JP2015533396A - バイパス弁 - Google Patents
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Abstract
Description
一態様によれば、廃熱回収システム内(100)で流体の流れを調整するバイパス弁(130)は、弁ハウジング(220)と、弁ハウジング(220)に結合され、膨張器(140)への流体の流れを防止するように適合された膨張器ポペット(250)と、弁ハウジング(220)内に配設された少なくとも一部分を備えた弁ステム(230)であって、膨張器ポペット(250)を変位させて流体が膨張器(140)に流れることを可能にし、流体の流れを調節するように適合される、弁ステム(230)とを備える。
流体供給源(104)と、
流体供給源(104)と流体連通し、廃熱を機関(101)から受け入れる1つまたは複数の蒸発器(120)と、
1つまたは複数の蒸発器と流体連通する膨張器(140)と、
凝縮器(150)と、
1つまたは複数の蒸発器と凝縮器との間に流体連通通路をもたらすように適合された移動可能な弁部材(230)を備えるバイパス弁(130)であって、
移動可能な弁部材(230)を移動させるように適合された移動可能なパイロットピストンと、
流体連通通路と移動可能なパイロットピストンとの間の静的シール(217;720)とを備える、バイパス弁(130)とを備える。
パイロットピストンに取り付けられ、弁部材と係合するように適合されたピストンロッドと、
パイロットピストン用のシリンダを備える作動装置ハウジング(210)とを備え、
可撓性ベローズ(217)の第1の部分は、ピストンロッドにシールされ、可撓性ベローズの第2の部分は、作動装置ハウジングにシールされる。
弁ハウジング(220)と、
弁ハウジング(220)に結合され、膨張器(140)への流体の流れを防止するように適合された膨張器ポペット(250)と、
弁ハウジング(220)内に配設された少なくとも一部分を備えた弁ステム(230)と、
弁ステム(230)を膨張器ポペット(250)に向かって変位させて流体が膨張器(140)に流れることを可能にし、流体の流れを調節するように適合された作動ピストン(238)と、
弁ステムと移動可能なパイロットピストンとの間の静的シールとを備える。
作動ピストンに取り付けられ、弁ステムと係合するように適合されたピストンロッドと、
作動ピストン用のシリンダを備える作動装置ハウジング(210)とを備え、可撓性ベローズ(217)の第1の部分は、ピストンロッドにシールされ、可撓性ベローズの第2の部分は、作動装置ハウジングにシールされる。
図1は、一実施形態による、機関110用の廃熱回収システム100の概略図を示す。廃熱回収システム100は、たとえば、自動車(図示せず)上に装着された、この自動車を駆動する機関110に対して実装されてよい。したがって、機関110は、内燃機関、特に、往復式ピストン機関を備えることができる。車両は、オンロードトラックでよく、その作動は、標準的な「ハイウエイサイクル」または世界統一試験サイクル(WHTC)に設定される。そのようなトラック機関は、特に、ディーゼルまたは天然ガスによって動力供給され得る。一実施形態によれば、廃熱回収システム100は、水などの流体、Freon(登録商標)などの有機フッ素、もしくはエタノールなどの炭化水素、またはそのようなものを作用流体として使用することができる。流体は、これが、機関110から廃熱を回収し仕事に変換するとき、液体および気体などの異なる状態に変化することができる。たとえば、ランキンサイクルが、熱を仕事に変換するために使用されてよい。使用される個々の流体は、用途に応じて変動することができる。
図2aは、一実施形態によって提供される、バイパス弁130の斜視図を示す。バイパス弁130は、流体の流れを迂回させ、調節し、および/または膨張器140に向けることができる。バイパス弁130はまた、凝縮器150への流体の流れを調節することもできる。図示するように、バイパス弁130は、断熱ガスケット218を介して弁ハウジング220に結合された作動装置ハウジング210を含むことができる。作動装置ハウジング210は、1つまたは複数の作動装置ポート212を有することができるが、2つの作動装置ポート212が示されている。作動装置ハウジング210はまた、作動装置ハウジング210の側部に結合された位置センサ214を有することもできる。弁ハウジング220は、弁入口222と、バイパス出口224と、膨張器出口226とを有することができる。バイパス弁130は、1つまたは複数のボルト穴228を介して、機関110などの他のものに結合されてよい。
図3aは、一実施形態によるバイパス流れ状態にあるバイパス弁130を示しており、以下の参照番号は、図2aおよび2bに示す対応する特徴を指している。図3aに示すように、弁ステム230は、バイパス流体流れを最大限にするように配置される。一実施形態では、最大限にされたバイパス流体流れは、バイパス出口224を介した凝縮器150までの流れを最大限にする。弁ステム230は、膨張器ポペット250から完全に引き出されるように示される。流れ制御オリフィス244は、最大限にされ得る。膨張器ポペット250は、膨張器ポペットばね254によって作動装置ハウジング210内に押し込まれて、流体が膨張器出口226を通って膨張器140に向かって流れることを防止することができるシールを作り出すように示されている。図3aに示すバイパス流れ状態では、蒸発器出口122の流体は、弁入口222に入り、流れ制御オリフィス244を通ってメータプロファイル232を通り過ぎて流れることができる。
作動においては、バイパス弁130は、図3a〜4bに示す状態間で循環することができる。たとえば、バイパス弁130は、図3aと図4aに示す位置間で弁ステム230を移動させることによって、蒸発器120から膨張器140へ流体が流れることなく凝縮器150への流体の流れを調節することができる。流れ制御オリフィス244は、サイズを変更し、それによってバイパス凝縮器出口134を介した凝縮器150への流体の流れおよび/または圧力を低減させるまたは増大させることができる。
一実施形態によれば、廃熱回収システム100は、たとえば、内燃機関を含む自動車の一部である廃熱回収システム100において使用され得る。廃熱回収システム100は、自動車の電子装置によって制御可能であり、したがって、廃熱回収システム100は、それ自体の別個の電子装置を含まなくてよい。しかし、他の実施形態では、廃熱回収システムは、それ自体の制御装置を使用することができる。これらの制御システムは、バイパス弁130内の弁ステム230の位置を制御することができる。たとえば、自動車の制御システムは、弁制御装置136と(たとえば電気的に)通信して弁ステム230を図3a〜4bに示す位置間で移動させて、たとえばより多くの仕事144を機関100にもたらすことができる。
図5は、一実施形態による、バイパス弁130を通る例となる流れを示すグラフ500を示す。グラフ500は、弁位置510および全開流量の割合520軸を含む。弁位置510は、mm単位で示されているが、任意の適した測定系が、使用されてよい。また、位置は、図3a〜4bに関して説明した弁ステム230の位置に対応する0から25mmの範囲である。全開流量の割合は、図4bに示す膨張器流れ状態に対応し得るバイパス弁130を通る可能性のある流れの割合を指す。
Claims (55)
- 機関用の廃熱回収システム(100)であって、
流体供給源(104)と、
前記流体供給源(104)と流体連通し、廃熱を前記機関(110)から受け入れる1つまたは複数の蒸発器(120)と、
膨張器(140)と、
凝縮器(150)と、
前記1つまたは複数の蒸発器と前記膨張器との間、または前記1つまたは複数の蒸発器と前記凝縮器との間に流体連通通路を選択的にもたらすように適合されたバイパス弁とを備える、廃熱回収システム(100)。 - 前記バイパス弁(130)が、
前記1つまたは複数の蒸発器(120)の出口と流体連通する入口ポート(127)と、
前記膨張器(140)と流体連通する第1の出口ポート(158)と、
前記凝縮器(150)と流体連通する第2の出口ポート(157)と、
前記入口ポートから前記第1の出口ポートまでの流体の流れを防止するように適合された第1の弁部材(250)と、
前記入口ポートから前記第2の出口ポートまでの流体の前記流れを調節するように適合された第2の弁部材(230)と、
前記第1の弁部材および前記第2の弁部材を作動させるように適合された作動装置とを備える、請求項1に記載の廃熱回収システム。 - 前記バイパス弁(130)が、
弁ハウジングであって、
前記1つまたは複数の蒸発器(120)の出口と流体連通する入口ポート(127)と、
前記膨張器(140)と流体連通する第1の出口ポート(158)と、
前記凝縮器(150)と流体連通する第2の出口ポート(157)とを備える、弁ハウジングと、
前記弁ハウジング(220)に結合され、前記入口ポートから前記第1の出口ポートまでの流体の流れを防止するように適合されたポペット(250)と、
前記弁ハウジング(220)内に配設された少なくとも一部分を備え、前記入口ポートから前記第2の出口ポートまでの流体の前記流れを調節するように適合された弁ステム(230)とを備える、請求項1に記載の廃熱回収システム。 - 前記弁ステム(230)が、
前記ポペット(250)を変位させて前記入口ポートから前記第1の出口ポートまでの流体の前記流れを可能にし、
前記入口ポートから前記第2の出口ポートまでの流体の前記流れを調節するように適合される、請求項3に記載の廃熱回収システム。 - 前記作動装置が、流体動力供給式作動装置であり、前記流体供給源(104)と選択的に流体連通している、請求項2に記載の廃熱回収システム。
- 前記作動装置が、パイロット供給弁(137)を介して前記流体供給源(104)と選択的に流体連通している、請求項5に記載の廃熱回収システム。
- 廃熱回収システム(100)内で流体の流れを調節するためのバイパス弁(130)であって、
弁ハウジング(220)と、
前記弁ハウジング(220)に結合され、膨張器(140)への前記流体の前記流れを防止するように適合された膨張器ポペット(250)と、
前記弁ハウジング(220)内に配設された少なくとも一部分を備えた弁ステム(230)であって、
前記膨張器ポペット(250)を変位させて前記流体が前記膨張器(140)に流れることを可能にし、
前記流体の前記流れを調節するように適合される、弁ステム(230)とを備える、バイパス弁(130)。 - 前記弁ステム(230)が、さらに、バイパス出口(224)への前記流体の前記流れを防止するように適合される、請求項7に記載のバイパス弁。
- 前記弁ステム(230)が、さらに、前記膨張器ポペット(250)まで、また前記膨張器ポペット(250)から移動して前記流体の前記流れを調節するように適合される、請求項7に記載のバイパス弁。
- 前記弁ハウジング(220)が、バイパス出口(224)を備え、前記弁ステム(230)が、さらに、前記流体が前記バイパス出口(224)および前記膨張器(140)に同時に流れることを可能にするように適合される、請求項7に記載のバイパス弁(130)。
- 前記弁ステム(230)が、さらに、前記弁ステム(230)が前記弁ハウジング(220)内で移動して前記流体の前記流れを調節するときに流れ制御オリフィス(244)を変更するメータプロファイル(232)を備える、請求項7に記載のバイパス弁。
- 前記流れ制御オリフィス(244)が、弁ステム(230)と前記弁ハウジング(220)との間に空間を備える、請求項11に記載のバイパス弁。
- 前記弁ハウジング(220)が、さらに、バイパス出口(224)と、弁座(242)であって、前記弁ステム(230)と界面接続して、前記バイパス出口(224)への前記流体の前記流れを防止する流体シールを形成する弁座(242)とを備える、請求項7に記載のバイパス弁。
- 前記弁ステム(230)をバイパス流れ位置に押さえるように適合されたステムばね(234)およびステムばね保持器(236)をさらに備える、請求項7に記載のバイパス弁(130)。
- 前記弁ステム(230)を前記膨張器ポペット(250)に向かって移動させるように適合された作動ピストン(238)をさらに備える、請求項7に記載のバイパス弁(130)。
- 前記作動ピストン(238)が、前記弁ステム(230)を前記ポペット(250)に向かって押さえるように適合される、請求項15に記載のバイパス弁(130)。
- 前記膨張器ポペット(250)を前記弁ハウジング(220)内に押し込んで、前記膨張器(140)への前記流体の前記流れを防止する流体シールを形成するように適合されたポペットばね(254)をさらに備える、請求項7に記載のバイパス弁(130)。
- 前記弁ステム(230)が、さらに、前記膨張器(140)への流体の流れを防止しながら、バイパス出口(224)への前記流体の前記流れを調節するように適合される、請求項7に記載のバイパス弁。
- 断熱ガスケット(218)によって前記弁ハウジング(220)に結合された作動装置ハウジング(210)をさらに備える、請求項7に記載のバイパス弁(130)。
- 前記弁ハウジング(220)内の前記流体が前記作動装置ハウジング(210)に入ることを防止する流体シールを前記弁ステム(230)と共に形成するように適合された、ブッシング(240)をさらに備える、請求項19に記載のバイパス弁(130)。
- 廃熱回収システム(100)内で流体の流れを調節するためのバイパス弁(130)を形成する方法であって、
弁ハウジング(220)を形成することと、
膨張器ポペット(250)を形成し、前記膨張器ポペット(250)を前記弁ハウジング(220)に結合させて膨張器(140)への前記流体の前記流れを防止することと、
前記弁ハウジング(220)内に配設された少なくとも一部分を備えた弁ステム(230)を形成し、配置し、前記弁ステム(230)を、
前記膨張器ポペット(250)を変位させて前記流体が前記膨張器(140)に流れることを可能にし、
前記流体の前記流れを調節するように適合させることとを含む、方法。 - 前記弁ステム(230)を形成するステップが、さらに、前記弁ステム(230)を、バイパス出口(224)への前記流体の前記流れを防止するように適合させることを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記弁ステム(230)を形成するステップが、さらに、前記弁ステム(230)を、前記膨張器ポペット(250)まで、および前記膨張器ポペット(250)からの方向に移動させて前記流体の前記流れを調節するように適合させることを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記弁ハウジング(220)を形成するステップが、さらに、バイパス出口(224)を形成することと、さらに、前記弁ステム(230)を、前記流体が前記バイパス出口(224)および前記膨張器(140)に同時に流れることを可能にするように適合させることとを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記弁ステム(230)を形成するステップが、さらに、メータプロファイル(232)を形成することと、流れ制御オリフィス(244)を形成することと、前記メータプロファイルを、前記弁ハウジング(220)内で前記弁ステム(230)を移動させることによって流れ制御オリフィス(244)を変更して前記流体の前記流れを調節するように適合させることとを含む、請求項21に記載の方法。
- 流れ制御オリフィス(244)を形成するステップが、弁ステム(230)と前記弁ハウジング(220)との間に空間を形成することを含む、請求項25に記載の方法。
- 前記弁ハウジング(220)を形成するステップが、さらに、バイパス出口(224)と、弁座(224)であって、前記弁ステム(230)と界面接続して、前記バイパス出口(224)への前記流体の前記流れを防止する流体シールを形成する、弁座(242)とを形成することを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記バイパス弁(130)を形成するステップが、さらに、ステムばね(234)およびステムばね保持器(236)を形成し、バイパス流れ位置に前記弁ステム(230)を押さえるように適合させることを含む、請求項21に記載の方法。
- 作動ピストン(238)を形成し、前記膨張器ポペット(250)に向かって前記弁ステム(230)を移動させるように適合させるステップさらにを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記作動ピストン(238)を形成し適合させるステップが、さらに、前記作動ピストン(238)を形成し、前記ポペット(250)に向かって前記弁ステム(230)を押さえるように適合させることを含む、請求項29に記載の方法。
- ポペットばね(254)を形成し、前記弁ハウジング(220)内に前記膨張器ポペット(250)を押し込んで、前記膨張器(140)への前記流体の前記流れを防止する流体シールを形成するように適合させるステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 前記弁ステム(230)を形成するステップが、さらに、前記バイパス弁(130)を、前記膨張器(140)への流体の流れを防止しながら、バイパス出口(224)への前記流体の前記流れを調節するように適合させることを含む、請求項21に記載の方法。
- 作動装置ハウジング(210)を形成し、断熱ガスケット(218)によって前記弁ハウジング(220)に結合させることをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- ブッシング(240)と、
前記ブッシング(240)と前記弁ステム(230)との間の、前記弁ハウジング(220)内の前記流体が前記作動装置ハウジング(210)に入ることを防止する流体シールと
を形成するステップをさらに含む、請求項33に記載の方法。 - 廃熱回収システム(100)内で流体の流れを調節する方法であって、
前記弁ハウジング(220)内の弁ステム(230)を、膨張器(140)への前記流体の前記流れを防止するように適合された前記膨張器ポペット(250)まで、また前記膨張器ポペット(250)から移動させて前記流体の前記流れを調節することを含む、方法。 - 前記流体を、前記弁ステム(230)上のメータプロファイル(232)を通り過ぎるように流して前記流体の前記流れを調節するステップをさらに含む、請求項35に記載の方法。
- 前記弁ステム(230)によって前記膨張器ポペット(250)を変位させることによって前記膨張器(140)への前記流体の前記流れを可能にするステップをさらに含む、請求項35に記載の方法。
- 機関用の廃熱回収システム(100)であって、
流体供給源(104)と、
前記流体供給源(104)と流体連通し、廃熱を前記機関(101)から受け入れる1つまたは複数の蒸発器(120)と、
前記1つまたは複数の蒸発器と流体連通する膨張器(140)と、
凝縮器(150)と、
前記1つまたは複数の蒸発器と前記凝縮器との間に流体連通通路をもたらすように適合された移動可能な弁部材(230)を備えるバイパス弁(130)であって、
前記移動可能な弁部材(230)を移動させるように適合された移動可能なパイロットピストンと、前記流体連通通路と前記移動可能なパイロットピストンとの間の静的シール(217;720)とを備える、バイパス弁(130)と
を備える廃熱回収システム(100)。 - 前記静的シールが、膜を備える、請求項38に記載の廃熱回収システム。
- 前記静的シールが、可撓性ベローズ(217;722)を備える、請求項39に記載の廃熱回収システム。
- 前記バイパス弁が、
前記パイロットピストンに取り付けられ、前記弁部材と係合するように適合されたピストンロッドと、
前記パイロットピストン用のシリンダを備える作動装置ハウジング(210)とを備え、
前記可撓性ベローズ(217)の第1の部分が、前記ピストンロッドにシールされ、前記可撓性ベローズの第2の部分が、前記作動装置ハウジングにシールされる、請求項40に記載の廃熱回収システム。 - 前記可撓性ベローズが、内部および外部表面を備えた管状のものである、請求項41に記載の廃熱回収システム。
- 前記外部表面が、前記流体連通通路と流体連通している、請求項42に記載の廃熱回収システム。
- 前記外部表面が、前記弁部材の下流側の前記流体連通通路と流体連通している、請求項43に記載の廃熱回収システム。
- 前記弁部材の下流側の前記流体連通通路が、先細末広セクションを備え、前記外部表面が、前記先細末広セクションの下流側の前記流体連通通路と流体連通している、請求項45に記載の廃熱回収システム。
- 前記バイパス弁が、弁ハウジングを備え、前記弁ハウジングおよび弁部材は、一緒になって前記流体連通通路を画定し、前記弁ハウジングおよび作動装置ハウジングが、第1の場所においてシール式に係合され、前記可撓性ベローズの前記第2の部分が、前記第1の場所から前記弁ステムの移動軸に沿ってずらされた第2の場所において、前記作動装置ハウジングにシールされる、請求項41に記載の廃熱回収システム。
- 廃熱回収システム(100)内で流体の流れを調整するためのバイパス弁(130)であって、
弁ハウジング(220)と、
前記弁ハウジング(220)に結合され、膨張器(140)への前記流体の前記流れを防止するように適合された膨張器ポペット(250)と、
前記弁ハウジング(220)内に配設された少なくとも一部分を備えた弁ステム(230)と、前記弁ステム(230)を前記膨張器ポペット(250)に向かって移動させて前記流体が前記膨張器(140)に流れることを可能にし、前記流体の前記流れを調節するように適合された作動ピストン(238)と、
前記弁ステムと前記移動可能なパイロットピストンとの間の静的シールとを備える、バイパス弁(130)。 - 前記静的シールが、膜を備える、請求項47に記載のバイパス弁。
- 前記静的シールが、可撓性ベローズ(217;722)を備える、請求項48に記載のバイパス弁。
- 前記バイパス弁が、
前記作動ピストンに取り付けられ、前記弁ステムと係合するように適合されたピストンロッドと、
前記作動ピストン用のシリンダを備える作動装置ハウジング(210)とを備え、
前記可撓性ベローズ(217)の第1の部分が、前記ピストンロッドにシールされ、前記可撓性ベローズの第2の部分が、前記作動装置ハウジングにシールされる、請求項49に記載のバイパス弁。 - 前記可撓性ベローズが、内部および外部表面を備えた管状のものである、請求項50に記載のバイパス弁。
- 前記外部表面が、前記弁ステムを収容する前記弁ハウジングのその部分と流体連通している、請求項51に記載のバイパス弁。
- 前記外部表面が、前記弁ステムの下流側の前記弁ハウジングのその部分と流体連通している、請求項52に記載のバイパス弁。
- 前記弁部材の下流側の前記弁ハウジングのその部分が、先細末広セクションを備え、前記外部表面は、前記先細末広セクションの下流側の前記弁ハウジングのその部分と流体連通している、請求項53に記載のバイパス弁。
- 前記弁ハウジングおよび作動装置ハウジングが、第1の場所においてシール式に係合され、前記可撓性ベローズの前記第2の部分が、前記第1の場所から前記弁ステムの移動軸に沿ってずらされた第2の場所において、前記作動装置ハウジングにシールされる、請求項51に記載のバイパス弁。
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