JP5310622B2 - Rankine cycle system - Google Patents

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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.

従来、内燃機関の稼動に伴う廃熱を回収するランキンサイクルが知られている。このようなランキンサイクルには、例えば、エンジンの水冷冷却系統を密閉構造として沸騰冷却を行うようにし、エンジンにおける廃熱によって気化した冷媒、すなわち蒸気によって蒸気タービンのような膨張器を駆動して、その蒸気の持つ熱エネルギを電気エネルギ等に変換して回収するものがある。このようなランキンサイクルシステムを改良するものとして、例えば特許文献1がある。   Conventionally, a Rankine cycle that recovers waste heat associated with the operation of an internal combustion engine is known. In such Rankine cycle, for example, boiling cooling is performed by using a water cooling cooling system of the engine as a closed structure, and an expander such as a steam turbine is driven by refrigerant evaporated by waste heat in the engine, that is, steam, There is one that recovers heat energy of the steam by converting it into electrical energy or the like. As an example of improving such a Rankine cycle system, there is Patent Document 1, for example.

特開2009−103060号公報JP 2009-103060 A

ところで、上記のようなランキンサイクルシステムは、膨張器を駆動する蒸気を取り出すために、エンジン内で発生した気化冷媒である蒸気を液化冷媒と分離する気液分離器を備えることがある。ランキンサイクルシステムに含まれるエンジンは、停止後であっても即座に温度が低下しない。このため、エンジン内で冷媒の沸騰が継続されるおそれがある。エンジン内での冷媒の沸騰が継続されると、エンジン内に設けられたウォータジャケット内の冷媒が気液分離器内に押し出されることが考えられる。また、ウォータジャケット内の液状冷媒が過多の状態でエンジンが停止した場合も、次回エンジン始動時にエンジン内での冷媒の沸騰が開始されると、ウォータジャケット内の冷媒が気液分離器内に押し出されることが考えられる。   By the way, the Rankine cycle system as described above may include a gas-liquid separator that separates vapor, which is vaporized refrigerant generated in the engine, from liquefied refrigerant in order to take out the vapor that drives the expander. The engine included in the Rankine cycle system does not immediately drop in temperature even after stopping. For this reason, there is a possibility that the boiling of the refrigerant will continue in the engine. If boiling of the refrigerant in the engine continues, it is conceivable that the refrigerant in the water jacket provided in the engine is pushed out into the gas-liquid separator. Even if the engine is stopped due to excessive liquid refrigerant in the water jacket, the refrigerant in the water jacket will be pushed into the gas-liquid separator when boiling of the refrigerant starts in the engine at the next engine start. It is possible that

大量の液化冷媒が気液分離器内に流入すると、気液分離器の機能が低下することが懸念される。気液分離器の機能が低下すると、液化冷媒が気液分離器の下流側に配置されることになる過熱器や膨張器へ流入することになり、これらの機器を破損させるおそれがある。   When a large amount of liquefied refrigerant flows into the gas-liquid separator, there is a concern that the function of the gas-liquid separator deteriorates. When the function of the gas-liquid separator is lowered, the liquefied refrigerant flows into the superheater or the expander to be arranged on the downstream side of the gas-liquid separator, which may damage these devices.

そこで、本明細書開示のランキンサイクルシステムは、エンジン停止時におけるウォータジャケット内の冷媒を適切な量に保つことを課題とする。   Therefore, the Rankine cycle system disclosed in this specification is intended to maintain an appropriate amount of refrigerant in the water jacket when the engine is stopped.

かかる課題を解決するために、本明細書開示のランキンサイクルシステムは、内部にウォータジャケットが形成され、前記ウォータジャケット内を流通する冷媒が沸騰することによって冷却されるエンジンと、前記ウォータジャケットと連通し、前記ウォータジャケットから供給された冷媒を気化冷媒である蒸気と液化冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器において分離された蒸気が供給される過熱器と、前記過熱器から供給された蒸気によって駆動されてエネルギ回収を行う膨張器と、前記膨張器を通過した蒸気を凝縮して液化冷媒を生成するコンデンサと、前記コンデンサにおいて生成された液化冷媒を貯留する凝縮水タンクと、ウォータポンプを備え、前記凝縮水タンク内の液化冷媒を前記ウォータジャケット又は前記気液分離器に供給する第1液化冷媒通路と、制御弁を備え、前記凝縮水タンクと前記ウォータジャケット又は前記気液分離器とを接続する第2液化冷媒通路と、前記エンジンの停止時から再始動時までの所定期間、前記制御弁を開弁させる制御部と、を備えたことを特徴としている。   In order to solve such a problem, a Rankine cycle system disclosed in this specification includes a water jacket formed therein, an engine that is cooled by boiling of a coolant flowing through the water jacket, and a communication with the water jacket. A gas-liquid separator that separates the refrigerant supplied from the water jacket into a vapor that is a vaporized refrigerant and a liquefied refrigerant, a superheater that is supplied with the vapor separated in the gas-liquid separator, and the superheater An expander that is driven by steam supplied from and recovers energy, a condenser that condenses the steam that has passed through the expander to generate liquefied refrigerant, and a condensed water tank that stores the liquefied refrigerant generated in the condenser And a water pump, and the liquefied refrigerant in the condensate tank is used as the water jacket or the gas-liquid. A first liquefied refrigerant passage to be supplied to the separator, a control valve, a second liquefied refrigerant passage connecting the condensed water tank and the water jacket or the gas-liquid separator, and restarting when the engine is stopped And a control unit that opens the control valve for a predetermined period of time.

エンジンが停止時となるエンジン停止時からエンジンが再始動するまでの間の所定の期間、制御弁を開弁させることにより、ウォータジャケット又は気液分離器内から過多となった液化冷媒を排出することができる。これにより、エンジン停止時におけるウォータジャケット内の冷媒を適切な量に保つことができる。そして、エンジン停止直後やエンジン再始動時に過度に液化冷媒が気液分離器内へ流入することが抑制される。この結果、気液分離器の機能を維持することができる。その結果、気液分離器の下流側に配置されることになる過熱器や膨張器に液化冷媒が流入することを回避し、これらの機器の破損を抑制することができる。   Excessive liquefied refrigerant is discharged from the water jacket or gas-liquid separator by opening the control valve for a predetermined period from when the engine is stopped to when the engine is restarted. be able to. Thereby, the refrigerant | coolant in a water jacket at the time of an engine stop can be maintained at an appropriate quantity. And it is suppressed that a liquefied refrigerant | coolant flows into a gas-liquid separator excessively immediately after an engine stop or at the time of engine restart. As a result, the function of the gas-liquid separator can be maintained. As a result, it is possible to avoid the liquefied refrigerant from flowing into the superheater or the expander to be disposed on the downstream side of the gas-liquid separator, and to suppress the breakage of these devices.

本明細書開示のランキンサイクルシステムによれば、エンジン停止時におけるウォータジャケット内の冷媒を適切な量に保つことができる。   According to the Rankine cycle system disclosed in the present specification, it is possible to maintain an appropriate amount of refrigerant in the water jacket when the engine is stopped.

図1は、実施例のランキンサイクルシステムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a Rankine cycle system according to an embodiment. 図2は、実施例における制御の一例を示すフロー図である。FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of control in the embodiment.

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

ランキンサイクルシステム100の概略構成について図1を参照しつつ説明する。図1は、ランキンサイクルシステム100の概略構成図である。ランキンサイクルシステム100は、内部で冷媒が沸騰することにより冷却されるエンジン1を備えている。エンジン1は、シリンダブロック1aとシリンダヘッド1bを備える。シリンダブロック1a及びシリンダヘッド1b内部にはウォータジャケット1a1、1b1が形成されており、このウォータジャケット内を流通する冷媒が沸騰することによってエンジン1の冷却が行われる。このときエンジン1は、蒸気を発生させる。エンジン1は、さらに、排気管2を備える。エンジン1のシリンダヘッド1bには、ウォータジャケット1a1、1b1と連通する蒸気通路3の一端が接続されている。   A schematic configuration of the Rankine cycle system 100 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a Rankine cycle system 100. The Rankine cycle system 100 includes an engine 1 that is cooled by boiling a refrigerant therein. The engine 1 includes a cylinder block 1a and a cylinder head 1b. Water jackets 1a1 and 1b1 are formed inside the cylinder block 1a and the cylinder head 1b, and the engine 1 is cooled by boiling the refrigerant flowing through the water jacket. At this time, the engine 1 generates steam. The engine 1 further includes an exhaust pipe 2. One end of a steam passage 3 communicating with the water jackets 1a1 and 1b1 is connected to the cylinder head 1b of the engine 1.

蒸気通路3には、気液分離器4が配設されている。気液分離器4は、ウォータジャケット1a1、1b1から供給された冷媒を気化冷媒である蒸気と液化冷媒とに分離する。すなわち、エンジン1側から気液混合状態で気液分離器4に流入した冷媒は、気液分離器4内で気相(蒸気)と液相(液化冷媒)とに分離される。気液分離器4の下端部には、冷媒循環路5の一端が接続されている。この冷媒循環路5の他端はシリンダブロック1a内のウォータジャケット1a1に接続されている。また、冷媒循環路5には、エンジン1内に液化冷媒を圧送する第1ウォーターポンプ6が配設されている。この第1ウォーターポンプ6は、いわゆるメカ式であり、エンジン1が備えるクランクシャフトを駆動源としている。この第1ウォーターポンプ6により、液化冷媒が、エンジン1と気液分離器4との間を循環する。なお、本明細書において、このように、エンジン1と気液分離器4との間を循環する回路は、以後、冷媒循環回路Aと称される。冷媒循環回路Aは、図1において点線で囲って示されている。   A gas-liquid separator 4 is disposed in the steam passage 3. The gas-liquid separator 4 separates the refrigerant supplied from the water jackets 1a1 and 1b1 into vapor and liquefied refrigerant that are vaporized refrigerant. That is, the refrigerant flowing into the gas-liquid separator 4 from the engine 1 side in the gas-liquid mixed state is separated into the gas phase (vapor) and the liquid phase (liquefied refrigerant) in the gas-liquid separator 4. One end of the refrigerant circulation path 5 is connected to the lower end of the gas-liquid separator 4. The other end of the refrigerant circulation path 5 is connected to a water jacket 1a1 in the cylinder block 1a. A first water pump 6 that pumps the liquefied refrigerant into the engine 1 is disposed in the refrigerant circulation path 5. The first water pump 6 is a so-called mechanical type and uses a crankshaft provided in the engine 1 as a drive source. The first water pump 6 circulates the liquefied refrigerant between the engine 1 and the gas-liquid separator 4. In the present specification, the circuit that circulates between the engine 1 and the gas-liquid separator 4 is hereinafter referred to as a refrigerant circulation circuit A. The refrigerant circuit A is surrounded by a dotted line in FIG.

蒸気通路3には、過熱器8が設けられている。過熱器8には、主として気液分離器4において分離された蒸気が供給される。過熱器8は、下側に蒸発部8aを備え、その上側に過熱部8bを備えている。過熱器8には、排気管2が引き込まれている。排気管2の内部には、エンジン1で発生した排気ガスが流通する。排気管2は、排気ガスが過熱部8b、蒸発部8aの順に通過するように過熱器8を貫通している。蒸発部8aには、液化冷媒通路7の一端が接続されている。排気ガスは、気液分離器4を通過した蒸気と熱交換をする。液化冷媒通路7の他端は、気液分離器4の下端部に接続されている。液化冷媒通路7には後述するECU(Electronic control unit)21と電気的に接続された開閉弁7aが設けられている。この開閉弁7aの開閉状態によって、気液分離器4から蒸発部8aへの液化冷媒の供給状態が決定される。蒸発部8aに供給された液化冷媒は、過熱部8bで蒸気を過熱した後の排気ガスの熱によって、蒸気化することができる。これにより、蒸気発生量が増大すると共に、蒸気の過熱度が向上し、廃熱回収効率が向上する。過熱部8bの上端部には、蒸気排出管3aが設けられている。蒸気排出管3aの先端部には、ノズル9が設けられている。なお、ECU21は、制御部の一例である。   A superheater 8 is provided in the steam passage 3. The steam separated in the gas-liquid separator 4 is mainly supplied to the superheater 8. The superheater 8 includes an evaporation unit 8a on the lower side and a superheating unit 8b on the upper side. The exhaust pipe 2 is drawn into the superheater 8. Inside the exhaust pipe 2, exhaust gas generated by the engine 1 circulates. The exhaust pipe 2 penetrates the superheater 8 so that the exhaust gas passes through the superheater 8b and the evaporator 8a in this order. One end of the liquefied refrigerant passage 7 is connected to the evaporation unit 8a. The exhaust gas exchanges heat with the steam that has passed through the gas-liquid separator 4. The other end of the liquefied refrigerant passage 7 is connected to the lower end of the gas-liquid separator 4. The liquefied refrigerant passage 7 is provided with an on-off valve 7a electrically connected to an ECU (Electronic control unit) 21 described later. The supply state of the liquefied refrigerant from the gas-liquid separator 4 to the evaporation unit 8a is determined by the open / close state of the open / close valve 7a. The liquefied refrigerant supplied to the evaporation unit 8a can be vaporized by the heat of the exhaust gas after the vapor is superheated by the superheating unit 8b. Thereby, while generating amount of steam increases, the superheat degree of steam improves and waste heat recovery efficiency improves. A steam exhaust pipe 3a is provided at the upper end of the superheated part 8b. A nozzle 9 is provided at the tip of the steam discharge pipe 3a. The ECU 21 is an example of a control unit.

過熱器8の下流側には、膨張器10が配設されている。膨張器10は、過熱器8から供給された気化冷媒、すなわち蒸気によって駆動されてエネルギ回収を行う。膨張器10は、ケース10aと、このケース10aに設けられたタービン翼10bとを備えた蒸気タービンである。ノズル9は、蒸気通路3を通じて供給された蒸気がタービン翼10bに向かって噴射されるようにケース10aに取り付けられている。これにより、タービン翼10bは、蒸気通路3を通じて供給された蒸気により回転駆動される。タービン翼10bの回転力は、エンジン1が備えるクランクシャフトの回転を補助したり、発電機を駆動したりする。これにより、廃熱の回収が行われる。   An expander 10 is disposed on the downstream side of the superheater 8. The expander 10 is driven by vaporized refrigerant supplied from the superheater 8, that is, steam, and performs energy recovery. The expander 10 is a steam turbine including a case 10a and a turbine blade 10b provided in the case 10a. The nozzle 9 is attached to the case 10a so that the steam supplied through the steam passage 3 is injected toward the turbine blade 10b. Thereby, the turbine blade 10 b is rotationally driven by the steam supplied through the steam passage 3. The rotational force of the turbine blade 10b assists the rotation of the crankshaft provided in the engine 1 or drives the generator. Thereby, recovery of waste heat is performed.

膨張器10のケース10aには、蒸気を排出する排出口10a1を備えている。排出口10a1には、蒸気排出通路11の一端が接続されている。蒸気排出通路11の他端はコンデンサ12に接続されている。蒸気排出通路11は、膨張器10から蒸気を排出し、排出した蒸気をコンデンサ12に導入する。コンデンサ12は、膨張器10を通過した蒸気を凝縮して液化冷媒を生成する。コンデンサ12は、ファン13による送風を受けて、効率よく蒸気を冷却、凝縮することができる。コンデンサ12の下部にはコンデンサ12において生成された液化冷媒を貯留する凝縮水タンク14が設置されている。   The case 10a of the expander 10 is provided with a discharge port 10a1 for discharging steam. One end of the steam discharge passage 11 is connected to the discharge port 10a1. The other end of the steam discharge passage 11 is connected to a capacitor 12. The steam discharge passage 11 discharges the steam from the expander 10 and introduces the discharged steam into the condenser 12. The condenser 12 condenses the vapor that has passed through the expander 10 to generate a liquefied refrigerant. The condenser 12 receives the air blown by the fan 13 and can efficiently cool and condense the steam. A condensed water tank 14 for storing the liquefied refrigerant generated in the capacitor 12 is installed below the capacitor 12.

凝縮水タンク14の下流側には、凝縮水タンク14内に一旦貯留された液化冷媒をエンジン1側へ再循環させる第1液化冷媒通路16が設けられている。第1液化冷媒通路16は、冷媒循環路5の第1ウォーターポンプ6の上流側に接続されている。また、第1液化冷媒通路16には第2ウォータポンプ17が配設されている。この第2ウォータポンプ17は、電気式のベーンポンプとなっている。第2ウォータポンプ17が稼動状態となると、凝縮水タンク14内の液化冷媒が冷媒循環路5へ供給される。これにより、凝縮水タンク14内の液化冷媒がウォータジャケット1a1又は気液分離器4に供給することができる。凝縮水タンク14内の液化冷媒は、ウォータジャケット1a1、1b1、気液分離器4内の冷媒の状態に応じて、ウォータジャケット1a1及び気液分離器4のいずれにも流入することができる。第2ウォータポンプ17の下流には、冷媒の逆流を回避するための一方弁18が配設されている。以上のように、ランキンサイクルシステム100は、冷媒が循環する経路を備えている。   A first liquefied refrigerant passage 16 that recirculates the liquefied refrigerant once stored in the condensed water tank 14 to the engine 1 side is provided on the downstream side of the condensed water tank 14. The first liquefied refrigerant passage 16 is connected to the upstream side of the first water pump 6 in the refrigerant circulation passage 5. A second water pump 17 is disposed in the first liquefied refrigerant passage 16. The second water pump 17 is an electric vane pump. When the second water pump 17 is activated, the liquefied refrigerant in the condensed water tank 14 is supplied to the refrigerant circulation path 5. Thereby, the liquefied refrigerant in the condensed water tank 14 can be supplied to the water jacket 1 a 1 or the gas-liquid separator 4. The liquefied refrigerant in the condensed water tank 14 can flow into either the water jacket 1a1 or the gas-liquid separator 4 depending on the state of the refrigerant in the water jackets 1a1 and 1b1 and the gas-liquid separator 4. A one-way valve 18 for avoiding the back flow of the refrigerant is disposed downstream of the second water pump 17. As described above, the Rankine cycle system 100 includes a path through which the refrigerant circulates.

第1液化冷媒通路16は、凝縮水タンク14と第2ウォータポンプ17との間において第2液化冷媒通路19と分岐している。第2液化冷媒通路19は、冷媒循環路5の第1ウォーターポンプ6の上流側に接続されている。また、第2液化冷媒通路19には制御弁19aが配設されている。ここで、冷媒循環路5は、ウォータジャケット1a1と気液分離器4とを接続する配管である。第2液化冷媒通路19は、このような冷媒循環路5に接続されることによって、凝縮水タンク14とウォータジャケット1a1及び気液分離器4とを接続している。第2液化冷媒通路は、制御弁19aが開弁された状態となることにより、冷媒循環路5を通じて、ウォータジャケット1a1、1b1内の液化冷媒を凝縮水タンク14側に回収することができる。気液分離器4、シリンダブロック1a、凝縮水タンク14、第2液化冷媒通路19の位置関係は、ウォータジャケット1a1、1b1内の過多となった液化冷媒を凝縮水タンク14側に排出できるように適宜調整される。この際、ウォータジャケット1a1、1b1内の必要最低液面高さを考慮する。具体的には、第2液化冷媒通路19の冷媒循環路5への接続位置をウォータジャケット1a1、1b1内の必要最低液面高さ以下としておく。必要最低液面高さは、エンジン1の冷却に必要とされる液化冷媒の最低量を保障する液面高さである。これにより、ウォータジャケット1a1、1b1内で過多となった液化冷媒を、第2液化冷媒通路19を通じて凝縮水タンク14側へ流下させ、回収することができる。ウォータジャケット1a1、1b1内の必要最低液面高さが保障されることにより、ウォータジャケット1a1、1b1内での液化冷媒の突沸を回避することができる。   The first liquefied refrigerant passage 16 is branched from the second liquefied refrigerant passage 19 between the condensed water tank 14 and the second water pump 17. The second liquefied refrigerant passage 19 is connected to the upstream side of the first water pump 6 in the refrigerant circuit 5. Further, a control valve 19 a is disposed in the second liquefied refrigerant passage 19. Here, the refrigerant circulation path 5 is a pipe that connects the water jacket 1 a 1 and the gas-liquid separator 4. The second liquefied refrigerant passage 19 is connected to the refrigerant circulation path 5, thereby connecting the condensed water tank 14, the water jacket 1 a 1, and the gas-liquid separator 4. When the control valve 19a is opened, the second liquefied refrigerant passage can collect the liquefied refrigerant in the water jackets 1a1, 1b1 to the condensed water tank 14 side through the refrigerant circulation path 5. The positional relationship among the gas-liquid separator 4, the cylinder block 1a, the condensed water tank 14, and the second liquefied refrigerant passage 19 is such that excessive liquefied refrigerant in the water jackets 1a1 and 1b1 can be discharged to the condensed water tank 14 side. Adjust as appropriate. At this time, the necessary minimum liquid level in the water jackets 1a1 and 1b1 is taken into consideration. Specifically, the connection position of the second liquefied refrigerant passage 19 to the refrigerant circulation path 5 is set to be equal to or lower than the necessary minimum liquid level in the water jackets 1a1 and 1b1. The necessary minimum liquid level is a liquid level that ensures the minimum amount of liquefied refrigerant required for cooling the engine 1. Thereby, the excess liquefied refrigerant in the water jackets 1a1 and 1b1 can flow down to the condensed water tank 14 through the second liquefied refrigerant passage 19 and be collected. By ensuring the required minimum liquid level in the water jackets 1a1, 1b1, it is possible to avoid bumping of the liquefied refrigerant in the water jackets 1a1, 1b1.

なお、第2液化冷媒通路19は、ウォータジャケット1a1、1b1内の液化冷媒を流下させて、凝縮水タンク14側に回収できるようになっていれば、冷媒循環回路Aのどの箇所に接続されていてもよい。   The second liquefied refrigerant passage 19 is connected to any part of the refrigerant circuit A as long as the liquefied refrigerant in the water jackets 1a1 and 1b1 can flow down and be collected on the condensed water tank 14 side. May be.

ランキンサイクルシステム100は、制御部の一例としてECU21を備えている。また、ランキンサイクルシステム100は、気液分離器4内にフロート式の液面センサ15を備えている。ECU21は、開閉弁7a、第2ウォータポンプ17、制御弁19a、シリンダヘッド1bに装着された温度センサ20と電気的に接続されている。   The Rankine cycle system 100 includes an ECU 21 as an example of a control unit. The Rankine cycle system 100 includes a float type liquid level sensor 15 in the gas-liquid separator 4. The ECU 21 is electrically connected to a temperature sensor 20 mounted on the on-off valve 7a, the second water pump 17, the control valve 19a, and the cylinder head 1b.

第2ウォータポンプ17は、ECU21によって駆動制御される。具体的には、液面センサ15により、気液分離器4内の冷却媒体の液面が低下したときに、ECU21により駆動指令が出され、凝縮水タンク14から液化冷却をエンジン1側へ圧送する。これにより、エンジン1内において液相の冷却媒体が不足する事態を回避することができる。   The second water pump 17 is driven and controlled by the ECU 21. Specifically, when the liquid level of the cooling medium in the gas-liquid separator 4 is lowered by the liquid level sensor 15, a drive command is issued by the ECU 21, and liquefied cooling is pumped from the condensed water tank 14 to the engine 1 side. To do. Thereby, it is possible to avoid a situation in which the liquid-phase cooling medium is insufficient in the engine 1.

つぎに、エンジン1が停止するときの、ランキンサイクルシステム100の制御の一例について図2を参照しつつ説明する。ECU21は、エンジン1の停止時から再始動時までの所定期間、前記制御弁を開弁させる。ここで、所定の期間とは、ウォータジャケット1a1、1b1内の液化冷媒の量を適切な量まで低減することができる期間である。制御弁19aを開弁させるタイミングは、エンジン1の停止時から再始動時までの間であればいつでもよい。例えば、エンジン停止時に、イグニションをオフにしたタイミングや、エンジン再始動時にイグニションをオンにしたタイミングで制御弁19aを開弁させることができる。なお、ウォータジャケット1a1、1b1内の液化冷媒量の調整は、ウォータジャケット1a1、1b1内の液化冷媒の沸騰が開始されるまでに行われていればよい。そこで、遅くとも、イグニションオンのタイミングで制御弁19aを開弁させて液化冷媒量を調整しておくことが望ましい。これにより、エンジン再始動時のエンジン1の状態にかかわらず、ウォータジャケット1a1、1b1内の液化冷媒が気液分離器4内に押し出されることを抑制することができる。   Next, an example of control of the Rankine cycle system 100 when the engine 1 is stopped will be described with reference to FIG. The ECU 21 opens the control valve for a predetermined period from when the engine 1 is stopped to when it is restarted. Here, the predetermined period is a period during which the amount of the liquefied refrigerant in the water jackets 1a1, 1b1 can be reduced to an appropriate amount. The timing for opening the control valve 19a may be any time from when the engine 1 is stopped to when it is restarted. For example, the control valve 19a can be opened at the timing when the ignition is turned off when the engine is stopped, or at the timing when the ignition is turned on when the engine is restarted. The amount of the liquefied refrigerant in the water jackets 1a1 and 1b1 may be adjusted until the liquefied refrigerant in the water jackets 1a1 and 1b1 starts to boil. Therefore, it is desirable to adjust the amount of liquefied refrigerant by opening the control valve 19a at the timing of ignition ON at the latest. Thereby, it can suppress that the liquefied refrigerant | coolant in water jacket 1a1, 1b1 is extruded in the gas-liquid separator 4 irrespective of the state of the engine 1 at the time of engine restart.

まず、ステップS1において、ECU21は、イグニションのオンを確認する。そして、ステップS2において、制御弁19aを開弁する。これと同時に30秒のカウントを開始する。ここで、30秒の期間は、ウォータジャケット1a1、1b1内の液面が安定した状態となる期間として設定されたものである。ウォータジャケット1a1、1b1内の液面が適正量で安定していれば、液化冷媒の気液分離器4内への押し出が抑制される。   First, in step S1, the ECU 21 confirms that the ignition is on. In step S2, the control valve 19a is opened. At the same time, counting for 30 seconds is started. Here, the period of 30 seconds is set as a period in which the liquid level in the water jackets 1a1 and 1b1 is in a stable state. If the liquid level in the water jackets 1a1 and 1b1 is stable at an appropriate amount, the liquid refrigerant is prevented from being pushed into the gas-liquid separator 4.

ステップS3でカウントを開始した後、ステップS4で、30秒の期間が経過したか否かを判断する。30秒の期間が経過し、ステップS4でYESと判断した後は、ステップS5へ進む。ステップS5では、水温センサ20から取得した冷媒の温度が80℃より高くなっているか否かの判断を行う。これにより、エンジン1の暖機が完了したか否かの判断を行う。エンジン1の暖機が完了し、ステップS5において、YESと判断したときは、ステップS6へ進む。   After the count is started in step S3, it is determined in step S4 whether a 30-second period has elapsed. After the 30-second period has elapsed and it is determined YES in step S4, the process proceeds to step S5. In step S5, it is determined whether or not the refrigerant temperature acquired from the water temperature sensor 20 is higher than 80 ° C. Thereby, it is determined whether or not the engine 1 has been warmed up. When the warm-up of the engine 1 is completed and YES is determined in step S5, the process proceeds to step S6.

ステップS6では、気液分離器4の液面制御を開始する。このステップS6以後は、エンジン1の冷却と、効率的な廃熱回収を行うための制御が行われる。具体的には、液面センサ15から取得した情報に基づいて、第2ウォータポンプ17の駆動制御を行う。これにより、エンジン1の冷却と、効率的な廃熱回収とを行う。   In step S6, the liquid level control of the gas-liquid separator 4 is started. After step S6, control for cooling the engine 1 and efficient waste heat recovery is performed. Specifically, drive control of the second water pump 17 is performed based on information acquired from the liquid level sensor 15. Thereby, cooling of the engine 1 and efficient waste heat recovery are performed.

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。   The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.

1…エンジン
2…排気管
3…蒸気通路
3a1…蒸気排出管
4…気液分離器
5…冷媒循環路
6…第1ウォータポンプ(W/P)
7…液化冷媒通路
8…過熱器
8a…蒸発部
8b…過熱部
9…ノズル
10…膨張器
10a…タービンケース
10b…タービン翼
11…蒸気排出通路
12…コンデンサ
13…ファン
14…凝縮水タンク
15…液面センサ
16…第1液化冷媒通路
17…第2ウォータポンプ(W/P)
18…一方弁
19…第2液化冷媒通路
19a…制御弁
20…水温センサ
21…ECU
100…ランキンサイクルシステム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine 2 ... Exhaust pipe 3 ... Steam passage 3a1 ... Steam discharge pipe 4 ... Gas-liquid separator 5 ... Refrigerant circuit 6 ... 1st water pump (W / P)
7 ... liquefied refrigerant passage 8 ... superheater 8a ... evaporation portion 8b ... superheat portion 9 ... nozzle 10 ... expander 10a ... turbine case 10b ... turbine blade 11 ... steam discharge passage 12 ... condenser 13 ... fan 14 ... condensate water tank 15 ... Liquid level sensor 16 ... first liquefied refrigerant passage 17 ... second water pump (W / P)
18 ... One valve 19 ... Second liquefied refrigerant passage 19a ... Control valve 20 ... Water temperature sensor 21 ... ECU
100 ... Rankine cycle system

Claims (1)

内部にウォータジャケットが形成され、前記ウォータジャケット内を流通する冷媒が沸騰することによって冷却されるエンジンと、
前記ウォータジャケットと連通し、前記ウォータジャケットから供給された冷媒を気化冷媒である蒸気と液化冷媒とに分離する気液分離器と、
前記気液分離器において分離された蒸気が供給される過熱器と、
前記過熱器から供給された蒸気によって駆動されてエネルギ回収を行う膨張器と、
前記膨張器を通過した蒸気を凝縮して液化冷媒を生成するコンデンサと、
前記コンデンサにおいて生成された液化冷媒を貯留する凝縮水タンクと、
ウォータポンプを備え、前記凝縮水タンク内の液化冷媒を前記ウォータジャケット又は前記気液分離器に供給する第1液化冷媒通路と、
制御弁を備え、前記凝縮水タンクと前記ウォータジャケット又は前記気液分離器とを接続する第2液化冷媒通路と、
前記エンジンの停止時から再始動時までの所定期間、前記制御弁を開弁させる制御部と、
を、備えたことを特徴としたランキンサイクルシステム。
An engine in which a water jacket is formed and is cooled by boiling the refrigerant circulating in the water jacket;
A gas-liquid separator that communicates with the water jacket and separates the refrigerant supplied from the water jacket into vapor and liquefied refrigerant that are vaporized refrigerant;
A superheater to which steam separated in the gas-liquid separator is supplied;
An expander driven by steam supplied from the superheater to recover energy;
A condenser that condenses the vapor that has passed through the expander to generate a liquefied refrigerant;
A condensed water tank for storing the liquefied refrigerant generated in the capacitor;
A first liquefied refrigerant passage that includes a water pump and supplies the liquefied refrigerant in the condensed water tank to the water jacket or the gas-liquid separator;
A second liquefied refrigerant passage that includes a control valve and connects the condensed water tank and the water jacket or the gas-liquid separator;
A control unit that opens the control valve for a predetermined period from when the engine is stopped to when it is restarted;
A Rankine cycle system characterized by having
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