JP2005155336A - ランキンサイクルおよび熱サイクル - Google Patents
ランキンサイクルおよび熱サイクル Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005155336A JP2005155336A JP2003390893A JP2003390893A JP2005155336A JP 2005155336 A JP2005155336 A JP 2005155336A JP 2003390893 A JP2003390893 A JP 2003390893A JP 2003390893 A JP2003390893 A JP 2003390893A JP 2005155336 A JP2005155336 A JP 2005155336A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waste heat
- expander
- temperature
- rankine cycle
- predetermined temperature
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
- B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
- B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
- B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants 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
- F01K23/06—Plants 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
- F01K23/065—Plants 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
- B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
- B60H2001/00928—Control 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
- B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
- B60H2001/00949—Control 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/32—Cooling devices
- B60H2001/3286—Constructional features
- B60H2001/3295—Compressing means other than compressor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/32—Cooling devices
- B60H2001/3286—Constructional features
- B60H2001/3297—Expansion means other than expansion valve
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
【課題】 内燃機関等の熱機関を有するものに適したランキンサイクルを提供する。
【解決手段】 A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられた場合には空調運転モードを稼動させ、A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられていない場合であって、廃熱温度Twが所定温度以上のときには廃熱回収運転モードを行う。また、A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられていない場合であって、廃熱温度Twが所定温度以下のときには、加熱器30へのエンジン冷却水の供給を停止した状態で膨脹機一体型圧縮機10を停止させる。
【選択図】 図1
【解決手段】 A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられた場合には空調運転モードを稼動させ、A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられていない場合であって、廃熱温度Twが所定温度以上のときには廃熱回収運転モードを行う。また、A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられていない場合であって、廃熱温度Twが所定温度以下のときには、加熱器30へのエンジン冷却水の供給を停止した状態で膨脹機一体型圧縮機10を停止させる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、熱エネルギを回収するランキンサイクルを備える熱機関に関するもので、熱機関として内燃機関(エンジン)を採用し、かつ、蒸気圧縮式冷凍機(空調装置)を備える車両に適用して有効である。
ランキンサイクルとは、液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機、膨張機にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器、および液相流体を蒸気発生器に送り出す液体ポンプ等から構成されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
そして、ランキンサイクルを備える従来の車両では、ランキンサイクルにてエネルギ回収を行う場合には、蒸気圧縮式冷凍機(車両用空調装置)の圧縮機を膨張機として利用している(例えば、特許文献3参照)。
特許第1540256号公報
特開2002−188402号公報
特昭63−96449号公報
ところで、特許文献3に記載の発明では、蒸気圧縮式冷凍機(車両用空調装置)の圧縮機を膨張機として利用するので、当然ながら、蒸気圧縮式冷凍機とランキンサイクルとを同時に稼動させることができない。
しかし、特許文献3に記載の発明には、蒸気圧縮式冷凍機とランキンサイクルとをどのように切り換えて稼動させるか、またはランキンサイクルの稼動制御についての具体的な記載が一切ないので、特許文献3に記載の発明を実際に実施することは難しい。
本発明は、上記点に鑑み、第1には、従来と異なる新規なランキンサイクルを提供し、第2には、内燃機関等の熱機関を有するものに適したランキンサイクルを提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、熱機関(20)の廃熱にて液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器(30)と、蒸気発生器(30)にて生成された過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機(10)と、膨張機(10)にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器(11)と、液相流体を蒸気発生器(30)に送り出す液体ポンプ(32)と、蒸気発生器(30)に供給する熱機関(20)の廃熱量を調節する廃熱供給量調節手段(21、40)とを備え、廃熱供給量調節手段(21、40)は、廃熱温度(Tw)が所定温度以上のときには、膨張機(10)に熱機関(20)の廃熱を蒸気発生手段(30)に供給し、廃熱温度(Tw)が所定温度未満のときには、膨張機(10)への廃熱供給を停止することを特徴とする。
これにより、熱機関(20)の温度が過度に低下して内部の摺動抵抗(摩擦損失)が増大してしまうことを防止できるので、熱機関の燃料消費率の悪化を招くことなく、廃熱から動力を回収することができる。
請求項2に記載の発明では、膨張機(10)に廃熱を供給し始める時の所定温度は、膨張機(10)への廃熱供給を停止する時の所定温度より高い温度であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明では、膨張機(10)に廃熱を供給し始める時の所定温度は、膨張機(10)への廃熱供給を停止する時の所定温度より高い温度であり、さらに、膨張機(10)に廃熱を供給し始める時の所定温度と膨張機(10)への廃熱供給を停止する時の所定温度との温度差は、5deg以上、10deg以下の所定の温度差であることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明では、廃熱供給量調節手段は、熱機関(20)から流出した流体を蒸気発生手段(30)に循環させる場合と循環させない場合とを切り替える弁(21)、およびこの弁(21)の作動を制御する電子制御装置(40)により構成されていることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載のランキンサイクル(10、11、12、32)と、低圧の冷媒を蒸発させて低温側から熱を吸熱するとともに、蒸発した気相冷媒を圧縮して温度を上昇させて低温側から吸熱した熱を高温側に放熱する蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)と、蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)の運転状態を制御する蒸気圧縮式冷凍機用制御手段(42)と、ランキンサイクル(10、11、12、32)を稼動させる場合と蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)を稼動させる場合とを切換制御する切換制御手段(36、40)とを備え、切換制御手段(36、40)は、蒸気圧縮式冷凍機用制御手段(42)から蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)を稼動させる旨の信号を受けたときには、ランキンサイクル(10、11、12、32)を稼動させることなく蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)を稼動させることを特徴とする。
これにより、熱機関(20)の温度が過度に低下して内部の摺動抵抗(摩擦損失)が増大してしまうことを防止できるので、熱機関の燃料消費率の悪化を招くことなく、廃熱から動力を回収しつつ、蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)も運転することができる。
請求項6に記載の発明では、切換制御手段(36、40)は、蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)を稼動させる時には、膨張機(10)を圧縮機として稼動させることを特徴とするものである。
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。
(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機(空調装置)を車両に適用したものであって、図1は本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
本実施形態は、本発明に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機(空調装置)を車両に適用したものであって、図1は本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
そして、本実施形態に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機は、走行用動力を発生させる熱機関をなすエンジン20で発生した廃熱からエネルギを回収するとともに、蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷熱および温熱を空調に利用するものである。以下、ランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機について述べる。
膨張機一体型圧縮機10は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機としての機能と、過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機としての機能とを兼ね備える流体機械であり、モータジェネレータ10aは、膨張機一体型圧縮機10を圧縮機として稼動させる場合には、膨張機一体型圧縮機10に動力(回転力)を与える動力源として稼動し、膨張機一体型圧縮機10を膨張機として稼動させる場合には、膨張機、つまり膨張機一体型圧縮機10にて回収された動力にて電力を発せさせる発電機として稼動する回転電機である。なお、膨張機一体型圧縮機10の構造については、後述する。
放熱器11は、膨張機一体型圧縮機10が圧縮機として稼動するときの吐出側に接続されて放熱しながら冷媒を冷却する放冷器であり、気液分離器12は放熱器11から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するレシーバである。
減圧器13は気液分離器12で分離された液相冷媒を減圧膨張させるもので、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧するとともに、膨張機一体型圧縮機10が圧縮機として稼動するとき膨張機一体型圧縮機10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張弁を採用している。
蒸発器14は、減圧器13にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱器であり、圧縮機(膨張機一体型圧縮機10)、放熱器11、気液分離器12、減圧器13および蒸発器14等にて低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機が構成される。
加熱器30は、膨張機一体型圧縮機10と放熱器11とを繋ぐ冷媒回路に設けられて、この冷媒回路を流れる冷媒とエンジン20の廃熱を回収したエンジン冷却水とを熱交換することにより冷媒を加熱する蒸気発生器であり、三方弁21によりエンジン20から流出したエンジン冷却水を加熱器30に循環させる場合と循環させない場合とが切り替えられる。
第1バイパス回路31は、気液分離器12で分離された液相冷媒を加熱器30のうち放熱器11側の冷媒出入口側に導く冷媒通路であり、この第1バイパス回路31には、液相冷媒を循環させるための液ポンプ32および気液分離器12側から加熱器30側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁31aが設けられており、本実施形態では、液ポンプ32、第1バイパス回路31および逆止弁31a等により液相冷媒供給手段が構成されている。
なお、液ポンプ32は、本実施形態では、電動式のポンプであり、液ポンプ32および三方弁21の作動は、電子制御装置40により制御されている。
また、第2バイパス回路34は、膨張機一体型圧縮機10が膨張機と稼動するときの冷媒出口側と放熱器11の冷媒入口側とを繋ぐ冷媒通路であり、この第2バイパス回路34には、膨張機一体型圧縮機10が膨張機と稼動するときの冷媒出口側から放熱器11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34aが設けられている。
なお、逆止弁14aは蒸発器14の冷媒出口側から圧縮機10の吸入側にのみ冷媒が流れることを許容するもので、制御弁36は、膨張機一体型圧縮機100を圧縮機として作動する際には吐出弁、つまり逆止弁として作動し、膨張機として作動させるには開くバルブであり、この制御弁36の作動も電子制御装置40により制御されている。
ところで、水ポンプ22はエンジン冷却水を循環させるもので、ラジエータ23はエンジン冷却水と外気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。
バイパス回路24は、ラジエータ23を迂回させて冷却水を流す迂回路であり、サーもスタット25は、バイパス回路24に流す冷却水量とラジエータ23に流す冷却水量とを調節する流量調整弁である。
因みに、水ポンプ22はエンジン20から動力を得て稼動する機械式のポンプであるが、電動モータにて駆動される電動ポンプを用いてもよいことは言うまでもない。
また、電子制御装置40には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ41の検出温度、および蒸気圧縮式冷凍機、つまり空調装置の電子制御装置42から発せられる空調装置稼動信号(A/C稼動要求信号)が入力される入力部が設けられており、電子制御装置40は、水温センサ41の検出温度、つまり廃熱温度TwおよびA/C稼動要求信号の有無等に基づいて予め記憶されたプログラムに従って制御弁36、液ポンプ32および三方弁21等をの作動を制御する。
そして、本実施形態では、三方弁21およびこの三方弁21を制御する電子制御装置40等により特許請求の範囲に記載された廃熱供給量調節手段が構成され、空調装置の電子制御装置42により特許請求の範囲に記載された蒸気圧縮式冷凍機用制御手段が構成され、膨脹機一体型圧縮機10、凝縮器11、気液分離器12、液ポンプ32等にて特許請求の範囲に記載されたランキンサイクルが構成されている。
次に、膨脹機一体型圧縮機10の概略構造およびその作動を述べる。
図2(a)は膨張機一体型圧縮機10が圧縮機として作動する場合を示し、図2(b)は膨張機一体型圧縮機10が膨張機として作動する場合を示すものであり、本実施形態では、周知のベーン型の流体機械にて膨張機一体型圧縮機を構成している。
そして、膨張機一体型圧縮機10を圧縮機として作動する際には、モータジェネレータ10aにてロータ10bを回転させて冷媒を吸入圧縮するとともに、制御弁36にて吐出された高圧冷媒がロータ10b側に逆流することが阻止される。
また、膨脹機一体型圧縮機10を膨張機として稼動させる際には、制御弁36を開いて加熱器30にて生成された過熱蒸気を膨脹機一体型圧縮機10内に導入してロータ10bを回転させて熱エネルギを機械的エネルギに変換する。
次に、本実施形態に係るランキンサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機(空調装置)の作動について述べる。
本実施形態は、以下の運転モードをA/C稼動要求信号の有無および廃熱温度Twに基づいて切換運転するものであり、先ず、空調運転モードおよび廃熱回収運転モードについて説明する。
1.空調運転モード
この運転モードは、蒸発器14にて冷凍能力を発揮させながら放熱器11にて冷媒を放冷する運転モードである。なお、本実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機で発生する冷熱、つまり吸熱作用を利用した冷房運転および除湿運転にのみ蒸気圧縮式冷凍機を稼動させており、放熱器11で発生する温熱を利用した暖房運転は行っていないが、暖房運転時であっても蒸気圧縮式冷凍機の作動は冷房運転および除湿運転時と同じである。
この運転モードは、蒸発器14にて冷凍能力を発揮させながら放熱器11にて冷媒を放冷する運転モードである。なお、本実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機で発生する冷熱、つまり吸熱作用を利用した冷房運転および除湿運転にのみ蒸気圧縮式冷凍機を稼動させており、放熱器11で発生する温熱を利用した暖房運転は行っていないが、暖房運転時であっても蒸気圧縮式冷凍機の作動は冷房運転および除湿運転時と同じである。
具体的には、液ポンプ32を停止させた状態で制御弁36を逆止弁として機能させた状態でモータジェネレータ10aに通電してロータ10bを回転させるとともに、三方弁21を図1の破線で示すように作動させて加熱器30を迂回させて冷却水を循環させるものである。
これにより、冷媒は、膨脹機一体型圧縮機(圧縮機)10→加熱器30→放熱器11→気液分離器12→減圧器13→蒸発器14→膨脹機一体型圧縮機(圧縮機)10の順に循環する。なお、加熱器30にはエンジン冷却水が循環しないので、加熱器30にて冷媒は加熱されず、加熱器30は単なる冷媒通路として機能する。
したがって、減圧器13にて減圧された低圧冷媒は、室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発し、この蒸発した気相冷媒は圧縮機10にて圧縮されて高温となって放熱器11にて室外空気にて冷却されて凝縮する。
なお、本実施形態では、冷媒としてフロン(HFC134a)を利用しているが、高圧側にて冷媒が液化する冷媒であれば、HFC134aに限定されるものではない。
2.廃熱回収運転モード
この運転モードは、空調装置、つまり圧縮機10を停止させてエンジン20の廃熱を利用可能なエネルギとして回収するモードである。
この運転モードは、空調装置、つまり圧縮機10を停止させてエンジン20の廃熱を利用可能なエネルギとして回収するモードである。
具体的には、制御弁36を開いた状態で液ポンプ32を稼動させるとともに、三方弁21を図1の実線で示すように作動させてエンジン20から流出したエンジン冷却水を加熱器30に循環させるものである。
これにより、冷媒は、気液分離器12→第1バイパス回路31→加熱器30→膨脹機一体型圧縮機(膨張機)10→第2バイパス回路34→放熱器11→気液分離器12の順に循環する。
したがって、膨脹機一体型圧縮機10、つまり膨張機には、加熱器30にて加熱された過熱蒸気が流入し、膨脹機一体型圧縮機10に流入した蒸気冷媒は、膨脹機一体型圧縮機10内で等エントロピ的に膨張しながらそのエンタルピを低下させていく。このため、膨脹機一体型圧縮機10は、低下したエンタルピに相当する機械的エネルギをモータジェネレータ10aに与え、モータジェネレータ10aにより発電された電力は、バッテリやキャパシタ等の蓄電器に蓄えられる。
また、膨脹機一体型圧縮機10から流出した冷媒は、放熱器11にて冷却されて凝縮し、気液分離器12に蓄えられ、気液分離器12内の液相冷媒は、液ポンプ32にて加熱器30側に送られる。
なお、液ポンプ32は、加熱器30にて加熱されて生成された過熱蒸気が、気液分離器12側に逆流しない程度の圧力にて液相冷媒を加熱器30に送り込む。
以上に述べたように、廃熱回収運転モードでは、ラジエータ23にて熱として大気中に捨てられていた熱エネルギを電力等の容易に利用することができるエネルギに変換するので、車両の燃費、つまりエンジン20の燃料消費量を低減することができ得る。
また、廃熱回収運転モードでは、エンジン20の廃熱により発電するので、オルタネータ等の発電機をエンジン20にて駆動する必要性が低減し、エンジン20の燃料消費量をさらに低減することができる。
次に、制御作動について述べる。
本実施形態では、A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられた場合には、膨脹機一体型圧縮機10を圧縮機として稼動させるとともに、加熱器30へのエンジン冷却水の供給を停止して空調運転モードを優先する。
逆に、A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられていない場合であって、廃熱温度Twが所定温度以上のときには、加熱器30にエンジン冷却水を供給するとともに、膨脹機一体型圧縮機10を膨張機として稼動させて廃熱回収運転モードを行う。
また、A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられていない場合であって、廃熱温度Twが所定温度以下のときには、加熱器30へのエンジン冷却水の供給を停止した状態で膨脹機一体型圧縮機10、つまりモータジェネレータ10aへの通電を停止する。
因みに、図3は上記した制御作動を示すフローチャートの一例であり、以下、このフローチャートの概略を説明する。
車両の始動信号が投入されると、同時に図3に示される制御プログラムが起動され、先ず、A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられたか否かは判定される(S1)。
そして、A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられた場合には、ランキンサイクルを非稼動状態として空調運転モードを実行する(S2)。
また、A/C稼動要求信号が空調装置の電子制御装置42から電子制御装置40に向けて発せられていない場合には、廃熱温度Twに基づいてランキンサイクルを稼動させるか否か、つまり廃熱回収運転モードを行うか否かを判定し(S3)、廃熱温度Twが所定温度以上のときには、ランキンサイクル、つまり廃熱回収運転モードを稼動させる(S4)。
なお、本実施形態では、廃熱温度Twに基づいてランキンサイクルを稼動させるか否かの判定においては、図4に示すように、廃熱温度Twが下降過程にある場合は、所定温度Tw1以上のときに廃熱回収運転モードを実行し、所定温度Tw1未満のときは廃熱回収運転モードを停止し、廃熱温度Twが上昇過程にある場合は、所定温度Tw1より所定温度高い所定温度Tw2以上のときに廃熱回収運転モードを実行し、所定温度Tw2未満のときは廃熱回収運転モードを停止するといった一定のヒステリシス制御判定を行っている。
因みに、本実施形態では、所定温度Tw1と所定温度Tw2との温度差を5deg以上、10deg以下の所定の温度差としている。
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
エンジン20等の内燃機関では、機関の温度、つまりエンジン冷却水の温度が低いときには、エンジンオイルの粘性が高くなり、エンジン20内部の摺動抵抗(摩擦損失)が大きくなるので、燃料消費率が悪くなる傾向にある。
このため、エンジン冷却水の温度、つまり廃熱温度Twが低いときに、ランキンサイクルを稼動させると、エンジン冷却水の温度が低下してエンジン20の温度が更に低下するので、エンジンオイルの粘性が更に高くなり、エンジン20内部の摺動抵抗(摩擦損失)がより一層大きくなってしまう。
これに対して、本実施形態では、廃熱温度Twが高いときにランキンサイクルを稼動させて廃熱から動力を回収するので、エンジン20の温度低下による燃費悪化を招くことなく、エンジン20の廃熱から動力を回収することができる。
(第2実施形態)
第1実施形態では、圧縮機と膨張機とが一体となった膨脹機一体型圧縮機10を用いたが、本実施形態は、図5に示すように、圧縮機33aと膨張機33bとをそれぞれ独立して設けたものである。因みに、圧縮機33aと膨張機33bとは、図示しないワンウェイクラッチを介して連結されている。
第1実施形態では、圧縮機と膨張機とが一体となった膨脹機一体型圧縮機10を用いたが、本実施形態は、図5に示すように、圧縮機33aと膨張機33bとをそれぞれ独立して設けたものである。因みに、圧縮機33aと膨張機33bとは、図示しないワンウェイクラッチを介して連結されている。
また、開閉弁34a、34bは、電子制御装置40によりその開閉が制御されるもので、空調運転モード時には開閉弁34aを開き、開閉弁34bを閉じる。一方、廃熱回収運転モード時には、開閉弁34aを閉じ、開閉弁34bを開く。
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、回収したエネルギを蓄電器にて蓄えたが、フライホィールによる運動エネルギ又はバネにより弾性エネルギ等の機械的エネルギとして蓄えてもよい。
上述の実施形態では、回収したエネルギを蓄電器にて蓄えたが、フライホィールによる運動エネルギ又はバネにより弾性エネルギ等の機械的エネルギとして蓄えてもよい。
また、上述の実施形態では、膨脹機一体型圧縮機10、圧縮機および膨張機としてベーン型の流体機械を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、廃熱回収運転モードを制御するに当たり、一定のヒステリシスを設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、本発明の適用は、車両に限定されるものではない。
また、熱機関は内燃機関に限定されるものではない。
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
10…膨脹機一体型圧縮機、11…放熱器、12…気液分離器、13…減圧器、
14…蒸発器、20…エンジン、30…加熱器、31…第1バイパス回路、
32…液ポンプ、36…制御弁、40…電子制御装置、
41…水温センサ、42…空調装置の電子制御装置
14…蒸発器、20…エンジン、30…加熱器、31…第1バイパス回路、
32…液ポンプ、36…制御弁、40…電子制御装置、
41…水温センサ、42…空調装置の電子制御装置
Claims (6)
- 熱機関(20)の廃熱にて液相流体を加熱して過熱蒸気を発生させる蒸気発生器(30)と、
前記蒸気発生器(30)にて生成された過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機(10)と、
前記膨張機(10)にて膨張を終えた蒸気を液化する凝縮器(11)と、
液相流体を前記蒸気発生器(30)に送り出す液体ポンプ(32)と、
前記蒸気発生器(30)に供給する前記熱機関(20)の廃熱量を調節する廃熱供給量調節手段(21、40)とを備え、
前記廃熱供給量調節手段(21、40)は、前記廃熱温度(Tw)が所定温度以上のときには、前記膨張機(10)に前記熱機関(20)の廃熱を前記蒸気発生手段(30)に供給し、前記廃熱温度(Tw)が所定温度未満のときには、前記膨張機(10)への廃熱供給を停止することを特徴とするランキンサイクル。 - 前記膨張機(10)に廃熱を供給し始める時の所定温度は、前記膨張機(10)への廃熱供給を停止する時の所定温度より高い温度であることを特徴とする請求項1に記載のランキンサイクル。
- 前記膨張機(10)に廃熱を供給し始める時の所定温度は、前記膨張機(10)への廃熱供給を停止する時の所定温度より高い温度であり、
さらに、前記膨張機(10)に廃熱を供給し始める時の所定温度と前記膨張機(10)への廃熱供給を停止する時の所定温度との温度差は、5deg以上、10deg以下の所定の温度差であることを特徴とする請求項1に記載のランキンサイクル。 - 前記廃熱供給量調節手段は、前記熱機関(20)から流出した流体を前記蒸気発生手段(30)に循環させる場合と循環させない場合とを切り替える弁(21)、およびこの弁(21)の作動を制御する電子制御装置(40)により構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載のランキンサイクル。
- 請求項1ないし4のいずれか1つに記載のランキンサイクル(10、11、12、32)と、
低圧の冷媒を蒸発させて低温側から熱を吸熱するとともに、蒸発した気相冷媒を圧縮して温度を上昇させて低温側から吸熱した熱を高温側に放熱する蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)と、
前記蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)の運転状態を制御する蒸気圧縮式冷凍機用制御手段(42)と、
前記ランキンサイクル(10、11、12、32)を稼動させる場合と前記蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)を稼動させる場合とを切換制御する切換制御手段(36、40)とを備え、
前記切換制御手段(36、40)は、前記蒸気圧縮式冷凍機用制御手段(42)から前記蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)を稼動させる旨の信号を受けたときには、前記ランキンサイクル(10、11、12、32)を稼動させることなく前記蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)を稼動させることを特徴とする熱サイクル。 - 前記切換制御手段(36、40)は、前記蒸気圧縮式冷凍機(10、11、12、13、14)を稼動させる時には、前記膨張機(10)を圧縮機として稼動させることを特徴とする請求項5に記載の熱サイクル。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003390893A JP2005155336A (ja) | 2003-11-20 | 2003-11-20 | ランキンサイクルおよび熱サイクル |
DE102004055695A DE102004055695A1 (de) | 2003-11-20 | 2004-11-18 | Abwärmesammelsystem mit einem Clausius-Rankine-Kreis und einem Heizkreis |
US10/993,541 US6928820B2 (en) | 2003-11-20 | 2004-11-19 | Waste heat collecting system having rankine cycle and heating cycle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003390893A JP2005155336A (ja) | 2003-11-20 | 2003-11-20 | ランキンサイクルおよび熱サイクル |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005155336A true JP2005155336A (ja) | 2005-06-16 |
Family
ID=34587458
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003390893A Pending JP2005155336A (ja) | 2003-11-20 | 2003-11-20 | ランキンサイクルおよび熱サイクル |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6928820B2 (ja) |
JP (1) | JP2005155336A (ja) |
DE (1) | DE102004055695A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009133619A1 (ja) * | 2008-05-01 | 2009-11-05 | サンデン株式会社 | 内燃機関の廃熱利用装置 |
CN102039794A (zh) * | 2009-10-13 | 2011-05-04 | 株式会社丰田自动织机 | 具有朗肯循环系统和制冷循环系统的车辆 |
JP2019157734A (ja) * | 2018-03-12 | 2019-09-19 | いすゞ自動車株式会社 | ランキンサイクルシステム、及び、ランキンサイクルシステムの制御方法 |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1441121A2 (en) * | 2003-01-27 | 2004-07-28 | Denso Corporation | Vapor-compression refrigerant cycle system with refrigeration cycle and rankine cycle |
US7249459B2 (en) * | 2003-06-20 | 2007-07-31 | Denso Corporation | Fluid machine for converting heat energy into mechanical rotational force |
JP4135626B2 (ja) * | 2003-06-23 | 2008-08-20 | 株式会社デンソー | 発熱体の廃熱利用装置 |
JP4678139B2 (ja) * | 2004-05-10 | 2011-04-27 | トヨタ自動車株式会社 | 自動車の暖房制御システム |
DE102005024685A1 (de) * | 2004-05-31 | 2005-12-29 | Denso Corp., Kariya | Wärmekreis |
JP4549941B2 (ja) * | 2004-10-05 | 2010-09-22 | 株式会社デンソー | 複合流体機械 |
JP4543920B2 (ja) * | 2004-12-22 | 2010-09-15 | 株式会社デンソー | 熱機関の廃熱利用装置 |
JP2006188156A (ja) * | 2005-01-06 | 2006-07-20 | Denso Corp | 蒸気圧縮式冷凍機 |
DE102007013817B4 (de) * | 2006-03-23 | 2009-12-03 | DENSO CORPORATION, Kariya-shi | Abwärmesammelsystem mit Expansionsvorrichtung |
JP4823936B2 (ja) * | 2006-04-19 | 2011-11-24 | 株式会社デンソー | 廃熱利用装置およびその制御方法 |
FR2913217B1 (fr) * | 2007-03-02 | 2009-09-04 | Renault Sas | Systeme et procede de gestion d'energie d'un vehicule. |
US8561405B2 (en) * | 2007-06-29 | 2013-10-22 | General Electric Company | System and method for recovering waste heat |
DE102007062580A1 (de) * | 2007-12-22 | 2009-06-25 | Daimler Ag | Verfahren zur Rückgewinnung einer Verlustwärme einer Verbrennungskraftmaschine |
JP2009167994A (ja) * | 2008-01-21 | 2009-07-30 | Sanden Corp | 内燃機関の廃熱利用装置 |
US8713939B2 (en) * | 2008-12-18 | 2014-05-06 | Mitsubishi Electric Corporation | Exhaust heat recovery system |
US8739531B2 (en) * | 2009-01-13 | 2014-06-03 | Avl Powertrain Engineering, Inc. | Hybrid power plant with waste heat recovery system |
WO2011016354A1 (ja) * | 2009-08-05 | 2011-02-10 | 三菱電機株式会社 | 排熱回生システム |
WO2012067689A1 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-24 | Modine Manufacturing Company | Rankine cycle system and method |
DE102011116662B4 (de) | 2011-10-21 | 2013-07-11 | Airbus Operations Gmbh | Toilettenmodul |
JP5788774B2 (ja) * | 2011-11-21 | 2015-10-07 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 冷却装置 |
DE102012004600A1 (de) * | 2012-03-07 | 2013-09-12 | Daimler Ag | Abwärmenutzungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug |
US8893495B2 (en) | 2012-07-16 | 2014-11-25 | Cummins Intellectual Property, Inc. | Reversible waste heat recovery system and method |
US20150000274A1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-01-01 | Cummins Inc. | Waste heat recovery system including connection to a vehicle air conditioning system |
DE102014226346A1 (de) * | 2014-12-18 | 2016-06-23 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Wärmesystem für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug |
AU2016211197A1 (en) * | 2015-01-30 | 2017-09-21 | Claudio Filippone | Waste heat recovery and conversion |
GB2551818A (en) * | 2016-06-30 | 2018-01-03 | Bowman Power Group Ltd | A system and method for recovering energy |
CN112721777B (zh) * | 2020-12-08 | 2023-04-28 | 太原市磊焱科技有限公司 | 一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4238931A (en) * | 1979-01-25 | 1980-12-16 | Energy Conservation Unlimited, Inc. | Waste heat recovery system controller |
CA1298620C (en) | 1987-06-30 | 1992-04-07 | Walter Lee Davis | Prioritization of stored messages in a digital voice paging receiver |
US5632143A (en) * | 1994-06-14 | 1997-05-27 | Ormat Industries Ltd. | Gas turbine system and method using temperature control of the exhaust gas entering the heat recovery cycle by mixing with ambient air |
WO2002031319A1 (fr) | 2000-10-10 | 2002-04-18 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Dispositif a cycle de rankine de moteur a combustion interne |
US6539720B2 (en) * | 2000-11-06 | 2003-04-01 | Capstone Turbine Corporation | Generated system bottoming cycle |
EP1441121A2 (en) | 2003-01-27 | 2004-07-28 | Denso Corporation | Vapor-compression refrigerant cycle system with refrigeration cycle and rankine cycle |
-
2003
- 2003-11-20 JP JP2003390893A patent/JP2005155336A/ja active Pending
-
2004
- 2004-11-18 DE DE102004055695A patent/DE102004055695A1/de not_active Withdrawn
- 2004-11-19 US US10/993,541 patent/US6928820B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009133619A1 (ja) * | 2008-05-01 | 2009-11-05 | サンデン株式会社 | 内燃機関の廃熱利用装置 |
CN102039794A (zh) * | 2009-10-13 | 2011-05-04 | 株式会社丰田自动织机 | 具有朗肯循环系统和制冷循环系统的车辆 |
JP2019157734A (ja) * | 2018-03-12 | 2019-09-19 | いすゞ自動車株式会社 | ランキンサイクルシステム、及び、ランキンサイクルシステムの制御方法 |
JP7077680B2 (ja) | 2018-03-12 | 2022-05-31 | いすゞ自動車株式会社 | ランキンサイクルシステム、及び、ランキンサイクルシステムの制御方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6928820B2 (en) | 2005-08-16 |
US20050109031A1 (en) | 2005-05-26 |
DE102004055695A1 (de) | 2005-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2005155336A (ja) | ランキンサイクルおよび熱サイクル | |
KR100528392B1 (ko) | 냉동 사이클 및 랭킨 사이클을 갖는 증기-압축 냉동사이클 시스템 | |
JP4277608B2 (ja) | ランキンサイクル | |
JP4654655B2 (ja) | 蒸気圧縮式冷凍機 | |
JP4823936B2 (ja) | 廃熱利用装置およびその制御方法 | |
US7152422B2 (en) | Vapor compression refrigerator | |
US7392655B2 (en) | Vapor compression refrigerating device | |
JP4682677B2 (ja) | 熱サイクル装置 | |
JP2007009897A (ja) | 熱サイクル装置および高圧保護装置 | |
JP4588644B2 (ja) | 廃熱利用装置を備える冷凍装置 | |
JP2007327668A (ja) | 廃熱利用装置を備える冷凍装置 | |
JP4078994B2 (ja) | 流体機械および廃熱回収システム | |
JP2008145022A (ja) | 廃熱利用装置を備える冷凍装置 | |
JP4016882B2 (ja) | ランキンサイクル | |
JP2005325746A (ja) | 車両用排熱回収システム | |
JP4699972B2 (ja) | 廃熱利用装置およびその制御方法 | |
JP2007218456A (ja) | 車両用廃熱利用装置およびその制御方法 | |
JP4196890B2 (ja) | 蒸気圧縮式冷凍機 | |
JP4631426B2 (ja) | 蒸気圧縮式冷凍機 | |
JP2007187332A (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP4196817B2 (ja) | 蒸気圧縮式冷凍機 | |
JP2005061260A (ja) | 廃熱回収システム | |
JP7057129B2 (ja) | 車両用廃熱回収装置 | |
JP4463659B2 (ja) | 廃熱利用装置を備える冷凍装置 | |
JP4463660B2 (ja) | 冷凍装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061018 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091013 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100223 |