JP2013160076A - Rankine cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ランキンサイクル装置に関し、特に、作動流体の蒸気を生成する蒸気発生器と、この蒸気を膨張させる膨張機と、作動流体を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から流出する作動流体を前記蒸気発生器へ圧送するポンプと、前記蒸気発生器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプを順次接続する作動流体回路を備えたランキンサイクル装置に関する。 The present invention relates to a Rankine cycle device, and in particular, a steam generator that generates steam of a working fluid, an expander that expands the steam, a condenser that condenses the working fluid, and a working fluid that flows out of the condenser. The present invention relates to a Rankine cycle apparatus including a pump that pumps the steam to the steam generator, and a working fluid circuit that sequentially connects the steam generator, the expander, the condenser, and the pump.
ランキンサイクル装置の従来技術としては、例えば、特許文献1に開示されたランキンサイクルが知られている。
特許文献1に開示されたランキンサイクルは、蒸気発生器、膨張機および熱交換器を有している。
蒸気発生器は、エンジンから排出される燃焼ガスを熱源として蒸気を生成し、膨張機は蒸気発生器で生成された蒸気を膨張させる。
熱交換器は、膨張機にて膨張を終えた作動流体とエンジン冷却水回路内を循環するエンジン冷却水との熱交換を行い、作動流体の凝縮を行う。
As a prior art of the Rankine cycle apparatus, for example, the Rankine cycle disclosed in Patent Document 1 is known.
The Rankine cycle disclosed in Patent Document 1 includes a steam generator, an expander, and a heat exchanger.
The steam generator generates steam using the combustion gas discharged from the engine as a heat source, and the expander expands the steam generated by the steam generator.
The heat exchanger performs heat exchange between the working fluid that has been expanded by the expander and the engine coolant circulating in the engine coolant circuit, and condenses the working fluid.
また、このランキンサイクルは、エンジン冷却水と大気とを熱交換するラジエータを有している。
このランキンサイクルでは、エンジン冷却水の流れに対して、ラジエータと熱交換器とが並列に配置されている。
The Rankine cycle has a radiator that exchanges heat between the engine coolant and the atmosphere.
In this Rankine cycle, a radiator and a heat exchanger are arranged in parallel to the flow of engine cooling water.
しかしながら、特許文献1に開示されたランキンサイクルによれば、熱交換器においてエンジン冷却後の高温のエンジン冷却水を用いて作動流体の凝縮を行うことから、凝縮圧が高くなり、熱機関としての熱効率が低いため、廃熱の回生量が少ないという問題がある。 However, according to the Rankine cycle disclosed in Patent Document 1, since the working fluid is condensed using high-temperature engine cooling water after engine cooling in the heat exchanger, the condensation pressure increases, Since heat efficiency is low, there is a problem that the amount of regenerated waste heat is small.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、廃熱の回生量をより多くすることができ、熱機関としての熱効率の良いランキンサイクル装置の提供にある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a Rankine cycle device that can increase the amount of regenerated waste heat and has high thermal efficiency as a heat engine.
上記の課題を解決するために、本発明は、作動流体の蒸気を生成する蒸気発生器と、前記作動流体の蒸気を膨張させる膨張機と、前記膨張機から流出される前記作動流体を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から流出する作動流体を前記蒸気発生器へ圧送するポンプと、蒸気発生器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプを順次接続する作動流体回路を備えたランキンサイクル装置において、前記凝縮器は内燃機関の冷却水を冷却するラジエータの下流側の冷却水と作動流体とを熱交換させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention condenses a steam generator that generates steam of a working fluid, an expander that expands the steam of the working fluid, and the working fluid that flows out of the expander. Rankine cycle apparatus comprising a condenser, a pump for pumping the working fluid flowing out of the condenser to the steam generator, and a working fluid circuit for sequentially connecting the steam generator, the expander, the condenser and the pump The condenser is characterized in that heat is exchanged between the cooling water downstream of the radiator for cooling the cooling water of the internal combustion engine and the working fluid.
本発明によれば、凝縮器ではラジエータにおいて冷却された低温の冷却水と作動流体との熱交換が行われることから、凝縮圧が低くなり、熱機関としての熱効率が高いため、廃熱の回生量を多くすることができる。 According to the present invention, in the condenser, heat exchange between the low-temperature cooling water cooled in the radiator and the working fluid is performed, so that the condensation pressure is reduced and the heat efficiency as the heat engine is high. The amount can be increased.
また、上記のランキンサイクル装置において、前記作動流体回路における前記凝縮器を一次凝縮器とし、前記一次凝縮器の下流側に二次凝縮器を設け、前記一次凝縮器から流出される作動流体を前記二次凝縮器により凝縮する構成としてもよい。
この場合、二次凝縮器が一次凝縮器から流出される作動流体を凝縮するため、より回生量を多くすることができる。
また、冷却水の温度が高く、一次凝縮器による冷媒の凝縮量が少ないときであっても、二次凝縮器による凝縮により廃熱の回生量を多くすることができる。
Further, in the Rankine cycle device, the condenser in the working fluid circuit is a primary condenser, a secondary condenser is provided downstream of the primary condenser, and the working fluid flowing out from the primary condenser is It is good also as a structure condensed with a secondary condenser.
In this case, since the secondary condenser condenses the working fluid flowing out from the primary condenser, the amount of regeneration can be increased.
Further, even when the temperature of the cooling water is high and the amount of refrigerant condensed by the primary condenser is small, the amount of waste heat regenerated can be increased by the condensation by the secondary condenser.
また、上記のランキンサイクル装置において、前記蒸気発生器の熱源を前記ラジエータの上流側の冷却水とする構成であってもよい。
この場合、蒸気発生器の熱源をラジエータの上流側の冷却水とすることにより、凝縮器に流入する冷却水の温度を下げることができる。
In the Rankine cycle device, the heat source of the steam generator may be cooling water upstream of the radiator.
In this case, the temperature of the cooling water flowing into the condenser can be lowered by using the heat source of the steam generator as the cooling water upstream of the radiator.
また、上記のランキンサイクル装置において、前記蒸気発生器の熱源は、EGRガスの廃熱又はオイルクーラーのオイルの廃熱とする構成としてもよい。
この場合、従来では内燃機関以外の冷却水へ廃熱されていたEGRガスの廃熱又はオイルクーラーのオイルの廃熱を利用することができ、凝縮器に流入する冷却水の温度をさらに下げることができる。
また、上記のランキンサイクル装置において、前記作動流体回路は、前記一次凝縮器の上流側と前記二次凝縮器の上流側とを接続するバイパス流路と、前記一次凝縮器と前記バイパス流路とを流れる流量を制御する流量制御弁を備えた構成としてもよい。
この場合、冷却水の温度が所定値以上である場合は、流量制御弁により作動流体をバイパス流路に流して、高温の冷却水により作動流体が加温されることを防止できる。
In the Rankine cycle apparatus, the heat source of the steam generator may be configured to use EGR gas waste heat or oil cooler oil waste heat.
In this case, the waste heat of EGR gas or the waste heat of oil in the oil cooler, which has conventionally been waste heat to the coolant other than the internal combustion engine, can be used to further reduce the temperature of the coolant flowing into the condenser. Can do.
In the Rankine cycle device, the working fluid circuit includes a bypass channel connecting the upstream side of the primary condenser and the upstream side of the secondary condenser, the primary condenser, and the bypass channel. It is good also as a structure provided with the flow control valve which controls the flow volume which flows.
In this case, when the temperature of the cooling water is equal to or higher than a predetermined value, it is possible to prevent the working fluid from being heated by the high-temperature cooling water by flowing the working fluid through the bypass flow path by the flow rate control valve.
本発明によれば、廃熱の回生量が多く熱機関としての熱効率の良いランキンサイクル装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the Rankine-cycle apparatus with much regeneration amount of waste heat and favorable thermal efficiency as a heat engine can be provided.
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態に係るランキンサイクル装置を図1に基づいて説明する。
本実施形態のランキンサイクル装置は車両に搭載される車載用ランキンサイクル装置である。
図1に示すように、車両は、エンジン11、ラジエータ12およびポンプ13を備え、エンジン冷却のための冷却水を循環する冷却水回路10を備える。
また、ランキンサイクル装置は、蒸気発生器21、膨張機22、一次凝縮器23、二次凝縮器26および冷媒ポンプ27を備え、冷媒を循環する冷媒回路20を有する。
(First embodiment)
Hereinafter, the Rankine cycle device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
The Rankine cycle device of the present embodiment is a vehicle-mounted Rankine cycle device mounted on a vehicle.
As shown in FIG. 1, the vehicle includes an
In addition, the Rankine cycle apparatus includes a
冷却水回路10について説明する。
内燃機関としてのエンジン11は、車両走行のための駆動力を発生する走行駆動源である。
エンジン11は冷却水回路10を循環する冷却水により冷却される。
冷却水回路10を循環する冷却水は公知の冷却水であり、不凍液(LLC)を用いている。
ラジエータ12は、エンジン11の冷却に使用された冷却水を大気との間で熱交換する冷却水の放熱器であり、冷却風を発生する電動式の送風ファン14を備えている。
The
The
The
The cooling water circulating through the
The
本実施形態の冷却水回路10は、エンジン11の冷却水出口とラジエータ12の冷却水入口を接続する第1流路15と、ラジエータ12の冷却水出口とエンジン11の冷却水入口を接続する第2流路16を備えている。
ラジエータ12の冷却水出口とエンジン11の冷却水入口を接続する第2流路16にはポンプ13が設けられている。
ポンプ13はエンジン11の駆動力を利用して駆動され、冷却水回路10において冷却水を一方向へ向けて循環する。
冷却水回路10は、エンジン11から流出した冷却水をラジエータ12に通さず迂回させてエンジン11に戻すバイパス流路17を備えており、バイパス流路17は第1流路15の分岐点Aから第2流路16の合流点Bを接続する。
The
A
The
The
本実施形態では第2流路16の合流点Bにはサーモスタット18が設けられている。
サーモスタット18は、エンジン11から流出した冷却水をバイパス流路17に流す冷却水の流量とラジエータ12へ通す冷却水の流量を調節する。
サーモスタット18の冷却水の流量調節により、エンジン11の温度は適正な温度範囲内に保つことが可能である。
In the present embodiment, a
The
By adjusting the flow rate of the cooling water in the
サーモスタット18は、ラジエータ12へ通す冷却水とバイパス流路17に流す冷却水の流量比を調整するほか、冷却水を全てラジエータ12に通したり、あるいは冷却水を全てバイパス通路に通したりすることも可能である。
制御装置28は水温センサ19と接続されており、水温センサ19はエンジン11に流入する冷却水の温度を検出する。
制御装置28はラジエータ12の送風ファン14の駆動を制御する。
The
The
The
次に、冷媒回路20について説明する。
作動流体としての冷媒が流れる冷媒回路20は作動流体回路に相当する。
本実施形態のランキンサイクル装置の冷媒回路20は、蒸気発生器21、膨張機22、一次凝縮器23、二次凝縮器26、冷媒ポンプ27を順次接続する。
冷媒回路20の冷媒は、蒸気発生器21、膨張機22、一次凝縮器23、二次凝縮器26、冷媒ポンプ27の並び順に沿って冷媒回路20を流れる。
冷媒回路20における冷媒の流れる方向を冷媒の循環方向とする。
Next, the
The
The
The refrigerant in the
The direction in which the refrigerant flows in the
冷媒回路20は、フルオロカーボンからなる骨格を基本とする冷媒を用いている。
本実施形態では、フルオロカーボンからなる骨格を基本とする冷媒としてHFC134a(R134a)が用いられる。
本実施形態のランキンサイクル装置では、潤滑油が冷媒と共に冷媒回路20を循環する。
冷媒回路20を循環する潤滑油は、膨張機22および冷媒ポンプ27の摺動部における潤滑、密封、冷却等の機能を果たす。
The
In the present embodiment, HFC134a (R134a) is used as a refrigerant based on a skeleton made of fluorocarbon.
In the Rankine cycle device of the present embodiment, the lubricating oil circulates through the
The lubricating oil circulating in the
蒸気発生器21は、エンジン11から排出される排気ガスを熱源(図示せず)として冷媒の蒸気を発生させる手段である。
蒸気発生器21では、冷媒と排気ガスの熱交換により冷媒が加熱されて蒸気を生成する。
本実施形態のランキンサイクル装置の冷媒回路20では、蒸気発生器21の冷媒出口が第1流路29を介して膨張機22の冷媒入口と接続されている。
The
In the
In the
膨張機22は高圧の蒸気により駆動されるタービン羽根(図示せず)を有しており、高圧の蒸気がタービン羽根を回転することにより、膨張機22は出力軸において回転力を得る。
膨張機22は、蒸気をほぼ断熱状態で減圧膨張させて蒸気が有する熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する
膨張機22の出力軸は発電機(図示せず)に連結されており、膨張機22において得られる回転力は発電機を駆動する。
本実施形態のランキンサイクル装置の冷媒回路20では、膨張機22の冷媒出口が第2流路30を介して一次凝縮器23の冷媒入口と接続されている。
The
The
In the
一次凝縮器23は膨張機22から流出した蒸気の冷媒を通す冷媒通過部24と、蒸気の冷媒を冷却する冷却水を通す冷却水通過部25を有する。
一次凝縮器23の冷却水通過部25は冷却水回路10の第2流路16におけるラジエータ12とサーモスタット18との間に配置されており、冷却水通過部25を通る冷却水は、ラジエータ12通過後の冷却水である。
ラジエータ12通過後の冷却水は、ラジエータ12において大気と熱交換されてラジエータ12通過前の冷却水より低い温度となっている。
膨張機22から流出した蒸気の冷媒とラジエータ12通過後の冷却水との熱交換により、蒸気は凝縮される。
本実施形態のランキンサイクル装置の冷媒回路20では、一次凝縮器23の冷媒出口が第3流路31を介して二次凝縮器26の冷媒入口と接続されている。
The
The cooling
The cooling water after passing through the
The steam is condensed by heat exchange between the refrigerant of the steam flowing out from the
In the
二次凝縮器26は、一次凝縮器23から流出した冷媒をさらに凝縮するものであり、二次凝縮器26では空気と熱交換することにより、冷媒が空気により冷却されて凝縮する。
つまり、二次凝縮器26は空冷式凝縮器である。
本実施形態のランキンサイクル装置の冷媒回路20では、二次凝縮器26の冷媒出口が第4流路32を介して蒸気発生器21の冷媒入口と接続されており、第4流路32には冷媒ポンプ27が設けられている。
The
That is, the
In the
冷媒ポンプ27は二次凝縮器26から流出する冷媒を蒸気発生器21へ圧送するもので、本実施形態では、電動式ポンプを用いている。
冷媒ポンプ27は制御装置28と接続され、冷媒ポンプ27は制御装置28の制御により駆動される。
冷媒ポンプ27が制御装置28により制御されることにより、冷媒は、冷媒回路20において、蒸気発生器21、膨張機22、一次凝縮器23、二次凝縮器26、冷媒ポンプ27の並び順に沿って循環することができる。
冷媒回路20には、一次凝縮器23の上流側と二次凝縮器26の上流側とを接続するバイパス流路33が設けられている。バイパス流路33の第2流路30との接続部には、冷媒通過部24とバイパス流路33とに流れる冷媒の流量を制御可能な流量制御弁34が設けられている。流量制御弁34は、水温センサ19により検出される冷却水の温度に応じて、制御装置28により制御される。
The
The
When the
The
次に、本実施形態のランキンサイクル装置の作動について説明する。
エンジン11の運転時においては、冷却水回路10のポンプ13が駆動され、冷却水回路10の冷却水は、エンジン11、ラジエータ12、一次凝縮器23の冷却水通過部25、サーモスタット18、ポンプ13の順に循環する。
また、エンジン11から流出した冷却水の一部は、ラジエータ12および一次凝縮器23を経由せずにバイパス流路17を通ってサーモスタット18からポンプ13を通る。
Next, the operation of the Rankine cycle device of the present embodiment will be described.
During operation of the
Further, a part of the cooling water flowing out from the
ところで、エンジン11が低負荷運転状態であって、ラジエータ12の通風量が多い場合には、エンジン11に流入する冷却水によりエンジン11が過冷却にならないように制御装置28がサーモスタット18を制御する。
具体的には、エンジン11流入前の冷却水の温度が低くなり過ぎないように、バイパス流路17に通す冷却水を多くして、ラジエータ12に流入する冷却水を少なくなるようにサーモスタット18は冷却水の流れを制御する。
なお、エンジン11が高負荷運転状態であって、ラジエータ12の通風量が少ない場合には、ラジエータ12から流出した冷却水の温度は高くなる。
制御装置28は、エンジン11流入前の冷却水の温度を適正な温度範囲内に保つように、ラジエータ12の送風ファン14を制御する。
By the way, when the
Specifically, the
Note that when the
The
エンジン11の運転時においては、冷媒回路20の冷媒ポンプ27が駆動され、冷媒回路20の冷媒は、蒸気発生器21、膨張機22、一次凝縮器23、二次凝縮器26、冷媒ポンプ27の並び順に沿って循環する。
冷媒ポンプ27の駆動により、膨張機22には蒸気発生器21において生成された高圧の蒸気が流入する。
膨張機22に流入した蒸気は、膨張機22内においてほぼ断熱状態で減圧膨張され、蒸気の熱エネルギーは機械的エネルギーに変換されて膨張機22の出力軸から出力される。
膨張機22の出力は発電機を駆動し、発電機では電力が得られるが、得られた電力は、車両に搭載されている電装品(図示せず)に供給されたり、蓄電池(図示せず)に充電されたりする。
During the operation of the
By driving the
The steam flowing into the
The output of the
膨張機22から流出した蒸気は一次凝縮器23に流入して冷媒通過部24を通り、一次凝縮器23において冷却水との熱交換により凝縮される。
一次凝縮器23の冷却水通過部25を通過する冷却水はラジエータ12通過後の冷却水であり、ラジエータ12通過後の冷却水はラジエータ12通過前の冷却水よりも低い温度である。
このため、ラジエータ12通過後の冷却水と冷媒との熱交換は、ラジエータ12通過前の冷却水と冷媒との熱交換と比較すると、ラジエータ12通過後の冷却水と冷媒との温度差は大きいため、冷媒の凝縮量が多くなる。また、冷却水が低温のため冷媒の凝縮圧を低くすることができる。
The vapor flowing out of the
The cooling water passing through the cooling
For this reason, in the heat exchange between the cooling water and the refrigerant after passing through the
特に、エンジン11が低負荷運転状態であって、ラジエータ12の通風量が多い場合には、エンジン11の過冷却を防止するようにサーモスタット18が冷却水の流れを制御する。
この場合、サーモスタット18は、バイパス流路17に通す冷却水を多くして、ラジエータ12に流入する冷却水を少なくなるように冷却水の流量を制御する。
サーモスタット18の作動により、ラジエータ12を通る冷却水は少量となるため、ラジエータ12を通る冷却水が多い場合と比べて、ラジエータ12通過後の冷却水は十分に冷却されて、ラジエータ12通過後の冷却水の温度は大幅に低下する。
このため、一次凝縮器23では温度の低い冷却水と冷媒との熱交換により冷媒の凝縮量が増大する。また、冷却水が低温のため冷媒の凝縮圧を低くすることができる。
In particular, when the
In this case, the
Since the cooling water passing through the
For this reason, in the
一次凝縮器23から流出した冷媒は二次凝縮器26に流入し、二次凝縮器26に流入した冷媒は大気との熱交換を行う。
冷媒が一次凝縮器23において十分に凝縮された場合には、二次凝縮器26において冷媒が凝縮されることは殆どない。
しかし、一次凝縮器23において十分に凝縮されなかった冷媒が二次凝縮器26に流入した場合、二次凝縮器26において冷媒の凝縮が行われる。
例えば、エンジン11が高負荷運転状態であって、冷却水を冷却するラジエータ12の通風量が少ない場合、ラジエータ12通過後の冷却水はラジエータ12において大気との熱交換により冷却されているものの、ラジエータ12通過後の冷却水の温度は高い。
冷却水の温度が高くなるほど、冷却水と冷媒との温度は小さくなり、一次凝縮器23における冷媒の凝縮量が低下して、十分に冷媒が凝縮されない。
二次凝縮器26は、一次凝縮器23において十分に冷媒が凝縮されないとき、冷媒の凝縮を行って冷媒の凝縮量を増やす。
二次凝縮器26を流出した冷媒は冷媒ポンプ27により蒸気発生器21へ圧送される。
制御装置28は、水温センサ19で検出される冷却水の温度が所定値以上である場合は、流量制御弁34により第2流路30を流れる冷媒をバイパス流路33に流して、高温の冷却水により冷媒が加温されることを防止する。バイパス流路33を流れる冷媒は二次凝縮器26により凝縮される。
The refrigerant flowing out of the
When the refrigerant is sufficiently condensed in the
However, when the refrigerant that has not been sufficiently condensed in the
For example, when the
As the temperature of the cooling water increases, the temperature of the cooling water and the refrigerant decreases, the amount of refrigerant condensed in the
When the refrigerant is not sufficiently condensed in the
The refrigerant that has flowed out of the
When the temperature of the cooling water detected by the
本実施形態のランキンサイクル装置は以下の作用効果を奏する。
(1)一次凝縮器23ではラジエータ12において冷却された冷却水と冷媒との熱交換が行われることから、凝縮における廃熱の回生量を多くすることができ、熱機関としての熱効率を向上することができる。
(2)エンジン11の運転状態やラジエータ12の通風状態により、一次凝縮器23において十分に冷媒が凝縮されなくても、二次凝縮器26が一次凝縮器23から流出される冷媒を凝縮することができるため、より廃熱の回生量を多くすることができる。
(3)バイパス流路17およびサーモスタット18を設けていることから、ラジエータ12および一次凝縮器23を通る冷却水と、バイパス流路17を通る冷却水との流量を調節することができる。冷却水の流量を調節することにより、エンジン11の過冷却を防止することができるほか、一次凝縮器23における冷媒の凝縮を効率良く行うことが可能である。
The Rankine cycle device of the present embodiment has the following operational effects.
(1) Since the
(2) The
(3) Since the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係るランキンサイクル装置について説明する。
第2の実施形態のランキンサイクル装置は、第1の実施形態と同様に車両に搭載される車載用ランキンサイクル装置であるが、冷媒回路の構成が第1の実施形態と異なる。
本実施形態では、第1の実施形態と共通する構成については、第1の実施形態の説明を援用して説明を省略するほか、同じ符号を用いる。
(Second Embodiment)
Next, a Rankine cycle device according to the second embodiment will be described.
The Rankine cycle device according to the second embodiment is a vehicle-mounted Rankine cycle device mounted on a vehicle as in the first embodiment, but the configuration of the refrigerant circuit is different from that of the first embodiment.
In this embodiment, about the structure which is common in 1st Embodiment, description of 1st Embodiment is used and description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is used.
図2に示すように、本実施形態のランキンサイクル装置では、冷媒回路40の蒸気発生器41は、エンジン11から流出した冷却水を熱源とするように設けられている。
冷媒回路40は、蒸気発生器41と膨張機22を接続する第1流路44と、膨張機22と凝縮器23を接続する第2流路45と、凝縮器23と蒸気発生器41を接続する第3流路46を有する。
第3流路46に冷媒ポンプ27が設けられている。
本実施形態の凝縮器23は、第1の実施形態の一次凝縮器23と同一構成であるが、冷媒回路40において二次凝縮器は設置されていない。
As shown in FIG. 2, in the Rankine cycle device of the present embodiment, the
The
A
The
蒸気発生器41は、冷却水回路10における第1流路15の分岐点Aとラジエータ12との間に設けられ、冷媒を通す冷媒通過部42のほか、冷却水を通す冷却水通過部43を備えている。
蒸気発生器41においては、冷却水通過部43を通るエンジン11から流出した高温の冷却水と、冷媒通過部42を通る冷媒との熱交換により冷媒を加熱して蒸気が生成される。
The
In the
本実施形態によれば、冷媒回路40の冷媒ポンプ27が作動されると、冷媒回路40の冷媒は蒸気発生器41に流入する。
蒸気発生器41では、運転状態のエンジン11から流出された高温の冷却水が冷却水通過部43を通り、冷却水通過部43を通る冷却水と冷媒通過部42を通る冷媒との熱交換が行われる。
蒸気発生器41では、高温の冷却水による冷媒の加熱により高圧の冷媒の蒸気が生成される。
蒸気発生器41から流出した高圧の蒸気は膨張機22へ流入され、膨張機22から流出した蒸気は凝縮器23においてラジエータ12から流出した冷却水との熱交換により凝縮される。
According to this embodiment, when the
In the
In the
The high-pressure steam flowing out from the
一方、蒸気発生器41を通過した冷却水は冷媒との熱交換により温度が低下している。
この冷却水はラジエータ12に流入してラジエータ12によりさらに冷却される。
このため、ラジエータ12から流出した冷却水は、より温度の低い冷却水となる。
そして、凝縮器23ではラジエータ12から流出した温度の低い冷却水と冷媒との熱交換により冷媒が凝縮されるから、より冷媒の凝縮量が多くなる。
本実施形態では、蒸気発生器41の熱源を冷却水回路10におけるラジエータ12の上流側の冷却水とすることにより、ラジエータ12から流出して凝縮器23に流入する冷却水の温度を下げることができ、第1の実施形態と比較して、より廃熱の回生量を多くすることができる。
On the other hand, the temperature of the cooling water that has passed through the
This cooling water flows into the
For this reason, the cooling water which flowed out of the
And in the
In the present embodiment, the temperature of the cooling water flowing out of the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係るランキンサイクル装置について説明する。
第3の実施形態のランキンサイクル装置は、第1の実施形態と同様に車両に搭載される車載用ランキンサイクル装置であるが、冷媒回路の構成が第1の実施形態と異なる。
本実施形態では、第1の実施形態と共通する構成については、第1の実施形態の説明を援用して説明を省略するほか、同じ符号を用いる。
(Third embodiment)
Next, a Rankine cycle device according to a third embodiment will be described.
The Rankine cycle device according to the third embodiment is an in-vehicle Rankine cycle device that is mounted on a vehicle as in the first embodiment, but the configuration of the refrigerant circuit is different from that of the first embodiment.
In this embodiment, about the structure which is common in 1st Embodiment, description of 1st Embodiment is used and description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is used.
図3に示すように、本実施形態のランキンサイクル装置では、冷媒回路50の蒸気発生器はEGR(Exhaust Gas Recirculation)クーラー51とし、EGRクーラー51を通るEGRガスを蒸気の生成の熱源とするように設けられている。
冷媒回路50は、EGRクーラー51と膨張機22を接続する第1流路54と、膨張機22と一次凝縮器23を接続する第2流路55と、一次凝縮器23と二次凝縮器26とを接続する第3流路56と、二次凝縮器26と蒸気発生器41を接続する第4流路57を有する。
第4流路57には冷媒ポンプ27が設けられている。
本実施形態の冷媒回路50には、一次凝縮器23の上流側と二次凝縮器26の上流側とを接続するバイパス流路や、バイパス流路のための流量制御弁は設けていない。
As shown in FIG. 3, in the Rankine cycle device of the present embodiment, the steam generator of the
The
A
The
蒸気発生器としてのEGRクーラー51は、冷媒を通す冷媒通過部52のほか、EGRガスを通すEGRガス通過部53を備えている。
EGRガス通過部53の上流側の配管58はエンジン11に設けた排気マニホールド(図示せず)に接続され、EGRガス通過部53の下流側の配管59は吸気マニホールド(図示せず)に接続されている。
EGRクーラー51においては、EGRガス通過部53を通るエンジン11の燃焼ガスの一部をEGRガスとし、高温のEGRガスと冷媒通過部52を通る冷媒との熱交換が行われる。
The
A
In the
本実施形態によれば冷媒回路50の冷媒ポンプ27が作動されると、冷媒回路50の冷媒はEGRクーラー51に流入する。
EGRクーラー51では、運転状態のエンジン11から燃焼ガスの一部である高温のEGRガスがEGRガス通過部53を通り、冷媒通過部52を通る冷媒とEGRガスとの熱交換が行われる。
EGRクーラー51では、EGRガスを熱源として冷媒を加熱することにより冷媒の蒸気が生成される。
一方、EGRガスは冷媒との熱交換によりEGRガスと適正な温度まで冷却される。
EGRクーラー51から流出した高圧の蒸気は膨張機22へ流入される。
膨張機22では、蒸気の熱エネルギーは機械的エネルギーに変換され、高圧の蒸気はほぼ断熱状態で減圧膨張される。
膨張機22から流出した蒸気は凝縮器23において冷却水との熱交換により凝縮される。
According to the present embodiment, when the
In the
In the
On the other hand, the EGR gas is cooled to an appropriate temperature with the EGR gas by heat exchange with the refrigerant.
The high-pressure steam that has flowed out of the
In the
The steam flowing out from the
従来ではEGRガスはエンジン11の冷却水により冷却され、EGRガスの熱を冷却水に廃棄していたが、本実施形態によれば、冷却水に廃棄するEGRガスの熱を蒸気発生器の熱源として有効活用することができ、熱機関として効率を向上させることができる。
Conventionally, the EGR gas is cooled by the cooling water of the
なお、上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。 The above embodiment shows an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the invention as described below. Is possible.
○ 上記の実施形態では、車両に搭載される車載用ランキンサイクル装置としたが、ランキンサイクル装置は車載用に限定されない。例えば、地上に設置されるランキンサイクル装置であってもよい。
○ 上記の第1の実施形態では、空冷式の二次凝縮器を冷媒回路に設けたが、二次凝縮器は必須要件ではなく、省略してもよい。また、二次凝縮器を設ける場合でも空冷式に限らず、例えば、水冷式の凝縮器を用いてもよい。
○ 上記の第3の実施形態では、蒸気発生器をEGRクーラーとし、熱源をEGRガスの廃熱としたが、EGEクーラーに代えてオイルクーラーを蒸気発生器とし、オイルクーラーのオイルの廃熱を熱源としてもよい。この場合も、従来では冷却水に廃棄されていたオイルの熱を蒸気発生器の熱源として有効活用することができ、熱機関として効率を向上させることができる。
○ 上記の実施形態では、内燃機関として単にエンジンと説明したが、内燃機関はガソリンエンジンでもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。
In the above embodiment, the in-vehicle Rankine cycle device mounted on the vehicle is used, but the Rankine cycle device is not limited to in-vehicle use. For example, the Rankine cycle apparatus installed on the ground may be used.
In the first embodiment, the air-cooled secondary condenser is provided in the refrigerant circuit. However, the secondary condenser is not an essential requirement and may be omitted. Moreover, even when providing a secondary condenser, not only an air cooling type but a water cooling type condenser may be used, for example.
In the third embodiment, the steam generator is an EGR cooler and the heat source is EGR gas waste heat. However, instead of the EGE cooler, the oil cooler is a steam generator, and the oil cooler oil waste heat is reduced. It is good also as a heat source. Also in this case, the heat of oil that has been discarded in the cooling water in the past can be effectively used as a heat source of the steam generator, and the efficiency as a heat engine can be improved.
In the above embodiment, the internal combustion engine is simply described as an engine, but the internal combustion engine may be a gasoline engine or a diesel engine.
10 冷却水回路
11 エンジン
12 ラジエータ
13 ポンプ
17 バイパス流路
18 サーモスタット
19 水温センサ
20、40、50 冷媒回路(作動流体回路としての)
21、41 蒸気発生器
22 膨張機
23 一次凝縮器
26 二次凝縮器
27 冷媒ポンプ
28 制御装置
33 バイパス流路
34 流量制御弁
51 EGRクーラー(蒸気発生器としての)
58、59 配管
A 分岐点
B 合流点
DESCRIPTION OF
21, 41
58, 59 Piping A Branch point B Junction point
Claims (5)
前記凝縮器は内燃機関の冷却水を冷却するラジエータの下流側の冷却水と作動流体とを熱交換させることを特徴とするランキンサイクル装置。 A steam generator for generating working fluid steam; an expander for expanding the working fluid steam; a condenser for condensing the working fluid flowing out from the expander; and a working fluid flowing out from the condenser In the Rankine cycle device comprising a pump for pumping to the steam generator, and a working fluid circuit for sequentially connecting the steam generator, the expander, the condenser and the pump,
The Rankine cycle device according to claim 1, wherein the condenser causes heat exchange between the cooling water downstream of the radiator for cooling the cooling water of the internal combustion engine and the working fluid.
前記一次凝縮器から流出される作動流体を前記二次凝縮器により凝縮することを特徴とする請求項1記載のランキンサイクル装置。 The condenser in the working fluid circuit is a primary condenser, and a secondary condenser is provided downstream of the primary condenser,
The Rankine cycle apparatus according to claim 1, wherein the working fluid flowing out from the primary condenser is condensed by the secondary condenser.
Priority Applications (1)
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| JP2012020584A JP2013160076A (en) | 2012-02-02 | 2012-02-02 | Rankine cycle device |
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2012
- 2012-02-02 JP JP2012020584A patent/JP2013160076A/en active Pending
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