专利名称：废热利用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备利用废热源的废热来对旋转电机的驱动轴赋予旋转力的膨胀机的废热利用装置。
背景技术：
如果作为旋转电机的发电机的线圈的温度上升，则线圈的电阻增大，发电机的发电效率降低。因此，希望对发电机的线圈进行冷却。在专利文献I所公开的郎肯循环装置中，收纳膨胀机的膨胀机外壳和收纳发电电动机(发电机)的发电电动机外壳在相对外气密封的状态下结合，从膨胀室泄漏的蒸汽所存在的膨胀机外壳的内部空间与发电电动机外壳的内部空间经由上部的连通孔连通。在专利文献I中记载了在膨胀机外壳的内部空间内存在的泄漏蒸汽经由连通孔向发电电动机外壳的内部空间流出，来对发电电动机进行冷却的技术。专利文献1:日本特开2004 - 80937号公报另一方面，在发电电动机外壳的下部设置的沟以及连通孔，经由由管道部件构成的回流通路与在膨胀机外壳的下部设置的连通孔连通。即，从膨胀机外壳的内部空间经由上部的连通孔向发电电动机外壳的内部空间流出的泄漏蒸汽经由回流通路向膨胀机外壳的内部空间回流。在这种回流构造中，对发电电动机进行了冷却后的泄漏蒸汽的热向发电电动机的外部转移的效率恶化，对发电电动机进行冷却的效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有提高了的冷却效率的具备旋转电机的废热利用
>J-U装直。本发明将废热利用装置作为对象，所述废热利用装置具备废热源、旋转电机、对在循环制冷剂流路中流过的制冷剂传递所述废热源的废热的第I热交换器、利用通过所述第I热交换器的制冷剂来对所述旋转电机的驱动轴赋予旋转力的膨胀机以及从通过所述膨胀机的制冷剂夺取热的第2热交换器，所述旋转电机以及所述膨胀机收纳在整体壳体内，在技术方案I的发明中，所述废热利用装置具备分支通路，其与所述循环制冷剂流路的比所述第I热交换器靠上游并且比所述第2热交换器靠下游的部分连接，并且与所述整体壳体内的所述旋转电机的存在区域连接；流出通路，其连接所述循环制冷剂流路的比所述第I热交换器靠下游并且比所述第2热交换器靠上游的部分和所述存在区域；以及送出单元，其从所述分支通路向所述流出通路送出制冷剂。对旋转电机进行了冷却的制冷剂在第2热交换器中被夺取热。因此，对旋转电机进行了冷却的制冷剂处于低温状态，被送往第I热交换器侧或者旋转电机的存在区域侧。因此，提闻了对旋转电机进行冷却的效率。在优选例中，所述送出单元被设置在所述分支通路与所述循环制冷剂流路的连接部分和所述第2热交换器之间的所述循环制冷剂流路的部分。
由单个送出单元兼具对第I热交换器送出制冷剂的功能和向存在区域送出制冷剂的功能。在优选例中，所述分支通路或者所述流出通路具有节流部。节流部的存在对于调整制冷剂向第I热交换器侧和旋转电机的存在区域的分配比率而目是重要的。在优选例中，所述分支通路在比所述旋转电机的存在区域靠上游处具有节流部。在比存在区域靠上游处配置节流部的构成能够降低存在区域内的压力，因此在强度的观点方面是优选的。另外，存在区域内的压力降低，因此制冷剂的潜热带来的冷却效果闻。在优选例中，所述送出单元在所述旋转电机与所述膨胀机之间与所述旋转电机邻接地设置。在优选例中，所述流出通路具有节流部。在旋转电机和所述送出单元邻接的构成中，在流出通路中设置节流部的构成中能够降低所述旋转电机和所述膨胀机之间的密封差压，容易确保密封的可靠性。在优选例中，所述节流部是可变节流机构。可变节流机构所进行的流量调整能够实现在旋转电机的发热少的情况下，将液态制冷剂较多地送往第I热交换器侧，来高效地利用废热源的废热这样的废热有效利用。在优选例中，所述废热利用装置具备控制所述可变节流机构的节流量的控制单元和检测所述存在区域内的温度的温度检测单元，所述控制单元基于由所述温度检测单元检测出的温度来控制所述可变节流机构的节流量。在优选例中，所述废热利用装置具备控制所述可变节流机构的节流量的控制单元和把握反映所述旋转电机的工作状态的工作状态反映要素的把握单元，所述控制单元基于由所述把握单元把握的工作状态反映要素来控制所述可变节流机构的节流量。在优选例中，所述把握单元把握反映所述旋转电机的发电量的发电量反映要素。在优选例中，所述送出单元设置在所述循环制冷剂流路的比所述第I热交换器靠上游，并且比所述第2热交换器靠下游的部分，所述废热利用装置还具备检测比所述送出单元靠下游并且比所述膨胀机靠上游的所述循环制冷剂流路的部分内的压力的压力检测单元，所述控制单元选择与由所述压力检测单元检测出的压力对应而设定的所述可变节流机构的第I节流量和与由所述把握单元把握的工作状态反映要素对应而设定的所述可变节流机构的第2节流量中较小一方的节流量。能够选择第I节流量和第2节流量中任一方的构成能够选择是将比膨胀机靠上游的制冷剂的压力设为所希望的压力还是对旋转电机进行最佳冷却中的优选的一方。在优选例中，所述节流部是可变节流机构，所述可变节流机构在所述存在区域内具备双金属部件，所述双金属部件根据所述存在区域的温度的增大来使所述分支通路或者所述流出通路的通过截面积增大。在优选例中，所述流出通路与比所述膨胀机靠下游的所述循环制冷剂流路的部分连接。在优选例中，所述流出通路与比所述膨胀机靠上游的所述循环制冷剂流路的部分连接。
从旋转电机的存在区域向膨胀机的上游送出的制冷剂对旋转电机的废热进行回收，从旋转电机回收的废热被利用于膨胀机的驱动。在优选例中，所述流出通路的入口被设置在比所述旋转电机的转子靠下侧。如果转子搅拌液态制冷剂，则液态制冷剂会成为对转子的旋转阻力，为了发电而应该回收的废热会由于旋转阻力而被降低。在液态制冷剂存积在旋转电机的存在区域内的情况下，其液面也在所述入口以下，转子不会搅拌到液态制冷剂。在优选例中，所述流出通路的入口被设置在比所述旋转电机的转子的最下方位置靠上侧。如果转子搅拌液态制冷剂，则在液态制冷剂中混在的润滑油与液态制冷剂一起上翻，需要润滑的部位被润滑。在优选例中，所述分支通路的出口被配设在向轴承引导所述分支通路内的制冷剂的位置，所述轴承将所述驱动轴支承成能够旋转。在从分支通路的出口到达轴承的制冷剂中混在的润滑油对轴承进行润滑，轴承的可罪性提闻。在优选例中，设置防止从所述存在区域向外部沿着所述驱动轴的周面的制冷剂的泄漏的轴封部件，所述分支通路的出口被配设在将所述分支通路内的制冷剂向所述轴封部件引导的位置。在从分支通路的出口到达轴封部件的制冷剂中混在的润滑油对轴封部件进行润滑，轴封部件的可靠性提高。在优选例中，所述旋转电机是无刷式旋转电机。在电刷式旋转电机中，会存在由于液态制冷剂而产生电刷的接触不良，或者电刷的磨损粉浸入制冷剂回路而堵塞阀门等的可能性。在无刷发电机中不会产生这种问题。在优选例中，所述废热源是燃烧机构，所述旋转电机是利用所述燃烧机构的旋转输出轴的旋转来进行发电的交流发电机。
图1是表示本发明的第I实施方式的废热利用装置的流体机械的整体的侧截面图。图2是表示本发明的第I实施方式的废热利用装置的示意图。图3A是图1的部分放大图。图3B是沿着图3A的3B — 3B线的截面图。图4是表示本发明的第2实施方式的废热利用装置的流体机械的整体的侧截面图。图5是表示本发明的第3实施方式的废热利用装置的示意图。图6是表示本发明的第4实施方式的废热利用装置的示意图。图7是表示本发明的第5实施方式的废热利用装置的流体机械的整体的侧截面图。图8A是表示本发明的第6实施方式的废热利用装置的流体机械的部分侧截面图。图8B是沿着图8A的8B — 8B线的截面图。
图9A是本发明的第7实施方式的废热利用装置的流体机械的部分侧截面图。 图9B是沿着图9A的9B — 9B线的截面图。图10是表示本发明的第8实施方式的废热利用装置的流体机械的整体的侧截面图。
具体实施例方式以下，基于图1 图3B说明对本发明具体化后的第I实施方式。如图2所示，废热利用装置11具备作为废热源的引擎12 (内燃机)和郎肯循环回路13。在郎肯循环回路13中，被来自引擎12的废热加热的制冷剂发生循环。作为废热利用装置11的一部分的流体机械34也是郎肯循环回路13的一部分。如图1所示，流体机械34具备整体壳体35，整体壳体35具备呈筒状的中心壳体36 ;与中心壳体36的前端〔在图1中为左端〕连结的发电机壳体37 ;与发电机壳体37的前端连结的如壳体38 ;以及与中心壳体36的后端〔在图1中为右端〕连结的后壳体39。在与中心壳体36 —体形成的隔壁361和发电机壳体37的前端壁371上,驱动轴40借助轴承51、52被支承成能够旋转。发电机壳体37内的驱动轴40上固定有转子41。在发电机壳体37的内周面中，定子42被固定成包围转子41。驱动轴40、具备线圈421的定子42和转子41构成无刷式交流发电机43 (发电机)。驱动轴40是交流发电机43的转子轴。交流发电机43按照利用转子41的旋转来使定子42的线圈421产生电力的方式发挥功能。交流发电机43与电池45电连接。在交流发电机43中产生的电力被蓄电在电池45中。前壳体38上，支轴53借助轴承54、55被支承成能够旋转。支轴53从前壳体38的前端壁向外部突出，在前壳体38的突出端部处卡止滑轮57。在滑轮57上卷绕传送带59。传送带59被卷绕在卡止于引擎12的旋转输出轴即曲柄轴68〔参照图2〕的滑轮69〔参照图2〕。在支轴53的内端部安装有固定离合器部58。驱动轴40贯通前端壁371向前壳体38内突出。在驱动轴40的突出端部，可动离合器部56按照与固定离合器部58对置的方式被安装成能够向轴方向滑动。通过向在前壳体38中安装的螺线管61通电，可动离合器部56与固定离合器部58接合，支轴53的旋转被传递给驱动轴40。可动离合器部56、固定离合器部58以及螺线管61形成对驱动轴40和支轴53进行接合/分离的电磁离合器60。电磁离合器60的励消磁被控制部32控制。在中心壳体36的后部内，侧板62被固设成与隔壁361对置。在隔壁361和侧板62之间划分泵室64。驱动轴40贯通隔壁361以及侧板62。如图3A以及3B所示，在泵室64内配设有与驱动轴40卡止的驱动齿轮65和与驱动齿轮65咬合的从动齿轮66。泵室64、驱动齿轮65以及从动齿轮66构成作为送出单元(或者送出装置)的齿轮泵67。如图3B所示，驱动齿轮65以及从动齿轮66将泵室64内划分成进入室641和排出室642。
如图1所示，在中心壳体36的后部内，固设支承块63。在支承块63上旋转轴70被轴承71支承成能够旋转。旋转轴70在与驱动轴40同轴上与驱动轴40连结。在支承块63与后壳体39之间设置卷轴式膨胀机72。下面，说明膨胀机72的构成。在旋转轴70的后端设置偏心轴73。偏心轴73通过旋转轴70的旋转绕旋转轴70的旋转轴线的周围公转。在偏心轴73上可动卷轴74经由套筒75以及轴承76被支承成能够旋转。可动卷轴74具备被轴承76支承的端板741和从端板741突设的涡轮壁742。在中心壳体36的后部内，固定卷轴77被固设成与可动卷轴74对置。固定卷轴77具备端板771和从端板771向支承块63突设的涡轮壁772。可动卷轴74的涡轮壁742和固定卷轴77的涡轮壁772划分彼此咬合的容积可变的膨胀室78。在端板771与后壳体39之间划分供给室79，在端板771的中央部供给口 773形成为与供给室79连通。在后壳体39中形成导入端口 391。在侧板62与支承块63之间形成排出室80。膨胀室78内的制冷剂向排出室80排出。在中心壳体36的周壁，排出端口 362形成为与排出室80连通。下面，说明废热利用装置11的郎肯循环回路13。如图2所示，郎肯循环回路13具备流体机械34的膨胀机72、凝缩器29、流体机械34的齿轮泵67、第I锅炉20以及第2锅炉21。第I锅炉20具备吸热器202和散热器201。在齿轮泵67的泵室64〔参照图3A以及3B〕的排出侧借助第I流路22连接第I锅炉20的吸热器202。散热器201被设置在与引擎12连接的冷却水循环路径23上。在冷却水循环路径23上设置放热器24。对车辆的引擎12进行了冷却后的冷却水(冷却流体)在冷却水循环路径23中循环，从而在散热器201以及放热器24中散热。第2锅炉21具备吸热器212和散热器211。在第I锅炉20的吸热器202的排出侧借助连接流路25连接第2锅炉21的吸热器212。散热器211被设置在与引擎12连接的排气通路26上。来自引擎12的排气在散热器211中散热后从消音器27排气。从齿轮泵67排出的制冷剂由于第I锅炉20以及第2锅炉21的吸热器202、212与散热器201，211之间的热交换而被来自引擎12的废热加热。在第2锅炉21的吸热器212的排出侧借助供给流路28连接着膨胀机72的导入端口 391〔参照图1〕。在第I锅炉20以及第2锅炉21中加热后的高温高压的制冷剂经由供给流路28而导入膨胀机72。在膨胀机72的排出端口 362〔参照图1〕经由排出流路30连接凝缩器29。在膨胀机72中膨胀的低压的制冷剂经由排出流路30向凝缩器29排出。在凝缩器29的下游侧借助第2流路31连接齿轮泵67的泵室64〔参照图1〕。第2流路31、第I流路22、连接流路25、供给流路28以及排出流路30构成郎肯循环回路的循环制冷剂流路。如图3B所示，泵室64的进入室641与进入通路46连接，泵室64的排出室642与排出通路47连接。进入通路46构成第2流路31的一部分，排出通路47构成第I流路22的一部分。泵室64、排出通路47以及进入通路46在隔壁361的端面形成凹陷。排出通路47与分支通路48分支连接，分支通路48的终端中设置作为节流部的节流通路49。节流通路49向发电机壳体37内的内部空间K开口。内部空间K是整体壳体35内的交流发电机43的存在区域。如图2所示，作为送出单元的齿轮泵67被设置在作为循环制冷剂流路的一部分的第I流路22与分支通路48的分支部480和作为第2热交换器的凝缩器29之间的循环制冷剂流路。即，齿轮泵67在循环制冷剂流路上被设置在比作为第I热交换器的锅炉20、21靠上游，并且比作为第2热交换器的凝缩器29靠下游的部分。如图3A所示，在中心壳体36的隔壁361以及侧板62中穿设流出通路50。流出通路50的入口 501被设置在比交流发电机43的转子41靠下侧。内部空间K经由流出通路50与排出室80连通。利用如图3B所示的齿轮泵67的泵作用，第2流路31内的制冷剂进入泵室64的进入室641向排出室642送出。向排出室642送出的制冷剂的一部分通过第I流路22、第I锅炉20、第2锅炉21、膨胀机72以及凝缩器29向泵室64的进入室641回流。向排出室642送出的制冷剂的余量经由分支通路48以及节流通路49向内部空间K流入。向内部空间K流入的制冷剂通过流出通路50、排出室80、排出端口 362、排出流路30以及凝缩器29向泵室64的进入室641回流。如图2所示，控制部32与温度检测器81以及电负载检测单元(或者电负载检测部)82电连接。温度检测器81检测冷却水循环路径23内的冷却水的温度。电负载检测部82检测伴随着车辆中搭载的电气设备(头灯、空调装置中利用的压缩机用的电磁离合器)的使用所需要的电力。下面，说明废热利用装置11的作用。如果引擎12被起动，则控制部32从电负载检测部82得到与要求负载(所需电力)相关的信息，基于该信息来开始判断有无发电要求。或者，控制部32从温度检测器81得到与冷却水循环路径23内的冷却水的温度相关的信息。在存在发电要求的情况下，控制部32对电磁离合器60进行励磁从而使电磁离合器60处于连接状态。由此，驱动轴40进行旋转，交流发电机43发电。由交流发电机43发电产生的电被蓄积在电池45中。如果没有发电要求并且检测温度在规定温度以上，则控制部32临时对电磁离合器60进行励磁从而使电磁离合器60临时处于连接状态。由此驱动轴40开始旋转。如果由于电磁离合器60的临时连接状态而驱动轴40开始旋转，则齿轮泵67的驱动齿轮65以及膨胀机72的旋转轴70与驱动轴40 —体地开始旋转。齿轮泵67的驱动齿轮65的旋转被传递给从动齿轮66,驱动齿轮65以及从动齿轮66 —边咬合一边彼此向相反方向旋转。由此第2流路31内的制冷剂通过齿轮泵67而被送往第I流路22。被送往第I流路22的制冷剂的一部分通过第I锅炉20的吸热器202、连接流路25以及第2锅炉21的吸热器212而被送往供给流路28。通过第I锅炉20的吸热器202以及第2锅炉21的吸热器212的制冷剂被来自引擎12的废热加热。被送往第I流路22的制冷剂的余量经由分支通路48以及节流通路49而向内部空间K流入。通过凝缩器29而流过第2流路31的制冷剂在冷却后被液化，从齿轮泵67送出的液态制冷剂处于低温。因此，向内部空间K流入的低温的液态制冷剂在内部空间K内对交流发电机43进行冷却。对交流发电机43进行了冷却后的制冷剂经由流出通路50向排出室80流出，向排出室80流出的制冷剂经由排出流路30以及凝缩器29向齿轮泵67回流。在锅炉20、21 (第I热交换器)中加热后的高压的制冷剂从导入端口 391经由膨胀机72的供给室79被导入膨胀室78从而发生膨胀。利用该制冷剂的膨胀，膨胀机72输出机械能量(旋转赋予力)，利用该旋转赋予力来辅助旋转轴70以及驱动轴40的旋转。膨胀机72利用制冷剂来对交流发电机43的驱动轴40赋予旋转力。通过膨胀压力降低的制冷剂被向排出流路30排出。向排出流路30排出的制冷剂通过凝缩器29而向齿轮泵67回流。所述的规定温度被设定为仅通过基于制冷剂膨胀的膨胀机72的旋转赋予力就能够使驱动轴40旋转规定转数以上的冷却水温度。另外，使电磁离合器60处于临时连接状态的期间被设定成驱动轴40被视为到达了规定转数以上的期间。如果电磁离合器60被从临时连接状态向切断状态切换，则交流发电机43仅利用基于制冷剂膨胀的膨胀机72的旋转赋予力来发电。在仅利用基于制冷剂膨胀的膨胀机72的旋转赋予力来发电的发电量小于要求负载(所需电力)的情况下，控制部32对电磁离合器60进行励磁来使电磁离合器60处于连接状态。由此，交流发电机43利用引擎12的旋转力和基于制冷剂膨胀的膨胀机72的旋转赋予力这两方来进行发电。在第I实施方式中能够得到如下优点。(I)对交流发电机43进行了冷却后的制冷剂在作为第2热交换器的凝缩器29中被夺取热。因此，在凝缩器29中冷却后的制冷剂的一部分变成低温状态从而向作为交流发电机43的存在区域的内部空间K流入。因此，利用在凝缩器29中低温化后的制冷剂来对交流发电机43进行冷却的构造，有助于对交流发电机43进行冷却的效率的提高。(2)流出通路50与比膨胀机72靠下游的循环制冷剂流路的部分(即排出室80)连接。由流出通路50连通的内部空间K和排出室80隔着隔壁361和侧板62而彼此靠近地相邻，能够缩小流出通路50的长度。这有利于容易形成流出通路50。(3)分支通路48以及节流通路49使比齿轮泵67靠下游的循环制冷剂流路的部分(即排出通路47)和内部空间K连通。因此，能够缩小贯通隔壁361的分支通路48以及节流通路49的长度。这有利于容易形成分支通路48。(4)制冷剂向作为第I热交换器的锅炉20、21侧和作为交流发电机43的存在区域的内部空间K侧的分配比率由在比内部空间K靠上游处存在的节流通路49的节流情形决定。通过适当地设定节流通路49的节流情形，能够将适于高效地对交流发电机43进行冷却的量的液态制冷剂导入内部空间K。在比内部空间K靠上游处设置的节流通路49对于调整制冷剂向第I热交换器侧和内部空间K的分配比率而言是重要的。(5)在电刷式交流发电机中，存在液态制冷剂使电刷的接触不良产生或者电刷的摩耗粉侵入制冷剂回路从而堵住阀门等之虞。在无刷式的交流发电机43中不会产生这种问题。液态制冷剂对交流发电机43进行冷却，因此交流发电机43的冷却效率高。因此，交流发电机43的发电效率提高，能够实现交流发电机43的小型化。关于发热降低，与平角线相比较为劣化，但是关于成本，即使利用通常有利的导线来形成集中卷绕的线圈421，线圈421的高温化也会由于充分的冷却效果而被抑制。在成本方面是不利的，但是关于发热降低，也能够利用优良的平角线来形成定子42的线圈421。
(6)将利用引擎12的旋转力来进行发电的交流发电机43兼用作利用废热来进行发电的发电机，因此无需用于利用废热的新的发电机。(7)在流体机械34的整体壳体35内收纳了交流发电机43以及电磁离合器60的构造与在整体壳体35外配置交流发电机43以及电磁离合器60的构造相比，在装置整体的占有空间的紧凑化方面是有利的。(8)如果转子41搅拌液态制冷剂，则会由于液态制冷剂对转子41的旋转阻力，从而为了发电而应该回收的废热被减少。因此，废热回收的效率降低。通过将流出通路50的入口 501设置在比交流发电机43的转子41靠下侧，即使在内部空间K中存积液态制冷剂的情况下，其液面也低于转子41，转子41不会搅拌到液态制冷剂。下面，说明图4的第2实施方式。对与第I实施方式相同的部件利用相同的附图标记，而省略其详细说明。流出通路50A的入口 501在发电机壳体37的内部空间K的底部开口，流出通路50A的出口 502在供给室79 (膨胀机72上游的循环制冷剂流路的部分)处开口。经由分支通路48以及节流通路49向内部空间K流入的制冷剂经由流出通路50A向供给室79流出。从内部空间K向膨胀机72的上游送出的制冷剂冷却交流发电机43从而回收废热，从交流发电机43回收到的废热被利用于膨胀机72的驱动。即，从交流发电机43回收到的废热被利用于交流发电机43的发电。对交流发电机43进行了冷却的制冷剂向膨胀机72的上游送出的构成提高了基于废热利用的交流发电机43的发电效率。如果转子41搅拌液态制冷剂，则会由于液态制冷剂对转子41的旋转阻力，从而为了发电而应该回收的废热被减少。因此，废热回收的效率降低。若将流出通路50A的入口501设置在内部空间K的底部，即比交流发电机43的转子41靠下侧，则即使在内部空间K存积液态制冷剂的情况下，其液面也低于转子41，转子41不会搅拌到液态制冷剂。下面，说明图5的第3实施方式。对与第I实施方式相同的部件利用相同的附图标记，而省略其详细说明。在第3实施方式中，在分支通路48中设置可变节流机构83。可变节流机构83的节流开度被控制部32控制。在发电机壳体37〔参照图1〕内设置温度检测器84。作为内部空间K内的温度检测单元的温度检测器84检测线圈421〔参照图1〕的温度。由温度检测器84得到的温度信息被送给控制部32。控制部32基于由温度检测器84得到的温度信息，来控制可变节流机构83的节流开度。控制部32是基于由温度检测器84检测到的温度来控制可变节流机构83的节流量的控制单元。例如，在线圈421的温度低的情况下(每单位时间的交流发电机43的发电量小的情况)下，可变节流机构83的节流开度降低，从分支通路48向内部空间K流入的液态制冷剂流量降低。在线圈421的温度高的情况下(每单位时间的交流发电机43的发电量大的情况)下，可变节流机构83的节流开度增大，从分支通路48向内部空间K流入的液态制冷剂流量增大。这种流量调整能够实现在交流发电机43的发热小的情况下将液态制冷剂较多地送往第I热交换器(锅炉21、22)侧从而高效地利用引擎12的废热这样的废热有效利用。在膨胀机72以及交流发电机43高旋转驱动时，齿轮泵67以及膨胀机72的体积效率高。因此，为了将供给流路28内的制冷剂压力设为想要的压力，需要大量的从第I流路22向分支通路48分流的制冷剂的量。另外，在交流发电机43高旋转驱动时，交流发电机43的发热变大，因此需要大量的用于对交流发电机43进行冷却的制冷剂的流量。因此，能够实现在交流发电机43的发热变大的高旋转驱动时将液态制冷剂大量地送往内部空间K侧从而高效地对交流发电机43进行冷却这样的冷却效率的提高。下面，说明图6的第4实施方式。对与第3实施方式相同的部件利用相同的附图标记，而省略其详细说明。交流发电机43经由转换器44电连接电池45。在交流发电机43中产生的电力经由转换器44被蓄电于电池45。转换器44与控制部32电连接。控制部32与压力检测器85电连接。压力检测器85检测供给室79〔参照图1〕内的制冷剂的压力，将表示该压力的信号向控制部32输出。压力检测器85能够配置在比齿轮泵67靠下游并且比膨胀机72靠上游的循环制冷剂流路的部分。控制部32基于由作为压力检测单元的压力检测器85检测到的供给室79内的制冷剂的压力，来确定可变节流机构83的阀开度0 I。控制部32作为检测交流发电机43的发电量(工作状态反映要素)的工作状态反映要素把握单元(或者工作状态反映要素把握部)而发挥功能。控制部32基于检测到的交流发电机43的发电量，来确定可变节流机构83的阀开度9 2。控制部32比较确定出的阀开度0 I和阀开度0 2来选择较大一方的阀开度。在选择了阀开度0 I的情况下，可变节流机构83的阀开度被设为阀开度0 I。由此，供给流路28内的制冷剂的压力成为想要的压力。在选择了阀开度0 2的情况下，可变节流机构83的阀开度被设为阀开度02。由此，分支通路48中的制冷剂流量成为对交流发电机43进行冷却时想要的流量。控制部32是选择与由压力检测器85检测到的压力对应地设定的可变节流机构83的阀开度9 1 (第I节流量)和与由工作状态反映要素把握单元把握的发电量(工作状态反映要素)对应地设定的可变节流机构83的阀开度0 2 (第2节流量)中较大一方的阀开度(较小一方的节流量)的控制单元。通过选择阀开度01、0 2中的任一方，能够选择是将供给流路28内的制冷剂的压力设为想要的压力还是最佳地对交流发电机43进行冷却中的优选一方。下面，说明图7的第5实施方式。对与第I实施方式相同的部件利用相同的附图标记，而省略其详细说明。从排出通路47分支的分支通路48A还被分支成通路48A1和通路48A2。在齿轮泵67与轴承51之间的驱动轴40上设置轴封部件86，通路48A1的出口 481在轴承51与轴封部件86之间的、驱动轴40的周围的空间SI开口。作为节流部的出口 481被配设在将作为分支通路48A的一部分的通路48A1内的制冷剂向轴承51以及轴封部件86引导的位置。在收容轴承52的收容室S2的内部设置轴封部件87，通路48A2的出口 482在轴承52与轴封部件87之间的收容室S2处开口。作为节流部的出口 482被配设在将作为分支通路48A的一部分的通路48A2内的制冷剂向轴承52以及轴封部件87引导的位置。轴封部件86以及轴封部件87防止从内部空间K向外部(与内部空间K压力不同的空间)沿着驱动轴40的周面的制冷剂的泄漏。通路48A1内的液态制冷剂从出口 481向空间SI流出。与向空间SI流出的液态制冷剂混在的润滑油对轴封部件86以及轴承51进行润滑。通路48A2内的液态制冷剂从出口 482向收容室S2流出。与向收容室S2流出的液态制冷剂混在的润滑油对轴封部件87以及轴承52进行润滑。在向将驱动轴40支承成能够旋转的轴承51、52引导分支通路48A内的制冷剂的位置配设分支通路48A的出口 481、482的构成，充分地润滑轴承51、52以及轴封部件86、87，从而提高了轴承51，52以及轴封部件86、87的可靠性。流出通路50A的入口 501设置在比转子41的最下方位置靠上方。从分支通路48A向内部空间K内流入的液态制冷剂存积在内部空间K的下部。在内部空间K的下部存积的液态制冷剂的液面到达流出通路50A的入口 501的位置，在内部空间K的下部存积的液态制冷剂被转子41的旋转搅拌。与搅拌后的液态制冷剂混在的润滑油有助于轴承51、52的润滑。下面，说明图8A以及8B的第6实施方式。对与第I实施方式相同的部件利用相同的附图标记，而省略其详细说明。如图8A所示，中心壳体36的隔壁361的端面363与扇形状的阀体88接合。作为阀体88的径方向中心部的扇中心部881与轴销882 —体地形成。轴销882被嵌入凹设于端面363的轴孔364，阀体88能够一边与端面363面接触一边以轴销882为中心旋转。如图8B所示，支承台89卡止于端面363，支承台89上支承涡旋形状的双金属部件90。阀体88的扇中心部881卡止于涡旋形状的双金属部件90的中心端。能够以轴销882为中心旋转的阀体88能够使分支通路48的出口 483开闭。在内部空间K内的温度低的情况下，双金属部件90呈以图SB实线所示的形状，阀体88关闭分支通路48的出口 483。内部空间K内的温度高的情况下，双金属部件90的形状按照阀体88打开分支通路48的出口 483的方式发生变化。在内部空间K内配设的双金属部件90按照根据内部空间K内的温度的增大而使分支通路48的出口 483的通过截面积增大的方式来变形。阀体88的阀开度由于利用直接受到内部空间K内的温度变化而变形的双金属部件90的变形而变更，因此可变节流机构的构成简洁。分支通路48的阀体88以及双金属部件90构成根据内部空间K内的温度的增大而使分支通路48的通过截面积增大的可变节流机构。下面，说明图9A以及9B的第I实施方式。对与第6实施方式相同的部件利用相同的附图标记，而省略其详细说明。如图9A所示，在与侧板62相接的中心壳体36的端面365，收容凹部92凹设成与排出通路47交叉，在收容凹部92中阀体88A在与收容凹部92的底面921面接触的状态下被收容。收容凹部92形成排出通路47的一部分。支轴93的第I端部从中心壳体36的端面363贯通隔壁361以及底面921而向收容凹部92突出，在支轴93的第I端部中，阀体88A在其扇中心部卡止。阀体88A能够在与底面921面接触的状态下以支轴93为中心旋转。分支通路48的入口 484被设置在底面921上，能够以支轴93为中心旋转的阀体88A能够使分支通路48的入口 484开闭。支轴93的第2端部卡止于内部空间K内配设的双金属部件90的中心端。双金属部件90按照根据内部空间K内的温度的增大来使分支通路48的入口 484的通过截面积增大的方式来变形。分支通路48的阀体88A以及双金属部件90构成根据内部空间K内的温度的增大来使分支通路48的通过截面积增大的可变节流机构。下面，说明图10的第8实施方式。对与第I实施方式相同的部件利用相同的附图标记，而省略其详细说明。在第8实施方式中，取代分支通路48的节流通路，而设置节流通路91作为流出通路50的一部分。交流发电机43和齿轮泵67邻接的情况下，从轴封部件86的可靠性的观点出发，希望内部空间K内的压力在一定程度上较高。在流出通路50中设置节流通路91的情况下，借助交流发电机43与齿轮泵67之间的轴封部件86的压力差(密封差压)降低，提高了轴封部件86的可靠性。在本发明中还能够实现以下的实施方式。〇在第2实施方式中，也可以利用导管来连通内部空间K和供给室79，将该导管作为流出通路50A。〇作为反映交流发电机43的工作状态的工作状态反映要素，也可以采用从与交流发电机43关联的整流器(rectifier)输出的电流。该电流是反映交流发电机43 (旋转电机)的发电量的发电量反映要素，控制部32为把握发电量反映要素的发电量反映要素把握部。〇作为反映交流发电机43的工作状态的工作状态反映要素，也可以采用输入交流发电机43的线圈421的电流和转子41的转数(驱动轴40的转数)。作为该电流和转数是反映交流发电机43 (旋转电机)的发电量的发电量反映要素，控制部32作为把握发电量反映要素的发电量反映要素把握单元(或者发电量反映要素把握部)发挥功能。〇作为反映交流发电机43的工作状态的工作状态反映要素，也可以采用从控制部32指示转换器44的指示电流值和转子41的转数(驱动轴40的转数)。该指示电流和转数是反映交流发电机43 (旋转电机)的发电量的发电量反映要素，控制部32作为把握发电量反映要素的发电量反映要素把握单元(或者发电量反映要素把握部)发挥功能。〇也可以利用双金属部件90来使分支通路48的中途部分开闭。〇也可以利用双金属部件90来使流出通路50的入口 501开闭。〇也可以利用双金属部件90来使流出通路50的出口开闭。〇也可以利用双金属部件90来使流出通路50的中途部分开闭。〇也可以利用平板形状的双金属部件来使分支通路48的出口 483或者流出通路50的入口 501开闭。该情况下，在内部空间K内的温度高的情况下，由于平板形状的双金属部件的反作用，分支通路48的出口 483或者流出通路50的入口 501被打开。〇也可以利用作为电动马达而发挥功能的发电机。〇也可以将除了交流发电机以外的发电机作为整体壳体35内的发电机来利用。〇也可以在电动机、发电电动机等旋转电机中应用本发明。〇也可以在车辆用以外的废热利用装置中应用本发明。〇作为膨胀机，也可以利用叶片式膨胀机。〇作为膨胀机，也可以利用除了卷轴式或叶片式以外的其他形式的膨胀机。例如，也可以在驱动轴40上安装轴流风扇，利用流过驱动轴40的轴方向的制冷剂来使轴流风扇以及驱动轴40 —体旋转。对于根据所述 实施方式能够把握到的技术思想，在以下进行说明。
( ^ )如技术方案9所述的废热利用装置，其中，所述控制单元作为检测所述旋转电机的发电量的工作状态反映要素把握单元发挥功能。( 口)如技术方案12所述的废热利用装置，其中，所述可变节流机构具备变更所述分支通路的出口的通过截面积或者所述流出通路的入口的通过截面积的阀体和对所述阀体进行支承的双金属部件，所述双金属部件被配设在所述存在区域内，所述双金属部件按照根据所述存在区域内的温度的增大来使所述分支通路的出口的通过截面积或者所述流出通路的入口的通过截面积增大的方式变形。附图标记说明11…废热利用装置。12…作为废热源即燃烧机构的引擎。20、21…作为第I热交换器的锅炉。29…作为第2热交换器的凝缩器。32…作为控制单元或者工作状态反映要素把握单元的控制部。35…整体壳体。40…驱动轴。41…转子。43…作为旋转电机的发电机即交流发电机。48、48A...分支通路。480…分支部。481、482…作为节流通路的出口。484...入口。49、91…作为节流部的节流通路。50、50A、50B…流出通路。501…入口。67…作为送出单元的齿轮泵。51、52…轴承。68…作为旋转输出轴的曲柄轴。72…膨胀机。81…作为第I温度检测单元的温度检测器。83…可变节流机构。84…作为温度检测单元的温度检测器。85…作为压力检测单元 的压力检测器。86，87…轴封部件。88，88A…构成可变节流机构的阀体。90…构成可变节流机构的双金属部件。K…作为存在区域的内部空间。
权利要求
1.一种废热利用装置，其具备废热源；旋转电机；向在循环制冷剂流路中流过的制冷剂传递所述废热源的废热的第I热交换器；利用通过所述第I热交换器的制冷剂来对所述旋转电机的驱动轴赋予旋转力的膨胀机；以及从通过所述膨胀机的制冷剂夺取热的第2热交换器，所述旋转电机以及所述膨胀机被收纳在整体壳体内，其中，所述废热利用装置具备 分支通路，其与所述循环制冷剂流路的比所述第I热交换器靠上游且比所述第2热交换器靠下游的部分连接，并且与所述整体壳体内的所述旋转电机的存在区域连接； 流出通路，其连接所述循环制冷剂流路的比所述第I热交换器靠下游且比所述第2热交换器靠上游的部分与所述存在区域；以及 送出单元，其从所述分支通路向所述流出通路送出制冷剂。
2.根据权利要求1所述的废热利用装置，其中， 所述送出单元被设置于所述分支通路与所述循环制冷剂流路的连接部分和所述第2热交换器之间的所述循环制冷剂流路的部分。
3.根据权利要求1以及2中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述分支通路或者所述流出通路具有节流部。
4.根据权利要求1以及2中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述分支通路在比所述旋转电机的存在区域靠上游处具有节流部。
5.根据权利要求1以及2中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述送出单元在所述旋转电机和所述膨胀机之间与所述旋转电机邻接设置。
6.根据权利要求5所述的废热利用装置，其中， 所述流出通路具有节流部。
7.根据权利要求3、4以及6中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述节流部是可变节流机构。
8.根据权利要求7所述的废热利用装置，其中， 还具备控制单元和温度检测单元，所述控制单元控制所述可变节流机构的节流量，所述温度检测单元检测所述存在区域内的温度，所述控制单元基于由所述温度检测单元检测到的温度来控制所述可变节流机构的节流量。
9.根据权利要求7所述的废热利用装置，其中， 还具备控制单元和把握单元，所述控制单元控制所述可变节流机构的节流量，所述把握单元把握反映所述旋转电机的工作状态的工作状态反映要素，所述控制单元基于由所述把握单元把握的工作状态反映要素来控制所述可变节流机构的节流量。
10.根据权利要求9所述的废热利用装置，其中， 所述把握单元把握反映所述旋转电机的发电量的发电量反映要素。
11.根据权利要求9以及10中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述送出单元被设置在所述循环制冷剂流路的比所述第I热交换器靠上游且比所述第2热交换器靠下游的部分，所述废热利用装置还具备检测所述循环制冷剂流路的比所述送出单元靠下游且比所述膨胀机靠上游的部分内的压力的压力检测单元，所述控制单元选择与由所述压力检测单元检测出的压力对应地设定的所述可变节流机构的第I节流量、和与由所述把握单元把握的工作状态反映要素对应地设定的所述可变节流机构的第2节流量中较小一方的节流量。
12.根据权利要求3所述的废热利用装置，其中， 所述节流部是可变节流机构，所述可变节流机构在所述存在区域内具备双金属部件，所述双金属部件根据所述存在区域的温度的增大而使所述分支通路或者所述流出通路的通过截面积增大。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述流出通路与所述循环制冷剂流路的比所述膨胀机靠下游的部分连接。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述流出通路与所述循环制冷剂流路的比所述膨胀机靠上游的部分连接。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述流出通路的入口被设置在比所述旋转电机的转子靠下侧处。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述流出通路的入口被设置在比所述旋转电机的转子的最下方位置靠上侧处。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述分支通路的出口被配设在向轴承引导所述分支通路内的制冷剂的位置，所述轴承将所述驱动轴支承为能够旋转。
18.根据权利要求5以及6中任一项所述的废热利用装置，其中， 设置有防止制冷剂从所述存在区域向外部沿着所述驱动轴的周面泄漏的轴封部件，所述分支通路的出口被配设在将所述分支通路内的制冷剂向所述轴封部件引导的位置。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述旋转电机是无刷式旋转电机。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的废热利用装置，其中， 所述废热源是燃烧机构，所述旋转电机是利用所述燃烧机构的旋转输出轴的旋转来进行发电的交流发电机。
全文摘要
本发明涉及废热利用装置。郎肯循环回路由构成流体机械(34)的膨胀机(72)、凝缩器、构成流体机械(34)的齿轮泵(67)以及锅炉构成。泵室(64)的排出室与排出通路(47)连接。排出通路(47)与分支通路(48)分支连接，分支通路(48)的终端中设有节流通路(49)。节流通路(49)在发电机壳体(37)内的内部空间(K)处开口。中心壳体(36)的隔壁(361)以及侧板(62)中穿设有流出通路(50)。交流发电机(43)所存在的内部空间(K)经由流出通路(50)与排出室(80)连通。
文档编号F01K23/06GK103069114SQ20118003892
公开日2013年4月24日 申请日期2011年7月21日 优先权日2010年8月9日
发明者深作博史, 井口雅夫, 森英文, 榎岛史修 申请人:株式会社丰田自动织机