| 【発明の名称】 |
凝縮器 |
| 【発明者】 |
【氏名】高橋 勤
【氏名】高本 敏夫
【氏名】谷口 弘芳
【氏名】宇田 誠
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| 【要約】 |
【課題】凝縮器内に，気相状態の非凝縮性成分の循環を発生させて，冷却部における前記成分の滞留を抑制し，これにより，その成分による冷却作用妨害を減少させる。
【解決手段】凝縮器４は，気相状態の作動媒体を液相状態に変換する冷却部３３と，液相状態の作動媒体を，その作動媒体から気相状態の非凝縮性成分を分離して，受容する回収部３６と，前記気相状態の非凝縮性成分を冷却部３３の入口側に戻す戻し部４９とを備えている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 気相状態の作動媒体を液相状態に変換する冷却部（３３）と，前記液相状態の作動媒体を，その作動媒体から気相状態の非凝縮性成分を分離して，受容する回収部（３６）と，前記気相状態の非凝縮性成分を前記冷却部（３３）の入口側に戻す戻し部（４９）とを備えていることを特徴とする凝縮器。
【請求項２】 前記戻し部（４９）は，前記気相状態の非凝縮性成分を吸引する第１の吸引手段（５０）を有する，請求項１記載の凝縮器。
【請求項３】 気相状態の作動媒体を液相状態に変換する冷却部（３３）と，前記液相状態の作動媒体を，その作動媒体から気相状態の非凝縮性成分を分離して，受容する回収部（３６）と，前記気相状態の非凝縮性成分を排出する排出部（６４）とを備えていることを特徴とする凝縮器。
【請求項４】 前記排出部（６４）は，前記非凝縮性成分を吸引する第２の吸引手段（６５）を有する，請求項３記載の凝縮器。
【請求項５】 ランキンサイクルシステム（Ｒ）の一構成要素であって，気相状態の作動媒体を液相状態に変換する冷却部（３３）と，その冷却部（３３）に対する前記気相状態の作動媒体の作用で生じた気相状態の非凝縮性成分を前記ランキンサイクルシステム（Ｒ）外に排出する排出部（６４）とを備えていることを特徴とする凝縮器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，気相状態の作動媒体を液相状態に変換する凝縮器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，この種の凝縮器として，多数の空気通路および多数の蒸気通路を交互に配列した冷却部を備えたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】冷却部の熱伝導性，表面処理性，軽量化，リサイクル性等を考慮すると，その冷却部を，Ａｌ系材料（純ＡｌおよびＡｌ合金を含む）より構成するのが望ましい。しかしながら気相状態の作動媒体が水蒸気である場合には，その水蒸気とＡｌ系材料との化学反応によって非凝縮性成分である水素が発生し，この水素の大部分は水によって蒸気通路外に排出されるが，その一部は，狭い蒸気通路内における水蒸気の流動が小さいこともあって，蒸気通路内に滞留し，その結果，水蒸気に対する冷却作用が滞留水素によって妨げられて凝縮性能が低下する，といった不具合を招来するおそれがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は，冷却部における非凝縮性成分の滞留を抑制し得るようにした前記凝縮器を提供することを目的とする。
【０００５】前記目的を達成するため本発明によれば，気相状態の作動媒体を液相状態に変換する冷却部と，前記液相状態の作動媒体を，その作動媒体から気相状態の非凝縮性成分を分離して，受容する回収部と，前記気相状態の非凝縮性成分を前記冷却部の入口側に戻す戻し部とを備えている凝縮器が提供される。
【０００６】前記のように構成すると，気相状態の非凝縮性成分の循環を発生させて，冷却部における前記成分の滞留を抑制し，これにより，その成分による冷却作用妨害を減少させて凝縮性能を向上させることができる。
【０００７】また本発明は非凝縮性成分を排出し得るようにした前記凝縮器を提供することを目的とする。
【０００８】前記目的を達成するため本発明によれば，気相状態の作動媒体を液相状態に変換する冷却部と，前記液相状態の作動媒体を，その作動媒体から気相状態の非凝縮性成分を分離して，受容する回収部と，前記気相状態の非凝縮性成分を排出する排出部とを備えている凝縮器が提供される。
【０００９】前記のように構成すると，凝縮器内における非凝縮性成分の濃度上昇を阻止し得るので，継続的な非凝縮性成分の濃度上昇を考慮した場合に必要な冷却部の冷却能増進のための伝熱面積の増加といったことを不要にして，冷却部の拡大化を抑制することが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１に示すランキンサイクルシステムＲは，車両に搭載され，且つ内燃機関１が発生する排気ガスを熱源として利用するものである。そのランキンサイクルシステムＲは，排気ガスを用いて，気相状態の作動媒体である，温度および圧力の上昇を図られた水蒸気，つまり昇温昇圧蒸気を発生する蒸発器２と，その昇温昇圧蒸気の膨脹によって出力を発生する膨脹器３と，その膨脹器３から排出される，前記膨脹により温度および圧力が降下した蒸気，つまり降温降圧蒸気を液化して液相状態の作動媒体である水を生じる凝縮器４と，その凝縮器４からの水を蒸発器２に供給する供給ポンプ５とを備えている。
【００１１】図２に具体的に示すように，内燃機関１は，車両Ｖの機関室Ｅｒ内に，クランク軸７のクランクジャーナル軸線を車幅方向と平行にし，且つシリンダヘッドカバー８が車両Ｖの前側に，またオイルパン９が車両Ｖの後側にそれぞれ位置するように傾斜して配設されている。蒸発器２は，その排気ガス導入側を内燃機関１の下向きの排気ポート１０に連通させてシリンダヘッド１１に取付けられ，その排気ガス導出側は排気管１２に接続される。蒸発器２は，内燃機関１が多気筒の場合，例えば各気筒に設けられる。膨脹器３は，蒸発器２の下方に，且つそれに近接するように配置され，シリンダブロック１３およびクランクケース１４に一連に延びるブラケット１５に取付けられている。凝縮器４および供給ポンプ５は，機関室Ｅｒにおいて内燃機関１の前方に配設され，また内燃機関用変速機１６は膨脹器３およびオイルパン９に近接させて機関室Ｅｒ内に配設されている。
【００１２】蒸発器２の昇温昇圧蒸気供給側は膨脹器３の昇温昇圧蒸気受入側に細く，且つ短い導管１７を介して接続され，また膨脹器３の降温降圧蒸気排出側は，凝縮器４の上部に存する降温降圧蒸気受入側に太く，且つ長い導管１８を介して接続されている。供給ポンプ５および水タンク１９は凝縮器４の下側に配置されており，その水タンク１９は凝縮器４の出口側に導管２０を介して接続される。供給ポンプ５の吸込み側は水タンク１９に，一方，吐出側は蒸発器２の水入口側に導管２１を介してそれぞれ接続される。図２において，２２は吸気ポート，２３は吸気管，２４はピストン，２５はコンロッド，２６は吸気弁，２７は排気弁，２８は車輪である。
【００１３】図３，４において，凝縮器４は略直方体形をなすハウジング２９を有し，そのハウジング２９は，その冷却風導入面３０を車両前方に，一方，冷却風導出面３１を車両後方にそれぞれ向け，また，後述する理由から，車両右側の下縁部が車両左側の下縁部よりも上位に在るように傾けられ，さらに，機関室Ｅｒのグリルとの関係で，冷却風導入面３０の上縁部が，その下縁部よりも車両前方に位置するように傾けられて，機関室Ｅｒ内に設置される。
【００１４】ハウジング２９内の上部領域に，膨脹器３からの降温降圧蒸気を導入する蒸気導入室３２が形成され，また中間領域に降温降圧蒸気を水に変換する冷却部３３が配設され，さらに下部領域に，水と気相状態の介在物とを分離する気液分離室３４およびその下方に在って水を受容する器体３５を持つ回収部３６が設けられている。
【００１５】冷却部３３は，車幅方向に並ぶ複数の純Ａｌ製パネル３７の集合体であって，各パネル３７はその両面に断面が略等脚台形状をなす複数の凸条３８を有すると共に相対向する両凸条３８の頂部の一部分が相互に接合されている。これにより冷却部３３は，交互に配列された複数の幅の狭い蒸気通路４１と，複数の幅の狭い空気通路４４とを備える。各蒸気通路４１は上向きの入口３９および下向きの出口４０を有し，また各空気通路４４は車両前方に向かう入口４２および車両後方に向かう出口４３を有する。ハウジング２９の冷却風導出側には吸引ファン４５が設けられている。
【００１６】傾斜した蒸気導入室３２の最低位置に在る入口４６に，膨脹器３の降温降圧蒸気排出側から延出する導管１８が接続される。また傾斜した気液分離室３４の最低位置に在る出口４７に管継手４８が取付けられ，その管継手４８は，出口４７よりも下方に在る水タンク１９に至る前記導管２０を一体に有する。
【００１７】また凝縮器４は，気液分離室３４で分離された気相状態の介在物，即ち，未凝縮蒸気および非凝縮性成分，この場合は水素を冷却部３３の入口側，つまり蒸気導入室３２に戻す戻し部４９を有する。その戻し部４９は，ハウジング２９の上面に取付けられた第１の吸引手段５０と，その第１の吸引手段５０および出口４７側の管継手４８間を接続する吸引管５１と，第１の吸引手段５０および膨脹器３から延出する導管１８の入口４６近傍部間を接続する排出管５２とを有する。第１の吸引手段５０は，略直方体形をなすハウジング５３と，その内部を上部室５４と下部室５５とに区画するダイヤフラム５６とを有する。そのダイヤフラム５６は，外周部をハウジング５３の合せ面間に挟まれた，断面波形の環状ゴム膜５７と，その中央の孔部５８を埋めるように環状ゴム膜５７に気密に保持された，板状のゴム製共振重り５９とよりなる。
【００１８】上部室５４は圧力導入管６０を介して内燃機関１の吸気管２３に接続される。また下部室５５の入口管６１に前記吸引管５１が接続されており，その下部室５５内壁には，入口管６１の開口を開閉して未凝縮蒸気等の下部室５５内への流入のみを許容すべく，上部を枢支された揺動自在の第１の逆止弁６２１が設けられている。さらに下部室５５の出口管６３に前記排出管５２が接続されており，その排出管５２の接続部内には，出口管６３の開口を開閉して未凝縮蒸気等の排出管５２への流出のみを許容すべく，上部を枢支された揺動自在の第２の逆止弁６２２が設けられている。
【００１９】さらに凝縮器４は，未凝縮蒸気および水素から，その水素を分離して排出する排出部６４を備えている。その排出部６４は，第２の吸引手段６５と，その第２の吸引手段６５および傾斜した気液分離室３４の最高位置間を接続する吸引分離管６６とを有する。第２の吸引手段６５は，第１の吸引手段５０の上部室５４，内燃機関１の吸気管２３およびそれら５４，２３間を接続する前記圧力導入管６０とを有する。前記吸引分離管６６の上端部は上部室５４に接続されている。
【００２０】吸引分離管６６の大径中間部６７内には分離部材６８が収納され，その部材６８は水素の透過は許容するが未凝縮蒸気の透過は阻止するパラジウム合金膜，酸素，炭酸ガス，一酸化炭素等を吸着する触媒，吸着材等よりなる。また大径中間部６７内の上端域に第３の逆止弁６２３が配設され，その逆止弁６２３は，大径中間部６７内を区切る弁座７０と，その弁座７０の上側に在る弁体７１と，その弁体７１を弁座７０側に付勢する弁ばね７２とよりなり，したがって第３の逆止弁６２３は水素の上部室５４側への流れのみを許容する。
【００２１】吸引分離管６６における気液分離室３４との接続管部７３はその室３４と同様の角度を以て傾斜しており，その接続管部７３の下面側は連通管７４を介して水タンク１９に接続される。
【００２２】前記構成において，膨脹器３から排出された降温降圧蒸気は導管１８を経て凝縮器４の蒸気導入室３２に導入され，次いで複数の蒸気通路４１内をそれらの入口３９から出口４０に向って下降し，その間に複数の空気通路４４を流通する冷却風により冷却されて水となる。この過程で，一部の蒸気は凝縮されない場合があり，また水と純Ａｌ製パネル３７との化学反応によって水素が生じる場合がある。
【００２３】水，未凝縮蒸気および水素は気液分離室３４に排出され，その室３４内で，水は未凝縮蒸気および水素から分離されて器体３５内に滴下して溜まり，その貯水量が一定量を越えると過剰分は導管２０を経て水タンク１９に流入する。
【００２４】また内燃機関１における吸気管２３内の吸気脈動によって，ダイヤフラム５６が上方へ移動すると，下部室５５の容積が拡張され，これにより第１の逆止弁６２１が開くと共に第２の逆止弁６２２が閉じて気液分離室３４内および複数の蒸気通路４１の出口４０から所定の範囲内に存する未凝縮蒸気および水素が吸引管５１を経て下部室５５内に吸引される。次いでダイヤフラム５６が下方へ移動すると，下部室５５の容積が縮小され，これにより第２の逆止弁６２２が開くと共に第１の逆止弁６２１が閉じてその下部室５５内の未凝縮蒸気および水素が排出管５２を経て膨脹器３からの導管１８内に排出され，それらは降温降圧蒸気と共に蒸気導入室３２内に導入される。
【００２５】以後，これまでの過程が繰返されるものであり，したがって未凝縮蒸気および水素の循環が発生し，これにより冷却部３３における水素の滞留を抑制してその水素による冷却作用妨害を減少させ，また未凝縮蒸気を液化して凝縮性能を向上させることができる。
【００２６】またダイヤフラム５６は共振重り５９を有するので，吸気脈動だけでなく，車両Ｖ，内燃機関１等の振動にも敏感に応答して前記吸引排出作用を発揮する。
【００２７】傾斜した気液分離室３４内において，その最高位置には比重の軽い水素が溜まり易い。このような状況下において，エンジンブレーキ等によって吸気管２３内の負圧が−７９．８ｋＰａ程度になると，第３の逆止弁６２３が開いて気液分離室３４の最高位置に溜っている水素が分離部材６８を透過して上部室５４および圧力導入管６０を経て吸気管２３内に吸引され，その後燃焼室７５内にて燃焼される。
【００２８】このように構成すると，凝縮器４内における水素の濃度上昇を阻止し得るので，継続的な水素濃度上昇を考慮した場合に必要な冷却部３３の冷却能増進のための伝熱面積の増加といったことを不要にして，冷却部３３の拡大化を抑制することが可能である。
【００２９】分離部材６８によって透過を阻止された未凝縮蒸気の冷却によって生じた水は吸引分離管６６から連通管７４を経て水タンク１９に導入されるのでその接続管部７３内に溜まることがなく，したがって貯留水により貯留水素の吸引分離が妨げられることはない。
【００３０】また吸気管２３の内圧よりも凝縮器４の内圧が低い場合には，第３の逆止弁６２３が閉じるので凝縮器４内への空気等の流入は生じない。さらに，前記分離が不完全であって，水素と共に未凝縮蒸気が吸気管２３内に吸引されると，作動媒体の減少が発生するが，このような状況が懸念される場合には，水タンク１９内に予測される量の水を過剰に貯留させておく。
【００３１】第１の吸引手段５０におけるダイヤフラム５６がゴム製である場合，小分子である水素はそのダイヤフラム５６を透過して上部室５４側へ移行することがあり，したがってゴム製ダイヤフラム５６も水素排出効果を持つ。
【００３２】前記のように水との化学反応によって水素を発生する金属としては，前記Ａｌ系材料の外にＦｅ系材料，例えばステンレス鋼を上げることができ，前記構成によれば，蒸気通路４１等をステンレス鋼製パネルを用いて形成しても何等問題を生じることはない。したがってパネル構成材料に対する選択自由度が高くなる。
【００３３】なお，第２の逆止弁６２２を省くことは可能であるが，このように構成すると，未凝縮蒸気等の吸引時に膨脹器３からの降温降圧蒸気を排出管５２を介して下部室５５内に吸引することになるので，その分，未凝縮蒸気等の吸引量が減少することになる。実施例のごとく，第２の逆止弁６２２を用いれば，このような不具合は生じない。
【００３４】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば，前記のように構成することによって，気相状態の非凝縮性成分の循環を発生させて，冷却部における前記成分の滞留を抑制し，これにより，その成分による冷却作用妨害を減少させて凝縮性能を向上させることが可能な凝縮器を提供することができる。
【００３５】請求項３記載の発明によれば，前記のように構成することにより，非凝縮性成分を凝縮器外に排出して，その成分による不具合の発生を十分に回避することが可能な凝縮器を提供することができる。
【００３６】請求項５記載の発明によれば，前記のように構成することによって，ランキンサイクルシステムを効率良く，且つ円滑に作動させることが可能な凝縮器を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１３日（１９９９．１２．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１８７０
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 健 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４１６６（Ｐ２００１−１７４１６６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５２８８６ |
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