JP4089619B2 - ランキンサイクルシステム - Google Patents
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Description
ランキンサイクル稼働時に排気ガスとの熱交換により作動媒体を加熱して過熱蒸気を発生させる補助加熱器(17)を備えることを特徴とする。
本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態はランキンサイクルシステムを車両に適用したものであって、図1は第1実施形態に係るランキンサイクルシステムの模式図、図2はランキンサイクルと熱廃棄サイクルのP−h線図である。
冷却水回路Bの冷却水温度が低いときには、サーモスタット23の作動により、全ての冷却水が加熱器14をバイパスして加熱器バイパス路24を流れる。冷却水回路Bの冷却水温度が十分高くなるとサーモスタット23が開き、冷却水(温水)が加熱器14に供給される。ただし、水温センサ22で検出された冷却水温度が低温側設定温度Tl(例えば95℃)未満のときには、制御装置40はランキンサイクルを停止させておく。
中間モードは、ランキンサイクルモードよりも大量の熱を放熱するために、加熱器14を通過した作動媒体を膨張機バイパス路15と膨張機10の両方に流すモードである。
熱廃棄サイクルモードは、放熱量を最大にするモードである。例えば、高速走行や登坂走行などエンジン20からの廃熱が非常に大きく、中間モードでは放熱しきれない場合は、熱廃棄サイクルモードとなる。
本発明の第2実施形態について説明する。図3は第2実施形態に係るランキンサイクルシステムの模式図である。第1実施形態では、作動媒体を加熱する熱源としてエンジン冷却水のみを用いたが、本実施形態は、作動媒体を加熱する熱源としてエンジン20の排気ガスを併用するようにしたものである。第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本発明の第3実施形態について説明する。図4は第3実施形態に係るランキンサイクルシステムの模式図である。第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本発明の第4実施形態について説明する。図5は第4実施形態に係るランキンサイクルシステムの模式図である。第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
上記各実施形態では、エンジン20で発生した廃熱からエネルギを回収する例を示したが、本発明は、エンジン20以外の熱発生機器の熱エネルギを回収するものにも適用することができる。例えば、インバータ30(本発明の熱発生機器に相当する)を冷却水にて冷却する場合、インバータ30の熱エネルギを回収するランキンサイクルシステムとしても適用することができる。
Claims (8)
- 熱を発生する熱発生機器(20)を冷却する冷却水との熱交換により作動媒体を加熱して過熱蒸気を発生させる加熱器(14)と、
前記加熱器(14)にて生成された過熱蒸気を等エントロピ的に膨張させて動力を取り出す膨張機(10)と、
前記膨張機(10)にて膨張を終えた蒸気を液化する放熱器(11)と、
作動媒体を前記加熱器(14)に送り出す液体ポンプ(13、13a〜13d)と、
前記冷却水の温度を検出する水温センサ(22)と、
この水温センサ(22)で検出した前記冷却水の温度に基づいて制御を行う制御装置(40)とを備えるランキンサイクルシステムにおいて、
前記加熱器(14)にて生成された過熱蒸気を、前記膨張機(10)をバイパスして前記放熱器(11)に流す膨張機バイパス路(15)と、
前記制御装置(40)により制御されて前記膨張機バイパス路(15)を開閉するバイパス流量調整手段(16)とを備え、
前記バイパス流量調整手段(16)は、前記冷却水の温度が基準設定温度以上のときには前記膨張機バイパス路(15)を開き、前記冷却水の温度が前記基準設定温度未満のときには前記膨張機バイパス路(15)を閉じることを特徴とするランキンサイクルシステム。 - 前記基準設定温度よりも低い温度を低温側設定温度としたとき、
前記制御装置(40)は、前記冷却水の温度が前記低温側設定温度未満のときにはランキンサイクルを停止させ、前記冷却水の温度が前記低温側設定温度以上のときにはランキンサイクルを稼動させ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。 - 前記基準設定温度よりも高い温度を高温側設定温度としたとき、
前記制御装置(40)は、前記冷却水の温度が前記高温側設定温度以上のときには、前記加熱器(14)にて生成された全ての過熱蒸気を前記膨張機(10)をバイパスして前記放熱器(11)に流すことを特徴とする請求項1または2に記載のランキンサイクルシステム。 - 前記制御装置(40)は、ランキンサイクル稼働時で、且つ前記冷却水の温度が前記基準設定温度未満のときに、前記膨張機(10)に供給される過熱蒸気の流量を前記冷却水の温度上昇に伴って増加させることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載のランキンサイクルシステム。
- 前記制御装置(40)は、前記冷却水の温度が前記基準設定温度以上のときに、前記膨張機バイパス路(15)の開度を前記冷却水の温度上昇に伴って増加させることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載のランキンサイクルシステム。
- 前記熱発生機器(20)は排気ガスを排出する熱機関であり、
ランキンサイクル稼働時に前記排気ガスとの熱交換により作動媒体を加熱して過熱蒸気を発生させる補助加熱器(17)を備えることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載のランキンサイクルシステム。 - 前記液体ポンプとして、並列に配置された第1ポンプ(13a)および第2ポンプ(13b)を備え、
前記第1ポンプ(13a)は前記第2ポンプ(13b)よりも吐出圧が高い特性のポンプであり、
前記第2ポンプ(13b)は前記第1ポンプ(13a)よりも吐出流量が多い特性のポンプであり、
前記制御装置(40)は、ランキンサイクル稼働時には、前記第1ポンプ(13a)および前記第2ポンプ(13b)のうち前記第1ポンプ(13a)のみを作動させ、前記膨張機バイパス路(15)が開かれているときには、前記第1ポンプ(13a)および前記第2ポンプ(13b)のうち前記第2ポンプ(13b)のみを作動させることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載のランキンサイクルシステム。 - 前記液体ポンプとして、直列に配置された第1ポンプ(13c)および第2ポンプ(13d)を備え、
さらに、前記第1ポンプ(13c)をバイパスして作動媒体を流すポンプバイパス路(18)と、前記ポンプバイパス路(18)を開閉する開閉弁(19)とを備え、
前記第1ポンプ(13c)は前記第2ポンプ(13d)よりも吐出圧が高い特性のポンプであり、
前記第2ポンプ(13d)は前記第1ポンプ(13c)よりも吐出流量が多い特性のポンプであり、
前記制御装置(40)は、ランキンサイクル稼働時には、前記開閉弁(19)により前記ポンプバイパス路(18)を閉じるとともに、前記第1ポンプ(13c)および前記第2ポンプ(13d)を作動させ、前記膨張機バイパス路(15)が開かれているときには、前記開閉弁(19)により前記ポンプバイパス路(18)を開くとともに、前記第1ポンプ(13c)および前記第2ポンプ(13d)のうち前記第2ポンプ(13d)のみを作動させることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載のランキンサイクルシステム。
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