JP2005282363A - Waste heat management device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a waste heat management device which enhances regeneration efficiencies of the overall waste heat regeneration system, and has favorable suitability for installation by combining two different waste heat with two Rankine cycle circuits. <P>SOLUTION: The waste heat management device is provided with a Rankine cycle circuit 100 for high temperature and a Rankine cycle circuit 200 for low temperature. The Rankine cycle circuit 100 is constituted by connecting a first heat-recovering device 110, a first expander 120, and a first condenser 130 by piping one by one. The first heat-recovering device heat-exchanges the exhaust gas discharged from an engine 10 into a working fluid. Then the Rankine cycle circuit 200 is constituted by connecting a second heat-recovering device 210, a second expander 220, and a second condenser 230 by piping one by one. The second heat-recovering device heat-exchanges the warm water heat in a circuit for cooling water for the engine 10 into the working fluid. Then the Rankine cycle circuit 200 for low temperature is constituted so that it recovers the heat dissipated by the first condenser 130 and the warm water heat in the circuit for cooling water by the second heat-recovering device 210. Thus, regeneration efficiencies of the overall waste heat regeneration system is enhanced, and favorable suitability for installation is realized. <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）は大気と熱交換するものであるため、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。さらに、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, since these radiators (condensers) exchange heat with the atmosphere, it is desirable that they be provided at a position where a radiator for receiving the traveling wind of the vehicle and a condenser of the vehicle air conditioner are mounted. Thereby, when two heat radiators (condensers) are provided, there is a problem that mountability is inferior. Further, this type of internal combustion engine cooling water circuit is expected to reach a predetermined water temperature in the shortest possible time for 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二つのランキンサイクル回路を組み合わせることで、廃熱回生システム全体の回生効率を高めるとともに搭載性良好な廃熱利用装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to take the above-mentioned points into consideration, and by combining two Rankine cycle circuits with two different waste heats, the heat efficiency of the waste heat regeneration system as a whole is improved, and the waste heat with good mountability. It is to provide a utilization device.

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項１４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、低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記高温用ランキンサイクル回路（１００）で放熱される熱を熱源の一部として利用する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 14 are employed. That is, in 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 (200) uses heat radiated from the high temperature Rankine cycle circuit (100) as a part of a heat source.

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って放熱が伴う。本発明では、二つのランキンサイクル回路（１００、２００）を具備し、高温用ランキンサイクル回路（１００）で放熱される熱を低温用ランキンサイクル回路（２００）で熱源の一部として利用することにより、低温用ランキンサイクル回路（２００）側の廃熱回生の動力が増加することで廃熱回生システム全体の回生効率を高めることができる。   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) generate heat by condensation of the working fluid. In the present invention, two Rankine cycle circuits (100, 200) are provided, and the heat dissipated in the high temperature Rankine cycle circuit (100) is used as a part of the heat source in the low temperature Rankine cycle circuit (200). The regeneration efficiency of the whole waste heat regeneration system can be increased by increasing the power of waste heat regeneration on the low temperature Rankine cycle circuit (200) side.

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、低温用ランキンサイクル回路（２００）は、高温用ランキンサイクル回路（１００）で放熱される熱を熱源の一部として利用する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. The low-temperature Rankine cycle circuit (200) is formed by sequentially connecting the two by piping, and the low-temperature Rankine cycle circuit (200) uses heat radiated by the high-temperature Rankine cycle circuit (100) as part of the heat source. It is characterized by using There.

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）で放熱される熱を低温用ランキンサイクル回路（２００）側で有効に利用することで、上述した請求項１と同じように、低温用ランキンサイクル回路（２００）側の廃熱回生の動力が増加することで廃熱回生システム全体の回生効率を高めることができる。   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, the heat dissipated by the high-temperature Rankine cycle circuit (100) using the high-temperature exhaust heat as a heat source is effectively used on the low-temperature Rankine cycle circuit (200) side, so that it is the same as in the first aspect described above. Thus, the regeneration efficiency of the whole waste heat regeneration system can be increased by increasing the power of waste heat regeneration on the low temperature Rankine cycle circuit (200) side.

請求項３に記載の発明では、低温用ランキンサイクル回路（２００）は、高温用ランキンサイクル回路（１００）で放熱される熱を利用して低温の廃熱を加熱するように構成されることを特徴としている。請求項３に記載の発明によれば、低温側の廃熱の温度を上昇させることができるため低温用ランキンサイクル回路（２００）側の廃熱回生の動力を増加させることができる。   In the invention according to claim 3, the low temperature Rankine cycle circuit (200) is configured to heat the low temperature waste heat using the heat dissipated in the high temperature Rankine cycle circuit (100). It is a feature. According to the third aspect of the present invention, the temperature of the waste heat on the low temperature side can be increased, so that the power of waste heat regeneration on the low temperature Rankine cycle circuit (200) side can be increased.

請求項４に記載の発明では、低温用ランキンサイクル回路（２００）は、高温用ランキンサイクル回路（１００）の第１凝縮器（１３０）で放熱される熱と低温の廃熱とを第２熱回収器（２１０）で回収するように構成される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、二つの凝縮器（１３０、２３０）のうち、第１凝縮器（１３０）は低温用ランキンサイクル回路（２００）内に設けられることで、大気と熱交換される第２凝縮器（２３０）のみ、車両のラジエータや車両用空調装置のコンデンサの近傍に搭載すれば良い。これにより、搭載性が良好となる。   In the invention according to claim 4, the low temperature Rankine cycle circuit (200) converts the heat radiated by the first condenser (130) of the high temperature Rankine cycle circuit (100) and the low temperature waste heat into the second heat. It is characterized by being comprised so that it may collect | recover with a collector (210). Specifically, according to the invention described in claim 4, of the two condensers (130, 230), the first condenser (130) is provided in the low-temperature Rankine cycle circuit (200). Only the second condenser (230) that exchanges heat with the atmosphere may be mounted in the vicinity of the vehicle radiator or the condenser of the vehicle air conditioner. Thereby, mountability becomes favorable.

請求項５に記載の発明では、低温用ランキンサイクル回路（２００）は、低温の廃熱の温度が低いときに、低温用ランキンサイクル回路（２００）を停止し、高温用ランキンサイクル回路（１００）のみを作動するように制御されることを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、高温用ランキンサイクル回路（１００）側で放熱される熱で、低温の廃熱である冷却水回路の温水熱を加熱させることが可能となる。   In the invention according to claim 5, the low temperature Rankine cycle circuit (200) stops the low temperature Rankine cycle circuit (200) when the temperature of the low temperature waste heat is low, and the high temperature Rankine cycle circuit (100). It is controlled to operate only. According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to heat the hot water heat of the cooling water circuit, which is low-temperature waste heat, with the heat radiated on the high temperature Rankine cycle circuit (100) side.

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）は、第１凝縮器（１３０）で放熱される熱が内燃機関（１０）の暖機の熱源として利用されることを特徴としている。請求項６に記載の発明によれば、因みに、内燃機関（１０）の始動直後の冷却水回路の温水熱が冷めているときに第１凝縮器（１３０）で放熱される熱で温水熱を加熱させることで内燃機関（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。   The invention according to claim 6 is characterized in that the high-temperature Rankine cycle circuit (100) uses heat radiated by the first condenser (130) as a heat source for warming up the internal combustion engine (10). Yes. According to the sixth aspect of the present invention, the warm water heat is generated by the heat dissipated by the first condenser (130) when the warm water heat of the cooling water circuit immediately after the start of the internal combustion engine (10) is cooled. By heating, the warm-up performance of the internal combustion engine (10) can be shortened and the fuel consumption associated therewith 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）は、第１凝縮器（１３０）で放熱される熱が空調装置の熱源として利用され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、また、例えば、冷却水回路の温水熱を加熱源とする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、第１凝縮器（１３０）で放熱される熱で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。   The invention according to claim 7 is characterized in that the high-temperature Rankine cycle circuit (100) uses heat radiated by the first condenser (130) as a heat source of the air conditioner. According to the seventh aspect of the present invention, for example, even in the heater of a vehicle air conditioner that uses hot water heat of the cooling water circuit as a heating source, when the heater capability cannot be exhibited, such as in the severe cold season, the first condenser The hot water heat of the cooling water circuit can be raised in a short time by the heat radiated at (130).

請求項８に記載の発明では、低温用ランキンサイクル回路（２００）は、高温用ランキンサイクル回路（１００）で放熱される熱を利用して、低温用ランキンサイクル回路（２００）内を流れる作動流体を加熱するように構成されることを特徴としている。請求項８に記載の発明によれば、低温用ランキンサイクル回路（２００）内の作動流体を直接加熱することで、効率よく高温用ランキンサイクル回路（１００）で放熱される熱を利用できる。これにより、上記請求項３よりも低温用ランキンサイクル回路（２００）側の廃熱回生の動力をより増加することができる。   In the invention according to claim 8, the low temperature Rankine cycle circuit (200) uses the heat dissipated in the high temperature Rankine cycle circuit (100) to flow in the low temperature Rankine cycle circuit (200). It is characterized by being comprised so that it may heat. According to the eighth aspect of the present invention, the heat dissipated in the high-temperature Rankine cycle circuit (100) can be efficiently utilized by directly heating the working fluid in the low-temperature Rankine cycle circuit (200). Thereby, the power of waste heat regeneration on the low temperature Rankine cycle circuit (200) side can be further increased than in the third aspect.

請求項９に記載の発明では、低温用ランキンサイクル回路（２００）は、高温用ランキンサイクル回路（１００）の第１凝縮器（１３０）で放熱される熱を、低温用ランキンサイクル回路（２００）内を流れる作動流体を加熱するように構成されることを特徴としている。請求項９に記載の発明によれば、具体的に、上述の請求項４と同じように、二つの凝縮器（１３０、２３０）のうち、第１凝縮器（１３０）は低温用ランキンサイクル回路（２００）内に設けられることで、大気と熱交換される第２凝縮器（２３０）のみ、車両のラジエータや車両用空調装置のコンデンサの近傍に搭載すれば良い。これにより、搭載性が良好となる。   In the invention according to claim 9, the low-temperature Rankine cycle circuit (200) converts the heat radiated by the first condenser (130) of the high-temperature Rankine cycle circuit (100) into the low-temperature Rankine cycle circuit (200). It is configured to heat the working fluid flowing through it. According to the ninth aspect of the invention, specifically, the first condenser (130) of the two condensers (130, 230) is the low-temperature Rankine cycle circuit as in the fourth aspect. (200), only the second condenser (230) that exchanges heat with the atmosphere may be mounted in the vicinity of the vehicle radiator or the vehicle air conditioner condenser. Thereby, mountability becomes favorable.

請求項１０に記載の発明では、低温用ランキンサイクル回路（２００）の第２熱回収器（２１０）は、第１膨張機（１２０）から送られる作動流体と、第１凝縮器（１３０）で熱交換された低温用ランキンサイクル回路（２００）内の作動流体と、低温の廃熱とが互いに熱交換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 10, the second heat recovery unit (210) of the low-temperature Rankine cycle circuit (200) includes the working fluid sent from the first expander (120) and the first condenser (130). The heat-exchanged working fluid in the low-temperature Rankine cycle circuit (200) and the low-temperature waste heat are configured to exchange heat with each other.

請求項１０に記載の発明によれば、第１凝縮器（１３０）で放熱される熱を低温用ランキンサイクル回路（２００）内を流れる作動流体と低温の廃熱とを加熱することができる。従って、内燃機関（１０）の冷却水回路が冷えているときは、たとえば、低温用ランキンサイクル回路（２００）を停止し、高温用ランキンサイクル回路（１００）のみを作動することで、冷却水回路の温水熱を加熱することができる。従って、上述した請求項５と同じように、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。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。   According to the invention described in claim 10, the heat dissipated in the first condenser (130) can be heated to the working fluid flowing in the low-temperature Rankine cycle circuit (200) and the low-temperature waste heat. Therefore, when the cooling water circuit of the internal combustion engine (10) is cold, for example, the low-temperature Rankine cycle circuit (200) is stopped, and only the high-temperature Rankine cycle circuit (100) is operated, thereby the cooling water circuit. The hot water heat can be heated. Therefore, as in the fifth aspect described above, the warm-up performance of the internal combustion engine (10) can be shortened and the accompanying fuel consumption can be improved. 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.

請求項１１に記載の発明では、高温の廃熱と熱媒体とを熱交換する熱交換器（３１０）を有し、その熱交換器（３１０）で熱交換された熱媒体を高温用ランキンサイクル回路（１００）の第１熱回収器（１１０）に流通させる高温用廃熱輸送回路（３００）が設けられ、高温用ランキンサイクル回路（１００）の第１熱回収器（１１０）は、高温用ランキンサイクル回路（１００）内を流れる作動流体と高温用廃熱輸送回路（３００）内を流れる熱媒体とを熱交換するように構成されることを特徴としている。   In invention of Claim 11, it has a heat exchanger (310) which heat-exchanges high temperature waste heat and a heat medium, and heat medium heat-exchanged with the heat exchanger (310) is used for the Rankine cycle for high temperature. A high-temperature waste heat transport circuit (300) that is circulated to the first heat recovery device (110) of the circuit (100) is provided, and the first heat recovery device (110) of the high-temperature Rankine cycle circuit (100) It is configured to exchange heat between the working fluid flowing in the Rankine cycle circuit (100) and the heat medium flowing in the high-temperature waste heat transport circuit (300).

請求項１１に記載の発明によれば、高温用廃熱輸送回路（３００）を設けることで変動する高温の廃熱である排気熱を平準化することができる。これにより、第１熱回収器（１１０）で廃熱を効率よく回収することができる。   According to the eleventh aspect of the present invention, exhaust heat, which is high-temperature waste heat that fluctuates by providing the high-temperature waste heat transport circuit (300), can be leveled. Thereby, waste heat can be efficiently recovered by the first heat recovery device (110).

請求項１２に記載の発明では、高温用廃熱輸送回路（３００）には、熱交換器（３１０）で熱交換された熱媒体を蓄熱する蓄熱手段（３３０）が設けられることを特徴としている。請求項１２に記載の発明によれば、高温の廃熱を第１熱回収器（１１０）で廃熱を必要に応じて回収することができる。   The invention according to claim 12 is characterized in that the high-temperature waste heat transport circuit (300) is provided with heat storage means (330) for storing the heat medium heat-exchanged by the heat exchanger (310). . According to invention of Claim 12, waste heat can be collect | recovered as needed by a 1st heat recovery device (110) for high temperature waste heat.

請求項１３に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路（１００）と低温用ランキンサイクル回路（２００）とは、異なる作動流体が流通されることを特徴としている。請求項１３に記載の発明によれば、取り入れる廃熱の温度に応じた作動流体を設定することで、その温度に応じた効率の高い廃熱回生が可能となる。   The invention according to claim 13 is characterized in that different working fluids are circulated in the high temperature Rankine cycle circuit (100) and the low temperature Rankine cycle circuit (200). According to the invention described in claim 13, by setting the working fluid according to the temperature of the waste heat to be taken in, waste heat regeneration with high efficiency according to the temperature becomes possible.

請求項１４に記載の発明では、高温用ランキンサイクル回路（１００）の第１膨張機（１２０）と低温用ランキンサイクル回路（２００）の第２膨張機（２２０）とは、廃熱エネルギーにより回生された動力を共通の動力源に出力されることを特徴としている。請求項１４に記載の発明によれば、廃熱再生システム全体から共通の動力源として利用することができる。   In the invention described in claim 14, the first expander (120) of the high-temperature Rankine cycle circuit (100) and the second expander (220) of the low-temperature Rankine cycle circuit (200) are regenerated by waste heat energy. It is characterized in that the generated power is output to a common power source. According to invention of Claim 14, it can utilize as a common motive power source from the whole waste-heat reproduction | regeneration system.

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廃熱をそれぞれ独立した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 by independent Rankine cycles.

具体的には、図１に示すように、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。つまり、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。   Specifically, as shown in FIG. 1, 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-rank Rankine cycle circuit 200 uses hot water heat as a heat source for waste heat.

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１受液器１４０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。この高温用ランキンサイクル回路１００の内部には、高温用の作動流体が封入されており、電動式の第１ポンプ１５０によって作動流体が循環される。   The high-temperature Rankine cycle circuit 100 includes a first heat recovery device 110, a first expander 120, a first condenser 130, a first liquid receiver 140, and a first pump 150, which are sequentially connected by refrigerant piping. A closed circuit is formed. The high-temperature Rankine cycle circuit 100 is filled with a high-temperature working fluid, and the working fluid is circulated by the electric first pump 150.

第１熱回収器１１０は、排気管１１内に設けられ、第１ポンプ１５０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。第１凝縮器１３０は、第１膨張機１２０から吐出される作動流体を凝縮する熱交換器である。本実施形態では、この作動流体を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、作動流体と冷却水とを熱交換する対向流式の熱交換器である。   The first heat recovery device 110 is provided in the exhaust pipe 11, and heat that heats the working fluid by exchanging heat between the working fluid sent from the first pump 150 and the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 11. It is an exchanger. 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 is a heat exchanger that condenses the working fluid discharged from the first expander 120. In this embodiment, this working fluid is circulated to the primary side, the cooling water that circulates through the cooling water circuit 20 is circulated to the secondary side, and heat exchange is performed between the working fluid and the cooling water. It is a vessel.

第１受液器１４０は、第１凝縮器１３０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１ポンプ１５０側に流出させる。第１ポンプ１５０は、液相作動流体を第１熱回収器１１０に昇圧、圧送する。なお、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 first liquid receiver 140 is a receiver for separating the working fluid condensed by the first condenser 130 into a gas-liquid two-phase, and only the separated liquid-phase working fluid is sent to the first pump 150 side. Spill. The first pump 150 pressurizes and pumps the liquid phase working fluid to the first heat recovery device 110. The rotational driving force generated by the first expander 120 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.

一方、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、低温用の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。   On the other hand, the low-temperature Rankine cycle circuit 200 includes a second heat recovery unit 210, a second expander 220, a second condenser 230, a second liquid receiver 240, and a second pump 250, which are sequentially connected by refrigerant piping. To form a closed circuit. The low-temperature Rankine cycle circuit 200 is filled with a low-temperature working fluid, 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１ポンプ１５０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、この作動流体を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 first pump 150 and the cooling water flowing through the cooling water circuit 20 to exchange the working fluid. Heat exchanger for heating. In this embodiment, this working fluid is circulated to the primary side, the cooling water that circulates through the cooling water circuit 20 is circulated to the secondary side, and heat exchange is performed between the working fluid and the cooling water. It is a vessel.

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。なお、第２膨張機２２０は、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。次に、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、第１凝縮器１３０の２次側および第２熱回収器２１０の２次側が接続されている。   The second pump 250 pressurizes and pumps the liquid phase working fluid to the second heat recovery unit 210. The second expander 220 is connected to the first expander 120 via the power transmission device 41, and the rotational driving force generated by the second expander 220 is generated via the power transmission device 41. Is output. Next, 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, and the secondary side of the first condenser 130 and the secondary side of the second heat recovery unit 210 are connected. ing.

ラジエータ２１は、温水ポンプ２２によって循環される冷却水を大気との熱交換により冷却する熱交換器である。バイパス通路２４は、冷却水がラジエータ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 radiator 21 is a heat exchanger that cools the cooling water circulated by the hot water pump 22 by heat exchange with the atmosphere. The bypass passage 24 is a passage through which cooling water bypasses the radiator 21, and the amount of cooling water flowing through the radiator 21 and the amount of cooling water bypassing the radiator 21 are adjusted by the thermostat 25.

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５０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 50.

そして、制御装置５０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 controller 50 receives temperature information from the sensors 12 and 23, and based on these 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は、高温用ランキンサイクル回路１００が作動すると同時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 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 includes the high temperature Rankine cycle circuit 200. The circuit 100 is controlled to operate simultaneously with the operation.

そして、水温センサ２３で検出された冷却水の水温が所定温度以下のときは、低温用ランキンサイクル回路２００のみが停止するように制御される。因みに、厳寒期などの外気温度が低いときなど、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いる。   When the coolant temperature detected by the water temperature sensor 23 is equal to or lower than the predetermined temperature, only the low temperature Rankine cycle circuit 200 is controlled to stop. Incidentally, even when the engine 10 is started, such as when the outside air temperature is low, such as in the extreme cold season, only the high-temperature Rankine cycle circuit 100 operates when the cooling water temperature is equal to or lower than the predetermined temperature.

まず、高温用ランキンサイクル回路１００と低温用ランキンサイクル回路２００との両者が作動したときの作動を説明する。まず、高温用ランキンサイクル回路１００においては、第１ポンプ１５０により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, the operation when both the high temperature Rankine cycle circuit 100 and the low temperature Rankine cycle circuit 200 are operated will be described. First, in the high-temperature Rankine cycle circuit 100, the working fluid is pressurized by the first pump 150 and pumped to the first heat recovery device 110, and the working fluid is heated by the high-temperature exhaust gas in the first heat recovery device 110, It becomes superheated steam fluid and is sent to the first expander 120. 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１凝縮器１３０で凝縮液化され、凝縮された作動流体は第１受液器１４０で気液２相に分離され、液化作動流体が再び第１ポンプ１５０へ流出される。ここで、第１凝縮器１３０の凝縮による放熱は２次側に流通する冷却水を加熱する。これにより、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 first condenser 130, the condensed working fluid is separated into two phases by the first receiver 140, and the liquefied working fluid is again supplied to the first pump. To 150. Here, the heat radiation by the condensation of the first condenser 130 heats the cooling water flowing to the secondary side. Thereby, the temperature of the cooling water flowing through the cooling water circuit 20 is raised.

なお、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。一方、低温用ランキンサイクル回路２００においては、第２ポンプ２５０により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、エンジン１０の駆動による熱と第１凝縮器１３０からの放熱による熱とを合算した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。   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. On the other hand, in the low-temperature Rankine cycle circuit 200, the working fluid is pressurized by the second pump 250 and is pumped to the second heat recovery unit 210, and the working fluid is converted into heat generated by driving the engine 10. It is heated by the hot water heat that is combined with the heat generated by the heat radiation from the first condenser 130 and is sent to the second expander 220 as a superheated steam fluid.

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。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。   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. 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.

また、水温センサ２３で検出された冷却水の水温が所定温度以下のときは、低温用ランキンサイクル回路２００が停止し、高温用ランキンサイクル回路１００のみが作動しているため、第１凝縮器１３０で放熱された熱により冷却水回路２０の冷却水が加熱されることになる。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。   When the coolant temperature detected by the water temperature sensor 23 is equal to or lower than the predetermined temperature, the low-temperature Rankine cycle circuit 200 is stopped and only the high-temperature Rankine cycle circuit 100 is operating. The cooling water of the cooling water circuit 20 is heated by the heat dissipated in step (b). 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.

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で放熱される熱を低温用ランキンサイクル回路２００側で熱源の一部として利用することにより、低温用ランキンサイクル回路２００側の廃熱回生の動力が増加することで廃熱回生システム全体の回生効率を高めることができる。   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, the heat radiated by the high-temperature Rankine cycle circuit 100 using the high-temperature exhaust heat as a heat source is used as a part of the heat source on the low-temperature Rankine cycle circuit 200 side. The regeneration efficiency of the whole waste heat regeneration system can be increased by increasing the power of waste heat regeneration.

具体的には、高温用ランキンサイクル回路１００の第１凝縮器１３０で放熱される熱を冷却水回路２０の温水熱に加熱するようにして、その加熱された温水熱を低温用ランキンサイクル回路２００で利用するように第２熱回収器２１０を構成したことにより、廃熱回生システム全体の回生効率を高めることができる。   Specifically, the heat dissipated in the first condenser 130 of the high-temperature Rankine cycle circuit 100 is heated to the hot water heat of the cooling water circuit 20, and the heated hot water heat is used as the low-temperature Rankine cycle circuit 200. By configuring the second heat recovery unit 210 to be used in the above, it is possible to increase the regeneration efficiency of the entire waste heat regeneration system.

また、二つの凝縮器１３０、２３０のうち、第１凝縮器１３０は、低温用ランキンサイクル回路２００内に設けて冷却水と熱交換させたことにより、大気と熱交換される第２凝縮器２３０のみ、車両のラジエータや車両用空調装置のコンデンサの近傍に搭載すれば良い。これにより、搭載性が良好となる。   Of the two condensers 130 and 230, the first condenser 130 is provided in the low-temperature Rankine cycle circuit 200 and exchanges heat with the cooling water, thereby exchanging heat with the atmosphere. Only in the vicinity of a condenser of a vehicle radiator or a vehicle air conditioner. Thereby, mountability becomes favorable.

また、冷却水の温度が低いときは、低温用ランキンサイクル回路２００を停止し、高温用ランキンサイクル回路１００のみを作動するように制御したことにより、高温用ランキンサイクル回路１００側で放熱される熱で、例えば、冷却水回路２０の温水熱を加熱することができる。   Further, when the temperature of the cooling water is low, the low-temperature Rankine cycle circuit 200 is stopped and only the high-temperature Rankine cycle circuit 100 is controlled to operate, so that the heat dissipated on the high-temperature Rankine cycle circuit 100 side. Thus, for example, the hot water heat of the cooling water circuit 20 can be heated.

具体的には、高温用ランキンサイクル回路１００の第１凝縮器１３０で放熱される熱がエンジン１０の暖機の熱源として利用されることにより、エンジン１０始動直後の冷却水回路２０の温水熱が冷めているときに第１凝縮器１３０で放熱される熱で温水熱を加熱させることでエンジン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 heat dissipated in the first condenser 130 of the high-temperature Rankine cycle circuit 100 is used as a heat source for warming up the engine 10, so that the hot water heat of the cooling water circuit 20 immediately after the engine 10 is started is By heating the hot water heat with the heat dissipated by the first condenser 130 when it is cooled, the warm-up performance of the engine 10 can be shortened and the accompanying fuel consumption can be improved.

さらに、第１凝縮器１３０で放熱される熱が車両用空調装置の熱源として利用されることにより、例えば、冷却水回路２０の温水熱を加熱源とするヒータでは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。   Furthermore, by using the heat dissipated by the first condenser 130 as a heat source of the vehicle air conditioner, for example, a heater that uses the hot water heat of the cooling water circuit 20 as a heating source cannot exhibit the heater capability such as in the cold season. Sometimes, the hot water heat of the cooling water circuit 20 can be raised in a short time.

また、高温用ランキンサイクル回路１００と低温用ランキンサイクル回路２００とは、異なる作動流体が流通されることにより、取り入れる廃熱の温度に応じた作動流体を設定することで、その温度に応じた効率の高い廃熱回生が可能となる。さらに、高温用ランキンサイクル回路１００の第１膨張機１２０と低温用ランキンサイクル回路２００の第２膨張機２２０とは、廃熱エネルギーにより回生された動力を共通の発電機４０に出力されることにより、廃熱再生システム全体から共通の動力源として利用することができる。   Moreover, the high temperature Rankine cycle circuit 100 and the low temperature Rankine cycle circuit 200 are configured to set the working fluid in accordance with the temperature of the waste heat to be taken in by flowing different working fluids, so that the efficiency according to the temperature is set. High waste heat regeneration is possible. Further, the first expander 120 of the high-temperature Rankine cycle circuit 100 and the second expander 220 of the low-temperature Rankine cycle circuit 200 output the power regenerated by the waste heat energy to the common generator 40. The entire waste heat regeneration system can be used as a common power source.

（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で放熱される熱をエンジン１０の冷却水回路２０の温水熱を加熱するようにして、その加熱された温水熱を低温用ランキンサイクル回路２００で利用するように構成したが、これに限らず、高温用ランキンサイクル回路１００で放熱される熱により低温用ランキンサイクル回路２００側の作動流体を加熱するように構成させても良い。 (Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the heat dissipated in the high-temperature Rankine cycle circuit 100 is heated with the hot water heat of the cooling water circuit 20 of the engine 10, and the heated hot water heat is used as the low-temperature Rankine cycle circuit 200. However, the present invention is not limited to this, and the working fluid on the low-temperature Rankine cycle circuit 200 side may be heated by heat radiated from the high-temperature Rankine cycle circuit 100.

具体的には、図２に示すように、高温用ランキンサイクル回路１００の第１凝縮器１３０の２次側を低温用ランキンサイクル回路２００の第２熱回収器２１０の１次側と直列に接続させている。つまり、第１凝縮器１３０では、高温用ランキンサイクル回路１００の作動流体と低温用ランキンサイクル回路２００の作動流体とが熱交換されることになる。これにより、低温用ランキンサイクル回路２００の第２膨張機２２０に送られる作動流体が加熱される。従って、低温用ランキンサイクル回路２００側の廃熱回生の動力が増加することで廃熱回生システム全体の回生効率を高めることができる。   Specifically, as shown in FIG. 2, the secondary side of the first condenser 130 of the high-temperature Rankine cycle circuit 100 is connected in series with the primary side of the second heat recovery unit 210 of the low-temperature Rankine cycle circuit 200. I am letting. That is, in the first condenser 130, the working fluid of the high temperature Rankine cycle circuit 100 and the working fluid of the low temperature Rankine cycle circuit 200 are subjected to heat exchange. Thereby, the working fluid sent to the second expander 220 of the low-temperature Rankine cycle circuit 200 is heated. Therefore, the regeneration efficiency of the whole waste heat regeneration system can be increased by increasing the power of waste heat regeneration on the low temperature Rankine cycle circuit 200 side.

なお、本実施形態においては、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。   In the present 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 of the coolant circuit 20 in the heater of the vehicle air conditioner The effect of the first embodiment that can raise the heat in a short time cannot be expected.

そこで、これらの不具合を解消するために、第２熱回収器２１０を、図３に示すように、低温用ランキンサイクル回路２００内を流れる作動流体と、第１凝縮器１３０の２次側で熱交換された作動流体と冷却水回路２０の温水熱とが互いに熱交換するように構成したものである。なお、図中に示す符号は、第１実施形態と同様の構成のものは同一の符号で示し説明を省略する。   Therefore, in order to eliminate these problems, the second heat recovery unit 210 is heated with the working fluid flowing in the low-temperature Rankine cycle circuit 200 and the secondary side of the first condenser 130 as shown in FIG. The exchanged working fluid and the hot water heat of the cooling water circuit 20 are configured to exchange heat with each other. In addition, the code | symbol shown in a figure uses the same code | symbol as the thing of the structure similar to 1st Embodiment, and abbreviate | omits description.

これによれば、エンジン１０の冷却水回路２０が冷えているときは、第１実施形態と同じように、低温用ランキンサイクル回路２００を停止し、高温用ランキンサイクル回路１００のみを作動することで、冷却水回路２０の温水熱を加熱することができる。従って、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。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。   According to this, when the cooling water circuit 20 of the engine 10 is cold, the low temperature Rankine cycle circuit 200 is stopped and only the high temperature Rankine cycle circuit 100 is operated, as in the first embodiment. The hot water heat of the cooling water circuit 20 can be heated. Therefore, 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 in a short time when the heater capacity cannot be exhibited, such as in the severe cold season.

（第３実施形態）
以上の実施形態では、高温用ランキンサイクル回路１００の第１熱回収器１１０を排気管１１に設けて、高温用ランキンサイクル回路１００を構成したが、これに限らず、具体的に、図４に示すように、高温の排気熱と熱媒体とを熱交換する熱交換器３１０を有し、その熱交換器３１０で熱交換された熱媒体を高温用ランキンサイクル回路１００の第１熱回収器１１０に流通させる高温用廃熱輸送回路３００を構成するようにしても良い。なお、図中に示す３５０は、高温用廃熱輸送回路３００内の作動流体を昇圧、圧送する第３ポンプである。また、高温用廃熱輸送回路３００内を流通する作動流体は沸騰することのない作動流体を設定する。 (Third embodiment)
In the above embodiment, the first heat recovery device 110 of the high-temperature Rankine cycle circuit 100 is provided in the exhaust pipe 11 to configure the high-temperature Rankine cycle circuit 100. However, the present invention is not limited to this, and specifically, FIG. As shown, the heat exchanger 310 that exchanges heat between the high-temperature exhaust heat and the heat medium has a heat exchanger 310 that exchanges heat with the heat exchanger 310 and the first heat recovery device 110 of the Rankine cycle circuit 100 for high temperature. The high-temperature waste heat transport circuit 300 to be circulated may be configured. In addition, 350 shown in the figure is a third pump that pressurizes and pumps the working fluid in the high-temperature waste heat transport circuit 300. Moreover, the working fluid which distribute | circulates the inside of the waste heat transport circuit 300 for high temperature sets the working fluid which does not boil.

これによれば、高温の廃熱を回収する第１熱回収器１１０は、高温用ランキンサイクル回路１００内を流れる作動流体と高温用廃熱輸送回路３００内を流れる熱媒体とが熱交換されるようにしたことにより、変動する高温の廃熱である排気熱を平準化することができる。従って、第１熱回収器１１０で廃熱を効率よく回収することができる。   According to this, in the first heat recovery device 110 that recovers the high-temperature waste heat, the working fluid flowing in the high-temperature Rankine cycle circuit 100 and the heat medium flowing in the high-temperature waste heat transport circuit 300 are heat-exchanged. By doing in this way, the exhaust heat which is a fluctuating high temperature waste heat can be equalized. Therefore, waste heat can be efficiently recovered by the first heat recovery device 110.

さらに、この高温用廃熱輸送回路３００内に、図５に示すように、蓄熱剤が充填された蓄熱手段３３０を設けても良い。これによれば、蓄熱手段３３０により、高温の廃熱を蓄えることができるため、高温の廃熱を第１熱回収器１１０で必要に応じて回収することができる。   Furthermore, as shown in FIG. 5, heat storage means 330 filled with a heat storage agent may be provided in the high-temperature waste heat transport circuit 300. According to this, since the high-temperature waste heat can be stored by the heat storage means 330, the high-temperature waste heat can be recovered by the first heat recovery device 110 as necessary.

（他の実施形態）
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。 (Other embodiments)
In the above-described embodiment, the configuration is such that the rotational driving force regenerated by 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 and charged to 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２実施形態の変形例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 the modification of 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. 本発明の第３実施形態の変形例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 the modification of 3rd Embodiment of this invention.

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
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
３００…高温用輸送回路
３３０…蓄熱手段 10. Engine (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Rankine cycle circuit for high temperature 110 ... 1st heat recovery device 120 ... 1st expander 130 ... 1st condenser 200 ... Low temperature Rankine cycle circuit 210 ... 2nd heat recovery device 220 ... 2nd expander 230 ... 2nd Condenser 300 ... High-temperature transport circuit 330 ... Heat storage means

Claims (14)

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、
前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記高温用ランキンサイクル回路（１００）で放熱される熱を熱源の一部として利用する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 low-temperature Rankine cycle circuit (200) uses heat radiated by the high-temperature Rankine cycle circuit (100) as a part of a heat source. 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、
前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記高温用ランキンサイクル回路（１００）で放熱される熱を熱源の一部として利用する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 low-temperature Rankine cycle circuit (200) uses heat radiated by the high-temperature Rankine cycle circuit (100) as a part of a heat source. 前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記高温用ランキンサイクル回路（１００）で放熱される熱を利用して低温の廃熱を加熱するように構成される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。   The low-temperature Rankine cycle circuit (200) is configured to heat low-temperature waste heat using heat radiated from the high-temperature Rankine cycle circuit (100). The waste heat utilization apparatus according to claim 2. 前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記高温用ランキンサイクル回路（１００）の前記第１凝縮器（１３０）で放熱される熱と低温の廃熱とを前記第２熱回収器（２１０）で回収するように構成されることを特徴とする請求項３に記載の廃熱利用装置。   The low-temperature Rankine cycle circuit (200) converts heat radiated from the first condenser (130) of the high-temperature Rankine cycle circuit (100) and low-temperature waste heat into the second heat recovery unit (210). The waste heat utilization apparatus according to claim 3, wherein the waste heat utilization apparatus is configured to collect the waste heat. 前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、低温の廃熱の温度が低いときに、前記低温用ランキンサイクル回路（２００）を停止し、前記高温用ランキンサイクル回路（１００）のみを作動するように制御されることを特徴とする請求項２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 low temperature Rankine cycle circuit (200) stops the low temperature Rankine cycle circuit (200) and operates only the high temperature Rankine cycle circuit (100) when the temperature of the low temperature waste heat is low. The waste heat utilization apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the waste heat utilization apparatus is controlled. 前記高温用ランキンサイクル回路（１００）は、前記第１凝縮器（１３０）で放熱される熱が前記内燃機関（１０）の暖機の熱源として利用されることを特徴とする請求項５に記載の廃熱利用装置。   The said high-temperature Rankine cycle circuit (100) uses the heat radiated by the first condenser (130) as a heat source for warming up the internal combustion engine (10). Waste heat utilization equipment. 前記高温用ランキンサイクル回路（１００）は、前記第１凝縮器（１３０）で放熱される熱が空調装置の熱源として利用されることを特徴とする請求項５に記載の廃熱利用装置。   The waste heat utilization apparatus according to claim 5, wherein the high-temperature Rankine cycle circuit (100) uses heat radiated by the first condenser (130) as a heat source of an air conditioner. 前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記高温用ランキンサイクル回路（１００）で放熱される熱を利用して、前記低温用ランキンサイクル回路（２００）内を流れる作動流体を加熱するように構成される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。   The low temperature Rankine cycle circuit (200) is configured to heat the working fluid flowing in the low temperature Rankine cycle circuit (200) using heat radiated from the high temperature Rankine cycle circuit (100). The waste heat utilization apparatus according to claim 1, wherein the waste heat utilization apparatus is used. 前記低温用ランキンサイクル回路（２００）は、前記高温用ランキンサイクル回路（１００）の前記第１凝縮器（１３０）で放熱される熱を、前記低温用ランキンサイクル回路（２００）内を流れる作動流体を加熱するように構成されることを特徴とする請求項８に記載の廃熱利用装置。   The low temperature Rankine cycle circuit (200) is a working fluid that flows the heat radiated in the first condenser (130) of the high temperature Rankine cycle circuit (100) through the low temperature Rankine cycle circuit (200). The waste heat utilization apparatus according to claim 8, wherein the waste heat utilization apparatus is configured to heat the battery. 前記低温用ランキンサイクル回路（２００）の前記第２熱回収器（２１０）は、前記第１膨張機（１２０）から送られる作動流体と、前記第１凝縮器（１３０）で熱交換された前記低温用ランキンサイクル回路（２００）内の作動流体と、低温の廃熱とが互いに熱交換されるように構成したことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の廃熱利用装置。   The second heat recovery unit (210) of the low-temperature Rankine cycle circuit (200) exchanges heat with the working fluid sent from the first expander (120) by the first condenser (130). The waste heat utilization apparatus according to claim 8 or 9, wherein the working fluid in the low temperature Rankine cycle circuit (200) and the low temperature waste heat are exchanged with each other. 前記高温の廃熱と熱媒体とを熱交換する熱交換器（３１０）を有し、その熱交換器（３１０）で熱交換された熱媒体を前記高温用ランキンサイクル回路（１００）の前記第１熱回収器（１１０）に流通させる高温用廃熱輸送回路（３００）が設けられ、
前記高温用ランキンサイクル回路（１００）の前記第１熱回収器（１１０）は、前記高温用ランキンサイクル回路（１００）内を流れる作動流体と前記高温用廃熱輸送回路（３００）内を流れる熱媒体とを熱交換するように構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の廃熱利用装置。 A heat exchanger (310) for exchanging heat between the high-temperature waste heat and the heat medium is provided, and the heat medium heat-exchanged by the heat exchanger (310) is converted into the first rank of the high-temperature Rankine cycle circuit (100). 1 A high-temperature waste heat transport circuit (300) for circulation to the heat recovery device (110) is provided,
The first heat recovery unit (110) of the high temperature Rankine cycle circuit (100) includes a working fluid flowing in the high temperature Rankine cycle circuit (100) and heat flowing in the high temperature waste heat transport circuit (300). The waste heat utilization apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the waste heat utilization apparatus is configured to exchange heat with a medium. 前記高温用廃熱輸送回路（３００）には、前記熱交換器（３１０）で熱交換された熱媒体を蓄熱する蓄熱手段（３３０）が設けられることを特徴とする請求項１１に記載の廃熱利用装置。   The waste according to claim 11, wherein the high-temperature waste heat transport circuit (300) is provided with heat storage means (330) for storing a heat medium heat-exchanged by the heat exchanger (310). Heat utilization device. 前記高温用ランキンサイクル回路（１００）と前記低温用ランキンサイクル回路（２００）とは、異なる作動流体が流通されることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の廃熱利用装置。   The waste according to any one of claims 1 to 12, wherein different working fluids are circulated between the high temperature Rankine cycle circuit (100) and the low temperature Rankine cycle circuit (200). Heat utilization device. 前記高温用ランキンサイクル回路（１００）の前記第１膨張機（１２０）と前記低温用ランキンサイクル回路（２００）の前記第２膨張機（２２０）とは、廃熱エネルギーにより回生された動力を共通の動力源に出力されることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の廃熱利用装置。   The first expander (120) of the high temperature Rankine cycle circuit (100) and the second expander (220) of the low temperature Rankine cycle circuit (200) share power regenerated by waste heat energy. The waste heat utilization apparatus according to any one of claims 1 to 13, wherein the waste heat utilization apparatus is output to a power source.
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