JP2018013046A - ランキンサイクルシステム、及び、ランキンサイクルシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ランキンサイクルシステムの蒸発器に熱を供給する熱源の状態が変動した場合でも、作動流体用ポンプのポンプ回転数を迅速に調整して、適切な作動流体の流量で駆動できるランキンサイクルシステム、及び、ランキンサイクルシステムの制御方法を提供する。
【解決手段】ランキンサイクルシステム１０の作動流体用ポンプのポンプ回転数Ｎｐの制御に際して、初期値更新時間ごとに熱源Ｇの状態に対応した初期ポンプ回転数値Ｎｐｓを算出して、この初期ポンプ回転数値Ｎｐｓをポンプ回転数Ｎｐの初期値Ｎｓにして、初期値更新時間の間、初期値更新時間よりも短いフィードバック制御用時間の時間間隔で、膨張機に流入する作動流体の過熱度Ｓｈが予め設定された目標過熱度になるように、ポンプ回転数Ｎｐをフィードバック制御する。
【選択図】図７

Description

本発明は、蒸発器の熱源の状態が変動しても適切な作動流体の流量で駆動するランキンサイクルシステム、及び、ランキンサイクルシステムの制御方法に関する。

車両に搭載した内燃機関等の排熱を利用するランキンサイクルシステムとして、内燃機関の冷却水の入口温度、出口温度及び内燃機関の回転数に基づいて、作動流体の流量制御と、作動流体を外気により冷却するコンデンサに外気を送風するコンデンサファンの回転数制御を行う内燃機関の廃熱回収装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この内燃機関の廃熱回収装置では、車両走行時の廃熱状態に応じて作動流体の流量を制御することで、最適作動流体流量制御が可能になると共に、作動流体用ポンプを作動させる消費エネルギーを抑制でき、廃熱回収効率の向上が図れるとされている。そして、具体的には、エンジン回転数によって冷却水ポンプの回転数が変化して、エバポレータに流れ込む冷却水によってもたらす熱量の変化に対して、作動流体用ポンプの回転数を変えることで対応している。

特開２０１５−５９４２５号公報

一方、ランキンサイクルシステムの作動流体の流量の調整は、作動流体用ポンプのポンプ回転数で調整されているが、ランキンサイクルシステムで最適となる目標過熱度を設定して、ランキンサイクルシステムが確実に作動するように、膨張機の入口の作動流体の過熱度を監視し、過熱度が目標過熱度になるように作動流体用ポンプのポンプ回転数をフィードバック制御しているランキンサイクルシステムがある。

しかしながら、このようなランキンサイクルシステムでは、最初にポンプ回転数の初期値を入力した後は、そのままフィードバック制御を続けるだけであるため、エンジンの運転状態が非定常な状態に入り、熱源の状態が大きく変動したときに、その時の制御量であるポンプ回転数が変動中の初期値として適切でないとシステムによっては制御が不可能になったり、応答遅れが生じたりするおそれがあった。

本発明の目的は、ランキンサイクルシステムの蒸発器に熱を供給する熱源の状態が変動した場合でも、作動流体用ポンプのポンプ回転数を迅速に調整して、適切な作動流体の流量で駆動できるランキンサイクルシステム、及び、ランキンサイクルシステムの制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明のランキンサイクルシステムは、作動流体を貯蔵する作動流体用容器と、該作動流体用容器の作動流体を還流させる作動流体用ポンプと、外部の熱源からの熱を受けて作動流体を気化させる蒸発器と、気化した作動流体から駆動力を取り出す膨張機と、外部に熱を放出して作動流体を液化させる凝縮器とを有してなるランキンサイクルシステムにおいて、前記作動流体用ポンプのポンプ回転数の制御に際して、初期値更新時間ごとに前記熱源の状態に対応した初期ポンプ回転数値を算出して、この初期ポンプ回転数値をポンプ回転数の初期値にして、前記初期値更新時間の間、前記初期値更新時間よりも短いフィードバック制御用時間の時間間隔で、前記膨張機に流入する作動流体の過熱度が予め設定された目標過熱度になるように、ポンプ回転数をフィードバック制御するように構成された制御装置を備えていることを特徴とする。

上記の目的を達成するための本発明のランキンサイクルシステムの制御方法は、作動流体を貯蔵する作動流体用容器と、該作動流体用容器の作動流体を還流させる作動流体用ポンプと、外部の熱源からの熱を受けて作動流体を気化させる蒸発器と、気化した作動流体から駆動力を取り出す膨張機と、外部に熱を放出して作動流体を液化させる凝縮器とを有してなるランキンサイクルシステムの制御方法において、前記作動流体用ポンプのポンプ回転数の制御に際して、初期値更新時間ごとに前記熱源の状態に対応した初期ポンプ回転数値を算出して、この初期ポンプ回転数値をポンプ回転数の初期値にして、前記初期値更新時間の間、前記初期値更新時間よりも短いフィードバック制御用時間の時間間隔で、前記膨張機に流入する作動流体の過熱度が予め設定された目標過熱度になるように、ポンプ回転数をフィードバック制御することを特徴とする制御方法である。

本発明のランキンサイクルシステム、及び、ランキンサイクルシステムの制御方法によれば、ランキンサイクルシステムの蒸発器に熱を供給する熱源の状態が変動した場合でも、作動流体用ポンプのポンプ回転数を迅速に調整して、適切な作動流体の流量でランキンサイクルシステムを駆動することができる。

本発明に係る実施の形態のランキンサイクルシステムの構成を模式的に示す図である。 ランキンサイクルシステムの説明用のＰ−Ｖ線図である。 ランキンサイクルシステムの説明用のＴ−ｓ線図である。 飽和水蒸気圧における測定圧力と飽和温度との関係の一例を示す図である。 本発明に係る実施の形態のランキンサイクルシステムの制御方法を実施するための制御フローの一例を示す図である。 本発明に係る実施の形態のランキンサイクルシステムの制御のための制御系の一例を示す図である。 本発明に係る実施の形態のランキンサイクルシステムの制御の説明のための図である。 比較例としてのランキンサイクルシステムの制御の説明のための図である。

以下、本発明に係る実施の形態のランキンサイクルシステム、及び、ランキンサイクルシステムの制御方法について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように ランキンサイクルシステム１０は、車両に搭載されたディーゼルエンジン（図示しない）の排気ガスＧ等の排熱を利用するものであり、作動流体Ｆｗを貯蔵する作動流体用容器１１と、この作動流体用容器１１の作動流体Ｆｗを還流させる作動流体用ポンプ１２と、外部の熱源からの熱を受けて作動流体Ｆｗを気化させる蒸発器１３と、気化した作動流体Ｆｗから駆動力を取り出す膨張機１４と、外部に熱を放出して作動流体Ｆｗを液化させる凝縮器１５とを有して構成され、これらの間を作動流体用流路２１〜２５で接続している。また、さらに、膨張機１４を迂回するバイパス流路２６が設けられ、このバイパス流路２６には、流路を開閉する流路開閉弁１６が設けられている。

このランキンシステム１０では、作動流体用ポンプ１２のポンプ回転数Ｎｐの制御も含めて、各機器の制御を行う制御装置３０が設けられ、膨張機１４に流入する作動流体Ｆｗの温度Ｔｍと圧力Ｐｍを検出するための温度検出器３１と圧力検出器３２とが配設されている。また、蒸発器１３及び凝縮器１５の入口には、作動流体Ｆｗの圧力Ｐを調整する、減圧弁や背圧弁などで構成される圧力調整手段３３、３４がそれぞれ設置されている。これらの圧力調整手段３３、３４は遠隔操作可能に構成される。

そして、この作動流体Ｆｗには、水とエタノール、水とメタノール、又は水とエチレングリコールなどの二成分系の混合媒体を用いることが好ましいが、純水やエタノールのみやフッ素化合物などのフロン系の冷媒を用いてよい。この混合媒体としては、ここでは、水とエタノールのモル比が５０％：５０％である混合媒体を用いて説明する。

また、蒸発器１３は、ボイラーなどで構成され、蒸発器１３における熱源としては、車載のディーゼルエンジンの排気ガスＧ、特に、後処理装置（図示しない）を通過した後の排気ガスＧを熱源としているが、ＥＧＲガス、過給器で圧縮された吸入空気、エンジン本体で吸熱後の冷却水、ラジエータで放熱後の冷却水などを熱源にしてもよい。

膨張機１４は、タービンなどで構成されて、取り出したエネルギーの用途により、タービン軸１４ａが、エンジンを回転補助（アシスト）する場合は、エンジンのクランク軸が接続され、発電に用いる場合は、発電機（図示しない）が連結される。この発電した電力は、バッテリー（図示しない）に充電されて、エンジンを搭載している車両（図示しない）の電装部品（図示しない）等の電源とする。

凝縮器１５は、復水器ともよばれ、空冷の場合は、冷却ファン（図示しない）が配置され、外気により冷却される。また、水冷の場合には、エンジンのラジエータやサブラジエータから出たエンジン用の冷却水やインタークーラー用の冷却水により冷却される。

このランキンサイクルシステム１０では、作動流体用容器１１に貯蔵されている作動流体を作動流体用ポンプ１２により液体の状態（Ｃ１）で圧縮して循環させて（Ｗｉｎ）、圧縮された液体の状態（Ｃ２）で、蒸発器１３に送り、この蒸発器１３で、排気ガスＧからの熱を受けて（Ｑｉｎ）、作動流体を気化させて過熱蒸気とする。そして、この気化して定圧的に加熱された高圧の過熱蒸気の状態（Ｃ３）の作動流体を膨張機１４で断熱膨張させて駆動力を取り出し（Ｗｏｕｔ）、この低圧となった気体の状態（Ｃ４）の作動流体を凝縮器１５に送り、この凝縮器１５で、外部に熱を放出して（Ｑｏｕｔ）作動流体を液化させ、これを作動流体用容器１１に送っている。

この作動流体Ｆｗの循環における状態の様子を図２の作動流体（混合媒体）のＰ−Ｖ（圧力―体積）線図と、図３に示す作動流体のＴ−ｓ（温度―エントロピー）線図で示すように、状態Ｃ１〜状態Ｃ２の間は作動流体用ポンプ１２による断熱圧縮で、状態Ｃ２〜状態Ｃ３の間は蒸発器１３による等圧加熱（等圧受熱）で、状態Ｃ３〜状態Ｃ４の間は膨張機１４による断熱膨張で、状態Ｃ４〜状態Ｃ１の間は凝縮器１５による等圧冷却（等圧放熱）となる。

このランキンシステム１０では、蒸発器１３及び凝縮器１５の入口における圧力調整手段３３、３４における調整後の出口圧力（調整圧力）として、作動流体Ｆｗの飽和液線上及び飽和蒸気線上において、蒸発器１３の熱源（排気ガス）Ｇの温度及び凝縮器１５の冷却源（空気）Ａの温度にそれぞれ対応する圧力を設定する。

この圧力設定としては、例えば、蒸発器１３の入口に設置された圧力調整手段３３の調整圧力として、気相線上において熱源（排気ガス）Ｇの温度（例えば、約１８０℃）に対応する圧力（例えば、約１６００ｋＰａ）を設定する。これにより、蒸発器１３内で作動流体Ｆｗの蒸発不足の発生を抑制して、熱源Ｇと作動流体Ｆｗとの間で確実な熱交換が実施されるようにする。

一方、凝縮器１５の入口に設置された圧力調整手段３４の調整圧力として、液相線上において冷却源（冷却ファンによる冷却風）Ａの温度（例えば、約１６０℃）に対応する圧力（例えば、約１４００ｋＰａ）を設定する。これにより、凝縮器１５内で作動流体Ｆｗの凝縮不足の発生を抑制して、冷却源Ａと作動流体Ｆｗとの間で確実な熱交換が実施されるようにする。

このように、予め設定され、制御装置３０に記憶されている作動流体Ｆｗの飽和液線及び飽和蒸気線のマップデータに基づいて、作動流体Ｆｗの適切な温度及び圧力を設定して、ランキンサイクルシステム１０における蒸発器１３及び凝縮器１５において確実な熱交換が実施されるようにする。これにより、高い効率で排熱の回生を行うことができる。

そして、本発明においては、作動流体用ポンプ１２のポンプ回転数Ｎｐの制御で、ランキンサイクルシステム１０の作動流量Ｆｗを調整する。このポンプ回転数Ｎｐはランキンサイクルシステム１０が確実に作動するように膨張機１４の入口の蒸気状態の作動流体Ｆｗの過熱度Ｓｈを監視（モニタ）し、希望する過熱度である制御目標の目標過熱度Ｓｈｔになるように調整する。

この過熱度Ｓｈは、特定の圧力下で蒸気状態の作動流体Ｆｗの温度が飽和温度から何度高いかを示すものであり、圧力検出器３２で測定した測定圧力Ｐｍと温度検出器３１で検出した測定温度Ｔｍを基に、例えば図４に示すような飽和水蒸気圧の図から測定圧力Ｐｍにおける飽和温度Ｔｖを求めて、測定温度Ｔｍからこの飽和温度Ｔｖを引き算することで、過熱度Ｓｈを求める。つまり、「Ｓｈ＝Ｔｍ−Ｔｖ」となる。

この過熱度Ｓｈが高いと膨張機１４におけるエネルギー回収が不十分となり、過熱度Ｓｈが低いと膨張機１４の出口で作動流体Ｆｗの一部が液化することにより、膨張機１４に損傷が生じたりするので、適切な過熱度Ｓｈでランキンサイクルシステム１０を運転することが重要となる。

そのため、このポンプ回転数Ｎｐの制御においては、ポンプ回転数Ｎｐを直接の目標にするのではなく、制御の目標として目標過熱度Ｓｈｔを設定して、過熱度Ｓｈが目標過熱度Ｓｈｔになるようにポンプ回転数Ｎｐをフィードバック制御している。

しかしながら、エンジンが過渡運転状態に入り、エンジンの運転状態が変化したりして、熱源Ｇの状態が大きく変動した場合には、その時のポンプ回転数Ｎｐが適切な値でないと制御が収束せずに不安定になったり、応答遅れが大きくなったりする可能性がある。

これに対応するために、本発明では、制御装置３０は、作動流体用ポンプ１２のポンプ回転数Ｎｐの制御に際して、初期値更新時間Δｔｓごとに熱源Ｇの状態に対応した初期ポンプ回転数値Ｎｐｓを算出する。この初期ポンプ回転数値Ｎｐｓをポンプ回転数Ｎｐの初期値にして、前記初期値更新時間Δｔｓの間、この前記初期値更新時間Δｔｓよりも短いフィードバック制御用時間Δｔｂの時間間隔で、膨張機１４に流入する作動流体Ｆｗの過熱度Ｓｈが予め設定された目標過熱度Ｓｈｔになるように、ポンプ回転数Ｎｐをフィードバック制御するように構成される。

この初期ポンプ回転数値Ｎｐｓは、熱源Ｇの変動の原因となっているエンジンの運転状態に基づいて設定する。例えば、予め実験などにより、エンジンの運転状態を表すエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｑに基づいて適切な値となる初期ポンプ回転数値Ｎｐｓ（Ｎｅ，Ｑ）を求めてマップデータＭｄｎや関数などとして設定しておき、ポンプ回転数値Ｎｐの制御における、初期ポンプ回転数値Ｎｐｓの設定時に、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｑ（エンジン運転状態）を検出又は入力して、このエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｑに対する初期ポンプ回転数値Ｎｐｓを、マップデータＭｄｎを参照したり、関数計算したりして求める。

また、この初期ポンプ回転数値Ｎｐｓを更新する時間間隔である初期値更新時間Δｔｓは、エンジンの運転状態の変化が大きいほど変化させるのが好ましいので、エンジン回転数Ｎｅの変化量（あるいは、変化率、時間変分等）ΔＮｅ又は負荷Ｑの変化量（あるいは、変化率、時間変分等）ΔＱの絶対値の大きさにより、絶対値の大きさが大きくなるにしたがって、短くなるように初期値更新時間Δｔｓを変化させることが好ましい。そのため、初期値更新時間Δｔｓに関しても、エンジン回転数Ｎｅの変化量ΔＮｅと負荷Ｑの変化量ΔＱに対して適切な値となる初期値更新時間Δｔｓ（ΔＮｅ，ΔＱ）を求めてマップデータＭｄｔや関数などとして設定しておく。

さらには、この初期値更新時間Δｔｓの長短に従って、フィードバック制御用時間Δｔｂも変更する。なお、ランキンシステム１０の構成や規模（容量）にもよるが、例えば、初期値更新時間Δｔｓは１秒〜数秒程度で、フィードバック制御用時間Δｔｂは、初期値更新時間Δｔｓの十分の１オーダー程度である。

次に、本発明の実施の形態のランキンサイクルシステムの制御方法について、図５に示す制御フロー、図６に示す制御系を示す図、及び、図７に示す説明図を参照しながら説明する。このランキンサイクルシステムの制御方法は、作動流体Ｆｗを貯蔵する作動流体用容器１１と、この作動流体用容器１１の作動流体Ｆｗを還流させる作動流体用ポンプ１２と、外部の熱源Ｇからの熱を受けて作動流体Ｆｗを気化させる蒸発器１３と、気化した作動流体Ｆｗから駆動力を取り出す膨張機１４と、外部Ａに熱を放出して作動流体Ｆｗを液化させる凝縮器１５とを有してなるランキンサイクルシステム１０の制御方法である。

このランキンサイクルシステム１０の制御方法では、エンジンが始動すると図５の制御フローが上級の制御フローから呼ばれてスタートし、エンジンが停止すると上級の制御フローにリターンして、上級の制御フローの終了と共に終了する。

この図５の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、初期値更新時間Δｔｓとフィードバック制御用時間Δｔｂとをリセットして、予め設定した初期値更新時間標準値Δｔｓ０と、フィードバック制御用時間標準値Δｔｂ０に設定する。また、目標過熱度Ｓｈｔ、エンジン回転数Ｎｅ用の判定値ΔＮｅｃ、負荷Ｑ用の判定値ΔＱｃを入力する。

次のステップＳ１２で、ランキンサイクルシステム１０の膨張機１４を作動するか否かをチェックする。このステップＳ１２の判定で膨張機１４を作動しない場合には（ＮＯ）、ステップＳ１３に行き、バイパスバルブ１６を開弁してあるいは既に開弁しているときには開弁状態を継続して、作動流体Ｆｗが膨張機１４に流入しないようにする。その後、予め設定された制御時間Δｔを経過した後、ステップＳ１２に戻る。一方、ステップＳ１２で膨張機１４を作動する場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１４に行き、バイパスバルブ１６を閉弁してあるいは既に閉弁しているときには閉弁状態を継続して、作動流体Ｆｗを膨張機１４に流入させる。

ステップＳ１４の次のステップＳ１５では、エンジン運転状態が非定常運転（過渡運転）であるか否かを判定する。この判定は、エンジンの運転の制御値からエンジン回転数Ｎｅの変動量ΔＮｅと負荷Ｑの変動量ΔＱを算出し、このエンジン回転数Ｎｅの変動量ΔＮｅの絶対値が予め設定した判定値ΔＮｅｃ以上になったか、あるいは、この負荷Ｑの変動量ΔＱの絶対値が予め設定した判定値ΔＱｃ以上になったかの判定で行うことができる。

このステップＳ１５の判定で、エンジン運転状態が定常運転であると判定された場合には（ＮＯ）、ステップＳ１６に行き、ポンプ回転数Ｎｐの初期値Ｎｓを更新することなく、初期値更新時間Δｔｓとフィードバック制御用時間Δｔｂとを初期値更新時間標準値Δｔｓ０と、フィードバック制御用時間標準値Δｔｂ０に設定する。その後、ステップＳ１８のフィードバック制御に行く。

このステップＳ１５の判定で、エンジン運転状態が非定常運転であると判定された場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１７に行き、ポンプ回転数Ｎｐの初期値Ｎｓを更新する。この更新される初期値Ｎｓとしては、初期ポンプ回転数値Ｎｐｓを用いる。この初期ポンプ回転数値Ｎｐｓは、エンジンの運転の制御値からこの制御時点でのエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｑを入手し、このエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｑに対する初期ポンプ回転数値Ｎｐｓを、マップデータＭｄｎを参照したり、関数計算したりして求める。

さらに、初期値更新時間Δｔｓとフィードバック制御用時間Δｔｂを設定し直す。この初期値更新時間Δｔｓは、制御時のエンジン回転数Ｎｅの変動量ΔＮｅと負荷Ｑの変動量ΔＱに対応した値をマップデータＭｄｔなどを参照したり、関数計算したりして設定する。また、フィードバック制御用時間Δｔｂも、初期値更新時間Δｔｓの予め設定した比率などに更新する。この更新後、ステップＳ１８のフィードバック制御に行く。

このステップＳ１８のフィードバック制御では、初期値更新時間Δｔｓの間、フィードバック制御用時間Δｔｂごとに、膨張機１４に流入する蒸気状態の作動流体Ｆｗの過熱度Ｓｈを、温度検出器３１で検出した測定温度Ｔｍと圧力検出器３２で検出した測定圧力Ｐｍとから算出し、この算出された過熱度Ｓｈが目標過熱度Ｓｈｔになるようにポンプ回転数Ｎｐを、ＰＩＤ制御などを用いてフィードバック制御する。そして、初期値更新時間Δｔｓを経過したのと、ステップＳ１１に戻る。

この制御では、ステップＳ１２からステップＳ１３を経由してステップＳ１２に戻るか、あるいは、ステップＳ１２からステップＳ１４，ステップＳ１７を経由してステップＳ１２に戻るかする制御を繰り返し行い、エンジン停止の信号を受けると、制御の途中で割り込みが生じて、制御はリターンに行き、上級の制御フローに戻る。そして、この制御は上級の制御フローの終了と共に終了する。

上記の制御により、作動流体用ポンプ１２のポンプ回転数Ｎｐの制御に際して、初期値更新時間ΔＴｓごとに熱源Ｇの状態に対応した初期ポンプ回転数値Ｎｐｓを算出して、この初期ポンプ回転数値Ｎｐｓをポンプ回転数Ｎｐの初期値Ｎｓにして、初期値更新時間ΔＴｓの間、初期値更新時間ΔＴｓよりも短いフィードバック制御用時間Δｔｂの時間間隔で、膨張機１４に流入する作動流体Ｆｗの過熱度Ｓｈが予め設定された目標過熱度Ｓｈｔになるように、ポンプ回転数Ｎｐをフィードバック制御することができる。

従って、上記の構成の本発明に係る実施の形態のランキンサイクルシステム、及び、ランキンサイクルシステムの制御方法によれば、ランキンサイクルシステム１０の蒸発器１３に熱を供給する熱源Ｇの状態が変動した場合でも、作動流体用ポンプ１２のポンプ回転数Ｎｐを迅速に調整して、適切な作動流体Ｆｗの流量でランキンサイクルシステム１０を駆動することができる。

つまり、図７に示すようなこのランキンサイクルシステム１０の制御では、膨張機１４に流入する作動流体Ｆｗの過熱度Ｓｈを目標過熱度Ｓｈｔになるように作動流体用ポンプ１２を運転する際に、高温の熱源（排気ガス）Ｇの変動の原因となっているエンジンの運転状態からランキンシステム１０の正常作動に適切な初期ポンプ回転数値Ｎｐｓを算出し、この初期ポンプ回転数値Ｎｐｓで初期値Ｎｓを更新していくことにより、非定常運転におけるポンプ回転数Ｎｐのフィードバック制御を迅速に収束させて作動流体Ｆｗを適切な流量で供給して、確実かつ効率よくランキンサイクルを実施できるようになる。

一方、図８に示すような、比較例のランキンサイクルシステム１０Ｘでは、最初にポンプ回転数Ｎｐの初期値Ｎｓを入力した後は、そのままフィードバック制御を続けるだけであるため、エンジンの運転状態が非定常な状態に入り、熱源Ｇの状態が大きく変動したときに、その時の制御量であるポンプ回転数Ｎｐが変動中の初期値Ｎｓとして適切でないとシステムによっては制御が不可能になったり、応答遅れが生じたりする可能性がある。

これに対して、本発明のラインキンサイクルシステム１０において、エンジンの排気ガス等の熱源Ｇの排熱を回収する作動流体Ｆｗの流量をコントロールするポンプ回転数Ｎｐに関して、予め実験等で求めて設定しておいた初期設定値ＮｐｓのマップデータＭｄｎを用いることで、エンジン運転状態に応じたフィードフォワード制御を加えることができる。そのため、熱源Ｇの状態が変動した場合でも適切な作動流体Ｆｗの流量を供給でき、車両搭載したランキンサイクルシステム１０のように非定常での作動が要求される場合でも、適切にランキンサイクルシステム１０を作動できる。つまり、ランキンサイクルシステム１０の非定常運転の制御を確実に行えるようになる。

１０、１０Ｘ ランキンサイクルシステム
１１ 作動流体用容器
１２ 作動流体用ポンプ
１３ 蒸発器
１４ 膨張機
１５ 凝縮器
１６ バイパスバルブ（流路開閉弁）
２６ バイパス流路
３０ 制御装置
３１ 温度検出器
３２ 圧力検出器
３３、３４ 圧力調整手段
Ａ 空気（冷却源）
Ｆｗ 作動流体（作動媒体）
Ｇ 排気ガス（熱源）
Ｎｅ エンジン回転数
Ｎｐ ポンプ回転数
Ｎｓ ポンプ回転数の初期値
Ｎｐｓ 初期ポンプ回転数値
Ｍｄｎ マップデータ（初期ポンプ回転数値）
Ｐ 圧力
Ｐｍ 測定圧力
Ｑ 負荷
Ｓｈ 動流体の過熱度
Ｓｈｔ 目標過熱度
Ｔｍ 測定温度
Ｔｖ 飽和温度

Claims (5)

1. 作動流体を貯蔵する作動流体用容器と、該作動流体用容器の作動流体を還流させる作動流体用ポンプと、外部の熱源からの熱を受けて作動流体を気化させる蒸発器と、気化した作動流体から駆動力を取り出す膨張機と、外部に熱を放出して作動流体を液化させる凝縮器とを有してなるランキンサイクルシステムにおいて、
   前記作動流体用ポンプのポンプ回転数の制御に際して、初期値更新時間ごとに前記熱源の状態に対応した初期ポンプ回転数値を算出して、この初期ポンプ回転数値をポンプ回転数の初期値にして、前記初期値更新時間の間、前記初期値更新時間よりも短いフィードバック制御用時間の時間間隔で、前記膨張機に流入する作動流体の過熱度が予め設定された目標過熱度になるように、ポンプ回転数をフィードバック制御するように構成された制御装置を備えていることを特徴とするランキンサイクルシステム。
2. 前記熱源が内燃機関から発生する熱に起因する熱源であり、前記制御装置が、前記初期ポンプ回転数値を前記内燃機関の運転状態に基づいて設定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のランキンサイクルシステム。
3. 前記熱源が前記内燃機関の排気ガスであり、前記制御装置が、前記初期ポンプ回転数値を前記内燃機関のエンジン回転数と負荷に基づいて設定するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のランキンサイクルシステム。
4. 前記制御装置が、前記内燃機関のエンジン回転数の変動量の絶対値と負荷の変動量の絶対値のそれぞれ大きさに応じて前記初期値更新時間を変化させることを特徴とする請求項２に記載のランキンサイクルシステム。
5. 作動流体を貯蔵する作動流体用容器と、該作動流体用容器の作動流体を還流させる作動流体用ポンプと、外部の熱源からの熱を受けて作動流体を気化させる蒸発器と、気化した作動流体から駆動力を取り出す膨張機と、外部に熱を放出して作動流体を液化させる凝縮器とを有してなるランキンサイクルシステムの制御方法において、
   前記作動流体用ポンプのポンプ回転数の制御に際して、初期値更新時間ごとに前記熱源の状態に対応した初期ポンプ回転数値を算出して、この初期ポンプ回転数値をポンプ回転数の初期値にして、前記初期値更新時間の間、前記初期値更新時間よりも短いフィードバック制御用時間の時間間隔で、前記膨張機に流入する作動流体の過熱度が予め設定された目標過熱度になるように、ポンプ回転数をフィードバック制御することを特徴とするランキンサイクルシステムの制御方法。

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