(57)【要約】【課題】膨張器で出力可能な動力の低減を抑制することができるランキンサイクルシステムを提供する。【解決手段】排気管５を通過する排気Ｇと作動流体Ｗを熱交換させる蒸発器３と、この蒸発器３で排気Ｇと熱交換した作動流体Ｗを膨張させて動力を出力する膨張器４と、を備えて構成されるランキンサイクルシステム１において、作動流体Ｗを内部に通過させる作動流体用配管２における、蒸発器３の出口と膨張器４の入口の間の少なくとも一部である温度調整部２ｂで、蒸発器３よりも上流の排気管５を流れる排気Ｇと作動流体Ｗを熱交換させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管を通過する排気と作動流体を熱交換させる蒸発器と、前記蒸発器で排気と熱交換した作動流体を膨張させて動力を出力する膨張器と、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、
作動流体を内部に通過させる作動流体用配管における、前記蒸発器の出口と前記膨張器の入口の間の少なくとも一部である温度調整部で、前記蒸発器よりも上流の前記排気管を流れる排気と作動流体を熱交換させるランキンサイクルシステム。
【請求項２】
前記温度調整部の内壁面または外壁面にフィンを設けて構成される請求項１に記載のランキンサイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ランキンサイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気のエネルギーの一部を回収して、この回収したエネルギーによりエンジンに接続する膨張器を駆動させて、この駆動力をエンジンのアシストに使用する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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８―１７２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のランキンサイクルシステムでは、このシステム内の蒸発器の出口と膨張器の入口の間の作動流体用の配管が外気に曝されているため、作動流体がこの配管を通過中に外気で冷却され、膨張器で出力可能な動力が低減する。
【０００５】
本開示は、膨張器で出力可能な動力の低減を抑制することができるランキンサイクルシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、内燃機関の排気管を通過する排気と作動流体を熱交換させる蒸発器と、前記蒸発器で排気と熱交換した作動流体を膨張させて動力を出力する膨張器と、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、作動流体を内部に通過させる作動流体用配管における、前記蒸発器の出口と前記膨張器の入口の間の少なくとも一部である温度調整部で、前記蒸発器よりも上流の前記排気管を流れる排気と作動流体を熱交換させる。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、膨張器で出力可能な動力の低減を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１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。
【図２】第２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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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、第１実施形態のランキンサイクルシステム１はその作動流体用の流路（作動流体用配管）２に、タンクと、ポンプと、蒸発器３と、膨張器４と、凝縮器と、を備えて構成されるシステムである。
【００１０】
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を貯留する装置である。ポンプは、タンクより下流側の作動流体用の流路２に配置されて、タンクから流入した作動流体Ｗに流路２の循環用の駆動力を付与する装置である。蒸発器３は、ポンプ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）の排気管５を通過する排気Ｇと作動流体Ｗを熱交換させる装置である。この熱交換により作動流体Ｗの大部分は排気Ｇで加熱されて蒸発する。膨張器４は、蒸発器３より下流側の作動流体用の流路２に配置されて、蒸発器３で排気Ｇと熱交換した作動流体Ｗを膨張させて動力を出力する装置である。膨張器４の出力軸４ａ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４ａに発生した動力が駆動装置に伝達される。凝縮器は、膨張器４より下流側で、かつ、タンク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を凝縮させる装置である。
【００１１】
本実施形態のランキンサイクルシステム１では、作動流体Ｗを内部に通過させる作動流体用配管２における、蒸発器３の出口と膨張器４の入口の間の配管２ａの少なくとも一部の配管である温度調整部２ｂで、蒸発器３よりも上流の排気管５を流れる排気Ｇと作動流体Ｗを熱交換させる。
【００１２】
第１実施形態のランキンサイクルシステム１では、図１に例示するように、温度調整部２ｂを蒸発器３よりも上流の排気管５で覆うように構成する。温度調整部２ｂの内部を通過する作動流体Ｗは、温度調整部２ｂを覆った排気管５を流れる排気Ｇと熱交換する。蒸発器３の出口と膨張器４の入口の間の配管２ａにおける温度調整部２ｂの範囲は、膨張器４の入口を通過する作動流体Ｗの温度が蒸発器３の出口を通過する作動流体Ｗの温度を超えるように設定される。
【００１３】
蒸発器３の出口と膨張器４の入口の間の作動流体用の配管２ａに関して、温度調整部２ｂは一続きの配管であるが、この配管２ｂはその形状に応じて配管２ｂａと配管２ｂｂとに分けられる。配管２ｂａは、排気管５の断面に関してその中央部を排気Ｇの通過方向に排気管５の第１外壁面５ａから延在して形成される配管である。配管２ｂｂは、第１外壁面５ａとは逆側の配管２ａａの一端２ｃに連通するとともに排気管５の径方向に排気管５の第２外壁面５ｂまで延在して形成される配管である。
【００１４】
配管２ｂａを排気管５の断面に関してその中央部を排気Ｇの通過方向に延在して形成することで、排気管５の断面に関してその外周部を通過する排気Ｇと比較して高温の排気Ｇと作動流体Ｗを熱交換させることができる。それ故、作動流体Ｗの昇温性能が向上する。また、配管２ｂａに連通する配管２ｂｂを排気管５の径方向に延在して形成することで、膨張器４への配管２ｂの連結が容易になる。
【００１５】
第２実施形態のランキンサイクルシステム１では、図２に例示するように、排気管５に蒸発器３をバイパスするバイパス管６を設けて、温度調整部２ｂをバイパス管６で覆うように構成する。第１実施形態とは、温度調整部２ｂを排気管５ではなくバイパス管６で覆う点で異なり、その他の点で同じである。温度調整部２ｂの内部を通過する作動流体Ｗは、温度調整部２ｂを覆ったバイパス管６を流れる排気Ｇと熱交換する。バイパス管６を流れる排気Ｇは蒸発器３よりも上流の排気管５を流れる排気Ｇの一部に相当する。蒸発器３の出口と膨張器４の入口の間の配管２ａにおける温度調整部２ｂの範囲は、膨張器４の入口を通過する作動流体Ｗの温度が蒸発器３の出口を通過する作動流体Ｗの温度を超えるように設定される。
【００１６】
第１、２実施形態のランキンサイクルシステム１では、作動流体Ｗは蒸発器３で排気Ｇと熱交換することでその大部分は加熱されて蒸発する。排気Ｇと熱交換して蒸発器３の出口より流出した作動流体Ｗは、蒸発器３より上流側の排気管５（またはバイパス管６）を通過する排気Ｇと熱交換して昇温して膨張器４の入口に流入する。膨張器４に流入した作動流体Ｗは膨張してその出力軸４ａに動力を出力する。
【００１７】
本実施形態（第１、２実施形態）のランキンサイクルシステム１によれば、蒸発器３の出口と膨張器４の入口の間の作動流体用の配管２ａの少なくとも一部である温度調整部２ｂで、蒸発器３よりも上流の排気管５を流れる排気Ｇ（または、この排気Ｇの一部であるバイパス管６を流れる排気Ｇ）と作動流体Ｗを熱交換させる。これにより、蒸発器３を通過後の作動流体Ｗを蒸発器３よりも上流の排気管５を流れる排気Ｇと熱交換してさらに昇温させることができるので、膨張器４で出力可能な動力の低減を抑制することができる。また、温度調整部２ｂで作動流体Ｗをさらに昇温させることで、蒸発器３で未蒸発となった作動流体Ｗの蒸発を促進することができる。
【００１８】
なお、この構成は、蒸発器３の出口と膨張器４の入口の間の作動流体用の配管２ａを断熱材で覆って外気を遮断する構成のように作動流体Ｗを保温するものではなく、作動流体Ｗをさらに昇温させるものである。したがって、膨張器４で出力可能な動力は比較的大きくなる。
【００１９】
また、この構成は、蒸発器３の出口と膨張器４の入口の間の作動流体用の配管２ａをヒータ等の加熱装置で覆うとともに加熱装置の加熱量を制御しながら配管２ａを加熱する構成とは異なり、制御が不要で簡易な構成である。
【００２０】
第１実施形態のように温度調整部２ｂを蒸発器３よりも上流の排気管５で覆う場合には、第２実施形態と比較してバイパス管６の設置スペースが不要となるので省スペースである。第２実施形態のように温度調整部２ｂをバイパス管６で覆う場合には、第１実施形態と比較してバイパス管６を新たに設けるので、バイパス管６で覆われる温度調整部２ｂの範囲を比較的容易に大きくすることができる。
【００２１】
温度調整部２ｂの内壁面または外壁面にフィンを設けて、作動流体Ｗと排気Ｇの熱交換性能を向上させると好ましい。
【００２２】
温度調整部２ｂの内壁面（外壁面）にフィンを複数個配置する場合、これらのフィンを作動流体Ｗ（排気Ｇ）の流れの方向に対して配置してもよいし、これらのフィンを温度調整部２ｂの同一断面に対して配置してもよい。あるいは、これらのフィンの配置を組み合わせてもよい。
【００２３】
温度調整部２ｂの内壁面または外壁面に対して、上記のフィンの配置を組み合わせてもよい。また、排気Ｇの流れの方向に対してフィンを複数個配置する場合は、上流側のフィンの表面積よりも下流側のフィンの表面積を大きくしてもよい。
【００２４】
また、温度調整部２ｂの断面形状を通常の配管の断面形状（例えば円形状）よりも表面積の大きい形状（例えば花弁形状）とする。この構成によれば、比較的大きな排気Ｇの熱量が温度調整部２ｂの壁面を介して作動流体Ｗに伝熱されるので、作動流体Ｗと排気Ｇの熱交換性能を向上させることができる。
【００２５】
第１実施形態のように、温度調整部２ｂを排気Ｇの通過方向に延在する配管２ｂａと排気Ｇの径方向に延在する配管２ｂｂで構成する場合には、配管２ｂａの壁面の表面積が配管２ｂｂの壁面の表面積より大きい構成にすると好ましい。例えば、配管２ｂａの長さを配管２ｂｂの長さよりも長くすることや、配管２ｂａを少なくとも１回以上屈曲させた形状（折り返し形状、らせん形状等）にすることが好ましい。
【００２６】
このように構成することで、配管の外周部を通過する排気Ｇと比較して高温である配管の中央部を通過する排気Ｇと作動流体Ｗの熱交換を促進するので、作動流体Ｗの昇温を促進することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  ランキンサイクルシステム
２  作動流体用の流路（配管）
２ａ  蒸発器の出口と膨張器の入口の間の作動流体用の配管
２ｂ  温度調整部
３  蒸発器
４  膨張器
４ａ  膨張器の出力軸
５  排気管
６  バイパス管
【図１】
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【図２】
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