廢熱回收設(shè)備的制造方法
【專利摘要】一種廢熱回收設(shè)備，包括熱交換器、膨脹器、冷凝器、第一罐、回流部分、第一通道部分和第二通道部分。熱交換器構(gòu)造成產(chǎn)生蒸汽。膨脹器構(gòu)造成將所產(chǎn)生的蒸汽的熱能回收為動(dòng)力。冷凝器構(gòu)造成使經(jīng)過膨脹器的蒸汽冷凝。冷凝器的入口部分布置在膨脹器的出口部分的上方。第一罐構(gòu)造成儲(chǔ)存被冷凝器液化的工作流體?；亓鞑糠謽?gòu)造成使第一罐中的液態(tài)工作流體回流到熱交換器。第一通道部分將膨脹器的出口部分和冷凝器的入口部分相互連接。第二通道部分將第一通道部分和第一罐相互連接。
【專利說明】
廢熱回收設(shè)備
[0001] 發(fā)明背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及一種廢熱回收設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003] 已知運(yùn)樣的廢熱回收設(shè)備，所述廢熱回收設(shè)備利用來自熱源的熱量蒸發(fā)工作流 體、產(chǎn)生蒸汽并且將所產(chǎn)生的蒸汽的熱能回收為動(dòng)力。例如日本專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2001- 174166(肝 2001-174166A)、日本實(shí)用新型申請(qǐng)公報(bào)N〇.2011-149386(JP 2011-149386A)和 日本實(shí)用新型申請(qǐng)公報(bào)齡.2010-285893(肝2010-2858934)中公開運(yùn)樣的廢熱回收設(shè)備。 JP 2001-174166A公開了一種安裝在車輛上的蘭金循環(huán)(rankine巧cle)系統(tǒng)。肝2001- 174166A的附圖公開了一個(gè)示例，在所述示例中，冷凝器的入口部分布置在膨脹器的出口部 分的上方。肝2011-149386A公開了一種蘭金循環(huán)系統(tǒng)，所述蘭金循環(huán)系統(tǒng)促進(jìn)膨脹器的預(yù) 熱并且避免蒸汽在膨脹器中冷凝。肝2010-285893A公開了一種廢熱回收設(shè)備，在所述廢熱 回收設(shè)備中，冷凝器布置在滿輪的下方。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在廢熱回收設(shè)備中，經(jīng)過膨脹器的蒸汽被冷凝器冷凝。如上所述，冷凝器的入口部 分可W布置在膨脹器的出口部分的上方，并且在經(jīng)過膨脹器的同時(shí)變?yōu)榈蜏氐蛪赫羝恼?汽由于進(jìn)一步的溫度降低而可能會(huì)在進(jìn)入冷凝器之前被冷凝。因此，在具有運(yùn)種構(gòu)造的廢 熱回收設(shè)備中，冷凝的工作流體可能會(huì)積聚在膨脹器的出口部分附近，并且可能會(huì)侵入到 膨脹器中。結(jié)果，運(yùn)會(huì)致使膨脹器的輸出減小。
[0005] 本發(fā)明提供一種廢熱回收設(shè)備，所述廢熱回收設(shè)備能夠防止或抑制由于膨脹器的 出口部分和冷凝器的入口部分的布置而引起的膨脹器輸出減小。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的廢熱回收設(shè)備包括熱交換器、膨脹器、冷凝器、第一罐、 回流部分、第一通道部分和第二通道部分。熱交換器構(gòu)造成利用來自熱源的熱蒸發(fā)工作流 體并產(chǎn)生蒸汽。膨脹器構(gòu)造成將所產(chǎn)生的蒸汽的熱能回收為動(dòng)力。冷凝器構(gòu)造成使經(jīng)過膨 脹器的蒸汽冷凝。冷凝器的入口部分布置在膨脹器的出口部分的上方。第一罐構(gòu)造成儲(chǔ)存 被冷凝器液化的工作流體?；亓鞑糠謽?gòu)造成使第一罐中的被液化的工作流體回流到熱交換 器。第一通道部分將膨脹器的出口部分和冷凝器的入口部分相互連接。第二通道部分將第 一通道部分和第一罐相互連接。
[0007] 在根據(jù)上述方面的廢熱回收設(shè)備中，第一通道部分可W經(jīng)由比膨脹器的出口部分 低的位置連接到冷凝器的入口部分。第二通道部分可W連接到第一通道部分的比膨脹器的 出口部分低的一部分。
[000引在根據(jù)上述方面的廢熱回收設(shè)備中，第二通道部分可W連接到第一通道部分的最 低部分。
[0009] 在根據(jù)上述方面的廢熱回收設(shè)備中，第一通道部分的與第二通道部分相連的部分 可W是構(gòu)造成儲(chǔ)存被液化的工作流體的第二罐。
[0010] 根據(jù)上述方面的廢熱回收設(shè)備還可W包括布置在第二通道部分中的冷卻器，所述 冷卻器構(gòu)造成通過熱交換來冷卻流過第二通道部分的工作流體。
[0011] 在根據(jù)上述方面的廢熱回收設(shè)備中，冷卻器可W在流過第二通道部分的工作流體 和流過回流部分的工作流體之間執(zhí)行熱交換。
[0012] 根據(jù)上述方面的廢熱回收設(shè)備還可W包括加熱器，所述加熱器構(gòu)造成通過熱交換 來加熱在經(jīng)過冷卻器之后流過回流部分的工作流體。
[0013] 在根據(jù)上述方面的廢熱回收設(shè)備中，第二通道部分的通道橫截面面積可W小于第 一通道部分的一部分的通道橫截面面積，所述第一通道部分的所述一部分位于所述第一通 道部分的與第二通道部分相連的部分的下游側(cè)。
[0014] 根據(jù)上述方面的廢熱回收設(shè)備還可W包括限制閥，所述限制閥構(gòu)造成限制工作流 體的蒸汽在第二通道部分中流動(dòng)。
[0015] 在根據(jù)上述方面的廢熱回收設(shè)備中，限制閥可W根據(jù)第一通道部分中的被液化的 工作流體的儲(chǔ)存量來操作。
[0016] 在根據(jù)上述方面的廢熱回收設(shè)備中，限制閥可W是浮閥，所述浮閥通過比重比被 液化的工作流體的比重小的浮子來操作，所述浮閥布置在第一通道部分中。
[0017] 在根據(jù)上述方面的廢熱回收設(shè)備中，熱交換器可W是內(nèi)燃機(jī)，并且廢熱回收設(shè)備 可W布置在車輛中。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，可W防止或抑制膨脹器由于膨脹器的出口部分和冷凝器的入口部分 的布置而導(dǎo)致的輸出減小。
【附圖說明】
[0019] W下將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)W及技術(shù)和工業(yè)意義， 其中相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件，并且其中：
[0020] 圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的廢熱回收設(shè)備的示意性構(gòu)造簡(jiǎn)圖；
[0021] 圖2是示出了壓力比和滿輪輸出比之間的關(guān)系的一個(gè)示例的視圖；
[0022] 圖3是冷凝器的解釋性視圖；
[0023] 圖4是示出了飽和蒸汽壓力和冷凝溫度之間的關(guān)系的視圖；
[0024] 圖5是根據(jù)第二實(shí)施例的廢熱回收設(shè)備的示意性構(gòu)造簡(jiǎn)圖；
[0025] 圖6是根據(jù)第Ξ實(shí)施例的廢熱回收設(shè)備的示意性構(gòu)造簡(jiǎn)圖；
[0026] 圖7是根據(jù)第四實(shí)施例的廢熱回收設(shè)備的示意性構(gòu)造簡(jiǎn)圖；
[0027] 圖8是根據(jù)第五實(shí)施例的廢熱回收設(shè)備的示意性構(gòu)造簡(jiǎn)圖；和
[0028] 圖9是示出了第一實(shí)施例的一個(gè)修改示例的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0030] 圖1是廢熱回收設(shè)備1A的示意性構(gòu)造簡(jiǎn)圖。由虛線所示的管路主要是蒸汽流動(dòng)所 通過的管路。由實(shí)線所示的管路主要是液態(tài)工作流體流動(dòng)所通過的管路。在管路中還示出 了工作流體的流動(dòng)方向。在圖1中，還在圓括號(hào)中示出了在各個(gè)部分處的工作流體的溫度和 壓力。廢熱回收設(shè)備1A設(shè)有內(nèi)燃機(jī)2、氣液分離器3、過熱器4、滿輪5、冷凝器6、罐7、累8、9、罐 10、冷卻器11和通道部分21、22、23。廢熱回收設(shè)備1A布置在車輛50中。
[0031] 內(nèi)燃機(jī)2是熱交換器的一個(gè)示例，所述熱交換器利用來自熱源的熱量來使工作流 體蒸發(fā)并且產(chǎn)生蒸汽。具體地，熱源是燃燒氣體。具體地，工作流體是用于內(nèi)燃機(jī)2的冷卻 劑。在內(nèi)燃機(jī)2中產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)由出口部分化從內(nèi)燃機(jī)2排出。排出的蒸汽被供給到氣液分 罔器3。
[0032] 工作流體經(jīng)由氣液分離器3的入口部分3a流入氣液分離器3中。氣液分離器3將從 內(nèi)燃機(jī)2供給的工作流體分成蒸汽和液態(tài)工作流體。分離出的蒸汽經(jīng)由氣液分離器3的出口 部分3b從氣液分離器3排出。入口部分3a和出口部分3b布置在氣液分離器3的上部部分中。 入口部分3a是氣液分離器3的第一入口部分，并且出口部分3b是氣液分離器3的第一出口部 分。
[0033] 從氣液分離器3排出的蒸汽被供給到過熱器4。蒸汽經(jīng)由過熱器4的入口部分4a流 入過熱器4。過熱器4使蒸汽過熱。過熱的蒸汽經(jīng)由過熱器4的出口部分4b從過熱器4排出。出 口部分4b布置在入口部分4a上方。排出的蒸汽被供給到滿輪5。
[0034] 蒸汽經(jīng)由滿輪5的入口部分5a被噴射到滿輪5中。滿輪5是膨脹器的一個(gè)示例，所述 膨脹器將所產(chǎn)生的蒸汽的熱能回收為動(dòng)力。在回收熱能之后，蒸汽經(jīng)由滿輪5的出口部分化 從滿輪5排出。從滿輪5排出的蒸汽被供給到冷凝器6。蒸汽經(jīng)由冷凝器6的入口部分6a流入 冷凝器6。
[0035] 冷凝器6是使經(jīng)過滿輪5的蒸汽凝結(jié)的冷凝器的一個(gè)示例。液化的工作流體經(jīng)由冷 凝器6的出口部分6b從冷凝器如陸。出口部分6b布置在入口部分6a的下方。冷凝器6布置成 用于使工作流體向下流動(dòng)。因此，在冷凝器6中，可W通過重力將液化的工作流體導(dǎo)引到出 口部分化。后面將詳細(xì)地描述將冷凝器6布置成用于使工作流體向下流動(dòng)的原因。
[0036] 出口部分6b連接到罐7的入口部分7曰。入口部分7a布置在出口部分6b的下方。可W 通過重力將被冷凝器6液化的工作流體從出口部分6b導(dǎo)引到入口部分7a。入口部分7a是罐7 的第一入口部分并且布置在罐7的上部部分中。被冷凝器6液化的工作流體經(jīng)由入口部分7a 流入罐7。
[0037] 罐7是第一罐并且儲(chǔ)存被冷凝器6液化的工作流體。液態(tài)工作流體經(jīng)由罐7的出口 部分7b從罐7排出。出口部分7b布置在罐7的下部部分中。出口部分7b通向罐7的底壁部分。 優(yōu)選的是出口部分7b通向罐7的底壁部分，但是出口部分7b也可W通向罐7的側(cè)壁部分。出 口部分7b連接到累8的入口部分8曰。入口部分8a布置在出口部分7b的下方?？蒞通過重力將 儲(chǔ)存在罐7中的液態(tài)工作流體從出口部分化導(dǎo)引到入口部分8a。
[0038] 累8是第一累并且將來自罐7的液態(tài)工作流體供給到氣液分離器3。累9是第二累并 且將儲(chǔ)存在氣液分離器3中的液態(tài)工作流體供給到內(nèi)燃機(jī)2。通過累9供給的工作流體經(jīng)由 內(nèi)燃機(jī)2的入口部分2a流入內(nèi)燃機(jī)2。在內(nèi)燃機(jī)2中執(zhí)行沸騰冷卻，W便產(chǎn)生蒸汽。
[0039] 通道部分21是第一通道部分并且設(shè)有管路21a、管路2化和罐10。通道部分21將滿 輪5和冷凝器6相互連接。具體地，管路21a將出口部分化和罐10的入口部分10a相互連接。管 路2化將入口部分6a和罐10的出口部分10b相互連接。管路21a從出口部分化向下延伸。管路 21a在管路21a從罐10向上延伸的狀態(tài)下連接到出口部分化。管路2化在管路2化從罐10向上 延伸的狀態(tài)下連接到入口部分6a。通道部分21經(jīng)由比出口部分5b化的位置連接到入口部分 6a 〇
[0040] 罐10是第二罐并且儲(chǔ)存液態(tài)工作流體。入口部分10a和出口部分10b布置在罐10的 上部部分中。出口部分10c布置在罐10的下部部分中。出口部分10b是罐10的第一出口部分， 并且出口部分10c是罐10的第二出口部分。出口部分10c通向罐10的底壁部分。優(yōu)選的是出 口部分10c通向罐10的底壁部分，但是出口部分10c也可W通向罐10的側(cè)壁部分。
[0041 ] 通道部分22是第二通道部分并且設(shè)有管路22a、管路22b和冷卻器11。通道部分22 將罐10和罐7相互連接。具體地，管路22a將出口部分10c和冷卻器11的入口部分llaa相互連 接。管路2化將冷卻器11的出口部分llab和罐7的入口部分7c相互連接。入口部分llaa是冷 卻器11的熱交換通道部分11a的入口部分，并且出口部分llab是冷卻器11的熱交換通道部 分1 la的出口部分。入口部分7c是罐7的第二入口部分并且布置在罐7的上部部分中。
[0042] 通道部分23是回流部分并且使罐7中的液態(tài)工作流體回流到內(nèi)燃機(jī)2。通道部分23 設(shè)有管路23a、管路23b、管路23c、管路23d、累8、冷卻器11和累9。通道部分23將罐7和內(nèi)燃機(jī) 2相互連接。具體地，管路23a將出口部分7b和入口部分8a相互連接。管路23b將累8的出口部 分8b和冷卻器11的入口部分Uba相互連接。管路23c將冷卻器11的出口部分1化b和氣液分 離器3的入口部分3c相互連接。管路23d將氣液分離器3的出口部分3d和累9的入口部分9a相 互連接。累9的出口部分9b直接連接到內(nèi)燃機(jī)2的入口部分2a。
[0043] 入口部分Uba是冷卻器11的熱交換通道部分Ub的入口部分。出口部分1化b是冷 卻器11的熱交換通道部分11b的出口部分。入口部分3c是氣液分離器3的第二入口部分。出 口部分3d是氣液分離器3的第二出口部分。入口部分3c和出口部分3d布置在氣液分離器3的 下部部分中。
[0044] 冷卻器11布置在通道部分22中。具體地，冷卻器11的熱交換通道部分11a布置在通 道部分22中。因此，具體地，通道部分22設(shè)有冷卻器11的熱交換通道部分11曰。冷卻器11也布 置在通道部分23中。具體地，冷卻器11的熱交換通道部分Ub布置在通道部分23中。因此，具 體地，通道部分23設(shè)有冷卻器11的熱交換通道部分11b。熱交換通道部分11a是第一熱交換 通道部分，并且熱交換通道部分Ub是第二熱交換通道部分。
[0045] 冷卻器11通過熱交換來冷卻流過通道部分22的工作流體。具體地，冷卻器11在流 過熱交換通道部分11a的工作流體和流過熱交換通道部分11b的工作流體之間執(zhí)行熱交換。 因此，冷卻器11在流過通道部分22的工作流體和流過通道部分23的工作流體之間執(zhí)行熱交 換。
[0046] 罐10構(gòu)成通道部分21的與通道部分22相連的一部分。罐10定位在出口部分化的下 方。因此，通道部分22連接到通道部分21的比出口部分化低的一部分。罐10也構(gòu)成通道部分 21的最低部分。因此，通道部分22連接到通道部分21的最低部分。罐10定位在罐7上方。
[0047] 管路21b構(gòu)成通道部分21的位于罐10(罐10是通道部分21的與通道部分22相連的 一部分)的下游側(cè)的一部分。管路22a的通道橫截面面積小于管路21b的通道橫截面面積。管 路21b的通道橫截面面積、管路22a的通道橫截面面積和管路22b的通道橫截面面積中的每 個(gè)都可W是恒定的。管路22b的通道橫截面面積可W等于管路22a的通道橫截面面積。通道 部分22在任何一個(gè)或多個(gè)部分處的通道橫截面面積可W小于管路21b的通道橫截面面積最 小的一部分的通道橫截面面積。
[004引 W下公式（1)和公式(2)描述了工作流體的溫度T1至溫度T7的主要的溫度高低關(guān) 系。公式(3)描述了工作流體的壓力P1至壓力P7的主要的壓力高低關(guān)系。在下文中，在某些 情況下，將被液化的工作流體和液態(tài)工作流體簡(jiǎn)稱為液體。
[0049] Τ6<Τ7<ΤΚ<Τ2. ..(1)
[0050] Τ2>>Τ3>>Τ4. ..(2)
[005。P6 歲 P7 巧;P1>P2?^>P4 煉 P5 …(?
[0052] 溫度ΤΙ和壓力PI描述了從內(nèi)燃機(jī)2流入氣液分離器3的工作流體的狀態(tài)（即，溫度 和壓力）。溫度T2和壓力P2描述了流入滿輪5的蒸汽的狀態(tài)。溫度T3和壓力P3描述了罐10中 的蒸汽的狀態(tài)。溫度T4和壓力P4描述了從冷凝器6流入罐7的液體的狀態(tài)。溫度巧和壓力P5 描述了從冷卻器11流入罐7的液體的狀態(tài)。溫度T6和壓力P6描述了從累8流入冷卻器11的液 體的狀態(tài)。溫度T7和壓力P7描述了從冷卻器11流入氣液分離器3的液體的狀態(tài)。
[0053] 在滿輪5和冷凝器6之間，蒸汽在通道部分21的低溫部分中被冷卻。低溫部分例如 是管路2化的通道壁面。結(jié)果，蒸汽馬上要流入冷凝器即寸具有溫度T3'和壓力P3'。溫度T3' 和壓力P3'低于罐10中的蒸汽的溫度T3和壓力P3。
[0054] 如上所述，蒸汽在通道部分21中被冷卻。結(jié)果，被冷卻的蒸汽可W凝結(jié)。液化的工 作流體會(huì)由于出口部分化和入口部分6a的布置而從通道部分21侵入到滿輪5中。具體地，例 如，在管路在從出口部分化向上延伸的狀態(tài)下連接到入口部分6a的情況下，液化的工作流 體可能會(huì)從通道部分21侵入到滿輪5中。當(dāng)液化的工作流體從通道部分21侵入到滿輪5中 時(shí)，妨礙了滿輪5的葉片的旋轉(zhuǎn)。因此，液體從通道部分21侵入到滿輪5中導(dǎo)致滿輪5的輸出 減小。
[0055] 鑒于此，廢熱回收設(shè)備1A設(shè)有通道部分22,所述通道部分22將通道部分21和罐7相 互連接。在運(yùn)種情況下，廢熱回收設(shè)備1A允許從通道部分21排出液體。因此，廢熱回收設(shè)備 1A可W防止或抑制滿輪5的輸出減小，所述滿輪5的輸出減小可歸因于出口部分化和入口部 分6a的布置。
[0056] 液體由于重力而向下流動(dòng)。因此，可W說，在通道部分21的比出口部分化低的部分 處捕獲將要從通道部分21侵入到滿輪5中的液體。鑒于此，具體地，廢熱回收設(shè)備1A構(gòu)造成 使通道部分21經(jīng)由比出口部分加低的位置連接到入口部分6a并且使通道部分22連接到作 為上述部分的罐10。在運(yùn)種情況下，廢熱回收設(shè)備1A允許捕獲將要從通道部分21侵入到滿 輪5中的液體。
[0057] 更具體地，在運(yùn)種情況下，優(yōu)選的是，廢熱回收設(shè)備1A構(gòu)造成使通道部分21在通道 部分21從作為上述部分的罐10向上延伸的狀態(tài)下連接到出口部分化和入口部分6a中的至 少任意一個(gè)。優(yōu)選的是，廢熱回收設(shè)備1A構(gòu)造成使作為上述部分的罐10定位在罐7的上方。
[0058] 在通道部分21在通道部分21從作為上述部分的罐10向上延伸的狀態(tài)下連接到出 口部分加的情況下，通道部分22可W捕獲從氣液分離器3經(jīng)由過熱器4和滿輪5流入通道部 分21的液體。在內(nèi)燃機(jī)2的負(fù)荷快速變化的情況下，可能會(huì)發(fā)生液體的流入。在通道部分21 在通道部分21從作為上述部分的罐10向上延伸的狀態(tài)下連接到入口部分6a的情況下，通道 部分22可W捕獲在管路2化中液化的工作流體。
[0059] 在通道部分21在通道部分21從作為上述部分的罐10向上延伸的狀態(tài)下連接到出 口部分加和入口部分6a中的每一個(gè)的情況下，通道部分22可W捕獲從氣液分離器3流入通 道部分21的液體和在管路21b中液化的工作流體。因此，優(yōu)選的是，廢熱回收設(shè)備ΙΑ具有上 述構(gòu)造。而且，在運(yùn)種情況下，罐10構(gòu)成通道部分21的最低部分。在作為上述部分的罐10定 位在罐7的上方的情況下，可W通過重力將液體從罐10導(dǎo)引到罐7。
[0060] 可W說，作為通道部分21的最低部分的罐10是可能會(huì)積聚工作流體的部件。鑒于 此，具體地，廢熱回收設(shè)備1Α構(gòu)造成將通道部分22連接到作為最低部分的罐10。在運(yùn)種情況 下，廢熱回收設(shè)備1Α恰當(dāng)?shù)卦试S從通道部分21排出液體。
[0061] 更具體地，優(yōu)選的是，在運(yùn)種情況下，廢熱回收設(shè)備1Α構(gòu)造成將作為最低部分的罐 10定位在出口部分化的下方。而且，優(yōu)選的是，廢熱回收設(shè)備1Α構(gòu)造成將作為最低部分的罐 10定位在罐7的上方。而且，優(yōu)選的是，廢熱回收設(shè)備1Α構(gòu)造成使通道部分21在通道部分21 從作為最低部分的罐10向上延伸的狀態(tài)下連接到出口部分化和入口部分6a中的至少任意 一個(gè)。
[0062] 具體地，廢熱回收設(shè)備1A構(gòu)造成使通道部分21的與通道部分22連接的部分成為儲(chǔ) 存液態(tài)工作流體的罐10。在運(yùn)種情況下，廢熱回收設(shè)備1A可W將儲(chǔ)存在罐10中的液體排出 到罐7。結(jié)果，可W在防止或抑制蒸汽流入通道部分22的同時(shí)，從通道部分21排出液體。更具 體地，在運(yùn)種情況下，優(yōu)選的是，廢熱回收設(shè)備1A構(gòu)造成使罐10具有與作為上述最低部分的 罐10類似的構(gòu)造。
[0063] 具體地，廢熱回收設(shè)備1A構(gòu)造成設(shè)有冷卻器11，所述冷卻器11通過熱交換來冷卻 流過通道部分22的工作流體。在運(yùn)種情況下，廢熱回收設(shè)備1A可W防止或抑制罐7中的溫度 和壓力升高。結(jié)果，可W防止或抑制滿輪5的輸出減小。后面將說明由于罐7中的溫度和壓力 升高而導(dǎo)致滿輪5的輸出減小的原因。
[0064] 具體地，廢熱回收設(shè)備1A構(gòu)造成使冷卻器11在流過通道部分22的工作流體和流過 通道部分23的工作流體之間執(zhí)行熱交換。在運(yùn)種情況下，廢熱回收設(shè)備1A可W使回流到內(nèi) 燃機(jī)2的工作流體的溫度升高。結(jié)果，內(nèi)燃機(jī)2中的蒸汽產(chǎn)生量增大，W便于提高滿輪5的輸 出。
[0065] 具體地，廢熱回收設(shè)備1A構(gòu)造成使管路22a的通道橫截面面積小于管路2化的通道 橫截面面積。換言之，廢熱回收設(shè)備1A構(gòu)造成使通道部分22的通道橫截面面積小于通道部 分21的位于罐10(罐10為通道部分21的與通道部分22相連的部分）的下游側(cè)的部分的通道 橫截面面積。在運(yùn)種情況下，廢熱回收設(shè)備1A可W在蒸汽可能流過通道部分21和通道部分 22的情況下抑制蒸汽流入通道部分22。由于廢熱回收設(shè)備1A可W抑制蒸汽流入通道部分 22,所W可W防止或抑制罐7中的溫度和壓力升高。結(jié)果，可W防止或抑制滿輪5的輸出減 小。
[0066] 具體地，廢熱回收設(shè)備1A布置在車輛50中，并且具有作為產(chǎn)生蒸汽的熱交換器的 內(nèi)燃機(jī)2。在運(yùn)種情況下，由于車輛50中的安裝空間的限制，入口部分6a布置在出口部分化 的上方的可能性增大。因此，廢熱回收設(shè)備1A適于運(yùn)種情況。
[0067] 如上所述，冷凝器6布置成用于使工作流體向下流動(dòng)。由于罐7中的溫度和壓力升 高，滿輪5的輸出減小。下文中，將詳細(xì)地說明運(yùn)種現(xiàn)象的原因，為此，將首先說明壓力比Pi/ 化和滿輪5的輸出之間的關(guān)系。壓力比Pi/Po是在高壓側(cè)滿輪入口壓力Pi和低壓側(cè)滿輪出口 壓力化之間的壓力比，其中滿輪出口壓力化是分母。
[0068] 運(yùn)里，如果在滿輪5中產(chǎn)生更大的輸出，則必需增大壓力比Pi/Po。然而，滿輪出口 壓力化初始是較小的。運(yùn)是因?yàn)闈M輪出口壓力Po源自于冷凝器6的內(nèi)部壓力。具體地，由于 凝結(jié)而體積顯著減小的工作流體在冷凝器6中產(chǎn)生低壓狀態(tài)。滿輪出口壓力Po源自于W運(yùn) 種方式產(chǎn)生低壓狀態(tài)的冷凝器6的內(nèi)部壓力，并且因此初始是較小的。
[0069] 因此，即使當(dāng)滿輪出口壓力化輕微地升高時(shí)，壓力比Pi/Po也顯著減小。結(jié)果，滿輪 5的輸出顯著減小。具體地，壓力比Pi/Po和滿輪5的輸出之間的關(guān)系例如是如下所述的關(guān) 系。
[0070] 圖2是示出了壓力比Pi/Po和滿輪輸出比之間的關(guān)系的一個(gè)示例的視圖。圖2示出 了在內(nèi)燃機(jī)2處于中等負(fù)荷操作的情況下的上述關(guān)系示例。箭頭A示出了滿輪出口壓力化升 高的變化方向。點(diǎn)B示出了基準(zhǔn)條件下的壓力比Pi/Po和滿輪輸出比。滿輪輸出比是通過將 滿輪5的輸出除W基準(zhǔn)條件下的滿輪5的輸入而得到的值。因此，點(diǎn)B示出的滿輪輸出比是1。 如圖2中所示，當(dāng)滿輪出口壓力化升高時(shí)，滿輪輸出比減小。換言之，滿輪5的輸出減小。
[0071] 接下來，基于W上內(nèi)容，將參照?qǐng)D3說明將冷凝器6布置成使工作流體向下流動(dòng)的 原因。圖3是冷凝器6的解釋性視圖。為了便于說明，圖3中示出了液體保留在冷凝器6中的狀 態(tài)。如圖3所示，在冷凝器6中布置有冷卻通道部分6c。通過布置在冷卻通道部分6c周圍的散 熱片來冷卻所述冷卻通道部分6c。在入口部分6a側(cè)上，冷卻通道部分6c的通道壁面直接冷 卻蒸汽。結(jié)果，蒸汽大量地(act i ve 1 y)凝結(jié)在入口部分6a側(cè)上。通過冷凝產(chǎn)生的液體沿著冷 卻通道部分6c的通道壁面朝向出口部分化運(yùn)動(dòng)。
[0072] 然而，當(dāng)從冷凝器6排出的液體被阻滯(delay)時(shí)，液體從出口部分6b側(cè)朝向入口 部分6a側(cè)逐漸地滯留在冷卻通道部分6c中。在滯留液體的部分處，冷卻通道部分6c的通道 壁面和蒸汽之間的傳熱阻力增大。因此，當(dāng)從冷凝器6排出的液體被阻滯時(shí)，冷凝器6的冷卻 性能從出口部分化側(cè)朝向入口部分6a側(cè)逐漸地降低。
[0073] 鑒于此，冷凝器6布置在廢熱回收設(shè)備1A中，W使工作流體向下流動(dòng)，由此通過重 力促使液體從冷凝器6排出，并且防止或抑制冷凝器6的冷卻性能降低。當(dāng)防止或抑制了冷 凝器6的冷卻性能降低時(shí)，能夠防止或抑制冷凝器6的內(nèi)部壓力升高。因此，防止或抑制滿輪 出口壓力化升高。結(jié)果，防止或抑制滿輪5的輸出減小。
[0074] 在W運(yùn)種方式布置冷凝器6的情況下，與車輛50中的安裝空間的限制一起進(jìn)一步 增大了將入口部分6a布置在出口部分加的上方的可能性。因此，廢熱回收設(shè)備1A尤其適于 W下情況:廢熱回收設(shè)備1A布置在車輛50中，并且具有作為產(chǎn)生蒸汽的熱交換器的內(nèi)燃機(jī) 2，其中，冷凝器6布置成使工作流體向下流動(dòng)。
[0075] 滿輪5的輸出由于罐7中的溫度和壓力升高而減小的原因如下。冷凝器6與罐7內(nèi)部 連通。因此，罐7中的溫度和壓力的升高致使冷凝器6的內(nèi)部壓力升高。冷凝器6的內(nèi)部壓力 的升高致使?jié)M輪出口壓力Po升高。結(jié)果，滿輪5的輸出減小?；蛘?，當(dāng)罐7中的溫度和壓力升 高時(shí)，阻止液體從冷凝器6排出。結(jié)果，冷凝器6的冷卻性能降低并且冷凝器6的內(nèi)部壓力升 高。因此，滿輪5的輸出減小。具體地，在高溫液體流入罐7的情況下，罐7中的溫度和壓力按 照如下方式升高。
[0076] 圖4是示出了飽和蒸汽壓力和冷凝溫度之間的關(guān)系的視圖。區(qū)域C示出了冷凝器6 的正常操作區(qū)域。箭頭A是如上所述的箭頭A。當(dāng)高溫液體從罐10流入罐7時(shí)，儲(chǔ)存在罐7中的 液體的溫度升高。結(jié)果，罐7中的飽和蒸汽壓力增大。如上所述，例如，罐7中的W運(yùn)種方式增 大的飽和蒸汽壓力致使?jié)M輪出口壓力化升高。
[0077] 罐7中的溫度和壓力的升高可歸因于從通道部分21排出的液體和蒸汽。從通道部 分21排出蒸汽可歸因于從通道部分21排出液體。從通道部分21排出液體可歸因于出口部分 化和入口部分6a的布置。因此，滿輪5的輸出由于罐7中的溫度和壓力升高而減小可歸因于 出口部分化和入口部分6a的布置。
[0078] 圖5是廢熱回收設(shè)備1B的示意性構(gòu)造簡(jiǎn)圖。除了廢熱回收設(shè)備1B還設(shè)有節(jié)流閥31 W外，廢熱回收設(shè)備1B與廢熱回收設(shè)備1A基本相同。節(jié)流閥31布置在通道部分22中。具體 地，節(jié)流閥31布置成插置在管路22a中。節(jié)流閥31是限制通道部分22中的工作流體的蒸汽流 動(dòng)的限制閥的一個(gè)示例。在廢熱回收設(shè)備1B中，在蒸汽可能流過通道部分21和通道部分22 的情況下，節(jié)流閥31抑制蒸汽流入通道部分22。因此，廢熱回收設(shè)備1B可W防止或抑制罐7 中的溫度和壓力升高。結(jié)果，可W防止或抑制滿輪5的輸出減小。
[0079] 在廢熱回收設(shè)備1B中，通道部分22可W理解為被構(gòu)造成還設(shè)有節(jié)流閥31。管路22a 的通道橫截面面積可W不小于管路2化的通道橫截面面積。
[0080] 圖6是廢熱回收設(shè)備1C的示意性構(gòu)造簡(jiǎn)圖。除了廢熱回收設(shè)備1C還設(shè)有電磁閥32 和ECU 40W外，廢熱回收設(shè)備1C與廢熱回收設(shè)備1A基本相同。電磁閥32布置在通道部分22 中。具體地，電磁閥32布置成插置在管路22a中。電磁閥32是限制閥的一個(gè)示例。
[0081 ] ECU 40是電子控制裝置。電磁閥32作為控制對(duì)象電連接到ECU40。傳感器45電連接 到ECU 40。傳感器45檢測(cè)通道部分21中的液體儲(chǔ)存量。具體地，液體儲(chǔ)存量是通道部分21的 與通道部分22相連的部分處的液體儲(chǔ)存量。因此，具體地，傳感器45檢測(cè)罐10中的液體儲(chǔ)存 量。傳感器45是檢測(cè)液體儲(chǔ)存量的水平的液位傳感器。例如，傳感器45可W是壓力傳感器， 其檢測(cè)根據(jù)液體儲(chǔ)存量變化的壓力。
[0082] ECU 40基于傳感器45的輸出來控制電磁閥32。結(jié)果，根據(jù)通道部分21中的液體儲(chǔ) 存量來操作電磁閥32。具體地，在通道部分21中的液體儲(chǔ)存量小于預(yù)定值的情況下，電磁閥 32關(guān)閉，并且，在通道部分21中的液體儲(chǔ)存量大于預(yù)定值的情況下，電磁閥32打開。液體儲(chǔ) 存量是預(yù)定值的情況可W包括在W上兩種情況中。在運(yùn)種情況下，廢熱回收設(shè)備1C可W防 止蒸汽從罐10流到罐7。在通道部分21中的液體儲(chǔ)存量為零的情況下，電磁閥32可W關(guān)閉， 并且，在通道部分21中的液體儲(chǔ)存量不為零的情況下，電磁閥32可W打開。即使在運(yùn)種情況 下，廢熱回收設(shè)備1C也可W防止或抑制蒸汽從罐10流到罐7。
[0083] 在廢熱回收設(shè)備1C中，通道部分22可W理解為被構(gòu)造成還設(shè)有電磁閥32。管路22a 的通道橫截面面積可W不小于管路2化的通道橫截面面積。例如，廢熱回收設(shè)備1C可W代替 電磁閥32而設(shè)有流量控制閥。
[0084] 圖7是廢熱回收設(shè)備1D的示意性構(gòu)造簡(jiǎn)圖。除了廢熱回收設(shè)備1D還設(shè)有浮閥33W 夕h廢熱回收設(shè)備1D與廢熱回收設(shè)備1A基本相同。浮閥33布置在通道部分21中。具體地，浮 閥33布置在罐10中。浮閥33布置在出口部分10c中。浮閥33通過浮子33a操作，所述浮子33a 的比重小于液體的比重。浮閥33根據(jù)通道部分21中的液體儲(chǔ)存量來操作。具體地，浮閥33根 據(jù)罐10中的液體儲(chǔ)存量來操作。浮閥33是限制閥的一個(gè)示例，并且通過打開或關(guān)閉出口部 分10c來限制蒸汽在通道部分22中流動(dòng)。廢熱回收設(shè)備1D可W通過使用浮閥33關(guān)閉出口部 分10c來防止或抑制蒸汽從罐10流到罐7。
[0085] 在廢熱回收設(shè)備1D中，通道部分21可W理解為被構(gòu)造成還設(shè)有浮閥33。管路22a的 通道橫截面面積可W不小于管路2化的通道橫截面面積。
[0086] 圖8是廢熱回收設(shè)備化的示意性構(gòu)造簡(jiǎn)圖。除了廢熱回收設(shè)備化還設(shè)有加熱器12、 累13和通道部分24W外，廢熱回收設(shè)備化與廢熱回收設(shè)備1A基本相同?？蒞對(duì)廢熱回收設(shè) 備1B、1C、1D進(jìn)行類似的改變。
[0087] 累13是油累。累13的入口部分13a直接連接到內(nèi)燃機(jī)2的出口部分2d。出口部分2d 是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油出口部分。累13從油盤2e經(jīng)由出口部分2d抽吸發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油。抽吸出的發(fā)動(dòng)機(jī) 機(jī)油通過累13累送到通道部分24。入口部分13a可W間接地連接到出口部分2d。通道部分24 是油通道部分并且允許發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油流動(dòng)。具體地，通道部分24是管路。通道部分24將累13的 出口部分13b和內(nèi)燃機(jī)2的入口部分2c相互連接。入口部分2c是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油入口部分。發(fā)動(dòng) 機(jī)機(jī)油從入口部分2c供給到內(nèi)燃機(jī)2的各個(gè)部分。
[0088] 加熱器12布置在通道部分23中。具體地，加熱器12的熱交換通道部分12a布置在通 道部分23中。熱交換通道部分12a是加熱器12的第一熱交換通道部分，并且布置成插置在管 路23c中。管路23c的位于加熱器12的上游側(cè)的一部分將入口部分Uba和熱交換通道部分 12a的入口部分12aa相互連接。管路23c的位于加熱器12的下游側(cè)的一部分將入口部分3c和 熱交換通道部分12a的出口部分12ab相互連接。
[0089] 加熱器12也布置在通道部分24中。具體地，加熱器12的熱交換通道部分12b布置在 通道部分24中。熱交換通道部分12b是加熱器12的第二熱交換通道部分，并且布置成插置在 通道部分24中。通道部分24的位于加熱器12的上游側(cè)的一部分將出口部分13b和熱交換通 道部分12b的入口部分12ba相互連接。通道部分24的位于加熱器12的下游側(cè)的一部分將入 口部分2c和熱交換通道部分12b的出口部分12化相互連接。
[0090] 加熱器12通過熱交換來加熱在經(jīng)過冷卻器11之后流過通道部分23的工作流體。具 體地，加熱器12在流過熱交換通道部分12a的工作流體和流過熱交換通道部分12b的發(fā)動(dòng)機(jī) 機(jī)油之間執(zhí)行熱交換。因此，加熱器12在流過通道部分23的工作流體和流過通道部分24的 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油之間執(zhí)行熱交換。
[0091] 廢熱回收設(shè)備化構(gòu)造成使加熱器12通過熱交換來加熱在經(jīng)過冷卻器11之后流過 通道部分23的工作流體。在運(yùn)種情況下，廢熱回收設(shè)備1E可W使回流到內(nèi)燃機(jī)2的工作流體 的溫度升高。結(jié)果，內(nèi)燃機(jī)2中的蒸汽產(chǎn)生量增大，W便于提高滿輪5的輸出。
[0092] 具體地，廢熱回收設(shè)備化構(gòu)造成使加熱器12通過在流過通道部分23的工作流體和 流過通道部分24的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油之間執(zhí)行熱交換來加熱工作流體。在運(yùn)種情況下，廢熱回收 設(shè)備1E可W同時(shí)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油和提高工作流體的溫度。結(jié)果，可W提高內(nèi)燃機(jī)2的可靠 性。具有上述構(gòu)造的廢熱回收設(shè)備化是適宜的，原因在于廢熱回收設(shè)備化可W在執(zhí)行沸騰 冷卻W在內(nèi)燃機(jī)2中產(chǎn)生蒸汽的同時(shí)對(duì)溫度可能較高的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油進(jìn)行冷卻。
[0093] 在廢熱回收設(shè)備化中，通道部分23可W理解為被構(gòu)造成還設(shè)有加熱器12。通道部 分24可W理解為被構(gòu)造成除了設(shè)有允許發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油流動(dòng)的管路W外還設(shè)有加熱器12、累13 和油管路。
[0094] 上述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一些示例。本發(fā)明并不局限于此，并且在不脫離在所 附權(quán)利要求中描述的本發(fā)明的精神的范圍的情況下能夠作出各種修改和變化。
[00%]例如，第一通道部分可W具有能夠與第二通道部分相連的多個(gè)部分。在運(yùn)種情況 下，第二通道部分可W分支成用于連接的多個(gè)部分。第一通道部分的與第二通道部分相連 的部分可W是傾斜地延伸的管路。在運(yùn)種情況下，可W在下行階段捕獲液體。第一通道部分 的與第二通道部分相連的部分可w例如是如上所述的管路。
[0096]圖9是示出了廢熱回收設(shè)備1A'的視圖，所述廢熱回收設(shè)備1A'是廢熱回收設(shè)備1A 的一個(gè)修改示例。除了廢熱回收設(shè)備1A'代替通道部分21而設(shè)有通道部分21'W外，廢熱回 收設(shè)備1A'與廢熱回收設(shè)備1A基本相同。除了通道部分21'代替罐10而設(shè)有管路21cW外，通 道部分21'與通道部分21基本相同。管路21c構(gòu)成通道部分21'的與通道部分22相連的一部 分。管路21c也構(gòu)成通道部分21'的比出口部分化低的一部分，并且構(gòu)成通道部分21'的最低 部分。由于出口部分化和入口部分6a的布置，廢熱回收設(shè)備1A'也可W防止或抑制滿輪5的 輸出減小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種廢熱回收設(shè)備，所述廢熱回收設(shè)備包括： 熱交換器，所述熱交換器構(gòu)造成利用來自熱源的熱量來蒸發(fā)工作流體并且產(chǎn)生蒸汽； 膨脹器，所述膨脹器構(gòu)造成將所產(chǎn)生的蒸汽的熱能回收為動(dòng)力； 冷凝器，所述冷凝器構(gòu)造成使經(jīng)過所述膨脹器的蒸汽冷凝，所述冷凝器的入口部分布 置在所述膨脹器的出口部分的上方； 第一罐，所述第一罐構(gòu)造成儲(chǔ)存被所述冷凝器液化的工作流體； 回流部分，所述回流部分構(gòu)造成使所述第一罐中的被液化的工作流體回流到所述熱交 換器； 第一通道部分，所述第一通道部分將所述膨脹器的所述出口部分和所述冷凝器的所述 入口部分相互連接;和 第二通道部分，所述第二通道部分將所述第一通道部分和所述第一罐相互連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢熱回收設(shè)備， 其中，所述第一通道部分經(jīng)由比所述膨脹器的所述出口部分低的位置連接到所述冷凝 器的所述入口部分，并且所述第二通道部分連接到所述第一通道部分的比所述膨脹器的所 述出口部分低的一部分。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢熱回收設(shè)備， 其中，所述第二通道部分連接到所述第一通道部分的最低部分。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢熱回收設(shè)備， 其中，所述第一通道部分的與所述第二通道部分相連的一部分是構(gòu)造成儲(chǔ)存所述被液 化的工作流體的第二罐。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢熱回收設(shè)備，所述廢熱回收設(shè)備還包括： 布置在所述第二通道部分中的冷卻器，所述冷卻器構(gòu)造成通過熱交換來冷卻流過所述 第二通道部分的工作流體。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢熱回收設(shè)備， 其中，所述冷卻器在流過所述第二通道部分的工作流體和流過所述回流部分的工作流 體之間執(zhí)行熱交換。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢熱回收設(shè)備，所述廢熱回收設(shè)備還包括： 加熱器，所述加熱器構(gòu)造成通過熱交換來加熱在經(jīng)過所述冷卻器之后流過所述回流部 分的工作流體。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢熱回收設(shè)備， 其中，所述第二通道部分的通道橫截面面積小于所述第一通道部分的一部分的通道橫 截面面積，所述第一通道部分的所述一部分位于所述第一通道部分的與所述第二通道部分 相連的一部分的下游側(cè)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢熱回收設(shè)備，所述廢熱回收設(shè)備還包括： 限制閥，所述限制閥構(gòu)造成限制工作流體的蒸汽在所述第二通道部分中流動(dòng)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的廢熱回收設(shè)備， 其中，所述限制閥根據(jù)所述第一通道部分中的所述被液化的工作流體的儲(chǔ)存量來操 作。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的廢熱回收設(shè)備， 其中，所述限制閥是浮閥，所述浮閥通過比重比所述被液化的工作流體的比重小的浮 子來操作，所述浮閥布置在所述第一通道部分中。12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的廢熱回收設(shè)備， 其中，所述熱交換器是內(nèi)燃機(jī)，并且所述廢熱回收設(shè)備布置在車輛中。
【文檔編號(hào)】F01K23/06GK105980667SQ201480065548
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2014年12月3日
【發(fā)明人】小林日出夫
【申請(qǐng)人】豐田自動(dòng)車株式會(huì)社