上的搭载性提高。另外，在发动机2上设有张紧轮8。

[0064] 下面，参照图7A以及图7B，对朗肯循环31的基本的运转方法进行说明。

[0065] 首先，图7A以及图7B是朗肯循环31的运转区域图。在图7A中示出横轴为外部气温，纵轴为发动机水温（冷却水温度）时的朗肯循环31的运转区域，图7B中示出横轴为发动机旋转速度，纵轴为发动机扭矩（发动机负载）时的朗肯循环31的运转区域。

[0066] 在图7A以及图7B的任何一个中均满足规定的条件时，朗肯循环31进行运转，即，在满足上述两个条件的情况下，朗肯循环31进行运转。在图7A中，在优先进行发动机2的暖机的低水温侧的区域、和压缩机52的负载增大的高外部气温侧的区域中，停止朗肯循环31的运转。在排气温度低且回收效率较差的暖机时，通过不运转朗肯循环31而使冷却水温度迅速地上升。在要求较高的致冷能力的高外部温度时停止朗肯循环31，从而向制冷循环
51提供足够的冷媒和冷凝器38的冷却能力。在图7B中，由于是混合动力车辆1，因此，在EV行驶区域和膨胀机37的摩擦增大的高转速侧的区域中，停止朗肯循环31的运转。由于膨胀机37难以成为在全部的旋转速度下摩擦较小且具有高效率的构造，因此，在图7B的情况下，膨胀机37构成（膨胀机37的各部分的规格等设定）为，在运转频度较高的发动机旋转速度区域中，摩擦变小且具有高效率。

[0067] 对本发明的第1实施方式的效果进行说明。

[0068] 图8是示意地表示第1实施方式的组合循环30的配管情况的图。如上所述，朗肯循环31的冷媒泵32、热交换器36、膨胀机37分别安装在发动机2上，冷凝器38安装在车体侧。在冷媒泵32和热交换器36之间、热交换器36和膨胀机37之间，利用刚性较高的普通金属配管（钢管）101进行连接，在膨胀机37和冷凝器38之间、冷凝器38和冷媒泵32之间，利用至少在中途的局部包含有柔性配管100的柔性较大的通路（管路）进行连结。由此，安装在发动机2侧的膨胀机37和冷媒泵32与安装在车体侧的冷凝器38之间的振动的差异（相对位置的变化）利用柔性配管100进行吸收，由此，提高部件可靠性，或者，抑制向乘员传递不舒适的振动。

[0069] 特别地，在本实施方式中，并不是仅构成为将冷媒泵32安装在发动机2侧而能够通过发动机2驱动冷媒泵32的结构，还构成为在将膨胀机37安装在发动机2侧的基础上，还能够利用膨胀机37的再生输出驱动冷媒泵32的结构，通过能够利用发动机2的动力驱动冷媒泵32，增加朗肯循环31的运转自由度，并且通过还能够利用膨胀机37的再生动力驱动冷媒泵32，从而改善能量效率。在上述前提下，由于将设置在冷媒泵32和膨胀机37之间的热交换器36安装在发动机2侧，因此，在冷媒泵32和热交换器36之间、热交换器36和膨胀机37之间，能够利用刚性较高的通路（管路）101进行连接，而仅限于膨胀机37和冷凝器38之间、冷凝器38和冷媒泵32之间，利用柔性较大的柔性配管100连结。由此，能够减少价格较高的柔性配管100的数量，并抑制成本。即，在朗肯循环31的回路中途仅设有2个柔性配管100。

[0070] 具体来说，将与安装在发动机2上的膨胀机37连接的冷媒通路43a的至少一部分，使用与和安装在车体上的冷凝器38连接的冷媒通路43b相比柔性较大的冷媒用柔性配管。由此，能够利用冷媒通路43a对冷媒通路43a的发动机2侧部分和冷媒通路43b之间的振动差进行吸收。另外，能够利用与冷媒用柔性配管相比低价的例如铜管、不锈钢配管、铝配管等金属配管形成冷媒通路43b，并减少高价的冷媒用柔性配管。因此，能够削减组合循环30的成本。

[0071] 通过在冷媒通路43a的至少一部分中使用冷媒用柔性配管，能够缩短连接膨胀机37和冷凝器38的配管的长度，能够减小配管中的压力损失，能够提高组合循环30的效率。

[0072] 将与安装在发动机2上的冷媒泵32连接的冷媒通路44b的至少一部分，使用与和冷凝器38连接的冷媒通路44a相比柔性较大的冷媒用柔性配管。由此，能够利用冷媒通路44b对冷媒通路44a和冷媒通路44b的发动机2侧部分之间的振动差进行吸收。另外，能够利用与冷媒用柔性配管相比低价的金属配管形成冷媒通路44a，并减少高价的冷媒用柔性配管。因此，能够削减组合循环30的成本。

[0073] 通过在冷媒通路43a的至少一部分中使用冷媒用柔性配管，能够缩短连接冷凝器38和冷媒泵32的配管的长度，能够减小配管中的压力损失，能够提高组合循环30的效率。

[0074] 在构成为能够利用膨胀机37的输出轴和发动机2的输出轴传递动力的组合循环30中，通过使冷媒通路43a为冷媒用柔性配管，使冷媒通路43b使用例如金属配管，从而能够增加上述效果。

[0075] 下面，使用图9、图10，对本发明的第2实施方式进行说明。

[0076] 图9是本实施方式中的混合动力车辆的概略结构图。图10是本实施方式中的组合循环的概略结构图。在第2实施方式中，以与第1实施方式不同的部分为中心进行说明。针对与第1实施方式相同的结构标注与第1实施方式相同的标号，并在此省略其说明。

[0077] 压缩机59安装在发动机2上，由发动机2进行驱动。如图9所示，在压缩机59的驱动轴上固定有压缩机带轮53，在该压缩机带轮53和曲轴带轮2a上架设有传动带34。发动机2的驱动力经由该传动带34传递至压缩机带轮53，从而驱动压缩机59。另外，在压缩机带轮53和压缩机59之间设有电磁式的离合器54，能够使压缩机59和压缩机带轮53之间进行接合/断开。

[0078] 与压缩机59连接的冷媒通路56是与冷媒通路43b相比柔性更大的冷媒用柔性配管。

[0079] 设置在压缩机59和蒸发器55之间而与蒸发器55连接的冷媒通路58，与冷媒通路56相同地是冷媒用柔性配管。

[0080] 如果将压缩机59安装在发动机2上，则在车辆处于驱动中的情况下，与压缩机59连接的冷媒通路56的振动频率和与冷凝器38连接的冷媒通路43b的振动频率不同。在本实施方式中，通过使冷媒通路56为冷媒用柔性配管，从而利用冷媒通路56对冷媒通路56和冷媒通路43b之间的振动差进行吸收。

[0081] 对本发明的第2实施方式的效果进行说明。

[0082] 图11是示意地表示第2实施方式的组合循环30的配管的情况的图。与第1实施方式的不同之处在于，由于压缩机59安装在发动机2侧，因此压缩机59前后的冷媒通路由柔性配管100构成。通过第2实施方式，也能够减少价格较高的柔性配管100的数量，并抑制成本。即，在朗肯循环31的回路中途仅设置2个柔性配管100，在从组合循环30整体观察的情况下，将柔性配管100的数量抑制为4个。

[0083] 具体来说，使冷媒通路56的至少一部分使用冷媒用柔性配管，在制冷循环合流点46处连接冷媒通路56和冷媒通路43b。由此，能够利用冷媒通路43b对冷媒通路43b和冷媒通路56之间的振动差进行吸收。

[0084] 下面，对本发明的第3实施方式进行说明。

[0085] 在第3实施方式中，以与第2实施方式不同的部分为中心进行说明。

[0086] 在第3实施方式中，使冷媒通路43b使用与冷媒通路43a及冷媒通路56相比柔性更大的柔性配管。另外，使冷媒通路43a及冷媒通路56使用柔性小的例如不锈钢配管、铝配管。

[0087] 对本发明的第3实施方式的效果进行说明。

[0088] 图12示意地表示第3实施方式的组合循环30的配管的情况。与第2实施方式的不同之处在于，将连接膨胀机37和冷凝器38的配管、和连接压缩机59和冷凝器38的配管在中途彼此合流，合流后的部位由柔性配管100构成。通过第3实施方式，也能够减少价格较高的柔性配管100的数量，并抑制成本。即，在朗肯循环31的回路中途仅设置2个柔性配管100，在从组合循环30整体观察的情况下，将柔性配管100的数量抑制为3个。

[0089] 具体来说，使与冷凝器38连接的冷媒通路43b为冷媒用柔性配管，使与膨胀机37连接的冷媒通路43a及与压缩机59连接的冷媒通路56为与冷媒用柔性配管相比低价的例如不锈钢配管、铝配管。由此，能够对冷媒通路43b、冷媒通路43a和冷媒通路56之间的振动差进行吸收。另外，能够使冷媒通路43a及冷媒通路56为低价的配管，能够削减组合循环30的成本。

[0090] 此外，也可以使冷媒通路44a为冷媒用柔性配管，使冷媒通路44b为不锈钢配管、铝配管等。

[0091] 通过在冷媒通路的至少一部分上使用冷媒用柔性配管，从而能够缩短将膨胀机37及压缩机59和冷凝器38连接的配管、将冷凝器38和冷媒泵32连接的配管的长度，能够减小配管中的压力损失，能够提高组合循环30的效率。

[0092] 本发明并不限定于上述的实施方式，例如作为用于吸收由振动引起的相对位移的、柔性较大的通路配管，也可以采用在普通的金属配管的一部分（中途）中包含有柔性较大的冷媒用柔性配管的结构。

[0093] 以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过示出了本发明的应用例的一部分，本发明的技术范围并不限定于上述实施方式的具体结构。

[0094] 本申请基于在2011年9月30日向日本专利局申请的日本特愿2011－216772而主张优先权，该申请的全部内容作为参照而引入本说明书中。

标题	发布/更新时间	阅读量
朗肯循环系统-专利编号CN102812211B	2020-05-12	952
朗肯循环系统-专利编号CN103032990A	2020-05-12	540
朗肯循环-专利编号CN103608548A	2020-05-11	985
朗肯循环系统-专利编号CN102418622A	2020-05-13	1001
朗肯循环系统-专利编号CN102812211A	2020-05-13	228
朗肯循环系统-专利编号CN103032990B	2020-05-13	334
朗肯循环系统-专利编号CN103797218A	2020-05-11	263
朗肯循环膨胀机-专利编号CN102758650A	2020-05-12	902
朗肯循环-专利编号CN103748347B	2020-05-11	445
朗肯循环-专利编号CN103748347A	2020-05-11	1048

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