JP7147641B2 - Rankine cycle system and its control method - Google Patents

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Description

本開示は、ランキンサイクルシステム及びその制御方法に関する。 The present disclosure relates to Rankine cycle systems and control methods thereof.

タービン(膨張器)の出口部近傍の冷媒管にこの冷媒管内に発生した凝縮水(凝縮液)を貯留する凝縮水タンクを設けるとともに、この凝縮水タンクに貯留された凝縮水を加熱装置で蒸気とした後にコンデンサ(凝縮器)に戻す廃熱回収装置(車両の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 condensed water tank for storing condensed water (condensed liquid) generated in the refrigerant pipe is provided in the refrigerant pipe near the outlet of the turbine (expander), and the condensed water stored in the condensed water tank is heated to steam by a heating device. A waste heat recovery device (Rankine cycle system for a vehicle) has been proposed (for example, refer to Patent Document 1).

特開2017―155612号公報JP 2017-155612 A

特許文献1の車両のランキンサイクルシステムでは、凝縮液(液体状態の作動流体)を加熱装置により蒸気(気体状態の作動流体)に遷移させた後、この蒸気を凝縮器により再び凝縮液に遷移させており、この2回の遷移に不必要にエネルギーを使用しているという問題があった。 In the vehicle Rankine cycle system of Patent Document 1, after the condensate (liquid state working fluid) is transitioned to vapor (gas state working fluid) by the heating device, the vapor is transitioned again to the condensate by the condenser. Therefore, there is a problem that energy is unnecessarily used for these two transitions.

本開示は、膨張器の出口と凝縮器の入口の間の流路に貯留される凝縮液を省エネルギーで処理することができるランキンサイクルシステム及びその制御方法を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a Rankine cycle system capable of processing condensate stored in a flow path between an outlet of an expander and an inlet of a condenser in an energy-saving manner, and a control method thereof.

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、作動流体を循環させる流路と、前記流路に配置されて作動流体を膨張させる膨張器と、前記膨張器より下流側の前記流路に配置されるとともにその入口が前記膨張器の出口より高い位置に配置されて作動流体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器より下流側で、かつ、前記膨張器より上流側の前記流路に配置されて作動流体を圧送する循環装置と、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、前記膨張器の出口と前記凝縮器の入口の間の前記流路である第1流路に配置されて、液体状態の作動流体を貯留する貯留部と、前記凝縮器の出口と前記循環装置の入口の間の前記流路である第2流路と前記貯留部を連通するバイパス流路と、前記バイパス流路に配置されて、必要に応じて前記液体状態の作動流体を前記貯留部から前記第2流路に移送する移送装置と、前記貯留部に貯留された液体状態の作動流体の液位を推定する液位推定装置と、前記ランキンサイクルシステムを制御する制御装置と、を備えて、前記制御装置が、前記液位推定装置の推定した液位に基づいて、前記液体状態の作動流体を前記貯留部から前記第2流路に移送するか否かを判定し、移送すると判定した場合には、前記移送装置を制御して前記液体状態の作動流体を前記貯留部から前記第2流路に移送する制御を行うように構成される。 A Rankine cycle system according to an aspect of the present invention for achieving the above object comprises a flow path for circulating a working fluid, an expander disposed in the flow path for expanding the working fluid, and a downstream side of the expander. a condenser that is arranged in the flow path and whose inlet is arranged at a position higher than the outlet of the expander to condense the working fluid; and the condenser downstream from the condenser and upstream from the expander. and a circulation device arranged in the flow path for pumping the working fluid, in the first flow path, which is the flow path between the outlet of the expander and the inlet of the condenser, a storage portion disposed to store a working fluid in a liquid state; and a bypass flow passage connecting the second flow passage, which is the flow passage between the outlet of the condenser and the inlet of the circulation device, and the storage portion. a transfer device disposed in the bypass flow path for transferring the liquid working fluid from the reservoir to the second flow path as needed; and A liquid level estimating device for estimating a liquid level and a control device for controlling the Rankine cycle system, wherein the control device determines the state of the liquid based on the liquid level estimated by the liquid level estimating device. It is determined whether or not the fluid is to be transferred from the reservoir to the second flow path, and if it is determined to be transferred, the transfer device is controlled to transfer the liquid working fluid from the reservoir to the second flow path. It is configured to control the transfer to the flow path.

また、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の制御方法は、作動流体を循環させる流路と、前記流路に配置されて作動流体を膨張させる膨張器と、前記膨張器より下流側の前記流路に配置されるとともにその入口が前記膨張器の出口より高い位置に配置されて作動流体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器より下流側で、かつ、前記膨張器より上流側の前記流路に配置されて作動流体を圧送する循環装置と、前記膨張器の出口と前記凝縮器の入口の間の前記流路である第1流路に配置されて、液体状態の作動流体を貯留する貯留部と、前記凝縮器の出口と前記循環装置の入口の間の前記流路である第2流路と前記貯留部を連通するバイパス流路と、前記バイパス流路に配置されて、必要に応じて前記貯留部から前記第2流路への液体状態の作動流体の移送を行う移送装置と、を備えて構成されるランキンサイクルシステムの制御方法において、前記貯留部に貯留された液体状態の作動流体の液位を推定する第1ステップと、前記第1ステップで推定した液体状態の作動流体の液位に基づいて、前記貯留部から前記第2流路への液体状態の作動流体の移送を行うか否かを判定する第2ステップと、前記第2ステップで液体状態の作動流体の移送を行うと判定した場合に、前記移送装置を制御して、前記貯留部から前記第2流路への液体状態の作動流体の移送を行う第3ステップと、を有することを特徴とする方法である。 Further, a method for controlling a Rankine cycle system according to an aspect of the present invention for achieving the above object comprises a flow path for circulating a working fluid, an expander arranged in the flow path for expanding the working fluid, and a condenser arranged in the flow path downstream from the condenser and having an inlet positioned at a position higher than the outlet of the expander to condense the working fluid; and a condenser downstream from the condenser and the expander. a circulating device disposed in the flow path further upstream to pump the working fluid; a reservoir that stores the working fluid of the above; a bypass passage that communicates the second passage that is the passage between the outlet of the condenser and the inlet of the circulation device and the reservoir; a transfer device arranged to transfer the working fluid in a liquid state from the storage portion to the second flow path as needed, wherein the storage portion includes: a first step of estimating the liquid level of the stored liquid state working fluid; and based on the liquid level of the liquid state working fluid estimated in the first step, liquid from the reservoir to the second flow path. a second step of determining whether or not to transfer the working fluid in the liquid state; and if it is determined in the second step that the working fluid in the liquid state is to be transferred, the transfer device is controlled to control the storage portion and a third step of transferring working fluid in a liquid state from to said second flow path.

本開示によれば、膨張器の出口と凝縮器の入口の間の流路に貯留される凝縮液を省エネルギーで処理することができる。 According to the present disclosure, the condensate stored in the flow path between the outlet of the expander and the inlet of the condenser can be treated with energy saving.

本実施形態のランキンサイクルシステムを例示する図である。It is a figure which illustrates the Rankine cycle system of this embodiment. 図1の膨張器と凝縮器の間の作動流体用の流路を拡大した図である。Figure 2 is an enlarged view of the flow path for working fluid between the expander and condenser of Figure 1; 本実施形態のランキンサイクルシステムの制御方法を制御フローの形で例示する図である。It is a figure which illustrates the control method of the Rankine cycle system of this embodiment in the form of a control flow.

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、本実施形態のランキンサイクルシステム1は、作動流体用の流路(流路)2に、タンク3と、ポンプ(循環装置)4と、蒸発器5と、膨張器6と、凝縮器7と、を備えて構成されるシステムである。 The Rankine cycle system of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. As illustrated in FIG. 1, the Rankine cycle system 1 of the present embodiment includes a working fluid flow path (flow path) 2, a tank 3, a pump (circulation device) 4, an evaporator 5, and an expander. 6 and a condenser 7 .

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3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。ポンプ4は、タンク3より下流側で、かつ、蒸発器5及び膨張器6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を圧送する。ポンプ4により作動流体Wが圧送されることで、作動流体Wは作動流体用の流路2を循環する。 The working fluid flow path 2 is a closed flow path through which the working fluid W is circulated. The tank 3 is arranged in the working fluid flow path 2 and stores the working fluid W. As shown in FIG. The pump 4 is arranged in the working fluid flow path 2 on the downstream side of the tank 3 and on the upstream side of the evaporator 5 and the expander 6 to pump the working fluid W. As shown in FIG. As the working fluid W is pressure-fed by the pump 4 , the working fluid W circulates through the flow path 2 for the working fluid.

蒸発器5は、ポンプ4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Gと熱交換することで作動流体Wを加熱及び蒸発させる。膨張器6は、蒸発器5より下流側の作動流体用の流路2に配置されて作動流体Wを膨張させる。膨張器6の出力軸6a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6aに発生した動力が駆動装置に伝達される。 The evaporator 5 is arranged in the working fluid flow path 2 on the downstream side of the pump 4 and heats and evaporates the working fluid W by exchanging heat with the exhaust gas G of the engine (internal combustion engine). The expander 6 is arranged in the working fluid flow path 2 on the downstream side of the evaporator 5 to expand the working fluid W. As shown in FIG. A driving device (engine, motor, etc.) is connected to the output shaft 6a of the expander 6 via a connecting/disconnecting device (clutch, etc.). The resulting power is transmitted to the driving device.

凝縮器7は、膨張器6より下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。凝縮器7の入口7aは膨張器6の出口6bより高い位置に配置されている。凝縮器7の出口7bはタンク3の入口3aより高い位置に配置されている。 The condenser 7 is arranged in the working fluid flow path 2 on the downstream side of the expander 6 to condense the working fluid W. As shown in FIG. The inlet 7a of the condenser 7 is positioned higher than the outlet 6b of the expander 6. As shown in FIG. The outlet 7b of the condenser 7 is arranged at a position higher than the inlet 3a of the tank 3.

本実施形態では、膨張器6の出口6bと凝縮器7の入口7aの間の流路を第1流路2aと称す。第1流路2aに関して、膨張器6の出口6bの直下にU字管形状の貯留部2aaが形成される。第1流路2aには気体状態の作動流体が流通するが、液体状態の作動流体である凝縮液WLが発生することがある。貯留部2aaにはこの凝縮液WLが貯留される。貯留される凝縮液WLの量が多くなるにつれて凝縮液WLの液面(液位)LSは高くなる。なお、貯留部2aaの形状は、凝縮液WLを貯留できる形状であればよく、U字管形状に限定されない。 In this embodiment, the channel between the outlet 6b of the expander 6 and the inlet 7a of the condenser 7 is called the first channel 2a. A U-tube-shaped reservoir 2aa is formed immediately below the outlet 6b of the expander 6 in the first flow path 2a. Although the gaseous working fluid flows through the first flow path 2a, condensate WL, which is the liquid working fluid, may be generated. This condensate WL is stored in the storage portion 2aa. The liquid surface (liquid level) LS of the condensate WL increases as the amount of the condensate WL stored increases. Note that the shape of the storage portion 2aa is not limited to a U-tube shape as long as it can store the condensate WL.

また、本実施形態では、凝縮器7の出口7bとポンプ4の入口の間の流路を第2流路2bと称す。第2流路2bには液体状態の作動流体が流通する。 Further, in the present embodiment, the channel between the outlet 7b of the condenser 7 and the inlet of the pump 4 is called a second channel 2b. A working fluid in a liquid state flows through the second flow path 2b.

図2に例示するように、第1流路2aには、第1流路2aを通過する作動流体Wの圧力を取得する圧力センサ8が配置されている。圧力センサ8の配置位置は、第1流路2a内では作動流体Wの圧力は殆ど変化しないため、凝縮液WLが発生する虞のない第1流路2a内の位置であればよい。本実施形態では、圧力センサ8は貯留部2aaより下流側の第1流路2aの位置A1に配置している。 As illustrated in FIG. 2, a pressure sensor 8 that acquires the pressure of the working fluid W passing through the first flow path 2a is arranged in the first flow path 2a. Since the pressure of the working fluid W hardly changes in the first flow path 2a, the pressure sensor 8 may be arranged at any position within the first flow path 2a where there is no risk of the condensate WL being generated. In this embodiment, the pressure sensor 8 is arranged at the position A1 of the first flow path 2a on the downstream side of the reservoir 2aa.

第1流路2aの貯留部2aaには、複数(本実施形態では2個)の温度センサ9(9a、9b)が各々の間隔をあけて配置されている。温度センサ9aは貯留部2aa内の位置B1に配置されている。温度センサ9bは貯留部2aa内で位置B1より下流側の位置B2に配置されている。位置B2は位置B1より高い位置である。凝縮液WLの液位LSは、貯留部2aaに貯留される凝縮液WLの量が多くなるにつれて位置B1から位置B2に向かう方向に上昇していく。 A plurality of (two in this embodiment) temperature sensors 9 (9a, 9b) are arranged at intervals in the reservoir 2aa of the first flow path 2a. The temperature sensor 9a is arranged at a position B1 inside the reservoir 2aa. The temperature sensor 9b is arranged at a position B2 downstream of the position B1 in the reservoir 2aa. Position B2 is a higher position than position B1. The liquid level LS of the condensate WL rises in the direction from the position B1 toward the position B2 as the amount of the condensate WL stored in the storage portion 2aa increases.

本実施形態のランキンサイクルシステム1には液位推定装置10が備わる。液位推定装置10は、圧力センサ8の取得値と温度センサ9の取得値とに基づいて、貯留部2aaに貯留された凝縮液WLの液位LSを推定する。液位推定装置10は、各種情報処理を行うCPU(Central Processing Unit)、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウエアである。液位取得装置10は後述する制御装置13とは別体として構成してもよいし、制御装置13の一部として組み込んでもよい。 The Rankine cycle system 1 of this embodiment includes a liquid level estimation device 10 . The liquid level estimating device 10 estimates the liquid level LS of the condensate WL stored in the storage section 2aa based on the acquired value of the pressure sensor 8 and the acquired value of the temperature sensor 9 . The liquid level estimation device 10 includes a CPU (Central Processing Unit) that performs various types of information processing, an internal storage that can read and write programs and information processing results used for performing the various types of information processing, and various interfaces. Hardware. The liquid level acquisition device 10 may be configured separately from the control device 13 to be described later, or may be incorporated as a part of the control device 13 .

液位推定装置10は、圧力センサ8の取得値と温度センサ9a(9b)の取得値とから、対応する温度センサ9a(9b)の設置位置B1(B2)での作動流体Wの相状態(気体状態または液体状態)を推定する。位置B1での作動流体Wの相状態が気体状態である場合に、液位推定装置10は凝縮液WLの液位LSが位置B1より低い第1流路2aの位置にあると推定する。位置B1での作動流体Wの相状態が液体状態であり、かつ、位置B2での作動流体Wの相状態が気体状態である場合に、液位推定装置10は凝縮液WLの液位LSが位置B1と位置B2の間の第1流路2aの位置にあると推定する。位置B1、B2での作動流体Wの相状態がともに液体状態である場合に、液位推定装置10は凝縮液WLの液位LSが位置B2より高い第1流路2aの位置にあると推定する。 The liquid level estimation device 10 determines the phase state ( gas state or liquid state). When the phase state of the working fluid W at the position B1 is a gaseous state, the liquid level estimation device 10 estimates that the liquid level LS of the condensate WL is at a position in the first flow path 2a lower than the position B1. When the phase state of the working fluid W at the position B1 is liquid and the phase state of the working fluid W at the position B2 is gas, the liquid level estimation device 10 determines that the liquid level LS of the condensate WL is Assume that it is located at the position of the first flow path 2a between the position B1 and the position B2. When the phase states of the working fluid W at the positions B1 and B2 are both liquid states, the liquid level estimation device 10 estimates that the liquid level LS of the condensate WL is at the position of the first flow path 2a higher than the position B2. do.

本実施形態のランキンサイクルシステム1にはバイパス流路11が備わる。バイパス流路11は、第2流路2bと貯留部2aaとを連通する流路である。バイパス流路11には、第2ポンプ12(移送装置)12が備わる。第2ポンプ12は、後述する制御装置13からの制御信号に基づいて(必要に応じて)その駆動時に凝縮液WLを貯留部2aaから第2流路2bに移送する。第2ポンプ12はポンプ4より小出力の装置である。 The Rankine cycle system 1 of this embodiment is provided with a bypass flow path 11 . The bypass flow path 11 is a flow path that connects the second flow path 2b and the storage portion 2aa. The bypass channel 11 is provided with a second pump 12 (transfer device) 12 . The second pump 12 transfers the condensate WL from the reservoir 2aa to the second flow path 2b when it is driven (as necessary) based on a control signal from the control device 13, which will be described later. The second pump 12 is a device with a smaller output than the pump 4 .

本実施形態のランキンサイクルシステム1には、このランキンサイクルシステム1を制御する制御装置13が備わる。制御装置13は、各種情報処理を行うCPU(Central Processing Unit)、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウエアである。制御装置13には、液位推定装置10、ポンプ4、第2ポンプ12等の各種装置が電気的に接続される。 The Rankine cycle system 1 of this embodiment includes a control device 13 that controls the Rankine cycle system 1 . The control device 13 is hardware composed of a CPU (Central Processing Unit) that performs various types of information processing, an internal storage device capable of reading and writing programs and information processing results used for performing the various types of information processing, and various interfaces. is. Various devices such as the liquid level estimation device 10 , the pump 4 and the second pump 12 are electrically connected to the control device 13 .

本実施形態のランキンサイクルシステム1では、制御装置13が、液位推定装置10の推定した液位LSに基づいて、凝縮液WLを貯留部2aaから第2流路2bに移送するか否かを判定する。移送すると判定した場合には、第2ポンプ12を制御して、凝縮液WLを貯留部2aaから第2流路2bに移送する制御を行う。例えば、液位推定装置10の推定した液位LSが設定位置である位置B2より高い位置にある場合には、凝縮液WLの移送を行うと判定する。この設定位置は、凝縮液WLの液位LSがこの設定位置より高い位置にあると凝縮液WLが膨張器6の出力に影響を及ぼす虞のある位置として実験等により予め設定される位置である。設定位置は位置B2ではなく位置B1でもよい。 In the Rankine cycle system 1 of the present embodiment, the control device 13 determines whether to transfer the condensate WL from the reservoir 2aa to the second flow path 2b based on the liquid level LS estimated by the liquid level estimation device 10. judge. When it is determined to transfer the condensate WL, the second pump 12 is controlled to transfer the condensate WL from the reservoir 2aa to the second flow path 2b. For example, when the liquid level LS estimated by the liquid level estimating device 10 is higher than the set position B2, it is determined that the condensate WL is to be transferred. This set position is set in advance by experiment or the like as a position where the condensate WL may affect the output of the expander 6 if the liquid level LS of the condensate WL is higher than this set position. . The set position may be position B1 instead of position B2.

このように、貯留部2aaに貯留された凝縮液WLの液位LSに応じて、凝縮液WLを貯留部2aaから液体状態の作動流体が流通する第2流路2bに移送することで、凝縮液WLを気体状態に遷移させることなく省エネルギーで処理することができる。なお、第2ポンプ12の駆動のために消費するエネルギーは、凝縮液WLの気体状態への遷移に要するエネルギー及び気体状態に遷移した凝縮液WLの液体状態への再遷移に要するエネルギーの合算量と比較して非常に小さい。 Thus, by transferring the condensate WL from the reservoir 2aa to the second channel 2b through which the liquid working fluid flows according to the liquid level LS of the condensate WL stored in the reservoir 2aa, condensation The liquid WL can be processed in an energy-saving manner without transitioning to a gaseous state. The energy consumed for driving the second pump 12 is the sum of the energy required for the condensate WL to transition to the gas state and the energy required for the condensate WL that has transitioned to the gas state to re-transition to the liquid state. very small compared to

本実施形態のランキンサイクルシステム1を基にした制御フローについて、言い換えれば、ランキンサイクルシステムの制御方法について、その一例を制御フローの形で図3を参照しながら説明する。図3に示す制御フローは、エンジンが運転状態であるときに周期的に行われる制御フローである。 A control flow based on the Rankine cycle system 1 of the present embodiment, in other words, a control method of the Rankine cycle system, will be described with reference to FIG. 3 in the form of a control flow. The control flow shown in FIG. 3 is a control flow that is periodically performed when the engine is in operation.

図3に示す制御フローがスタートすると、ステップS10(第1ステップ)にて、貯留部2aaに貯留された凝縮液WLの液位LSを推定する。ステップS10を実施後、ステップS20に進む。 When the control flow shown in FIG. 3 starts, the liquid level LS of the condensate WL stored in the storage portion 2aa is estimated in step S10 (first step). After performing step S10, the process proceeds to step S20.

ステップS20(第2ステップ)にて、ステップS10で推定した凝縮液WLの液位LSに基づいて、貯留部2aaから第2流路2bへの凝縮液WLの移送を行うか否かを判定する(第1液位判定)。言い換えれば、凝縮液WLの液位LSが位置B2より高いか否かを判定する。凝縮液WLの液位LSが位置B2より高く移送を行う場合(YES)には、ステップS30に進む。凝縮液WLの液位LSが位置B2より低く移送を行わない場合(NO)には、ステップS40に進む。 In step S20 (second step), it is determined whether or not to transfer the condensate WL from the reservoir 2aa to the second flow path 2b based on the liquid level LS of the condensate WL estimated in step S10. (First liquid level determination). In other words, it is determined whether or not the liquid level LS of the condensate WL is higher than the position B2. If the liquid level LS of the condensate WL is to be transferred higher than the position B2 (YES), the process proceeds to step S30. When the liquid level LS of the condensate WL is lower than the position B2 and the transfer is not performed (NO), the process proceeds to step S40.

ステップS30(第3ステップ)にて、第2ポンプ12を制御して(駆動して)、貯留部2aaから第2流路2bへの凝縮液WLの移送を開始する。ステップS30を実施後、ステップS10に戻る。 In step S30 (third step), the second pump 12 is controlled (driven) to start transferring the condensate WL from the reservoir 2aa to the second flow path 2b. After executing step S30, the process returns to step S10.

ステップS40にて、第2ポンプ12による凝縮液WLの移送が行われている状態であるか否かを判定する。言い換えれば、ステップS30を通過しているか否かを判定する。第2ポンプ12による凝縮液WLの移送が行われている状態である場合(YES)には、ステップS50に進む。第2ポンプ12による凝縮液WLの移送が行われていない状態である場合(NO)には、リターンに進んで、本制御フローを終了する。 In step S40, it is determined whether or not the condensed liquid WL is being transferred by the second pump 12 or not. In other words, it is determined whether step S30 has been passed. If the condensed liquid WL is being transferred by the second pump 12 (YES), the process proceeds to step S50. If the condensed liquid WL is not being transferred by the second pump 12 (NO), the flow proceeds to RETURN and ends this control flow.

ステップS50にて、ステップS10で推定した凝縮液WLの液位LSが位置B1より低いか否かを判定する(第2液位判定)。位置B1より低い場合(YES)には、ステップS60に進む。位置B1より高い場合(NO)にはステップS10に戻る。 In step S50, it is determined whether or not the liquid level LS of the condensate WL estimated in step S10 is lower than the position B1 (second liquid level determination). If it is lower than the position B1 (YES), proceed to step S60. If it is higher than the position B1 (NO), the process returns to step S10.

ステップS60にて、第2ポンプ12を制御して(停止して)、貯留部2aaから第2流路2bへの凝縮液WLの移送を終了する。ステップS60を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。 In step S60, the second pump 12 is controlled (stopped) to end transfer of the condensate WL from the reservoir 2aa to the second flow path 2b. After step S60 is executed, the process proceeds to RETURN and terminates this control flow.

以上により、本実施形態のランキンサイクルシステム1及びその制御方法によれば、
膨張器6の出口6bと凝縮器7の入口7aの間の第1流路2aに貯留される凝縮液WLを省エネルギーで処理することができる。
As described above, according to the Rankine cycle system 1 and its control method of the present embodiment,
The condensate WL stored in the first flow path 2a between the outlet 6b of the expander 6 and the inlet 7a of the condenser 7 can be treated with energy saving.

なお、本実施形態では移送装置12として第2ポンプを採用したが、開閉弁でもよい。移送装置12を開閉弁として構成した場合には、この開閉弁が開状態であるときにバイパス流路11を貯留部2aaから第2流路2bに向かって凝縮液WLが流通できる程度に、貯留部2aaと第2流路2bの間の差圧が大きい必要がある。バイパス流路11を構成する配管の径を第1流路2a(貯留部2aa)を構成する配管の径より小さくすると、貯留部2aaと第2流路2bの間の差圧が比較的小さい場合でも開閉弁が開状態であるときに貯留部2aaの底部からこの底部に連通するバイパス流路11に向かって凝縮液WLが流通しやすくなるので好ましい。また、作動流体Wがタンク3からポンプ4に向かって第2流路2bを通過するように、バイパス流路11を構成する配管の径は第2流路2bを構成する配管の径より小さく構成される。 Although the second pump is used as the transfer device 12 in this embodiment, an on-off valve may be used. In the case where the transfer device 12 is configured as an on-off valve, when the on-off valve is in an open state, the condensate WL is stored to the extent that the condensate WL can flow through the bypass flow path 11 from the storage portion 2aa toward the second flow path 2b. A large differential pressure is required between the portion 2aa and the second flow path 2b. If the diameter of the pipe forming the bypass flow path 11 is made smaller than the diameter of the pipe forming the first flow path 2a (storage section 2aa), the differential pressure between the storage section 2aa and the second flow path 2b is relatively small. However, when the on-off valve is open, the condensate WL can easily flow from the bottom of the reservoir 2aa toward the bypass channel 11 communicating with the bottom, which is preferable. Further, the diameter of the pipe forming the bypass flow path 11 is configured to be smaller than the diameter of the pipe forming the second flow path 2b so that the working fluid W passes through the second flow path 2b from the tank 3 toward the pump 4. be done.

1 ランキンサイクルシステム
2 作動流体用の流路
2a 第1流路
2aa 貯留部
2b 第2流路
3 タンク
3a タンクの入口
4 ポンプ(循環装置)
5 蒸発器
6 膨張器
6a 出力軸
6b 膨張器の出口
7 凝縮器
7a 凝縮器の入口
7b 凝縮器の出口
8 圧力センサ
9、9a、9b 温度センサ
10 液位推定装置
11 バイパス流路
12 第2ポンプ(移送装置)
13 制御装置
WL 凝縮液
LS 凝縮液の液面
Reference Signs List 1 Rankine cycle system 2 Flow path 2a for working fluid First flow path 2aa Reservoir 2b Second flow path 3 Tank 3a Tank inlet 4 Pump (circulation device)
5 Evaporator 6 Expander 6a Output shaft 6b Expander outlet 7 Condenser 7a Condenser inlet 7b Condenser outlet 8 Pressure sensors 9, 9a, 9b Temperature sensor 10 Liquid level estimation device 11 Bypass flow path 12 Second pump (transfer device)
13 Control device WL Condensate LS Liquid level of condensate

Claims (3)

作動流体を循環させる流路と、前記流路に配置されて作動流体を膨張させる膨張器と、前記膨張器より下流側の前記流路に配置されるとともにその入口が前記膨張器の出口より高い位置に配置されて作動流体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器より下流側で、かつ、前記膨張器より上流側の前記流路に配置されて作動流体を圧送する循環装置と、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、
前記膨張器の出口と前記凝縮器の入口の間の前記流路である第1流路に配置されて、液体状態の作動流体を貯留する貯留部と、
前記凝縮器の出口と前記循環装置の入口の間の前記流路である第2流路と前記貯留部を連通するバイパス流路と、
前記バイパス流路に配置されて、必要に応じて前記液体状態の作動流体を前記貯留部から前記第2流路に移送する移送装置と、
前記貯留部に貯留された液体状態の作動流体の液位を推定する液位推定装置と、
前記ランキンサイクルシステムを制御する制御装置と、を備えて、
前記制御装置が、
前記液位推定装置の推定した液位に基づいて、前記液体状態の作動流体を前記貯留部から前記第2流路に移送するか否かを判定し、移送すると判定した場合には、前記移送装置を制御して前記液体状態の作動流体を前記貯留部から前記第2流路に移送する制御を行うように構成されるランキンサイクルシステム。
a channel for circulating a working fluid; an expander arranged in the channel to expand the working fluid; a condenser that is arranged at a position to condense the working fluid; and a circulation device that is arranged in the flow path on the downstream side of the condenser and on the upstream side of the expander and pumps the working fluid. In a Rankine cycle system composed of:
a reservoir disposed in the first flow path, which is the flow path between the outlet of the expander and the inlet of the condenser, for storing a working fluid in a liquid state;
a bypass channel that communicates the second channel, which is the channel between the outlet of the condenser and the inlet of the circulation device, and the reservoir;
a transfer device disposed in the bypass flow path for transferring the liquid working fluid from the reservoir to the second flow path as needed;
a liquid level estimating device for estimating the liquid level of the liquid state working fluid stored in the reservoir;
A control device that controls the Rankine cycle system,
The control device
Based on the liquid level estimated by the liquid level estimating device, it is determined whether or not to transfer the working fluid in the liquid state from the reservoir to the second flow path. A Rankine cycle system configured to control a device to control the transfer of said working fluid in liquid form from said reservoir to said second flow path.
前記移送装置を開閉弁として構成するとともに、前記バイパス流路を構成する配管の径を前記第1流路を構成する配管の径より小さくす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。 2. The Rankine cycle system according to claim 1, wherein the transfer device is configured as an on-off valve, and the diameter of the piping that constitutes the bypass flow path is made smaller than the diameter of the piping that constitutes the first flow path. . 作動流体を循環させる流路と、前記流路に配置されて作動流体を膨張させる膨張器と、前記膨張器より下流側の前記流路に配置されるとともにその入口が前記膨張器の出口より高い位置に配置されて作動流体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器より下流側で、かつ、前記膨張器より上流側の前記流路に配置されて作動流体を圧送する循環装置と、前記膨張器の出口と前記凝縮器の入口の間の前記流路である第1流路に配置されて、液体状態の作動流体を貯留する貯留部と、前記凝縮器の出口と前記循環装置の入口の間の前記流路である第2流路と前記貯留部を連通するバイパス流路と、前記バイパス流路に配置されて、必要に応じて前記貯留部から前記第2流路への液体状態の作動流体の移送を行う移送装置と、を備えて構成されるランキンサイクルシステムの制御方法において、
前記貯留部に貯留された液体状態の作動流体の液位を推定する第1ステップと、
前記第1ステップで推定した液体状態の作動流体の液位に基づいて、前記貯留部から前記第2流路への液体状態の作動流体の移送を行うか否かを判定する第2ステップと、
前記第2ステップで液体状態の作動流体の移送を行うと判定した場合に、前記移送装置を制御して、前記貯留部から前記第2流路への液体状態の作動流体の移送を行う第3ステップと、
を有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。
a channel for circulating a working fluid; an expander arranged in the channel to expand the working fluid; a condenser arranged at a position to condense the working fluid; a circulation device arranged in the flow path downstream from the condenser and upstream from the expander for pumping the working fluid; and the expander. and a reservoir for storing a working fluid in a liquid state, and between the outlet of the condenser and the inlet of the circulating device. and a bypass channel that communicates the second channel, which is the channel of the above, with the storage part, and a bypass channel that is disposed in the bypass channel and, if necessary, operates the liquid state from the storage part to the second channel A transfer device for transferring a fluid, and a control method for a Rankine cycle system comprising:
a first step of estimating a liquid level of the liquid state working fluid stored in the reservoir;
a second step of determining whether or not to transfer the liquid working fluid from the reservoir to the second channel based on the liquid level of the working fluid in the liquid state estimated in the first step;
A third step of controlling the transfer device to transfer the liquid working fluid from the reservoir to the second channel when it is determined in the second step that the liquid working fluid is to be transferred. a step;
A control method for a Rankine cycle system, comprising:
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