JP4823936B2 - Waste heat utilization apparatus and control method thereof - Google Patents

Waste heat utilization apparatus and control method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP4823936B2
JP4823936B2 JP2007029566A JP2007029566A JP4823936B2 JP 4823936 B2 JP4823936 B2 JP 4823936B2 JP 2007029566 A JP2007029566 A JP 2007029566A JP 2007029566 A JP2007029566 A JP 2007029566A JP 4823936 B2 JP4823936 B2 JP 4823936B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waste heat
temperature
fluid
engine
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007029566A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007309312A (en
Inventor
淳 稲葉
道夫 西川
弘知 麻
慶一 宇野
隆久 鈴木
宏 木下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Nippon Soken Inc filed Critical Denso Corp
Priority to JP2007029566A priority Critical patent/JP4823936B2/en
Priority to US11/787,449 priority patent/US20070245737A1/en
Priority to CN2007100966642A priority patent/CN101059084B/en
Publication of JP2007309312A publication Critical patent/JP2007309312A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4823936B2 publication Critical patent/JP4823936B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02Controlling, e.g. stopping or starting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00885Controlling the flow of heating or cooling liquid, e.g. valves or pumps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32Cooling devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00928Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising a secondary circuit
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00949Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising additional heating/cooling sources, e.g. second evaporator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Description

本発明は、例えば車両のエンジンなどの熱機関から廃熱を回収する廃熱利用装置およびその制御方法に関するものである。   The present invention relates to a waste heat utilization apparatus that recovers waste heat from a heat engine such as a vehicle engine and a control method therefor.

従来、ランキンサイクルを備えた車両においては、例えば、特許文献1に記載のように、エンジン冷却水の温度(廃熱)が所定温度以上であるときのみランキンサイクルを稼動させるようにして、廃熱が十分でないときにはランキンサイクルを停止させるようにしていた。これにより、エンジンの温度が過度に低下するのを防止することができ、エンジンの燃料消費率を低下させることなく廃熱の回収を可能としている。
特開2005−155336号公報
Conventionally, in a vehicle equipped with a Rankine cycle, for example, as described in Patent Document 1, the Rankine cycle is operated only when the temperature of engine cooling water (waste heat) is equal to or higher than a predetermined temperature, and waste heat is When it was not enough, the Rankine cycle was stopped. As a result, the temperature of the engine can be prevented from excessively decreasing, and the waste heat can be recovered without reducing the fuel consumption rate of the engine.
JP 2005-155336 A

しかしながら、ハイブリッド車やアイドルストップ車など車両使用中でも走行条件に応じてエンジンが停止状態となることがある車両において、エンジン冷却水を循環させるためのポンプとしてエンジンによって駆動される機械式ポンプを用いている場合、エンジン停止中はエンジン冷却水が循環しないため、上記特許文献1に記載の技術のようにエンジン冷却水の温度のみに基づいてランキンサイクルを稼動させようとしても廃熱回収システムとして機能しないという問題があった。   However, in a vehicle such as a hybrid vehicle or an idle stop vehicle where the engine may be stopped depending on driving conditions, a mechanical pump driven by the engine is used as a pump for circulating engine cooling water. When the engine is stopped, the engine cooling water does not circulate. Therefore, even if the Rankine cycle is operated only based on the temperature of the engine cooling water as in the technique described in Patent Document 1, it does not function as a waste heat recovery system. There was a problem.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、確実な廃熱回収を可能とする廃熱利用装置およびその制御方法を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a waste heat utilization apparatus that enables reliable waste heat recovery and a control method thereof.

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.

請求項1に記載の発明では、熱機関(10)の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器(34)で加熱すると共に、加熱された作動流体を膨張機(110)で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の作動流体を凝縮器(21)で凝縮液化するランキンサイクル(30A)と、ランキンサイクル(30A)の作動を制御する制御手段(40)と
熱機関(10)の回転数を検出する回転数検出手段(15)と、
膨張機(110)と兼用される、あるいは膨張機(110)に並列配置される圧縮機(110、130)を備え、凝縮器(21)を共有して形成されると共に、制御手段(40)によって作動制御される冷凍サイクル(20A)と、を有する廃熱利用装置において、
制御手段(40)は、回転数検出手段(15)から得られる回転数によって熱機関(10)の作動状態を把握し、熱機関(10)の作動状態によって廃熱流体の流動状態を把握し、廃熱流体の温度が所定温度(Tw1、Tw2)以上で、且つ、廃熱流体が流動状態にある場合に、ランキンサイクル(30A)を作動させると共に、冷凍サイクル(20A)の作動が必要な場合に、廃熱流体の温度が所定温度(Tw1、Tw2)以上であると、圧縮機(110、130)をON−OFF制御するようにし、圧縮機(110、130)のOFF時に、ランキンサイクル(30A)を作動させることを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention, the working fluid in the cycle is heated by the heater (34) by the waste heat fluid accompanying the waste heat of the heat engine (10), and the heated working fluid is expanded by the expander (110). The Rankine cycle (30A) for recovering the mechanical energy by expanding the fluid and condensing and liquefying the expanded working fluid in the condenser (21), and the control means (40) for controlling the operation of the Rankine cycle (30A) ,
A rotational speed detection means (15) for detecting the rotational speed of the heat engine (10);
The compressor (110, 130), which is also used as the expander (110) or arranged in parallel to the expander (110), is formed so as to share the condenser (21), and the control means (40). A waste heat utilization device having a refrigeration cycle (20A) controlled by
The control means (40) grasps the operating state of the heat engine (10) from the rotational speed obtained from the rotational speed detection means (15), and grasps the flow state of the waste heat fluid from the operating state of the heat engine (10). When the temperature of the waste heat fluid is equal to or higher than the predetermined temperature (Tw1, Tw2) and the waste heat fluid is in a fluid state, the Rankine cycle (30A) is activated and the refrigeration cycle (20A) is activated. In this case, if the temperature of the waste heat fluid is equal to or higher than a predetermined temperature (Tw1, Tw2), the compressor (110, 130) is controlled to be turned on and off, and the Rankine cycle is performed when the compressor (110, 130) is turned off. (30A) is actuated .

このように、熱機関(10)の廃熱流体の温度のみならず、廃熱流体が流動状態にあるか否かも併せて判定することで、廃熱回収が可能なときに確実にランキンサイクル(30A)を作動させることができるので、廃熱回収が効率的に行われ、車両の燃料消費率を向上させることができる。
制御手段(40)は、熱機関(10)の作動状態によって廃熱流体の流動状態を把握することができる。このとき、熱機関(10)の回転数を検出する回転数検出手段(15)から得られる回転数によって熱機関(10)の作動状態を把握するようにすると、熱機関(10)の作動状態を確実に把握することができる。
また、冷凍サイクル(20A)を併せ持つものにおいて、冷凍サイクル(20A)の作動条件であっても、圧縮機(110、130)がOFFとなる状態を作り出して、その間にランキンサイクル(30A)を作動可能とすることができるので、更に廃熱回収が効率的に行われ、車両の燃料消費率を向上させることができる。
請求項2記載の発明のように、制御手段(40)は、圧縮機(110、130)をON状態にする時に、冷凍サイクル(20A)の冷房能力が必要冷房能力以上となるように圧縮機(110、130)の吐出量を増加させるようにするとよい。これにより、蓄冷効果を得て、圧縮機(110、130)をOFFとする時間を延ばすことができるので、ランキンサイクル(30A)の作動可能時間を延ばし、効果的な廃熱回収が可能となる。
このとき、請求項3に記載の発明のように、制御手段(40)は、冷凍サイクル(20A)の蒸発器(24)における作動流体の温度、あるいはそれに関連する他の部位の温度が、必要冷房能力を満たす第1冷房温度(TEO1)よりも低い第2冷房温度(TEO2)となるように、圧縮機(110、130)の吐出量を増加させるのが良い。
Thus, by determining not only the temperature of the waste heat fluid of the heat engine (10) but also whether or not the waste heat fluid is in a flow state, the Rankine cycle ( 30A) can be operated, so that waste heat can be recovered efficiently and the fuel consumption rate of the vehicle can be improved.
The control means (40) can grasp the flow state of the waste heat fluid according to the operating state of the heat engine (10). At this time, if the operating state of the heat engine (10) is grasped from the rotational speed obtained from the rotational speed detection means (15) for detecting the rotational speed of the heat engine (10), the operating state of the heat engine (10) is obtained. Can be surely grasped.
Moreover, in the thing which has a refrigerating cycle (20A), even if it is an operating condition of a refrigerating cycle (20A), the state which turns off a compressor (110, 130) is produced, and a Rankine cycle (30A) is operated in the meantime Therefore, waste heat recovery can be performed more efficiently, and the fuel consumption rate of the vehicle can be improved.
As in the invention described in claim 2, when the compressor (110, 130) is turned on, the control means (40) compresses the compressor so that the cooling capacity of the refrigeration cycle (20A) exceeds the required cooling capacity. It is preferable to increase the discharge amount of (110, 130). Thereby, since the cool storage effect can be obtained and the time for which the compressors (110, 130) are turned off can be extended, the operable time of the Rankine cycle (30A) can be extended and effective waste heat recovery can be achieved. .
At this time, as in the invention described in claim 3, the control means (40) requires the temperature of the working fluid in the evaporator (24) of the refrigeration cycle (20A) or the temperature of other parts related thereto. It is preferable to increase the discharge amount of the compressors (110, 130) so that the second cooling temperature (TEO2) is lower than the first cooling temperature (TEO1) that satisfies the cooling capability.

請求項に記載の発明では、熱機関(10)の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器(34)で加熱すると共に、加熱された作動流体を膨張機(110)で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の作動流体を凝縮器(21)で凝縮液化するランキンサイクル(30A)と、
ランキンサイクル(30A)の作動を制御する制御手段(40)と、
熱機関(10)の回転数を検出する回転数検出手段(15)と、
専用の圧縮機(130)を備え、凝縮器(21)を共有して形成されると共に、制御手段(40)によってランキンサイクル(30A)に対して独立して作動制御可能となる冷凍サイクル(20B)と、を有する廃熱利用装置において、
制御手段(40)は、回転数検出手段(15)から得られる回転数によって熱機関(10)の作動状態を把握し、熱機関(10)の作動状態によって廃熱流体の流動状態を把握し、廃熱流体の温度が所定温度(Tw1、Tw2)以上で、且つ、廃熱流体が流動状態にある場合に、ランキンサイクル(30A)を作動させると共に、冷凍サイクル(20B)の作動が必要な場合に、廃熱流体の温度が所定温度(Tw1、Tw2)以上で、且つ、廃熱流体が流動状態にあると、冷凍サイクル(20B)とランキンサイクル(30A)とを同時に作動させることを特徴としている。
In the invention described in claim 4 , the working fluid in the cycle is heated by the heater (34) by the waste heat fluid accompanying the waste heat of the heat engine (10), and the heated working fluid is expanded by the expander (110). The Rankine cycle (30A) for recovering the mechanical energy by expanding the hydraulic fluid in a) and condensing and liquefying the expanded working fluid in the condenser (21);
Control means (40) for controlling the operation of the Rankine cycle (30A);
A rotational speed detection means (15) for detecting the rotational speed of the heat engine (10);
A refrigeration cycle (20B) that is provided with a dedicated compressor (130), is formed by sharing a condenser (21), and can be independently controlled with respect to the Rankine cycle (30A) by the control means (40). ) and, in the waste heat utilization device for it has a,
The control means (40) grasps the operating state of the heat engine (10) from the rotational speed obtained from the rotational speed detection means (15), and grasps the flow state of the waste heat fluid from the operating state of the heat engine (10). When the temperature of the waste heat fluid is equal to or higher than the predetermined temperature (Tw1, Tw2) and the waste heat fluid is in a fluid state, the Rankine cycle (30A) is activated and the refrigeration cycle (20B) is activated. In this case, when the temperature of the waste heat fluid is equal to or higher than a predetermined temperature (Tw1, Tw2) and the waste heat fluid is in a fluid state, the refrigeration cycle (20B) and the Rankine cycle (30A) are operated simultaneously. It is said.

これにより、熱機関(10)の廃熱流体の温度のみならず、廃熱流体が流動状態にあるか否かも併せて判定することで、廃熱回収が可能なときに確実にランキンサイクル(30A)を作動させることができるので、廃熱回収が効率的に行われ、車両の燃料消費率を向上させることができる。
制御手段(40)は、熱機関(10)の作動状態によって廃熱流体の流動状態を把握することができる。このとき、熱機関(10)の回転数を検出する回転数検出手段(15)から得られる回転数によって熱機関(10)の作動状態を把握するようにすると、熱機関(10)の作動状態を確実に把握することができる。
そして、冷凍サイクル(20B)を作動させながら、効率的な廃熱回収が可能となり、車両の燃料消費率を向上させることができる。
Thus, not only the temperature of the waste heat fluid of the heat engine (10) but also whether or not the waste heat fluid is in a fluid state is also determined, so that when the waste heat recovery is possible, the Rankine cycle (30A ) Can be operated, so that waste heat can be recovered efficiently and the fuel consumption rate of the vehicle can be improved.
The control means (40) can grasp the flow state of the waste heat fluid according to the operating state of the heat engine (10). At this time, if the operating state of the heat engine (10) is grasped from the rotational speed obtained from the rotational speed detection means (15) for detecting the rotational speed of the heat engine (10), the operating state of the heat engine (10) is obtained. Can be surely grasped.
And efficient waste-heat recovery is attained, operating a refrigerating cycle (20B), and the fuel consumption rate of a vehicle can be improved.

請求項に記載の発明においては、請求項に記載の発明のように、制御手段(40)は、圧縮機(130)から吐出される作動流体の凝縮に要する第1放熱量と、膨張機(110)から流出される作動流体の凝縮に要する第2放熱量との和が、凝縮器(21)における凝縮時の放熱能力以下となるように、膨張機(110)の作動回転数を制御すると良い。 In the invention described in claim 4 , as in the invention described in claim 5 , the control means (40) includes the first heat radiation amount required for condensation of the working fluid discharged from the compressor (130), and expansion. The operating rotational speed of the expander (110) is set so that the sum of the second heat radiation amount required for condensing the working fluid flowing out of the compressor (110) is equal to or less than the heat dissipation capability during condensation in the condenser (21). It is good to control.

これにより、凝縮器(21)の放熱機能に破綻をきたすことなく、冷凍サイクル(20B)、およびランキンサイクル(30A)の同時作動が可能となる。   Thereby, the simultaneous operation of the refrigeration cycle (20B) and the Rankine cycle (30A) is possible without causing the heat dissipation function of the condenser (21) to fail.

請求項6に記載の発明のように、所定温度(Tw1、Tw2)は、第1所定温度(Tw1)と、それより大きい第2所定温度(Tw2)とによって、ヒステリシスを有するように設定するとよい。これにより、所定温度(Tw1、Tw2)近傍における温度判定のハンチングを防止して、安定したランキンサイクル(30A)の切り替え制御が可能となる。
請求項7に記載の発明のように、廃熱流体が熱機関(10)を冷却する冷却水であり、この冷却水は、熱機関(10)により駆動される機械式のポンプ(12)によって加熱器(34)に循環される場合には、熱機関(10)の作動状態を把握することで、冷却水の流動状態を把握することができる。
熱機関(10)は、請求項に記載の発明のように、車両用の内燃機関(10)を対象として好適である。
As in the sixth aspect of the invention, the predetermined temperatures (Tw1, Tw2) may be set so as to have hysteresis by the first predetermined temperature (Tw1) and the second predetermined temperature (Tw2) higher than the first predetermined temperature (Tw1). . As a result, hunting for temperature determination in the vicinity of the predetermined temperatures (Tw1, Tw2) can be prevented, and stable Rankine cycle (30A) switching control can be performed.
As in the invention described in claim 7, the waste heat fluid is cooling water for cooling the heat engine (10), and this cooling water is supplied by a mechanical pump (12) driven by the heat engine (10). When circulating to the heater (34), the flow state of the cooling water can be grasped by grasping the operating state of the heat engine (10).
The heat engine (10) is suitable for an internal combustion engine (10) for a vehicle as in the invention described in claim 8 .

具体的な車両としては、請求項に記載の発明のように、走行条件に応じて前記内燃機関(10)が作動、停止されるハイブリッド車両、あるいはアイドルストップ車両を対象とするのが良い。 The specific vehicle may be a hybrid vehicle in which the internal combustion engine (10) is activated or stopped according to a traveling condition, or an idle stop vehicle as in the ninth aspect of the invention.

これにより、内燃機関(10)が停止された状態であっても、廃熱流体の温度と流動状態に基づいて確実なランキンサイクル(30A)の作動が可能となり、車両の燃料消費率を向上させることができる。   As a result, even when the internal combustion engine (10) is stopped, the Rankine cycle (30A) can be reliably operated based on the temperature and flow state of the waste heat fluid, and the fuel consumption rate of the vehicle is improved. be able to.

請求項10〜請求項18に記載の発明は、廃熱利用装置における制御方法に関するものであり、その技術的意義は上記請求項1〜請求項に記載の廃熱利用装置と本質的に同じである。 The invention according to claims 10 to 18 relates to a control method in the waste heat utilization apparatus, and the technical significance thereof is essentially the same as the waste heat utilization apparatus according to the first to ninth aspects. It is.

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.

(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係る廃熱利用装置20を、走行用電動発動機140を有し、走行条件に応じてエンジン(本発明における熱機関に対応)10が作動あるいは停止されるハイブリッド車両に適用したものである。廃熱利用装置20は、冷凍サイクル20Aをベースとして、エンジン10で発生した廃熱からエネルギを回収するランキンサイクル30Aを備えている。各サイクル20A、30Aの圧縮部あるいは膨張部には流体機械としての膨張発電機兼電動圧縮機(以下、膨張機兼圧縮機)110が設けられており、制御装置(本発明の制御手段に対応)40によって各サイクル20A、30Aおよび膨張機兼圧縮機110の作動が制御されるようになっている。以下、廃熱利用装置20の全体構成について図1を用いて説明する。
(First embodiment)
In the present embodiment, the waste heat utilization apparatus 20 according to the present invention includes a travel electric motor 140, and a hybrid vehicle in which the engine (corresponding to the heat engine in the present invention) 10 is operated or stopped according to travel conditions. Is applied. The waste heat utilization apparatus 20 includes a Rankine cycle 30A that recovers energy from waste heat generated in the engine 10 based on the refrigeration cycle 20A. An expansion generator / electric compressor (hereinafter referred to as an expander / compressor) 110 as a fluid machine is provided in the compression section or expansion section of each cycle 20A, 30A, and a control device (corresponding to the control means of the present invention). ) 40 controls the operation of each cycle 20A, 30A and the expander / compressor 110. Hereinafter, the whole structure of the waste heat utilization apparatus 20 is demonstrated using FIG.

まず、冷凍サイクル20Aは、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱および温熱を空調に利用するもので、膨張機兼圧縮機110、凝縮器21、気液分離器22、減圧器23、蒸発器24等が環状に接続されて形成されている。   First, the refrigeration cycle 20A moves the heat on the low temperature side to the high temperature side and uses the heat and heat for air conditioning. The expander / compressor 110, the condenser 21, the gas-liquid separator 22, the decompressor 23, The evaporator 24 and the like are connected in a ring shape.

膨張機兼圧縮機110は、気相冷媒を加圧して吐出する圧縮モード(圧縮機として作動)と、過熱蒸気冷媒の膨張時の流体圧を運動エネルギに変換して機械的エネルギを出力する膨張モード(膨張機として作動)とを兼ね備えるものである。膨張機兼圧縮機110には、発電機および電動機としての両機能を有する発電機兼電動機120が接続されており、これは、膨張機兼圧縮機110を圧縮モードで作動させる場合には動力(回転力)を与える動力源として稼動し、膨張モードで作動させる場合には膨張機兼圧縮機(膨張機)110にて回収された動力にて電力を発生させる発電機として稼動する。発電機兼電動機(発電機)120により生成された電力は、バッテリに充電されて、エンジン10の始動、および車両の各種電気負荷(ヘッドライト、エンジン補機など)の通常作動に使用されるようになっている。尚、膨張機兼圧縮機110の詳細については後述する。   The expander / compressor 110 is a compression mode (acting as a compressor) that pressurizes and discharges the gas-phase refrigerant, and expansion that converts the fluid pressure during expansion of the superheated vapor refrigerant into kinetic energy and outputs mechanical energy. The mode (acting as an expander) is also combined. The expander / compressor 110 is connected to a generator / motor 120 having both functions as a generator and an electric motor. This is the power (when the expander / compressor 110 is operated in the compression mode). It operates as a power source that provides (rotational force) and operates as a generator that generates electric power with the power recovered by the expander / compressor (expander) 110 when operated in the expansion mode. The electric power generated by the generator / motor (generator) 120 is charged in the battery and used for starting the engine 10 and for normal operation of various electric loads (headlights, engine accessories, etc.) of the vehicle. It has become. Details of the expander / compressor 110 will be described later.

凝縮器21は、膨張機兼圧縮機110(圧縮モード時)の冷媒吐出側に設けられ、熱交換部に流入される外気(車室外空気)によって高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して、凝縮液化する熱交換器である。気液分離器22は、凝縮器21で凝縮された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を流出させるレシーバである。減圧器23は、気液分離器22で分離された液相冷媒を減圧膨脹させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧すると共に、圧縮モード時の膨張機兼圧縮機110に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁を採用している。   The condenser 21 is provided on the refrigerant discharge side of the expander / compressor 110 (in the compression mode), cools the refrigerant compressed to high temperature and high pressure by outside air (air outside the passenger compartment) flowing into the heat exchange unit, It is a heat exchanger that condenses and liquefies. The gas-liquid separator 22 is a receiver that separates the refrigerant condensed by the condenser 21 into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant and causes the liquid-phase refrigerant to flow out. The decompressor 23 decompresses and expands the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 22. In this embodiment, the decompressor 23 decompresses the refrigerant in an enthalpy manner, and at the same time, expands and compresses the expander / compressor 110 in the compression mode. A temperature-type expansion valve that controls the throttle opening is employed so that the degree of superheat of the sucked refrigerant becomes a predetermined value.

蒸発器24は、減圧器23にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮する熱交換器であり、この吸熱作用によって空調空気を冷却する。そして、蒸発器24の冷媒流出側には、蒸発器24側から膨張機兼圧縮機110側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁24aが設けられている。   The evaporator 24 is a heat exchanger that exerts an endothermic effect by evaporating the refrigerant decompressed by the decompressor 23, and cools the conditioned air by this endothermic effect. A check valve 24 a that allows the refrigerant to flow only from the evaporator 24 side to the expander / compressor 110 side is provided on the refrigerant outflow side of the evaporator 24.

そして、ランキンサイクル30Aは、車両の走行用動力を発生させるエンジン10で発生した廃熱からエネルギ(膨張機兼圧縮機110の膨張モード時における駆動力)を回収するものである。ランキンサイクル30Aは、上記冷凍サイクル20Aに対して、凝縮器21が共用されると共に、この凝縮器21をバイパスするように気液分離器22から膨張機兼圧縮機110および凝縮器21の間(A点)に接続される第1バイパス流路31と、膨張機兼圧縮機110および逆止弁24aの間(B点)から凝縮器21およびA点の間(C点)に接続される第2バイパス流路32とが設けられて、以下のように形成されている。   The Rankine cycle 30A recovers energy (driving force in the expansion mode of the expander / compressor 110) from waste heat generated by the engine 10 that generates power for driving the vehicle. In the Rankine cycle 30A, the condenser 21 is shared with the refrigeration cycle 20A, and the gas-liquid separator 22 is connected between the expander / compressor 110 and the condenser 21 so as to bypass the condenser 21 ( The first bypass flow path 31 connected to the point A), and between the expander / compressor 110 and the check valve 24a (point B) to between the condenser 21 and the point A (point C). 2 bypass flow paths 32 are provided and formed as follows.

即ち、第1バイパス流路31には、液ポンプ33が配設されると共に、気液分離器22側から液ポンプ33側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁31aが設けられている。また、A点と膨張機兼圧縮機110との間に加熱器34が設けられている。加熱器34は、液ポンプ33から送られる冷媒(本発明における作動流体に対応)とエンジン10における温水回路10Aのエンジン冷却水(本発明における廃熱流体に対応)との間で熱交換することにより冷媒を加熱する熱交換器である。   That is, the first bypass flow path 31 is provided with a liquid pump 33 and a check valve 31a that allows the refrigerant to flow only from the gas-liquid separator 22 side to the liquid pump 33 side. . A heater 34 is provided between the point A and the expander / compressor 110. The heater 34 exchanges heat between the refrigerant (corresponding to the working fluid in the present invention) sent from the liquid pump 33 and the engine cooling water (corresponding to the waste heat fluid in the present invention) of the hot water circuit 10A in the engine 10. This is a heat exchanger that heats the refrigerant.

尚、水ポンプ(本発明におけるポンプに対応)12は温水回路10A内でエンジン冷却水を循環させるポンプで、エンジン10によって駆動される機械式ポンプである。ラジエータ13はエンジン冷却水と外気との間で熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。   A water pump (corresponding to the pump in the present invention) 12 is a pump that circulates engine cooling water in the hot water circuit 10A, and is a mechanical pump driven by the engine 10. The radiator 13 is a heat exchanger that cools the engine coolant by exchanging heat between the engine coolant and the outside air.

温水回路10Aの出口側にはエンジン冷却水の温度を検出する温度センサ14が設けられており、この温度センサ14で検出(出力)された温度信号は、後述する制御装置40に入力される。また、エンジン10にはエンジン10の回転数を検出する回転数センサ(本発明における回転数検出手段に対応)15が設けられており、この回転数センサ15で検出(出力)された回転数信号は、上記温度信号と同様に後述する制御装置40に入力される。   A temperature sensor 14 for detecting the temperature of the engine coolant is provided on the outlet side of the hot water circuit 10A, and a temperature signal detected (output) by the temperature sensor 14 is input to a control device 40 described later. Further, the engine 10 is provided with a rotation speed sensor 15 (corresponding to the rotation speed detection means in the present invention) for detecting the rotation speed of the engine 10, and a rotation speed signal detected (output) by the rotation speed sensor 15. Is input to the control device 40 described later in the same manner as the temperature signal.

そして、第2バイパス流路32には、膨張機兼圧縮機110側から凝縮器21の冷媒入口側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁32aが設けられている。また、A点とC点との間には開閉弁35が設けられている。開閉弁35は、冷媒流路を開閉する電磁式のバルブであり、後述する制御装置40により制御されるようになっている。また、膨張機兼圧縮機110が圧縮モードで作動する時の冷媒吐出側には制御弁36が設けられており、これは膨張機兼圧縮機110を圧縮モードで作動させる場合には吐止弁、つまり逆止弁として機能し、膨張モードで作動させる場合には開いた状態になる。この制御弁36は、後述する制御装置40により制御される。   The second bypass flow path 32 is provided with a check valve 32 a that allows the refrigerant to flow only from the expander / compressor 110 side to the refrigerant inlet side of the condenser 21. An on-off valve 35 is provided between the points A and C. The on-off valve 35 is an electromagnetic valve that opens and closes the refrigerant flow path, and is controlled by a control device 40 described later. Further, a control valve 36 is provided on the refrigerant discharge side when the expander / compressor 110 operates in the compression mode, and this is a discharge valve when the expander / compressor 110 is operated in the compression mode. That is, it functions as a check valve and is opened when operated in the expansion mode. The control valve 36 is controlled by a control device 40 described later.

上記気液分離器22、第1バイパス流路31、液ポンプ33、加熱器34、膨張機兼圧縮機110、第2バイパス流路32、凝縮器21等にてランキンサイクル30Aが形成される。   A Rankine cycle 30A is formed by the gas-liquid separator 22, the first bypass flow path 31, the liquid pump 33, the heater 34, the expander / compressor 110, the second bypass flow path 32, the condenser 21, and the like.

つぎに、膨張機兼圧縮機110の概略構造およびその作動について説明する。本実施形態では周知のベーン型の流体機械にて膨張機兼圧縮機110を構成しており、図2(a)は膨張機兼圧縮機110が圧縮モードで作動する場合を示し、図2(b)は膨張モードで作動する場合を示している。   Next, the schematic structure and operation of the expander / compressor 110 will be described. In this embodiment, the expander / compressor 110 is configured by a well-known vane type fluid machine, and FIG. 2 (a) shows a case where the expander / compressor 110 operates in the compression mode. b) shows the case of operating in the expansion mode.

膨張機兼圧縮機110を圧縮モードで作動させる場合には、制御弁36を逆止弁として機能させて、発電機兼電動機120にてロータ120aを回転させて冷媒を吸入圧縮する。吐出された高圧冷媒は制御弁36にてロータ120a側に逆流することが阻止される。   When operating the expander / compressor 110 in the compression mode, the control valve 36 is caused to function as a check valve, and the generator / motor 120 rotates the rotor 120a to suck and compress the refrigerant. The discharged high-pressure refrigerant is prevented from flowing back to the rotor 120 a side by the control valve 36.

膨張機兼圧縮機110を膨張モードで作動させる場合には、制御弁36を開いて加熱器34にて生成された過熱蒸気を膨張機兼圧縮機110内に導入して膨張させることでロータ120aを回転させて熱エネルギを機械的エネルギに変換する。つまり、膨張機兼圧縮機110の膨張モードによって回転駆動力を発生させることになる。   When the expander / compressor 110 is operated in the expansion mode, the rotor 120a is opened by opening the control valve 36 and introducing the superheated steam generated by the heater 34 into the expander / compressor 110 for expansion. To convert heat energy into mechanical energy. That is, the rotational driving force is generated according to the expansion mode of the expander / compressor 110.

制御装置40は、図1に示すように、乗員の設定する設定温度や環境条件(外気温、日射量)等に基づいて決定される空調要求信号、温度センサ14からの信号、回転数センサ15からの信号等が入力され、これらの信号に基づいて液ポンプ33、開閉弁35、膨張機兼圧縮機110、制御弁36、発電機兼電動機120などを制御する。   As shown in FIG. 1, the control device 40 includes an air conditioning request signal determined based on a set temperature set by the occupant, environmental conditions (outside air temperature, solar radiation amount), etc., a signal from the temperature sensor 14, and a rotation speed sensor 15. The liquid pump 33, the on-off valve 35, the expander / compressor 110, the control valve 36, the generator / motor 120, and the like are controlled based on these signals.

次に、上記実施形態に係る廃熱利用装置20の作動(制御装置40による制御)について図3に示すフローチャートを用いて説明する。   Next, the operation (control by the control device 40) of the waste heat utilization apparatus 20 according to the above embodiment will be described using the flowchart shown in FIG.

まず、ステップS110で乗員からの空調要求があるか否かを判定する。空調要求ありと判定した場合は、ステップS120で温度センサ14からの温度信号に基づいてエンジン冷却水の温度が加熱器34における加熱に充分な温度であるかどうかを判定する。   First, in step S110, it is determined whether or not there is an air conditioning request from a passenger. If it is determined that there is an air conditioning request, it is determined in step S120 based on the temperature signal from the temperature sensor 14 whether the temperature of the engine coolant is sufficient for heating in the heater 34.

このとき、図4に示すように、エンジン冷却水温度が所定温度Tw2未満から所定温度Tw2以上に上がったときに、エンジン冷却水温度は加熱に充分な温度(加熱可能温度)になった(判定値1)と判定する。また、エンジン冷却水温度が所定温度Tw2より低い所定温度Tw1未満に下がったときに、エンジン冷却水温度は加熱可能温度ではなくなった(判定値0)と判定する。このように、本実施形態では、エンジン冷却水温度の判定にヒステリシスを設けており、所定温度Tw1と所定温度Tw2は、その温度差が5deg〜10degとなるような所定温度としている。所定温度Tw1は本発明の第1所定温度に対応しており、所定温度Tw2は本発明の第2所定温度に対応している。   At this time, as shown in FIG. 4, when the engine coolant temperature rises from less than a predetermined temperature Tw2 to a predetermined temperature Tw2 or more, the engine coolant temperature becomes a temperature sufficient for heating (heatable temperature) (determination). It is determined as value 1). Further, when the engine coolant temperature falls below a predetermined temperature Tw1 lower than the predetermined temperature Tw2, it is determined that the engine coolant temperature is no longer a heatable temperature (determination value 0). As described above, in this embodiment, hysteresis is provided in the determination of the engine coolant temperature, and the predetermined temperature Tw1 and the predetermined temperature Tw2 are set to predetermined temperatures such that the temperature difference is 5 deg to 10 deg. The predetermined temperature Tw1 corresponds to the first predetermined temperature of the present invention, and the predetermined temperature Tw2 corresponds to the second predetermined temperature of the present invention.

ステップS120において加熱可能温度でない(判定値0)と判定した場合は、ステップS130において通常空調制御を実行し、冷凍サイクル20Aを継続的に稼動させる。具体的には液ポンプ33を停止させ、開閉弁35を開き、制御弁36を逆止弁として機能させた状態で発電機兼電動機120に通電してロータ120aを回転させる。これにより、冷媒は、図5に示すように、膨張機兼圧縮機(圧縮機)110→加熱器34→凝縮器(放熱器)21→気液分離器22→減圧器23→蒸発器(吸熱器)24→膨張機兼圧縮機(圧縮機)110の順に循環する。ロータ120aの回転数(圧縮機の回転数)は、さまざまなセンサなどから入力される外気温、空調設定温度、日射量などの値に基づいて算出される蒸発器出口目標温度(本発明の第1冷房温度に対応)TEO1に基づいて制御される。ステップS130の実行終了後は、ステップS110に戻って以下のステップを繰り返す。   If it is determined in step S120 that the temperature is not heatable (determination value 0), normal air conditioning control is executed in step S130, and the refrigeration cycle 20A is continuously operated. Specifically, the liquid pump 33 is stopped, the open / close valve 35 is opened, and the generator / motor 120 is energized to rotate the rotor 120a with the control valve 36 functioning as a check valve. Thereby, as shown in FIG. 5, the refrigerant is expanded and compressor (compressor) 110 → heater 34 → condenser (radiator) 21 → gas-liquid separator 22 → decompressor 23 → evaporator (endothermic). ) Circulate in the order of 24 → expander / compressor (compressor) 110. The number of revolutions of the rotor 120a (the number of revolutions of the compressor) is the evaporator outlet target temperature calculated based on values such as the outside air temperature, the air conditioning set temperature, and the amount of solar radiation input from various sensors. (Corresponding to 1 cooling temperature) It is controlled based on TEO1. After the execution of step S130 is completed, the process returns to step S110 and the following steps are repeated.

ステップS120において加熱可能温度である(判定値1)と判定した場合は、ステップS140においてランキン/空調協調制御(本発明におけるON−OFF制御に対応)を実行し、ランキンサイクルの稼動と冷凍サイクルの稼動を適宜切り替える制御を行う。ランキン/空調協調制御の詳細については後述する。ステップS140の実行終了後は、ステップS110に戻って以下のステップを繰り返す。   If it is determined in step S120 that the temperature can be heated (determination value 1), Rankine / air conditioning cooperative control (corresponding to the ON-OFF control in the present invention) is executed in step S140, and the Rankine cycle operation and the refrigeration cycle are performed. Control to switch operation appropriately. Details of Rankine / air-conditioning cooperative control will be described later. After the execution of step S140 is completed, the process returns to step S110 and the following steps are repeated.

一方、ステップS110において空調要求なしと判定した場合は、ステップS150において、ステップS120と同様に温度センサ14からの温度信号に基づいてエンジン冷却水の温度が加熱器34における加熱に充分な温度であるかどうかを判定する。加熱可能温度である(判定値1)と判定した場合は、ステップS160において回転数センサ15からの回転数信号に基づいてエンジン10が稼働中(作動状態)であるかどうか判定する。エンジン稼働中であると判定した場合は、エンジン10によって水ポンプ12が稼動しているため、エンジン冷却水の流量が加熱器34における加熱に充分な量(加熱可能流量)である(エンジン冷却水が流動状態にある)と判断して、ステップS170においてランキンサイクル30Aを稼動させる。   On the other hand, if it is determined in step S110 that there is no air conditioning request, in step S150, the temperature of the engine coolant is sufficient for heating in the heater 34 based on the temperature signal from the temperature sensor 14 as in step S120. Determine whether or not. If it is determined that the temperature is heatable (determination value 1), it is determined in step S160 whether or not the engine 10 is operating (operating state) based on the rotation speed signal from the rotation speed sensor 15. If it is determined that the engine is in operation, the water pump 12 is operated by the engine 10, and therefore the flow rate of the engine cooling water is sufficient for heating in the heater 34 (heatable flow rate) (engine cooling water). In step S170, the Rankine cycle 30A is operated.

具体的には、開閉弁35を閉じ、制御弁36を開いた状態で、液ポンプ33を稼動させる。これにより、冷媒は、図6に示すように、気液分離器22→第1バイパス回路31→液ポンプ33→加熱器34→膨張機兼圧縮機(膨張機)110→第2バイパス回路32→凝縮器21→気液分離器22の順に循環する。また、ランキンサイクル30Aの作動中は、発電機兼電動機120で最大の発電電力が得られるように、エンジン冷却水温度に応じて発電機兼電動機120の回転数を調節する。ステップS170の実行終了後は、ステップS110に戻って以下のステップを繰り返す。   Specifically, the liquid pump 33 is operated with the on-off valve 35 closed and the control valve 36 opened. As a result, as shown in FIG. 6, the refrigerant is gas-liquid separator 22 → first bypass circuit 31 → liquid pump 33 → heater 34 → expander / compressor (expander) 110 → second bypass circuit 32 → It circulates in order of the condenser 21-> gas-liquid separator 22. Further, during the operation of the Rankine cycle 30A, the rotational speed of the generator / motor 120 is adjusted according to the engine coolant temperature so that the maximum generated power can be obtained by the generator / motor 120. After the execution of step S170 is completed, the process returns to step S110 and the following steps are repeated.

ステップS150において加熱可能温度でない(判定値0)と判定した場合、およびステップS160においてエンジン稼働中でない(エンジン冷却水が流動状態でない)と判定した場合は、ステップS180において液ポンプ33を停止すると共に、発電機兼電動機120への通電を停止して、ランキンサイクル30Aも冷凍サイクル20Aも非稼動とする。ステップS180の実行終了後は、ステップS110に戻って以下のステップを繰り返す。   If it is determined in step S150 that the temperature is not heatable (determination value 0), and if it is determined in step S160 that the engine is not operating (the engine cooling water is not in a flowing state), the liquid pump 33 is stopped in step S180. The energization of the generator / motor 120 is stopped, and the Rankine cycle 30A and the refrigeration cycle 20A are deactivated. After the execution of step S180 is completed, the process returns to step S110 and the following steps are repeated.

つぎに、ステップS140において実行されるランキン/空調制御の詳細を、図7に示すフローチャートを用いて説明する。   Next, details of Rankine / air conditioning control executed in step S140 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、ステップS210において、ランキン/空調協調制御に用いる蒸発器出口目標温度(本発明における第2冷房温度に対応)TEO2を算出する。具体的には、通常空調制御(図3のステップS130)において用いるのと同じ蒸発器出口目標温度(第1冷房温度)TEO1をまず、さまざまなセンサなどから入力される外気温、空調設定温度、日射量などの値に基づいて算出し、これより所定値だけ低い値を蒸発器出口目標温度(第2冷房温度)TEO2として求める。具体的には、目標温度TEO2は、目標温度TEO1より1deg〜5degの所定値だけ低い温度に設定される。   First, in step S210, an evaporator outlet target temperature (corresponding to the second cooling temperature in the present invention) TEO2 used for Rankine / air conditioning cooperative control is calculated. Specifically, the same evaporator outlet target temperature (first cooling temperature) TEO1 used in normal air conditioning control (step S130 in FIG. 3) is first input from various sensors, etc. It calculates based on values, such as the amount of solar radiation, and calculates | requires a value lower than this by a predetermined value as an evaporator exit target temperature (2nd cooling temperature) TEO2. Specifically, the target temperature TEO2 is set to a temperature lower than the target temperature TEO1 by a predetermined value of 1 deg to 5 deg.

つぎに、ステップS220において、ステップS160と同様に回転数センサ15からの回転数信号に基づいてエンジン10が稼働中であるか否かの判定を行う。エンジン稼働中であると判定した場合はエンジン冷却水の流量が加熱可能流量である(エンジン冷却水が流動状態にある)として、エンジン10からの廃熱はランキンサイクルの稼動に充分な量であると判断する。そこで、ステップS230において冷凍サイクル20Aの稼動要求があるか否かを判定し(詳細は後述)、冷凍サイクル稼動要求がない(判定値0)と判定された場合は、ステップS240において、制御弁36、開閉弁35、および液ポンプ33を制御してランキンサイクル30Aを稼動させる。ステップS240の実行終了後は、全体制御のルーチンに戻る。   Next, in step S220, it is determined whether or not the engine 10 is operating based on the rotational speed signal from the rotational speed sensor 15 as in step S160. If it is determined that the engine is operating, the flow rate of the engine cooling water is assumed to be a heatable flow rate (the engine cooling water is in a fluid state), and the waste heat from the engine 10 is sufficient for the operation of the Rankine cycle. Judge. Therefore, it is determined whether or not there is a request for operating the refrigeration cycle 20A in step S230 (details will be described later). If it is determined that there is no request for operating the refrigeration cycle (determination value 0), the control valve 36 is determined in step S240. Then, the Rankine cycle 30A is operated by controlling the on-off valve 35 and the liquid pump 33. After completion of execution of step S240, the process returns to the overall control routine.

ステップS230における冷凍サイクル稼動要否の判定は、ステップS210で求めた蒸発器出口目標温度(第2冷房温度)TEO2と実際の蒸発器出口温度TEとを比較して行う。具体的には、図8に示すように、蒸発口出口目標温度TEO2より所定値だけ高い目標温度TEO3を設定し、実際温度TEが目標温度TEO3未満からTEO3以上に上がったときに冷凍サイクル稼動が必要になった(判定値1)と判定する。また、実際温度TEが目標温度TEO2未満に下がったときに冷凍サイクル稼動が必要なくなった(判定値0)と判定する。このように、本実施形態では、冷凍サイクル稼動要否判定にヒステリシスを設けている。   Whether or not the refrigeration cycle operation is necessary in step S230 is determined by comparing the evaporator outlet target temperature (second cooling temperature) TEO2 obtained in step S210 with the actual evaporator outlet temperature TE. Specifically, as shown in FIG. 8, a target temperature TEO3 that is higher than the evaporation outlet outlet target temperature TEO2 by a predetermined value is set, and when the actual temperature TE rises from less than the target temperature TEO3 to TEO3 or more, the refrigeration cycle is operated. It is determined that it is necessary (judgment value 1). Further, when the actual temperature TE falls below the target temperature TEO2, it is determined that the refrigeration cycle operation is no longer necessary (determination value 0). Thus, in the present embodiment, hysteresis is provided for determining whether or not the refrigeration cycle operation is necessary.

一方、ステップS220においてエンジン10が稼働中でないと判定した場合は、ステップS250において、膨張機兼圧縮機(圧縮機)110の回転数(ロータ120aの回転数)を目標温度TEO2に基づいて算出する。そして、ステップS260において、発電機兼電動機120に通電してロータ120aをステップS250で求めた回転数で回転させ、さらに液ポンプ33、開閉弁35、制御弁36を制御することにより、冷凍サイクル20Aを稼動させる。ステップS260の実行終了後は、全体制御のルーチンに戻る。   On the other hand, if it is determined in step S220 that the engine 10 is not in operation, the rotational speed of the expander / compressor (compressor) 110 (rotational speed of the rotor 120a) is calculated based on the target temperature TEO2 in step S250. . In step S260, the generator / motor 120 is energized to rotate the rotor 120a at the rotational speed obtained in step S250, and the liquid pump 33, the on-off valve 35, and the control valve 36 are controlled to thereby control the refrigeration cycle 20A. Activate. After the completion of step S260, the process returns to the overall control routine.

このように、ランキン/空調協調制御においては、冷凍サイクル20A稼動時に、蒸発器出口目標温度を、必要冷房能力を満たす(通常空調制御で用いる)目標温度TEO1よりも低い温度TEO2に設定して、必要冷房能力以上となるように膨張機兼圧縮機(圧縮機)110の吐出量を増加させることにより、通常空調制御時と比較して冷房能力を低下させることなく、空調要求時であっても冷凍サイクル20Aを非稼動とできる時間を確保して、これをランキンサイクル30Aの稼動にあてている。   Thus, in Rankine / air conditioning cooperative control, when the refrigeration cycle 20A is operated, the evaporator outlet target temperature is set to a temperature TEO2 lower than the target temperature TEO1 that satisfies the required cooling capacity (used in normal air conditioning control), By increasing the discharge amount of the expander / compressor (compressor) 110 so as to exceed the required cooling capacity, the cooling capacity is not lowered compared to the normal air conditioning control, and even when the air conditioning is requested. A time during which the refrigeration cycle 20A can be deactivated is secured, and this is used for the operation of the Rankine cycle 30A.

図9は、通常空調制御(図3のステップS130)の場合とランキン/空調協調制御(図3のステップS140)の場合のそれぞれについて、エンジン回転数の時間的変化に応じた膨張機兼圧縮機(圧縮機)110の回転数の変化およびランキンサイクル30Aの稼動/非稼動の切り替わる様子を示している。ここに示すように、通常空調制御の場合は、膨張機兼圧縮機(圧縮機)110が継続的に稼動されるのに対して、ランキン/空調協調制御の場合は、冷凍サイクル20A稼動時には膨張機兼圧縮機(圧縮機)110の回転数が高めに制御され、冷凍サイクル20Aの稼動が停止されると、ランキンサイクル30Aが稼動される。   FIG. 9 shows an expander / compressor corresponding to a temporal change in engine speed for each of the normal air-conditioning control (step S130 in FIG. 3) and the Rankine / air-conditioning cooperative control (step S140 in FIG. 3). (Compressor) 110 shows a change in the number of rotations and switching between operation / non-operation of Rankine cycle 30A. As shown here, in the case of normal air-conditioning control, the expander / compressor (compressor) 110 is continuously operated, whereas in the case of Rankine / air-conditioning cooperative control, expansion is performed when the refrigeration cycle 20A is in operation. When the rotational speed of the machine / compressor (compressor) 110 is controlled to be higher and the operation of the refrigeration cycle 20A is stopped, the Rankine cycle 30A is operated.

以上のように、本実施形態においては、車両使用中でもエンジン10が停止されることがあるハイブリッド車両において、ランキンサイクル30Aの稼動/非稼動を判断する際に、エンジン10の冷却水の温度が加熱可能温度であるかどうかを判定するだけでなく、エンジン10稼働中か否かを判定することによりエンジン冷却水の流量を確認して、エンジン10が稼動状態にないときはエンジン冷却水が流動状態にないと判断してランキンサイクルを非稼動としている。そのため、エンジン10からの廃熱が回収可能なときにのみ確実にランキンサイクルを稼動させることができ、これにより、廃熱回収が効率的に行われて、車両の燃料消費率を向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, in the hybrid vehicle in which the engine 10 may be stopped even when the vehicle is in use, the temperature of the cooling water of the engine 10 is heated when determining whether the Rankine cycle 30A is operating or not. The flow rate of the engine cooling water is checked not only by determining whether or not the temperature is possible but also by determining whether or not the engine 10 is in operation. When the engine 10 is not in an operating state, the engine cooling water is in a flowing state. The Rankine cycle is not in operation. Therefore, the Rankine cycle can be reliably operated only when the waste heat from the engine 10 can be recovered, thereby efficiently recovering the waste heat and improving the fuel consumption rate of the vehicle. it can.

また、空調要求があるときでも、エンジン冷却水の温度が加熱可能温度である場合には、ランキン/空調協調制御により、エンジン10稼働中に冷凍サイクル20Aを非稼動にできる時間を確保して、この間にランキンサイクル30Aを稼動させるようにしている。これにより、廃熱利用装置20を利用して廃熱回収を効率的に行うことができる。   Also, even when there is an air conditioning request, if the engine coolant temperature is a heatable temperature, the Rankine / air conditioning cooperative control ensures a time during which the refrigeration cycle 20A can be deactivated while the engine 10 is operating, During this time, the Rankine cycle 30A is operated. Thereby, waste heat recovery can be efficiently performed using the waste heat utilization apparatus 20.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図10に示す。本実施形態は、上記第1実施形態(図1)がエンジン回転数信号に基づいてエンジン冷却水の流量が充分であるかどうかの判定を行っていたのに対して、温水回路10Aに流量センサ(本発明の流量検出手段に対応)41を配置して、これにより直接流量を検出する。流量センサ41からの流量信号は制御装置40に入力される。本実施形態においては、温水回路10A内でエンジン冷却水を循環させる水ポンプ12は、上記第1実施形態同様エンジン10によって駆動される機械式ポンプであってもよいし、あるいは電動モータによって駆動される電動ポンプであってもよい。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the present embodiment, the first embodiment (FIG. 1) determines whether or not the flow rate of the engine coolant is sufficient based on the engine speed signal, whereas the flow rate sensor is connected to the hot water circuit 10A. (Corresponding to the flow rate detection means of the present invention) 41 is arranged, and the flow rate is directly detected by this. A flow signal from the flow sensor 41 is input to the control device 40. In the present embodiment, the water pump 12 for circulating the engine coolant in the hot water circuit 10A may be a mechanical pump driven by the engine 10 as in the first embodiment, or may be driven by an electric motor. It may be an electric pump.

図11は本実施形態に係る廃熱利用装置20の作動(制御装置40による制御)示すフローチャートである。ステップS110〜S130、S150、S170、S180については、上記第1実施形態と同様である。   FIG. 11 is a flowchart showing the operation (control by the control device 40) of the waste heat utilization apparatus 20 according to the present embodiment. Steps S110 to S130, S150, S170, and S180 are the same as those in the first embodiment.

上記第1実施形態において、図3のステップS160で回転数信号に基づいてエンジン稼動判定が実行されたのに対して、本実施形態では、図11のステップS165において、流量センサ41からの流量信号に基づいて、エンジン冷却水の流量判定が実行される。   In the first embodiment, the engine operation determination is performed based on the rotation speed signal in step S160 in FIG. 3, whereas in the present embodiment, the flow rate signal from the flow sensor 41 in step S165 in FIG. Based on the above, the flow rate determination of the engine cooling water is executed.

具体的には、図12に示すように、流量センサ41により検出したエンジン冷却水の流量が所定流量Qw2未満から所定流量Qw2以上になったときに加熱可能流量になった(判定値1)と判定され、流量が所定流量Qw2より少ない所定流量Qw1未満になったときに加熱可能流量ではなくなった(判定値0)と判定される。このように、本実施形態では、エンジン冷却水流量の判定にヒステリシスを設けており、所定流量Qw1と所定流量Qw2の流量差を2L/minとしている。所定流量Qw1は本発明における第1所定流量に対応しており、所定流量Qw2は本発明における第2所定流量に対応している。   Specifically, as shown in FIG. 12, when the flow rate of the engine cooling water detected by the flow rate sensor 41 becomes less than the predetermined flow rate Qw2 to be equal to or higher than the predetermined flow rate Qw2, the heating flow rate is reached (determination value 1). It is determined, and when the flow rate is less than the predetermined flow rate Qw1 less than the predetermined flow rate Qw2, it is determined that the flow rate is no longer heatable (determination value 0). Thus, in this embodiment, hysteresis is provided for determination of the engine coolant flow rate, and the flow rate difference between the predetermined flow rate Qw1 and the predetermined flow rate Qw2 is set to 2 L / min. The predetermined flow rate Qw1 corresponds to the first predetermined flow rate in the present invention, and the predetermined flow rate Qw2 corresponds to the second predetermined flow rate in the present invention.

図13は図11のステップS145において実行されるランキン/空調協調制御の詳細を示している。ステップS210、S230〜S260については、上記第1実施形態と同様である。ステップS225においては、図11のステップS165と同様にして、エンジン冷却水に関する流量判定が実行される。   FIG. 13 shows details of Rankine / air-conditioning cooperative control executed in step S145 of FIG. Steps S210 and S230 to S260 are the same as those in the first embodiment. In step S225, the flow rate determination regarding the engine coolant is executed in the same manner as in step S165 of FIG.

以上のように、本実施形態においては、流量センサ41によりエンジン冷却水の流量を直接検出して、これに基づいて流量に関する判定を行うため、エンジン冷却水の流量が加熱可能流量であるかどうかをより正確に判定することができ、ランキンサイクルをより長い時間稼動させることが可能となる。   As described above, in the present embodiment, since the flow rate of the engine coolant is directly detected by the flow rate sensor 41 and the determination regarding the flow rate is performed based on this, whether or not the flow rate of the engine coolant is a heatable flow rate is determined. Can be determined more accurately, and the Rankine cycle can be operated for a longer time.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図14に示す。上記各実施形態(図1、図10)においては、膨張機および圧縮機として1つの流体機械110によって構成される一体型のもの(膨張機兼圧縮機110)を用いたが、図14に示すように、圧縮機130と膨張機131がそれぞれ独立である構成であってもよい。圧縮機130と膨張機131は並列に配置され、さらに、これらへの通路を開閉する電磁式バルブである開閉弁38a、38bが配置される。制御装置40による廃熱利用装置20の制御は上記第1実施形態と同様に行われるが、ランキンサイクル30Aと冷凍サイクル20Aの切り替えの際には、液ポンプ33、開閉弁35、制御弁36と共に、開閉弁38a、38bも制御装置40により制御される。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention is shown in FIG. In each of the above-described embodiments (FIGS. 1 and 10), an integrated type (expander / compressor 110) constituted by one fluid machine 110 is used as an expander and a compressor. As such, the compressor 130 and the expander 131 may be independent from each other. The compressor 130 and the expander 131 are arranged in parallel, and on-off valves 38a and 38b, which are electromagnetic valves that open and close the passage to these, are further arranged. The control of the waste heat utilization device 20 by the control device 40 is performed in the same manner as in the first embodiment. However, when switching between the Rankine cycle 30A and the refrigeration cycle 20A, together with the liquid pump 33, the on-off valve 35, and the control valve 36 The on / off valves 38a and 38b are also controlled by the control device 40.

(第4実施形態)
本発明の第4実施形態を図15〜図17に示す。第4実施形態は、上記第1実施形態(図1)に対して、温水回路10Aにおいてエンジン冷却水を循環させる水ポンプを電動式の水ポンプ12aとしたものである。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the fourth embodiment, an electric water pump 12a is used as the water pump for circulating the engine cooling water in the hot water circuit 10A with respect to the first embodiment (FIG. 1).

水ポンプ12aは、電動機を駆動源とするポンプであり、図示しないエンジン10の制御手段によって制御されるようになっている。よって、水ポンプ12aは、機械式の水ポンプ12とは異なり、エンジン10の作動停止には関係なくエンジン10とは独立して作動可能となっている。ハイブリッド車両においては、走行条件に応じてエンジン10が停止される場合がある。第1実施形態における機械式の水ポンプ12では、エンジン10の停止に伴って水ポンプ12も停止状態となる。しかし、電動式の水ポンプ12aにおいては、エンジン10が停止状態となっても、水ポンプ12aを作動させて、温水回路10Aのエンジン冷却水を循環させることができる。   The water pump 12a is a pump that uses an electric motor as a drive source, and is controlled by control means of the engine 10 (not shown). Therefore, unlike the mechanical water pump 12, the water pump 12a can operate independently of the engine 10 regardless of the operation stop of the engine 10. In the hybrid vehicle, the engine 10 may be stopped depending on the traveling conditions. In the mechanical water pump 12 according to the first embodiment, the water pump 12 is also stopped when the engine 10 is stopped. However, in the electric water pump 12a, even when the engine 10 is stopped, the water pump 12a can be operated to circulate the engine coolant in the hot water circuit 10A.

水ポンプ12aの作動状態を示す稼働信号が、制御装置40に入力されるようになっている。制御装置40は、水ポンプ12aが稼働状態にあると、温水回路10A内のエンジン冷却水は流動状態にあると判定し、水ポンプ12aが非稼働状態にあると、エンジン冷却水は流動状態にないと判定するようにしている。   An operation signal indicating the operating state of the water pump 12 a is input to the control device 40. When the water pump 12a is in an operating state, the control device 40 determines that the engine cooling water in the hot water circuit 10A is in a flowing state, and when the water pump 12a is in a non-operating state, the engine cooling water is in a flowing state. It is determined that there is no.

本実施形態に係る廃熱利用装置20の作動(制御装置40による制御)を図16、図17に示すフローチャートを用いて説明する。図16、図17におけるフローチャートは、上記第1実施形態で説明した図3、図7におけるフローチャートのステップS160、ステップS220をそれぞれ、ステップS166、ステップS226に変更したものである。   The operation of the waste heat utilization apparatus 20 according to this embodiment (control by the control apparatus 40) will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. The flowcharts in FIGS. 16 and 17 are obtained by changing steps S160 and S220 of the flowcharts in FIGS. 3 and 7 described in the first embodiment to steps S166 and S226, respectively.

制御装置40は、ステップS110で空調要求がなく、ステップS150でエンジン冷却水温度が加熱可能温度であると判定すると、ステップS166で水ポンプ12aの稼働状態を判定する。水ポンプ12aが稼働状態であるとエンジン冷却水は流動状態にあることから、加熱器34における冷媒の加熱が可能であり、ステップS170でランキンサイクル30Aを稼働させる。   If it is determined in step S110 that there is no air conditioning request and the engine coolant temperature is a heatable temperature in step S150, the control device 40 determines the operating state of the water pump 12a in step S166. When the water pump 12a is in an operating state, the engine coolant is in a fluid state, so that the refrigerant in the heater 34 can be heated, and the Rankine cycle 30A is operated in step S170.

また、水ポンプ12aが非稼働状態であるとエンジン冷却水は非流動状態にあることから、加熱器34における冷媒の加熱が行えず、ステップS180でランキンサイクル30Aを非稼働とする。   Further, when the water pump 12a is in a non-operating state, the engine cooling water is in a non-flowing state. Therefore, the refrigerant cannot be heated in the heater 34, and the Rankine cycle 30A is deactivated in step S180.

一方、制御装置40は、ステップS110で空調要求があり、ステップS120でエンジン冷却水温度が加熱可能温度であると判定すると、ステップS140でランキン/空調協調制御を行う。ランキン/空調協調制御においては、ステップS210で蒸発器出口目標温度TEO2を算出した後に、ステップS226で、水ポンプ12aの稼働状態に伴うエンジン冷却水の流動状態を上記ステップS166と同様に判定する。そして、ステップS266の判定に応じて、ステップS240、ステップS260においてランキンサイクル30Aと、冷凍サイクル20Aとの稼働の使い分けを行う。   On the other hand, if there is an air conditioning request in step S110 and it is determined in step S120 that the engine coolant temperature is a heatable temperature, control device 40 performs Rankine / air conditioning cooperative control in step S140. In Rankine / air conditioning cooperative control, after calculating the evaporator outlet target temperature TEO2 in step S210, the flow state of the engine coolant accompanying the operating state of the water pump 12a is determined in step S226 in the same manner as in step S166. Then, depending on the determination in step S266, the operation of the Rankine cycle 30A and the refrigeration cycle 20A is selectively used in steps S240 and S260.

以上のように、本実施形態においては、水ポンプ12aを電動式ポンプとすることで、水ポンプ12aの稼働状態からエンジン冷却水の流動状態を確実に把握することができる。よって、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, by using the water pump 12a as an electric pump, it is possible to reliably grasp the flow state of the engine coolant from the operating state of the water pump 12a. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained.

尚、エンジン冷却水の流動状態の判定においては、水ポンプ12aの回転数が所定回転数以上で流動状態にあり、所定回転数未満で流動状態にないと判定するようにしても良い。   In the determination of the flow state of the engine cooling water, it may be determined that the water pump 12a is in a flowing state when the rotational speed of the water pump 12a is equal to or higher than a predetermined rotational speed and is not in a flowing state when the rotational speed is less than the predetermined rotational speed.

(第5実施形態)
本発明の第5実施形態を図18に示す。第5実施形態は、上記第4実施形態に対して冷凍サイクル20Aを廃止したものである。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the fifth embodiment, the refrigeration cycle 20A is eliminated from the fourth embodiment.

廃熱利用装置20は、ランキンサイクル30Aを主として形成されている。第4実施形態(図15)に対して冷凍サイクル20Aを廃止したことから、制御装置40への空調要求信号の入力を廃止している。また、膨張機兼圧縮機110を専用の膨張機131に変更し、逆止弁31a、32a、開閉弁35、制御弁36を廃止している。そして、膨張機131、凝縮器21、気液分離器22、液ポンプ33、加熱器34が順次環状に接続されて、ランキンサイクル30Aが形成されている。   The waste heat utilization apparatus 20 is mainly formed of a Rankine cycle 30A. Since the refrigeration cycle 20A is abolished with respect to the fourth embodiment (FIG. 15), the input of the air conditioning request signal to the control device 40 is abolished. Further, the expander / compressor 110 is changed to a dedicated expander 131, and the check valves 31a and 32a, the on-off valve 35, and the control valve 36 are eliminated. The expander 131, the condenser 21, the gas-liquid separator 22, the liquid pump 33, and the heater 34 are sequentially connected in an annular manner to form the Rankine cycle 30A.

制御装置40は、図16で説明したフローチャート中のステップS150、S166、S170、S180を用いて、ランキンサイクル30Aの稼働を制御する。ランキンサイクル30Aは、エンジン冷却水温度と、エンジン冷却水の流動状態とに応じて稼働されることになり、効率的な廃熱回収が可能となる。   The control device 40 controls the operation of the Rankine cycle 30A using steps S150, S166, S170, and S180 in the flowchart described in FIG. The Rankine cycle 30A is operated according to the engine coolant temperature and the flow state of the engine coolant, so that efficient waste heat recovery is possible.

(第6実施形態)
本発明の第6実施形態を図19〜図21に示す。第6実施形態は、上記第5実施形態(図18)に対して、凝縮器21を共有すると共に、専用の圧縮機130を備える冷凍サイクル20Bを追加したものである。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 6th Embodiment adds the refrigerating cycle 20B provided with the compressor 130 while sharing the condenser 21 with respect to the said 5th Embodiment (FIG. 18).

冷凍サイクル20Bは、ランキンサイクル30Bに設けられた分岐流路25を用いることで以下のように形成されている。即ち、分岐流路25は、気液分離器22の流出側から分岐して、膨張機131と凝縮器21との間(D点)に接続される流路として形成されている。分岐流路25には、減圧器23、蒸発器24、圧縮機130が配設されている。よって、ランキンサイクル30Aの凝縮器21、および気液分離器22を共有することで、圧縮機130、凝縮器21、気液分離器22、減圧器23、蒸発器24が順次環状に接続された冷凍サイクル20Bが形成されている。   The refrigeration cycle 20B is formed as follows by using the branch flow path 25 provided in the Rankine cycle 30B. That is, the branch flow path 25 is formed as a flow path branched from the outflow side of the gas-liquid separator 22 and connected between the expander 131 and the condenser 21 (point D). In the branch flow path 25, a decompressor 23, an evaporator 24, and a compressor 130 are disposed. Therefore, by sharing the condenser 21 and the gas-liquid separator 22 of the Rankine cycle 30A, the compressor 130, the condenser 21, the gas-liquid separator 22, the decompressor 23, and the evaporator 24 are sequentially connected in an annular shape. A refrigeration cycle 20B is formed.

冷凍サイクル20Bは専用の圧縮機130を備えることから、ランキンサイクル30Aに対して、独立して稼働可能となっている。つまり、本廃熱利用装置20においては、ランキンサイクル30Aの単独運転、冷凍サイクル20Bの単独運転、ランキンサイクル30Aおよび冷凍サイクル20Bの同時運転が可能となっている。   Since the refrigeration cycle 20B includes a dedicated compressor 130, the refrigeration cycle 20B can operate independently of the Rankine cycle 30A. That is, in the present waste heat utilization apparatus 20, the Rankine cycle 30A can be operated independently, the refrigeration cycle 20B can be operated independently, and the Rankine cycle 30A and the refrigeration cycle 20B can be operated simultaneously.

以下、上記実施形態に係る廃熱利用装置20の作動(制御装置40による制御)について図20に示すフローチャートを用いて説明する。図20に示すフローチャートは第4実施形態の図16で説明したフローチャートに対して、ステップS121を追加すると共に、ステップS130、S140、S170、S180をそれぞれ、ステップS131、S141、S171、S181に変更したものである。   Hereinafter, the operation of the waste heat utilization apparatus 20 according to the embodiment (control by the control apparatus 40) will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the flowchart shown in FIG. 20, step S121 is added to the flowchart described in FIG. 16 of the fourth embodiment, and steps S130, S140, S170, and S180 are changed to steps S131, S141, S171, and S181, respectively. Is.

まず、ステップS110で乗員からの空調要求があるか否かを判定する。空調要求なしと判定した場合は、ステップS150で温度センサ14からの温度信号に基づいてエンジン冷却水の温度が加熱器34における加熱に充分な温度であるかどうかを判定する。   First, in step S110, it is determined whether or not there is an air conditioning request from a passenger. If it is determined that there is no air conditioning request, it is determined in step S150 based on the temperature signal from the temperature sensor 14 whether the temperature of the engine coolant is sufficient for heating in the heater 34.

ステップS150において加熱可能温度である(判定値1)と判定した場合は、ステップS166において水ポンプ12aの稼働状態からエンジン冷却水の流動状態を判定する。ステップS166でエンジン冷却水が水ポンプ12aの稼働に伴い流動状態にあると判定すると、ステップS171でランキン単独運転(ランキン単独制御)を実行し、ランキンサイクル30Aを稼働させる(冷凍サイクル20Bは非稼働状態)。   If it is determined in step S150 that the temperature is heatable (determination value 1), the flow state of the engine cooling water is determined from the operating state of the water pump 12a in step S166. If it is determined in step S166 that the engine coolant is in a fluid state with the operation of the water pump 12a, Rankine single operation (Rankine single control) is executed in Step S171 to operate the Rankine cycle 30A (the refrigeration cycle 20B is not operating). Status).

上記ステップS150で加熱可能温度でない(判定値0)と判定し、また、ステップS166で水ポンプ12aが非稼働状態にあってエンジン冷却水は流動状態にないと判定すると、ステップS181でランキン/空調非稼働運転を実行し、ランキンサイクル30A、および冷凍サイクル20Bを共に非稼働とする。   If it is determined in step S150 that the temperature is not heatable (decision value 0), and it is determined in step S166 that the water pump 12a is not operating and the engine coolant is not in a fluid state, Rankine / air conditioning is performed in step S181. A non-operation is performed, and both Rankine cycle 30A and refrigeration cycle 20B are made non-operational.

一方、ステップS110で乗員からの空調要求ありと判定した場合は、ステップS120でエンジン冷却水の温度が加熱器34における加熱に充分な温度であるかどうかを判定する。   On the other hand, if it is determined in step S110 that there is an air conditioning request from the occupant, it is determined in step S120 whether the temperature of the engine coolant is sufficient for heating in the heater 34.

ステップS120において加熱可能温度でない(判定値0)と判定した場合は、ステップS131において空調単独運転(空調通常制御)を実行し、冷凍サイクル20Bを稼動させる(ランキンサイクル30Aは非稼働状態)。   If it is determined in step S120 that the temperature is not heatable (decision value 0), the air conditioning single operation (air conditioning normal control) is executed in step S131, and the refrigeration cycle 20B is operated (the Rankine cycle 30A is in a non-operating state).

しかしながら、ステップS120において加熱可能温度である(判定値1)と判定した場合は、ステップS121で水ポンプ12aの稼働状態からエンジン冷却水の流動状態を判定する。エンジン冷却水が流動状態にないと判定すれば、ステップS131に進み、空調単独運転を実行するが、エンジン冷却水が流動状態にあると判定すると、ステップS141においてランキン/空調同時運転(同時運転制御)を実行し、ランキンサイクル30Aの稼動と冷凍サイクル20Bの稼動を同時に行う。   However, if it is determined in step S120 that the temperature is heatable (determination value 1), the flow state of the engine cooling water is determined from the operating state of the water pump 12a in step S121. If it is determined that the engine cooling water is not in the fluid state, the process proceeds to step S131, and the air conditioning single operation is executed. If it is determined that the engine cooling water is in the fluid state, the Rankine / air conditioning simultaneous operation (simultaneous operation control) is performed in step S141. ) And the operation of the Rankine cycle 30A and the operation of the refrigeration cycle 20B are performed simultaneously.

制御装置40は、ランキン/空調同時運転においては、凝縮器21における放熱能力を超えないように、ランキンサイクル30Aの膨張機130の回転数を調整するようにしている。   In the Rankine / air conditioning simultaneous operation, the control device 40 adjusts the rotation speed of the expander 130 of the Rankine cycle 30A so as not to exceed the heat dissipation capacity in the condenser 21.

即ち、制御装置40は、凝縮器21における放熱能力として、凝縮器21の熱交換部に流入される外気の温度、外気の流速、更には凝縮器21自身のサイズによって図21(a)中の破線のように決定する。   That is, the control device 40 has the heat radiation capacity in the condenser 21 according to the temperature of the outside air flowing into the heat exchange part of the condenser 21, the flow rate of the outside air, and the size of the condenser 21 itself in FIG. Determine as shown by the broken line.

また、冷凍サイクル20Bの稼働時においては、空調に要求される冷房能力(図21(b))を発揮させるために冷媒が蒸発器24で吸熱した熱量分、および圧縮機130で圧縮仕事を受けた熱量分の放熱が凝縮器21にて必要となり、制御装置40は、これを図21(a)の下側の領域で示される冷凍サイクル放熱量(本発明における第1放熱量に対応)として決定する。   Further, during the operation of the refrigeration cycle 20B, the amount of heat absorbed by the refrigerant 24 in the evaporator 24 and the compression work by the compressor 130 are received in order to exhibit the cooling capacity required for air conditioning (FIG. 21B). The controller 21 needs to release heat corresponding to the amount of heat, and the controller 40 uses this as the refrigeration cycle heat release amount (corresponding to the first heat release amount in the present invention) shown in the lower region of FIG. decide.

そして、ランキンサイクル30Aの稼働時においては、膨張機131から流出される冷媒を冷却凝縮させるための放熱が凝縮器21にて必要となり、制御装置40は、この時の放熱量分を図21(a)の上側の領域で示されるランキンサイクル放熱量(本発明における第2放熱量に対応)として決定する。ランキンサイクル放熱量は、凝縮器21を流通する冷媒の流量に比例するものであり、即ち、図21(c)に示すように、膨張機131の回転数に比例する。   When the Rankine cycle 30A is in operation, the condenser 21 needs to release heat for cooling and condensing the refrigerant flowing out of the expander 131, and the control device 40 determines the amount of heat released at this time as shown in FIG. It is determined as the Rankine cycle heat release amount (corresponding to the second heat release amount in the present invention) shown in the upper region of a). The Rankine cycle heat release amount is proportional to the flow rate of the refrigerant flowing through the condenser 21, that is, proportional to the rotational speed of the expander 131, as shown in FIG.

よって、制御装置40は、ランキン/空調同時運転を実行する際には、エアコンサイクル放熱量とランキンサイクル放熱量との和が凝縮器放熱能力以下となるように、膨張機131の回転数を制御する。つまり、冷凍サイクル20Bにおける要求冷房能力が低ければ、膨張機131の回転数を上げて、ランキンサイクル30Aにおける回収駆動力(発電量)を増加させる。逆に、冷凍サイクル20Bにおける要求冷房能力が高ければ、膨張機131の回転数を下げて、ランキンサイクル30Aにおける回収駆動力(発電量)を低下させる。   Therefore, when the Rankine / air conditioning simultaneous operation is executed, the control device 40 controls the rotation speed of the expander 131 so that the sum of the air conditioner cycle heat dissipation amount and the Rankine cycle heat dissipation amount is less than the condenser heat dissipation capability. To do. That is, if the required cooling capacity in the refrigeration cycle 20B is low, the rotational speed of the expander 131 is increased to increase the recovery driving force (power generation amount) in the Rankine cycle 30A. Conversely, if the required cooling capacity in the refrigeration cycle 20B is high, the rotational speed of the expander 131 is lowered to reduce the recovery driving force (power generation amount) in the Rankine cycle 30A.

以上のように、本実施形態においては、ランキンサイクル30Aに対して凝縮器21を共有すると共に、専用の圧縮機130を有する冷凍サイクル20Bを設けるようにしているので、ランキン単独運転、空調単独運転、ランキン/空調同時運転の実行が可能となる。ランキンサイクル30Aを稼働させる際には、エンジン冷却水温度、およびエンジン冷却水の流動状態に応じて対応するようにしているので、効率的な廃熱回収が可能となる。   As described above, in the present embodiment, the condenser 21 is shared with the Rankine cycle 30A and the refrigeration cycle 20B having the dedicated compressor 130 is provided. The Rankine / air conditioning simultaneous operation can be executed. When the Rankine cycle 30A is operated, since it corresponds to the engine coolant temperature and the flow state of the engine coolant, efficient waste heat recovery can be performed.

そして、ランキン/空調同時運転実行時には、冷凍サイクル放熱量とランキンサイクル放熱量との和が、凝縮器放熱能力以下となるように膨張機131の回転数を調整するようにしているので、凝縮器21の放熱機能に破綻をきたすことなく、冷凍サイクル20Bでの要求冷房能力を確保すると共に、ランキンサイクル30Aでの無駄のない廃熱回収が可能となる。   When the Rankine / air conditioning simultaneous operation is executed, the rotational speed of the expander 131 is adjusted so that the sum of the refrigeration cycle heat release amount and the Rankine cycle heat release amount is less than the condenser heat release capability. Thus, the required cooling capacity in the refrigeration cycle 20B can be ensured and waste heat can be recovered without waste in the Rankine cycle 30A without causing the heat radiation function 21 to fail.

(第7実施形態)
本発明の第7実施形態を図22に示す。第7実施形態は、上記第6実施形態(図20)に対して電動式の水ポンプ12aを機械式の水ポンプ12に変更すると共に、エンジン10に回転数センサ15を追加したものである。水ポンプ12および回転数センサ15は、上記第1実施形態(図1)で説明したものと同一である。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention is shown in FIG. In the seventh embodiment, the electric water pump 12a is changed to a mechanical water pump 12 with respect to the sixth embodiment (FIG. 20), and a rotation speed sensor 15 is added to the engine 10. The water pump 12 and the rotation speed sensor 15 are the same as those described in the first embodiment (FIG. 1).

本実施形態においては、上記第6実施形態で説明した図20中のステップS121、S166におけるエンジン冷却水の流動状態の判定を、回転数センサ15の回転数信号から得られるエンジン10の稼働状態判定に置き換えることで、第6実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the present embodiment, the determination of the engine cooling water flow state in steps S121 and S166 in FIG. 20 described in the sixth embodiment is performed based on the operating state determination of the engine 10 obtained from the rotation speed signal of the rotation speed sensor 15. By replacing with, the same effect as in the sixth embodiment can be obtained.

(第8実施形態)
本発明の第8実施形態を図23に示す。第8実施形態は、上記第7実施形態(図22)に対して、冷凍サイクル20Bを廃止したものである。また、本実施形態は、第5実施形態(図18)に対して、電動式の水ポンプ12aを機械式の水ポンプ12に変更したものに等しい。
(Eighth embodiment)
FIG. 23 shows an eighth embodiment of the present invention. In the eighth embodiment, the refrigeration cycle 20B is eliminated from the seventh embodiment (FIG. 22). Moreover, this embodiment is equivalent to what changed the electric water pump 12a into the mechanical water pump 12 with respect to 5th Embodiment (FIG. 18).

ランキンサイクル30Aは、制御装置40によって、温度センサ14から得られるエンジン冷却水温度と、回転数センサ15から得られるエンジン10の稼働状態(エンジン冷却水の流動状態)とに応じて稼働され、効率的な廃熱回収が可能となる。   The Rankine cycle 30A is operated by the control device 40 according to the engine coolant temperature obtained from the temperature sensor 14 and the operating state (flow state of the engine coolant) of the engine 10 obtained from the rotational speed sensor 15. Waste heat recovery becomes possible.

(その他の実施形態)
上記第1、第3、第7、第8実施形態においては、エンジン10の作動状態を回転数センサ15によって得られるエンジン回転数によって把握するようにしたが、これに代えて、エンジン10の吸気圧、吸気スロットルバルブ開度等を使用するようにしてもよい。
(Other embodiments)
In the first, third, seventh, and eighth embodiments, the operating state of the engine 10 is grasped by the engine speed obtained by the speed sensor 15, but instead of this, the intake of the engine 10 is absorbed. The atmospheric pressure, the intake throttle valve opening, etc. may be used.

上記第2実施形態においては、流量センサ41はエンジン10と加熱器34との間に配設したが、これに代えて、加熱器34のエンジン冷却水の出口側近傍に配設するようにしてもよく、これにより、流量センサ41の応答時間遅れの影響をなくして、加熱器34における確実な廃熱流体の流動状態を検出できる。   In the second embodiment, the flow sensor 41 is disposed between the engine 10 and the heater 34. Instead, the flow sensor 41 is disposed in the vicinity of the outlet side of the engine coolant of the heater 34. As a result, the influence of the response time delay of the flow sensor 41 can be eliminated, and the reliable flow state of the waste heat fluid in the heater 34 can be detected.

上記各実施形態においては、熱機関の廃熱流体としてエンジン10の冷却水を用いたが、これに代えて、排気ガスを用いてもよい。   In each of the above embodiments, the cooling water of the engine 10 is used as the waste heat fluid of the heat engine, but instead, exhaust gas may be used.

また、上記各実施形態においては、本発明のランキンサイクル30Aおよび廃熱利用装置20をハイブリッド車両に適用したが、同じくエンジン10が走行条件に応じて作動、停止されるアイドルストップ車両に適用してもよい。また、エンジン10を搭載する通常の車両に適用することもできる。   Further, in each of the above embodiments, the Rankine cycle 30A and the waste heat utilization device 20 of the present invention are applied to a hybrid vehicle. However, the Rankine cycle 30A and the waste heat utilization device 20 are also applied to an idle stop vehicle in which the engine 10 is operated and stopped according to a traveling condition. Also good. Further, the present invention can be applied to a normal vehicle on which the engine 10 is mounted.

第1実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the waste-heat utilization apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における膨張機兼圧縮機を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the expander and compressor in 1st Embodiment. 第1実施形態において制御装置による全体制御に用いられるフローチャートである。It is a flowchart used for the whole control by a control device in a 1st embodiment. 第1実施形態における制御装置による冷却水温度判定を説明する図である。It is a figure explaining the cooling water temperature determination by the control apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における廃熱利用装置の冷凍サイクル稼動状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the refrigerating cycle operation state of the waste heat utilization apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における廃熱利用装置のランキンサイクル稼動状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the Rankine cycle operation state of the waste heat utilization apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態において制御装置によるランキン/空調協調制御に用いられるフローチャートである。It is a flowchart used for Rankine / air-conditioning cooperative control by a control device in a 1st embodiment. 第1実施形態における制御装置による冷凍サイクル稼動要否判定を説明する図である。It is a figure explaining the refrigerating cycle operation necessity determination by the control apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における制御装置による通常空調制御とランキン/空調協調制御を対比させて説明する図である。It is a figure which contrasts and demonstrates normal air-conditioning control and Rankine / air-conditioning cooperation control by the control apparatus in 1st Embodiment. 第2実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the waste-heat utilization apparatus in 2nd Embodiment. 第2実施形態において制御装置による全体制御に用いられるフローチャートである。It is a flowchart used for the whole control by a control apparatus in 2nd Embodiment. 第2実施形態における制御装置による冷却水流量判定を説明する図である。It is a figure explaining the cooling water flow rate determination by the control apparatus in 2nd Embodiment. 第2実施形態において制御装置によるランキン/空調協調制御に用いられるフローチャートである。It is a flowchart used for Rankine / air-conditioning cooperative control by a control apparatus in 2nd Embodiment. 第3実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the waste-heat utilization apparatus in 3rd Embodiment. 第4実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the waste-heat utilization apparatus in 4th Embodiment. 第4実施形態において制御装置による全体制御に用いられるフローチャートである。It is a flowchart used for the whole control by a control apparatus in 4th Embodiment. 第4実施形態において制御装置によるランキン/空調協調制御に用いられるフローチャートである。It is a flowchart used for Rankine / air-conditioning cooperative control by a control apparatus in 4th Embodiment. 第5実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the waste-heat utilization apparatus in 5th Embodiment. 第6実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the waste-heat utilization apparatus in 6th Embodiment. 第6実施形態において制御装置による全体制御に用いられるフローチャートである。It is a flowchart used for the whole control by a control apparatus in 6th Embodiment. 第6実施形態において凝縮器放熱量、要求冷房能力、膨張機回転数を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the amount of heat radiation of a condenser, demand cooling capacity, and expansion machine rotation speed in a 6th embodiment. 第7実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the waste-heat utilization apparatus in 7th Embodiment. 第8実施形態における廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the waste-heat utilization apparatus in 8th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 エンジン(熱機関)
12 水ポンプ(機械式のポンプ)
12a 水ポンプ(電動式のポンプ)
14 温度センサ
15 回転数センサ(回転数検出手段)
20 廃熱利用装置
20A、20B 冷凍サイクル
21 凝縮器
24 蒸発器
30A ランキンサイクル
34 加熱器
40 制御装置(制御手段)
41 流量センサ(流量検出手段)
110 膨張発電機兼電動圧縮機(圧縮機、膨張機)
130 圧縮機
131 膨張機
10 Engine (heat engine)
12 Water pump (mechanical pump)
12a Water pump (electric pump)
14 Temperature sensor 15 Rotational speed sensor (Rotational speed detection means)
20 Waste heat utilization device 20A, 20B Refrigeration cycle 21 Condenser 24 Evaporator 30A Rankine cycle 34 Heater 40 Control device (control means)
41 Flow rate sensor (flow rate detection means)
110 Expansion generator and electric compressor (compressor, expander)
130 Compressor 131 Expander

Claims (18)

熱機関(10)の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器(34)で加熱すると共に、加熱された前記作動流体を膨張機(110)で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の前記作動流体を凝縮器(21)で凝縮液化するランキンサイクル(30A)と、
前記ランキンサイクル(30A)の作動を制御する制御手段(40)と
前記熱機関(10)の回転数を検出する回転数検出手段(15)と、
前記膨張機(110)と兼用される、あるいは前記膨張機(110)に並列配置される圧縮機(110、130)を備え、前記凝縮器(21)を共有して形成されると共に、前記制御手段(40)によって作動制御される冷凍サイクル(20A)と、を有する廃熱利用装置において、
前記制御手段(40)は、前記回転数検出手段(15)から得られる回転数によって前記熱機関(10)の作動状態を把握し、前記熱機関(10)の作動状態によって前記廃熱流体の流動状態を把握し、前記廃熱流体の温度が所定温度(Tw1、Tw2)以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にある場合に、前記ランキンサイクル(30A)を作動させると共に、前記冷凍サイクル(20A)の作動が必要な場合に、前記廃熱流体の温度が前記所定温度(Tw1、Tw2)以上であると、前記圧縮機(110、130)をON−OFF制御するようにし、前記圧縮機(110、130)のOFF時に、前記ランキンサイクル(30A)を作動させることを特徴とする廃熱利用装置。
The working fluid in the cycle is heated by the heater (34) by the waste heat fluid accompanying the waste heat of the heat engine (10), and the heated working fluid is expanded by the expander (110) to obtain mechanical energy. A Rankine cycle (30A) for condensing and liquefying the expanded working fluid with a condenser (21),
Control means (40) for controlling the operation of the Rankine cycle (30A) ;
A rotational speed detection means (15) for detecting the rotational speed of the heat engine (10);
The compressor (110, 130), which is also used as the expander (110) or arranged in parallel to the expander (110), is formed by sharing the condenser (21), and the control A waste heat utilization apparatus having a refrigeration cycle (20A), the operation of which is controlled by means (40) ,
The control means (40) grasps the operating state of the heat engine (10) based on the rotational speed obtained from the rotational speed detection means (15), and determines the waste heat fluid according to the operating state of the heat engine (10). The flow state is grasped, and when the temperature of the waste heat fluid is equal to or higher than a predetermined temperature (Tw1, Tw2) and the waste heat fluid is in a flow state, the Rankine cycle (30A) is operated and the refrigeration is performed. When the operation of the cycle (20A) is necessary, if the temperature of the waste heat fluid is equal to or higher than the predetermined temperature (Tw1, Tw2), the compressor (110, 130) is controlled to be turned on and off, The waste heat utilization apparatus , wherein the Rankine cycle (30A) is operated when the compressor (110, 130) is OFF .
前記制御手段(40)は、前記圧縮機(110、130)をON状態にする時に、前記冷凍サイクル(20A)の冷房能力が必要冷房能力以上となるように前記圧縮機(110、130)の吐出量を増加させることを特徴とする請求項に記載の廃熱利用装置。 The control means (40) controls the compressor (110, 130) so that the cooling capacity of the refrigeration cycle (20A) exceeds a required cooling capacity when the compressor (110, 130) is turned on. The waste heat utilization apparatus according to claim 1 , wherein the discharge amount is increased. 前記制御手段(40)は、前記冷凍サイクル(20A)の蒸発器(24)における前記作動流体の温度、あるいはそれに関連する他の部位の温度が、前記必要冷房能力を満たす第1冷房温度(TEO1)よりも低い第2冷房温度(TEO2)となるように、前記圧縮機(110、130)の吐出量を増加させることを特徴とする請求項に記載の廃熱利用装置。 The control means (40) includes a first cooling temperature (TEO1) in which the temperature of the working fluid in the evaporator (24) of the refrigeration cycle (20A) or the temperature of another part related thereto satisfies the required cooling capacity. 3. The waste heat utilization apparatus according to claim 2 , wherein the discharge amount of the compressor (110, 130) is increased so that the second cooling temperature (TEO 2) is lower than the second cooling temperature (TEO 2). 熱機関(10)の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器(34)で加熱すると共に、加熱された前記作動流体を膨張機(110)で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の前記作動流体を凝縮器(21)で凝縮液化するランキンサイクル(30A)と、
前記ランキンサイクル(30A)の作動を制御する制御手段(40)と
前記熱機関(10)の回転数を検出する回転数検出手段(15)と、
専用の圧縮機(130)を備え、前記凝縮器(21)を共有して形成されると共に、前記制御手段(40)によって前記ランキンサイクル(30A)に対して独立して作動制御可能となる冷凍サイクル(20B)と、を有する廃熱利用装置において、
前記制御手段(40)は、前記回転数検出手段(15)から得られる回転数によって前記熱機関(10)の作動状態を把握し、前記熱機関(10)の作動状態によって前記廃熱流体の流動状態を把握し、前記廃熱流体の温度が所定温度(Tw1、Tw2)以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にある場合に、前記ランキンサイクル(30A)を作動させると共に、前記冷凍サイクル(20B)の作動が必要な場合に、前記廃熱流体の温度が前記所定温度(Tw1、Tw2)以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にあると、前記冷凍サイクル(20B)と前記ランキンサイクル(30A)とを同時に作動させることを特徴とする廃熱利用装置。
The working fluid in the cycle is heated by the heater (34) by the waste heat fluid accompanying the waste heat of the heat engine (10), and the heated working fluid is expanded by the expander (110) to obtain mechanical energy. A Rankine cycle (30A) for condensing and liquefying the expanded working fluid with a condenser (21),
Control means (40) for controlling the operation of the Rankine cycle (30A) ;
A rotational speed detection means (15) for detecting the rotational speed of the heat engine (10);
A refrigeration system including a dedicated compressor (130), which is formed by sharing the condenser (21), and whose operation can be independently controlled with respect to the Rankine cycle (30A) by the control means (40). A waste heat utilization device having a cycle (20B) ,
The control means (40) grasps the operating state of the heat engine (10) based on the rotational speed obtained from the rotational speed detection means (15), and determines the waste heat fluid according to the operating state of the heat engine (10). The flow state is grasped, and when the temperature of the waste heat fluid is equal to or higher than a predetermined temperature (Tw1, Tw2) and the waste heat fluid is in a flow state, the Rankine cycle (30A) is operated and the refrigeration is performed. When the operation of the cycle (20B) is necessary, if the temperature of the waste heat fluid is equal to or higher than the predetermined temperature (Tw1, Tw2) and the waste heat fluid is in a fluid state, the refrigeration cycle (20B) A waste heat utilization apparatus that operates the Rankine cycle (30A) simultaneously .
前記制御手段(40)は、前記圧縮機(130)から吐出される前記作動流体の凝縮に要する第1放熱量と、前記膨張機(110)から流出される前記作動流体の凝縮に要する第2放熱量との和が、前記凝縮器(21)における凝縮時の放熱能力以下となるように、前記膨張機(110)の作動回転数を制御することを特徴とする請求項に記載の廃熱利用装置。 The control means (40) includes a first heat radiation amount required for condensing the working fluid discharged from the compressor (130) and a second heat amount required for condensing the working fluid discharged from the expander (110). The waste according to claim 4 , wherein the operating rotational speed of the expander (110) is controlled so that a sum of the heat dissipation amount is equal to or less than a heat dissipation capability during condensation in the condenser (21). Heat utilization device. 前記所定温度(Tw1、Tw2)は、第1所定温度(Tw1)と、それより大きい第2所定温度(Tw2)とによって、ヒステリシスを有するように設定されたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の廃熱利用装置。 The predetermined temperature (Tw1, Tw2) has a first predetermined temperature (Tw1), by it is greater than the second predetermined temperature (Tw2), claims 1 to, characterized in that set to have a hysteresis Item 6. The waste heat utilization apparatus according to any one of Items 5 . 前記廃熱流体は、前記熱機関(10)を冷却する冷却水であり、
前記冷却水は、前記熱機関(10)により駆動される機械式のポンプ(12)によって前記加熱器(34)に循環されることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか1つに記載の廃熱利用装置。
The waste heat fluid is cooling water that cools the heat engine (10),
The cooling water, any one of claims 1 to 6, characterized in that it is circulated to the heater (34) by a mechanical pump (12) driven by the heat engine (10) The waste heat utilization device described in 1.
前記熱機関(10)は、車両用の内燃機関(10)であることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか1つに記載の廃熱利用装置。 The waste heat utilization apparatus according to any one of claims 1 to 7 , wherein the heat engine (10) is an internal combustion engine (10) for a vehicle. 前記車両は、走行条件に応じて前記内燃機関(10)が作動、停止されるハイブリッド車両、あるいはアイドルストップ車両であることを特徴とする請求項に記載の廃熱利用装置。 The waste heat utilization apparatus according to claim 8 , wherein the vehicle is a hybrid vehicle in which the internal combustion engine (10) is operated or stopped according to a traveling condition, or an idle stop vehicle. 熱機関(10)の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器(34)で加熱すると共に、加熱された前記作動流体を膨張機(110)で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の前記作動流体を凝縮器(21)で凝縮液化するランキンサイクル(30A)を有する廃熱利用装置の制御方法であって、
前記膨張機(110)と兼用される、あるいは前記膨張機(110)に並列配置される圧縮機(110、130)を備え、前記凝縮器(21)を共有して形成される冷凍サイクル(20A)を有し、
前記熱機関(10)の回転数によって前記熱機関(10)の作動状態を把握し、前記熱機関(10)の作動状態によって前記廃熱流体の流動状態を把握し、前記廃熱流体の温度が所定温度(Tw1、Tw2)以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にある場合に、前記ランキンサイクル(30A)を作動させると共に、前記冷凍サイクル(20A)の作動が必要な場合に、前記廃熱流体の温度が前記所定温度(Tw1、Tw2)以上であると、前記圧縮機(110、130)をON−OFF制御するようにし、前記圧縮機(110、130)のOFF時に、前記ランキンサイクル(30A)を作動させることを特徴とする廃熱利用装置の制御方法。
The working fluid in the cycle is heated by the heater (34) by the waste heat fluid accompanying the waste heat of the heat engine (10), and the heated working fluid is expanded by the expander (110) to obtain mechanical energy. A waste heat utilization apparatus having a Rankine cycle (30A) for condensing and liquefying the expanded working fluid with a condenser (21),
A refrigeration cycle (20A) that includes a compressor (110, 130) that is also used as the expander (110) or is arranged in parallel to the expander (110), and is formed by sharing the condenser (21). )
The operating state of the heat engine (10) is determined from the rotational speed of the heat engine (10), the flow state of the waste heat fluid is determined from the operating state of the heat engine (10), and the temperature of the waste heat fluid is determined. When the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature (Tw1, Tw2) and the waste heat fluid is in a fluid state, the Rankine cycle (30A) is operated and the refrigeration cycle (20A) is required to be operated. When the temperature of the waste heat fluid is equal to or higher than the predetermined temperature (Tw1, Tw2), the compressor (110, 130) is controlled to be turned on and off, and when the compressor (110, 130) is turned off, A control method for a waste heat utilization apparatus, characterized by operating a Rankine cycle (30A) .
前記圧縮機(110、130)をON状態にする時に、前記冷凍サイクル(20A)の冷房能力が必要冷房能力以上となるように前記圧縮機(110、130)の吐出量を増加させることを特徴とする請求項10に記載の廃熱回収装置の制御方法。 When the compressor (110, 130) is turned on, the discharge amount of the compressor (110, 130) is increased so that the cooling capacity of the refrigeration cycle (20A) is equal to or higher than the required cooling capacity. The method for controlling a waste heat recovery apparatus according to claim 10 . 前記冷凍サイクル(20A)の蒸発器(24)における前記作動流体の温度、あるいはそれに関連する他の部位の温度が、前記必要冷房能力を満たす第1冷房温度(TEO1)よりも低い第2冷房温度(TEO2)となるように、前記圧縮機(110、130)の吐出量を増加させることを特徴とする請求項11に記載の廃熱回収装置の制御方法。 The second cooling temperature in which the temperature of the working fluid in the evaporator (24) of the refrigeration cycle (20A) or the temperature of other parts related thereto is lower than the first cooling temperature (TEO1) that satisfies the required cooling capacity. The method for controlling a waste heat recovery apparatus according to claim 11 , wherein the discharge amount of the compressor (110, 130) is increased so as to be (TEO2). 熱機関(10)の廃熱を伴う廃熱流体によって、サイクル内の作動流体を加熱器(34)で加熱すると共に、加熱された前記作動流体を膨張機(110)で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の前記作動流体を凝縮器(21)で凝縮液化するランキンサイクル(30A)を有する廃熱利用装置の制御方法であって、
専用の圧縮機(130)を備え、前記凝縮器(21)を共有して形成されると共に、前記ランキンサイクル(30A)に対して独立して作動制御可能となる冷凍サイクル(20B)を有し、
前記熱機関(10)の回転数によって前記熱機関(10)の作動状態を把握し、前記熱機関(10)の作動状態によって前記廃熱流体の流動状態を把握し、前記廃熱流体の温度が所定温度(Tw1、Tw2)以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にある場合に、前記ランキンサイクル(30A)を作動させると共に、前記冷凍サイクル(20B)の作動が必要な場合に、前記廃熱流体の温度が前記所定温度(Tw1、Tw2)以上で、且つ、前記廃熱流体が流動状態にあると、前記冷凍サイクル(20A)と前記ランキンサイクル(30A)とを同時に作動させることを特徴とする廃熱利用装置の制御方法。
The working fluid in the cycle is heated by the heater (34) by the waste heat fluid accompanying the waste heat of the heat engine (10), and the heated working fluid is expanded by the expander (110) to obtain mechanical energy. A waste heat utilization apparatus having a Rankine cycle (30A) for condensing and liquefying the expanded working fluid with a condenser (21),
A refrigeration cycle (20B) that includes a dedicated compressor (130), is formed by sharing the condenser (21), and that can be operated and controlled independently of the Rankine cycle (30A). ,
The operating state of the heat engine (10) is determined from the rotational speed of the heat engine (10), the flow state of the waste heat fluid is determined from the operating state of the heat engine (10), and the temperature of the waste heat fluid is determined. When the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature (Tw1, Tw2) and the waste heat fluid is in a flow state, the Rankine cycle (30A) is operated and the refrigeration cycle (20B) is required to be operated. When the temperature of the waste heat fluid is equal to or higher than the predetermined temperature (Tw1, Tw2) and the waste heat fluid is in a flowing state, the refrigeration cycle (20A) and the Rankine cycle (30A) are operated simultaneously. A method for controlling a waste heat utilization apparatus.
前記圧縮機(130)から吐出される前記作動流体の凝縮に要する第1放熱量と、前記膨張機(110)から流出される前記作動流体の凝縮に要する第2放熱量との和が、前記凝縮器(21)における凝縮時の放熱能力以下となるように、前記膨張機(110)の作動回転数を制御することを特徴とする請求項13に記載の廃熱利用装置の制御方法。 The sum of the first heat release amount required for the condensation of the working fluid discharged from the compressor (130) and the second heat release amount required for the condensation of the working fluid discharged from the expander (110) is The method for controlling a waste heat utilization apparatus according to claim 13 , wherein the operating rotational speed of the expander (110) is controlled so as to be equal to or less than a heat dissipation capacity during condensation in the condenser (21). 前記所定温度(Tw1、Tw2)は、第1所定温度(Tw1)と、それより大きい第2所定温度(Tw2)とによって、ヒステリシスを有するように設定されたことを特徴とする請求項10〜14のいずれか1つに記載の廃熱利用装置の制御方法。 The predetermined temperature (Tw1, Tw2) is claim 10 to 14 in which the first predetermined temperature (Tw1), by it is greater than the second predetermined temperature (Tw2), wherein the set to have a hysteresis The control method of the waste heat utilization apparatus as described in any one of these . 前記廃熱流体は、前記熱機関(10)を冷却する冷却水であり、
前記冷却水は、前記熱機関(10)により駆動される機械式のポンプ(12)によって前記加熱器(34)に循環されることを特徴とする請求項10〜請求項15のいずれか1つに記載の廃熱利用装置の制御方法。
The waste heat fluid is cooling water that cools the heat engine (10),
The cooling water, any one of claims 10 to claim 15, characterized in that it is circulated to the heater (34) by a mechanical pump that is driven by the heat engine (10) (12) Control method of waste heat utilization apparatus as described in 1.
前記熱機関(10)は、車両用の内燃機関(10)であることを特徴とする請求項10〜請求項16のいずれか1つに記載の廃熱利用装置の制御方法。 The method for controlling a waste heat utilization apparatus according to any one of claims 10 to 16 , wherein the heat engine (10) is an internal combustion engine (10) for a vehicle. 前記車両は、走行条件に応じて前記内燃機関(10)が作動、停止されるハイブリッド車両、あるいはアイドルストップ車両であることを特徴とする請求項17に記載の廃熱利用装置の制御方法。 The method for controlling a waste heat utilization apparatus according to claim 17 , wherein the vehicle is a hybrid vehicle in which the internal combustion engine (10) is activated or stopped according to a traveling condition, or an idle stop vehicle.
JP2007029566A 2006-04-19 2007-02-08 Waste heat utilization apparatus and control method thereof Expired - Fee Related JP4823936B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007029566A JP4823936B2 (en) 2006-04-19 2007-02-08 Waste heat utilization apparatus and control method thereof
US11/787,449 US20070245737A1 (en) 2006-04-19 2007-04-16 Waste heat utilization device and control method thereof
CN2007100966642A CN101059084B (en) 2006-04-19 2007-04-19 Waste heat utilization device and control method thereof

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006115924 2006-04-19
JP2006115924 2006-04-19
JP2007029566A JP4823936B2 (en) 2006-04-19 2007-02-08 Waste heat utilization apparatus and control method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007309312A JP2007309312A (en) 2007-11-29
JP4823936B2 true JP4823936B2 (en) 2011-11-24

Family

ID=38618151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007029566A Expired - Fee Related JP4823936B2 (en) 2006-04-19 2007-02-08 Waste heat utilization apparatus and control method thereof

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20070245737A1 (en)
JP (1) JP4823936B2 (en)
CN (1) CN101059084B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106766448A (en) * 2016-12-06 2017-05-31 珠海格力电器股份有限公司 Control method, device and the unit with the device of liquid are returned in recuperation of heat

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007062580A1 (en) * 2007-12-22 2009-06-25 Daimler Ag Method for recovering a heat loss of an internal combustion engine
WO2009101977A1 (en) * 2008-02-14 2009-08-20 Sanden Corporation Waste heat utilization device for internal combustion engine
US9803510B2 (en) * 2011-04-18 2017-10-31 Holtec International Autonomous self-powered system for removing thermal energy from pools of liquid heated by radioactive materials, and method of the same
US11569001B2 (en) 2008-04-29 2023-01-31 Holtec International Autonomous self-powered system for removing thermal energy from pools of liquid heated by radioactive materials
US8046998B2 (en) * 2008-10-01 2011-11-01 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Waste heat auxiliary power unit
US20170080773A1 (en) * 2008-11-03 2017-03-23 Arkema France Vehicle Heating and/or Air Conditioning Method
DE102008057691B4 (en) * 2008-11-17 2011-03-10 Reinhard Kreis Method and apparatus for waste heat utilization of internal combustion engines
WO2010083198A1 (en) 2009-01-13 2010-07-22 Avl North America Inc. Hybrid power plant with waste heat recovery system
US9051900B2 (en) 2009-01-13 2015-06-09 Avl Powertrain Engineering, Inc. Ejector type EGR mixer
US8839620B2 (en) 2009-01-13 2014-09-23 Avl Powertrain Engineering, Inc. Sliding vane rotary expander for waste heat recovery system
JP5401114B2 (en) * 2009-02-13 2014-01-29 日産自動車株式会社 Vehicle with waste heat recovery device
US8330285B2 (en) * 2009-07-08 2012-12-11 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Method and system for a more efficient and dynamic waste heat recovery system
JP5347899B2 (en) * 2009-10-19 2013-11-20 いすゞ自動車株式会社 Steam engine for vehicles
JP5375514B2 (en) * 2009-10-21 2013-12-25 いすゞ自動車株式会社 Steam engine for vehicles
DE102010000854A1 (en) * 2010-01-13 2011-07-14 Robert Bosch GmbH, 70469 Device for converting a waste heat of an internal combustion engine into mechanical energy
US8628025B2 (en) * 2010-03-09 2014-01-14 GM Global Technology Operations LLC Vehicle waste heat recovery system and method of operation
JP5338731B2 (en) * 2010-03-29 2013-11-13 株式会社豊田自動織機 Waste heat regeneration system
US20130134720A1 (en) * 2010-08-09 2013-05-30 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Waste heat utilization apparatus
US8549838B2 (en) 2010-10-19 2013-10-08 Cummins Inc. System, method, and apparatus for enhancing aftertreatment regeneration in a hybrid power system
JP2012127534A (en) * 2010-12-13 2012-07-05 Sharp Corp Hot water and power supply composite system
US8833496B2 (en) 2010-12-20 2014-09-16 Cummins Inc. System, method, and apparatus for battery pack thermal management
US8742701B2 (en) 2010-12-20 2014-06-03 Cummins Inc. System, method, and apparatus for integrated hybrid power system thermal management
DE102010056272A1 (en) * 2010-12-24 2012-06-28 Robert Bosch Gmbh Waste heat utilization system
US9043060B2 (en) 2010-12-31 2015-05-26 Cummins Inc. Methods, systems, and apparatuses for driveline load management
US8473177B2 (en) 2010-12-31 2013-06-25 Cummins, Inc. Apparatuses, methods, and systems for thermal management of hybrid vehicle SCR aftertreatment
US9096207B2 (en) 2010-12-31 2015-08-04 Cummins Inc. Hybrid vehicle powertrain cooling system
CN117048579A (en) 2011-01-13 2023-11-14 卡明斯公司 Systems, methods, and apparatus for controlling power output distribution in a hybrid powertrain
US8714288B2 (en) 2011-02-17 2014-05-06 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Hybrid variant automobile drive
US20120060829A1 (en) * 2011-03-14 2012-03-15 General Electric Company Energy management system with solar water heater
JP5740273B2 (en) * 2011-09-30 2015-06-24 日産自動車株式会社 Rankine cycle
JP5880863B2 (en) * 2012-02-02 2016-03-09 株式会社デンソー Thermal management system for vehicles
JP5896817B2 (en) * 2012-04-11 2016-03-30 日野自動車株式会社 Cooling power generation system
WO2014023295A2 (en) * 2012-08-06 2014-02-13 Ixetic Bad Homburg Gmbh Device for operating a rankine cycle
JP5983187B2 (en) * 2012-08-28 2016-08-31 株式会社デンソー Thermal management system for vehicles
US9452659B2 (en) * 2012-12-31 2016-09-27 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for controlling a combined heating and cooling vapor compression system
EP3118425B1 (en) * 2015-07-16 2018-05-09 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Thermal energy recovery device and start-up method thereof
WO2018080895A1 (en) * 2016-10-24 2018-05-03 Cummins Inc. Waste heat recovery vehicle cooling optimization
CN107364582A (en) * 2017-07-28 2017-11-21 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 A kind of engine residual heat refrigerating device
CN107554799A (en) * 2017-07-28 2018-01-09 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 A kind of engine exhaust heat closed air refrigerating plant
CN108284725B (en) * 2017-12-07 2020-03-27 浙江亚太机电股份有限公司 Intelligent heat management system of new energy automobile distributed drive
CN109974323B (en) * 2019-03-05 2020-05-15 中国科学院力学研究所 Combined cooling heating and power circulation method and system with jet flow cooling device

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3847905B2 (en) * 1997-06-30 2006-11-22 カルソニックカンセイ株式会社 Heat pump type automotive air conditioner
KR100528392B1 (en) * 2003-01-27 2005-11-15 가부시키가이샤 덴소 Vapor-compression refrigerant cycle system with refrigeration cycle and rankine cycle
US7748226B2 (en) * 2003-03-25 2010-07-06 Denso Corporation Waste heat utilizing system
JP2005155336A (en) * 2003-11-20 2005-06-16 Denso Corp Rankine cycle and heat cycle
JP4089619B2 (en) * 2004-01-13 2008-05-28 株式会社デンソー Rankine cycle system
JP4140543B2 (en) * 2004-03-24 2008-08-27 株式会社デンソー Waste heat utilization equipment
US7181919B2 (en) * 2004-03-31 2007-02-27 Denso Corporation System utilizing waste heat of internal combustion engine
JP4682677B2 (en) * 2004-05-31 2011-05-11 株式会社デンソー Heat cycle equipment
JP4495536B2 (en) * 2004-07-23 2010-07-07 サンデン株式会社 Rankine cycle power generator
DE102005051428B4 (en) * 2004-10-29 2015-05-28 Denso Corporation Waste heat recovery device
JP4543920B2 (en) * 2004-12-22 2010-09-15 株式会社デンソー Waste heat utilization equipment for heat engines

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106766448A (en) * 2016-12-06 2017-05-31 珠海格力电器股份有限公司 Control method, device and the unit with the device of liquid are returned in recuperation of heat
CN106766448B (en) * 2016-12-06 2018-11-09 珠海格力电器股份有限公司 Control method, device and the unit with the device of liquid are returned in recuperation of heat

Also Published As

Publication number Publication date
CN101059084A (en) 2007-10-24
CN101059084B (en) 2010-05-26
JP2007309312A (en) 2007-11-29
US20070245737A1 (en) 2007-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4823936B2 (en) Waste heat utilization apparatus and control method thereof
JP4801810B2 (en) Refrigeration equipment with waste heat utilization device
JP4543920B2 (en) Waste heat utilization equipment for heat engines
JP4654655B2 (en) Vapor compression refrigerator
US7392655B2 (en) Vapor compression refrigerating device
CN100510576C (en) Waste heat utilization device and control method thereof
US6928820B2 (en) Waste heat collecting system having rankine cycle and heating cycle
JP5073389B2 (en) Air conditioning control device for vehicles
JP4682677B2 (en) Heat cycle equipment
US20040216483A1 (en) Vapor-compression refrigerant cycle system with refrigeration cycle and rankine cycle
JP5668704B2 (en) Vehicle air conditioning system
JP2007332853A (en) Waste heat utilization apparatus
JP4588644B2 (en) Refrigeration equipment with waste heat utilization device
JP2010188949A (en) Vehicle having waste heat recovery system mounted thereon
JP2007327668A (en) Refrigerating device comprising waste heat utilization device
JP2008209085A (en) Combined cycle device
JP2008145022A (en) Refrigerating device comprising waste heat utilization device
JP4140543B2 (en) Waste heat utilization equipment
JP4699972B2 (en) Waste heat utilization apparatus and control method thereof
JP2007218456A (en) Waste heat utilization device for vehicle and its control method
JP2007205283A (en) Waste heat utilization device and its control method
JP2009274513A (en) Vehicle with rankine cycle system
JP2012013321A (en) Heat pump type air conditioning system
JP2003205731A (en) Air conditioner for vehicle
JP4016882B2 (en) Rankine cycle

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20080925

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20081001

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20081001

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090406

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110412

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110531

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110906

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110907

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4823936

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140916

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees