(57)【要約】【課題】内燃機関の廃熱をランキンサイクルにおける冷媒の熱分解を招くことなく高効率で回収することができる廃熱回収システムを提供する。【解決手段】ランキンサイクル６の膨張器３及び凝縮器４に対して、別の膨張器Ｅ及び凝縮器ＣからなるセットＳをｎ個並列に接続するとともに、それらの並列に接続されたセットＳ1〜Ｓnにおける膨張器Ｅ1〜Ｅnに作動を停止させる作動停止手段Ｂ1〜Ｂnを設け、かつ蒸発器２の入口及び出口に圧力センサ１０及び温度センサ１１をそれぞれ配設し、ＥＣＵ１２は、温度センサ１１の測定値Ｔが、冷媒５の熱分解温度以下であって予め設定された規定温度値Ｔｓとなるように、作動停止手段Ｂ1〜Ｂnのうちの少なくとも１つを設定又は解除するとともに、圧力センサ１０の測定値Ｐが予め設定された規定圧力値Ｐｓになるように冷媒ポンプ１の回転数を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ポンプ、蒸発器、膨張器及び凝縮器を冷媒が順に循環してなるランキンサイクルと、前記ランキンサイクルを制御する制御手段とを備え、前記蒸発器の加熱源に内燃機関の廃熱を用いる廃熱回収システムにおいて、
前記膨張器及び凝縮器からなるセットに対して、別の膨張器及び凝縮器からなる別のセットを少なくとも一個並列に接続するとともに、それら並列に接続された別のセットにおける膨張器にその作動を停止させる作動停止手段を設け、かつ前記蒸発器の入口及び出口に圧力センサ及び温度センサをそれぞれ配設し、
前記制御手段は、前記温度センサの測定値が、前記冷媒の熱分解温度以下であって予め設定された規定温度値となるように、前記作動停止手段のうちの少なくとも１つを設定又は解除するとともに、前記圧力センサの測定値が予め設定された規定圧力値になるように前記冷媒ポンプの回転数を制御することを特徴とする廃熱回収システム。
【請求項２】
前記作動停止手段が、前記別の膨張器の回転軸に負荷を加えるブレーキである請求項１に記載の廃熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃熱回収システムに関し、更に詳しくは、内燃機関の廃熱をランキンサイクルにおける冷媒の熱分解を招くことなく高効率で回収する廃熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の廃熱を回収して燃費を向上させることを目的として、ランキンサイクルを利用することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このランキンサイクルを効率よく作動させるためには、冷媒の圧力を変化させることにより、その蒸発温度を調整する必要がある。廃熱回収用のランキンサイクルで使用されるフロン系の冷媒は、低温で気化するため、適切な圧力にすることで１００℃以下の低温の熱源でもランキンサイクルを作動できるという特徴を有しているが、その冷媒の温度を熱分解温度よりも高温にすることができないという欠点がある。
【０００３】
自動車等の内燃機関から排ガスの廃熱を回収する際には、運転状況によっては排ガスの温度が１００〜８００℃と大きく変化する。更に、排ガスの温度が高いときには、排気流量も比例して増加するため、廃熱量も非常に大きくなる。また、内燃機関の冷却水からの廃熱についても、温度は８０〜１００℃と大きく変化しないが、廃熱量は大きく変化する。
【０００４】
上記のように熱量が大きく変化する廃熱を回収する場合において、ランキンサイクルの冷媒の温度を、熱分解温度以下であって、かつ高効率に作動する圧力下での蒸発温度に保つためには、冷媒の流量を適正に変化させればよい。
【０００５】
しかしながら、従来の廃熱回収用のランキンサイクルのように、膨張器及びポンプがそれぞれ１台ずつしかない構成では、圧力を既定値に保ちながら温度が一定に維持されるように冷媒の流量を変化させることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−５１５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、内燃機関の廃熱をランキンサイクルにおける冷媒の熱分解を招くことなく高効率で回収することができる廃熱回収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】
【０００８】
上記の目的を達成する本発明の廃熱回収システムは、冷媒ポンプ、蒸発器、膨張器及び凝縮器を冷媒が順に循環してなるランキンサイクルと、前記ランキンサイクルを制御する制御手段とを備え、前記蒸発器の加熱源に内燃機関の廃熱を用いる廃熱回収システムにおいて、前記膨張器及び凝縮器からなるセットに対して、別の膨張器及び凝縮器からなる別のセットを少なくとも一個並列に接続するとともに、それら並列に接続された別のセットにおける膨張器にその作動を停止させる作動停止手段を設け、かつ前記蒸発器の入口及び出口に圧力センサ及び温度センサをそれぞれ配設し、前記制御手段は、前記温度センサの測定値が、前記冷媒の熱分解温度以下であって予め設定された規定温度値となるように、前記作動停止手段のうちの少なくとも１つを設定又は解除するとともに、前記圧力センサの測定値が予め設定された規定圧力値になるように前記冷媒ポンプの回転数を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の廃熱回収システムによれば、従来のランキンサイクルにおける膨張器及び凝縮器を並列に複数接続して、冷媒の温度に応じて流路を適切に選択することで、内燃機関の廃熱量が変化しても、ランキンサイクルの冷媒の温度が、熱分解温度以下であって高効率に作動する圧力下の温度値に常に維持されるようにしたので、内燃機関の廃熱をランキンサイクルにおける冷媒の熱分解を招くことなく高効率で回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態からなる廃熱回収システムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態からなる廃熱回収システムにおけるＥＣＵの制御内容を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなる廃熱回収システムを示す。なお、図中の矢印は流体の流れる方向を示している。
【００１２】
この廃熱回収システムは、トラックなどの車両に搭載され、冷媒ポンプ１、蒸発器２、膨張器３及び凝縮器４を冷媒５が順に循環してなるランキンサイクル６を備えており、内燃機関であるディーゼルエンジン７の廃熱を回収することを目的としている。
【００１３】
ランキンサイクル６における蒸発器２の加熱源には、ディーゼルエンジン７の排ガスや、エンジン本体用の冷却水などが用いられる。また、凝縮器４の冷却源には、インタークーラー用の冷却水などが用いられる。また、冷媒５としては、水、エタノール及びフッ素化合物などが例示される。
【００１４】
ランキンサイクル６を流れる冷媒５は、冷媒ポンプ１において液体の状態で圧縮され、蒸発器２において定圧的に加熱されて高圧のガスとなり、膨張器３で断熱膨張しつつタービン軸８を通じて発電機９を回転駆動して発電させた後に、凝縮器４において定圧的に冷却されて液体に戻る。
【００１５】
そして、このランキンサイクル６における膨張器３及び凝縮器４に対して、それらと同一仕様の別の膨張器Ｅ及び凝縮器ＣからなるセットＳがｎ個（ｎは自然数）並列に接続されている。また、各セットＳ1〜Ｓnにおける膨張器Ｅ1〜Ｅnには、設定又は解除することにより膨張器Ｅ1〜Ｅnの作動を停止又は進行させる作動停止手段Ｂ1〜Ｂnがそれぞれ取り付けられている。この作動停止手段Ｂとしては、特に限定するものではないが、膨張器Ｅのタービン軸Ａに機械的な負荷を加えるブレーキなどが例示される。なお、作動停止手段Ｂnが設定されると、当該セットＳnには冷媒５は循環しないようになる。
【００１６】
更に、蒸発器２の入口側には冷媒５の圧力を測定する圧力センサ１０が、出口側には冷媒５の温度を測定する温度センサ１１が、それぞれ配設されている。
【００１７】
上記の作動停止手段Ｂ1〜Ｂn、冷媒ポンプ１、圧力センサ１０及び温度センサ１１は、制御手段であるＥＣＵ１２に信号線（一点鎖線で示す）を通じてそれぞれ接続している。
【００１８】
なお、上記のセットＳの個数ｎは、ディーゼルエンジン７の仕様及び運転条件や、冷媒ポンプ１及び蒸発器２の性能により適宜決定される。
【００１９】
このような廃熱回収システムにおけるＥＣＵ１２の制御内容を、図２に基づいて以下に説明する。
【００２０】
ＥＣＵは、制御変数ｉ（整数）を初期化した後に（Ｓ１０）、温度センサ１１の測定値Ｔを入力し（Ｓ１５）、その測定値Ｔが冷媒５の熱分解温度以下であって予め設定された規定温度値Ｔｓと等しくなるように各作動停止手段Ｂ1〜Ｂnのうちの少なくとも１つを設定又は解除する。この規定温度値Ｔｓは、ランキンサイクル６において冷媒５が高効率に作動する温度であり、冷媒５の種類により決定される。
【００２１】
具体的には、測定値Ｔが規定温度値Ｔｓ未満であるときは（Ｓ２０）、ディーゼルエンジン７の廃熱量が比較的小さいと判断して、各作動停止手段Ｂ1〜Ｂnを順に設定する（Ｓ２５〜Ｓ３０）ことにより、従来の膨張器３及び凝縮器４にのみ、又はそれに加えて適切な個数のセットＳにのみ冷媒５が流れるようにする。一方で、測定値Ｔが規定温度値Ｔｓ超であるときは（Ｓ３５）、ディーゼルエンジン７の廃熱量が比較的大きいと判断して、各作動停止手段Ｂ1〜Ｂnを順に解除する（Ｓ４０〜Ｓ４５）ことにより、従来の膨張器３及び凝縮器４に加えて適切な個数のセットＳに冷媒５が流れるようにする。
【００２２】
そして、測定値Ｔが規定温度値Ｔｓと等しくなったと判断したときには（Ｓ５０）、圧力センサ１０の測定値Ｐを入力し（Ｓ５５）、その測定値Ｐが予め設定された規定圧力値Ｐｓと等しくなるように冷媒ポンプ１の回転数を制御する（Ｓ６０〜Ｓ６５）。この規定圧力値Ｐｓは、ランキンサイクル６において冷媒５が高効率に作動する圧力であり、冷媒５の種類により決定される。
【００２３】
ディーゼルエンジン７の運転時においては、上記のステップ１０〜６５を繰り返す。
【００２４】
このような制御を行うことで、ディーゼルエンジン７の廃熱量が変化しても、ランキンサイクル６の冷媒５の温度が、熱分解温度以下であって高効率に作動する圧力下の温度値に常に維持されるので、ディーゼルエンジン７の廃熱を、冷媒５を熱分解させることなく高効率で回収することができるのである。
【００２５】
本発明の廃熱回収システムは、上述したトラックなどの車両に限らず、固定式の動力発生機や大型発電機などにも搭載することができる。また、内燃機関はディーゼルエンジン７に限るものではない。
【符号の説明】
【００２６】
１  冷媒ポンプ
２  蒸発器
３、Ｅ  膨張器
４、Ｃ  凝縮器
５  冷媒
６  ランキンサイクル
７  ディーゼルエンジン
１０  圧力センサ
１１  温度センサ
１２  ＥＣＵ
Ｂ  作動停止手段
Ｓ  セット
【図１】
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【図２】
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