JP2005273543A - Waste heat utilization device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waste heat utilization device providing excellent mountability by combining two Rankine cycle circuits capable of commonly using two different kinds of waste heat. <P>SOLUTION: The waste heat utilization device is equipped with: a Rankine cycle circuit 100 for high temperatures comprising a first heat recovering device 110 performing heat exchange of exhaust gas emitted from an engine 10 with a working fluid, a first expander 120, and a first condenser 130, which are connected by pipes in series; and a Rankine cycle circuit 200 for low temperatures comprising a second heat recovering device 210 performing heat exchange of hot water heat of the cooling water circuit of the engine 10 with the working fluid, a second expander 220, and a second condenser 230, which are connected by pipes in series. Rankine cycle circuits 100, 200 are configured so as to commonly use the first condenser 130 and the second condenser 230, which are integrally formed. Thus, excellent mountability is achieved. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、熱機関あるいは発熱補機における廃熱を利用して動力に回生する廃熱利用装置に関するものであり、特に、二つの異なった温度場の廃熱を回生するランキンサイクル回路の構成に関する。   The present invention relates to a waste heat utilization device that regenerates power by using waste heat in a heat engine or a heat generating auxiliary machine, and particularly relates to a configuration of a Rankine cycle circuit that regenerates waste heat in two different temperature fields. .

従来、この種の廃熱利用装置として、例えば、自動車などの内燃機関の廃熱を回生する技術として特許文献1および特許文献2に示されるものが知られている。特許文献1では、内燃機関から排出される排気ガスの排気熱を廃熱とし、その廃熱を回生するために、冷凍サイクルの構成部品を利用してランキンサイクル回路を形成し、その構成部品である膨張機によって排気熱を動力として回収し、その回収した動力を車両用空調装置の圧縮機に付加するように構成している。   Conventionally, as this type of waste heat utilization device, for example, those disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 are known as technologies for regenerating waste heat of an internal combustion engine such as an automobile. In Patent Document 1, exhaust heat of exhaust gas exhausted from an internal combustion engine is used as waste heat, and in order to regenerate the waste heat, a Rankine cycle circuit is formed using the components of the refrigeration cycle. The exhaust heat is recovered as power by a certain expander, and the recovered power is added to the compressor of the vehicle air conditioner.

特許文献2では、内燃機関を冷却する冷却水回路の温水熱を廃熱とし、その廃熱を回生するために、特許文献1と同じように、ランキンサイクル回路を形成し、膨張機によって温水熱を動力として回収し、その回収した動力を車両用空調装置の圧縮機に付加するように構成している(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
特開昭56−43019号公報 特開昭56−43018号公報
In Patent Document 2, the hot water heat of the cooling water circuit that cools the internal combustion engine is used as waste heat, and in order to regenerate the waste heat, a Rankine cycle circuit is formed as in Patent Document 1, and hot water heat is generated by an expander. Is recovered as power, and the recovered power is added to the compressor of the vehicle air conditioner (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
JP 56-43019 A Japanese Patent Laid-Open No. 56-43018

しかしながら、上記特許文献によれば、それぞれが一つの廃熱に対する廃熱回生技術であるが、例えば、排気熱および温水熱などの二つの異なる温度場の廃熱を回生する技術として、ランキンサイクル回路をそれぞれ独立させて形成する技術が容易に考えられる。しかし、この場合は、ランキンサイクル回路を構成する放熱器(凝縮器)が二つ必要となる。   However, according to the above-mentioned patent document, each is a waste heat regeneration technology for one waste heat. For example, as a technology for regenerating waste heat in two different temperature fields such as exhaust heat and hot water heat, Rankine cycle circuit A technique of forming each independently is conceivable. However, in this case, two radiators (condensers) constituting the Rankine cycle circuit are required.

しかも、これらの放熱器(凝縮器)は、一般的に放熱特性を向上するために外気と熱交換するように形成して、車両の走行風を受けるラジエータや車両用空調装置のコンデンサが搭載される位置に設けられることが望まれる。これにより、二つの放熱器(凝縮器)を備えると搭載性が劣る問題がある。しかも、この種の内燃機関の冷却水回路は、始動直後における暖機運転が出来るだけ短時間で所定の水温に達することが期待されるものである。   Moreover, these radiators (condensers) are generally formed so as to exchange heat with the outside air in order to improve the heat dissipation characteristics, and are mounted with a radiator for receiving the traveling wind of the vehicle or a condenser for the vehicle air conditioner. It is desirable to be provided at a certain position. Thereby, when two heat radiators (condensers) are provided, there is a problem that mountability is inferior. Moreover, this type of internal combustion engine cooling water circuit is expected to reach a predetermined water temperature in as short a time as possible during warm-up operation immediately after startup.

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、二つの異なる廃熱を共用可能な二つのランキンサイクル回路を組み合わせることで、搭載性良好な廃熱利用装置を提供することにある。   Then, the objective of this invention is in view of the said point, and is providing the waste heat utilization apparatus with favorable mounting property by combining the two Rankine cycle circuits which can share two different waste heats. .

上記、目的を達成するために、請求項1ないし請求項7に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、熱機関あるいは発熱補機における複数の廃熱のうち、高温の廃熱を作動流体に熱交換する第1熱回収器(110)、第1膨張機(120)、第1凝縮器(130)を順次配管で接続してなる高温用ランキンサイクル回路(100)と、熱機関あるいは発熱補機における複数の廃熱のうち、低温の廃熱を作動流体に熱交換する第2熱回収器(210)、第2膨張機(220)、第2凝縮器(230)を順次配管で接続してなる低温用ランキンサイクル回路(200)とを具備し、高温用ランキンサイクル回路(100)および低温用ランキンサイクル回路(200)は、第1凝縮器(130)と第2凝縮器(230)とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴としている。   In order to achieve the above object, the technical means according to claims 1 to 7 are employed. That is, according to the first aspect of the present invention, the first heat recovery device (110) and the first expander (for exchanging heat of the high-temperature waste heat with the working fluid among the plurality of waste heat in the heat engine or the heat generating auxiliary machine ( 120), a high-temperature Rankine cycle circuit (100) in which the first condenser (130) is sequentially connected by piping, and a plurality of waste heat in a heat engine or heat-generating auxiliary machine, low-temperature waste heat is used as a working fluid. A low-temperature Rankine cycle circuit (200) in which a second heat recovery unit (210), a second expander (220), and a second condenser (230) for heat exchange are sequentially connected by piping, The Rankine cycle circuit (100) and the low-temperature Rankine cycle circuit (200) are characterized in that the first condenser (130) and the second condenser (230) are formed integrally and shared. .

請求項1に記載の発明によれば、この種のランキンサイクルでは廃熱を回生するときに、第1凝縮器(130)および第2凝縮器(230)では作動流体の凝縮による放熱が伴う。本発明では、これらの凝縮器(130、230)を共用することにより、二つの凝縮器(130、230)を設けるよりも搭載性が向上できる。   According to the first aspect of the present invention, when the waste heat is regenerated in this type of Rankine cycle, the first condenser (130) and the second condenser (230) are radiated with heat due to the condensation of the working fluid. In the present invention, by sharing these condensers (130, 230), the mountability can be improved as compared with the case where two condensers (130, 230) are provided.

請求項2に記載の発明では、内燃機関(10)における複数の廃熱のうち、内燃機関(10)から排出される排気ガスを高温の廃熱として作動流体に熱交換する第1熱回収器(110)、第1膨張機(120)、第1凝縮器(130)を順次配管で接続してなる高温用ランキンサイクル回路(100)と、内燃機関(10)における複数の廃熱のうち、内燃機関(10)を冷却する冷却水回路の温水熱を低温の廃熱として作動流体に熱交換する第2熱回収器(210)、第2膨張機(220)、第2凝縮器(230)を順次配管で接続してなる低温用ランキンサイクル回路(200)とを具備し、高温用ランキンサイクル回路(100)および低温用ランキンサイクル回路(200)は、第1凝縮器(130)と第2凝縮器(230)とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴としている。   In the second aspect of the present invention, the first heat recovery unit that exchanges the exhaust gas discharged from the internal combustion engine (10) with the working fluid as high-temperature waste heat among the plurality of waste heats in the internal combustion engine (10). (110), a first expander (120), a first condenser (130) sequentially connected by piping, a high-temperature Rankine cycle circuit (100), and a plurality of waste heat in the internal combustion engine (10), A second heat recovery unit (210), a second expander (220), and a second condenser (230) that exchange heat from the hot water of the cooling water circuit that cools the internal combustion engine (10) as working waste fluid as low-temperature waste heat. And a low-temperature Rankine cycle circuit (200) in which the first condenser (130) and the second low-rank Rankine cycle circuit (200) are connected to each other. One with the condenser (230) Formed on and is characterized by being configured to share.

請求項2に記載の発明によれば、内燃機関(10)では、例えば、高温の排気熱とそれよりも温度の低い冷却水回路の温水熱とがある。本発明では、高温の排気熱を熱源とする高温用ランキンサイクル回路(100)とそれよりも低い温水熱を熱源とする低温用ランキンサイクル回路(200)とを具備し、それぞれの凝縮器(130、230)を共用することにより、二つの凝縮器(130、230)を設けるよりも搭載性が向上できる。   According to the invention described in claim 2, in the internal combustion engine (10), for example, there is high-temperature exhaust heat and hot water heat of the cooling water circuit having a temperature lower than that. In the present invention, a high-temperature Rankine cycle circuit (100) using high-temperature exhaust heat as a heat source and a low-temperature Rankine cycle circuit (200) using hot water heat lower than that as a heat source are provided, and each condenser (130 , 230), the mountability can be improved as compared with the case where two condensers (130, 230) are provided.

請求項3に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路(100)は、第1膨張機(120)の吐出側が第2膨張機(220)の吸入側に接続され、低温用ランキンサイクル回路(200)側が作動を停止しているときは、第2膨張機(220)の上流側の第2熱回収器(210)で凝縮されるように構成したことを特徴としている。   In the invention according to claim 3, the high temperature Rankine cycle circuit (100) is configured such that the discharge side of the first expander (120) is connected to the suction side of the second expander (220), and the low temperature Rankine cycle circuit (200). When the operation is stopped, the second heat recovery unit (210) on the upstream side of the second expander (220) is condensed.

請求項3に記載の発明によれば、高温用ランキンサイクル回路(100)側で放熱される熱が低温の廃熱側と熱交換されて低温の廃熱を加熱することができる。これにより、内燃機関(10)の暖機性能の短縮およびそれに伴う燃費の向上が図れる。   According to the third aspect of the present invention, the heat dissipated on the high temperature Rankine cycle circuit (100) side is heat-exchanged with the low temperature waste heat side to heat the low temperature waste heat. As a result, the warm-up performance of the internal combustion engine (10) can be shortened and the fuel consumption associated therewith can be improved.

さらに、車両用空調装置のヒータにおいても、厳寒期などヒータ能力が発揮できないときに、冷却水回路の温水熱を短時間に上昇させることができる。一方、両方のランキンサイクル回路(100、200)が同時に作動しているときは、第1膨張機(120)で膨張した後に、第2膨張機(220)においても膨張させることができるため、高温の廃熱の回生効率を高めることができる。   Further, the heater of the vehicle air conditioner can also raise the hot water heat of the cooling water circuit in a short time when the heater capacity cannot be exhibited, such as in the severe cold season. On the other hand, when both Rankine cycle circuits (100, 200) are operating at the same time, they can be expanded in the second expander (220) after being expanded in the first expander (120). Can improve the regeneration efficiency of waste heat.

請求項4に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路(100)および低温用ランキンサイクル回路(200)は、第1膨張機(120)と第2膨張機(220)とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴としている。請求項4に記載の発明によれば、具体的には、第2熱回収器(210)の下流側を第1膨張機(120)の膨張過程の中途に設けることで、第2膨張機(220)を別体で設けることが不要とすることができる。これにより、二つの膨張機(120、220)を設けるよりも搭載性が向上できる。   In the invention according to claim 4, the high temperature Rankine cycle circuit (100) and the low temperature Rankine cycle circuit (200) are formed by integrally forming the first expander (120) and the second expander (220). It is characterized by being configured to be shared. Specifically, according to the invention described in claim 4, by providing the downstream side of the second heat recovery device (210) in the middle of the expansion process of the first expander (120), the second expander ( 220) can be dispensed with separately. Thereby, mountability can be improved rather than providing two expanders (120, 220).

請求項5に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路(100)および低温用ランキンサイクル回路(200)は、第1熱回収器(110)および第2熱回収器(210)のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第1ポンプ(150)および第2ポンプ(250)が設けられたことを特徴としている。   In the invention described in claim 5, the high-temperature Rankine cycle circuit (100) and the low-temperature Rankine cycle circuit (200) are condensed into the first heat recovery device (110) and the second heat recovery device (210), respectively. The first pump (150) and the second pump (250) for pumping the working fluid are provided.

請求項5に記載の発明によれば、第1熱回収器(110)、第2熱回収器(210)におけるそれぞれの廃熱の温度場に応じた昇圧が、例えば、廃熱の温度に応じて回転数を可変させるなどの制御により容易に調節可能である。   According to the fifth aspect of the present invention, the pressure increase according to the temperature field of the waste heat in each of the first heat recovery device (110) and the second heat recovery device (210) is, for example, according to the temperature of the waste heat. Therefore, it can be easily adjusted by controlling the rotational speed.

請求項6に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路(100)および低温用ランキンサイクル回路(200)は、第1熱回収器(110)および第2熱回収器(210)のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第2ポンプ(250)と、第1熱回収器(110)もしくは第2熱回収器(210)のいずれか一方に、第2ポンプ(250)により昇圧された作動流体の流量を調節する流量調節手段(260)が設けられたことを特徴としている。   In the invention described in claim 6, the high-temperature Rankine cycle circuit (100) and the low-temperature Rankine cycle circuit (200) are condensed into the first heat recovery device (110) and the second heat recovery device (210), respectively. The working fluid pressurized by the second pump (250) is supplied to either the second pump (250) for pumping the working fluid and the first heat recovery device (110) or the second heat recovery device (210). A flow rate adjusting means (260) for adjusting the flow rate is provided.

請求項6に記載の発明によれば、また、二つのポンプ(150、250)のうち、片方を流量調節手段(260)に置き換えても第1熱回収器(110)および第2熱回収器(210)のそれぞれの廃熱の温度場に応じた昇圧が調節できる。これにより、上述の請求項5よりも部品コストの低減ができるとともに、流量調節手段(260)の方が第1第ポンプ(150)よりも小型化できることで搭載性が向上できる。   According to the sixth aspect of the present invention, the first heat recovery device (110) and the second heat recovery device can be obtained by replacing one of the two pumps (150, 250) with the flow rate adjusting means (260). The pressure increase according to the temperature field of each waste heat of (210) can be adjusted. Thereby, while being able to reduce parts cost rather than the above-mentioned Claim 5, since the flow volume adjustment means (260) can be reduced in size rather than a 1st 1st pump (150), mounting property can be improved.

請求項7に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路(100)および低温用ランキンサイクル回路(200)は、二つのランキンサイクル回路(100、200)が同時もしくはいずれか一方が作動するように制御することを特徴としている。請求項7に記載の発明によれば、熱機関もしくは発熱補機における廃熱のうちで二つの異なる温度場からの廃熱回生が容易に選択的にできる。   In the seventh aspect of the invention, the high temperature Rankine cycle circuit (100) and the low temperature Rankine cycle circuit (200) are controlled so that the two Rankine cycle circuits (100, 200) are operated simultaneously or one of them. It is characterized by doing. According to the seventh aspect of the present invention, the waste heat regeneration from two different temperature fields can be easily and selectively performed among the waste heat in the heat engine or the heat generating auxiliary machine.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment mentioned later.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態における廃熱利用装置を図1に基づいて説明する。図1は、本発明を自動車の熱機関である内燃機関(以下、エンジンと称する)10に適用した廃熱利用装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態の廃熱利用装置は、二つの異なる温度場のそれぞれの廃熱を二つのランキンサイクルで形成して廃熱回生を行なうものである。
(First embodiment)
Hereinafter, the waste heat utilization apparatus in 1st Embodiment of this invention is demonstrated based on FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a waste heat utilization apparatus in which the present invention is applied to an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 10 that is a heat engine of an automobile. The waste heat utilization apparatus of this embodiment performs waste heat regeneration by forming waste heat in two different temperature fields in two Rankine cycles.

具体的には、エンジン10から排出される排気熱と、エンジン10を冷却する冷却水回路20内に流通する冷却水の温水熱とを廃熱の熱源としている。言い換えれば、排気熱を廃熱の熱源とする高温用ランキンサイクル回路100と、温水熱を廃熱の熱源とする低温用ランキンサイクル回路200とから構成している。ただし、ランキンサイクル回路を構成する構成部品のうち、一部の部品は共用するように構成している。   Specifically, exhaust heat discharged from the engine 10 and warm water heat of the cooling water flowing in the cooling water circuit 20 that cools the engine 10 are used as heat sources for waste heat. In other words, the high-temperature Rankine cycle circuit 100 uses exhaust heat as a heat source for waste heat, and the low-temperature Rankine cycle circuit 200 uses hot water heat as a heat source for waste heat. However, some components among the components constituting the Rankine cycle circuit are configured to be shared.

より具体的に説明すると、図1に示すように、まず、低温用ランキンサイクル回路200は、第2熱回収器210、第2膨張機220、第2凝縮器230、第2受液器240および第2ポンプ250からなり、これらが順次冷媒配管で接続されて閉回路を形成している。この低温用ランキンサイクル回路200の内部には、作動流体が封入されており、電動式の第2ポンプ250によって作動流体が循環される。   More specifically, as shown in FIG. 1, first, the low temperature Rankine cycle circuit 200 includes a second heat recovery device 210, a second expander 220, a second condenser 230, a second liquid receiver 240, and It consists of the second pump 250, and these are sequentially connected by a refrigerant pipe to form a closed circuit. A working fluid is sealed inside the low-temperature Rankine cycle circuit 200, and the working fluid is circulated by the electric second pump 250.

第2熱回収器210は、冷却水回路20の近傍に設けられ、第2ポンプ250から送られる作動流体と、冷却水回路20を流通する冷却水との間で熱交換することにより作動流体を加熱する熱交換器である。本実施形態では、作動流体を1次側に流通させ、冷却水回路20を流通する冷却水を2次側に流通させて、作動流体と冷却水(温水熱)とを熱交換する対向流式の熱交換器である。   The second heat recovery unit 210 is provided in the vicinity of the cooling water circuit 20, and exchanges heat between the working fluid sent from the second pump 250 and the cooling water flowing through the cooling water circuit 20. Heat exchanger for heating. In the present embodiment, the counter flow type in which the working fluid is circulated to the primary side, the cooling water circulated through the cooling water circuit 20 is circulated to the secondary side, and the working fluid and the cooling water (warm water heat) are heat-exchanged. It is a heat exchanger.

第2膨張機220は、第2熱回収器210で加熱された過熱蒸気作動流体の膨張により回転駆動力を発生させる流体機器である。第2凝縮器230は、第2膨張機220から吐出される作動流体を大気との熱交換によって凝縮液化する熱交換器である。第2受液器240は、第2凝縮器230で凝縮された作動流体を気液2相に分離するためのレシーバーであり、ここで分離された液相作動流体のみを第2ポンプ250側に流出させる。   The second expander 220 is a fluid device that generates a rotational driving force by the expansion of the superheated steam working fluid heated by the second heat recovery unit 210. The second condenser 230 is a heat exchanger that condenses and liquefies the working fluid discharged from the second expander 220 by heat exchange with the atmosphere. The second liquid receiver 240 is a receiver for separating the working fluid condensed by the second condenser 230 into a gas-liquid two phase, and only the separated liquid-phase working fluid is sent to the second pump 250 side. Spill.

第2ポンプ250は、液相作動流体を第2熱回収器210に昇圧、圧送するためのポンプであり、所定の回転数で作動するように設定されている。なお、第2膨張機220は、後述する第1膨張機120と動力伝達装置41を介して連結されており、第2膨張機220で発生した回転駆動力は、動力伝達装置41を介して発電機40に出力される。   The second pump 250 is a pump for boosting and pumping the liquid phase working fluid to the second heat recovery unit 210, and is set to operate at a predetermined rotational speed. The second expander 220 is connected to a first expander 120, which will be described later, via a power transmission device 41, and the rotational driving force generated by the second expander 220 generates power via the power transmission device 41. Is output to the machine 40.

また、冷却水回路20には、ラジエータ21、温水ポンプ22、バイパス通路24、サーモスタット25などが設けられている。このラジエータ21は、エンジン100からの冷却水を温水ポンプ22によって循環させて冷却水と大気との熱交換により冷却する熱交換器である。そして、バイパス通路24は、ラジエータ21を迂回する通路であり、サーモスタット25によって、ラジエータ21を流通する冷却水量とラジエータ21を迂回する冷却水量とが調節されるようになっている。   The cooling water circuit 20 is provided with a radiator 21, a hot water pump 22, a bypass passage 24, a thermostat 25, and the like. The radiator 21 is a heat exchanger that circulates cooling water from the engine 100 by a hot water pump 22 and cools it by heat exchange between the cooling water and the atmosphere. The bypass passage 24 is a passage that bypasses the radiator 21, and the amount of cooling water that flows through the radiator 21 and the amount of cooling water that bypasses the radiator 21 are adjusted by the thermostat 25.

一方、高温用ランキンサイクル回路100は、第1熱回収器110、第1膨張機120、第1凝縮器130(第2凝縮器230と共用している。)、第1受液器140(第2受液器240と共用している。)、および第2ポンプ250、および第1ポンプ150からなり、これらが順次冷媒配管で接続されて閉回路を形成している。なお、本実施形態では、第1膨張機120の吐出側を第2膨張機220の吸入側と第2熱回収器210との間に接続して、第1凝縮器130が第2凝縮器230と共用するようにしている。そして、高温用ランキンサイクル回路100は、電動式の第1ポンプ150および第2ポンプ250によって作動流体が循環される。   On the other hand, the Rankine cycle circuit for high temperature 100 includes a first heat recovery device 110, a first expander 120, a first condenser 130 (shared with the second condenser 230), and a first liquid receiver 140 (first 2) and a second pump 250 and a first pump 150, which are sequentially connected by a refrigerant pipe to form a closed circuit. In the present embodiment, the discharge side of the first expander 120 is connected between the suction side of the second expander 220 and the second heat recovery unit 210 so that the first condenser 130 is connected to the second condenser 230. To share with. In the high-temperature Rankine cycle circuit 100, the working fluid is circulated by the electric first pump 150 and the second pump 250.

第1熱回収器110は、排気管11内に設けられ、第1ポンプ150および第2ポンプ250から送られる作動流体と、排気管11を流通する排気ガスとの間で熱交換することにより作動流体を加熱する熱交換器である。第1膨張機120は、第1熱回収器110で加熱された過熱蒸気作動流体の膨張により回転駆動力を発生させる流体機器である。そして、第1凝縮器130、第1受液器140は、上述したように第2凝縮器230、第2受液器240と共用したものであって、低温用ランキンサイクル回路200が同時に作動したときに流通させるようにしている。   The first heat recovery device 110 is provided in the exhaust pipe 11 and operates by exchanging heat between the working fluid sent from the first pump 150 and the second pump 250 and the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 11. It is a heat exchanger that heats a fluid. The first expander 120 is a fluid device that generates a rotational driving force by the expansion of the superheated steam working fluid heated by the first heat recovery device 110. The first condenser 130 and the first liquid receiver 140 are shared with the second condenser 230 and the second liquid receiver 240 as described above, and the low-temperature Rankine cycle circuit 200 is operated simultaneously. Sometimes it is distributed.

つまり、低温用ランキンサイクル回路200側が停止しているときに、高温用ランキンサイクル回路100のみが作動するときは、第1膨張機120で膨張減圧された作動流体が第2熱回収器210側で凝縮されて第1熱回収器110に送られるようにしている。このときには、第1膨張機120で膨張減圧された作動流体は、第2熱回収器210で凝縮するように構成している。なお、このときは、第2ポンプ250は停止している。   That is, when only the high-temperature Rankine cycle circuit 100 is operating while the low-temperature Rankine cycle circuit 200 side is stopped, the working fluid expanded and depressurized by the first expander 120 is transferred to the second heat recovery unit 210 side. The condensed water is sent to the first heat recovery device 110. At this time, the working fluid expanded and depressurized by the first expander 120 is configured to be condensed by the second heat recovery unit 210. At this time, the second pump 250 is stopped.

そして、低温用ランキンサイクル回路200側と同時に作動するときは、第1膨張機120で膨張減圧された作動流体は第2膨張機220、第1凝縮器130、第1受液器140、第2ポンプ250、第1ポンプ150を経由して第1熱回収器110に送られるようにしている。この同時作動のときは、第1膨張機120で膨張減圧された作動流体が第2膨張機120で再度膨張させた後、第1凝縮器130で凝縮されるようにしている。なお、第2ポンプ250は、液相作動流体を第1熱回収器110および第2熱回収器210に昇圧、圧送するポンプであり、第1ポンプ150と同じように所定の回転数に設定されている。   When operating simultaneously with the low temperature Rankine cycle circuit 200 side, the working fluid expanded and depressurized by the first expander 120 is the second expander 220, the first condenser 130, the first liquid receiver 140, the second The heat is sent to the first heat recovery device 110 via the pump 250 and the first pump 150. During this simultaneous operation, the working fluid expanded and depressurized by the first expander 120 is expanded again by the second expander 120 and then condensed by the first condenser 130. The second pump 250 is a pump that pressurizes and pumps the liquid-phase working fluid to the first heat recovery device 110 and the second heat recovery device 210, and is set to a predetermined rotational speed in the same manner as the first pump 150. ing.

また、第1膨張機120および第2膨張機220で発生した回転駆動力は、動力伝達装置41を介して発電機40に出力されるようになっている。そして、発電機40は、インバータ42を介してバッテリー43に接続されており、発電機40で発電された発電電力をバッテリー43に充電される。   The rotational driving force generated in the first expander 120 and the second expander 220 is output to the generator 40 via the power transmission device 41. The generator 40 is connected to the battery 43 via the inverter 42, and the battery 43 is charged with the generated power generated by the generator 40.

なお、図中に示す12は、排気管11内を流れる排気ガスの排気温度を検出する排気温センサであり、23は冷却水回路を流通する冷却水の水温を検出する水温センサである。これらの各センサ12、23は、検出された温度情報を制御装置60に出力するように接続されている。   In the figure, 12 is an exhaust temperature sensor for detecting the exhaust temperature of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 11, and 23 is a water temperature sensor for detecting the temperature of the cooling water flowing through the cooling water circuit. Each of these sensors 12 and 23 is connected to output detected temperature information to the control device 60.

そして、制御装置60は各センサ12、23からの温度情報が入力されるとともに、これらの温度情報に基づいて、上述した第1、第2ポンプ150、250、温水ポンプ22の作動、インバータ42を介した発電機40からの発電電力の充電などを制御するものである。なお、冷却水回路20には、図示しないが、車両用空調装置に設けられたヒータコアに冷却水が循環されるように形成されている。   The control device 60 receives temperature information from the sensors 12 and 23, and based on the temperature information, operates the first and second pumps 150 and 250, the hot water pump 22 and the inverter 42 described above. The charging of the generated power from the generator 40 is controlled. Although not shown, the cooling water circuit 20 is formed so that the cooling water is circulated through a heater core provided in the vehicle air conditioner.

次に、以上の構成による廃熱利用装置の作動について説明する。まず、高温用ランキンサイクル回路100側は、エンジン10が始動して、排気温センサ12で検出された排気ガス温度が所定温度以上のときに作動し、低温用ランキンサイクル回路200側は、水温センサ23により検出された水温が所定温度以上のときに作動するように制御される。   Next, the operation of the waste heat utilization apparatus having the above configuration will be described. First, the high temperature Rankine cycle circuit 100 side operates when the engine 10 is started and the exhaust gas temperature detected by the exhaust temperature sensor 12 is equal to or higher than a predetermined temperature, and the low temperature Rankine cycle circuit 200 side is a water temperature sensor. It is controlled so that it operates when the water temperature detected by 23 is above a predetermined temperature.

因みに、厳寒期など外気温度が低いときは、エンジン10を始動させても、冷却水温が所定温度以下であるときは高温用ランキンサイクル回路100のみが作動するようになっており、冷却水温が所定温度以上に達したときに両方のランキンサイクル回路100,200が作動するように制御される。   Incidentally, when the outside air temperature is low such as in the cold season, only the high-temperature Rankine cycle circuit 100 is operated when the cooling water temperature is equal to or lower than the predetermined temperature even when the engine 10 is started. Both Rankine cycle circuits 100 and 200 are controlled to operate when the temperature is exceeded.

まず、高温用ランキンサイクル回路100側のみが作動するときは、第1ポンプ150が作動することで作動流体が昇圧されて第1熱回収器110に圧送され、第1熱回収器110において作動流体は高温の排気ガスによって加熱され、過熱蒸気流体となって第1膨張機120に送られる。第1膨張機120において、作動流体は等エントロピー的に膨張減圧され、その熱エネルギーと圧力エネルギーの一部が回転駆動力に変換される。   First, when only the high temperature Rankine cycle circuit 100 side operates, the working fluid is pressurized by the first pump 150 being actuated and pumped to the first heat recovery unit 110, and the working fluid in the first heat recovery unit 110 is operated. Is heated by the high-temperature exhaust gas and is sent to the first expander 120 as superheated steam fluid. In the first expander 120, the working fluid is expanded and reduced in an isentropic manner, and part of the heat energy and pressure energy is converted into a rotational driving force.

そして、減圧されたガス化の作動流体は第2熱回収器210で凝縮液化され、凝縮された作動流体は第1ポンプ150へ流出される。これにより、第1膨張機120で発生した回転駆動力は動力伝達装置41を介して発電機40を回転する。そして、発電機40で発電された発電電力をバッテリー43に充電される。また、第2熱回収器210によりその2次側に流通する冷却水が加熱されて、冷却水回路20を流通する冷却水の水温を上昇させる。   The decompressed gasified working fluid is condensed and liquefied by the second heat recovery unit 210, and the condensed working fluid flows out to the first pump 150. Thereby, the rotational driving force generated by the first expander 120 rotates the generator 40 via the power transmission device 41. Then, the battery 43 is charged with the generated power generated by the generator 40. Moreover, the cooling water which distribute | circulates to the secondary side is heated by the 2nd heat recovery device 210, and the water temperature of the cooling water which distribute | circulates the cooling water circuit 20 is raised.

これにより、エンジン10始動直後の暖機性能の短縮およびそれに伴う燃費の向上が図れる。さらに、車両用空調装置のヒータコアにおいても、厳寒期などヒータ能力が発揮できないときに、冷却水回路の温水を高めることが容易にできる。   As a result, it is possible to shorten the warm-up performance immediately after the engine 10 is started and to improve the fuel consumption associated therewith. Further, the heater core of the vehicle air conditioner can also easily increase the hot water in the cooling water circuit when the heater capability cannot be exhibited such as in the cold season.

そして、冷却水回路20の冷却水温が所定温度以上に達すると低温用ランキンサイクル回路200が作動する。つまり、両方のランキンサイクル回路100、200が同時作動となる。低温用ランキンサイクル回路200側では、第2ポンプ250の作動で、作動流体が昇圧されて第2熱回収器210に圧送され、第2熱回収器210において作動流体は、冷却水回路20の温水熱によって加熱され、過熱蒸気流体となって第2膨張機220に送られる。第2膨張機220において、作動流体は等エントロピー的に膨張減圧され、その熱エネルギーと圧力エネルギーの一部が回転駆動力に変換される。   When the coolant temperature of the coolant circuit 20 reaches a predetermined temperature or higher, the low-temperature Rankine cycle circuit 200 operates. That is, both Rankine cycle circuits 100 and 200 operate simultaneously. On the low-temperature Rankine cycle circuit 200 side, the working fluid is pressurized by the operation of the second pump 250 and is pumped to the second heat recovery unit 210, and the working fluid is the hot water of the cooling water circuit 20 in the second heat recovery unit 210. Heated by heat, becomes superheated steam fluid and sent to the second expander 220. In the second expander 220, the working fluid is expanded and reduced in an isentropic manner, and part of the heat energy and pressure energy is converted into a rotational driving force.

そして、減圧されたガス化の作動流体は第2凝縮器230で凝縮液化され、凝縮された作動流体は第2受液器240で気液2相に分離され、液化作動流体が再び第2ポンプ250へ流出される。ここで、第2凝縮器230の凝縮による放熱は大気と熱交換される。そして、第2膨張機220で発生した回転駆動力は動力伝達装置41を介して発電機40を回転する。そして、発電機40で発電された発電電力をバッテリー43に充電される。   The decompressed gasified working fluid is condensed and liquefied by the second condenser 230, the condensed working fluid is separated into two phases by the second receiver 240, and the liquefied working fluid is again supplied to the second pump. To 250. Here, the heat released by the condensation of the second condenser 230 is exchanged with the atmosphere. The rotational driving force generated by the second expander 220 rotates the generator 40 via the power transmission device 41. Then, the battery 43 is charged with the generated power generated by the generator 40.

一方、高温用ランキンサイクル回路100側では、第1膨張機120で減圧された作動流体が第2膨張機220で再度膨張されて回転駆動力を発生する。そして、減圧されたガス化の作動流体は第2凝縮器230で凝縮液化され、凝縮された作動流体は第2受液器240で気液2相に分離され、液化作動流体が第2ポンプ250で昇圧され、再び第1ポンプ150へ流出される。   On the other hand, on the high temperature Rankine cycle circuit 100 side, the working fluid decompressed by the first expander 120 is expanded again by the second expander 220 to generate a rotational driving force. The decompressed gasified working fluid is condensed and liquefied by the second condenser 230, the condensed working fluid is separated into two phases by the second receiver 240, and the liquefied working fluid is converted into the second pump 250. The pressure is increased and flows out again to the first pump 150.

これにより、第1熱回収器110で排気熱の廃熱を回収でき、第2熱回収器210で温水熱の二つの異なる温度場の廃熱を回収できるとともに、その廃熱により廃熱回生ができる。なお、低温用ランキンサイクル回路200が作動しているときは、冷却水回路20の冷却水の水温が所定温度を超えないようにサーモスタット25によりラジエータ21を流通する冷却水量を調節して冷却している。   Thereby, the waste heat of the exhaust heat can be recovered by the first heat recovery device 110, and the waste heat of the two different temperature fields of the hot water heat can be recovered by the second heat recovery device 210, and the waste heat regeneration is caused by the waste heat. it can. When the low-temperature Rankine cycle circuit 200 is operating, the thermostat 25 adjusts the amount of cooling water flowing through the radiator 21 so that the cooling water temperature of the cooling water circuit 20 does not exceed a predetermined temperature. Yes.

また、本実施形態では、低温用ランキンサイクル回路200と高温用ランキンサイクル回路100との作動を水温センサ23および排気温センサ12からの温度情報に基づいて自動的に制御させたが、これらを両方同時に作動させる、もしくはどちらか一方のみを作動させるようにいずれかを選択するようにして作動させても良い。さらに、本実施形態では、第1受熱器140を第2受熱器240と共用させたが、高温用ランキンサイクル回路100内、つまり、第1ポンプ150の上流側に第1受熱器140を設けても良い。   In the present embodiment, the operations of the low temperature Rankine cycle circuit 200 and the high temperature Rankine cycle circuit 100 are automatically controlled based on the temperature information from the water temperature sensor 23 and the exhaust temperature sensor 12. You may operate | move by selecting either so that it may operate | move simultaneously or only one may be operated. Furthermore, in this embodiment, the first heat receiver 140 is shared with the second heat receiver 240, but the first heat receiver 140 is provided in the high-temperature Rankine cycle circuit 100, that is, upstream of the first pump 150. Also good.

以上の第1実施形態による廃熱利用装置によれば、熱機関であるエンジン10では、例えば、高温の排気熱とそれよりも温度の低い冷却水回路20の温水熱とがある。本発明では、高温の排気熱を熱源とする高温用ランキンサイクル回路100とそれよりも低い温水熱を熱源とする低温用ランキンサイクル回路200とを具備し、それぞれの凝縮器130、230を共用することにより、二つの凝縮器130、230を設けるよりも搭載性が向上できる。   According to the waste heat utilization apparatus according to the first embodiment described above, the engine 10 that is a heat engine has, for example, high-temperature exhaust heat and hot water heat of the cooling water circuit 20 having a temperature lower than that. In the present invention, a high-temperature Rankine cycle circuit 100 using high-temperature exhaust heat as a heat source and a low-temperature Rankine cycle circuit 200 using hot water heat lower than that are used as heat sources, and the condensers 130 and 230 are shared. Thus, the mountability can be improved as compared with the case where the two condensers 130 and 230 are provided.

また、具体的に、高温用ランキンサイクル回路100は、第1膨張機120の吐出側が第2膨張機220の吸入側に接続され、低温用ランキンサイクル回路200側が作動を停止しているときは、第2熱回収器210で凝縮されるように構成したことにより、高温用ランキンサイクル回路100側で放熱される熱により冷却水回路20の温水熱を第2熱回収器210で加熱することができる。これにより、エンジン10の暖機性能の短縮およびそれに伴う燃費の向上が図れる。   Specifically, the high-temperature Rankine cycle circuit 100 is configured such that when the discharge side of the first expander 120 is connected to the suction side of the second expander 220 and the low-temperature Rankine cycle circuit 200 side is not operating, By being configured to be condensed by the second heat recovery unit 210, the hot water heat of the cooling water circuit 20 can be heated by the second heat recovery unit 210 by the heat radiated on the high temperature Rankine cycle circuit 100 side. . Thereby, the warm-up performance of the engine 10 can be shortened and the fuel consumption associated therewith can be improved.

さらに、車両用空調装置のヒータにおいても、厳寒期などヒータ能力が発揮できないときに、冷却水回路20の温水熱を短時間に上昇させることができる。一方、両方のランキンサイクル回路100、200が同時に作動しているときは、第1膨張機120で膨張した後に、第2膨張機220においても膨張させることができるため、高温の廃熱の回生効率を高めることができる。   Further, even in the heater of the vehicle air conditioner, the hot water heat of the cooling water circuit 20 can be raised in a short time when the heater capacity cannot be exhibited, such as in the severe cold season. On the other hand, when both Rankine cycle circuits 100 and 200 are operating simultaneously, they can be expanded in the second expander 220 after being expanded in the first expander 120, so that the regeneration efficiency of the high-temperature waste heat is increased. Can be increased.

なお、高温用ランキンサイクル回路100および低温用ランキンサイクル回路200は、第1熱回収器110および第2熱回収器210のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第1ポンプ150および第2ポンプ250が設けられたことにより、第1熱回収器110、第2熱回収器210におけるそれぞれの廃熱の温度場に応じた昇圧が、例えば、廃熱の温度に応じて回転数を可変させるなどの制御により容易に調節可能である。   The high-temperature Rankine cycle circuit 100 and the low-temperature Rankine cycle circuit 200 include a first pump 150 and a second pump 250 that pump the working fluid condensed in the first heat recovery device 110 and the second heat recovery device 210, respectively. Is provided, the pressure increase according to the temperature field of the waste heat in each of the first heat recovery device 110 and the second heat recovery device 210 is, for example, changing the number of rotations according to the temperature of the waste heat. It can be easily adjusted by control.

そして、高温用ランキンサイクル回路100および低温用ランキンサイクル回路200は、二つのランキンサイクル回路100、200が同時もしくはいずれか一方が作動するように制御することにより、エンジン10における廃熱のうち、排気熱および温水熱などの二つの異なる温度場からの廃熱回生が容易に選択的にできる。   The high-rank Rankine cycle circuit 100 and the low-temperature Rankine cycle circuit 200 control the two Rankine cycle circuits 100 and 200 so that either one of them operates or one of them operates, so that exhaust gas out of waste heat in the engine 10 is exhausted. Waste heat regeneration from two different temperature fields such as heat and hot water heat can be easily and selectively performed.

(第2実施形態)
以上の第1実施形態では、高温用ランキンサイクル回路100側の第1膨張機120と低温用ランキンサイクル回路200側の第2膨張機220とを連結して回転駆動力を発生させたが、これに限らず、第1膨張機120と第2膨張機220とを一体構成させても良い。具体的には、図2に示すように、第2膨張機220を設けずに第1膨張機120を一体に構成し、膨張過程の中途に中間取り出し口120aを設けるとともに、この中間取り出し口120aと第2熱回収器210の下流側とを接続したものである。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the first expander 120 on the high temperature Rankine cycle circuit 100 side and the second expander 220 on the low temperature Rankine cycle circuit 200 side are connected to generate the rotational driving force. Not limited to this, the first expander 120 and the second expander 220 may be integrally configured. Specifically, as shown in FIG. 2, the first expander 120 is integrally formed without providing the second expander 220, and an intermediate outlet 120a is provided in the middle of the expansion process, and this intermediate outlet 120a is provided. And the downstream side of the second heat recovery unit 210 are connected.

そして、低温用ランキンサイクル回路200側の作動に基づいて、つまり、低温用ランキンサイクル回路200側が停止状態のときは、第1膨張機120で膨張された作動流体を中間取り出し口120aから第2熱回収器210側に送り出し、低温用ランキンサイクル回路200側が作動状態のときは、第1膨張機120で膨張された作動流体を再度膨張させて第2凝縮器230側に送り出すようにしている。   Based on the operation on the low temperature Rankine cycle circuit 200 side, that is, when the low temperature Rankine cycle circuit 200 side is in a stopped state, the working fluid expanded by the first expander 120 is discharged from the intermediate outlet 120a to the second heat. When the low temperature Rankine cycle circuit 200 side is in an operating state, the working fluid expanded by the first expander 120 is expanded again and sent to the second condenser 230 side.

以上の構成によれば、第2熱回収器210の下流端を第1膨張機120における膨張過程の中途の中間取り出し口120aに接続することで、第2膨張機220を別体で設けることが不要とすることができる。これにより、二つの膨張機120、220を設けるよりも搭載性が向上できる。   According to the above configuration, the second expander 220 can be provided separately by connecting the downstream end of the second heat recovery unit 210 to the intermediate extraction port 120a in the middle of the expansion process in the first expander 120. It can be unnecessary. Thereby, mountability can be improved rather than providing two expanders 120 and 220.

(第3実施形態)
以上の実施形態では、第1膨張機120と第2膨張機220とを連結もしくは一体構成に構成して、第1膨張機120で膨張減圧した作動流体を再度膨張させるようにしたが、これに限らず、図3に示すように、第1膨張機120の吐出側に第2膨張機220の吐出側を接続して、第2凝縮器230に接続するように構成しても良い。これによれば、第1膨張機120と第2膨張機220とがそれぞれ単独に回転駆動力が発生できる。
(Third embodiment)
In the above embodiment, the first expander 120 and the second expander 220 are connected or integrally configured so that the working fluid expanded and depressurized by the first expander 120 is expanded again. Not limited to this, as shown in FIG. 3, the discharge side of the second expander 220 may be connected to the discharge side of the first expander 120 and connected to the second condenser 230. According to this, each of the first expander 120 and the second expander 220 can generate a rotational driving force independently.

さらに、第1膨張機120の吐出側と第2膨張機220の吸入側とを接続し、その中途に開閉弁160を設けて、低温用ランキンサイクル回路200が停止のときに、開閉弁160を開弁させるように制御しても良い。これによれば、冷却水回路20の水温が所定温度以下のときに、第2熱回収器210で冷却水回路20の冷却水を加熱することができる。これにより、第1実施形態と同じように、エンジン10の暖機性能の短縮およびそれに伴う燃費の向上が図れる。また、車両用空調装置のヒータにおいても、厳寒期などヒータ能力が発揮できないときに、冷却水回路20の温水熱を短時間に上昇させることができる。   Further, the discharge side of the first expander 120 and the suction side of the second expander 220 are connected, and an on-off valve 160 is provided in the middle thereof. When the low-temperature Rankine cycle circuit 200 is stopped, the on-off valve 160 is You may control to open a valve. According to this, when the water temperature of the cooling water circuit 20 is below a predetermined temperature, the cooling water of the cooling water circuit 20 can be heated by the second heat recovery device 210. As a result, as in the first embodiment, the warm-up performance of the engine 10 can be shortened and the fuel consumption associated therewith can be improved. Further, the heater of the vehicle air conditioner can also raise the hot water heat of the cooling water circuit 20 in a short time when the heater capacity cannot be exhibited such as in the cold season.

(他の実施形態)
以上の実施形態では、第1熱回収器110および第2熱回収器210のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第1ポンプ150および第2ポンプ250を設けたが、これに限らず、図4に示すように、第1熱回収器110の上流側の第1ポンプ150を廃止して第2熱回収器210の上流側に流量調節手段である流量調節弁260を設けても良い。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the first pump 150 and the second pump 250 that pump the condensed working fluid are provided in the first heat recovery device 110 and the second heat recovery device 210, respectively. As shown in FIG. 4, the first pump 150 on the upstream side of the first heat recovery unit 110 may be abolished and a flow rate adjustment valve 260 that is a flow rate adjusting means may be provided on the upstream side of the second heat recovery unit 210.

この流量調節弁260は、弁開度に応じて流量を調節する弁であり、第1熱回収器110と第2熱回収器210との流量配分を第2ポンプ250の出力と弁開度とで設定する。また、以上の構成によれば、第1ポンプ150を廃止して流量調節弁260に置き換えることで、上記実施形態の二つのポンプ150、250を設けるものよりも、部品コストの低減ができるとともに、流量調節弁260の方が第1ポンプ150よりも小型化できることで搭載性が向上できる。   The flow rate adjustment valve 260 is a valve that adjusts the flow rate according to the valve opening, and distributes the flow rate between the first heat recovery device 110 and the second heat recovery device 210 according to the output of the second pump 250 and the valve opening. Set with. In addition, according to the above configuration, by eliminating the first pump 150 and replacing it with the flow rate control valve 260, the cost of parts can be reduced as compared with the case where the two pumps 150 and 250 of the above embodiment are provided. Since the flow rate adjustment valve 260 can be made smaller than the first pump 150, the mountability can be improved.

ただし、本実施形態では、エンジン10始動直後の冷却水回路が冷えているときの、エンジン10の暖機性能の短縮、燃費の向上、および車両用空調装置のヒータにおける冷却水回路20の温水熱を短時間に上昇させることができる第1実施形態の効果を期待することはできない。   However, in this embodiment, when the coolant circuit immediately after the engine 10 is started is cooled, the warm-up performance of the engine 10 is shortened, the fuel consumption is improved, and the warm water heat of the coolant circuit 20 in the heater of the vehicle air conditioner. It is not possible to expect the effect of the first embodiment that can raise the temperature in a short time.

また、以上の実施形態では、高温用ランキンサイクル回路100および低温用ランキンサイクル回路200で廃熱回生した回転駆動力を発電機40に出力してバッテリー43に充電するように構成したが、これに限らず、例えば、車両用空調装置の圧縮機を駆動させるとか他の用途の動力源として利用しても良い。   In the above embodiment, the rotational driving force recovered from the waste heat in the high temperature Rankine cycle circuit 100 and the low temperature Rankine cycle circuit 200 is output to the generator 40 to charge the battery 43. For example, the compressor of a vehicle air conditioner may be driven or used as a power source for other purposes.

また、以上の実施形態では、熱機関であるエンジン10の廃熱のうち、排気熱と冷却水回路の温水熱を廃熱の熱源として、高温用ランキンサイクル回路100および低温用ランキンサイクル回路200で廃熱回生するように構成したが、これに限らず、例えば、燃料電池車に搭載される燃料電池の廃熱、もしくは、燃料電池の他に車両には、例えば、電動モータ、電動ポンプ、インバータなど作動により発熱する発熱補機類の廃熱のうち、高温用と低温用の二つの異なる温度場の廃熱を組み合わせるように構成しても良い。   In the above embodiment, the exhaust heat and the hot water heat of the cooling water circuit out of the waste heat of the engine 10 that is the heat engine are used as the heat sources of the waste heat, and the high temperature Rankine cycle circuit 100 and the low temperature Rankine cycle circuit 200 are used. Although it was configured to regenerate waste heat, the present invention is not limited to this. For example, waste heat of a fuel cell mounted on a fuel cell vehicle, or a vehicle other than a fuel cell includes, for example, an electric motor, an electric pump, an inverter Among the waste heats of the heat-generating auxiliary machines that generate heat by the operation, the waste heats of two different temperature fields for high temperature and low temperature may be combined.

本発明の第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 of this invention. 本発明の第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 of this invention. 本発明の第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 of this invention. 他の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 other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…エンジン(内燃機関)
100…高温用ランキンサイクル回路
110…第1熱回収器
120…第1膨張機
130…第1凝縮器
150…第1ポンプ
200…低温用ランキンサイクル回路
210…第2熱回収器
220…第2膨張機
230…第2凝縮器
250…第2ポンプ
260…流量調節弁(流量調節手段)
10. Engine (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... High temperature Rankine cycle circuit 110 ... 1st heat recovery device 120 ... 1st expander 130 ... 1st condenser 150 ... 1st pump 200 ... Low temperature Rankine cycle circuit 210 ... 2nd heat recovery device 220 ... 2nd expansion Machine 230 ... second condenser 250 ... second pump 260 ... flow rate regulating valve (flow rate regulating means)

Claims (7)

熱機関あるいは発熱補機における複数の廃熱のうち、高温の廃熱を作動流体に熱交換する第1熱回収器(110)、第1膨張機(120)、第1凝縮器(130)を順次配管で接続してなる高温用ランキンサイクル回路(100)と、
熱機関あるいは発熱補機における複数の廃熱のうち、低温の廃熱を作動流体に熱交換する第2熱回収器(210)、第2膨張機(220)、第2凝縮器(230)を順次配管で接続してなる低温用ランキンサイクル回路(200)とを具備し、
前記高温用ランキンサイクル回路(100)および前記低温用ランキンサイクル回路(200)は、前記第1凝縮器(130)と前記第2凝縮器(230)とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴とする廃熱利用装置。
A first heat recovery unit (110), a first expander (120), and a first condenser (130) for exchanging heat of high-temperature waste heat with a working fluid among a plurality of waste heat in a heat engine or a heat generating auxiliary machine. A high-temperature Rankine cycle circuit (100) connected by sequential piping;
A second heat recovery unit (210), a second expander (220), and a second condenser (230) for exchanging heat of the low-temperature waste heat to a working fluid among a plurality of waste heats in the heat engine or heat generation auxiliary machine. A low temperature Rankine cycle circuit (200) connected by sequential piping,
The high temperature Rankine cycle circuit (100) and the low temperature Rankine cycle circuit (200) are configured such that the first condenser (130) and the second condenser (230) are integrally formed and shared. Waste heat utilization device characterized by that.
内燃機関(10)における複数の廃熱のうち、前記内燃機関(10)から排出される排気ガスを高温の廃熱として作動流体に熱交換する第1熱回収器(110)、第1膨張機(120)、第1凝縮器(130)を順次配管で接続してなる高温用ランキンサイクル回路(100)と、
前記内燃機関(10)における複数の廃熱のうち、前記内燃機関(10)を冷却する冷却水回路の温水熱を低温の廃熱として作動流体に熱交換する第2熱回収器(210)、第2膨張機(220)、第2凝縮器(230)を順次配管で接続してなる低温用ランキンサイクル回路(200)とを具備し、
前記高温用ランキンサイクル回路(100)および前記低温用ランキンサイクル回路(200)は、前記第1凝縮器(130)と前記第2凝縮器(230)とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴とする廃熱利用装置。
A first heat recovery device (110) and a first expander for exchanging heat of exhaust gas exhausted from the internal combustion engine (10) as a high-temperature waste heat to a working fluid among a plurality of waste heats in the internal combustion engine (10). (120), a high-temperature Rankine cycle circuit (100) formed by sequentially connecting the first condenser (130) by piping;
A second heat recovery unit (210) for exchanging heat from the plurality of waste heat in the internal combustion engine (10) to the working fluid using hot water heat of a cooling water circuit that cools the internal combustion engine (10) as low-temperature waste heat; A low-temperature Rankine cycle circuit (200) formed by sequentially connecting a second expander (220) and a second condenser (230) by piping;
The high temperature Rankine cycle circuit (100) and the low temperature Rankine cycle circuit (200) are configured such that the first condenser (130) and the second condenser (230) are integrally formed and shared. Waste heat utilization device characterized by that.
前記高温用ランキンサイクル回路(100)は、前記第1膨張機(120)の吐出側が前記第2膨張機(220)の吸入側に接続され、前記低温用ランキンサイクル回路(200)側が作動を停止しているときは、前記第2膨張機(220)の上流側の前記第2熱回収器(210)で凝縮されるように構成したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の廃熱利用装置。   In the high temperature Rankine cycle circuit (100), the discharge side of the first expander (120) is connected to the suction side of the second expander (220), and the low temperature Rankine cycle circuit (200) side stops operating. 3. The apparatus according to claim 1, wherein the second heat recovery unit is configured to be condensed in the second heat recovery unit on the upstream side of the second expander. Waste heat utilization equipment. 前記高温用ランキンサイクル回路(100)および前記低温用ランキンサイクル回路(200)は、前記第1膨張機(120)と前記第2膨張機(220)とを一体に形成して共用するように構成したことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の廃熱利用装置。   The high temperature Rankine cycle circuit (100) and the low temperature Rankine cycle circuit (200) are configured so that the first expander (120) and the second expander (220) are formed integrally. The waste heat utilization apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the waste heat utilization apparatus is provided. 前記高温用ランキンサイクル回路(100)および前記低温用ランキンサイクル回路(200)は、前記第1熱回収器(110)および前記第2熱回収器(210)のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第1ポンプ(150)および第2ポンプ(250)が設けられたことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の廃熱利用装置。   The high temperature Rankine cycle circuit (100) and the low temperature Rankine cycle circuit (200) pump the working fluid condensed in each of the first heat recovery unit (110) and the second heat recovery unit (210). The waste heat utilization apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a first pump (150) and a second pump (250) are provided. 前記高温用ランキンサイクル回路(100)および前記低温用ランキンサイクル回路(200)は、前記第1熱回収器(110)および前記第2熱回収器(210)のそれぞれに凝縮された作動流体を圧送する第2ポンプ(250)と、前記第1熱回収器(110)もしくは前記第2熱回収器(210)のいずれか一方に、前記第2ポンプ(250)により昇圧された作動流体の流量を調節する流量調整手段(260)が設けられたことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の廃熱利用装置。   The high temperature Rankine cycle circuit (100) and the low temperature Rankine cycle circuit (200) pump the working fluid condensed in each of the first heat recovery unit (110) and the second heat recovery unit (210). The flow rate of the working fluid boosted by the second pump (250) to either the second pump (250) and the first heat recovery unit (110) or the second heat recovery unit (210). The waste heat utilization apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a flow rate adjusting means (260) for adjusting. 前記高温用ランキンサイクル回路(100)および前記低温用ランキンサイクル回路(200)は、二つのランキンサイクル回路(100、200)が同時もしくはいずれか一方が作動するように制御することを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の廃熱利用装置。   The high temperature Rankine cycle circuit (100) and the low temperature Rankine cycle circuit (200) are controlled such that two Rankine cycle circuits (100, 200) are operated simultaneously or one of them. The waste heat utilization apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 6.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007127060A (en) * 2005-11-04 2007-05-24 Ebara Corp Drive system
JP2007309312A (en) * 2006-04-19 2007-11-29 Denso Corp Waste heat using device and its control method
JP2008128254A (en) * 2006-11-24 2008-06-05 Behr Gmbh & Co Kg System having organic rankine cycle circulation for driving at least one inflating device, heat exchanger for driving inflating device, and method for operating at least one inflating device
JP2008255959A (en) * 2007-04-09 2008-10-23 Sanden Corp Waste heat utilization apparatus of internal combustion engine
WO2009119185A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-01 いすゞ自動車株式会社 Waste heat recovering device
JP2009250139A (en) * 2008-04-08 2009-10-29 Toyota Motor Corp Engine waste heat collection system
US20110056202A1 (en) * 2007-12-22 2011-03-10 Gaertner Jan Method for recovering heat losses of an internal combustion engine
JP2011511209A (en) * 2008-02-07 2011-04-07 シティ ユニヴァーシティ Power generation from medium temperature heat source
CN102022221A (en) * 2010-12-03 2011-04-20 北京工业大学 Organic Rankine cycle diesel engine tail gas and waste heat utilization system using two-stage single-screw expanding machine

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104929705A (en) * 2015-06-09 2015-09-23 同济大学 Simplified step recovery gas internal combustion engine waste heat system
CN106246407A (en) * 2016-08-25 2016-12-21 广西大学 A kind of system optimizing engine exhaust heat recovery

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007127060A (en) * 2005-11-04 2007-05-24 Ebara Corp Drive system
JP2007309312A (en) * 2006-04-19 2007-11-29 Denso Corp Waste heat using device and its control method
JP2008128254A (en) * 2006-11-24 2008-06-05 Behr Gmbh & Co Kg System having organic rankine cycle circulation for driving at least one inflating device, heat exchanger for driving inflating device, and method for operating at least one inflating device
JP2008255959A (en) * 2007-04-09 2008-10-23 Sanden Corp Waste heat utilization apparatus of internal combustion engine
US20110056202A1 (en) * 2007-12-22 2011-03-10 Gaertner Jan Method for recovering heat losses of an internal combustion engine
US8783032B2 (en) * 2007-12-22 2014-07-22 Daimler Ag Method for recovering heat losses of an internal combustion engine
JP2011511209A (en) * 2008-02-07 2011-04-07 シティ ユニヴァーシティ Power generation from medium temperature heat source
US20110005477A1 (en) * 2008-03-27 2011-01-13 Isuzu Motors Limited Waste heat recovering device
JP2009236014A (en) * 2008-03-27 2009-10-15 Isuzu Motors Ltd Waste heat recovery system
US8567193B2 (en) 2008-03-27 2013-10-29 Isuzu Motors Limited Waste heat recovering device
WO2009119185A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-01 いすゞ自動車株式会社 Waste heat recovering device
JP2009250139A (en) * 2008-04-08 2009-10-29 Toyota Motor Corp Engine waste heat collection system
CN102022221A (en) * 2010-12-03 2011-04-20 北京工业大学 Organic Rankine cycle diesel engine tail gas and waste heat utilization system using two-stage single-screw expanding machine

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