(57)【要約】【課題】冷媒に含まれる鉄系不純物を捕捉することができるランキンサイクルを提供する。【解決手段】ランキンサイクルシステム（１０）は、内燃機関（５０）を冷却する冷媒を作動流体として駆動されるタービン（８０）より上流側の冷媒通路（２０）内に配置された電磁石（１５０）と、電磁石への通電および通電停止を行う通電制御手段（１２０，１４０）と、を備えることを特徴とするものである。ランキンサイクルシステムによれば、通電時には電磁石によって冷媒に含まれる鉄系不純物が電磁石に付着する。それにより、冷媒に含まれる鉄系不純物を捕捉することができる。また、通電停止時には、電磁石に付着した鉄系不純物の磁性が無くなることから、鉄系不純物を電磁石から容易に除去することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を冷却する冷媒を作動流体として駆動されるタービンより上流側の冷媒通路内に配置された電磁石と、
前記電磁石への通電および通電停止を行う通電制御手段と、を備えることを特徴とするランキンサイクルシステム。
【請求項２】
前記通電制御手段は、前記内燃機関の始動スイッチがＯＦＦにされてから所定時間経過後まで前記電磁石への通電を行う請求項１記載のランキンサイクルシステム。
【請求項３】
前記通電時に前記電磁石に付着した鉄系不純物を前記通電停止後に回収する回収手段を備える請求項１または２に記載のランキンサイクルシステム。
【請求項４】
前記電磁石は、前記通電時には鉄系不純物が付着し、前記通電停止後には付着した前記鉄系不純物を重力作用によって剥落させる斜面を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のランキンサイクルシステム。
【請求項５】
前記電磁石は、前記電磁石より上流側の前記冷媒を整流させて下流側に通過させる整流構造を有している請求項１〜４のいずれか１項に記載のランキンサイクルシステム。
【請求項６】
前記電磁石を振動させる加振手段を備える請求項１〜５のいずれか１項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】
本発明は、ランキンサイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の廃熱を回収するシステムとして、ランキンサイクルシステムが知られている。例えば特許文献１には、内燃機関によって加熱された冷媒を過熱器で過熱後にタービンに導くランキンサイクルシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４８７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のランキンサイクルシステムにおいて、冷媒に鉄錆等の鉄系不純物が含まれるおそれがある。特に、内燃機関に鋳鉄等の鉄系素材が用いられている場合には、冷媒に鉄系不純物が含まれる可能性が高い。鉄系不純物を含んだ冷媒がタービンに流入した場合、タービンを傷つけたり、磨耗等を発生させたりして、タービンの性能を低下させるおそれがある。
【０００５】
本発明は、冷媒に含まれる鉄系不純物を捕捉することができるランキンサイクルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るランキンサイクルシステムは、内燃機関を冷却する冷媒を作動流体として駆動されるタービンより上流側の冷媒通路内に配置された電磁石と、前記電磁石への通電および通電停止を行う通電制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係るランキンサイクルシステムによれば、通電時には電磁石によって冷媒に含まれる鉄系不純物が電磁石に付着する。それにより、冷媒に含まれる鉄系不純物を捕捉することができる。また、通電停止時には、電磁石に付着した鉄系不純物の磁性が無くなることから、鉄系不純物を電磁石から容易に除去することができる。
【０００８】
上記構成において、前記通電制御手段は、前記内燃機関の始動スイッチがＯＦＦにされてから所定時間経過後まで前記電磁石への通電を行ってもよい。
【０００９】
この構成によれば、内燃機関の始動スイッチがＯＦＦにされてから所定時間経過するまで、冷媒に含まれる鉄系不純物を捕捉することができる。それにより、冷媒通路内の冷媒の流れが無くなるまで、冷媒に含まれる鉄系不純物を捕捉することができる。その結果、鉄系不純物を含んだ冷媒がタービンに流入することを抑制することができる。
【００１０】
上記構成は、前記通電時に前記電磁石に付着した鉄系不純物を前記通電停止後に回収する回収手段を備えていてもよい。
【００１１】
この構成によれば、通電停止後に鉄系不純物を回収することができる。
【００１２】
上記構成において、前記電磁石は、前記通電時には鉄系不純物が付着し、前記通電停止後には付着した前記鉄系不純物を重力作用によって剥落させる斜面を有していてもよい。
【００１３】
この構成によれば、通電停止後に電磁石に付着した鉄系不純物を重力作用を利用して電磁石から除去することができる。
【００１４】
上記構成において、前記電磁石は、前記電磁石より上流側の前記冷媒を整流させて下流側に通過させる整流構造を有していてもよい。
【００１５】
この構成によれば、蒸気および水の混合状態の冷媒から蒸気および水を分離させやすくすることができる。
【００１６】
上記構成は、前記電磁石を振動させる加振手段を備えていてもよい。
【００１７】
この構成によれば、加振手段によって電磁石を振動させることによって、電磁石に付着した鉄系不純物が電磁石から除去され易くなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、冷媒に含まれる鉄系不純物を捕捉することができるランキンサイクルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施例１に係るランキンサイクルシステムの構成を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は、実施例１に係る電磁石装着部近傍の模式図である。図２（ｂ）は、電磁石装着部をＡ方向から見た模式図である。
【図３】図３は、実施例１の変形例１に係る電磁石装着部近傍の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１に係るランキンサイクルシステム１０について説明する。図１は、ランキンサイクルシステム１０の構成を示す模式図である。ランキンサイクルシステム１０は、冷媒が流動するための冷媒通路２０と、冷媒タンク３０と、ポンプ４０と、内燃機関５０と、気液分離器６０と、過熱器７０と、タービン８０と、凝縮器９０と、回収器１００と、バッテリ１１０と、通電切替器１２０と、ＥＣＵ１４０と、を備える。冷媒タンク３０、ポンプ４０、内燃機関５０、気液分離器６０、過熱器７０、タービン８０および凝縮器９０は、冷媒通路２０に介装されている。それにより、冷媒は、これらの構成部材を通過する。
【００２２】
冷媒通路２０は、タービン８０より上流側の通路途中に電磁石装着部２２を有している。電磁石装着部２２には、電磁石１５０（電磁石１５０は、後述する図２（ａ）において図示されている）が装着されている。本実施例においては、電磁石装着部２２は、内燃機関５０と気液分離器６０との間の冷媒通路２０に配置されている。電磁石装着部２２の詳細は、後述する。
【００２３】
冷媒タンク３０は、冷媒を貯留するタンクである。本実施例において、冷媒は、内燃機関５０を冷却する機能およびランキンサイクルシステム１０の作動流体としての機能を有する。冷媒としては、これらの機能を有するものであれば特に限定されない。
【００２４】
ポンプ４０は、冷媒タンク３０内の冷媒を内燃機関５０内に形成された冷媒通路２０の入口へ供給するポンプである。本実施例においては、ポンプ４０は内燃機関５０の運転開始とともに始動し、内燃機関５０の運転停止とともに停止する。ポンプ４０としては、例えばウォータポンプ等が用いられる。
【００２５】
内燃機関５０内において、冷媒通路２０は、例えばシリンダ周囲に形成されている。ポンプ４０から吐出された冷媒は、内燃機関５０内の冷媒通路２０を流動する。冷媒は、内燃機関５０内の冷媒通路２０を流動する間に内燃機関５０の熱を吸熱して沸騰し、沸騰気化熱によって内燃機関５０を冷却する。内燃機関５０内の冷媒通路２０を流動した冷媒は、蒸気と水との混合状態になる。
【００２６】
気液分離器６０は、内燃機関５０内の冷媒通路２０を流動した冷媒を蒸気と液体とに分離する。なお、本実施例においては、内燃機関５０と気液分離器６０との間の冷媒通路２０が、電磁石装着部２２を有している。よって、気液分離器６０は、電磁石装着部２２の電磁石１５０を通過した冷媒を蒸気と液体とに分離する。気液分離器６０によって分離された蒸気は、過熱器７０に流入する。気液分離器６０によって分離された水は、ポンプ４０に流入して、再び内燃機関５０内の冷媒通路２０に供給される。
【００２７】
過熱器７０は、気液分離器６０を通過した蒸気を過熱蒸気にする。本実施例において、過熱器７０は、気液分離器６０を経由した蒸気を内燃機関５０の廃熱（例えば、排気ガスの熱）を利用して過熱蒸気にする。
【００２８】
タービン８０は、過熱器７０を通過した過熱蒸気によって駆動される。すなわち、タービン８０は、内燃機関５０を冷却する冷媒を作動流体として駆動される。タービン８０には、例えば発電機が接続されている。この場合、内燃機関５０の廃熱を回収することができる。
【００２９】
凝縮器９０は、タービン８０を通過した過熱蒸気を凝縮して液体状態の冷媒に戻す装置である。凝縮器９０によって凝縮された冷媒は、冷媒タンク３０に貯留される。凝縮器９０としては、例えばラジエータ等が用いられる。
【００３０】
回収器１００は、電磁石装着部２２の近傍に配置されている。本実施例において、回収器１００は、電磁石装着部２２が有する電磁石１５０に付着した鉄系不純物を、電磁石１５０への通電停止後に回収するための容器である。回収器１００の詳細は、後述する。
【００３１】
バッテリ１１０は、通電切替器１２０を介して電磁石１５０に電気的に接続されている。通電切替器１２０は、ＥＣＵ１４０からの指示を受けて、電磁石１５０への通電および通電停止を行う。通電切替器１２０としては、例えば、ＥＣＵ１４０によって作動が制御されるスイッチ等を用いることができる。
【００３２】
ＥＣＵ１４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータである。本実施例においてＥＣＵ１４０は、内燃機関５０の始動スイッチ１３０からの信号に基づいて、通電切替器１２０を制御する。始動スイッチ１３０は、内燃機関５０を始動させるためのスイッチである。例えば、運転者によって始動スイッチ１３０がＯＮにされた場合、ＥＣＵ１４０は、電磁石１５０への通電が行われるように通電切替器１２０を制御する。例えば、運転者によって始動スイッチ１３０がＯＦＦにされてから所定時間経過した場合、ＥＣＵ１４０は、電磁石１５０への通電停止が行われるように通電切替器１２０を制御する。すなわち、通電切替器１２０およびＥＣＵ１４０は、電磁石１５０への通電および通電停止を行う通電制御手段として機能する。なお、所定時間としては、特に限定されないが、例えば冷媒通路２０内の冷媒の流れが無くなるまでの時間を採用することができる。
【００３３】
図２（ａ）は、電磁石装着部２２近傍の模式図である。図２（ｂ）は、電磁石装着部２２をＡ方向から見た模式図である。本実施例において、電磁石装着部２２の電磁石１５０は、電磁石１５０より上流側の冷媒を整流させて下流側に通過させる整流構造を有している。整流構造としては、冷媒を整流することができる構造であれば、特に限定されない。本実施例においては、電磁石装着部２２内には、板形状を有する電磁石１５０が所定間隔を有して複数配置されている。電磁石装着部２２より上流側の冷媒は、隣接する電磁石１５０間を通過する。この場合、冷媒は、電磁石装着部２２を通過することによって整流される。
【００３４】
また、電磁石１５０は、電磁石装着部２２より上流の冷媒通路２０内の冷媒流動方向に対して傾斜して配置されている。この場合、電磁石１５０の通電が行われた場合、冷媒に含まれる鉄系不純物は、主として斜面１５２に付着する。電磁石１５０の通電が停止された場合、斜面１５２に付着していた鉄系不純物は、磁性を失う。その結果、鉄系不純物は、重力作用を受けて斜面１５２から剥落する。斜面１５２から剥落した鉄系不純物は、回収器１００に回収される。すなわち、電磁石１５０は、通電時には鉄系不純物が付着し、通電停止後には付着した鉄系不純物を重力作用によって剥落させる斜面１５２を有している。また、回収器１００は、電磁石１５０に付着した鉄系不純物を、電磁石１５０への通電停止後に回収する回収手段として機能する。なお、電磁石１５０の傾斜の向きは特に限定されない。
【００３５】
本実施例に係るランキンサイクルシステム１０によれば、ＥＣＵ１４０が電磁石１５０への通電が行われるように通電切替器１２０を制御することによって、冷媒に含まれる鉄系不純物を電磁石１５０が捕捉することができる。それにより、鉄系不純物を含んだ冷媒がタービンに流入することに伴うタービンの性能低下が抑制される。また、鉄系不純物が冷媒通路２０内に堆積することが抑制される。
【００３６】
また、ＥＣＵ１４０が電磁石１５０への通電停止が行われるように通電切替器１２０を制御することによって、電磁石１５０に付着した鉄系不純物の磁性が無くなる。それにより、鉄系不純物を電磁石１５０から容易に除去することができる。
【００３７】
なお、本実施例において、ＥＣＵ１４０は、始動スイッチ１３０がＯＦＦにされてから所定時間経過後まで電磁石１５０への通電が行われるように通電切替器１２０を制御するが、これに限られない。例えばＥＣＵ１４０は、始動スイッチ１３０がＯＦＦにされるまでの間、電磁石１５０への通電が行われるように通電切替器１２０を制御してもよい。ただし、始動スイッチ１３０がＯＦＦにされてから所定時間経過後まで電磁石１５０への通電が行われる場合には、冷媒通路２０内の冷媒の流れが無くなるまで、冷媒に含まれる鉄系不純物を捕捉することができる。その結果、鉄系不純物を含んだ冷媒がタービン８０に流入することを抑制することができる。
【００３８】
なお、本実施例において電磁石１５０は整流構造を有しているが、これに限られない。電磁石１５０は、整流構造を有していなくてもよい。しかしながら、電磁石１５０が整流構造を有することによって、蒸気および水の混合状態の冷媒から蒸気および水を分離させやすくすることができる。その結果、気液分離器６０の負担を軽減することができる。
【００３９】
また、本実施例において電磁石１５０は、通電時には鉄系不純物が付着し、通電停止後には付着した鉄系不純物を重力作用によって剥落させる斜面１５２を有しているがこれに限られない。例えば、電磁石１５０は、電磁石装着部２２内に水平に配置されていてもよい。しかしながら、電磁石１５０が斜面１５２を有することにより、通電停止後に電磁石１５０に付着した鉄系不純物を重力作用を利用して電磁石１５０から除去することができる。その結果、鉄系不純物の電磁石１５０からの除去を容易に行うことができる。
【００４０】
また、本実施例においてランキンサイクルシステム１０は回収器１００を備えているが、これに限られない。ランキンサイクルシステム１０は回収器１００を備えていなくてもよい。しなしながら、ランキンサイクルシステム１０が回収器１００を備えることによって、通電停止後において鉄系不純物を回収することができる。その結果、次回の通電時に冷媒通路２０内に鉄系不純物が再混入することを抑制することができる。
【００４１】
なお、回収器１００は、ランキンサイクルシステム１０から脱着可能な構成を有していることが好ましい。この場合、回収器１００に回収された鉄系不純物を廃棄することが容易になるからである。また、回収器１００のメンテナンスが容易になるからである。
【００４２】
（変形例１）
ランキンサイクルシステム１０は、電磁石１５０を振動させる加振器１６０（加振手段）を備えていてもよい。図３は、本変形例に係る電磁石装着部２２近傍の模式図である。本実施例において、加振器１６０は、電磁石装着部２２に配置されている。この場合、加振器１６０は、ＥＣＵ１４０の指示を受けて振動する。それにより、電磁石装着部２２および電磁石１５０は振動する。加振器１６０としては、特に限定されないが、例えば偏心モータを有することによって振動する加振器等を用いることができる。ＥＣＵ１４０は、例えば始動スイッチ１３０がＯＦＦにされた場合に、電磁石１５０が振動するように加振器１６０を制御する。加振器１６０が電磁石１５０を振動させることによって、電磁石１５０に付着した鉄系不純物が電磁石１５０から除去され易くなる。
【００４３】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ランキンサイクルシステム
２０  冷媒通路
２２  電磁石装着部
５０  内燃機関
６０  気液分離器
７０  過熱器
８０  タービン
１００  回収器
１２０  通電切替器
１３０  始動スイッチ
１４０  ＥＣＵ
１５０  電磁石
１５２  斜面
１６０  加振器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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