JP2014231737A - Rankine cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ランキンサイクルを備えたランキンサイクル装置に係り、特に車両に搭載されるランキンサイクル装置に関する。 The present invention relates to a Rankine cycle apparatus including a Rankine cycle, and more particularly to a Rankine cycle apparatus mounted on a vehicle.
車両の内燃機関から排出される熱を発電機等の動力に変換するランキンサイクルを利用した技術が開発されている。そして、ランキンサイクルは、液相流体を等圧加熱して過熱蒸気を発生させるボイラと、過熱蒸気を断熱膨張させて動力を得る膨張機と、膨張機において膨張した蒸気を等圧冷却して液化するコンデンサと、液化した液相流体をボイラに送り出すポンプとから構成される。 A technique using a Rankine cycle that converts heat discharged from an internal combustion engine of a vehicle into power of a generator or the like has been developed. The Rankine cycle consists of a boiler that generates superheated steam by isobaric heating of a liquid phase fluid, an expander that obtains power by adiabatic expansion of the superheated steam, and steam that is expanded in the expander is cooled by isobaric pressure. And a pump for sending the liquefied liquid phase fluid to the boiler.
特許文献1には、車両に搭載されるランキンサイクル回路が記載されている。このランキンサイクル回路では、ポンプの駆動軸と膨張機の出力軸とが電磁クラッチを介して同軸上に配置され、さらに、ポンプの駆動軸には、別の電磁クラッチを介してエンジンの動力が伝達されるように構成されている。また、膨張機は、さらに別の電磁クラッチを介して発電機に接続され、発電機は、バッテリに接続されている。そして、車両の状態に応じて、3つの電磁クラッチが締結又は解放されて、ポンプ、膨張機、発電機のそれぞれの動作が制御され、それにより、ランキンサイクル回路の動作及び発電が制御される。
車両に搭載されるランキンサイクルにおいて、ポンプ及び膨張機が継続して稼動されて発電機により発電された電力がバッテリへ充電され続けると、バッテリへ充電される電力量が車両で消費される電力量より多い場合には、バッテリは、その充電量を増加させ続け、過度に充電された状態である過充電状態にいたってしまう。特許文献1のランキンサイクル回路では、膨張機と発電機との間の電磁クラッチを解放することによって、発電機の稼働を停止して発電量を調節し、バッテリの過充電を防いでいる。
In a Rankine cycle mounted on a vehicle, when the pump and the expander are continuously operated and the power generated by the generator is continuously charged to the battery, the amount of power charged to the battery is consumed by the vehicle. If there are more, the battery will continue to increase its charge and will end up in an overcharged state, which is an overcharged state. In the Rankine cycle circuit of
しかしながら、特許文献1のランキンサイクル回路では、電磁クラッチを搭載するためのスペースが必要になり、他の装備品が多数搭載される車両ではスペースの確保が難しいという問題がある。
However, the Rankine cycle circuit of
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、簡単な構成でバッテリへの過充電を防止することのできるランキンサイクル装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a Rankine cycle device capable of preventing overcharging of a battery with a simple configuration.
この発明に係るランキンサイクル装置は、車両に搭載されるランキンサイクル装置において、車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、コンデンサで冷却された作動流体を熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、充電率検出手段による検出値に基づいて、排熱媒体から作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段とを備える。吸熱量制御手段は、排熱媒体から作動流体への吸熱量を制御することにより、膨張機が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、蓄電手段へ供給される電力量が調節される。
この発明に係るランキンサイクル装置は、車両に搭載されるランキンサイクル装置において、車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、コンデンサで冷却された作動流体を熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、膨張機に流入する作動流体の温度を検出する温度検出手段と、ポンプを膨張機に連通する第一経路と膨張機を前記ポンプに連通する第二経路とを連通するバイパス経路と、バイパス経路に設けられてバイパス経路を開放及び閉鎖可能なバイパス流量制御弁と、充電率検出手段による検出値に基づいて、バイパス流量制御弁の開放及び閉鎖を制御する制御手段と、温度検出手段による検出値に基づいて、排熱媒体から作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段とを備える。
吸熱量制御手段は、排熱媒体が熱交換器に流入するための排熱媒体本流路と、排熱媒体が熱交換器をバイパスするための排熱媒体バイパス流路と、排熱媒体本流路及び排熱媒体バイパス流路における排熱媒体の流れを制御する排熱媒体流制御手段とを備える。
吸熱量制御手段は、作動流体が熱交換器に流入するための作動流体本流路と、作動流体が熱交換器をバイパスするための作動流体バイパス流路と、作動流体本流路及び作動流体バイパス流路における作動流体の流れを制御する作動流体流制御手段とを備える。
The Rankine cycle device according to the present invention is a Rankine cycle device mounted on a vehicle, in which a heat exchanger that heats the working fluid by an exhaust heat medium of a vehicle engine and a working fluid heated by the heat exchanger are expanded. Rankine cycle having an expander that obtains regenerative energy, a condenser that cools the working fluid discharged from the expander, and a pump that sends the working fluid cooled by the condenser to the heat exchanger, and the regenerative energy obtained by the expander The power generation means for converting the power into power, the power storage means for storing the power converted by the power generation means, the charge rate detection means for detecting the charge rate of the power stored in the power storage means, and the detection value by the charge rate detection means And a heat absorption amount control means for controlling the amount of heat absorption from the exhaust heat medium to the working fluid. The heat absorption amount control means controls the amount of regenerative energy obtained by the expander by controlling the amount of heat absorption from the exhaust heat medium to the working fluid. As a result, the amount of electric power supplied to the power storage means is adjusted.
The Rankine cycle device according to the present invention is a Rankine cycle device mounted on a vehicle, in which a heat exchanger that heats the working fluid by an exhaust heat medium of a vehicle engine and a working fluid heated by the heat exchanger are expanded. Rankine cycle having an expander that obtains regenerative energy, a condenser that cools the working fluid discharged from the expander, and a pump that sends the working fluid cooled by the condenser to the heat exchanger, and the regenerative energy obtained by the expander Power generation means for converting the power into the electric power, power storage means for storing the power converted by the power generation means, charge rate detection means for detecting the charge rate of the power stored in the power storage means, and the working fluid flowing into the expander A temperature detection means for detecting temperature; a bypass path for communicating a first path for communicating the pump with the expander; and a second path for communicating the expander with the pump; A bypass flow rate control valve provided in the bypass path and capable of opening and closing the bypass route, a control means for controlling opening and closing of the bypass flow rate control valve based on a detection value by the charging rate detection means, and a temperature detection means And an endothermic amount control means for controlling an endothermic amount from the exhaust heat medium to the working fluid based on the detected value.
The heat absorption amount control means includes a waste heat medium main passage for allowing the exhaust heat medium to flow into the heat exchanger, a waste heat medium bypass passage for allowing the waste heat medium to bypass the heat exchanger, and a waste heat medium main passage. And waste heat medium flow control means for controlling the flow of the waste heat medium in the waste heat medium bypass flow path.
The heat absorption amount control means includes a working fluid main channel for the working fluid to flow into the heat exchanger, a working fluid bypass channel for the working fluid to bypass the heat exchanger, a working fluid main channel and the working fluid bypass flow. Working fluid flow control means for controlling the flow of the working fluid in the channel.
この発明によれば、吸熱量制御手段が充電率検出手段による検出値に基づいて排熱媒体から作動流体への吸熱量を制御することにより、膨張機が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、蓄電手段へ供給される電力量が調節されるので、簡単な構成で蓄電手段への過充電を防止することができる。 According to the present invention, the amount of regenerative energy obtained by the expander is adjusted by controlling the amount of heat absorbed from the exhaust heat medium to the working fluid based on the value detected by the charge rate detection unit. Since the amount of power supplied to the power storage means is adjusted, overcharging of the power storage means can be prevented with a simple configuration.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1に示されるように、エンジン10を備える図示しない車両は、ランキンサイクル100を有するランキンサイクル装置101を備えている。ランキンサイクル100は、ポンプ111と、ボイラ113と、膨張機114と、コンデンサ115とによって構成されており、ランキンサイクル100には、作動流体である冷媒が循環するようになっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, a vehicle (not shown) including an
ボイラ113は、エンジン10から排出された排気ガスとランキンサイクル100を循環する冷媒との間の熱交換を行う熱交換器である。エンジン10は、排気ガスが流通する排気管30を有し、排気管30は、ボイラ113を通過する本流路30aと、ボイラ113をバイパスするバイパス流路30bと、バイパス流路30bに設けられ、バイパス流路30bを流通する排気ガスの流量を制御する流量制御弁31とを有している。排気管30を流通する排気ガスのうち、本流路30aを流通する排気ガスのみが、ボイラ113において、ランキンサイクル100を循環する冷媒と熱交換を行う。ここで、排気ガスは、ランキンサイクル100を循環する冷媒にエンジン10の排熱を吸熱させるための排熱媒体であり、本流路30aは排熱媒体本流路を構成し、バイパス流路30bは排熱媒体バイパス流路を構成し、流量制御弁31は排熱媒体流制御手段を構成する。また、本流路30aとバイパス流路30bと流量制御弁31とは、排気ガスから冷媒への吸熱量を制御する吸熱量制御手段を構成する。
The
膨張機114は、膨張機駆動軸114aを介して、発電機又は電動機として作動可能なモータジェネレータ116と連結されている。また、モータジェネレータ116は、ポンプ駆動軸111aを介してポンプ111と連結されている。ポンプ駆動軸111aと膨張機駆動軸114aとは、モータジェネレータ116内で互いの回転駆動力を伝達できるように連結されている。さらに、モータジェネレータ116は、インバータ装置117と電気的に接続され、さらに、インバータ装置117は、バッテリ118と電気的に接続されている。ここで、モータジェネレータ116は発電手段を構成し、バッテリ118は蓄電手段を構成する。
The
ランキンサイクル装置101は、制御手段であるECU119を有している。ECU119は、バッテリ118と電気的に接続されており、バッテリ118の充電率を検知することができる。ここで、ECU119は、充電率検出手段を構成する。また、ECU119は、流量制御弁31とも電気的に接続されており、流量制御弁31の開度を制御するようになっている。尚、バッテリ118の充電率に基づいて流量制御弁31の開度を制御できるように、ECU119には、バッテリ118の充電率と流量制御弁31の開度とについてのマップが内蔵されている。
The Rankine
次に、この発明の実施の形態1に係るランキンサイクル装置101の動作を説明する。
エンジン10が稼動されると、ポンプ111が稼働し、冷媒がランキンサイクル100を循環する。エンジン10から排気管30に排気ガスが排出され、排出された排気ガスのうち、流量制御弁31の開度に相当する流量の排気ガスが本流路30aを流通した後に再び排気管30に戻り、バイパス流路30bを流通した排気ガスと合流して車両の外部に排出される。そして、本流路30aを流通する排気ガスは、ボイラ113において、ランキンサイクル100を流通する冷媒と熱交換を行う。
Next, the operation of the Rankine
When the
ポンプ111によって圧送された液体の冷媒は、ボイラ113における排気ガスとの熱交換により等圧加熱されて蒸発し、高温高圧の過熱蒸気となり、ボイラ113から流出する。ボイラ113から流出した過熱蒸気の冷媒は、膨張機114に流入する。膨張機114では、高温高圧の過熱蒸気の状態である冷媒が断熱膨張し、高圧状態から低圧状態になる際の冷媒の膨張エネルギーが回生エネルギーとして回転エネルギーに変換される。それにより、膨張機114では、モータジェネレータ116によって回転駆動されている図示しない回転体にさらなる回転駆動力が加えられ、この回転駆動力が膨張機駆動軸114aを介してモータジェネレータ116及びポンプ駆動軸111aに伝達する。そして、ポンプ111が、膨張機114から膨張機駆動軸114a及びポンプ駆動軸111aを介して伝達される回転駆動力によって駆動されると共に、モータジェネレータ116が、膨張機114から膨張機駆動軸114aを介して伝達される回転駆動力によって駆動されて発電機として作動し、交流電流を生成する。そして、モータジェネレータ116によって生成された交流電流は、インバータ装置117で直流電流に変換された後、バッテリ118に充電される。
The liquid refrigerant pumped by the
膨張機114を通過した冷媒は、高温低圧状態となって膨張機114から排出され、コンデンサ115に流入する。コンデンサ115では、冷媒は、周囲の空気すなわち外気と熱交換を行うことによって等圧冷却されて凝縮し、液体となる。液体となった冷媒は、ポンプ111に吸入され、ポンプ111によって再度圧送されて、ランキンサイクル100を循環する。
The refrigerant that has passed through the
ランキンサイクル装置101の稼働中、ECU119は、バッテリ118の充電率の検知を継続して行う。ECU119は、バッテリ118の充電率が所定量(100%未満)以上となると、充電率が100%に達した後もさらにバッテリ118が充電される過充電を防止するために、流量制御弁31を開放するように動作させる。ECU19は、バッテリ118の充電率が上昇するに伴い、内蔵されたマップに基づいて流量制御弁31の開度を大きくしていくが、これにより、バイパス流路30bを流通する排気ガスの流量が大きくなることによって本流路30aを流通する排気ガスの流量が低下する。すると、ボイラ113において排気ガスから冷媒への吸熱量が低下するので、膨張機114が得る回生エネルギー量が低下し、バッテリ118に供給される電力量も低下する。その結果、バッテリ118への過充電が防止される。
During operation of
このように、バッテリ118の充電率に基づいて、ECU119が、ボイラ113に流入する排気ガスの流量を制御して、ボイラ113における排気ガスから冷媒への吸熱量を制御することにより、膨張機114が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、バッテリ118へ供給される電力量が調節されるので、簡単な構成でバッテリ118への過充電を防止することができる。
As described above, the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係るランキンサイクル装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図1の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態2に係るランキンサイクル装置は、実施の形態1に対して、バッテリ118における過充電の発生を抑えるシステムを変更したものである。
Next, a Rankine cycle device according to
The Rankine cycle device according to
図2に示されるように、ランキンサイクル100において、ポンプ111とボイラ113とを連通する経路を経路1aとし、ボイラ113と膨張機114とを連通する経路を経路1bとする。また、膨張機114とコンデンサ115とを連通する経路を経路2aとし、コンデンサ115とポンプ111とを連通する経路を経路2bとする。ここで、経路1a及び経路1bは第一経路1を形成し、経路2a及び経路2bは第二経路2を形成する。
As shown in FIG. 2, in the
ランキンサイクル100は、第一経路1を第二経路2に連通するバイパス経路3を有している。バイパス経路3の一方の端部は、第一経路1の経路1aと接続され、バイパス経路3の他方の端部は、第二経路2の経路2aと接続されている。また、ランキンサイクル100は、バイパス経路3の途中に、バイパス経路3を開放又は閉鎖し、さらにバイパス経路3の流路断面積を調節することができる電磁弁からなるバイパス流量制御弁120を有している。ECU119は、バイパス流量制御弁120と電気的に接続されており、バイパス流量制御弁120の開放及び閉鎖動作を制御することができる。また、経路1bには、膨張機114に流入する冷媒の温度を検出する温度検出手段である温度センサ32が設けられており、ECU119は、温度センサ32とも電気的に接続されている。ECU119が温度センサ32による検出値に基づいて流量制御弁31の開度を制御できるように、ECU119には、温度センサ32の検出値と流量制御弁31の開度とについてのマップが内蔵されている。その他の構成は、実施の形態1と同じである。
The
次に、この発明の実施の形態2に係るランキンサイクル装置101の動作を説明する。
ランキンサイクル100が稼働することにより、モータジェネレータ116が発電し、発電された電力がバッテリ118に充電される動作については、実施の形態1と同じである。実施の形態2では、以下の動作により、バッテリ118における過充電の発生が抑えられる。
Next, the operation of the
The operation in which
ランキンサイクル100の稼動中、ECU119は、バッテリ118の充電率の検知を継続して行う。ECU119は、バッテリ118の充電率が所定量(100%未満)以上となると、充電率が100%に達した後もさらにバッテリ118が充電される過充電を防止するために、バイパス流量制御弁120を開放するように動作させる。このとき、ポンプ111によって圧送された直後の高圧の冷媒が流通する経路1aから、膨張機114によって減圧された後の低圧の冷媒が流通する経路2aに向かって、バイパス経路3を冷媒の一部が流通する。これによって、膨張機114に流入する冷媒量が減少する。さらに、冷媒流量の減少によって経路1bにおける冷媒の圧力が低下し、膨張機114における冷媒の流入側と流出側との差圧が小さくなる。
During operation of
従って、膨張機114に流入した冷媒を膨張させることによって膨張機114が仕事として得る回生エネルギー量が減少するため、バッテリ118に供給される電力量が減少する。このとき、バイパス流量制御弁120の開度を大きくしてバイパス経路3の流路断面積を大きくし、バイパス経路3を流通する冷媒の流量を増加させることによって、膨張機114の回生エネルギーの減少量は増大する。
Therefore, since the amount of regenerative energy that the
ただし、バイパス経路3を流通する冷媒の流量が増加すると、ボイラ113に流入する冷媒の流量が低下するので、ボイラ113から流出した過熱蒸気の冷媒の温度が高くなる。過熱蒸気の冷媒の温度があまりにも高くなると、冷媒及びオイルの熱分解が生じるおそれがあり、さらに、経路1b及び2bと膨張機114の耐熱性を高く設計する必要が生じてしまう。そこで、ECU119は、内蔵されたマップに基づいて流量制御弁31の開度を制御し、本流路30aを流通する排気ガスの流量が制御される。概略的には、温度センサ32の検出値が高くなれば、流量制御弁31の開度を大きくして、バイパス流路30bを流通する排気ガスの流量を増加させることにより本流路30aを流通する排気ガスの流量を低下させる。すると、ボイラ113において、排気ガスから冷媒への吸熱量が低下するので、ボイラ113から流出する冷媒の温度は低下する。逆に、温度センサ32の検出値が低くなれば、流量制御弁31の開度を小さくして、本流路30aを流通する排気ガスの流量を増加させることにより、排ガスから冷媒への吸熱量が増加するので、ボイラ113から流出する冷媒の温度は上昇する。これにより、膨張機114に流入する冷媒の温度の変動が抑えられる。
However, when the flow rate of the refrigerant flowing through the
このように、バッテリ118の充電率に基づいて、ECU119が、バイパス経路3を流通する冷媒の流量を制御して膨張機114に流入する冷媒量を制御することにより、膨張機114が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、バッテリ118へ供給される電力量が調節されるので、簡単な構成でバッテリ118への過充電を防止することができる。また、バイパス経路3を流通する冷媒の流量を変更すると、ボイラ113へ流入する冷媒量も変更され、膨張機114に流入する冷媒の温度が変動するが、温度センサ32による検出値に基づいて、ECU119が、ボイラ113に流入する排気ガスの流量を制御して、ボイラ113における排気ガスから冷媒への吸熱量を制御することにより、膨張機114に流入する冷媒の温度の変動を抑えることができる。すなわち、実施の形態2では、発電量と冷媒の温度とをそれぞれ独立して制御することができる。
In this way, based on the charging rate of the
実施の形態1及び2では、流量制御弁31はバイパス流路30bに設けられ、バイパス流路30bを流通する排気ガスの流量を制御することにより本流路30aを流通する排気ガスの流量を制御していたが、この形態に限定するものではなく、流量制御弁31を本流路30aに設けてもよい。また、排熱媒体流制御手段として、バイパス流路30bを流通する排気ガスの流量を制御する流量制御弁31を用いたが、これに限定するものではない。本流路30a又はバイパス流路30bのいずれか一方にのみ排気ガスを流通させる三方弁であってもよい。この場合には、バッテリ118の充電率又は温度センサ32の検出値と流量制御弁31の開度とについてのマップの代わりに、ECU119には、バッテリ118の充電率又は温度センサ32による検出値についての上限値を設定しておき、バッテリ118の充電率又は温度センサ32による検出値がこの上限値以上となったら、三方弁を切り替えることにより、排気ガスがバイパス流路30bを流通するようにして、排気ガスから冷媒への吸熱を停止するようにする。
In the first and second embodiments, the
実施の形態2では、温度センサ32による検出値がECU119に伝送されて、ECU119に内蔵されたマップに基づいて、ECU119が流量制御弁31の開度を制御していたが、この形態に限定するものではない。ECU119の動作を介在させないで、温度センサ32による検出値が予め設定された上限値を超えないように流量制御弁31の開度を制御するようにしてもよい。
In the second embodiment, the value detected by the
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3に係るランキンサイクル装置について説明する。
この発明の実施の形態3に係るランキンサイクル装置は、実施の形態1に対して、排気ガスから冷媒への吸熱量を制御する吸熱量制御手段の形態を変更したものである。
Next, a Rankine cycle device according to
The Rankine cycle device according to
図3に示されるように、排気管30は、ボイラ113を通過するように設けられている。ランキンサイクル100のポンプ111から膨張機114までの高圧経路50は、ボイラ113を通過する本流路40aと、ボイラ113をバイパスするバイパス流路40bと、バイパス流路40bに設けられ、バイパス流路40bを流通する冷媒の流量を制御する流量制御弁41とを有している。ここで、本流路40aは作動流体本流路を構成し、バイパス流路40bは作動流体バイパス流路を構成し、流量制御弁41は作動流体流制御手段を構成する。また、本流路40aとバイパス流路40bと流量制御弁41とは、排気ガスから冷媒への吸熱量を制御する吸熱量制御手段を構成する。
As shown in FIG. 3, the
ECU119は、流量制御弁41と電気的に接続されており、バッテリ118の充電率に基づいて流量制御弁41の開度を制御するために、バッテリ118の充電率と流量制御弁41の開度とについてのマップを内蔵している。
その他の構成は、実施の形態1と同じである。
The
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
次に、この発明の実施の形態3に係るランキンサイクル装置101の動作を説明する。
エンジン10が稼動されると、ポンプ111が稼働し、冷媒がランキンサイクル100を循環する。ポンプ111によって圧送された液体の冷媒は、流量制御弁41の開度に相当する流量の冷媒が本流路40aを流通し、残りがバイパス流路40bを流通する。一方、エンジン10から排気管30に排気ガスが排出され、排気ガスが排気管30を流通することにより、排気ガスがボイラ113に流入する。ボイラ113において、排気ガスと、本流路40aを流通する冷媒とが熱交換を行う。
Next, the operation of the
When the
本流路40aを流通する液体の冷媒は、ボイラ113における排気ガスとの熱交換により等圧加熱されて蒸発し、高温高圧の過熱蒸気となり、ボイラ113から流出する。ボイラ113から流出した過熱蒸気の冷媒と、バイパス流路40bを流通した液体の冷媒とが合流して混合される。液体の冷媒は、過熱蒸気の冷媒の熱によって蒸発し、過熱蒸気の冷媒は、液体の冷媒を加熱することにより温度が低下する。この結果、ボイラ113から流出した直後の過熱蒸気の冷媒の温度よりは低い過熱蒸気の冷媒となる。この後の動作、すなわち、冷媒が膨張機114に流入してからポンプ111に吸入されるまでの動作と、膨張機114が得た回生エネルギーによってモータジェネレータ116が発電を行い、バッテリ118に充電される動作とについては、実施の形態1と同じである。
The liquid refrigerant flowing through the
ランキンサイクル装置101の稼働中、ECU119は、バッテリ118の充電率の検知を継続して行う。ECU119は、バッテリ118の充電率が所定量(100%未満)以上となると、充電率が100%に達した後もさらにバッテリ118が充電される過充電を防止するために、流量制御弁41を開放するように動作させる。ECU19は、バッテリ118の充電率が上昇するに伴い、内蔵されたマップに基づいて流量制御弁41の開度を大きくしていくが、これにより、バイパス流路40bを流通する冷媒の流量が大きくなることによって本流路40aを流通する冷媒の流量が低下する。すると、ボイラ113において排気ガスと冷媒との熱交換効率が低下して排気ガスから冷媒への吸熱量が低下するので、膨張機114が得る回生エネルギー量が低下し、バッテリ118に供給される電力量も低下する。その結果、バッテリ118への過充電が防止される。
During operation of
このように、バッテリ118の充電率に基づいて、ECU119が、ボイラ113に流入する冷媒の流量を制御して、ボイラ113における排気ガスから冷媒への吸熱量を制御することにより、膨張機114が得る回生エネルギー量が調節され、その結果、バッテリ118へ供給される電力量が調節されるので、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態1や実施の形態2と比較して、排熱媒体(排気ガス)をバイパスさせるのではなく、ボイラ113に流入する冷媒をバイパスするため、排熱媒体(排気ガス)の圧損変動が発生せず、エンジンの負荷を軽減できる。
Thus, based on the charging rate of the
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4に係るランキンサイクル装置について説明する。
この発明の実施の形態4に係るランキンサイクル装置は、実施の形態3に対して、バッテリ118における過充電の発生を抑えるシステムを変更したものである。
Embodiment 4 FIG.
Next, a Rankine cycle device according to Embodiment 4 of the present invention will be described.
The Rankine cycle device according to Embodiment 4 of the present invention is obtained by changing a system for suppressing the occurrence of overcharge in
図4に示されるように、ランキンサイクル100は、第一経路1を第二経路2に連通するバイパス経路3を有している。バイパス経路3の一方の端部は、第一経路1の経路1aと接続され、バイパス経路3の他方の端部は、第二経路2の経路2aと接続されている。また、ランキンサイクル100は、バイパス経路3の途中に、バイパス経路3を開放又は閉鎖し、さらにバイパス経路3の流路断面積を調節することができる電磁弁からなるバイパス流量制御弁120を有している。ECU119は、バイパス流量制御弁120と電気的に接続されており、バイパス流量制御弁120の開放及び閉鎖動作を制御することができる。また、経路1bには、膨張機114に流入する冷媒の温度を検出する温度検出手段である温度センサ32が設けられており、ECU119は、温度センサ32とも電気的に接続されている。ECU119が温度センサ32による検出値に基づいて流量制御弁31の開度を制御できるように、ECU119には、温度センサ32の検出値と流量制御弁31の開度とについてのマップが内蔵されている。その他の構成は、実施の形態3と同じである。
As shown in FIG. 4, the
ランキンサイクル100の動作と、モータジェネレータ116が発電を行い、バッテリ118に充電される動作とについては、実施の形態3と同じである。また、バッテリ118における過充電の発生を抑える動作と、膨張機114に流入する冷媒の温度の変動を抑える動作とについては、実施の形態2と同じである。したがって、実施の形態4に係るランキンサイクル装置も、実施の形態2と同じ効果を得ることができる。
The operation of
実施の形態3及び4では、流量制御弁41はバイパス流路40bに設けられ、バイパス流路40bを流通する冷媒の流量を制御することにより本流路40aを流通する冷媒の流量を制御していたが、この形態に限定するものではなく、流量制御弁41を本流路40aに設けてもよい。また、排熱媒体流制御手段として、バイパス流路40bを流通する冷媒の流量を制御する流量制御弁41を用いたが、これに限定するものではない。本流路40a又はバイパス流路40bのいずれか一方にのみ冷媒を流通させる三方弁であってもよい。この場合には、バッテリ118の充電率又は温度センサ32の検出値と流量制御弁41の開度とについてのマップの代わりに、ECU119には、バッテリ118の充電率又は温度センサ32による検出値についての上限値を設定しておき、バッテリ118の充電率又は温度センサ32による検出値がこの上限値以上となったら、三方弁を切り替えることにより、冷媒がバイパス流路40bを流通するようにして、排気ガスから冷媒への吸熱を停止するようにする。
In the third and fourth embodiments, the
実施の形態4では、温度センサ32による検出値がECU119に伝送されて、ECU119に内蔵されたマップに基づいて、ECU119が流量制御弁41の開度を制御していたが、この形態に限定するものではない。ECU119の動作を介在させないで、温度センサ32による検出値が予め設定された上限値を超えないように流量制御弁41の開度を制御するようにしてもよい。
In the fourth embodiment, the value detected by the
実施の形態1〜4では、ランキンサイクル100を循環する冷媒にエンジン10の排熱を吸熱させるための排熱媒体として、エンジン10から排出される排気ガスを用いていたが、これに限定するものではない。エンジン10を冷却する冷却水を排熱媒体として用い、ボイラ113において、冷却水と冷媒とを熱交換するようにしてもよい。また、排気ガスと冷却水とを両方用いてもよく、この場合には、排熱媒体を排気ガスとするボイラ及び排熱媒体を冷却水とするボイラの2つのボイラを設け、それぞれのボイラに、実施の形態1〜4に係るいずれかの吸熱量制御手段が設けられる。
実施の形態1〜4では、吸熱量制御手段として、排気ガス又は冷媒をボイラに対してバイパスさせる構成を採用したが、これに限定されず、例えば、ボイラに導入される排気ガスに冷却水を噴射して強制的に排気ガスの温度を下げる等の適宜手段を採用することが可能である。
In the first to fourth embodiments, the exhaust gas discharged from the
In the first to fourth embodiments, a configuration in which exhaust gas or refrigerant is bypassed with respect to the boiler is adopted as the heat absorption amount control means. However, the present invention is not limited to this. For example, cooling water is added to the exhaust gas introduced into the boiler. It is possible to employ appropriate means such as jetting to forcibly reduce the temperature of the exhaust gas.
1 第一経路、2 第二経路、3 バイパス経路、10 エンジン、30a 本流路(排熱媒体本流路)、30b バイパス流路(排熱媒体バイパス流路)、31 流量制御弁(排熱媒体流制御手段)、32 温度センサ(温度検出手段)、40a 本流路(作動流体本流路)、40b バイパス流路(作動流体バイパス流路)、41 流量制御弁(作動流体流制御手段)、100 ランキンサイクル、101 ランキンサイクル装置、111 ポンプ、113 ボイラ(熱交換器)、114 膨張機、115 コンデンサ、116 モータジェネレータ(発電手段)、118 バッテリ(蓄電手段)、119 ECU(制御手段)、120 バイパス流量制御弁。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、該熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、該膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、該コンデンサで冷却された作動流体を前記熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、
前記膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、
該発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、
該蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、
該充電率検出手段による検出値に基づいて、前記排熱媒体から前記作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段と
を備えるランキンサイクル装置。 In the Rankine cycle device mounted on a vehicle,
A heat exchanger that heats a working fluid by an exhaust heat medium of a vehicle engine, an expander that expands the working fluid heated by the heat exchanger to obtain regenerative energy, and a working fluid discharged from the expander A Rankine cycle having a condenser for cooling and a pump for sending the working fluid cooled by the condenser to the heat exchanger;
Power generation means for converting the regenerative energy obtained by the expander into electric power;
Power storage means for storing the electric power converted by the power generation means;
Charging rate detection means for detecting the charging rate of the electric power stored in the power storage means;
A Rankine cycle device comprising: an endothermic amount control means for controlling an endothermic amount from the exhaust heat medium to the working fluid based on a detection value by the charging rate detection means.
車両のエンジンの排熱媒体によって作動流体を加熱する熱交換器と、該熱交換器で加熱された作動流体を膨張させて回生エネルギーを得る膨張機と、該膨張機から吐出された作動流体を冷却するコンデンサと、該コンデンサで冷却された作動流体を前記熱交換器に送るポンプとを有するランキンサイクルと、
前記膨張機が得た回生エネルギーを電力に変換する発電手段と、
該発電手段が変換した電力を蓄電する蓄電手段と、
該蓄電手段に蓄電されている電力の充電率を検出する充電率検出手段と、
前記膨張機に流入する作動流体の温度を検出する温度検出手段と、
前記ポンプを前記膨張機に連通する第一経路と前記膨張機を前記ポンプに連通する第二経路とを連通するバイパス経路と、
該バイパス経路に設けられて前記バイパス経路を開放及び閉鎖可能なバイパス流量制御弁と、
前記充電率検出手段による検出値に基づいて、前記バイパス流量制御弁の開放及び閉鎖を制御する制御手段と、
前記温度検出手段による検出値に基づいて、前記排熱媒体から前記作動流体への吸熱量を制御する吸熱量制御手段と
を備えるランキンサイクル装置。 In the Rankine cycle device mounted on a vehicle,
A heat exchanger that heats a working fluid by an exhaust heat medium of a vehicle engine, an expander that expands the working fluid heated by the heat exchanger to obtain regenerative energy, and a working fluid discharged from the expander A Rankine cycle having a condenser for cooling and a pump for sending the working fluid cooled by the condenser to the heat exchanger;
Power generation means for converting the regenerative energy obtained by the expander into electric power;
Power storage means for storing the electric power converted by the power generation means;
Charging rate detection means for detecting the charging rate of the electric power stored in the power storage means;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the working fluid flowing into the expander;
A bypass path communicating a first path communicating the pump to the expander and a second path communicating the expander to the pump;
A bypass flow control valve provided in the bypass path and capable of opening and closing the bypass path;
Control means for controlling opening and closing of the bypass flow rate control valve based on a detection value by the charging rate detection means;
A Rankine cycle device comprising: an endothermic amount control means for controlling an endothermic amount from the exhaust heat medium to the working fluid based on a detection value by the temperature detecting means.
前記排熱媒体が前記熱交換器に流入するための排熱媒体本流路と、
前記排熱媒体が前記熱交換器をバイパスするための排熱媒体バイパス流路と、
前記排熱媒体本流路及び前記排熱媒体バイパス流路における前記排熱媒体の流れを制御する排熱媒体流制御手段と
を備える、請求項1または2に記載のランキンサイクル装置。 The endothermic amount control means includes
An exhaust heat medium main flow path for allowing the exhaust heat medium to flow into the heat exchanger;
An exhaust heat medium bypass flow path for the exhaust heat medium to bypass the heat exchanger;
The Rankine cycle apparatus according to claim 1, further comprising: a waste heat medium flow control unit configured to control a flow of the waste heat medium in the waste heat medium main flow path and the waste heat medium bypass flow path.
前記作動流体が前記熱交換器に流入するための作動流体本流路と、
前記作動流体が前記熱交換器をバイパスするための作動流体バイパス流路と、
前記作動流体本流路及び前記作動流体バイパス流路における前記作動流体の流れを制御する作動流体流制御手段と
を備える、請求項1または2に記載のランキンサイクル装置。 The endothermic amount control means includes
A working fluid main flow path for the working fluid to flow into the heat exchanger;
A working fluid bypass passage for the working fluid to bypass the heat exchanger;
The Rankine cycle apparatus according to claim 1, further comprising a working fluid flow control unit that controls a flow of the working fluid in the working fluid main flow path and the working fluid bypass flow path.
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