JP2016156327A

JP2016156327A - Rankine cycle system

Info

Publication number: JP2016156327A
Application number: JP2015034963A
Authority: JP
Inventors: 尚人小野田; Naoto Onoda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-09-01

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Rankine cycle system capable of promoting the boiling of a liquid phase fluid at the time of starting by a structure requiring little cost.SOLUTION: A Rankine cycle system 100 includes: a boiler 12 which boils a liquid phase fluid by the waste heat of an engine 10, and changes that to a gas phase fluid; a super heater 30 which super-heats the gas phase fluid fed from the boiler 12 by heat-exchange with the exhaust of the engine 10; an expanding machine 34 which expands the gas phase fluid passing through the super heater 30 to take out work; a condenser 40 which condenses the gas phase fluid passing through the expanding machine 34 to return to the liquid phase fluid; liquid feeding pumps 20 and 48 for supplying a liquid fluid obtained by the condenser 40 to the boiler 12; a first valve 50 provided between the boiler 12 and the super heater 30; a second valve 52 provided between the super heater 30 and the condenser 40; and a valve operation device 70 which closes the two valves 50 and 52 when the boiling of the liquid phase fluid by the boiler 12 is completed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ランキンサイクルシステムに関する。 The present invention relates to a Rankine cycle system.

ランキンサイクルを利用してエンジン（内燃機関）の廃熱を回収するランキンサイクルシステムが提案されている。ランキンサイクルシステムでは、エンジンの廃熱により液相流体を沸騰させて気相流体に変化させ、気相流体を膨張させることによって仕事を取り出し、膨張後の気相流体を凝縮させて液相流体に戻すことが行われる。 A Rankine cycle system that recovers waste heat of an engine (internal combustion engine) using the Rankine cycle has been proposed. In the Rankine cycle system, the liquid phase fluid is boiled and converted into a gas phase fluid by the waste heat of the engine, the work is taken out by expanding the gas phase fluid, and the expanded gas phase fluid is condensed to the liquid phase fluid. Returning is done.

エンジンが冷間状態にある場合、ランキンサイクルシステムの運転を開始してから仕事が取り出されるまでには応答遅れが発生する。この応答遅れは、系内の圧力を低下させ、液相流体の沸騰を促進することによって低減することができる。下記の特許文献１には、ランキンサイクルシステムに負圧ポンプを搭載し、負圧ポンプによって生成した負圧を凝縮器に作用させることが開示されている。凝縮器内の圧力を低下させれば、液相流体を沸騰させる沸騰器から凝縮器までの気相流体の流れを加速するとともに、沸騰器内での液相流体の沸騰を促進することができる。 When the engine is in a cold state, there is a response delay between the start of operation of the Rankine cycle system and the work being taken out. This response delay can be reduced by reducing the pressure in the system and promoting the boiling of the liquid phase fluid. The following Patent Document 1 discloses that a negative pressure pump is mounted on a Rankine cycle system, and negative pressure generated by the negative pressure pump is applied to a condenser. If the pressure in the condenser is reduced, the flow of the gas-phase fluid from the boiler to the condenser for boiling the liquid-phase fluid can be accelerated, and the boiling of the liquid-phase fluid in the boiler can be promoted. .

特開２０１２−１５９０６５号公報JP 2012-159065 A 特開２０１４−０９２０７１号公報JP 2014-092071 A

しかし、負圧ポンプの搭載は、ランキンサイクルシステムのコストを増大させることになる。また、負圧ポンプを作動させてから系内の圧力が低下するまでにはいくらかの時間を要するので、システムの始動性をより向上させたいのであれば、負圧ポンプとは別に、負圧を蓄えておく負圧タンクが必要となる。ところが、負圧タンクの搭載は、ランキンサイクルシステムのコストをさらに増大させることになる。 However, the installation of the negative pressure pump increases the cost of the Rankine cycle system. In addition, since it takes some time for the pressure in the system to drop after the negative pressure pump is activated, if you want to improve the startability of the system, you can set the negative pressure separately from the negative pressure pump. A negative pressure tank to be stored is required. However, the installation of the negative pressure tank further increases the cost of the Rankine cycle system.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、コストの掛からない構成で始動時の液相流体の沸騰を促進す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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a Rankine cycle system that can promote boiling of a liquid phase fluid at the time of start-up with a cost-effective configuration. .

本発明に係るランキンサイクルシステムは、エンジンの廃熱により液相流体を沸騰させて気相流体に変化させる沸騰器と、沸騰器から送出される気相流体をエンジンの排気との熱交換によって過熱させる過熱器と、過熱器を通過した気相流体を膨張させて仕事を取り出す膨張機と、膨張機を通過した気相流体を凝縮させて液相流体に戻す凝縮器と、凝縮器で得られた液体流体を沸騰器に供給する液送ポンプとを備えるランキンサイクルシステムである。本発明に係るランキンサイクルシステムは、さらに、沸騰器と過熱器との間に設けられた第１バルブと、過熱器と凝縮器との間に設けられた第２バルブと、沸騰器による液相流体の沸騰が終了した場合に１バルブ及び第２バルブを閉じるように構成されたバルブ操作装置とを備える。 The Rankine cycle system according to the present invention is a superheater in which a liquid phase fluid is boiled by waste heat of the engine to be changed into a gas phase fluid, and the gas phase fluid sent from the boiling device is exchanged with the engine exhaust. Obtained by the condenser, the expander that expands the gas phase fluid that has passed through the superheater and extracts work, the condenser that condenses the gas phase fluid that has passed through the expander and returns it to the liquid phase fluid, and the condenser And a liquid feed pump for supplying the liquid fluid to the boiling device. The Rankine cycle system according to the present invention further includes a first valve provided between the boiling device and the superheater, a second valve provided between the superheater and the condenser, and a liquid phase by the boiling device. And a valve operating device configured to close the first valve and the second valve when the boiling of the fluid is finished.

以上の構成によれば、沸騰器で液相流体が沸騰することによって発生した気相流体は、沸騰の終了後に過熱器の中に閉じ込められる。過熱器の中の気相流体がエンジンの停止後に凝縮することで、過熱器の中に負圧が発生する。ランキンサイクルシステムの次回の運転開始まで、過熱器は、負圧を蓄える負圧タンクとして機能する。 According to the above configuration, the gas phase fluid generated by boiling the liquid phase fluid in the boiling device is confined in the superheater after the boiling is completed. As the gas phase fluid in the superheater condenses after the engine stops, negative pressure is generated in the superheater. Until the next start of the Rankine cycle system, the superheater functions as a negative pressure tank that stores negative pressure.

バルブ操作装置による第１バルブ及び第２バルブの閉操作の手順は、最初に第１バルブを閉じ、過熱器内の圧力が凝縮器内の圧力に近づいてから第２バルブを閉じることが好ましい。このような手順でバルブの閉操作が行われることで、過熱器内に確実に負圧を発生させることができる。 The procedure for closing the first valve and the second valve by the valve operating device preferably closes the first valve first, and closes the second valve after the pressure in the superheater approaches the pressure in the condenser. By performing the valve closing operation in such a procedure, a negative pressure can be reliably generated in the superheater.

また、バルブ操作装置は、沸騰器による液相流体の沸騰が始まる場合或いは始まった場合に、第１バルブ及び第２バルブを開くように構成される。この構成によれば、過熱器に蓄えられた負圧によって沸騰器から凝縮器までの経路内の圧力を低下させることができるので、沸騰器内での液相流体の沸騰を促進することができる。 The valve operating device is configured to open the first valve and the second valve when the boiling of the liquid phase fluid by the boiling device starts or starts. According to this configuration, since the pressure in the path from the boiling device to the condenser can be reduced by the negative pressure stored in the superheater, boiling of the liquid phase fluid in the boiling device can be promoted. .

バルブ操作装置による第１バルブ及び第２バルブの開操作の手順は、最初に第２バルブを開いて凝縮器の圧力を低下させ、凝縮器内の圧力が過熱器内の圧力に近づいてから第１バルブを開いて沸騰器に負圧を作用させることが好ましい。このような手順でバルブの開操作が行われることで、沸騰器内での液相流体の沸騰を促進するとともに、沸騰器から凝縮器までの気相流体の流れを加速することができる。 The procedure for opening the first valve and the second valve by the valve operating device is as follows. First, the second valve is opened to lower the pressure of the condenser, and the pressure in the condenser approaches the pressure in the superheater. It is preferable to open one valve and apply a negative pressure to the boiling device. By opening the valve in such a procedure, it is possible to accelerate the boiling of the liquid phase fluid in the boiling device and accelerate the flow of the gas phase fluid from the boiling device to the condenser.

過熱器には、気相流体が凝縮してできた液相流体を外部へ排出する通路を設けてもよい。過熱器の内部に液相流体が残留している場合、エンジンの始動時、排気からの受熱によって液相流体が気化し、それにより過熱器の内部の負圧が低下するおそれがある。しかし、液相流体を外部へ排出する通路が設けられていれば、液相流体の気化による負圧の低下は抑えることができる。 The superheater may be provided with a passage for discharging the liquid phase fluid formed by condensing the gas phase fluid to the outside. When the liquid phase fluid remains in the superheater, the liquid phase fluid is vaporized by heat received from the exhaust when the engine is started, which may reduce the negative pressure inside the superheater. However, if a passage for discharging the liquid phase fluid to the outside is provided, a decrease in the negative pressure due to the vaporization of the liquid phase fluid can be suppressed.

ランキンサイクルシステムの次回の運転開始まで、過熱器の内部は真空に近い状態に保たれ、過熱器は外界に対する断熱層として機能する。よって、過熱器の搭載位置は、エンジンの排気通路において触媒の上流であることが好ましい。より好ましくは、過熱器は、排気マニホールドを覆うように排気マニホールドと一体的に設けられる。触媒の上流に過熱器を設置することで、エンジンの始動時に触媒に流れる排気を保温し、触媒の暖機を促進することができる。また、エンジンの暖機の完了後は、過熱器と排気通路との間の熱交換によって排気の温度を抑制することができるので、触媒の過熱を防ぐことができる。 Until the next operation start of the Rankine cycle system, the inside of the superheater is kept in a state close to a vacuum, and the superheater functions as a heat insulating layer for the outside. Therefore, the mounting position of the superheater is preferably upstream of the catalyst in the exhaust passage of the engine. More preferably, the superheater is provided integrally with the exhaust manifold so as to cover the exhaust manifold. By installing the superheater upstream of the catalyst, it is possible to keep the exhaust gas flowing through the catalyst at the start of the engine warm and promote the warm-up of the catalyst. In addition, after the warm-up of the engine is completed, the temperature of the exhaust gas can be suppressed by heat exchange between the superheater and the exhaust passage, so that the catalyst can be prevented from being overheated.

過熱器の搭載位置は、エンジンの排気通路において触媒の外周上であることも好ましい。より好ましくは、過熱器は、触媒を覆うように触媒と一体的に設けられる。触媒の外周上に過熱器を設置することで、エンジンの始動時に触媒を保温して触媒の暖機を促進することができる。また、エンジンの暖機の完了後は、過熱器と触媒との間の熱交換によって触媒の過熱を防ぐことができる。 The superheater is preferably mounted on the outer periphery of the catalyst in the exhaust passage of the engine. More preferably, the superheater is provided integrally with the catalyst so as to cover the catalyst. By installing a superheater on the outer periphery of the catalyst, it is possible to keep the catalyst warm at the start of the engine and promote warming up of the catalyst. In addition, after the engine is warmed up, the catalyst can be prevented from being overheated by heat exchange between the superheater and the catalyst.

沸騰器は、エンジンのシリンダブロック或いはシリンダヘッドに設けて、液相流体が沸騰する際の気化熱によりエンジンを冷却するように構成することができる。また、沸騰器は、エンジンの排気通路に設けることもできる。この場合の過熱器の搭載位置は、排気通路において過熱器の下流であることが好ましい。 The boiling device can be provided in a cylinder block or a cylinder head of the engine so that the engine is cooled by heat of vaporization when the liquid phase fluid boils. The boiling device can also be provided in the exhaust passage of the engine. In this case, the mounting position of the superheater is preferably downstream of the superheater in the exhaust passage.

沸騰器と過熱器との間には、沸騰器から排出される気相流体と液相流体とを分離する気液分離器を設けることができる。この場合の第１バルブの位置は、気液分離器と過熱器との間であることが好ましい。 A gas-liquid separator that separates the gas-phase fluid and the liquid-phase fluid discharged from the boiling device can be provided between the boiling device and the superheater. In this case, the position of the first valve is preferably between the gas-liquid separator and the superheater.

本発明に係るランキンサイクルシステムによれば、沸騰器で液相流体が沸騰することによって発生した気相流体を、沸騰の終了後に過熱器の中に閉じ込めることができる。過熱器の中の気相流体は、エンジンの停止後に外気との熱交換によって冷却されて凝縮する。エンジンの運転中、過熱器の中の気相流体は過熱状態になっているため、これが凝縮することで過熱器の内部には負圧が発生し、この負圧はランキンサイクルシステムの次回の運転開始まで過熱器に蓄えられる。つまり、本発明に係るランキンサイクルシステムによれば、負圧を発生させてそれを蓄えておくのに、負圧ポンプや負圧タンクを必要としない。よって、本発明に係るランキンサイクルシステムによれば、コストの掛からない構成で始動時の液相流体の沸騰を促進することができる。 According to the Rankine cycle system according to the present invention, the gas phase fluid generated by boiling the liquid phase fluid in the boiling device can be confined in the superheater after the boiling is completed. The gas phase fluid in the superheater is cooled and condensed by heat exchange with the outside air after the engine is stopped. During the operation of the engine, the gas phase fluid in the superheater is in an overheated state, and this condenses to generate a negative pressure inside the superheater, which is the next operation of the Rankine cycle system. Stored in superheater until start. That is, according to the Rankine cycle system according to the present invention, a negative pressure pump or a negative pressure tank is not required to generate and store a negative pressure. Therefore, according to the Rankine cycle system according to the present invention, it is possible to promote boiling of the liquid phase fluid at the start-up with a configuration that does not cost.

実施の形態１のランキンサイクルシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of Rankine cycle system of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の過熱器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the superheater of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の過熱器の構成の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the structure of the superheater of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１のランキンサイクルシステムの沸騰冷却時の冷媒のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the refrigerant | coolant at the time of the boiling cooling of the Rankine cycle system of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１のランキンサイクルシステムのエンジン始動時及び停止時の冷媒のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the refrigerant | coolant at the time of engine starting of the Rankine cycle system of Embodiment 1, and a stop. エンジン始動時の沸騰冷却の開始のタイミングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the start timing of the boiling cooling at the time of engine starting. エンジンの運転領域に応じた沸騰冷却モードと通常冷却モードの切り替えを説明するための図である。It is a figure for demonstrating switching of the boiling cooling mode and normal cooling mode according to the driving | operation area | region of an engine. 実施の形態１のバルブ操作の全体の制御フローを示すフローチャートである。3 is a flowchart showing an overall control flow of valve operation according to the first embodiment. 実施の形態１のバルブ操作の沸騰冷却開始時の制御フローを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a control flow at the start of boiling cooling in the valve operation of the first embodiment. 実施の形態１のバルブ操作の沸騰冷却終了時の制御フローを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a control flow at the end of boiling cooling in the valve operation of the first embodiment. 比較例のランキンサイクルシステムによる過熱器内圧と触媒温度の時刻による変化を示す図である。It is a figure which shows the change by the time of the superheater internal pressure and catalyst temperature by the Rankine cycle system of a comparative example. 実施の形態１のランキンサイクルシステムによる過熱器内圧と触媒温度の時刻による変化を示す図である。It is a figure which shows the change by the time of the superheater internal pressure and catalyst temperature by the Rankine cycle system of Embodiment 1. FIG. 実施の形態２のランキンサイクルシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the Rankine cycle system of Embodiment 2. FIG. 実施の形態３のランキンサイクルシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the Rankine cycle system of Embodiment 3. 実施の形態４のランキンサイクルシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the Rankine cycle system of Embodiment 4.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, in the embodiment shown below, when referring to the number of each element, quantity, quantity, range, etc., unless otherwise specified or clearly specified in principle, the reference However, the present invention is not limited to these numbers. Further, the structures, steps, and the like described in the embodiments below are not necessarily essential to the present invention unless otherwise specified or clearly specified in principle.

実施の形態１．
１．ランキンサイクルシステムの構成
図１は、実施の形態１のランキンサイクルシステム１００の構成を示す図である。図１に示すように、ランキンサイクルシステム１００はエンジン（内燃機関）１０を含む。エンジン１０の種別や構造には限定はない。ただし、エンジン１０のシリンダブロック及びシリンダヘッドには、冷媒が流れる冷媒流路１２が形成されている。冷媒流路１２は、シリンダの周囲を囲むウォータージャケットを含む。エンジン１０は、冷媒流路１２を流れる冷媒との熱交換によって冷却される。本実施の形態では、冷媒として水が用いられている。 Embodiment 1 FIG.
1. Configuration of Rankine Cycle System FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a Rankine cycle system 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the Rankine cycle system 100 includes an engine (internal combustion engine) 10. There is no limitation on the type and structure of the engine 10. However, a refrigerant flow path 12 through which a refrigerant flows is formed in the cylinder block and the cylinder head of the engine 10. The refrigerant flow path 12 includes a water jacket surrounding the cylinder. The engine 10 is cooled by heat exchange with the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 12. In the present embodiment, water is used as the refrigerant.

ランキンサイクルシステム１００によるエンジン１０の冷却モードには、通常冷却モードと沸騰冷却モードがある。通常冷却モードでは、冷媒の温度が沸点まで達しないように流量を調整し、冷媒流路１２を多量に流れる液相の冷媒による熱の持ち去りによってエンジン１０を冷却することが行われる。沸騰冷却モードでは、通常冷却モードよりも冷媒の流量を減らし、あえて冷媒流路１２内で冷媒を沸騰させ、液相の冷媒が気相の冷媒（すなわち、蒸気）に変化する際の気化熱によってエンジン１０を冷却することが行われる。ランキンサイクルシステム１００により沸騰冷却モードが選択される場合、冷媒流路１２は、内部を流れる液相の冷媒をエンジン１０の熱によって沸騰させる沸騰器として機能する。なお、冷媒は、常温では液相流体であり、エンジン１０の熱により沸騰して気相流体に変化するものであればよく、水には限定されない。 The cooling mode of the engine 10 by the Rankine cycle system 100 includes a normal cooling mode and a boiling cooling mode. In the normal cooling mode, the flow rate is adjusted so that the temperature of the refrigerant does not reach the boiling point, and the engine 10 is cooled by carrying away heat by the liquid-phase refrigerant flowing in a large amount in the refrigerant flow path 12. In the boiling cooling mode, the flow rate of the refrigerant is reduced as compared with the normal cooling mode, and the refrigerant is intentionally boiled in the refrigerant flow path 12, and the heat of vaporization when the liquid-phase refrigerant is changed to the vapor-phase refrigerant (that is, vapor). The engine 10 is cooled. When the boiling cooling mode is selected by the Rankine cycle system 100, the refrigerant flow path 12 functions as a boiling device that boiles the liquid-phase refrigerant flowing inside by the heat of the engine 10. Note that the refrigerant is a liquid fluid at room temperature, and may be any fluid that boiled by the heat of the engine 10 and changes to a gas phase fluid, and is not limited to water.

エンジン１０の冷媒流路１２は、冷媒管１４を介して気液分離器１６に接続されている。沸騰冷却モードが選択される場合、冷媒流路１２からは気相冷媒とともに液相冷媒が吐出される。気液分離器１６は、気液分離器１６内に流入した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する。気液分離器１６は、冷媒管１８を介して第１ウォータポンプ２０に接続されている。気液分離器１６で分離された液相冷媒は、冷媒管１８を経由して第１ウォータポンプ２０に流入し、第１ウォータポンプ２０により冷媒流路１２に送られる。 The refrigerant flow path 12 of the engine 10 is connected to a gas-liquid separator 16 via a refrigerant pipe 14. When the boiling cooling mode is selected, the liquid phase refrigerant is discharged from the refrigerant flow path 12 together with the gas phase refrigerant. The gas-liquid separator 16 separates the refrigerant flowing into the gas-liquid separator 16 into a liquid phase refrigerant and a gas phase refrigerant. The gas-liquid separator 16 is connected to the first water pump 20 via the refrigerant pipe 18. The liquid phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 16 flows into the first water pump 20 via the refrigerant pipe 18 and is sent to the refrigerant flow path 12 by the first water pump 20.

気液分離器１６は、冷媒管２８を介して過熱器３０に接続されている。冷媒管２８には、気液分離器１６と過熱器３０との連通を遮断することができる過熱器入口側バルブ（第１バルブ）５０が設けられている。第１バルブ５０は、信号の入力によって開閉する電磁弁である。過熱器３０は、エンジン１０の排気通路２２において触媒２４の上流に設けられている。過熱器３０と触媒２４との間には隙間はない。 The gas-liquid separator 16 is connected to the superheater 30 via the refrigerant pipe 28. The refrigerant pipe 28 is provided with a superheater inlet side valve (first valve) 50 that can block communication between the gas-liquid separator 16 and the superheater 30. The first valve 50 is an electromagnetic valve that opens and closes when a signal is input. The superheater 30 is provided upstream of the catalyst 24 in the exhaust passage 22 of the engine 10. There is no gap between the superheater 30 and the catalyst 24.

ここで、図２は、過熱器３０の詳細な構成を示す断面図である。過熱器３０は、排気マニホールド２６の周囲を覆うように設けられ、排気マニホールド２６と一体化されている。過熱器３０の内壁面と排気マニホールド２６の外壁面とで囲まれた空間が、気液分離器１６から送られた気相冷媒が流れる流路となる。気液分離器１６では気相冷媒と液相冷媒が共存しているため、気相冷媒は飽和蒸気となっている。過熱器３０に入った気相冷媒は、排気マニホールド２６の壁面から伝えられる排気熱を吸収することによって過熱蒸気となる。 Here, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the superheater 30. The superheater 30 is provided so as to cover the periphery of the exhaust manifold 26 and is integrated with the exhaust manifold 26. A space surrounded by the inner wall surface of the superheater 30 and the outer wall surface of the exhaust manifold 26 becomes a flow path through which the gas-phase refrigerant sent from the gas-liquid separator 16 flows. In the gas-liquid separator 16, since the gas-phase refrigerant and the liquid-phase refrigerant coexist, the gas-phase refrigerant is saturated vapor. The gas-phase refrigerant that has entered the superheater 30 becomes superheated steam by absorbing the exhaust heat transmitted from the wall surface of the exhaust manifold 26.

図２に示す構成では、排気マニホールド２６の集合部に対応する位置に、過熱器３０の冷媒入口３０ａが設けられている。この位置は、過熱器３０の鉛直方向の最下部であって、過熱器３０の中で気相冷媒が凝縮した場合には、凝縮によって生じた液相冷媒はここに流れてくる。過熱器３０の冷媒入口３０ａは、凝縮によって生じた液相冷媒を外部に排出する経路して機能する。なお、図２に示す構成において、過熱器３０の冷媒入口３０ａと冷媒出口３０ｂを逆にしてもよい。つまり、冷媒出口を過熱器３０の鉛直方向の最下部に設けて、そこから凝縮によって生じた液相冷媒を排出するようにしてもよい。また、例えば図３に示す構成のように、過熱器３０の冷媒入口３０ａを排気マニホールド２６の枝管を囲む部分に設けて、凝縮によって生じた液相冷媒がここに流れてくるように過熱器３０を形成してもよい。この構成においても、過熱器３０の冷媒入口３０ａと冷媒出口３０ｂを逆にしてもよい。 In the configuration shown in FIG. 2, the refrigerant inlet 30 a of the superheater 30 is provided at a position corresponding to the collecting portion of the exhaust manifold 26. This position is the lowermost portion of the superheater 30 in the vertical direction. When the gas-phase refrigerant is condensed in the superheater 30, the liquid-phase refrigerant generated by the condensation flows here. The refrigerant inlet 30a of the superheater 30 functions as a path for discharging the liquid-phase refrigerant generated by the condensation to the outside. In the configuration shown in FIG. 2, the refrigerant inlet 30a and the refrigerant outlet 30b of the superheater 30 may be reversed. That is, the refrigerant outlet may be provided at the lowest part in the vertical direction of the superheater 30, and the liquid-phase refrigerant generated by condensation may be discharged therefrom. For example, as shown in FIG. 3, the refrigerant inlet 30 a of the superheater 30 is provided in a portion surrounding the branch pipe of the exhaust manifold 26 so that the liquid-phase refrigerant generated by the condensation flows here. 30 may be formed. Also in this configuration, the refrigerant inlet 30a and the refrigerant outlet 30b of the superheater 30 may be reversed.

過熱器３０は、冷媒管３２を介して膨張機であるタービン３４に接続されている。タービン３４では、過熱器３０から送られた気相冷媒（過熱蒸気）を膨張させて仕事を取り出すことが行われる。冷媒管３２とタービン３４との接続部には、図示しない超音速ノズルが設けられている。気相冷媒は超音速ノズルからタービン３４に噴きつけられ、タービン３４を回転させる。タービン３４の回転は、図示しない減速機を介してエンジン１０の出力軸に伝えられる。つまり、タービン３４で取り出された仕事は、エンジン１０のアシストに用いられる。ただし、タービン３４により発電機を駆動し、発生した電気を蓄電池に蓄えるように構成することもできる。 The superheater 30 is connected to a turbine 34 that is an expander via a refrigerant pipe 32. In the turbine 34, work is taken out by expanding the gas-phase refrigerant (superheated steam) sent from the superheater 30. A supersonic nozzle (not shown) is provided at a connection portion between the refrigerant pipe 32 and the turbine 34. The gas phase refrigerant is sprayed from the supersonic nozzle to the turbine 34 to rotate the turbine 34. The rotation of the turbine 34 is transmitted to the output shaft of the engine 10 via a speed reducer (not shown). That is, the work taken out by the turbine 34 is used for assisting the engine 10. However, it is also possible to drive the generator by the turbine 34 and store the generated electricity in the storage battery.

タービン３４で膨張した気相冷媒は、冷媒管３６を介してコンデンサ（凝縮器）４０に送られる。冷媒管３６には、過熱器３０とコンデンサ４０との連通を遮断することができる過熱器出口側バルブ（第２バルブ）５２が設けられている。第２バルブ５２は、信号の入力によって開閉する電磁弁である。コンデンサ４０に送られた気相冷媒は、コンデンサ４０により冷却されて凝縮し、液相冷媒に戻される。気相冷媒の凝縮により生じた液相冷媒は、コンデンサ４０から冷媒管４２を介してキャッチタンク４４に送られ、キャッチタンク４４に一時的に貯留される。キャッチタンク４４は、冷媒管４６を介して気液分離器１６と接続されている。冷媒管４６には、第２ウォータポンプ４８が設けられている。第２ウォータポンプ４８は、キャッチタンク４４に貯留された液相冷媒を気液分離器１６に送るためのポンプである。なお、第２ウォータポンプ４８と気液分離器１６との間には、気液分離器１６側からキャッチタンク４４側への液相冷媒の逆流を防止する図示しない逆止弁が設けられている。 The gas phase refrigerant expanded by the turbine 34 is sent to a condenser (condenser) 40 through a refrigerant pipe 36. The refrigerant pipe 36 is provided with a superheater outlet side valve (second valve) 52 that can block communication between the superheater 30 and the condenser 40. The second valve 52 is an electromagnetic valve that opens and closes when a signal is input. The gas-phase refrigerant sent to the condenser 40 is cooled and condensed by the condenser 40 and returned to the liquid-phase refrigerant. The liquid phase refrigerant generated by the condensation of the gas phase refrigerant is sent from the condenser 40 to the catch tank 44 via the refrigerant pipe 42 and temporarily stored in the catch tank 44. The catch tank 44 is connected to the gas-liquid separator 16 via the refrigerant pipe 46. A second water pump 48 is provided in the refrigerant pipe 46. The second water pump 48 is a pump for sending the liquid-phase refrigerant stored in the catch tank 44 to the gas-liquid separator 16. A check valve (not shown) is provided between the second water pump 48 and the gas-liquid separator 16 to prevent the backflow of the liquid-phase refrigerant from the gas-liquid separator 16 side to the catch tank 44 side. .

ランキンサイクルシステム１００は、各種のセンサとＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備えている。ランキンサイクルシステム１００が備えるセンサには、冷媒流路１２の出口における冷媒温度を計測するための温度センサ６０と、過熱器３０内の圧力（過熱器内圧）を計測するための圧力センサ６２と、コンデンサ４０内の圧力（コンデンサ内圧）を計測するための圧力センサ６４とが含まれる。ＥＣＵ７０は、エンジン１０を含むランキンサイクルシステム１００の全体の運転を制御する制御装置である。ＥＣＵ７０は、少なくとも入出力インタフェースとメモリとＣＰＵとを備えている。入出力インタフェースは、前述のセンサ６０，６２，６４を含む各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。ＥＣＵ７０が操作信号を出すアクチュエータには、バルブ５０，５２とウォータポンプ２０，４８が含まれる。メモリには、各種制御プログラム、各種マップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。 The Rankine cycle system 100 includes various sensors and an ECU (Electronic Control Unit) 70. The sensors included in the Rankine cycle system 100 include a temperature sensor 60 for measuring the refrigerant temperature at the outlet of the refrigerant flow path 12, a pressure sensor 62 for measuring the pressure in the superheater 30 (superheater internal pressure), And a pressure sensor 64 for measuring the pressure in the capacitor 40 (capacitor internal pressure). The ECU 70 is a control device that controls the overall operation of the Rankine cycle system 100 including the engine 10. The ECU 70 includes at least an input / output interface, a memory, and a CPU. The input / output interface is provided to capture sensor signals from various sensors including the above-described sensors 60, 62, and 64 and to output an operation signal to the actuator. Actuators from which the ECU 70 outputs operation signals include valves 50 and 52 and water pumps 20 and 48. The memory stores various control programs, various maps, and the like. The CPU reads out and executes a control program or the like from the memory, and generates an operation signal based on the acquired sensor signal.

２．ランキンサイクルシステムの動作
上記構成において説明したように、ランキンサイクルシステム１００は、過熱器３０の入口側と出口側にそれぞれバルブ５０，５２を備え、これらのバルブ５０，５２はＥＣＵ７０によって操作される。沸騰冷却モードによる運転が行われている間、沸騰器である冷媒流路１２から膨張機であるタービン３４を経てコンデンサ４０に至る冷媒のフローを作るため、第１バルブ５０と第２バルブ５２はともに開放されている。 2. Operation of Rankine Cycle System As described in the above configuration, Rankine cycle system 100 includes valves 50 and 52 on the inlet side and the outlet side of superheater 30, respectively, and these valves 50 and 52 are operated by ECU 70. While the operation in the boiling cooling mode is being performed, the first valve 50 and the second valve 52 are used to create a refrigerant flow from the refrigerant flow path 12 serving as a boiling device to the condenser 40 via the turbine 34 serving as an expander. Both are open.

図４は、沸騰冷却時の冷媒のフローを示す図である。図４において、太い実線は液相冷媒（つまり、冷却水）が流れている管路を意味し、太い点線は気相冷媒（つまり、蒸気）が流れている管路を意味している。第１バルブ５０と第２バルブ５２が開かれることで、冷媒流路１２から気液分離器１６を経て過熱器３０に達し、過熱器３０からタービン３４を経てコンデンサ４０に至る気相冷媒の経路が作られる。第１ウォータポンプ２０によりエンジン１０に送られた液相冷媒は、冷媒流路１２においてエンジン１０の廃熱を受け取って沸騰し、高温高圧の気相冷媒となる。冷媒流路１２から出た気相冷媒は、気液分離器１６で液相冷媒と分離されて過熱器３０に送られ、過熱器３０においてエンジン１０の廃熱をさらに受け取って過熱蒸気となる。過熱蒸気は、タービン３４において膨張する際に仕事をし、コンデンサ４０において再び液相冷媒に戻される。コンデンサ４０で発生した液相冷媒は、キャッチタンク４４に蓄えられる。そして、気液分離器１６に蓄えられている液相冷媒の液面の高さが下限以下になったとき、第２ウォータポンプ４８が作動してキャッチタンク４４から気液分離器１６に液相冷媒が送られる。 FIG. 4 is a diagram illustrating a refrigerant flow during boiling cooling. In FIG. 4, a thick solid line means a pipeline through which liquid-phase refrigerant (that is, cooling water) flows, and a thick dotted line means a pipeline through which gas-phase refrigerant (that is, steam) flows. By opening the first valve 50 and the second valve 52, the path of the gas-phase refrigerant from the refrigerant flow path 12 to the superheater 30 via the gas-liquid separator 16 and from the superheater 30 to the condenser 40 via the turbine 34. Is made. The liquid-phase refrigerant sent to the engine 10 by the first water pump 20 receives the waste heat of the engine 10 in the refrigerant flow path 12 and boils to become a high-temperature and high-pressure gas-phase refrigerant. The gas-phase refrigerant that has flowed out of the refrigerant flow path 12 is separated from the liquid-phase refrigerant by the gas-liquid separator 16 and is sent to the superheater 30, which further receives the waste heat of the engine 10 and becomes superheated steam. The superheated steam works as it expands in the turbine 34 and is returned to the liquid phase refrigerant again in the condenser 40. The liquid phase refrigerant generated in the capacitor 40 is stored in the catch tank 44. Then, when the liquid level of the liquid phase refrigerant stored in the gas-liquid separator 16 becomes lower than the lower limit, the second water pump 48 is activated and the liquid phase is transferred from the catch tank 44 to the gas-liquid separator 16. Refrigerant is sent.

沸騰冷却モードによる運転は、エンジン１０の停止に伴って終了する。沸騰冷却モードによる運転が終了し、冷媒流路１２での沸騰が止まると、冷媒流路１２から気相冷媒の供給が停止する。この場合、過熱器３０を挟んで設けられた第１バルブ５０と第２バルブ５２はともに閉じられる。 The operation in the boiling cooling mode is terminated when the engine 10 is stopped. When the operation in the boiling cooling mode is finished and the boiling in the refrigerant channel 12 stops, the supply of the gas phase refrigerant from the refrigerant channel 12 is stopped. In this case, both the first valve 50 and the second valve 52 provided with the superheater 30 interposed therebetween are closed.

図５は、エンジン１０の停止時の冷媒のフローを示す図である。図５において、太い実線は液相冷媒（つまり、冷却水）が流れている管路を意味し、細い実線は冷媒が流れていない管路を意味している。第１バルブ５０と第２バルブ５２がともに閉じられることで、冷媒流路１２からコンデンサ４０に至る気相冷媒の経路が遮断されるとともに、過熱器３０の内部に気相冷媒が閉じ込められる。エンジン１０の運転時、過熱器３０の内部の気相冷媒は排気マニホールド２６から受ける熱によって過熱蒸気になっている。エンジン１０の停止後、排気マニホールド２６の壁面を通じた熱の供給が無くなることで、過熱器３０の内部の気相冷媒は外気によって冷却されて凝縮し、液相冷媒に戻る。密度の低い過熱蒸気が凝縮することで、過熱器３０の内部に負圧が発生する。なお、第１ウォータポンプ２０は、沸騰の終了後しばらくの間は動作し、冷媒流路１２と気液分離器１６との間で液相冷媒を循環させる。 FIG. 5 is a diagram illustrating a refrigerant flow when the engine 10 is stopped. In FIG. 5, a thick solid line means a pipeline through which liquid phase refrigerant (that is, cooling water) flows, and a thin solid line means a pipeline through which no refrigerant flows. By closing both the first valve 50 and the second valve 52, the path of the gas-phase refrigerant from the refrigerant flow path 12 to the condenser 40 is blocked, and the gas-phase refrigerant is confined inside the superheater 30. During the operation of the engine 10, the gas-phase refrigerant inside the superheater 30 becomes superheated steam by the heat received from the exhaust manifold 26. After the engine 10 is stopped, the supply of heat through the wall surface of the exhaust manifold 26 is eliminated, so that the gas-phase refrigerant inside the superheater 30 is cooled and condensed by the outside air, and returns to the liquid-phase refrigerant. A negative pressure is generated inside the superheater 30 as the superheated steam having a low density condenses. The first water pump 20 operates for a while after the completion of boiling, and circulates the liquid phase refrigerant between the refrigerant flow path 12 and the gas-liquid separator 16.

過熱器３０を挟んで設けられた第１バルブ５０と第２バルブ５２は、次回、エンジン１０が始動して沸騰冷却モードによる運転が開始されるまで、閉じたままとされる。その間、過熱器３０は、負圧を蓄える負圧タンクとして機能する。 The first valve 50 and the second valve 52 provided with the superheater 30 interposed therebetween are kept closed until the next time the engine 10 is started and the operation in the boiling cooling mode is started. Meanwhile, the superheater 30 functions as a negative pressure tank that stores negative pressure.

図５に示す冷媒のフローは、エンジン１０の始動時の冷媒のフローでもある。エンジン１０の始動に合わせて第１ウォータポンプ２０が作動し、液相冷媒はエンジン１０の冷媒流路１２と気液分離器１６との間を循環するようになる。冷媒流路１２での液相冷媒の沸騰が始まるまでには、エンジン１０の始動からある程度の時間を要する。その間、第１バルブ５０と第２バルブ５２は閉じたままとされ、過熱器３０の内部に負圧が蓄えられた状態が維持される。エンジン１０の暖機が進むにつれて、冷媒流路１２内の液相冷媒の温度は次第に上昇していく。 The refrigerant flow shown in FIG. 5 is also the refrigerant flow when the engine 10 is started. When the engine 10 is started, the first water pump 20 is operated, and the liquid phase refrigerant circulates between the refrigerant flow path 12 of the engine 10 and the gas-liquid separator 16. A certain amount of time is required from the start of the engine 10 until the liquid phase refrigerant starts to boil in the refrigerant flow path 12. Meanwhile, the first valve 50 and the second valve 52 are kept closed, and the state in which the negative pressure is stored in the superheater 30 is maintained. As the engine 10 warms up, the temperature of the liquid-phase refrigerant in the refrigerant flow path 12 gradually increases.

やがて、冷媒流路１２で液相冷媒の沸騰が始まるとき、沸騰冷却モードによる運転が開始され、過熱器３０を挟んで設けられた第１バルブ５０と第２バルブ５２はともに開かれる。第１バルブ５０と第２バルブ５２が開かれることで、沸騰器である冷媒流路１２からコンデンサ４０までの冷媒の気相冷媒の経路が作られるとともに、過熱器３０に蓄えられた負圧によって経路内の圧力は低下させられる。これにより、冷媒流路１２での液相冷媒の沸騰が促進され、エンジン１０の沸騰冷却が始まる。 Eventually, when the liquid phase refrigerant begins to boil in the refrigerant flow path 12, the operation in the boiling cooling mode is started, and both the first valve 50 and the second valve 52 provided with the superheater 30 interposed therebetween are opened. When the first valve 50 and the second valve 52 are opened, a gas-phase refrigerant path from the refrigerant flow path 12 serving as the boiling point to the condenser 40 is created, and the negative pressure stored in the superheater 30 is used. The pressure in the path is reduced. Thereby, boiling of the liquid phase refrigerant in the refrigerant flow path 12 is promoted, and boiling cooling of the engine 10 is started.

エンジン１０の始動時の第１バルブ５０と第２バルブ５２の開放は、温度センサ６０によって計測される液相冷媒の温度に応じて行われる。図６は、エンジン始動時のエンジン水温（冷媒流路１２を流れる液相冷媒の温度）の時刻による変化と、沸騰冷却モードによる運転の開始のタイミングとを示す図である。図６において、“沸騰冷却＝ｏｆｆ”と記された区間は、沸騰冷却が行われていない時間を示し、“沸騰冷却＝ｏｎ”と記された区間は、沸騰冷却が行われる時間を示している。この図に示すように、沸騰冷却モードによる運転は、エンジン水温が沸点に達する前の所定温度において開始される。ＥＣＵ７０は、温度センサ６０によって計測したエンジン水温が上記所定温度に達したことを検知した場合、第１バルブ５０と第２バルブ５２をともに開放する。なお、２つのバルブ５０，５２の開放は、エンジン水温が沸点に達してから行うことも可能である。ただし、バルブ５０，５２の開放が遅れると冷媒流路１２の内圧が急上昇するため、これを回避するためには、本実施の形態のようにエンジン水温が沸点に達する前にバルブ５０，５２を開放することが好ましい。 The opening of the first valve 50 and the second valve 52 at the start of the engine 10 is performed according to the temperature of the liquid refrigerant measured by the temperature sensor 60. FIG. 6 is a diagram showing a change with time of the engine water temperature (temperature of the liquid-phase refrigerant flowing through the refrigerant flow path 12) at the time of starting the engine and the timing of starting operation in the boiling cooling mode. In FIG. 6, the section marked with “boiling cooling = off” indicates the time when the boiling cooling is not performed, and the section marked with “boiling cooling = on” indicates the time when the boiling cooling is performed. Yes. As shown in this figure, the operation in the boiling cooling mode is started at a predetermined temperature before the engine water temperature reaches the boiling point. When the ECU 70 detects that the engine water temperature measured by the temperature sensor 60 has reached the predetermined temperature, the ECU 70 opens both the first valve 50 and the second valve 52. The two valves 50 and 52 can be opened after the engine water temperature reaches the boiling point. However, if the opening of the valves 50 and 52 is delayed, the internal pressure of the refrigerant flow path 12 suddenly increases. To avoid this, the valves 50 and 52 are set before the engine water temperature reaches the boiling point as in this embodiment. Opening is preferred.

なお、冷媒流路１２で沸騰が始まる際には、エンジン１０の廃熱が排気マニホールド２６から過熱器３０に伝えられる。このため、過熱器３０の内部に液相冷媒が残留しているならば、排気マニホールド２６からの受熱によって液相冷媒が気化し、それにより過熱器３０の内部の負圧が低下するおそれがある。しかし、過熱器３０は、凝縮によって生じた液相冷媒が自然に排出されるように冷媒入口３０ａ（或いは冷媒出口）が設けられているので、過熱器３０の内部で液相冷媒が気化することによる負圧の低下は抑えられている。 When boiling starts in the refrigerant flow path 12, waste heat of the engine 10 is transmitted from the exhaust manifold 26 to the superheater 30. For this reason, if the liquid-phase refrigerant remains in the superheater 30, the liquid-phase refrigerant is vaporized by receiving heat from the exhaust manifold 26, which may reduce the negative pressure inside the superheater 30. . However, since the superheater 30 is provided with the refrigerant inlet 30a (or the refrigerant outlet) so that the liquid-phase refrigerant generated by the condensation is naturally discharged, the liquid-phase refrigerant is vaporized inside the superheater 30. The decrease in negative pressure due to is suppressed.

エンジン１０の停止時に行われる第１バルブ５０と第２バルブ５２の閉操作は、沸騰冷却モードから通常冷却モードへの切り替えの際にも行われる。また、通常冷却モードから沸騰冷却モードへの切り替えの際には、エンジン１０の始動時に行われる第１バルブ５０と第２バルブ５２の開操作が行われる。沸騰冷却モードと通常冷却モードの切り替えは、トルクとエンジン回転速度とで定義されるエンジン１０の運転領域に応じて行われる。図７において、沸騰冷却＝ｏｆｆ”と記された領域は、通常冷却モードが選択される領域を示し、“沸騰冷却＝ｏｎ”と記された領域は、沸騰冷却モードが選択される領域を示している。この図に示すように、低トルク低回転速度域と高回転速度域では、沸騰冷却モードに代えて通常冷却モードが選択される。 The closing operation of the first valve 50 and the second valve 52 performed when the engine 10 is stopped is also performed when switching from the boiling cooling mode to the normal cooling mode. Further, when switching from the normal cooling mode to the boiling cooling mode, the opening operation of the first valve 50 and the second valve 52 performed when the engine 10 is started is performed. Switching between the boiling cooling mode and the normal cooling mode is performed according to the operating region of the engine 10 defined by the torque and the engine speed. In FIG. 7, a region marked with “boiling cooling = off” indicates a region where the normal cooling mode is selected, and a region marked with “boiling cooling = on” indicates a region where the boiling cooling mode is selected. As shown in this figure, in the low torque low rotation speed region and the high rotation speed region, the normal cooling mode is selected instead of the boiling cooling mode.

３．バルブの操作の詳細
図８は、実施の形態１のバルブ操作の全体の制御フローを示すフローチャートである。ＥＣＵ７０のメモリには、この制御フローに対応する制御プログラムが記憶されている。上述のランキンサイクルシステム１００の動作は、この制御フローに従ってＥＣＵ７０が第１バルブ５０と第２バルブ５２を操作することによって実現される。このとき、ＥＣＵ７０はバルブ操作装置として機能する。 3. Details of Valve Operation FIG. 8 is a flowchart showing an overall control flow of the valve operation of the first embodiment. A control program corresponding to this control flow is stored in the memory of the ECU 70. The operation of the Rankine cycle system 100 described above is realized by the ECU 70 operating the first valve 50 and the second valve 52 according to this control flow. At this time, the ECU 70 functions as a valve operating device.

図８に示す制御フローは、エンジン１０を含むランキンサイクルシステム１００の停止状態においてＥＣＵ７０の主電源が入った場合に実行される。エンジン１０の運転が停止している間、第１バルブ５０と第２バルブ５２はともに閉じた状態に維持されている。 The control flow shown in FIG. 8 is executed when the main power supply of the ECU 70 is turned on while the Rankine cycle system 100 including the engine 10 is stopped. While the operation of the engine 10 is stopped, the first valve 50 and the second valve 52 are both kept closed.

ＥＣＵ７０は、まず、エンジン１０の起動スイッチ（例えば、イグニッションスイッチ）がオンになっているかどうか判定する（ステップＳ２）。エンジン１０の起動スイッチがオンになっていない場合、ＥＣＵ７０は、第１バルブ５０と第２バルブ５２をともに閉じたままとする。 The ECU 70 first determines whether a start switch (for example, an ignition switch) of the engine 10 is turned on (step S2). When the start switch of the engine 10 is not turned on, the ECU 70 keeps both the first valve 50 and the second valve 52 closed.

エンジン１０の起動スイッチがオンになった場合、第１ウォータポンプ２０による液相冷媒の循環が開始され、エンジン１０の暖機が始まる。ＥＣＵ７０は、沸騰冷却モードによる運転を開始するかどうか温度センサ６０により計測されるエンジン水温に基づいて判定する（ステップＳ４）。エンジン水温が所定温度に達するまで、ＥＣＵ７０は、ステップＳ２の判定とステップＳ４の判定を繰り返す。エンジン水温が所定温度に達する前にエンジン１０の起動スイッチがオフにされた場合、第１バルブ５０と第２バルブ５２を閉じたまま本制御フローは終了する。 When the start switch of the engine 10 is turned on, the circulation of the liquid refrigerant by the first water pump 20 is started, and the warm-up of the engine 10 is started. The ECU 70 determines whether to start the operation in the boiling cooling mode based on the engine water temperature measured by the temperature sensor 60 (step S4). The ECU 70 repeats the determination in step S2 and the determination in step S4 until the engine water temperature reaches a predetermined temperature. If the start switch of the engine 10 is turned off before the engine water temperature reaches the predetermined temperature, the control flow ends with the first valve 50 and the second valve 52 closed.

エンジン水温が所定温度に達したことにより沸騰冷却モードによる運転を開始する場合、ＥＣＵ７０は、コンデンサ４０に過熱器３０の負圧を導入するためのバルブ操作を実施する（ステップＳ６）。 When the operation in the boiling cooling mode is started because the engine water temperature has reached a predetermined temperature, the ECU 70 performs a valve operation for introducing the negative pressure of the superheater 30 to the condenser 40 (step S6).

図９は、ステップＳ６で実施されるバルブ操作の制御フローを示すフローチャートである。図９に示す制御フローに従い、ＥＣＵ７０は、まず、過熱器出口側バルブである第２バルブ５２を開く（ステップＳ１０２）。第２バルブ５２を開くことで、過熱器３０に蓄えられていた負圧がタービン３４を介してコンデンサ４０に導入される。コンデンサ４０への負圧の導入によりコンデンサ内圧は低下していき、また、過熱器３０からの負圧の放出によって過熱器内圧は上昇していく。 FIG. 9 is a flowchart showing a control flow of the valve operation performed in step S6. In accordance with the control flow shown in FIG. 9, the ECU 70 first opens the second valve 52, which is a superheater outlet side valve (step S102). By opening the second valve 52, the negative pressure stored in the superheater 30 is introduced into the condenser 40 via the turbine 34. The internal pressure of the capacitor decreases due to the introduction of the negative pressure into the capacitor 40, and the internal pressure of the superheater increases due to the release of the negative pressure from the superheater 30.

ＥＣＵ７０は、圧力センサ６２のセンサ信号から過熱器内圧を計測するとともに、圧力センサ６４のセンサ信号からコンデンサ内圧を計測し、過熱器内圧とコンデンサ内圧とが等しくなったかどうか判定する（ステップＳ１０４）。過熱器内圧とコンデンサ内圧とが等しくなるまで、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１０４の判定を繰り返す。 The ECU 70 measures the superheater internal pressure from the sensor signal of the pressure sensor 62 and also measures the capacitor internal pressure from the sensor signal of the pressure sensor 64, and determines whether or not the superheater internal pressure and the capacitor internal pressure are equal (step S104). The ECU 70 repeats the determination in step S104 until the superheater internal pressure becomes equal to the capacitor internal pressure.

やがて、過熱器内圧とコンデンサ内圧とが等しくなったとき、ＥＣＵ７０は、過熱器入口側バルブである第１バルブ５０を開く（ステップＳ１０６）。第１バルブ５０を開くことで、沸騰器である冷媒流路１２に気液分離器１６を介して負圧を作用させる。冷媒流路１２に作用した負圧は、冷媒流路１２内の液相冷媒の沸点を下げ、液相冷媒の沸騰を促進する。 Eventually, when the superheater internal pressure becomes equal to the condenser internal pressure, the ECU 70 opens the first valve 50 that is the superheater inlet side valve (step S106). By opening the first valve 50, a negative pressure is applied to the refrigerant flow path 12, which is a boiling device, via the gas-liquid separator 16. The negative pressure acting on the refrigerant flow path 12 lowers the boiling point of the liquid phase refrigerant in the refrigerant flow path 12 and promotes the boiling of the liquid phase refrigerant.

以上の手順で２つのバルブ５０，５２を開く操作が行われることで、冷媒流路１２における液相冷媒から気相冷媒への相変化を促進するとともに、冷媒流路１２からコンデンサ４０までの気相流体の流れを加速することができる。ただし、図９に示す制御フローは一例であって、沸騰冷却開始時のバルブ操作がこれに限定されるものではない。過熱器３０に蓄えられた負圧によって冷媒流路１２からコンデンサ４０までの経路内の圧力を低下させることができる限りであれば、過熱器内圧とコンデンサ内圧とが等しくなる前に第１バルブ５０を開いても良いし、第２バルブ５２と第１バルブ５０を同時に開いても良いし、第２バルブ５２より先に第１バルブ５０を開いてもよい。 By opening the two valves 50 and 52 in the above procedure, the phase change from the liquid phase refrigerant to the gas phase refrigerant in the refrigerant flow path 12 is promoted, and the air flow from the refrigerant flow path 12 to the condenser 40 is promoted. The flow of the phase fluid can be accelerated. However, the control flow shown in FIG. 9 is an example, and the valve operation at the start of boiling cooling is not limited to this. As long as the pressure in the path from the refrigerant flow path 12 to the condenser 40 can be lowered by the negative pressure stored in the superheater 30, the first valve 50 is set before the superheater internal pressure and the condenser internal pressure become equal. May be opened, the second valve 52 and the first valve 50 may be opened simultaneously, or the first valve 50 may be opened before the second valve 52.

再び図８に戻って制御フローの説明を続ける。ＥＣＵ７０は、第１バルブ５０と第２バルブ５２を開いた後、沸騰冷却モードによる運転を終了して通常冷却モードによる運転に切り替えるかどうか、エンジン１０のトルクと回転速度とに基づいて判定する（ステップＳ８）。判定に用いるトルクは、空気量、空燃比、点火時期等の制御パラメータから計算される推定トルクでもよいし、アクセル開度とエンジン回転速度から計算される要求トルクでもよい。エンジン１０の動作点が沸騰冷却モードの領域から通常冷却モードの領域へ移動するまで、ＥＣＵ７０は、第１バルブ５０と第２バルブ５２を開いたままステップＳ８の判定を繰り返す。 Returning to FIG. 8 again, the description of the control flow will be continued. The ECU 70 opens the first valve 50 and the second valve 52 and then determines whether to end the operation in the boiling cooling mode and switch to the operation in the normal cooling mode based on the torque and the rotational speed of the engine 10 ( Step S8). The torque used for the determination may be an estimated torque calculated from control parameters such as an air amount, an air-fuel ratio, and ignition timing, or may be a required torque calculated from the accelerator opening and the engine speed. The ECU 70 repeats the determination in step S8 with the first valve 50 and the second valve 52 open until the operating point of the engine 10 moves from the boiling cooling mode region to the normal cooling mode region.

沸騰冷却モードによる運転を終了する場合、ＥＣＵ７０は、過熱器３０内に負圧を生成するためのバルブ操作を実施する（ステップＳ１０）。 When ending the operation in the boiling cooling mode, the ECU 70 performs a valve operation for generating a negative pressure in the superheater 30 (step S10).

図１０は、ステップＳ１０で実施されるバルブ操作の制御フローを示すフローチャートである。図１０に示す制御フローに従い、ＥＣＵ７０は、まず、過熱器入口側バルブである第１バルブ５０を閉じる（ステップＳ２０２）。第１バルブ５０を閉じることで、沸騰器である冷媒流路１２から過熱器３０への高圧の気相冷媒の流入は遮断される。一方、第２バルブ５２はまだ開いているので、過熱器３０からの気相冷媒の流出は続く。そして、過熱器３０から流出する気相冷媒の流量の減少とともに、過熱器内圧は次第に低下していく。 FIG. 10 is a flowchart showing a control flow of the valve operation performed in step S10. According to the control flow shown in FIG. 10, the ECU 70 first closes the first valve 50 that is the superheater inlet side valve (step S202). By closing the first valve 50, the inflow of the high-pressure gas-phase refrigerant from the refrigerant flow path 12 that is a boiling device to the superheater 30 is blocked. On the other hand, since the second valve 52 is still open, the outflow of the gas-phase refrigerant from the superheater 30 continues. Then, as the flow rate of the gas-phase refrigerant flowing out of the superheater 30 decreases, the superheater internal pressure gradually decreases.

ＥＣＵ７０は、圧力センサ６４のセンサ信号からコンデンサ内圧を計測するとともに、圧力センサ６２のセンサ信号から過熱器内圧を計測し、コンデンサ内圧と過熱器内圧とが等しくなったかどうか判定する（ステップＳ２０４）。コンデンサ内圧と過熱器内圧とが等しくなるまで、ＥＣＵ７０は、ステップＳ２０４の判定を繰り返す。 The ECU 70 measures the capacitor internal pressure from the sensor signal of the pressure sensor 64 and also measures the superheater internal pressure from the sensor signal of the pressure sensor 62, and determines whether or not the capacitor internal pressure and the superheater internal pressure are equal (step S204). The ECU 70 repeats the determination in step S204 until the condenser internal pressure and the superheater internal pressure become equal.

やがて、コンデンサ内圧と過熱器内圧とが等しくなったとき、ＥＣＵ７０は、過熱器出口側バルブである第２バルブ５２を閉じる（ステップＳ２０６）。第２バルブ５２を閉じることで、過熱器３０の中に残った気相冷媒はそのまま過熱器３０に閉じ込められる。過熱器３０に閉じ込められた気相冷媒は、排気からの受熱量が減少したときに凝縮し、過熱器３０の中で液相冷媒に戻る。 Eventually, when the condenser internal pressure and the superheater internal pressure become equal, the ECU 70 closes the second valve 52, which is the superheater outlet side valve (step S206). By closing the second valve 52, the gas phase refrigerant remaining in the superheater 30 is confined in the superheater 30 as it is. The gas-phase refrigerant confined in the superheater 30 is condensed when the amount of heat received from the exhaust gas is reduced, and returns to the liquid-phase refrigerant in the superheater 30.

以上の手順で２つのバルブ５０，５２を閉じる操作が行われることで、過熱器３０内に残存する気相流体の量を減らし、気相流体の凝縮後に過熱器３０の内部に発生する負圧を大きくすることができる。ただし、図１０に示す制御フローは一例であって、沸騰冷却終了時のバルブ操作がこれに限定されるものではない。過熱器３０内に気相冷媒を閉じ込めて負圧を発生させることができる限りであれば、コンデンサ内圧と過熱器内圧とが等しくなる前に第２バルブ５２を閉じても良いし、第１バルブ５０と第２バルブ５２を同時に閉じても良いし、第１バルブ５０より先に第２バルブ５２を閉じてもよい。 By performing the operation of closing the two valves 50 and 52 in the above procedure, the amount of the gas phase fluid remaining in the superheater 30 is reduced, and the negative pressure generated in the superheater 30 after the vapor phase fluid is condensed. Can be increased. However, the control flow shown in FIG. 10 is an example, and the valve operation at the end of boiling cooling is not limited to this. The second valve 52 may be closed before the condenser internal pressure becomes equal to the superheater internal pressure as long as the gas-phase refrigerant can be confined in the superheater 30 to generate a negative pressure. 50 and the second valve 52 may be closed simultaneously, or the second valve 52 may be closed before the first valve 50.

再び図８に戻って制御フローの説明を続ける。ＥＣＵ７０は、第１バルブ５０と第２バルブ５２を閉じた後、再び沸騰冷却モードによる運転に切り替えるかどうか、エンジン１０のトルクと回転速度とに基づいて判定する（ステップＳ１２）。沸騰冷却モードによる運転を再開する場合、ＥＣＵ７０は、ステップＳ６の処理を実行して第１バルブ５０と第２バルブ５２を開く。その後の処理は前述の通りである。 Returning to FIG. 8 again, the description of the control flow will be continued. After closing the first valve 50 and the second valve 52, the ECU 70 determines whether to switch to the operation in the boiling cooling mode again based on the torque and the rotational speed of the engine 10 (step S12). When restarting the operation in the boiling cooling mode, the ECU 70 executes the process of step S6 to open the first valve 50 and the second valve 52. Subsequent processing is as described above.

沸騰冷却モードによる運転への切り替えが行われない場合、第１バルブ５０と第２バルブ５２は閉じたままとされ、過熱器３０内の負圧は維持される。ＥＣＵ７０は、エンジン１０の起動スイッチがオフにされたかどうか判定する（ステップＳ１４）。沸騰冷却モードによる運転を再開するか、エンジン１０の起動スイッチがオフにされるまで、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１２の判定とステップＳ１４の判定を繰り返す。そして、エンジン１０の起動スイッチがオフにされた場合、本制御フローは終了する。第１バルブ５０と第２バルブ５２はともに閉じたままとされるので、ランキンサイクルシステム１００の次回の運転開始まで、過熱器３０の中には負圧が蓄えられる。 When switching to the operation in the boiling cooling mode is not performed, the first valve 50 and the second valve 52 are kept closed, and the negative pressure in the superheater 30 is maintained. The ECU 70 determines whether the start switch of the engine 10 is turned off (step S14). The ECU 70 repeats the determination in step S12 and the determination in step S14 until the operation in the boiling cooling mode is restarted or the start switch of the engine 10 is turned off. When the start switch of the engine 10 is turned off, this control flow ends. Since both the first valve 50 and the second valve 52 remain closed, negative pressure is stored in the superheater 30 until the next operation of the Rankine cycle system 100 is started.

４．ランキンサイクルシステムの効果
上述のように、ランキンサイクルシステム１００は、エンジン１０の沸騰冷却時に発生した気相冷媒を、沸騰冷却の終了後に過熱器３０の中に閉じ込めることができる。過熱器３０の中の気相冷媒は、エンジン１０の停止後に外気との熱交換によって冷却されて凝縮する。エンジン１０の運転中、過熱器３０の中の気相冷媒は過熱状態になっているため、これが凝縮することで負圧が発生する。この負圧はランキンサイクルシステム１００の次回の運転開始まで過熱器３０に蓄えられ、次回の沸騰冷却の始まりにおいて沸騰の促進に用いられる。このように、ランキンサイクルシステム１００によれば、負圧を発生させてそれを蓄えておくのに、負圧ポンプや負圧タンクを必要とせず、コストの掛からない構成で沸騰冷却の開始時の液相冷媒の沸騰を促進することができる。 4). Effect of Rankine Cycle System As described above, the Rankine cycle system 100 can confine the gas-phase refrigerant generated during the boiling cooling of the engine 10 in the superheater 30 after the boiling cooling is completed. The gas-phase refrigerant in the superheater 30 is cooled and condensed by heat exchange with the outside air after the engine 10 is stopped. During operation of the engine 10, the gas-phase refrigerant in the superheater 30 is in an overheated state, so that this condenses to generate a negative pressure. This negative pressure is stored in the superheater 30 until the next start of operation of the Rankine cycle system 100, and is used to promote boiling at the beginning of the next boiling cooling. As described above, according to the Rankine cycle system 100, the negative pressure is generated and stored, and therefore, the negative pressure pump and the negative pressure tank are not required, and the structure at a low cost is used at the start of boiling cooling. Boiling of the liquid phase refrigerant can be promoted.

また、過熱器３０の内部に負圧が蓄えられるということは、過熱器３０の内部は真空に近い状態に保たれていることを意味する。エンジン１０の始動時には触媒２４の早期の暖機が求められるが、内部を真空に近い状態に保たれた過熱器３０は、排気マニホールド２６に対して外界に対する断熱層として機能する。これにより、エンジン１０の始動時に触媒２４に流れる排気を保温することができ、触媒２４の暖機を促進することができる。 The fact that a negative pressure is stored in the superheater 30 means that the superheater 30 is kept in a state close to a vacuum. When the engine 10 is started, the catalyst 24 needs to be warmed up early, but the superheater 30 whose interior is maintained in a state close to a vacuum functions as a heat insulating layer for the outside of the exhaust manifold 26. Thereby, the exhaust gas flowing through the catalyst 24 when the engine 10 is started can be kept warm, and warming up of the catalyst 24 can be promoted.

ここで、図１１は、比較例のランキンサイクルシステムによる過熱器内圧と触媒温度の時刻による変化を示す図である。比較例のランキンサイクルシステムでは、過熱器は排気マニホールドと一体化されておらず、また、エンジン停止時の過熱器内圧は大気圧となっている。図１２は、本実施の形態のランキンサイクルシステム１００による過熱器内圧と触媒温度の時刻による変化を示す図である。ランキンサイクルシステム１００では、過熱器３０の内部が負圧に保たれることによる断熱効果により、触媒温度の上昇速度が高まり早期の暖機の完了が実現される。 Here, FIG. 11 is a figure which shows the change by the time of the superheater internal pressure and catalyst temperature by the Rankine cycle system of a comparative example. In the Rankine cycle system of the comparative example, the superheater is not integrated with the exhaust manifold, and the superheater internal pressure when the engine is stopped is atmospheric pressure. FIG. 12 is a diagram illustrating changes in the superheater internal pressure and the catalyst temperature with time according to the Rankine cycle system 100 of the present embodiment. In the Rankine cycle system 100, the rate of increase in the catalyst temperature is increased and early warm-up is completed due to the heat insulation effect caused by maintaining the interior of the superheater 30 at a negative pressure.

また、ランキンサイクルシステム１００によれば、過熱器３０は排気マニホールド２６を覆うように排気マニホールド２６と一体的に設けられている。このため、エンジン１０の暖機が完了して過熱器３０の中を気相冷媒が流れるようになると、過熱器３０を流れる気相冷媒と排気マニホールド２６を流れるより高温の排気との間で熱交換が行われるようになる。この熱交換によって排気の熱が奪われることにより、触媒２４に流れる排気の温度が抑制され、高温の排気ガスによる触媒２４の過熱が防止される。 Further, according to the Rankine cycle system 100, the superheater 30 is provided integrally with the exhaust manifold 26 so as to cover the exhaust manifold 26. For this reason, when the gas-phase refrigerant flows through the superheater 30 after the warm-up of the engine 10 is completed, heat is generated between the gas-phase refrigerant flowing through the superheater 30 and the higher temperature exhaust gas flowing through the exhaust manifold 26. Exchanges will be made. The heat of the exhaust is deprived by this heat exchange, whereby the temperature of the exhaust flowing through the catalyst 24 is suppressed, and overheating of the catalyst 24 due to high-temperature exhaust gas is prevented.

さらに、ランキンサイクルシステム１００によれば、エンジン１０の停止時、過熱器３０の内部が負圧に保たれることによる断熱効果により、触媒温度の低下速度が抑えられる。これにより、エンジン１０を停止してからある程度時間が経って再始動した場合でも、触媒２４を早期に暖機することが可能となる。 Furthermore, according to the Rankine cycle system 100, when the engine 10 is stopped, the rate of decrease in the catalyst temperature can be suppressed due to the heat insulation effect caused by the inside of the superheater 30 being maintained at a negative pressure. Thereby, even when the engine 10 is stopped and restarted after a certain time, the catalyst 24 can be warmed up early.

実施の形態２．
図１３は、実施の形態２のランキンサイクルシステム１０２の構成を示す図である。図１３において、図１に示す実施の形態１のランキンサイクルシステム１００と共通する要素には同一の符号を付している。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the Rankine cycle system 102 according to the second embodiment. In FIG. 13, elements common to Rankine cycle system 100 of the first embodiment shown in FIG.

実施の形態２のランキンサイクルシステム１０２は、過熱器８０が触媒を覆うように触媒と一体的に設けられている。この触媒一体型の過熱器８０は、排気マニホールド２６の出口に取り付けられている。過熱器８０の入口側には、実施の形態１と同位置に第１バルブ５０が設けられ、過熱器８０の出口側には、実施の形態１と同位置に第２バルブ５２が設けられている。 Rankine cycle system 102 of Embodiment 2 is provided integrally with the catalyst so that superheater 80 covers the catalyst. The catalyst-integrated superheater 80 is attached to the outlet of the exhaust manifold 26. A first valve 50 is provided on the inlet side of the superheater 80 at the same position as in the first embodiment, and a second valve 52 is provided on the outlet side of the superheater 80 at the same position as in the first embodiment. Yes.

このような構成によれば、エンジン１０の始動時は、過熱器８０の断熱効果によって内部の触媒を保温して触媒の暖機を促進することができる。また、エンジン１０の暖機の完了後は、過熱器８０とその内部の触媒との間の熱交換によって触媒の過熱を防ぐことができる。 According to such a configuration, when the engine 10 is started, the internal catalyst can be kept warm by the heat insulating effect of the superheater 80 to promote warming up of the catalyst. In addition, after the warm-up of the engine 10 is completed, overheating of the catalyst can be prevented by heat exchange between the superheater 80 and the catalyst therein.

実施の形態３．
図１４は、実施の形態３のランキンサイクルシステム１０４の構成を示す図である。図１４において、図１３に示す実施の形態２のランキンサイクルシステム１０２と共通する要素には同一の符号を付している。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of Rankine cycle system 104 according to the third embodiment. In FIG. 14, elements common to the Rankine cycle system 102 of the second embodiment shown in FIG.

実施の形態３のランキンサイクルシステム１０４は、エンジン１０の外部に沸騰器８６を備える。沸騰器８６は、排気通路２２において触媒一体型の過熱器８０の下流に設けられている。ただし、過熱器は必ずしも触媒一体型でなくてもよく、実施の形態１のように触媒の上流に過熱器を設けることもできる。実施の形態１の沸騰器（冷媒流路）は、エンジン１０を沸騰冷却によって冷却する冷却装置を兼ねていたが、本実施の形態の沸騰器８６は、液相冷媒を沸騰させて気相冷媒に変化させるために設けられている。沸騰器８６を過熱器８０とともに排気通路２２に設けることにより、エンジン１０の排気熱を利用して液相冷媒を沸騰させて気相冷媒を発生させ、再度、排気熱を利用して気相冷媒を過熱することができる。これにより、排気熱を効率よく回収することができる。 Rankine cycle system 104 according to Embodiment 3 includes boiling device 86 outside engine 10. The boiling device 86 is provided in the exhaust passage 22 downstream of the catalyst-integrated superheater 80. However, the superheater is not necessarily a catalyst-integrated type, and a superheater can be provided upstream of the catalyst as in the first embodiment. The boiling device (refrigerant flow path) of the first embodiment also serves as a cooling device that cools the engine 10 by boiling cooling. However, the boiling device 86 of the present embodiment boiles the liquid phase refrigerant to vaporize the refrigerant. It is provided to change. By providing the boiling device 86 in the exhaust passage 22 together with the superheater 80, the liquid phase refrigerant is boiled using the exhaust heat of the engine 10 to generate the gas phase refrigerant, and again, the gas phase refrigerant is used using the exhaust heat. Can be overheated. Thereby, exhaust heat can be efficiently recovered.

実施の形態１のようなエンジン内部に設けられる沸騰器（冷媒流路）は、エンジン１０から直接に廃熱の供給を受けるために内部で激しく沸騰し、気相冷媒とともに液相冷媒も冷媒管に飛び出してくる。このため、沸騰器と過熱器との間には気液分離器を設けることが好ましい。一方、このランキンサイクルシステム１０４のように排気熱を利用して液相冷媒を沸騰させる沸騰器８６の場合、沸騰は比較的穏やかであるため、気相冷媒とともに液相冷媒が飛び出すことは少ない。このため、ランキンサイクルシステム１０４は気液分離器を有しておらず、沸騰器８６と過熱器８０とは冷媒管９０を介して接続されている。ただし、沸騰器８６と過熱器８０との間に気液分離器を設けることは可能である。 The boiling device (refrigerant flow path) provided inside the engine as in the first embodiment is boiled vigorously in order to receive the supply of waste heat directly from the engine 10, and the liquid phase refrigerant and the refrigerant pipe together with the gas phase refrigerant. Jump out into the. For this reason, it is preferable to provide a gas-liquid separator between the boiling device and the superheater. On the other hand, in the case of the boiling device 86 for boiling the liquid phase refrigerant using the exhaust heat as in the Rankine cycle system 104, since the boiling is relatively gentle, the liquid phase refrigerant rarely jumps out together with the gas phase refrigerant. For this reason, Rankine cycle system 104 does not have a gas-liquid separator, and boiling device 86 and superheater 80 are connected via refrigerant pipe 90. However, it is possible to provide a gas-liquid separator between the boiling device 86 and the superheater 80.

冷媒管９０には第１バルブ９２が設けられている。第１バルブ９２は、実施の形態１の第１バルブと同じく、第２バルブ５２とともに操作される。第１バルブ９２を第２バルブ５２とともに閉じることで、沸騰器８６と過熱器８０との間の気相冷媒の流通を遮断し、過熱器８０の中に気相冷媒を閉じ込めることができる。また、沸騰器８６はキャッチタンク４４と冷媒管８２を介して接続されている。冷媒管８２には、キャッチタンク４４で回収した液相冷媒を沸騰器８６に供給するための電動式のウォータポンプ８４が設けられている。 A first valve 92 is provided in the refrigerant pipe 90. The first valve 92 is operated together with the second valve 52 as in the first valve of the first embodiment. By closing the first valve 92 together with the second valve 52, the flow of the gas-phase refrigerant between the boiling device 86 and the superheater 80 can be blocked, and the gas-phase refrigerant can be confined in the superheater 80. The boiling device 86 is connected to the catch tank 44 via the refrigerant pipe 82. The refrigerant pipe 82 is provided with an electric water pump 84 for supplying the liquid phase refrigerant collected in the catch tank 44 to the boiling device 86.

なお、ランキンサイクルシステム１０４は、エンジン１０の冷却システムとは独立して構成することができる。その場合、エンジン１０を冷却する冷媒とは別の流体をランキンサイクルシステム１０４の作動流体として用いることができる。作動流体は、常温では液相流体であり、エンジン１０の熱により沸騰して気相流体に変化するものであれば、水には限定されない。 The Rankine cycle system 104 can be configured independently of the cooling system of the engine 10. In that case, a fluid different from the refrigerant that cools the engine 10 can be used as the working fluid of the Rankine cycle system 104. The working fluid is not limited to water as long as it is a liquid phase fluid at normal temperature and changes to a gas phase fluid by boiling with the heat of the engine 10.

実施の形態４．
図１５は、実施の形態４のランキンサイクルシステム１０６の構成を示す図である。図１５において、図１に示す実施の形態１のランキンサイクルシステム１００と共通する要素には同一の符号を付している。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of the Rankine cycle system 106 according to the fourth embodiment. In FIG. 15, elements common to Rankine cycle system 100 of the first embodiment shown in FIG.

実施の形態４のランキンサイクルシステム１０６と実施の形態１との違いは、第２バルブ９４の位置である。ランキンサイクルシステム１０６では、過熱器３０とタービン３４を接続する冷媒管３２に第２バルブ９４が設けられている。実施の形態２及び３に示す構成においても、本実施の形態と同じ位置に第２バルブを移すことができる。 The difference between the Rankine cycle system 106 of the fourth embodiment and the first embodiment is the position of the second valve 94. In the Rankine cycle system 106, a second valve 94 is provided in the refrigerant pipe 32 that connects the superheater 30 and the turbine 34. Also in the configurations shown in the second and third embodiments, the second valve can be moved to the same position as the present embodiment.

なお、気液分離器１６と過熱器３０の間に設けられた第１バルブ５０も、他の位置、例えば、沸騰機である冷媒流路１２と気液分離器１６との間に移すことは可能である。ただし、その場合、２つのバルブを閉じて過熱器３０の内部に負圧を発生させたとき、気液分離器１６に溜まっている液相冷媒の気化によって過熱器３０の負圧が低下するおそれがある。よって、第１バルブ５０のより好ましい位置は、本実施の形態のとおり、気液分離器１６と過熱器３０との間である。 The first valve 50 provided between the gas-liquid separator 16 and the superheater 30 is also moved to another position, for example, between the refrigerant flow path 12 that is a boiling machine and the gas-liquid separator 16. Is possible. However, in that case, when the two valves are closed and a negative pressure is generated inside the superheater 30, the negative pressure of the superheater 30 may decrease due to the vaporization of the liquid-phase refrigerant accumulated in the gas-liquid separator 16. There is. Therefore, a more preferable position of the first valve 50 is between the gas-liquid separator 16 and the superheater 30 as in the present embodiment.

その他．
実施の形態１では、温度センサ６０によって冷媒温度（エンジン水温）を計測しているが、これは沸騰冷却モードへの切り替えを判定する手段の一例である。冷媒流路１２に圧力センサを設けて、蒸気圧から沸騰冷却モードへの切り替えを判定するようにしてもよい。或いは、触媒２４の暖機完了の判定を沸騰冷却モードへの切り替えの判定に利用してもよい。また、過熱器内圧とコンデンサ内圧を計測するための圧力センサ６２，６４は、過熱器内圧とコンデンサ内圧との差圧を計測する差圧センサに代えることができる。また、実施の形態１では、ＥＣＵ７０の信号によってバルブ５０，５２の操作を行っているが、バルブ操作装置としてサーモスタットを備え、サーモスタットによってバルブ５０，５２を操作するようにしてもよい。他の実施の形態についても同様である。 Others.
In the first embodiment, the temperature sensor 60 measures the refrigerant temperature (engine water temperature), but this is an example of means for determining switching to the boiling cooling mode. A pressure sensor may be provided in the refrigerant flow path 12 to determine switching from the vapor pressure to the boiling cooling mode. Alternatively, the completion of warming up of the catalyst 24 may be used for the determination of switching to the boiling cooling mode. Further, the pressure sensors 62 and 64 for measuring the superheater internal pressure and the capacitor internal pressure can be replaced with a differential pressure sensor for measuring the differential pressure between the superheater internal pressure and the capacitor internal pressure. In the first embodiment, the valves 50 and 52 are operated by signals from the ECU 70. However, a thermostat may be provided as a valve operating device, and the valves 50 and 52 may be operated by the thermostat. The same applies to other embodiments.

実施の形態１，２或いは４の構成に実施の形態３の構成を組み合わせてもよい。つまり、エンジン内部に設けられる沸騰器（冷媒流路）と別に排気通路にも沸騰器を設け、エンジンから放出される廃熱と排気が有する廃熱の両方を２つの沸騰器によって回収するようにしてもよい。 The configuration of the third embodiment may be combined with the configuration of the first, second, or fourth embodiment. In other words, a boiling device (refrigerant flow path) provided in the engine is provided in the exhaust passage, and both the waste heat released from the engine and the waste heat of the exhaust gas are recovered by the two boiling devices. May be.

１０エンジン
１２冷媒流路（沸騰器）
１６気液分離器
２０第１ウォータポンプ（液送ポンプ）
２２排気通路
２４触媒
２６排気マニホールド
３０過熱器
３４タービン（膨張機）
４０コンデンサ
４４キャッチタンク
４８第２ウォータポンプ（液送ポンプ）
５０，９２第１バルブ
５２，９４第２バルブ
７０ＥＣＵ（バルブ操作装置）
８０触媒一体型過熱器
８４ウォータポンプ（液送ポンプ）
８６沸騰器
１００，１０２，１０４，１０６ランキンサイクルシステム 10 Engine 12 Refrigerant flow path (boiler)
16 Gas-liquid separator 20 First water pump (liquid feed pump)
22 Exhaust passage 24 Catalyst 26 Exhaust manifold 30 Superheater 34 Turbine (expander)
40 condenser 44 catch tank 48 2nd water pump (liquid feed pump)
50, 92 First valve 52, 94 Second valve 70 ECU (valve operating device)
80 Superheater with integrated catalyst 84 Water pump (liquid feed pump)
86 Boiler 100, 102, 104, 106 Rankine cycle system

Claims

A boiling device that boiles the liquid phase fluid by the waste heat of the engine and changes it into a gas phase fluid;
A superheater that superheats the gaseous fluid delivered from the boiling device by heat exchange with the exhaust of the engine;
An expander that expands the gaseous fluid that has passed through the superheater to extract work; and
A condenser that condenses the vapor phase fluid that has passed through the expander and returns it to a liquid phase fluid;
A liquid feed pump for supplying the liquid fluid obtained in the condenser to the boiling machine;
A first valve provided between the boiling device and the superheater;
A second valve provided between the superheater and the condenser;
A valve operating device configured to close the first valve and the second valve when the boiling of the liquid phase fluid by the boiling device is completed;
A Rankine cycle system comprising:

2. The valve operating device according to claim 1, wherein the valve operating device is further configured to open the first valve and the second valve when boiling of the liquid phase fluid by the boiling device starts or starts. The described Rankine cycle system.

The valve operating device is configured to first close the first valve, and close the second valve after the pressure in the superheater approaches the pressure in the condenser. The Rankine cycle system according to 1.

The valve operating device is configured to first open the second valve, and to open the first valve after the pressure in the condenser approaches the pressure in the superheater. 2. Rankine cycle system according to 2.

The Rankine cycle system according to any one of claims 1 to 4, wherein the superheater has a passage for discharging a liquid phase fluid formed by condensing the gas phase fluid to the outside.

The Rankine cycle system according to any one of claims 1 to 5, wherein the superheater is provided upstream of the catalyst in an exhaust passage of the engine.

The Rankine cycle system according to any one of claims 1 to 6, wherein the superheater is provided integrally with the exhaust manifold so as to cover an exhaust manifold of the engine.

The Rankine cycle system according to any one of claims 1 to 5, wherein the superheater is provided on an outer periphery of a catalyst in an exhaust passage of the engine.

The said boiling device is provided in the cylinder block or cylinder head of the said engine, and is comprised so that the said engine may be cooled with the vaporization heat at the time of a liquid phase fluid boiling. The Rankine cycle system according to claim 1.

The Rankine cycle system according to any one of claims 1 to 8, wherein the boiling unit is provided downstream of the superheater in an exhaust passage of the engine.

A gas-liquid separator that separates the gas-phase fluid and the liquid-phase fluid discharged from the boiling device between the boiling device and the superheater;
The Rankine cycle system according to any one of claims 1 to 10, wherein the first valve is provided between the gas-liquid separator and the superheater.