JP2020051398A - Rankine cycle system - Google Patents
Rankine cycle system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020051398A JP2020051398A JP2018184009A JP2018184009A JP2020051398A JP 2020051398 A JP2020051398 A JP 2020051398A JP 2018184009 A JP2018184009 A JP 2018184009A JP 2018184009 A JP2018184009 A JP 2018184009A JP 2020051398 A JP2020051398 A JP 2020051398A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- working fluid
- evaporator
- pipe
- expander
- exhaust
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
本開示は、ランキンサイクルシステムに関する。 The present disclosure relates to a Rankine cycle system.
エンジンの排気のエネルギーの一部を回収して、この回収したエネルギーによりエンジンに接続する膨張器を駆動させて、この駆動力をエンジンのアシストに使用するランキンサイクルシステムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 A Rankine cycle system that recovers a part of the energy of the exhaust of an engine, drives an expander connected to the engine with the recovered energy, and uses the driving force to assist the engine has been proposed (for example, Patent Document 1).
上記のランキンサイクルシステムでは、このシステム内の蒸発器の出口と膨張器の入口の間の作動流体用の配管が外気に曝されているため、作動流体がこの配管を通過中に外気で冷却され、膨張器で出力可能な動力が低減する。 In the Rankine cycle system described above, the piping for the working fluid between the outlet of the evaporator and the inlet of the expander in the system is exposed to the outside air, so that the working fluid is cooled by the outside air while passing through this piping. The power that can be output by the expander is reduced.
本開示は、膨張器で出力可能な動力の低減を抑制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にある。 An object of the present disclosure is to provide a Rankine cycle system that can suppress a reduction in power that can be output by an expander.
上記の目的を達成するための本発明の態様のランキンサイクルシステムは、内燃機関の排気管を通過する排気と作動流体を熱交換させる蒸発器と、前記蒸発器で排気と熱交換した作動流体を膨張させて動力を出力する膨張器と、を備えて構成されるランキンサイクルシステムにおいて、作動流体を内部に通過させる作動流体用配管における、前記蒸発器の出口と前記膨張器の入口の間の少なくとも一部である温度調整部で、前記蒸発器よりも上流の前記排気管を流れる排気と作動流体を熱交換させる。 To achieve the above object, the Rankine cycle system according to an aspect of the present invention includes an evaporator that performs heat exchange between an exhaust gas that passes through an exhaust pipe of an internal combustion engine and a working fluid, and a working fluid that exchanges heat with the exhaust gas by the evaporator. An expander that outputs power by expanding, in a Rankine cycle system configured to include a working fluid pipe through which a working fluid passes, at least between an outlet of the evaporator and an inlet of the expander. A part of the temperature control unit exchanges heat between the exhaust fluid flowing through the exhaust pipe upstream of the evaporator and the working fluid.
本開示によれば、膨張器で出力可能な動力の低減を抑制することができる。 According to the present disclosure, it is possible to suppress a reduction in power that can be output by the expander.
以下、本開示のランキンサイクルシステムについて、図面を参照しながら説明する。図1に例示するように、第1実施形態のランキンサイクルシステム1はその作動流体用の流路(作動流体用配管)2に、タンクと、ポンプと、蒸発器3と、膨張器4と、凝縮器と、を備えて構成されるシステムである。
Hereinafter, the Rankine cycle system of the present disclosure will be described with reference to the drawings. As illustrated in FIG. 1, a Rankine cycle system 1 according to the first embodiment includes a tank, a pump, an evaporator 3, an
作動流体用の流路2は、作動流体Wを循環させる閉流路である。タンクは、作動流体用の流路2に配置されて作動流体Wを貯留する装置である。ポンプは、タンクより下流側の作動流体用の流路2に配置されて、タンクから流入した作動流体Wに流路2の循環用の駆動力を付与する装置である。蒸発器3は、ポンプより下流側の作動流体用の流路2に配置されて、エンジン(内燃機関)の排気管5を通過する排気Gと作動流体Wを熱交換させる装置である。この熱交換により作動流体Wの大部分は排気Gで加熱されて蒸発する。膨張器4は、蒸発器3より下流側の作動流体用の流路2に配置されて、蒸発器3で排気Gと熱交換した作動流体Wを膨張させて動力を出力する装置である。膨張器4の出力軸4aには断接装置(クラッチ等)を介して駆動装置(エンジンやモータ等)が接続されており、断接装置の接続時に作動流体Wの膨張により出力軸4aに発生した動力が駆動装置に伝達される。凝縮器は、膨張器4より下流側で、かつ、タンクより上流側の作動流体用の流路2に配置されて作動流体Wを凝縮させる装置である。
The working fluid channel 2 is a closed channel that circulates the working fluid W. The tank is a device that is disposed in the working fluid flow path 2 and stores the working fluid W. The pump is a device that is arranged in the flow path 2 for the working fluid downstream of the tank, and applies a driving force for circulating the flow path 2 to the working fluid W flowing from the tank. The evaporator 3 is a device that is disposed in the working fluid flow path 2 downstream of the pump and exchanges heat between the exhaust G passing through the
本実施形態のランキンサイクルシステム1では、作動流体Wを内部に通過させる作動流体用配管2における、蒸発器3の出口と膨張器4の入口の間の配管2aの少なくとも一部の配管である温度調整部2bで、蒸発器3よりも上流の排気管5を流れる排気Gと作動流体Wを熱交換させる。
In the Rankine cycle system 1 of the present embodiment, the temperature of at least a part of the
第1実施形態のランキンサイクルシステム1では、図1に例示するように、温度調整部2bを蒸発器3よりも上流の排気管5で覆うように構成する。温度調整部2bの内部を通過する作動流体Wは、温度調整部2bを覆った排気管5を流れる排気Gと熱交換する。蒸発器3の出口と膨張器4の入口の間の配管2aにおける温度調整部2bの範囲は、膨張器4の入口を通過する作動流体Wの温度が蒸発器3の出口を通過する作動流体Wの温度を超えるように設定される。
In the Rankine cycle system 1 according to the first embodiment, as illustrated in FIG. 1, the
蒸発器3の出口と膨張器4の入口の間の作動流体用の配管2aに関して、温度調整部2bは一続きの配管であるが、この配管2bはその形状に応じて配管2baと配管2bbとに分けられる。配管2baは、排気管5の断面に関してその中央部を排気Gの通過方向に排気管5の第1外壁面5aから延在して形成される配管である。配管2bbは、第1外壁面5aとは逆側の配管2aaの一端2cに連通するとともに排気管5の径方向に排気管5の第2外壁面5bまで延在して形成される配管である。
Regarding the
配管2baを排気管5の断面に関してその中央部を排気Gの通過方向に延在して形成することで、排気管5の断面に関してその外周部を通過する排気Gと比較して高温の排気Gと作動流体Wを熱交換させることができる。それ故、作動流体Wの昇温性能が向上する。また、配管2baに連通する配管2bbを排気管5の径方向に延在して形成することで、膨張器4への配管2bの連結が容易になる。
By forming the pipe 2ba at the center of the cross section of the
第2実施形態のランキンサイクルシステム1では、図2に例示するように、排気管5に蒸発器3をバイパスするバイパス管6を設けて、温度調整部2bをバイパス管6で覆うように構成する。第1実施形態とは、温度調整部2bを排気管5ではなくバイパス管6で覆う点で異なり、その他の点で同じである。温度調整部2bの内部を通過する作動流体Wは、温度調整部2bを覆ったバイパス管6を流れる排気Gと熱交換する。バイパス管6を流れる排気Gは蒸発器3よりも上流の排気管5を流れる排気Gの一部に相当する。蒸発器3の出口と膨張器4の入口の間の配管2aにおける温度調整部2bの範囲は、膨張器4の入口を通過する作動流体Wの温度が蒸発器3の出口を通過する作動流体Wの温度を超えるように設定される。
In the Rankine cycle system 1 of the second embodiment, as illustrated in FIG. 2, the
第1、2実施形態のランキンサイクルシステム1では、作動流体Wは蒸発器3で排気Gと熱交換することでその大部分は加熱されて蒸発する。排気Gと熱交換して蒸発器3の出口より流出した作動流体Wは、蒸発器3より上流側の排気管5(またはバイパス管6)を通過する排気Gと熱交換して昇温して膨張器4の入口に流入する。膨張器4に流入した作動流体Wは膨張してその出力軸4aに動力を出力する。
In the Rankine cycle system 1 of the first and second embodiments, the working fluid W exchanges heat with the exhaust gas G in the evaporator 3, and the working fluid W is mostly heated and evaporated. The working fluid W that has exchanged heat with the exhaust gas G and has flowed out of the outlet of the evaporator 3 heat exchanges with the exhaust gas G that passes through the exhaust pipe 5 (or the bypass pipe 6) upstream of the evaporator 3 to increase the temperature. It flows into the inlet of the
本実施形態(第1、2実施形態)のランキンサイクルシステム1によれば、蒸発器3の出口と膨張器4の入口の間の作動流体用の配管2aの少なくとも一部である温度調整部2bで、蒸発器3よりも上流の排気管5を流れる排気G(または、この排気Gの一部であるバイパス管6を流れる排気G)と作動流体Wを熱交換させる。これにより、蒸発器3を通過後の作動流体Wを蒸発器3よりも上流の排気管5を流れる排気Gと熱交換してさらに昇温させることができるので、膨張器4で出力可能な動力の低減を抑制することができる。また、温度調整部2bで作動流体Wをさらに昇温させることで、蒸発器3で未蒸発となった作動流体Wの蒸発を促進することができる。
According to the Rankine cycle system 1 of the present embodiment (first and second embodiments), the
なお、この構成は、蒸発器3の出口と膨張器4の入口の間の作動流体用の配管2aを断熱材で覆って外気を遮断する構成のように作動流体Wを保温するものではなく、作動流体Wをさらに昇温させるものである。したがって、膨張器4で出力可能な動力は比較的大きくなる。
Note that this configuration does not keep the working fluid W warm as in the configuration in which the working
また、この構成は、蒸発器3の出口と膨張器4の入口の間の作動流体用の配管2aをヒータ等の加熱装置で覆うとともに加熱装置の加熱量を制御しながら配管2aを加熱する構成とは異なり、制御が不要で簡易な構成である。
Further, this configuration covers the
第1実施形態のように温度調整部2bを蒸発器3よりも上流の排気管5で覆う場合には、第2実施形態と比較してバイパス管6の設置スペースが不要となるので省スペースである。第2実施形態のように温度調整部2bをバイパス管6で覆う場合には、第1実施形態と比較してバイパス管6を新たに設けるので、バイパス管6で覆われる温度調整部2bの範囲を比較的容易に大きくすることができる。
When the
温度調整部2bの内壁面または外壁面にフィンを設けて、作動流体Wと排気Gの熱交換性能を向上させると好ましい。
It is preferable to provide fins on the inner wall surface or the outer wall surface of the
温度調整部2bの内壁面(外壁面)にフィンを複数個配置する場合、これらのフィンを作動流体W(排気G)の流れの方向に対して配置してもよいし、これらのフィンを温度調整部2bの同一断面に対して配置してもよい。あるいは、これらのフィンの配置を組み合わせてもよい。
When a plurality of fins are arranged on the inner wall surface (outer wall surface) of the
温度調整部2bの内壁面または外壁面に対して、上記のフィンの配置を組み合わせてもよい。また、排気Gの流れの方向に対してフィンを複数個配置する場合は、上流側のフィンの表面積よりも下流側のフィンの表面積を大きくしてもよい。
The above-described arrangement of the fins may be combined with the inner wall surface or the outer wall surface of the
また、温度調整部2bの断面形状を通常の配管の断面形状(例えば円形状)よりも表面積の大きい形状(例えば花弁形状)とする。この構成によれば、比較的大きな排気Gの熱量が温度調整部2bの壁面を介して作動流体Wに伝熱されるので、作動流体Wと排気Gの熱交換性能を向上させることができる。
Further, the cross-sectional shape of the
第1実施形態のように、温度調整部2bを排気Gの通過方向に延在する配管2baと排気Gの径方向に延在する配管2bbで構成する場合には、配管2baの壁面の表面積が配管2bbの壁面の表面積より大きい構成にすると好ましい。例えば、配管2baの長さを配管2bbの長さよりも長くすることや、配管2baを少なくとも1回以上屈曲させた形状(折り返し形状、らせん形状等)にすることが好ましい。
As in the first embodiment, when the
このように構成することで、配管の外周部を通過する排気Gと比較して高温である配管の中央部を通過する排気Gと作動流体Wの熱交換を促進するので、作動流体Wの昇温を促進することができる。 With this configuration, heat exchange between the working fluid W and the exhaust G passing through the central portion of the pipe, which has a higher temperature than that of the exhaust G passing through the outer peripheral portion of the pipe, is promoted. Can promote warmth.
1 ランキンサイクルシステム
2 作動流体用の流路(配管)
2a 蒸発器の出口と膨張器の入口の間の作動流体用の配管
2b 温度調整部
3 蒸発器
4 膨張器
4a 膨張器の出力軸
5 排気管
6 バイパス管
1 Rankine cycle system 2 Flow path (piping) for working fluid
2a Piping for working fluid between outlet of evaporator and inlet of
Claims (2)
作動流体を内部に通過させる作動流体用配管における、前記蒸発器の出口と前記膨張器の入口の間の少なくとも一部である温度調整部で、前記蒸発器よりも上流の前記排気管を流れる排気と作動流体を熱交換させるランキンサイクルシステム。 Rankine configured to include an evaporator for exchanging heat between an exhaust gas passing through an exhaust pipe of an internal combustion engine and a working fluid, and an expander for expanding the working fluid that has exchanged heat with the exhaust gas by the evaporator to output power. In the cycle system,
Exhaust flowing through the exhaust pipe upstream of the evaporator, at a temperature adjusting unit that is at least a part between an outlet of the evaporator and an inlet of the expander in a working fluid pipe that allows a working fluid to pass therethrough. Rankine cycle system that exchanges heat with the working fluid.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018184009A JP7334405B2 (en) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Rankine cycle system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018184009A JP7334405B2 (en) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Rankine cycle system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020051398A true JP2020051398A (en) | 2020-04-02 |
JP7334405B2 JP7334405B2 (en) | 2023-08-29 |
Family
ID=69996496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018184009A Active JP7334405B2 (en) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Rankine cycle system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7334405B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012522920A (en) * | 2009-03-25 | 2012-09-27 | フォルシア システム デシャップマン | Exhaust line for automobile with closed closed cycle for exhaust gas thermal energy, and accompanying control method |
JP2012189059A (en) * | 2011-03-14 | 2012-10-04 | Toyota Industries Corp | Waste heat recovery apparatus |
JP2017141692A (en) * | 2016-02-08 | 2017-08-17 | トヨタ自動車株式会社 | Waste heat recovery device |
JP2018017204A (en) * | 2016-07-29 | 2018-02-01 | いすゞ自動車株式会社 | Rankine cycle system of vehicle |
-
2018
- 2018-09-28 JP JP2018184009A patent/JP7334405B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012522920A (en) * | 2009-03-25 | 2012-09-27 | フォルシア システム デシャップマン | Exhaust line for automobile with closed closed cycle for exhaust gas thermal energy, and accompanying control method |
JP2012189059A (en) * | 2011-03-14 | 2012-10-04 | Toyota Industries Corp | Waste heat recovery apparatus |
JP2017141692A (en) * | 2016-02-08 | 2017-08-17 | トヨタ自動車株式会社 | Waste heat recovery device |
JP2018017204A (en) * | 2016-07-29 | 2018-02-01 | いすゞ自動車株式会社 | Rankine cycle system of vehicle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7334405B2 (en) | 2023-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5551508B2 (en) | Control device for working fluid circulating in closed circuit operating according to Rankine cycle and method of using the same | |
JP6054627B2 (en) | Vehicle heat exchanger | |
KR101317373B1 (en) | Heat exchanger | |
JP2013064583A (en) | Vehicle heat exchanger | |
JP2009097387A (en) | Waste heat recovery apparatus | |
JP2008038807A (en) | Gas turbine and transition piece | |
JP6583617B2 (en) | Evaporator, Rankine cycle device and cogeneration system | |
JP2009185773A (en) | Exhaust heat utilization device | |
US11448098B2 (en) | Arrangement for converting thermal energy from lost heat of an internal combustion engine | |
JP4911127B2 (en) | Internal combustion engine warm-up control system | |
JP2018100616A (en) | Rankine cycle system | |
BR112017000919B1 (en) | PRESSURE WAVE SUPERFEEDER | |
JP7334405B2 (en) | Rankine cycle system | |
JP2015206359A (en) | Fuel heating system for use with combined cycle gas turbine | |
JP2018017204A (en) | Rankine cycle system of vehicle | |
JP6186866B2 (en) | Engine cooling system | |
US11371393B2 (en) | Arrangement for converting thermal energy from lost heat of an internal combustion engine | |
JP2009013838A (en) | Exhaust heat recovery device | |
JP2017155672A (en) | Liquid circulation system of vehicle | |
JP6049169B2 (en) | Waste heat power generation system | |
JP2018054190A (en) | Piping, temperature control device and vehicle | |
JP6350493B2 (en) | Engine lubrication equipment | |
JP5153664B2 (en) | Waste heat regeneration system | |
EP3492713A2 (en) | Thermal energy recovery system | |
JP6152661B2 (en) | Steam generation system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210831 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220726 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220802 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220930 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230207 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230410 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230718 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230731 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7334405 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |