JP2009103029A

JP2009103029A - Rankine cycle device

Info

Publication number: JP2009103029A
Application number: JP2007274971A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hasegawa; 寛長谷川; Yasufumi Takahashi; 康文高橋; Masaru Matsui; 大松井; Atsuo Okaichi; 敦雄岡市; Fumiyori Sakuma; 文順咲間
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-05-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems that as density ratio of working fluid on an expander inlet side and a fluid pump inlet side is constant and equal to a suction volume ratio of the same in a Rankine cycle device using an expander with a fluid pump, not only density of the working fluid on the fluid pump inlet side which is saturated liquid with less change in density compared with temperature or pressure but also density of the working fluid on the expander inlet side is fixed, accordingly, changes of a heating amount or heating temperature in a heating device can not be followed and efficiency of the Rankine cycle device is reduced. <P>SOLUTION: By mixing gaseous phase working fluid with liquid phase working fluid on the fluid pump 15 inlet side, only the density of the working fluid is reduced while enthalpy is hardly changed. Along with the reduction, the density of the working fluid on the expander inlet side is also reduced, which allows operation of the Rankine cycle device under efficient conditions. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱源を利用して駆動される膨張機により動力を回収するランキンサイクル装置に関する。特に、流体ポンプ付き膨張機を用いたランキンサイクル装置に関する。 The present invention relates to a Rankine cycle device that recovers power using an expander that is driven using a heat source. In particular, the present invention relates to a Rankine cycle device using an expander with a fluid pump.

従来、ランキンサイクル装置に使用される膨張機と、流体ポンプ、および、発電機が同軸に一体化されて構成され、膨張機が回収した動力により流体ポンプと発電機とが駆動される、いわゆる流体ポンプ付き膨張機が知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, an expander used in a Rankine cycle device, a fluid pump, and a generator are integrated into a coaxial structure, and the fluid pump and the generator are driven by the power recovered by the expander. An expander with a pump is known (see, for example, Patent Document 1).

図５は、従来の流体ポンプ付き膨張機２を用いたランキンサイクル装置４１の構成図である。図６は、図５における従来の流体ポンプ付き膨張機２の断面図である。 FIG. 5 is a configuration diagram of a Rankine cycle device 41 using the conventional expander 2 with a fluid pump. 6 is a cross-sectional view of the conventional expander 2 with a fluid pump in FIG.

図５、図６に示すように、従来のランキンサイクル装置４１は、加熱装置１、膨張機２、凝縮器３、気液分離器４、および流体ポンプ５を順次、環状に接続することにより構成されている。膨張機２はスクロール式、流体ポンプ５はロータリ式であり、共に容積型の流体機械である。また、膨張機２と流体ポンプ５との間には、発電機６を配置し、シャフト７により同軸に結合されている。 As shown in FIGS. 5 and 6, the conventional Rankine cycle device 41 is configured by sequentially connecting the heating device 1, the expander 2, the condenser 3, the gas-liquid separator 4, and the fluid pump 5 in an annular shape. Has been. The expander 2 is a scroll type and the fluid pump 5 is a rotary type, both of which are positive displacement fluid machines. Further, a generator 6 is disposed between the expander 2 and the fluid pump 5 and is coaxially coupled by a shaft 7.

作動流体は、加熱装置１で加熱された後、膨張機２で膨張して高温高圧から低圧となる。膨張した作動流体は、凝縮器３で冷却されて気相から液相へと凝縮し、気液分離器４で液相と気相とに分離された後、液相の作動流体のみが流体ポンプ５により加熱装置１に圧送される。上記膨張過程で、作動流体が膨張機２を回転駆動するのに伴って、流体ポンプ５と発電機６とが駆動される。膨張機２が作動流体から得た動力エネルギーのうち、流体ポンプ５を駆動するために消費されたエネルギーを除いた分が、発電機６で電気エネルギーに変換される。 The working fluid is heated by the heating device 1 and then expanded by the expander 2 to be changed from a high temperature and a high pressure to a low pressure. The expanded working fluid is cooled by the condenser 3 and condensed from the gas phase to the liquid phase. After being separated into the liquid phase and the gas phase by the gas-liquid separator 4, only the liquid phase working fluid is a fluid pump. 5 is pumped to the heating device 1. In the expansion process, as the working fluid rotates the expander 2, the fluid pump 5 and the generator 6 are driven. Of the motive energy obtained from the working fluid by the expander 2, a portion excluding energy consumed for driving the fluid pump 5 is converted into electrical energy by the generator 6.

図７は、従来のランキンサイクル装置４１のモリエル線図である。図７において、横軸はエンタルピー、縦軸は圧力、線Ｈは飽和液線、線Ｌは等密度線を表している。点Ａ−点Ｂは加熱装置１、点Ｂ−点Ｃは膨張機２、点Ｃ−点Ｄは凝縮器３、点Ｄ−点Ａは流体ポンプ５における作動流体の各状態変化を示している。流体ポンプ５入口側での作動流体の状態を示す点Ｄは、気液分離器４の作用により、常に飽和液線Ｈ上に存在する。
特開２００６−３３６５８６号公報 FIG. 7 is a Mollier diagram of a conventional Rankine cycle device 41. In FIG. 7, the horizontal axis represents enthalpy, the vertical axis represents pressure, the line H represents a saturated liquid line, and the line L represents an isodensity line. Point A-point B indicates the heating device 1, point B-point C indicates the expander 2, point C-point D indicates the condenser 3, and point D-point A indicates the state change of the working fluid in the fluid pump 5. . The point D indicating the state of the working fluid on the inlet side of the fluid pump 5 always exists on the saturated liquid line H due to the action of the gas-liquid separator 4.
JP 2006-336586 A

しかしながら、上記従来の流体ポンプ付き膨張機２を用いたランキンサイクル装置４１において、膨張機２と流体ポンプ５とをそれぞれ通過する作動流体の質量流量は同じであり、かつ、膨張機２と流体ポンプ５とはシャフト７で連結されているため、膨張機２入口側である点Ｂと流体ポンプ５入口側である点Ｄにおける作動流体の体積流量比と、膨張機２と流体ポンプ５における吸入容積比とは等しく、一定となる。したがって、点Ｂと点Ｄにおける作動流体の密度比も、同様に一定となる。 However, in the Rankine cycle device 41 using the conventional expander 2 with a fluid pump, the mass flow rates of the working fluid passing through the expander 2 and the fluid pump 5 are the same, and the expander 2 and the fluid pump 5 is connected by the shaft 7, so that the volume flow ratio of the working fluid at the point B on the inlet side of the expander 2 and the point D on the inlet side of the fluid pump 5, and the suction volume in the expander 2 and the fluid pump 5. The ratio is equal and constant. Accordingly, the density ratio of the working fluid at points B and D is also constant.

また、流体ポンプ５に吸入される作動流体、すなわち、点Ｄにおける作動流体は、気液分離器４の作用により飽和液の状態であり、その密度は温度と圧力の影響を殆ど受けることはなく、ほぼ一定であるので、膨張機２に吸入される作動流体、すなわち、点Ｂにおける作動流体の密度もほぼ一定となる。その結果、加熱装置１の加熱量や加熱温度が変化しても、点Ｂは等密度線Ｌ上でしか移動できないという拘束を受けるため、効率の良い圧力および温度条件下でのランキンサイクルの運転ができず、効率が低下してしまうという課題が生じていた。 Further, the working fluid sucked into the fluid pump 5, that is, the working fluid at the point D is in a saturated liquid state by the action of the gas-liquid separator 4, and its density is hardly affected by temperature and pressure. Therefore, the density of the working fluid sucked into the expander 2, that is, the density of the working fluid at the point B becomes substantially constant. As a result, even if the heating amount or heating temperature of the heating device 1 changes, the point B is restricted to move only on the isodensity line L, so that the Rankine cycle is operated under efficient pressure and temperature conditions. There was a problem that efficiency could be reduced.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ランキンサイクル装置において、流体ポンプ付き膨張機を用いても、効率良くランキンサイクル装置を動作させることを目的とするものである。 This invention is made | formed in view of this point, and even if it uses an expander with a fluid pump in a Rankine cycle apparatus, it aims at operating a Rankine cycle apparatus efficiently.

上述した課題を解決するために、本発明のランキンサイクル装置は、加熱装置と、前記加熱装置で加熱された作動流体を減圧膨張させて動力を回収する膨張機と、前記膨張機からの作動流体を冷却する凝縮器と、前記膨張機により駆動され、前記凝縮器からの作動流体を気液二相の状態で吸入、加圧する流体ポンプとを備えており、流体ポンプが吸入する液相の作動流体に気相を含ませることができる。 In order to solve the above-described problems, a Rankine cycle device of the present invention includes a heating device, an expander that recovers power by decompressing and expanding the working fluid heated by the heating device, and the working fluid from the expander. And a fluid pump that is driven by the expander and sucks and pressurizes the working fluid from the condenser in a gas-liquid two-phase state, and operates the liquid phase sucked by the fluid pump The fluid can include a gas phase.

本発明のランキンサイクル装置によれば、流体ポンプ付き膨張機を用いたランキンサイクル装置において、流体ポンプ入口側の作動流体は飽和液に近い状態であって、僅かでも気相を含ませることにより、密度は大きく変化する一方、エンタルピーは殆ど変化しない。したがって、流体ポンプに吸入される作動流体のエンタルピーを殆ど変化させることなく、作動流体の密度だけを大きく変化させることができ、膨張機に吸入される作動流体の密度も同様に大きく変化させることができるので、効率の良い圧力、温度条件でランキンサイクル装置を動作させることが可能となる。 According to the Rankine cycle device of the present invention, in the Rankine cycle device using the expander with a fluid pump, the working fluid on the fluid pump inlet side is in a state close to a saturated liquid, and includes a slight gas phase, While the density changes greatly, the enthalpy hardly changes. Therefore, the density of the working fluid sucked into the expander can be changed greatly without changing the enthalpy of the working fluid sucked into the fluid pump. As a result, the Rankine cycle apparatus can be operated under efficient pressure and temperature conditions.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるランキンサイクル装置１１の構成図である。図１に示すように、本実施の形態１のランキンサイクル装置１１は、加熱装置１２、膨張機１３、凝縮器１４、および流体ポンプ１５を順次、環状に接続することにより構成されている。また、膨張機１３と流体ポンプ１５との間には、発電機１６を配置し、シャフト１７により同軸に結合されている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a Rankine cycle device 11 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the Rankine cycle device 11 of the first embodiment is configured by sequentially connecting a heating device 12, an expander 13, a condenser 14, and a fluid pump 15 in an annular shape. Further, a generator 16 is disposed between the expander 13 and the fluid pump 15 and is coaxially coupled by a shaft 17.

作動流体は、加熱装置１２で加熱された後、膨張機１３で膨張して高温高圧から低圧となる。膨張した作動流体は、凝縮器１４で冷却されて気相から液相へと凝縮し、流体ポンプ１５により加熱装置１２に圧送される。上記膨張過程で、作動流体が膨張機１３を回転駆動するのに伴って、流体ポンプ１５と発電機１６とが駆動される。膨張機１３が作動流体から得た動力エネルギーのうち、流体ポンプ１５を駆動するために消費されたエネルギーを除いた分が、発電機１６で電気エネルギーに変換される。 The working fluid is heated by the heating device 12 and then expanded by the expander 13 to be changed from a high temperature and a high pressure to a low pressure. The expanded working fluid is cooled by the condenser 14 and condensed from the gas phase to the liquid phase, and is pumped to the heating device 12 by the fluid pump 15. In the expansion process, as the working fluid rotationally drives the expander 13, the fluid pump 15 and the generator 16 are driven. Of the motive energy obtained from the working fluid by the expander 13, a portion excluding energy consumed for driving the fluid pump 15 is converted into electrical energy by the generator 16.

本実施の形態１においては、凝縮器１４で作動流体に対する冷却量を抑制することにより、湿り度が減少して液相の中に気相が混入した作動流体を、流体ポンプ１５へ吸入させることができる。 In the first embodiment, the amount of cooling with respect to the working fluid is suppressed by the condenser 14 so that the working fluid in which the wetness is reduced and the gas phase is mixed in the liquid phase is sucked into the fluid pump 15. Can do.

図２は、本発明の実施の形態１におけるランキンサイクル装置１１のモリエル線図（実線）である。図２において、横軸はエンタルピー、縦軸は圧力、線Ｈは飽和液線、線Ｌ１は等密度線を表している。点Ａ１−点Ｂ１は加熱装置１２、点Ｂ１−点Ｃ１は膨張機１３、点Ｃ１−点Ｄ１は凝縮器１４、点Ｄ１−点Ａ１は流体ポンプ１５における作動流体の各状態変化を示している。なお、比較例として、従来のランキンサイクル装置４１のモリエル線図（点線）を同図上に記載している。 FIG. 2 is a Mollier diagram (solid line) of Rankine cycle device 11 according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 2, the horizontal axis represents enthalpy, the vertical axis represents pressure, the line H represents a saturated liquid line, and the line L1 represents an isodensity line. Point A1-point B1 indicates the heating device 12, point B1-point C1 indicates the expander 13, point C1-point D1 indicates the condenser 14, and point D1-point A1 indicates the state change of the working fluid in the fluid pump 15. . As a comparative example, a Mollier diagram (dotted line) of a conventional Rankine cycle device 41 is shown on the same drawing.

図２に示すように、従来のランキンサイクル装置４１において、流体ポンプ５入口側での作動流体の状態を示す点Ｄは、常に飽和液線Ｈ上に存在し、飽和液の状態にある。一方、本実施の形態１のランキンサイクル装置１１においては、凝縮器１４で冷却量を抑制することにより、湿り度が減少して液相の中に気相が混入した作動流体が、流体ポンプ１５へ吸入されるため、流体ポンプ１５入口側である点Ｄ１は、点Ｄから横軸方向に僅かに変化した位置となる。以下、本実施の形態１におけるランキンサイクル装置１１のモリエル線図について、具体的に説明する。 As shown in FIG. 2, in the conventional Rankine cycle device 41, the point D indicating the state of the working fluid on the inlet side of the fluid pump 5 is always present on the saturated liquid line H and is in the saturated liquid state. On the other hand, in the Rankine cycle apparatus 11 according to the first embodiment, the working fluid in which the vapor phase is mixed in the liquid phase by reducing the amount of cooling by the condenser 14 is reduced to the fluid pump 15. Therefore, the point D1 on the inlet side of the fluid pump 15 is a position slightly changed from the point D in the horizontal axis direction. Hereinafter, the Mollier diagram of the Rankine cycle device 11 according to the first embodiment will be specifically described.

作動流体として水を用いた場合、冷却温度が８０℃のとき、点Ｄで示される飽和液の密度は９７２ｋｇ／ｍ^３、点Ｅで示される飽和蒸気の密度は０．２９ｋｇ／ｍ^３であり、点Ｄと点Ｅでは約３３００倍異なる。例えば、点Ｄ１を液相の中に０．１重量％の気相が存在する状態とすると、点Ｄ１の密度は約２４０ｋｇ／ｍ^３となり、点Ｄの密度に対して約１／４に低下する。しかしながら、この時の点Ｄから点Ｄ１へのエンタルピーの変化は、１％以下という僅かな数値であるため、図２のモリエル線図上において、点Ｄ１は横軸方向に僅かにしか変化しない。 When water is used as working fluid, when the coolant temperature is 80 ° C., the density of the saturated liquid represented by point D 972kg / ^{m 3,} the density of the saturated vapor represented by the point E is 0.29 kg / ^{m 3} , Point D and point E differ by about 3300 times. For example, if the point D1 is in a state in which a gas phase of 0.1% by weight exists in the liquid phase, the density of the point D1 is about 240 kg / m ³ , which is about ¼ of the density of the point D. To do. However, since the change in enthalpy from the point D to the point D1 at this time is a small value of 1% or less, the point D1 changes only slightly in the horizontal axis direction on the Mollier diagram of FIG.

一方、膨張機１３入口側である点Ｂ１と流体ポンプ１５入口側である点Ｄ１における作動流体の密度比は、膨張機１３と流体ポンプ１５の吸入容積比により決定される所定値Ｒに固定される。したがって、流体ポンプ１５入口側の作動流体の状態が、点Ｄから点Ｄ１へと変化するのに伴って、膨張機１３入口側の作動流体の状態も、図２に示すように、所定値Ｒにより点Ｂから点Ｂ１へと変化する。この時の点Ｂ１の密度は、上記同様、点Ｂの密度に対して約１／４に低下する。通常、点Ｂは気相あるいは超臨界相の領域であり、等密度線Ｌ上でしか移動できないが、本実施の形態１においては、上記密度の変化に伴って、点Ｂ１のエンタルピーも大きく変化し、点Ｂ１は等密度線Ｌ１へ移動することができる。したがって、加熱装置１２における加熱量が変化した場合に、点Ｄでの飽和液の状態を殆ど変化させることなく、点Ｂでの作動流体の状態を加熱量に追従させた点Ｂ１の状態に変化させることができる。 On the other hand, the density ratio of the working fluid at the point B1 on the inlet side of the expander 13 and the point D1 on the inlet side of the fluid pump 15 is fixed to a predetermined value R determined by the suction volume ratio of the expander 13 and the fluid pump 15. The Therefore, as the state of the working fluid at the inlet side of the fluid pump 15 changes from the point D to the point D1, the state of the working fluid at the inlet side of the expander 13 is also the predetermined value R as shown in FIG. Changes from point B to point B1. At this time, the density of the point B1 is reduced to about 1/4 with respect to the density of the point B as described above. Usually, the point B is a region of a gas phase or a supercritical phase and can move only on the isodensity line L. However, in the first embodiment, the enthalpy of the point B1 also greatly changes as the density changes. Then, the point B1 can move to the isodensity line L1. Therefore, when the heating amount in the heating device 12 changes, the state of the working fluid at the point B changes to the state of the point B1 that follows the heating amount without substantially changing the state of the saturated liquid at the point D. Can be made.

このように、本実施の形態１のランキンサイクル装置１１では、流体ポンプ１５入口側の作動流体の、液相に含まれる気相の量を変えることにより、膨張機１３入口側の作動流体の密度を広い範囲で制御することができる。これにより、加熱装置１２における加熱量や加熱温度の変化に対応した最適な条件で膨張機１３と流体ポンプ１５を動作させることができ、効率の良い状態でランキンサイクル装置１１を運転することができる。 As described above, in the Rankine cycle device 11 according to the first embodiment, the working fluid density on the inlet side of the expander 13 is changed by changing the amount of the gas phase contained in the liquid phase of the working fluid on the inlet side of the fluid pump 15. Can be controlled in a wide range. Thereby, the expander 13 and the fluid pump 15 can be operated under the optimum conditions corresponding to the heating amount and the heating temperature in the heating device 12, and the Rankine cycle device 11 can be operated in an efficient state. .

また、本実施の形態１では、凝縮器１４の冷却量により湿り度を制御するので、従来のランキンサイクル装置に対して特別な要素を追加することなく、簡単な構成でランキンサイクル装置の効率を向上させることができる。 Further, in the first embodiment, the wetness is controlled by the cooling amount of the condenser 14, so that the efficiency of the Rankine cycle apparatus can be improved with a simple configuration without adding a special element to the conventional Rankine cycle apparatus. Can be improved.

なお、本実施の形態１で用いる流体ポンプ１５としては、容積型であれば、いずれの方式でも用いることができる。特には、吸入する作動流体には圧縮性のある気相が含まれるため、圧縮作用を有するものが好適である。例えば、ロータリ式やスクロール式であれば、リード弁等の吐出バルブを用いたものであることが望ましい。通常の流体ポンプは、非圧縮性である液相の作動流体を圧送するものであって圧縮過程が無いため、圧縮性の気相が混ざると効率が低下するが、吐出バルブの作用により圧縮過程が行われることで、効率が低下しない。 As the fluid pump 15 used in the first embodiment, any method can be used as long as it is a positive displacement type. In particular, since the working fluid to be sucked contains a compressible gas phase, a fluid having a compression action is suitable. For example, in the case of a rotary type or a scroll type, it is desirable to use a discharge valve such as a reed valve. A normal fluid pump pumps a non-compressible liquid phase working fluid and does not have a compression process, so the efficiency decreases when mixed with a compressible gas phase. As a result, the efficiency does not decrease.

なお、本実施の形態１で用いる作動流体としては、水を用いた場合を説明したが、これに限られることは無く、凝縮器１４内部で気相から液相へと凝縮する作動流体、例えば、アンモニアや二酸化炭素を用いても、同様の効果を得ることができる。 In addition, although the case where water was used was demonstrated as a working fluid used in this Embodiment 1, it is not restricted to this, For example, the working fluid which condenses from a gaseous phase to a liquid phase inside the condenser 14, for example Even when ammonia or carbon dioxide is used, the same effect can be obtained.

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるランキンサイクル装置２１の構成図である。本実施の形態２におけるランキンサイクル装置２１は、凝縮器１４を通過した作動流体を流体ポンプ１５に導く第１吸入管２２に加えて、凝縮器１４の上流側の作動流体を流体ポンプ１５の入口側に直接導く第２吸入管２３と、第２吸入管２３に設けられた流量調整弁２４とを備えたことが、図１の実施の形態１におけるランキンサイクル装置１１と相違する。本実施の形態２において、実施の形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。 (Embodiment 2)
FIG. 3 is a configuration diagram of the Rankine cycle device 21 according to Embodiment 2 of the present invention. In the Rankine cycle device 21 according to the second embodiment, in addition to the first suction pipe 22 that guides the working fluid that has passed through the condenser 14 to the fluid pump 15, the working fluid upstream of the condenser 14 is supplied to the inlet of the fluid pump 15. It differs from Rankine cycle apparatus 11 in Embodiment 1 of Drawing 1 in having provided the 2nd suction pipe 23 led directly to the side, and flow control valve 24 provided in the 2nd suction pipe 23. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図３に示すように、本実施の形態２では、第１吸入管２２から、凝縮器１４で凝縮した液相の作動流体が、流体ポンプ１５に導かれる。さらに、第２吸入管２３から、凝縮器１４で凝縮する前の気相の作動流体が、流体ポンプ１５に導かれる。第２吸入管２３から導かれる気相の作動流体の流量は、流量調整弁２４の開度により制御されている。これにより、さらにきめ細やかな湿り度の制御が可能となり、ランキンサイクル装置２１の効率をより向上させることができる。 As shown in FIG. 3, in the second embodiment, the liquid-phase working fluid condensed by the condenser 14 is guided from the first suction pipe 22 to the fluid pump 15. Further, the gas-phase working fluid before being condensed in the condenser 14 is guided from the second suction pipe 23 to the fluid pump 15. The flow rate of the gas-phase working fluid led from the second suction pipe 23 is controlled by the opening degree of the flow rate adjustment valve 24. As a result, the wetness can be controlled more finely, and the efficiency of the Rankine cycle device 21 can be further improved.

このように、本実施の形態２のランキンサイクル装置２１では、凝縮器１４の冷却量を制御しなくても、流体ポンプ１５へ吸入される作動流体の湿り度を、第２吸入管２３と流量調整弁２４とにより制御することができる。したがって、実施の形態１同様、流体ポンプ１５に吸入される液相の作動流体に僅かな気相を含ませることにより、膨張機１３に吸入される作動流体の密度を制御することが可能となり、簡単な構成でランキンサイクル装置２１の効率を向上させることができる。 As described above, in the Rankine cycle device 21 according to the second embodiment, the wetness of the working fluid sucked into the fluid pump 15 is set to the flow rate of the second suction pipe 23 and the flow rate without controlling the cooling amount of the condenser 14. It can be controlled by the regulating valve 24. Therefore, the density of the working fluid sucked into the expander 13 can be controlled by including a slight gas phase in the liquid working fluid sucked into the fluid pump 15 as in the first embodiment. The efficiency of the Rankine cycle device 21 can be improved with a simple configuration.

なお、本実施の形態２では、流量調整弁２４を用いたが、これに限られることはなく、第２吸入管２３に何らかの流動抵抗を生じさせる手段を設けることにより、ほぼ同様の効果を得ることができる。 In the second embodiment, the flow rate adjustment valve 24 is used. However, the present invention is not limited to this. By providing a means for generating some flow resistance in the second suction pipe 23, substantially the same effect can be obtained. be able to.

また、第１吸入管２２と第２吸入管２３とが、流体ポンプ１５の入口側で合流しているが、これに限られることはなく、別々に流体ポンプ１５に吸入させて作動室（図示せず）で合流させても、同様の効果が得られることは言うまでも無い。 In addition, the first suction pipe 22 and the second suction pipe 23 are joined at the inlet side of the fluid pump 15, but the present invention is not limited to this, and the fluid pump 15 is separately sucked into the working chamber (see FIG. It goes without saying that the same effect can be obtained even if they are joined together.

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３におけるランキンサイクル装置３１の構成図である。本実施の形態３におけるランキンサイクル装置３１は、凝縮器１４としての第１凝縮器１４ａおよび第２凝縮器１４ｂ、その間に配置された気液分離器３２、第２凝縮器１４ｂからの液相の作動流体を流体ポンプ１５に導く第１吸入管３３に加えて、気液分離器３２からの気相の作動流体を流体ポンプ１５の入口側に直接導く第２吸入管３４、および、第２吸入管３４に設けられた流量調整弁３５を備えたことが、図１の実施の形態１におけるランキンサイクル装置１１と相違する。本実施の形態３において、実施の形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。 (Embodiment 3)
FIG. 4 is a configuration diagram of the Rankine cycle device 31 according to the third embodiment of the present invention. The Rankine cycle device 31 according to the third embodiment includes a first condenser 14a and a second condenser 14b as the condenser 14, a gas-liquid separator 32 disposed therebetween, and a liquid phase from the second condenser 14b. In addition to the first suction pipe 33 that guides the working fluid to the fluid pump 15, the second suction pipe 34 that guides the gas-phase working fluid from the gas-liquid separator 32 directly to the inlet side of the fluid pump 15, and the second suction pipe The provision of the flow rate adjustment valve 35 provided in the pipe 34 is different from the Rankine cycle apparatus 11 in the first embodiment shown in FIG. In the third embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図４に示すように、本実施の形態３では、実施の形態２同様、第１吸入管３３から、第２凝縮器１４ｂで凝縮した液相の作動流体が、流体ポンプ１５に導かれる。さらに、第２吸入管３４から、気液分離器３２で液相から分離された気相の作動流体が、流体ポンプ１５に導かれる。第２吸入管３４から導かれる気相の作動流体の流量は、流量調整弁３５の開度により制御されている。 As shown in FIG. 4, in the third embodiment, the liquid-phase working fluid condensed in the second condenser 14 b is guided from the first suction pipe 33 to the fluid pump 15 as in the second embodiment. Further, the gas-phase working fluid separated from the liquid phase by the gas-liquid separator 32 is guided from the second suction pipe 34 to the fluid pump 15. The flow rate of the gas-phase working fluid led from the second suction pipe 34 is controlled by the opening degree of the flow rate adjustment valve 35.

このように、本実施の形態３のランキンサイクル装置３１では、第１凝縮器１４ａおよび第２凝縮器１４ｂの冷却量を制御しなくても、流体ポンプ１５へ吸入される作動流体の湿り度を、第２吸入管３４と流量調整弁３５とにより制御することができる。したがって、実施の形態１同様、流体ポンプ１５に吸入される液相の作動流体に僅かな気相の作動流体を含ませることにより、膨張機１３に吸入される作動流体の密度を制御することが可能となり、簡単な構成でランキンサイクル装置３１の効率を向上させることができる。 Thus, in the Rankine cycle device 31 according to the third embodiment, the wetness of the working fluid sucked into the fluid pump 15 can be controlled without controlling the cooling amounts of the first condenser 14a and the second condenser 14b. The second suction pipe 34 and the flow rate adjustment valve 35 can be controlled. Therefore, as in the first embodiment, the density of the working fluid sucked into the expander 13 can be controlled by including a small amount of gas-phase working fluid in the liquid-phase working fluid sucked into the fluid pump 15. It becomes possible, and the efficiency of the Rankine cycle apparatus 31 can be improved with a simple configuration.

また、本実施の形態３では、第１凝縮器１４ａと第２凝縮器１４ｂの間に配置された第２吸入管３４を通じて、気相の作動流体を流体ポンプ１５に供給することにより、予め第１凝縮器１４ａで飽和蒸気まで冷却された気相の作動流体を、流体ポンプ１５に供給することができる。これにより、第１吸入管３３から供給される液相の作動流体と、第２吸入管３４から供給される気相の作動流体との温度差は殆ど無く、流体ポンプ１５の内部で混ざる際に熱移動に伴う相変化を起こすことが無いので、流体ポンプ１５の動作を安定させることができ、信頼性を向上させることができる。 Further, in the third embodiment, the gas phase working fluid is supplied to the fluid pump 15 through the second suction pipe 34 disposed between the first condenser 14a and the second condenser 14b. The gas phase working fluid cooled to the saturated vapor by the single condenser 14 a can be supplied to the fluid pump 15. Thereby, there is almost no temperature difference between the liquid-phase working fluid supplied from the first suction pipe 33 and the gas-phase working fluid supplied from the second suction pipe 34, and when mixed inside the fluid pump 15. Since there is no phase change caused by heat transfer, the operation of the fluid pump 15 can be stabilized and the reliability can be improved.

また、第１凝縮器１４ａと第２凝縮器１４ｂの間に気液分離器３２を備えたことにより、第２吸入管３４に確実に気相の作動流体を供給することができるので、上記効果をより確実なものとすることができる。 Further, since the gas-liquid separator 32 is provided between the first condenser 14a and the second condenser 14b, the gas-phase working fluid can be reliably supplied to the second suction pipe 34. Can be made more reliable.

本発明は、排熱等から回収した熱エネルギーを動力エネルギーに変換するためのランキンサイクル装置に有用である。 The present invention is useful for a Rankine cycle device for converting thermal energy recovered from exhaust heat or the like into motive energy.

本発明の実施の形態１におけるランキンサイクル装置の構成図Configuration diagram of Rankine cycle device according to Embodiment 1 of the present invention 図１のランキンサイクル装置のモリエル線図Mollier diagram of the Rankine cycle system of FIG. 本発明の実施の形態２におけるランキンサイクル装置の構成図Configuration diagram of Rankine cycle device according to Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施の形態３におけるランキンサイクル装置の構成図Configuration diagram of Rankine cycle device according to Embodiment 3 of the present invention 従来のランキンサイクル装置の構成図Configuration diagram of conventional Rankine cycle equipment 従来の流体ポンプ付き膨張機の断面図Sectional view of a conventional expander with a fluid pump 従来のランキンサイクル装置のモリエル線図Mollier diagram of conventional Rankine cycle system

Explanation of symbols

１，１２加熱装置
２，１３膨張機
３，１４凝縮器
４，３２気液分離器
５，１５流体ポンプ
６，１６発電機
７，１７シャフト
１１，２１，３１，４１ランキンサイクル装置
１４ａ第１凝縮器
１４ｂ第２凝縮器
２２第１吸入管
２３第２吸入管
２４，３５流量調整弁
３３第１吸入管
３４第２吸入管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,12 Heating device 2,13 Expander 3,14 Condenser 4,32 Gas-liquid separator 5,15 Fluid pump 6,16 Generator 7,17 Shaft 11,21,31,41 Rankine cycle device 14a First condensation 14b Second condenser 22 First suction pipe 23 Second suction pipe 24, 35 Flow rate adjusting valve 33 First suction pipe 34 Second suction pipe

Claims

A heating device; an expander that recovers power by decompressing and expanding the working fluid heated by the heating device; a condenser that cools the working fluid from the expander; and the condenser driven by the expander, And a fluid pump that sucks and pressurizes the working fluid in a gas-liquid two-phase state.

The Rankine cycle device according to claim 1, wherein the density of the working fluid sucked by the fluid pump is controlled by a cooling amount of the condenser.

The fluid pump includes a first suction pipe and a second suction pipe, wherein the first suction pipe sucks a liquid-phase working fluid, and the second suction pipe sucks a gas-phase working fluid, The Rankine cycle apparatus according to claim 1.

4. The Rankine cycle device according to claim 3, wherein a flow rate adjusting valve is provided in the second suction pipe, and the density of the working fluid sucked by the fluid pump is controlled by the flow rate adjusting valve. 5.

The working fluid that has passed through the condenser flows into the first suction pipe, and the working fluid upstream of the condenser flows into the second suction pipe. The described Rankine cycle apparatus.

The condenser includes a first condenser on the upstream side and a second condenser on the downstream side with respect to the flow of the working fluid, and the working fluid that has passed through the second condenser flows into the first suction pipe. The Rankine cycle device according to claim 3 or 4, wherein the working fluid between the first condenser and the second condenser flows into the second suction pipe.

A gas-liquid separator is provided between the first condenser and the second condenser, and a gas-phase working fluid separated by the gas-liquid separator flows into the second suction pipe. The Rankine cycle device according to claim 6.