JP2009068459A - 廃熱利用装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関(10)の廃熱によって作動流体を加熱器(22)で加熱し、膨張機(23)で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の作動流体を凝縮器(24)で凝縮液化し加熱器(22)側へポンプ(21)により循環するランキンサイクル(20)を有する廃熱利用装置において、膨張機(23)の入口側温度を検出する温度検出手段(206)と、膨張機(23)の入口側圧力(Pex_in)を検出する入口側圧力検出手段(207)と、膨張機(23)の出口側圧力(Pex_out)を検出する出口側圧力検出手段(208)と、過熱度情報(SH)と、出口側圧力(Pex_out)が考慮された圧力情報(P)とに基づいて膨張機(23)の指示回転数(N_id)を制御するランキン運転制御手段(32,S4)とを備える。
【選択図】図4
Description
を備えることを特徴とする。
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図11を参照しつつ説明する。
(メインフロー)
次に、上記構成に基づく作動およびその作用効果について説明する。図2は、本実施形態のランキンサイクル20の作動制御に関するメインフローを示すフローチャートである。
図3は、ステップS1のランキン稼動判定制御の詳細を説明するフローチャートである。図3に示すように、はじめに、ステップS11で、冷却水温度センサ201から検出された冷却水温度が予め定められた所定値Twcより大きいか否かが判断される。冷却水温度が所定値Twcより大きい場合(S11:YES)には、ステップS12に進み、流量センサ202から検出された冷却水流量が予め定められた所定値Gwcより大きいか否かが判断される。一方、ステップS11で、冷却水温度が所定値Twc以下である場合(S11:NO)には、ステップS11の処理を繰り返す。
図4は、ステップS2のランキン起動制御の詳細を説明するフローチャートであり、図5は、ステップS2に連続して実行されるステップS3のランキン起動判定制御の詳細を説明するフローチャートである。
図6は、本発明の要部である、ステップS4のランキン運転制御の詳細を説明するフローチャートである。図7は、高圧側条件と回転数(最高回転数、最低回転数)との対応を示す制御特性図であり、図8は、低圧側条件と回転数(最高回転数、最低回転数)との対応を示す制御特性図、図9は、バッテリ電圧と指示回転数N_idとの対応を示す制御特性図である。
図10は、ステップS5のランキン停止制御の詳細を説明するフローチャートである。
図11は、ステップS6のランキン停止判定制御の詳細を説明するフローチャートである。
ランキンサイクル20が異常停止した場合には、異常対処処置が実行される。具体的には、例えば、シャット弁18を閉状態に制御する。この場合、加熱器22に冷却水が流入しなくなるため、ランキンサイクル20の運転を強制的に中止することができる。
次に、本発明の第2実施形態について、図12、図13を参照して説明する。なお、本実施形態では、第1実施形態と共通するステップには第1実施形態と同様の符号を付しており、以下、第1実施形態との相違部分に着目して説明することとする。
上記第1実施形態において、低圧側条件としての圧力情報Pは、膨張機23の出口側圧力Pex_outとしたが、これに換えて、例えば、膨張機23の入口側圧力Pex_inと出口側圧力Pex_outとの差圧ΔP(入口側圧力Pex_in−出口側圧力Pex_out)としても良い。この場合、図8で説明した特性図に対して図14に示す特性図を用いることができ、上記第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
10 内燃機関
20 ランキンサイクル
21 ポンプ
22 加熱器
23 膨張機
24 凝縮器
32 制御機器(ランキン運転制御手段(S4)、ランキン稼動判定手段(S1)、ランキン起動制御手段(S2)、ランキン起動判定制御手段(S3)、ランキン停止手段(S5)、ランキン停止判定制御手段(S6))
33 バッテリ
206 膨張機温度センサ(温度検出手段)
207 入口側圧力センサ(入口側圧力検出手段)
208 出口側圧力センサ(出口側圧力検出手段)
P 圧力情報
Pex_out 出口側圧力(圧力情報)
ΔP (圧力情報)
Pr 圧力比(圧力情報)
SH 過熱度(過熱度情報)
Claims (11)
- 内燃機関(10)の廃熱によってサイクル内の作動流体を加熱器(22)で加熱し、加熱された前記作動流体を膨張機(23)で膨張させて機械的エネルギを回収し、膨張後の前記作動流体を凝縮器(24)で凝縮液化し前記加熱器(22)側へポンプ(21)によって循環するランキンサイクル(20)を有する廃熱利用装置において、
前記膨張機(23)の入口側温度を検出する温度検出手段(206)と、
前記膨張機(23)の入口側圧力(Pex_in)を検出する入口側圧力検出手段(207)と、
前記膨張機(23)の出口側圧力(Pex_out)を検出する出口側圧力検出手段(208)と、
前記温度検出手段(206)から検出される入口側温度と前記入口側圧力検出手段(207)から検出される入口側圧力(Pex_in)とに基づき得られる前記膨張機入口での過熱度情報(SH)と、前記出口側圧力検出手段(208)から得られる出口側圧力(Pex_out)が考慮された圧力情報(P)とに基づいて前記膨張機(23)の指示回転数(N_id)を制御するランキン運転制御手段(32,S4)と
を備えることを特徴とする廃熱利用装置。 - 前記ランキン運転制御手段(S4)は、前記指示回転数(N_id)を導出するにあたって、前記過熱度情報(SH)および前記圧力情報(P)に基づいて最高回転数(Nmax)と最低回転数(Nmin)とを設定する最高最低回転数設定ステップ(S41〜S43,S411)を有することを特徴とする請求項1に記載の廃熱利用装置。
- 前記圧力情報(P)は、前記出口側圧力(Pex_out)、もしくは、前記入口側圧力(Pex_in)と前記出口側圧力(Pex_out)との差圧(ΔP)であって、
前記最高最低回転数設定ステップ(S41〜S43)では、
前記過熱度情報(SH)に基づいて前記膨張機(23)の第1最高回転数(Nmax1)と第1最低回転数(Nmin1)とを算出するとともに、前記圧力情報(P)に基づいて前記膨張機(23)の第2最高回転数(Nmax2)と第2最低回転数(Nmin2)とを算出し、それぞれの条件から算出された最高回転数同士(Nmax1,Nmax2)および最低回転数同士(Nmin1,Nmin2)を比較し、それぞれ小さい方を前記最高回転数(Nmax)と最低回転数(Nmin)として設定することを特徴とする請求項2に記載の廃熱利用装置。 - 前記圧力情報(P)は、前記入口側圧力(Pex_in)と前記出口側圧力(Pex_out)との圧力比Pr(Pr=Pex_in/Pex_out)であり、
前記最高最低回転数設定ステップ(S411)では、
前記最低回転数(Nmin)を予め定めた所定値に設定するとともに、前記最高回転数(Nmax)を、前記膨張機(23)の過熱度情報(SH)と前記圧力比(Pr)とに基づいて予め定められた増減値を加算して設定することを特徴とする請求項2に記載の廃熱利用装置。 - 前記増減値は、前記過熱度情報(SH)および前記圧力比(Pr)がともに大きいほど、前記過熱度情報(SH)および前記圧力比(Pr)がともに小さい場合と比較して大きく設定されていることを特徴とする請求項4に記載の廃熱利用装置。
- 前記ランキン運転制御手段(S4)は、
前記最高最低回転数設定ステップ(S41〜S43,S411)で設定された前記最高回転数(Nmax)と最低回転数(Nmin)に加え、前記機械的エネルギを電気エネルギに変換して貯蓄するバッテリ(33)のバッテリ電圧に基づいて前記指示回転数(N_id)を決定する指示回転数決定ステップ(S44)を有することを特徴とする請求項2〜請求項5のうちいずれか一項に記載の廃熱利用装置。 - 前記ランキン運転制御手段(S4)は、前記膨張機(23)の指示回転数(N_id)がゼロである場合に、所定時間経過した後においても前記指示回転数(N_id)がゼロである場合にのみ、前記膨張機(23)を停止させる制御へ移行させる停止猶予ステップ(S45〜S48)を有することを特徴とする請求項1〜請求項6のうちいずれか一項に記載の廃熱利用装置。
- 前記ランキンサイクル(20)の稼動初期において稼動条件を満たしている場合に出力される稼動指示があるか否かを判断するランキン稼動判定制御手段(32,S1)
を備えることを特徴とする請求項1〜請求項7のうちいずれか一項に記載の廃熱利用装置。 - ランキン運転制御手段(S4)により前記膨張機23の指示回転数(N_id)を制御する前段階で、前記ランキンサイクル(20)が正常に起動しているか否かを判断するランキン起動制御手段およびランキン起動判定制御手段(32,S2,S3)
を備えることを特徴とする請求項1〜請求項8のうちいずれか一項に記載の廃熱利用装置。 - 前記膨張機(23)を所定の回転数に下げた後に、膨張機(23)の指示回転数(N_id)をゼロに指示するランキン停止制御手段(32,S5)
を備えることを特徴とする請求項1〜請求項9のうちいずれか一項に記載の廃熱利用装置。 - 前記ランキンサイクル(20)が正常に停止したか否かを判断するランキン停止判定制御手段(32,S6)
を備えることを特徴とする請求項1〜請求項10のうちいずれか一項に記載の廃熱利用装置。
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