JP2014034961A

JP2014034961A - ランキンサイクルシステム

Info

Publication number: JP2014034961A
Application number: JP2012178397A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Nakamura; 正明中村
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-24
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: JP5934051B2

Abstract

【課題】蒸発器及び凝縮器の小型化を図ることができるランキンサイクルシステムを提供する。
【解決手段】車両に搭載されるランキンサイクルシステム１０に、蒸発器１と、膨張機２と、凝縮器３と、ポンプ４と、作動媒体の流れ方向において蒸発器１の上流側に取り付けられて外気と作動媒体との間で熱交換する蒸発器用熱交換器１１と、作動媒体の流れ方向において凝縮器３の上流側に取り付けられて外気と作動媒体との間で熱交換する凝縮器用熱交換器１２を設け、車両の走行風の流れ方向において蒸発器用熱交換器１１を凝縮器用熱交換器１２の下流側に配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載されるランキンサイクルシステムに関する。

従来から、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、ポンプと、を備えるランキンサイクルシステムが知られている。そして、特許文献１，２には、このようなランキンサイクルシステムにおいて、膨張機と凝縮器との間の流路を流れる作動媒体とポンプと蒸発器との間の流路を流れる作動媒体との間で熱交換を行う再生器を設けることが記載されている。

特開２００９−１３３２６６号公報特開２０１１−０２７０００号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載のランキンサイクルシステムでは、再生器が作動媒体同士の熱交換しか行わないため、蒸発器及び凝縮器の小型化の観点から、依然改善の余地がある。

そこで、本発明は、蒸発器及び凝縮器の小型化を図ることができるランキンサイクルシステムを提供することを目的とする。

本発明に係るランキンサイクルシステムは、車両に搭載されるランキンサイクルシステムであって、作動媒体の流れ方向において蒸発器の上流側に取り付けられて外気と作動媒体との間で熱交換する蒸発器用熱交換器と、作動媒体の流れ方向において凝縮器の上流側に取り付けられて外気と作動媒体との間で熱交換する凝縮器用熱交換器を備え、車両の走行風の流れ方向において蒸発器用熱交換器が凝縮器用熱交換器の下流側に配置される。

本発明に係るランキンサイクルシステムによれば、蒸発器及び凝縮器の上流側に蒸発器用熱交換器及び凝縮器用熱交換器が取り付けられているため、蒸発器における作動媒体の加熱能力を小さくすることができるとともに、凝縮器における作動媒体の冷却能力を小さくすることができる。そして、走行風の流れ方向において蒸発器用熱交換器が凝縮器用熱交換器の下流側に配置されているため、蒸発器用熱交換器と凝縮器用熱交換器とが走行風を利用した再生器として機能する。つまり、凝縮器用熱交換器では、冷たい外気により膨張機後の高温作動媒体が冷却され、蒸発器用熱交換器では、凝縮器用熱交換器において膨張機後の高温作動媒体との熱交換により加熱された外気により作動媒体が加熱される。これにより、ランキンサイクル効率が向上するため、蒸発器及び凝縮器を小型化することができる。しかも、蒸発器用熱交換器において熱交換に使われなかった外気の廃熱エネルギーは、車両の暖房に利用することができる。

また、本発明は、蒸発器用熱交換器と凝縮器用熱交換器とが離間されているものとすることができる。このように蒸発器用熱交換器と凝縮器用熱交換器とを離間させることで、ランキンサイクルシステムの配置自由度が向上する。

また、本発明は、蒸発器用熱交換器と凝縮器用熱交換器とが一体化されているものとすることができる。このように蒸発器用熱交換器と凝縮器用熱交換器とを一体化することで、熱エネルギーの再生効率が向上するため、蒸発器及び凝縮器を更に小型化することができる。

本発明によれば、蒸発器及び凝縮器の小型化を図ることができ、しかも、廃熱エネルギーを車両の暖房に利用することができる。

ランキンサイクルシステムの基本原理図である。第１の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示すブロック図である。第２の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示すブロック図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係るランキンサイクルシステムは、トラックなどの車両に搭載されるものである。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、本実施形態に係るランキンサイクルシステムを説明する前に、ランキンサイクルシステムの基本原理について簡単に説明する。

図１は、ランキンサイクルシステムの基本原理図である。なお、図１において、右方は車両上下方向における上方を示しており、左方は車両上下方向における下方を示している。図１に示すように、ランキンサイクルシステムは、エンジン冷却水や排気ガスなどの車両の熱源を利用して作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発器１と、蒸発器１で蒸発された作動媒体を利用して発電を行う膨張機２と、車両の冷熱源などにより膨張機２において発電に利用された作動媒体を冷却して凝縮する凝縮器３と、凝縮器３で凝縮された作動媒体を圧縮して蒸発器１に送り出すポンプ４と、を備えている。そして、蒸発器１には、車両の熱源と作動媒体との熱交換を行う熱交換器（不図示）が設けられており、凝縮器３には、車両の冷熱源と作動媒体との熱交換を行う熱交換器（不図示）が設けられている。

［第１の実施形態］
次に、第１の実施形態に係るランキンサイクルシステムについて説明する。

図２は、第１の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示すブロック図である。なお、図２において、右方は車両上下方向における上方を示しており、左方は車両上下方向における下方を示している。図２に示すように、本実施形態に係るランキンサイクルシステム１０は、蒸発器１と、膨張機２と、凝縮器３と、ポンプ４と、蒸発器用熱交換器１１と、凝縮器用熱交換器１２と、を備えている。

蒸発器用熱交換器１１は、外気が通過することにより、外気とランキンサイクルシステム１０の作動媒体との熱交換を行う熱交換器である。蒸発器用熱交換器１１は、作動媒体の流れ方向において蒸発器１の上流側に取り付けられている。蒸発器用熱交換器１１は、蒸発器１と一体的に取り付けられてもよく、蒸発器１に離間して取り付けられてもよい。蒸発器用熱交換器１１が蒸発器１と一体的に取り付けられる場合、蒸発器用熱交換器１１は、蒸発器１に設けられて車両の熱源と作動媒体との熱交換を行う熱交換器（不図示）と一体であってもよく、この熱交換器（不図示）と別体であってもよい。なお、蒸発器用熱交換器１１としては、外気と作動媒体との熱交換を行うことができる公知の様々な熱交換器を採用することができる。

凝縮器用熱交換器１２は、外気が通過することにより、外気とランキンサイクルシステム１０の作動媒体との熱交換を行う熱交換器である。凝縮器用熱交換器１２は、作動媒体の流れ方向において凝縮器３の上流側に取り付けられている。凝縮器用熱交換器１２は、凝縮器３と一体的に取り付けられてもよく、凝縮器３に離間して取り付けられてもよい。凝縮器用熱交換器１２が凝縮器３と一体的に取り付けられる場合、凝縮器用熱交換器１２は、凝縮器３に設けられて車両の熱源と作動媒体との熱交換を行う熱交換器（不図示）と一体であってもよく、この熱交換器（不図示）と別体であってもよい。なお、凝縮器用熱交換器１２としては、外気と作動媒体との熱交換を行うことができる公知の様々な熱交換器を採用することができる。

そして、蒸発器用熱交換器１１と凝縮器用熱交換器１２とは離間されており、車両が走行することにより発生する走行風の流れ方向において、蒸発器用熱交換器１１が凝縮器用熱交換器１２の下流側に配置されている。走行風の流れ方向とは、車両に対して外気が流れていく方向である。このため、蒸発器用熱交換器１１及び凝縮器用熱交換器１２が車両の前部に搭載される場合、走行風は車両前後方向前側から車両前後方向後側に流れていくため、蒸発器用熱交換器１１は凝縮器用熱交換器１２の車両前後方向後側に配置される。一方、蒸発器用熱交換器１１及び凝縮器用熱交換器１２が車両の側部に搭載される場合、走行風は車幅方向外側から車幅方向内側に流れていくため、蒸発器用熱交換器１１は凝縮器用熱交換器１２の車幅方向内側に配置される。なお、蒸発器用熱交換器１１と凝縮器用熱交換器１２との配置関係は、これらの例示した配置関係に限定されるものではなく、搭載される車両の位置に応じて適宜設定される。

次に、本実施形態に係るランキンサイクルシステム１０の作用について説明する。

まず、膨張機２から凝縮器３側に送られる高温の作動媒体は、凝縮器用熱交換器１２に流れ込む。このとき、外気である走行風が凝縮器用熱交換器１２を通過するため、凝縮器用熱交換器１２では、走行風と作動媒体とが熱交換することにより、高温の作動媒体が冷却される。そして、凝縮器用熱交換器１２において冷却された作動媒体は、ポンプ４により送り出されて蒸発器用熱交換器１１に流れ込む。このとき、凝縮器用熱交換器１２における熱交換により加熱された走行風が蒸発器用熱交換器１１を通過するため、蒸発器用熱交換器１１では、走行風と作動媒体とが熱交換することにより、低温の作動媒体が加熱される。そして、蒸発器用熱交換器１１において加熱された作動媒体は、蒸発器１において加熱されて膨張機２に流れ込み、膨張機２において発電に利用された後に、再度凝縮器用熱交換器１２に流れ込む。

このように、本実施形態に係るランキンサイクルシステム１０によれば、蒸発器用熱交換器１１及び凝縮器用熱交換器１２が設けられているため、蒸発器１における作動媒体の加熱能力を小さくすることができるとともに、凝縮器３における作動媒体の冷却能力を小さくすることができる。そして、走行風の流れ方向において蒸発器用熱交換器１１が凝縮器用熱交換器１２の下流側に配置されているため、蒸発器用熱交換器１１と凝縮器用熱交換器１２とが走行風を利用した再生器として機能する。これにより、ランキンサイクルが向上するため、蒸発器及び凝縮器を小型化することができる。しかも、蒸発器用熱交換器１１において熱交換に使われなかった外気の廃熱エネルギーは、車両の暖房に利用することができる。

また、蒸発器用熱交換器１１と前記凝縮器用熱交換器１２とが離間しているため、ランキンサイクルシステム１０の配置自由度が向上する。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係るランキンサイクルシステムについて説明する。第２の実施形態に係るランキンサイクルシステムは、第１の実施形態に係るランキンサイクルシステムと基本的に同様であり、蒸発器用熱交換器と凝縮器用熱交換器との位置関係のみ、第１の実施形態に係るランキンサイクルシステムと相違する。このため、以下では、第１の実施形態に係るランキンサイクルシステムと相違する点のみを説明し、第１の実施形態に係るランキンサイクルシステムと同様の説明を省略する。

図３は、第２の実施形態に係るランキンサイクルシステムを示すブロック図である。なお、図３において、右方は車両上下方向における上方を示しており、左方は車両上下方向における下方を示している。図３に示すように、本実施形態に係るランキンサイクルシステム２０は、蒸発器１と、膨張機２と、凝縮器３と、ポンプ４と、蒸発器用熱交換器２１と、凝縮器用熱交換器２２と、を備えている。

蒸発器用熱交換器２１は、第１の実施形態に係るランキンサイクルシステム１０の蒸発器用熱交換器１１と同様の構成である。

凝縮器用熱交換器２２は、第１の実施形態に係るランキンサイクルシステム１０の凝縮器用熱交換器１２と同様の構成である。

そして、蒸発器用熱交換器２１と凝縮器用熱交換器２２とが一体化されており、車両が走行することにより発生する走行風の流れ方向において、蒸発器用熱交換器２１が凝縮器用熱交換器１２の下流側に配置されている。この場合、蒸発器用熱交換器２１と凝縮器用熱交換器２２とが一体となっていてもよく、別体の蒸発器用熱交換器２１と凝縮器用熱交換器２２とが接合されていてもよい。

このように、本実施形態に係るランキンサイクルシステム２０によれば、蒸発器用熱交換器２１と凝縮器用熱交換器２２とが一体化されているため、蒸発器用熱交換器２１と凝縮器用熱交換器２２とが離間されている場合に比べて、熱エネルギーの再生効率を向上させることができる。これにより、蒸発器１及び凝縮器３を更に小型化することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ランキンサイクルシステムが搭載される車両としてトラックを例示しているが、例えばバス、トラクタ又はその他の車両でもよい。

１…蒸発器、２…膨張機、３…凝縮器、４…ポンプ、１０…ランキンサイクルシステム、１１…蒸発器用熱交換器、１２…凝縮器用熱交換器、２０…ランキンサイクルシステム、２１…蒸発器用熱交換器、２２…凝縮器用熱交換器。

Claims

車両に搭載されるランキンサイクルシステムであって、
作動媒体の流れ方向において蒸発器の上流側に取り付けられて外気と作動媒体との間で熱交換する蒸発器用熱交換器と、
作動媒体の流れ方向において凝縮器の上流側に取り付けられて外気と作動媒体との間で熱交換する凝縮器用熱交換器を備え、
前記車両の走行風の流れ方向において前記蒸発器用熱交換器が前記凝縮器用熱交換器の下流側に配置される、
ランキンサイクルシステム。
前記蒸発器用熱交換器と前記凝縮器用熱交換器とが離間されている、
請求項１に記載のランキンサイクルシステム。
前記蒸発器用熱交換器と前記凝縮器用熱交換器とが一体化されている、
請求項１に記載のランキンサイクルシステム。