JP7204593B2 - Method of operating Rankine cycle system and waste heat recovery device - Google Patents

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Description

本発明は、ランキンサイクルシステムの運転方法およびランキンサイクルシステムを有する廃熱回収装置に関し、特にランキンサイクルによる廃熱回生効率を改善する技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of operating a Rankine cycle system and a waste heat recovery apparatus having the Rankine cycle system, and more particularly to a technology for improving the waste heat regeneration efficiency of the Rankine cycle.

ランキンサイクルシステムは、蒸発器と凝縮器とを介する作動流体の循環回路を有し、蒸発器により作動流体を蒸発させ、これにより得られた蒸気で膨張機を作動させた後、作動流体の蒸気を凝縮器により凝縮させるシステムとして構成される。車両全体でのエネルギ効率の改善のため、内燃エンジンからの廃熱を回収する手段としてこのランキンサイクルシステムを導入し、膨張機が行う仕事により走行動力を補助したり、発電機を駆動して、電気を生じさせたりすることが知られている(特許文献1)。 A Rankine cycle system has a circulation circuit of a working fluid via an evaporator and a condenser. is condensed by a condenser. In order to improve the energy efficiency of the entire vehicle, this Rankine cycle system was introduced as a means of recovering waste heat from the internal combustion engine. It is known to generate electricity (Patent Document 1).

特開2015-232273号公報(段落0023)JP 2015-232273 A (paragraph 0023)

ランキンサイクルシステムにおいて、エネルギ効率の改善の観点から充分な廃熱回生効率を得るには、凝縮器の冷却容量を確保する必要がある。しかし、空冷により冷却容量を確保しようとすれば、凝縮器が大型化する懸念がある。車載を前提とする場合は、設置スペースの制約から大型の空冷凝縮器を搭載するのが困難であることが多く、冷却容量が不足しがちである。その一方で、凝縮器を水冷とし、凝縮器を介した熱媒体を放熱器により冷却することとしても、ラジエータ等、既存の車載放熱器を用いることには、その放熱器が本来奏するべき機能を確保する必要から、ランキンサイクルシステムに関して必ずしも充分な冷却容量が得られるとは限らない。 In the Rankine cycle system, in order to obtain sufficient waste heat regeneration efficiency from the viewpoint of improving energy efficiency, it is necessary to ensure the cooling capacity of the condenser. However, if an attempt is made to secure a cooling capacity by air cooling, there is a concern that the size of the condenser will increase. In the case of in-vehicle use, it is often difficult to install a large air-cooled condenser due to the limitation of installation space, and the cooling capacity tends to be insufficient. On the other hand, even if the condenser is water-cooled and the heat medium that passes through the condenser is cooled by the radiator, the use of an existing in-vehicle radiator such as a radiator does not provide the function that the radiator should originally perform. Sufficient cooling capacity is not always available with Rankine cycle systems due to the need to reserve.

本発明は、以上の問題を考慮し、ランキンサイクルシステムおよびこれを備える廃熱回収装置において、比較的大きな冷却容量を確保可能とし、廃熱回生効率の改善に資することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, it is an object of the present invention to make it possible to secure a relatively large cooling capacity in a Rankine cycle system and a waste heat recovery apparatus including the same, thereby contributing to improvement in waste heat recovery efficiency.

本発明の一形態では、作動流体を蒸発させる蒸発器と、作動流体の流れの方向に、蒸発器の下流側に配置され、作動流体の蒸気を凝縮させる凝縮器と、を備えるランキンサイクルシステムの運転方法が提供される。熱源を介する第1熱媒体の第1回路であって、熱源により加熱された第1熱媒体を第1放熱器により冷却可能に構成された第1回路に、蒸発器を、第1熱媒体により作動流体を加熱可能に接続する。そして、蒸発器および凝縮器に作動流体を循環させるランキンサイクルシステムの作動時に、凝縮器と第1放熱器との間で、第2熱媒体を第1熱媒体の流れとは並列に循環させる、第2熱媒体の第2回路を形成し、第2熱媒体により凝縮器で回収された熱を、第1放熱器で放熱させる。 In one form of the invention, a Rankine cycle system comprising an evaporator for evaporating a working fluid and a condenser located downstream of the evaporator in the direction of flow of the working fluid for condensing vapors of the working fluid. A method of operation is provided. An evaporator is provided in a first circuit of a first heat medium through a heat source, the first heat medium heated by the heat source being cooled by a first radiator, and an evaporator by the first heat medium. A working fluid is heatably connected. Then, during operation of the Rankine cycle system that circulates the working fluid to the evaporator and the condenser, the second heat medium is circulated in parallel with the flow of the first heat medium between the condenser and the first radiator, A second circuit of the second heat medium is formed, and the heat recovered by the condenser by the second heat medium is radiated by the first radiator.

他の形態では、ランキンサイクルシステムを有する廃熱回収装置が提供される。 In another form, a waste heat recovery system having a Rankine cycle system is provided.

ランキンサイクルシステムの作動時は、第1熱媒体の熱が蒸発器を通じてランキンサイクルシステムの作動流体に奪われるため、第1放熱器の冷却能力に余裕ができるかまたは第1放熱器による第1熱媒体の冷却自体が不要となる。そこで、ランキンサイクルシステムの作動時に、凝縮器と第1放熱器とをつなぐ第2熱媒体の第2回路を形成し、凝縮器で回収された熱を、第1放熱器で放熱させること、換言すれば、第1放熱器にできた冷却能力の余裕分を凝縮器で回収された熱の放出に振り向けることで、大きな冷却容量を確保することが容易となり、廃熱回生効率を改善することが可能となる。 When the Rankine cycle system is in operation, the heat of the first heat medium is taken away by the working fluid of the Rankine cycle system through the evaporator, so the cooling capacity of the first radiator has a margin, or the first heat is generated by the first radiator. Cooling itself of the medium becomes unnecessary. Therefore, when the Rankine cycle system is in operation, a second circuit of a second heat medium is formed that connects the condenser and the first radiator, and the heat recovered by the condenser is radiated by the first radiator. Then, by allocating the surplus of the cooling capacity of the first radiator to the release of the heat recovered by the condenser, it becomes easy to secure a large cooling capacity, and the waste heat regeneration efficiency is improved. becomes possible.

図1は、本発明の一実施形態に係る廃熱回収装置の全体的な構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a waste heat recovery device according to one embodiment of the present invention. 図2は、ランキンサイクルシステムの停止時における、同上廃熱回収装置の動作を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of the same waste heat recovery device when the Rankine cycle system is stopped. 図3は、ランキンサイクルシステムの作動時における、同上廃熱回収装置の動作を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the operation of the same waste heat recovery device when the Rankine cycle system is in operation. 図4は、同上廃熱回収装置の動作のフローチャートによる説明図である。FIG. 4 is a flow chart for explaining the operation of the waste heat recovery system. 図5は、同上廃熱回収装置に適用可能な高温冷却液回路および低温冷却液回路の構成を示す概略図であり、ランキンサイクルシステムの停止時における熱媒体の流れを同時に示す。FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a high-temperature coolant circuit and a low-temperature coolant circuit applicable to the same waste heat recovery device, and also shows the flow of the heat medium when the Rankine cycle system is stopped. 図6は、同上高温冷却液回路および低温冷却液回路の、ランキンサイクルシステムの作動時における熱媒体の流れを示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the flow of the heat medium in the high temperature coolant circuit and the low temperature coolant circuit during operation of the Rankine cycle system.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る廃熱回収装置1の全体的な構成を示している。 FIG. 1 shows the overall configuration of a waste heat recovery device 1 according to one embodiment of the present invention.

本実施形態に係る廃熱回収装置(以下、単に「廃熱回収装置」という)1は、ランキンサイクルシステムSを備え、熱源11が生じさせた廃熱を、ランキンサイクルシステムSを通じて回収する装置として構成される。本実施形態において、廃熱回収装置1は、ハイブリッド車両に搭載され、その駆動源を構成する内燃エンジン11を熱源とし、ランキンサイクルシステムSにより、内燃エンジン11からの廃熱を、電気的なエネルギに変換して回収する。駆動源の形式は、シリーズ式であっても、パラレル式であってもよく、本実施形態では、シリーズ式である。 A waste heat recovery device (hereinafter simply referred to as "waste heat recovery device") 1 according to the present embodiment includes a Rankine cycle system S, and the waste heat generated by the heat source 11 is recovered through the Rankine cycle system S. Configured. In this embodiment, the waste heat recovery device 1 is mounted on a hybrid vehicle and uses the internal combustion engine 11 that constitutes the drive source thereof as a heat source. converted to and collected. The form of the drive source may be a series type or a parallel type, and in this embodiment, it is a series type.

ランキンサイクルシステムSは、蒸発器21と凝縮器22とを備え、作動流体が、これらの熱機器21、22をこの順で流れる。本実施形態では、蒸発器21と凝縮器22との間に、付加的な要素として加熱器23がさらに備わり、ポンプ24が作動すると、作動流体が、蒸発器21、加熱器23および凝縮器22を順に通過し、ランキンサイクルシステムSを、その相変化を伴って循環する。つまり、作動流体は、標準状態(例えば、25℃、1気圧)のもとで液体であり、ポンプ24から吐出された後、蒸発器21で蒸発し、さらに、加熱器23で加熱されてその更なる昇温が図られる。そして、膨張機25を作動させ、その後、凝縮器22で凝縮し、元の液体に復帰する。図示は省略するが、作動流体の通路として、ランキンサイクルシステムSのプライミング動作時に膨張機25をバイパスさせる通路および回生時にこのバイパス通路を閉じるバルブを備えるほか、各部における作動流体の圧力および温度を検出する各種センサを備える。 The Rankine cycle system S comprises an evaporator 21 and a condenser 22, and the working fluid flows through these thermal devices 21, 22 in that order. In this embodiment, a heater 23 is further provided as an additional element between the evaporator 21 and the condenser 22, and when the pump 24 operates, the working fluid flows into the evaporator 21, the heater 23 and the condenser 22. and circulates through the Rankine cycle system S with its phase change. That is, the working fluid is a liquid under standard conditions (for example, 25° C. and 1 atm), is discharged from the pump 24, is evaporated by the evaporator 21, is further heated by the heater 23, and is A further temperature increase is achieved. Then, the expander 25 is operated, and then the liquid is condensed in the condenser 22 to return to the original liquid. Although not shown, the working fluid passage includes a passage that bypasses the expander 25 during the priming operation of the Rankine cycle system S and a valve that closes the bypass passage during regeneration. Equipped with various sensors that

本実施形態に適用可能な膨張機25として、タービンを例示することができる。蒸気が有するエネルギをこのタービンにより機械的な仕事(つまり、回転動力)に変換し、さらに、発電機を駆動して電気を生じさせ、駆動源である電気モータに供給したり、バッテリを充填したりすることが可能である。膨張機25が行う仕事は、他の形態のエネルギに変換するばかりでなく、機械的な仕事のまま利用することも可能である。例えば、膨張機25の仕事により、車両の走行動力を補助することができる。 A turbine can be exemplified as the expander 25 applicable to the present embodiment. This turbine converts the energy of the steam into mechanical work (that is, rotational power), drives a generator to generate electricity, supplies the electric motor that is the driving source, and charges the battery. It is possible to The work performed by the expander 25 can be converted into other forms of energy, and can also be used as mechanical work. For example, the work of the expander 25 can assist the running power of the vehicle.

廃熱回収装置1は、ランキンサイクルシステムS、特にその蒸発器21および加熱器23に熱を付与する手段として、高温冷却液回路Chを備える。さらに、廃熱回収装置1は、ランキンサイクルシステムSの凝縮器22において、蒸気である作動流体が有する熱を回収する手段として、高温冷却液回路Chよりも温度の低い熱媒体を循環させる低温冷却液回路Clを備える。本実施形態において、高温冷却液回路Chおよび低温冷却液回路Clは、いずれも駆動源の冷却回路であり、本実施形態に係る「高温回路」、「低温回路」に夫々相当する。 The waste heat recovery device 1 comprises a hot coolant circuit Ch as a means of providing heat to the Rankine cycle system S, in particular its evaporator 21 and heater 23 . Furthermore, the waste heat recovery device 1, in the condenser 22 of the Rankine cycle system S, as means for recovering the heat possessed by the working fluid, which is steam, is a low-temperature cooling system that circulates a heat medium having a temperature lower than that of the high-temperature coolant circuit Ch. A liquid circuit Cl is provided. In the present embodiment, the high-temperature coolant circuit Ch and the low-temperature coolant circuit Cl are both cooling circuits of the drive source, and correspond to the "high-temperature circuit" and the "low-temperature circuit" according to the present embodiment, respectively.

高温冷却液回路Chは、「第1熱媒体」として冷却液(以下「高温冷却液」という場合がある)を循環させる回路であり、熱源である内燃エンジン11が介装されるとともに、ラジエータ(以下、後に述べる「低温ラジエータ」との区別のため、特に高温ラジエータという)12が介装されている。高温ラジエータ12は、本実施形態に係る「第1放熱器」に相当し、高温冷却液回路Chは、基本的には、内燃エンジン11と高温ラジエータ12との間で高温冷却液(具体的には、エンジン冷却水)を循環させ、高温冷却液が内燃エンジン11から受けた熱を、高温ラジエータ12により放熱させる回路として構成される。 The high-temperature coolant circuit Ch is a circuit that circulates a coolant (hereinafter sometimes referred to as a "high-temperature coolant") as a "first heat medium". In order to distinguish it from the "low temperature radiator" to be described later, a high temperature radiator 12 is interposed. The high-temperature radiator 12 corresponds to the "first radiator" according to the present embodiment, and the high-temperature coolant circuit Ch is basically a high-temperature coolant (specifically, is configured as a circuit for circulating the engine cooling water) and radiating the heat received by the high-temperature coolant from the internal combustion engine 11 through the high-temperature radiator 12 .

ここで、ランキンサイクルシステムSの蒸発器21および加熱器23に対し、高温冷却液回路Chが、内燃エンジン11を通過して加熱された高温冷却液により作動流体を加熱可能に接続されている。具体的には、蒸発器21および加熱器23は、いずれも熱交換器として構成され、高温冷却液回路Chの一部である導管が、蒸発器21および加熱器23に引き込まれ、それらの内部を通過することで、加熱後の高温冷却液が高温流体として、作動流体が低温流体として機能し、両者の間での熱交換により、作動流体が加熱される。高温ラジエータ12は、高温冷却液の流れの方向に、加熱器23の下流側に配置されている。 Here, a high-temperature coolant circuit Ch is connected to the evaporator 21 and the heater 23 of the Rankine cycle system S so that the working fluid can be heated by the high-temperature coolant passed through the internal combustion engine 11 and heated. Specifically, the evaporator 21 and the heater 23 are both configured as heat exchangers, and a conduit that is part of the hot coolant circuit Ch is drawn into the evaporator 21 and the heater 23 to By passing through, the heated high-temperature cooling liquid functions as a high-temperature fluid, and the working fluid functions as a low-temperature fluid, and the working fluid is heated by heat exchange between them. The hot radiator 12 is arranged downstream of the heater 23 in the direction of flow of the hot coolant.

他方で、低温冷却液回路Clは、「第2熱媒体」として、高温冷却液よりも温度が低い冷却液(以下「低温冷却液」という場合がある)を循環させる回路であり、高温ラジエータ12よりも小さな冷却容量を有するラジエータ(以下「低温ラジエータ」という)16が介装されている。低温冷却液回路Clは、駆動源である電気モータ17がその冷却対象として介装され、基本的には、電気モータ17と低温ラジエータ16との間で低温冷却液を循環させ、低温冷却液が電気モータ17の冷却により受けた熱を、低温ラジエータ16により放熱させる回路として構成される。低温冷却液回路Clによる冷却対象として、電気モータ17に代えるかまたはこれに加え、インバータを採用してもよい。 On the other hand, the low-temperature coolant circuit Cl is a circuit that circulates a coolant whose temperature is lower than that of the high-temperature coolant (hereinafter sometimes referred to as a "low-temperature coolant") as a "second heat medium". A radiator (hereinafter referred to as a "low temperature radiator") 16 having a cooling capacity smaller than that is interposed. The low-temperature coolant circuit Cl includes an electric motor 17 as a drive source to be cooled. It is configured as a circuit that dissipates the heat received by cooling the electric motor 17 with the low-temperature radiator 16 . An inverter may be employed in place of or in addition to the electric motor 17 as the object to be cooled by the low-temperature coolant circuit Cl.

ここで、低温冷却液回路Clは、高温冷却液回路Chとは独立に熱媒体を循環させる回路であり、基本的には、熱的に分離された状態にある。低温冷却液回路Clに循環させる冷却液と、高温冷却液回路Chに循環させるのとは、同種の冷却液であってもよいし、異なる種類の冷却液であってもよい。本実施形態では、低温冷却液回路Clの冷却液として、高温冷却液回路Chと同じエンジン冷却水を採用する。 Here, the low-temperature coolant circuit Cl is a circuit that circulates a heat medium independently from the high-temperature coolant circuit Ch, and is basically in a thermally separated state. The coolant circulated in the low-temperature coolant circuit Cl and the coolant circulated in the high-temperature coolant circuit Ch may be the same type of coolant or different types of coolant. In this embodiment, the same engine coolant as that used in the high-temperature coolant circuit Ch is used as the coolant in the low-temperature coolant circuit Cl.

さらに、ランキンサイクルシステムSの凝縮器22に対し、低温冷却液回路Clが、低温ラジエータ16を通過して冷却された低温冷却液により作動流体の熱を回収可能に接続されている。具体的には、蒸発器21等と同様に、凝縮器22も熱交換器として構成され、低温冷却液回路Clの一部である導管が、凝縮器22に引き込まれ、その内部を通過することで、蒸気である作動流体が高温流体として、冷却後の低温冷却液が低温流体として機能し、両者の間での熱交換により、作動流体が冷却される。 Furthermore, a low-temperature coolant circuit Cl is connected to the condenser 22 of the Rankine cycle system S so that the heat of the working fluid can be recovered by the low-temperature coolant that has passed through the low-temperature radiator 16 and cooled. Specifically, like the evaporator 21 etc., the condenser 22 is also configured as a heat exchanger, and a conduit, which is part of the cryogenic coolant circuit Cl, is drawn into the condenser 22 and passes through it. The steam working fluid functions as a high-temperature fluid, and the low-temperature coolant after cooling functions as a low-temperature fluid, and the working fluid is cooled by heat exchange between the two.

以上に加え、高温冷却液回路Chおよび低温冷却液回路Clには、熱媒体を圧送する手段として、ポンプ13、18が夫々介装され、高温冷却液回路Chには、内燃エンジン11の廃熱を回収する別個の手段として、EGRクーラ14が介装されている。EGRクーラ14は、高温冷却液回路Chにおいて、蒸発器21と加熱器23との間に介装され、蒸発器21を通過して温度がやや低下した高温冷却液を、内燃エンジン11の排気との熱交換により再度加熱する。 In addition to the above, pumps 13 and 18 are interposed in the high-temperature coolant circuit Ch and the low-temperature coolant circuit Cl, respectively, as means for pumping the heat medium. An EGR cooler 14 is interposed as a separate means for recovering the . The EGR cooler 14 is interposed between the evaporator 21 and the heater 23 in the high-temperature coolant circuit Ch. heat again by heat exchange.

本実施形態では、高温冷却液回路Chに、高温ラジエータ12の入口側と出口側とを直に連通させ、高温冷却液を、高温ラジエータ12を迂回させて流すバイパス流路Pbが設けられている。図1に示すバイパス流路Pbは、概念的なものであり、バイパス専用の流路であるばかりでなく、高温ラジエータ12へ向かう高温冷却液の流れを遮断し、他の部分流路における流量を増大させることにより、実質的にその実現を図ることが可能である。さらに、高温ラジエータ12を介する高温冷却液回路Chの主流路Pmに、流路切替弁v1が設置されている。流路切替弁v1の機能については後に述べる。 In the present embodiment, the high-temperature coolant circuit Ch is provided with a bypass flow path Pb that directly communicates the inlet side and the outlet side of the high-temperature radiator 12 and causes the high-temperature coolant to bypass the high-temperature radiator 12. . The bypass flow path Pb shown in FIG. 1 is conceptual and is not only a bypass dedicated flow path, but also blocks the flow of the hot coolant toward the high temperature radiator 12 and cuts off the flow in the other partial flow paths. By increasing it, it is possible to substantially achieve it. Further, a flow path switching valve v1 is installed in the main flow path Pm of the high temperature coolant circuit Ch via the high temperature radiator 12 . The function of the flow path switching valve v1 will be described later.

さらに、本実施形態では、高温冷却液回路Chの主流路Pmと低温冷却液回路Clとの間に接続され、低温冷却液回路Clを流れる低温冷却液を、主流路Pmに備わる高温ラジエータ12に導入可能に、案内流路Pg1、Pg2が配設されている。具体的には、低温冷却液回路Clから分岐し、高温ラジエータ12の入口側で高温冷却液回路Chに接続する第1案内流路Pg1と、高温ラジエータ12の出口側で高温冷却液回路Chから分岐し、第1案内流路Pg1の分岐点よりも下流側で低温冷却液回路Clに合流する第2案内流路Pg2と、が設けられている。案内流路Pg1、Pg2は、開放されたときに、主流路Pmと協働して、低温冷却液回路Clのうち、低温側の熱源(電気モータ)17が介装された部分流路に対して並列な流路を形成し、高温ラジエータ12と低温ラジエータ16とを、低温冷却液の流れに関して直列に接続する。しかし、案内流路Pg1、Pg2に求められるのは、低温冷却液回路Clの低温冷却液を高温ラジエータ12に導入し、凝縮器22と高温ラジエータ12との間で低温冷却液を循環可能とすることである。よって、案内流路Pg1、Pg2の配置は、これに限定されるものではなく、高温ラジエータ12と低温ラジエータ16との関係は、直列であるほか、並列であってもよい。 Further, in the present embodiment, the low-temperature coolant flowing through the low-temperature coolant circuit Cl is connected between the main flow path Pm of the high-temperature coolant circuit Ch and the low-temperature coolant circuit Cl to the high-temperature radiator 12 provided in the main flow path Pm. Guide channels Pg1 and Pg2 are arranged so as to be able to introduce. Specifically, a first guide passage Pg1 branched from the low-temperature coolant circuit Cl and connected to the high-temperature coolant circuit Ch on the inlet side of the high-temperature radiator 12, and a first guide channel Pg1 on the outlet side of the high-temperature radiator 12 from the high-temperature coolant circuit Ch. and a second guide flow path Pg2 that branches off and joins the low-temperature coolant circuit Cl downstream of the branch point of the first guide flow path Pg1. When the guide channels Pg1 and Pg2 are opened, they cooperate with the main channel Pm to direct the partial channel in which the heat source (electric motor) 17 on the low temperature side of the low temperature coolant circuit Cl is interposed. , forming parallel flow paths to connect the hot radiator 12 and the cold radiator 16 in series with respect to the flow of the cold coolant. However, the guide passages Pg1 and Pg2 are required to introduce the low-temperature coolant of the low-temperature coolant circuit Cl into the high-temperature radiator 12 and enable the low-temperature coolant to circulate between the condenser 22 and the high-temperature radiator 12. That is. Therefore, the arrangement of the guide channels Pg1 and Pg2 is not limited to this, and the relationship between the high temperature radiator 12 and the low temperature radiator 16 may be in series or in parallel.

高温冷却液回路Chからの第2案内流路Pg2の分岐部に、先に述べた流路切替弁v1が設置されており、流路切替弁v1は、高温ラジエータ12の接続先を、高温冷却液回路Chの主流路Pmと、第2案内流路Pg2と、の間で切り替える。これに付帯して、主流路Pmのうち、高温ラジエータ12よりも上流側に、開閉弁(以下「第1開閉弁」という)v21が介装され、第1開閉弁v21は、高温ラジエータ12に対する高温冷却液の導入を許容しまたは遮断する。 The previously described flow path switching valve v1 is installed at the branch of the second guide flow path Pg2 from the high temperature coolant circuit Ch. It switches between the main flow path Pm of the liquid circuit Ch and the second guide flow path Pg2. Along with this, an on-off valve (hereinafter referred to as “first on-off valve”) v21 is interposed upstream of the high-temperature radiator 12 in the main flow path Pm. Allow or block the introduction of hot coolant.

さらに、第1案内流路Pg1に、低温冷却液回路Clを流れる低温冷却液の高温ラジエータ12への導入を許容しおよび遮断する開閉弁(以下「第2開閉弁」という)v22が設置されている。ここに、流路切替弁v1、第1および第2開閉弁v21、v22は、本実施形態に係る「切替弁」を構成する。 Further, an on-off valve (hereinafter referred to as a "second on-off valve") v22 is installed in the first guide passage Pg1 to allow and block the introduction of the low-temperature coolant flowing through the low-temperature coolant circuit Cl into the high-temperature radiator 12. there is Here, the flow path switching valve v1 and the first and second on-off valves v21 and v22 constitute "switching valves" according to the present embodiment.

流路切替弁v1および開閉弁v21、v22の動作は、コントローラ101により制御される。コントローラ101は、電子制御ユニットとして構成され、中央演算ユニット(CPU)、ROMおよびRAM等の各種記憶ユニット、入出力インタフェース等を備えたマイクロコンピュータにより構成される。コントローラ101は、車両の運転状態を検出可能に設けられた各種センサからの入力情報をもとに、これらの弁装置v1、v21、v22に対する操作量を演算し、操作量に応じた指令信号をアクチュエータに出力する。本実施形態では、運転状態センサとして、車速VSPを検出する車速センサ111、高温冷却液回路Chを流れる冷却液(エンジン冷却水)の温度である高温回路水温Twhを検出する第1冷却液温度センサ112、低温冷却液回路Clを流れる冷却液(エンジン冷却水)の温度である低温回路水温Twlを検出する第2冷却液温度センサ113が設けられる。 The controller 101 controls the operation of the channel switching valve v1 and the on-off valves v21 and v22. The controller 101 is configured as an electronic control unit, and is configured by a microcomputer having a central processing unit (CPU), various storage units such as ROM and RAM, an input/output interface, and the like. The controller 101 calculates operation amounts for these valve devices v1, v21, and v22 based on input information from various sensors provided so as to detect the operating state of the vehicle, and outputs command signals according to the operation amounts. Output to the actuator. In this embodiment, the driving state sensors include a vehicle speed sensor 111 that detects the vehicle speed VSP, and a first coolant temperature sensor that detects the high-temperature circuit water temperature Twh, which is the temperature of coolant (engine coolant) flowing through the high-temperature coolant circuit Ch. 112. A second coolant temperature sensor 113 is provided for detecting a low-temperature circuit water temperature Twl, which is the temperature of the coolant (engine coolant) flowing through the low-temperature coolant circuit Cl.

先に述べたように、ランキンサイクルシステムSは、エネルギ効率の改善の観点から充分な廃熱回生効率を得るには、凝縮器22の冷却容量を確保する必要がある。しかし、空冷により冷却容量を確保しようとすれば、放熱部を含む凝縮器22全体の大型化が避けられず、車載を前提とした本実施形態では、設置スペースの制約から搭載が困難である。他方で、水冷である低温ラジエータ16を用いることとしても、低温ラジエータ16ではそもそも冷却容量が小さいことから、必要な冷却容量を満足させることができず、冷却容量に不足が生じる。 As described above, the Rankine cycle system S needs to ensure the cooling capacity of the condenser 22 in order to obtain sufficient waste heat regeneration efficiency from the viewpoint of improving energy efficiency. However, if an attempt is made to secure a cooling capacity by air cooling, the overall size of the condenser 22 including the heat radiating portion cannot be avoided. On the other hand, even if a water-cooled low-temperature radiator 16 is used, the required cooling capacity cannot be satisfied because the low-temperature radiator 16 has a small cooling capacity, resulting in a shortage of cooling capacity.

そこで、本実施形態では、ランキンサイクルシステムSの作動時に、低温側の冷却液回路に高温ラジエータ12を取り込み、凝縮器22で回収された熱の放出を、低温ラジエータ16に加えて高温ラジエータ12によっても行うことで、低温ラジエータ16のみによる場合よりも大きな冷却容量を確保可能とする。 Therefore, in this embodiment, when the Rankine cycle system S is operated, the high-temperature radiator 12 is incorporated into the coolant circuit on the low-temperature side, and the heat recovered by the condenser 22 is released by the high-temperature radiator 12 in addition to the low-temperature radiator 16. Also, a larger cooling capacity can be secured than when only the low-temperature radiator 16 is used.

図2および3は、本実施形態に係る廃熱回収装置1の動作を示し、図2は、ランキンサイクルシステムSの停止時における動作を、図3は、ランキンサイクルシステムの作動時における動作を、夫々示している。 2 and 3 show the operation of the waste heat recovery device 1 according to this embodiment, FIG. 2 shows the operation when the Rankine cycle system S is stopped, and FIG. 3 shows the operation when the Rankine cycle system is in operation. respectively shown.

ランキンサイクルシステムSの停止時(図2)では、ポンプ24を停止させ、ランキンサイクルシステムSにおける作動流体の循環を停止させる。高温冷却液回路Chおよび低温冷却液回路Clのポンプ13、18を作動させるとともに、第1開閉弁v21を開弁させ、第2開閉弁v22を閉弁させることで、高温冷却液回路Chの主流路Pmと低温冷却液回路Clとの間の接続を遮断する。これにより、高温冷却液回路Chの高温冷却液と低温冷却液回路Clの低温冷却液とは、それぞれの回路Ch、Clを独立に循環し、内燃エンジン11からの廃熱が高温ラジエータ12により放出される一方、電気モータ17からの廃熱が低温ラジエータ16により放出される。高温冷却液回路Chにおいて、流路切替弁v1は、高温ラジエータ12の接続先を主流路Pmに設定し、内燃エンジン11による加熱後の高温冷却液は、その大半が高温ラジエータ12に導入される。ここに、ランキンサイクルシステムSの停止時に熱源である内燃エンジン11と高温ラジエータ12との間で形成される高温側の冷却液の循環回路が、「第1熱媒体の第1回路」に相当する。 When the Rankine cycle system S is stopped ( FIG. 2 ), the pump 24 is stopped and circulation of the working fluid in the Rankine cycle system S is stopped. By operating the pumps 13 and 18 of the high-temperature coolant circuit Ch and the low-temperature coolant circuit Cl, opening the first on-off valve v21 and closing the second on-off valve v22, the main flow of the high-temperature coolant circuit Ch is Break the connection between the path Pm and the cryogenic coolant circuit Cl. As a result, the high-temperature coolant in the high-temperature coolant circuit Ch and the low-temperature coolant in the low-temperature coolant circuit Cl independently circulate through the respective circuits Ch and Cl, and waste heat from the internal combustion engine 11 is released by the high-temperature radiator 12. while the waste heat from the electric motor 17 is radiated by the cold radiator 16 . In the high-temperature coolant circuit Ch, the flow path switching valve v1 sets the connection destination of the high-temperature radiator 12 to the main flow path Pm, and most of the high-temperature coolant heated by the internal combustion engine 11 is introduced into the high-temperature radiator 12. . Here, the circulation circuit of the coolant on the high temperature side formed between the internal combustion engine 11 which is the heat source and the high temperature radiator 12 when the Rankine cycle system S is stopped corresponds to the "first circuit of the first heat medium". .

これに対し、ランキンサイクルシステムSの作動時(図3)では、ポンプ24を作動させ、蒸発器21、加熱器23および凝縮器22に作動流体を循環させ、蒸発器21および加熱器23を通過した作動流体の蒸気が有するエネルギを、膨張機25によりその仕事として回収する。停止時におけると同様に、高温冷却液回路Chおよび低温冷却液回路Clのポンプ13、18をいずれも作動させるが、作動時では、第1開閉弁v21を閉弁させる一方、第2開閉弁v22を開弁させることで、低温冷却液回路Clを高温ラジエータ12に連通させる。これにより、低温冷却液回路Clを流れる冷却液が、第1および第2案内流路Pg1、Pg2を介して高温ラジエータ12に導入可能となり、凝縮器22と高温ラジエータ12との間で循環可能となる。流路切替弁v1が、高温ラジエータ12の接続先を第2案内流路Pg2に設定し、高温ラジエータ12が、高温冷却液回路Chの主流路Pmから分離され、内燃エンジン11による加熱後の高温冷却液は、バイパス流路Pbに案内され、高温ラジエータ12を迂回して流れる。ここに、ランキンサイクルシステムSの作動時に凝縮器22と高温ラジエータ12との間で形成される低温側の冷却液の循環回路が、「第2熱媒体の第2回路」に相当する。 On the other hand, when the Rankine cycle system S is in operation (FIG. 3), the pump 24 is operated to circulate the working fluid through the evaporator 21, the heater 23 and the condenser 22, and pass through the evaporator 21 and the heater 23. The energy of the working fluid vapor is recovered as work by the expander 25 . Both the pumps 13 and 18 of the high-temperature cooling liquid circuit Ch and the low-temperature cooling liquid circuit Cl are operated in the same manner as when stopped. is opened, the low-temperature coolant circuit Cl is communicated with the high-temperature radiator 12 . As a result, the coolant flowing through the low-temperature coolant circuit Cl can be introduced into the high-temperature radiator 12 via the first and second guide passages Pg1 and Pg2, and circulated between the condenser 22 and the high-temperature radiator 12. Become. The flow path switching valve v1 sets the connection destination of the high temperature radiator 12 to the second guide flow path Pg2, the high temperature radiator 12 is separated from the main flow path Pm of the high temperature coolant circuit Ch, and the high temperature radiator after being heated by the internal combustion engine 11 The coolant is guided to the bypass flow path Pb and bypasses the high temperature radiator 12 . Here, the circulation circuit of the coolant on the low temperature side formed between the condenser 22 and the high temperature radiator 12 when the Rankine cycle system S is in operation corresponds to the "second circuit of the second heat medium".

図4は、本実施形態に係るコントローラ101が行う制御の内容をフローチャートにより示している。コントローラ101は、図4に示す制御を、電源投入による起動後、所定の時間毎に実行するようにプログラムされている。 FIG. 4 is a flow chart showing the content of control performed by the controller 101 according to this embodiment. The controller 101 is programmed to execute the control shown in FIG. 4 at predetermined time intervals after power-on activation.

S101では、車両の運転状態を示す各種入力情報として、車速VSP、高温回路水温Twhおよび低温回路水温Twlを読み込む。 In S101, the vehicle speed VSP, the high-temperature circuit water temperature Twh, and the low-temperature circuit water temperature Twl are read as various input information indicating the operating state of the vehicle.

S102では、ランキンサイクルシステムSの作動中であるか否かを判定する。作動中である場合は、S108へ進み、作動中でない、つまり、ランキンサイクルシステムSの停止中である場合は、S103へ進む。 In S102, it is determined whether or not the Rankine cycle system S is in operation. If it is in operation, the process proceeds to S108, and if it is not in operation, that is, when the Rankine cycle system S is stopped, the process proceeds to S103.

S103~105では、ランキンサイクルシステムSの作動条件が成立しているか否かを判定する。S103~105の全ての条件が成立している場合にのみ、ランキンサイクルシステムSの作動を許可し、いずれか1つの条件でも成立していない場合は、ランキンサイクルシステムSの作動を禁止ないし保留する。 In S103-105, it is determined whether or not the operating conditions of the Rankine cycle system S are satisfied. The operation of the Rankine cycle system S is permitted only when all the conditions of S103 to S105 are satisfied, and the operation of the Rankine cycle system S is prohibited or suspended when any one of the conditions is not satisfied. .

S103では、車速VSPが所定速度VSP1以上であるか否かを判定する。相当量の走行風を受けることが、高温ラジエータ12および低温ラジエータ16を機能させるのに必要だからである。車速VSPが所定速度VSP1以上である場合は、S104へ進み、所定車速VSP1未満である場合は、ランキンサイクルシステムSの作動を保留すべく、今回のルーチンを終了する。 In S103, it is determined whether or not the vehicle speed VSP is equal to or higher than a predetermined speed VSP1. This is because it is necessary for the high temperature radiator 12 and the low temperature radiator 16 to function to receive a considerable amount of running wind. If the vehicle speed VSP is equal to or higher than the predetermined speed VSP1, the routine proceeds to S104.

S104では、高温回路水温Twhが所定温度Th1以上であるか否かを判定する。所定温度Th1は、蒸発器21による作動流体の蒸発に必要な温度であり、本実施形態では、内燃エンジン11の暖機の完了を判定可能な温度として、例えば、80℃に設定される。高温回路水温Twhが所定温度Th1以上である場合は、S105へ進み、所定温度Th1未満である場合は、ランキンサイクルシステムSの作動を保留すべく、今回のルーチンを終了する。 In S104, it is determined whether or not the high-temperature circuit water temperature Twh is equal to or higher than a predetermined temperature Th1. The predetermined temperature Th1 is a temperature necessary for the evaporator 21 to evaporate the working fluid, and in the present embodiment, is set at 80° C., for example, as a temperature at which it can be determined whether the internal combustion engine 11 has been warmed up. If the high-temperature circuit water temperature Twh is equal to or higher than the predetermined temperature Th1, the routine proceeds to S105, and if it is lower than the predetermined temperature Th1, the current routine is terminated to suspend the operation of the Rankine cycle system S.

S105では、低温回路水温Twlが第1の所定温度Tl1以下であるか否かを判定する。第1の所定温度Tl1は、低温冷却液が、低温冷却液回路Clの本来の冷却対象である電気モータ17の冷却に必要な範囲の温度であることを判定するためのものであり、本実施形態では、そのような範囲の最高温度に対し、ある程度の余裕代を持たせた温度として、例えば、55℃に設定される。低温回路水温Twlが第1の所定温度Tl1以下である場合は、S106へ進み、第1の所定温度Tl1よりも高い場合は、ランキンサイクルシステムSの作動を保留すべく、今回のルーチンを終了する。 In S105, it is determined whether or not the low-temperature circuit water temperature Twl is equal to or lower than the first predetermined temperature Tl1. The first predetermined temperature Tl1 is for determining that the low-temperature coolant is in a temperature range necessary for cooling the electric motor 17, which is the original cooling target of the low-temperature coolant circuit Cl. In the form, the temperature is set to, for example, 55° C. as a temperature with a certain amount of margin for the maximum temperature in such a range. If the low-temperature circuit water temperature Twl is equal to or lower than the first predetermined temperature Tl1, the routine proceeds to S106. .

S106では、ポンプ24を作動させ、ランキンサイクルシステムSを作動させる。 In S106, the pump 24 is operated and the Rankine cycle system S is operated.

S107では、第1開閉弁v21を閉弁させ、第2開閉弁v22を開弁させるとともに、流路切替弁v1により、高温ラジエータ12の接続先を第2案内流路Pg2、つまり、低温冷却液回路Clに設定する。これにより、低温冷却液回路Clを高温ラジエータ12に連通させるとともに、高温ラジエータ12を高温冷却液回路Chの主流路Pmから分離させる。そして、ランキンサイクルシステムSの作動中であることを示すフラグを設定することで、その後、制御がS102からS108へ進むようにする。 In S107, the first on-off valve v21 is closed and the second on-off valve v22 is opened. Set to circuit Cl. As a result, the low-temperature coolant circuit Cl is communicated with the high-temperature radiator 12, and the high-temperature radiator 12 is separated from the main flow path Pm of the high-temperature coolant circuit Ch. Then, by setting a flag indicating that the Rankine cycle system S is in operation, control proceeds from S102 to S108.

S108では、低温回路水温Twlが第2の所定温度Tl2以下であるか否かを判定する。第2の所定温度Tl2は、低温冷却液の温度が上昇し、電気モータ17の冷却に支障が生じつつあることを示す温度として、第1の所定温度Tl1よりも低い温度に設定される。低温回路水温Twlが第2の所定温度Tl2以下である場合は、ランキンサイクルシステムSを引き続き作動させるべく、今回のルーチンを終了し、第2の所定温度Tl2よりも高い場合は、S109へ進む。 In S108, it is determined whether or not the low-temperature circuit water temperature Twl is equal to or lower than the second predetermined temperature Tl2. The second predetermined temperature Tl2 is set to a temperature lower than the first predetermined temperature Tl1 as a temperature indicating that the temperature of the low-temperature coolant is increasing and the cooling of the electric motor 17 is becoming difficult. If the low-temperature circuit water temperature Twl is equal to or lower than the second predetermined temperature Tl2, the current routine is terminated so as to continue operating the Rankine cycle system S. If it is higher than the second predetermined temperature Tl2, the process proceeds to S109.

S109では、低温回路水温Twlが第3の所定温度Tl3以下であるか否かを判定する。第3の所定温度Tl3は、低温冷却液の温度がさらに上昇し、電気モータ17の冷却への支障が顕著となったことを示す温度として、第2の所定温度Tl2よりも高い温度に設定される。本実施形態では、第1の所定温度Tl1と第3の所定温度Tl3との間にヒステリシスを持たせ、第3の所定温度Tl3は、第1の所定温度Tl1よりも高い温度に設定される。低温回路水温Twlが第3の所定温度Tl3以下である場合は、S110へ進み、第3の所定温度Tl3よりも高い場合は、S112へ進む。 In S109, it is determined whether or not the low-temperature circuit water temperature Twl is equal to or lower than the third predetermined temperature Tl3. The third predetermined temperature Tl3 is set to a temperature higher than the second predetermined temperature Tl2 as a temperature indicating that the temperature of the low-temperature coolant has further increased and the cooling of the electric motor 17 has become significantly hindered. be. In this embodiment, hysteresis is provided between the first predetermined temperature Tl1 and the third predetermined temperature Tl3, and the third predetermined temperature Tl3 is set to a temperature higher than the first predetermined temperature Tl1. If the low-temperature circuit water temperature Twl is equal to or lower than the third predetermined temperature Tl3, the process proceeds to S110, and if higher than the third predetermined temperature Tl3, the process proceeds to S112.

S110では、ランキンサイクルシステムSの廃熱回収容量を制限する。例えば、ポンプ24の吐出流量を減少させることで、ランキンサイクルシステムSにおける作動流体の循環流量を低下させる。 At S110, the waste heat recovery capacity of the Rankine cycle system S is limited. For example, by reducing the discharge flow rate of the pump 24, the circulation flow rate of the working fluid in the Rankine cycle system S is reduced.

S111では、第1開閉弁v21を開弁させ、第2開閉弁v22を閉弁させるとともに、流路切替弁v1により、高温ラジエータ12の接続先を高温冷却液回路Chの主流路Pmに設定する。これにより、低温冷却液回路Clを高温冷却液回路Chの主流路Pmから分離させるとともに、高温冷却液の流れに関し、高温ラジエータ12を高温冷却液回路Chに組み込む。これにより、内燃エンジン11により加熱された高温冷却液は、再度高温ラジエータ12に導入され、その熱が高温ラジエータ12により放出されるようになる。 In S111, the first on-off valve v21 is opened, the second on-off valve v22 is closed, and the connection destination of the high-temperature radiator 12 is set to the main flow path Pm of the high-temperature coolant circuit Ch by the flow path switching valve v1. . This separates the low-temperature coolant circuit Cl from the main flow path Pm of the high-temperature coolant circuit Ch, and incorporates the high-temperature radiator 12 into the high-temperature coolant circuit Ch with respect to the flow of the high-temperature coolant. As a result, the high-temperature coolant heated by the internal combustion engine 11 is introduced into the high-temperature radiator 12 again, and the heat is released by the high-temperature radiator 12 .

S112では、ポンプ24を停止させ、ランキンサイクルシステムSを停止させる。 In S112, the pump 24 is stopped and the Rankine cycle system S is stopped.

図5および6は、本実施形態に係る廃熱回収装置1に適用可能な内燃エンジン11の高温冷却液回路Chおよび低温冷却液回路Clの構成を概略的に示し、図5は、ランキンサイクルシステムSの停止時における熱媒体の流れを、図6は、作動時における熱媒体の流れを、夫々矢印により併せて示している。 5 and 6 schematically show configurations of the high-temperature coolant circuit Ch and the low-temperature coolant circuit Cl of the internal combustion engine 11 applicable to the waste heat recovery system 1 according to this embodiment, and FIG. FIG. 6 shows the flow of the heat medium when the S is stopped, and the flow of the heat medium when the S is in operation, together with arrows.

高温冷却液回路Chには、内燃エンジン1のシリンダブロックに形成された冷却水通路11pを介して高温冷却液が供給される要素として、暖房用のキャビンヒータ31、スロットルチャンバ32、ターボチャージャ32(特にその排気タービン)およびEGRクーラ14が設けられるほか、冷却水通路11pを介さずに高温冷却液が直に供給される要素として、オイルクーラ34およびインタクーラ35が設けられている。ポンプ13から吐出され、これらの各部に分配された高温冷却液は、各部の冷却後(キャビンヒータ31およびスロットルチャンバ32については加熱)、合流し、ポンプ13により再度圧送される。ここで、ランキンサイクルシステムSの蒸発器21および加熱器23は、高温冷却水の流れの方向に、いずれも内燃エンジン11(特にその本体)の下流側に配置され、蒸発器21は、キャビンヒータ31の下流側に、加熱器23は、EGRクーラ14の下流側に、夫々配置されている。図5は、ランキンサイクルシステムSの作動流体を循環させる流路を太い点線により概念的に示しており、この循環流路は、作動流体の流れの方向に、蒸発器21、EGRクーラ14および加熱器23をこの順で経由した後、後に述べる凝縮器22を通過する。 The high-temperature coolant circuit Ch includes a heating cabin heater 31, a throttle chamber 32, a turbocharger 32 ( An oil cooler 34 and an intercooler 35 are provided as elements to which the high-temperature coolant is directly supplied without passing through the coolant passage 11p, in addition to the exhaust turbine) and the EGR cooler 14 being provided. The high-temperature coolant discharged from the pump 13 and distributed to each of these parts is combined after each part is cooled (heated for the cabin heater 31 and the throttle chamber 32), and pumped by the pump 13 again. Here, the evaporator 21 and the heater 23 of the Rankine cycle system S are both arranged downstream of the internal combustion engine 11 (especially its main body) in the direction of flow of the high-temperature cooling water, and the evaporator 21 is the cabin heater. A heater 23 is arranged downstream of 31 and downstream of the EGR cooler 14, respectively. FIG. 5 conceptually shows the flow path for circulating the working fluid of the Rankine cycle system S by a thick dotted line. After passing through the device 23 in this order, it passes through the condenser 22 which will be described later.

高温冷却液回路Chには、さらに、高温冷却液が貯蔵されたリザーバタンク36、高温ラジエータ12が介装されている。本実施形態において、リザーバタンク36および高温ラジエータ12は、高温冷却液の流れに関して互いに並列に配置され、先に述べた高温冷却液が供給される要素とも並列な関係にある。 The high-temperature coolant circuit Ch further includes a reservoir tank 36 in which high-temperature coolant is stored and a high-temperature radiator 12 . In this embodiment, the reservoir tank 36 and the hot radiator 12 are arranged in parallel with each other with respect to the flow of hot coolant and are also in parallel with the previously mentioned hot coolant supplied elements.

低温冷却液回路Clには、冷却対象として電気モータ17が設けられるとともに、低温冷却液が貯蔵されたリザーバタンク37、低温ラジエータ16が介装されている。ポンプ18から吐出された低温冷却液は、電気モータ17に供給され、電気モータ17の冷却後、リザーバタンク37を介して低温ラジエータ16に導入され、冷却される。ランキンサイクルシステムSの凝縮器22は、低温冷却液の流れに関して電気モータ17とは並列な関係にある。 The low-temperature coolant circuit Cl is provided with an electric motor 17 as an object to be cooled, and also includes a reservoir tank 37 storing a low-temperature coolant and a low-temperature radiator 16 . The low-temperature coolant discharged from the pump 18 is supplied to the electric motor 17, and after cooling the electric motor 17, it is introduced into the low-temperature radiator 16 via the reservoir tank 37 and cooled. The condenser 22 of the Rankine cycle system S is in parallel with the electric motor 17 with respect to the cryogenic coolant flow.

ランキンサイクルシステムSの停止時では、流路切替弁v1により、高温ラジエータ12の接続先が高温冷却液回路Chの主流路Pmに設定されるとともに、第1開閉弁v21が開弁されて、高温冷却液の高温ラジエータ12への流入が許容される一方、第2開閉弁v22が閉弁されて、低温冷却液の高温ラジエータ12への流入が禁止される。 When the Rankine cycle system S is stopped, the flow path switching valve v1 sets the connection destination of the high temperature radiator 12 to the main flow path Pm of the high temperature coolant circuit Ch, and the first on-off valve v21 is opened to reduce the high temperature. While the cooling liquid is permitted to flow into the high temperature radiator 12, the second on-off valve v22 is closed to prohibit the low temperature cooling liquid from flowing into the high temperature radiator 12. FIG.

図6は、本実施形態に係る高温冷却液回路Chおよび低温冷却液回路Clでの、ランキンサイクルシステムSの作動時における熱媒体の流れを示している。 FIG. 6 shows the flow of the heat medium during operation of the Rankine cycle system S in the high-temperature coolant circuit Ch and the low-temperature coolant circuit Cl according to this embodiment.

ランキンサイクルシステムSの作動時では、第1開閉弁v21が閉弁されて、高温冷却液の高温ラジエータ12への流入が禁止される一方、流路切替弁v1により、高温ラジエータ12の接続先が第2案内流路Pg2に設定されるとともに、第2開閉弁v22が開弁されて、低温冷却液の高温ラジエータ12への流入が許容される。 When the Rankine cycle system S is in operation, the first on-off valve v21 is closed to prohibit the high-temperature coolant from flowing into the high-temperature radiator 12. The second guide flow path Pg2 is set, and the second on-off valve v22 is opened to allow the low-temperature coolant to flow into the high-temperature radiator 12 .

本実施形態に係る廃熱回収装置は、以上のように構成され、本実施形態により得られる作用および効果について、以下に説明する。 The waste heat recovery device according to this embodiment is configured as described above, and the actions and effects obtained by this embodiment will be described below.

第1に、ランキンサイクルシステムSの作動時において、蒸発器21により高温冷却液の熱が奪われるため、高温ラジエータ12の冷却能力に余裕ができるかまたは高温ラジエータ12による高温冷却液の冷却自体が不要となる。そこで、高温ラジエータ12を介する低温冷却液の第2回路を形成し、低温冷却液により凝縮器22で回収された熱を高温ラジエータ12により放熱可能とすることで、換言すれば、ランキンサイクルシステムSの作動により高温ラジエータ12にできた冷却能力の余裕分を凝縮器22で回収された熱の放出に振り向けることで、大きな冷却容量を確保することが容易となり、廃熱回生効率を改善することが可能となる。 First, when the Rankine cycle system S is in operation, the evaporator 21 absorbs the heat of the high-temperature coolant, so the cooling capacity of the high-temperature radiator 12 has some margin, or the high-temperature coolant itself cannot be cooled by the high-temperature radiator 12. becomes unnecessary. Therefore, by forming a second circuit of the low-temperature coolant through the high-temperature radiator 12 and allowing the heat recovered in the condenser 22 by the low-temperature coolant to be dissipated by the high-temperature radiator 12, in other words, the Rankine cycle system S By allocating the surplus of the cooling capacity generated in the high-temperature radiator 12 by the operation of the condenser 22 to release the heat recovered by the condenser 22, it becomes easy to secure a large cooling capacity, and the waste heat regeneration efficiency is improved. becomes possible.

ここで、ランキンサイクルシステムSの作動時に、高温ラジエータ12を、高温冷却液回路Chの主流路Pmから分離し、高温冷却液を、高温ラジエータ12を迂回させて流すことで、高温冷却液回路Chおよび低温冷却液回路Clのそれぞれにおける冷却液の温度管理が容易となる。 Here, when the Rankine cycle system S is operated, the high-temperature radiator 12 is separated from the main flow path Pm of the high-temperature coolant circuit Ch, and the high-temperature coolant flows by bypassing the high-temperature radiator 12, so that the high-temperature coolant circuit Ch and low-temperature coolant circuit Cl, respectively.

さらに、低温冷却液により凝縮器22で回収された熱を、高温ラジエータ12ばかりでなく、低温ラジエータ16によっても放熱可能とすることで、より大きな冷却容量を確保することができる。 Further, the heat recovered by the condenser 22 by the low-temperature coolant can be dissipated not only by the high-temperature radiator 12 but also by the low-temperature radiator 16, thereby ensuring a larger cooling capacity.

第2に、低温冷却液の温度Twlが第1の所定温度Tl1以下である場合に限ってランキンサイクルシステムSを作動させることで、低温冷却液に本来求められる冷却能力(具体的には、電気モータ17の冷却)を確保することが可能となる。 Second, by operating the Rankine cycle system S only when the temperature Twl of the low-temperature coolant is equal to or lower than the first predetermined temperature Tl1, the cooling capacity originally required for the low-temperature coolant (specifically, the electric cooling of the motor 17) can be ensured.

第3に、ランキンサイクルシステムSの作動中に、低温冷却液の温度Twlが上昇し、第2の所定温度Tl2を超えたときに、ランキンサイクルシステムSの廃熱回生容量を低下させることで、低温冷却液による熱回収が過剰となりつつある場合のフェールセーフを図ることが可能となる。ここで、本実施形態では、低温冷却液回路Clを高温冷却液回路Chの主流路Pmから分離し、第2回路を介する低温冷却液の循環を停止させることで、低温冷却液の冷却に高温ラジエータ12が寄与せず、冷却容量が低下することとなるが、廃熱回生容量を低下させているので、他の放熱器(つまり、低温ラジエータ16)による対処が可能である。 Third, during the operation of the Rankine cycle system S, when the temperature Twl of the low-temperature coolant rises and exceeds the second predetermined temperature Tl2, the waste heat regeneration capacity of the Rankine cycle system S is reduced, It is possible to achieve a fail-safe when the heat recovery by the low-temperature coolant is becoming excessive. Here, in the present embodiment, the low-temperature coolant circuit Cl is separated from the main flow path Pm of the high-temperature coolant circuit Ch, and the circulation of the low-temperature coolant through the second circuit is stopped. Although the radiator 12 does not contribute and the cooling capacity is reduced, since the waste heat regeneration capacity is reduced, it can be dealt with by another radiator (that is, the low-temperature radiator 16).

他方で、低温冷却液の温度Twlが第2の所定温度Tl2を超えたときに、高温ラジエータ12を高温冷却液回路Chに組み込み(つまり、復帰させ)、高温冷却液を高温ラジエータ12により冷却可能としたことで、廃熱回生容量の低下に対し、高温冷却液に対する冷却効果の補填を図ることが可能となる。 On the other hand, when the temperature Twl of the low-temperature coolant exceeds the second predetermined temperature Tl2, the high-temperature radiator 12 is incorporated (that is, restored) in the high-temperature coolant circuit Ch, and the high-temperature coolant can be cooled by the high-temperature radiator 12. As a result, it becomes possible to compensate for the reduction in the waste heat regeneration capacity with the cooling effect of the high-temperature coolant.

第4に、低温冷却液の温度Twlがさらに上昇し、第3の所定温度Tl3を超えたときに、ランキンサイクルシステムSを停止させることで、低温冷却液による熱回収が過剰となり、低温冷却液の本体の冷却対象である電気モータ17の冷却に過度な支障が生じるのを回避することが可能となる。 Fourth, when the temperature Twl of the low-temperature coolant further increases and exceeds the third predetermined temperature Tl3, the Rankine cycle system S is stopped. It is possible to avoid excessive trouble in cooling the electric motor 17, which is the object of cooling of the main body.

以上の説明では、ランキンサイクルシステムSの作動時において、低温冷却液により凝縮器22で回収された熱を、高温ラジエータ12と低温ラジエータ16との双方により放出させることとしたが、低温冷却液からの放熱は、高温ラジエータ12のみにより行うことも可能である。 In the above description, when the Rankine cycle system S is in operation, the heat recovered by the condenser 22 from the low-temperature coolant is released by both the high-temperature radiator 12 and the low-temperature radiator 16. It is also possible to dissipate heat only by the high temperature radiator 12 .

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を、上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更および修正が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments merely show a part of the application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configurations of the above embodiments. not on purpose. Various changes and modifications can be made to the above-described embodiment within the scope of matters described in the claims.

1…廃熱回収装置
11…熱源(内燃エンジン)
12…高温ラジエータ
16…低温ラジエータ
17…電気モータ
21…蒸発器
22…凝縮器
23…加熱器
25…膨張機
S…ランキンサイクルシステム
Ch…高温冷却液回路
Cl…低温冷却液回路
Pm…主流路
Pb…バイパス流路
Pg1、Pg2…案内流路
v1…流路切替弁
v21、v22…開閉弁
1... Waste heat recovery device 11... Heat source (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12... High temperature radiator 16... Low temperature radiator 17... Electric motor 21... Evaporator 22... Condenser 23... Heater 25... Expander S... Rankine cycle system Ch... High temperature coolant circuit Cl... Low temperature coolant circuit Pm... Main flow path Pb Bypass flow path Pg1, Pg2 Guide flow path v1 Flow path switching valve v21, v22 Open/close valve

Claims (10)

作動流体を蒸発させる蒸発器と、
前記作動流体の流れの方向に、前記蒸発器の下流側に配置され、前記作動流体の蒸気を凝縮させる凝縮器と、
を備えるランキンサイクルシステムの運転方法であって、
熱源を介する第1熱媒体の第1回路であって、前記熱源により加熱された前記第1熱媒体を第1放熱器により冷却可能に構成された第1回路に、前記蒸発器を、前記第1熱媒体により前記作動流体を加熱可能に接続し、
前記蒸発器および前記凝縮器に前記作動流体を循環させる前記ランキンサイクルシステムの作動時に、
前記凝縮器と前記第1放熱器との間で、第2熱媒体を前記第1熱媒体の流れとは並列に循環させる、前記第2熱媒体の第2回路を形成し、
前記第2熱媒体により前記凝縮器で回収された熱を、前記第1放熱器で放熱させる、
ランキンサイクルシステムの運転方法。
an evaporator for evaporating the working fluid;
a condenser arranged downstream of the evaporator in the direction of flow of the working fluid for condensing the vapor of the working fluid;
A method of operating a Rankine cycle system comprising
The evaporator is connected to the first circuit of the first heat medium through a heat source, the first heat medium heated by the heat source being cooled by a first radiator. 1 connecting the working fluid so that it can be heated by a heat medium;
During operation of the Rankine cycle system that circulates the working fluid through the evaporator and the condenser,
forming a second circuit of the second heat medium between the condenser and the first radiator, circulating the second heat medium in parallel with the flow of the first heat medium;
The heat recovered by the condenser by the second heat medium is radiated by the first radiator;
How to operate a Rankine cycle system.
前記ランキンサイクルシステムの作動時に、前記第1熱媒体を、前記第1放熱器を迂回させて流す、
請求項1に記載のランキンサイクルシステムの運転方法。
During operation of the Rankine cycle system, the first heat medium is flowed by bypassing the first radiator;
A method of operating the Rankine cycle system according to claim 1 .
前記第2回路に、第2放熱器を備え、
前記ランキンサイクルシステムの作動時に、前記第2熱媒体により回収された熱を、前記第1放熱器および前記第2放熱器で放熱させる、
請求項1または2に記載のランキンサイクルシステムの運転方法。
The second circuit includes a second radiator,
During operation of the Rankine cycle system, the heat recovered by the second heat medium is radiated by the first radiator and the second radiator;
A method for operating the Rankine cycle system according to claim 1 or 2.
前記第2回路を循環する前記第2熱媒体は、前記第1回路を循環する前記第1熱媒体よりも低温である、
請求項1~3のいずれか一項に記載のランキンサイクルシステムの運転方法。
The second heat medium circulating in the second circuit has a lower temperature than the first heat medium circulating in the first circuit,
A method for operating the Rankine cycle system according to any one of claims 1 to 3.
前記第2熱媒体の温度を検出し、
検出された前記第2熱媒体の温度が第1の所定温度以下である場合に、前記ランキンサイクルシステムを作動させ、
前記検出された温度が前記第1の所定温度を超える場合は、前記ランキンサイクルシステムを停止させる、
請求項1~4のいずれか一項に記載のランキンサイクルシステムの運転方法。
detecting the temperature of the second heat medium;
operating the Rankine cycle system when the detected temperature of the second heat medium is equal to or lower than a first predetermined temperature;
stopping the Rankine cycle system if the detected temperature exceeds the first predetermined temperature;
A method for operating the Rankine cycle system according to any one of claims 1 to 4.
前記ランキンサイクルシステムの作動時に、前記検出された温度が前記第1の所定温度よりも低い第2の所定温度を超えたときは、前記ランキンサイクルシステムの廃熱回生容量を低下させる、
請求項5に記載のランキンサイクルシステムの運転方法。
reducing waste heat regeneration capacity of the Rankine cycle system when the detected temperature exceeds a second predetermined temperature lower than the first predetermined temperature during operation of the Rankine cycle system;
A method for operating the Rankine cycle system according to claim 5 .
前記ランキンサイクルシステムの作動時に、前記検出された温度が前記第2の所定温度よりも高い第3の所定温度に達したときは、前記ランキンサイクルシステムを停止させる、
請求項6に記載のランキンサイクルシステムの運転方法。
stopping the Rankine cycle system when the detected temperature reaches a third predetermined temperature higher than the second predetermined temperature during operation of the Rankine cycle system;
A method for operating the Rankine cycle system according to claim 6 .
前記廃熱回生容量を低下させる際に、前記第1熱媒体を、前記第1放熱器を介して循環させる、
請求項6または7に記載のランキンサイクルシステムの運転方法。
circulating the first heat medium through the first radiator when reducing the waste heat regeneration capacity;
A method for operating the Rankine cycle system according to claim 6 or 7.
作動流体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器により蒸発させた前記作動流体の蒸気を受ける膨張機と、前記作動流体の流れの方向に、前記膨張機の下流側に配置され、前記作動流体の蒸気を凝縮させる凝縮器と、を備えるランキンサイクルシステムと、
第1熱媒体を、熱源を介して循環させる高温回路であって、
前記熱源により加熱された前記第1熱媒体を冷却可能に介装された第1放熱器を備え、
前記蒸発器が、前記第1熱媒体により前記作動流体を加熱可能に接続された高温回路と、
前記高温回路とは独立に構成された、第2熱媒体を循環させる低温回路であって、前記凝縮器が、前記第2熱媒体により前記作動流体の熱を回収可能に接続された低温回路と、
前記低温回路から延在し、前記第2熱媒体を前記第1放熱器に導入可能に配設された案内流路であって、当該案内流路にまたはこれに付帯して設けられた切替弁を備え、前記切替弁は、前記第1熱媒体または前記第2熱媒体の、前記第1放熱器に対する択一的な流入を許容する案内流路と、
前記切替弁の動作を制御するコントローラと、
を備える、廃熱回収装置。
an evaporator that evaporates a working fluid; an expander that receives the vapor of the working fluid evaporated by the evaporator; a Rankine cycle system comprising a condenser for condensing steam;
A high-temperature circuit for circulating a first heat medium through a heat source,
A first radiator interposed so as to be able to cool the first heat medium heated by the heat source,
a high-temperature circuit in which the evaporator is connected so as to be able to heat the working fluid with the first heat medium;
A low-temperature circuit configured independently of the high-temperature circuit and configured to circulate a second heat medium, wherein the condenser is connected to the low-temperature circuit so that heat of the working fluid can be recovered by the second heat medium. ,
A guide passage extending from the low-temperature circuit and disposed so as to introduce the second heat medium into the first radiator, the switching valve provided in or attached to the guide passage. wherein the switching valve includes a guide flow path that allows the first heat medium or the second heat medium to selectively flow into the first radiator;
a controller that controls the operation of the switching valve;
A waste heat recovery device.
作動流体を蒸発させる蒸発器と、前記作動流体の流れの方向に、前記蒸発器の下流側に配置され、前記作動流体の蒸気を凝縮させる凝縮器と、を備えるランキンサイクルシステムと、
熱源を介する第1熱媒体の第1回路であって、前記熱源により加熱された前記第1熱媒体を冷却可能に介装された第1放熱器を備え、前記蒸発器が、前記第1熱媒体により前記作動流体を加熱可能に接続された第1回路と、
を備え、
前記ランキンサイクルシステムを停止させる第1作動モードでは、前記熱源により前記第1熱媒体に付与された熱を、前記第1回路を通じて前記第1放熱器で放熱させ、
前記ランキンサイクルシステムを作動させる第2作動モードでは、
前記凝縮器と前記第1放熱器との間で、第2熱媒体を前記第1熱媒体の流れとは並列に循環させる、前記第2熱媒体の第2回路を形成し、
前記第2熱媒体により前記凝縮器で回収された熱を、前記第2回路を通じて前記第1放熱器で放熱させる、
廃熱回収装置。
a Rankine cycle system comprising an evaporator for evaporating a working fluid and a condenser positioned downstream of the evaporator in the direction of flow of the working fluid for condensing a vapor of the working fluid;
A first circuit of a first heat medium through a heat source, comprising a first radiator interposed so as to be able to cool the first heat medium heated by the heat source, wherein the evaporator receives the first heat. a first circuit connected by a medium so as to be able to heat the working fluid;
with
In a first operation mode for stopping the Rankine cycle system, the heat given to the first heat medium by the heat source is radiated by the first radiator through the first circuit,
In a second mode of operation for operating the Rankine cycle system,
forming a second circuit of the second heat medium between the condenser and the first radiator, circulating the second heat medium in parallel with the flow of the first heat medium;
The heat recovered by the condenser by the second heat medium is dissipated by the first radiator through the second circuit;
Waste heat recovery equipment.
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